油圧モーターの完全ガイド: 種類、選択基準、産業用途

油圧モーターは、最新の流体動力システムの主力製品です。電気駆動装置が実用的ではない環境で回転機械エネルギーが必要な場合、掘削機のアームの内部、オフショアのアンカー ウインチの中心部、鉱山のコンベア ドライブの奥深くでは、油圧モーターが加圧流体をトルクとシャフトの回転に変換します。このガイドでは、油圧モータ技術の中心原理、現在入手可能な主なモータ ファミリ、モータを実際のアプリケーションに適合させる方法、およびさまざまな世界市場のエンジニアがこれらのコンポーネントを調達および指定する際に注意すべき点について説明します。

油圧モーターの仕組み

最も基本的なレベルでは、油圧モーターは回転アクチュエーターです。油圧ポンプは加圧流体の流れを生成します。モーターはその流れを消費し、出力シャフトにトルクを伝達します。支配関係は次のように単純です。

• トルク は変位 (cm³/rev) と差圧 (bar または MPa) に比例します。

• 速度 (rpm) は流量 (L/min) を容量で割った値に比例します。

• 出力は トルクと角速度の積に等しく、最終的にはシステムの圧力と流量容量によって制限されます。

体積効率は、供給された流体のどれだけが内部漏れによって失われるか、シャフトの回転に生産的に変換されるかを表します。機械効率は摩擦損失を表します。両方の積により、全体的な効率が得られます。その数値は、設計時点での単純なギア モーターの約 75% から高品質のピストン モーターの 92% 以上に及びます。

これらの基本を理解することで、エンジニアはカタログを開く前に必要なモーターのサイズとタイプを定義できます。

主要な油圧モーター ファミリ

1. オービタル（ジェローラー/ジェローター）モーター

軌道モーター (軌道モーターとも呼ばれる) は、外側のリング ギアより歯が 1 つ少ない内側ローターを使用する、コンパクト、低コスト、低速高トルク (LSHT) ユニットです。ローブ間に加圧流体が入ると、ローターが偏心して回転し、カルダン シャフトまたはスプライン カップリングを介してシャフトが回転します。設計がシンプルであるため、軌道モーターはコストに比べて優れた信頼性を実現します。

ディスクポートの軌道モーターは、入口ポートと出口ポートのタイミングを調整するために平坦なバルブ プレートを使用します。の たとえば、 OMT シリーズ軌道モーターは、ディスク分配流量と高圧機能を備えた高度な Geroler ギア セットを使用しており、幅広い多機能動作要件に合わせて個別に構成することができます。このファミリーの高トルク オプション - TMT V シリーズ高トルク軌道モーター — 17 歯のスプラインシャフトで 400 cm³/rev の変位を提供し、クレーン旋回、丸太取り扱い、強力な低速出力を必要とする重量コンベアシステムなどの用途をターゲットにしています。

シャフトポート付き軌道モーターは、ディスクではなくシャフト自体を介して流れを送り、さまざまな取り付け方向を可能にします。の OMRS シリーズ シャフトポート軌道モーターは 、形状と性能において Eaton Char-Lynn S 103 シリーズと同等であり、高圧での内部摩耗を自動的に補償する Geroler ギア セットを組み込んでおり、長い耐用年数にわたってスムーズで効率的な動作を維持します。

建設機械の場合、 OMER シリーズ軌道モーターは 、掘削機やローダーのアタッチメント回路で特に定評があり、連続使用圧力範囲は 10.5 ～ 20.5 MPa で、定格圧力は 27.6 MPa に達します。これは、サイクル集約型の作業における断続的なピーク需要に対応する堅牢な圧力範囲です。

もう 1 つの注目すべき軌道モーターのオプションは、 BMK2 軌道モーターは、イートン チャーリン 2000 シリーズ (104-xxxx-xxx) と同等で、ディスク分配流量と高圧設計の Geroler ギア セットを使用しています。多機能アプリケーションにわたる個々の動作バリアントに合わせて構成できるため、もともと Char-Lynn 2000 シリーズを中心に仕様化されていたシステムの多用途の相互参照代替品となります。

に最適です。 農業、建設アタッチメント、マテリアルハンドリング、コンベアドライブ、軽ウィンチング、および手頃なコストでコンパクトな低速トルクを必要とするあらゆる用途

2. ラジアルピストンモーター

ラジアル ピストン モーターは、中央のクランクシャフトまたはカムリングの周りに複数のピストンを放射状に配置します。加圧された流体が各ピストンを順番に外側に押し、連続的なトルク サイクルでクランクシャフトを駆動します。複数のピストンが交互に点火するため、非常に低いシャフト速度でもトルク出力は非常にスムーズです。一部のモデルは 10 rpm 未満で安定した回転を実現します。

このアーキテクチャは、あらゆるタイプの油圧モーターの中で最高のトルク密度を実現し、ヘビーデューティ構成では最大 350 bar 以上の圧力に耐えることができます。その代償として、軌道モーターや歯車モーターに比べて機械の複雑さとコストが高くなります。

LD シリーズ — 基本的なラジアルピストンファミリー

の LD シリーズ ラジアル ピストン モーターは 、この性能カテゴリへのエントリー ポイントです。高品質の鋳鉄から製造され、ISO 9001 および CE 規格の認証を受けており、要求の厳しい環境でも堅牢な連続使用ができるように設計されています。 LD シリーズ内では、特定の負荷プロファイルに対応するいくつかの変位と速度のバリエーションがあります。

• の LD6 ラジアル ピストン モーターの 定格は 315 bar で、丸太グラップル、掘削機、ローダー アタッチメントの周期的な高負荷要求に対応します。マルチピストン設計により、負荷サイクル全体にわたってスムーズなトルク伝達が維持されます。

• の LD2 ラジアル ピストン モーターは、 コンパクトなパッケージで幅広い速度範囲を提供し、スペースが限られている掘削機のスイング ドライブやローダー ホイール モーターで一貫したパフォーマンスを発揮します。

• の LD3 ラジアル ピストン モーターは、 定格速度範囲 300 ～ 3,500 rpm で、連続 16 ～ 25 MPa で動作し、ピーク値は 30 ～ 35 MPa になります。一部のモデルは 30 rpm 未満で安定した回転を維持します。これは、ダイレクト ドライブ ウィンチや旋回アプリケーションの要件を十分に満たしています。

• の LD8 ラジアル ピストン モーターは、 速度範囲を 200 ～ 3,000 rpm まで広げ、特定の構成では 20 rpm 未満で安定した速度を実現します。 FSC、CE、ISO 9001:2015、および SGS 認証を取得しています。これは、国際的なプロジェクト調達でよく求められるコンプライアンス プロファイルです。

• の LD16 ラジアル ピストン モーターは 、他のファミリーと同じ鋳鉄構造とマルチピストン アーキテクチャを共有し、高トルク出力と掘削機、ローダー、および重工業機械での使用向けの広範な認証セット (FSC、CE、ISO 9001:2015、SGS) を組み合わせています。

IAM、BMK6、ZM、NHM、および HMC — 特殊なラジアル ピストン設計

LD ファミリを超えて、他のいくつかのラジアル ピストンのバリエーションが特殊なデューティ サイクルに対応しています。

• の IAM ラジアル ピストン モーターは、 信頼性、スムーズな動作、長いサービス間隔が重要となる旋回、ウインチ、採掘、海洋ダイレクト ドライブ システム向けに設計されています。その設計は、ゼロ速度保持能力と衝撃荷重に対する耐性を優先しています。

• の BMK6 ラジアル ピストン モーターは 、鋳鉄ハウジング内にマルチ プランジャー レイアウトを採用しており、重工業環境で強力でスムーズな出力を提供し、1 年間の保証標準を備えています。

• の ZM ラジアル ピストン モーターは 、より凝縮されたフォーム ファクターで高トルクを必要とするヘビーデューティ用途向けに、メーカーから直接入手できるコンパクトなラジアル ピストン オプションです。

• の NHM ラジアル ピストン モーターは 、高トルク出力とコンパクトな設計を特徴としており、重大な負荷要件とともに設置スペースが重要となる要求の厳しい油圧用途に適しています。

• の HMC ラジアル ピストン モーターは このカテゴリーを完成させ、要求の厳しい駆動アプリケーション向けに別のコンパクトな高トルク オプションを提供します。

最適な用途: ウインチ、オーガー、ミキサー、クレーン旋回、鉱山コンベヤ、林業機械、海洋アンカー システム、および非常に低い最低速度と非常に高いトルクを必要とする直接駆動負荷。

3. ギアモーター

ギア モーターは、最もシンプルで最もコスト効率の高い油圧モーター設計です。外歯車モーターは、噛み合う 2 つの平歯車を使用します。加圧流体は入口側から入り、歯車の歯の間のスペースを満たし、ハウジングの周囲を移動して出口から出ます。その過程でシャフトが回転します。内接歯車モーターは、よりコンパクトなレイアウトを実現するジェローター セットを使用します。

ギアモーターの主な利点は、低コスト、高い動作速度、コンパクトなサイズ、簡単な保守性です。これらは、極低速または非常に高トルクの用途には理想的ではありませんが、中速から高速の中程度の負荷のドライブには最適です。

の GM5 シリーズ ギヤ油圧モータ は、要求の厳しい動力伝達用に設計された高性能ギヤ モータで、信頼性の高い中負荷運転を必要とする油圧システムに効率的なトルクを提供します。の 外部グループ シリーズ ギヤ モータは、 高速性、安定した性能、柔軟な取り付けオプションを必要とするモバイルおよび産業用油圧アプリケーションにギヤ モータの範囲を拡張し、すべて競争力のあるコスト ポイントで提供します。

重量と応答時間が重要なアプリケーションの場合、 CMF シリーズ コンパクト ギア モーターは、 ドライブトレインの重量が 1 kg ごとに重要となるモバイル機器において、迅速な応答と堅牢なパフォーマンスを実現するように設計された軽量の高速ソリューションです。

最適な用途: ファン ドライブ、ポンプ ドライブ、軽量コンベア ドライブ、マテリアル ハンドリング、農業用噴霧器システム、および低コストで適度な速度とトルクが優先されるあらゆる用途。

4.トラベルモーター

トラベルモーターは統合型油圧駆動ユニットで、通常はラジアルまたはアキシャルピストンモーターと遊星歯車減速段、およびバネで作動し油圧で解放されるパーキングブレーキを単一の密閉アセンブリに組み合わせたものです。この統合により、履帯掘削機、コンパクトトラックローダー、ミニ掘削機、スキッドステアマシンを推進するための標準ソリューションになります。

の MS シリーズ トラベル モーターは 、このカテゴリを代表するものです。鋳鉄構造、統合ブレーキ システムで、FSC、CE、ISO 9001:2015、および SGS 規格の認定を受けています。オールインワン設計により、OEM 機械の統合が簡素化され、推進システムの総コンポーネント数が削減されます。

に最適です。 無限軌道建設機械、小型機械、移動式クレーン車台、およびパーキング ブレーキ機能を備えた自給式推進力を必要とする移動式プラットフォーム

5.スルーモーター

油圧スルー モーター (スイング モーターまたは回転モーターとも呼ばれる) は、掘削機、移動式クレーン、ナックル ブーム機器の上部構造を 360 度回転させます。出力ベアリングで高いラジアル荷重とアキシアル荷重を処理しながら、回転質量に対してスムーズで制御可能なトルクを提供する必要があります。

の OMK2 シリーズ スルー モーターは 、コラムに取り付けられたステーターとローターの構成を採用しており、掘削機やクレーンの旋回サイクルに特有の周期的な荷重や慣性衝撃の下でも信頼性の高い性能を保証します。鋳鉄構造により、長期間の耐用年数にわたってベアリングのアライメントを維持するのに必要な構造的剛性が得られます。

最適な用途: 掘削機の上部構造、移動式クレーン、港湾クレーン、掘削リグ、および負荷をかけた状態で 360 度回転を制御する必要があるあらゆる機械。

適切な油圧モーターの選び方

油圧モーターをアプリケーションに適合させるには、定義された一連のパラメーターを処理する必要があります。これらのいずれかを省略すると、通常、過大なサイズ（過熱、寿命の短縮）、過大なサイズ（コストの無駄、速度制御の低下）、またはモーターの形状とシステムの圧力/流量制限の不一致が発生します。

ステップ 1 — 負荷を定義する

出力軸で必要な連続トルクとピークトルクを決定します。回転負荷の場合: T = F × r (力とモーメントアームの積)。リフティング/ウインチの場合: T = (力 × ドラム半径) ÷ 機械効率。

ステップ 2 — 速度要件を定義する

アプリケーションが必要とする最低安定速度はどれくらいですか?最高速度はどれくらいですか?広い速度範囲、特に非常に低い最低速度は、ギアモーターではなくラジアルピストンモーターまたはオービタルモーターに向いています。

ステップ 3 — システム圧力を決定する

油圧システムの定格動作圧力とリリーフバルブの設定により、モーターが利用できる最大圧力差が決まります。利用可能な圧力が高いほど、より小さな容量のモーターでも同じトルクを供給できます。

ステップ 4 — 変位の計算

理論変位 (cm³/rev) = (2π × トルク (Nm)) ÷ (圧力差 (bar) × 0.1 × 機械効率)

次に、必要な流量を計算します: Q (L/min) = (容積 × 速度 (rpm) ÷ (1000 × 体積効率)

ステップ 5 — モーターのタイプをアプリケーションプロファイルに適合させる

ステップ 6 — シャフト、取り付け、流体の適合性を確認する

シャフトのタイプ (キー付き、スプライン、テーパー)、フランジ規格 (SAE、ISO、メートル法)、ポート サイズ、ケースのドレン要件、流体タイプの互換性 (鉱油、生分解性、水-グリコール) を確認します。

地域調達とアプリケーションの考慮事項

油圧モーターの要件は地域によって異なり、主要な産業、地域の基準、環境条件によって決まります。

北米

北米市場は、建設機械、農業用コンバイン、林業機械、油田サービスによって大きく牽引されています。 SAEフランジ規格とインチシリーズのスプラインシャフトが主流です。カナダへの国境を越えた販売には CE マーキングの期待が高まっていますが、一部の産業設備には UL または CSA の考慮事項が適用されます。高トルク範囲のラジアルピストンおよびオービタルモーターは、林業および油田用途で主に使用されています。

ヨーロッパ

欧州の仕様は EN/ISO 規格に傾いており、EU エコデザイン指令に基づくエネルギー効率への準拠により、エンジニアは可変負荷ドライブ用のより高効率のピストン モーターを求めるようになりました。海洋および海洋用途、特に北海およびバルト海での用途には、高い耐食性、幅広い温度耐性が必要であり、多くの場合、DNV またはその他の船級協会の承認が必要です。 EU 市場に投入されるすべての新しい機械には CE マーキングが義務付けられています。

東南アジアとオーストラリア

この地域全体では、鉱業、パーム油加工、建設、農業機械化が需要の大半を占めています。周囲温度が高いということは、流体の粘度管理が重要であることを意味します。モーターは、過度の内部漏れが発生することなく、動作温度でより薄いオイルを許容する必要があります。コンパクトで保守性に優れた設計は、遠隔操作現場で重宝されます。 ISO 9001 および CE 認証は、通常、プロジェクトの調達要件に指定されています。

中東とアフリカ

石油およびガスのインフラストラクチャ、海水淡水化プラントの建設、および大規模な土木プロジェクトが油圧モータの調達を推進します。耐食性材料、IP 定格コネクタ、および広い動作温度範囲 (砂漠の熱から空調された機械室まで) が重要です。長期にわたるスペアパーツの入手可能性と国際認証 (ISO、CE、SGS) は、大手請負業者や EPC 会社にとって重要な決定要素です。

中国と東アジア

中国の大規模な OEM 機械輸出部門 (掘削機、農業機器、産業機械) は、ヨーロッパと北米の最終顧客の輸入要件を満たす、国際認証 (CE、ISO 9001、SGS) を備えたコスト競争力のあるモーターに対する強い需要を生み出しています。一貫したバッチ間の品質、短いリードタイム、迅速な技術サポートは、OEM 調達チームにとって調達の最優先事項です。

ラテンアメリカ

インフラ開発、サトウキビや大豆の農業、鉱業活動の拡大が、ブラジル、チリ、および近隣諸国における油圧モーターの需要を支えています。バイリンガル (ポルトガル語/スペイン語) の技術文書の価値がますます高まっています。混合品質の油圧作動油への適応性と、ほこりの多い高湿度の環境に対する堅牢性が実際の要件となります。

一般的な産業用途の概要

油圧モーターのメンテナンス: 耐用年数を延ばす

最も堅牢に構築された油圧モーターであっても、設計パラメータの範囲外で操作したり、基本的なメンテナンスを怠ったりすると、早期に故障します。次のガイドラインはすべてのモーター タイプに適用されます。

1. 流体を清浄に保ちます。 粒子と水の浸入の両方による汚染は、油圧モーターの早期故障の主な原因です。メーカー推奨の ISO 4406 清浄度クラス (通常は 16/14/11 以上) に従い、目視検査だけでなく、スケジュールに従ってフィルターエレメントを交換してください。

2. 定格圧力制限を遵守してください。 定格最大値を超える一時的な圧力スパイクは、ほとんどのモーターで管理できます。過剰な圧力が継続すると、シールの摩耗、ベアリングの疲労、内部漏れが促進されます。リリーフバルブのサイズを正しく設定し、試運転前に校正済みのゲージでシステムのピーク圧力を確認してください。

3. ケースのドレン背圧を管理します。 すべてのピストンおよびオービタル モーターにはケース ドレン ポートが付いています。過剰な背圧 (通常は 2 ～ 3 bar 以上) により、流体が出力シャフト シールを通過し、外部漏れが発生する可能性があります。排水ラインをタンクに直接無制限に接続します。

4. 流体温度を監視および制御します。 作動油は 80°C を超えると急速に劣化し、粘度が低下してモーターの内部クリアランスが適切に潤滑されなくなります。連続使用温度が70℃を超える場合は、熱交換器やオイルクーラーを設置してください。

5. 寒い天候でのウォームアップを許可します。 氷点下の環境では、最大作動圧力を加える前に、油圧システムを低負荷で 5 ～ 10 分間暖機してください。冷たくて粘性のあるオイルはモーターに十分な流量を与えず、キャビテーションによる損傷を引き起こす可能性があります。

6. シャフトシールを定期的に検査してください。 出力シャフト シールからにじみ出るオイルの痕跡は、シールの早期摩耗を示しています。この段階でシールの交換に対処することは、致命的なシールの故障に伴う内部汚染を許容するよりもはるかに低コストです。

7. ケースの排水流量を記録し、傾向を示します。 一定の動作条件でケースのドレン流量を定期的に測定することは、致命的なバイパス漏れが発生する前に段階的な内部摩耗を検出する最も効果的な方法の 1 つです。上昇傾向は、モーターの改修または交換が近づいていることを示しています。

よくある質問

Q1: 油圧ポンプと油圧モーターの違いは何ですか?

油圧ポンプは、(エンジンまたは電気モーターからの) 機械シャフトのエネルギーを加圧流体の流れに変換します。油圧モーターはその逆を行い、加圧流体を消費してシャフトを回転させます。多くの設計、特にギアとピストンのタイプは幾何学的に類似しており、理論的にはどちらのモードでも動作できますが、各ユニットの内部ポート、ベアリングの配置、およびシールの設計は、その特定の機能に合わせて最適化されています。場合によってはポンプをモーターとして使用する (またはその逆) ことも可能ですが、慎重なエンジニアリングの検討が必要です。

Q2: 「低速高トルク」(LSHT) とは何を意味しますか?また、どのモーター タイプが該当しますか?

LSHT モーターは、ギアボックスの減速を必要とせずに、通常 500 rpm 未満 (多くの場合 5 ～ 50 rpm 程度の低速) のシャフト速度で高い連続トルクを生成するように設計されています。これにより、低速で移動する負荷 (オーガー、ウインチドラム、岩石破砕機、ミキサー) に直接接続できるため、ギアボックスのコスト、重量、メンテナンスが不要になります。ラジアル ピストン モーターとオービタル (ジェロラー) モーターは 2 つの LSHT ファミリです。ラジアルピストンモーターは一般に、同等の圧力でより低い最低安定速度とより高いトルクを実現します。

Q3: 必要な油圧モーターの容量はどのように計算すればよいですか?

必要な出力トルクと利用可能なシステム圧力から始めます。

変位 (cm³/rev) = (2π × トルク [Nm]) ÷ (圧力 [bar] × 0.1 × 機械効率)

例: 600 Nm 必要、システム圧力 200 bar、機械効率 90%: 変位 = (6.283 × 600) ÷ (200 × 0.1 × 0.9) = 3,770 ÷ 18 ≈ 209 cm³/rev

次に、必要なポンプ流量を計算します: Q (L/min) = (変位 [cm³/rev] × 速度 [rpm]) ÷ 1000

Q4: 軌道モーターを高速アプリケーションに使用できますか?

オービタルモーターは、低速から中速での動作向けに設計されており、排気量に応じて通常は最大 500 ～ 800 rpm で動作します。高速になると、周回ローターにかかる遠心力によって内部漏れと発熱が増加し、効率が低下して摩耗が加速します。 800 ～ 1,000 rpm を超える速度には、ギア モーターまたはアキシャル ピストン モーターがより適切な選択肢となります。

Q5: 油圧モーターを海外から調達する場合、どのような認証を確認する必要がありますか?

最も広く受け入れられている認定は次のとおりです。

• ISO 9001:2015 — 品質マネジメントシステム (プロセスレベルの保証)

• CE マーキング — 欧州経済領域への販売には必須。 EU の機械および圧力機器指令への適合を確認します

• SGS — アジア、中東、アフリカの調達で広く認知されているサードパーティの検査およびテスト

• FSC — 林業機械の用途に関連

海洋および海洋用途の場合は、船級協会の承認 (DNV GL、ロイド レジスター、ABS) を探してください。主張だけに頼るのではなく、必ず資料を請求してください。

Q6: ラジアルピストンモーターとオービタルモーターの違いは何ですか?

どちらもLSHTモータタイプですが、内部機構が大きく異なります。軌道モーターは、通常 6 ～ 12 個のローブと比較的単純なカルダン シャフト カップリングを備えたジェローラーまたはジェローター ギア セットを使用します。その結果、低コスト、コンパクトな寸法、および中程度のデューティ サイクルでの良好なトルクが得られます。ラジアル ピストン モーターは、カムリングまたはクランク シャフトに対して 5 ～ 8 個以上の個別のピストン ベアリングを使用し、低い最低安定速度 (場合によっては 10 rpm 未満) で大幅に高いトルク、より大きなピーク圧力能力 (最大 350 bar+) を実現し、連続的な過酷な使用においてより長い耐用年数を実現します。コストとサイズが重要な場合には軌道モーターが好まれます。ラジアルピストンモーターは、トルク密度、最低速度、または圧力定格が制限要因となる場合に選択されます。

Q7: 油圧モーターが故障しているのか、それともシステムの他の場所に問題があるのか​​を特定するにはどうすればよいですか?

油圧モーターを非難する前に、次のことを確認してください。

1. 負荷がかかっている状態で、モーター入口のシステム圧力が指定値に達していること

2. 戻りラインの背圧が仕様の範囲内であること

3. この場合のドレン背圧は 2 ～ 3 bar 未満です

4. 流体温度が通常の動作範囲内であること

5. 液体の清浄度が低下していないこと (サンプルを採取し、ラボ分析に送ります)

これらすべてをチェックしたら、ケースのドレン流量を測定します。ドレン流量が大幅に増加している (テスト圧力でのメーカーの仕様と比較して) 場合は、内部漏れが確認されます。これは、修理または交換が必要なモータの摩耗の主な指標です。

Q8: ほとんどの油圧モーターと互換性のある油圧作動油は何ですか?

油圧モーターの大部分は、ISO VG 32 ～ VG 68 の粘度範囲の石油ベースの鉱油作動油で使用するように設計されています (VG 46 が最も一般的な汎用仕様です)。動作温度と周囲条件によって、適切な粘度グレードが決まります。寒冷気候または軽負荷の高速システムの場合は VG 32 です。 VG 68 は高温または高負荷のアプリケーション向けです。多くのモーターは、耐火性流体 (HFA、HFB、HFC、HFD) および生分解性エステルにも互換性がありますが、シールの材質や内部コーティングはモーター ファミリによって異なるため、必ずメーカーに互換性を確認してください。