効率的な電力伝送のための設計テクニック

動力伝達とは、あるコンポーネントまたは機械から別のコンポーネントまたは機械への機械的動力の伝達を指します。 これは、製品を効率的に生産するためにさまざまな機械や設備が連携して動作する必要がある製造環境や生産環境では不可欠です。 最新の産業オートメーションにおける動力伝達は、電気モーターがギア、ベルト、チェーン、カップリングなどのさまざまな機械システムを介して動力を伝達することで実現されます。

製造工場では、モーターがある機械から別の機械に材料を搬送するコンベヤー ベルトに動力を供給する場合があります。 モーターから伝達された動力はギヤシステムを介してコンベアベルトに伝達され、スムーズで効率的な動力伝達が可能です。 この記事では、一般的に使用されるモーターとドライブの種類とともに、動力伝達の典型的な用途に焦点を当てます。

典型的な電力伝送アプリケーションには次のようなものがあります。

コンベヤシステム: 製品や材料をある場所から別の場所に移動するために、製造およびマテリアルハンドリングアプリケーションで広く使用されています。 動力伝達により、コンベヤ ベルト、ローラー、およびコンベヤ システムのその他のコンポーネントが駆動されます。

産業用ロボット:マテリアルハンドリング、組み立て、溶接などのさまざまな自動化アプリケーションで使用されます。 動力伝達により、機械的動力がロボットのモーターから関節およびエンドエフェクターに伝達されます。

工作機械: 動力伝達により、金属部品の成形や仕上げを行う旋盤、フライス盤、研削盤のスピンドルが駆動されます。

包装機械：流通・販売用に製品を包装します。 動力伝達により、コンベヤ、充填機、キャッパー、および包装機械のその他のコンポーネントが動作します。

印刷機械: 動力伝達により、ラベル、パッケージ、出版物、その他の資料を印刷する機械のローラーやその他のコンポーネントが駆動されます。

資材運搬装置: クレーン、ホイスト、リフトは重い資材や製品を移動します。

動力伝達に使用されるモーターと駆動システムには、特定の用途と要件に応じていくつかの一般的なタイプがあります。

AC 誘導モーターは、動力伝達用途で最も一般的なタイプのモーターです。 シンプルで信頼性が高く効率的であるため、幅広い用途に適しています。 AC 誘導モーターの一般的な速度範囲は、モーターの設計と用途によって異なります。 ただし、ほとんどの AC 誘導モーターの速度範囲は、全負荷時に 900 ～ 3,600 回転/分 (RPM) です。

一般に、AC 誘導モーターは、電源の周波数とモーターの極数によって決まる一定速度で動作します。 たとえば、60 Hz の電源と 4 極モーターの場合、同期速度は 1800 RPM になります。 ただし、モータの実際の動作速度は、同期速度と実際のロータ速度との差である滑りにより、同期速度よりわずかに遅くなる場合があります。

AC 誘導モーターの速度は、通常は可変周波数ドライブ (VFD) を使用して、電源の周波数を変えることによって制御できます。 これにより、モーターは同期速度を下回る速度でも上回る速度でも動作できるようになり、モーターの速度とトルクをより柔軟に制御できるようになります。

AC 誘導モーターの一般的な速度調整は、モーターの設計、負荷特性、使用される制御方法などのいくつかの要因によって決まります。 一般に、AC 誘導モーターは、使用する制御システムに応じて、定格速度の一定の割合 (通常、定格速度の ±0.1 パーセントから ±10 パーセントの範囲) 内で速度を維持できます。 遠心圧縮機やファンで使用される高速モーターなど、一部の特殊な AC 誘導モーターでは、速度範囲が異なる場合があります。 これらのモーターは最大 15,000 RPM 以上の速度で動作できます。

DC モーターは、正確な速度制御が必要なアプリケーションや、低速で高トルクが必要な場合によく使用されます。 これらは、モーターの端子に定電圧を供給する直流 (DC) 電源を使用して駆動されます。 電圧によりモーターの巻線に電流が流れ、モーター内の永久磁石と相互作用する磁界が生成されます。 磁界間の相互作用により、モーターのアーマチュア (ローター) が回転します。