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モータ制御 The ビギニング

定価(税込)  1,944円

著者
サイズ A5判
ページ数 184頁
ISBNコード 978-4-526-07458-5
コード C3053
発行月 2015年09月
ジャンル 機械

内容

本書は、機械設計者がモータを使いこなすために必要な、「これだけは知っておかなければいけない」モータとその周辺の知識について、イラストや図面、写真を用いて、楽しく、やさしく、わかりやすく紹介する本。とくにモータ周辺の回路、部品それぞれの選定について丁寧に説明。学生から現場の初級技術者にまで役立つ内容になっている。また、モータカタログの見方、制御の基本など、実務上、役立つ工夫に満ちている。

西田麻美  著者プロフィール

(にしだ まみ)
電気通信大学大学院電気通信学研究科知能機械工学専攻博士後期課程修了、工学博士。国内外の中小企業や大手企業に従事しながら、手のひらサイズから宇宙規模までの機械設計・開発・研究業務を一貫し、数々の機器・機械を長年に渡って手がける。また、各種専門学校の講師として従事しながら各企業の技術指導および新製品開発の立ち上げを専門に技術コンサルティングを行う。
2010年より関東学院大学工学部機械工学科専任講師に就任。NPO法人自動化推進協会常任理事、技術委員長。
主な著書:
「メカトロニクス The ビギニング~ 「機械」と「電子電気」と「情報」の基礎レシピ」、
「メカトロニクス The 欲張りドリル~ 「機械」と「電子電気」と「情報」のテーマと問題」
改訂新版「自動化機構300選―制御回路付き―」
「メカトロニクス The 設計・開発プロジェクトツアー」
「プロジェクトリーダー「The 虎の巻」」
「今日からモノ知りシリーズ トコトンやさしい機械設計の本」(共著)
(以上、日刊工業新聞社)
(メカLab http://mami-platinalink.com/)

目次

第1章 モータ制御のための基礎知識について知っておくべきこと
モータを制御するための基本構成
モータ制御を制するための必須6要素技術!
モータはエネルギー変換機器である
モータのエネルギー効率を考慮する
モータの性能を表すトルクと回転数
モータに関する諸々の単位
モータ制御の目的とトルク制御/速度制御/位置制御
高精度・高速を狙ったサーボ機構
サーボ機構を作る要素群
モータの状態を検知するセンサ(1)
モータの状態を検知するセンサ(2)
位置決めに関する制御方式と特徴
モータ制御のインナーループとアウターループ(1)
モータ制御のインナーループとアウターループ(2)
アナログ制御とデジタル制御
パワー(出力)によるモータの分類
動力別によるモータの分類
電源によるモータの分類
使用目的・特徴によるモータの分類
目的別にモータを選定しましょう
モータの運転範囲を比較しましょう

第2章 モータについて知っておくべきこと
第2章-1 DCモータについて知っておくべきこと
DCモータの回転する仕組み
DCモータの構造
DCモータの分類
整流子・ブラシ付DCモータ
ブラシレスDCモータ
リニアモータ
DCモータの長所
DCモータの短所
ブラシレスDCモータの欠点とコギングトルク
ブラシ付DCモータvsブラシレスDCモータ
DCモータの特性グラフ
DCモータの特性図の読み方(1)
DCモータの特性図の読み方(2)
DCモータの特性図の読み方(3)
DCモータのデータシートの見方(1)
DCモータのデータシートの見方(2)
モータのデータシートとドライバ仕様の比較
DCモータでよく使われるPWM制御
PWM制御のもとになっているON-OFF制御
DCモータの用語説明

第2章-2 ACモータについて知っておくべきこと
ACモータの回転する仕組み
ACモータの構造
ACモータの効率と力率
ACモータの種類
誘導モータには単相と三相がある
用途によって使い分ける誘導モータ
同期速度と極数
誘導モータはすべりがないと回転しない
同期モータ(シンクロナスモータ)
整流子モータ(ユニバーサルモータ)
ACモータの長所と短所
ACモータの特性図の読み方(1)
ACモータの特性図の読み方(2)
ACモータの特性図の読み方(3)
ACモータでよく使われるインバータ制御
いろいろなインバータ制御方式
高度なテクニックのベクトル制御
ACモータを表す「枠番」

第2章-3 ステッピングモータについて知っておくべきこと
ステッピングモータの回転する仕組み
ステッピングモータの構造
磁気回路(ロータ構造)の基本構成
巻線の違いによる基本構成
スタータ(固定子)の基本構成~鉄心の数の違い~
励磁モードの基本方式~与える信号の違い~
ステッピングモータの種類
ステッピングモータの長所と短所
センサレスのステッピングモータ(長所)
ステッピングモータの脱調(短所)
ステッピングモータの特性図の読み方(1)
ステッピングモータの特性図の読み方(2)
ステッピングモータの特性図の読み方(3)
ステッピングモータの特性図の読み方(4)
ステッピングモータの基本用語(1)
ステッピングモータの基本用語(2)
ステッピングモータの基本用語(3)
ステッピングモータのカタログ
ステッピングモータの台形駆動制御
ステッピングモータのマイクロステップ制御
ステッピングモータの定電圧駆動と定電流駆動

第2章-4 サーボモータについて知っておくべきこと
サーボモータの構造
サーボモータの性能を左右するエンコーダ
サーボモータの構成要素
サーボモータの特徴と駆動システムの設計
サーボモータのカタログと重要項目
サーボアンプのカタログと重要項目
サーボモータのカタログに使われる用語説明
モータの応答性を表す機械的時定数
カタログの仕様から考察するStep(1)
カタログの仕様から考察するStep(2)
カタログの仕様から考察するStep(3)
モータ制御の分類
古典制御と現代制御
フィードバック制御
定値制御と追従制御
フィードバック制御といえばPID制御
比例ゲイン・積分ゲイン・微分ゲイン調整
サーボシステムのPID制御
これだけは知っておこうPID制御の目的
これだけは知っておこう伝達関数のポイント

第3章 負荷・メカニズムについて知っておくべきこと
製品機械と産業機械~モータ制御の位置づけ~
メカニズム(カム)とモータ制御の使い分け
動力を伝達するメカニズム
機械動作の速度、加速度、変位特性
滑らかに機械を動かすポイント
機械を動かす運動パターン
モータ選定で重要な速度特性
等速運動と末端減速運動型
ひとくちメモ:台形駆動制御
ひとくちメモ:S字台形制御
台形制御の演習問題(1)
台形制御の演習問題(2)
台形制御の演習問題(3)
等速運動型の事例(ラック・アンド・ピニオン)
末端減速型の事例(クランク機構)
負荷を考慮するということ
慣性モーメント(イナーシャ)とは
回転制御でイナーシャが重要な理由
サーボモータとステッピングモータの許容負荷イナーシャ
慣性モーメントが大きい駆動系の注意事項
大きい慣性モーメントに関するDB機能・回生処理・許容負荷イナーシャ
負荷慣性モーメントの求め方
負荷慣性モーメントを求めてみよう
負荷慣性モーメントの解答
ボールねじ駆動とベルトプーリ駆動の留意点
バックラッシとロストモーション
位置決め精度とその種類

第4章 電気系の基礎についてこれだけは知っておくべきこと
電気系三種の神器、オームの法則をちゃんと知る
電圧源と電流源の基礎知識
モータ駆動は電圧源による電流制御
モータに電気エネルギーを供給する電源
交流の実効値/遅れ位相と進み位相
モータ制御で使うDC電源と用途
モータ制御で使うAC電源と用途
DC電源とAC電源の利点と欠点
指令信号の種類 デジタル信号とアナログ信号
指令信号の種類 電流信号と電圧信号
アナログ/デジタル変換とデジタル/アナログ変換
デジタル出力 パルス列
駆動回路(ドライバ)の基礎知識
DCモータのドライバ
ACモータのドライバ
ステッピングモータのドライバ
ステッピングモータのドライバ②(仕組みと役割)
サーボモータのドライバ(サーボアンプ)
サーボアンプとコントローラの役割
コントローラの概要
サーボモータのコントローラ
マイクロコンピュータ(マイコン)
プログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)
プログラム機能(PLCとマイコンの違い)
PLCとマイコンの応用
現在の機械システムとモータ制御の応用
モーションの種類

第5章 サーボモータの選定手順について知っておくべきこと
サーボモータの選定に重要なこと
サーボモータの選定手順
①サーボ機構を確認する
②機械の仕様を書きだす (1)
②機械の仕様を書きだす (2)
③速度線図を作成する
④運動パターンの決定
⑤モータの回転速度を求める
⑥負荷トルクを求める
⑦慣性モーメントを求める(1)
⑦慣性モーメントを求める(2)
⑦慣性モーメントを求める(3)
⑧モータの出力を求める
⑨サーボモータの仮選定
⑩所要加速トルクと所要減速トルクのチェック
⑪モータの容量のチェック
⑫トルク線図を作成する
直線運動系と回転運動系の公式

はじめに

世の中のほとんどの機械は
電気で動いて、コントロールされています。
こうしたメカトロニクス製品の主な動力として
使われているのがモータです。
今やモータは、機械設計技術者(メカ屋)にとって
必要不可欠な技術の一つです。

一言でモータ制御といっても、
その技術は複雑で奥深く、広範囲に渡っています。
しかしながら、実務では、電気技術者が
モータを扱っていることが多く、
書籍のほとんどが電気技術者向けに記述されています。
現状として、メカ屋さんにとって学習するときには
労力を要するところだと思います。

そこで本書は、
メカ屋として実際の現場でモータを使いこなし、
機械を思い通りに動かすという立場に立って
『モータ制御とはなにか』
『モータの基本的な特性と特徴』
『モータの選定と留意点』
『機械・電気・制御に共通する基礎知識』
について、必須だと思うものを抽出して、
筆者流の目線でギュッと凝縮し、記述しました。

また、多忙な技術者、初心者でも効率的に
モータ制御について学べるように
1ページ完結にしてわかりやすく解説しています。

これからモータ制御を学ぼうとする方、
実際にモータを扱うようになった方、
モータに興味がある方々が
モータ制御の本質を理解し、
自信を持って選定できるような
強い味方となる一冊になれば幸いです。

2015年8月  
西田麻美 工学博士

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