前回は、コントローラの選定を紹介しました。今回は、最終回です。サーボモータ、アンプ、コントローラのデータシートを解説します。サーボモータ、サーボアンプ、コントローラには、それぞれの能力を示す数値がデータシートに明記されています。データシートは、とても重要な情報源なので、必ず目を通す必要があります。本稿では、データシートで使われる用語の意味や、注意すべき要点を解説します。
第8回「モータ・アンプ・コントローラのデータシート」を解説していきます。
1. サーボモータのデータシート
表1 に、一般的なサーボモータのデータシートを示します。
この表に記載されいる項目の「定格出力」、「定格トルク」、「定格電流」は、モータを連続運転させたときに、最も良好な特性として発揮される値なので、最初に目を通す必要があります。一般的に定格と付く項目は、メーカー側で使用条件、または使用限度が設定され、大抵の場合、限界値が示されています。その値を超えて使用すると、モータが発熱したり、不安定な動作を示したりするなど、トラブルに発展するため注意が必要です。
「瞬時最大トルク」、「瞬時最大電流」は、加速・減速時を考慮するための情報です。連続的な使用ではなく、瞬間的であれば、最大でその値までモータを使用できます。
「トルク定数」は、モータの電気－回転の変換率を表す値です。この値が大きいほど、制御のための電流が小さくて済みます。
「定格回転数」は、モータが定格出力で運転しているときの回転速度であり、「最高回転数」は、モータが回転できる最大の回転速度です。定格回転数は、定格トルクの大きさで決定される項目です。大きな発生トルクが必要なときには、定格回転数が小さいモータを選定するのが得策です。ただし、最高回転速度の制約や容量を考慮して選定する必要があります。実際には、最高回転速度が、定格回転速度以内に納まるように留意しましょう。
「パワーレート」は、応答性の尺度で、定格トルクの2 乗をモータ自身の回転イナーシャで割った値で表されます。容量が同じモータの場合、この値が大きいほどサーボモータの性能（加減速指令に対する追従性）は良いとされています。
このほかに、「機械的時定数」、「電気的時定数」などの項目もあります。時定数は、そのモータが応答して安定するまでの時間を表すもので、サーボモータの応答性を示す重要な項目です。サーボモータを適切に使用するためにも、各項目の確認を怠らないようにしましょう。
2. サーボアンプのデータシート
サーボモータが選定されると、そのモータにふさわしいサーボアンプを選定します。ここでは、サーボアンプのデータシートを使って、基本項目や性能を中心に解説します（表2）。
サーボアンプの性能は、流せる電流の大きさ（容量）と、電流のON/OFF（パルス列）のスイッチング機能のスピードで決まります。容量が大きければパワーのあるサーボモータを回転させることができ、容量が足りなければ、電圧があってもモータは回転しません。したがって、基本性能の項目の「入力電源」と「出力電流」をチェックし、十分であるかどうかを確認しましょう。
一方で、ON/OFF のスピードが速ければ、短い間隔での制御ができます。このON/OFF スイッチングのことを「PWM 方式」といいます。一般的に、サーボモータはPWM 方式で制御します。PWM の周波数が低すぎると、異音が発生したり、モータが振動したりします。反対に、PWM の周波数が高すぎると発熱し、モータに負荷がかかり焼損する恐れがあります。PWM の周期はモータの「時定数以下」であるかどうかを確認し、PWM 生成部であるゲインを適切に設定するよう注意しましょう。また、性能の項目内の「速度制御範囲」も重要です。速度制御範囲とは、制御可能な最低回転速度と最高回転速度の比です。例えば、速度制御範囲が1:10 なら、最高回転数が3,000 回転のとき、最低回転数は300 回転という意味です。
サーボモータは、低速回転が苦手という特徴があります。最低回転数以下では安定した速度制御を保証しない場合と、最低回転数以下に設定できない場合があるので、注意が必要です。
3. コントローラのデータシート
全8回で下記の内容を解説しています。
- 第1回 サーボ機構とは
- 第2回 サーボ機構に必要なメカニズム
- 第3回 サーボ機構に必要なモータ
- 第4回 サーボ機構に必要なセンサ技術
- 第5回 サーボ機構とフィードバック制御
- 第6回 サーボモータ・サーボアンプの選定
- 第7回 コントローラの選定
- 第8回 モータ・アンプ・コントローラのデータシート
