2006/09/24
【もう悩みません。コンベア・産業機械】第４６号
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◆◆ 【もう悩みません。コンベア・産業機械】
□□ ２００６／９／２４ −−第４６号（隔週１回発行）
△ 〜町工場の親父のスーパー息子が語ります〜
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「もう悩みません。コンベア・産業機械」をご購読いただきましてありがとう
ございます。
町工場の親父のスーパー息子が語ります。
【このメルマガの主旨】
このメルマガはあくまでも「どんなコンベア・産業機械を入れたらいいの？」
「いま使っている機械をどう改良したらいいの？」という悩みを、町工場の
親父のスーパー息子が独断で考え解決していこうというものです。
ただ、書籍ほかを参考にした部分はありますが。
今までの経験や教えられた内容、また自分自身で勉強した内容を書きとめ
みなさまの何かのお役にたてるのではとの思いで配信しています。
また、まとめることにより、より具体的に製品の製作に取り入れることが
できると思います。
内容は、町工場の親父のスーパー息子の思いこみの部分があると思います。
なにも技術的にむずかしい内容を書くつもりはありません。
みなさんが知っている内容もたくさんあると思います。間違っている内容が
あればどしどしご指摘いただければ幸いです。
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【目次】
●回転数とトルクについて
１．トルクと出力の関係
２．モーターの回転数を小さくする方法
・編集後記
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●回転数とトルクについて
１.トルクと出力の関係
コンベア等機械装置に利用するモーター選定時は必ず必要な容量、出力を
計算します。
では一体その出力とは何なのでしょうか。
先ずはトルクの説明から出力の内容へと進めて行きます。
1）トルクについて
先ずトルクとは何でしょうか。
トルクとは簡単に書けば回転軸を回転させる力と書けば良いでしょう。
単位を書けばＮ・ｍ(ニュートン・メートル)です。
先ずこの単位のＮですが、具体的に書くと「１Ｎ＝１ｋｇ・ｍ／Ｓ2」
という式で現されます。
この式からすると「１ｋｇの物体を毎秒１Ｍ加速する力」を意味します。
そしてトルクの単位であるＮ・ｍはそのＮの数式にｍを掛けてあります。
つまり「回転軸から１Ｍ離れた１ｋｇの物体を毎秒１Ｍ加速する力」という
ことになります。
2）出力とは
次に出力とは何でしょう。トルクが回転させる力とすると出力とは
その仕事と言うことができます。
トルクという力でどれだけ仕事ができるのかと言えば良いのでしょうか
仕事には距離の要素が入っています。
出力の単位はＫＷです。
この単位について順を追って書いていきます。
先ず、回転軸から１Ｍ離れた物体が毎分Ｎ回回転する際に１秒間に移動する
距離Ｌの計算式はどうなるでしょうか。
「Ｌ＝１×２×円周率×Ｎ／６０（Ｍ／Ｓ）」
そして
１Ｊ（ジュール） = １Ｎ・ｍ
１Ｗ＝１Ｊ／Ｓ
出力ＫＷをＰそしてトルクＮ・ｍをＴとします。
出力の計算式は下記で表現されます。
「Ｐ＝Ｔ×Ｌ／１０００」
上記Ｌの計算式から
Ｐ＝Ｔ×２×円周率×Ｎ/６００００
Ｐ＝Ｔ×Ｎ／９５４９．３（ＫＷ）と言う事になります。
つまり出力とはトルクに回転数を掛け９５４９．３で割った数字です。
3）トルクと出力の関係について
上記2）の計算式より
出力がトルクに回転数をかけたものに比例するという表現ができます。
この関係式はとても重要で
例えば出力が一定の場合回転数が小さくなるとトルクは上がります。
逆に回転数が大きくなるとトルクは下がります。
そして
トルクが一定の場合回転数が小さくなると出力は小さくて済みます。
逆に回転数が多くなると出力は大きくする必要があります。
２．モーターの回転数を小さくする方法
コンベア等機械、装置等で使用する駆動には電動機、モーターを
使用します。
モーターの回転運動をそのまま回転運動のままあるいは直線運動等に変換
させ使用します。
通常モーターそのままの回転数で使用するのではなく回転数を少なくして
使用することが多々あります。
その回転数を下げる方法には下記があります。
1）ギアドモーターあるいはモーターと減速機連結して使用する。
ギアドモーターはギアの構成部とモーターが一体化されています。
そして減速機はそのものが単体でモーター駆動と連結して使用します。
そのため減速機使用は設置寸法が大きくなります。
いずれにしてもギアの組み合わせで減速させています。
出力回転数に合わせて大きなギアと小さなギアを組み合わせ
回転数を下げています。
モーター容量、出力が同じであれば減速するギア比が大きければ大きいほど
回転力トルクは大きくなります。
回転数が小さくなるほど大きなギアが必要なため寸法は大きくなります。
2）スプロケットホイル、Ｖプーリー、ギアによる減速
駆動のモーター側と駆動させる従動側の組み合わせの伝導部品の
大きさの差で回転数を下げる方法です。
スプロケット等の大きさの比が大きければ大きいほど回転数を
小さくできそれに伴いトルクは大きくなります。
通常、ギアドモーターへスプロケット、ギアを取リ付けさらに回転数を
小さくします。それによりより一層トルクは増す事になります。
3）インバータ制御
インバータとは周波数変換装置のことで、電子制御により電圧・電流・周波数
を自由にコントロールできる機器です。
インバータの基本動作は、電子回路により交流電力をいったん直流に変換し
再び任意の周波数の交流を作り出すことです。
つまりインバータはモーターの周波数を変えることにより回転数を
自由に制御できます。
インバータ使用はあくまでも電子制御のため回転数を小さくしても
決して回転力トルクが増すことはありません。
そればかりか、あまりに周波数を下げ回転数を小さくすると回転力トルクが
落ちます。
又、インバータ制御は周波数を５０ＨＺ、６０ＨＺ以上に上げることも
可能です。
しかし、モーターの基本仕様の回転数以上に回転させることになり
ベアリング等の早期損傷が考えられます。
製造メーカーによってはインバータ制御用に定トルクモーターを製作している
会社もあります。
しかし、最近インバータの性能が上がり周波数を変えてもトルクがあまり
下がらないとの理由により製作していないモーター製造メーカーもあります。
本来必要である回転力トルクはインバータ使用時はいくら回転数を小さくしても
増すことはありません。
それどころか回転数をあまりに少なくするとトルクは減る一方です。
インバータを回転数制御に使用するのであれば、微調整用に使用するのが
本来の使用方法かも知れません。
そしてインバータから発生するノイズとノイズ音。
そのノイズが制御側に何らかの影響を与える場合があり、
又、特有のノイズ音を発生します。
最後に
モーターを回転させる必要なトルクが最大になるのは起動時です。
そして一旦回転を始めると次第に安定した一定の回転力となります。
起動時のトルクを「起動トルク」と言い
定格時のトルクを「定格トルク」として区別しています。
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●次回内容について
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最新のモジュラーコンベアベルトの紹介を検討しています。
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●編集後記
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今回の内容は皆さん十分ご存知の内容だと思います。
私自身のおさらいの意味合いで書きました。
しかし、機械、機器を設計する上でモーター容量を算出する事は
その機械、機器がうまく作動するかどうか最も重要な要素です。
モーター容量が足りなければ当然その機械は稼動できません。
最近はインバータを使用する機会が多々あります。
なるべくインバータは微調整用にと私自身は考えているのですが。
最後にインバータの周波数変換と回転数の数式を書いておきます。
参考になれば幸いです。
インバータ周波数変換後のモーター回転数＝
１２０×インバータ使用周波数÷（モーターポール数−モータすべり）
第４６号（総第４７号）いかがでしたでしょうか。
ご意見・ご質問どんなささいな事でも結構です。メールください。
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