工場や設備に欠かせない電動モーター。
その中でも、「速度を自由に変えられる」という特長をもつのがインバーター制御です。
ではなぜ、インバーターを使うとモーターの回転数を調整できるのでしょうか？
本記事では、そのしくみを初心者にもわかりやすく解説します。
そもそもインバーターとは？
インバーターとは、簡単に言うと「電気の周波数を変える装置」です。
交流（AC）モーターの回転数は、この周波数によって決まるため、インバーターで周波数を変えれば、回転数も変えられるというわけです。
回転数は「周波数」で決まる！
三相誘導モーターなどのACモーターの回転数（n）は、次の式で表されます。
\( \displaystyle N=\frac{120×f} {P}\)
N: モーターの回転数（rpm）f: 電源周波数（Hz）- P: モーターの極数（2極, 4極など）
たとえば、50Hzの電源で4極モーターを回すと
n = 120 × 50 ÷ 4 = 1500 rpm になります。
ここで、インバーターを使って周波数を変えると…
- 40Hz → 約1200 rpm
- 60Hz → 約1800 rpm
のように、周波数を上げ下げすることで、回転数を変えることができるのです。
なぜ回転数を変えたいの？
～モーター速度調整で得られる3つのメリット～
工場や設備でよく使われるモーター。
そのモーターの回転数（＝速度）を調整することで、実は装置全体の効率や品質が大きく変わることをご存じですか？
今回は、なぜ「回転数を変えたいのか？」その理由とメリットを、初心者にもわかりやすく解説します。
理由①：流量・風量を変えたいとき ～ムダなエネルギーを使わない～
たとえば、送風機やポンプのような機器では、回転数が高いほど流量や風量が大きくなります。
しかし、常に全力で回す必要はあるでしょうか？
- 夜間は少しでいい
- 小型の製品には少ない流量でOK
- 生産量が落ちる時間帯には抑えたい
こういった場面では、必要なときに必要な分だけ動かすことで、大幅な省エネが可能になります。
インバーター制御の活用
インバーターを使って回転数を調整すれば、不要な消費電力をカットできます。
特にファン・ブロワ・ポンプなどは、回転数を下げることで消費電力が指数関数的に減るため、非常に効果が高いのです。
理由②：なめらかに加減速したいとき ～装置やワークを守るために～
たとえばベルトコンベアで、急にモーターがスタート・ストップするとどうなるでしょう？
- 荷物がずれてしまう
- ギアやベルトに大きな負荷がかかる
- 繰り返せば装置が早く壊れる
このような問題を防ぐためには、ゆっくり加速・減速させるのが効果的です。
インバーターならソフトスタート・ストップが可能
インバーター制御なら、時間をかけてじわっと動き始める設定ができるので、衝撃を最小限に抑えられます。
結果として、
- ワークの安定搬送
- 機械部品の長寿命化
- 騒音・振動の低減
といった効果が期待できます。
理由③：負荷に応じた速度制御 ～品質と歩留まりを安定させる～
加工機や組立機などの現場では、材料や製品によって最適な速度が異なる場合があります。
たとえば：
- 柔らかい材料はゆっくり加工した方がきれいに仕上がる
- 製品の種類によって必要な加工時間が異なる
- 状況に応じてラインのスピードを上げ下げしたい
このようなとき、モーターの速度を自在に変えられることで、柔軟な生産対応と品質維持が可能になります。
インバーターの速度可変機能が活躍
- 材料に合わせた最適速度を設定
- 不良を減らし歩留まりアップ
- 製品変更時も簡単に調整
つまり、設備の使い勝手もよくなり、歩留まりや生産性の向上にもつながるのです。
回転数を変えるのは、ただの“調整”じゃない！
| 理由 | メリット |
|---|---|
| 流量・風量を制御 | 大幅な省エネが可能に |
| なめらかに動かす | 装置やワークを保護 |
| 状況に応じた調整 | 品質安定と柔軟対応 |
モーターの回転数を変えられると、設備全体の性能や寿命、エネルギー効率まで変わってくるのです。
そして、その実現手段として広く使われているのが「インバーター制御」というわけです。
インバーターの仕組み（簡略）
インバーターは、次のような仕組みで周波数を変換しています。
- 商用電源（AC100V/200Vなど）を一度直流（DC）に変換
- その直流を再び交流に変換（このとき周波数を自由に設定）
- 出力周波数に応じてモーターを駆動
この「AC → DC → AC」という変換プロセスによって、任意の周波数・電圧を作り出せるのが、インバーターの最大の特長です。
注意点：ただ速くすればいいわけではない！
モーターの速度を自由に変えられる便利なインバーター。
しかし、使い方を間違えると性能が落ちたり、トラブルが発生することもあります。
今回は、インバーター制御を使うときに注意すべきポイントを2つに絞ってわかりやすく解説します。
注意①：定格周波数を超えるとトルクが落ちる！
インバーターを使えば、モーターの回転数を周波数によって自由に変えられます。
たとえば60Hzのモーターに100Hzをかけると、回転数は約1.6倍に上がります。
「じゃあ速くすればするほどいいのでは？」と思ってしまうかもしれませんが、落とし穴があります。
トルク（＝回す力）が低下する
モーターは、定格周波数までは「電圧」と「周波数」をバランスよく上げていくことで、トルクを維持できます（これをV/f制御といいます）。
しかし、定格周波数（たとえば60Hz）を超えると、これ以上は電圧を上げられないため、トルクが下がってしまうのです。
解決策
- 高速運転が必要な場合は、「高周波対応のインバーターモーター」を選びましょう。
- 装置がどれだけのトルクを必要とするかを確認し、設定周波数の上限を決めることも大切です。
注意②：ノイズや電気的トラブルに注意！
インバーターは、出力をPWM（パルス幅変調）という高速なスイッチングで制御しています。
そのため、一般的な電源に比べてノイズ（高周波成分）が多く含まれています。
問題が起きやすいポイント
- 隣の機器にノイズが入り、誤動作を引き起こす
- モーターケーブルが発熱・劣化する
- アース（接地）が不十分だと、感電や故障の原因に
対策方法
- シールド付きモーターケーブルを使用する
- ケーブルはできるだけ短く、配線は丁寧に分離
- インバーター専用のノイズフィルターやリアクトルを使う
- アース処理をきちんと行う（モーター・インバーター両方）
これらは電気設計の基本ではありますが、インバーターを使う場合はよりシビアな対策が必要です。
インバーターには“賢い使い方”がある！
| 注意点 | 内容 | 対策 |
|---|---|---|
| トルク低下 | 定格周波数以上で力が弱くなる | 高周波モーターの使用、上限管理 |
| ノイズ・配線 | 他機器への影響や配線トラブル | シールド線、アース、フィルター活用 |
インバーターは非常に便利な制御機器ですが、トルクやノイズといった落とし穴を理解して使うことが大切です。
設計段階でしっかりと対策を講じておけば、安全かつ快適に活用できるはずです。
■ まとめ：インバーター＝周波数を自由に変える装置
| インバーターの働き | 内容 |
|---|---|
| 周波数を変える | 50Hz → 60Hz → 任意に変更 |
| 回転数を変える | 周波数に比例して変動 |
| エネルギー効率UP | 過剰運転を抑えて省エネ |
| ソフトスタート | 装置を傷めず滑らかに加減速 |
「モーターのスピードを自由に変えたい！」と思ったら、まず検討すべきがインバーターです。
装置の省エネ化・長寿命化・高品質化に大きく貢献してくれます。
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