【効率】モデルベース開発とモータ その4【損失】

モーター

バックナンバーはこちら

スポンサーリンク

はじめに

仕事率、トルク、角速度、回転数の話が終わり、残りは効率の話となる。
しかし、効率は条件よって変わることが多い上、結構難解であることが多い。

スポンサーリンク

登場人物

博識フクロウのフクさん

イラストACにて公開の「kino_k」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=iKciwKA9&area=1

エンジニア歴8年の太郎くん

イラストACにて公開の「しのみ」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=uCKphAW2&area=1

スポンサーリンク

モデルベース開発と効率\(μ\)

太郎くん
太郎くん

で、説明方法は思いついた?

フクさん
フクさん

(相変わらずの他力本願っぷりだなぁ)

フクさん
フクさん

一応。
ただし、やはり一般的な解は出ないので、

どういう要素があるかを説明していこうと思う。

太郎くん
太郎くん

がんばって!

フクさん
フクさん

まずはおさらい。

$$電圧E×電流I×効率μ=トルクT×角速度ω$$

太郎くん
太郎くん

2,3回前くらいに出たやつだね。

フクさん
フクさん

これから分かるように、モータは仕事率(電力、動力)の伝達で大よそのことが表現できる。
問題は効率\(μ\)が固定では無いところ。
効率\(μ\)はモータ都合だけで見ても0[%]~60[%]の振れ幅がある。

効率\(μ\)は様々な損失の結果として決定する値であり、
損失を特定して効率\(μ\)の精度を上げていくことがモデルベース開発の基本アプローチとなる。

太郎くん
太郎くん

あ、

元々はモデルベース開発をするために始まった話だった。

フクさん
フクさん

(完全に忘れていたな。タイトルにも書いてあるというのに・・・。)

フクさん
フクさん

効率\(μ\)を決定づける損失を特定するにはモータを回す各部品を把握する必要がある。

太郎くん
太郎くん

モータ以外も考えないといけないの?

フクさん
フクさん

当然だろう。

モータだけで空転させてなんか意味あるのか?

太郎くん
太郎くん

まぁ、

何かを動かしたいからモータを使うんだから、

空転じゃ意味ないよね・・・。

スポンサーリンク

各種損失

フクさん
フクさん

損失の種類をざっと言うとこんな感じだ。

  • 電気回路
    • FET等のスイッチング損失
  • モータ
    • 銅損
      • ジュール熱
    • 鉄損
      • ヒステリシス損
      • 渦電流損
    • 力率
    • 逆起電力
  • 駆動伝達部品(ギア等)
    • 機械損
      • 摩擦
      • バックラッシュ
  • 外部仕事先
    • 摩擦
    • 摺動抵抗
太郎くん
太郎くん

ぎゃーーーーー!

フクさん
フクさん

あ、太郎くんが壊れた!

太郎くん
太郎くん

殺す気か!

フクさん
フクさん

仕方がないなー。
ちょっと絵を書いてみたよ。

太郎くん
太郎くん

なんだ。

ちゃんと絵があるじゃないか。

これを先に出してもらわないと困るよ!

フクさん
フクさん

(なんだろう。

これは怒ってもいいところな気がするが怒れない。

怒るアイコンが用意されて無いからだな。)

フクさん
フクさん

とりあえず、難解ってところはわかったよね。

太郎くん
太郎くん

うん。

これは殺人級に難解だ。

危うく殺されるところだった。

フクさん
フクさん

なので、いっそのこと考えないことにする。

太郎くん
太郎くん

あれ?

僕も同じこと思ったよ。

僕もやっとフクさんの領域にたどり着いたということだね!!

フクさん
フクさん

(怒るアイコンが欲しい。超欲しい。)

フクさん
フクさん

まぁどこまで精度を求めるか次第なんだよね。

太郎くん
太郎くん

精度?

スポンサーリンク

求めるリアルさ

フクさん
フクさん

例えば、
「PID制御の応答性を確認したい」を目的とした場合、
回転数に比例した損失っぽいものがあれば、ある程度証明ができるんだ。

太郎くん
太郎くん

まぁ追従性の確認ができればOKな場合が多そうだね。

フクさん
フクさん

バックラッシュなんかは、

回転し始めは動力を伝達しないような不感帯を置いても良い。

バックラッシュ(Backlash, バックラッシとも呼ぶ)とは、機械に用いられる送りねじ、歯車等の互いにはまり合って運動する機械要素において、運動方向に意図して設けられた隙間の事。この隙間が無ければ歯同士が干渉し、回す事ができなくなるが、ある方向に回転していたものを反対方向に回転させた時、寸法のずれや衝撃が生じる事がある。旋盤や、フライス盤等の工作機械を使用した加工の際は、工作機械が持つバックラッシュを考慮して寸法の調整をしなければならない。

また、バックラッシュは磨耗により増大するため、振動や騒音の発生及び機械の寿命を低下させる原因となる。

Wikipediaより

太郎くん
太郎くん

わからないなりの工夫がいるってことだね。

フクさん
フクさん

そうそう。
「わからないけど、何かしらパラメータがあるはずだ」
って形で変数を置いておいて、
実機で動かした結果を元に後で微調整しても良い。

太郎くん
太郎くん

なるほど。

最初から全部をシミュレーションしないというものOKなんだ。

フクさん
フクさん

理想は全部できたら良いけど、
そこは目的だったり、

時間だったり、

お金だったり、

取捨選択していく方が現実的だね。

太郎くん
太郎くん

よし、

一旦精度を無視した状態であれば、やれそうな気がしてきた!

フクさん
フクさん

そうだね。「まずはやってみる」というのも大事だね。
変にこだわると、
不要なリアルさを求め、

必要なリアルさが欠落するリスクが増えるしね。

太郎くん
太郎くん

「まずはやってみる」よ。

フクさん
フクさん

モチベ―ジョンが上がっているところ申し訳ないんだけど、

もうちょっとあるんだよね。

太郎くん
太郎くん

(これは次回に続くパターン!)

スポンサーリンク

まとめ

フクさん
フクさん

今回のまとめ

  • 効率\(μ\)を決定づける損失は多数存在。
  • 損失は「回転数に比例する」、「回転し始めだけ不感帯が存在する」ような感じでそれっぽければ良いことが多い。
  • 最初はリアルさを求めず、パラメータだけ特定して徐々にリアルさを求めても良い。

バックナンバーはこちら

コメント

タイトルとURLをコピーしました