モーター選定は、機械やシステムの性能・安定性を決定する重要な工程です。入社して間もない若手の方の中には、「具体的にどうやって選べばいいの？」と悩んでいる人も多いのではないでしょうか。

本記事では、まず押さえておくべき「必要駆動トルク」「回転数」「トルク特性図」「許容慣性モーメント」という4つの基本ポイントに焦点を当て解説します。ぜひ最後までお付き合いください。

モーター選定の基本｜まずはこの4つを押える

モーターを選ぶ際には、まず次の4つのポイントを理解しておきましょう。

• 必要駆動トルク
• 回転数
• モーターのトルク特性図
• 許容慣性モーメント

必要駆動トルク

モーター選定において最も重要なのが「必要なトルク」の計算です。

必要なトルクの基本は、「必要駆動トルク(N・m) ＝ 外部負荷トルク ＋ 加速トルク」です。負荷の質量や形状、駆動方式（ボールねじ、ベルト、直結など）、加減速の条件などを考慮して、適切にトルクを見積もりましょう。

• 外部負荷トルク ： モーターが常時負荷を動かすために必須のトルク
• 加速トルク ： モーターが加減速動作を行うときに、慣性抵抗に対して必要なトルク

回転数

次に、必要な動作速度域を把握することが重要です。モーターのトルク特性は回転数によって変化し、高回転域ではトルクが低下するモーターが一般的です。必要な回転数とトルクの両方を満たすモーターを選びましょう。

たとえば、ボールねじを駆動する場合、ねじリード（1回転あたりの直進距離）から必要な回転数が算出できます。

速度が100 mm/s、ボールねじリードが20 mmの場合、必要回転数 = 100 mm/s ÷ 20 mm = 5回転/s = 300 RPM（revolutions per minute：回転/分）となります。

モーターのトルク特性図

回転数とトルクの関係を確認できるのが トルク特性図です。モーターのカタログには、出力トルクの値や、回転数との関係を示すトルク特性図が掲載されています。

トルク特性図を用いて、必要なトルクが選定したモータースペック内に収まっているかを確認しましょう。

トルク特性図は、モーターの性能を視覚的に理解するための重要な資料です。下記では、主要なモーターの特徴と、それぞれのトルク特性のポイントを解説します。

各モーターの特性を理解し、用途や運転条件に合わせた選定を行うことが、システム全体のパフォーマンス向上と信頼性確保につながるでしょう。

サーボモーター

代表的なサーボモータートルク特性図の例

サーボモーターの特徴は、高精度なフィードバック制御が可能で、低速域から高速域まで安定したトルクを実現できる点です。また、定格トルクと瞬間最大トルクの差が大きく、一時的な急加速にも対応できます。

トルク特性としては、低速域では定格トルクを十分に発揮し、要求に応じた瞬間最大トルクを瞬時に発揮する領域が存在します。特に、動作時の精度が求められる場合には、この特徴が大きなメリットとなります。

DCモーター

代表的なDCモータートルク特性図の例

DCモーターの特徴は、構造が比較的シンプルで、始動時に大きなトルクを発生しやすい点です。DCモーターにはブラシ式とブラシレス式がありますが、ブラシ式の場合、メンテナンスが必要な点を考慮する必要があります。

トルク特性としては、始動時（低速域）に高いトルクを持ち、回転数が上がるに連れて徐々にトルクが低下するパターンが一般的です。比較的定常運転時のトルクは安定しています。

ACモーター

代表的なACモータートルク特性図の例

特徴は、交流誘導モーターは、定格運転時に高いエネルギー効率を誇る点です。一方、回転子と磁界間のスリップ現象により、高回転域では急激にトルクが低下します。

トルク特性としては、定格回転数より低い回転数でトルクがピークを迎え、その後の急激な低下が見られます。この特徴により、トルクが多少変化しても、回転数が安定します。

ステッピングモーター

代表的なステッピングモータートルク特性図の例

ステッピングモーターの特徴は、位置決め精度が非常に高く、低速時に強い保持トルクを発揮する点です。細かなステップ制御が可能ですが、高速運転時にはトルクが急落するため用途が限定されます。また、振動や共振現象が生じやすく、これらの対策が必要になる場合もあります。

トルク特性としては、低速領域では非常に高いトルクを持ちますが、回転数が上がるにつれて急激にトルクが減少します。

許容慣性モーメント

モーターの選定において忘れがちなのが、許容慣性モーメントです。モーターの慣性モーメントと負荷側の慣性モーメントの比率が許容範囲である必要があります。負荷側の慣性が大きすぎると、制御が不安定になり振動やオーバーシュートの原因となるため注意が必要です。

設計時には、メーカーが提供する「許容慣性モーメント」や「負荷慣性モーメント比」を参照し、チェックを忘れないようにしましょう。

モーター選定の基本の流れ

基本のポイントが理解できたら、最後に実際のモーター選定の流れを確認しましょう。上図は、基本的なモーター選定の流れです。それぞれ確認していきましょう。

1. 条件の確認

システムの使用目的、動作条件（移動距離、移動時間、最高速度など）、設置環境（温度、振動など）を整理し、必要な条件を明確にします。

2. 回転数の算出

使用する駆動装置（例：ボールねじ）の仕様から、必要な回転数を計算します。

3. トルクの算出

計算により外部負荷トルクおよび加速トルクを求め、これらの合計値をモーターに要求される「必要駆動トルク」として算出します。

4. カタログ（トルク特性）との照合

計算結果をもとに、各モーターのトルク特性図を確認します。定格トルク、ピークトルク、そして各モーターの特性を比較検討し、該当するモーターを選定します。

5. 許容慣性モーメントのチェック

モーターの許容慣性モーメントと負荷側の慣性モーメントのバランスを確認し、安定運転が可能な設計となっているかを評価します。必要に応じて、負荷側の構成変更や減速機の見直しを検討しましょう。
サーボモーターの詳しい選定手順は、以下のページで詳しく解説しています。

最後に

実際の設計では、モーターそのものの性能だけではなく、制御系や周辺機器、設置スペース、コスト、納期など、あらゆる要素を総合的に考慮する必要があります。

しかし、今回ご紹介した「必要駆動トルク」「回転数」「トルク特性」「許容慣性モーメント」の4つの基本ポイントを正しく押さえることが、初心者の方でも確実なモーター選定を実現するための出発点です。

• メカトロ