リニア アクチュエーター 101 — リニア アクチュエーターについて知っておくべきことすべて

Nov 16, 2023

ロビー・ディクソン

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この記事では、リニア アクチュエータがどのように動作するか、およびリニア アクチュエータを説明するために使用される用語についての基本的な理解を説明します。 基本を理解すると、独自の電動リニア アクチュエータの選択がはるかに簡単になります。

アクチュエータは、エネルギー源入力と外部信号入力を必要とするデバイスです。 これらの入力は、通常、回転または直線のいずれかの動きの形で出力を作成します。 この記事では、直線運動を生成するアクチュエーターに焦点を当てますが、特にアクチュエーター一般に焦点を当てたより詳細な記事を作成しました。参照するには、ここ「アクチュエーター」を参照してください。

さらに役立つように、「これらの 5 つのステップを読むまでリニア アクチュエータを購入しないでください」という記事を作成しました。 これは、オンラインで電動リニア アクチュエータを購入する際の多くの落とし穴を回避するのに役立ちます。

また、特定の用途に必要なリニア アクチュエータのタイプを計算するために使用できる計算ツールも作成しました。 計算機に基本的な詳細を入力するだけで、結果が表示されます。 リニアアクチュエータ計算機はこちら

電動リニアアクチュエータは、AC または DC モータの回転運動を直線運動に変換するデバイスです。 押す動きと引く動きの両方を提供できます。

この動きにより、ボタンを押すだけで、物体を持ち上げたり、落としたり、スライドさせたり、調整したり、傾けたり、押したり引いたりすることが可能になります。 ボタンを押すだけでこれらの作業をすべて実行できる製品について、あらゆる可能性を検討してください。 さらに魅力的なのは、これらの電動アクチュエータは設置とセットアップが驚くほど簡単かつ安全であることです。 現在、世界中で数億台のアクチュエーターがさまざまなタスクを実行するために使用されています。 私たちは常に、リニア アクチュエータは 3-D の汚い、鈍い、または危険な用途に最適であると述べています。 しかし、ホームオートメーションの進歩により、テレビやプロジェクターの昇降、デスクリフト、スピーカーのポップアウト、キッチン家電のリフトなど、目新しい作業を行うために家庭やオフィスで広く使用されていることがわかりました。

さらに、リニア アクチュエータにより、オペレータは、リニア アクチュエータが提供する安全で正確な動作制御を完全に制御できるようになります。 エネルギー効率が高く、メンテナンスがほとんどまたはまったく不要で長寿命です。

電動リニアアクチュエータは、油圧式や空圧式に比べて設置が非常に簡単です。 また、ポンプやホースがないため、占有スペースがはるかに少なく、油圧および空気圧アクチュエータよりも大幅に安価です。

電動リニア アクチュエータは、DC または AC モーター、一連のギア、およびメイン ロッド シャフトを押し出したり押し出したりする駆動ナットを備えたリード スクリューで構成されます。 これは本質的にすべてのリニア アクチュエータで構成されています。 アクチュエータごとに変わるのは、モータのサイズ、ギア、親ネジだけです。 他のいくつかの電子機器は、ストローク リミットの切り替え量や位置フィードバック オプションの決定に役立ちますが、基本的に、アクチュエーターはモーター、いくつかのギア、親ネジにすぎません。

リフティングコラムは、リニアアクチュエータの別の形式です。 通常、複数のステージがあるため、より長いストロークが得られます。 これにより、全閉時よりも長く伸縮することができます。 別の言い方をすれば、コラムリフトはアクチュエータの中のアクチュエータであると言えます。

コラム リフトのもう 1 つの利点は、リニア ガイドがアクチュエータの構造に組み込まれており、外部に追加する必要がないことです。 リニア アクチュエータは通常、側面荷重にうまく対処できません (これについては後で説明します)。 コラムリフトにはガイドシステムが組み込まれているため、一部の用途では他の用途よりも優れています。

マイクロ リニア アクチュエータまたはミニ リニア アクチュエータは、スペースが限られている場合、または必要なアクチュエータのストロークが小さい用途に使用されます。 おそらく、小さなもの、またはそれほど遠くないものを移動する必要がある場合、マイクロ リニア アクチュエータはそのような用途に最適です。 通常、マイクロ アクチュエータのストロークは 10mm ～ 100mm で、サイズは非常にコンパクトです。 マイクロ リニア アクチュエータの欠点の 1 つは、マイクロ リニア アクチュエータを駆動するモーターが小さいため、力がかなり小さくなる傾向があることです。

電動リニア アクチュエータは、正確でスムーズな動作制御によるシンプル、安全、クリーンな動作が必要な場合に最適なソリューションです。 かなり大きな力で調整、傾け、押し、引き、持ち上げるためのアクチュエータ システムを選択できます。

油圧システムは計り知れない力を発揮できますが、これらのシステムには高圧ポンプ、高圧バルブと配管、およびすべての作動油を保持するタンクが必要です。したがって、十分なスペースとお金があれば問題ありません。その場合、油圧が最適な方法になる可能性があります。

油圧アクチュエータは流体を使用してピストンを前後に押しますが、電動リニアアクチュエータは AC または DC モータを使用してリードスクリューを駆動します。 送りねじにはナットが取り付けられており、送りねじを上下に動かし、回転運動を直線運動に変換します。

操作の観点から見ると、油圧の使用には欠点があります。 メインは制御されています。 これらのシステムに関しては、正確な制御がほとんどできません。

電動リニア アクチュエータは、メンテナンスがほとんどまたはまったく不要で長寿命です。 これにより、他のシステムと比較して総運用コストが非常に低く抑えられます。

電動アクチュエータ システムは静かでクリーン、無毒、そしてエネルギー効率に優れています。 これらは、環境に配慮した機器に関する増え続ける要求と法律に応えます。

リニアアクチュエーターは物を動かし、私たちは長年にわたって何千ものアプリケーションを見てきました。

実際の自動化アプリケーションの例をいくつか示します。

産業用途には次のものが含まれます。

当社のスペックシートには静的荷重と動的荷重の両方が記載されている場合があります。 動的荷重、または吊り上げ荷重は、リニア アクチュエータの動作中にリニア アクチュエータにかかる力です。 静荷重は、保持荷重とも呼ばれ、リニア アクチュエータが停止しているときにリニア アクチュエータにかかる力です。 動的荷重は何かを移動させるために必要なものであり、静的荷重はその何かを所定の位置に維持するために必要なものです。

リニア アクチュエータは、引張、圧縮、または組み合わせの用途に使用できます。 これを押す力または引く力と呼びます。 サイドローディングまたはクロスローディングは避けてください。 横からの荷重が避けられない状況では、システムにリニア スライド レールまたは引き出しスライドを使用することをお勧めします。 スライド レールは、アクチュエータよりもはるかに大きな横荷重に対処できます。 サイドロードを軽減することで、リニアアクチュエータは最大の押し力と引き力を発揮できます。

サイドローディングまたはラジアル荷重は、リニア アクチュエータの中心線に対して垂直に加えられる力です。 偏心荷重とは、重心がアクチュエータの長手方向軸を通って作用しない力です。 サイドローディングと偏心ローディングは両方とも、拘束を引き起こし、リニア アクチュエータの寿命を縮める可能性があるため、常に避けてください。 ただし、アプリケーションで引き出しスライドを使用する場合、これは適用できる負荷の量に大きく影響します。 移動する物体を引き出しスライド上に置くと、アクチュエータがすべての重量を負担するのではなく、スライドによって重量が支えられるようになります。 サイドローディングに対処する場合のもう 1 つのオプションは、トラック アクチュエータを使用することです。

ほとんどのリニア アクチュエータにはリミット スイッチが組み込まれています。 使用可能なリミット スイッチのタイプは各製品範囲によって異なります。 これらには、電気機械式、磁気近接式、および回転カムが含まれます。 通常、リミット スイッチはアクチュエータに事前設定されており、アクチュエータが完全に伸びたときと完全に縮んだときにストロークを停止します。

リミットスイッチは、アクチュエータがストロークの終わりに達したときにモータが焼損して停止するのを防ぐため、重要です。 リミットスイッチは単にモーターへの電力を遮断するだけです。

外部リミット スイッチを使用すると、特定の用途に合わせてシステム内の移動制限を柔軟に設定できます。 お客様は、ユニット内のリミットスイッチを適切に設定する責任を負います。 リミットスイッチが設定されていない場合、または設定が不適切な場合、動作中にユニットが損傷する可能性があります。

リニア アクチュエータは、AC または DC モータのバージョンで使用できます。 ただし、各範囲には推奨される標準タイプがあります。 DC モーターが最も一般的で、通常は 12 ボルトです。 24 ボルト モーターは、より効率的な産業用途や高力アクチュエーターに使用されます。

AC モーターは、220 ～ 240 VAC 単相モーター、220 ～ 240/380 ～ 415 VAC 3 相モーター (50/60Hz)、または 24VDC モーターのいずれかになります。

リニア アクチュエータはさまざまな線形速度で利用でき、標準リストの詳細は各製品に記載されています。 異なる速度を達成するには、アクチュエータのギアが変わります。 速度に影響を与えるためにギアを変更すると、力も変更されることに注意してください。 力とスピードは常に互いにトレードオフの関係にあります。

リニア アクチュエータのデューティ サイクル定格は、通常、「オン時間」のパーセンテージ (合計時間に対するオン時間の比率)、または一定期間の移動距離として表されます。 デューティサイクル定格は、アクチュエータのタイプによって表現方法が異なります。 デューティ サイクルの詳細については、ブログ投稿「What is Duty Cycle in a Linear Actuator?」を参照してください。

リニア アクチュエータは通常、アクチュエータの両端にクレビスと呼ばれる取り付けポイントがあり、旋回運動を可能にします。 いくつかのオプションがあります。 二山クレビスが標準ですが、通常、各アクチュエータには、使用する独自の標準化された取り付けブラケットがあります。

リニア アクチュエータにはさまざまな IP 定格があります。 数値が低いほど、保護力は低くなります。 たとえば、IP54 は防塵などの基本的な保護を提供し、IP66 は防水保護を提供し、屋外での使用に最適です。 以下の表は、Firgelli の各リニア アクチュエータの IP 定格を示しています。 また、リニア アクチュエータの IP 評価に関するトピックだけを別のブログ投稿としてここに書きました。

特に明記されていない限り、全電動リニア アクチュエータではバックドライブが可能です。 バックドライブとは、静力よりも大きな力が加えられることで、力が加えられずにアクチュエータ シャフトが動くことを可能にします。 ボールねじを使用するアクチュエータには通常、負荷によるアクチュエータの逆駆動を防ぐために電気ブレーキ (通常はモータが取り付けられています) が取り付けられています。

アクチュエータが動かなくなる可能性があるため、ハードストップが可能なアプリケーションはお勧めしません。 ジャミングの例としては、リミットスイッチのオーバートラベルやストローク端でのナットやネジの内部でのジャミング、アクチュエータを動かない物体に押し付けてアクチュエータに重大な過負荷をかけることが挙げられます。

不適切な負荷、不適切な取り付け、過剰な負荷、および極端な環境は、アクチュエータの早期故障につながる可能性があります。 最も一般的なのは、力の増幅による過負荷です。

同一のアクチュエータにおけるモータ速度の小さな違いは、ごく普通のことです。 また、アクチュエータの負荷が異なると、ユニットの同期が非常に簡単に外れてしまう可能性があります。 したがって、ユニットが同期して実行されることは保証できません。 正確な同期を得るには、閉ループ制御システムをお勧めします。 これは、フィードバックを内蔵したアクチュエータを使用することで可能になります。 フィードバック データはコントローラーに送信され、コントローラーは負荷や速度の違いに関係なく、アクチュエーターを一緒に動作させる方法を計算します。 フィードバック アクチュエータには、ポテンショメータ、光センサー、またはホール センサーが含まれます。 このトピックについては、当社のブログ投稿「Firgelli リニア アクチュエータを使用した同期動作の実現」で詳細を説明しています。

リニア アクチュエータは、ギアボックス アセンブリや親ネジとナット アセンブリなどのアクチュエータの内部部品にグリース潤滑されています。 アクチュエータには生涯グリースが塗布されています。

温度テストでは、アクチュエータが極端な温度で動作することと、急激な温度変化に耐えることがテストされます。 ほとんどの場合、+100°C の環境から -20°C への繰り返しの変化に耐え、完全な機能を維持できるかどうかのテストがアクチュエーターに対して実行されます。

リニア アクチュエータがどのように動作するかをさらに詳しく説明するために、「リニア アクチュエータの内部 - アクチュエータの仕組み」という記事を作成しました。

著者: ロビー・ディクソン

https://en.wikipedia.org/wiki/ロビー_ディクソン