ジンバル用フレームレスモーター

光電子安定化ジンバル、ロボットユニバーサルジョイント、航空機検出装置、ポータブル外骨格では、機器は多くの場合、多角度動作が可能なドライブユニット 、中空ケーブルルーティング、超軽量設計、低速でのスムーズで振動のない動作が必要なドライブユニットを必要とします。.

海外の研究開発エンジニアの多くは、従来の フレームレスロボット関節モーター と ジンバルフレームレスモーターを混同することがよくあります。ただし、これら 2 つのモーター タイプは、まったく異なる動作条件に合わせて最適化されています。

ジンバルフレームレスモーターとは何ですか?

基本的な定義

ジンバル フレームレス モーターは、 ジンバル フレームレス トルク モーターとも呼ばれ、用に特別に設計された特殊なタイプの永久磁石ブラシレス フレームレス モーターです。 ジンバル安定化プラットフォームと多軸ユニバーサル ジョイント.

標準のフレームレス モーターと同様、モーターは 固定子巻線アセンブリ + 永久磁石ローターとしてのみ供給されます。ハウジング、ベアリング、出力シャフトは含まれません。スタンドアロンのモーターとしては動作できないため、ジンバルの機械構造に直接統合する必要があります。

ジンバルフレームレスモーターと従来のロボットジョイントフレームレスモーターの最大の違いは、 薄型フラット磁気回路設計です。低速保持トルクと極度に低いコギングトルクに最適化された

主な目標は高速回転ではなく、次のことです。

• 小角往復運動

• 正確な姿勢保持

• スムーズな低速位置決め

• 振動抑制

• ジンバル機構による安定動作

ステーターはジンバル ベース ハウジングに固定され、ローターはジンバルのメイン ピボット シャフトに直接取り付けられます。ジンバル独自のクロスローラー ベアリングまたは精密ミニチュア ベアリングが回転サポートを提供します。

中央の大きな中空ボアは信号ケーブルと電源ケーブル用に確保されており、複数の角度で移動する際のケーブルの繰り返しの曲がりや摩耗を防ぎます。

エンコーダ、温度センサー、ブレーキ、およびモータードライバーは 通常、モーター自体には含まれていません。これらのコンポーネントは、完全な機器の要件に従ってシステム メーカーによって選択され、統合されます。

ジンバルフレームレスモーターの主な2つの構造タイプ

アウターロータージンバルフレームレスモーター

ローターはステーターの外側を囲み、これがジンバル安定化システムで最も広く使用されている構成となっています。

平らなパンケーキのような構造により、同じ外径でより高い保持トルクが得られると同時に、ローターの適度な慣性とスムーズな低速動作が維持されます。

以下に適しています:

• カメラ安定化ジンバル

• 光電子検出プラットフォーム

• 小型ロボットユニバーサルジョイント

• コンパクトな安定化システム

HOLRYのジンバルモーターシリーズのほとんどは アウターローター構成を採用しています。.

インナーロータージンバルフレームレスモーター

インナーローター構成では、ローターはステーターの内側に配置されます。

この設計は以下を提供します。

• ローター慣性の低減

• より高速な動的応答

• 軸方向の厚みが薄い

• 比較的低いトルク出力

一般的に次のような場所で使用されます。

• 小型ジンバル機構

• 器用なロボット手首

• 小型航空機搭載機器

• コンパクトな精密モーションシステム

ジンバルフレームレスモーターと従来のロボットフレームレスジョイントモーターの比較

多くのエンジニアは、従来のロボットフレームレスモーターをジンバルプラットフォームに使用しようとしています。これによりことがよくあります。 、低速振動や位置決めが不安定になる.

基本的な理由は、2 種類のモーターが異なる磁気回路と動作要件に合わせて最適化されているためです。

従来のロボット用フレームレス関節モーター

• 設計目標: 中程度の速度での高連続トルク、大角度連続回転。

• コギング トルク: モーターは主にロボットの連続回転を目的としているため、コギング トルクの要件は比較的緩和されています。

• フォームファクタ: 一般に厚めで、高トルク出力に重点を置いています。

• 動作条件: 慣性主体の負荷による連続往復運動または大角度回転。

• 一般的な用途: ヒューマノイド ロボットの単軸肩、肘、股関節、膝関節。

ジンバルフレームレスモーター

• 設計目的： 低速小角移動、姿勢保持、外乱除去、振動抑制。

• 磁気回路の最適化: 傾斜した磁石と分数スロット巻線を使用して、コギング トルクを最小限に抑え、滑らかな微小角度の動きを保証します。

• フォームファクタ: 平坦で薄い構造により、ジンバル全体のサイズと重量が軽減されます。

• 動作条件: 頻繁な小角度往復運動と外乱に対する静止位置保持。通常、高い回転速度は必要ありません。

• 典型的な用途: 光電子ジンバル、ロボットの手首ジョイント、検出およびスキャン機構、ポータブル外骨格ジョイント。

ジンバルフレームレスモーターと従来の完全密閉型ジンバルモーターの比較

市販のジンバル モーターの多くは、ハウジングとベアリングを備えた完全なユニットとして供給されます。

その主な利点は、 プラグアンドプレイの利便性です。ただし、ハウジングの寸法と厚さが固定されているため、機器のキャビティへの深い組み込みが制限される場合があります。中空のボアサイズも制限される可能性があり、システムレベルの広範なカスタマイズが困難になります。

対照的に、ジンバル フレームレス モーターは、最終機器の機械構造に直接統合されます。

これにより、設計の柔軟性が向上し、フレームレス モーターが特に OEM カスタマイズや量産プロジェクトに適したものになります。.

ジンバルフレームレスモーターの主な利点

極めて低いコギングトルクにより、スムーズで振動のない低速動作を実現

ジンバル プラットフォームにおける最大の課題の 1 つは、低速振動と突然の姿勢変化です。

ジンバル フレームレス モーターはなどの技術を使用して 、スキュー永久磁石や分数スロット巻線 、コギング トルクを大幅に低減します。

これにより、次のことが可能になります。

• スムーズな微小角度の動き

• 安定した姿勢保持

• 外部振動に対する耐性が向上

• 安定した光学イメージングと検出

これらの特性は、モーターによる小さな外乱でも画質に影響を与える可能性がある光電子安定化システムにとって特に重要です。

薄型・フラット設計で装置の軽量・コンパクト化を実現

モータはハウジングやエンドカバーなどの不要な部品を排除し、軸方向の厚みを大幅に低減したコンパクトなパンケーキ構造を採用しています。

同様のトルクを提供する完全密閉型ジンバル モーターと比較して、フレームレス モーターは大幅な軽量化を実現できます。

そのため、次のようなスペースに制約のあるアプリケーションに特に適しています。

• 空挺装備品

• ポータブルデバイス

• ロボット手首

• コンパクトな安定化プラットフォーム

信頼性の高い内部ケーブル配線のための大きな中空ボア

中央にある大きな中空穴により、信号ケーブルと電源ケーブルをモーターに直接通すことができます。

マルチアングルジンバルの動作中、ケーブルは機構の周りで繰り返し屈曲するのではなく、中心を通って配線されたままにすることができます。

これは次の点に役立ちます。

• ケーブル疲労の軽減

• ケーブルの損傷を最小限に抑える

• システム配線の簡素化

• 設備の長期信頼性を向上

バックラッシゼロのダイレクトドライブで高精度位置決めを実現

ローターはジンバルのメインピボットシャフトに直接取り付けられており、カップリングや減速ギアが不要です。

これにより、トランスミッションのバックラッシュが除去され、次のことが可能になります。

• 高速位置決め応答

• 高い再現性

• 正確な姿勢制御

これらの特性は、精密検出および光学追跡装置において特に価値があります。

静的保持用途向けの柔軟な熱管理

ジンバル機構は多くの場合、かなりの期間を静的な位置保持状態で過ごします。この間、巻線は継続的に通電され続け、熱を発生する可能性があります。

フレームレスモーターのステーターはアルミニウム合金のジンバルベースに直接取り付けることができるため、熱をハウジングに直接伝えることができます。

動作環境に応じて、 ポッティングや熱カプセル化を 適用して熱伝達を改善することもできます。

これにより、長時間の姿勢保持時の過熱を防ぐことができます。

グローバル OEM プロジェクト向けの高度なカスタマイズ

HOLRY ジンバル フレームレス モーターは、以下のカスタマイズをサポートしています。

• 外径

• モーターの厚み

• 中空穴径

• 巻線電圧

• 磁石グレード

• その他の電磁パラメータ

モーターは用に構成でき 24 V / 48 Vの低電圧DCシステム 、高温、低温、高湿などの厳しい海外環境にも適応します。

HOLRY は、国際的な OEM プロジェクトをサポートするための包括的な英語の技術文書も提供します。

ジンバルフレームレスモーターの限界

ジンバル フレームレス モーターには、その利点にもかかわらず、いくつかの固有の制限もあります。

1. より高度な統合要件

モーターにはベアリングやハウジングが含まれていないため、システム エンジニアリング チームは機械的キャビティを設計し、精密なミニチュア ベアリングを選択し、組み立てツールを開発し、エンコーダと適合させる必要があります。

したがって、これらのモーターは、十分な電気機械統合機能を持たない顧客にとっては理想的ではありません。

2. アセンブリの同心度に対する感度が高い

ジンバル機構は多くの場合コンパクトで、ローターとステーターのエアギャップが非常に小さいのが特徴です。

アセンブリの位置がずれていると、ローターとステーターの接触、振動の増加、さらにはモーターの故障が発生する可能性があります。

精密な組み立て能力を持たない海外の顧客の場合、故障のリスクが大幅に高まる可能性があります。

3. 高速動作には不向き

モーターは主に、連続的な高速回転ではなく、低速の動作とトルクの保持に最適化されています。

ジンバルフレームレスモーターの主な用途

光電子検出ジンバル

典型的なアプリケーションには次のようなものがあります。

• 空挺ジンバル

• 地上監視安定化プラットフォーム

• レーザースキャンジンバル機構

これらのシステムは外部振動に耐え、安定した光学方向を維持する必要があります。

薄型モーター構造により貴重な設置スペースが節約され、中空ボアにより光ケーブル、信号ケーブル、および電力ケーブルの配線が簡素化されます。

ロボット用ユニバーサル手首ジョイント

ジンバル フレームレス モーターは次の用途に使用できます。

• 協働ロボット

• 人型ロボット

• 器用なロボット手首

• 多軸手首機構

エンドエフェクタの重量を軽減しながら、多自由度の動きを実現し、グリップや操作時のスムーズな微調整を可能にします。

ポータブル外骨格およびリハビリテーション機器

アプリケーションには次のものが含まれます。

• ウェアラブル外骨格ジョイント

• リハビリテーショントレーニングの仕組み

• コンパクトな補助運動システム

重量はウェアラブル機器にとって重要な考慮事項です。フレームレスモーターの軽量設計とスムーズな低速動作の組み合わせにより、ユーザーの快適性と安全性が向上します。

産業用および医療用に特化した高精度ジンバル メカニズム

潜在的な用途には次のようなものがあります。

• 医用画像回転モジュール

• 研究室用精密位置決めプラットフォーム

• 専用検査装置

• 精密検出システム

これらのアプリケーションには通常、次のものが必要です。

• 低振動

• 低騒音

• 高い位置決め精度

• コンパクトな機械的統合

推奨されないアプリケーション: 高速連続回転機構、十分な機械統合機能を持たないラピッドプロトタイプ、および単純な単軸高トルクアプリケーション。通常、これらの用途には、従来のフレームレス ジョイント モーターの方が適しています。

ジンバルフレームレスモーターを選択する際の 5 つの重要な要素

海外の顧客の多くはなどのジンバル固有のパラメーターを無視して、主にトルク定格に基づいてモーターを選択しています。 、コギングトルク、保持トルク、モーターの厚さ、ローター慣性.

これにより、システムの統合および試運転中に問題が発生する可能性があります。

保持トルクとピークトルクを区別する

ほとんどのジンバル アプリケーションには、静的な姿勢保持と小角度の往復運動が含まれます。

したがって、重要なパラメーターは 連続保持トルクであり、これによって外部外乱に対するモーターの能力が決まります。

ピークトルクは主に短時間の加速と急速な動きに関係します。

海外の高温環境では、 20 ～ 30% のトルク安全マージンを維持することをお勧めします。 ピークトルク定格のみに基づいてモーターを選択するのではなく、

コギングトルクに注意

コギングトルクは低速の滑らかさと振動に直接影響するため、ジンバルモーターにとって最も重要なパラメータの1つです。

オプトエレクトロニクスおよび精密ジンバルのアプリケーションでは、以下のモーターを優先することをお勧めします。

コギングトルク≦定格トルクの2%

従来のロボットフレームレスモーターのコギングトルク要件は一般にそれほど厳しくありません。ジンバルプラットフォームで直接使用すると、振動や位置ずれが発生しやすくなります。

モーターの厚み、外径、中空穴の確認

ジンバル機構の内部スペースは非常に限られていることがよくあります。

したがって、軸方向の厚さは設計上の重要な制約になります。

信号ケーブルと電源ケーブル用の十分なスペースを確保するために、中空ボアの直径もチェックする必要があります。

HOLRY は、コンパクトな機械キャビティ向けにカスタマイズされたフラットで薄型のモーター設計をサポートしています。

ローターの慣性を一致させる

ジンバル システムは外部の外乱に迅速に対応する必要があります。

したがって、ローターの慣性は機械システムに注意深く合わせる必要があります。

慣性が高すぎるか、マッチングが不十分な場合、プラットフォームが振動し、PID 調整が困難になる可能性があります。

モーターを選択する場合、 ローター慣性値を提供する必要があります。 システムメーカーが動的シミュレーションとモーション制御計算を実行できるように、サプライヤーは

海外の環境要件や電気要件を考慮する

高温領域では、熱伝導率を向上させるために巻線ポッティングが必要になる場合があります。

低温環境では、減磁のリスクを軽減するために耐低温性の磁石を選択する必要があります。

モーターのバス電圧もシステム電源と互換性がある必要があります。

国際 OEM プロジェクトの場合、サプライヤーは理想的には以下を提供する必要があります。

• 英語データシート

• 組み立て説明書

• 電気仕様

• モーターの性能曲線

• 輸出関連の技術文書

よくある統合の間違い

間違い 1: ジンバル フレームレス モーターを従来のロボット フレームレス モーターに置き換える

従来のフレームレスモーターは一般に、大きな角度で回転するように最適化されています。

コギングトルクが小角度のジンバル動作には高すぎる可能性があり、その結果、継続的な振動と不安定な姿勢保持が発生します。

たとえトルク定格が一致しているように見えても、直接交換することは一般に推奨されません。

間違い 2: 完全なジンバル モーターのように扱う

ジンバル フレームレス モーターは通常、ステーターとローターのみで構成されます。

完全なジンバル システムに必要なベアリング、機械的サポート、エンコーダーは含まれていません。

スタンドアロンの完成したジンバルモーターとして単純に電力を供給することはできません。

適切な機械的統合を行わずに直接通電すると、ローターとステーターの接触や永久磁石の損傷が発生する可能性があります。

間違い 3: 同心性とエアギャップの要件を無視する

ジンバル機構はコンパクトで、ローターとステーターのエアギャップが非常に小さいことがよくあります。

同心度が低いと、次のような問題が発生する可能性があります。

• 振動

• ノイズ

• ローターとステーターの接触

• 摩耗の増加

• モーターの故障

サプライヤーは、必要なエアギャップと同心度の公差を指定した明確な英語の組み立て文書を提供する必要があります。

間違い 4: トルクのみに注目し、コギング トルクを無視する

モーターは十分なトルクを提供しながらも、過剰なコギング トルクを持っている場合があります。

これにより、光学系の低速振動、不安定なジンバルの動作、画像の揺れが発生する可能性があります。

ジンバル フレームレス モーターを購入する場合、購入者は 実際のコギング トルク テスト データを要求する必要があります。 サプライヤーに

間違い 5: 静的保持中の熱管理を無視する

ジンバル システムは特定の姿勢で長時間ロックされたままになる場合があり、これにより巻線が通電されたままになり、熱が発生します。

フレームレスモーターには独自の完全な冷却構造がないため、熱放散はジンバルハウジングに大きく依存する必要があります。

暑い気候でのアプリケーションの場合、プロジェクトの開始時に熱設計を評価する必要があります。

過熱や永久磁石減磁の原因となります。

よくある質問

Q1: ジンバル フレームレス モーターにはギアボックスが必要ですか?

A: ほとんどのジンバル プラットフォームはダイレクト ドライブ構成を使用しており、ギアボックスは必要ありません。

小型高精度ギアボックスは、頑丈または高負荷のジンバル機構にのみ必要となる場合があります。

Q2: ジンバルフレームレスモーターにはエンコーダーとブレーキが含まれていますか?

A: 標準品には通常、エンコーダやブレーキは付属しておりません。

これらは、完全な機器の要件に従って選択されるシステムレベルのコンポーネントです。

HOLRY は、機器メーカーによるエンコーダの統合を容易にするために、センサー取り付けインターフェイスを予約できます。

Q3: 海外バイヤーはサプライヤーにどのような技術文書を要求する必要がありますか?

A: 推奨されるドキュメントには次のものが含まれます。

• モーターのデータシート

• トルクと保持トルクの曲線

• コギングトルク試験報告書

• ローターイナーシャデータ

• ローターとステーターのエアギャップ要件

• 同心度と組立公差

• 巻線抵抗とインダクタンスのパラメータ

• 英語の組立説明書

• 関連する輸出および認証文書

Q4: アウターロータージンバルフレームレスモーターとインナーロータージンバルフレームレスモーターのどちらを選択すればよいですか?

A: より高い保持トルクと平坦で薄いジンバル構造を必要とするアプリケーションの場合は、一般に アウターローター設計 が推奨されます。

極めて低い慣性と高速な動的応答が優先される小型メカニズムの場合、 インナーローター設計の 方が適している場合があります。

Q5: ジンバルフレームレスモーターの最も一般的な故障原因は何ですか?

A: 一般的な障害の原因は次のとおりです。

• コギングトルクが大きすぎて振動が発生する

• アセンブリの同心度が悪く、ローターとステーターの接触が発生する

• 静的保持時の熱管理が不十分

• 過熱と永久磁石の減磁

• モーターとドライバーのパラメーターの不適切な一致

• 不適切な制御パラメータにより姿勢振動が発生する

結論

HOLRY は 、ジンバル フレームレス モーターとフレームレス トルク モーターの研究開発と製造を専門としています。

HOLRY は、オプトエレクトロニクス ジンバル、ロボット手首ジョイント、ポータブル外骨格、精密安定化装置などの用途向けに、 インナーローターおよびアウターローター フラット モーター シリーズを含む、標準およびカスタマイズされたジンバル フレームレス モーターの両方を提供します。

HOLRY は、包括的な英語の技術文書と OEM エンジニアリング サポートにより、 プロトタイプ開発から量産まで、製品ライフサイクル全体を通じて世界中の顧客をサポートします。.

現在ジンバル ドライブ システム用のモーターを選択している場合は、 HOLRY テクニカル チームに問い合わせて、 負荷条件、利用可能な設置スペース、対象となる輸出市場を 無料のモーター選択評価を受けてください。.