액추에이터란?
액추에이터는 입력되는 다양한 에너지를 물리적인 움직임으로 변환하는 구동 장치를 말합니다.
액추에이터에 입력되는 에너지는 전기 외에도 공압, 유압, 전자석에 의한 자기력, 증기, 열 등 다양한 에너지가 있으며, 액추에이터로 변환된 에너지를 사용하여 사물의 이동에 따른 움직임을 제어할 수 있습니다.
액추에이터의 사용 용도
액추에이터는 신축, 굴곡, 회전과 같은 단순한 운동을 위한 장치로, 그리고 모터나 엔진과 같은 동력을 지속적으로 발생시키기 위해 다양한 용도로 활용되고 있습니다.
액추에이터는 입력되는 에너지에 따라 일반적으로 크게 세 가지로 나뉩니다.
- 전동 액추에이터: 고정밀 위치 결정이 필요한 산업용 로봇 및 이송기기
- 유압 액추에이터: 큰 추력을 필요로 하는 공작기계 및 건설 기계
- 공압 액추에이터: 깨끗하고 간단한 구조를 필요로 하는 일반 산업기기 및 식품 제조기기
액추에이터의 원리
액추에이터는 크게 다음과 같은 원리로 구분할 수 있습니다.
1. 전동 액추에이터
전동 액추에이터는 볼스크류, 리니어 가이드, 서보모터 등으로 구성된 구동장치로 생산 장비의 이송 등을 수행합니다.
전동 액추에이터는 전기를 에너지로 동작하는 서보모터, 전자석에 의한 자력을 에너지로 동작하는 전자기 액추에이터, 전압을 가하면 변형되는 피에조 소자를 이용한 피에조 액추에이터 등이 사용됩니다.
2. 유압 액추에이터
유압 액추에이터는 파스칼의 원리를 이용한 유체 동력을 이용하는 액추에이터로 작은 크기로도 큰 동력을 얻을 수 있어 공장이나 건설기계 등 큰 동력을 필요로 하는 장비에 사용됩니다.
3. 공압 액추에이터
공압 액추에이터는 유압이 고부하, 고압, 중장비인 반면, 공압을 동력원으로 이용하기 때문에 저부하로 화재의 우려가 적은 안전한 방식으로 사용됩니다.
액추에이터의 기타 정보
1. 유압과 전동 액츄에이터의 사용 구분
액추에이터의 추진 에너지는 파워 밀도 1k(W/kg) 정도를 경계로 그 이상의 고출력 용도는 유압 에너지 제어, 저출력 용도는 전동 에너지 제어로 구분하여 주로 사용되어 왔습니다.
전동 제어 액추에이터도 최근 기술 혁신에 따라 파워 향상이 적극적으로 이루어지고 있지만, 실제로 크게 파워가 향상되고 있는 것은 소형에서 중형 액추에이터 용도의 브러시리스 DC 모터 분야이며, 대형 용도의 AC 서보 모터는 2000년대 초반부터 큰 파워 향상이 이루어지지 않고 있습니다. 하지 않고 있습니다.
따라서 특히 10k(W/kg)와 같은 대출력 밀도의 큰 동력을 필요로 하는 공장용 공작기계나 건설기계 분야에서는 유압 액추에이터의 독무대이며, 이 분야에는 전동제어 액추에이터가 사용되지 않고 있는 것이 현실입니다. 그러나 유압 에너지 제어는 오일 교환 및 유지보수 등 운영 비용과 환경 문제 고려 등의 측면에서 이 분야에서도 가능하면 전기 제어화를 원하고 있는 것도 사실입니다.
2. 유압과 전동 제어의 하이브리드형 액추에이터
최근 기술 동향 중 하나로 유압과 전동 제어의 하이브리드형 액추에이터의 개발이 진행되고 있다. 유압 제어는 파스칼의 원리를 이용한 메커니즘이 지금까지 일반적이었으나, 이 경우 작업유 서보밸브의 유량 제어에 따른 오일 순환을 위한 배관 설비가 필요하여 장비가 대형화된다는 점과 기계의 배기온도 상승에 따른 작업유 열화로 인해 정기적인 오일 교환을 위한 유지보수 비용이 많이 든다는 점입니다.
최신 유압과 전동 제어의 하이브리드형 액추에이터는 서보 밸브의 유량 제어가 아닌 전동 서보 모터의 구동 회전수로 최종 액추에이터 출력 제어가 가능하기 때문에 대규모 배관이 필요 없고, 고효율의 출력 제어로 작업유의 온도 상승을 억제할 수 있습니다. 따라서 오일 교환의 유지보수 비용도 절감할 수 있으며, 환경 문제에도 적합하다고 할 수 있습니다.