ギアヘッドとサーボ モーターのペアリング

減速機とサーボ モーターのペアリング

機械設計者は、サーボ モーター技術の最新の進歩を利用するためにギアヘッドにますます注目しています。基本的に、ギアヘッドは高速で低トルクのエネルギーを低速で高トルクの出力に変換します。サーボモーターは、その出力軸の高精度な位置決めを提供します。ギアヘッドとサーボ モーターを組み合わせると、互いの長所が強化され、正確で堅牢、かつ信頼性の高い制御されたモーションが提供されます。モーションコントロールのパートナー。最適な組み合わせを見つけるには、多くの工学的考慮事項を考慮する必要があります。それらに対処する前に、ギアヘッドの基本について簡単に説明します。

ギアヘッドの基本

では、ギアヘッドは、今日のより要求の厳しい用途に必要な電力をどのように提供するのでしょうか?さて、それはすべて歯車の基本と、加えられた力の大きさまたは方向を変える能力に戻ります.

ギアヘッドはいくつかの異なる方法でこれを達成できます:

トルク倍増。歯車と各歯車の歯数によって比率が決まります。モーターが 20 in-lbs を生成できる場合。 10:1 の比率のギアヘッドがその出力に取り付けられている場合、得られるトルクは 200 in-lbs 近くになります。モーターとモーターが駆動する機器のフットプリントを小さくすることに引き続き重点が置かれているため、小型モーターとギアヘッドを組み合わせて所望のトルク出力を達成できることは非常に重要です。

モーターの定格は 2,000 rpm かもしれませんが、アプリケーションによってはそれが必要ない場合もあります。モーターを 50 rpm で動かそうとすることは、以下に基づいて最適ではない可能性があります;

50 rpm などの非常に低速で実行していて、モーター フィードバックの分解能が十分に高くない場合、電子ドライブの更新レートにより、速度リップルがシャフトの回転 0.357 度ごとに測定可能なカウントを持つことがあります。 .モーターの制御に使用している電子ドライブの速度ループが 0.125 ミリ秒の場合、0.0375 度ごとに測定可能なカウントを探します

50 rpm (300 度/秒) でのシャフト回転。そのカウントが表示されない場合は、それを見つけるためにモーターの回転を高速化します。次の測定可能なカウントを見つけた速度では、rpm はアプリケーションに対して速すぎ、ドライブはモーターの rpm を 50 rpm まで下げて、プロセス全体を最初からやり直します

また。この絶え間ない RPM の増減は、アプリケーションで速度リップルを引き起こします。

• 低 rpm で動作するサーボ モーターは非効率的に動作します。渦電流は、動作中にモーター内で誘導される電流のループです。渦電流はモーター内に抗力を発生させ、RPM が低いほどモーターのパフォーマンスに大きな悪影響を及ぼします。

• 市販のモーターのパラメーターは、低 rpm での実行に適していない場合があります。アプリケーションが前述のモーターを 50 rpm で実行する場合、使用可能な rpm をすべて使用しているわけではありません。モーターの電圧定数 (V/Krpm) はより高い rpm 用に設定されているため、それに直接関係するトルク定数 (Nm/amp) は必要以上に低くなります。その結果、アプリケーションが 50 rpm 用に特別に設計されたモーターを使用している場合よりも、アプリケーションを駆動するために多くの電流が必要になります。ギアヘッドの比率はモーターの回転数を下げるため、ギアヘッドはギア減速機と呼ばれることがあります。比率が 40:1 のギアヘッドを使用すると、ギアヘッドの入力でのモーター rpm は 2,000 rpm になり、ギアヘッドの出力での rpm は 50 rpm になります。より高い rpm でモーターを操作すると、箇条書き 1 と 2 で述べた問題を回避できます。箇条書き 3 では、ギアヘッドの機械的利点に基づいて、モーターからのトルクと電流をより少なく使用する設計が可能になります。

例として、自転車に乗っている人を考えてみましょう。その人がモーターとして機能します。その人が低回転用に設計されたギアで急な坂を上ろうとすると、彼または彼女は次のように苦労します

彼らはバランスを維持し、丘を登ることができるrpmを達成しようとします。ただし、自転車のギアをより高い rpm を生成する速度にシフトすると、ライダーは

はるかに簡単な時間。滑らかな回転で一定の力を加えることができます。必要なトルクを維持しながら低速を必要とする産業用アプリケーションにも同じ論理が適用されます。

• 慣性マッチング .現在のサーボ モーターは、高密度の銅巻線、軽量素材、高エネルギー磁石により、フレーム サイズに比べてより多くのトルクを生成します。

これにより、サーボ モーターとそれらが移動しようとしている負荷との間に慣性の不一致が生じます。ギアヘッドを使用してモーターの慣性を負荷の慣性によりよく一致させると、より小さなモーターを使用できるようになり、調整が容易な応答性の高いシステムが得られます。繰り返しますが、これはギアヘッドの比率によって達成され、モーターへの負荷の反射慣性が 1/ratio2 減少します。

慣性は、オブジェクトの運動の変化に対する抵抗の尺度であり、オブジェクトの質量と形状の関数であることを思い出してください。オブジェクトの慣性が大きいほど、オブジェクトを加速または減速するために必要なトルクが大きくなります。これは、負荷の慣性がモーターの慣性よりもはるかに大きい場合、過度のオーバーシュートが発生したり、整定時間が長くなったりする場合があることを意味します。どちらの条件も、生産ラインのスループットを低下させる可能性があります。

一方、モーターの慣性が負荷の慣性よりも大きい場合、モーターは特定の用途に必要な電力よりも多くの電力を必要とします。これは、必要以上に大きなモーターに多くの費用を支払う必要があり、消費電力の増加により運用コストが高くなるため、コストが増加します。解決策は、ギアヘッドを使用してモーターの慣性を負荷の慣性に一致させることです。

システム費用の節約

ギアヘッドを使用すると、より小型のモーターとドライブを使用できるため、システムのコストを削減できます。小型のサーボ システムは消費するアンプが少ないため、運用コストが削減されます。ダイレクト ドライブ サーボ モーターは、ギアヘッドに結合されたサーボ モーターよりもかなり大きくする必要があるため、アプリケーションが高トルクと低速を必要とする場合に、電力の節約が最大になります。

ギアヘッドは、ワイヤ、木材、または金属の長さを移動する材料供給システムなどの長いメカニズムを駆動することが多く、高速は必須ではありませんが、高トルクと再現性の高い精度が重要です。この種の用途でギアヘッドとサーボモーターを組み合わせることで、従来のダイレクトドライブモーターとは比べ物にならないほどの柔軟性が得られます。サーボギアヘッドの組み合わせは、運用コストが低く、占有スペースが少なく、モーションコントロールを改善するための慣性マッチングを提供します。