始動トルクと定格トルクの違いとは？

始動トルクと運転トルクの違いとは？

始動トルクと運転トルクは、モーター、ギヤードモーター、および減速機を選定する際に重要な2つのパラメータです。運転トルクは機械の運転を維持するために必要な回転力を示し、始動トルクは初期の抵抗力に打ち勝ち、機構全体を加速させるために必要な力を示します。

出力や運転トルクのみに基づいて選定した場合、モーターは定格速度に達した後は安定して動作する可能性がありますが、負荷を始動させるための十分な力が不足する恐れがあります。

始動トルクとは？

始動トルクとは、回転開始時、つまり軸速度が0または0に近い状態でモーターが発生させるトルクのことです。

直入れ始動を行う誘導電動機において、このパラメータは以下のように呼ばれることもあります。

• Starting torque（始動トルク）

• Locked-rotor torque（拘束トルク）

• 始動トルク

• 拘束トルク

始動トルクは、同時に2つの役割を果たす必要があります。

1. 静止状態にある負荷の抵抗力に打ち勝つこと。

2. モーターと機械機構を要求される速度まで加速させること。

モーターの始動能力は、定格出力だけでなく、トルク・速度特性、電圧、始動方法、および機械の負荷に依存します。IEC 60034-12では、三相誘導電動機の始動特性が個別に分類されており、これにはローターが回転していない時のトルクと電流が含まれます。

運転トルクとは？

運転トルクとは、通常の運転条件下で機械の動作を維持するために必要なトルクのことです。

以下の2つの概念を区別する必要があります。

• 負荷トルク：特定の時点で機械機構が要求するトルク。

• 定格トルク：定格条件下でモーターまたは減速機が連続的に供給できるトルク。

安定した運転状態では、モーターのトルクは負荷トルクおよび機械的損失と釣り合っています。その際、速度はほぼ一定となります。

モーターの定格トルクは、出力と速度から近似的に計算できます。

T = 9.550 × P / n

ここで：

• T：トルク、Nm

• P：出力、kW

• n：速度、r/min

例えば、1.450 r/minで回転する1,5 kWのモーターの定格トルクは、近似的に以下のようになります。

T = 9.550 × 1,5 / 1.450 ≈ 9,88 Nm

始動トルクと運転トルクの比較

始動トルクが運転トルクよりも大きくなる理由は？

定常運転時、モーターは主に負荷と機械的損失に打ち勝つためのトルクを供給する必要があります。

始動時、モーターはさらに以下の加速を行う必要があります：

• モーターローター

• ギアおよびシャフト

• カップリング

• スプロケット、プーリー、またはドラム

• コンベアおよび搬送物

• 撹拌翼

• 機械の回転または移動する全質量

基本的な動力学の関係式は以下の通りです：

Tmotor − Tload = J × α

ここで：

• Tmotor: モーター出力トルク

• Tload: 負荷トルク

• J: 換算慣性モーメント

• α: 角加速度

モーター出力トルクと負荷トルクの差分は、システムの加速に使用されます。モーター出力トルクが負荷トルクと等しい場合、加速するための余剰トルクがほとんどありません。総トルク、慣性モーメント、および回転加速度の関係は、電動駆動システムの基本原理です。

始動トルクは常に運転トルクより大きいのか？

すべてのアプリケーションで、始動トルクが運転トルクよりも大幅に高い必要があるわけではありません。

必要なトルクレベルは負荷特性に依存します。

そのため、すべての機械に対して固定の始動トルク比を適用すべきではありません。

モーターの始動トルクと減速機の関係は？

減速機は速度を低下させ、出力軸のトルクを増大させます。

出力トルクは以下のように推定できます：

T₂ ≈ T₁ × i × η

ここで：

• T₁：モーター軸のトルク

• T₂：減速機出力軸のトルク

• i：減速比

• η：伝達効率

減速比、速度、トルクの関係は、ギア付き駆動システムの基礎となります。モーター側に換算した慣性負荷も、減速比の2乗に比例して変化します。

例えば、モーターが15 Nmの始動トルクを発生し、減速比が20、総合効率が90%の減速機を使用する場合：

T₂ ≈ 15 × 20 × 0.9 = 270 Nm

ただし、この結果だけで減速機が適切であると結論付けてはなりません。同時に以下を確認する必要があります：

• 許容連続出力トルク

• 許容最大トルク

• 始動トルクまたはピークトルク

• 1時間あたりの始動回数

• 衝撃荷重

• ラジアル荷重およびアキシアル荷重

• 軸受および歯車の寿命

十分な運転トルクを持つ減速機であっても、始動トルクや衝撃トルクが短時間許容値を超えると過負荷になる可能性があります。

始動方法の影響

直入れ始動

モーターに電源電圧を直接印加し、モーター設計に基づいた始動トルク特性を発生させます。始動電流が大きくなる傾向があるため、電源、開閉器、および機構部の耐荷重を確認する必要があります。

スターデルタ始動

スター結線時の各巻線にかかる電圧は、デルタ運転時よりも低くなります。そのため、始動トルクは大幅に低下します。

この方法は、停止状態から大きなトルクを必要とする負荷には適していません。

ソフトスタータ始動

ソフトスタータは、始動中に電圧を低減させることで、電流と機械的衝撃を抑制します。電圧が低下すると、誘導電動機の始動トルクも低下します。

そのため、負荷に合わせて適切な昇圧時間と初期電圧を設定する必要があります。

インバータ（VFD）

インバータは、始動中にモーターの電圧、周波数、電流を制御します。低速域でのトルク発生能力は以下に依存します：

• V/f制御またはベクトル制御モード

• 電流制限

• モーターパラメータ

• オートチューニング結果

• 加速時間

• インバータの過負荷耐量

• モーターの冷却状態

インバータ使用時の始動トルクは、直入れ始動時のモーターの拘束トルク（locked-rotor torque）パラメータのみで評価すべきではありません。

始動トルクが不足するとどうなるか？

一般的な兆候は以下の通りです：

• モーターに通電しているが回転しない

• 始動時にモーターの回転が非常に遅い

• 電流値が急上昇する

• サーマルリレーまたはインバータが過電流を検知する

• 無負荷では始動できるが、負荷がかかると動作しない

• 加速時間が長すぎる

• モーターが急速に発熱する

• ブレーキは開放されているが負荷が動かない

• コンベアがガタついて停止する

• カップリング、チェーン、またはベルトが激しく振動する

モーターが非常に低速で長時間保持されると、電流と温度が急激に上昇し、巻線の寿命が短くなる可能性があります。

モーターの出力が十分であるにもかかわらず始動しない原因は何ですか？

定格出力が適切なモーターであっても、以下の理由により始動できない場合があります：

• 始動トルクが負荷トルクより小さい

• 加速時間が短すぎる

• インバータの電流制限値が低すぎる

• 電源電圧の低下

• スターデルタ結線の誤り

• 電磁ブレーキが完全に開放されていない

• 負荷の機械的な固着

• ベアリングまたは減速機の焼き付き

• 歯車、チェーン、またはプーリーの取り付けミス

• スクリューコンベアや攪拌機内での材料の堆積

• 負荷の慣性モーメントが大きすぎる

• 減速機の変速比が不適切

したがって、原因を特定せずに直ちにモーターの出力を上げるような対応は避けるべきです。

トルクに基づくモーターと減速機の選定方法

1. 運転トルクの特定

機械が要求速度で運転を維持するために必要なトルクを算出します。

2. 始動時の負荷トルクの特定

負荷が空転か全負荷かを確認し、静摩擦、揚力、材料の固着、または初期圧力の有無をチェックします。

3. 慣性モーメントの算出

巻取ドラム、フライホイール、回転テーブル、プーリー、機械軸などの回転体の質量と寸法を評価します。

4. 加速時間の決定

加速時間が短いほど、要求される加速トルクは高くなります。

5. モーターおよび制御装置の特性確認

始動時だけでなく、加速プロセス全体を通じてモーターと制御装置が十分なトルクを発生できることを確認する必要があります。

6. 減速機の確認

減速機は以下すべてに対応している必要があります：

• 連続トルク

• 始動トルク

• 最大トルク

• 始動サイクル

• 衝撃荷重

• 軸への外部荷重

7. ブレーキおよびバックストップの確認

傾斜コンベア、ウインチ、または昇降機構の場合、モーター停止時や停電時に負荷を保持する能力を別途確認する必要があります。

選定時によくある間違い

kW出力のみで選定する

出力は始動能力を完全に示すものではありません。同じ出力のモーターでも、始動トルク特性が異なる場合があります。

定格トルクのみを確認する

定格トルクは安定運転能力を示すものであり、始動トルクや最大トルクの確認に代わるものではありません。

減速機は大きいほど良いと考える

大きな減速機は負荷容量を向上させる可能性がありますが、慣性、サイズ、コストも増加させます。実際の負荷に応じて正しく選定する必要があります。

加速時間を短く設定しすぎる

加速時間を短くすると、要求される加速トルクと電流が増加します。

始動時の負荷状態を無視する

空のスクリューコンベアと材料が充填されたスクリューコンベアでは、始動時の要求条件が大きく異なります。

最大トルクを連続運転の評価に使用する

最大トルクは通常、短時間のみ許容されるものです。連続運転トルクの代わりに使用してはいけません。

よくある質問

始動トルクは最大トルクと同じですか？

いいえ。始動トルクは速度がゼロの時点でのトルクです。最大トルクは、モーターの特性曲線上の別の速度で発生する可能性があります。

運転トルクは定格トルクと同じですか？

必ずしもそうではありません。運転トルクは負荷が要求する実際のトルクです。定格トルクは、定格条件下でモーターまたは減速機が連続的に供給できる能力です。

モーターの定格トルクが負荷より大きければ十分ですか？

十分ではありません。始動トルク、加速時間、負荷慣性、最大トルクを併せて確認する必要があります。

減速比を上げるとモーターは始動しやすくなりますか？

減速比を上げると、通常は出力軸のトルクが増加し、モーター側に換算した負荷トルクは減少します。ただし、出力速度は低下するため、減速機の制限を確認する必要があります。

インバータは始動トルクを増加させますか？

インバータは、適切に選定および設定されていれば、低速域でのトルク制御性能を向上させることができます。実際の能力は、インバータの電流、モーター、制御モード、および過負荷耐量によって制限されます。

減速機が運転トルクを満たしていても、始動トルクが不足することはありますか？

はい。減速機が連続負荷には耐えられても、始動時、過負荷時、または逆転時のピークトルクに耐えられない場合があります。

MDriveTechによるモーターおよび減速機の選定アドバイス

MDriveTechでは、DSK、Nara Samyang、NKのギヤードモーターおよび減速機の選定をサポートしています：

• コンベア

• スクリューコンベア

• 攪拌機

• 包装機

• 巻取機

• 回転テーブル

• 昇降装置

• 産業用駆動システム

正確な選定のため、お客様には以下の情報をご提供いただくことを推奨します：

• モーターの出力および速度

• 出力速度

• トルクまたは負荷特性

• 無負荷または全負荷での始動

• 加速時間

• 1時間あたりの始動回数

• 衝撃負荷や逆転の有無

• 取付形式および軸寸法

• 機械の写真または図面

ホットライン: 0868 789 647
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結論

始動トルクは、初期抵抗に打ち勝ち、システムを加速させるために必要なトルクです。運転トルクは、要求される速度で機械を維持するために必要なトルクです。

モーターと減速機を選定する際は、始動トルク、運転トルク、最大トルク、負荷慣性、加速時間、および運転サイクルを同時に確認する必要があります。kW出力のみで選定すると、システム全体の出力は十分であっても、始動できない可能性があります。