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2023/10/02 ポルテスカップ SA

産業用電動工具から手術用ロボット、航空宇宙や防衛分野のアプリケーションに至るまで、小型パッケージで高い電力密度を実現するモーション ソリューションは共通の要件です。 ただし、ギアモーターを統合するということは、信頼性の確保が非常に重要であることを意味します。 動作寿命がテストに許容される期間を超えた場合、信頼性デモンストレーション テスト (RDT) への体系的なアプローチにより、ギアモーターが必要な稼働時間を満たしているか、それを超えていることを 95% の確実性で OEM に提供できます。

Portescap の主任エンジニアである Utpal Rabha が RDT 手順について説明します。

DC ギアモーターは、コンパクトな寸法を確保しながら、特定のタスクのトルク要件を満たすように設計されています。 このデバイスは、ブラシまたはブラシレス DC モーターのアセンブリと、トルク、速度、効率の要件を最適化するギアボックスを組み合わせています。 これにより、ギアモータは必要なレベルまでトルクを高めながら出力速度を下げることができ、高定格の個別モータを単独で使用する場合に比べて、よりコンパクトな直径でこれを実現できます。

追加のギアボックス機構では、ギアモーターの設計が必要な使用期間中十分に信頼できるものであることが不可欠です。 実際の状況に対する回復力を確保するには、信頼性実証テスト (RDT) が必要です。

RDTステージ

計画段階の最初のタスクは、RDT パラメータを設定するために必要な信頼性目標を確立することです。 RDT の対象となる一般的なギアモータの特性には、電圧、電流、速度、温度、ノイズ、物理的完全性が含まれます。 次に、テスト モデルを選択して、サンプル サイズと必要なテスト時間を計算できます。 優先順位は、テスト期間が予想される耐用年数と異なるかどうかによって異なります。 これは、単発の動作のみを必要とするデバイスと比較して、長期間動作するデバイスに必要です。 許容されるテスト許容レベルも設定する必要があります。

理想的には、テストは実際のアプリケーション条件下で実施し、意図した動作期間全体にわたって継続する必要があります。 ただし、10 年間動作する可能性がある長寿命のギアモーターなど、市場投入までの時間の要件によりこれが許可されない場合は、加速試験方法を使用できます。 この場合、デバイスが 90% 以上の確率で生存する時間である B10 寿命を計算します。

事前に定義されたテストのタイムスケール全体を通じて、定期的に定義された間隔で観察が行われ、そこからデータ分析が行われます。 一般的な目標は、テストの結果で障害がゼロになることです。 この時間に達する前に障害が発生した場合は、必要なテスト時間が再計算されます。 テスト中に少数のサンプルが故障した場合、その故障データをワイブル法 (比較的小さなデータ サンプルの傾向を判断する寿命データ分析) で分析して、達成された信頼性を計算できます。

実際のテスト

RDT テストの実例として、Portescap は医療機器メーカーが開発した輸液システム用の DC ギアモーターを設計しました。 信頼性を検証するために、この仕様では 10,000 時間の動作寿命が必要であり、95% の信頼性を達成するためにテストされました。 これには、加速モデルの下で実行される RDT による B10 寿命計算が必要でした。

ギアモーターの動作寿命は主に適用される負荷と適用条件に依存するため、エンジニアリング チームはテスト時間を短縮するためのストレスとしてトルクと速度を選択しました。 非熱加速応力のテストに一般的に使用される逆べき乗則は、加速係数の計算に使用されます。

実際のアプリケーションの仕様トルク要件は 10 mNm であったため、加速係数の計算では、加速応力のトルクは 200 rpm の一定速度で 25 mNm に設定されました。 次に、デバイスの実際の寿命が許容されるテスト期間を超える場合に推奨される、パラメトリック二項法を使用してテスト期間を設定しました。 これにより、故障ケースがゼロであることを考慮すると、テスト時間は 1,081 時間になりました。 ワイブル計算を使用して、10 個のギアモーターのサンプル サイズを設定しました。