2019年11月06日

信号精度や強磁界下でも使える「光学式」

エンコーダには動作原理が異なる幾つものタイプが存在しますが、大きく「光学式」と「磁気/電気誘導式」に分けられます。エンコーダの役割や用途、基本的な動作原理については、本連載の第1回「モーター制御に不可欠なエンコーダ、その多様な用途」を参考にしてください。まず、光学式エンコーダの性質(長所と短所)、得意な用途を紹介しましょう。


【長所】

信号精度が物理的な寸法が決まっているスリットや反射部分で決まるため、磁気/電気誘導式よりも精度を高められる
周辺磁界による悪影響を受けないため、強い磁界を発生する用途でも使える。例えば、MRI(核磁気共鳴)装置、リニアモーター型アクチュエータなど
一般に、「インクリメンタル出力」であれば演算処理が必要ないため、磁気/電気誘導式と比較すると、高速対応が可能である

【短所】

分解能を高めるには、スリットの形成に物理的な限界がある。高分解能化するには、複雑な光学系や高精度な機構設計が必要になるため、高価格化、大型化してしまう
光を遮るようなホコリや油分などの汚染に弱い
安定した信号出力を維持するために発光素子にある程度の電流を流す必要があり、低消費電力化が難しい
【得意な用途】

信号精度が必要なサーボ制御(速度制御やベクトル制御)、精密制御
大径シャフトを使っているエレベータ用モーターや中空貫通軸モーターの制御(中空型エンコーダも製品化されているため)
高速に回転動作するモーター制御や関連したアプリケーション
MRI装置の駆動や位置決め、大径モーターを採用している各種工業装置
一方の磁気/電気誘導式エンコーダの性質は以下の通りです。

【長所】

磁界を乱さなければ、ちりやほこりのある粉じん環境下でも使える
分解能を増やすときに物理的な制約が少ないため、光学式と比較すると安価に高分解能化できる
スリットを伴う円板などを使わないため、光学式と同じ分解能であればより小型の品種を選択できる
アブソリュート(絶対位置)を出力するエンコーダを比較的安価に製作することができる
光学式と比較すると使用する電子部品が少ないため低消費電力化しやすい

【短所】

強磁界の環境では使えない
光学式と比較すると信号精度が劣る
利用する磁石の形状の自由度が低いため、一般に中空型のエンコーダを製造するのが難しい
磁石の製造にレアメタルを使っているため、今後の価格変動が不透明

【得意な用途】

ちりやほこりの多い環境で使う用途。例えば、糸くずの多い環境で使う工業用ミシンや編み機といった繊維機械
小型、軽量、高分解能といった特性が求められる用途。例えば、機器操作用ジョイスティックの動作検出
光学式と比べると電子部品の数を減らせるため、高い信頼性が求められる用途。例えば、メンテナンスを容易にしたい流量バルブ制御部分など。  


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2019年11月05日

ステッピングモーターの性能指標

1.単相通電のモーメント角の特性(静態モーメント角の特性)はステッピングモーターが通電している状態に改変されない時に、回転子が動かず、モータのデュアルシャフトに1つのモーメントが加わり、回転子がある方法に沿って一定の角度を回転させ、こんな回転子に対する電磁モーメントが静態モーメントになる。

2.起動トルクはステッピングモーターに静止定位な状態から確実に起動させ、正常に動くことができるトルタだ。

3.無負荷と負荷の起動周波数。無負荷のときに、ステッピングモーターが静止からそっと起動し、確実と安定な動きに進入することが許可された最高周波数を最高起動周波数と呼ぶ。起動周波数と負荷モーメントと関係がある。負荷モーメントが大きいほど許可された最高周波数が小さい。ステッピングモーターを選ている時、この曲線の下で実際に起動している周波数と負荷モーメントに対応する動き点が位置したら、ステッピングモーターも確実で正常に動かれる。

4.動態モーメントと「矩频特性」。ステッピングモーターが起動した後で、この回転速度が制御パルス周波数と連続に上昇し、テップアウトしない制御パルスの最高周波数は連続に動きの最高周波数とも呼ばれる。ステッピングモーターの連続に動くは負荷の増大とともに下降するが、ステッピングモーターの連続に動く周波数が起動周波数を超える。

5.スッテプ精度。我が国で生産するステッピングモーターのスッテプ精度は10~±30分の範囲であれ、さらに、あるスッテプ精度は±2~±5分を達することができる。


出典:ステッピングモーターの性能指標  


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2019年10月16日

ステッピングモーターの構造

ステッピングモーターの断面図を下図に示します。
ステッピングモーターは大きく分けてステーター(固定子)とローター(回転子)の2つの部品から構成されています。
ローターはローター1、ローター2、永久磁石の3つから構成されています。また、ローターは軸方向に磁化されており、ローター1がN極の場合、ローター2がS極となります。

モーター構造図:シャフトと平行方向の断面図

ステーターには小歯を持つ磁極があり、それぞれに巻線されています。
その巻線は向かい合った磁極でつながっており、電流を流すと同じ極性に磁化されるように巻線されています。(ある巻線に電流を流すことにより、向かい合った磁極でN極またはS極というように同極に磁化されるということです。)

向かい合った2つの磁極で1つの相を形成しています。A相からE相までの5つの相があるタイプが5相ステッピングモーター、A相とB相の2つの相があるタイプが2相ステッピングモーターと呼ばれています。
ローターの外周には50枚の小歯があり、ローター1とローター2の小歯は1/2ピッチ機械的にずれて構成されています。

励磁:モーターの巻線に電流を流した状態のこと
磁極:励磁することによって電磁石化するステーターの突出部のこと
小歯:ローターやステーターの歯のこと




  


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2019年10月16日

ステッピングモーターの基本構造と作動原理について

ステッピングモーターは電気パルス信号が角変移また線変移のオープンループ制御用のステッピングモーター部品が転化して、モーターコイルを施す電気パルス順序、頻度、及び数量を控えることによって、ステッピングモーターの転向、速度と回転角度が制御できる。直線運動で実行構造やギアボックス装置を配置して、もっと複雑に精密なリニアを制御する要求には達することができる。

ステッピングモーターは前後エンドカバー、ベアリング、中心軸、回転鉄心、固定子鉄心、固定子組立部品、スペーサー、螺子などの部品から構成される。ステピングモーターがステッピング器とも呼ばれて、電磁学原理を利用して、電能が機械能に転化されて、モーター固定子が巻き付いているコイルによって、駆動してきる。一般的な場合では、一本のコイルの針金は螺子管ともいう。モーター中で、固定子歯槽が巻きついている針金はワインディング、コイルまた相とも呼ばれる。


作動原理
ステッピングモーターは外来の制御パルスと方向信号、内部の論理電路を通して、ステッピングモーターのワインディングの控えには固定な順方向または逆方向に通電させ、モーターが順方向か逆方向に回転またはロックするように制御する。

1.8度二相ステッピングモーターが例として、二相ワインディングが電励磁を通す時に、モーター輸出軸は静止したりロックオンしたりする。定格電流のもとで、モーターに最大なトルクをロックオンさせることは保持トルクである。その一つの相のワインディングの電流が変更をすれば、モーターは固定な方向に沿って、一歩(1.8度)が回転する。同じことだが、他の相のワインディンの電流が変更をすれば、モーターは前者と逆方向に一歩(1.8度)が回転する。コイルワインディングを通す電流は次第に励磁を変更する時に、モーターが固定な方向の沿って、連続に回転して、運行精度が非常な高い。1.8度二相ステッピングモーターなら一周を回転することには200歩が必要である。

二相ステッピンクモーターはバイポーラステッピングモータとユニポーラステッピングモータという2つのワインディング形式がある。バイポーラステッピングモータの相で一つのワインディングコイルだけがある。モーターが連続に回転する時に、電流は同じなコイル中で次第に励磁を変更して、駆動電路デザインは八つの電子スイッチが必要で、順序に換える。

ユニポーラステッピングモータの相では2つの相反の極性ワインディングコイルがあって、モーターが連続に回転する時に、同じな相の2つのワインディングコイルだけを換えて電励磁をする。駆動電路デザインで四つの電子スイッチしか必要としない。バイポーラ駆動模式下で、相のワインディングコイルは100%励磁であるため、バイポーラ駆動模式下でモーターの輸出トルクはユニポーラ駆動模式より40%を高める。



出典:ステッピングモーターの基本構造と作動原理について  


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2018年11月14日

ちゃんぽん

イカ、アサリ、お肉、野菜など具沢山でボリューム満点です

  


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2018年11月12日

ブラシレスモーターとブラシモーター 構造の違い

電気モータ内部のブラシは、コミュテータ接点を介してモータ巻線に電流を供給するために使用される。 ブラシレスモータには、これらの通電整流子はありません。 ブラシレスモータ内部のフィールドは、光エンコーダなどの整流装置によってトリガされた増幅器を介して切り換えられる。

巻線は、ブラシモーター用のローター(モーターの回転部分)とブラシレスモーター用のステータ(モーターの固定部分)にあります。

電動機の外側静止部分に巻線を配置することにより、ブラシの必要性を排除することができる(スイッチング電源)  


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2018年11月07日

天ぷらかけそば

食べてみるとお蕎麦も出汁も美味しい

  


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2018年11月05日

ブラシレスモータの過去

モータの歴史は、19世紀初頭の電磁現象の発見からです。現在までには、直流(DC)モータ、誘導(インダクション)モータ、同期モータと数々のモータが開発されてきました。

ブラシレスモータは、永久磁石型同期モータとして長年の歴史がありますが、始動が難しく速度可変も難しいため高価な制御機構を使った産業用途以外普及しませんでした。近年、強力な永久磁石が開発されたこと、半導体素子によるインバータ制御が容易になったこと、及び省エネ意識の高まりや商品性の向上により、幅広い分野で急速に発展しています。(スイッチング電源)  


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2018年10月30日

ちゃんぽん焼

ボリュームもあって美味しい

  


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2018年10月29日

シフォンケーキセット

アイスクリームにフルーツもいっぱい

  


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