電動アクチュエータは、手動設計を含む他のモーション オプションを置き換えます: モーション トレンド レポート

Oct 04, 2023

リサ・エイテル著 | 2019年3月1日

現在、電動アクチュエータの指定と設置はこれまで以上に簡単になりました。 コンポーネントサプライヤーからの付加価値サービスや、アプリケーション固有のアクチュエーター製品ライン (特にモバイル機器や民生用のバッテリー駆動設計) により、OEM とエンドユーザーの多くの統合作業が不要になります。 これらは、Design World が過去数年間追跡してきた動き、つまり事前に統合されたモーション ビルドが増加している動きによって部分的にサポートされているトレンドです。最も急速に成長しているのは、手動操作機能の代替を目的としたコンパクトなモーション設計です。

LINAK リニア アクチュエータは、オフハイウェイ機器の格納式運転台脚立に動力を供給し、作業員が高い運転台エリアに登る (および降りる) ことを容易にします。 アプリケーションの全文をここで読んでください。

Jonas Proeger • トライナミック モーション コントロール:私たちが見ている大きな全体的な傾向は、第 4 次産業革命と呼ばれるものです。 このことから、2 つの重要なことがわかります。

• 人間の生活のますます多くの側面が自動化されています。これには、大型機械で処理される機能や日常の小さな作業も含まれます。

• ソフトウェア デファインド マシンの使用は急激に増加しています。 この完璧な例は 3D プリンターです。これらの機械は、適切なソフトウェアが提供されればあらゆるものを製造できます。 しかし、それは 3D プリンタだけではありません…実際、ソフトウェア デファインド マシンは、今日では 1 つの製品だけのために構築されるのではなく、顧客の要求に応じて製造されるすべての部品の再プログラミングや修正さえも受け入れる新しい製造プラントも可能にします。マスカスタマイゼーション。

製品や機械は（機械の物理的な変更を加えずに）ソフトウェア定義されることが増えているため、下位レベルの機能（モーター制御やランピングなど）は、アプリケーション ソフトウェアが変更された場合でも確実に動作し続ける実績のあるビルディング ブロックで実行されるべきだと考えています。 Trinamic 製品のユニークな点は、お客様が通信スタックとアプリケーション コードに利用するハードウェア (当社の設計がモーター制御とソフトウェア タスクを実行する場所) 間の分割です。

以前は、ほとんどのアクチュエータは OEM によって製造され、OEM はモータ、回転/直動装置、カップリングを購入し、社内で組み立てを実行していました。 今日、ターンキー電動アクチュエータの仕様は、わずか数軸または数千軸を含むプロジェクトでは標準となっています。

以下では、電動アクチュエータのプログラマビリティの向上 (およびコンポーネント サプライヤーとその販売代理店がこの取り組みの一部をどのようにサポートしているか) について説明します。 しかし、I4.0 に関連するトレンド以外にも、Trinamic Motion Control (上で引用) の Proeger 氏は、人間の生活のより多くの側面が自動化されていると指摘しています。 オフハイウェイ機械の人間工学の向上に関連する一例については、この記事に付属する LINAK アプリケーション特集をお読みください。

他の企業でも、特に電動アクチュエーターについては同様の傾向が見られます。

デイブ・ハンブレット PBC Linear のシニア アプリケーション エンジニア:最近のいくつかのアプリケーションは、アクチュエータやその他の直線運動設計を使用して、アクセシビリティと保守性の機能を設計に組み込む OEM が増加する傾向を示しています。 一例では、リニアアクチュエータは、オペレータの視認性を高めるために掘削機のキャブの動きを提供します。 より具体的には、この設計は、顧客のハウジングに PBC Linear CCR16 リニア シャフトと FLN16 標準リニア ベアリングを使用します。 ここでの利点には、可用性が含まれます。 良好な負荷定格。 そして堅牢なデザイン。

Tolomatic IMA リニア サーボ アクチュエータは、標準モデルおよび食品グレード モデルにおいて、中空コア ローター設計を特徴としており、ネジのナットがローターの内側を通過できるようにしています。 このコンパクトなパッケージにより、個別のモーター、モーター マウント、ギアボックスが不要になるため、標準アクチュエーターと比較してアクチュエーターの全長を短縮できます。 写真提供：Tolomatic Inc.

電動アクチュエータのもう 1 つの大きなトレンドは、空気圧の代替としての使用です。

ピーター・ザフィロ • LinMot USA:業界のほとんどのアクチュエータは空気圧式です。 そうでないと言う人は、典型的な自動化された生産プラントで十分な時間を費やしていません。 自動化されていない工場でも、大量の空気が使用されています。 つまり、電動アクチュエータを導入する余地がまだたくさんあるということです…これらのモーションコンポーネントはますます使いやすくなっています。 これは、圧縮空気がいかに高価であるかをエンド ユーザーに強化して教育する必要があることを意味します。米国の超格安の電気料金であっても、騒音、メンテナンス、およびメンテナンスの手間を考慮する必要があります。頻繁な修理。

ある工場管理者は、空気圧アプリケーションの正確な複製で当社の製品を 18 か月間使用しました。 当社が提供したリニアモーター電動アクチュエーターは、空気圧シリンダーよりも優れた動作を実現し、生産性が向上しました。 私たちが高効率のコンプレッサーを導入し、空気圧シリンダー機械を稼働させるための完全に漏れのない空気供給システムを作成し、使用されたキロワット時を測定し、これをリニアモーター電動アクチュエーター機械と比較して初めて、彼はこう言いました。当社の電動アクチュエータソリューションを受け入れていただきました。 LinMot ソリューションは、エアシリンダーの消費電力の 3% を消費しました。 空気圧シリンダーを電気で動かすには年間 5,000 ドルをはるかに超える費用がかかりました。電気交換の ROI は 1 年未満でした。

生産部品を製造する多くの工場の利益率は部品あたり 1 ペニー未満です。 年間 5,000 ドルの追加利益が得られるのは、非常に大きなことです。

流体動力製品と比較した電動アクチュエータ技術のその他の利点は、メンテナンスの手間がかからず、センサー データと負荷監視をフル活用できることと、場合によってはリアルタイムでプログラム可能であることです。それでも、多くのエンジニアは、空気圧とリニア モーターの適用可能性はほとんど重複しないと誤って想定しています。

サファイア • リンモット:場合によっては、リニアモーターが空気圧の直接の代替品になります。 前払い価格のペナルティは、総所有コストの削減によってすぐに相殺されます。 もちろん、すべての空気圧アプリケーションが大量のキロワット時を消費するわけではありません…しかし、多くの直線運動アプリケーションは確かに消費します。 これは、負荷が取り付けられた状態で A から B に移動すると、シリンダー内で大量の空気の変位が発生するためです。

それでも、ほとんどのエンドユーザーはまだ切り替えようとはしません。 リニアモーターはハイエンドの駆動技術であり、空気圧シリンダーは単純であるという汚名があります。 一部のエンジニアにとって、最も基本的なものを最も洗練されたテクノロジーに置き換えるのはやり過ぎのように思えますが、実際にはそうではありません。 ダイレクトドライブ システムは、ボールねじ、ギア、ベルト、カップリング、その他の中間ドライブトレインに関連する熱損失を示しません。 当社のリニアモーターは、IP69K レーザー溶接保護まで、汚染に対して密閉されています。

現実には、リニア モーターはすべてのアプリケーションにとって意味があるわけではありません…ただし、多くのアプリケーションにとっては意味があります。 100 mm を超える距離を 2 秒ごとを超える頻度で移動し、あらゆる種類の負荷を取り付けた場合、大量の空気を使用していることがわかります。 では、ポイントツーポイントの位置決めとピックアンドプレイスに最も効率的なシステムを採用してみてはいかがでしょうか?

リニア モーターは、回転モーターがリニア モーターに取り付けられている、上下回転運動を繰り返すねじ切りやキャッピングの用途にも優れています。

リニアアクチュエータ用の機械デバイスには、さらに多くの進歩があります。 これらの中には、従来の流体動力製品を対象としたものもあります。

アーロン・ディートリッヒ • トロマティック:ローラーねじの導入における大幅な成長は、油圧シリンダー技術に取って代わる際に、より小さなパッケージ サイズでより多くの力を発揮するという要件から生じています。 力に達する必要があるだけでなく、ねじ技術は要求の厳しい用途で非常に長い寿命を提供し、機械の振動やその他の困難な環境にも耐えることができなければなりません。

デイブ・ベックストファー | プロダクト マネージャー • ポルテスキャップ:リニアアクチュエータの継続的な傾向は、高い力出力を維持しながらサイズを縮小することです。 ポルテスキャップは、同じ外径を維持しながら直線力を増加できる新しいリニア アクチュエータの開発を続けています。

さらに、外部リニアアクチュエータ設計では、ブラシ DC モーターやギアボックスなど、さまざまなテクノロジーを利用した追加オプションを提供できます。 代替テクノロジーは、親ネジのピッチに柔軟性を与えながら、モーター ソリューションの直径を縮小するのに役立ちます。

Stefan Vorndran • Physik Instruments (PI):スペースと電力が限られており、精度の要件が高い用途では、ピエゾモーター駆動の小型アクチュエータへの関心が高まっています。 ピエゾモーターは従来の小型モーターよりも小型で効率的であり、ピエゾモーター アクチュエーターは、継続的な電力や機械的ブレーキを必要とせずに、非常に安定して位置を保持できます。 アクチュエータのサイズが小さいため、非常に小さな位置決めステージの構築も可能になります。

モーターや機械作動のタイプに関係なく、最近では、事前に設計されたアクチュエーター サブアセンブリが普及しています。 OEM 向けのカスタマイズは、軸を標準製品の能力よりも速く移動する必要がある場合や、ソフトウェアが特殊な通信要件に対応する必要がある場合に役立つことがあります。

コンポーネントを組み立てるか、事前に統合するかを選択することで、OEM とエンドユーザーは、特定のアプリケーション向けのモーターとドライブのマッチングやカスタマイズに関連するタスクなど、モーション設計タスクに費やす時間と労力を制御できます。 このような設計では、多くの場合、ケーブル配線とコネクタ、ポテンショメータ、エンコーダ、コントローラ、リレー、ネットワーク用の組み込み電子機器を含むスマート アクチュエータが生成されます。コンポーネントのサプライヤーまたはその販売代理店がアクチュエーターのプログラミングの一部を引き受ける場合、OEM およびエンドユーザーはさらに多くのサポートを期待できます。

ディートリッヒ・トロマティック:複数のテクノロジーを単一のモジュール式モーション制御ソリューションに統合することで、機械設計者はよりコンパクトな機械設計を作成できます。 たとえば、Tolomatic の IMA 製品ラインは、適合したコンポーネントを備えた最適化されたソリューションです。 機械式アクチュエータとサーボモータを 1 つのアクチュエータ モジュールに統合します。

統合アクチュエータ ソリューションを使用すると、機械設計者はサーボ制御サプライヤーから独立した機械設計を 1 つだけ行うことができます。 これにより、部品点数が削減され、アクチュエータにモータを取り付ける必要がなくなりました。 さらに、統合されたアクチュエータ コンポーネントは、性能、コスト、サイズ、重量に関して最適化されています。

パトリック・ウィーラー | プロダクト マネージャー • エアロテック:制御テクノロジーは組み込みソリューションに向かって進んでいます。 これは、PC がアプリケーションに導入されることを証明する必要がますます増えていることを意味します…そして、PC はもはや出発点ではありません。 また、ラダーや構造化テキストなどの従来の IEC 言語よりも、より高度なプログラミング言語を求める傾向も見られます。 世界的に IEC から遠ざかっているというわけではありませんが、高度なプログラミングの使用が増加しているのは新たな傾向です。 実際、仕事を遂行するために新しい言語を積極的に採用する顧客の話を聞くことが増えています。ただし、言語が親しみやすく、現代の言語構造に準拠していることを望んでいます。

リニア アクチュエータの統合の強化は OEM にどのような影響を及ぼしますか?

ダン・シュミット | プロダクト マネージャー • Tolomatic:統合されたアクチュエータにより、OEM は従来のアクチュエータ、ギアボックス、ベルト システムのコンポーネントのトラブルシューティングと比較して、モーション モジュールの簡単な交換を通じて顧客をより適切にサポートできるようになります。 これは、機械設計で購入するコンポーネントの数を減らすのにも役立ちます (購入傾向とベスト プラクティスに沿って)。 食品飲料業界では、よりコンパクトなソリューションとオープンな機械設計への傾向があり、洗浄の容易さ、機械の信頼性を向上させ、オープン定置洗浄機械設計を実現するために、洗浄可能な統合アクチュエーターが必要です。

業界の一般的な傾向として、OEM 活動はサイクル タイムとプロセスの信頼性を向上させ、アクチュエーターの長寿命と高性能が求められています。 これは、さまざまなネジ技術 (ボールネジとローラーネジの考慮事項) の設計選択と、力の再現性と動的応答のために特別に設計された固定子巻線 (スキュー巻線や電気時定数の低い巻線など) によって実現されます。 また、統合が容易で複数の取り付けオプションがあるため、OEM はグローバルに展開し、同じ機械設計 (形状、フィット感、機能) を使用して、さまざまな制御システムを使用して世界中の顧客をサポートできます。

Thomson Industries MOTIONEERING サイジング ソフトウェアを使用すると、設計エンジニアは (とりわけ) 部品番号セレクターを使用して直線運動ソリューションを迅速に見つけることができます。 このようにして、3D モデルや技術情報にすぐにアクセスできるようになります。

サイジング ソフトウェアとオンライン購入ツールは、消費者の購買習慣を変えたのと同じように、リニア アクチュエータの設計方法を変化させ続けています。

好例: Bosch Rexroth のリニアモーション eTools (Linear Motion Designer、LinSelect、および eConfigurators) は、ユーザーが情報を取得し、設計を選択、購入、供給、試運転、起動、操作、およびサービスするのに役立ちます。 後者の場合、メーカーの ActiveCockpit データ視覚化ツールを使用すると、プラント データをリアルタイムで追跡できます。

若いエンジニアが（接触販売モデルではなく）自己指導型の研究を好む傾向が、このオンライン購入と仕様の推進に役立っています。東ヨーロッパや中国アジアなどの新興市場における設計エンジニアリングも、オンライン ツールによって大きくサポートされています。 もちろん、地域市場のクリティカルマスは依然として従来の販売アプローチを支持しており、特にエンジニアが直接訪問できる知識豊富なサプライヤー担当者と協力したい場合にはそうだ。

トラヴィス・ギルマー産業用リニアアクチュエータの製品ラインのスペシャリスト • トムソン工業:当社は最近、Linear MOTIONEERING のオンライン サイジングおよび選択ツールをリニア アクチュエーター用のプラットフォームで拡張しました。 これらの製品は、さまざまな製品ファミリー グループが重複しているため、新しいアプリケーションに合わせてサイズを調整することが一般に困難でした。 これにより、コストと時間がかかる誤った適用が発生する可能性があります。 そこで私たちは、特定の用途に適した製品を最も正確に特定する 20 個ほどの質問のリストを作成することで、このプロセスを簡素化することにしました。 その結果、設計エンジニアが自分で検索して見つけるものよりも、よりアプリケーションに焦点を当てた幅広い機能オプションを検討できるようになります。

設計エンジニアは、PC、携帯電話、またはタブレットから当社のセルフサービス サイジング ツールにログインし、リアルタイムで調整し、定義されたパラメータに従って再計算し、プロジェクトの CAD 対応 3D モデルと 2D 投影をダウンロードして、全体的なアプリケーションと設計に合わせて製品をカスタムフィットさせます。 さらに、プロジェクトの作業とサイジングの労力を節約できるだけでなく、プラットフォーム内でリニア アクチュエータを直接注文することもできます。