イナーシャ比の上限を制限する要素は何か

質問

サーボモータの取り扱い説明書によく
負荷のイナーシャをはモータのイナーシャのXX倍以下に
してくださいとの記述がある。
トルクは足りている場合にこのイナーシャ比の上限を制限する
要素が何かわかりません。

回答No.34

noname#230359

（３２）回答者さんへ
下記のWeb上で入手可能です。ただし、IDの登録が必要です。
骨子を紹介したいと思いますが、国語力が問題と言われますので止めておきます。
モータ選定のための具体的計算式を記載しています。またシミュレーションソフトもあります。

参考URL：

http://MitsubishiElectric.co.jp/melfansweb

回答No.33

noname#230359

技術資料を読んで物理的な意味との整合性を考えていない回答のみならず、制限値と推奨値を混同したり，人の回答を曲解している回答が多すぎます。
これでは物理学の知識だけでなく，国語の理解力も問題です。
　もう投稿しないつもりでしたが，間違いが流れては困りますので投稿します。

　サーボの敏捷性の問題と考えている方は殆ど，それは推奨値の話です。それと他のそのメーカ固有の技術的な問題を含んでの話が推奨値と言う形で表れているようです。

　回答（２９）でgom が書かれている事がメーカーの基本的スタンスです。
　それを基に考えて，回答者の方の回答を読んでいるとどうも議論に誤解を与えているのはＭ電機の資料の様です。具体的に名前を出すと営業妨害と取られる事も書きますので，この表現にしておきます。
　実際にここの技術相談に問い合わせしました。

　Ｍ電機のドライバーは内部回生抵抗を持っています。この内部回生抵抗は電源のコンデンサーの電圧が一定の値を越えると働くタイプです。そこでこの内部回生抵抗の焼損を防ぐ為も有って，負荷イナーシャとその繰り返し頻度にも制限を加えています。
　ところがＭ電機の資料ではコンデンサーにどれだけのエネルギーが加わったら回生抵抗に電流が流れる様になるのか書いて有りません。回生エネルギーは全て回生抵抗に消費される前提で制限してると言ってます。

　これが敏捷性の問題と誤解させる要因になっている様です。

　これですと小さい負荷を頻繁に起動，停止させる。極端に言ったらバイブレータのような用途に用いたら，実際には回生抵抗に消費されるエネルギーが全く無いのに，回生抵抗を増設する事になってしまいます。一回の停止で回生されるエネルギーがコンデンサーのエネルギー蓄積範囲なら，その蓄積されたエネルギーで次の駆動が行えて非常に都合良い話で、かなりの省エネになります。
　実際にどうなるかは，計算ソフトに入れてみないと分らないと言ってました。その計算ソフトに回生抵抗にスイッチさせる電圧が入っているかどうかは技術相談の窓口の人は知りませんでした。

　物理的な意味から考えると敏捷性の問題だけならば加速も減速も最大トルク（定格トルクではない）内で行えば良いわけです。即ちパワーで決まる問題であって，AICAさんが回答（23）で言っていたF=mαを満足し，あとはモータが焼損しない様にトルクの二乗時間平均値が定格トルク内であればＯＫで，敢えてイナーシャ制限する必要性は何もありません。イナーシャ制限する物理的意味合いは飽く迄も回生エネルギーが主たる要因です。
　但しＭ電機はここにＭ電機特有の技術的な問題がある様です。それは減速の際，最大トルクが出せない様です。何故出せないのか，技術相談窓口に聞きましたが回答は得られませんでした。因みにＹ電機は明確に最大トルク内なら停止できると言っています。
　この事がイナーシャ推奨値としても表れている様に思われます。（これは推測です。）

　技術相談をして分った事ですが，技術相談窓口の人もこの問題には明確な答えがストレートには返って来ませんでした。
この技術相談では，ユーザーはかなり過剰スペックで設計せざるを得なくなると思われます。
　今サーボモータは磁石の画期的進歩の恩恵を受けて非常に低イナーシャの優れたものが出ています。しかしモータのイナーシャが小さいとこの制限は機械の設計にかなり厳格なものを要求します。そしてこの回生エネルギーの計算を間違えるとドライバの損傷に至る重要な問題です。

回答No.32

noname#230359

（３１）の回答者の方へ
＜詳しくは、三菱電機のスクールテキスト「ACサーボ実践コース」でモータ選定に記載されています。＞とありますが、その文書はＷｅｂ上で入手可能でしょうか？
もし可能ならばその骨子を記載して頂けませんでしょうか？
よろしくお願いします。

回答No.31

noname#230359

まだ、終わっていないようですが。
詳しくは、三菱電機のスクールテキスト「ACサーボ実践コース」でモータ選定に記載されています。
この質問に対する回答としては、回答（２２）が正解と考えます。

回答No.30

noname#230359

>サーボモータの取り扱い説明書によく負荷のイナーシャをモータのイナーシャのXX倍以下に
>してくださいとの記述がある．
>トルクは足りている場合にこのイナーシャ比の上限を制限する要素が何かわかりません．

質問氏は「負荷のイナーシャをはモータのイナーシャのXX倍以下」と聞いています．
なぜ，イナーシャ比の上限を制限する要素がブレーキと直接関係が無いのか？

(1) インバータにしろサーボにしろ，減速時に回生モードで発電します．
この回生電圧が，電源最大値よりも大きな値になると危険なため，回生抵抗器を付けて
放電用トランジスタを介して放電抵抗で放電させる仕組みもあります．
12601「インバータのDCリアクトル取り付けとモーターのトルクについて」でも
述べているのですが，DCリアクトルがある場合は，リアクタンス電圧降下があるため
モーター端子電圧は，電源の最大値よりも更に大きな値になるはずです．
モータのトルクは，電源電圧と密接な関係があり，このような負荷の増減による
インバータ内部の電圧変動が原因で，トルクが変化するようなシステムではないと
考えています．

(2) サーボの伝達関数 トルク 負荷トルク モータ・機械系
┏━━━━┓指令┏━━━━━┓ ↓ ┏━━━━━━━┓
速度指令→○┨速度制御┠──┨トルク制御┠→○─┨1/｛(Jm+Jl)s｝┠┬→回転数
↑┗━━━━┛ ┗━━━━━┛ ┗━━━━━━━┛│
└───────────────────────────┘
Jm；モータの慣性モーメント
Jl；負荷の慣性モーメント
一般的なサーボの伝達関数の簡易計算には，電源電圧の変動を無視しています．

(3) 三菱電機 ACサーボスクールテキスト「ACサーボ実践コース」
6.2 減速比
(2) サーボ系を安定に応答を上げるため負荷慣性モーメント比は，推奨負荷慣性モーメント
比倍以下(HC-MFSモータの場合30倍以下）となるよう減速比，モータ容量を選定します．
負荷慣性モーメント比が小さい程応答を上げることができます．
従って特に高ひん度送り時はできるだけ小さく(m<2)となるよう選定します．
※詳細は，HPからダウンロードしてください．

(4) 電動機のトルクは，回転子半径の大きさに比例します．
回転子が大きければ大きいほどトルクが大きいのですが，モータの慣性モーメントが
大きくなり応答性が悪くなります．このため小さな磁束密度の高い回転子を用いて応答性を
高めていると考えています．
以上のことから，ブレーキ抵抗とサーボモータの伝達関数の応答性とは直接は関係が無いと
考えています．

回答No.29

noname#230359

サーボメーカにとって、イナーシャ比を制限する要素は、そのメーカの装置
が壊れないためのもの、つまり回生エネルギーだと思います。
メーカにとってユーザの作る設備がスクータでランクルを牽引してゆっくり
動かす設備なのか、スクータで空き缶引っ張ってキビキビ動かす設備なのか
は、言葉は悪いですが知ったこっちゃないと思います。その上で、
ユーザはメーカの保証範囲内でも、スクータでランクルを牽引して
素早く止めようとするよな設備を設計してはならない。そういうことなんじゃ
ないんですか？

質問の回答としては：回生エネルギー
補足として：スクータでランクル云々・・と考えます。

回答No.28

noname#230359

質問者の方へ

これだけ，様々な答えが返ってくるとどれが真実か判らなくなってしまってませんか？
もし，そうであれば
ＹＡＳＵＫＡＷＡコールセンタ
ＴＥＬ：０１２０－０５０７８４　０１２０－１５０４８４
で技術相談に答えて頂けます。

ここが日本のサーボモータの草分けで最も高い技術と最も信頼出来る技術データを提供してくれます。ここに問い合せる事をお勧めします。

回答No.27

noname#230359

議論を興味深く読みました．

「イナーシャ比の上限を制限する要素は何か」とは，
モータの応答性の敏捷性ではないでしょうか？
ACサーボモータに定格トルクパワーレート[kw/s]の定格があるのはご存知でしょうか？
例えば三菱電機の場合，「超低慣性モーメント」「低慣性モーメント」など多くの種類が
あります．メーカーは負荷慣性モーメント比を推奨値として発表しています．

負荷慣性モーメント
推奨負荷慣性モーメント比〓─────────────
モータ自身の慣性モーメント

ACサーボアンプのインバータ部は，「電流形インバータ」を搭載していて，
汎用インバータ(電圧型インバータ)と比較して応答が速いと一般に言われていいます．
更に高速応答を要求する場合に，モータ自身の慣性モーメントを下げればいいわけです．

ACサーボの回転子には，永久磁石を埋め込んでいます．超低慣性モータは，
永久磁石の磁力を更に強め，小さな回転子径でトルクを発生すれば，敏捷になり
大きな定格トルクパワーレート[kw/s]を作り出せます．

ご質問の内容は加減速時の敏捷性のことで，減速時の回生エネルギーとは話とは，
回答の内容が少し違うような気がしますがいかがでしょうか？．

このあたりは，ACサーボアンプの制御ループの「推奨負荷慣性モーメント値」の
フードバック位置を見ると理解できると思います．

>皆様へ、実は私は最初から答えは知っていて知らない振りして少しずらした回答をしてました....
このご発言の趣旨はよく判りませんが，チョット悲しいものがありますね．

回答No.26

noname#230359

私はこの議論に入って，全て経験し，熟知している知識で何も得るものはありませんが、質問者及びこの議論を読んでいる人が間違った結論を憶えてしまうと困ると思い，もう一度投稿します。

驚く程に皆さん理解出来てない様です。
私の他に，理解しているのはAICAさんだけです。

kj221 さんへ

＞ご質問の主旨「サーボモータのトルク条件を満足しているときに、イナーシャ比を制限する要因は何か」に対する正しい答えは回答(1)、この補足として回答(3)、つまり応答性です。これが全てです。

貴方も全く理解出来てないです。
AICAさんが明確に言ってる様にこれはモータのトルクの問題ではなく，ドライバの問題です。極端に言えばモータのトルクとは，全く関係ありません。

＞私は回生エネルギーの問題は増設抵抗なり電源回生ユニットなりを増設すれば解決出来ると思っています（増設限界がモータの性能限界）

を貴重な知見と理解されている様ですが，増設限界は基本的にありません。いくらでも大きく出来ます。イナーシャが大きい場合の解決策で当然の事です。議論はこの回生抵抗をつける必要の有無を判定する基準についてです。貴方の言っている’二次的な問題’を議論してるのであって、解決策を議論している訳ではありません。
ただ，無視して設計して，エネルギー処理の限界値を超えていたら，大怪我（大事故＝ドライバ焼損）になると言っている訳です。

＞・回答(12)　「本来、ここでは回答者同士では議論するべきではありません」
この一言で、投稿者が自発的に打ち切るべきでしたね。

重ねて言いますが，私はこの議論で得るものは全くありません。全くのボランティア活動です。しかし，私がここで間違いを指摘しなかったら，間違った結論を皆さんが憶えてしまう事になりませんでしたか？

＞・回答(13)　大男と釣り鐘の話
最初は何を言いたいのか解りませんでしたが、モータの勉強をしているうちに理解できました。この話は運動量と力積の比喩としては妥当ですが、運動エネルギの暗喩には不適切であるため、真意が理解できた方は少ないのでは…

これが理解出来ないなら，小学生の知識にも及ばないかも知れませんね。私は小学生の時に理解出来ました。

＞・回答(21)　「物理学の初歩を勉強し直す事を勧めます」
ここまでの回答を精読し、槍玉に挙げられた二名の投稿者のご見識に対して、不当な内容と感じました。利用規約の第15条7項に抵触するとは、私は考えません。しかし、他の方がどのように解釈するかまでは関知しません。

貴方の見識は情けない程お粗末です。私はこれを書いて何も得るものはない事は先程言った通りです。槍玉に挙げた積りは毛頭ありません。でもこう書かないと二名の投稿者の方は間違いに気がつかないでしょう。下記に記しますが，二名の方はまだ理解出来てない様で，間違っています。

kazu_i さんへ

＞(2)いかなる条件で定格トルク内であれば制動回数の制限は無い。
すなわち、エネルギー処理は考えなくてよい。
（Ｍ電機のサーボモータ資料参照、回答(23)でも同様な事を言われていると思う）

回答(23)ではそんな事は言ってません。
重ねて言いますがAICAさんも回答(23)で言っている様に，本質的な事はトルクとは全く関係がありません。Ｍ電機が具体的に何処か判りませんが、一つ考えられる事はＭ電機のドライバには回生抵抗がすでに挿入されている可能性があります。この回生抵抗は常時，電流が流れる構成にしてあるものと，耐圧に近ずくとスイッチが働いて流れるものとあります。場合によってはドライバの構造まで調べる必要があるのはその意味です。Ｍ電機のドライバは常時流れる様にコンデンサに並列に入った抵抗で常時回生エネルギーが消費できる様になってるものではないかと推察します。これなら，定格トルク内で回数制限が成り立ちますが，詳しくはＭ電機に聞かないと判りません。ただこれは，モータが動かない時でも電流を消費しますから，トータルの効率は悪いと思います。

＞(4)回答（13）で「モータの定格トルク内であれば幾らでも大きな運動エネルギーを与えることが出来る」とあるがモータの回転数で制限されると思います。

限りなく大きいイナーシャで摩擦負荷が極端に小さい機械は程度問題ですがあります。この場合，相当大きなエネルギーが入力できます。

＞さらに、回答(23)で長い坂道をブレーキングしながら運転する場合のことを述べられているが定格トルク内でも考える必要がありますか。

本質的には考えなければいけないです。但しＭ電機の様に電源コンデンサと並列に抵抗が入っていれば，更につける必要はないでしょう。（基本的には回生抵抗付ですから）

＞（M電機のマニュアルでは定格トルクからmaxトルクの領域を短時間運転領域と表記し、何か制限があることを示している。）

これも回生エネルギーとは関係ありません。時間平均したモータ損失が常時定格トルクで運転した損失の範囲内なら使用出来ると言う事です。

lumiheartさんへ

まだトルクとの関連でしか考えられていないですね。
上記した様に本質的にトルクとは関係ない，極端に言うとモータとは関係ないドライバの制約です。

＞皆様へ、実は私は最初から答えは知っていて知らない振りして少しずらした回答をしてました

本当に冗談を言っては困ります。何時まで経っても理解出来てないのは貴方です。判っていないのにこんな事を書いて，貴方の言葉を信用して失敗した人が出たら，どう責任取る積りですか？

＞かなりゆっくり廻っているにも関わらず巨大なイナーシャの為、急停止出来ない
もちろんメカブレーキは有るのでしょうが、もし回生抵抗だけでそれを受け止めるとするなら？

と言うのがtatcorpさんの趣旨と思います

私はそんな事を言ってません。
人の書いた文章を曲解するのは貴方の常套行為ですか？こんな迷惑な事はありません。
エネルギーを吸収できるメカブレーキがついていれば何も問題ありません。同じくエネルギーを吸収できる回生抵抗がついていれば問題ありません。またゆっくりでも早くても，回生するエネルギーの総量に差はありません。回生エネルギーのパワーに差があるのです。
Ｍ電機のドライバは先に述べた様に何らかの回生エネルギ対策が施されていると思います。その場合，ゆっくり減速させれば，回生エネルギーも少しづつ帰ってくるから（即ちパワーが低いから），耐圧オーバーは起こらないと思います。全くの回生手段のないドライバを想定すると全く差がありません。

　これでもう私は一切，この質問に投稿したくはありません。
読んでいらっしゃる方には是非理解して欲しいですが、私はこの議論で得た新しい技術知識は全くありません。私に間違いを指摘された方は何らかの収穫があった筈です。
　私が得た知識は基本的な物理学を理解出来てない方が如何に多いか知っただけです。
　私は間違った理解が広まるのを恐れただけで，これを槍玉に挙げたと解釈される人は軽蔑するに値すると思います。少々キツク言わないと理解して貰えないと思い，キツク言った事は事実です。

回答No.25

noname#230359

皆様へ、実は私は最初から答えは知っていて知らない振りして少しずらした回答をしてました

（１２）番
>議論を重ねる事により、より良い回答を導き出すのが目的であれば良いのですが
>でも、今回の議論は申し訳有りませんが、はっきり言ってどうでも良いこと
の趣旨で少し離れた所から正解へと収束して行けば良いかなと思って
でも、中にはそれを気に障る方も居てご迷惑をお掛けして申し訳有りません

（２４）番さんへ
>一方3000rpmから0rpmまで0.1secで停止させるために必要なトルクは1.288Nmでmaxトルク（1.92Nm）より小さい。
加速時間が記載してありませんが恐らく加速時間も０．１ｓｅｃで計算されていると思います

この論争の発端の（４）の例に合わせます
加速時間を１０secで計算してみましょう、必要加速トルクは当然下がります
ここでこの少ないトルクに合わせて小さいモータを選定する
加速時間１０ｓｅｃ減速時間１０ｓｅｃでなら問題はありません（制御性、応答性は多少悪くなるが）
でも、急減速（０．１ｓｅｃ）に耐えうるかが問題
かの回転ドア事故もその様な事例と思います
かなりゆっくり廻っているにも関わらず巨大なイナーシャの為、急停止出来ない
もちろんメカブレーキは有るのでしょうが、もし回生抵抗だけでそれを受け止めるとするなら？

と言うのがtatcorpさんの趣旨と思います

私が既にこの事を知っていた理由は
http://muda.web.infoseek.co.jp/bbs/cgi-bin/cbbs.cgi?mode=one&namber=10254&type=10250&space=15&no=0

ただ、一般的にはサーボアンプが壊れるほど巨大なイナーシャを安定して動作させるのは難しい
↓には１０倍以下としてます
http://wwwf2.mitsubishielectric.co.jp/fair/fa_basic/06/63.htm
http://www.orientalmotor.co.jp/community/teruyo/main_teruyo_vo7.html

サーボアンプ限界　＞　制御限界　と思う