サーボ速度が重要な理由とそれを実際に制御するもの

簡単な回答

サーボ速度は主にモーターの設計、電圧供給、ギア比によって決まります。ほとんどのアプリケーションでは、特定の電圧での定格速度 (回転 60 度あたりの秒単位で測定) が重要な仕様となります。ただし、実際の速度は負荷トルク、ドライバーの設定、フィードバック分解能にも影響されます。を選択している場合は、サーボオートメーション ラインやロボット アームの場合、これらの要因を無視すると、サイクル タイムの遅延、動作の一貫性の欠如、または早期の摩耗が発生する可能性があります。データシートの無負荷データだけでなく、負荷時の速度を必ず確認してください。

導入

あなたはピック アンド プレース マシンを設計していますが、サイクル タイムが大幅に遅れています。動作ごとに 0.1 秒ずつ追加されると、シフトごとに数千サイクルにわたって加算されます。あるいは、サーボ包装ラインでは、データシートには高速であるはずと書かれているにもかかわらず、新しいユニットが遅く感じられます。多くの場合、問題はモーター自体ではなく、チェックしていないものにあります。

多くの購入者やエンジニアはトルクに重点を置き、サーボ速度がシステムの特性であることを忘れています。それは、電圧、コントローラーの調整、ギアボックスの効率、さらにはケーブルの長さによっても異なります。これらの変数を無視すると、モーターの仕様が過剰になったり、スループットが不足したり、位置決めの精度が低下したりする可能性があります。この記事では、サーボの速度に影響を与えるあらゆる要素について説明します。これにより、購入または統合についてより適切な決定ができ​​るようになります。

目次

1. モーターレベルでのサーボ速度は何によって決まりますか?

2. 電圧と電流が実際の速度に与える影響

3. 出力速度におけるギア比の役割

4. 負荷トルクが現実世界の速度を変える理由

5. ドライバーの設定とチューニング: 確認事項

6. フィードバックの解像度と速度への影響

7. サーボ速度に関するよくある誤解

8. サーボ速度について購入者がよく尋ねる質問

9. 速度要件に応じた適切なサーボの選択

サーボ速度は単一の数値ではありません。これは、特定の条件下でローターがどれだけ速く回転できるかを定義するモーター設計パラメーターの組み合わせです。

最も基本的な要素はモーターです。定格速度、通常は公称電圧で指定されます。たとえば、マイクロサーボ6V での定格速度は 0.12 秒/60° です。この数値は、モーターの巻線設計、磁石の強さ、ローターの慣性から得られます。

巻線構成モーターが処理できる電流の大きさと加速速度に影響します。

磁石の材質トルクの発生と速度の安定性に影響します。

ローター慣性モーメントモーターがオーバーシュートせずにどれだけ速く方向を変えることができるかを決定します。

多くの場合、サーボの最高速度が重いユニットと同等であっても、慣性が低いサーボはより高い加速を実現できます。これは、頻繁に起動と停止の動作を必要とするアプリケーションにとって重要です。

電圧は制御できる最も直接的な変数です。通常、電圧を上げると速度が上がりますが、それはモーターの設計制限内でのみです。

12V 定格のサーボは、無負荷時に 3000 RPM に達する場合があります。ドライバーと巻線が対応できれば、24V では同じモーターが 6000 RPM で回転する可能性があります。ただし、定格電圧を超えると、過熱、減磁、ドライバーの故障の危険があります。

電流も重要です。負荷がかかると、モーターは速度を維持するためにより多くの電流を消費します。電源またはドライバーが十分な電流を供給できない場合、サーボの速度が低下します。このため、連続定格電流そしてピーク電流能力が不可欠です。

データシートで電圧範囲を確認してください。

電源が定格電流の少なくとも 1.5​​ 倍を供給できることを確認します。

長いケーブルでの電圧降下を考慮すると、実際の速度が 5 ～ 10% 低下する可能性があります。

ギアボックスはモーター速度を出力トルクに変換します。ギア比が高くなるとトルクは増加しますが、それに比例して出力速度も低下します。

たとえば、100:1 ギアボックスを備えた 6000 RPM で回転するモーターは、シャフトで 60 RPM を出力します。より速い動きが必要な場合は、より低いギア比を選択してください。ただし、トルクは低くなります。

主な考慮事項:

ギアボックスの効率タイプによって異なります。遊星歯車は通常 80 ～ 95% の効率を達成しますが、ウォーム ギヤは 50% を下回る場合があります。

バックラッシュ特に高速位置決めでは精度に影響します。

時間の経過とともに潤滑が行われ、摩耗すると、実効速度が 10 ～ 20% 低下する可能性があります。

サーボを選択するときは、常に考慮してください。負荷時の出力速度モーターの速度だけではありません。高比ギアボックスを備えた高速モーターでも、アプリケーション ポイントでは低速になる可能性があります。

無負荷時の速度はマーケティング上の数値です。実際の速度は、負荷を動かすためにサーボがどれだけのトルクを供給する必要があるかによって決まります。

負荷トルクが増加すると、速度を維持するためにモーターはより多くの電流を消費する必要があります。ドライバーが電流制限に達すると、速度が低下します。これはと呼ばれます速度規制 .

一定トルク負荷の場合、トルク制限に近づくまで速度は安定します。

可変トルク負荷の場合、速度が大幅に変動する可能性があります。

モーターと負荷の間の慣性の不一致により、加速遅れが発生します。

経験則: 標準的なアプリケーションでは、負荷とモーターの慣性比を 10:1 未満に保ちます。比率が高くなると積極的なチューニングが必要になり、多くの場合速度が制限されます。

完全に一致したサーボであっても、ドライバーが正しく設定されていない場合、パフォーマンスが低下する可能性があります。

速度に影響を与える主なパラメータ:

速度ループゲイン– 低すぎると応答が遅くなります。高すぎると発振の原因になります。

加速および減速ランプ– 負荷慣性と機械的制限に基づいてこれらを設定します。

電流制限– これは、加速に利用できる最大トルクを定義します。

フィルター設定– ノイズフィルターにより遅延が生じ、実効速度が低下する可能性があります。

最新のドライバーのほとんどには自動チューニング機能が含まれていますが、複雑な負荷の場合は依然として手動チューニングをお勧めします。チューニングが正しくないと、実効速度が 30% 以上低下する可能性があります。

エンコーダやリゾルバなどのフィードバック デバイスは、コントローラがローターの位置をどの程度正確に認識しているかを決定します。解像度が高いほど精度は向上しますが、最大速度が制限される可能性があります。

1000 ラインのエンコーダは 3000 RPM をサポートする場合があります。

5000 ラインのエンコーダでは、信号処理の制限により速度が 600 RPM に制限される場合があります。

アプリケーションで高速性と高精度の両方が必要な場合は、多回転アブソリュートエンコーダまたは十分な帯域幅を持つリゾルバー。一部のサーボは、さまざまな動作条件に合わせて切り替え可能な分解能モードを提供します。

誤解 1: 定格速度が高いほど、常にサイクル時間が速いことを意味します。

現実: 加速と減速がサイクル タイムを支配することがよくあります。最高速度は低いが加速度が高いサーボは、より速く動作を完了する可能性があります。

誤解 2: 速度はケーブルの長さに依存しません。

現実: ケーブルが長いと、インダクタンスと電圧降下が増加し、特に高周波での実効速度が低下します。

誤解 3: 同じ電圧定格を持つすべてのサーボは同じように動作します。

現実: 巻線の設計、磁石のグレード、ドライバーの品質により、ブランドやモデル間で大きなばらつきが生じます。

Q: より高速にするために、12V サーボを 24V で実行できますか?

A: リスクがないわけではありません。定格電圧を超えると、巻線が損傷したり、磁石が減磁したりする可能性があります。最大電圧についてはデータシートを確認してください。

Q: サーボが熱くなると速度が低下するのはなぜですか?

A: 熱により巻線抵抗が増加し、電流とトルクが低下します。多くのサーボには、損傷を防ぐために速度を制限する熱保護機能もあります。

Q: ギア比が高くなると常に出力が遅くなりますか?

A: はい、ただしトルクも増加します。速度とトルクの両方が必要なアプリケーションの場合は、高トルクのモーターを使用する低い比率を検討してください。

Q: テストせずに負荷がかかった状態での速度を推定するにはどうすればよいですか?

A: データシートの速度-トルク曲線を使用してください。定格トルクでは、速度は通常、無負荷速度から 10 ～ 20% 低下します。

Q: ドライバーのチューニングでサーボの遅さを修正できますか?

A：部分的には。チューニングにより加速と応答を向上させることはできますが、低電圧や高慣性などのハードウェアの制限を克服することはできません。

Q: 定格速度と最大速度の違いは何ですか?

A: 定格速度は継続的に持続可能です。最高速度は短期間に達成できますが、多くの場合、トルクが低下します。

Q: フィードバックの種類は速度に影響しますか?

A: はい。解像度が高いエンコーダでは、最高速度が制限される場合があります。一般に、リゾルバーは高速ですが、精度は低くなります。

Q: 必要以上に高速なサーボを選択する必要がありますか?

A: 必ずしもそうとは限りません。速度超過は機械共振を引き起こし、位置決め精度を低下させる可能性があります。速度をアプリケーションの要件に合わせます。

すべての自動化アプリケーションには速度目標があります。しかし、データシート上の高い数値を追い求めると、多くの場合、過剰な支出やパフォーマンスの低下につながります。

を定義することから始めますサイクルタイムそしてプロファイルを移動する。最高速度だけでなく、必要な加速と減速度も計算します。次に、予想される負荷の下でサーボの速度とトルクの曲線を確認します。

サプライヤーを評価するときは、次のことを尋ねてください。

複数の電圧における速度-トルク曲線

推奨イナーシャ比

アプリケーションの種類に応じたチューニングのガイドライン

連続動作時の温度制限

ほとんどの産業用アプリケーションでは、定格回転数 3000 RPM適切な負荷マッチングによりスループット目標が達成されます。より高速な速度が必要な場合は、ダイレクトドライブモーターまたはリニアサーボギアボックスを備えたロータリーシステムの代わりに。

どのサーボが速度とトルクの要件に適合するかわからない場合は、アプリケーション パラメータを次の宛先に送信してください。キロパワーサーボエンジニアリングレビューのために。当社のチームは、過剰な仕様や過小な仕様を発生させることなく、適切なモーター、ギアボックス、ドライバーの組み合わせを選択できるようお手伝いいたします。