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.24

noname#230359

回答（２２）で明快な判定をして頂き、いまさら蒸し返したくありませんが、メーカに問い合わせて回答するので待って欲しいと言った手前その後調べた事と、感じたことを述べます。
(1)サーボモータにおける制御の本質はエネルギー処理であることは理解できました。
(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）
(3)回答（９）で示したメーカの資料により、イナーシャ比：２０、モータ出力：２００Ｗ、定格回転数：３０００rpmで計算して見ました。
3000rpmでイナーシャが蓄えるエネルギーは1/2Jω^2から220.3J（Nm）でこれを処理するため制動抵抗を入れ、制動回数として１１回／分として制限している。
すなわち１分間に処理するエネルギーは20.3J×11／60sec＝3.7Wである。
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。
普通はトルク－回転数特性で設計し、maxトルクより小さければ問題なしと判断するがエネルギー処理の問題から制約がある。（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。）
(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。
また、速度が速くても遅くてもエネルギー処理は同じと言うことは分かりますがイナーシャが同じであれば回転数が低くなればエネルギーが小さくなるので処理は楽になると思う。
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。

　何れににしても、私はこれで終わりにします。回答者に皆さんに色々なことを教えて頂き有難う御座いました。
　今後サーボモータを活用していく上で役立て行きたいと思います。

回答No.23

noname#230359

ki221さん
>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。
>応答性とパワの検証だけではなく、停止時に発生する回生エネルギがドライバの回生吸収能力を超えていないことも検証しなくてはならない、と回答(2)で補足されています。

　トルクとイナーシャの関係は直線で言えばF=mαで、αがうんと小さければFが小さくてもバカ重いmも動かせるわけです。
　すなわち、「サーボモータ・ドライバ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」ではありません。

　回生エネルギ吸収に関しても本当はイナーシャ単独で決定されないわけですが、幾つかのメーカはメアスとして示しているようです。トルクの過不足とは基本的に関係ありません。ですから範囲内でも長い急な下り坂を延々ブレーキングしながら運転するような場合はメーカとの打合せが必要です。

回答No.22

noname#230359

僭越ですが、素人（前に「ど」や「ズブの」を補っていただければ、より正確かと存じます）からも一言述べさせていただきます。これだけ議論が白熱している（泥沼化しているというべきか）にもかかわらず、ご質問された方からレスがありません。この雰囲気では、できないのでしょう。気になっていましたが、議論の内容が全く理解できず、見守っているだけでした。同じような方は、他にもいらっしゃると思います。

この数日、素人なりにモータのことを勉強し、私なりに明確な結論を得ることができました。
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。
応答性とパワの検証だけではなく、停止時に発生する回生エネルギがドライバの回生吸収能力を超えていないことも検証しなくてはならない、と回答(2)で補足されています。
私は、以上で十分にして必要な回答が揃っていると考えます。

以降の個々の回答についてのコメントです。不毛な議論も多く、批判することは容易ですが、中には貴重な知見もありました。
・回答(18)　「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）」
回生エネルギは負荷の慣性だけではなく、回転速度にも依存します。イナーシャ比で機器を選定し、運転条件からトルクと回生エネルギの検証を行うのが通常の設計プロセスだと思いますが、イナーシャ比やトルクが条件を満たさなければ、再選定か運転条件の変更になるのでしょう。しかし、回生エネルギについてはこの回答のとおり、他に解決方法があるのですから、二次的な問題と判断してもいいでしょう。

・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。既にご質問された方から締め切ることができる雰囲気ではありませんでした。

・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…

・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。

今にして考えれば、本質を突いた素晴らしいご質問でした。
若干不愉快なやり取りはあったとはいえ、初歩からモータを勉強する良い契機になったことを、質問投稿者および回答投稿者各位に感謝します。
そろそろ、打ち切っては如何でしょうか。

回答No.21

noname#230359

lumiheart さんへ

質問は
イナーシャ比の上限を制限する要素は何か
です。
質問の意味にそって回答して下さい。

＞回生エネルギーが最大の問題であって”それ以外はさしたる問題では無い”
そんな事何処に私が書きましたか？
勝手に曲解しないで下さい。

＞モーターが出しうる最大加速度と最大減速度は同じ筈です
エネルギー保存の法則と全く関係有りません。
貴方はエネルギーとパワーを混同してませんか？
失礼ながら，貴方は全く物理学の基礎が解ってない様です。今の貴方と議論しても無駄です。もう一度，勉強し直す事を勧めします。

kazu_i さんへ

貴方は最初は専門家と称していました。
専門家でなくても普通の技術者は回答（２）を読めば，自分で調べるか勉強するものです。考え方が甘過ぎませんか？
貴方も物理学の初歩を勉強し直す事を勧めます。
因みに私の回答（１３）は私の物理学の知識のみから回答しています。誰からも教えて貰っていません。もっと物事を深く考える様心掛けたら良いと思います。
蛇足ですが，回答（１６）は質問の意味とは大きく外れた議論と思います。

AICAさんも回答（１４）で書いている様に，厳密にはエネルギー出入り全部，勿論ドライブの仕様も調べる必要があります。手っ取り早いのがイナーシャ上限を守る事です。
何度も同じ事を言わせないで下さい。

回答No.20

noname#230359

tatcorpさんへ
メーカに聞く前にお尋ねしたく。
私もlumiheartさんの考え方、回答（１６）をにしたがってロボットを作りました。（メーカの技術者も回答１６と同じような事を言っていた、サーボモータはブレーキ付きを使用）
特に問題を起こしていませんが、メーカのマニュアルの何処に問題点があるのですか。
まさか、ドライブ回路の仕様まで調べないと使えないと言う事ですか。
制動抵抗の必要性については初めから分かっています。特に回答（２）の時、回答（１６）のような回答をして頂けば、このように議論が発散しなかったと思います。
回生エネルギー処理の重要性は分かります。しかし、tatcorpさんの回答では具体的な数値、対策が言われていなく心配をあおるだけだと思います。

回答No.19

noname#230359

tatcropさんへ
メーカに聞く前にお尋ねしたく。
私もlumiheartさんの考え方、回答（１６）をにしたがってロボットを作りました。（メーカの技術者も回答１６と同じような事を言っていた、サーボモータはブレーキ付きを使用）
特に問題を起こしていませんが、メーカのマニュアルの何処に問題点があるのですか。
まさか、ドライブ回路の仕様まで調べないと使えないと言う事ですか。
制動抵抗の必要性については初めから分かっています。特に回答（２）の時、回答（１６）のような回答をして頂けば、このように議論が発散しなかったと思います。
回生エネルギー処理の重要性は分かります。しかし、tatcropさんの回答では具体的な数値、対策が言われていなく心配をあおるだけだと思います。

名前を間違っていました。訂正します。

回答No.18

noname#230359

tatcorpさんへ
>貴方はイナーシャ制限を運動の俊敏性の問題と捕らえています。私は回生エネルギー
>処理の問題と捕らえています。
その通りです

私は回生エネルギーの問題は”その問題も含まれる”と言う認識です
貴殿は回生エネルギーが最大の問題であって”それ以外はさしたる問題では無い”
その様に読み取れますが？
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）
エネルギー保存法則からすればモーターが出しうる最大加速度と最大減速度は同じ筈です
一般的に増設回生抵抗を付けなければ（メーカ標準）のままでは
最大加速度＞最大減速度です　tatcorpさんの仰る通りです
しかし増設抵抗を付ければイコールに近づけれるものだと思っております
tatcorpさんは増設抵抗をつけてもイコールにはほど遠いものでしかないと仰りたいのでしょうか？
私はどこまで近づけれるのかの情報は持っていません
教えていただければ幸いです

上記の如く回生問題が解決できさえすればそれは加速性能そのものがイナーシャの
最大上限値と思います

例外的に連続回生（No14さんにあるようなとか、エレベータや繊維の巻きだし機）
の機械は除外しての話ですが

回答No.17

noname#230359

lumiheart さんへ

噛み合う筈が有りません。
イナーシャ制限の本質の議論をしているのです。
貴方はイナーシャ制限を運動の俊敏性の問題と捕らえています。私は回生エネルギー処理の問題と捕らえています。

ここへ来て，回生抵抗を持ち出したという事は回生エネルギーの問題と言う事が理解出来たという事ですか？
議論のスタンスを明らかにして下さい。

正直申し上げて，貴方の回答は真摯なものと受け取れず、不愉快です。己の間違いをカムフロージュしている投稿にも感じられます。さもなければ，本当に物理学の基本を理解されていない方と思ってしまいます。

が答えは簡単ですので，一応私の見解を記述します。
各社とも自分の製品が壊されない様，ガードしています。同出力のモータ，ドライブでも各社別々の設計をし，各社毎の使用制限してる訳ですから，違ってくるのは当然です。
詳細な検討方法、計算方法はは回答（１３）（１４）にあります。貴方の投稿はこの内容を読んでないか，理解出来てないとしか思われません。もう少し勉強してから，議論に参加して下さい。

回答No.16

noname#230359

どうも何やら議論が噛合わないのですが
誰も増設の回生抵抗など不用などと発言している人は居ません
減速エネルギを吸収可能かどうかはメーカ発行のマニュアルに記載してます
減速エネルギが大きすぎる場合は増設の回生抵抗をつけるように記載してあります
問題はそのマニュアル（計算式）がどこまで信用出来るのか？だと思います
１　計算結果で増設抵抗は不用と出た、果たして本当に増設用抵抗は不用で良いのか？
２　計算結果で増設抵抗が１台必要と出た、果たして１台で良いのか？
　　それとも本当に必要なのか？

この場合の安全率は一体いくつなのか？（マニュアル記載の計算式）
具体的には
自重１ｔのトラバーサに１ｔのワークを積載、走行速度１０ｍ／ｍｉｎ、加速度１０ｍ／ｓ＾２
計算結果で
某社Ａのサーボは増設抵抗１台必要
某社Ｂのサーボは増設抵抗不用
と出た
果たしてＢ社のサーボが優秀なのかマニュアルが甘いのか？（安全率が少ないか？）
ワーク重量１．０ｔなら良かったが１．１ｔになったらそれだけで過負荷となる可能性は無いのか？

それとも増設抵抗を付けなくて更にワーク重量を１．５ｔにしても大丈夫だったとか？

回答No.15

noname#230359

１３番さんへ、
回生制動の原理は分かりました。ただ、間違っていると言われば黙っておれません。
連休明けにメーカに聞いて見たいと思います。それで、また回答したいと思います。
質問者の方へ、締め切るのはしばらく待って頂けますか。