トルク、ラジアル荷重、アキシアル荷重がモーターの選択に与える影響

Portescap | アプリケーション エンジニア、Valentin Raschke 著 2023 年 8 月 29 日

特定の用途向けのモーターを検索して選択することは、考慮する必要がある潜在的な要因が多数あるため、困難な作業になることがよくあります。 これらには、アプリケーションに必要な電圧、最大電流と直径、速度、効率、電力などが含まれます。 これらの考慮事項と他の固有のアプリケーション要件のバランスをとることは、理想的なモーターを確実に選択するのに役立ちます。そのため、最初からモーション ソリューション チームと設計エンジニアリング チーム間の協力的なアプローチが重要です。

モーターの選択プロセスのサポートを求めてミニチュア モーターのサプライヤーに初めて問い合わせるとき、最初に対処する必要がある質問の 1 つは、アプリケーションの特定の動作点、つまりアプリケーションのトルクと速度です。 モーターの負荷を理解すると、必要なモーター出力と必要なモーター付属品を特定するのに役立ちます。 また、さまざまな種類の負荷がモーターの寿命と信頼性、または必要なモーターの設計に大きな影響を与えるため、モーターをアプリケーションにどのように統合するかを議論することも重要です。

ここでは、一般的な小型モーターの用途に存在する 3 つの異なるタイプの負荷である、トルク負荷、ラジアル負荷、およびアキシアル負荷について検討します。 また、これらの負荷がモーターの選択プロセスにとって重要である理由も説明します。

トルクとは、モーターの動作中に発生する回転力の量です。 モーターの目的は通常、電気エネルギー (Pelec = 電圧 x 電流) を機械エネルギー (Pmech = トルク x 回転速度) に変換することであるため、回転モーターのほぼすべてのアプリケーションにトルク負荷が存在します。

多くの場合、必要なトルク値「x」に基づいてモーターを選択するだけでは十分ではありません。 モーターは過熱することなく必要な機械的出力を提供する必要があるため、アプリケーションで必要なトルク (および速度) は動作サイクル全体にわたって理解する必要があります。 これは、モーション サプライヤーから、モーターが予想される正確なモーション サイクルを提供するよう求められることが多いことを意味します。 これにより、モーターが過熱する前に到達できる最大温度を分析できます。

適切なモーターを選択するには、必要なトルク値だけでなく、動作サイクル全体にわたるトルク/速度プロファイルとそのデューティ サイクルも理解する必要があることに注意してください。

特定の用途では、モーターまたはギアボックスは、負荷を駆動するために特定のトルクを提供するだけでなく、モーター シャフトに半径方向に作用する力であるラジアル荷重もサポートする必要があります。 この一例は、モーターと平行な軸を駆動するために使用されるベルト ドライブです。 特にベルトにプレストレスが加えられている場合、張力はモーター シャフトに作用するラジアル荷重として考慮する必要があります。

ラジアル荷重はベアリングのオプションに影響を与えるため、モーターの選択に関連します。 ブラシ付き DC モーターまたはステッピング モーターの例では、スリーブ ベアリングまたはボール ベアリングという 2 つの標準ベアリング オプションがあります。 通常、スリーブ ベアリングはボール ベアリングよりも低いラジアル荷重をサポートし、寿命も短くなります。 これはコストの低さによって相殺されます。 モーターの総コストに応じて、ボール ベアリングの代わりに 2 つのスリーブ ベアリングを使用すると、モーターのコストを大幅に削減できます。 ただし、ラジアル荷重が存在するベルトドライブやダイアフラムポンプなどのアプリケーションの場合、モーターの前部ベアリングに少なくとも 1 つのボールベアリングを使用することは、妥当な寿命を確保するのに役立つため、より良い選択です。

対照的に、ブラシレス DC モーターは、DC モーターやステッピング モーターと比較してはるかに高速で駆動できるため、通常 2 つのボール ベアリングを使用します。 モーターの製造元は、特定の速度でのモーターの最小寿命が達成できる最大ラジアル動的力を推奨します。 最大ラジアル動的力は、使用するベアリングのサイズ、モーター内の 2 つのボール ベアリング間の距離、ラジアル荷重がかかる位置によって異なります。 特大のボールベアリングを備えた長いモーターは、通常、短いモーターよりも大きなラジアル荷重をサポートします。