ACサーボドライブ＋モータシステム（100W–7.5kW OEM）

エンコーダ分解能：17ビットと23ビットの実際の違い

中国のACサーボメーカーは現在、ほとんどの製品ラインで3段階のエンコーダを出荷している：17ビット（131,072 PPR）、20ビット（1,048,576 PPR）、23ビット（8,388,608 PPR）のアブソリュートエンコーダである。分解能の数値は本物だ。しかし、それが工作物（ワーク）においてもたらす位置決め精度の改善は、多くの場合実質的ではない——なぜなら、エンコーダ分解能が制約になることは稀だからである。

分解能が効く局面。 5mmピッチのボールねじを備えた80mmフレームモータに17ビット単回転エンコーダを組み合わせた場合、最小ステップは5mm ÷ 131,072 ≈ 38nmとなる。23ビットエンコーダでは0.6nm。ほとんどの工作機械アプリケーションにおいて、工作物での実際の位置決め繰り返し精度は、ボールねじのバックラッシュ（新品C5級ねじで2–15μm）、連続使用時のねじの熱膨張（10°C上昇あたり10–20μm、ねじ長1mあたり）、およびモータ軸とねじ間のカップリングのコンプライアンスによって制限される。エンコーダ分解能は制約ではない。

分解能が効かない局面。 標準的なCNC、ピックアンドプレース、一般的なサーボプレス用途では、17ビットで十分である。標準的なフライス盤において、5mmピッチのボールねじに23ビットを指定しても、コスト増に見合う測定可能な利点はない。Inovance、ESTUN、Huichuanはいずれも、20ビット相当品と比較して15～25%低コストの17ビットエンコーダバリアントを提供している。ほとんどの産業用IoT機械ビルダーにとって、これが正しい選択である。

単回転と多回転アブソリュート。 単回転アブソリュートエンコーダは、電源喪失時に1回転以内の位置を保持する。多回転アブソリュートエンコーダ（バッテリーレス磁気式が中国のティア1サプライヤーで標準化されている）は、原点復帰サイクルなしで最大65,536回転にわたり位置を保持する。電源オフ時に手動で動かされる可能性のある軸——ガントリー軸、ロータリーテーブル、ロボット関節——には、多回転アブソリュートを指定すること。中国からの調達に関連する単価において、単回転に対するコストプレミアムは通常モータ1台あたり$15～35である。原点復帰サイクルを省くことは、機械の稼働時間に即座に反映される。

バスプロトコルの選択：パルス列指令、CANopen、EtherCAT

中国のサーボメーカーからは4種類のフィールドバスインターフェースが利用可能である。選択は、軸数、同期要件、および既存のモーションコントローラと統合するのか新規に選定するのかに依存する。

パルス列＋方向指令（Pulse+Dir）。 中国製のすべてのサーボドライブが受け付けるユニバーサル入力。任意のPLCまたは専用モーションコントローラからの500kHzパルス出力により、最小指令ステップは1エンコーダカウントとなる。シンプルで、オシロスコープによるデバッグが可能であり、ライセンスの制約を受けない。制約はレイテンシである：各軸は独立した位置指令を受け取り、ハードウェア同期機構を持たない。単軸用途、またはホストコントローラが位置マッチドプロファイルで軸間同期を処理する多軸用途では、パルス列指令は十分である。高速協調動作（電子カム、フライングシア、高速包装機）には不十分である——別々のパルス列に起因する軸間ジッタが、工作物における同期誤差を引き起こす。

CANopen（DS402プロファイル）。 1Mbpsバス、通常16～32ノードをサポート。実用上のサイクルタイムは2～10ms。ほとんどのCNC工作機械用途（3～6軸、<5m/minの輪郭加工）に十分である。Delta Electronicsを含む中国メーカーおよび下位ティアブランドは、ミッドレンジドライブにCANopen DS402をネイティブサポートしている。高軸数での制約はバス使用率である：1Mbps、8バイトPDOメッセージで、16軸・2msサイクルタイムの場合、バス帯域幅の約80%を消費し、SDOパラメータ書き込みやエラー処理の余裕がなくなる。バス使用率解析なしに20軸のCANopenシステムを計画してはならない。

EtherCAT（CoE — CAN over EtherCAT、IEC 61800-7-201）。 100Mbps、<100μsのサイクルタイムを達成可能、単一ネットワークで100軸以上をサポート。協働ロボット、高速包装機（300パック/分以上）、およびリアルタイム多軸同期を要求するすべてのアプリケーションに必須。Inovance（SV660Nシリーズ）およびESTUN（ProNet-Eシリーズ）はどちらもEtherCATをネイティブサポートする。重要なライセンス上の注意：EtherCATはオープン規格（IEC 61158-12）であるが、EtherCAT Technology Group（ETG）メンバーシップとBeckhoff（ET1100、ET1200）からのASIC調達が実際の実装経路である。中国のティア1メーカーはライセンスされたEtherCAT ASICを使用している——無名ブランドの「EtherCAT互換」ドライブを受け入れる前に、ETGメンバーシップを検証すること。EtherCAT実装をクローンしたドライブは基本的な接続は通過するが、サブ100μsジッタに必要な分散クロック同期に失敗する。

MECHATROLINK-III。 Yaskawa独自規格；100Mbps、31.25μsサイクルタイム。Yaskawaモーションコントローラと統合する場合にのみ関連する。MECHATROLINK-IIIをサポートする中国製ドライブにはコンソーシアムライセンスが必要であり；Inovanceはライセンス契約に基づきSV660シリーズで提供している。既存のYaskawaコントローラアーキテクチャに固定されている場合を除き、新規設計にMECHATROLINK-IIIを指定してはならない。

当社の調達サービスでは、推奨ショートリストを提示する前に、宣言されたフィールドバス実装（EtherCATクレームに対するETGメンバーシップ検証を含む）についてサーボサプライヤーを事前審査する。

モータフレームサイズ、取付インターフェース、環境オプション

中国のACサーボモータはGB/T 22670（フランジ取付寸法に関してIEC 60072-1に準拠）に従って製造されている。5つの標準フランジサイズ——60mm、80mm、100mm、130mm、180mm——は、IEC 60072-1相当品と取付ボルトパターン、パイロット径、シャフト径を共有している。ただし、40mm（IEC 60072-1に存在しない中国独自の小型フレームサイズ）には若干の例外がある。NEMAフレームサイズは直接互換ではない：NEMA 34モータは、アダプタプレートなしでは130mmフランジの中国製サーボモータのドロップイン代替品にならない。

フレームサイズと連続トルク。 連続トルクはおおむね回転子体積に比例し、回転子体積はフレームサイズの3乗に比例する。60mmフレームモータの上限は、3,000 RPMで約0.64 N·m連続（200W）である。一方、130mmフレームモータは2,000 RPMで7.7 N·m連続（1.6kW）を発揮する。小型フレームモータをピークトルクで連続運転してギャップを埋めようとしてはならない——ピークトルクは運転時間の<10%のデューティサイクルで定格されている。定格トルクの150%で30秒間運転した60mmモータの熱飽和は、工場検査時のサーマルカメラで可視化されるだろう。

電磁ブレーキオプション。 中国製サーボモータには、一体型フェールセーフ電磁ブレーキ（電源オフ時制動、24V DC解除）が用意されている。ブレーキはEストップ時および電源喪失時に軸を静止保持する——垂直軸（ガントリーのZ軸、ロボット関節）に必須。ブレーキ保持トルクは通常、定格モータトルクの1.5～2倍である。ブレーキが保持ブレーキとして指定されていることを確認すること（動的ブレーキではない）：ほとんどの一体型サーボブレーキは、速度のある状態での繰り返し制動には定格されておらず、そのように使用すると数千サイクル以内に故障する。動的停止は依然としてドライブの回生ブレーキによって達成されなければならない。機械式ブレーキは軸がゼロ近傍速度に達した後にのみ作動する。

シャフトシールと保護等級。 標準的な中国製サーボモータはIP65である——防塵、かつ全方向からの噴流水に対して保護（IEC 60529）。IP67（水深1m・30分間の浸漬）はティア1メーカーから入手可能であり、クーラント浸漬または洗浄を伴う用途に必要である。シャフトシールが最も弱点となる：標準的なラビリンスシールはIP65には十分だが、IP67には不十分である。モータデータシートに、モータ本体だけでなくシャフトシールについてもIP67が明記されていることを確認すること。クーラント暴露用途では、シャフトシールの材質を確認すること（切削油耐性においてPTFEはNBRより優れている）。

巻線絶縁クラス。 クラスF（巻線最高温度155°C）が標準である。連続定格トルク100%、周囲温度40°Cにおいて、適切に設計されたクラスFモータは30～40°Cの熱的余裕をもって動作する。クラスH（最高180°C）は、高周囲温度環境（>50°Cの筐体内温度）または短時間過負荷が頻繁に発生する用途に指定する価値がある。コストプレミアムは通常、モータレベルで<8%である。

中国サーボサプライヤーの概況と性能検証

中国のACサーボ市場において、OEM機械ビルダー向けに4社のメーカーが支配的である。各社のティアポジショニングを理解することは、特定の用途に適したサプライヤーを選定するために必要である。

Inovance（汇川技術、深圳）。 導入台数ベースで中国最大のサーボメーカー。SV660N（EtherCAT）およびMD810シリーズは中国製ACサーボのリファレンス製品である。性能スペックは信頼性があり検証可能である：定格慣性比において2,500Hzの速度帯域幅、17ビットまたは23ビットアブソリュートエンコーダオプション、分散クロック同期を含む完全なEtherCAT CoEサポート。InovanceはETGメンバー番号3058——確認済み。在庫からのリードタイムは通常5～10日。バジェットティアブランドに対する20～35%の価格プレミアムは、検証済みのEtherCAT性能またはCE + UL 508デュアル認証を要求する用途において正当化される。

ESTUN（埃斯頓、南京）。 ロボティクスと包装OEMに強み。ProNet-Eシリーズ（EtherCAT）は多軸協調動作のフラッグシップである。ESTUNはドライブとモータの両方を自社製造しており、ドライブ-モータ-ケーブルシステム全体にわたるマッチドインピーダンス最適化が簡素化される。ドキュメントの品質はほとんどの中国サーボブランドより顕著に高く——英文マニュアルは最新ファームウェアバージョンに対応して維持されている。

Huichuan（匯川、深圳）。 注：HuichuanとInovanceはローマ字表記が類似しているが別会社である。HuichuanのIS620Nシリーズは200W～7.5kWをカバーし、コスト重視のOEM機械ビルダーをターゲットとしている。性能は標準的なCNCおよびコンベア用途に十分である。EtherCAT実装は、多軸同期アプリケーションにコミットする前に実際の分散クロックテストで検証すべきである。

Delta Electronics（台達、台湾、呉江で製造）。 DeltaのASDA-A3およびASDA-B3シリーズは中国本土で製造されており、中国の流通チャネルを通じて入手可能である。性能はティア1、ドキュメントは優れており、CE + UL 508デュアル認証が標準である。リードタイムは、中台間サプライチェーンの調整のため、純粋な本土代替品より長くなる可能性がある。

監査時の性能検証。 サーボサプライヤーの工場監査において、当社は真正なティア1性能とカタログスペックを区別する3つのパラメータを検証する：

1. 定格慣性比における速度帯域幅。 1Hzから3,000Hzの正弦波速度リファレンス掃引を注入し、メーカーの定格慣性比（通常3:1）の負荷慣性にモータを接続した状態で-3dB周波数を測定する。真正な2,500Hz帯域幅のサーボは2,300～2,700Hzを示す。2,500Hzを謳うバジェットドライブは、定格慣性比において800Hz未満で破綻することが多い。

2. 位置決め繰り返し精度。 ボールねじテストフィクスチャ上で±5mmの移動を1,000回連続指令し、レーザー干渉計で繰り返し精度を測定する。17ビットエンコーダの場合、±1エンコーダカウントは約±30秒角（5mmピッチで≈±4μm）に相当する。適切に組み立てられたフィクスチャにおける実環境での繰り返し精度は、20°Cで±1～2μmであるべきである。結果を文書化すること——これは機械ビルダーである顧客が必要とする数値である。

3. 定格連続トルク100%における温度上昇。 定格トルク・定格速度でモータを2時間運転し、抵抗法（R hot / R cold比）で巻線温度を測定する。クラスF巻線は、周囲温度40°Cに対して115°Cの上昇（合計155°C）を超えてはならない。定格負荷で巻線温度145°Cに達するモータは、実際の用途に対する熱的余裕がない。このテストは、モータの連続トルク定格を15～25%過大表示しているサプライヤーを排除する。

産業オートメーションプロジェクトにおける多軸サーボドライブ統合の実例については、EU産業用IoTゲートウェイのケーススタディを参照されたい。検証済みの中国サプライヤーからのドライブ-モータ-ケーブル適合アセンブリの調達については、当社の調達サービスを通じてお問い合わせいただきたい。