産業用自動化モーターの選び方

産業オートメーション用モーターの負荷には、以下の4種類があります。

1. 可変馬力・定トルク：可変馬力・定トルクの用途としては、コンベア、クレーン、ギアポンプなどがあります。これらの用途では、負荷が一定であるためトルクも一定です。必要な馬力は用途によって異なる場合があるため、定速ACモーターや定DCモーターが適しています。

2. 可変トルクと定馬力：可変トルクと定馬力の応用例として、紙の巻き取り機が挙げられます。材料の速度は一定であるため、馬力は変化しません。しかし、ロールの直径が大きくなると、負荷は変化します。小規模システムでは、これはDCモーターまたはサーボモーターに適した用途です。回生電力も考慮すべき事項であり、産業用モーターのサイズを決定したり、エネルギー制御方法を選択したりする際に考慮する必要があります。エンコーダ、クローズドループ制御、およびフルクワドラントドライブを備えたACモーターは、大規模システムにメリットをもたらす可能性があります。

3. 可変馬力とトルク：ファン、遠心ポンプ、攪拌機は、可変馬力とトルクを必要とします。産業用モーターの回転速度が上がると、必要な馬力とトルクとともに負荷出力も増加します。このような負荷は、可変速ドライブ（VSD）を使用して交流モーターに負荷をかけるインバーターの場合に、モーター効率に関する議論が始まります。

4. 位置制御またはトルク制御：リニアドライブなど、複数の位置への精密な移動が必要な用途では、厳密な位置制御またはトルク制御が求められ、多くの場合、モーターの正しい位置を確認するためのフィードバックが必要となります。このような用途にはサーボモーターまたはステッピングモーターが最適ですが、フィードバック付きDCモーターやエンコーダー付きインバーター負荷ACモーターは、鉄鋼や製紙の生産ラインなどの用途で一般的に使用されています。

さまざまな産業用モーターの種類

産業用途で使用されるAC/DCモーターの種類は36種類以上ありますが、モーターの種類は多岐にわたり、産業用途では重複する部分が多く、市場はモーターの選定を簡素化しようとしています。これにより、ほとんどの用途において実用的なモーターの選択肢が狭まります。最も一般的な6種類のモーターは、ブラシレスDCモーターとブラシ付きDCモーター、ACかご形モーターと巻線型モーター、サーボモーターとステッピングモーターで、これらはほとんどの用途に適しています。これらのモーターはほとんどの用途に適しており、その他の種類は特殊な用途にのみ使用されます。

産業用モーターの主な用途は3種類あります。

産業用モーターの主な用途は、定速、可変速、位置（またはトルク）制御の 3 つです。さまざまな産業オートメーションの状況では、さまざまな用途と問題、そして独自の問題セットが必要になります。たとえば、最大速度がモーターの基準速度よりも低い場合は、ギアボックスが必要です。これにより、より小型のモーターをより効率的な速度で運転することもできます。モーターのサイズを決定する方法についてはオンラインで豊富な情報がありますが、考慮すべき詳細が多数あるため、ユーザーが考慮しなければならない要素が多数あります。負荷の慣性、トルク、および速度を計算するには、負荷の総質量とサイズ（半径）などのパラメータ、摩擦、ギアボックスの損失、および機械サイクルを理解する必要があります。負荷の変化、加速または減速の速度、およびアプリケーションのデューティサイクルも考慮する必要があります。そうしないと、産業用モーターが過熱する可能性があります。交流誘導モーターは、産業用回転運動アプリケーションでよく使用されます。モーターの種類とサイズを選択した後、ユーザーは、オープンフレームやステンレス鋼ハウジング洗浄アプリケーションなどの環境要因とモーターハウジングの種類も考慮する必要があります。

産業用モーターの選び方

産業用モーター選定における3つの主な問題点

1. 一定速度のアプリ？

定速アプリケーションでは、モーターは通常、加速や減速のランプをほとんど考慮せずに、ほぼ一定の速度で回転します。この種のアプリケーションでは、通常、フルラインのオン/オフ制御が使用されます。制御回路は通常、コンタクタ付きの分岐回路ヒューズ、過負荷産業用モータースタータ、および手動モーターコントローラまたはソフトスタータで構成されます。定速アプリケーションには、ACモーターとDCモーターの両方が適しています。DCモーターは、ゼロ速度で最大トルクを発揮し、大きな取り付けベースを備えています。ACモーターも、力率が高く、メンテナンスがほとんど不要なため、優れた選択肢です。一方、サーボモーターやステッピングモーターの高い性能特性は、単純なアプリケーションには過剰であると考えられます。

2. 可変速アプリ？

可変速アプリケーションでは、通常、コンパクトな速度と速度変化、および定義された加速および減速ランプが求められます。実際のアプリケーションでは、ファンや遠心ポンプなどの産業用モーターの速度を落とすのは、通常、全速で運転して出力を絞ったり抑制したりするのではなく、消費電力を負荷に合わせることで効率を向上させるためです。これらは、ボトリングラインなどの搬送アプリケーションで考慮すべき非常に重要な点です。ACモーターとVFDSの組み合わせは、効率を高めるために広く使用されており、さまざまな可変速アプリケーションでうまく機能します。適切なドライブを備えたACモーターとDCモーターの両方が、可変速アプリケーションでうまく機能します。DCモーターとドライブ構成は、長い間、可変速モーターの唯一の選択肢であり、そのコンポーネントは開発され、実証されています。現在でも、DCモーターは、低速でフルトルクを提供し、さまざまな産業用モーター速度で一定のトルクを提供できるため、可変速、小馬力アプリケーションで人気があり、低速アプリケーションで役立ちます。ただし、DCモーターのメンテナンスは考慮すべき問題です。多くのDCモーターはブラシによる整流が必要であり、可動部品との接触により摩耗します。ブラシレスDCモーターはこの問題を解消しますが、初期費用が高く、利用可能な産業用モーターの種類も少なくなります。AC誘導モーターではブラシの摩耗は問題になりませんが、可変周波数ドライブ（VFD）は、ファンやポンプなど1HPを超えるアプリケーションで効率を高めることができる便利なオプションです。産業用モーターを駆動するドライブの種類を選択することで、位置認識機能を追加できます。アプリケーションで必要であれば、モーターにエンコーダーを追加でき、エンコーダーフィードバックを使用するようにドライブを指定できます。その結果、この構成によりサーボのような速度を実現できます。

3. 位置制御は必要ですか？

厳密な位置制御は、モーターが移動する際にその位置を常に検証することによって実現されます。位置決めリニアドライブなどのアプリケーションでは、フィードバックの有無にかかわらずステッピングモーター、またはフィードバックを内蔵したサーボモーターを使用できます。ステッピングモーターは、適度な速度で正確な位置に移動し、その位置を保持します。オープンループステッピングシステムは、適切なサイズであれば強力な位置制御を提供します。フィードバックがない場合、ステッピングモーターは、容量を超える負荷中断が発生しない限り、正確なステップ数だけ移動します。アプリケーションの速度とダイナミクスが増加すると、オープンループステッピング制御ではシステムの要件を満たせなくなる可能性があり、フィードバック付きのステッピングモーターまたはサーボモーターシステムにアップグレードする必要があります。クローズドループシステムは、高精度で高速なモーションプロファイルと高精度の位置制御を提供します。サーボシステムは、高速でステッピングモーターよりも高いトルクを提供し、高ダイナミック負荷や複雑なモーションアプリケーションでもより優れた動作を実現します。位置オーバーシュートの少ない高性能モーションを実現するには、反射負荷慣性がサーボモーターの慣性とできるだけ一致するようにする必要があります。用途によっては、最大10:1の不一致でも十分な場合もありますが、1:1の一致が最適です。減速機は、反射荷重の慣性が伝達比の2乗で減少するため、慣性不一致の問題を解決する良い方法ですが、計算にはギアボックスの慣性も考慮する必要があります。