DC モーターの選択ガイド: トルク、速度、電圧、用途

DCモーター 選択ガイド: どこから始めるべきか

適切な DC モーターを選択するには、次の 4 つの要素が重要になります。 必要なトルク、必要な速度、利用可能な供給電圧、およびデューティサイクル 。ブラシ付きかブラシレスか、モーターのサイズ、ギアボックス比など、他のすべての決定は、最初にこれら 4 つを正しく行うことから始まります。実際の負荷要件ではなく、モーターのヘッドライン電力定格から開始することが、モーターが熱くなったり、負荷の下で停止したり、早期に摩耗したりする最も一般的な理由です。

実際の選択シーケンスでは、最初に機械的負荷を検討し、次にそれを電気的要件に変換します。つまり、出力シャフトでの負荷トルクと速度を定義し、ギアボックスの減速を考慮し、トルクに必要な電力と消費電流を計算し、候補モーターの利用可能な供給電圧と熱制限に対してそれをチェックします。

トルクと速度の要件の計算

トルク要件は機械的負荷から始まります。回転負荷の場合、トルク (Nm 単位) は、半径に加えられる力にその半径を乗じたものと等しくなります。親ネジまたはベルトを介した直線運動の場合、トルクは必要な力を駆動システムの機械的利点で割った値から求められます。始動慣性、摩擦損失、および負荷の変動をカバーするために、計算された定常状態のトルクに約 20 ～ 50% の安全マージンを追加します。

速度要件は通常、アプリケーションのサイクル タイムまたはプロセス レートによって設定され、出力シャフトの RPM で表されます。ギアボックスがモーターと負荷の間にある場合、モーター自体のシャフト速度は出力速度にギア比を乗算した値になる必要があり、モーターのトルク要件は比例して低下します (効率が低下する前に、通常、ギアボックスのタイプに応じて使用可能なトルクが 5 ～ 15% 減少します)。

適切な電源電圧の選択

電圧の選択は、モーター速度だけではなく、システムの電源と駆動電子機器が処理できる電流によって決まります。 特定の電力出力の場合、電圧が高いほど消費電流が少なくなります これにより、配線が細くなり、コネクタが小さくなり、抵抗損失が低くなります。これは、長いケーブル配線や高出力の産業用ドライブにおいて重要な要素です。

• バッテリ駆動のポータブル機器: 通常は 12V、24V、または 48V DC バス電圧に制限されます
• 産業オートメーションライン: 多くの場合、24V または 48V の制御電圧、または大型サーボおよびブラシレスシステム用の高電圧 DC バスで動作します。
• 利用可能な供給電圧を十分に上回る定格のモーターを選択しないでください。電圧が低い状態でモーターを動作させると、利用可能なトルクが減少し、速度制御が不安定になる可能性があります。

産業およびオートメーション用途における DC モーター

産業用およびオートメーション機器では、DC モーター、特にブラシレス設計が好まれており、生の電力出力よりも正確で再現性のあるモーション制御が重要です。コンベヤ システム、梱包ライン、CNC 軸ドライブ、マテリアル ハンドリング装置では、一般に、閉ループの位置と速度のフィードバックのために、ブラシレス DC またはサーボ タイプの DC モータとエンコーダを組み合わせて使用​​します。

• コンベヤおよびローラードライブ: 負荷トルクとベルト速度の要件に適合するブラシ付きまたはブラシレス DC モーター
• ピックアンドプレイス軸と CNC 軸: 正確で再現性のある位置決めを実現するブラシレス DC または DC サーボ モーター
• プロセス機器のポンプとファン: 連続稼働効率を考慮して PMDC または BLDC モーターを選択
• 無人搬送車 (AGV) と移動ロボット: 高トルク密度とバッテリー効率のために選ばれたコンパクト BLDC モーター

ロボット用の高トルクアプリケーションとコンパクトモーター

高トルク DC モーターの用途 (クレーン、ウインチ、電動アクチュエーター、頑丈なスターター モーターなど) では、通常、低 RPM で大きなトルクを供給できる直巻または多極数のブラシレス設計が必要で、多くの場合、出力シャフトでのトルクをさらに増大させるためにギアボックスと組み合わせられます。これらのアプリケーションでは、最高速度よりも始動トルクと熱容量が優先されます。

ロボティクス アプリケーションはスペクトルの対極に位置します。 エンコーダを内蔵したコンパクトで高トルク密度のブラシレス DC モーター は、ジョイント アクチュエータとモバイル プラットフォームの標準的な選択肢であり、重量のグラム単位とハウジングの直径のミリメートル単位がシステム全体のパフォーマンスに影響します。コアレスおよびフレームレス BLDC 設計は、特にコギング トルクを低減し、低速での制御の滑らかさを向上させるため、ロボットのジョイントでの使用が増えています。

DC モーターと AC モーターの比較

基本的な違いは、制御の単純さと生のスケーラビリティです。 DC モーターは電圧と電流の調整により速度とトルクを簡単に制御できますが、AC モーターはメンテナンスの手間を省いて高出力の連続運転に優れています。 。 AC 誘導モーターは、ポンプ、コンプレッサー、大型ファンなどの大型の固定速度産業用ドライブで主流となっており、その頑丈さとブラシや磁石の欠如により、高出力レベルでの耐用年数が長くなります。