コンベアのモーター選定に必要なトルク計算

今日は　「コンベアのモーター選定に必要なトルク計算」　についてのメモです。

機械設計（特に生産設備）においては　コンベアを購入する場合が多い　ですが、そのコンベアの選定においては　十分な搬送能力があるかをチェックしたり少し手間が掛かります。

購入品のコンベアは　型式ごとに搬送能力が決まっているのでカタログで該当するコンベアを見つけやすい　ですが、オリジナルのコンベア設計をする場合、搬送負荷を含めたモーターの選定・トルク計算をしていく必要があります。

この記事では、コンベアで搬送するときのモーター計算を基本的な順番に沿ってまとめてみましたので、コンベアのモーターを選定・トルク計算される方はぜひ参考にしてみてください。

コンベアのモーター選定に必要なトルク計算

前提として、コンベアの目的は搬送であるので、モータートルク（もしくは容量）と搬送速度さえ間違わなければ基本的な能力を満足しており、　細かい部分は設計を進めながら最適な組み合わせにしていけば良いと思います。

まず、コンベアのモータートルクを計算するのに必要な初期情報は以下の通りです。

それでは、解説をしていきます。

①　コンベアの搬送速度を決める

まず先に、コンベアの搬送速度を求めます。

コンベアの搬送速度は　おおよそ狙う速度があると思いますので、仮にその値でかまいません。　ここで駆動部の外径が必要になりますが、その理由は「N[rpm]＝搬送速度m/s*1000/(外径mm*3.14)*60」の計算式でその搬送速度における駆動部回転数が出ないとモーターの回転速度までたどり着けないためです。

②　コンベアを駆動するモーターの減速比を考慮する

コンベアをモーターでまわす際、減速比を与えるのかも考える必要がありますが、減速比をいきなり決めるのは無理なので、コンベアの搬送速度や駆動部の直径（基準円直径）などの情報と、　使用予定のモーターが持っている基本回転数や最高回転数を超えないように減速比を決めていきます。

※ここでの計算書では汎用性を持たせるため、回転数から減速比を求めるのではなく、減速比を変更してモーターの回転数をチェックする計算書になっています。

③　各部のおおよその重量と概算のイナーシャについて

ここからはコンベア駆動のモーターに必要なトルク及び、トルクから変換して容量を求める条件になります。

搬送物の重量及び駆動部関連の重量を求め、イナーシャを算出します。そしてそのコンベア自体のイナーシャを、減速機（減速部）を経てモーターの軸に掛かるへイナーシャへ換算します。

④　コンベアの立ち上がりの加速・減速時間を考慮する

コンベアを搬送速度到達まで加速したり、停止するまでの減速時間もモータートルクの計算に必要な要素です。簡単に言えば、モーターが最もトルクを必要とする場所はこの加速時になります。

⑤　駆動別に摩擦係数を考慮する

コンベアにおける駆動部の摩擦係数は一般的に0.1～0.2と言われています。この摩擦力はコンベアの駆動を邪魔します。これを負荷トルクに換算して、モーターの必要トルクに足す必要があります。

⑥　安全率を掛ける

上記までの情報でコンベアに必要なモータートルクを計算いたしますが、実際のコンベアは

などの要因により負荷トルクが増え、駆動トルクが余分に必要な場合が出てきます。
そのため、ここまでの　計算は最低限必要な計算しかしていませんので安全率をかけて余裕をみた設計をするのが良い　です。

安全率の考え方　は設計者それぞれですが、コンベアの場合モーターが破損することで重大事故にはつながらないケースも多く、どちらかと言えば　過負荷による能力不足による能力不足が考えられます。　その為、モーターの必要トルクとしては　安全率2倍前後　を基準に見ておくことが良いかと思います。　計算書を一緒に見てくださっている方は　何を変えたらどうなるか　が見えると思いますので、今設計しているコンベアの特徴も加味しながら安全率を設定するのが良いと思います。

コンベアのモータートルク計算方法と順番まとめ

以下にまとめます。

①到達回転速度（コンベアの搬送速度）を求める

N[rpm]＝V*1000/(K*3.14)*60

②到達回転速度時のモーター回転速度を求める（減速比で可能な回転数に調整する）

Ns[rpm]＝N*H

③コンベアが持つ慣性モーメントを求める

E[kg･m^2]＝(1/4)*(((M2+M1)/2)+M3+M4)*(K/1000)^2

④モーター軸が受ける換算された慣性モーメントを求める

F[kg･m^2]＝(1/H)^2*E

⑤コンベア駆動軸が受ける外部負荷トルクを求める

P[N･m]=(M3*9.8*μ)*(K/2/1000)

⑥モーター軸が受ける換算された外部負荷トルクを求める

P'[N･m]=P/H

⑦角速度を求める

ω角速度[rad/s]＝(Ns/9.55)

⑧角加速度を求める

α角速度[rad/s^2]＝ω/G

⑨加速時に必要なモータートルクを求める

トルクＴ1[N･m]＝((F+D)/9.55)*(Ns/G)+P'

⑩加速時に必要なモータートルク（安全率加味）を求める

トルクＴ2[N･m]＝T1*U

⑪等速時のモータートルクを求める

トルクＴ3[N･m]＝((F+D)*ω)+P'

⑫等速時のモータートルク（安全率加味）を求める

トルクＴ4[N･m]＝T3*U

⑬指定時間で停止する時の必要トルクを求める

トルクＴ5[N･m]＝(((F+D)*Ns)/(9.55*B))-P'

⑭指定時間で停止する時の必要トルク（安全率加味）を求める

トルクＴ6[N･m]＝T5*U

⑮加速時モータトルクから求めるモータ容量を求める

W[kW]＝0.1047*Ns*T1/1000

⑯加速時モータトルクから求めるモータ容量（安全率加味）を求める

W[kW]＝0.1047*Ns*T2/1000

以上の計算結果から、各メーカーのコンベアを購入するなり、コンベアを設計するなどしてみてください。

計算エクセルの参考

エクセルファイルについて

上記の計算エクセルですが、無料期間多くの方に利用して頂きありがとうございました。　2024年より、このファイルは　BASEにてダウンロード販売　となりました。　必要な方はご購入後ご利用ください。

以上です。