産業用途に適したサーボモーターを選択するには?

を選択するサーボモーター産業用機械にとって重要なのは、利用可能な最高の出力またはトルクを選択することだけではありません。

サーボ モーターは、完全なモーション コントロール システムの一部です。その性能は、モーターが機械の負荷、速度、加速度、慣性、制御要件、および作業環境にどの程度適合するかによって決まります。

小さすぎるモーターを選択すると、過熱、過負荷アラーム、加速不良、または位置決めエラーが発生する可能性があります。

不必要に大きいものを選択すると、不必要な慣性と設置スペースが追加され、モーターとドライブに多くの費用がかかる可能性があります。

適切なサーボ モーターは、機械の実際の動作要件に一致するものです。

このガイドでは、エンジニア、OEM メーカー、産業用バイヤーがサーボ モーターを選択する際に考慮すべき重要な要素について説明します。

サーボモーターとは何ですか?

サーボモーターは、正確な制御を提供するために設計されたモーターです。位置、速度、トルク.

電圧または周波数コマンドを受信するだけで動作する従来のモーターとは異なり、サーボ モーターは通常、閉ループ制御システムの一部として動作します。{0}}

一般的なサーボ システムには次のものが含まれます。

• サーボモーター
• サーボドライブ
• エンコーダ
• モーションコントローラー
• 電源
• メカニカルトランスミッション

エンコーダはモーターの実際の動きを継続的に監視します。

コントローラーは実際の位置または速度を目標値と比較し、それに応じてサーボドライブがモーターを調整します。

このフィードバック ループにより、システムは機械の動作中に動作エラーを修正できます。

そのため、アプリケーションで反復可能で正確かつ動的な動作が必要な場合にサーボ モーターが広く使用されています。

サーボモーターの選択がなぜそれほど重要なのでしょうか?

モーターは、機械の動作を決定する重要なコンポーネントの 1 つです。

サーボ モーターを正しく選択すると、次のことが可能になります。

• 安定した位置決め
• 速い加速
• 正確な速度制御
• 信頼性の高いトルク出力
• エネルギー消費量の削減
• 装置の長寿命化

モーターの選択を誤ると、設置後の解決が困難な問題が発生する可能性があります。

たとえば、モーターに十分なピーク トルクがない場合、機械は定常速度では正常に動作しますが、急速に加速する必要があるたびに故障する可能性があります。

モーターの慣性が負荷と適切に一致していない場合、機械が振動したり、目標位置をオーバーシュートしたりする可能性があります。

モーターとドライブが適切に適合していない場合、モーター自体が正常に機能している場合でも、システムが頻繁にアラームを生成することがあります。

このため、サーボ モーターの選択はモーターのカタログではなく、機械の動作プロファイルから始める必要があります。

ステップ 1: 必要なトルクを決定する

トルクは、最初に計算する必要がある仕様の 1 つです。

必要なモーター トルクは通常、次のようないくつかのソースから得られます。

• 負荷トルク
• 摩擦
• 重力
• 加速度
• 機械的伝達損失

重要な点は、連続トルクとピークトルクは同じではありません.

連続トルク

連続トルクとは、モーターが通常の動作中に熱制限を超えることなく提供できるトルクです。

これは次のようなアプリケーションにとって重要です。

• コンベヤ
• パンプス
• 連続加工機
• 回転機器

モーターの連続トルクは、通常の動作負荷に対して十分である必要があります。

ピークトルク

ピークトルクは、要求の厳しい動作中に短時間必要となります。

典型的な例は次のとおりです。

• 急加速
• 急減速
• 負荷がかかった状態での起動
• 負荷の急激な変化
• 頻繁な逆転

機械は比較的控えめな連続トルクを必要とする場合がありますが、ピーク トルクは大幅に高くなります。

したがって、平均負荷のみに基づいてサーボ モータを選択すると、動的性能が低下する可能性があります。

ステップ 2: 必要な速度を決定する

トルクを計算した後、モーターがどれくらいの速度で動作する必要があるかを決定します。

次の 3 つの値を考えてみましょう。

• 最低動作速度
• 通常の動作速度
• 最高動作速度

最大 RPM が高いモーターが自動的に適しているとは考えないでください。

より重要な質問は次のとおりです。

機械が実際に必要とする速度で、モーターはどのくらいのトルクを提供できますか?

サーボ モーターのトルク{0}速度特性は、購入前に必ず確認する必要があります。

高速性と高トルクの両方を必要とするアプリケーションの場合、モーターとドライブは適合するシステムとして選択する必要があります。

ステップ 3: 負荷イナーシャの計算

負荷慣性はサーボモータの選択時に見落とされがちです。

慣性は、回転運動の変化に対する物体の抵抗を表します。

回転質量が大きい機械は、最終動作速度が比較的低い場合でも、加速するだけで大​​きなトルクが必要になる場合があります。

高慣性負荷の例には次のようなものがあります。-

• 大型ローラー
• ロータリーテーブル
• フライホイール
• 大型ギア
• スピンドル
• 重いロボットアーム

負荷慣性がモーターと適切に一致していない場合、次のような問題が発生する可能性があります。

加速が遅い

• オーバーシュート
• 振動
• 位置決めエラー
• サーボの不安定性

高性能のモーション コントロールでは、慣性のマッチングがモーターの定格出力と同じくらい重要になる場合があります。{0}}

ステップ 4: モーション プロファイルを理解する

サーボ モーターは、完全な動作サイクルに基づいて選択する必要があります。

たとえば、次のようなマシンを想像してください。

• ゼロから 2,000 RPM まで加速します。
• 一定の速度で走行します。
• 急速に減速します。
• 正確な位置で止まります。
• 方向を反転します。
• このサイクルを数秒ごとに繰り返します。

このアプリケーションは、単純に 2,000 RPM で連続的に動作するマシンと比較して、モーターに非常に異なる要求を課します。

サーボモーターを選択するときは、次の点を考慮してください。

• 加速時間
• 減速時間
• サイクルタイム
• 動作速度
• 停止周波数
• 反転周波数
• 負荷変動

完全な動作プロファイルにより、必要なモーター容量をより正確に把握できます。

ステップ 5: 適切なモーター電圧を選択する

サーボ モーターはさまざまな電圧クラスで使用できます。

一般的なオプションは次のとおりです。

• 12V
• 24V
• 48V
• 60V
• 90V
• 220V
• 380V

正しい電圧はマシンの電気アーキテクチャによって異なります。

低電圧サーボモータ-

24V および 48V サーボ モーターは次の場合に一般的です。

• AGV
• AMR
• 移動ロボット
• 電池式機器-
• コンパクトな自動化システム

主な利点は、低電圧 DC 電源システムとの互換性です。{0}

高電圧サーボ モーター-

220V および 380V サーボ システムは、より高い電力を必要とする産業機械でより一般的です。

特定の出力に対する電流要件を削減できるため、大規模な自動化システムに適しています。

重要な点は、モーターの好みのみに基づいて電圧を選択しないことです。

モーター電圧は、利用可能な電源と完全なサーボドライブシステムに一致する必要があります。

ステップ 6: 適切なエンコーダーを選択する

エンコーダはサーボ システムにフィードバックを提供します。

アプリケーションが異なれば、必要なフィードバック解像度も異なります。

一般的なエンコーダ オプションには次のものがあります。

インクリメンタルエンコーダ

相対位置情報を提供します。

コストとシンプルさが重要な多くの一般産業用途に適しています。

アブソリュートエンコーダ

モーターの絶対位置を提供します。

これは、起動時または電源回復直後に機械の位置を知る必要がある場合に役立ちます。

高解像度エンコーダ-

極めて正確な位置決めやスムーズな低速動作が必要な場合に使用されます。{0}}

精密機械、ロボット工学、CNC 機器などのアプリケーションの場合、エンコーダの分解能は些細な仕様として扱うのではなく、慎重に評価する必要があります。

ステップ 7: ブレーキが必要かどうかを決定する

すべてのサーボモーターにブレーキが必要なわけではありません。

ただし、電源が遮断された後、モーターが負荷を安全に保持する必要がある場合には重要になります。

典型的なアプリケーションには次のものがあります。

• 垂直昇降システム
• ホイスト
• ロボットアーム
• エレベーター
• Z-軸機械

たとえば、サーボ モーターが垂直方向の負荷を制御している場合、モーターの電源がオフになると、重力によって負荷が下方向に移動する可能性があります。

保持ブレーキは、不要な動きを防ぐのに役立ちます。

ただし、モーターブレーキを自動的に主要な安全装置として扱うべきではありません。安全要件は、完全な機械設計と適用される規制に従って評価する必要があります。

ステップ 8: ギアボックスが必要かどうかを検討する

ギアボックスは、比較的低速で高出力トルクが必要な用途に役立ちます。

例えば：

• モーター速度: 高速
• 必要な出力速度: 低速
• 要求出力トルク：高

ギアボックスはモーターの速度をより高い出力トルクに変換できます。

ギアボックスは一般的に次の用途に使用されます。

• ロボット工学
• ロータリーテーブル
• 頑丈な測位システム-
• 資材運搬装置
• 産業オートメーション

ただし、ギアボックスを追加すると、次のような問題も発生します。

• 機械的損失
• バックラッシュ
• 追加費用
• 追加メンテナンス

精密な用途では、ギアボックスのバックラッシュを慎重に考慮する必要があります。

ステップ9: 動作環境を確認する

クリーンな工場に設置されたサーボモータは、塵埃、湿気、油、振動の近くに設置されたサーボモータとは異なります。

モーターを選択する前に、以下を評価してください。

周囲温度

• 湿度
• ほこり
• 水への暴露
• 油または化学物質への曝露
• 振動
• 設置方向

モーターの保護レベル、冷却設計、ハウジングは実際の環境に適したものでなければなりません。

要求の厳しい用途では、モーターを選択する前に環境条件をサプライヤーに提供する必要があります。

ステップ 10: デューティ サイクルと熱性能を考慮する

サーボ モーターは高いピーク トルクを生成できる可能性がありますが、通常、ピーク トルクを無期限に維持することはできません。

モーターの熱性能は以下によって決まります。

• 連続トルク
• 実効値トルク
• 動作速度
• 加速周波数
• 周囲温度
• 冷却方法
• サイクルタイム

1 時間に何百回も加速と停止を繰り返す機械は、一定の速度で動作する機械よりもかなり多くの熱を発生する可能性があります。

このため、デューティ サイクルをモーターの選択プロセスの一部として含める必要があります。

どれくらいの安全マージンを残すべきでしょうか?

ある程度のマージンを追加することは賢明ですが、計算された負荷よりも数倍大きいモーターを選択するだけでは、必ずしもエンジニアリング上の適切な決定が得られるとは限りません。

マージンが少なすぎると、次のような問題が発生する可能性があります。

• 過負荷
• 過度の温度
• 加速が悪い
• 寿命の短縮

マージンが多すぎると、次のような問題が発生する可能性があります。

• 購入コストが高くなる
• モーターサイズの大型化
• 大型サーボドライブ
• 慣性の増加
• システム効率の低下

実際的なアプローチは、最初に実際の動作要件を計算し、次にアプリケーションの予想される最悪の条件に対して十分な連続容量とピーク容量を持つモーターを選択することです。

正確なマージンは負荷特性とデューティ サイクルによって異なります。

サーボモーターのサイジング: 簡単な例

コンベヤー システムに次のものが必要だとします。

• 連続トルク：4N・m
• 最大加速トルク：8N・m
• 動作速度: 1,500 RPM
• 最高速度: 2,500 RPM

4 N・m の連続要件のみに基づいてモーターを選択するのは危険です。

モーターは、8 N・m の加速要件に対処するのに十分なピーク トルクも提供する必要があります。

次に、次のことを確認します。

• 連続定格トルク
• 最大定格トルク
• 1,500 RPMで使用可能なトルク
• 2,500 RPMで利用可能なトルク
• 負荷イナーシャ
• 加速時間
• デューティサイクル
• サーボドライブ容量

これらの要素を確認した後でのみ、モーターのモデルを最終決定する必要があります。

このため、サーボ アプリケーションでは単純な「必要馬力」の計算では不十分なことがよくあります。

よくあるサーボモーター選択の間違い

間違い 1: 力だけで選択する

同じ出力定格を持つ 2 つのモーターは、異なるトルクと速度特性を持つ可能性があります。

常に完全なトルク-速度曲線を評価してください。

間違い 2: ピークトルクを無視する

機械は一定速度では完璧に動作しても、加速中に故障することがあります。

選択プロセスにはピークトルクを含める必要があります。

間違い 3: 負荷慣性を無視する

慣性負荷が大きいと、モーターに十分な定格電力がある場合でも、重大な制御上の問題が発生する可能性があります。{0}

間違い 4: エンコーダーの選択が遅すぎる

エンコーダは、制御パフォーマンスとシステム互換性の両方に影響を与えます。

初期設計段階で考慮する必要があります。

間違い 5: モーターとドライブを別の製品として扱う

のサーボモーター、ドライブ、エンコーダー、コントローラーが連携して動作する必要があります。

技術的に優れたモーターであっても、ドライブの適合が適切でないとパフォーマンスが低下する可能性があります。

間違い 6: 価格だけで買う

最も安価なモーターでも総コストが最も低くならない場合があります。

考慮する：

• 寿命
• エネルギー消費量
• メンテナンス
• 交換部品
• テクニカルサポート
• 積分時間

初期投資を少し高くすることで、総所有コストを大幅に削減できる場合があります。

用途別サーボモータの選定

アプリケーションが異なれば優先順位も異なります。

普遍的な「最良の」サーボ モーターはありません。

最適なモーターとは、アプリケーションの実際の動作要件に適合するモーターです。

サーボモーターのサプライヤーの選び方

選択するサプライヤーはモーター自体と同じくらい重要です。

注文する前に、サプライヤーが以下を提供できるかどうかを評価してください。

• モーター選定サポート
• トルク-速度データ
• エンコーダのオプション
• サーボドライブのマッチング
• OEMのカスタマイズ
• 技術文書
• 交換部品
• アフターサポート-

OEM 機器メーカーの場合、設計段階での技術サポートにより、生産開始後の高価な変更を防ぐことができます。

サプライヤーは、単にカタログを送付するのではなく、お客様の機械について話し合うことができる必要があります。

産業用サーボモーターソリューションにオーリックを選ぶ理由?

オーリックは、産業オートメーション、OEM 機器、ロボティクス、マテリアル ハンドリング、その他のモーション コントロール アプリケーション向けのサーボ モーター ソリューションを提供します。

Auric は、電圧または定格電力のみに基づいてモーターを選択するのではなく、次のような複数の角度からアプリケーションを評価できます。

• 必要トルク
• ピークトルク
• 動作速度
• 加速度
• 負荷イナーシャ
• デューティサイクル
• エンコーダの要件
• 取付寸法
• ブレーキ要件
• サーボドライブの互換性

このアプリケーション ベースのアプローチは、標準モーターを単に購入するのではなく、既存の機械に適合するサーボ モーターを必要とする OEM 顧客にとって特に役立ちます。{0}}

カスタマイズされたプロジェクトの場合、シャフト構成、取り付け寸法、エンコーダの選択、電圧、速度、トルク、その他のインターフェースなどのモーター仕様を、機器の要件に応じて評価できます。

サーボモーター選定チェックリスト

見積もりを依頼する前に、次の情報を準備してください。

モーター要件

• 必要な連続トルク
• 必要なピークトルク
• 定格速度
• 最高速度
• 定格電圧
• 必要な電力

機械的要件

• 負荷の種類
• 負荷イナーシャ
• シャフトサイズ
• 取付寸法
• ギアボックスの要件

制御要件

• 位置精度
• エンコーダの種類
• 制御モード
• 通信プロトコル
• ブレーキ要件

動作条件

• デューティサイクル
• 周囲温度
• ほこり
• 湿度
• 振動

連続運転または断続運転

この情報を提供することで、サプライヤーはより正確なサーボ モーター ソリューションを推奨できるようになります。

よくある質問

必要なサーボ モーターのサイズを知るにはどうすればよいですか?

モーターのサイズではなく、実際の負荷から始めます。連続トルク、ピークトルク、動作速度、加速度、負荷慣性、デューティサイクルを計算します。次に、これらの要件をモーターのトルク-速度特性と一致させます。

サーボモーターは馬力が高いほど優れているのでしょうか?

いいえ。モーターが大きすぎると、コスト、物理的サイズ、慣性、駆動要件が増加する可能性があります。目標は、適切なエンジニアリングマージンを備えた完全な動作プロファイルを確実に満たす最小のモーターを見つけることです。

トルクと速度ではどちらが重要ですか?

どちらも独立して考えることはできません。モーターは、必要な動作速度で十分なトルクを提供する必要があります。サーボ アプリケーションの場合、どちらかの仕様を単独で見るよりも、完全なトルク-速度曲線の方が役立ちます。

すべてのサーボモーターにエンコーダが必要ですか?

従来のサーボ システムは通常、エンコーダからのフィードバックを必要とします。ただし、正確なフィードバック技術はモーターと制御アーキテクチャによって異なります。

24V、48V、または 220V サーボモーターを選択する必要がありますか?

答えは電源アーキテクチャとアプリケーションによって異なります。{0}V および 48V システムは、バッテリ駆動の小型オートメーション機器で一般的です。-一方、より高電圧のサーボ システムは、大型の産業機械で広く使用されています。-

いつブレーキが必要ですか?

ブレーキは、電源が遮断された後、モーターが垂直軸または重力負荷の軸を保持する必要がある場合に特に役立ちます。{0}}完全な機械の安全設計によって、ブレーキが必要かどうかを決定する必要があります。

最終的な考え: カタログではなく機械に基づいてモーターを選択してください

適切なサーボ モーターの選択は、最終的にはシステム エンジニアリングの決定によって決まります。

モーターは、負荷、トランスミッション、エンコーダー、サーボドライブ、コントローラー、および機械構造と連携して動作する必要があります。

評価すべき最も重要な仕様は、単に馬力や定格トルクではなく、次のとおりです。

• 連続トルク
• ピークトルク
• 動作速度でのトルク
• 最高速度
• 負荷イナーシャ
• 加速要件
• デューティサイクル
• エンコーダの解像度
• 環境条件
• ドライブの互換性

サプライヤーに連絡する前にこれらの要件を理解していれば、産業オートメーションで最も一般的な問題の 1 つである、紙の上では正しく見えるモーターを購入しても、設置すると期待どおりに動作しないという問題を回避できます。

OEM メーカーや産業機器メーカーにとって、最良のアプローチは、サプライヤーに実際の機械要件を提供し、アプリケーションに合わせてモーターを選択してもらうことです。

適切に一致したサーボモーター長期にわたって、より優れた位置決め、より速い応答、より少ないメンテナンス、より信頼性の高いマシンパフォーマンスを実現できます。