アクチュエーターの究極のガイド

著者： ロビー・ディクソン

ウィキペディア： ロビー・ディクソン

アクチュエーターの力のロックを解除する：デザイン、選択、最適化の決定的なガイド

何百もいることをご存知ですかアクチュエーター典型的な車では？、実際には車内にはさまざまな種類の50を超えるアクチュエーターがあると推定されています あなたが決して見ることができないこと。家ではどうですか？また、複数のアプリケーションとユースケースに使用される多くの異なるタイプがあります。重要なのは、アクチュエーターにはさまざまな形やタイプがあり、洗濯機で水を自動的にオンにしたり、キャビネットからテレビを持ち上げたり、毎朝そのコーヒーマシンを操作したりするために使用できるということです。重要なのは、私たち全員が毎日当たり前と思っているアプリケーションで何十年もの間存在してきたということです。

FIRGELLI 電気アクチュエーターの世界的リーダー、サプライヤー、および製造業者であり、私たちは20年以上にわたって存在しており、想像できるあらゆる業界で非常に具体的なアプリケーションのために何千人もの顧客と提携しています。私たちの焦点は、顧客のニーズに合ったデバイスを作成することです。そのため、アクチュエーターの最大の範囲の1つがあります。テスラからターミネーターまで、私たちは多様な製品範囲を持つ非常識な範囲の企業を提供し、私たちはそれをグローバルに行います。

これアクチュエーターの究極のガイドは、アクチュエーターであるすべてのことについて人々を教育することです。私たちはそれらに非常に詳細に行き、あらゆる角度からそれらをカバーします。これは私たちの主な製品範囲であるため、私たちの主な焦点は電気アクチュエーターにありますが、他のタイプを忘れることはできません。また、これらのすべての異なるタイプの長所と短所を開発するかどうかに関係なく理解することが重要であるため、それらをカバーします。これらの他のタイプかどうか。

電気の線形アクチュエーター エネルギー源を直線（線形アクチュエータ）または回転運動（回転アクチュエータ）で物理メカニカル運動に変換するデバイスです。それらは、圧縮空気または液体のいずれかを使用して何かを動かすため、油圧および空気圧のアクチュエーターとは異なります。また、より信頼性が高く、メンテナンスが少なく、しばしば安価であることがよくありますが、詳細にこれに進みましょう。

電気アクチュエーターの動作は、ACまたはDCモーターの回転運動を線形運動または回転運動に変換することにより達成されますが、モーターの典型的な2000RPM+速度から、モーションの作成に適したもの（線形または回転車）に整備されていますそれは、実用的なことをするのに役立つようにすることができます。有用では、電気アクチュエーターに必要なプロセスである速度を下げることでトルクを増やすことを意味します。線形アクチュエーターの場合、ネジの回転の方向に応じて、ネジに取り付けられたシャフト（リードスクリュー）が直線または下に移動し、負荷にプッシュまたはプル効果を提供します。電気線形アクチュエーターは、正確な制御のためのポジショニングフィードバックと簡単に統合することもできます。 DC電圧は通常、AC電圧よりも安全であると見なされますが、どちらのソースでもアクチュエータは利用できます。

一般的なタイプの電気アクチュエーター

市場にはいくつかの異なるスタイルの電気線形アクチュエーターが利用可能で、それぞれに特定のアプリケーションに応じて独自の利点と短所があります。この記事では、電動線形アクチュエーターの3つの主要なスタイルを調べます。 インライン、L字型、および平行、ロータリー、トラック（スライドアクチュエータ）

インラインアクチュエータ

インライン電気線形アクチュエーターは、コンパクトな設計で高速と力の機能を必要とするアプリケーションに人気のある選択肢です。 これらのアクチュエータは、同じ軸に揃ったモーターとアクチュエータのロッドを備えています、スペースを節約する合理化されたデザインを可能にします。しかし、インラインアクチュエーターには大きな不利な点があります。それは、モーターとギアボックスがドライブのリードスクリューの後ろに座って、全体の長さを長くする必要があるのに対し、他のほとんどのアクチュエーターが必要なため、他のアクチュエーターよりも長くなる傾向があるということです。タイプモーターは本体の側面に沿って座ることができます。しかし、大きな利点は、彼らが見るのがはるかに良いデザインである傾向があり、彼らは洗練された、より魅力的に見え、彼らが見られるアプリケーションに理想的なものにすることです。

L字型アクチュエータ

L字型の電気線形アクチュエーターは、特にスペースが制限されているアプリケーションのためのもう1つの一般的なオプションです。これらのアクチュエータはaを特徴としています アクチュエータロッドに対して直角に取り付けられたモーターとギアボックス、L字型を作成します。 L字型のアクチュエーターは、家具の自動化、産業自動化、自動車用途でよく使用されます。

平行アクチュエータ

平行電気線形アクチュエーターは、おそらく、強力および精密なアプリケーションのために設計された最も一般的なスタイルのアクチュエーターであり、 アクチュエータ本体に平行に取り付けられたモーターとギアボックス これにより、全体の長さがよりコンパクトになります。ドライブメカニズムは通常、拍車をかけることができる拍車ギアですが、それはよりコンパクトなアクチュエーターのトレードオフです。

ロータリーアクチュエータ

a ロータリーアクチュエータ あるアクチュエーターのタイプです 最終的なドライブモーションは、線形ではなくロータリーです。対照的に、線形アクチュエーターは、鉛路、ドライブナット、ロッドを備えた回転アクチュエータと考えることができます。これは、回転式アクチュエーターから鉛路を介して回転動作を線形運動に変換します。ロータリーアクチュエーターは、いずれかの方向に連続的な駆動運動を持ち、停止コンポーネントが追加されない限り、停止または制限はありません。

ロータリーアクチュエーターは汎用性が高く、駆動フランジに何かを取り付けて最終アプリケーションで目的の動きを作成することで使用できます。ただし、アプリケーションに必要なトルクと速度を考慮することが重要です。ロータリーアクチュエーターには角力があるため、トルクと速度の寸法に基づいて選択されます。トルクとスピードのトレードオフが互いに依存していることに注意する価値があるため、高いトルクは速度が低くなり、その逆も同様です。これは、駆動モーターと最終的な駆動ホイールの間にギアがあるあらゆるタイプの動きでギア比がどのように機能するかによるものです。

トラックアクチュエーター - スライドアクチュエータ

The Slide Actuatorとも呼ばれるトラックアクチュエーターは、アクチュエーターの端から出入りするシャフトまたはロッドがないため、他のアクチュエーターとは異なる動作をします。その代わり、 キャリッジがメインボディまたはアクチュエータのトラックに沿ってスライドします。このユニークなデザインは、マッサージチェアやトラックが繰り返し何かを出し入れする必要がある産業組立ラインなど、特定のアプリケーションに最適です。

このタイプのアクチュエーターの重要な利点の1つは、インストールに関してはその汎用性です。キャリッジやナットは、時々呼ばれるように、それらに物を簡単に取り付けることができるさまざまなねじ穴を持っています。さらに、同じトラックに複数のキャリッジを設置することができ、強度と剛性を高めます。

適切な電気線形アクチュエーターを選択する方法

電気アクチュエーターを選択する場合、アプリケーションの特定の要件を考慮することが重要です。並列、L字型、またはインラインモーターなどのさまざまなアクチュエータモデルを使用して、幅広いアプリケーションで利用でき、適切なアプリケーションを選択するのは難しい場合があります。具体的には別の記事を作成しました。 ここでは、さまざまな種類の電気アクチュエータスタイルがあります. 

さまざまなアクチュエータシステムの比較：空気圧、油圧、および電気

アクチュエーターは、製造業および自動化業界の重要なコンポーネントです。それらは、エネルギーを動きに変換するために、機械とシステムの動きを作成するために使用されます。アクチュエータシステムにはいくつかのタイプがあり、3つの最も一般的なものは空気圧、油圧、電気です。各アクチュエータシステムの特性、利点、および欠点について説明し、それらを互いに比較します。

空気圧アクチュエータシステム

空気圧アクチュエータシステムは、低コストとシンプルさのために業界で広く使用されています。それらは、中空のシリンダー内のシンプルなピストンで構成され、線形運動で動きます。これらのアクチュエーターは、空気圧縮機、レギュレーター、および圧力を保持するためにエアシリンダーを必要とします。シリンダーに圧力がかかると、ピストンが動き、必要な線形力が作成されます。撤回は、スプリングバックの力のいずれかによって、またはピストンの反対側に流体を提供することによって達成できます。

空気圧アクチュエーターの主な欠点の1つは、位置の精度を達成することが困難であることです。ミッドストロークのポジショニングには、追加のコンポーネントとユーザーサポートが必要であり、望ましい結果を達成するのが難しくなります。さらに、空気圧アクチュエーターは、油圧および電気アクチュエーターと比較して、負荷定格が限られています。

油圧アクチュエータシステム

油圧アクチュエータシステムは、非常に高い力と長いストロークを生成する能力で知られています。彼らは、ポンプから供給される非圧縮性液体を使用して、線形運動でシリンダーを動かします。これらのアクチュエーターは、可変スロットルやペアのスライドバルブなどの制御デバイスと、ピストンや制御バルブスライドなどの作動コンポーネントの2つの重要なコンポーネントで構成されています。彼らは非常に高い力と長いストロークがありますが、プログラム可能ではありません。

油圧アクチュエーターは爆発的な防止、衝撃防止、および火花防止であるため、危険な環境に適しています。しかし、それらは非常に複雑で、高圧ポンプ、高圧調節因子、油圧液リザーバーが必要です。油圧液の漏れと廃棄も困難であり、メンテナンスが必要です。

電気アクチュエータシステム

電気アクチュエータシステムは非常に正確であり、高速、力、精度、および制御された加速および減速アプリケーションに適しています。これらのアクチュエーターは、ネジを使用してプッシュ/プル効果を作成し、モーターの回転力を線形動きに変換します。モーターを介してアクチュエータのネジを回転させることにより、ナットは線形運動で上下に動きます。電気アクチュエーターもプログラム可能であり、電子コントローラーを使用してモーションコントロール機能の柔軟性を提供します。

油圧および空気圧アクチュエーターと比較して、 電気アクチュエーターは最も信頼性が高く、メンテナンスはほぼゼロです。また、環境に優しいものであり、最小限の効果があります。ただし、ショック負荷を処理する能力は限られているため、機械的な損傷を引き起こす可能性があります。また、高速まで遅くなりますが、力と高度に相関しています。つまり、高速は力が低いことを意味しますが、低速は高能力を意味します。

特性の比較

以下の表では、各アクチュエータシステムの特性を要約しています。電気アクチュエーターは最もシンプルで最も費用対効果の高いオプションであり、空気圧は2番目に登場しますが、負荷定格が限られており、位置の精度を達成することは困難です。油圧アクチュエーターは、非常に高い力と長いストロークを生成することができ、頑丈なアプリケーションに適していますが、複雑でメンテナンスが必要です。電気アクチュエーターは最も信頼性が高く正確ですが、衝撃負荷の処理が制限されています。

効率と運用コストに関しては、電気アクチュエーターが明確な勝者であり、運用コストとメンテナンスコストが低いことです。空気圧アクチュエーターには中程度の購入と運用コストがありますが、油圧アクチュエーターは購入コストと運用コストが高くなっています。ただし、油圧アクチュエーターには寿命が長く、長期的には費用対効果の高いソリューションになります。

結論

結論として、アプリケーションに適したアクチュエータシステムを選択するには、それぞれに利点と短所があるため、特定のニーズを慎重に検討する必要があります。空気圧、油圧、および電気アクチュエータシステムにはすべて、特定のアプリケーションに適したユニークな特性があります。空気圧システムは、高速を必要とする単純なアプリケーションに最適ですが、油圧システムは、強力なストロークと長いストロークを必要とする頑丈なアプリケーションに最適です。電気システムです 非常に正確で信頼性があります、正確さと再現性を必要とするアプリケーションにとって最良のオプションにします。

典型的な電気アクチュエーター内には多くのコンポーネントがあります。電気線形アクチュエーター内に見られる一般的なコンポーネントの一部を次に示します。

1. 電気モーター - アクチュエータのロッドまたはシャフトを出入りする電力を提供します
2. 鉛ねじまたはボールスクリュー - モーターの回転運動をアクチュエータの出力棒の線形運動に変換します
3. エンコーダまたは制限スイッチ - ポジションフィードバックを提供し、アクチュエータの動きの範囲を制限して、損傷や過負荷を防ぐ
4. ハウジングまたはケーシング - 内部コンポーネントを含み、保護し、アクチュエータに取り付けポイントを提供します
5. ベアリング - 出力ロッドをサポートし、モーション中の摩擦を減らす
6. ギアボックス - モーターの速度を低下させ、トルク出力を増加させ、アクチュエータがより重い荷重を動かしたり、より大きな力を発揮したりすることができます。

特定のコンポーネントとその構成は、電気線形アクチュエータのタイプと適用によって異なる場合があることに注意してください。以下の画像は、メインコンポーネントを示す非常に高いレベルの画像です。

 アクチュエータの中で詳細を見たいですか？

 下の画像には、典型的なものを見ることができます FIRGELLI アクチュエーターとそのすべてのコンポーネントがさらに詳細になります。このレベルの詳細には、Oリング、配線などの多くの部品がまだ欠けています。これにより、画像があまりにも大きすぎるため、視聴を容易にするためにいくつかの非コアコンポーネントを削除しました。

モーター

すべての電気アクチュエーターには、ACまたはDCのいずれかのモーターがあります。ほとんどはDCです。なぜなら、それらは処理が安全であり、DCがはるかに簡単に制御できるためです。モーターのサイズはアクチュエーターにその力を与えるものであり、そのため、より大きなモーターはより多くのパワーを意味し、逆も同様です。

モーターになると、ブラシとブラシレスの2つのタイプがあります。最も一般的なタイプであるブラシ付きモーターは、ブラシ（炭素またはグラファイトで作られた）を使用するDCモーターの一種です。 電力をローターに転送します （モーターの回転部分）。ブラシ付きモーターの基本コンポーネントには、ステーター（固定部分）、ローター（回転部）、および整流子が含まれます。

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ステーターには、金属コアの周りに巻かれたワイヤーの1つ以上のコイルが含まれています。これらのコイルは通常、ローターの周りに円形のパターンに配置されます。一方、ローターは、ベアリングに取り付けられたシャフトと、シャフトの周りに円筒形のパターンに配置された一連のワイヤ巻線または永久磁石で構成されています。

整流子は、シャフトに取り付けられ、ローター巻きに接続されているセグメント化された円筒形の導体です。ブラシは整流子と接触し、許可します 電源からローターに伝達される電力.

ステーターコイルに電力が適用されると、ローターの周りに磁場が作成されます。磁場は、ローターによって生成される磁場と相互作用し、ローターを回転させます。ローターが回転すると、整流子セグメントがブラシを通り過ぎて移動し、ローター巻きを通る電流の極性を切り替えて、モーターを駆動するトルクを生成します。

整流子セグメントは特定のパターンで配置されているため、ローターの各回転中に適切な時間にローター巻きの電流の極性が変化します。電流のこの切り替えにより、モーターは同じ方向に回転し続けることができます。

ブラシ付きモーターは、設計と構造が比較的単純ですが、いくつかの制限があります。主な欠点の1つは、です ブラシと整流子は時間の経過とともに着用します、摩擦の増加と効率の低下につながります。この摩耗は、火花を生成することもあります 電磁干渉を引き起こします。さらに、ブラシ付きモーターは効率が低く、ブラシレスモーターと比較して電力と重量の比率が低い傾向があります。ただし、ブラシモーターはより一般的で、価格がはるかに低く、制御がはるかに簡単です。これが、それらが電気アクチュエーターで最も一般的に使用されている理由です。

以下はブラシレスモーターです

ブラシレスモーター（BLDC）は、ローターが回転部品である別の構成を使用し、ステーター（固定部）には巻線があります。 BLDCモーターのローターは、通常、シャフトの周りに円形パターンに配置された一連の永久磁石で構成されています。ローターを囲む固定子が持っています 特定のパターンでのワイヤー創傷の複数のコイル。ステーター巻線は、センサーを使用してローター磁石の位置を決定し、電流の流れをステーターコイルに制御する電子コントローラーによってエネルギーを与え、ローターの永久磁石と相互作用する回転磁場を生成し、それを回転させます。

2種類のモーターの主な違いは次のとおりです。

1. ブラシ付きモーターは、ローターに電力を伝達するためにブラシを必要としますが、ブラシレスモーターは、ステーターが巻線を持つ固定部分であるため、ブラシを必要としません。
2. ブラシをかけたモーターは、電磁干渉を生成し、ブラシが整流子と接触するため、より多くの熱を生成する傾向がありますが、ブラシレスモーターは接触せず、熱と電磁干渉が少なくなります。
3. ブラシレスモーターは、電力と重量の比率が高く、ブラシと整流子の間に摩擦によりエネルギー損失がないため、ブラシ付きモーターよりも効率的です。
4. ブラシレスモーターは通常、モーターの制御に必要なより複雑な電子機器のため、ブラシ付きモーターよりも高価です。
5. ブラシレスモーターの寿命は、整流子とブラシの間に接触点がないため、かなり長くなります。実際、唯一の摩耗した部分は、通常非常に長い寿命を持っているベアリングにあります。

重要な部分 - クレビス

clevis（時には「clevice」と綴られることもあります）は 2つのオブジェクトを結合するために使用されるメカニカルファスナー、通常、荷重またはリンケージへのロッドまたはシャフト。ピンまたはボルトの取り付けを可能にする腕の端に穴があるU字型の金属ブラケットで構成されています。クレビスは、ある程度の回転またはピボットを可能にしながら、オブジェクト間の力または動きを送信するために使用できます。 Clevisesは、機械、車両、航空機の建設など、さまざまな産業用途で一般的に使用されています。また、シリンダー、ピストン、またはその他のコンポーネントを負荷またはアクチュエータに取り付けるために使用される油圧および空気圧システムにもあります。

以下は、ロッド端（動く部分）とモーターの端（固定された状態にした部分）の両方のクレビスの画像です。

アクチュエーターのクレビス端の目的は、一方の端が固定されたままで（通常はモーターの端）、内外に伸びる部分であるロッド端にもクレビスマウントがあることです。両端に収まるU字型ブラケットは丸いピンを使用し、これによりブラケットが1つの軸の周りを回転できます。これは非常に重要です。アクチュエーターが何かを開いて閉じているため、アクチュエータは角度も変化し、少なくとも1つの軸を回転させることなく、システムが故障します。

過負荷保護

一部のアクチュエーターには、サーミスタと呼ばれる過負荷電流保護システムが組み込まれています。

サーミスタはaです 抵抗が温度によって異なる抵抗器の種類。 「サーミスタ」という名前は、「サーマル」と「抵抗器」の組み合わせです。サーミスタは、温度センサーとして電子回路で一般的に使用され、温度との抵抗の変化を測定し、周囲の環境の温度を決定するために使用されます。

サーミスタには、正の温度係数（PTC）と負の温度係数（NTC）の2種類があります。 PTCサーミスタには、温度の上昇とともに増加する抵抗がありますが、NTCサーミスタは温度の上昇とともに減少する抵抗があります。

サーミスタは、金属酸化物などの半導体材料で作られています。 温度変化に対する高感度。サーミスタの抵抗温度関係は非線形であるため、温度では抵抗の変化が一定ではないことを意味します。抵抗と温度の関係は、 Steinhart-Hart方程式.

サーミスタは、電子回路での温度測定と制御、発振器回路の温度補償、過剰な浸透条件からの電子デバイスの保護など、幅広いアプリケーションで使用されています。また、温度センシングと制御のために、自動車、HVAC、および医療用途でも使用されています。 FIRGELLI この機能が好きな顧客向けのアクチュエータモデルの1つに組み込まれています。

すべてのアクチュエーターがサーミスタを組み込んでいるわけではありません サーミスタ キックインしたら、カットアウトを最初から引き起こし、アクチュエータに極性を逆にする負荷を削除する必要があります。これは、制御プログラムで非常に簡単に行うことができますが、電源とスイッチのみを備えたアナログセットアップでは、最適ではない場合があります。しかし、このタイプの安全性は非常に効果的であり、子供や指が負傷する可能性のあるアプリケーションに理想的です。

アクチュエーターのさまざまな機能は、電圧、リードスクリュータイプ、モーター仕様など、速度と負荷容量に影響を与える可能性があります。いくつかの機能とその効果は次のとおりです。

1.電圧：アクチュエータに供給される電圧は、生成できる速度とトルクに影響します。通常、電圧が高くなると、高速とトルクが発生します。ただし、より高い電圧を使用すると、消費電力が高くなる可能性があり、より高価な電源とコントローラーが必要になる場合があります。 DCモーターの電圧の選択は、アプリケーションの要件と制約に依存します。 12V、24V、および48V DCモーターを使用することの利点と欠点を次に示します

2. LEADSCREW TYPE：LEADSCREWはです 回転運動の変換を担当します モーターからアクチュエータの線形運動に。さまざまな種類のリードクルーは、それぞれが作成する摩擦により、アクチュエーターの速度と負荷容量に影響を与える可能性があります。 ACMEリードネジは安価で、重い荷物を処理できますが、効率が低く、より多くの熱が発生する可能性があります。一方、ボールスクリューはより効率的で高速になりますが、より高価になる可能性がありますが、それでも高い負荷容量があります。

3.モーター仕様：モーターは、アクチュエータを移動する力を提供する責任があります。さまざまなモーター仕様が生成できる速度とトルクに影響を与える可能性があります。 より高いRPMモーターはより高い速度を生成できますが、トルクが低い場合があります、より高いトルクモーターはより重い荷重を処理できますが、速度が低い場合があります。モーターのサイズと重量は、アクチュエータの全体的なサイズと重量にも影響を与える可能性があります。

これは、さまざまなAC電気アクチュエータコンポーネントの機能、長所、および短所の一部を要約するテーブルです。

アクチュエータの寿命はだけではありません 内部コンポーネントの影響を受けます しかし、固体オブジェクトや液体などの環境への侵入に耐える能力もあります。電気アクチュエーターに長期にわたる耐久性があることを確認するためにFIRGELLI 外側に保護シールを追加します。