액추에이터·솔레노이드 Q&A

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  케리 (2016-08-26 18:40:58, Hit : 1787
 소형 솔레노이드 (이런 스펙으로 제작이 가능할런지요.. )

안녕하세요
저는 작은 솔레노이드를 이용한 작동기구를 만들어보려하는 스타트업 회사입니다.
아이디어만 있지 기술에 대한 이해도가 부족하여 이리저리 구글링으로 정보를 모으다가
대략 2달전쯤 이 카페를 알게되어 가입하고 눈팅만 하다가 실질적인 도움이 절실하여 이렇게
염치 불구하고 여러 선배 전문가님들께 기술적인 도움을 받고 싶어 글을 올리게 되었습니다.
아무쪼록 작은 팁이라도 좋으니 관련 기술에 대해 이해도가 높으신 분들께서 피드백들 주신다면
정말로 고맙겠습니다.. 미리 먼저 감사의 말씀을 전합니다.

앞서 말씀드린대로 소형 기구를 개발하고자 하는데 사전 정보를 바탕으로 문제를 나열해보면..

[조건]
1. 기구의 솔레노이드를 포함한 무게는 대략 80g 입니다
2. 기구가 특정 조건에 반응하여 솔레노이드의 힘으로 대략 5cm 수직으로 점프가 되어야 합니다

[요구되는 스펙]
1. 솔레노이드는 지름 1cm, 높이 1cm 범위 안의 실린더 형태로 제작되었음 합니다
2. 연철과 코일만의 무게가 20g 아래면 좋겠습니다
3. 전기적인 지식이 부족하지만 저희가 개발할 환경에서는 5V, 250mA의 드론용 배터리를 사용한
    블루노 비틀(Bluno Beetle) 아두이노 호환보드와 솔레노이드를 결합하는 환경입니다
4. 아두이노 보드에서 솔레노이드로 전기를 인가했을 시 위 조건에 부합하면서 기구가 뛰어오를 수 있는
    솔레노이드 제작이 가능한지가 제가 궁금해하는 핵심 이슈입니다.

[계산식]
1. 위 조건대로 계산을 해보니 솔레노이드 초기 속도는 대략 1m/sec 가 나왔습니다
2. 기구 전체 무게가 80g이어서 운동량은 0.08kg.m/sec, 즉 0.08 N.s (충격량)
3. 뛰어오르기 위한 충격량은 대략 0.1초 또는 0.05초간 바닥면과 맞다아 있다고 가정하면
   0.1초 : 0.8 N.s <- 시간이 1/10초 로 줄었으니 운동량을 맞춰주기 위해서 10배
   0.05초 : 1.6 N.s <- 시간이 1/20초로 줄어서 운동량의 20배 필요해짐

위와 같은 접촉 시간별 충격량이 구해졌습니다. 이를 단위환산해보면
0.1초 : 0.082kgf (0.1초간 0.082kgf이 힘을 주어야하고)
0.05초 : 0.164kgf (0.05초간 0.164kgf의 힘이 필요)

라고 계산되어 나왔습니다. 제가 전문적인 수학 지식이 없어서 지식인 답변을 토대로 수치만 바꿔서
계산을 해본 결과입니다. 그렇다면 위 결과를 종합했을때..

[결론]
1. 솔레노이드의 초기 속도는 1.0m/sec
2. 솔레노이드의 힘은 두가지 접촉 시간에 따라 0.8 N.s와 1.6N.s 의 힘을 낼 수 있어야하며
3. 아두이노 호환보드의 출력 전류량이 Bluno Beetle 이라는 제품과 연결된 환경에서 동작
    http://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=Bluno_Beetle_SKU:DFR0339     <-- 제품 사이트입니다
4. 크기가 1cm x 1cm 로 소형이며
5. 무게가 20g 안팍으로 제한됨

이런 솔레노이드의 제작은 둘째 치더라도 자금이 투입되면 개발은 가능할까요??

내용이 많이 부정확해서 죄송합니다. 이정도 정보를 바탕으로 좋은 해답을 얻을 수 있다면 좋을것 같습니다. 감사합니다!




권기태 (2016-08-29 10:20:17)
액추에이터 자신이 발생시키는 자기력으로 액추에이터을 점프시키는 일은 만만치 않습니다.
자기력 증가를 위해서 액추에이터의 설계변경을 하는 경우 자기력을 증가보다 중량의 증가가 아마 더 급하기 때문입니다.
게다가 액추에이터 이외에 타 기구물까지 있는 경우라면 더욱 더 힘들 듯 합니다.

특히 솔레노이드는 단거리에서는 자기력이 높으나 가속을 위해 구동거리를 증가시키면 자기력이 제곱승으로 떨어져서 문제가 많습니다.
특이한 방식의 액추에이터를 고민해야 할 듯 합니다.

그리고 솔레노이드 제작비용은 상황에 따라 너무 다르기 때문에 정확히 얼마라고 할 수 는 없으나 일반적인 경우를 생각하고 추정해 본다면 아래와 같습니다.
정확한 가격이 아니니 단지 참고만 하십시오.
1. 동작을 하는 10개 이하의 샘플 : 약 개당 50 ~ 100 만원
2. 대량 생산의 제품 초기 투자비 : 2000 ~ 10000 만원
3. 대량 생산의 제품 가격 : 2000 ~ 10000원 (양산수량에 따라 가격폭이 큼)

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