パフォーマンス最大化：モーション制御システムでギアヘッドが重要な理由

ギアヘッド使用のメリットとは？

稼働中のモーション制御システムの約3分の1しかギアリングを使用していないと推定されますが、ギアリングには十分な理由があります。例えば、モーション制御システムが1,000 rpm以下で動作する場合、ギアヘッド使用が有利です。サイズ制約のあるシステム設計時にもギアリングは賢明です。ギアヘッドをサーボモータと組み合わせたり、ギアモータを使用したりすると、より小型のモータを採用でき、システムサイズを削減できます。
サーボモータとギアヘッドをモーション制御システムで組み合わせるメリットには以下が含まれます：

• トルク増幅。 ギアヘッドをモータ出力軸に取り付けると機械的利点が得られます。ギアの数と各ギアの歯数が比率で定義される機械的利点を提供するためです。モータが100 in-lbsのトルクを生成し、5:1比のギアヘッドを取り付けると、ギアヘッド効率によりますが、結果として約500 in-lbsのトルクが得られます。ギアヘッド使用で、より小さなエンベロープで高トルク出力が可能。
• RPM低減。 ギアヘッドはギアリデューサーと呼ばれることが多く、トルク出力を増やしながらモータrpmを低減します。例えば、モータが1,000 rpmで動作中に5:1比ギアヘッドを取り付けると、出力側速度は200 rpm。この速度低減で全体システム効率が向上します。最近の例では、石材研削機構でモータを15 rpmで動作させる必要がありました。低速のためモータがコギングし、研削ホイールの回転が困難でした。ここで100:1ギアヘッドを使用すると、モータが1,500 rpmで動作し、滑らかな連続回転が得られました。
• 慣性マッチング。 過去15年ほどで、サーボモータメーカーは軽量材料、高密度銅巻線、高エネルギー磁石を導入。サーボモータはフレームサイズあたりのトルクが過去より増大し、サーボモータと制御負荷の間でより大きな慣性ミスマッチが生じています。

慣性は、物体の運動変化に対する抵抗の尺度で、物体の形状と質量の関数です。物体の慣性が大きいほど、加速・減速により多くのトルクが必要です。
負荷慣性がモータ慣性よりはるかに大きい場合、過度のオーバーシュートやセトリングタイム増加を引き起こし、両方とも生産ラインスループットを低下させます。
一方、モータ慣性が負荷慣性より大きい場合、その特定アプリケーションに必要以上の電力が必要になります。これは、必要以上に大きなモータを購入するコスト増と、消費電力増による運用コスト増を招きます。解決策は、ギアヘッドを使用してモータの慣性を負荷の慣性にマッチングさせることです。適切なギアヘッド選定で、より小型のモータを使用し、より応答性の高いシステムを開発できます。

システムコスト削減に貢献

トルク増幅、RPM低減、慣性マッチングの結果、ギアヘッド使用により小型モータとドライブが採用可能になり、システムコスト削減につながります。
例：アプリケーションが300 rpmで200 in-lbsトルクを必要とする場合。サーボモータ単独（業界標準性能属性）で負荷を駆動するには、142mmフレームサイズのサーボモータと30A連続供給可能なドライブが必要。システムコスト約6,000ドル。しかしギアヘッドを使用すれば、90mmサーボモータと対応する小型ドライブで対応可能。