ちょうどいい機械を作ります │ コラムのページ

製造から２０年くらいの巻取機のモーター修理を依頼されました。

 

その巻取機には動力として直流モーターが使われていましたが、メーカーに確認したところもうパーツの生産は終了していて、部品も欠品という回答だったため、軽い気持ちでモーターをベクトルインバーターモーターに交換しました。１０００ｋｇくらいの張力が必要な巻取機なので、２２ｋｗのベクトルインバーターモーターを使用しましたが、これがまた苦労しました。

 

モーター自体は最新なので、張力や速度、温度など様々な情報がフィードバック出来て、三菱電機のＦＸシリーズのシーケンサーとも相性バッチシ！液晶画面に様々な情報が表示できるのも面白いですね。

 

作業自体はそれほど難しくなくて、モーターサイズが違うので下駄をはかせて高さを調整したくらいですかね、サクサクと終了しました。
そして試運転した結果．．．全く正常に動かないのです。

最初の不都合は想定しているパワーが出ないのです。

 

モーター制御用のドライバには、モーターを壊さない為に様々なインターロックがかかっているので、パラメーターに不都合があると出力をセーブしてしまうのです。
例えば起動スイッチを押してから、回転が上昇する過程で、ゼロ回転から動き始める部分は一気に出力が上がると、テンションが一気にかかってしまうため「クッションスタート」制御で柔らかくスタートさせるのですが、張力がかかった状態でゆっくりスタートさせるということは、交流周波数の少ない状態で負荷をかけることになるので、モーターは負荷の許容値を超えたと判断しインターロックが働き出力を低下させてしまうのです、そうなれば「スタートできない」ということになって機械は停止してしまうのです。

 

クッションスタートをやめて一気にパワーをかけると正常に動作するのですが、いきなりガツンと引っ張ってしまう事になるため、クッションスタートは必要でなんとか対処を考えました。
１００以上あるあるインターロックを解析して無効化し、モーターの負荷が許容範囲を超えるけど、一瞬のことだからロックしないでね（笑）とインターロックを解除するのです。

 

その作業がまあ大変なのです。回転の上昇だけでなく、減速時にもインターロックが働き張力が抜けてしまったり、急な負荷の変化でもしかりで、いたちごっこが続いてしまいましたが、おかげでいい経験ができました、次につながるのでそれもまた良しですね。

なんとか動作はするようになりましたが、実際に材料を巻き付けて運転すると回転がスムーズでなく、細かくハンチングしてしまうのです。

 

巻取機は本体の加工機のスピードをパルスでフィードバックさせ、同期させながら材料を巻き取っていくのですが、このベクトルインバーターモータは性能が良すぎて、本体の機械のスピードを正確にトレースしようと頑張ってしまうのですが、追いつくわけがなくワンテンポ遅れるのですが、遅れを取り戻そうと出力を上げたり下げたりを瞬間的に制御するため、結果細かいハンチングという現象が出てしまうようです。

 

ベクトルインバーターモーターは高速な制御に対応できる性能があるので、巻取機のような比較的ダルな機械には敏感すぎるようですね、せっかくの反応速度をユルーく設定して無事解決しました。

減速時のエラーは最初原因がわからなくてテンパってしまったのですが、過電圧が原因でした。

 

今まではブレーキが必要な場合は、物理的なブレーキとエアシリンダーを取り付けて、エアー圧で減速調整をしていましたが、この最新のモータには、逆転ブレーキが使用できると技術仕様にあったため、物理的なブレーキは取り付けませんでした。部品点数が減ればコストの削減にもなるし、故障の発生源も少なくすることができます。現にブレーキパッドは消耗品なのです。

 

逆転ブレーキとはモーターに逆回転のトルクを発生させることでブレーキをかけるのですが、逆回転の出力をかけながら正転させるため、モーターが発電機となって電気を発電してしまうのです。
これが悪さをしてしまい、この発電してしまった電気をどっかに捨ててしまわないと、回路内が過電圧となってしまい故障してしまうので、お得意のインターロックがかかって機械が停止してしまうのです。

 

結局メーカー泣きついたところ、回生電流を処理するフィルターを追加してくださいとのことで、余計な費用が掛かってしまいましたが解決しました．．．が物理ブレーキを取り付けるよりは安価に上がったということでOKかなー

 

勉強になります

ベクトルインバーターモーターはどうかといえば、結論としていいモーターです、ただ高性能なので、機械に組み込む段階でそれなりのスキルが必要です。

 

サーボモーターと比較した場合、１０ｋｗ以下なら迷わずサーボモーターを使いますね、ドライバも熟成しているし自由度も高いように感じます。
しかし10kwを超えた場合、出力の特性からベクトルインバーターモーターはとてもメリットがあります。なんといっても出力と価格の比率で考えても、高出力なサーボモーターなんて高価すぎてなかなか使いにくいのですが、ベクトルインバーターモーターは圧倒的に安いのが特徴です。

 

だからこれからもベクトルインバーターモーターを積極的に使用していきたいと考えています。

 

とても気難しい性格のベクトルインバーターモーターを調教するためには、設計の時点で工夫する必要があることが分かりました。

 

まずは何といっても「逃げ」を作ってやることが大切ですね、このコラムでは多くは語れませんが、使っていくにつれコツがわかってきました。
最初はシーケンサーで何とか抑え込んでやろうかと制御に四苦八苦しましたが、その多くが設計で対処することが可能となりました。

 

このモーターに限らず、モーターの出力比率は１０：１程度なので、１０００ｋｇの最大出力を得るためには最低出力は１００ｋｇとなります。
だからスタートしてから１００ｋｇまでの間の領域は不安定でたくさんの問題が発生するのです。

 

この領域はインバーター周波数が５Ｈｚ以下の領域といえばだいたいわかると思います。
だからこの部分をうまく処理してやることで、急に聞き分けのいい子になってくれるのです。

 

いい経験させていただきありがとうございます。