调速电动机 / 无刷电动机 无刷电动机的停止精度
在进行高精度定位运行的情况下，通常使用具有高停止精度的步进电动机或伺服电动机。
但是，根据使用条件和用途，无刷电动机也可以在数毫米的过转范围内停止。
在这里，我们将介绍使用无刷电动机的过转特性（代表值）来计算停止精度的方法，以及提高停止精度的有效使用方法。
停止精度是什么
停止精度是指“目标位置与停止位置之间的误差”，可以认为“停止精度 = 过转 + 偏差”。
此外，影响停止精度的因素主要有3个，下表中的红色框状态下，“过转 + 偏差”会变小。
这次我们将关注电动机可调节的转速，计算无刷电动机的停止精度。
| 因素 | 停止精度 （过转 + 偏差） |
|
|---|---|---|
| 转速 | 快 | 大 |
| 慢 | 小 | |
| 惯性负载 | 大 | 大 |
| 小 | 小 | |
| 摩擦负载 | 大 | 小 |
| 小 | 大 | |
计算条件
- 应用
- 皮带输送机
- 皮带速度
- VL = 0.05～1 [m/s]
- 电动机电源
- 单相100V
- 滚轮直径
- D = 0.1 [m]
- 滚轮质量
- m2 = 1 [kg]
- 皮带和工件的总质量
- m1 = 7 [kg]
- 外力
- FA = 0 [N]
- 滑动面的摩擦系数
- μ = 0.3
- 皮带和滚轮的效率
- η = 0.9
因为在事前的选定计算中、确认了120w电动机+减速比15的减速机可以进行工件的搬运、这次用BLE2系列的「品名 ： BLM5120HPK+5H15S+BLE2D120-A」进行讨论。
1. 停止精度的计算 ： NM = 3000r/min
我们将使用过转特性（代表值）。
这次使用的BLE2系列 120W的过转特性（代表值）请点击此处查看。
- ※ 无刷电动机 BMU系列、BLE2系列、BXⅡ系列、BLH系列的过转特性（代表值）在各产品的详细页面上公布。其他系列请咨询客户咨询中心。
1）电动机轴换算
由于图表是电动机单体的值，因此将选型计算中求得的齿轮轴的转速和惯性负载换算到电动机轴。
- ①
- 电动机轴转速
NM = NG × i = 191×15 = 2865 [r/min]
使用近似于3000r/min的黑色虚线曲线。
- ②
- 电动机轴惯性负载
JM = JG ÷ i 2 = 200×10-4÷152 ≒ 0.9×10-4 [kg・m2]
- ③
- 电动机轴过转
从①（黑色虚线曲线）和②（横轴）中读取过转（纵轴）的值，我们可以知道约为0.9±0.2 [Rev]。
2）齿轮轴换算
将1）中求得的过转换算到齿轮轴。
ORG = ORM ÷ i = （0.9±0.2）÷15 ≒ 0.06±0.013 [Rev]
3）皮带输送机轴换算
将2）中求得的过转换算到皮带输送机轴。
ORC = D × π × ORG = 100×3.14×（0.06±0.013） ≒ 19±4 [mm]
因此，我们可以推测皮带输送机的停止精度为过转19mm，偏差为±4mm。
2-1. 提高停止精度 ： 减速停止（NM = 3000r/min→1000r/min→停止）
从过转特性中也可以看出，随着转速变慢，过转会变小。
在这里，我们将计算减速后停止的过转。
与“1. 停止精度的计算”相同，读取1000r/min（蓝色虚线曲线）和0.9×10-4 [kg・m2]（横轴）的过转（纵轴）的值，我们可以知道约为0.2±0.1 [Rev]。
将这个值换算到齿轮轴。
ORG = ORM ÷ i = （0.2±0.1）÷15 ≒ 0.013±0.007 [Rev]
最后换算到皮带输送机轴。
ORC = D × π × ORG = 100×3.14×（0.013±0.007） ≒ 4±2 [mm]
因此，我们可以推测减速停止时的停止精度为过转4mm，偏差为±2mm。
（在这种情况下，除了停止位置的传感器外，减速点也需要传感器。）
2-2. 提高停止精度 ： 增大齿轮减速比（i = 15→30）
如前所述，齿轮轴的过转是电动机轴的值除以齿轮减速比的结果。
因此，通过增大减速比，可以抑制过转。
在这里，我们将计算增大减速比时的过转。
（在这种情况下，皮带的速度也将减半至Max0.5 [m/s]。）
1）电动机轴换算
- ①
- 电动机轴转速
为了与“1. 停止精度的计算 ： NM = 3000r/min”条件一致，使用3000r/min的黑色虚线曲线。
- ②
- 电动机轴惯性负载
JM = JG ÷ i 2 = 200×10-4÷302 ≒ 0.2×10-4 [kg・m2]
- ③
- 电动机轴过转
①（黑色虚线曲线）和②（横轴）中，读取过转（纵轴）的值，可以看出大约是0.6±0.2 [Rev]。
2）齿轮轴换算
1）中计算的过转转换为齿轮轴。
ORG = ORM ÷ i = （0.6±0.2）÷30 ≒ 0.02±0.007 [Rev]
3）皮带输送机轴换算
2）中计算的过转转换为皮带输送机轴。
ORC = D × π × ORG = 100×3.14×（0.02±0.007） ≒ 6±2 [mm]
因此，如果将齿轮的减速比从1/15增加到1/30，可以预测停止精度将大约是过转6mm，其偏差约为±2mm。
4. 总结
本文介绍了无刷电动机的停止精度和如何有效使用以提高停止精度的方法。
| 电动机轴转速 [r/min] | 齿轮减速比 | 皮带速度 [m/s] | 停止精度 | |
|---|---|---|---|---|
| 过转 [mm] | 偏差 [mm] | |||
| 3000 | 15 | 1 | 19 | ±4 |
| 3000 → 1000 | 15 | 1 → 0.35 | 4 | ±2 |
| 3000 | 30 | 0.5 | 6 | ±2 |
