“소형화”와 “고정밀화”는 양립할 수 없는 것인가?

소형화, 저가격화가 요구되는 정밀 측정기―과제는 동력계! ?

각종 측정기기의 개발·제조를 다루는 E사는, 경쟁력 강화를 위해 생산 라인 임베디드용의 소형 정밀 측정기의 개발 프로젝트를 시작했습니다.

E사 개발부장 M씨는 이렇게 말합니다.
"정밀 측정기는 연구 개발 및 품질 관리와 같은 부문뿐만 아니라 생산 현장으로의 도입이 진행되고 있습니다. 거기서 요구되는 것이 온도 변화가 심한 생산 현장에서도 안정된 높은 정밀도로 측정 할 수있는 고품질 측정기입니다.또, 생산 현장에의 인라인이 가능한, 컴팩트하고 게다가 저가격이 요구되고 있습니다.

이러한 용도와 이용의 확대에 따라 새로운 기술 과제도 탄생하고 있습니다.
“공장에서 사용되는 AC200V계의 전원으로 동력계를 짜면, 아무래도 제어 기기가 커져 버립니다.부품도 크게 고가.게다가, 고압의 경우에는 안전 규격도 엄격하고, 소형화의 장해가 됩니다.
그래서 동력계통을 DC48V 이하로 구성하기로 했습니다. 이것으로 제어기기의 대폭적인 소형화와 코스트 다운을 도모할 수 있다고 생각했습니다. 또, 장치를 소형화하기 위해서, 장치의 빈 스페이스에 매치하는 형상의 서보 앰프를 내제하기로 했습니다. "(M씨)
소형화와 코스트 저감의 방침이 정해진 E사는, 최적인 서보 모터를 찾는 것에.

모터의 사이즈 다운으로 발열이 크고… “소형화”와 “고정밀화”는 양립할 수 없는 것인가?

DC48V 이하로 구동 가능한 모터를 찾아 시험을 반복했지만…
“전압을 낮추었기 때문에 같은 회전수를 내기 위해서는 모터에 흐르는 전류를 늘려야 했습니다. 에서 사이즈 다운 하기로 했습니다.그것으로 모터의 발열이 커져 버렸습니다. 의 격렬한 환경에서 사용하고, 측정 정밀도를 내기 위해서도, 최대한 발열을 억제해야 했습니다만, 어느 메이커의 모터를 시험해도 허용치를 크게 웃돌아 버렸습니다.」(M씨) )

개발은 막히고, M씨는 “소형화”와 “고정밀화”의 양립이라는 어려운 과제에 머리를 안고 버립니다.

권선의 “최적 맞춤화”로 모터의 온도 상승을 억제!

해결의 실마리를 찾고 있던 M씨는, DC 서보시스템 만들고 있는 산요전기의 영업 담당자에게 컨택을 취해 이러한 과제를 상담했습니다. 그래서 「DC 서보 모터를 커스터마이즈 해 최적화합시다」라는 제안을 받아 즉시 대응을 의뢰하는 것에.

곧 산요전기는, E사의 요구 사양에 맞추어 권선 사양을 커스터마이즈한 시제품을 납품. 모터를 받은 E사는 즉시 실기에 내장 검증을 개시했습니다.

「이 장치에서는 3축 DC 모터를 사용합니다만, 3축 모두 요구 사양 딱 맞는 속도와 토크를 낼 수 있는 모터를 설계해 주셨습니다.권선을 세세하게 조정하는 노하우나 기술력의 높이에 놀라움 네.
하지만 Y축만은 조금만 온도가 허용치를 오버해 버렸습니다. 부하 효율이 나쁜 구성이었기 때문에, 목표의 회전수를 달성하기 위해서는 전류 업이 필요해, 아무래도 발열이 커져 버렸습니다. 설치 부분의 제한이 있어 모터의 용량 업은 할 수 없기 때문에, 부하 주변의 구조를 개선하기로 했습니다.
그러자 산요전기의 모터 설계자가 방열 경로나 공기의 흐름을 파악하면서 함께 발열의 문제를 생각해 조언해 주었습니다. 친분이 되어 함께 과제를 해결해주는 자세가 기뻤습니다. "(M씨)

권선 사양의 미세 조정과 기계측의 모터 방열 효율의 향상에 의해 모터 표면 온도를 10℃ 이상 저감하는 데 성공. 발열을 허용치 이내에 담을 수 있었을 때에, M씨는 장치의 소형화와 고정밀도화를 양립할 수 있다고 확신했다고 합니다.

정밀 측정기의 소형화에 성공! 설치 면적 40% 감소

게다가 산요전기는 종래기기의 풀리를 유용할 수 있도록 모터 샤프트의 커스터마이즈를 제안. 이러한 섬세한 팔로우가 결정수가 되어, E사는 산요전기 제 DC 서보 모터의 채용을 결정했습니다.

"이번 저속시의 응답성이 높은 소용량 DC 서보 모터를 사용하고, 또한 앰프를 내제함으로써 장치의 고정밀화, 소형화, 저비용화를 실현하려고 생각했습니다만, 발열 라고 생각하지 않는 벽에 부딪혀 버렸습니다만, 이러한 과제를 해결할 수 있었던 덕분에, 무사 DC 서보 모터를 사용할 수 있어 측정기의 설치 면적을 40% 저감하는 것에 성공했습니다. 또, 내제 앰프로 여분의 기능이 없어, 코스트도 30% 삭감할 수 있는 것을 알았습니다.」(M씨)

몇 달 후 무사히 측정기 개발을 마친 M씨는 이렇게 말합니다.
“굳어진 개발 목표를 달성할 수 있어 안심하고 있습니다. 세밀한 커스터마이즈에 가세해, 코스트면에의 배려까지 해 주셔, 매우 감사하고 있습니다.앞으로도 어려운 과제가 있었다 때에는 우선 산요전기와 상담해 보겠습니다.”

게시일: 2019-01-27 00:00