산업용 고정밀 회전 액추에이터를 선택하는 방법은?

1. 구조적 특징을 기준으로 로터리 액추에이터 시리즈를 먼저 선별하세요

안녕하세요. 저는 HONPINE의 기술 이사 Theodore Li입니다.

산업용 고정밀 로터리 액추에이터를 선택할 때는 먼저 각 제품 시리즈의 구조적 특성을 파악하고, 설치 요구 사항에 따라 선택 범위를 좁혀야 합니다.

오늘은 HONPINE의 베스트셀러 정밀 로터리 액추에이터 시리즈 네 가지를 소개하고 주요 차이점을 설명하겠습니다.

HAS 시리즈 – 솔리드 샤프트, 컴팩트 설계

HAS 시리즈는 전체적으로 컴팩트한 설계의 솔리드 샤프트 구조를 채택했습니다. 설치 공간이 제한적이고 액추에이터 내부를 통해 케이블이나 공압 라인을 배선할 필요가 없는 용도에 적합합니다.

HAT 시리즈 – 케이블 내부 배선용 중공 샤프트

HAT 시리즈는 중공 샤프트 구조로, 케이블과 공압 라인이 액추에이터 중앙을 통과할 수 있습니다. 따라서 내부 배선이나 공압 연결이 필요한 자동화 장비에 적합합니다.

HAM 시리즈 – 더 큰 중공 보어

HAM 시리즈는 중앙 관통 구멍이 더 커 케이블, 에어 라인 및 기타 내부 연결을 위한 설치 공간이 넉넉합니다. 내부 배선 요구 사항이 까다로운 장비에 특히 유용합니다.

HPG 시리즈 – 공작기계용 고정밀·고강성

HPG 시리즈는 높은 위치 결정 정확도와 구조 강성이 중요한 공작기계 용도로 설계되었습니다. 까다로운 작동 조건에서도 안정적인 성능이 요구되는 정밀 회전 위치 결정 시스템에 적합합니다.

2. 필요한 토크를 계산하고 적절한 감속비를 선택하세요

액추에이터 시리즈를 선별한 다음에는 부하에 필요한 실제 토크를 계산하고 적절한 감속비를 선택해야 합니다.

액추에이터는 작동 중 부하를 지지할 뿐 아니라 가속 및 감속 중 발생하는 저항도 극복할 수 있는 충분한 토크를 제공해야 합니다.

1단계: 이론적 부하 토크 계산(중력 토크 + 가속 토크)

기동 및 정지 시 액추에이터는 다음 두 가지 주요 토크 성분을 극복해야 합니다.

1. 중력 토크(TG)

액추에이터가 중심에서 벗어난 부하를 지지하거나 중력에 거슬러 회전 운동을 할 때 중력 토크가 발생합니다.

공식:

TG = M × g × L × cosθ

기호 설명:

M = 부하 질량(kg)

g = 중력 가속도(9.8 m/s²)

L = 부하 무게중심에서 회전축까지의 거리(m)

θ = 중력 방향과 레버 암 사이의 각도

부하의 무게중심이 회전축에 위치한 상태에서 수평으로만 회전하는 경우, 중력 토크 성분은 무시할 수 있습니다.

2. 가속 토크(Ta)

가속 토크는 정해진 시간 안에 부하를 정지 상태에서 목표 속도까지 가속하는 데 필요한 토크입니다.

공식:

Ta = J × α

기호 설명:

J = 부하 관성 모멘트(kg·m²). 적절한 재료 물성을 지정한 뒤 3D CAD 소프트웨어에서 구할 수 있습니다. 좌표계 원점이 회전축에 위치하도록 설정해야 합니다.

α = 각가속도(rad/s²). 필요한 기계 사이클 시간에 따라 계산합니다. 예를 들어 액추에이터가 0.2초 안에 목표 속도에 도달해야 한다면, 이에 필요한 각가속도를 계산해야 합니다.

2단계: 기동 및 정지 시 필요한 합성 피크 토크 계산(ΣT)

중력 토크와 가속 토크를 계산한 다음 두 값을 더하고, 산업용 용도에 적절한 안전율을 적용합니다.

공식:

ΣT = (TG + Ta) × 안전율

권장 안전율:

작동 조건

권장 안전율

1.2 – 일반적인 자재 취급과 같이 부하 변동이 대체로 적은 경우.

1.5 – 빈번한 정·역회전과 같이 충격 부하가 보통 수준인 경우.

2.0 이상 – 중가공이나 프레스 관련 적재·하역과 같이 부하가 크거나 충격이 심한 경우.

초기 제품 선별과 토크 계산부터 최종 구성 및 설치 고려 사항까지, 정밀 로터리 액추에이터 선택에 관한 단계입니다.

3단계: 계산한 토크를 액추에이터 사양과 대조하여 확인

계산된 ΣT는 가속 및 감속 중 필요한 피크 토크를 나타냅니다. 이 단계에서는 액추에이터 데이터시트를 확인하고 다음 두 가지 주요 파라미터를 검증해야 합니다.

1. 피크 토크 확인(기동 및 정지 시)

요구 조건:

ΣT ≤ 액추에이터 허용 최대 순간 토크

제조업체 사양에 따라 최대 순간 토크 또는 최대 가속 토크(T2B)로 표기될 수 있습니다.

수 초 동안만 허용될 수 있는 최대 순간 토크와, 반복적인 기동 및 정지 조건에 적용되는 최대 가속/감속 토크를 구분하는 것이 중요합니다.

액추에이터를 선택할 때 계산된 토크는 제조업체가 지정한 해당 한계값보다 낮아야 합니다. 가속 및 감속이 빈번한 경우에는 허용 토크 한계 중 더 낮은 값을 특히 주의해서 확인하세요.

계산된 ΣT가 액추에이터의 지정된 간헐 피크 토크 정격보다 낮다면(예: 2초 미만 허용되는 피크 토크), 제조업체의 듀티 사이클 및 작동 제한을 준수하는 조건에서 액추에이터가 필요한 단시간 부하를 기계적으로 처리할 수 있습니다.

2. 정격 토크 확인(연속 운전)

요구 조건:

실제 연속 운전 토크 ≤ 액추에이터 정격 토크

피크 토크가 허용 한계 이내더라도 연속 운전 토크도 확인해야 합니다.

액추에이터가 정격 토크를 초과해 연속 운전하면 과열과 하모닉 감속기의 플렉스플라인 피로 가속이 발생하여 사용 수명이 크게 줄어들 수 있습니다.

산업 장비의 일반적인 초기 설계 지침으로는 충분한 작동 여유를 확보하기 위해 연속 운전 토크를 정격 토크의 약 80% 미만으로 유지하는 방법이 있습니다.

중요: 필요한 부하 토크는 기동 및 정지 시 충분한 안전 여유를 두고 허용 피크 토크보다 낮아야 합니다. 동시에 연속 운전 토크는 액추에이터 정격 토크 이내로 유지해야 합니다.

로터리 액추에이터를 선택할 때 장착 구조도 중요한 고려 사항입니다.

HONPINE은 다양한 설치 요구 사항에 대응할 수 있도록 여러 구조 구성을 제공합니다.

HAM – 원통형, 플랜지 없는 설계

HAM 시리즈는 일체형 장착 플랜지가 없는 원통형 본체 구조입니다. 고객이 맞춤형 장착 구조를 사용하거나 설치 방식에 더 큰 유연성이 필요한 장비 설계에 적합합니다.

HAMF – 일체형 장착 플랜지

HAMF 시리즈는 일체형 장착 플랜지를 갖춰 기계적 설치와 위치 결정이 더 편리합니다.

HAM과 HAMF 중 어떤 제품을 선택할지는 장비의 기계적 배치, 장착 공간 및 설치 요구 사항을 기준으로 결정해야 합니다.

4. 전자 브레이크가 필요한가요?

전자 브레이크의 필요 여부는 장비의 작동 조건과 안전 요구 사항에 따라 달라집니다.

HONPINE 로터리 액추에이터는 해당 유지 토크 정격이 명시된 브레이크 사양을 제공합니다. 모델을 선택할 때는 지정된 제동 토크가 부하 유지 요구 사항을 충족하는지 확인하세요.

모델 표기에서:

B는 브레이크가 장착된 구성을 의미합니다.

A는 브레이크가 없는 구성을 의미합니다.

모터 전원이 꺼졌을 때 액추에이터가 위치를 유지해야 하는 용도에는 전자 브레이크가 필요할 수 있습니다.

대표적인 용도로는 수직 위치 결정 시스템, 리프팅 메커니즘, 전원 차단 후 부하가 중력에 의해 움직일 수 있는 장비가 있습니다.

브레이크 구성은 실제 부하, 필요한 유지 토크 및 장비의 안전 설계를 고려하여 선택해야 합니다.

[이미지: 전자 브레이크가 있는 로터리 액추에이터와 없는 로터리 액추에이터 비교]

5. 모터 엔코더의 분해능과 유형 확인

엔코더 선택은 로터리 액추에이터의 피드백 분해능과 위치 모니터링 기능에 직접적인 영향을 줍니다.

HONPINE은 다음 두 가지 멀티턴 절대치 엔코더 옵션을 제공합니다.

23비트 멀티턴 절대치 엔코더

17비트 멀티턴 절대치 엔코더

두 옵션 모두 전원이 차단된 후에도 위치 정보를 유지하는 멀티턴 절대치 엔코더입니다.

전원 손실 후 위치 기준 설정이 필요한 증분형 엔코더와 달리, 멀티턴 절대치 엔코더는 여러 회전에 걸친 절대 위치 정보를 유지할 수 있어 시스템 기동과 위치 관리가 간편해집니다.

적절한 엔코더 분해능은 장비의 위치 결정 요구 사항, 제어 아키텍처 및 전체 정확도 요구 사항에 따라 선택해야 합니다.

엔코더 분해능과 실제 위치 결정 정확도를 구분하는 것도 중요합니다. 최종 위치 결정 성능은 전체 전달 시스템, 기계 강성, 백래시, 제어 전략 등의 영향을 받습니다.

6. 케이블 인출 방향 확인

마지막으로 확인할 사항은 케이블 인출 방향입니다. 이는 설치 편의성과 내부 케이블 관리에 직접적인 영향을 줍니다.

HONPINE 로터리 액추에이터는 두 가지 케이블 인출 구성을 제공합니다.

단면 인출: 케이블이 액추에이터의 끝면에서 나옵니다. 축 방향으로 케이블을 배선하는 것이 더 편리한 장비 배치에 적합합니다.

측면 인출: 케이블이 액추에이터 측면에서 나옵니다. 축 방향 공간이 제한적이거나 측면 배선이 선호되는 설치에 적합합니다.

케이블 인출 구성을 선택하기 전에 액추에이터 설치 방향, 주변 기계 부품, 사용 가능한 공간 및 케이블 굽힘 반경을 고려하세요.

적절한 케이블 인출 방향을 선택하면 조립을 간소화하고 장비 작동 중 케이블 간섭을 줄일 수 있습니다.

산업용으로 사용할 고정밀 로터리 액추에이터 선택에 도움이 필요하신가요?

고정밀 로터리 액추에이터를 선택할 때는 정격 토크만으로 모델을 결정해서는 충분하지 않습니다.

액추에이터의 구조 설계, 부하 관성, 가속 요구 사항, 감속비, 장착 구성, 제동 요구 사항, 엔코더 분해능 및 케이블 배선도 고려해야 합니다.

HONPINE은 다양한 산업용 모션 제어 및 위치 결정 요구 사항에 대응하기 위해 HAS, HAT, HAM 및 HPG를 비롯한 여러 정밀 로터리 액추에이터 시리즈를 제공합니다.

산업 장비용 고정밀 로터리 액추에이터를 선택하고 계신다면 HONPINE에 문의해 최신 제품 데이터시트를 요청하고, 기술팀과 함께 가장 적합한 액추에이터 구성을 검토해 보세요.