サーボユニットとは
サーボユニットとは、サーボモーターとともに、サーボモーターを動かすために必要となる機械要素を組み合わせて、1つのユニットにしたものです。
具体的には、サーボモーターの他に2つの要素が加えられています。サーボモーターを目的の動きになるように指令を出すプログラマブルコントローラ (PLC) とPLCの指令通りにサーボモーターを動かすために必要な交流電流を供給するサーボアンプです。
また、サーボユニットの「サーボ」は、「Servant:召使い」が語源になっていると言われています。つまり、サーボユニットは、指令通りの動きをするユニットを意味します。
サーボユニットの使用用途
サーボユニットは、さまざまな産業用ロボットや工業製品の生産機械に使われています。産業用ロボットでは、自動車工場で車体の溶接や塗装をしたり、部品のピッキングなどの動きをするために、サーボユニットが使われています。
その他の産業用機械では、射出成形機、プレス機械、ラベル梱包機など、動作する機械の動きと制御のために組み込まれています。また、サーボユニットは回転運動だけでなく、往復運動にも用いられる場合が多いです。
往復運動する代表的なサーボユニットに、サーボモーターをボールネジに連結し、リニアガイドによって規制されたスライド上をボールネジのナット部と連結したテーブルを、任意の位置決めテーブルとして使用するユニットが挙げられます。
このようなシステムは一品一様に設計製作しますが、スライド長さやその推力によって、ラインナップを作成し、汎用的に使用されている場合もあります。マシニングセンサのテーブル面の様に、前後左右にプログラム通りに動かすことができるシステムは、同様のシステムが用いられたものです。
サーボユニットの原理
現在の多くのサーボモーターは、交流電流で動くACサーボモータです。ACサーボモータは、永久磁石でできたロータと、ロータを取り囲むように配置された複数の電磁石で成るステータで構成されています。ステータに交流電流を流し、電磁石のN極、S曲を順次切り替えて、ロータの回転運動を生み出します。
この交流電流をサーボモーターに送るのがサーボアンプであり、どのような動きをすべきかをサーボアンプに指令するのが、サーボコントローラです。また、サーボモーターの動きは、サーボモーターのロータに取り付けられたエンコーダで検出し、サーボアンプにフィードバック信号を送ります。
サーボユニットのその他情報
サーボモータの制御方法
サーボモーターの動きの制御方法には、位置制御、速度制御、トルク制御の3通りがあります。
1. 位置制御
位置制御は指令位置に対して、サーボモーターを高精度に移動・停止させます。数値制御旋盤や、マシニングセンタのテーブルの位置決めシステムで使われています。
2. 速度制御
速度制御は、目標速度になるようにサーボモーターを動かします。速度制御では、外部の影響によって回転速度が変化した場合にも素早く応答して、指令を修正していきます。
3. トルク制御
トルク制御は、サーボモーターが出力するトルクの大きさを制御します。トルク制御では負荷が変化しても、指令されたトルクで正確な運転になるように制御します。一定のトルクで締め付けるネジ締め機やサーボモーターの回転トルクを、ボールネジを介して、推進力に変換するプレス機などで用いられている制御方法です。
なお、サーボユニットは閉ループ制御という分類の制御システムです。閉ループ制御はフィードバック指令が加えられることによって、外乱などの影響を受けにくいのが特徴です。つまり、サーボユニットは、高精度な位置決めを実現できるユニットといえます。
参考文献
https://www.fujielectric.co.jp/products/column/servo/servo_01.html
https://www.keyence.co.jp/products/controls/motor/sv2/
https://www.jam-net.co.jp/product/press/list12/