トルクモーターとサーボモーター、インバータの張力制御における違いとは？

トルクモーターとサーボモーター、インバーターの張力制御における違いとは？

トルクモーター、サーボモーター、インバーターはすべて張力制御システムに使用できますが、それぞれ特性が異なります。トルクモーターは、トルク制御が必要なシンプルな巻取機/繰出機に適しています。サーボモーターは、高精度な制御や多軸同期が必要な機械に適しています。インバーターは、ACモーターを使用するシステム、特にトルク制御、ベクトル制御、ロードセル、ダンサーローラー、またはワインダー/アンワインダー機能と組み合わせる場合に適しています。

張力制御とは？

張力制御とは、巻取、繰出、または多軸搬送のプロセスにおいて、ロール状の材料にかかる張力を一定に保つプロセスです。

張力制御が必要な一般的な材料には、プラスチックフィルム、紙、布、箔、テープ、電線、ケーブル、ウェブ状材料などがあります。

張力が不安定になると、材料のシワ、破れ、たるみ、蛇行、巻取の不均一、あるいは印刷、カット、ラベリングの際の位置ずれが発生する可能性があります。

巻取機/繰出機では、ロール径が絶えず変化します。ロール半径が変化すると、巻取軸/繰出軸に必要なトルクも変化します。

基本式：

トルク = 張力 × 半径

つまり、張力を一定に保つには、ロール半径に応じてトルクを調整する必要があります。そのため、巻取機/繰出機の駆動ソリューションを選択する際は、kWやHPといった出力だけで判断することはできません。

張力制御におけるトルクモーターとは？

トルクモーターは、軸のトルクや引張力を制御するために使用されるモーターです。巻取/繰出システムにおいて、トルクモーターは通常、基本的な張力制御から中程度の張力制御が求められる巻取軸、繰出軸、または回収ユニットに使用されます。

トルクモーターは以下に適しています：

• フィルム巻取機

• 繰出機

• 紙巻取機

• 電線/ケーブル巻取機

• スクラップ回収ユニット

• 中速包装機

• シンプルな張力制御システム

トルクモーターの利点は、導入が容易でコストパフォーマンスに優れ、高精度な位置同期を必要としない機械に適している点です。ただし、適切なコントローラーが必要であり、重負荷状態や低速で長時間運転する場合は熱対策を確認する必要があります。

トルクギヤードモーターとは？

トルクギヤードモーターは、トルクモーターに減速機を組み合わせたものです。減速機は出力回転速度を下げ、負荷軸のトルクを増大させます。

トルクギヤードモーターを使用すべきケース：

• 重量物の巻取

• 巻取軸の低速運転が必要な場合

• より高い出力トルクが必要な場合

• カップリング、プーリー、スプロケット、または巻取軸を介して駆動する場合

• トルクモーター単体では引張力が不足する場合

簡単に言えば、トルクモーターは張力制御用であり、トルクギヤードモーターは張力制御が必要かつ減速機によるトルク増大が必要な場合に使用されます。

張力制御におけるサーボモーター

サーボモーターは高精度な駆動ソリューションであり、通常はサーボアンプとフィードバック用エンコーダーを組み合わせて使用します。サーボモーターは位置、速度、トルクを制御できるため、動作同期や多軸の高精度制御が必要な機械に適しています。

サーボモーターは以下に適しています：

• 高速包装印刷機

• 定尺切断機

• 精密包装機

• 送り軸、印刷軸、切断軸の同期が必要な機械

• 材料の位置制御が必要なシステム

• PLCまたはモーションコントローラーを備えたライン

• エンコーダ、ロードセル、またはダンサーロールからのフィードバックが必要なアプリケーション

サーボの利点は、高精度、高速応答、優れた制御性です。欠点は、コストが高く、設定が複雑であり、チューニング技術が必要なことです。

張力制御におけるインバータ

インバータは、あらゆる状況において単なる「速度調整」機器ではありません。巻取機/繰出機システムにおいて、適切なドライブを選択し正しく構成すれば、インバータは張力制御に関与することができます。

基本的なレベルでは、インバータはACモーターの速度を制御します。しかし、より高度な張力制御システムでは、インバータは以下に基づいて動作可能です：

• 速度制御

• トルク制御

• ベクトル制御

• PID速度トリム

• 巻取/繰出機能

• ロードセルフィードバック

• ダンサーロールフィードバック

• 巻径演算

• PLCまたはテンションコントローラー

重要な点は、すべてのインバータが優れた張力制御を行えるわけではないということです。一般的なV/F制御インバータを使用し、張力フィードバックがない場合、システムは主にモーターの速度調整を行うだけであり、精密な張力制御とは言えません。

張力制御にインバータを使用する場合は、トルク制御、ベクトル制御、または巻取/繰出機能を備えたドライブを優先すべきです。より高い安定性が必要なシステムでは、ロードセル、ダンサーロール、エンコーダ、またはPLC/テンションコントローラーを組み合わせることを推奨します。

張力制御におけるインバータ構成

表1：張力制御システムでよく見られるインバータ構成

トルクモーター、サーボモーター、インバータの比較

表2：張力制御におけるトルクモーター、サーボモーター、ACモーター（インバータ駆動）の比較

トルクモーター、サーボ、インバータの選定基準

トルクモーターを選定すべき場合：

• シンプルな巻取機/繰出機

• 基本的な張力保持が必要な場合

• 速度がそれほど高くない場合

• 正確な位置同期が不要な場合

• 経済的で運用が容易なソリューションを求める場合

トルクギヤードモーターを選定すべき場合：

• 重量物の巻き取り

• 低速回転が必要な場合

• より高い出力トルクが必要な場合

• 減速機、プーリー、スプロケット、またはカップリングを介した駆動が必要な場合

サーボモーターを選定すべき場合：

• 高い精度が求められる機械

• 多軸同期が必要な場合

• 材料の位置制御が必要な場合

• 高速印刷機、切断機、包装機

• PLCまたはモーションコントローラを使用する場合

• エンコーダ、ロードセル、またはダンサーローラーによるフィードバックが必要な場合

インバータを選定すべき場合：

• ACモーターを使用するシステム

• ライン速度の調整が必要な場合

• 一般的でメンテナンスが容易なソリューションを求める場合

• ベクトル制御、トルク制御、または巻取機能（winder function）を備えたドライブが必要な場合

• 張力フィードバック用にロードセル、ダンサーローラー、エンコーダ、またはPLCを備えている場合

用途別クイック選定表

表3：実用的な張力制御ソリューションの選定ガイド

張力制御システム選定におけるよくある間違い

1. V/F制御インバータですべての張力制御システムに対応できると考えること

V/F制御インバータはモーター速度を調整できますが、トルク制御、ベクトル制御、または張力フィードバックがない場合、精密な張力制御ソリューションとは見なせません。

2. 巻取機/繰出機におけるインバータの役割を過小評価する

適切なトルク制御、ロードセル/ダンサー、または巻取機能（winder function）を備えたドライブを使用すれば、インバータはACモーターを使用する多くの巻取/繰出システムにとって最適なソリューションとなり得ます。

3. 単純すぎる機械にサーボを使用する

サーボは高精度ですが、コストと複雑さが増します。機械が基本的な巻取/繰出のみを行う場合、トルクモーターや適切なインバータの方が経済的です。

4. トルクモーターの代わりに汎用モーターを使用する

汎用モーターは、長時間のトルク保持や張力制御が必要なアプリケーションにおいて、トルクモーターとして動作するように設計されていません。誤った使用をすると、モーターが急速に過熱したり、早期に故障したりする可能性があります。

5. 巻径の計算を行わない

巻径が変化すると、必要なトルクも変化します。最小巻径と最大巻径を考慮しないと、システムはトルク不足に陥ったり、張力が不安定になったりしやすくなります。

MDriveTechによる張力制御ソリューションのコンサルティング

MDriveTechは、巻取/繰出機向けのトルクモーター、トルクギヤードモーター、サーボモーター、インバータ、減速機、および駆動ソリューションのコンサルティングをサポートしています。

ソリューションを選択する際は、以下の情報をご提供ください：

• 材料の種類

• 材料の幅

• 最小および最大巻径

• ライン速度

• 要求張力

• ロール重量

• 機械または旧モーターの写真

• 既存システム：トルクモーター、サーボ、またはACモーター＋インバータ

• ロードセル、ダンサーローラー、エンコーダ、またはPLCの有無

ホットライン：0868 789 647
メール：[email protected]

FAQ – よくある質問

トルクモーターとサーボモーターの違いは何ですか？

トルクモーターはトルクと張力の制御に特化しています。サーボモーターは位置、速度、トルクをより正確に制御し、軸同期やモーションコントロールが必要な機械に適しています。

トルクモーターとインバータの違いは何ですか？

トルクモーターはトルク/張力制御に使用されるモーターです。インバータはACモーターを制御するためのドライブです。トルク制御、ベクトル制御、または巻取機能を備えた適切なタイプを使用し、ロードセル/ダンサーと組み合わせることで、インバータも張力制御に使用できます。

インバータで張力制御は可能ですか？

はい、構成によります。インバータがトルク制御、ベクトル制御、または巻取機能を備え、ロードセル、ダンサーローラー、エンコーダ、またはPLC/張力コントローラーと組み合わされている場合、張力制御が可能です。フィードバックのないV/F制御のみを使用する場合、システムは主に速度制御となります。

トルクモーターはいつ使用すべきですか？

巻取/繰出機、フィルム巻取、紙巻取、線材巻取、スクラップ回収ユニット、または基本的な張力保持が必要なシステムには、トルクモーターの使用を推奨します。

サーボモーターはいつ使用すべきですか？

高精度な制御、多軸同期、正確な切断/印刷位置決め、または高速での安定した張力が必要な機械には、サーボモーターを使用すべきです。

インバータはいつ使用すべきですか？

ACモータを使用するシステムで、速度やトルクの調整が必要な場合、またフィードバックセンサと組み合わせて張力制御を向上させたい場合にインバータを使用してください。

トルクギヤードモータはいつ使用すべきですか？

張力制御が必要でありながら、負荷に対して低速かつ高出力トルクが求められる場合に使用します。

結論

トルクモータ、サーボモータ、インバータはすべて張力制御システムに使用可能ですが、機械の要件に応じて適切に選択する必要があります。

トルクモータはシンプルな巻取機/繰出機に適しています。トルクギヤードモータは、より高い出力トルクが必要な場合に適しています。サーボモータは、高精度なシステムや軸同期、モーションコントロールが必要な場合に適しています。インバータはACモータを使用するシステムに適しており、特にドライブがトルク制御、ベクトル制御、ワインダ機能を備え、ロードセルやダンサーローラと組み合わせる場合に有効です。

適切なソリューションを選択することで、巻取機/繰出機の安定稼働、材料のシワや破断の低減、不良品の削減、および投資コストの最適化が実現できます。