JP2006042589A - サーボモータ選定装置、サーボモータ選定方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 モータ動作条件とモータ仕様テーブルとの適合性判定の時に、回転速度−トルク特性を考慮する。また、ブレーキのオプション分の慣性モーメントは機械諸元入力時に与えることで、選定後の再計算を不要とする。
【選択図】図3
Description
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、十分な出力トルクが得られない回転速度の領域においても、モータの適用可否を正しく判定するとともに、効率良くサーボモータを選定できる方法およびプログラムを提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、サーボモータ駆動のサーボシステム選択手段と、前記サーボシステムの機械諸元入力手段と、前記サーボシステムの負荷の運動パターン入力手段と、前記サーボシステム選択手段と前記機械諸元入力手段と前期負荷運動パターン入力手段の出力結果に基づいて、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手段と、前記演算手段において求められた要求仕様に基づいて、前記サーボシステムに適合したサーボモータの検索手段とを有するサーボモータ選定装置において、前記サーボモータ検索手段は、前記サーボモータの必要最大回転速度比較手段、前記サーボモータの必要最大トルク、定常トルクと摩擦分トルクの和および実行トルクの比較手段、前記サーボモータの回転速度−トルク特性比較手段からなり、最初に前記必要最大回転速度比較手段において前記サーボモータの適合判断がなされ、次に前記サーボモータの必要最大トルク、定常トルクと摩擦分トルクの和および実行トルクの比較手段において前記サーボモータの適合判断が順不同でなされ、最後に前記サーボモータの回転速度−トルク特性比較手段においてサーボモータ適合判断がなされることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、前記回転速度−トルク特性が関数式で表現されたことを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、前記サーボモータはブレーキ付きサーボモータであって、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手段を有することを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、前記サーボモータはオイルシール付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算することを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、前記サーボモータは減速機付きサーボモータであって、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記減速機効率を総合効率算出に用いる演算手段を有することを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、前記サーボモータはブレーキ、オイルシール、減速機が任意に付加されたサーボモータであって、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手段を有し、前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算し、前記減速機効率を総合効率に用いる演算手段を有することを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、サーボモータ駆動のサーボシステム選択手順を処理し、前記サーボシステムの機械諸元入力手順を処理し、前記サーボシステムの負荷の運動パターン入力手順を処理し、前記サーボシステム選択手順と前記機械諸元入力手順と前期負荷運動パターン入力手順の出力結果に基づいて、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順を処理し、前記演算手順において求められた要求仕様に基づいて、前記サーボシステムに適合したサーボモータの検索手順を処理するサーボモータ選定方法において、前記サーボモータ検索手順は、前記サーボモータの速度仕様比較手順が処理された後、前記サーボモータのトルク仕様比較手順が処理されることを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明は、前記サーボモータ検索手順は、前記サーボモータの必要最大回転速度が比較され、前記サーボモータの必要最大トルク、定常トルクと摩擦分トルクの和および実行トルクが順不同で比較され、前記サーボモータの回転速度−トルク特性が比較されることを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、前記回転速度−トルク特性が関数式で表現されたことを特徴とするものである。
請求項10に記載の発明は、前記サーボモータはブレーキ付きサーボモータであって、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手順を有することを特徴とするものである。
請求項11に記載の発明は、前記サーボモータはオイルシール付きサーボモータであって、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算することを特徴とするものである。
請求項12に記載の発明は、前記サーボモータは減速機付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記減速機効率を総合効率算出に用いる演算手段を有することを特徴とするものである。
請求項13に記載の発明は、前記サーボモータはブレーキ、オイルシール、減速機が任意に付加されたサーボモータであって、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手段を有し、前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算し、前記減速機効率を総合効率に用いる演算手段を有することを特徴とするものである。
請求項14に記載の発明は、サーボシステムに適合したサーボモータの検索を行うコンピュータ読み取り可能なプログラムであって、サーボモータ駆動のサーボシステム選択手順と、前記サーボシステムの機械諸元入力手順と、前記サーボシステムの負荷の運動パターン入力手順と、前記サーボシステム選択手順と前記機械諸元入力手順と前期負荷運動パターン入力手順の出力結果に基づいて、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順と、
前記演算手順において求められた要求仕様に基づいて、前記サーボモータの速度仕様比較手順が処理された後、前記サーボモータのトルク仕様比較手順が処理されるサーボモータ検索手順とをコンピュータに実行させることを特徴とするものである。
請求項15に記載の発明は、前記サーボモータ検索手順は、前記サーボモータの必要最大回転速度が比較され、前記サーボモータの必要最大トルク、定常トルクと摩擦分トルクの和および実行トルクが順不同で比較され、前記サーボモータの回転速度−トルク特性が比較される手順であることを特徴とするものである。
請求項16に記載の発明は、前記回転速度−トルク特性が関数式で表現されたことを特徴とするものである。
請求項17に記載の発明は、前記サーボモータはブレーキ付きサーボモータであって、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手順を有することを特徴とするものである。
請求項18に記載の発明は、前記サーボモータはオイルシール付きサーボモータであって、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算することを特徴とするものである。
請求項19に記載の発明は、前記サーボモータは減速機付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記減速機効率を総合効率算出に用いる演算手段を有することを特徴とするものである。
請求項20に記載の発明は、前記サーボモータはブレーキ、オイルシール、減速機が任意に付加されたサーボモータであって、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、
前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手段を有し、前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算し、前記減速機効率を総合効率に用いる演算手段を有することを特徴とするものである。
請求項21に記載の発明は、請求項14乃至請求項20いずれかに記載のサーボモータ選定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
また、モータ検索手順として回転速度−トルク特性を考慮しているため、十分な出力トルクが得られない回転速度の領域においても、モータの適用可否を正しく判定することができる。
また、回転速度−トルク特性を関数式で簡潔に表現するため、少ないデータ量で特性データを記憶することができる。
また、サーボモータ仕様テーブルにブレーキ慣性モーメント値を含み、ブレーキの慣性モーメントを予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含めて演算した後、サーボモータ仕様テーブルの値を比較して適合性を判定するので、モータ選定後の再計算および再判定が不要となり、選定時間が短縮できる。
また、サーボモータ仕様テーブルにオイルシールの摩擦分トルクを考慮したオイルシール付加時の定格トルクを持ち、オイルシール使用時はその定格トルクを元に適合性を判定するので、モータ選定後の再計算および再判定が不要となり、選定時間が短縮できる。
また、サーボモータ仕様テーブルに減速機付きサーボモータ仕様と減速機効率を持ち、減速機効率をトルク計算に用いて減速機付きか否かにかかわらず同等の演算手段で適合性を判定するので、モータ選定後の再計算および再判定が不要となり、選定時間が短縮できる。
また、サーボモータ仕様テーブルにブレーキ慣性モーメント値、オイルシールの摩擦分トルクを考慮したオイルシール付加時の定格トルク、減速機付きサーボモータ仕様と減速機効率を持ち、ブレーキ、オイルシール、減速機、それぞれ任意の組み合わせにおいても同等の演算手段で適合性を判定するので、モータ選定後の再計算および再判定が不要となり、選定時間が短縮できる。
ボールねじ機構の機械諸元として、負荷質量mW 、荷台質量mT、負荷質量依存の摩擦係数μ、減速比R、減速機とカップリングの慣性モーメントJG、ボールねじピッチPB、ボールねじ直径dB、ボールねじ長さlB、ボールねじ密度ρB、総合効率η、重力加速度g、負荷への外力FCおよび係数Kvn= (PB / R)を定義すると、必要なモータ仕様は、次のように求められる。
サーボモータ軸換算の定常トルクTCは数式3のように求められる。
TC = FCKvn/ (2πη) (3)
これより、サーボモータ軸換算の定常+摩擦分トルクTCFR は数式4のように求められる。
TCFR= |TC | + TFR (4)
JW = (mW+ mT)(Kvn / 2π)2 (6)
Ti= TAi + TFR − TC (12a)
逆転区間vi < 0またはvi = 0でvi−1 < 0の時
Ti = TAi − TFR − TC (12b)
停止時vi = 0かつvi−1 = 0の時はTFRとTCの関係より
|TC | > TFR かつ TC > 0の時
Ti = −TC + TFR (12c)
|TC | > TFR かつ TC < 0の時
Ti = −TC −TFR (12d)
|TC | ≦ TFR の時
Ti = 0 (12e)
TRMS = √((Σn i=1Ti 2(ti − ti−1)) / tn) (14)
図8において、サーボモータ検索手順は、次の通りである。まず、必要最大回転速度比較手段において、任意のサーボモータについて、必要最大回転速度と瞬時最大回転速度を比較する(手順802)。適合の場合、定常トルクと摩擦分トルクの和の比較手段において、定常トルクと摩擦分トルクの合計と定格トルクを比較する(手順803)。適合の場合、必要最大トルクの比較手段において、必要最大トルクと瞬時最大トルクを比較する(手順804)。適合の場合、実行トルクの比較手段において、実効トルクと定格トルクを比較する(手順805)。適合の場合、回転速度−トルク特性比較手段において、区間回転速度および区間トルクを図7に示す回転速度−トルク特性と比較する(手順806)。ここで、図7で示す回転速度−トルク特性表は、図6で示す回転速度−トルク特性を、回転速度10min−1毎にサンプリングした結果を表にしたものである。前記各手順において、不適合と判定されたときは直ちに右側の流れになり、他の適合性を判定するまでもなく、直ちに不適合と判定される。なお、前記手順802は速度仕様比較手順、手順803から手順806はトルク仕様比較手順であり、本実施例においては、速度仕様比較手順を処理した後、トルク仕様比較手順を処理している。
ここで、手順802から手順806の適合性判定の条件を次に示す。
(手順802)必要最大回転速度 nMAX< 瞬時最大回転速度
(手順803)定常+摩擦分トルク TCFR < 定格トルク
(手順804)必要最大トルク TMAX < 瞬時最大トルク
(手順805)実効トルク TRMS< 定格トルク
(手順806)区間回転速度、区間必要トルク(nMi,Ti)
< 回転速度−トルク特性 (i = 1...n)
ただし、区間回転速度nMi は回転速度−トルク特性表の回転速度の値と必ずしも一致するわけではないので、前後の値より補完した速度値でトルクを比較する。
なお、手順803〜805については本実施例の順序に限らず、任意でよい。
T1= f(nM1)
= 0.96 (15a)
3000 < nM ≦ 4500 [区間2]のとき
T2= f(nM2)
= -2.48×10-4 + 2.244 (15b)
3000 < nM ≦ 4500 [区間3]のとき
T3= f(nM3)
= 0 (15c)
なお、数式15の表現は比較対象のモータに合わせて表現すれば良い。また、区間も3つに限らず、該当サーボモータの特性を適当に表現する区間とすれば良い。
このように、回転速度−トルク特性を関数式で簡潔に表現するため、回転速度−トルク特性データを図7に示すデータテーブル形式で記憶するのと比較して、少ないデータ量で記憶することができる。
実施例1における力学計算において、ブレーキ慣性モーメントをJBRとすると、負荷慣性モーメントがJLは数式16のように求められる。
図13において、オイルシールはモータ外部からの水分、油分をモータ内部に侵入させないように、モータ本体と回転子軸との隙間は被われている。
図12はサーボモータ仕様テーブル(3)であり、図9のサーボモータ仕様テーブルに加えサーボモータにオイルシールのオプションを付加した場合のオイルシール付定格トルクのデータが含まれている。
本実施例は、サーボモータ選定手順(図3)の手順302において、オイルシール付きサーボモータを指定した時は、図8の手順803、手順805で、図12のサーボモータ仕様テーブル(3)のオイルシール付き定格トルクを用いて適合性を判定するものである。力学計算は実施例1と変わらず、適合性判定の際に参照すべき定格トルクをオイルシール付き定格トルクとするだけで、同様の手順で選定を行うことが出来る。
図14はサーボモータ仕様テーブル(4)であり、図9のサーボモータ仕様テーブルに加え、減速機効率と減速比のデータが含まれている。また、通常のサーボモータと減速機付きサーボモータ両方の特性が含まれている。
本実施例は、サーボモータ選定手順(図3)の手順302において、減速機付きサーボモータを選定対象とした時は、図14に示すモータ仕様テーブル(4)内の減速機効率を考慮して力学計算し、適合性を判定するものである。
実施例1における力学計算において、負荷側の効率をηW、減速機効率をηG、とすると、総合効率ηは数式17のように求められる。
図16はサーボモータ仕様テーブル(5)であり、図9のサーボモータ仕様テーブルに加え、ブレーキ慣性モーメント、オイルシール付加時の定格トルク、減速機効率と減速比のデータが含まれている。
本実施例は、サーボモータ選定手順(図3)の手順302において、ブレーキ、オイルシール、減速機付きサーボモータを選定対象とした時は、図16に示すモータ仕様テーブル(5)内のブレーキ慣性モーメント、オイルシール付き定格トルク、減速機効率を用いて力学計算し、適合性を判定するものである。
実施例1における力学計算において、ブレーキ慣性モーメントをJBRとすると、負荷慣性モーメントJLは数式18のように求められる。
また同様に、これらブレーキ、オイルシール、減速機をそれぞれ0または複数個、任意に組み合わせても、本手順の該当箇所を適宜組み合わせることで、従来例のようにモータ選定後に再計算をする必要が無く、選定時間が短縮できる。
2a、2b、2c、2d、2e エンコーダ
3a、3b、3c、3d、3e 回転子軸
4、4e ブレーキ
5、5e オイルシール
6、6e 減速機
101 表示装置
102 計算機本体
103 入力装置
201 演算装置
203 記憶装置
204 サーボモータ仕様テーブル
401 サーボモータ
402 減速機
403 カップリング
404 負荷
405 荷台(ねじ受け)
406 レール
407 ボールネジ
Claims (25)
- サーボモータ駆動のサーボシステム選択手段と、前記サーボシステムの機械諸元入力手段と、前記サーボシステムの負荷の運動パターン入力手段と、前記サーボシステム選択手段と前記機械諸元入力手段と前期負荷運動パターン入力手段の出力結果に基づいて、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手段と、前記演算手段において求められた要求仕様に基づいて、前記サーボシステムに適合したサーボモータの検索手段とを有するサーボモータ選定装置において、
前記サーボモータ検索手段は、
前記サーボモータの必要最大回転速度比較手段、
前記サーボモータの必要最大トルク、定常トルクと摩擦分トルクの和および実行トルクの比較手段、
前記サーボモータの回転速度−トルク特性比較手段からなり、
最初に前記必要最大回転速度比較手段において前記サーボモータの適合判断がなされ、
次に前記サーボモータの必要最大トルク、定常トルクと摩擦分トルクの和および実行トルクの比較手段において前記サーボモータの適合判断が順不同でなされ、
最後に前記サーボモータの回転速度−トルク特性比較手段においてサーボモータ適合判断がなされることを特徴とするサーボモータ選定装置。 - 前記回転速度−トルク特性が関数式で表現されたことを特徴とする請求項1に記載のサーボモータ選定装置。
- 前記サーボモータはブレーキ付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手段を有することを特徴とする請求項1に記載のサーボモータ選定装置。 - 前記サーボモータはオイルシール付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算する
ことを特徴とする請求項1に記載のサーボモータ選定装置。 - 前記サーボモータは減速機付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記減速機効率を総合効率算出に用いる演算手段を有することを特徴とする請求項1に記載のサーボモータ選定装置。 - 前記サーボモータはブレーキ、オイルシール、減速機が任意に付加されたサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手段を有し、
前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算し、
前記減速機効率を総合効率に用いる演算手段を有することを特徴とする請求項1に記載のサーボモータ選定装置。 - サーボモータ駆動のサーボシステム選択手順を処理し、前記サーボシステムの機械諸元入力手順を処理し、前記サーボシステムの負荷の運動パターン入力手順を処理し、前記サーボシステム選択手順と前記機械諸元入力手順と前期負荷運動パターン入力手順の出力結果に基づいて、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順を処理し、前記演算手順において求められた要求仕様に基づいて、前記サーボシステムに適合したサーボモータの検索手順を処理するサーボモータ選定方法において、
前記サーボモータ検索手順は、前記サーボモータの速度仕様比較手順が処理された後、前記サーボモータのトルク仕様比較手順が処理されることを特徴とするサーボモータ選定方法。 - 前記サーボモータ検索手順は、
前記サーボモータの必要最大回転速度が比較され、
前記サーボモータの必要最大トルク、定常トルクと摩擦分トルクの和および実行トルクが順不同で比較され、
前記サーボモータの回転速度−トルク特性が比較されることを特徴とする請求項7に記載のサーボモータ選定方法。 - 前記回転速度−トルク特性が関数式で表現されたことを特徴とする請求項8に記載のサーボモータ選定方法。
- 前記サーボモータはブレーキ付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手順を有することを特徴とする請求項7に記載のサーボモータ選定方法。 - 前記サーボモータはオイルシール付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算することを特徴とする請求項7に記載のサーボモータ選定方法。 - 前記サーボモータは減速機付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記減速機効率を総合効率算出に用いる演算手段を有することを特徴とする請求項7に記載のサーボモータ選定方法。 - 前記サーボモータはブレーキ、オイルシール、減速機が任意に付加されたサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手段を有し、
前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算し、
前記減速機効率を総合効率に用いる演算手段を有することを特徴とする請求項7に記載のサーボモータ選定方法。 - サーボシステムに適合したサーボモータの検索を行うコンピュータ読み取り可能なプログラムであって、
サーボモータ駆動のサーボシステム選択手順と、
前記サーボシステムの機械諸元入力手順と、
前記サーボシステムの負荷の運動パターン入力手順と、
前記サーボシステム選択手順と前記機械諸元入力手順と前期負荷運動パターン入力手順の出力結果に基づいて、前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順と、
前記演算手順において求められた要求仕様に基づいて、前記サーボモータの速度仕様比較手順が処理された後、前記サーボモータのトルク仕様比較手順が処理されるサーボモータ検索手順とをコンピュータに実行させるためのサーボモータ選定プログラム。 - 前記サーボモータ検索手順は、
前記サーボモータの必要最大回転速度が比較され、
前記サーボモータの必要最大トルク、定常トルクと摩擦分トルクの和および実行トルクが順不同で比較され、
前記サーボモータの回転速度−トルク特性が比較される手順であることを特徴とする請求項14に記載のサーボモータ選定プログラム。 - 前記回転速度−トルク特性が関数式で表現されたことを特徴とする請求項15に記載のサーボモータ選定プログラム。
- 前記サーボモータはブレーキ付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手順を有することを特徴とする請求項14に記載のサーボモータ選定プログラム。 - 前記サーボモータはオイルシール付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、
前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算する
ことを特徴とする請求項14に記載のサーボモータ選定方法。 - 前記サーボモータは減速機付きサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記減速機効率を総合効率算出に用いる演算手段を有することを特徴とする請求項14に記載のサーボモータ選定方法。 - 前記サーボモータはブレーキ、オイルシール、減速機が任意に付加されたサーボモータであって、
前記サーボモータの要求仕様を求める演算手順は、前記ブレーキの慣性モーメントが予め前記サーボモータの負荷慣性モーメントに含まれる演算手段を有し、
前記オイルシール付加時の定格トルクを前記サーボモータの定格トルクとして演算し、
前記減速機効率を総合効率に用いる演算手段を有することを特徴とする請求項14に記載のサーボモータ選定方法。 - 請求項14乃至20いずれかに記載のサーボモータ選定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 請求項1乃至6いずれかに記載のサーボモータ選定装置によって選定されたことを特徴とするモータ。
- 請求項1乃至6いずれかに記載のサーボモータ選定装置によって選定されたモータによって駆動されることを特徴とするサーボシステム。
- 請求項7乃至13いずれかに記載のサーボモータ選定方法によって選定されたことを特徴とするモータ。
- 請求項7乃至13いずれかに記載のサーボモータ選定方法によって選定されたモータによって駆動されることを特徴とするサーボシステム。
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