1. 油圧でよく使用される単位
| 種類 | 単位 | 説明 |
|---|---|---|
| 質量 | kg | 一般的な質量の単位 |
| 力・重量 | N | 力の計算では現在Nが使用されています。ただし重量を計算する際は今でもkgfで考えたほうがわかりやすいので使用されています。 （例えば体重の場合65kgで表し、体重637Nとはしません） 重量単位kgfのfは質量のkgと分けるため記入しています。 1kgf=9.8N(≒10N) |
| kgf | ||
| 圧力 | MPa | "圧力1Paは油圧計算で使用する場合、単位として小さすぎるので通常はMPaを使用します。 1MPa=1,000,000Pa ＝10.2kgf/cm2（≒10kgf/cm2） |
| 電動機 回転数 |
min-1 (/min) |
電動機（モータ）が1分間に何回転するかを表します。 |
| 流量 | Ｌ/min | 1分間にどれだけの流量(L:リットル）の油がポンプや配管に流れるか表したものです。1L=1,000cm3 |
| cm3/sec | 1秒間にどれだけの流量(cm3=cc）の油がポンプや配管に流れるか表したものです。 | |
| cm3/rev | 油圧ポンプ・油圧モータなどが1回転当たりどれだけの量(cm3）の油を吐出する（送り出す）ことができるかを表したものです。 (rev:回転 単位ではありません） | |
| 動力 | kW | 動力1Ｗは油圧計算で使用する場合、単位として小さすぎるので通常はkWを使用します。1kW=1,000W |
2. 圧力計算
2-1. 圧力について
- 液体に密閉状態で力を掛けます。（F(N)の力で押し付け）
⇒この時、押し戻そうとする反力が液体内で発生＝圧力 - 圧力は密閉面全体に均等に作用します。
2-2. 計算方法
- 上図のように上からピストンに力F(N)を掛けた場合、下向きに押そうとするピストンの面積は A(cm2)になるため、力Ｆは面積A全体で均等に押すことになります。そのため液体内に発生する圧力Ｐ(MPa)は
P(MPa) = F(N) A(cm2)×100
計算例
重量F=10,000N、受圧面積A=20cm2の場合
圧力P = 10,000/(20×100) = 5(MPa)
3. 流量計算
3-1. 油圧ポンプの能力から流量を求める場合
- 通常油圧ポンプの能力は、カタログなどでは1回転当たり何cm3の油を吐出できるかで表されています。前述の電動機1分間の回転数が決まれば、 油圧ポンプの1分間の流量が決まります。
- 油圧ポンプの1分間吐出量Ｑ(L/min)
- ポンプ1回転あたりの吐出量ｑ(cm3/rev)
- 電動機の1分間あたりの回転数ｒ(min-1)のとき
Ｑ(L/min) = ｑ(cm3/rev)×ｒ(min-1) 1,000
（ポンプ１回転当たりの吐出量(cm3/rev)→ポンプが1回転する間にどれだけ油を送り出せるか示した量です。）
計算例
- ポンプの1回転当たりの吐出量ｑ：15(cm3/rev)
- 電動機の1分間の回転数ｒ：1,800(min-1)の場合油圧ポンプの1分間あたりの吐出量Ｑ(L/min)は
1分間吐出量Ｑ = 15×1,800 1,000 = 27.0(L/min)
3-2. 流量の換算
- 1分間に流れる量を表す場合：L/min
- 1秒間に流れる量を表す場合：cm3/sec
(cm3=cc：立方センチメートル)
例：1分間で30Lの油を流す場合：30L/min この30L/minを1秒間で流す量に換算すると
1min = 60secなので 30/60 = 0.5L/sec
1L = 1,000cm3なので 0.5×1,000cm3 = 500cm3/sec
従って：30L/min = 500cm3/sec
4. 電動機回転数計算
4-1. 電動機の極数
- 一般的な三相誘導電動機は、電動機の回転子（ロータ）と極（ポール：P）との引き込みと反発を利用して回転しています。
極の数に合わせて、2極(2P)・4極(4P)・6極(6P)の電動機などがあります。
4-2. 電動機の回転数
- 一般的な交流電源を使用した電動機の回転数は、前述の極数と交流電源の周波数によって計算されます。
- 交流電源の周波数は、
東日本：50Hz
西日本：60Hz
電動機の回転数(min-1) =
120×電源周波数(Hz)×(1-S) 電動機の極数(P)
Ｓ：電動機のスリップ(すべり)率
スリップ率：計算上の回転数と、実際のロータの回転数との差を比率で表したものです。
電動機の構造上ロータが回転トルクを発生させるためには、計算上よりわずかに少ない回転数で回転することになります。
電動機(IE1)では4～5％程度
電動機(IE3)では2～3％程度
（すべり率は電動機の容量、負荷率等で変わります。正確な数値はメーカのカタログ等で確認してください）
4-3. 電源周波数・極数と回転数一覧
- スリップ率S=0とした場合の電動機の回転数(min-1)を下記に表します。
（実際の回転数はスリップ率の分だけ少なくなります）
| 極数 | 回転数(min-1) | |
|---|---|---|
| 50Hz | 60Hz | |
| 2P | 3,000 | 3,600 |
| 4P | 1,500 | 1,800 |
| 6P | 1,000 | 1,200 |
回転数と流量計算例
- 使用するポンプの1回転当たりの吐出量15(cm3/rev)、電動機4Pを使用、スリップ率4%の場合の流量(L/min)を求める場合
東日本での回転数：
120×50×(1-0.04) 4 = 1,440(min-1)
西日本での回転数：
120×60×(1-0.04) 4 = 1,728(min-1)
ここからポンプの最大吐出量を計算すると、
東日本：
15(cm3/rev)×1,440(min-1) 1,000 = 21.6(L/min)
西日本：
15(cm3/rev)×1,728(min-1) 1,000 = 25.9(L/min)
同じ油圧ポンプを使用した場合、東日本と西日本では最大吐出量が異なります。
5. 電動機の動力計算
- 動力は前述のとおり「kW」で表します。
5-1. 圧力と流量から必要動力を計算
動力L(kW) = 圧力P(MPa)×流量Q(L/min) 60×効率η
効率η(イータ）：
電動機に電気を通して電力を発生させた際、入力電力に対する出力動力との比率
（動力伝達上のロスを差し引いた有効動力の比率）
計算例
- 油圧回路の設定圧力：5MPa
- ポンプの吐出量 ：30L/min
- 効率が80%の場合 必要動力L(kW)は
5×30 60×0.8 = 3.125 ≒ 3.2(kW)
（必要動力を求めているので切り上げています）
5-2. 電動機の規格と選定
- 一般的には、動力計算で算出した数値より大きいサイズで、一番近いサイズの電動機を選定します。
電動機の規格
| 電動機の 出力規格(kW) |
馬力(PS) |
|---|---|
| 0.4 | 0.5 |
| 0.75 | 1 |
| 1.5 | 2 |
| 2.2 | 3 |
| 3.7 | 5 |
| 5.5 | 7 |
| 7.5 | 10 |
| 11 | 15 |
| 15 | 20 |
| … | … |
- 電動機の出力はkWにて表示されています。
- 元々動力の規格は馬力(PS)で表示されていたので、電動機規格も馬力に合わせた数値となっています
電動機の選定
- 上記の計算では、必要動力L＝3.2kW となりましたが、この場合通常選定する電動機容量は3.7kW となります。
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