トルクモーターは速度が低下しても一定のトルクを維持できるように設計されており、その特性を活かして産業機械、ロボット工学、コンベアシステムなど様々な分野で用いられています。
トルクモーターの世界市場規模はBusiness Research Insightsの調査によれば、2031年までに2億2910万米ドル（日本円で約1400億円）に達し、予測期間中のCAGR（日本語：年平均成長率）は6.44％で成長すると予測されています。
今後も幅広い分野で活用されることが見込まれるトルクモーターですが、特徴や原理、使用用途など詳しく解説しますので、ぜひ参考にしてください。

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１．トルクモーターとは？原理と特徴

トルクモーターとは、一般的なインダクションモーターと構造は同じですが、起動トルクが大きく、垂下特性（電流が増加するに従って電圧が低下する特性）を持っているため、回転速度が増加するに従い、トルクが減少するモーターのことです。
ここではトルクモーターについて、特徴や原理などをわかりやすく解説します。

（１）トルクモーターとは？その原理

トルクモーターの原理は、一般的なインダクションモーターと構造は同じですが、トルクモーターは2次側のコイルの抵抗値を大きくし、回転磁界と回転子の間に生じる「すべり（速度差）」の大きさを利用しています。

基本的に非同期モーターや誘導モーターを運転させるためには「すべり」がなければ運転できません。そのため、トルク特性（すべりの大きさによって出力するトルクの大きさが変化する現象）が必ず必要です。

すべりとは、非同期モーターや誘導モーターで用いられている原理で、実際の回転速度が同期速度よりも少し遅くなる現象のことです。このすべりがなければ非同期モーターや誘導モーターは、二次電流（誘導電流）が発生せず、回転のためのトルクを得られないためモーターは作動できません。

トルクモーターはトルク特性を利用したもので、すべりが大きいほど出力トルクも大きくなります。

（２）トルクモーターの特徴

トルクモーターは以下の特徴を持っています。

• 起動トルクが大きい
• 垂下特性（低速時＝トルクが大きい、高速時＝トルクが小さい）を持っている
• 印加電圧（モーターに電圧をかける）を変えるだけでトルク調整が可能
• モーターのトルクは電圧の2乗にほぼ比例する
• 拘束状態（モーター軸が回転できない状態）または、拘束状態に近い低速運転でも安定したトルクが得られる

これらの特性を活かせる設計になっているため、負荷や電圧が変化すると回転速度も同じように変わります。そのため、一般的なインダクションモーター（ACモーター、誘導モーター）と比較すると、下図イメージのような曲線を描きます。

上図は簡単なイメージ図ですが、トルクモーターは起動トルクが大きく、右肩下がりの曲線を描きます。また、トルクモーターと一般的なインダクションモーターでは、モーターシャフトにかかる負荷（トルク）に対して下表の違いがあります。

種類	起動トルク	用途
トルクモーター	高い	負荷（トルク）の大きい物を動かす
インダクションモーター	低い	負荷（トルク）の小さい物を動かす

トルクモーターの特性を活かすためには、起動トルクが大きいので、重量物を移動させるコンベアやウインチなどの機械装置に導入すると効果的です。

【参考記事】

トルクモーターについては以下の動画も参考になります。

引用：オリエンタルモーター株式会社：トルクモーターによる巻き取り運転

引用：東芝デバイス＆ストレージ　公式YouTubeチャンネル

2.トルクモーターの使用用途

トルクモーターは起動トルクが大きいため、主に低速で高トルクが必要な巻き取り装置や重量物を搬送する機械装置などに使用されます。

（1）トルクモーターの主な使用用途

トルクモーターの主な使用用途は次の4つに分類され、それぞれ用途が異なります。

• 巻き取り
• ロール
• 締め付け
• 押し当て

それぞれの用途を以下に解説します。

①産業用

産業用では、取り扱っている製品や工場のレイアウトによって機械装置が異なるため、コンベアや機械装置、ロボットアームなど、ひとつの工場で何種類も活用していることもあります。

分類	用途
巻き取り	電線、紙、テープ、布、合繊糸、薄い鉄板など、巻き取り側に負荷がかかると同時に、回転速度が遅くなる装置に使用
ロール	ベルトコンベア、印字プリンターや各種送りロールなど、ゆっくりとした一定動作が必要な駆動部やテンション部に使用
締め付け	ネジやバルブの締緩装置、ドアの開閉用、各種プレスなど、モーターの電流を切り替えることで回転方向を逆転させることもできるため、上下運動を必要とする機械装置にも使用可能
押し当て	拘束（モーターが回転していない）状態に近い低速運転でも安定したトルクが得られるので、物体に印字するなど、物を押し当てる場合や物を押し出す機械装置に使用

【参考記事】

②家庭用

家庭用では、瞬時に高トルクが必要になる洗濯機や掃除機などに使用されています。

水を入れた重いドラムや脱水時の回転、ゴミを瞬時に吸い込む強力な吸引力にはトルクモーターの特性が有効です。回転数を調整するだけで最適なトルクを発生し、モーター音も静かです。

（参考：TDK株式会社　じしゃく忍法帳　第91回「洗濯機のモータと磁石」の巻）

③車両用

車両用では、電動パワーステアリング、電動ブレーキシステム、エンジンシステム、トランスミッションなどに使用されています。

車が停止状態から動き始めるまでには大きな力が必要ですが、エンジンだけでは初動のパワーが足りません。そこで、トルクモーターの特性でもある「回転し始めが最大トルク」を活かして初動をサポートしています。

特にEV車はエンジンがないので、初動でタイヤがスリップするほどトルクが大きく、トランスミッションも必要ありません。

（参考：スマートモビリティJP）

（2）トルクモーターの巻き取り装置

トルクモーターは、主に巻き取り装置に使用されているので少し詳しく解説します。

巻き取り装置におけるトルクモーターの使用方法は2つあります。

• 製品を巻き取る
• 巻き取り時のブレーキとして使用する

トルクモーターの性質上、負荷の大きさに応じて回転するので、巻き取り側の製品の負荷が2倍になればモーターのトルクも2倍に変化します。さらに、送り側と巻き取り側の間にテンションロールとトルクモーターを組み合わせた装置を設置し、製品に張力を加えてブレーキの役割を果たすことも可能です。
そうすることで製品はたるまず、常に引っ張った状態をキープできるので製品をきれいに巻き取れます。

しかし、不適切なモーターの使い方をすると、製品の巻き取りは下表のような状態になります。

モーターの状態	製品の巻き取り状態
巻き取りのスピードが不規則な場合	しわや破損の原因になり、きれいに巻き取れない
張力（テンション）が弱い場合	たるみができ、巻き取りが緩くなって均一に巻き取れない
張力（テンション）が強い場合	きつく締まり過ぎたり、厚みが不均一になったり、途中で切れることもある

たるみや緩みがなく、きれいに巻き取るためには、巻き取りとテンションそれぞれのモーターと負荷のバランスをうまく調整する必要があります。

（3）トルクモーターの制御方法

トルクモーターの制御は電圧によって制御する方法と、減速機やインバーターと組み合わせて制御する方法があります。

①トルク制御

トルクの抑制方法には「制御」と「制限」の2通りがあり、目的によって用途が異なるので使い方を間違えないようにしましょう。

トルク制御：モーターにかかっている負荷を検出し、電圧を調整して、トルクを一定の範囲内で維持する方法
トルク制限：モーターに流れる電流を制限して、発生トルクを一定以下に抑える方法で「リミット機能」を指す

制御（制限）には以下の5つの方法があります。

制御（制限）方法	説明
トルク	不規則な外力が加わっても同じ動作ができるように、トルクを一定に制御する
押し当て（位置）	設定位置までの動作を制御する
押し当て（速度）	設定速度で動作するように制御する
位置決め	設定した目標の位置に高精度で停止させるように制御する
速度	速度を指定範囲内で制御する

トルク制御は、外力が不規則に加わる部分に使用されるため、例えば、採石場や重量物を搬送するコンベアの駆動軸などに用いられています。一方、トルク制限は、主にモーターや機械装置などに、過剰な負荷をかけたくないときや保護したいときに使用します。

②インバーター制御

インバーター制御とは、トルクモーターとインバーターを組み合わせて使用します。インバーターの周波数を変えることで電圧を自由に調整し、モーターのトルクを制御する方法です。

インバーター制御は、周波数でモーターの回転速度を調整できます。例えば、食品工場で使用されているオートメーションのゆで釜や冷却装置の駆動軸など、製品によって製造時間を調整するような機械装置に使用されています。

また、インバーターを使用する場合は、インバーター専用の定トルクモーターがおすすめです。定トルクモーターは、一般的に周波数6～60Hzの範囲であれば、定格トルクで連続運転が可能です。

しかし、既存のモーターにインバーターを組み合わせる際には、インバーターで制御できない可能性もあるので、メーカーに問い合わせて確認することをおすすめします。

（4）トルクモーターの汎用性

トルクモーターは主に巻き取り装置に使用されていますが、その他にも以下のような特性をうまく利用すれば汎用性は広がります。

• 減速機と組み合わせて使用する

電圧を変えなくても出力トルクを調整でき、出力方向も変更できます。

• ブレーキ力を利用する

停止状態からモーターシャフトに外力を加えて回転させると、外力と逆方向に電力が加わるのでブレーキ力を得られます。

• 高効率の特性を活かす

三相トルクモーターは始動電流が少ないのでトルク効率がよく、省エネや低コストの運転が可能です。

• 制御とメンテナンスが容易

デジタルやインバーターの技術躍進により、制御が容易にできるので複雑で高度な制御も可能です。また、シンプルな構造になっているのでメンテナンスも容易にできます。

• 高い耐久性

トルクモーターは高い耐久性があるため、長時間の連続運転や厳しい環境下での使用にも耐えられます。

トルクモーターには以上の特性があり、産業用機械、自動車、家電製品、航空宇宙、医療機器など多くの分野で活用されています。

（5）トルクモーターの選び方

トルクモーターは使用用途によって使われ方はさまざまですが、選ぶときのポイントをご紹介します。

• 作業状況：一定の速度、低速、高速
• 電源　　：直流、交流
• 製品重量：重量物、軽量物、荷重が不規則に変動

作業状況の速度や使用電源、運搬・移動・固定させる製品の重量などを総合的に判断して、最適なトルクモーターを選びましょう。

また、トルクモーターにはDCモーターとACモーターの2種類があり、それぞれの特性を見極めることでも選びやすくなります。

①DCモーター

• 自己インダクタンス（コイルで発生する電流の変化が誘導起電力となって現れる現象）が非常に小さいので、応答性が良い
• 出力トルクは入力電流に比例する
• 拘束に近い状態でも低速運転が可能
• ACモーターに比べて本体価格が高い

②ACモーター

• 同期式と非同期式がある
• ACモーターは起動トルクが小さい
• インバーターと組み合わせて使用範囲内で周波数を調整すれば、起動トルクを変更できる
• 本体価格が安い

3.トルクモーターのトルク計算

モーターのトルクはトルク計測器を使用したり、メーカーのカタログや資料を調べたりする方が的確で早いですが、自分で計算する方法をご紹介します。

（1）出力トルク計算方法

トルク計算で大事なことは「トルク＝軸が出力できる力」であり、トルクと出力は違う点です。トルクと出力を混同して解釈していると、ほしい値が算出できず、誤った結果になりかねないので注意しましょう。

①出力の計算方法

モーターの出力は以下の計算式で求められます。
出力 [W] ＝（2 × π × T × N）÷ 6 0 ≒ 0.1047 × T × N

T [N・m]：トルク
N [r/min] ：回転速度
出力[W]  ：1秒間あたりの仕事量を表す単位

（引用：オリエンタルモーター　サポート・お問い合わせ）

※この計算で得られる値は、あくまでも目安です。

②定格トルクの計算方法

定格トルクは以下の計算式から算出できます。

定格トルク [N・m]＝定格出力 [kw] ÷ 同期速度(1-すべり) [min-1] × 60 ÷ 2π × 103
同期速度 [min-1]    ＝120 × 周波数 [Hz] ÷ 極数 [rpm]

（引用：三菱電機株式会社　定格トルクの計算式）

トルクや出力の正確な値を知りたい場合は、メーカーのカタログや資料を参考にするか、メーカーに問い合わせることをおすすめします。また、早急に値が知りたい場合やどうしても自分で計算したいときには、以下のような自動計算サイトも活用してみましょう。

（参考：自動計算サイト　ke!san　トルク、回転数、出力の計算）

4.トルクモーターと回転速度および電圧の関係性

トルクモータにおける回転速度と電圧の関係性について解説します。

（1）トルクと回転速度の関係

モーターの出力が一定の場合、回転速度を遅くするとトルクは大きくなり、回転速度が速くなるとトルクは小さくなります。そのため、モーター本体の大きさは主にトルクで決められるので、同じ出力のモーターでも定格回転数が小さければ大きなトルクが必要です。

（2）トルクは電圧に比例する？

誘導モーターの発生トルクは、電圧の2乗に比例します。厳密に言えば、すべり値に誤差が生じるため、完全に比例しているとは言い切れないので、ほぼ比例していると言った方が妥当でしょう。

例えば、充電式の手持ち扇風機を例に挙げると、充電がいっぱいある時には、勢いよく回転しますが、充電の残量が少なくなると回転が弱まります。

モーターも同じで、電圧が大きければトルクも大きくなり、電圧が小さくなればトルクも小さくなります。

5.トルクモーターと他のモータとの比較

モーターは下図のように大きく分けて、直流モーター、交流モーター、ステッピングモーターの3つに分類されます。

その中でも、トルクモーターも含まれる交流モーターについて、どのような性質や特徴があるのか解説します。

（1）誘導モーター

誘導モーターとは、固定子とその内側にある回転子を組み合わせた構造です。固定子のコイルに交流電流を流して、回転磁界を生じさせ電磁力が生まれ、回転子が電磁力につられて回転する仕組みです。

また、誘導モーターは使用電源によって、次の2種類に分かれます。

• 単相誘導モーター
• 三相誘導モーター

①単相誘導モーター

単相誘導モーターとは、1つの波形からなる交流電源（単相交流）で作動します。安価でシンプルな仕組みが特徴で、主に大きな動力を必要としない扇風機や洗濯機などの家電用製品に使用されています。

②三相誘導モーター

三相誘導モーターとは、単相交流が3つ組み合わさったもので、それぞれの波形が120度ずつズレており、3つの波形からなる交流電源（三相交流）で作動します。単相誘導モーターに比べて大きな動力を得られる上に、モーターのエネルギー損失が小さいという特徴があります。

また、回転子の形状には「かご型」と「巻線型」の2種類があり、主に三相誘導モーターは、大きな動力が必要な産業機械を取り扱っている工場などで使用されています。

（2）同期モーター

同期モーターとは、誘導モーターと同じ回転磁界で作動しますが、同期速度と回転速度は同じ速度ですべりがなく、モーターのエネルギー損失が発生しない特徴があります。

また、回転子に永久磁石を使用することで、高効率化や省エネ化に成功し、洗濯機などの家庭用製品や金属加工機など産業用機械など幅広い分野で使用されています。

（3）整流子モーター（ユニバーサルモーター）

整流子モーターとは、直流・交流のどちらでも使用でき、高速運転が可能なモーターです。

また、家庭用電源（AC100V）でも作動するため、高速回転を必要とするミキサーや掃除機、電動ドリルなど、身近な家電製品やDIYで使用する電動工具にも用いられています。

6.トルクモーターの主要メーカ13社

ここでは、トルクモータの主要メーカをご紹介します。

株式会社FEW	【特徴】 創業100年を超えるモータ製造一筋の日本の老舗メーカー。小ロット（1台）からの受注にも対応可能で、単相・三相トルクモーターの取り扱いあり。
オリエンタルモーター株式会社	【特徴】 創業130年を超える日本の老舗メーカー。精密小型モータおよび制御用電子回路などを開発・製造・販売。トルクモーターは、巻き取り・押し当て・締め付けと幅広い用途に対応可能。
ハイウィン株式会社	【特徴】 台湾・台北に本社を構えている直動製品をメインに開発・製造・販売を手掛けているグローバル企業。トルクモーターの温度上昇を低減させるため、水冷式を採用。
ナーブモータ株式会社	【特徴】 中国にある寧波中大力徳智能伝動股份有限公司の出資を受けて2012年、埼玉県に設立。出資元が製造している小型AC・DCモータの販売を手掛けている。
Sesame Motor	【特徴】 中国台北市に拠点を置き、世界中に販売している減速機とモータの専門メーカー。トルクモーターは3W～40Wを取り扱っており、端子箱が直付けされているタイプもある。
株式会社布引コアコーポレーション	【特徴】 大阪に本社を構え、1936年に設立して以来80年を超える老舗メーカー。トルクモーターをはじめ、シール、ケミカル、電子、ホースなど様々な分野の製造・販売を手掛けている。
株式会社Piezo Sonic	【特徴】 東京に本社を置き、2017年に設立。超音波モータおよびモータ制御機器の開発・製造・販売を手掛けているメーカー。バックラッシュのない超音波モータは静音で高トルクなモータを実現。
TOHTO株式会社	【特徴】 1974年設立し、油圧機器をメインに事業を展開しているメーカー。低速高トルクモーターを取り扱っており、粉砕機、ドリル、コンベア、ウインチなど、駆動モーターとしての使用実績あり。
トークシステム株式会社	【特徴】 1987年に設立、東京に本社を構える。機械要素部品の卸・小売販売とオリジナル部品の設計・販売を手掛けている直動システムのメーカー。インバーター専用の定トルクモーターを取り扱っている。
株式会社安川電機	【特徴】 1915年創業から100年以上の歴史を持ち、グローバルに事業を展開。モーターやエレクトロニクス、メカトロニクスの老舗メーカー。回転子に高性能マグネットを内蔵した定トルクモータを取り扱っている。
株式会社エコー電機製作所	【特徴】 1970年に創業して大阪に本社を構え、各種巻き取り装置、剥離に関する巻き取り装置、単相・三相トルクモーター、周辺機器の企画・開発・製造を手掛けているメーカー。
マイクロテック・ラボラトリー株式会社	【特徴】 1981年に設立し、神奈川県に本社を構える。ロータリーエンコーダやダイレクトドライブモータの設計・製造・販売を手掛けているメーカー。高トルクのモーターは、主にロボットアームに使用されている。
三菱電機株式会社	【特徴】 言わずと知れた電機関連のパイオニア的存在。各種電機関連の設計・製造・販売を手掛けており、グローバルに活動。インバータ駆動の定トルクモータを取り扱っている。

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FAプロダクツは年間200台もの実績がある関東最大級のロボットシステムインテグレーターです。一貫生産体制をとっており、設計から製造までをワンストップで対応。費用・時間にムダなく最適化を行うことができます。
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