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技術パラメータと用語 Applications by MOONS'

技術パラメータと用語

負荷

負荷トルク(Tf)
Tf = G * r
G:負荷重量
r:半径
慣性負荷(TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M:負荷重量
R1: 外半径
R2:内半径
dw/dt:角加速度

速度-トルク曲線

速度-トルク曲線はステッピングモーターの主要な性能です。下記が専門用語の解説をしています。

A.運転周波数値ある位置でのモーターの回転速度。

n = q * Hz / (360 * D)
n:回転/秒 Hz: 周波数値
D:駆動回路細分値
q:ステップ角度
例:ステップ角度1.8°のモーターは、1/2サブ駆動で(即ち1ステップ0.9° )回転周波数500Hzの場合は回転速度が1.25r/となります。
B.自起動領域:モーターが直接起動・停止する領域です。
C.連続運行領域:モーターは、この範囲内で直接起動・停止できない領域です。モーターは、先ず最初に自起動し加速した後、連続運転領域に達する事が必要です。同様に当該領域内では直接制御する事が出来ず、急に停止するとモーターは、脱調する為、減速して自起動領域に入ってから停止させなければならない。
D.最大自起動周波数:無負荷状態で励磁されたモーターが脱調することなく起動できるための最大パルス周波数です。
E.最大連続応答周波数:無負荷状態で励磁されたモーターが脱調することなく動作できるための最大パルス周波数です。
F.起動トルク/プルアウトトルク:励磁されたモーターが一定の周波数で起動し、脱調することなく同期動作できる最大回転トルクです。
G.動作トルク/プルアウトトルク:所定の駆動条件下で、指定されたパルス周波数によって、駆動されたモータが脱調することなく、その軸に加えられる最大回転トルクです。

加速/減速制御

速度‐トルク曲線内の動作領域内でモーターを動作する場合、スタートと停止時の加減速の時間短縮は非常に重要であり、加減速の時間が短いほど、有効運行時間を長く保てます。

右図はステッピングモーターのトルク特性曲線です。低速回転時の曲線は、水平直線であり、高速回転時は巻線のインダクタンスの影響を受け指数的に下降します。
A. 低回転速度下での直線加速運行
モーターの負荷TLの状態で、速度F0から最短時間trで速度F1に加速する際、最短時間tr及び加速周波数F(t)を求めるには ?
(1)普通の場合TJ = 70%Tm
(2)tr = 1.8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ-TL)
(3)F ⑴=(F1-F0) * t/tr + F0, 0<t<tr
B. 高回転速度下での曲線加速運行
(1)普通の場合
TJ0 = 70%Tm0,
TJ1 = 70%Tm1,
TL = 60%Tm1
(2)tr = F4 * In [(TJ0-TL)/(TJ1-TL)]
(3)F (t) = F2 * [1 – e^(-t/F4)] + F0, 0<t<tr
F2 = (TL-TJ0) * (F1-F0)/(FJ1-TJ0)
備考:
J:負荷状態でのモータ回転子の慣性モーメント。
q:各ステップの回転角度、フルステップ動作時はモータのピッチ角度。減速動作制御の場合、上述の加速パルス周波数を逆かける。

振動と騒音

一般的に無負荷動作の場合、モーターの動作周波数が回転子の固有周波数に近い或いは同じ場合、共振が発生したり、或は脱調することがあります。
共振の対策:

A. 共振領域を避ける
モーターを共振範囲内で動作させない
B. 細分化駆動モード
マイクロステップ駆動モードを採用する場合、元の1ステップを細分することによりモーターのステップの分解能を向上させると、振動が抑えられます。これは二つの巻線の電流比率を細かくする事で実現できます。マイクロステップは、ステップ角の精度を変えることなく、モータをより安定的に動作させ、騒音をより一層抑える事が出来ます。ハーフステップで動作時、モーターのトルクはフルステップ時に比べ15%程度低く成ります。正弦波電流制御時ではトルクが30%程度減少します。
C. 0.9角度の二相ステッピングモータ或いは三相ステッピングモータを使う。