アクチュエーター101.アクチュエーターとは何ですか、何をしますか、どのように機能しますか。

アクチュエータとは 空気圧アクチュエータ 油圧式Actautors ロータリーアクチュエータ 電動リニアアクチュエータ

アクチュエータは、エネルギー源入力、通常は電気エネルギー、アクチュエータに何をすべきかを指示するための何らかの形の外部信号入力を必要とするデバイスであり、その後、デバイスが作動します。モーション形式の出力は、回転式または線形のいずれかであり、システムで目的の結果を達成するために使用されます。

アクチュエータという用語は、何かを作動させる行為に由来します。言い換えると、アクチュエータとは何かを操作することです。したがって、それが行うことの表現を単純化するために、アクチュエータは信号を読み取ってから作動するか、または動作します。アクチュエータは通常、システム全体または機械またはデバイスの一部です。それを動かすことによって何かをするのは、そのマシン内のコンポーネントです。

アクチュエータ101アクチュエータとは

アクチュエータが機能するには、エネルギー源の入力、通常は電気エネルギーが必要です。また、アクチュエータに何をすべきかを指示するために何らかの形式の外部信号入力が必要であり、その後、デバイスが作動します。出力は通常、システムで目的の結果を達成するために使用されるロータリーまたはリニアのいずれかのモーションの形式になります。

アクチュエータの歴史

アクチュエータは100年以上前から存在しており、その名前は彼らが行うことから来ています。彼らは何かを作動させます。つまり、開閉、押したり引いたり、持ち上げたり、落としたりすることで何かを動かします。毎日使用する最も一般的なタイプのアクチュエータは、車のドアをロックおよびロック解除するソレノイドアクチュエータです。 電動リニアアクチュエータ 車のトランクを開閉するために使用されます。これらは、私たちの日常生活で広く使用されている非常に一般的なタイプの電気機械式アクチュエータです。電気が作られる前はまだ作られていましたが、ドアの掛け金など、人間が制御していました。

アクチュエータはどこで使用されますか?

現代の自動車には50を超えるアクチュエータが使用されていますが、自動車にはおそらく日常生活の一部として使用するアクチュエータが最も多いでしょう。車はそれらを燃料噴射装置、燃料供給と管理のためのバルブ、冷暖房システムで使用し、娯楽システムでさえスピーカー、GPSスクリーンなどを開閉するためにそれらを使用することができます。

アクチュエータ101-アクチュエータとは何ですか?どのように機能しますか

アクチュエータとは

私たちの日常生活で使用されているアクチュエータシステムの典型的な例を見てみましょう。車の暖房には、高温と低温の両方の設定があり、ファンにもさまざまな力のレベルがあります。温度設定は、実際には、熱交換器上を流れる空気の量を調整するアクチュエータを介して制御されます。そのアクチュエータは空気の流れの位置を制御し、熱交換器上を流れる空気が熱くなるほど、逆に、熱交換器から離れるほど空気は冷たくなります。

車のアクチュエータ

リレーはアクチュエータですか?

A リレー また、電気アクチュエータの形式と見なされることもあります。つまり、リレーが作動し、電気信号または何らかのタイプの接続です。これは可動部品のない電気部品のように聞こえるかもしれませんが、実際には可動部品があります。リレーは、電磁場を介してコネクタを開閉する磁気的に帯電したコイルです。ご覧のとおり、これは小規模なアクチュエータの一種です。

この記事では、リニアアクチュエータに焦点を当てます。アクチュエータという用語は実際には非常に広範であり、ロータリーアクチュエータ、ソレノイド、およびその他のタイプもカバーできます。

アクチュエータ

ソレノイドアクチュエータ

自動車にこだわって、これらは別の非常に一般的なアクチュエータタイプを説明しましょう。それはソレノイドアクチュエータです。ソレノイドはリレーのように機能し、電流を取り入れて電磁場を生成します。その磁力により、ロッドが出入りします。通常、ソレノイドアクチュエータに供給される磁場が高いほど、より多くの力が発生し、その逆も同様です。これらは非常にシンプルなオン/オフタイプのアクチュエータであり、オンまたはオフにする以外の制御オプションはほとんどありません。たとえば、速度や力を実際に制御することはできません。実際、さらに悪いことに、ソレノイドアクチュエータのストロークも非常に制限されています。ストロークが2 "(インチ)を超えるソレノイドアクチュエータを見つけることはめったにありません。

ソレノイドアクチュエータ

車のドアの中央ロックは、使用されるソレノイドアクチュエータの最も一般的なタイプです。ラッチをドアハンドルに接続したり取り外したりするだけです。制御機構もソレノイドアクチュエータにとって非常に単純であり、それは12v DC電気の単一パルスがソレノイドに送られ、ソレノイドを作動させ、ばねがソレノイドを戻すものです。

以下は、ほとんどの車で使用されている典型的なソレノイドアクチュエータです。彼らはおそらくなじみのないように見えますが、それはほとんどの人が車のドアパネルの内側を見ることができないためです。

アクチュエータの種類

ピエゾアクチュエータ

これらのアクチュエータの動きは、電圧によって励起されることから生じ、それらを膨張および収縮させるには、通常200Vを超える非常に大きな電圧が必要です。ピエゾ材料はセラミックの一種であり、非常に脆く、各層の間に金属板があり、各ピエゾスタックにエネルギーが供給されるように多くの層があります。

長さの非常に小さな変化には大量の電圧が必要です。通常、ピエゾはそのサイズの約1%しか膨張しませんが、その力は非常に大きいため、ピエゾスタックの膨張を増幅して移動を行うことができます。ストロークのトレードオフ力。増幅は、レバーのアイデアのように機械的に行うことができますが、通常、非常に高い精度と制御が必要なアプリケーションで使用されます。これらは、ピエゾアクチュエータがシリンダーに入る燃料量を制御し、制御レベルをミクロンレベルまで下げる必要がある自動車の燃料噴射装置として最も一般的に使用されます。

ピエゾアクチュエータ

空気圧アクチュエータ

これらのタイプのアクチュエータは、高圧ポンプで作成されたシリンダー内の加圧ガスまたは空気を使用してピストンを動かし、直線運動を作成します。油圧アクチュエータのように、空気圧リニアアクチュエータの設計は長い間存在していました。エアコンプレッサーは、タンク内の空気または不活性ガスを加圧するために使用され、その高圧空気は、アクチュエーターのピストンをスライドさせて出し入れするために使用されます。アクチュエータのピストンが移動の終わりに達すると、バルブスイッチが動かされて、アクチュエータのもう一方の端にあるバルブが開き、高圧の空気がピストンをアクチュエータの反対方向に押します。

空気圧アクチュエータ

空気圧を使用する利点は次のとおりです。

  1. 高速が可能であり、圧力弁とシステムの容積容量によって制御されます
  2. かなり高い力を実現できます
  3. ポンプが高圧タンクを補充する必要があるときを除いて、ほとんど音が出ません。
  4. 非常に長いストロークが可能です
  5. 非常に高いサイクルの信頼性と耐久性。
  6. アクチュエータは構造が非常に単純であるため、実際には非常に小さくコンパクトなサイズにすることができます。

空気圧アクチュエータの欠点:

  1. タンクや高圧ポンプなどの追加設備が必要です
  2. システム全体のリークを許可することはできませんシステム障害
  3. 空気は圧縮性ガスであり、空気圧アクチュエータが大きな力を動かしているため、アクチュエータ内のピストンを動かす前にガスが最初に自然に圧縮されるため、常に遅れが生じます。これは、システムに遅れが生じることを意味します。油圧アクチュエータはこの問題を解決します
  4. 非常に低い位置制御が可能です。以下のビデオをご覧ください。レゴを使用して機械式アクチュエーターと比較して制御が不足していることを示し、DTI(ダイヤルテストインジケーター)を使用して違いを示しています

空気圧アクチュエータはどこで使用されますか?

これらは、高速モーションが必要な場合、またはインチ/秒や30インチ/秒など、大量の直線距離をすばやくカバーする必要がある場合に使用されます。一度インストールすると、多くのインストール時間が必要になるため、ある場所から別の場所に移動するのは困難です。これらのアクチュエータは、メンテナンスなしで数百万サイクルを実行するのに理想的であり、非常に迅速に移動できるため、製造工場の組立ラインにあります。

油圧アクチュエータ

油圧アクチュエータは、高圧の空気またはガスを使用する代わりに、油圧作動油と呼ばれる非圧縮性の液体を使用することを除いて、空気圧アクチュエータとまったく同じように動作します。流体は非圧縮性であるため、大きな利点があります。これらのシステムは非常に大きな力を発揮できるため、重機、掘削機、ダンプトラック、フォークリフト、トラクターなどでのみ使用されます。

油圧アクチュエータ

油圧アクチュエータはどのように機能しますか?

油圧アクチュエータは、高圧流体を使用してピストンを前後に押し、バルブスイッチを介して切り替えが行われます。 Tこれらのシステムには、高圧ポンプ、高圧バルブと配管、およびすべての油圧作動油を保持するためのタンクが必要です。したがって、スペースとお金が多く、非常に大きな力が必要な場合は、油圧が行く方法。

油圧アクチュエータを使用する利点は次のとおりです。

  1. 適度な速度が可能であり、ポンプ速度によって制御されます。
  2. 非常に高い力を実現できます
  3. 非常に長いストロークが可能です
  4. 非常に高いサイクルの信頼性と耐久性。
  5. アクチュエータは構造が非常に単純であるため、実際には非常に小さくコンパクトなサイズにすることができます。

油圧アクチュエータの欠点:

  1. 運転の観点から油圧を使用することには欠点があります。主なものはコントロールです。これらのシステムに関しては、正確な制御はほとんどありません。
  2. システムが機能するには油圧作動油が必要であり、これが漏れると作動油は非常に有毒になる可能性があります
  3. 油圧ポンプが作動しているときは、騒音が発生する可能性があり、必要な力が大きいほど、騒音が大きくなります。
  4. 油圧作動油は粘度が非常に低いため、パイプやバルブなどをスムーズに流れることができません。これらすべてのパイプや継手などを高圧で押し出すには、エネルギーが必要です。その結果、油圧システムの操作は非常に非効率的です。と使用します。
  5. これらのシステムは、購入してインストールするのに費用がかかります。

ロータリーアクチュエータ

ロータリーアクチュエータは、回転運動を発生させるアクチュエータであり、バルブの開閉に最適です。回転運動、したがって回転アクチュエータを作成するには、さまざまな方法があります。違いは、アプリケーションの形で発生します。たとえば、上の写真では、「ラック」がピストンとして制御されるピニオンスタイルの動きがラックを介して回転運動が作成されていることがわかります。ピストンは、油圧で制御することも、高圧の空気とガスを使用して空気圧で制御することもできます。では、違いは何でしょうか?上記の回転アクチュエータが油圧で制御されている場合、加えられる力は非常に大きくなる可能性があるため、バルブを開閉するために大きな力が必要な産業用途に適しています。この回転アクチュエータが空気圧で制御されている場合、アクチュエータは、必要なタスクを実行するために使用されるメインシャフトを回転させるために必要な力が少なくなる可能性があります。

ロータリーアクチュエータ

ロータリーアクチュエータの原理

回転アクチュエータによって生成される運動は、電気モーターで見られるように連続回転であるか、または運動が固定角回転である可能性があります。空気圧または油圧で制御されるロータリーアクチュエータでは、固定角回転タイプである可能性が高くなります。これは、メインシャフトを回転させるラックまたはピストンがここまでしか移動できないため、回転の動きが利用可能な線形ストロークによって制限されるためです。 。さらに回転が必要な場合は、ピストンをさらにスライドさせる必要があります。代わりに、異なるギア比を使用してモーションを作成します。

ロータリーアクチュエータギア比

サーボロータリーアクチュエータ

別のタイプのロータリーアクチュエータは、サーボモーターとステッピングモーターです。これらは電気的に制御されるアクチュエータであり、一定の回転運動を持ちますが、非常に正確な回転制御も提供します。

サーボロータリーアクチュエータ

これらのタイプのアクチュエータは、ロボット工学や消費者向け電子機器で一般的に使用されており、回転運動とトルクが回転モーターによって生成され、一部のギアを介して速度が低下し、トルクが増加して回転運動が発生します。正確な制御を得るために、アクチュエータには位置を測定するセンサーがあります。これは通常、位置に変換される信号を制御システムに送り返すホールセンサーまたはエンコーダーの形式です。サーボモーターの大きな特徴は、非常に小さくして、非常に狭い場所で使用できることです。

回転運動をサーボアクチュエータモーターから直線運動に変換する

 サーボモーターからの回転運動を直線運動に変換する

ロータリーサーボアクチュエータは非常に一般的に使用されており、比較的安価に購入できるため、直線運動を作成するための一般的な方法になっています。単純なリンケージと何らかの形の線形ガイドシステムにより、直線運動を作成することができます。上の写真にあるように、結果として生じるストロークはレバーアームの長さに正比例します。サーボアクチュエータからのアームが長いほどストロークは長くなりますが、トルクがアームの長さに比例するため、力が減少するという欠点があります。

ロータリーアクチュエータの以下のトルク方程式

ロータリーアクチュエータのトルク方程式

電気機械式リニアアクチュエータ。

電気リニアアクチュエータを使用すると、ACまたはDCモーターからの回転運動が親ねじを介して直線運動に変換されます。親ねじは基本的に、ロッドに機械加工されたはすば歯車です。モーターが親ねじを直接またはいくつかのギアを介して回転させることにより親ねじが回転すると、ナット(下の黄色で示されている)が直線運動で親ねじを上下にスライドし、その直線運動を作成します。そのため、「リニアアクチュエータ」という名前が付けられています。これは、依然としてリニアアクチュエータの一種であるソレノイドアクチュエータとは大きく異なりますが、エンジニアリング業界では、エンジニアは通常、両方が直線運動を出力する場合でも、「ソレノイドアクチュエータ」と「リニアアクチュエータ」と呼ぶことで2つを区別します。

リニアアクチュエーターアクチュエーターの一種

電動リニアアクチュエータでは、長さの異なる親ねじを使用すると、ストロークの長さが異なります。親ねじをモーターから速くまたは遅く回すと、異なる速度の直線ストロークが得られます。したがって、モーターからの力が親ねじに加えられるほど、親ねじを上下にスライドするナットに加えられる力が大きくなります。ナットは、ロッドと呼ばれるものに取り付けられています。このロッドは、直線運動を作成するために取り付けるものです。親ねじに加えることができるトルクが大きいほど、スライディングロッドで使用できる線形力が大きくなります。

アクチュエータのトルクを作成するには、さまざまな方法があります。モーターと親ねじの間にギアを追加するのが最も一般的な方法であり、ギア比が高いほど、より多くの力が発生しますが、トレードオフがあり、力が高いほど速度が遅くなり、逆に速度が速くなります。力を下げます。与えられた力に対して余分な速度を得るということは、より大きな入力モーターを使用しなければならないことを意味し、それはより多くの電流とより大きなモーターを必要とし、したがってより多くのお金を必要とします。

電動リニアアクチュエータ

電気 アクチュエータ は、モーターの回転運動を直線運動に変換するか、電流を流して電磁場を生成し、磁気を使用して金属物体をその磁場から遠ざけようとするデバイスです。両方とも非常に異なりますが、それらは同じ名前を共有し、両方ともそれらの名前が示唆するものになります...それらは作動します。つまり、これらはすべて、直線運動または回転運動のいずれかでプッシュ運動とプル運動の両方を提供します。

電動リニアアクチュエータの仕組みの詳細については、この記事を作成しました。リニアアクチュエータの内部-アクチュエータのしくみ"

電動リニアアクチュエータの購入をお考えの場合は、「」という記事を作成しました。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使用しないでください」これは、お金を使う前にいくつかの一般的な問題を回避するのに役立ちます。

マイクロリニアアクチュエータ

マイクロアクチュエータ

 マイクロ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か、必要なアクチュエータのストロークが小さいアプリケーションで使用されます。おそらく、何かを小さくまたはそれほど遠くに移動する必要がない場合は、マイクロリニアアクチュエータがそのようなアプリケーションに理想的です。通常、マイクロアクチュエータのストロークは10mmから100mmで、サイズは非常にコンパクトです。マイクロアクチュエータの欠点の1つは、組み込まれているモーターが小さいため、力が大幅に減少する傾向があることです。

アクチュエータとは何ですか?

アクチュエータには、回転式から直線式まで、さまざまな形態があります。必要なタイプは、使用するアプリケーションによって異なります。油圧駆動の大型産業用ロータリーアクチュエータは、巨大なオイルパイプバルブを開くのに最適です。 マイクロアクチュエータ ロボット工学や小規模なアプリケーション向けに、優れた精度と精度で小型の12v電源から電力を供給できます。

電気機械式リニアアクチュエータ

 

 

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