巨大テクノロジー | 業界ニュース | 2025年4月22日
1. はじめに
ケーブルリールは、大型移動機器に電力、制御電力、または制御信号を供給するケーブル巻き取り装置です。港湾、ドック、水利事業、鉄鋼などの分野における多くの移動機器、例えばガントリークレーン、タワークレーン、ポータルクレーン、岸壁クレーン、バルク材搬送機械（バケットホイールスタッカーリクレーマー）、水力発電所のダム上部ガントリークレーン、電気式平床貨車、舞台照明・音響機器などに幅広く使用されています。
2. 製品形態
動力形態によって、手動式、カウンターウェイト式、弾性式、トルクモータ式、ヒステリシス式、可変周波数伝達式、油圧カップリング式、磁気カップリング式に分類できる。
巻線材料の違いにより、ケーブルリール、ホースリール（伝送媒体が気体、液体）、光ケーブルリールに分類できます。
ケーブルリールは、ケーブルの配置に応じて、軸方向単列型と軸方向多列型に分類される。
ケーブルリールは、コレクタースリップリングの位置によって、スリップリング内型とスリップリング外型の2種類に分けられます。
3. 設計原則
3.1 ケーブルの仕様と種類
1) ケーブルの外径。これはリールの軸方向のサイズに直接影響します。
2) ケーブルの形状、丸型または平型ケーブル。平型ケーブルは1列にしか巻くことができません。
3) ケーブルの単位重量（kg/m）と長さは、リールの電力要件に影響します。単位重量と長さが大きいほど、リールの電力要件も高くなります。
4) ケーブルの曲げ半径は、リールの最小直径に影響します。リールの直径がケーブルの曲げ半径よりも小さい場合、ケーブルが損傷します。
5) ケーブルコアの数は、コレクタースリップリングの数に影響します。
6) 電圧と電流は、コレクタースリップリングの絶縁性とサイズに影響を与えます。弾性タイプは、500V以下の機器にのみ使用できます。
3.2. 巻線の長さ
リールの半径方向のサイズと必要な動力に影響します。長さが長くなるほど、必要な動力も高くなります。
3.3. 機器の移動速度
電動ケーブルリールのモーター出力と伝達比に影響します。装置の移動速度が毎分60メートルを超える場合は、可変周波数制御方式を選択する必要があります。
3.4. 機器の設置高さ
設置高さが高くなるほど、電力需要は大きくなる。
3.5. 巻き取り方法
巻き方の写真
3.6. その他の要因
1) リール材質：炭素鋼、304ステンレス鋼、316ステンレス鋼。
2) 保護等級：IP55、IP56、IP65
3) ケーブルガイド：ガイドが必要かどうか、ガイドに張力保護機能が必要かどうか
4) ケーブルガイド：ケーブルガイドが必要かどうか
5) 電源供給方式: 中間点/終点電源など
ガイドフレームの設置図
4. 各種ケーブルリールの適用範囲
4.1. カウンターウェイトケーブルリール
これは、重りを持ち上げたときにエネルギーを蓄える原理を利用して、ケーブルを自動的に巻き取る機械装置です。ケーブルが引き出されると、ケーブルリールが回転し、それによってケーブルリールと同軸に接続されたワイヤーロープリールも回転して重りを持ち上げ、位置エネルギーを蓄えます。リールがケーブルを巻き取ると、重りが落下して位置エネルギーが放出されます。ワイヤーロープの張力によって、ワイヤーロープリールと同軸に接続されたケーブルリールが回転し、ケーブルが同期して巻き取られます。
利点：シンプルな構造、安定した信頼性の高い性能、容易な設置とメンテナンス、そして長い耐用年数。
デメリット：サイズが大きい、移動範囲に制限がある、大きな移動が必要な場合は、十分な設置スペースを確保する必要がある。
適用範囲：製鉄所における35mm²以上の大径ケーブルを使用する短距離移動式ガントリークレーン、取鍋車、溶銑車、スラグパン車などの設備。これらの設備は、ケーブルの終端および中間点の固定に適しています。
4.2. スプリング式ケーブルリール
これは、ケーブルリールのバネを解放することでエネルギーを蓄える原理を利用して、ケーブルを自動的に巻き取る機械装置です。ケーブルが引き出されると、リールが回転してらせん状のバネが締め付けられ、エネルギーが蓄えられます。リールが元の位置に戻ると、ケーブルが自動的に巻き取られます。
利点：優れた同期性能、ケーブル張力の低減、低価格。
欠点：スプリング自体の寿命が限られているため、このタイプのリールの耐用年数は比較的短く、ストロークによって制限されます。
適用範囲：35mm²以下の電力ケーブルおよび制御ケーブルの水平および垂直方向のケーブル巻き取り。例えば、電磁石式吸盤、グラブ、電動台車などの機器や、同様の作業環境において使用できます。これらの装置は、ケーブルの終端および中間点の固定に適しています。
4.3. 磁気カップリング式ケーブルリール
コア技術は、永久磁石カプラを同期差動機構として使用することです。ケーブル巻き取り工程では、永久磁石カプラを介してリールを駆動し、ケーブルを巻き取ります。カプラとリールは常に差動的に滑り、ケーブル巻き取り速度が装置の移動速度と一致するようにします。永久磁石カプラの出力トルクを調整することで、ケーブルの張力を一定範囲内で調整できます。ケーブル解放工程は、一方向クラッチ装置を介して行われ、動力はカプラとリールに伝達されません。ケーブル張力の作用により、リールはケーブル解放装置のヒステリシスを克服し、ケーブルを同期的に解放します。
利点：成熟した技術と高いコストパフォーマンス。リールと移動機器の同期性能は安定しており、信頼性が高い。伝送システムの最終段階では永久磁石技術を採用しており、低速かつ発熱現象がない。ケーブルの巻き取りと解放時には、ケーブル張力を調整してケーブルを保護できる。
欠点：騒音が大きい。
適用範囲：電気式平床貨車、トロリー、タワークレーン、橋形クレーン、ガントリークレーン、スタッカー、リクレーマーなどの機器や同様の作業環境において、仕様が35mm²以下のケーブルに使用できます。ケーブルの固定端点および中間点に適しています。
4.4. 磁気カップリングによるケーブルリールの改良
このケーブルリールの原理は上記と同様です。ディスクモーターまたはブレーキモーターは、ユーザーのニーズに応じて選択できます。リールの電気制御方法は、ケーブル巻き取りモーターが作動し、ケーブル放出モーターの電源がオフになるというものです。
利点：よりコンパクトな構造、小型、軽量、設置が容易。
欠点：騒音が大きい。
4.5. 長期ストールトルクモーターケーブルリール
動力源として、長期ストール特性と自己速度調整特性を備えたトルクモーターを使用しています。外部負荷の増加に伴いモーターの出力速度は自動的に低下し、リールケーブルの速度は装置の走行速度と自動的に同期するように調整されます。ケーブルを解放する際には、ケーブルの張力によってストールしたモータートルクを克服し、ケーブルを同期的に解放します。駐車時や電源オフ時には、トルクモーターのディスクブレーキを使用してケーブルをロックし、ケーブルの滑りを防止します。
利点：モーターは常に駆動しており、電子制御が簡単で、故障率を低減でき、ケーブルの巻き取り範囲が広く、移動距離が長い。
欠点：ケーブルを解放する際には、モーターのストールトルク抵抗を克服する必要があり、細いケーブルを使用する場合は注意が必要です。
適用範囲：スタッカー、橋梁作業員、ガントリークレーンなどの大型ケーブル、および長距離を走行する移動式機器。これらの装置は、ケーブルの終端および中間点の固定に適しています。
4.6. ヒステリシスケーブルリール
永久磁石鋼製のディスクは、交互多極磁場を形成します。ディスクの反対側には強力な誘導ディスクがあります。モーターが誘導ディスクを高速回転させると、磁気ディスクも磁気カップリングを介して回転します。2つのディスクに速度ずれが生じると、多極磁気ディスクは反対側の誘導ディスクを交互に磁化し、このずれに抵抗するトルク（すなわち「磁気カップリング」）を発生させて、磁気ディスクを回転させます（またはブレーキをかけます）。ケーブルリールはモーターによって駆動され、ヒステリシスカップリングに動力が伝達されます。減速後、増幅されたトルクがケーブルリールに伝達されます。ケーブルリールが動作している間、モーターは常にケーブルの巻き取り方向に回転します。昇降装置が電源から離れると、ケーブルがリールを逆方向に引っ張り、2つのリールが滑り、リール上のケーブルが解放されます。ヒステリシスカップリングの磁場トルクにより、ケーブル解放プロセス中、ケーブルは常に張力状態になります。昇降装置が元の位置に戻ると、リール上のケーブルの張力がなくなり、ケーブルリールが巻き取り方向に回転してケーブルの巻き取り状態が完了する。
その利点は、コンパクトな構造、設置とメンテナンスの容易さ、実際の作業条件に応じた出力トルクの調整、優れた自己制動機能、ブレーキの設置不要、ケーブルドラムの信頼性の高い動作です。制御システムはシンプルで、機器の正逆制御システムと連携できます。機器が稼働している限り、ドラムモーターは動作し、位相シーケンスは変化しません。ケーブルドラムの動作中、ヒステリシスカップリングはホスト機器の運転速度に応じて速度を調整できるため、ケーブルドラムのケーブルの巻き取りと解放のライン速度がホスト機器の運転速度と同期します。
その欠点は、ケーブル容量が大きく、設置高さが高い場合、回転子の温度上昇を抑え、回転子の寿命を延ばすために、多頭小トルクの設計コンセプトを採用する必要があり、比較的高価になることである。
港湾ガントリークレーン、コンテナクレーン、船舶積込機、タワークレーンなどの大型移動機械・設備に適しています。これらの設備は、ケーブルのアンカーの終端点および中間点に適しています。
4.7. 可変周波数ケーブルリール
可変周波数モータはB5設置構造で、減速機の入力端に直接接続されます。減速機出力軸の一端はキー接続を介してケーブルリールに接続され、もう一端はコレクタボックス内の電気スリップリングに接続されます。減速機とコレクタリング伝動ボックスはベース上部に固定されます。インバータ制御盤はケーブルリールとは独立しており、実際の状況に応じて適切な設置位置を選択できます。閉ループベクトル（速度センサベクトル制御付き）では、インバータは開ループトルク制御モードを選択し、厚み積分によってケーブルリールの実際の直径を計算してモータの出力トルクを正確に制御し、ケーブルがリールに巻き取られる際にリール直径の変化によって張力が変化しないことを保証します。つまり、ケーブルの張力は一定です。ケーブルリールには次の利点があります。
（１）ケーブルの巻き取りと巻き戻しの過程で、装置がトラック上のどこを走行していても、装置にかかる張力は常に一定であり、インバータパラメータ入力と制御ボックスパネルのノブ操作によりケーブルの張力を任意に調整できるため、ケーブルの保護が最大限に高まり、ケーブルの耐用年数が大幅に延長されます。
（２）リールは装置の動作速度の変化に素早く反応し、装置と同期することができます。その性能は正確で感度が高いです。
（３）ヒステリシス型やトルクモーター型といった従来のケーブルリール設計のボトルネックを打破します。ケーブル仕様、巻き取り長さ、装置速度、設置高さといった特殊な仕様に制約されません。あらゆる複雑な作業条件のケーブルリールを、異なる出力の可変周波数モーターで駆動します。
（４）適応性が高く、高負荷下でも一日中連続して動作できます。
（５）リールと装置は動作保護のために連結されており、ケーブルの断線などの事故を効果的に防止します。
（６）リールモーターは周波数変換器によって精密に制御および保護され、耐用年数を延ばすことができます。
（７）可変周波数制御モータータイプのケーブルリールは、設定された張力とホスト機器（トロリー）の動作速度に応じてリールの可変周波数モーターの動作周波数を自動的に変更し、0からn（nは非同期速度）までの任意の速度で正常に動作します。ホスト機器の電源がオフになると、ケーブルリールの可変周波数モーターブレーキが作動し、ケーブルが滑らないようにします。
利点：力を正確に制御でき、ケーブルを最適に保護し、ケーブルの寿命を延ばすことができます。
デメリット：価格が類似製品の中で最も高い
適用範囲：港湾ガントリークレーン、コンテナクレーン、船舶積込機、タワークレーン、その他大型移動機械および設備。
投稿日時：2025年4月23日