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サーボモーターのトルクについて
2023/10/19 15:17
- サーボモーターのトルクについて調査しました。グラフを見ると、連続使用領域Aにおいて、回転数が変化してもトルクが一定となることに疑問があります。
- インダクションモーターでインバータを用いた場合、低速域でもトルクが確保できますが、減速機で減速した場合ほどにはトルクが確保できない理由について知りたいです。
- サーボモーターの瞬時最大トルクについても疑問があります。突入電流が大きいため、瞬間的にトルクが大きくなるのかどうか、単純な解釈を教えてください。
サーボモーターのトルクについて
2016/05/02 14:55
初歩的な内容かと思われますが、調べていてもなかなか良い回答が得られないので、またこちらでお世話になります。
下記のサーボモーターのトルクについてです。（ページ2-6、2-7）
http://www.e-mechatronics.com/jsp_ssl/download/manual/si-s800-26_3/si-s800-26_3d_8_0.pdf
「定格出力」「定格トルク」「定格回転速度」をP＝Tωの式に当てはめると、きちんと成立するのはわかります。
しかし以下の疑問があります。
?グラフを見ると、連続使用領域Aにおいて、回転数が変化してもトルクが45Nｍで一定となっています。減速機付インダクションモーターならば、減速比を変更すれば、回転数があがるといった単純なことになると思いますが、サーボの場合はなぜこういった、ある回転数域でトルク一定といったことになるのでしょうか？
?インダクションモーターでインバータを用いた場合、低速域でもあっても、ある程度トルクが確保できますが、減速機で減速した場合ほどにはトルクが確保できないのはなぜでしょうか？
?瞬時最大トルクは、突入電流が大きいので、瞬間的にトルクが大きくなるといった単純な解釈でよいのでしょうか？
またご教授頂けると助かります。
皆々様、GW期間内にも関わらず多くのご回答頂き感謝致します。
以外にもかなり多くのご回答をして頂いたので、未熟な私が理解するには時間がかかりそうです！
しかしじっくり皆々様のご回答を読ませて頂きます。
回答 （18件中 1～5件目)
連続使用領域でトルクの上限が一定なのは、理論上ではなく、あくまで提供メーカの線引きです。
ユーザー側がどれだけ荒い使い方をしても品質が保証できるように線引きをしているのです。
一時的には定格の何倍もの出力が出せるのも、「出せる」ではなく「出していい」とメーカが許容範囲を線引きしているからです。
あるメーカにこの線引きの線を上げれないか相談したところ、
「温度があがり、ロータとして使用している磁力が落ち、特性が下がるからだめ」との回答でした。
そして別のメーカには、
「水冷であるのと使用サイクルが決まっているなら、テストの上で定格トルクを上げれる」
という回答をもらったことがあります。
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＞「サーボの場合、ある回転数域でトルク一定にするのは何故でしょうか？」
＞どなたか、シンプルに説明していただけると良いのですが。
・・・
要するにハード(出力軸)が耐えられる限界トルクまでコストパフォーマンスを
発揮できる電気的な制御が自在にできるといったことだろうと思われる。
機械設計で言えば、軸径と材質が同じなら最大許容トルクは自ずと限定される
[ 軸のねじり応力 τ=16*T/(πd^3) T：トルク,d：出力軸軸径 ]
つまり、先の回答で私が申し上げた↓になろうかと思うが如何だろうか。
＞＞予め設計された設定トルクに従い出力軸径も決定されるだろうから、
自ずと機械的な制限が生じるのだろう
お礼
2016/05/09 09:11
いろいろ先生方のご回答を読んでいて気がついたのですが、基本的に、サーボモーターの定格トルクは最高回転数時に出力されるトルクと規定されているわけですよね。
軸径もその定格トルクを満たす軸径になっているのは当然ですよね。
しかしP＝Tωの式を考えると、ωが下がってもTが一定なので、何かしら電流制限がなされていると。。。
もう少し先生方の回答を何度も読んで行きたいと思います。
＞「サーボの場合、ある回転数域でトルク一定に する のは何故でしょうか？」
＞どなたか、シンプルに説明していただけると良いのですが。
回答（12）で既に書いてることとある意味重複するのですが
それが一番コストパフォーマンスが高いからです
モータコイル自体が焼損する直前までの高トルクに耐えさせることは可能です
ごく普通の市販車だってエンジン全開で回す事は無いですよね
ハチロクやＧＴＲだってレブリミッタや速度リミッタが付いてるよね
サーボモータのトルクカーブも同様で、単なるトルクリミッタなんです
それ以上のトルクを出す事も可能ですが、出さないようにしてるダケ
制御は簡単 ＜つまりコストは安い
モータコイルが燃える電流にそれなりに安全率を掛けたのがトルクリミッタ
このトルクリミッタを回転数に合わせて曲線にする事も可能ですが
モータコイルの何か所かに温度センサを入れて監視しなくちゃならん
当然、コストアップ
普通のサーボはモータ内に１か所のみ温度センサが入ってます
１か所だけでは内部温度のバラツキとかあるので
必ずしも温度センサで検出した温度以上の箇所が無いとは限らない
なので、それなりの安全率を加味すると
トルクリミッタのラインは直線にならざるを得ない
そのうちにどこかのメーカが安価に温度管理できる方式を見つけて
トルクリミッタのラインを曲線にするかも知れませんが
だからと言ってその機能にお金を出すお客は居ないでしょう
お礼
2016/05/09 09:14
サーボモーターに温度センサーが入っているとは、私も本当に勉強不足です。
P=Tωになるような曲線にすることは可能だが、そうはしていないということですね。
＞「サーボの場合、ある回転数域でトルク一定に する のは何故でしょうか？」
やはり機械設計をシンプルにするためでしょう。
ＤＣモーターのように静止時トルクが一番大きく回転数が上がるにつれて小さくなる特性なら良いですが
オープンループＡＣモーターのように回転数の途中の領域にトルクピークがある特性ですと使いにくく
回転数を変更して下げたときにトルク不足で機械が突然止まるとか、始動できたり出来なかったりとか
全ての要素やテスト時の手間を考えるとトルク特性は平坦に近いほうが扱いやすいからではないでしょうか
加減速もトルク一定のほうが加速度が一定で扱いやすくなると思われますし。
最近のサーボモーターはローターが永久磁石のモーターが主流で
ステーターに流れる電流が直流でもトルクを発生できますので
トルクを発生するためにすべりを生じさせる必要はありませんし
ステーターに流す電流もローターの回転数により周波数を変える制御を行なっています
このためクローズドループのトルク特性も低回転域では一定に近くなっています。
お礼
2016/05/09 09:17
サーボモータの特性上、トルク一定のほうが好ましいというのはわかる気がします！
モーターサイズは、（最高）出力です。
可変速モーターでは、トルク一定のとき、出力一定とならない。
なぜ、出力一定でなくて、トルク一定なのだろうか？
素朴な疑問だと思う。
良い質問だと思います。
＞ サーボの場合はなぜこういった、ある回転数域でトルク一定といったことになるのでしょうか？
＞＞ ACサーボモータは、そう云うものだからです。
「サーボの場合、ある回転数域でトルク一定に なる のでしょうか？」
＞＞ ?ドライバー基板が駆動電流の位相角をそうできるように制御してるからです
「サーボの場合、ある回転数域でトルク一定に する のは何故でしょうか？」
どなたか、シンプルに説明していただけると良いのですが。
お礼
2016/05/09 09:20
共感していただき、心強いです。
お礼
2016/05/09 07:45
たしかに、メーカーとしては余裕がある使い方をしてほしいですよね。