トルクモータとは？張力制御および巻取・繰出装置への応用について

トルクモーターとは？張力制御、巻取・繰出、およびトルクギヤードモーターへの応用

トルクモーターとは、回転速度だけでなく、トルク、牽引力、または張力を制御するために設計されたモーターです。このモーターは、巻取機/繰出機、印刷機、包装機、繊維機械、圧延機、フィルム延伸機、巻線機、および安定した張力保持が必要なシステムで一般的に使用されます。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、出力トルクを増大させ、速度を低減させたバージョンです。

トルクモーターとは何か？

トルクモーターは、運転中に安定したトルクを発生・制御するように設計されたモーターです。出力や速度に基づいて選定される一般的なモーターとは異なり、トルクモーターは、トルクの発生能力、牽引力の保持、張力制御、およびスリップ状態や低速での動作能力が重視されます。

簡単に言えば、トルクモーターは単に「速く回転させる」ためではなく、「均一に引っ張る」、「力を保持する」、「均一に巻き取る」、または「制御された状態でブレーキをかける」ために使用されます。

産業界において、トルクモーターは一般的に以下のシステムで見られます：

• 巻取機

• 繰出機

• 包装印刷機

• フィルム圧延機

• 巻線機

• 繊維機械

• 染色機

• 製紙機械

• プラスチック加工機

• 包装機

• 材料張力制御システム

これらの用途において、張力が不安定になると、材料のシワ、破断、たるみ、蛇行、または不均一な巻き取りが発生する可能性があります。これが、プラスチックフィルム、紙、布、電線、ケーブル、箔、粘着テープ、薄い金属コイルなどのロール状材料を扱う多くの生産ラインでトルクモーターが使用される理由です。

モーターにおけるトルクとは何か？

トルクとは回転力のことです。これは物体を軸の周りに回転させる力です。モーターにおいて、トルクはモーターが負荷を牽引するために回転力を発生させる能力を示します。

簡単に理解すると：

• 速度は、モーターが速く回転するか遅く回転するかを示します

• 出力は、モーターが一定時間内にどれだけの仕事ができるかを示します

• トルクは、回転軸においてモーターがどれだけ強力に牽引できるかを示します

実例：

高速だがトルクが低いモーターは速く回転できますが、重い負荷を牽引することはできません。逆に、低速だがトルクが高いモーターは負荷を十分に牽引でき、巻取・繰出、軽荷重の昇降、材料の牽引、または張力保持に適しています。

トルクの基本公式：

トルク = 力 × 半径

ここで：

• トルクは回転力

• 力は作用する力

• 半径は回転中心から力が作用する点までの距離

産業用モーターにおいて、トルクは通常、カタログに応じて N·m、kgf·cm、または kg·cm で計算されます。モーターを選定する際は、出力やトルクの選定ミスを防ぐために、単位を正しく換算する必要があります。

トルクモーターと一般的なモーターの違いは？

一般的なモーターは、特定の速度で負荷を回転させるために選定されます。負荷が過剰に増加すると、モーターが発熱したり、過電流が発生したり、減速したりすることがあります。ポンプ、ファン、コンベア、撹拌機などの多くの一般的な用途では、ACモーターや一般的なギヤードモーターで十分です。

トルクモーターは、トルク、牽引力、または張力の制御が必要なアプリケーション向けに設計されています。このモーターは、低速運転、スリップ状態での運転、または材料ロールの直径変化に応じた速度変更が可能です。

重要な点は、トルクモーターを単に「強力なモーター」と解釈すべきではないということです。これは、特にロール状材料の巻取/繰出システムにおいて、トルク制御という課題を解決するためのモーターです。

なぜ巻取機や繰出機においてトルクモーターが重要なのか？

巻取機や繰出機では、材料ロールの直径が絶えず変化します。

ロールが小さい場合、線速度を維持するためにモーターは高速で回転する必要があります。ロールが大きい場合、モーターは低速で回転しますが、張力が過剰にならないようにトルクを調整する必要があります。

張力を適切に制御できない場合、システムで以下のような不具合が発生する可能性があります：

• フィルムのシワ

• 紙の破れ

• 布のたるみ

• ワイヤーの切断

• 巻きムラ

• 巻ズレ

• 製品の伸び

• ライン速度の不安定化

• 調整のための頻繁な機械停止

トルクモーターは、巻取り/繰出し工程において、より安定した牽引力や張力を維持するのに役立ちます。これは、包装、印刷、プラスチック、製紙、繊維、電線ケーブル、およびロール状材料を扱う業界において非常に重要な要素です。

トルクモーターの動作原理

トルクモーターは、負荷の要求に応じて制御されたトルクを発生させることで動作します。モーターを一定速度で回転させるために単に電力を供給するのではなく、トルクモーターシステムには通常、モーターに供給される電圧、電流、または電力レベルを調整するためのコントローラーが付属しています。

巻取り/繰出しアプリケーションでは、コントローラーが材料の要求に応じて牽引力を変化させます。より大きな張力が必要な場合はトルクを増加させ、小さな張力が必要な場合はトルクを減少させます。

一部の産業用トルクモーターでは、制御されたスリップ状態で動作させることが可能です。これは、単に同期速度で回転させるだけでなく、張力を維持する必要があるシステムに適しています。

Continuous slip（連続スリップ）とは何か？

Continuous slipとは、モーターが設計上の許容範囲内で、連続的または半連続的なスリップ状態で動作できる能力と理解できます。

テンション制御アプリケーションにおいて、モーターは必ずしも常に同期速度で自由に回転しているわけではありません。材料の変化に応じて速度が変動する中で、モーターが保持力、牽引力、または制動力を発生させる必要がある場合があります。これが、一部のトルクモーターがスリップ状態に適するように設計されている理由です。

ただし、Continuous slipは、どのモーターでも自由にスリップさせてよいという意味ではありません。通常のモーターをスリップ状態で長時間使用すると、急速な発熱、巻線の焼損、または寿命の低下を招く可能性があります。適切なトルクモーター、適切なコントローラー、および適切な負荷条件で使用する必要があります。

トルクモーターの用途

トルクモーターは、張力制御、牽引力制御、または材料の巻取り/繰出しが必要なシステムで広く使用されています。

一般的な用途は以下の通りです：

• プラスチックフィルム巻取機

• フィルム繰出機

• 包装印刷機

• ラミネート機

• 製袋機

• 繊維機械

• 染色機

• 製紙機械

• 紙巻取機

• 電線巻取機

• ケーブル巻取機

• テープ巻取機

• 箔巻取機

• ラベル巻取機

• ロール包装機

• ウェブ材料処理機

• テンション制御システム

これらのアプリケーションにおいて、目的は単に軸を回転させることではなく、材料が切断されたり、たるんだり、変形したりすることなく均一に牽引されるように維持することです。

包装機械におけるトルクモーター

包装業界では、材料は通常、プラスチックフィルム、複合フィルム、紙、ラベル、シール、または薄いロール状の材料です。高速運転時には、材料がカッター、プレスロール、印刷ロール、またはシールロールを正確な位置で通過できるように、張力を安定させる必要があります。

トルクモーターは以下の用途に使用できます：

• アンワインダー軸

• 製品巻取軸

• スクラップ巻取軸

• 材料搬送軸

• 補助張力制御機構

• ラベルまたはテープ巻取ユニット

張力が低すぎると、フィルムが弛んで位置ずれが発生します。張力が高すぎると、フィルムが伸びたり、破れたり、変形したりします。トルクモーターは、多くの用途において一般的なモーターよりもこの領域をより適切に制御できます。

印刷機におけるトルクモーター

ロール式印刷機では、材料は一定の張力で複数のローラーを通過する必要があります。張力が変動すると、印刷パターンのずれ、色ずれ、材料のシワ、または製品ロールの巻き乱れが発生する可能性があります。

トルクモーターは通常、以下の箇所で使用されます：

• アンワインダーユニット

• ワインダーユニット

• テンション制御ユニット

• 印刷後材料巻取ユニット

• スクラップ回収ユニット

包装印刷機において、張力制御は印刷品質とラインの安定性に直接影響を与える重要な要素です。

電線・ケーブル巻取機におけるトルクモーター

電線、ケーブル、糸、繊維などの線状材料の場合、張力が強すぎると断線や伸びの原因となります。張力が弱すぎると、巻きが緩んだり、不均一になったり、絡まったりします。

トルクモーターは、特に運転中にロール径が小径から大径へ変化する場合でも、巻取軸に対してより安定した牽引力を生み出すのに役立ちます。

主な用途：

• 電線巻取機

• ケーブル巻取機

• 糸巻取機

• 繊維巻取機

• 銅線巻取機

• 細径鋼線巻取機

• 線状材料巻取機

製紙・プラスチック・繊維産業におけるトルクモーター

製紙、プラスチック、繊維産業では、ロール状材料を扱う工程が多く存在します。トルクモーターは、材料が搬送ローラー、プレスローラー、乾燥ローラー、印刷ローラー、または巻取ローラーを通過する際に、安定した張力を維持するのに役立ちます。

典型的な用途：

• 紙のアンワインド

• 加工後の紙の巻取り

• プラスチックフィルムの巻取り

• プラスチックフィルムのアンワインド

• 繊維機械における布地の張力調整

• 布地の巻取り

• ラミネート加工後の材料巻取り

• 乾燥後の材料巻取り

薄い、柔らかい、または変形しやすい材料の場合、トルク制御を最適化することで、不良品を減らし、生産の安定性を向上させることができます。

トルクギアードモーターとは？

トルクギアードモーターとは、トルクモーターに減速機を組み合わせたものです。目的は、出力速度を下げ、負荷軸でのトルクを増大させることです。

一般的なトルクモーターが直接的なトルク制御に適しているのに対し、トルクギアードモーターは以下のような負荷が必要な場合に適しています：

• より低い速度

• より大きな出力トルク

• より安定した牽引力

• より強固な機械的接続

• 巻取軸、プーリー、スプロケット、またはカップリングへの取り付けの容易さ

• 高負荷システムにおける張力制御

簡単に説明すると以下の通りです：

トルクモータ = トルク制御用モータ
トルクギヤードモータ = トルクモータ + 出力トルクを増幅させる減速機

実際には、トルクギヤードモータは、ダイレクトドライブモータよりも大きな牽引力や低速出力が必要な巻取り機や繰り出し機によく使用されます。

トルクギヤードモータと一般的なギヤードモータの違いは何ですか？

一般的なギヤードモータは、減速とトルク増幅のために減速機を組み合わせたモータです。コンベア、攪拌機、包装機、供給機、または一般的な機械駆動に適しています。

トルクギヤードモータにも減速機が搭載されていますが、主な目的は特殊な用途におけるトルク、張力、またはスリップ状態の制御です。

連続的なスリップや精密な張力制御が必要な用途において、一般的なギヤードモータをトルクギヤードモータの代わりに使用することは推奨されません。逆に、一般的なコンベア用途であれば、トルクギヤードモータは必要ない場合があります。

Myung Youn製トルクモーターの特長とは？

Myung Youn Electronicsは、デジタル位相変換器（Digital Phase Converter）、トルクモーター、トルクギアードモーター、インバーターモーター、モーターコントローラー、モーターリモートコントローラーなどの製品ラインナップを展開する韓国のメーカーです。

トルクモーター製品群において注目すべき点は、トルク制御およびテンション制御に対応したモデルが用意されていることであり、これにはトルクギアードモータータイプや、モーターとコントローラーが一体化したタイプが含まれます。

メーカーの製品情報によると、TQシリーズのトルクギアードモーターは、トルク制御およびテンション制御用途向けに設計されており、連続スリップ運転が可能です。TQCシリーズは、トルクモーターとコントロールパネルを一体化したタイプで、有線リモートコントローラーを備えており、テンション調整が可能なため、省スペース化と操作性の向上が求められる機械に適しています。

これらの製品は、巻取機/繰出機、印刷機、包装機、繊維機械、製紙機械、および材料のテンション制御が必要な装置に最適です。

TQとTQCの違いとは？

Myung Younの製品命名規則に基づくと、以下のように理解できます：

TQ – トルクモーター / トルクギアードモーター

TQは、トルク制御およびテンション制御に使用されるトルクモーターまたはトルクギアードモーターのグループです。このシリーズは通常、独立したモーターコントローラーと組み合わせて使用され、制御盤やコントローラーが別途配置されている場合に適しています。

以下のような用途に適しています：

• 巻取機/繰出機

• 専用の制御盤を持つ機械

• 制御のカスタマイズが必要な生産ライン

• 複数の制御機器を統合する必要があるシステム

TQC – トルクモーターコントローラー一体型

TQCは、トルクモーターとコントローラーまたはコントロールパネルが一体化したタイプです。設置の簡素化と操作性の向上が利点であり、モーターとコントローラーの統合ソリューションを必要とする機械に適しています。

以下のような用途に適しています：

• 迅速な設置が必要な機械

• 中小型機械

• 独立した巻取/繰出ユニット

• テンション調整用リモートコントローラーが必要な機械

• 既存のモーターの更新や改造が必要な生産ライン

選定時には、カタログを参照し、取付方向（水平/垂直）、出力トルク、軸径、電圧、コントローラーの仕様、および負荷条件を確認する必要があります。

トルクモーターを使用すべき場面とは？

一定速度で負荷を回転させるだけでなく、トルクやテンションの制御が求められるアプリケーションでは、トルクモーターの使用が推奨されます。

以下のようなケースで推奨されます：

• ロール状の材料

• テンション制御が必要な場合

• 均一な巻き取りが必要な場合

• 安定した繰り出しが必要な場合

• 適切なスリップ状態で運転可能なモーターが必要な場合

• ロール径が絶えず変化する場合

• 材料がシワ、破れ、伸び、または蛇行しやすい場合

• 一般的なモーターよりも安定した引張力が必要な場合

• 印刷機、包装機、繊維機械、製紙機械、プラスチック加工機械

アプリケーションが単なるコンベア、ポンプ、ファン、または一般的な攪拌機である場合は、ACモーター、ギアードモーター、またはインバーターの方が適している可能性があります。

トルクギアードモーターを使用すべき場面とは？

張力制御と低速・高トルク出力の両方が必要な場合は、トルクギヤードモーターの使用を推奨します。

トルクギヤードモーターは以下に適しています：

• 重量物巻取り軸

• 大径ロール

• 安定した制動力が必要な繰出し軸

• ワイヤー/ケーブル巻取機

• 紙、フィルム、布の巻取機

• スクラップ回収機構

• スプロケット、プーリー、カップリングを取り付ける巻取りユニット

• ダイレクトドライブモーターよりも高いトルクが必要なアプリケーション

ダイレクトドライブのトルクモーターでは力が不足する場合や、出力回転数が高すぎる場合は、減速機を追加することでトルクが増大し、システムの制御が容易になります。

適切なトルクモーターの選定方法

トルクモーターを正しく選定するには、モーターの出力だけで判断してはいけません。材料、巻取り軸、および運転条件のパラメータを完全に特定する必要があります。

必要なチェックリスト：

1. 用途は巻取りか繰出しか

2. 材料は紙、フィルム、布、ワイヤー、ケーブル、その他か

3. 材料の幅

4. 材料の厚み

5. 巻芯径

6. 最小ロール径

7. 最大ロール径

8. ラインの線速度

9. 要求張力

10. ロール重量

11. 巻取り軸は水平か垂直か

12. ダイレクト駆動か減速機経由か

13. 連続スリップ運転が必要か

14. 1日の稼働時間

15. リモートコントローラーが必要か

16. PLCによる自動制御が必要か

17. 使用電源

18. 設置スペース

19. 粉塵、湿気、高温などの環境条件

20. 既存モーターの寸法互換性が必要か

これらの情報が不足していると、トルクモーターの選定ミスが起こりやすくなります。容量が小さすぎると張力を維持できず、過熱の原因となります。大きすぎるとスムーズな調整が困難になり、コスト増大や材料の過度な引張りにつながる恐れがあります。

トルクギヤードモーターの選定方法

トルクギヤードモーターを選定する際は、トルクモーターの情報に加え、減速機に関する確認が必要です。

特定すべき情報：

• 減速比

• 目標出力回転数

• 要求出力トルク

• 取付形式：脚取付、フランジ取付、立型、横型

• 出力軸寸法

• 接続方式：カップリング、スプロケット・チェーン、プーリー、直結

• ラジアル荷重およびアキシアル荷重

• 回転方向

• 設置スペース

• ブレーキの有無

• コントローラーは一体型か分離型か

巻取機/繰出機では、ロール径の変化に伴い速度とトルクが変動します。そのため、単一の運転ポイントで計算するのではなく、最小ロール径と最大ロール径の両方の状態で確認する必要があります。

トルクモーター選定時によくある間違い

1. HPまたはkWのみで選定する

トルクモーターは出力だけで選定すべきではありません。トルク、張力、ロール径、および線速度を計算する必要があります。

2. 最大巻径を考慮しない

巻径が増加すると、必要なトルクも変化します。小径時のみで計算すると、大径時にモーターの出力が不足する可能性があります。

3. 材料の張力を特定しない

材料ごとに張力の限界値は異なります。薄膜、紙、布、電線、ケーブルなど、それぞれ異なるテンション設定が必要です。

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、スリップ状態や連続的な保持負荷で運転すると、過熱したり、張力を適切に制御できなかったりする場合があります。

5. コントローラーの選定ミス

トルクモーターには適切なコントローラーが必要です。不適切なコントローラーを使用すると、トルク調整が困難になったり、発熱や動作不安定の原因となります。

6. 実運転時の温度を確認しない

トルク制御やスリップ運転は多大な発熱を伴うことがあります。設置後は、実負荷条件下で温度や電流を測定し、モーターの状態を確認する必要があります。

トルクモーター選定ミスの兆候

トルクモーターの選定を誤ったシステムには、一般的に以下のような兆候が見られます：

• 材料のたるみ

• 材料の過度な引っ張り

• 巻きムラ

• 蛇行（エッジのズレ）

• フィルムのシワ

• 紙の破れ

• 線の断線

• モーターの急速な過熱

• コントローラーの調整困難

• 速度の不安定

• 調整のための頻繁な機械停止

• 巻径の変化に伴う張力の過度な変動

これらの不具合が発生した場合は、要求トルク、巻径、ライン速度、コントローラー、および機械的な伝達機構を再確認してください。

巻取軸の基本トルク計算式

巻取機/繰出機において、必要なトルクは張力と巻径から概算できます：

トルク = 張力 × 半径

ここで：

• トルクは必要な回転トルク

• 張力は材料のテンション

• 半径は計算時点での巻径の半径

巻径が大きくなるほど半径も大きくなるため、同じ張力を維持するには必要なトルクも増加します。

例：

同じ張力の場合、半径200mmのロールは半径100mmのロールよりも大きなトルクを必要とします。これが、巻取機/繰出機の設計において、モーターの出力だけでなく、巻径の最小値と最大値の両方を考慮して計算しなければならない理由です。

コンベアにトルクモーターを使用すべきか？

通常、コンベアには用途に応じて、ギヤードモーター、インバータ制御付きACモーター、またはBLDCパワーローラーを使用するのが一般的です。トルクモーターは一般的なコンベアの選択肢としては一般的ではありません。

トルクモーターを検討すべきなのは、コンベアに特別な牽引力、制御されたスリップ、またはテンション制御の要求がある場合のみです。一般的な搬送用コンベアであれば、ギヤードモーターの方が選定が容易で経済的です。

インバータの代わりにトルクモーターを使用すべきか？

トルクモーターをインバータの代替品と見なすべきではありません。トルクモーターとインバータは、それぞれ異なる課題を解決するためのものです。

• インバータ：ACモータの速度制御に使用

• トルクモータ：トルクまたは張力制御に使用

• トルクコントローラ：トルクモータの力/トルクを調整するために使用

• サーボ：位置、速度、トルクの精密制御が必要な場合に使用

一部の最新システムでは、インバータやサーボを使用してトルクを制御することも可能です。しかし、基本的な巻取り/繰り出し機においては、専用のトルクモータの方がシンプルで経済的なソリューションとなる場合があります。

MDriveTechによるトルクモータおよびトルクギヤードモータの選定コンサルティング

MDriveTechでは、トルクモータ、トルクギヤードモータ、減速機付きモータ、インバータ、および産業機械向け駆動ソリューションの選定をサポートしています。

トルクモータを選定する際は、以下の情報をご提供ください：

• 用途（巻取りまたは繰り出し）

• 材料の種類

• 材料の幅

• 最小および最大ロール径

• ライン速度

• 要求張力

• ロール重量

• 電源

• モータ取付形式

• 減速機の有無

• 内蔵コントローラの有無

• 交換の場合は、旧モータの写真または銘板情報

これらの情報に基づき、MDriveTechは最適なソリューションの選定をサポートし、モータやコントローラの選定ミス、または運転時のトルク不足を防ぎます。

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

FAQ – トルクモータに関するよくある質問

トルクモータとは何ですか？

トルクモータは、トルク、牽引力、または張力を発生および制御するように設計されたモータです。主に巻取り/繰り出し機、印刷機、包装機、繊維機械、製紙機械、および張力制御システムで使用されます。

トルクギヤードモータとは何ですか？

トルクギヤードモータは、トルクモータに減速機を組み合わせたものです。減速機により出力速度を下げ、トルクを増幅させるため、より大きな牽引力が必要な巻取り/繰り出し軸に適しています。

トルクモータの用途は何ですか？

トルクモータは、巻取り、繰り出し、牽引力の維持、またはロール状材料処理機における安定したトルクの発生など、張力制御に使用されます。

トルクモータは通常のモータと何が違いますか？

異なります。通常のモータは主に速度と出力に基づいて負荷を回転させるために使用されます。一方、トルクモータは、特に低速状態や制御されたスリップ状態において、トルクと張力の制御に重点を置いています。

トルクモータはフィルム巻取り機に使用できますか？

はい。フィルム巻取り機は、フィルムのシワ、伸び、破れを防ぐために張力制御が必要となるため、トルクモータの適切な用途の一つです。

トルクギヤードモータはワイヤー巻取り機に使用できますか？

はい。トルクギヤードモータは、安定した牽引力と高い出力トルクが必要とされるワイヤー、ケーブル、糸、または繊維状材料の巻取り機に適しています。

トルクモータはサーボの代わりになりますか？

基本的なテンション制御アプリケーションにおいて、トルクモーターはサーボモーターよりも経済的なソリューションとなる場合があります。しかし、高精度な位置決め制御、軸同期、または複雑なモーションコントロールが必要な場合は、サーボモーターの方が適しています。

トルクモーターはインバータの代わりになりますか？

完全な代用はできません。インバータは主にACモーターの速度調整に使用されます。トルクモーターはトルクや張力の制御に使用されます。これら2つのソリューションは、それぞれ異なる目的を果たすものです。

トルクモーターにおけるContinuous slip（連続スリップ）とは何ですか？

Continuous slipとは、設計上の許容範囲内でモーターが連続的または半連続的にスリップ状態で動作できる能力のことです。この機能は一部のテンション制御アプリケーションに適していますが、適切なモーターとコントローラーを使用する必要があります。

トルクモーターを選定する際に必要なパラメータは何ですか？

材料の種類、幅、最小/最大ロール径、線速度、必要な張力、ロール重量、取付方式、電源、コントローラー、および動作環境を確認する必要があります。

結論

トルクモーターは、トルク、牽引力、張力の制御が必要なアプリケーションに特化した駆動ソリューションです。このモーターは、巻取機/繰出機、印刷機、包装機、繊維機械、製紙機械、プラスチック加工機、巻線機、およびロール状材料の処理ラインに非常に適しています。

システムが低速かつ高出力トルクを必要とする場合は、トルクギアードモーターの方が適した選択肢となります。減速機を組み合わせることで、トルクギアードモーターは巻取軸、繰出軸、またはテンション制御が必要な機構に対してより優れた牽引力を発揮できます。

トルクモーターを選定する際は、単にHP/kWの出力だけで判断してはいけません。張力、ロール径、線速度、材料の種類、必要なトルク、コントローラー、および実際の動作環境に基づいて計算する必要があります。適切なモーターを選択することで、より均一な巻き取りが可能になり、材料の破断や不良品を減らし、ラインの安定性を向上させることができます。