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May 12, 2023

리사 아이텔(Lisa Eitel) | 2018년 7월 10일

이제 하나의 새로운 액추에이터는 안정적인 선형 모션을 위해 특수 니켈-티타늄 합금으로 제작된 SMA 와이어 묶음을 사용합니다.

딘 픽, P.Eng. • 회장 | 동역학 자동화

형상 기억 합금(SMA)은 폼 팩터를 변경하여 온도 변화에 반응하는 재료입니다. 원래 미 해군의 자금 지원을 받은 SMA 기술은 1950년대 Raychem Corp.(현재 TE Connectivity 소속)에 의해 처음 상용화되었습니다. 그러나 초기 자료 버전의 예측할 수 없는 특성은 문제로 판명되었습니다. 따라서 수십 년에 걸쳐 제조업체는 SMA 기반 설계의 내구성, 일관성 및 적용성을 높이기 위한 방법을 연구했습니다(성공이 혼합됨).

힘 및 스트로크 등급을 사용하여 적절한 Kinitics Automation 액추에이터 모델을 선택할 수 있으며, 설계 엔지니어는 다양한 전원과 함께 작동하도록 액추에이터를 구성하여 애플리케이션에 대한 응답 시간을 맞춤화할 수 있습니다(기존 인프라와의 호환성을 위해).

이제 새로운 SMA 기반 선형 모션 제품 중 하나는 반복 가능하고 예측 가능한 모션을 위해 고급 SMA 소재를 사용합니다. 제조업체는 SMA로 만든 와이어를 묶어서 액추에이터 하우징에 고정합니다. (전기 저항성) SMA를 통과하는 전류는 이 열을 생성합니다. 전이 온도 이상으로 따뜻해지면 와이어의 원자가 다른 결정 구조로 재정렬됩니다. 이로 인해 가열되면 와이어가 수축되고 냉각되면 다시 늘어나며 결과적으로 선형 모션 출력이 생성됩니다.

Kinitics Automation 액추에이터는 번들 와이어 배열로 니켈-티타늄 형상 기억 합금(Kinitics의 NiTi)을 사용합니다. 액추에이터는 다른 선형 모션 기술보다 특정 애플리케이션을 더 잘 충족시킵니다. 오른쪽에서 Kinitics Automation 액추에이터 설정이 유사한 유압 시스템보다 얼마나 간단한지 확인하세요.

실제로 이러한 가역적 동작으로 인해 SMA 와이어 기반 액추에이터는 높은 주기의 기계 축을 포함한 다양한 모션 애플리케이션에 적합합니다. 로드는 유일하게 움직이는 부품이므로 작동기는 순환 횟수에 관계없이 백래시나 기계적 경사가 전혀 발생하지 않습니다. 연구 및 테스트를 통해 실제 모션 설계에 적용할 수 있도록 선형 액추에이터에 대한 정량적 업계 표준 정보가 산출되었습니다.

Kinitics Automation Bundled Wire는 여러 SMA 와이어를 액추에이터 내부의 피스톤에 연결합니다. 실린더 본체와 로드를 직접 연결하는 와이어 배열로 강도와 내구성이 보장됩니다. 전기(열)를 가하면 와이어가 짧아지고 액추에이터 로드가 움직입니다. 품질 관리 및 MTBF 테스트를 위해 Kinitics Automation은 단일 SMA 와이어 조각에서 200만 회 이상의 주기를 기록한 여러 와이어 동력계가 포함된 실험실을 운영합니다.

Kinitics Automation Bundled Wire는 형상기억합금(SMA) 와이어를 촘촘하게 배열하여 조립하고 연결하는 독점 기술입니다. 번들 와이어 기술은 Kinitics Automation SMA 선형 액추에이터에 높은 강도 대 크기 비율을 제공합니다. 또한 높은 와이어 표면적을 유지하여 단 200msec(또는 그 이하)의 전진 스트로크 시간과 5초 미만의 전체 사이클을 허용합니다. 여기에 표시된 것처럼 피스톤 펌프에 연결하면 이 기술을 유체 동력 응용 분야에 적용할 수 있습니다.

선형 스트로크 사이클에서 SMA 선형 액추에이터가 작동하는 방식은 다음과 같습니다.

1. 초기 스트로크 단계에서 번들 와이어 SMA 선형 액추에이터는 전력을 사용하여 피스톤을 고정 끝쪽으로 이동시킵니다. 적용되는 동력의 양에 따라 피스톤 속도가 결정됩니다.

2.다음으로 선택적인 유지 단계 동안 피스톤은 설정된 시간 동안 위치를 유지할 수 있습니다.

삼. 그런 다음 반환 단계에서 번들 와이어 SMA 선형 액추에이터는 열 전달 및 힘 바이어싱을 사용하여 피스톤을 홈 위치로 반환합니다. 냉각 속도와 편향력의 양이 피스톤 속도를 결정합니다.

위치 지정이나 힘 제어가 필요한 기계 축을 개발하는 설계 엔지니어에게 Kinitics Automation 선형 액추에이터는 새로운 옵션 중 하나입니다. Kinitics 컨트롤러(예: KCA020)와 페어링하면 아날로그 컨트롤러 입력 신호가 액추에이터 게인을 조절할 수 있습니다. 또는 Kinitics 컨트롤러는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 수용하여 액추에이터를 동적으로 구동할 수도 있습니다. Kinitics 액추에이터 및 컨트롤러를 피드백 센서 및 플랜트 컨트롤러와 결합하면 폐쇄 루프 모션 시스템이 생성됩니다. 프로그래머는 제어 전략을 개발할 때 액추에이터의 선형 반응성을 활용할 수 있습니다. 일반적으로 PI 기능 블록을 사용하는 것이 가능하므로 복잡한 상위 프로그램을 개발할 필요가 없습니다.