リニア駆動の速度制御方法について
- リニア駆動する機構部品を検討中ですが、速度制御方法において疑問があります。
- リニア駆動は高精度かつ速く目標位置まで移動する機構として知られていますが、必要な推力をキープしたままで移動速度を遅くする方法はあるのでしょうか。
- 具体的には、20Nの推力で500mmを3～4秒で移動させたいと考えています。アドバイスや解決手法がありましたら教えてください。
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リニア駆動における速度制御方法の件
現在リニア駆動する機構部品を検討中です。 リニア駆動を設計するのは今回が初めてで、全くの素人です。 リニア駆動と言えば、高精度でかつ速く目標の位置まで移動する機構という印象なのですが、例えば必要な推力はキープしたままで、移動速度を遅くする方法って何かあるのでしょうか？ 具体的には20Nくらいの推力が発生し、500mm間を3～4秒あたりで移動させたいと考えております。 以上お手数をお掛け致しますが、アドバイス/解決手法等ございましたらご教示頂きたく、よろしくお願い申し上げます。
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＞また今回はシステムを購入せず、磁石/可動子/ヨークなどそれぞれ単品部品で購入し ご予算は何億円？ 新規開発するより完成品を買った方が遥かに安価 http://m-linkmotor.com/?page_id=1111 http://www.aerotechkk.co.jp/products/motors/linear_motors.html http://www.danahermotion.co.jp/product_linear.html#about-product それと ＞静粛性、メンテフリーなどの観点から ボールネジ寿命とリニアガイド寿命とどれくらい違う？ ＞500mm間を3～4秒 こんな遅い速度で想定寿命は何百年？ それとも、普通のモータが使えない高温環境とか？真空チャンバー内とか？ ボールネジから発生するコンタミが問題となる超超クリーンルームとか？ ＞必要な推力はキープしたままで、移動速度を遅くする方法って何かあるのでしょうか？ リニアモータの動作原理はごく普通のステッピングモータと同じです 従ってリニアモータドライバはステッピングモータドライバとほぼ同じです ステッピングモータはゼロｒｐｍでも最大トルクを発生できます http://www.orientalmotor.co.jp/tech/teruyo/vol21/ http://www.orientalmotor.co.jp/tech/teruyo/vol29/ リニアモータの駆動回路は実はチャッチィもんなんです [K-07024] Ｌ６４７０使用 ステッピングモータードライブキット 保守品 1ｷｯﾄ ￥1,800 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-07024/ http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05373/ 原理的にはこれと同等 それが産業機械用スペックになるとケタが増える https://www.orientalmotor.co.jp/products/detail.action?hinmei=CRK543AP&seriesCd=HK00 モーターユニット CRK543AP 29,500円 モーターとドライバがセットなので単純比較は出来ないが ＞開発していますので、億単位での開発とはなっていません。 それでも、モータドライバ開発費数百万掛ける覚悟は必要でしょう ＞実は自動車用で検討しております。 まさかの車載用？ やっぱり常識的に自動車製造設備？ ＞5年/10年たってもリニア駆動の車載部品が世に出ていなければ、 所謂、カムレスエンジン https://www.jstage.jst.go.jp/article/jfps/37/4/37_4_50/_pdf http://tokkyoj.com/data/tk2012-26300.shtml かなり昔にバルブをリニアモータで直接駆動する話題があったのだが、実用化された話は聞かない 当時の貧弱なマイコンではバルブ応答速度が上げれなかったので、開発中止になったのであろうが 最新の高速マイコンとネオジ超強力磁石によりそれらの問題は解決可能なのでは？ 油圧駆動よりは高速精密制御可能と思うのだが？
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150～200mm/secで推力20Nは 工業製品なのでしょうか？研究用でしょうか？ 昔は、1mあたり100万もしてなかなか手の出せる代物ではなかったのですが。 昨今、物によっては20万程度で使えるようになりました。（数でかなり変動しますが） 精度はどの程度必要でしょうか？ コンマ代、ミクロンオーダー、サブミクロン ｻｰﾎﾞﾓｰﾀに減速入れるのがよいかと思います。 ﾓｰﾀｴﾝｺｰﾀﾞでは補えない絶対精度が必要であれば、 ｽﾗｲﾀﾞに別のｽｹｰﾙ用ﾘｰﾄﾞﾍｯﾄﾞを持たせるのも手ですね。 ﾏｸﾞﾈｽｹｰﾙ（ｿﾆｰ）や光学系ｽｹｰﾙ（ﾐﾂﾄﾖ）なんか良く使ってました。 他の方の仰る通り、ｺｽﾄﾊﾟﾌｫｰﾏﾝｽは仕様決めで十分吟味する必要がありますね。 常に同じ位置の繰り返し精度が必要であれば、 ｴｱｼﾘﾝﾀﾞでｽﾄｯﾊﾟつけても、そこそこ使えますよ。
お礼
ＫＡ様 ご回答ありがとうございます。 実は自動車用で検討しております。 恐らく大半の方がなぜリニア？？？ といった感想をお持ちになるだろうと思いますが、色々と検討を 進める中でリニアも１つの手法として使えそうだと考えたからです。 (開発中の為、細かな説明は割愛させて頂きます) コストに関しては今回の速度制御を除いた部分でのざっくり試算では 全くダメというレベルではなかったのですが、制御方法によっては コストメリット無しになる可能性も十分あり得ますね。 他の方の意見にあるようにリニア駆動検討そのものを見直す必要が あるかもしれません。
>>必要な推力はキープしたままで、移動速度を遅くする方法って何かあるのでしょうか 低速度・高トルクが難しいのです 今は小学校で手巻きモータ作らないのかな http://www.youtube.com/watch?v=2I7jUIk2svY フレミング左手の法則 http://type82.k-hsu.net/railway/tecnic/freming.htm
お礼
ははは様 ご回答ありがとうございます。 難しいのは十分承知していますが、どうにかして実現出来ないものか 考えている中で色んな方のご意見を聞きたいと思い、質問を投稿させて いただいた次第です。 しかしながら様々な意見を確認した結果、リニア検討を進めるのかは再考した方が良いようですね。
リニア駆動は装置高と電気食いなど欠点もあり、しかもこの場合はスピード／推力／距離 と多くの面でリニアの長所を生かせないと思います。 リニアモータに挑戦 新世代アクチュエータ：リニアモータの応用事例 http://koza.misumi.jp/lca/2005/01/193_31.html やや古い資料ながら技術要点を網羅して解説。リニア駆動の市販標準ユニットは今でも増えてない。 その一方でデジカメの自動焦点、手ブレキャンセルなど小型製品のリニア駆動は進化し電磁モータ以外でも開発される。
お礼
岩魚内様 ご回答ありがとうございます。 やはりみなさんの意見にあるようにリニア駆動検討が良いのかどうか 改めて考える必要がありそうですね。
まあ、簡単に考えると、 ? 総コスト比較で検討する（当然の内容です） ? 高精度の位置決めは、ボールねじ使用する ですが、ロングストロークになると、ボールねじの強度を増すために、径が大きくなり、 結局径を大きくした分も含め、動力が大きくなり、自分（ボールねじ）で自分 （ボールねじ）の首を締める設計になる ? ?を避けるために、親亀の背中に子亀を乗せ、子亀の背中に孫亀を乗せて、長さ （ストローク）を三等分させて、汎用性があるボールねじを使用し、3個のサーボと 3個のコントローラーを使用して、設備構築する ? リニアサーボを使用し、リニアエンコーダーを使用し、リニア専用のコントローラー で制御する ボールねじは不要だが、500mmの移動距離なら、ボールねじ＆サーボモータの方が 圧倒的に安価です それに、500mm÷（3～4秒）＜ 200mm/秒なので、シリンダでも可能な速度なので、 それ程高速走行でもない 以上が理由ですし、回答（1）の云いたいことと思う。 リニアサーボは、三菱電機（コントローラー含む） リニアスケールは、ソニー（経営難で、売却したかな？？） が、王道の一つかな？
お礼
後(ご)の先(せん)、アフターユー様 ご回答ありがとうございます。 やはりボールねじですか・・・ ご指摘いただいた内容踏まえまして、改めて検討したいと思います。
ストローク500mm程度であれば、リニアモータを使わなくても、 普通の回転モータとボールねじを使った直動機構が適用できそうに 思います。 ＞必要な推力はキープしたままで、移動速度を遅くする方法 回転モータを使うにしろ、リニアモータを使うにしろ、 ご質問者さんが心配しなくても、直動機構のシステムを購入すれば そのような機能は備わっていると思います。 参考になりそうな資料を貼っておきます。 ◆アクチュエータの選択（基本的なこと） http://www.mech.tohoku-gakuin.ac.jp/rde/contents/course/rdme/mechatronics.html ◆具体的なデモンストレーション http://www.orientalmotor.co.jp/showroom/ リニアモーター方式の直動機構システムの例です http://www.ea-thk.com/?q=ea_jp/node/1167 このようなシステムに使われている、磁石/可動子/ヨークなどそれぞれ単品 部品で購入できればご希望のような構成ができると思いますが、入手は困難 と思います。部品が入手できなければ、リニアモータ全体を新規設計する ことになろうかと思います。 更に、駆動回路系、制御系など新規の開発・設計要素が盛りだくさんです。 既存品を改造して利用することも選択肢とは思いますが、当然にメーカーの サポート外です。従って、個々の問題に対しては、ご自身で対処していく ことが必要です。 どの程度の売上げを目指す製品であるか、開発投資（期間）がどの程度 許されるかを、御社の現在お持ちの技術と比較して冷静にご判断になる ことをお勧めします。 ◆要求仕様に適合しそうな製品例 http://www.pulsemotor.com/products/shaftmotor/motor/s160/s160q.html 大変失礼ながら、次のように御社の技術的な背景を説明なされば、リニアモ ータの採用は適切ではない旨の回答がつくことは予想の範囲と思います。 ＞リニア駆動を設計するのは今回が初めてで、全くの素人です。 このサイトをウォッチしている回答者から、応援を得たいならば、御社内で 検討した結果を可能な範囲で開示してコメントを求めることがよさそうに 感じます。 一般論として、モータの原理からして、低速域の推力確保は難しいと言われ ますが、程度の問題と思います。静止状態或いは微速状態で必要な推力を 設計の必要条件としてリニアモータの仕様を決定すればよさそうに思いま すが如何でしょうか。
お礼
ohkawa様 確かに各単品部品をメーカーから購入するのは難しそうですね。 現状リニア全体の設計構想はある程度完成しており、後は速度制御が大きな 問題といった所です。 それが本当に実現可能か(開発完了がスケジュール通り出来るか？)含め 進めべきか/諦めるべきか判断したいと思います。 色々とアドバイス頂き、ありがとうございました。 ohkawa様 確かに素人が何を言っているんだと思われても仕方ありません。 経緯としては誰もやった事のない物を作ってみようという所から スタートし、今に至るという状況です。 ohkawa様のご指摘内容はごもっともな意見だと思います。 お忙しい時間の中、このようにご回答いただきました皆様には ご迷惑をお掛けしたと感じています。 今後投稿する際は気を付けるように致します。
補足
ohkawa様 ご回答ありがとうございます。 一部説明漏れがございましたので、補足説明させて頂きます。 ボールねじも検討案の１つだったのですが、静粛性、メンテフリーなどの観点からリニア駆動を選択しました。 また今回はシステムを購入せず、磁石/可動子/ヨークなどそれぞれ単品部品で購入し、システム化するつもりです。 その為、減速機構などもこちらで検討し設計する必要があるのです。 もし減速機構(組み込み式の制御基板)などあればそれを買って取付けるのも一つの手法かもしれません。 色々なメーカーを調べてみる価値はありそうですね。
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お礼
lumiheart様 ご回答ありがとうございます。 実際のところは磁石や可動子の必要要求などを各メーカーと摺合せを行って 開発していますので、億単位での開発とはなっていません。 あと今回はR150～200くらいで湾曲させて使用したいのでボールねじでは きついかなと考えていました。 但しみなさんの意見にあるようにリニアを検討する前に改めて他の駆動方法 含め再考する必要がありそうですね。 lumiheart様 実はまさかの車載用で検討しています。 とは言っても1年/2年で量産化は無理だとは思ってます。 機構以外にも、ラジオノイズや他電装系部品への影響など見えない部分が 多いので。 仮に量産出来たとしても数年先の話になるかと。 5年/10年たってもリニア駆動の車載部品が世に出ていなければ、やはり 途中で開発が失敗したんだなと思っていて下さい(笑) lumiheart様 過去にこのような案件があったのですね。 知りませんでした。 確かに現在では部品性能も格段に良くなっていますので、当時不可能であった 物も今ではもしかしたら成立するかもしれませんね。 へこたれず頑張ってみます。 色々とありがとうございました。