振動試験機にサーボモータリニアアクチュエータを搭載するために
サーボモータは、時々刻々と変化する目標に対して、制御する対象を追従させていくことが容易に出来るように設計されたモータの総称です。
サーボモータは、多くの生産ラインにロボットや、ＮＣ工作機械等に使用されていますが、このサーボモータを振動試験機に搭載するためには、２つの大きなポイントがあります。
第一は、サーボモータのトルクと応答性の課題です。振動試験機に搭載されるサーボモータには、トルクの最大化と回転子（ローター）の応答性能の２つの相反する性能が要求されますが、トルクを最大化するには、ロータの周囲に発生する磁束密度を増加させる必要があります。これを行うと通常はロータの回転径は大きくなり、応答性能は低下します。
当社が開発したサーボモータは、このロータの慣性モーメントを最小化し、かつ出力を最大に高めることに成功しました。下図参照
第２の課題は、サーボモータへの指令値は、元来変位値（ＮＣ数値）であることから、振動試験機の加速度センサーからのアナログ信号をサーボモータの指令値としてどのように変換して、フィードバック回路を構成するかということにあります。
当社では、下図に示す加速度のアナログ信号をフィードバックして、サーボモータ駆動用アンプに指令値として入力できるデジタル振動制御部を新たに開発し、さらにランダム振動を制御可能なランダム振動制御部用の基板を開発しました。
電気サーボモータ式３軸振動試験機の構成
下図に、代表的な電気サーボモータ式振動試験機の外観を示します。
構成は、①振動試験機本体、②制御盤、③ＰＣコントローラの３つです。
振動試験機本体に上下、左右、前後の３軸のサーボモータは、各軸に２基ずつ搭載されています。ボールスクリューは回転を直線運動に変換する役目をもちます。モータが正転するとナット部は一方へ移動し、逆転すると反対側の方向へ移動します。こうしてサーボモータは正転と逆転を繰り返して、振動テーブルを加振させることができます。
電気サーボモータ式振動試験機 外観
ボールスクリューには、JIS B1192−1997 Ｃ３級以上の精密タイプボールスクリューを搭載しました。
またこの精密タイプボールスクリューには、各々のボールベアリングの間にボールリテーナーと呼ばれる樹脂製のボール保持部品が組み込まれています。精密タイプボールスクリューの採用により、高精度な走行性能を維持しながら、ボール同士は油膜接触して、衝突や相互摩擦がなく低騒音で、滑らかな動作を行うアクチュエータ部が完成しました。（下図参照）
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精密タイプボールスクリュー
当社が振動試験機に搭載しているサーボモータは、１回転２６万パルスを出力可能なエンコーダによって制御されています。したがって振動試験機にサーボモータと組合わせて使用しているボールスクリューのリード長を２０ｍｍとすれば、変位方向で１μｍ以下の制御が可能となります。
振動テーブル下部には、レール・ブロック型クロスガイドを搭載しています。
このクロスガイドによりヨーイング方向のモーメント剛性が向上し、振動試験機のクロストークの低減が実現した。また、この平面方向のクロスガイドに加えて、垂直方向のガイドを組み合わせることにより、３軸同時加振時にも、制御が容易で、安定した振動特性を得ることができます。
特にランダム振動試験の伝達関数計測とイタレーションに要する時間は、一般的な質量の供試体で、約３分〜４分で行うことができます。
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誘導型ACサーボモータ
多点型３軸振動試験機への応用
サーボモータの特長として、サーボモータ同士の同期運転や増設の容易性が上げられることを、述べました。
現在当社が振動試験機に搭載しているサーボモータは、最大出力２２ｋＷ、加振力約３０００ｋｇｆのものです。
仮にこの最大出力２２ｋＷのサーボモータを、同期させて運転することができれば、大きな加振力を得ることができ、大型で重い質量の供試体を振動試験することができます。
多点型3ｍ×6ｍテーブル大型振動試験機 外観
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