サーボモータの基礎知識

サーボモータの基礎知識

「サーボ」という言葉はギリシャ語の「奴隷」に由来します。 「サーボモーター」は、制御信号の指令に絶対的に従うモーターとして理解できます。制御信号が送信される前は、ローターは静止しています。制御信号が送信されると、ローターはすぐに回転します。制御信号が消えると、ローターは即座に停止します。

サーボモーターは、自動制御装置のアクチュエーターとして使用されるマイクロモーターです。その機能は、電気信号を回転シャフトの角変位または角速度に変換することです。

サーボモータはACサーボとDCサーボの2つに分類されます。

ACサーボモータの基本構造はAC誘導モータ(非同期モータ)と同様です。固定子には電気角 90°の位相空間変位を持つ 2 つの励磁巻線 Wf と制御巻線 WcoWf があり、一定の交流電圧に接続され、Wc に印加される交流電圧または位相変化を使用して動作を制御する目的を達成します。モーターの。 ACサーボモータは、安定動作、良好な制御性、高速応答、高感度、機械特性および調整特性の非直線性指標が厳しい(10%～15%未満および15%～25%未満が要求される)という特徴を持っています。それぞれ）。

DCサーボモータの基本構造は一般的なDCモータと同様です。モータ速度 n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j、ここで E は電機子逆起電力、K は定数、j は極あたりの磁束、Ua、Ia は電機子電圧と電機子電流、Ra DCサーボモータの速度制御は電機子抵抗、Uaを変える、またはφを変えることで制御できますが、一般的には電機子電圧を制御する方法が使われます。永久磁石DCサーボモータは励磁巻線を永久磁石に置き換えており、磁束φは一定です。 。 DC サーボ モーターは、優れたリニア レギュレーション特性と高速な時間応答を備えています。

DCサーボモーターのメリットとデメリット

利点: 正確な速度制御、厳しいトルクと速度特性、シンプルな制御原理、使いやすく、安価な価格。

短所: ブラシ整流、速度制限、追加の抵抗、摩耗粒子 (粉塵のない爆発性環境には適していません)

ACサーボモーターのメリット・デメリット

利点: 良好な速度制御特性、全速度範囲で滑らかな制御、ほとんど発振しない、90% 以上の高効率、低発熱、高速制御、高精度位置制御 (エンコーダ精度による)、定格動作領域内部では、一定のトルク、低慣性、低騒音、ブラシの摩耗なし、メンテナンスフリー（粉塵のない爆発性環境に適しています）を実現できます。

短所: 制御がより複雑になり、PID パラメータを決定するために現場でドライブパラメータを調整する必要があり、より多くの接続が必要になります。

DCサーボモーターはブラシ付きモーターとブラシレスモーターに分けられます

ブラシ付きモーターは、低コスト、構造が簡単、始動トルクが大きい、速度調整範囲が広い、制御が容易、メンテナンスが必要だがメンテナンスが容易（カーボンブラシの交換）、電磁障害が発生する、使用環境の要件がある、通常、コストが重視される一般的な産業および民間の機会に使用されます。

ブラシレスモーターは、小型軽量、高出力で応答が速く、高速で慣性が小さい、トルクが安定していて回転が滑らか、制御が複雑、インテリジェントで電子整流モードが柔軟で、整流可能です。方形波または正弦波、メンテナンスフリーのモーター、高効率、省エネ、電磁放射が少なく、温度上昇が少なく長寿命で、さまざまな環境に適しています。

ACサーボモータもブラシレスモータであり、同期モータと非同期モータに分けられます。現在、モーション制御には同期モーターが一般的に使用されています。出力範囲が広く、出力を大きくすることができ、慣性が大きく、最高速度は低く、出力が増加すると速度も増加します。均一な速度で降下するため、低速でスムーズな走行に適しています。

サーボモーター内部のローターは永久磁石です。ドライバーは、U/V/W の三相電力を制御して電磁場を形成します。ローターはこの磁場の作用を受けて回転します。同時に、モーターに付属のエンコーダーがフィードバック信号をドライバーに送信します。値を比較してローターの回転角度を調整します。サーボモーターの精度はエンコーダーの精度（ライン数）に依存します。

サーボモーターとは何ですか?種類は何種類ありますか？作業上の特徴は何ですか?

回答: エグゼクティブ モーターとしても知られるサーボ モーターは、受信した電気信号をモーター シャフト上の角変位または角速度出力に変換する自動制御システムのアクチュエーターとして使用されます。

サーボモーターは、DC サーボモーターと AC サーボモーターの 2 つのカテゴリに分類されます。 主な特徴は、信号電圧がゼロのときは自転がなく、トルクの増加とともに等速で減速することです。

ACサーボモーターとブラシレスDCサーボモーターの性能の違いは何ですか?

回答: AC サーボモータは正弦波で制御されており、トルクリップルが小さいため、AC サーボモータの性能が優れています。ブラシレスDCサーボは台形波で制御されます。しかし、ブラシレス DC サーボ制御は比較的シンプルで安価です。

永久磁石ACサーボドライブ技術の急速な発展により、DCサーボシステムは淘汰の危機に瀕しています。技術の発展に伴い、永久磁石ACサーボドライブ技術はめざましい発展を遂げ、各国の有名電機メーカーがACサーボモータやサーボドライブの新シリーズを続々と発売しています。現在の高性能サーボシステムはACサーボシステムが開発の主流となっており、DCサーボシステムは淘汰の危機に瀕しています。

DC サーボ モーターと比較して、永久磁石 AC サーボ モーターには次の主な利点があります。

⑴ブラシや整流子がないため、動作の信頼性が高く、メンテナンスフリーです。

(2) 固定子巻線の発熱が大幅に軽減されます。

⑶慣性が小さく、応答性に優れています。

⑷ 高速、高トルクの作動状態が良好です。

⑸同じ動力でも小型・軽量です。

サーボモーターの原理

ACサーボモータのステータの構造は基本的にコンデンサ分割相単相非同期モータと同様です。固定子には、相互に 90°異なる 2 つの巻線が装備されています。1 つは励磁巻線 Rf で、常に AC 電圧 Uf に接続されています。もう 1 つは制御巻線 L で、制御信号電圧 Uc に接続されています。そのため、ACサーボモータは2サーボモータとも呼ばれます。

ACサーボモータのロータは通常かご状に作られていますが、サーボモータの速度範囲が広く、機械特性がリニアで、自転現象がなく、応答性能が速いためには、通常のモータに比べて、ローター抵抗が大きく慣性モーメントが小さい。現在、ロータの構造としては2種類が広く使われており、1つは高抵抗導電性材料からなる高抵抗ガイドバーを備えたかご形ロータです。ローターの慣性モーメントを低減するためにローターを細くし、ローターの慣性モーメントを低減します。もう1つはアルミニウム合金製の中空カップ型ローターで、カップ壁はわずか0.2〜0.3mmで、中空カップ型ローターの慣性モーメントは小さく、応答が速く、動作が安定しています。そのため広く使われています。

AC サーボ モータに制御電圧がない場合、ステータ内の励磁巻線によって生成される脈動磁界のみが存在し、ロータは静止します。制御電圧が印加されるとステータに回転磁界が発生し、ロータが回転磁界の方向に回転します。負荷が一定の場合、モータの速度は制御電圧の大きさによって変化します。制御電圧の位相が逆の場合、サーボモータは逆転します。

ACサーボモータの動作原理はコンデンサ駆動の単相非同期モータと似ていますが、前者の回転子抵抗は後者よりもはるかに大きくなります。したがって、コンデンサ駆動の非同期モータと比較して、サーボモータには次の 3 つの大きな特徴があります。

1. 始動トルクが大きい：ロータ抵抗が大きいため、トルク特性（機械的特性）がリニアに近くなり、始動トルクが大きくなります。したがって、ステータに制御電圧が与えられると、ロータは即座に回転し、高速起動と高感度の特性を備えています。

2. 広い動作範囲: 安定した動作と低騒音。 [/p][p=30, 2, left] 3. 自転現象なし：動作中のサーボモータが制御電圧を失うと、モータは即座に動作を停止します。

「精密伝動マイクロモーター」とは？

「高精度伝送マイクロモーター」は、システム内で頻繁に変更される命令を迅速かつ正確に実行し、サーボ機構を駆動して命令が期待する作業を完了することができ、そのほとんどは次の要件を満たすことができます。

1. 始動、停止、ブレーキ、後進、低速走行が頻繁にでき、機械的強度、耐熱性、絶縁性が高い。

2. 高速応答性が良く、トルクが大きく、慣性モーメントが小さく、時定数が小さい。

3. ドライバとコントローラ（サーボモータ、ステッピングモータなど）を使用すると、制御性能が良好です。

4. 高信頼性、高精度。

「精密伝動マイクロモーター」のカテゴリーと構造・性能

ACサーボモーター

(1) かご形二相ACサーボモータ(かご形ロータが細く、機械特性が直線に近い、体積と励磁電流が小さい、サーボ電力が小さい、低速動作が滑らかではない)

(2) 非磁性カップローター二相ACサーボモーター（コアレスローター、ほぼリニアな機械特性、大容量・励磁電流、小電力サーボ、低速でスムーズな動作）

(3) 強磁性カップロータを採用した二相ACサーボモータ（強磁性体カップロータ、直線に近い機械特性、ロータ慣性モーメントが大きく、コギング影響が小さく、安定動作）

(4) 永久磁石同期式 AC サーボモータ（永久磁石同期モータ、タコメータ、位置検出素子からなる同軸一体ユニット、ステータは 3 相または 2 相、磁性体ロータは必ず装備すること）駆動速度範囲が広く、定トルク領域と定出力領域で構成されており、連続的にロックでき、応答性が良く、出力が大きく、トルク変動が小さい。方形波駆動と正弦波駆動のモード、良好な制御性能、電気機械統合化学製品）

(5) 非同期三相 AC サーボ モーター (ローターはかご型非同期モーターに似ており、ドライバーを装備する必要があります。ベクトル制御を採用し、定出力速度制御の範囲を拡大します。主に次の用途に使用されます)。工作機械主軸速度調整システム）

DCサーボモーター

(1) プリント巻線 DC サーボモーター (ディスクローターとディスクステーターが円筒形の磁性鋼で軸方向に結合されており、ローター慣性モーメントが小さく、コギング効果、飽和効果がなく、出力トルクが大きい)

(2) 巻線ディスク型 DC サーボモータ (ディスクロータとステータが円筒形の磁性鋼で軸方向に結合されており、ロータの慣性モーメントが小さく、他の DC サーボモータよりも制御性能が優れ、効率が高く、出力トルクが大きい）

(3) カップ型電機子永久磁石 DC モータ（コアレスロータ、ロータ慣性モーメントが小さく、インクリメンタルモーションサーボシステムに最適）

(4) ブラシレス DC サーボモーター (ステーターは多相巻線、ローターは永久磁石、ローター位置センサー付き、火花干渉なし、長寿命、低騒音)

トルクモーター

(1) DCトルクモータ（平板構造、極数、スロット数、転流片数、直列導体数、出力トルクが大きい、低速または失速時の連続運転、機械特性および調整特性が良好、電気機械時定数が小さい） )

(2) ブラシレス DC トルク モーター (ブラシレス DC サーボ モーターと構造は似ていますが、平らで、多くの極、スロット、直列導体を備えています。出力トルクが大きく、機械的特性と調整特性が良好で、寿命が長く、火花がなく、騒音もありません)

(3) かご型交流トルクモータ (かご型回転子、平坦構造、極数とスロット数が多い、始動トルクが大きい、電気機械時定数が小さい、長期間の固定回転子動作、柔らかい機械的特性)

(4) ソリッドロータ AC トルクモータ (強磁性体ソリッドロータ、平板構造、極数とスロット数が多い、ロータの長期ロック、スムーズな動作、ソフトな機械的特性)

ステッピングモーター

(1) リアクティブステッピングモーター (ステータとロータは珪素鋼板で作られ、ロータコアに巻線がなく、ステータに制御巻線があります。ステップ角が小さく、起動および運転周波数が高くなります) 、ステップ角精度が低い、セルフロックトルクがない）

(2) 永久磁石ステッピングモータ（永久磁石ロータ、ラジアル着磁極性、ステップ角が大きく、起動周波数と動作周波数が低く、保持トルクがあり、リアクティブ型に比べて消費電力が小さいが、正負のパルス電流が必要）

(3) ハイブリッドステッピングモータ（永久磁石ロータ、アキシャル着磁極性、高ステップ角精度、保持トルク、小入力電流、無効磁石と永久磁石の両方）