기계 요소의 기본인 액츄에이터 센서의 기능에 대하여

기계 요소의 기본인 액츄에이터 센서의 기능에 대하여

 

자동으로 작동하는 기계에는 어떤 동력이 사용되고 있습니다.

액츄에이터에는 모터나 엔진 유압 실린더 등이 있습니다.

 

또 기계를 움직이는 때는 기계 자체 및 주변 상태를 확인하기 위해서 센서가 사용됩니다.

이번에는 기계 설계에서도 특히 움직임에 관련된 기계 요소의 집행 기관과 센서의 기능에 대해서 해설합니다.

 

 

액츄에이터에서 가장 잘 알려진 모터란?

모터는 대표적인 액츄에이터의 하나입니다.

모터는 전기 에너지를 운동 에너지로 바꾸는 장치로 크레인과 청소기,

 전기 자동차 등 많은 장소에서 사용되고 있습니다.

세계에서 소비되는 전력 중 절반이 모터에서 사용되고 있다고 합니다.
모터는 사용하는 전류에 의해서 크게 2가지로 나뉩니다.

DC모터(직류 모터)

DC모터는 직류 전류를 전원으로 하는 모터입니다.

건전지로 움직이는 장난감이나 정밀 기계 등에서 사용되고 있습니다.

전극을 전환하는 브러시를 사용하는 것과 솔을 사용하지 않는 것이 있습니다.

AC모터(교류 모터)

AC모터는 교류 전류를 전원으로 하는 모터입니다.

가정 전원 같은 한 장관의 교류 전류에서 움직이는 것과 공장 등에서 

사용되는 세 장관의 교류 전류에서 움직이는 것이 있습니다.

기계 설계에서 모터를 선정할 경우 모터의 회전 속도와 회전력을 고려해야 합니다.

토크는 모터가 내는 힘입니다.

 

모터는 허용 토크 이상의 힘이 걸리면 움직임이 멈추어 버리거나

제대로 작동할 수 없게 되어 버리거나 합니다.

 

그래서 기어나 도르래 등의 구동 장치를 통하여 모터에 걸리는 힘을 계산해야 합니다.

업체의 카탈로그 등을 참조해서 목적에 맞는 모터를 고르는 것이 중요합니다.

 

병진 운동의 작동

모터나 엔진은 회전 운동을 벌이는 액츄에이터이지만,

회전이 아니라 이동(병진 운동)을 하는 액츄에이터도 있습니다.

유압, 공압으로 신축하는 실린더와 전자 작동, 피에조 액튜에이터 등이 있습니다.

 

유압 실린더란?

실린더의 내부에 기름을 보내거나 빼내고 피스톤을 움직입니다.

유압 실린더는 직선 운동밖에 못하지만 매우 큰 힘이 나는 것이 특징입니다.

건설 기계나, 돔 지붕을 여닫는 기구 같은 큰 것에도 쓰입니다.

전자 작동 액튜에이터

코일 속에 철심을 통하여 코일에 전기를 흘려 발생하는 자기장을 이용하여

철심을 움직이는 것이 전자 액튜에이터입니다.

 

기본적인 구조는 전지 열차와 같습니다.

코일에 따른 전후 운동과 코일 속에서 회전 운동이 가능합니다.

유압과 공압 실린더에 비해서 동작이 빠르고 종종 걸음인 동작이 생기는 것이 특징입니다.

자석 핸드와 제어 밸브 등에 사용됩니다.

피에조 액튜에이터

전압이 걸리면 신축하는 성질을 가진 "피에조 소자"를 이용한 액튜에이터입니다.

매우 정밀한 제어가 가능한 것이 특징입니다.

잉크젯 프린터 잉크 토출 양을 조절하는 밸브나 초음파 발생 장치 등에 사용됩니다.
이처럼 집행 기관에는 여러 종류가 있으며

액튜에이터를 가동시키기 위해서 필요한 부품이나 장치가 각각 다릅니다.

 

기계 설계를 실시할 때는 각각의 특징과 작동 원리 등을 고려하고 주위의 부품도 포함하고 적절한 설계를 합시다.

센서란 어떤것인가?

센서는 한국어로는 "감지기"라고 불립니다.

온도와 습도, 진동이나 변위량, 압력이나 전류량 등 기계를 둘러싼 여러 조건을

"감지" 하고 수치나 신호로 출력하는 장치입니다.

 

일상 생활 중 가장 알기 쉬운 것은 온도계나 체온계,

GPS스마트 폰과 태블릿의 터치 패널 등입니다.

과거 센서는 바이메탈의 온도 조절 장치 같은 기계적이고 

단순한 것이 대부분이었습니다.

 

그러나 근래에는, 전자화에 따른 소형이며 고도의 센서가 주류를 이루고 있습니다.

 

센서가 감지할 수 있는 내용도 매우 다양합니다.

또 AI에 의한 화상 진단 기술도 진전되고 센서가 판단할 조건도 보다 높아졌습니다.

센서는 나사, 볼트 같은 구조적인 기계 요소와 달리 제품의 라인 업과 

능력이 빠른 속도로 변화하는 분야입니다.

 

기계 설계에서 센서를 이용할 때에는 우선 목적에 맞는 센서를 조사하는 데서 출발합시다.

정리

이번에는 기계의 동력원이 된 액튜에이터와 기계가 자신이나 

주위의 상태를 감지하는 센서의 각 기능에 대해서 소개했습니다.

 

모두 기계를 움직이려면 필요한 것입니다.

 

매우 많은 종류가 있는 기계 요소이므로, 

설계시에는 메이커의 카탈로그 등을 참조해서 목적에 맞추어 올바르게 선택하도록 합시다.

 

 

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