2021/04/08

アクチュエーターの究極のガイド

ニュースと記事

はじめに

機械が負荷を押したり引いたり、上げたり下げたり、大まかに配置したり、回転させたりする場所ならどこでも、電動リニアアクチュエーターを使用することができます。電動リニアアクチュエーターは、正確なモーション制御と完全なオペレーター制御により、安全かつクリーンな動きを提供します。アクチュエーターは、エネルギー効率が良く、メンテナンスをほとんどまたはまったく必要としない長い耐用寿命を実現します。アクチュエーターの必要性は飛躍的に高まっています。ほぼすべての場所で、3種類のアクチュエーターモーターシステムの1つが無限のさまざまな用途で機能しているのを見ることができます。

 

TiMOTIONは、電動リニアアクチュエーターソリューションの業界をリードするプロバイダーです。当社の専門家チームは、医療、産業、職場、および家庭用家具の用途に最適なアクチュエーター仕様をカスタマイズします。各タイプのアクチュエーターには、アプリケーションプロジェクトに最適なソリューションを決定する際に検討しなければならない、良い特性と悪い特性の両方があります。

 

用途に適した電動リニアアクチュエーターシステムを選択するプロセスは、購入する前に注意深く調査する必要があるプロセスです。TiMOTION は、お客様のアクチュエーターのニーズに対する質の高い解決策を提供し、お客様と提携することに特化しています。このガイドブックでは、電動リニアアクチュエーターの製造に使用されるコンポーネントについて説明し、作動システムがどのように機能するかについてのより良い基盤と明確な理解を提供します。

 

目次

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第1章: 電動リニアアクチュエーター

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第2章: さまざまなアクチュエーターシステムの比較

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第3章: 電動リニアアクチュエーターのコンポーネント

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第4章: 安全機能オプション

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第5章: 負荷と速度

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第6章: IP定格

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第7章: フィードバックセンサー

 

 

 

第1章

電動リニアアクチュエーター

 

電動リニアアクチュエーターとは?

アクチュエーターは、エネルギー源を物理的機械的運動に変換するデバイスです。リニアアクチュエーターは、何かを直線的に動かすことができるアクチュエーターです。

 

他の2つの主要なタイプのアクチュエーター(油圧および空圧(詳細は第1章を参照))と比較して、電動アクチュエーターは最も信頼性が高く、メンテナンスはほとんど必要ありません。電動アクチュエーターは、空圧アクチュエーターよりもはるかに安価であることがよくあります。また、空圧または油圧アクチュエーターを介して、位置決めフィードバックを電動ソリューションに統合する方がはるかに簡単です。

 

動作のしくみ

電動リニアアクチュエーターは、ACまたはDCモーターの回転運動を直線運動に変換し、さまざまな方向に回転できる製品を効果的に製造することができます。DC電圧は一般的にはるかに安全であると考えられています。

 

線形運動は、モーターを介してアクチュエーターのネジを回転させることによって作成されます。ネジは時計回りまたは反時計回りに回転します。これにより、シャフト(基本的にはネジのナット)が上下に一列に移動し、負荷のプッシュ/プル効果が発生します。

 

電動アクチュエーターの一般的なスタイル

電気機械式リニアアクチュエーター向け多くのコンポーネントとオプションがあります。垂直統合型企業として、TiMOTIONはすべて、お客様の用途のニーズに合わせて、交換可能にカスタマイズされているさまざまななリニアアクチュエーターを設計し、製造しています。電動または電気機械式リニアアクチュエーターの一般的なスタイルには、次のものがあります:

 

パラレルドライブアクチュエーター

モーターはドライブスピンドルに対して直接平行です。通常、これらのタイプの電動リニアアクチュエーターは、より多くのギア比オプションを備えた平歯車またはスパイラルギアです。パラレルドライブアクチュエーターにより、より広い範囲の負荷と速度に対応することができます。ただし、平歯車を備えたパラレルドライブアクチュエーターは、スパイラルギアやウォームギア駆動のアクチュエーターよりも大きな動作音を発生する可能性があります。TiMOTIONが製造しているパラレルドライブアクチュエーターのいくつかの例は、TA2PTA16TA29MA2MA5VN1モデルで見ることができます。

MA2

 

直角または「L」ドライブアクチュエーター

モーターは、ドライブスピンドルに対して垂直に設定されています。通常、これらのタイプの電動リニアアクチュエーターは、ウォームギアで駆動されます。ウォームギア駆動モーターには、ギア比のオプションが少なくなります。そのため、平歯車駆動モーターよりも効率は劣りますが、低ノイズで動作します。ウォームギア駆動の直角電動リニアアクチュエーターの主な利点の1つは、保持機能の向上です。TiMOTIONが製造する直角ドライブアクチュエーターのいくつかの例は、TA23TA31TA37、およびTA43モデルで見ることができます。

TA37

 

インラインアクチュエーター

電動インラインアクチュエーターは、収縮長さが長くなりますが、より小さなスペースまたはコンパクトなスペースに収まるように設計されています。インラインアクチュエーターは、通常、モーター、プラネタリギアアセンブリ、駆動スピンドルから構成されています。これらは、通常より高いノイズレベルで動作します。当社のJP3およびJP4モデルはインラインアクチュエーターの例です。

JP4

 

ギアモーター

ギアモーターは、さまざまな外部スピンドルアセンブリと組み合わせると、経済的で柔軟な設計を行うことができます。コンパクト設計は、通常、ウォームギア駆動で、機械的同期に最適な選択肢です。TiMOTIONのTGM1TGM2TGM3TGM4TGM5TGM7モデルは、ギアモーターの例です。

TGM3

 

デュアルモーター

デュアルモーターリニアアクチュエーターは、個別にまたは同時に、2つの方向に動きを生成します。また、これらは、通常、より低いノイズレベルで作動するウォームギア駆動モーターです。これらは一般的にユニットあたりのコストが高くなりますが、部品が少ないため、システムの総コストはより経済的になります。当社のTT1モデルは、デュアルモーターリニアアクチュエーターの注目すべき例です。

TT1

 

リニアスライドアクチュエーター

このアクチュエータースタイルは、アウターチューブを使用せずに直線運動を作成します。TA5Pアクチュエーターに見られるように、一般的な家庭用家具(パワーリクライニングチェアやソファなど)のフレームに取り付けられた、アクチュエーターを横切って移動するプラスチック製のスライド機構を利用しています。

TA5P

 

電動リフティングコラム

TiMOTIONは、産業、医療、および人間工学の市場に対応するリフティングコラムを製造しています。電動コラムの利点は、リニアアクチュエーターと比較して高度な安定性と曲げ運動を維持しながら、高負荷を垂直に持ち上げることができることです。当社の産業用および医療用コラムは、医療用および肥満者用ベッドや高さ調節可能な産業用ワークステーションなど、作業者と患者の安全が不可欠な用途向けに設計されています。これらのコラムの例としては、TL3TL10HTL17TL27TL18ACがあります。

 

当社は、オフィス用エルゴノミックコラムを、お客様の好みに応じて、さまざまな色、形、BIFMA両立性のために2または3ステージで提供しています。(Business and Institutional Furniture Manufacturer's Association(BIFMA)は、家具製品の自主的な安全性と性能基準を促進および維持する非営利の業界団体です。)TiMOTIONのオフィス用エルゴノミックコラムの例は、TL4TL5TL7TL9TL13TL14TL15に見ることができます。

TL3

 

適切な電動アクチュエーターを選択する方法

成功する自動化プロジェクトの重要な部分は、適切な電動アクチュエーターを選択することです。先ほど学習したように、さまざまな用途で使用される多くのアクチュエーターモデル(パラレル、L字型、またはインラインモーター)があります。

プロジェクトのニーズはそれぞれ異なります。適切なアクチュエーターを選択するために、用途とその技術的制約(速度、負荷、デューティサイクル、使用可能なスペース、環境など)を考慮してください。

 

必要な負荷を定義する

サポートする負荷は、アクチュエーターの選択を決定する要素であり、そのさまざまなコンポーネント(モーター、ナット、スピンドル、ギア、ボールベアリングなど)を定義します。アクチュエーターが動作する方向(プル、プッシュ、垂直または水平方向の動き)と長さを定義することが重要です。また、アクチュエーターのインナーチューブとアウターチューブの直径にも依存します。これらすべての要因は、負荷を持ち上げるアクチュエーターの能力に影響を与え、その強度に影響を与えます。

 

必要な速度を定義する

必要な速度は、アクチュエーターを選択する際の基本的なパラメーターです。すべてのメカニズムまたは材料が高速と互換性があるわけではありません。高負荷での高速は、アクチュエーターの早期摩耗を引き起こし、その寿命に影響を与える可能性があります。したがって、各デバイスには、材料の損傷からデバイスを保護するために超えてはならない速度と負荷があります。この速度は、とりわけ、ピッチとモーターの特性に依存します。

 

デューティサイクルを定義する

デューティサイクルは、デバイスのオン時間とオフ時間の比率を定義し、用途ごとに大きく異なります。デューティサイクルは、アクチュエーター、その材料、およびそのメカニズムを決定するために不可欠です。これは、機器に最適な寿命を与え、機械部品の摩耗や過熱の可能性を制限するのに役立ちます。

たとえば平歯車を装備したパラレルモーターを備えた電動アクチュエーターは、より高いデューティサイクルに耐え、より多くのサイクル数に対応します。

 

使用可能なスペースを定義する

システムの使用可能なスペースも、アクチュエーターの選択に関連します。負荷、ストローク、速度に加えて、アクチュエーターが制限されたスペースで動作する必要があるかどうか、および用途への統合を可能にするためのスペース制限があるかどうかを考慮する必要があります。

たとえば、インライン電動アクチュエーターは、モーターがスピンドルと位置合わせされているため、よりコンパクトであり、狭い設置スペースに最適です。アクチュエーターの取り付け寸法は、取り付け構成(インライン、L字型、またはパラレルモーター)によって異なります。

 

環境を定義する

機器が動作する環境は、適切な電動アクチュエーターを選択するための重要なパラメーターです。

考慮すべき質問:機器は屋内または屋外で動作しますか?ほこり、固形汚染物質、または湿気にさらされていませんか?洗剤による集中的な洗浄や高圧洗浄に耐える必要がありますか?環境要件により、使用する材料や侵入保護定格(詳細は第6章を参照)が異なります。静かな操作が必要ですか?たとえば、プラスチック製ウォームギアを備えたL字型電動アクチュエーターは、より静かな動きを提供し、医療機器や家庭用機器に最適です。

 

電動アクチュエーターの選択は、多くのパラメーターに依存します。用途の要件を満たすリニアアクチュエーターを選択することが不可欠です。すべての用途には、適切な電動アクチュエーターを選択するために満たす必要のある条件のリストが含まれています。予算もプロジェクト計画の要素です。いくつかの避けられない技術的制約は、より大きな予算を必要とします。重要なことは、これらすべてのパラメーターを評価して、最適なデバイスを作成することです。

 

 

 

第2章

さまざまなアクチュエーターシステムの比較

 

空圧、油圧、電動の3種類のアクチュエーターモーションシステムには、多くの誤解や時代遅れの概念があります。用途の作動ニーズは特定のタイプのアクチュエーターに依存すると思われるかもしれませんが、進歩と技術の進歩により、潜在的な互換性が高まり、アプリケーションプロジェクトに複数のオプションが作成されます。

 

3種類のアクチュエーター

空圧

中空シリンダー内の単純なピストンで構成された空圧リニアアクチュエーターは、安価であるため自動化で広く使用されていますが、空気を配管する必要があります。手動ポンプまたは外部コンプレッサーがシリンダーハウジング内でピストンを動かします。この圧力が増加すると、シリンダーはピストンの軸に沿って移動し、必要な線形力を生み出します。スプリングバック力またはピストンの反対側に流体を供給することにより、元の収縮長に戻ります。

 

油圧

空圧アクチュエーターと同様に、油圧リニアアクチュエーターは、加圧空気の代わりにポンプから供給される非圧縮性液体を使用して、シリンダーを線形運動で動かします。油圧アクチュエーターは、可変スロットル(スライドゲート付きのノズルまたは初期軸方向ギャップ付きのペアスライドバルブ)などの制御デバイスと、ピストンまたは制御バルブスライドなどの作動コンポーネントの2つの重要な部分で構成されています。これらは非常に高い力と長いストロークが可能ですが、プログラムすることはできません。

 

電動

コンパクトでプログラム可能な電動リニアアクチュエーターは、高速、力、精度、および制御された加速と減速が可能です。電動アクチュエーターは、モーターの回転力(電気エネルギー)を受け取り、それを線形運動(トルク)に変換します。モーターを介してアクチュエーターのネジを回転させることにより、ナットが一列に上下に移動し、負荷のプッシュ/プル効果を生み出します。油圧および空圧と比較して、電動アクチュエーターは最も信頼性が高く、メンテナンスはほとんど必要ありません。

 

長所と短所

各タイプのアクチュエーターは、適切な用途に対して不可欠です。それぞれに長所と短所があるため、プロジェクトに適したアクチュエーターを決定する前に、必ずオプションを検討してください。

 

特性

空圧

油圧

電動

複雑

シンプルなシステム構成

適度に複雑なシステム構成 

制御システムおよびモーションコンポーネントは、複数の複雑な構成で一緒に動作します

ピーク動力

高い

非常に高い

高い

コントロール 

単純バルブ

ユーザー必須

電子コントローラーによるモーションコントロール機能の柔軟性

位置精度

位置精度達成することが非常に困難

ストローク中の位置決めには、追加のコンポーネントとユーザーサポートが必要 

位置決め機能と速度制御により、同期が可能

速度

非常に高い

中程度

中程度

負荷定格

高い

非常に高い

所望の速度と位置決めにより高くすることが可能 

寿命

中程度

長い

長い

加速度

非常に高い

非常に高い

中程度 

衝撃負荷

衝撃負荷の処理が可能

防爆、耐衝撃、および火花防止 

衝撃負荷を処理する能力が制限されている

環境

高ノイズレベル

油圧作動油の漏れと廃棄 

最小限 

ユーティリティ

コンプレッサー、電源、配管

ポンプ、電源、配管 

動力のみオプション 

効率

低い 

低い 

高い 

信頼性

優れている

良好

良好

メンテナンス

高いユーザーメンテナンス

高いユーザーメンテナンス

ほとんどない、またはない

購入コスト

低い

 

高い

 

高い

 

運営コスト

中程度 

高い

低い 

メンテナンスコスト

低い

高い

低い

 

最初から交渉不可能な特性を決定することにより、これらのニーズに基づいて特定のアクチュエーターを除外し始めます。両方が必要な仕事を効率的に行うことができる2つの特定のアクチュエーターに帰着する場合は、システム全体のコストを検討することをお勧めします。これには、初期投資、メンテナンス、修理の料金、および各モーションコンポーネントシステムで発生する可能性のある潜在的なリスクのコストが含まれます。

 

 

 

第3章

電動リニアアクチュエーターのコンポーネント

 

アクチュエーターには、さまざまな形状、サイズ、機能があります。TiMOTIONは垂直統合型の企業です。つまり、用途のニーズに応じて、これらすべてのコンポーネントを社内でカスタマイズ、設計、製造することができます。

 

革新的で安価な自動化ソリューションを最適に実装するには、アクチュエーターの内部動作に精通することで、アクチュエーターの長所と制限を理解するのに役立ちます。電動リニアアクチュエーターを構成するコンポーネントを調べてみましょう。

 

 

A. 前部/後部クレビス

クレビスはU字型の金属片で、両端に穴があり、そこに固定装置(ピンまたはボルト)が通っています。アクチュエーターの前部と後部にあるクレビスアタッチメントにより、アクチュエーターを用途に取り付けることができます。TiMOTIONのアタッチメントスタイルには、円形、U字型(または溝付き)、パンチ穴付きがあります。TiMOTIONは、使用中の用途に最適になるようにクレビスをカスタマイズすることができます。

 

B. アウターチューブ

この押し出しアルミニウムチューブ(カバーチューブとも呼ばれます)は、リニアアクチュエーターの外側を保護し、アクチュエーターのすべての内部コンポーネントを収納します。

 

C. インナーチューブ

エクステンションチューブ、ドライブチューブ、トランスレーティングチューブ、またはピストンとも呼ばれるインナーチューブは、通常、アルミニウムまたはステンレス鋼で作られています。引き込まれている間、インナーチューブはスピンドルと一緒に配置されます。このチューブは、ネジ付きドライブナットに取り付けられており、ナットが回転スピンドルに沿って動くと伸縮します。

 

D. スピンドル

スピンドルは、リードネジ、回転ネジ、またはリフティングネジとも呼ばれ、機械または工具の中で回転する長く真っ直ぐなロッドです。このリニアアクチュエーターセグメントは、ナット/インナーチューブを回転、伸長、または収縮させ、線形運動を生み出します。当社のスチール製スピンドルは、耐久性および強度を保証します。スピンドルは、さまざまな負荷および速度機能に、さまざまな方法でねじ込むことができます。

 

E. 安全停止

スピンドルの端にある安全停止の機能は、インナーチューブの過度の伸びを防ぎます。

 

F. ワイパー

ワイパーは、アウターチューブの端に取り付けられたシーリングコンポーネントであり、ほこりや液体などの汚染物質がアクチュエーターのスピンドル領域に入るのを防ぎます。また、インナーチューブとアウターチューブの間の適切なシールを保証し、リニアアクチュエーターのIP定格に影響を与えます。TiMOTIONの電動リニアアクチュエーターは、IP42、IP66、IP68、およびIP69Kの間のどこでも定格を設定することができます。(IP定格の詳細については、第6章を参照してください。)

 

G. ドライブナット

アクメネジまたはボールネジのナットは、インナーチューブに取り付けられ、スピンドルに沿って移動します。ナットは、インナーチューブの伸縮を可能にするコンポーネントです。これは、金属またはプラスチックで作られ、インナーチューブの回転を防ぐために固定されることがあります。

 

H. リミットスイッチ

リミットスイッチは、モーターへの電流を電気的に遮断することにより、完全に伸長および収縮したインナーチューブの位置を制御します。これらのスイッチは、アクチュエーターが過度に伸びたり縮んだりするのを防ぎます。電流を遮断するだけでなく、リミットスイッチは、信号送信装置として使用できます。

 

I. ギア

ギアは鋼またはプラスチックでできており、他のギアと噛み合って、駆動機構(車両のエンジンなど)の速度と被駆動部品(車両の車輪)の速度の関係を変更します。モーターなどの動力源に接続されるギアは、「駆動ギア」と呼ばれます。TiMOTIONには、用途に応じて異なるギアオプションがあります。

 

J. モーターハウジング

モーターハウジングには、外部の損傷にさらされることなく、ギアモーターのすべての内部部品が含まれています。TiMOTIONのモーターハウジングは、通常、高品質のプラスチック製です。

 

K. DCモーター

DC(直流)モーターは、電動リニアアクチュエーターのすべての動力を生成します。DCモーターにはいくつかの種類がありますが、TiMOTIONは、以下から構成されるブラシ付きDCモーターを使用しています:

 

-ステーター:

モーターのこの固定された外側部分は、モーターハウジング、2つの永久磁石、およびモーターキャップで構成されています。ステーターは、ローターを囲む定常磁場を発生さます。 

-ローター:

ローター(別名アーマチャー)は、回転するモーターの内部部品です。主にケイ素鋼ラミネート、モーターシャフト、コミュテーター、銅巻線で構成されています。

-コミュテーター:

コミュテーターは、モーターシャフトに取り付けられた一対のプレートです。これらのプレートは、電磁石コイルに2つの接続部を提供します。コミュテーターはモーターの極性を反転させ、本質的にトルクを失うことなくモーターを回転させ続けます。

-カーボンブラシ:

カーボンブラシは、滑り摩擦を利用して、ステーターからモーター内のローターに電流を伝達します。

-モーターシャフト:

モーターシャフトは、ギアモーターをDCモーターのステーターの底部に接続します。

注:また、交流モーター(ACモーター)は、TiMOTIONが製造するオプションです。このタイプのモーターは、MA1モデルに見られる利用可能なオプションです。

 

 

 

第4章

安全機能オプション

 

TiMOTIONは、品質と安全性はデザインと機能性と密接に関連していると信じています。垂直統合型電動アクチュエーターメーカーとして、お客様のニーズに合わせてこれらの機能をカスタマイズできます。

アクチュエーターが動作する環境とそれが受ける拘束に応じて、そのアクチュエーターの安定性と強度を強化することが賢明です。アクチュエーターを購入する際に、考慮すべきいくつかの安全機能のオプションは次のとおりです。

 

過負荷クラッチ

過負荷クラッチは、電動アクチュエーターが事前に設定された負荷制限に達するとスリップする内蔵デバイスです。モーターをリードネジに接続および切断します。このスリップにより、リニアアクチュエーターが損傷を受けることを防ぎます。過負荷クラッチは、MA1産業用リニアアクチュエーターの優れた安全機能オプションです。

 

PTCサーミスター

PTCサーミスターは、基本的にモーターの電力を遮断するヒューズとして機能し、モーターを過熱や焼損から保護します。当社の電気モーターには、PTCサーミスターが内部に取り付けられたUL認定オプションがあります。1世紀以上にわたり、Underwriter Laboratories(UL)は、製品の安全性と、全国的に認められた安全性および適合性基準の認証において世界をリードしてきました。TiMOTIONは、当社の製品がUL認証を取得するために適切な外部テストを合格したことを保証します。

 

安全ナット

安全ナットは、リニアアクチュエーターがより高い負荷をサポートできるようにするために使用される金属強化アクメドライブナットです。6,000N以上の負荷には、安全ナットを推奨します。TiMOTIONの耐久性のある電動リニアアクチュエーターは、この機能を追加して、アクチュエーターの強度と完全性を確保することもできます。

 

プッシュオンリーナット

標準のドライブナットには延長チューブにねじ込むためのねじ山がありますが、「プッシュオンリー」ナットにはねじ山がありません。これにより、障害物(動物、人、その他の家具など)が格納式リニアアクチュエーターシステムによって損傷を受けるのを防ぎます。これが役立つ例は、リクライニングチェアです。リクライニングチェアの足が伸ばされた位置から引っ込められた位置に移動し、椅子の足の下に物体がある場合、椅子の足は接触する物体に力を押し続けません。当社のTA5PTA6、およびTA14屋内リニアアクチュエーターは、この種のアプリケーションで使用されます。

 

クイックリリース

クイックリリースは、リリース時にアクチュエーターをすばやくバックドライブできるようにするハンドルまたはケーブルです。クイックリリースは、主に医療用ベッドの背もたれをすばやく平らにする必要がある医療用ベッドの用途向けに設計されています(緊急CPRの場合)。TA31およびTA15モデルに見られるように、当社の医学的に認定されたリニアアクチュエーターには(用途のニーズに応じて)このオプションが用意されています。

 

手動リリース

手動リリースは、主に医療患者のホイストシステム用に設計されています。手動リリースにより、延長チューブ(インナーチューブ)が、フロントアタッチメント(クレビス)から解放され、自由に回転することを可能にします。手動リリースにより、リニアアクチュエーターは自由にバックドライブし、患者ホイストシステムから手動で患者を降ろすことができます。この機能は、TA23TA36、およびTA37モデルで簡単にカスタマイズできます。

 

手動クランク

手動クランクは、主に医療業界向けに設計された安全機能です。これにより、緊急事態または停電の場合に、開業医が手動でベッド位置を操作することができます。TiMOTIONのTA10医療用アクチュエーターおよびMA1/MA2または産業用アクチュエーターには、お客様の用途のニーズに応じてカスタマイズできる手動クランクオプションがあります。

 

スピンドルブレーキ

スピンドルブレーキは一方向のノーバックタイプのブレーキで、ウォームギアに取り付けて巻き付けます。ピニオン巻線により自動的に作動し、モーターが回転すると解放されます。

 

モーターブレーキ

モーターブレーキは、モーターシャフトの上部または下部に取り付けられています。これは、用途により負荷をプッシュするかプルする必要があるかどうかによって異なります。モーターブレーキは、電動アクチュエーターに耐久性を追加し、アクチュエーターのセルフロック力を強化します。TiMOTIONは耐久性のある製品を製造しているため、ほとんどの電動アクチュエーターにはモーターブレーキが標準装備されています。

 

電気機械式ブレーキ

電気機械式ブレーキは、電磁力を使用してモーターを減速または停止し、スピンドルに機械的抵抗を加えます。電気機械式ブレーキもモーターシャフトの下部に取り付けられています。これは、MA1産業用リニアアクチュエーターのもう1つの優れた安全機能オプションです。

 

機械式ブレーキ

機械式ブレーキを追加して、バックドライブが高重量負荷の要因となる可能性がある場合に、電動アクチュエーターの安定性を強化することができます。

 

 

 

第5章

負荷と速度

 

用途に適した電動リニアアクチュエーターシステムを選択する際に考慮すべき多くの要因があります。TiMOTIONは、スピンドルタイプ、スピンドル仕様、モーターの1分あたりの回転数(RPM)、ギア比、およびアクチュエーターに供給される電力量のさまざまな組み合わせを調整することにより、アクチュエーターの負荷と速度の機能を制御することができます。これらの特性はすべて、高品質で耐久性のあるリニアアクチュエーターを操作するために相互に依存しています。

 

スピンドルのタイプ

スピンドル(またはネジ)のタイプは、電動アクチュエーターの移動速度とその負荷能力を部分的に決定します。TiMOTIONは、リードネジとボールネジの2種類のスピンドルのいずれかを備えた電動アクチュエーターを製造しています。リードネジには、四角スレッド、アクメスレッド、バットレススレッドの3種類のスレッドがあります。

 

リードネジ

TiMOTIONは、アクメスレッド付きリードネジを製造します(アクメナットを取り付けるため)。アクメスレッド高い負荷容量を有しますが、ナットとスレッドの間に生じる摩擦の増加のため、ボールスレッドほど速くはありません。ただし、アクメリードネジは、より経済的で信頼性の高いソリューションであり、お客様に提供することができます。TiMOTIONが製造する電気機械式アクチュエーターの大部分は、TA2TA4TA6TA23などの当社のモデルに見られるように、アクメリードネジを使用しています。

 

ボールネジ

ボールネジは、アクメネジよりも摩擦が少なくなります。これは、ねじ付きシャフトがボールベアリング(ボールナット内)に円形の経路を提供し、アクメナットで発生する滑り摩擦よりも正確に作用するためです。このため、ボールネジはより効率的で、高速で移動することができます。ただし、通常、ボールネジにはセルフロック力がないため、ブレーキ機構がバックドライブと負荷の所定の位置に保持するのに役立ちます。ボールネジは、MA1リニアアクチュエーターモデルで一般的に使用されているオプションです。

 

スピンドルの仕様

スピンドルの仕様も、アクチュエーターの移動速度に大きな影響を与えますが、ほとんどの場合、アクチュエーターが保持できる負荷の量に影響します。スピンドル(またはネジ)の仕様には、ピッチ、リード、および開始数が含まれます。ピッチは、ねじ山の山から隣接するネジの同等のねじ山までの軸方向の距離です。リードは、シャフト上を1回転(360度)して、ネジが移動する直線距離です。開始点は、ネジに巻きつけられた独立したスレッドの数です。

 

これらは何を意味しているのでしょうか?スレッドの角度によって、ナットがシャフトを上下に移動する速度が決まります。角度が急であるほど、動きは速くなり、逆もまた同様です。スピンドルの始点が多いほど、ねじ山の角度が急になります。ただし、速度とセルフロック機能の間にはトレードオフがあります。ナットがスピンドルを上下に速く移動するほど、通常、セルフロック力(ナットが停止したときに負荷を固定する自然な能力)が減少します。

 

RPMとギア比

アクチュエーターの速度と負荷を制御するときに考慮すべきもう1つのことは、ギアセットのRPMとギア比を調整することです。ギア比は、ドライバーの1分あたりの回転数(RPM)と駆動ギアのRPMの比です。たとえば、ドライバー平歯車に12歯があり、従動平歯車に24歯がある場合、従動平歯車はドライバー歯車の2倍の大きさになります。駆動ギアは被駆動ギアの1回転ごとに2回転しなければならないので、ギア比は2:1になります。

 

力と速度はアクチュエーター内で「機械力=力*速度」の式でリンクされているため、必要な力と速度のトレードオフに応じて、方程式に追加のギアを追加することもできます。それでは、これらは何を意味しているのでしょうか?特定の用途に必要な負荷が大きいとします。この場合、TiMOTIONはギアを追加し、ギア比を調整してアクチュエーターにより多くのトルクを生成し、最終的にスピンドルにより多くの力を加えてスピンドルを移動させることができます。

 

必要な機械的動力

リニアアクチュエーターの負荷と速度を操作する場合、用途に必要な機械的動力の量も考慮することができます(動力はワットで測定されます)。DCモーターの電流、速度、および負荷について覚えておくべき主なポイントは、負荷が増加すると電流が増加し、速度が低下する傾向があるということです(下のグラフを参照)。この主要な関係に加えて、使用する電源の種類やモーターの効率など、他の多くの電気機械的パラメーターが負荷と速度に影響を与えます。TiMOTIONのエンジニアは、クライアントの用途のニーズを満たすために適切なパラメーターを選択するために一生懸命に努力しています。

 

TiMOTIONは、当社の12V DC、24V DC、36V DCリニアアクチュエーターをサポートするための電源を提供しています。TiMOTIONのアクチュエーターのほとんどは直流(DC)電力で動作するため、当社のコントロールボックスは交流(AC)電力をDC電力に変換できるため、お客様はアプリケーションを壁に接続することができます。TiMOTIONは、SMPSトランス(スイッチモード電源)とトロイダルトランスをコントロールボックスに統合できます。SMPS変圧器は110VACおよび220VAC入力をサポートしているため、お客様は製品を世界中のさまざまなコンセントに接続することができます。

 

以下は、用語の使用方法と変換に役立つ3つのグラフです。最初のものは互換的に使用されることができる一般的な電圧表現です。2番目はニュートン(N)からポンド(Lbs.)とキログラム(kg)への変換、最後はミリメートル(mm)からインチ(In)への変換です:

 

電圧表現

12ボルトDC

12V DC

12V DC

24ボルトDC

24V DC

24V DC

36ボルトDC

36V DC

36V DC

48ボルトDC

48V DC

48V DC

110ボルトAC

110V AC

110V AC

220ボルトAC

220V AC

220V AC

 

重量換算(Nからポンド、キログラム)

         1ニュートン(N)         

 0.22481ポンド(lbs)      

         1ニュートン(N)         

 0.1キログラム(Kg)

 

距離(mmからインチ)

        1ミリ(mm)        

 0.03937インチ(in)      

 

 

 

第6章

IP定格

 

アクチュエーターを固体物や液体などの侵入から保護する機能によって、アクチュエーターの内部部品が寿命に影響を与えるだけでなく、アクチュエーターの長寿命も保証されます。TiMOTIONは、電動リニアアクチュエーターとリフティングコラムの外側に保護シールを追加することで、これを保証します。

 

IP定格とは

用途の環境に応じて、リニアアクチュエーターの外側の保護レベルをカスタマイズすることができます。これらのレベルは、IP定格に基づいて計算されます。IP定格は、侵入保護定格(「国際保護」定格とも解釈される)の略で、通常、保護レベルを表す「IP」に続く2桁で構成されます。

 

異なるIP定格間の意味

最初の桁は、ほこりや破片などの固形異物の侵入に対する保護のレベルを示します。このスケールの範囲は、0(保護されていない)から6(ほこりからの高度な保護)です。2桁目は、水などの液体に対する侵入保護のレベルを示します。この保護スケールの範囲は、0(保護されていない)から8(液体からの高保護)です。

 

IP定格により、機器の寿命が向上し、ユーザーの安全要件も向上します。これを確実にするために、TiMOTIONはすべての完成品を実際の使用条件を超えた厳しい状況で商業化前のテストにかけ、自信を持って、高品質の製品を提供しています。

 

侵入保護定格の読み方は?

IP

6

8

侵入

   保護   

1桁目:

   固体保護   

2桁目:

   液体保護   

 

一般的なIP定格

IP42

IP42保護は通常、テレビリフト、家庭用ソファ、椅子、調節可能なベッドなど、ほこりや水が大きな要因ではない屋内アプリケーションに適用されます。これらの用途は、TVL3TA5PTA6、およびTA14リニアアクチュエーターモデルでよく使用されます。

 

IP54

IP54定格は、保護レベルが高く、病院、歯科医院、倉庫などのより不安定な環境でアクチュエーターを動作させることができるため、より普遍的です。これらの用途はTA4TA23などのアクチュエーターモデルでよく使用されます。

 

IP66

IP66定格は、当社の最高レベルのシールの1つで、防水リニアアクチュエーターです。通常、農場の建設現場など、過酷な条件が存在する屋外環境に配置することができます。また、IP66は、プールリフトや医療用ベッドなどの医療および患者の移動機器にとって非常に重要です。これらのタイプの用途は、TA16TA23TA31アクチュエーターモデルでよく使用されます。

 

IP69K

また、業界最高の1つと見なされているIP69Kレベルの保護も提供しています。IP69Kは、高温高圧水の保護対策です。この保護レベルのアクチュエーターは、ほこり、汚れ、化学物質のレベルが高い農業環境などで、高圧ホースを使用してスプレーすることができます。IP69K定格は、MA1MA2MA5JP3JP4アクチュエーターモデルのオプションのシーラントです。

 

 

 

第7章

フィードバックセンサー

 

用途に適した電動リニアアクチュエーターシステムを選択するプロセスは、購入する前に注意深く調査する必要があるプロセスです。TiMOTIONは、知識豊富なカスタマーサービスに加えて、多くのカスタマイズオプションを提供し、完璧なソリューションの作成を支援できることを誇りに思っています。

 

お客様のニーズに合った特定のモデルに取り組む前に、お客様に電動リニアアクチュエーターの重要なコンポーネントと機能について情報を提供し、教育することが不可欠であると考えています。この章では、TiMOTIONのリニアモーションシステム内で使用される4つの主要な位置フィードバックセンサーに関する重要な議論に焦点を当てます。

 

仕組み

フィードバックセンサーが装備されている場合、電動リニアアクチュエーターはそのストローク位置を制御システムにアクティブに伝達することができます(位置決めと呼ばれることもあります)。これらの出力センサーにより、コントロールボックスでアクチュエーターのストロークを常に正確に調整することもできます。

 

これはすべてのリニアアクチュエーターに必要なわけではありませんが、より複雑な機能を持つものには位置センサーが必要となります。例えば、アクチュエーターが他のアクチュエーターと同期して動作する必要がある場合、負荷の違いにかかわらず、両方のリニアアクチュエーターを監視して、同期を保つためにフィードバックセンサーが必要です。

 

さらに、フィードバックセンサーは、メモリ位置決めや、アクチュエーターのストローク位置を常に把握する必要があるその他の特殊機能にも不可欠です。これには、モーター速度、条件付き移動、その他の機能が含まれますが、これらに限定されません。

 

一般的なタイプのフィードバックセンサー

ホール効果センサー

ホール効果センサーは、コンパクトなスペースに収まるほど小さく、位置決めおよび同期時により高い分解能とデジタル出力を提供するため、TiMOTIONの電動アクチュエーター用に最も推奨されるタイプの位置センサーです。注:TiMOTIONの制御システムは、ホールセンサーのみと統合するように設計されています。当社の制御システムは、他のタイプのセンサーからのフィードバックを登録しません。

 

これらのホール効果センサーは、磁束密度と極性という2つの重要な特性で構成される磁場によって作動します。ホール効果センサーからの出力信号は、デバイス周辺の磁場密度関数です。センサー周辺の磁場密度が特定の事前設定しきい値を超えると、センサーはそれを検出し、ホール電圧(VH)と呼ばれる出力電圧を生成します。 

 

費用対効果のために一般的に使用されるホール効果センサーは、時間の経過とともに品質を維持し、一般に長寿命です。

 

ポテンショメーター

ポテンショメーターは、POTセンサーとも呼ばれ、一般に工業市場で最も一般的に使用されている出力センサーです。これらは、運動時、回転的または直線的であり得る機械式シャフトに連結されたワイパー接点を有します。これにより、ワイパーと両端の接続間の抵抗値が変化し、抵抗トラック上の実際のワイパー位置とその抵抗値に比例した電気信号出力が得られます。

 

つまりば、抵抗が位置を決定します。リニアアクチュエーターがネジを回すと、ワイパーと両端の接続部の間の抵抗値が変化します。各抵抗値は、リニアアクチュエーターのストロークの位置に対応します。

 

ホールセンサーに対するPOTセンサーの利点の1つは、電源がオフの場合、POTは位置情報を保持しますが、ホールセンサーは位置情報を失い、リセットする必要があることです。ただし、ポテンショメーターは、最初の設置プロセスのため、ホール効果センサーよりも読み取りの精度がわずかに低くなります。それでも、これは全体的な位置の読み取りに悪影響を及ぼしません。

 

リードセンサー

リードセンサーは、磁気フィードバックセンサーです。印加された磁場は電気スイッチを操作し、センサーは全体として、密閉されたガラスエンベロープ内の鉄金属リード上の一対の接点を含みます。接点は通常開いていても、磁場が存在するときに閉じても、またはその逆でも構いません。スイッチはコイルによって作動し、リードスイッチをその元の位置に戻すことができます。リードネジを1回転させるごとの力とリニアアクチュエーターのストローク長さの位置によって、リードスイッチが開閉します。

 

TiMOTIONは、特に安全キー機能を備えたハンドセット内のリードセンサーを使用して、キーが取り外されたときに信号を送信するか、リードセンサーを使用してストロークの終了を調整します。

 

光学センサー

光学センサーは、TiMOTIONの電動アクチュエーターでも使用されることがあります。光学センサーは、光を電気信号に変換することで機能します。送りネジが回転すると、同時に光遮断ホイールも回転し、光学カプラに対する光を遮断します。この光学カプラは、光が遮断されていることを感知するたびに信号を送信します。光遮断ホイールの回転により、光学カプラは1回転ごとに25個の信号を送信します。

 

 

結論

このガイドブックが、電動リニアアクチュエーターとそれらのリニアモーションシステムへの組み込みについての理解と基盤を深めるのに役立つことを願っています。TiMOTIONは、垂直統合型の電動リニアアクチュエーターおよび制御システムの製造元であり、お客様の仕様に合わせて製品をカスタマイズすることができます。

 

適切な技術でほぼすべての問題を解決できること、およびドロップイン交換用のカスタマイズ可能な電動リニアアクチュエーターが、空圧や油圧を超えた用途でますます使用されていることを理解しています。TiMOTIONは、競争力のある価格で最高品質のカスタマイズ可能なコンポーネントを提供するよう努力しています。詳細については、今すぐ、TiMOTIONにオンラインでお問い合わせください。

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