顧客は、メンテナンスと装置のサイズの削減、スループットと機械のセットアップの高速化を求めています。これらの要件を満たすために、機器メーカーは機械コンポーネントではなくサーボ制御による動作を選択しています。

モーション コントロールは、マシンの機能と制限を定義します。したがって、スループットと柔軟性を最大化し、メンテナンスを軽減するには、多くの場合、マシン内でのモーションの制御方法をアップグレードする必要があります。従来の制御設計やデバイスからサーボ制御に変換する理由のほとんどは、次の利点の 1 つ以上を得るためにあります。

• スループットを向上させます。サーボモーターは高い加速率と速度を生み出します。
• 精度を高めます。サーボは、高速で移動する部品の処理に必要な高い精度を提供します。
• 柔軟性を高めます。サーボは、従来の機械コンポーネントの電子バージョンを提供します。たとえば、電子カムのプロファイルはほぼ瞬時に変更できます。プログラム可能な動作プロファイルは、さまざまな製品のサイズや構成に合わせて調整できます。電子「ギア」比は、さまざまな機械速度に合わせて変更できます。また、電子ギアを使用すると、長いシャフト、ギア、ベルトが不要になるため、モーターを用途に合わせてどこにでも配置できます。

さらに、1 つの電気「ライン シャフト」をほぼ無制限の数の軸にリンクできます。複数の構成を持つ機械の場合、これは、追加の動作軸に追加の機械的リンケージが必要ないことを意味します。

サーボは利用可能な情報が増えるため、柔軟性も高まります。たとえば、多くのサーボ コントローラーは、トラブルシューティングに役立つ障害やエラー状態の履歴を保存します。ほとんどのサーボ システムでは、パフォーマンス分析のためにオシロスコープ スタイルの図を表示することもできます。• メンテナンスを軽減します。サーボは、マシン上の機械部品の数を減らすのに役立ちます。電子ギアがベルトの代わりになります。電子カムは摩耗の影響を受けません。電子リミット スイッチは、時折の再調整や交換を必要としません。

サーボにはある程度の勉強と経験が必要です。サーボ制御を初めて使用する場合は、最初のシステムの選択と適用に時間がかかることが予想されます。(サーボ用語に関する注意: コントローラーという言葉にはいくつかの用途があります。システムまたはモーションコントローラーは通常、モーションを制御するプログラムを実行します。のモーターコントローラーは1つを制御しますモーター。混乱を避けるために、モーター コントローラーをドライブと呼びます)。

アプリケーションのサイジングと選択

サーボ コンポーネントの選択とサイズ設定は、モーター、ドライブ、コントローラー、および産業用 PC や PLC などのコンポーネントの数が多いため、複雑に見えるかもしれません。あなたの背景が機械的なものである場合、これは威圧的になる可能性があります。幸いなことに、コンポーネント サプライヤーや制御システム インテグレーターなどの企業は、これらのコンポーネントをパッケージ化し、アプリケーション支援も提供しています。自分で行う場合でも、パッケージを購入する場合でも、基本的なプロセスは次のとおりです。

まずはモーターを選択します。モーターの選定はモーターの形状を選択することから始まります。アスペクト比が大きい（直径が小さくて長い）モーターが最も一般的です。四角形でも円形でも、優れた価値とパフォーマンスを提供します。ディスク モーター (直径が大きく短い) は狭い場所に適合し、低慣性ローターにより高い加速を実現します。これらのモーターは両方とも、密閉バージョンと非密閉バージョンで入手できます。

フレームレスまたは一体型モーターでは、ローターとステーターを分離して機械に統合します。これらのモーターによりコンパクトな設計が可能になり、精度の向上と振動の低減によりダイレクトドライブ動作が強化されます。

リニア モーターは、標準的な回転モーターと関連する駆動機構を置き換えるもので、直線運動を直接生成します。スループットと精度を同時に数倍向上させることができます。

モーターのサイズ設定。モーターのサイズは主にピークトルクと連続トルクに基づいて決まります。モーターのサイジングは難しい場合があり、開発サイクルの後半になるまで間違いが見つからない可能性があります。この時点でモーターのサイズを大きくするのは難しい場合があるため、計算にマージンを含めることが賢明です。このプロセスに慣れていない場合は、おそらく自動車会社のアプリケーション エンジニアに頼るべきです。

フィードバックを選択してください。最も一般的なフィードバック デバイスはエンコーダとリゾルバです。エンコーダは、パルス列を生成する光学デバイスです。パルス数は角度移動に比例します。特に高解像度で高い精度を実現します。レゾルバは、モータの 1 回転以内の絶対位置を感知する電気機械デバイスであり、その頑丈さで知られています。あなたの用途に最適なものをお選びください。

フィードバック センサーの種類を選択した後、その解像度を選択する必要があります。一般に、1,000 ラインのエンコーダ、または同等の 12 ビット リゾルバで十分な解像度が得られます。どちらも 1 回転あたり約 4,000 の異なる位置を生成します。これは、約 0.1 度の分解能に相当します。ただし、アプリケーションでより高い解像度が必要な場合は、センサーを適切に選択する必要があります。注意点: 解像度と精度は区別してください。多くのサーボは、レゾルバ フィードバックの解像度を選択できます。ただし、精度 (通常は 10 ～ 40 分弧) は影響を受けない場合があります。

ドライブを選択してください。電源モジュール式 (別個) にするか、ドライブに統合するかを検討してください。同じファミリーの 3 つ以上のドライブが近接している場合、モジュラー電源は適切に動作します。軸が 1 つある場合は、通常、統合電源の方が適切に適合します。2 つの軸を使用すると、どちらの解もほぼ同じになります。

ドライブを内蔵する予定がある場合は、ドライブのサイズが大幅に異なり、機器全体のサイズに影響を与える可能性があることに注意してください。エンクロージャのサイズによっては、さまざまな冷却オプションを調査する必要がある場合もあります。

正弦整流と 6 ステップの比較

ドライブからモーターへの電力波形は、ブラシレス サーボ モーターの場合、6 ステップと正弦波の 2 つの方法になる傾向があります。正弦波では、ドライブによって生成される電流波形は正弦波に近い電流を生成します。これにより、よりスムーズなトルクが得られ、発熱が少なくなります。6 ステップ法では、単純な電子機器を使用して 6 セグメントの方形波を生成します。シックスステップはコストは低いですが、低速での動作が荒くなります。

調整の柔軟性。チューニング、つまりフィードバック ループのゲインを選択するプロセスは、高性能を実現し、安定した動作を維持するために必要です。かつて、チューニングは科学というよりも芸術でした。現在、最新のサーボ ドライブは、機械設計者を支援する多数のツールを提供しています。自動チューニング (または自己チューニング) は、ドライブが機械システムを励起し、一連のループ ゲインを生成するプロセスであり、ほぼ標準となっています。ほとんどのドライブはデジタルゲインで設定されているため、はんだごてやポットトリマー（小さなドライバー）は必要ありません。より複雑なメソッドが必要になることはまれですが、それらを利用できるようにすると、より多くのオプションが提供されます。

アナログドライブは安価ですが、ポテンショメータを調整したり受動部品を変更したりしてループを調整する必要がある場合があります。どちらを選択する場合でも、チューニングは学習曲線の一部であり、ある程度の学習と実験が必要です。

ドライブコミュニケーション。多くのドライブは、アナログ信号を使用して速度とトルクのコマンドを送信します。しかし、デジタル通信は通信配線が減り、システムの柔軟性が高まるため、普及が進んでいます。多くのドライブは、DeviceNet、Profibus、および Sercos と呼ばれるモーション コントロール専用の新しいネットワークなどのネットワークと互換性があります。

電圧。工場現場では 110 Vac 電源を入手するのが難しい場合があることに注意してください。ヨーロッパでは 460 Vac が一般的です。230 Vac ドライブを使用する場合、海外で使用する機械に変圧器が必要になる場合があります。残念ながら、460 Vac ドライブは高価になる場合があります。妥協策は、パワー半導体を使用して電圧レベルを変換するユニバーサル電源です。モジュラー電源を備えたシステムの場合、1 つのユニバーサル電源で 230 ～ 480 Vac の任意の電圧を使用して、複数の 230 Vac 軸に電力を供給できます。

考慮すべき最後の点は、マシン上で少数のドライブ ファミリのみを使用することで、スペアパーツ リストを簡素化することです。

コントローラーを選択してください

コントローラを選択する際は、単軸か多軸かを選択してください。単軸コントローラは、モーション コントローラ、ドライブ、および多くの場合電源を 1 つのパッケージに統合したものです。1 軸または 2 軸システムでは、これらのコントローラにより、コスト、サイズ、配線、システムの複雑さを軽減できます。

通常、多軸コントローラは、より複雑なシステムに適しています。まず、通常、特に軸数が増加するにつれてコストが削減されます。第 2 に、1 つのプログラムですべての動作を制御できるため、システムの複雑さが軽減されます。これらのモーション コントローラでは、通常、任意の軸を他の軸にリンクでき、プログラムの実行中にそのリンクを変更できるため、同期の柔軟性も向上します。

コントローラーを選択した後、「ボックス」または「ボード」構成を選択する必要があります。ボックス構成は、スタンドアロン動作が可能な密閉型コントローラです。ボードコントローラーは産業用コンピューターに接続されます。すでに産業用コンピュータをマシンに搭載している場合は、互換性のあるボードを使用することでコストを削減し、制御とマシンの統合を強化できます。産業用コンピューターを使用する予定がない場合は、通常、ボックスベースのコントローラーを追加する方が簡単です。

機能セットを評価する

最後に、コントローラーの機能を評価します。これまでに説明したギア、カム、高速登録、プログラム可能なリミット スイッチなどの機能を考えてみましょう。ほとんどのコントローラーはこれらの機能を何らかの形式で提供しますが、詳細はアプリケーションのニーズと比較する必要があります。走行中にギア比を変更する必要はありますか?カムプロファイルをその場で変更する必要がありますか?どの程度の登録精度が必要ですか?動作中に速度や目標位置を変更する必要はありますか?コントローラーはこのアプリケーションに十分な軸をサポートしていますか?あなたのマシンの将来のバージョンにも適合しますか?

コストへの対処

サーボ コンポーネントのコストは、交換される機械コンポーネントのコストよりも高くなることがよくあります。ただし、いくつかの重要な要素により、この高いコストが軽減されます。たとえば、複雑な機械デバイスを排除すると、総コストと機械のサイズが削減され、システムの価値が高まります。サーボ コントローラーは PLC の代わりに使用されることがよくあります。この場合、サーボへの変換コスト全体を相殺できます。柔軟性が高まると、機械モデルの数や、一連の機械を製造するために必要なプロセスが減り、製造コストが削減される可能性があります。

一般的な考慮事項

モーション機能以外にも、尋ねるべき質問があります。その言語はあなたのプロセスをサポートできますか?非常に複雑なので、学習に多大な時間を費やす必要がありますか?この製品はマルチタスクをサポートしていますか?マルチタスクは、異なるプロセスに対して異なるプログラムを作成できる技術で、複雑なマシンのプログラミングを簡素化します。

特に電子モーション コントロールに慣れていない場合、これらすべての質問に答えるのは難しいかもしれません。コントローラーを提供するほとんどの企業は、コントローラーを適切にサポートしています。選択プロセス中に、たくさんの質問をしてください。製品の評価だけでなく、サポートの評価にも役立ちます。最後に、貴社の開発活動の将来について考えてみましょう。現在および今後数年間にわたって製品とサポートを提供できるベンダーを選択してください。