電子工作：モーターの基本特性を示す「トルクと出力」についてご紹介｜「電子工作/修理/メンテナンス」

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今回は、モーターの基本特性を示す「トルクと出力」についてご紹介します。

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トルクは、回転運動の「力」の大きさを示す物理量です。物理学での力(単位はニュートンN)は、直線方向に働く作用ですが、これを回転運動と組み合わせたものが「トルク」です。トルクが大きいほど、回転する力が大きいことになります。

手や足で何かを回すとき、その回転部分の径が大きいほど、軽い力で回すことができます。ツマミ、ダイヤル、ハンドル、自転車のペダルのクランクなどがその実例です。

物理学ではこの回転させる力を、半径×力で表します。

半径が同じ場合、力を強くすれば回転力が強くなるのは当然ですが、同じ力でも半径が大きければ、やはり回転力は強くなります。

トルクは、半径1mの先に1Nの力がかかっているときに1N・mという大きさになります。

トルクの正式な表記はN・mですが、かつては力にkgf、gf、半径にcmを使う異なる形式も広く使われていました。この場合「kg・m」「g・cm」という形になります。

モーターやエンジンなどの回転動力の特性として、トルクは重要な値です。動力源にはもう1つ重要な特性があります。それがいわゆる出力、正確には仕事率で、kWや馬力(ps)で示されます。

出力は1秒間にどれだけの仕事をできるかを示す数値で、ワット(W)で表します。1Wは毎秒1Jのエネルギーを出力できます。エンジンなどの1馬力(ps)は735.5Wとなります。

モーターのような回転動力源の出力はトルクと大きな関係がありますが、これにさらに回転速度が関与します。トルクは回転の強さを示しますが、実際にどれだけの速度で回転しているのかは示していません。

同じトルクであれば、より速く回転しているほうが、大きな出力を生み出しているのは明らかです。トルク「T」で毎秒「n」回転しているときの出力「P」は以下の式で示されます。つまり出力はトルクと回転数に比例します。

モーターやエンジンで車輪を回転させるときなど、回転速度やトルクが使用状況に合わない場合は、歯車やベルトを使って回転速度を変えます。ベルトの場合はプーリーの直径比、歯車の場合は歯数（ギア）の比で回転速度を変えることができます。

歯車などを使って回転速度を変換すると、同時に回転のトルクも変化します。例えば20歯と40歯の歯車を使って、モーターの回転速度を半分にして車輪を回転させる場合、車輪の駆動トルクはモーターの軸トルクの2倍になります。

つまり回転数比とトルク比は逆比例します。高速でトルクが小さいモーターでも、減速することで、車輪を強い力でゆっくり回すことができます。

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