顧客は、メンテナンスの削減と装置の小型化、そしてスループットと機械のセットアップの高速化を求めています。こうした要件を満たすため、装置メーカーは機械部品ではなくサーボ制御のモーションを選択しています。

モーション制御は、機械の能力と限界を定義します。したがって、スループットと柔軟性を最大化し、メンテナンスの負担を軽減するには、多くの場合、機械内のモーション制御方法をアップグレードする必要があります。従来の制御設計やデバイスからサーボ制御に移行する主な理由は、以下のいずれかのメリットを得るためです。

• スループットの向上。サーボモーターは高い加速率と速度を生み出します。
• 精度の向上。サーボは、高速で移動する部品の加工に必要な高い精度を提供します。
• 柔軟性の向上。サーボは、従来の機械部品の電子化を実現します。例えば、電子カムプロファイルはほぼ瞬時に変更できます。プログラム可能なモーションプロファイルは、さまざまな製品サイズや構成に合わせて調整できます。電子ギア比は、機械の速度に合わせて調整できます。また、電子ギアリングにより、長いシャフト、ギア、ベルトが不要になるため、モーターをアプリケーションに合わせて任意の場所に配置できます。

さらに、1つの電気式「ラインシャフト」は、ほぼ無制限の数の軸に接続できます。複数の構成を持つ機械の場合、これは追加の動作軸に追加の機械的なリンクを必要としないことを意味します。

サーボは利用可能な情報量が増えるため、柔軟性も向上します。例えば、多くのサーボコントローラは、トラブルシューティングに役立つ障害やエラー状態の履歴を保存します。また、ほとんどのサーボシステムは、オシロスコープのようなダイアグラムを表示してパフォーマンス分析を行うこともできます。• メンテナンスの削減。サーボは、機械の機械部品の数を削減するのに役立ちます。電子ギアはベルトの代わりになります。電子カムは摩耗の影響を受けません。電子リミットスイッチは、定期的な再調整や交換が不要です。

サーボにはある程度の学習と経験が必要です。サーボ制御を初めて使用する場合は、最初のシステムの選択と適用にある程度の時間を要することを覚悟しておいてください。（サーボ用語に関する注意：コントローラという言葉は様々な用途があります。システムまたはモーションコントローラは通常、動きを制御するプログラムを実行します。モーターコントローラーは1つを制御するモーター混乱を避けるために、モーター コントローラーをドライブと呼びます。

アプリケーションのサイズと選択

サーボ部品の選定とサイズ決定は、モーター、ドライブ、コントローラ、そして産業用PCやPLCなど、部品の数が多いため複雑に見えるかもしれません。機械工学の経験がある方にとっては、少し不安に感じるかもしれません。幸いなことに、部品サプライヤーや制御システムインテグレーターといった企業が、これらの部品をパッケージ化し、アプリケーションサポートを提供しています。自分で行う場合でも、パッケージを購入する場合でも、基本的なプロセスは以下のとおりです。

まずモーターを選択しますモーターの選択は、まずモーターの形状から始めましょう。アスペクト比の大きい（縦長で直径が小さい）モーターが最も一般的です。角型や丸型があり、優れたコストパフォーマンスと性能を備えています。ディスクモーター（縦長で直径が大きい）は狭い場所にも設置でき、低慣性ローターにより高い加速性能を発揮します。どちらのモーターも、密閉型と非密閉型の2種類があります。

フレームレスまたは一体型モータは、ローターとステーターを分離して機械に組み込むことができます。これらのモータはコンパクトな設計を可能にし、精度の向上と振動の低減によりダイレクトドライブ動作を強化します。

標準的な回転モーターと関連する駆動機構に代わるリニアモーターは、直線運動を直接生成します。これにより、スループットと精度を数倍に向上させることができます。

モーターのサイズモーターのサイズは、主にピークトルクと連続トルクに基づいて決定されます。モーターのサイズ決定は困難な場合があり、開発サイクルの終盤までミスが発見されないこともあります。その段階でモーターのサイズを大きくすることは難しい場合があるため、計算には余裕を持たせるのが賢明です。このプロセスに不慣れな場合は、モーターメーカーのアプリケーションエンジニアに依頼するのが良いでしょう。

フィードバックを選択最も一般的なフィードバックデバイスは、エンコーダとレゾルバです。エンコーダはパルス列を生成する光学デバイスです。パルス数は角度移動に比例します。特に高分解能では高い精度を実現します。レゾルバは、モーターの1回転以内の絶対位置を検知する電気機械デバイスで、堅牢性に優れています。アプリケーションに最適なものをお選びください。

フィードバックセンサーの種類を選択したら、次に解像度を選択する必要があります。一般的に、1,000ラインエンコーダー、または同等の12ビットレゾルバで十分な解像度が得られます。どちらも1回転あたり約4,000の異なる位置を生成し、これは約0.1度の分解能に相当します。ただし、アプリケーションでより高い解像度が必要な場合は、適切なセンサーを選択する必要があります。注意点として、解像度と精度を区別することが重要です。多くのサーボはレゾルバフィードバックの解像度を選択できるようになっていますが、精度（通常は10～40分角）は影響を受けない場合があります。

ドライブを選択電源をモジュール型（別体）にするか、ドライブに統合するかを検討してください。同じファミリーのドライブが3台以上近接している場合は、モジュール型電源が適しています。1軸の場合は、通常、統合型電源の方が適しています。2軸の場合は、どちらのソリューションもほぼ同じです。

ドライブを筐体に収納する場合、ドライブのサイズは機種によって大きく異なり、機器全体のサイズに影響する可能性があることにご注意ください。筐体のサイズによっては、様々な冷却オプションを検討する必要がある場合もあります。

正弦整流と6段階整流

ブラシレスサーボモーターの場合、ドライブからモーターへの電力波形は、6ステップと正弦波の2種類になります。正弦波の場合、ドライブによって生成される電流波形は正弦波に近い電流を生成します。これにより、より滑らかなトルクと低発熱が得られます。6ステップ方式は、シンプルな電子回路で6セグメントの矩形波を生成します。6ステップ方式はコストが低いものの、低速域での動作が不安定になります。

チューニングの柔軟性フィードバックループのゲインを選択するプロセスであるチューニングは、高性能と安定した動作の維持に不可欠です。かつては、チューニングは科学というより芸術でした。しかし、現代のサーボドライブは、機械設計者を支援するための様々なツールを提供しています。ドライブが機械システムを励起し、ループゲインを生成するプロセスであるオートチューニング（またはセルフチューニング）は、ほぼ標準となっています。ほとんどのドライブはデジタルゲインで設定されるため、はんだごてやポットトリマー（小型のドライバー）は必要ありません。より複雑な方法が必要になるのはまれかもしれませんが、それらを利用できることで選択肢が広がります。

アナログ駆動は安価ですが、ポテンショメータを調整したり受動部品を交換したりしてループを調整する必要がある場合があります。どちらを選択するにしても、チューニングは学習曲線の一部であり、ある程度の学習と実験が必要です。

コミュニケーションを促進する多くのドライブは、速度とトルクの指令をアナログ信号で送信します。しかし、通信配線を削減し、システムの柔軟性を高めるため、デジタル通信の人気が高まっています。多くのドライブは、DeviceNet、Profibus、そしてモーション制御に特化した新しいネットワークであるSercosなどのネットワークと互換性があります。

電圧工場の現場では110Vac電源の入手が難しい場合があることに注意してください。ヨーロッパでは460Vacが一般的ですが、230Vacのドライブを使用する場合、海外で使用する機械に変圧器が必要になる場合があります。残念ながら、460Vacのドライブは高価になる場合があります。解決策として、パワー半導体を使用して電圧レベルを変換するユニバーサル電源があります。モジュラー電源を備えたシステムでは、1つのユニバーサル電源で230Vacから480Vacまでの任意の電圧を使用し、複数の230Vac軸に電力を供給できます。

最後に考慮すべき点は、マシンで使用するドライブ ファミリの数を少なくすることで、スペアパーツ リストが簡素化されることです。

コントローラーを選択

コントローラを選択する際には、単軸か多軸かを選択してください。単軸コントローラは、モーションコントローラ、ドライブ、そして多くの場合電源が1つのパッケージに統合されています。1軸または2軸システムでは、これらのコントローラを使用することで、コスト、サイズ、配線、システムの複雑さを軽減できます。

多軸コントローラは、通常、より複雑なシステムに適しています。第一に、軸数が増えるにつれてコストが削減されます。第二に、1つのプログラムですべてのモーションを制御できるため、システムの複雑さが軽減されます。また、これらのモーションコントローラは、通常、任意の軸を他の任意の軸にリンクでき、プログラム実行中にそのリンクを変更できるため、同期の柔軟性が向上します。

コントローラを選択したら、「ボックス」構成または「ボード」構成のいずれかを選択する必要があります。ボックス構成は、スタンドアロンで動作可能な密閉型コントローラです。ボード型コントローラは産業用コンピュータに接続します。既に機械に産業用コンピュータが搭載されている場合は、互換性のあるボードを使用することでコストを削減し、制御と機械の統合を強化できます。産業用コンピュータを使用する予定がない場合は、通常、ボックス型コントローラの方が追加が容易です。

機能セットを評価する

最後に、コントローラの機能を評価します。これまでに説明した機能、つまりギアリング、カム、高速位置合わせ、プログラム可能なリミットスイッチについて検討してください。ほとんどのコントローラはこれらの機能を何らかの形で提供していますが、具体的な機能はアプリケーションのニーズと比較する必要があります。動作中にギア比を変更する必要がありますか？カムプロファイルを動作中に変更する必要がありますか？必要な位置合わせ精度はどの程度ですか？動作中に速度や目標位置を変更する必要がありますか？コントローラは、このアプリケーションに必要な軸数を十分にサポートしていますか？将来のマシンのバージョンにも対応できますか？

コストへの対処

サーボ部品のコストは、置き換える機械部品のコストよりも高くなることがよくあります。しかし、いくつかの重要な要素によって、このコスト上昇は緩和されます。例えば、複雑な機械装置を排除することで、総コストと機械のサイズを削減でき、システムの価値を高めることができます。サーボコントローラはPLCを置き換えることが多く、この場合、サーボへの変更にかかるコスト全体を相殺できます。柔軟性が向上することで、機械のモデル数や、機械ラインの製造に必要な工程数を削減でき、製造コストを削減できる可能性があります。

一般的な考慮事項

モーション機能以外にも、考慮すべき点がいくつかあります。言語はあなたのプロセスをサポートできるでしょうか？複雑すぎて、学習に過度の時間を要するでしょうか？製品はマルチタスクをサポートしていますか？マルチタスクは、異なるプロセスごとに異なるプログラムを作成できる技術であり、複雑な機械のプログラミングを簡素化します。

これらの質問はすべて、特に電子モーション制御の初心者にとっては答えるのが難しい場合があります。コントローラーを提供する企業のほとんどは、充実したサポートを提供しています。選定プロセスでは、多くの質問をしてください。これは製品を評価するだけでなく、サポートを評価するのにも役立ちます。最後に、社内の開発活動の将来性も考慮してください。現在だけでなく、今後数年間にわたって製品とサポートを提供できるベンダーを選びましょう。