モーターの選択と慣性

モータータイプの選択は非常に簡単ですが、非常に複雑でもあります。これは多くの利便性を伴う問題です。早く種類を選んで結果を出したいなら経験が一番早い。

機械設計オートメーション業界では、モーターの選択は非常に一般的な問題です。それらの多くは、大きすぎて無駄にできない、小さすぎて移動できないなど、選択に問題があります。少なくとも使える、機械が動かせるくらいの大きいものを選べば大丈夫ですが、小さいものを選ぶのは非常に面倒です。場合によっては、スペースを節約するために、小型マシン用に小さな設置スペースを残すことがあります。最終的に、小型のモーターを選択し、設計を変更するが、そのサイズでは取り付けられないことがわかります。

機械オートメーション業界では、三相非同期モーター、ステッパーモーター、サーボモーターの 3 種類のモーターが最もよく使用されています。 DC モーターは対象外です。

三相非同期電気、低精度、電源を入れるとオンになります。

速度を制御する必要がある場合は、周波数コンバータを追加するか、速度制御ボックスを追加する必要があります。

周波数変換器によって制御される場合は、特別な周波数変換モーターが必要です。通常のモータでも周波数変換器を併用することは可能ですが、発熱などが問題となります。特定の欠点については、オンラインで検索できます。ガバナボックスの制御モーターは、特に小さなギアに調整されている場合に電力を失いますが、周波数変換器は電力を失いません。

ステッピング モーターは、特に 5 相ステッパーなど、比較的高精度の開ループ モーターです。国産の 5 相ステッパーは非常に少なく、これが技術的な限界です。一般に、ステッパーには減速機が装備されておらず、モーターの出力軸が負荷に直接接続されて使用されます。ステッパーの動作速度は一般に低く、300回転程度しかなく、もちろん1000回転や2000回転の場合もありますが、それも無負荷に限られており、実用的価値はありません。一般に加速器も減速器も存在しないのはこのためです。

サーボは最高精度の密閉型モーターを採用。国産サーボも多数ございます。海外ブランドと比較すると、特にイナーシャ比にはまだ大きな差があります。輸入品では30種類以上になることもありますが、国産品では10～20種類程度しかありません。

モーターに慣性がある限り、モデルを選択する際にこの点を無視する人が多く、これがモーターが適切かどうかを判断する重要な基準となることがよくあります。多くの場合、サーボの調整は慣性を調整することになります。メカの選定が悪いとモーターが増えてしまいます。デバッグの負担。

初期の国産サーボには低慣性、中慣性、高慣性がありませんでした。私がこの言葉に初めて触れたとき、なぜ同じ出力のモーターに低慣性、中慣性、高慣性の 3 つの基準があるのか​​理解できませんでした。

低慣性とは、モーターが比較的扁平で長く作られており、主軸の慣性が小さいことを意味します。モーターが高周波の繰り返し運動をする場合、慣性が小さく発熱が少なくなります。したがって、慣性が低いモータは高周波の往復運動に適しています。ただし、一般的なトルクは比較的小さいです。

高慣性サーボモータはコイルが比較的太く、主軸の慣性が大きく、トルクが大きくなります。高トルクを必要とするが高速往復運動を行わない用途に適しています。停止までの動作が高速であるため、ドライバーはこの大きな慣性を止めるために大きな逆駆動電圧を発生させる必要があり、発熱が非常に大きくなります。

一般的に慣性モーメントが小さいモータは、制動性能が良く、起動が早く、加速・停止の応答性が良く、高速往復動作が良好で、軽負荷で高速位置決めを行う場合に適しています。一部のリニア高速位置決め機構など。中～大の慣性を持つモーターは、円運動機構を備えた一部の工作機械産業など、大きな負荷と高い安定性が要求される状況に適しています。

負荷が比較的大きい場合や加速特性が比較的大きい場合、慣性モーメントの小さいモータを選択すると、シャフトが損傷しすぎる可能性があります。選択は、負荷の大きさ、加速度の大きさなどの要因に基づいて行う必要があります。

モーター慣性もサーボモーターの重要な指標です。サーボモーター自体の慣性を指し、モーターの加減速にとって非常に重要です。慣性が適切に一致していないと、モーターの動作が非常に不安定になります。

実際、他のモーターにも慣性オプションがありますが、通常のベルトコンベアラインなど、設計のこの点は誰もが弱めています。モーターを選択すると、始動はできませんが、手を押すと動きます。この場合は減速比を上げるかパワーを上げると正常に走行できるようになります。基本原則は、初期段階の選択では慣性のマッチングが行われないということです。

サーボモータドライバのサーボモータに対する応答制御は、負荷イナーシャとモータロータイナーシャの比が１倍が最適値であり、最大５倍を超えることはできません。機械的伝達装置の設計により、負荷を作ることができます。

モーターローターの慣性に対する慣性の比は、1 に近いかそれより小さくなります。負荷イナーシャが非常に大きく、機械設計上、負荷イナーシャとモータロータイナーシャの比を 5 倍未満にすることができない場合は、モータロータイナーシャの大きなモータ、いわゆる大型モータを使用できます。慣性モーター。イナーシャが大きいモーターを使用する場合、一定の応答性を得るにはドライバーの容量を大きくする必要があります。

以下に、実際のモータ応用プロセスにおける現象を説明します。

始動時にモーターが振動しており、明らかに慣性が不足しています。

低速回転時は問題ありませんでしたが、高速回転時には停止時に滑り、出力軸が左右に振れてしまいます。これは、慣性整合がちょうどモーターの限界位置にあることを意味します。このとき、減速比を少し大きくするだけで十分です。

400W モーターには数百キログラム、場合によっては 1 ～ 2 トンの荷重がかかります。これは明らかにパワーのみを計算したものであり、トルクを計算したものではありません。 AGV カーは数百キログラムの荷物を引っ張るのに 400W を使用しますが、AGV カーの速度は非常に遅く、自動化アプリケーションではこのようなことはほとんどありません。

サーボモータにはウォームギヤモータを搭載しています。この方法で使用する必要がある場合は、モーターの速度が 1500 rpm を超えないよう注意してください。その理由は、ウォームギアの減速時に滑り摩擦があり、速度が高すぎ、発熱が激しく、摩耗が速く、耐用年数が相対的に短くなるためです。この時点で、ユーザーは「こんなゴミはどうだ」と苦情を言うでしょう。輸入ウォームギアの方が優れているでしょうが、このような荒廃には耐えられません。ウォームギアを備えたサーボの利点はセルフロックですが、欠点は精度の低下です。

慣性 = 回転半径 x 質量

質量と加速と減速度がある限り、慣性が存在します。回転するオブジェクトや平行移動するオブジェクトには慣性があります。

通常の交流非同期モータを一般的に使用する場合には、慣性モーメントを計算する必要はありません。 AC モーターの特性として、出力慣性が十分でない場合、つまり駆動が重くなりすぎることがあります。定常トルクは十分であるが、過渡慣性が大きすぎる場合、モーターが最初に定格外の速度に達すると、モーターは減速し、その後高速になり、その後徐々に速度が上昇し、最終的に定格速度に達します。 , そのため、ドライブは振動せず、制御への影響はほとんどありません。ただし、サーボモータを選択する場合、サーボモータはエンコーダのフィードバック制御に依存しているため、起動が非常に厳しく、速度目標と位置目標を達成する必要があります。このとき、モーターが耐えられる慣性量を超えるとモーターが震えてしまいます。したがって、サーボモータを動力源として計算する場合には、慣性係数を十分に考慮する必要があります。最終的にモータ軸に換算される可動部のイナーシャを計算し、このイナーシャを利用して起動時間内のトルクを計算する必要があります。