サーボモーターとは何ですか?
サーボモーターは、サーボシステムの機械コンポーネントの動作を制御するモーターです。間接速度制御を備えた補助モーターです。
サーボモーターにより高精度な速度・位置制御が可能です。電圧信号をトルクと速度に変換して制御対象を駆動します。サーボモーターのローター速度は入力信号によって制御され、迅速な応答が可能です。自動制御システムではアクチュエータとして使用され、電気機械時定数が小さい、直線性が高い、起動電圧が低いなどの特性を持っています。受信した電気信号をモーターシャフトの角変位または角速度出力に変換できます。サーボ モーターは、DC と AC の 2 つの主な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回転せず、トルクが増加すると速度が一律に低下することです。
サーボモーターの動作原理
サーボ モーターは主にパルスに基づいて位置決めを行います。基本的にサーボモータは1パルスを受けてそのパルスに応じた角度だけ回転し、変位を実現します。
サーボモーター自体がパルスを発する機能を持っているため、回転角度ごとに対応する数のパルスを発します。これにより、サーボ モーターに送受信されるパルスの間にフィードバック ループ、つまり閉ループが作成されます。このようにして、システムはサーボ モーターに送受信されたパルスの数を把握し、モーターの回転を非常に正確に制御し、0.001 mm までの正確な位置決めを実現します。
産業用ロボットへのサーボモーターの応用が急成長しています。ロボット業界は爆発的な成長を遂げており、多くの工作機械メーカー、サーボモーターメーカー、その他の適格企業がロボット市場に注目しています。なぜ工作機械メーカーやサーボモーターメーカーはロボットの変革や開発に積極的に取り組んでいるのでしょうか。
産業用ロボットは、ロボット本体、サーボモーター、減速機、コントローラーの 4 つの主要コンポーネントで構成されます。ステッピング モーターはロボットの関節の駆動に使用され、最大の出力対-重量比およびトルク-対-慣性比、高い始動トルク、低い慣性、および広く滑らかな速度範囲を必要とします。ロボット産業の成長には、サーボモーターと統合制御のブレークスルーが必要です。
産業用ロボットの電気サーボ システムの一般的な構造は、電流ループ、速度ループ、位置ループの 3 つの閉ループ制御で構成されています。-一般にACサーボドライブでは、内部パラメータを手動で設定することにより、位置制御、速度制御、トルク制御などの複数の機能を実現できます。
産業オートメーションの継続的な進歩により、オートメーション ソフトウェアとハードウェアの需要は高まり続けています。現在、産業用ロボットには高起動トルク、高トルク、低慣性を備えたACサーボモータやDCサーボモータが広く使用されています。用途要件に応じて、AC サーボ モーターやステッピング モーターなどの他のモーターも産業用ロボットで使用されます。
特にロボットのエンドエフェクタ（グリッパ）には、可能な限り小型、軽量のモータを使用する必要があります。迅速な応答が必要な場合、サーボ モーターは高い信頼性と大幅な短期過負荷容量を備えている必要があります。-具体的な使用要件には次のものが含まれます。高い始動トルク-対慣性比-;連続的かつ線形な制御特性。モーター速度は制御信号に応じて連続的に変化し、場合によっては制御信号に比例またはほぼ比例します。広い速度範囲。小型、軽量、軸方向寸法が短い。過酷な動作条件、頻繁な正逆回転、加減速、短期過負荷耐性に耐える能力。-サーボモータ業界の今後の動向
最新の AC サーボ システムは、アナログからデジタルに移行した後、整流、電流、速度、位置制御などの内部デジタル制御ループをユビキタスに備えています。その実装は主に、FPGA を備えた高性能 DSP などの新しいパワー半導体デバイスに依存しており、専用のサーボ モジュールも珍しくありません。-さらに、新しいパワーデバイスまたはモジュールは 2 ～ 2.5 年ごとに更新され、新しいソフトウェア アルゴリズムは常に進化しています。市場需要の変化と組み合わせた、サーボ モーター システムの最新の開発トレンドの一部を以下に示します。
**高効率**
高効率は常にサーボ システムの重要な開発テーマですが、さらなる改善が必要です。これには、主にモーター自体の効率の向上が含まれます。たとえば、永久磁石材料の性能の向上や磁石の取り付け構造の設計の改善などです。これには、インバーター駆動回路の最適化、加減速動作の最適化、回生ブレーキとエネルギーフィードバック、より良い冷却方法など、駆動システムの効率向上も含まれます。
**ダイレクトドライブ**
ダイレクトドライブには、ディスクモーターを使用したターンテーブルサーボドライブと、リニアモーターを使用したリニアサーボドライブがあります。中間の機械伝動装置（ギアボックスなど）の伝達誤差をなくすことで、高速化と高い位置決め精度を実現します。リニアモータは形状変更が容易なため、リニア機構を用いた各種機器の小型・軽量化が可能です。
高速、高精度、高性能: より高精度のエンコーダ、より高いサンプリング精度とデータ ビット深度、より高速な DSP、コギング効果のない高性能ロータリー モータやリニア モータを採用し、適応知能や人工知能などのさまざまな最新の制御戦略を利用することで、サーボ システムの基本的な性能指標（制御速度と制御精度）が継続的に向上しています。-
統合と統合: モーター、フィードバック、制御、ドライブ、通信の垂直統合が、現在の低電力サーボ システムの開発の方向性となっています。-ドライブと通信を統合したモーターをインテリジェント モーターと呼ぶこともあれば、モーション コントロールと通信を統合したドライブをインテリジェント サーボ ドライブと呼ぶこともあります。モーター、ドライブ、制御を統合することで、設計、製造から運用、メンテナンスに至るまで、これら 3 つの側面をより緊密に統合できます。ただし、このアプローチは、より大きな技術的課題とエンジニアの使用習慣を満たす上での課題に直面しているため、主流になることが難しく、サーボ市場全体の中で小さくて独特なセグメントにすぎません。
**汎用:** 汎用ドライブには多数のパラメータと豊富なメニュー機能が装備されており、ユーザーはハードウェアを変更することなく、V/F 制御、センサーレス開ループ ベクトル制御、閉ループ磁束ベクトル制御、永久磁石ブラシレス AC サーボ モータ制御、回生ユニット制御といった 5 つの動作モードに簡単に構成できます。-さまざまな用途に適しており、非同期モーター、永久磁石同期モーター、ブラシレス DC モーター、ステッピング モーターなど、さまざまな種類のモーターを駆動できます。また、位置センサーのないセンサーも含め、さまざまなセンサー タイプに適応できます。モーターの内蔵フィードバックを使用してセミクローズドループ制御システムを構築できます。また、インターフェースを介して外部の位置、速度、またはトルク センサーに接続することで、高精度のフルクローズドループ制御システムを構築することもできます。-
**インテリジェントな機能:** 最新の AC サーボ ドライブは、パラメータ メモリ、故障自己診断、分析機能を備えています。{0}輸入されたドライブのほとんどは、負荷慣性測定と自動ゲイン調整を備えています。モーターパラメータを自動的に識別し、エンコーダのゼロ位置を自動的に決定できるものや、振動を自動的に抑制できるものもあります。電子ギア、電子カム、同期トラッキング、補間モーション、その他の制御機能をドライブと統合することで、サーボ ユーザーに優れたエクスペリエンスを提供します。
