モーターを選ぶ時、慣性モーメントはなぜ大切なの？｜おしえて！照代さん

「モーターを選ぶ時、慣性モーメントはなぜ大切なの？」

学くん: それにしてもこの自転車、車輪が大きい割にはペダルは軽く、速く走りますね！
照代さん: 競技用に車輪を細くして、慣性モーメント（※）を小さくしているから、軽いのね。
学くん: 慣性モーメントって、質量に比例して大きくなるんですよね？
照代さん: そうよ。でも、それだけじゃないわよね。
学くん: 他に何があるんでしたっけ･･･？
照代さん: 半径の2乗に比例して大きくなるんでしょ！
学くん: そうか。だから、傘を開いて回転させようとすると、閉じたときよりも重く感じるんですね。
照代さん: じゃあ、モーターを選ぶとき、慣性モーメントはどのように影響するかわかる？
学くん: え～っと、起動時や減速時に発生する加減速トルクに影響するんでしたっけ？
照代さん: そうね。慣性モーメントが大きくなると、それに比例して加減速トルクも大きくなるわね。じゃ、他には？
学くん: ･･･。何でしたっけ？
照代さん: もう、しっかり勉強してね、学くん！　許容慣性モーメントやイナーシャ比を考慮する必要があるのよ。
学くん: あ、そうか。ACモーターの場合、ギヤヘッドの許容慣性モーメントが装置の慣性モーメント（＝負荷慣性モーメント）を上回るように選ばないといけないんでしたね。負荷慣性モーメントのほうが大きいと、ギヤが耐えられずに壊れてしまうんですよね。
照代さん: 先週、学くんが傘を回していて、傘の支柱が慣性モーメントの加減速トルクに耐えきれず折れたようにね。じゃ、ステッピングモーターの場合は？
学くん: ステッピングモーターは、モーターのローター慣性モーメントに対する負荷慣性モーメントの比を、「イナーシャ比＝負荷慣性モーメント÷ローター慣性モーメント」で求め、イナーシャ比が10倍以下（αSTEPの場合は30倍以下）になるよう、モーターを選ぶんでしたね。でも、なぜイナーシャ比を考慮する必要があるんだろう？
照代さん: 加減速トルクに余裕があっても、イナーシャ比が大き過ぎると、加速指令についていけず脱調することがあるからよ。
学くん: サーボモーターやブラシレススピードコントロールモーターは、許容慣性モーメント（適用負荷慣性モーメント）が負荷慣性モーメントを上回るように選ぶんですよね。
照代さん: そうね。許容慣性モーメント（適用負荷慣性モーメント）を越えていると、きちんと制御できず動作が不安定になったり、アラーム出力して止まってしまうのよ。
学くん: 負荷慣性モーメントの大きいものでも、ギヤヘッドで減速すれば、小型のモーターでも駆動できるんでしたよね。
照代さん: やっとエンジンかかって来たわね。「許容慣性モーメント（適用負荷慣性モーメント）×減速比2」で減速比の2乗だけ大きなものが駆動できるようになるのよ。学くんの自転車も、ギヤを1/2減速すれば、減速比2で4倍の荷物が積めるようになるわね。私の荷物も積んでもらおうかしら！
学くん: そしたら、スピードが1/2になるじゃないですか。そんなのいやですよぉ･･･。

※慣性モーメントについては、用語解説をご覧ください。

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