孤雲野鶴

「T’s 韓国日記」の松本さんに頂いた「Power Twist Link Belt」を装着。
振動が減少するということだったが、実際、振動・騒音共に減少。
通常のV-ベルトに比べ、かなり静かになった。
これは使える。

今回使用したモータ側のプーリが、上位サイズのベルト用プーリを使用していることもあり、プーリの溝が、やや一致していない。
このような場合、振動の発生原因になり、ベルト寿命も下がる。

このベルトは、ポリエステル繊維で補強されたウレタンエラストマー製の短いリンクにより構成されている。
そのため、プーリの溝がずれたり、平行が出ていない場合――実際、このようなケースの方が多いのではないかと思うが――に効果を発すると思う。
加えて、耐スリップ性も高い。

以下、今回行った旋盤の低振動、低騒音化。

中国製オリジナル単相モータから、国産三相モータへの変更による低騒音化。
インバーターのセッティングにより、モータ作動音の減少。
旋盤テーブル甲板の補強による振動の減少。
そして、最後が「パワー ツイスト ベルト」による振動と騒音の減少。

これにより、オリジナルモータで使用していたときに比べ、振動、騒音が劇的に下がった。
通常回転数（通常と言っていいのか判らないが、オリジナルプーリの中間位置（3段目）での回転数）は約1500回転。
この回転数だと、低騒音のため、まったく不安感がない。
騒音振動的に、2000回転程度で、今までと同じ感じて使える。

[参照]
現在、アメリカでは、このタイプのベルトは2社から市販されている。

「PowerTwist belts」は、「Fenner Drives」から。ベルト色：赤。
「Accu-Link belts」は、「Jason Industrial」から。ベルト色：グリーン。

機械要素を販売している「McMaster-Carr」でも、「パワー ツイスト ベルト」を扱っている。

「Fenner Drives」では、様々なリンクベルトを販売していて驚いた。
画像は、その一例「NuTLink V-Belts」（高耐久製品）。

三菱インバーター FREQROL-D700 その他のセッティング

汎用磁束ベクトル制御の選択。
これにより、大きな始動トルク、十分な低速トルクを得ることができる。
実際、どの程度効果があるのか、果たして必要か？、は分からない。
興味本位が大半だった。

磁束ベクトル制御とは？
負荷トルクに見合ったモータ電流を流せるように電圧補正を行うことにより、低速トルクを向上させることができるというもの。
詳しい理論は難しすぎて、私には理解不能。

設定
1.使用モータの設定を行う（パラメータNo.71）
　使用モータ設定→No.3（その他）

2.モータ容量（パラメータNo.80）
　適用するモータ容量→0.75Kw

注意：その他の場合は、オフラインオートチューニングを行わなければならない。

オフラインオートチューニングとは？
汎用磁束ベクトル制御で運転する際、モータ定数を自動測定させることで（オフラインオートチューニング）、モータ個々の設定ズレ、他社モータ、配線長が長い場合でも最適な運転特性でモータを運転できる。

設定
3.オートチューニング設定（パラメータNo.96）
　設定→No.11（モータを回転しないでオフラインオートチューニングを行う）
終了までに数秒～10秒程度かかる。

設定（以下使用モータの規格にあわせる）
4.モータ励磁電流（パラメータNo.82）
　モータ励磁電流（無負荷電流）→3.2A

5.モータ定格電圧（パラメータNo.83）
　モータ定格電圧→200V

6.モータ定格周波数（パラメータNo.84）
　モータ定格周波数→60Hz

以上で、汎用磁束ベクトル制御による運転を行うことができる。
また、オートチューニング後、[パラメータNo.90→モータ定数]にて、チューニングデータが自動設定されているのを確認できる。

参考：この件に関しても、「T’s 韓国日記」の松本さんにアドバイス（下記参照）を頂きました。ありがとうございます。

汎用磁束ベクトル制御について
インバータの制御のひとつで、現在の製品は、制御方法が何種類か設定できます。
多分、今までは単純に電圧と周波数を発生させるV/fコントロールだったはず。
それを、この磁束ベクトル制御に変更したということですね。

制御的には、

V/fコントロールの場合
　・単純に決められた電圧と周波数を発生させるだけ
　・だから負荷トルクはどうなろうが知らない
　・起動時にトルクが弱い（せいぜいモータ定格トルクの100%程度）
　・負荷に対して速度低下がある（100%トルク要求に対し、2%程度速度低下する）
　・急激な負荷に対し、過電流の発生可能性がある

ベクトル制御の場合
　・負荷が要求するトルクを発生しようとコントロールする
　・起動時のトルクは150%位発生できる
　　（まあ、旋盤の場合は起動時には負荷が掛かっていないの、あまり関係ありません）
　・負荷が掛かってもその速度を維持しようと必要トルクを発生し、頑張ります。
　・頑張っても若干速度ダウンしますが、V/fに比べれば早々少ない
　・急激な負荷が掛かっても過電流など起こらなく、安定した運転を継続する
　・内部でベクトル演算するので、最初に一回、必ずオートチューニングが必要

という違いでしょうか。
ベクトル制御の方がV/fに比べると数段ベターですし、速度変更ボリュームをいろいろさわっても安心してコントロールできます。

三菱インバーター FREQROL-D700 のセッティング

製品同梱の取り扱い説明書「基礎編」だけでは不十分。
「基礎編」に付いている、「応用編」送付希望フォームをFAXし、取り寄せる必要がある。
（PDFファイルをダウンロードしてもいい）

私が行った機能設定（パラメーター設定）。

◎パラメーター設定変更方法
MODEボタンを押し、パラメーター設定モードに入る。
ダイアル（Mダイアル）を回してパラメーター番号を合わせる。
SETボタンを押す。
再度Mダイアルを回し、希望する数値を選択。
SETボタンを押す。

以上で設定変更ができる。

工場出荷時は、シンプルモードパラメーター設定になっている。
これでは、多くのパラメーターの変更ができない。
そこで最初に（初期段階に）、全てのパラメーター値を変更できるよう設定変更する。

MODEボタンを押し、パラメーター設定モードに入る（PRMランプ点灯）。
Mダイアル回転→パラメーター番号：160
SETボタンを押す。
Mダイアル回転→設定範囲変更：9999（初期設定）→0（全パラメーター表示）。
SETボタンを押す。

これで全ての機能を、自分に合った設定に変えることができる。
以下、私が行った変更。

パラメーター番号：79
運転モード選択：初期値0→2（外部運転モード固定）
外部パワースイッチ（旋盤上）と、外部ボリュームによる周波数（回転数）調整を行っているため、外部固定にした。

パラメーター番号：72
PWM周波数選択：初期値1→10（注1）
当初、モーターからの音が耳障りだった。モーターが故障したかとさえ思った。これは、PWM周波数選択を変更することによって小さくすることができる。少ない数値で静かなものを選んだ。

パラメーター番号：7
加速時間：初期値10s→0（秒）（注2）

パラメーター番号：8
減速時間：初期値10s→0.5s（秒）（注2）

パラメーター番号：75
リセット、PU停止選択・PU抜け検出：初期値14（本体、外部両方の運転モードで、本体上のSTOPボタン有効）→0（本体上のSTOPボタン無効）
初期設定だと、本体上のSTOPボタンで停止させると、復帰への手順が面倒なため、本体上のSTOPボタンを無効にした。

基本的にはこれだけ（もう一点あるが、今回は長くなるのでここまで）。

注1：
以下、松本さんのアドバイスから（若干アレンジして転載。注2も同様）。
音の原因はインバータに含まれている雑音（電気的に）のためにモータのコアが振動するから。
雑音の主要因はキャリヤ周波数である。
インバータの波形はPWMという方式で擬似サイン波を作るが、この作るときに基本となるベース周波数のこと。
どのメーカーも、一般的に、この周波数の初期値は2ｋHz位。ところが、この2ｋHzという周波数は人体にとって一番耳障りな音に感じる。音を消す対策は、このキャリヤ周波数を人間が聞こえる範囲外に設定する。
通常、対策としては、10～15kHz以上に設定する。
ところがデメリットがあり、周波数を高くすると、素子（IGBT）のスイッチング周波数も上るため、スイッチングロス、つまり、発生熱が上昇する。
実際の使用ではロスが増えても問題はないが、インバータの容量によっては、できる周波数の上限が熱的に決まっており、できる、できない等は個別に検討が必要。

注2：
加速時間：初期値10s→0（秒）
減速時間：初期値10s→0.5s（秒）
せっかちな性格により、瞬間スタート、急速停止設定としたが、松本さんのアドバイスにより、各々、2sに変更。

加速0秒、減速0.5秒はちょっと無理がある。
0秒と言うことは、インバータを使わずに加速すること。
モータへ直接電源を投入する、一般に言われている「直入れ起動方式」。この場合、起動電流がモータ定格電流の5～6倍ほど流れるが、インバータはインバータ定格電流の1.5倍ほどが限界。
よって、直入れ起動時にはインバータ側では、過負荷保護回路が開始するが、時間が短いので、過負荷にならずに済んでいるということになる。
このまま頻繁に起動停止をさせると、インバータが壊れる恐れもあるので、加速時間は許せる限り長く設定するべき。最低でも2秒程度は確保すること。

減速時間の0.5秒は論理的にも無理と思われるが、今回、できたのが不思議。
起動も停止もモータを含めた負荷全体のイナーシャ（慣性）の大きさで効いてくるので、こんな短い時間でいけるということは、イナーシャは相当に小さいはず（はい、主軸（ドライブセンター）側にベルトを架けているだけです）。
加減速時間は、起動停止の他、運転中に速度を変更した場合にも、この時間で決定されるので、0.5秒の減速設定も、2秒程度に延長した方が、過敏な応答もなく、また無駄な電流を流さないためにもベターだと思われる。

インバーターは驚くほど多機能だ。
その上、マニュアルが判りにくいから、セッティングして使うまでに、かなり時間がかかった。
何かとハードルが高い。

電源スイッチと、スピードコントロールは、本体から引き出して外部で操作できるようになっている。これをやっておかなければ使いにくい。

前回は、インバーターを取り付け、電源スイッチを外部（旋盤上）に引き出した。
合わせて、適合する可変抵抗器（ボリューム）をオーダーしておいた。それらが到着したので早速取り付けた。

先ず、（頻繁に使う）使用回転数の周波数（Hz）を確認しなければならない。
周波数を変えながら、タコメーターで回転数を確認する。

私の場合、頻繁に使用する回転数は、およそ1500rpmと2500rpmで、周波数は、各々32.5Hzと52Hz。
その周波数になるまでボリュームを回していくと、必要回転数になる。
位置を覚えておけば、次回から速やかに必要回転数を得ることができる。

インバーターのディスプレイで数値を確認したいため、ボリュームはインバーターの近くに取り付けた。
旋盤は直ぐ脇にあるので問題はない。

実に快適。簡単変速。さすがはインバーター。
チープWT300、最大のバージョンアップ。

インバーター化にあたり、「T’s 韓国日記」の松本さんには多大なアドバイスを頂きました。彼なしにはインバーター化は不可能でした。感謝ミリオン。

ようやく、木工旋盤WT300のインバーター化がほぼ完了した。

モーターは、三菱製SB-E / 0.75Kw-4P。
インバーターも、同じく三菱製の0.75Kw用FR-D720。

オリジナルモーターは単相0.5Kw。
三相モーターで、それに近い規格は0.4Kw。これでは弱いので、余裕を見て上位規格の0.75Kwを選んだ。
（0.4Kw-6Pという規格のトルクフルなモーターもあるが、一般的ではないため、入手等を考え除外）

問題は、私の使用環境にあった。
ラウンダーを使用するのだが、その時の使用トルクが大きく、オリジナルに近い減速比（1：3）を実現するか、モーター出力を3倍に上げなければ、単純にインバーター化しただけでは現在の使用環境を得ることは難しいというプロの所見だった。

私の使用している回転数は、60Hzで、1560rpm（3速）と2520rpm（4速）。ラウンダー使用時が575rpm（1速）である。

そこで、1560rpm～2520rpm前後をインバーターによる速度コントロール。575rpmはベルト架替による変速とした。
そのため、鍋屋製汎用3段プーリーを使用することにした。このプーリーを使えば、現状の使用領域をカバーできる。

ところが、鍋屋の追加工サービスでは、このプーリーに、三相0.75Kwモーターのシャフト穴は太すぎるため、基準外で加工できないという。
さらに、このプーリー規格はAベルト仕様のため、Mベルト仕様のWT300では使えないというのだ。

ちなみに、仕様図面を見ると、Vベルト用の角度は、AもMベルト仕様も同様である。
Mベルト仕様のプーリーにAベルトを架けるには問題があるが（プーリーからはみ出る）、Aベルト仕様のプーリーにMベルトを架けた場合、角度は同じ、プーリーの底にも空間は確保されているため、問題はないのではと、担当者に相談した。保障は出来ないが、まあ良いだろうというコメントを頂いた、ただし、加工は出来ないという。

その後、隣町の鉄工所に持参したところ、簡単に開けられるという、しかも、さらに肉厚を削ぐキー溝加工まで大丈夫ということで落着。
インバーター化の問題は全てクリアーした。

だが、更なる問題があったのだ。
未使用格安モーターを落札。
ところが、安さに目が眩んで購入したモーターの取付け穴が長穴ではない！！
WT300のモーターベースに少しだけ合わないのだ。
モーターのフレームサイズ（シャフト中心までのH）ばかりに気を取られ、モーターのフレーム形式を確認しなかったのだ。
ちなみに、鋳物製一体フレームで、固定穴が4箇所開いている。

結局、オリジナルのモーターベース部分を取外して、テーブルにモーターを直付けした。
ついでに、コンパネ積層35㎜甲板（天板）の下から無垢材の補強板を貼り付けた。コンパネは、無垢板に比べ制振性が低く、振動が微妙に大きいからだ。

進相コンデンサーを取り、配線を終え、インバーター制御開始にこぎ付けた。

画像上は、3相0.75Kwモーター。ステンレス製の兆番が仰々しい。
画像中は、鍋屋製汎用3段プーリー。端面に見える四角いマークは光学式タコメーター用の反射テープ。モーターシャフトの逃げ用長穴も広げた。
画像下は、チープWT300に不釣合いな0.75Kw用インバーター。拍子が抜ける位小さいものだった（68w×128h）。当工房唯一のハイテク機器。

進相コンデンサとインバーター

三相電源下でインバーターを使用する場合、注意すべきポイントがある。
電源側に入っている進相コンデンサである。

三相電源は、力率が幾ら以上では従量幾らと言う計算になっており、力率が低くなると電気料金が加算される。そのため、力率を上げる対策として、通常は電源側に進相コンデンサを取付けている。

この進相コンデンサが付いている環境でインバーターを使用した場合、大きな問題が生じる。

インバータの電源側に流れる電流波形には、高調波がかなり含まれている。
進相コンデンサは正弦波の電流波形（高調波含有率0%)を想定しているので、高調波が含まれていると、コンデンサのインピーダンス（電流の流れにくさを示す。直流での抵抗に相当する値）が下がり、高調波に連動して多量に電流が流れ、コンデンサを焼損させる可能性がある。これは火災にもつながり、危険である。
そのため、一般的にはインバータを使用する場合、電源側には進相コンデンサを入れないことが原則になっている。
どうしても進相コンデンサを入れたい場合は、高調波を軽減させる「ACリアクトル」と「DCリアクトル」の両方を入れなければならない。

「ACリアクトル」も「DCリアクトル」も入れない場合、インバータの電源側に流れる電流波形の高調波含有率は88％と言われている。
これに対し、「ACリアクトル」を入れると38％、「DCリアクトル」を入れると33％、両方入れると、20％位に下がるといわれている。

「ACリアクトル」と「DCリアクトル」は、メーカーがオプションとして用意しており、安いものでもない。
そのため私は、使用頻度の低い機械の電源に入っている進相コンデンサを取り、インバーター用電源とすることにした。
ただし、この場合の注意点として、インバーターを使用する場合、進相コンデンサが入っている他の木工機械のメインスイッチは、全て切らなくてはならない。

簡単に考えてはいたが、インバーター化はなかなか手ごわいのだ。

所で、電気がわからない私には専門用語が理解できない。
先ず、「力率」。
力率とは何か。

力率というのは、電気の使用効率のようなものでであり、交流では力率の値が大きな意味を持っている。
重い荷物を2人で持ち上げる場合、声を掛けてタイミングを合わせる。タイミングがズレると力は弱まる。
電気の場合、交流の電圧が最大値になる瞬間と、電流が最大値になる瞬間が完全に同時だと一番効率がいい。このとき力率は100％となる。

力率は電圧と電流の位相角（ズレ）の余弦、COSθ（θ：位相角）で求める。
何故、電圧と電流がズレるかは判らないが、何しろズレる（遅れる）。そして、コンデンサを流れる電流のベクトルは、電圧ベクトルより90°進む（らしい）。そのため、コンデンサを入れて進相させ、力率を上げるのだそうである。

九州電力の電気供給約款によると、力率85%以下では電気代は5％上がり、85%以上では5％ダウンするとなっている。

「ACリアクトル（ACL）」「DCリアクトル（DCL）」の補足説明。
ACLは入力力率約90%、DCLは入力力率約95%のため、DCLの方が入力力率の改善効果がある。
高調波電流対策においてもDCLの方が低減効果がある。
DCLはインバータの直流部分に装着するため、DCL接続用の端子がインバータに無いと接続できない。旧型のインバータにはこの端子が無い場合がある。
（三菱電機FA機器のFAQサイトより抜粋）

「T’s 韓国日記」のMさんの説明を私なりに解釈しました。Mさん、もし読まれて間違いがありましたら、お手数ですがメールで御指摘下されば幸いです。

「補足」
厳密には、進相コンデンサを取り、下がった力率を改善するためにACリアクトル、DCリアクトルを取り付けるべきである。
ただし、アマチュアの方等、使用頻度の低い場合などは、進相コンデンサを取らずにACリアクトル、DCリアクトルを入れれば問題ないだろうということです。
ちなみに私は、進相コンデンサを取り、力率の低さを承知でACリアクトル、DCリアクトルは入れずに使用する予定です。

三相モーター補足等
（参考製品：三菱全閉外扇型モーター SF-JR）

交換モーターは、余裕をみて三相全閉外扇型・750W-4Pを選ぶことにした。

出力のほか、モーターの選定で重要な点は取り付け寸法である。
シャフトまでの高さと、モーターベースのサイズが特に重要になってくる。
シャフトセンターまでの高さは、フレームナンバー（わく番号）で表される。
仕様書上のシャフトセンターまでの高さは「C」で表されている。

三菱全閉外扇型モーターSF-JR型のフレームナンバーは、
400W-4P・・・71M・・・（シャフトセンターまでの高さ：C＝71㎜）
750W-4P・・・80M・・・（シャフトセンターまでの高さ：C＝80㎜）

フレームの取付け穴間隔（いずれもセンターからの距離）、
モーター軸中心側：E（で表されている）（62.5㎜）
つまり間隔は：2×E＝125㎜

モーター側面側：F（で表されている）（50㎜）
つまり間隔は：2×F＝100㎜

これらの寸法は、他のメーカー（日立、富士電気（確認済））も同一。

いずれの値を見ても、WT-300に載せることは可能である。
参考までに、750W-6Pや、750Wの次の規格品である、1500Wモーターは、C、E、F値が大きいため、そのままでは載せることが出来ない（改造すれば可？）。

三相モーターの種類
WT300は単相500Wモーターが使われている。
同等程度の汎用三相モーターは、400W、750Wがあり、それぞれ、2P（極）、4P、6Pがある。

6Pモーターは、トルクが4Pモーターの6/4倍（1.5倍）で、逆に速度は4/6に落ちる。
2Pモーターは、トルクが4Pモーターの2/4倍（0.5倍）で、逆に速度は2倍に上る。
一般的には4Pモーターが多く使われているようである。

当初、価格の点から400Wモーターを考えていた。
インバーターも400W用だと安いからである。
ただし、前回書いたようにラウンダー使用時には多くの負荷がかかる。プーリー架け替え式（ラウンダー使用時とその他の2段式）にすれば、400Wモーターでも可能かもしれないが、もう少し余裕が欲しい所である。

では、400W-6Pモーターにすればいいかもしれない。しかし、400W-6Pモーターは、一般的ではないので、750W-4Pのほうが安く買える可能性が高い。
また、私の場合、2500rpm（低速から4段目）の使用頻度が高い。（切削効率が高いため）。
400W-6Pモーターを2500rpmまで増速するのは安全使用限界を超える（あるいは、単純に無理？）。
参考までに、三菱全閉外扇型モーターSF-JR型（400W-6P、200V、60Hz）の回転数は1110rpmである。

内容のほとんどは「T’s 韓国日記」のMさんに教えて頂きました（感謝）。