모터의 기초
모터의 종류
모터는 전기 에너지를 회전하는 기계 에너지로 변환하는 장치입니다.모든 산업 기계로부터 일상 사용하고 있는 가전품이나 자동차 등에 많이 사용되고 있습니다.모터의 종류는, 성능, 사용 환경조건, 용도 등에 응해 분류할 수가 있습니다.이 중 인버터로 구동되는 모터는, 주로 3상 일반형 모터, 벡터 인버터로 구동되는 모터는, 위치나 속도를 검출하는 엔코더를 설치한 3상 일반형 모터, 서보로 구동되는 모터는, 위치나 속도를 검출하는 엔코더가 장착된 3상 일반형 모터, 동기형 모터, 직류 모터입니다.
모터의 분류
아래의 표는, 모터를 가변속 할 수 있는 제어장치와 편성하여 사용했을 경우의 값을 나타냄
모터의 동작 원리
소형, 대형 모든 모터의 동작 원리는 동일해, 자계중에 있는 도체에 전류를 흘리면 도체에는 힘이작용한다고 하는 법칙「플레밍 왼손의 법칙」에 따라 토크를 발생합니다.유도 전압기의 동작 원리는 아래와 같습니다.원판과 자석이 접촉하고 있지 않는 상태로 자석을 A의 방향으로 이동하면원판도 동일 방향으로 회전합니다.이것은 자석의 이동과 동시에 원판 내부에 기전력이 유도되고 소용돌이 전류(유도 전류) i가 흐릅니다. 원판에 야기된 소용돌이 전류와 자석에 의한 자속과의 관계(플레밍 왼손의 법칙)에 의해 전자력이 생겨 화살표 f의 방향으로 원판이 돕니다.
3상 모터(유도형)
고정자 철심과 고정자 코일과 갭 및 회전자 철심에의해 구성됨코일 부분에 전류를 흘려회전 자계를 발생시킵니다.이 3상 모터를 이용한 벡터 인버터 전용 모터나 유도형서보모터에서는, 고정자 코일에 흐르는 전류를 계자를만드는 전류 (계자분 전류)와 거기에 직교하여토크를 발생하는 전류(토크분 전류)를 전기적으로 제어하는 방법이며, 원리적으로 직류기와 동등의 제어 성능을얻을 수 있게 되었습니다. 또 벡터 인버터 전용 모터,서보모터에서는, 저속에서부터 고속까지 토크가 일정한 제어성과 응답성도 좋기 때문에 폭넓게 사용되고 있습니다
AC 서보모터(동기형)
AC 서보모터(동기형)의 회전자는 영구자석고정자는 전류를 흘리는 코일로부터 구성되어 있습니다.(회전속도, 방향, 출력 토크)에 대응한 전류를 고정자 코일에 흘립니다.모터에 장착된 엔코더에 의해, 이 회전자의 자석의 자속과 고정자 코일에 흐르는 전류는 직교 하도록제어됩니다.
서보모터의 구조
서보모터의 종류는, 크게 나누어, DC 서보모터, 유도형 AC 서보모터, 동기형 AC 서보모터가 있습니다.
정격 토크
모터의 제조자가 보증하는 출력의 한도나, 지정하는 전압, 전류(토크), 회전속도, 주파수,주위온도 등의 값을 총칭해 정격이라고 합니다.이러한 제원은, 정격 출력, 정격 전류(정격 토크), 정격 회전속도 등이라고 불립니다.출력의 정격에는, 연속 정격, 단시간 정격, 반복 정격(duty 정격)이 있습니다.연속정격은, 장시간에 걸쳐서 연속해 낼 수 있는 일정 출력입니다.단시간 정격은, 예를 들어 1시간 정격이라면 모터가 차가워진 상태로부터 1시간만 연속해 낼 수가 있는 일정 출력입니다. 반복정격(duty 운전)은, 부하가 주기적으로 변화하는 경우에 대한 부하시의 출력을 나타냅니다.
이러한 값은, 모터의 명판이나 테스트 리포트에 기재되어 있습니다.
회전속도와 발생 토크와의 관계
여기서 전 페이지에서의 모터의 회전속도는, 부하 토크 TL과 모터 발생 토크와의 관계로 정해져,모터의 회전속도는, 다음식에서 나타낼 수가 있습니다.
모터 회전속도의 제어로서 이 주파수 f를 바꾸는 방법으로, 인버터를 사용한 제어가 폭넓게 사용되고 있습니다.
슬립모터의 회전속도는, 동기 속도보다 어긋난(저하한) 속도가 됩니다.동기 속도와의 차이의 정도를 나타내는 것이「슬립」이라고 합니다.슬립은, 다음식에서 유도합니다.
절연 등급과 온도 상승현재, 범용 모터에는, 사용되고 있는 절연 재료의 현저한 진보에 의해, 내열성의 높은 절연재가 여러 가지 채용되고 있습니다.모터의 절연은, 현재 E, B, F, H의 4종류가 있어, 각각 최고 허용 온도가 있습니다. 온도의 상승은 모터의 수명을 현저하게 줄입니다.(주위 온도 ＋ 모터의 온도 상승 한도) ＜ 최고 허용 온도 로 할 필요가 있습니다. 모터는 주위 온도를 40℃로서 설계되고 있습니다.모터의 온도는, 예를 들면 범용 서보모터에서는 50Hz로 정격 전압을 걸고 정격 토크로 운전했을 때에, 규격의 온도 상승 한도에 들어가도록 설계되고 있습니다.
설치 환경
범용 인버터로 구동하는 모터는, 일반적으로 피드백 제어를 하지 않는 범용 모터입니다.한편 벡터 인버터나 서보로 구동하는 모터는, 피드백 제어를 필요로 하기 때문에, 엔코더(센서)가 모터의 후부에내장되어 있습니다. 그 엔코더에는 반도체나 전자 부품이 조립되어 있습니다.또 모터는 내부 코일의 절연 재질, 베어링의 재질,베어링내 그리스의 재질 등의 수명으로 환경에 의한 제약이있습니다.주로 아래와 같은 환경조건을 정하고 있습니다.
모터의 외피(外被) 형식
모터의 외피 형식은, 설치 조건이나 환경에 적절한 것을 선정하지 않으면 안됩니다.만약 부적당한 모터를선정하면, 트러블의 원인이 되거나 수명을 짧게 합니다.외피 형식(보호 형식)은, 일반적으로 JIS에 의한 분류가 되고 있습니다만,
최근에는 국제 규격 IEC에 의한 분류로 표현되는 모터도 제품화되고 있습니다.JIS 및 IEC에 의한 분류는, 아래와 같습니다.
주요한 모터의 기계적 사양
일반적으로 범용 인버터나 벡터 인버터용 모터는, 다리 설치형(다리부) 모터가 비교적 많이 사용되고 있습니다.한편 AC 서보용 모터는, 플랜지 설치형 모터가 많이 사용되고 있습니다.이들 모터의 주된 기계적 사양의 포인트를 아래에 나타냅니다.
모터 부하의 운동 방향모터에 의한 기계의 구동 방식에는 많은 종류가 있으며, 목적(요구 정밀도, 위치결정 정밀도, 주행 거리, 작업시의 기계 동작 내용 등)에 대응해 구분하여 사용할 수 있습니다.이러한 구동계 기구부를, 분류하여 모터와의 관련성을 생각하는데 있어서, 우선 기계의 운동 방향의 분류를 아래에 나타냅니다.직선운동은 지령 단위로서 mm, 회전운동의 경우에는 각도 또는 분할수가 사용됩니다.
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