II..回転機編　フレッシュマンのための入門マニュアル

フレッシュマンのための 入門マニュアル Ⅱ. 回転機編（モータ・ギヤードモータ・産業扇）

目次 モータ 1 1. モータとはどんなものですか ���������������� 2 2. モータの種類 ����������������������� 3 3. モータの基本構造 ��������������������� 4 4. モータの特性 ����������������������� 5 5. モータの始動方式 ��������������������� 7 6. モータの保護はどのようにするか ��������������10 7. モータの絶縁と周囲温度 ������������������11 8. モータの規格 �����������������������12 9. どのように選定するか �������������������13 10. モータの速度制御 ���������������������18 11. 用途例集 �������������������������20 12. モータに関する用語 ��������������������23 13. IPMモータ ������������������������25 ギヤードモータ 27 1. 原動機にはどんなものがあるか ���������������28 2. なぜ減速装置が必要か �������������������29 3. 減速装置にはどんな種類があるか ��������������30 4. モートル自身の回転数を下げることはできない ��������31 5. ギヤードモータとは ��������������������32 6. ギヤードモータの相手機械と用途にはどんなものがあるか ���33 7. 歯車の種類 ������������������������34 8. 変速方式の種類と特徴 �������������������35 産業扇 36 1. 産業扇とは？ �����������������������37 2. 産業扇の種類 �����������������������38 3. 送風機の種類と特性 ��������������������40 4. たとえばこんなところに使われます �������������42 5. 選定のポイント ����������������������44

モ ー タ モータ 1

1 モータとはどんなものですか 我々の生活の中では，家庭用電気品から大容量ポンプ等の工業用電機品な ど、モータは色々な機械の中に組み込まれていて，種類，用途とも多種多 様化されている。 ここでは，主に工業用電機品として扱われるモータについて説明する。 モータとは，一口に言って 電気エネルギー を 回転する力（トルク）に変換する装置である。 この回転力により，色々な仕事をさせるものである。 コンベヤ 回転力 電気エネルギー 2

2 モータの種類 ● 分相始動形モータ ● コンデンサ始動形モータ モ ● コンデンサ運転形モータ ー 単相モータ タ ● コンデンサ始動 モータ コンデンサ運転形　 ● 反発始動形モータ カゴ形モータ ● 屋内形 ● 防滴保護形モータ ● 全閉外扇形モータ ● 屋外形モータ ● 防水形モータ ● 防食形モータ ● 高性能省エネモータ 三相モータ ● 安全増防爆形モータ モータ ● 耐圧防爆形モータ ● 極数変換モータ ● ギヤードモータ 巻線形モータ ( 減速機つきモータ ) ● 水中モータ ● カゴ形モータ + インバータ ● 直流モータ 可変速モータ ● サーボモータ ● 整流子モータ ● IPM モータ 3

3 モータの基本構造 例 . 全閉外扇形 160 ～ 255 の端子箱は， 下図のようになります。 ①フレーム ⑥ブラケット ⑪端子箱 ②固定子鉄心 ⑦ころがり軸受 ⑫エンドリングファン ③アイボルト ⑧軸端キー ⑬ファンカバー ④回転子鉄心 ⑨軸 ⑭外扇ファン ⑤固定子コイル ⑩端子台 ⑮丸圧着端子 標準モータの構造は，上図のような主要部品でできている。これら部品の 形状，加工等を特別にしたものが，特殊モータである。 4

4 モータの特性 (1) 始動電流とトルク特性 かご形モータの始動時の電流は，全負荷電流に対して，6 ～ 7 倍 ( 高 効率モータの場合約 8 ～ 10 倍 ) 流れる。 回転数がしだいに上昇するにつれて電流は減少する。 モ これに対して，トルクは始動時，定格トルクの 1 ～ 2 倍位から回転数 ー が上昇するにつれて序々に増加して，最大トルク ( 停動トルク ) に達し タ てから減少して，負荷トルクとつり合った所で運転される。 したがって，荷が重過ぎて始動に時間がかかったり，回転しないのに そのまま電流を通じておくと巻線を焼損する恐れがあるので，モータ 出力の選定，始動方式の選定には相手機械の負荷トルクを十分に確認 して，検討をする必要がある。 定格トルク = 974×出力（kW） ×9.8（N・ｍ）回転速 度（min-1） ※トルクとは トル ク モータは，回転する力により仕 す 事をするもので，回転体の半径 べ り とその外周に働く力の積を，ト 0 ％ ） ルク ( 回転力 ) という。 回転力 (N･ ｍ )= F(N) × ℓ ( ｍ ) 5 (

(2) 特性曲線 一般のかご形モータの諸特性は右図 の様に負荷変動により変化する。 モータの効率は一般的に負荷が 75 ～ 100％のところが最も良く，過負 回転速度(min-1) 一次電流(A) 荷でも軽負荷でも効率は悪くなる。 すべり(％) 一方，力率は全負荷近くが最も良く， 力　率(％)効　率(％) 軽負荷になると著しく悪化する。 モータの効率は次の算式による。 ＜効率＞ 効率(%) = 出 力 × 100 = 出 力 ×100 入力 出力 + 損失 標準モータの場合 75 ～ 85% 前後で，モータが大容量になるほど効 率は良く，小容量のものほど低下する。 損失は，モータ内での熱，振動，音などのエネルギーに変わってし まうもので，できるだけ少なくした方が良い。 < 力率 > 力率は 70 ～ 90% 程度で，やはりモータ容量が大きい程力率は良く， 容量が小さい程低下する。 6

5 モータの始動方式 かご形モータは，数々の利点から最も多く普及しているが，始動電流が大 きい欠点がある。始動電流が大きいと電圧降下 ( 電圧が下がる ) をもたら し，同じ配線内にある他の機器にも悪い影響を与えるために，始動電流を 制限しなければならないことがある。 モ ー 一般に用いられている始動方式としては， タ 全電圧始動 ( じか入始動 ) スターデルタ始動 減電圧始動 リアクトル始動 コンドルファ始動 などがある。 1. 全電圧始動 ( 直入始動 ) ごく一般的な始動法で，モータに直接定格電圧を加える方法であり，直 接始動法又は直入法などともいわれる。おもに 3.7kW 以下のモータに 用いられる。始動電流は定格電流の約 6 ～ 7 倍 ( 高効率モータの場合は， 約 8 ～ 10 倍 ) となるので，電源容量に余裕があり，配電線に与える影 響が少ない場合に使用されるものである。電源容量が小さいところや， 配線が長かったり細いところには，適さない。 7

2. 減電圧始動 直入始動では，始動電流が大きくトランス容量や配線に問題となる場 合，モータに加える電圧を減少させて始動する方法のことを減電圧始 動という。 1). スターデルタ始動 もっとも簡単な方法で，5.5kW 以上のモータに適用する。 ( 標準モータのリード線が 6 本となっている ) 始動電流が大きいため，始動時だけスター結線として，運転中はデ ルタ結線に切換る方法である。 始動電流は，直入始動の 1/3，始動トルクも直入始動の 1/3 に減少 するものである。 無負荷又は軽負荷で始動する用途に適している。 又，スターデルタ始動にはコンタクタの使用個数によって，2 コン タクタ方式と 3 コンタクタ方式の 2 種類があるが，停止時は電源よ り開放される 3 コンタクタ方式の方が一般的には推奨されている。 U1 V1 W1 V2 W2 U2 8

2). リアクトル始動 右図の通り始動時にリアクトル 電源 ( 鉄心に電線を巻いたもの ) を挿 入して，モータの端子電圧を下げ て，始動後は直接電源に接続する 一次開閉器 モ ものである。 リアクトル ータ この方法を用いるとリアクトルの タップ切換により始動トルク，始 動電流の調整が可能となり，始動 時の衝撃を避けたクッションス タートに適している。 3). コンドルファ始動 コンドルファ始動は，リアクトルの代わりに単巻変圧器を挿入した もので，リアクトル始動時に比較して大きな始動トルクが必要で， 始動電流をおさえたい時に適している。 運 転 時 始動時 電 源 3 2 1 始 動 時 9

6 モータの保護はどのようにするか 代表的なものは下記の通りである。 1). サーマルリレーによる方法 2). モータブレーカによる方法 3). ノーヒューズブレーカ + 電磁開閉器 ( 接触器 + サーマルリレー ) 4). モータブレーカ + 電磁接触器 5). 直接電動機内部取付又はコイルに素子を埋め込んで保護するものもある。 ①サーマルプロテクター 直接モータのコイルに温度検出素子を埋め込 み，温度上昇の異常を検知して焼損保護をする。 ②オートカット 鉄心に近接して取付け，鉄心の温度上昇による 加熱及び過電流による加熱のいずれによっても バイメタルによって作動するものである。 その他，サーモカップル，サーチコイル等がある。 10

7 モータの絶縁と周囲温度 現在，汎用モータに使用されている絶縁材料は，小容量では耐熱クラス E， 耐熱クラス B を使用しており容量が大きくなると耐熱クラス F の耐熱性 の高い絶縁材が標準に採用されている。 モータの絶縁は，A，E，B，F，H 種の 5 種類があり，この絶縁と温度上 モ 昇の関係は別表のとおりである。異常な温度上昇はモータの寿命を著しく ー 縮める。焼損しない様に適切な絶縁材料とモータ構造 ( 冷却方式 ) を選定 タ することが必要である。 周囲温度 + 温度上昇限度 絶縁物の最高許容温度 ( モータの発熱 ) となる様に選定が必要である。 絶縁物の種類と許容温度 耐熱クラス 最高許容温度 E 120℃ B 130℃ F 155℃ H 180℃ 次の 4 つの場合は，特殊品として，耐熱クラス F，H 等の絶縁材料を使用 して製作する必要がある。 (a) 周囲温度が 40℃より高く，耐熱クラス E，B で製作することが困難 となる場合。 (b) 周囲温度は 40℃以下だが，モータの信頼度を高めることを目的とす る場合。( たとえば電源が不安定でこれに対する信頼性を増す。) この目的で耐熱クラス F を指定する場合は，耐熱クラス E の温度上 昇で，耐熱クラス F 絶縁材料を用いて製作するよう指示して下さい。 (c) 取付場所，あるいは重量上の問題から極力小形，軽量を目的とする 場合。 (d) 負荷の慣性がはなはだしく大きかったり，あるいは始動，停止をひ ん繫に繰り返されたりして，電動機の温度を耐熱クラス E，B 絶縁 物の許容限度以下に制限することが困難な場合。 11

8 モータの規格 ① モータに関する国内規格，ならびに標準は数多くあるが，その中でも ごく一般に用いられているものを簡単に説明する。 (1) JEC 規格 これは電気学会の電気規格調査で審議して制定した規格である。 (2) JIS 規格 これは標準化法に基づき，全国の権威者を網羅して組織された日本工業標準 調査会が審議して制定した 国家規格 で，調査会の事務局には，経済産業省 ( 旧通産省 ) の工業技術院標準部がなっている。 なお，規格番号の前にある C という文字は，電気関係を表すものである。参 考までに他部門は機械関係が B，鉄鋼が G，日用品が S，基本が Z というよ うに 19 部門に分かれている。 (3) JEM 規格 これは各電気メーカーの集まりである日本電機工業会で審議制定したもの で，寸法関係の規定が主になっている。 ② モータの寸法について 汎用モータの取付方法，軸の太さ，軸の長さ等のモータの寸法は，JIS 規格によっ て次の通り定められている。 電動機の大きさは，わく番号で知ることができる。 わく番号の表示法は C 寸法を mm で表示し、あとにフレームの長さの大小を 示す S，M，L，LL 等の添字を付ける。 S : short machine M : medium machine L : long machine LL : long long machine 例 132 S 315 フレームの最短のフレームを示す (L 寸法 ) センタハイト　132mm(C 寸法 ) 12

9 どのように選定するか モータは機械を動かすことのできるものを選ぶ必要がある。 電源は モ ー 単相 ･ 三相どちらも得られる時は タ 単相 三相モータの方が価格も安く，高 三相 効率なので経済的である。 ( 次ページへ ) 電圧は 単相モータは 100V 200V その他 100V が標準 始動方法は コンデンサ始動　 分相始動形 コンデンサ始動形 反発始動形 コンデンサ始動形 構造が簡単で価格も 構造は，分相始動形 始動特性，運動特性 始動電流が少なく， 一番安価だが，始動 に始動用コンデンサ とも良好であるが，始動トルクが大きく 電流が多い。 を付属したもので，多少構造が複雑で価 て，始動特性として 分相始動よりも多少 格も高価である。 は最も優れているが 高価になるが，始動 構造は複雑で，また 特性良く，最も適用 価格も高価である。 が広い。 13

三相 電圧は 200V が標準　 200V 400V その他 電源電圧により選定する。 ( 一部 400V も標準 ) 極数は ・2･4･6P が標準 　相手機械の必要とす る回転数により選定す 2P 4P 6P その他 る。 ・2/4P，4/8P 等極数変 換もあるが現在はイン バータ駆動モータを推 奨している。 保護方式は 防滴保護形 全閉外扇形 その他 その他使用場所により 種々の方式がある。 屋外形，防じん形，防水 形，防食形，耐圧防爆形， 開放形で，回転部分および導電部 全閉形で，回転軸に取り 安全増防爆形 分に異物が接触できないようにす 付けた羽根により外被表 ※詳しくは，P15 を参照 べての開口が保護されている。開 面を冷却する方式をい 下さい。 口部分は直径 12mm の丸棒が通 う。 らないように保護されている。さ らに鉛直から 15°以内の角度で落 下する水滴が，モータ内に直接に 侵入して，絶縁を害することのな いような構造のものをいう。 一般的な選定は以上の通りであるが，その他使われる条件，環境などにより， 電気的選定条件 … 稼働条件 温度上昇 機械的選定条件 … 環境 騒音 始動方式 回転子構造 外被保護方式 取付方法 制動方式 その他 通風冷却方式 その他 それに合わせたモータが必要になる。 14

モータは，雨やホコリなどに弱く，そこでモータをどう保護するかが問題 になります。形式のちがいは大体モータの保護の問題と関連している。 モータは…… ( 雨などによわい ) ( ホコリによわい ) モ ー 当社形式 内　　容 タ 防滴保護形 ブラケットに保護リングを設け，モータ内部に異物が (SB-JR 形 ) 侵入したり，指が入らないようにしている。鉛直から 15 度以内の角度から落ちてくる水滴が直接 モータ内部に入らないようにしてある。 防滴の頭文字 直接入らない。 ( 屋内で使用する ) 全閉外扇形 モータ内部にチリなどがはいってこないようになって (SF-JR 形 ) いるもの。 外扇ファン Fan( 羽根 ) の頭文字 全閉外扇形 防滴保護形 ( 屋内で使用する ) ( 冷却風は外を流れる ) ( 冷却風はモータの中を流れる )チリやホコリは，はいりにくい。 チリやホコリも中に入ってくる。 屋外形 モータ内部に水が浸入しない構造になっている。 (SF-JR0 形 ) 屋外で使用できるので屋外形という。 端子箱のところ から水がはいっ 軸 の 部 分 か ら， 水 が 入 ら な い よ う に てこないように ｢フリンジャ｣ と ｢端カバー｣ をつけている。 してある。 PF ネジ ( 電線管 ･ 電線管通金物 ) が取付けられる。 鋼板フレーム ※屋内形を屋外で使用すると水がモータの中に入る恐れがあるので注意。 15

当社形式 内　　容 屋外形以上に水のかかる所でも使える構造になってい る。 防水形 軸の部分は ｢V リング｣ ｢端カバー｣ が端子箱鋼板 ついている。 (SF-JRP 形 ) PF ネジ ( 電線管 ･ 電線管通金物 ) が取りつけられる。 鋼板フレームでの製作不可 腐食性の物質 < ガス，ミスト ( 霧 )，液 > のある所で も使用できる構造。 防食形第 2 種 塗装は防食塗装 端子箱は鋳物 (SF-J 形 ) 外部部品 ( フレームやブラケットなど )は厚肉鋳鉄製 電線管通金物 鋼板フレームでの製作不可 モータ内部の各損失を低減した特別な設計を行いモー タの効率を一般のモータより高くし，機械の運転に際 し省エネを図ることを目的としたモータ。 下図の各損失を減らし，効率を高くする。 高性能省エネモータ (SF-HR 形 ) 鉄 損 一次銅損機械損 (SF-PR 形 ) 二次銅損 漂遊損 モータが原因となって発火しないように安全度を増加 した構造のモータ (1，2 種危険場所に使用 ) 安全増防爆形 端子箱が大きい (AF-SHR 形 ) モータが過熱しないように安全設計 防爆構造の記号 ExeⅡT3 16

当社形式 内　　容 爆発性ガスのある所で使用されるモータで，万一モー タ内部で爆発がおきても，爆発の圧力に耐えることが でき，かつ外部の爆発性ガスに引火しない構造のモー タ。 耐圧防爆形 ボルト止め ボルトも大きく， (XE-NE 形 ) ガッチリとめてある。 (XF-NE 形 ) モ ●発火度　　G4 ー (XF-E 形 ) 端子箱も大きい。 ●爆発等級　d2 タ (XF-NE 形 ) 安全第一 引火しない 爆発しても飛びちらない 17

10 モータの速度制御 交流モータは，無負荷より全負荷に至る 間わずか数 % のすべり，すなわち速度変 化があるに過ぎない。その速度をある程 度広い範囲に変化させたい場合がある。 回転速度と周波数の間には次式の関係が ある。 回転速度(min-1) = 120×周波数(Hz) × 1－ すべりS(%)極数(P) 100 速度を変えるには （1） 周波数を変える方法 < インバータ > インバータによる方法で現在最も多く利用されている （2） すべり S を変える方法 端子電圧を加減する方法 <1 次電圧制御方式 > 巻線形の回転子巻線の回路に抵抗を入れる方式 < 抵抗制御方式 > うず電流継手による方法 （3） 極数を変える方法 < 極数変換モータ >……生産中止 2 段～ 4 段速度の変化ができる ( 例 :2/4P，4/6P，4/6/8/P，4/6/8/12P) ※インバータを一口で言うと，周波数を変えることによりカゴ形 モータの回転数を自由に，簡単に変えることのできる電源装置の ことである。 18