油圧モーターの理解: 種類、動作原理、産業用途

導入

テキサス州で溝を掘るミニ掘削機、クイーンズランド州の小麦畑を横切るコンバインハーベスター、北海の上空で貨物を揺り動かすオフショアクレーンなど、これらの機械はすべて共通しています。 油圧モーター。 流体力を正確な機械的回転に変換する

油圧モーターは現代の機械において中心的な役割を果たしているにもかかわらず、油圧ポンプと誤解されたり、混同されたりすることがよくあります。このガイドでは、油圧モーターとは何か、その仕組み、現在入手可能な主なタイプ、建設、農業、鉱業、海洋産業のエンジニアが油圧モーターを選択する際に知っておくべきことを正確に説明します。

1. 油圧モーターとは何ですか?

油圧 モーター は、出力軸で油圧と流量をトルクと回転速度に変換する機械式アクチュエーターです。これは油圧駆動システムの「出力側」です。ポンプが流体を加圧し、制御バルブが流体を制御し、モーターがそのエネルギーを連続的なシャフトの回転に変換して有益な仕事を行います。

油圧モーターの主要な利点

2. 油圧モーターはどのように動作するのですか?

動作原理はパスカルの法則に従います。つまり、閉じ込められた流体に加えられる圧力は、全方向に均等に伝達されます。油圧モーターでは、ポンプからの高圧オイルが入口ポートに入り、内部の回転要素に作用して、トルクを生成する圧力差を生み出します。低圧戻りオイルは出口ポートから出てリザーバーに戻ります。

主要なパフォーマンスパラメータ

3. 油圧モーターの主な6種類

3.1 油圧軌道モータ（ジェロータ/サイクロイドモータ）

軌道 モーター (ジェローターまたはサイクロイド モーターとも呼ばれる) は、トロコイド曲線に基づいて、適合する内側ローターと外側リング ギアを使用します。高圧オイルが流入すると、ローターがリングギア内を周回し、非常にコンパクトなパッケージから低速、高トルクの出力を生み出します。これは、世界で最も広く使用されているモーターの種類の 1 つです。

Geroler ギア セットの設計 — で使用されています。 OMT-315 シリーズ軌道油圧モーター — ディスク分配流量を適応させて信頼性の高い高圧動作を実現し、さまざまな機械インターフェースに合わせて複数のシャフトとポート構成をサポートします。

一般的な動作パラメータ:

• 排気量範囲: 50 ～ 1000 cc/rev

• 定格圧力：10～25MPa

• 速度範囲: 10 ～ 900 RPM

一般的な用途: 農業用スプレッダー、コンバインヘッダー、林業用マルチャー、工業用ファン、ウインチ、コンベアドライブ

3.2 油圧ラジアルピストンモーター (LSHT)

では ラジアルピストンモーター、複数のピストンが中央のクランクシャフトまたはカムリングの周りに放射状に配置されています。油圧によって各ピストンが順番に外側に押し出され、カムが回転します。その結果、減速ギアボックスを必要とせずに、極低速 (モデルによっては 1 ～ 5 RPM という低さ) で非常に高いトルクが得られます。これにより、これらは決定的な 低速高トルク (LSHT) ソリューションになります。

の IAM シリーズ ラジアル ピストン モーターは、 信頼性、スムーズな低速動作、長い耐用年数が求められる旋回、ウインチ、鉱山、船舶、産業用ダイレクト ドライブ システム用に特別に設計されています。

LD シリーズ (LD1 ～ LD70) は幅広い変位量とトルク範囲をカバーしており、すべて高品質の鋳鉄で製造され、ISO 9001:2015、CE、FSC、および SGS 規格の認証を取得しています。の LD シリーズの低速高トルクラジアルピストンモータ シリーズは、コンパクトな LD1 から高耐久の LD70 まで、16 ～ 25 MPa の定格圧力、最大 35 MPa のピーク圧力に対応します。

一般的な動作パラメータ:

• 排気量範囲: 160–6000+ cc/rev

• 定格圧力：16～25MPa

• 速度範囲: 1 ～ 300 RPM (安定した低速 < 20 ～ 30 RPM)

一般的な用途: トンネルボーリングマシン (TBM)、大型ウインチ、船舶甲板機械、射出成形機、丸太グラップル、採掘ドラムドライブ

3.3 油圧アキシャルピストンモーター

で アキシャルピストンモーターでは、ピストンが出力軸に対して平行に（または一定の角度で）配置されています。高圧オイルが各ピストンに作用すると、傾斜斜板 (斜板設計) または屈曲軸シリンダー ブロック (屈曲軸設計) を押し、ピストンの直線力をシャフトの回転に変換します。このタイプは、すべての油圧モーター設計の中で最も高い総合効率 (通常 92 ～ 95% 以上) を達成し、高速高圧回路に適しています。

可変容量アキシャルピストンモーターにより、変位角を動的に調整できるため、システムは高トルク/低速モードと低トルク/高速モードの間で自動的に切り替えることができます。これは、 静油圧トランスミッション (HST)システムの基礎です。 ヨーロッパ、北米、アジアのメーカーの農業用トラクターに搭載されている最新の

一般的な用途: トラクターおよびコンバインの静圧ドライブ、油圧プレス、風力タービンのピッチ制御、高速工作機械ドライブ、閉ループ伝送システム

3.4 油圧ギアモーター

ギア モーター は最も単純な油圧モーター設計で、2 つの外部 (または内部) ギアが精密ハウジング内で噛み合います。高圧オイルは片側から入り、ギアを回転させ、低圧側から出ます。低コスト、汚染オイルに対する耐性、高いシャフト速度、メンテナンスの容易さなどの設計上の利点により、世界中の中圧補助回路に最適な選択肢となっています。

アルミボディ 油圧ギアモータは、 農業用噴霧器、冷却ファン回路、産業用コンベヤシステムで広く使用されているコンパクトで軽量なオプションを提供します。一方、鋳鉄製の G シリーズおよび GM5 シリーズは、 ギア油圧モーター は、移動機械や産業機器における高圧およびより要求の厳しいデューティ サイクル向けに設計されています。

一般的な動作パラメータ:

• 排気量範囲: 1 ～ 250 cc/rev

• 定格圧力：～25MPa

• 速度範囲: 200 ～ 4000 RPM

一般的な用途: 冷却ファンドライブ、パワーステアリング、オーガードライブ、ミキサードラム、コンベアモーター、油圧パワーパック

3.5 油圧トラベルモーター

の 油圧トラベル モーター は、軌道またはアキシャル ピストン モーター、遊星減速ギアボックス、およびバネで作動し油圧で解放されるパーキング ブレーキをすべて単一のボルトオン アセンブリに組み込んだ専用の統合ドライブ ユニットです。この統合により、外部駆動コンポーネントの必要性がなくなり、走行モーターが無限軌道および車輪付き機械用のプラグアンドプレイ駆動モジュールになります。

多くの走行モーターは 2 つの速度切り替えを備えています。高変位 (低速) では、掘削、登攀、または押し込みにドローバーの最大引力を利用できます。低排気量 (高速) では、機械は作業現場をより速く移動できます。の ISO 9001:2015、CE、および SGS の認証を取得したMSE シリーズおよび MS シリーズ油圧トラベル モーターは、 小型から中型の掘削機、クローラ キャリア、および高所作業プラットフォームの直接ホイールおよびトラック ドライブ用に設計されています。

一般的な用途: ミニおよびコンパクト掘削機 (1 ～ 10 トン)、クローラー ダンプ、無限軌道高所プラットフォーム、農業収穫機、地下採掘車両

3.6 ブレーキ一体型油圧軌道モーター

標準的な軌道モーターを特殊に進化させたものです。 ブレーキ付き油圧軌道モーターは、 モーター本体にバネが適用された保持ブレーキを統合しています。油圧が解放されると、ブレーキが自動的に作動して出力シャフトをロックし、意図しない負荷の移動を防ぎます。これは、ウインチ、吊り荷、旋回装置にとって重要な安全機能です。

の 高度な Geroler ギアセットを備えた BMRS/OMRS シリーズ軌道モーターは、 動作中の自動圧力補償機能を備えており、高圧での信頼性が高くスムーズな性能と耐用年数の延長を実現します。イートン チャーリン S シリーズ モーターと同等で互換性があります。

同様に、OMR-BK01 および BMR-BM01 シリーズは、統合保持ブレーキを備えた標準の OMR モータ範囲を拡張し、垂直軸または吊り荷の用途 (クレーン スルー ドライブ、垂直コンベヤ システム、位置決めアクチュエータなど) に安全ロックを提供します。

一般的な用途: クレーン旋回および巻上げ、垂直軸ウインチ、農業用フロントローダー、林業機械、産業用位置決めシステム

4. 適切な油圧モーターの選び方

間違ったモータータイプの選択は、油圧システム設計において最も一般的でコストのかかるエンジニアリングミスの 1 つです。次のフレームワークは、適切な選択を絞り込むのに役立ちます。

ステップ 1 — 負荷要件の定義

必要な出力トルク (T) と速度 (n) を計算します。

ステップ 2 — 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 3 — 環境要因を考慮する

• オイルの清浄度: ギア モーターは ISO 4406 クラス 20/18/15 以下に耐えます。ピストンモーターには 17/15/12 以上が必要です。

• 温度範囲: シールコンパウンドは周囲の極端な温度 (ほとんどの場合 -40°C ～ +120°C) に一致する必要があります。

• 取り付け: フランジ (SAE、ISO)、フットマウント、またはホイールハブ一体型 - 注文前にインターフェイスを確認してください。

• 流体の種類: 安全規制で要求されている場合は、耐火性流体 (HFA/HFB/HFC/HFD) への適合性を確認してください。

5. 油圧モーターに依存する世界の産業

建設と土木

東南アジアで急成長しているインフラ プロジェクトからアメリカ中西部の道路建設に至るまで、油圧走行モーターと旋回ドライブはあらゆる無限軌道機械のバックボーンです。標準的な 5 トンの小型掘削機は、少なくとも 2 つの独立した走行モーターと 1 つのスルー モーター、つまり 3 つの高精度油圧ロータリー アクチュエータがあらゆる作業現場で連携して動作します。

農業機械

カナダの大草原からウクライナの黒土地帯、オーストラリアの小麦地帯に至る穀物生産地域では、最新のコンバインハーベスターは軌道油圧モーターに依存して、穀物オーガーからヘッダーリール、脱穀ドラムに至るまであらゆるものを駆動します。多くの場合、1 台の機械につき 6 ～ 12 個のモーター駆動機能が搭載されています。軽量アルミニウム製ギアモーターは油圧冷却ファンなどの補助システムを駆動し、性能を維持しながら機械の総重量を削減します。

採掘とトンネル

西オーストラリア州、南アフリカ、カナダ楯状地にある地下鉱山設備では、衝撃荷重、極度の汚染、連続使用サイクルに耐えるモーターが求められています。ラジアルピストン LSHT モーターは、中間ギアボックスを使用せずに、運搬トラックの車輪、連続採鉱機、および削岩機の回転を直接駆動します。これにより、メンテナンスへのアクセスが難しくコストがかかる環境での機械の複雑さが軽減されます。

海洋および海洋

メキシコ湾と北海の海洋プラットフォームには、塩水噴霧耐性が認定され、極圧 (最大 350 bar) での連続使用が可能な油圧モーターが必要です。軌道モーターはアンカー ウインドラス、係留ウインチ、デッキ クレーンを駆動し、ラジアル ピストン モーターは動的測位 (DP) 船舶のスラスターに動力を供給します。

6.油圧モーターのメンテナンスの必需品

油圧モーターは、定格パラメータ内で動作する場合、信頼性の高いコンポーネントです。ほとんどの早期障害には、いくつかの根本原因が共通しています。

推奨されるメンテナンス間隔:

• 500 運転時間ごと: オイルの清浄度とシャフト シールの漏れをチェックします。

• 1,000 時間ごと: 作動油とフィルターを交換します (またはシステム監視データごとに)

• 2,000 時間ごとまたは年に一度: モーター ケースのドレン フロー チェックを含むシステム全体の検査

よくある質問

Q1: 油圧モータと油圧ポンプの違いは何ですか?

どちらのデバイスも幾何学的に類似しており、同じ内部機構 (ギア、ピストン、ベーン) を使用しています。違いはエネルギーの方向にあります。ポンプは機械シャフトの回転を流体動力 (圧力 + 流量) に変換しますが、モーターはその逆を行い、流体動力を機械シャフトの回転に変換します。一部の油圧モーターは、逆方向に駆動するとポンプとして機能しますが、自吸や吸引条件に対して最適化されていません。

Q2: 「低速高トルク」(LSHT) とは何を意味しますか?また、どのタイプのモーターがそれを最もよく実現しますか?

LSHT は、中間ギアボックスを使用せずに、非常に低いシャフト速度 (通常 1 ～ 400 RPM) で高出力トルクを提供する能力を指します。ラジアルピストンモーターは主要な LSHT ソリューションであり、1 ～ 5 RPM の低速回転で数千ニュートンメートルのトルクを生成できます。軌道 (ジェローター) モーターも、低速範囲 (10 ～ 100 RPM) で LSHT カテゴリーに分類されますが、ラジアル ピストン設計よりもトルク レベルが低くなります。

Q3: 油圧モーターは正逆両方向に作動できますか?

はい。ほとんどの油圧モーターは本質的に双方向です。油圧回路内の方向制御バルブを切り替えるだけでオイルの流れの方向を反転すると、シャフトの回転方向が反転します。これにより、方向制御にインバータやコンタクタが必要となる電気モータードライブに比べて、油圧ドライブの逆転が大幅に簡単になります。

Q4: 油圧モーターにはどのような作動油を使用すればよいですか?

ほとんどの油圧モーターは鉱物ベースの作動油用に設計されています。正しい ISO VG グレードは周囲温度によって異なります。寒冷気候 (動作温度 0°C 未満) の場合は ISO VG 32、温帯条件 (汎用) の場合は ISO VG 46、高温気候または高負荷用途の場合は ISO VG 68 です。耐火性流体 (HFA、HFB、HFC、HFD タイプ) または生分解性オイルを使用する前に、シール材料の適合性についてメーカーのデータシートを必ず確認してください。

Q6: 信頼できる油圧モーターメーカーはどのような認証を取得している必要がありますか?

世界市場向けの基本認証は、 ISO 9001 (品質管理システム)、 CE (安全および環境要件に関する欧州適合)、および SGS (第三者品質検証) です。などの追加の認証が必要です。 FSC (原材料の保管過程) や海洋クラスの承認 (ABS、BV、DNV) 木材、海洋、海洋分野の特殊な用途には、

Q5: 油圧モーターの寿命は通常どれくらいですか?

適切にメンテナンスされた油圧モーターが定格パラメータ内で動作すると、通常 8,000 ～ 20,000 時間以上の耐用年数が得られます。ギアモーターは内部摩耗率が高いため、一般に設計寿命が短くなります (8,000 ～ 12,000 時間) が、高品質のアキシャル ピストンおよびラジアル ピストン モーターは、オイルの清浄度が維持され、モーターが持続的なピーク圧力で動作しない場合には、確実に 15,000 ～ 20,000 時間を超える可能性があります。現場調査における早期故障の主な原因は、一貫してメーカー指定の清浄度レベルを超える作動油の汚染です。

Q6: 油圧旋回モーターと走行モーターの違いは何ですか?

どちらも特殊な油圧モーター アセンブリですが、まったく異なる動作機能を果たします。油圧 旋回モーターは、 垂直軸を中心とした上部構造の回転を駆動します (たとえば、車台に対して 360 度回転する掘削機のキャブとブーム)。油圧 走行モーターは、 履帯または車輪を回転させることによって機械の直線運動を駆動します。スルーモーターはスムーズな加減速と正確な停止位置を重視します。走行モーターは最大の牽引力 (ドローバーの牽引力) を重視しており、多くの場合 2 速度切り替えが組み込まれています。