適切な AC サーボ ドライブを選択することは、単に利用可能な最高の電力を選択するだけの問題ではありません。正しい選択は、モーター、負荷、速度、トルク、加速度、フィードバック方法、制御要件、および機械の動作方法によって異なります。
機械製造業者、OEM、オートメーション エンジニアにとって、小さな違いは50Wサーボシステムそして2kWサーボシステム重要な意味を持つ可能性があります。コンパクトな機械では、位置決めまたは送りに低電力サーボのみが必要な場合がありますが、CNC 機械、包装ライン、または自動生産システムでは、かなり多くの電力とトルクが必要になる場合があります。
THSERVO (Z とも呼ばれます)合江通航電子ドライブ技術有限公司は、産業用モーション コントロール アプリケーション向けの AC サーボ モーターとドライブを提供します。その製品範囲は、CNC 機械、包装、印刷、繊維機器、物流、エレクトロニクスおよび半導体機器などの分野で使用される製品で、さまざまな電力レベルとアプリケーション要件をカバーしています。
このガイドでは、実際の機械設計の観点から 2 つの電力クラスを比較します。電力定格を唯一の選択要素として扱うのではなく、電力、トルク、モーターのマッチング、制御モード、フィードバック、アプリケーション要件がどのように連携するかを説明します。
サーボドライブの電力選択が重要な理由
サーボドライブの出力はモーターが実行できる機械的仕事の量と密接に関係していますが、定格出力だけではすべてを語ることはできません。
機械軸の平均負荷は比較的小さい場合がありますが、加速中には依然としてかなりのトルクが必要です。別のアプリケーションでは中程度の負荷で継続的に動作するため、異なるモーターとドライブの組み合わせが必要になる場合があります。
このため、サーボの選択は通常、機械的要件から始まります。
重要な要素には次のようなものがあります。
- 必要なモーター出力
- 連続トルク
- ピークトルク
- 動作速度
- 加速と減速
- 負荷イナーシャ
- デューティサイクル
- メカニカルトランスミッション
- エンコーダのフィードバック
- コントローラインターフェース
- 設置環境
小型の位置決め機構の場合、はるかに大型のサーボ システムを使用すると、不必要なコストとキャビネット スペースが追加される可能性があります。負荷が重い、または負荷が急速に変化するマシンの場合、小さすぎるドライブを選択すると、パフォーマンスが制限される可能性があります。
目的は、単に最大の定格を選択するのではなく、マシンに適合するサーボの組み合わせを見つけることです。
サーボシステムにおける50Wとは何を意味しますか?
50W サーボ モーターは、産業用サーボ範囲の低電力端に属します。 THSERVO の製品情報には、0.05kW から始まるサーボ モーター構成が示されています。これには、2kW ドライブのモーター マッチング情報に、定格出力 0.05kW、定格電流 1.2A、定格トルク 0.159Nm でリストされている 40ST-AM00130 モーターが含まれます。
これは、利用可能な駆動プラットフォームがより広い範囲のモータをサポートしている場合でも、低電力モータをサーボ システムの一部にできることを示しているため、重要です。
機械の機械的負荷が比較的軽く、閉ループモーション制御が必要な場合は、50W クラスのサーボシステムを検討できます。
潜在的な用途には、コンパクトな自動化機構、小型位置決めユニット、光供給システム、および必要なモーター出力が制限されているその他の機器が含まれます。
ただし、マシンが物理的に小さく見えるという理由だけでアプリケーションを選択しないでください。
加速度が高い、または反射慣性が大きいコンパクトな機構では、物理的なサイズが示すよりも多くのトルクが必要になる場合があります。
機械的負荷は、最終的なモーターとドライブの組み合わせを選択する前に必ず計算する必要があります。
2kW サーボドライブクラスを理解する
2kW サーボ システムは、かなり大きな出力クラスです。
THSERVO の 2kW 単軸サーボ ドライブは、2000W の出力電力と三相 220V AC 入力で仕様化されています。本製品は位置、速度、JOG、トルク制御モードをサポートしています。リストされているエンコーダ フィードバック オプションには、2500 ラインのインクリメンタル エンコーダと 17/23 ビットのアブソリュート エンコーダが含まれます。
この製品はダイナミック モーション アプリケーション向けに設計されており、特に CNC 加工およびルーティング、包装およびラベル貼付機械、自動組立ライン、繊維および印刷装置向けに提供されています。
したがって、機械が小型サーボ システムで提供できるよりも大幅に多くのモーター出力を必要とする場合には、2kW クラスの方が合理的です。
エンジニアをこの出力範囲に導く可能性のある一般的な要因は次のとおりです。
- 機械的負荷が高い
- より高い加速要件
- 回転慣性が大きくなる
- より厳しい生産サイクル
- より高いトルク要件
- 位置決め機構の大型化
- 産業用 CNC またはパッケージング装置
実際のモーターはドライブに適合させる必要があります。 2kW のドライブは、すべての 2kW モーターが同じトルクまたは動作特性を持つことを意味するわけではありません。
50W vs 2kW: 基本的な電力の違い
50W と 2kW の数値上の違いは明らかです。
50Wは0.05kWに相当します。
2kWは2,000Wに相当します。
したがって、2kW は公称電力 50W の 40 倍になります。
| アイテム | 50Wクラス | 2kWクラス |
|---|---|---|
| 公称電力 | 50W | 2,000W |
| 電力（kW） | 0.05kW | 2kW |
| 相対力 | 1× | 40× |
| 一般的な負荷レベル | ライト | より高い |
| 要求トルク | より低い | より高い |
| マシンタイプ | コンパクトな機構 | 産業機器 |
| キャビネットの要件 | 全体的に小さめ | 全体的に大きめ |
| 動的要件 | アプリケーションに依存 | より要求の高い動きに適しています |
| 選択の優先順位 | コンパクトなモーション | 負荷とパフォーマンス |
これは、2kW サーボが常に 40 倍の速度で負荷を動かしたり、40 倍のトルクを生成したりするという意味ではありません。
パワー、トルク、速度には相関関係があります。
サーボを選択する場合、エンジニアは電力をトルクの仮定に直接変換するのではなく、実際のモーターの仕様と機械的動作点を確認する必要があります。
パワーはトルクと同じではありません
トルクはサーボの選択において最も重要な要素の 1 つです。
機械的出力、トルク、および回転速度の基本的な関係は、動作速度に応じて、同じ出力が異なるトルク レベルに関連付けられる可能性があることを意味します。
このため、機械製造者は 2 つの別々の質問をする必要があります。
機械にはどのくらいの電力が必要ですか?そして必要な速度でモーターが必要とするトルクはどれくらいですか?
これらの質問は関連していますが、同一ではありません。
たとえば、THSERVO の 2kW ドライブのマッチング テーブルには、いくつかのモーター構成が含まれています。リストされている 2kW モーターの 1 つである 130ST-AM07730 は、定格出力 2.4kW と定格トルク 7.7Nm で示されていますが、同じマッチング表内の他のモーターモデルの出力とトルクの値は異なります。
THSERVO の T3a/T3L モーター情報には、製品範囲全体にわたるさまざまなモーター フレーム サイズとトルク定格も示されています。
これは重要な点を示しています。定格出力は、モーターの実際のトルク仕様を確認する代わりに使用しないでください。
サーボシステムを選択する際は、モーターの連続トルクと必要なピークトルクを機械の負荷プロファイルと比較してください。
負荷慣性による選択の変化
負荷慣性はサーボの選択に大きな影響を与える可能性があります。
機械は、定常運転中には大きなトルクを必要としない場合がありますが、重い負荷を加速する際にはかなり多くのトルクを必要とする場合があります。
例としては次のものが挙げられます。
- ロータリーテーブル
- ローラー
- 大型プーリ
- 送り機構
- ポジショニングプラットフォーム
- コンベヤシステム
- 工作機械の軸
モーターは移動中に負荷に耐えるだけではありません。また、必要な時間内に負荷を加減速する必要があります。
これが、同様の動作速度を持つ 2 台のマシンが異なるサーボ定格を必要とする理由です。
低慣性メカニズムは、小型のサーボ システムで効果的に機能する可能性があります。
高慣性機構では、最終動作速度が比較的緩やかであっても、より大型のモーターとドライブが必要になる場合があります。
したがって、OEM アプリケーションの場合、モーター シャフトでの反射負荷慣性の計算が選択プロセスの重要な部分となります。
加速と減速の要件
マシンサイクルタイムは、サーボの選択に影響を与える可能性のあるもう 1 つの要因です。
一部の機械は、動作時間のほとんどを一定速度で費やします。加速、停止、逆転、位置変更を繰り返す人もいます。
包装およびラベル貼付機器は、繰り返しの動作が重要となる機械の良い例です。 CNC 装置では、制御された切断動作に戻る前に、位置間の素早い移動が必要になる場合もあります。
このような用途では、モータは加速時と減速時に十分なトルクを必要とします。
THSERVO は、その 2kW ドライブがダイナミック モーション アプリケーション向けであると説明し、そのアプリケーションとしてパッケージング、CNC、自動組立、繊維および印刷装置を挙げています。
したがって、正しい選択は、平均動作負荷だけでなく、機械の動作プロファイルにも依存します。
低電力システムと 2kW システムを比較する場合、エンジニアは以下を検討する必要があります。
- 加速時間
- 減速時間
- 最高速度
- 起動・停止回数
- 反転周波数
- 負荷イナーシャ
- 所要サイクルタイム
これらの詳細は、マシンの物理的な寸法よりも大きな違いを生む可能性があります。
制御モードと動作要件
サーボドライブも機械の制御方法に応じて選択する必要があります。
THSERVO の 2kW 単軸サーボ ドライブは以下をサポートします。
位置制御
速度制御
トルク制御
JOG運転
この製品には、パラメータ監視用の RS485 通信を備えたパルス + アナログ ±10V およびパルス信号入力を含む、パルスおよびアナログ入力オプションもリストされています。
マシンが異なれば、これらの制御モードを異なる方法で使用できます。
位置制御
位置制御は、軸を定義された位置に移動する必要がある場合に役立ちます。
典型的な例には、インデックス機構と位置決め軸が含まれます。
速度制御
速度制御は、指令された回転速度を維持することが主な要件である場合に役立ちます。
トルク制御
トルク制御は、機械プロセスの一部としてモーターのトルクを調整する必要があるアプリケーションで重要になることがあります。
ジョグ運転
JOG 操作は、機械のセットアップ、テスト、調整、メンテナンス時に役立ちます。
ドライブはマシンコントローラーと正しく通信する必要があるため、ドライブを選択する前に必要な制御モードを確認する必要があります。
実用的な50Wと2kWの選択表
サーボドライブも機械の制御方法に応じて選択する必要があります。
| 選択要素 | 50Wクラス | 2kWクラス |
|---|---|---|
| 電力レベル | 0.05kW | 2kW |
| 相対公称電力 | 1× | 40× |
| 負荷の種類 | 軽荷重用 | 高負荷アプリケーション |
| 要求トルク | 一般に低い | 一般に高い |
| マシンスケール | コンパクト | 産業用 |
| 加速要求 | アプリケーションに依存 | より要求の高い動きに適しています |
| 一般的な使用方法 | 小さな機構 | CNC、パッケージング、組み立て、印刷 |
| フィードバック | 選択したシステムによって異なります | リストされたドライブで利用可能な増分/絶対オプション |
| コントロール | 選択したドライブに応じて異なります | 位置、速度、トルク、JOG |
| 入力 | 選択したシステムによって異なります | 掲載製品は三相AC220V |
| 選択の優先順位 | コンパクトさと必要出力 | 負荷、トルク、および動的要件 |
サーボドライブを選択する際のよくある間違い
サーボドライブも機械の制御方法に応じて選択する必要があります。
力だけで選ぶ
定格電力が適切であるという理由だけでドライブを選択すると、モーターとドライブの組み合わせが不正確になる可能性があります。
トルクと速度も考慮する必要があります。
加速度を無視する
機械の平均負荷は低い場合がありますが、加速中に必要なトルクははるかに高くなります。
慣性の無視
負荷慣性が高いと、他の点では適切なモーターが必要なサイクル タイムに適さなくなる可能性があります。
モーターの前のドライブの選択
モーターとドライブは、整合したシステムとして扱う必要があります。
THSERVO は、2kW ドライブとともに、さまざまなモーター モデル、定格電力、電流、トルク、過負荷値を示すモーター マッチング情報を提供します。
コントローラーインターフェイスを忘れる
ドライブを注文する前に、マシンがパルス、アナログ、RS485、またはその他の通信方式を使用しているかどうかを確認してください。
設置条件の無視
温度、配線、接地、キャビネットの換気、電気的干渉は、実際のマシンの動作に影響を与える可能性があります。
適切なサーボ システムを段階的に選択する方法
実際の選択プロセスは比較的単純に保つことができます。
移動質量、摩擦、機械抵抗、伝達比を計算します。
必要な連続速度と最大速度を特定します。
加速中に必要な連続トルクとピークトルクの両方を決定します。
モーターシャフトに反映される負荷慣性モーメントを計算します。
機械が加速、減速、停止、後進する頻度を決定します。
計算されたトルクと速度の要件を満たすモーターを選択してください。
ドライブがモーターの電力、電流、エンコーダー、電圧、および制御要件と互換性があることを確認します。
機械の PLC、モーション コントローラ、CNC コントローラ、またはその他の制御システムとの互換性を確認します。
電源、周囲温度、湿度、キャビネットスペース、配線、アースを確認してください。
購入を最終決定する前に、モーター、ドライブ、エンコーダー、コントローラー、メカニカルトランスミッション、および動作サイクルを 1 つのシステムとして評価してください。
結論
50W と 2kW の AC サーボ システムの選択は、定格電力だけではなく、機械の実際の要件に基づいて行う必要があります。
50W AC サーボ モータ ドライブは、機械的負荷が比較的軽い、コンパクトで低電力のモーション アプリケーションに検討できます。 2kw AC サーボ モーター ドライブ コントローラーは、アプリケーションで大幅に高い電力レベルが必要であり、対応するモーターとドライブの組み合わせが必要なトルク、速度、動的性能を満たすことができる場合に適しています。
機械製造者にとって最も重要な要素は、負荷トルク、動作速度、加速度、慣性、デューティ サイクル、エンコーダ フィードバック、制御モード、および電気的互換性です。
THSERVO の製品情報は、モーターとドライブのマッチングが重要である理由を示す有益な例を提供します。その 2kW ドライブは複数の制御モードとエンコーダ オプションをサポートし、モータのマッチング情報には、異なる定格電力、電流、トルク、過負荷特性を持つさまざまなモータ構成が含まれます。
したがって、適切なサーボ システムが、必ずしも利用可能な最小または最大のオプションであるとは限りません。これは、マシンの実際の動作要件に一致し、意図されたアプリケーションに適切なパフォーマンスを提供する組み合わせです。
サーボ ソリューションを評価する OEM およびオートメーション会社にとって、注文前にモーター速度、必要なトルク、負荷慣性、制御方法、電源、およびアプリケーションの詳細をサプライヤーに提供することは、より適切な構成を入手するための実用的な方法です。