小型電動フォークリフトが使うモーターと、その選び方
要点
1〜2トンクラスの小型電動フォークリフトは、走行・油圧ポンプ・操舵という別々のモーター機能を持ちます。走行用は通常、24Vまたは48Vで3〜8kW級の三相交流誘導電動機で、減速機を介して車輪を駆動します。油圧ポンプ用は同程度の出力で、昇降・傾斜回路を担い、短時間定格であることがあります。操舵は数百W級の小型モーターが受け持ちます。旧型や低価格機では、直流直巻式の走行モーターが使われていることもあります。
この記事の構成
要点：主役は1つではなく2つ
フォークリフトのモーターの問い合わせでは、そのモーターがどの機能を担うのかが省略されがちです。車両には少なくとも3つのモーター機能があり、それぞれ定格の基準が異なります。まず役割を特定することが、誤った負荷条件で代替品を選ばないための第一歩です。
| モーター | 駆動対象 | 定格の目安（1〜2t級） | 定格の基準 | 代表的な形式 |
|---|---|---|---|---|
| 走行用 | 減速機と差動装置を介して駆動輪 | 3〜8 kW、24または48 V | 走行中の連続 S1 | 三相交流誘導機、まれに直流直巻 |
| 油圧ポンプ用 | ギヤポンプを介して昇降・下降・傾斜シリンダ | ピーク4〜8 kW、24または48 V | 短時間 S2、または通電率15%付近のS3 | 旧機は直流直巻、現行は交流誘導機またはPMSM |
| 操舵用 | 操舵ポンプまたは電動パワーステアリング | 0.3〜1.0 kW | 間欠、ごく低負荷 | 小型DCまたはBLDC |
| オプションのアタッチメント | サイドシフト、クランプ、フォークポジショナ | 0.5〜2 kW | 間欠 | 小型DC、油圧回路を共有 |
フォークリフト用モーターの見積には、その役割を明記する必要があります。走行用とポンプ用は同じフレームサイズを共有することがありますが、一方は走行負荷用、他方は短い昇降時間だけ動く前提のため、巻線と熱定格が異なることがあります。
直流・交流・PMSMにわたる全体の分類は電動フォークリフト用モーターの種類で別途扱っており、本ページは小型機の数値に絞ります。
機種によって答えが変わる
フォークリフトの設計は、モーターの数と配置が異なります。出力を比較する前に機種を特定してください。差動装置の有無、操舵が電動かどうか、ポンプがいくつの油圧機能を担うかが、そこで決まるからです。
- 電動パレットトラック、1.0〜1.5 t。通常は24Vの走行モーター1基と一体型減速機、そして同じハウジングに組み込まれたリフトポンプを持ちます。差動装置もパワーステアリングもなく、このカテゴリで最も安価な24V直流プラットフォームです。
- 3輪カウンター式、1.0〜1.5 t。差動装置を介した走行モーター1基に加え、後輪が操舵するため電動パワーステアリングを備えます。操舵モーターは小さいもののほぼ連続的に動くため、その負荷はリフトモーターとは正反対です。
- 4輪カウンター式、1.5〜2.5 t。48Vが標準です。差動装置付きの走行モーター1基か、電子差動制御の車輪モーター2基のいずれかで、後者が狭い通路での取り回しを可能にする構成です。
- リーチ式、1.0〜2.0 t。走行に加えてリーチ・昇降・傾斜の機能があるため、ポンプモーター3基か、バルブブロック付きポンプ1基の構成になります。負荷はカウンター式より高く、モーターは能力ではなくその負荷で選定します。
同じ定格能力でも、必要なモーターが異なることがあります。1.5tのパレットトラックと1.5tのリーチ式はどちらも1,500kgを持ち上げますが、ポンプの運転時間は大きく異なることがあります。シフトあたりのポンプ運転時間が5倍という記述は、代表的な負荷サイクルデータで確認すべきもので、熱的なサイジングにも電力選定にも影響します。
走行モーター：なぜ交流が直流に取って代わったのか
長年、直巻式直流モーターがフォークリフトの走行駆動で一般的でした。トルクが電流とともに増えるため積載時の発進に向き、簡単なチョッパ制御が使えます。より新しい設計の多くは、インバータのコストと保守要件が変わったことで交流誘導電動機を採用しています。
| 特性 | 直流直巻モーター | 交流誘導機 | BLDCまたはPMSM |
|---|---|---|---|
| 定格点の効率 | 75〜82% | 85〜92% | 88〜94% |
| ブラシ・整流子の整備 | 1,500〜3,000時間ごと | 不要 | 不要 |
| 回生ブレーキ | 限定的、追加機器が必要 | 4象限インバータで標準 | 標準 |
| 零速でのトルク | 高い、電流で制限 | ベクトル制御で高い | 同フレームで最大 |
| コントローラのコスト | 低い | 中程度 | 中程度、回転子位置が必要 |
| 水と粉塵への耐性 | 弱い、炭素粉＋湿気 | 適切なIP等級なら良好 | 良好 |
直流から交流へ変わった理由
ベクトル制御付きの三相インバータの価格が下がったことが決定的でした。それがブラシ、整流子の旋盤加工、そしてそのための停止時間の生涯コストを下回ると、直流機には最小クラスでの初期コスト以外に残る論拠がありませんでした。
回生ブレーキも追加装備ではなく標準になり、30〜60秒ごとに停止する倉庫用途では、その回生が走行エネルギーのおよそ10〜20%に相当します。2交代運転では、これが「シフトごとに1回のバッテリー交換が必要か、不要か」の差になります。
油圧ポンプ用モーターは短時間定格で決まる
ここが最も誤解されやすい部分です。ポンプモーターは荷物を数秒持ち上げ、走行中に休み、また持ち上げます。その銘板出力は連続定格ではなく短時間定格を表しており、同じ数値の連続定格モーターと比べること自体に意味がありません。
リフト用モーターの銘板の読み方
「6 kW、S3 15%」と表示されたポンプモーターは、サイクルの15%の時間に6 kWを出し、残り85%は休む定格です。ここで用いる簡易的な熱等価の仮定では、連続等価出力はおよそ6 x sqrt(0.15) = 2.3 kWになります。6 kWの連続定格モーターは、その連続出力に合わせて選定し、熱的にサイジングする必要があります。
この平方根の関係は、あくまで仮定した負荷と熱モデルを反映したものです。kWの数値だけで選んだ代替品は、その定格が車両の実際の運転サイクルと合わなければ過熱します。逆に、車両の実負荷が変わっていれば、元のモーターが不適切になることもあります。
| 定格区分 | 意味 | フォークリフトでの典型的な用途 | 定格への影響 |
|---|---|---|---|
| S1 | 連続、熱平衡に達する | 走行中の走行モーター | 銘板が連続能力に等しい |
| S2 短時間 | 規定時間だけ負荷、その後休止 | 簡易機のリフト用、S2 10分／30分 | 銘板はその時間のみ有効 |
| S3 断続 | 周期的、通電率を規定 | 大半のカウンター式の昇降・傾斜 | 定格は通電率に応じて変わる |
| S4〜S5 | 始動・制動の影響を含む周期 | 停止・発進の多い走行 | 始動損失が熱予算に入る |
電圧プラットフォーム：24V・48V・80V
バッテリー電圧は、消費電力とケーブルの長さから決まります。同じ電力なら電圧を上げるほど電流が減り、同じケーブル抵抗ならI²R損失も減ります。
| プラットフォーム | 代表的な車両クラス | 5.3 kW時の電流 | 相対ケーブル損失 | コメント |
|---|---|---|---|---|
| 24 V | パレットトラック、3輪で約1.2 tまで | 221 A | 4.0 | 安価なバッテリー、太いケーブル、短距離 |
| 48 V | 1.2〜2.5 tのカウンター式 | 111 A | 1.0 | 小型車の主流 |
| 80 V | 3 t以上、高負荷フリート | 66 A | 0.36 | 高速走行、大型フレーム、高コスト |
ケーブルとコネクタへの影響
同じ電力なら、24V系統は48V系統より大きな電流を流すため、ケーブルの断面積やコネクタ、電磁接触器、ヒューズの定格に影響します。1.5tクラスの多くの車両で48Vプラットフォームが使われるのはこのためですが、適切な電圧は車両全体の設計によって決まります。
バッテリー側の選定ロジックはAGVモーターのバッテリー電圧選定にまとめてあり、電流・ケーブル重量・充電器の入手性という同じトレードオフを使っています。
登坂能力から走行モーターを選定する
走行モーターのサイジングには、満載時の要求登坂能力を含めるべきです。ランプ速度と勾配がその運転点でのけん引力と動力を決め、要求最高速度はモーターの速度範囲と基底速度の選定に影響します。
勾配で必要なけん引力は、転がり抵抗と斜面方向の重力成分の和です。
F = m x g x (f + sin theta)
ここでmは積載質量、fは転がり抵抗係数、thetaは勾配角です。次にP = F x v / etaで、vは勾配上の速度、etaは駆動系効率です。
計算例：1.5tカウンター式、8%勾配
| 項目 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 定格荷重 | 1,500 kg | 与件 |
| バッテリー込みの車両質量 | 2,800 kg | このクラスの典型 |
| 積載質量 m | 4,300 kg | 定格＋車両質量 |
| 勾配 | 8%、theta = 4.57度 | sin theta = 0.0797 |
| 転がり抵抗 f | 0.02 | コンクリート上のソリッドタイヤ |
| けん引力 F | 4,205 N | 4300 x 9.81 x 0.0997 |
| 勾配上の速度 | 4 km/h = 1.111 m/s | 設計上の選択 |
| 車輪での動力 | 4.67 kW | F x v |
| 駆動系効率 | 0.88 | ギヤと差動装置 |
| モーター軸動力 | 5.3 kW | 4.67 / 0.88 |
この例の前提では、走行モーターの軸動力は約5.3 kWとなり、5〜6 kWの範囲に入ります。同じ勾配で6 km/hなら、計算上の要求は8.0 kWまで上がります。したがって登坂能力は、それが成立する速度とセットで示すべきです。
昇降速度からポンプ用モーターを選定する
昇降の計算は荷重・重力・昇降速度を使います。モーター軸動力はシリンダ効率とポンプ効率も考慮する必要があり、熱定格は負荷サイクルで決まります。
P = (m x g x v) / (eta_cyl x eta_pump)
計算例：1.5t、0.30 m/s
| 項目 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 荷重＋キャリッジ | 1,650 kg | 荷重1,500 kg、アタッチメント150 kg |
| 積載時の昇降速度 | 0.30 m/s | このクラスの典型 |
| 昇降動力 | 4.86 kW | 1650 x 9.81 x 0.30 |
| シリンダ効率 | 0.95 | シール摩擦 |
| ポンプ効率 | 0.85 | 作動圧でのギヤポンプ |
| モーター軸動力 | 6.0 kW | 4.86 / (0.95 x 0.85) |
| 通電率 | 15% S3 | 3分サイクル中20秒の昇降 |
| 等価連続動力 | 2.3 kW | 6.0 x sqrt(0.15) |
通電率と等価連続出力は、選択肢を比較するうえで中心になります。6 kW S3 15%の定格は、6 kWの連続定格とは互換ではありません。出力と負荷定格の両方を指定してください。kWの数値だけで発注したモーターは、熱容量やフレームサイズが違っていることがあります。
車輪トルクからモータートルクへ
まずタイヤに必要な力から始め、それを車輪トルク、そしてモータートルクへ変換します。車輪トルクはけん引力にタイヤ半径を掛けたもの、モータートルクはそれを減速比と駆動系効率で割ったものです。
T_wheel = F x r および T_motor = T_wheel / (i x eta)
上の例で、タイヤ半径0.25 m、減速比16:1とすると、車輪トルクは4,205 x 0.25 = 1,051 N·m、モータートルクは1,051 / (16 x 0.88) = 74.6 N·mです。4 km/hでは車輪が42.4 rpmで回るため、モーターは679 rpmで運転します。
計算した勾配点では、モーターは2,000 rpmの基底速度のおよそ3分の1で回り、そこで熱的な容量低減なしに74.6 N·mを出さなければなりません。この速度で必要電流をインバータが供給できるか確認してください。計算した要求を下回る電流制限は、利用可能なけん引力を減らします。そのため、銘板出力だけでなくトルク－回転数曲線も必要になります。
同じ計算の連鎖を、フォークリフトではなく倉庫ロボットに当てはめたものがAGVモーターのトルク計算とAGVに必要なトルクにまとめてあります。
小型フォークリフトにおけるBLDCとPMSM
BLDCやPMSMなどの永久磁石機は、一部のリチウムバッテリー車や小型パレットトラックで使われています。部分負荷効率が高くなり得ますが、その結果はモーターとコントローラの設計、そして車両の負荷サイクルに依存します。
トレードオフはコントローラです。PMSMは回転子位置が必要で、ホールセンサーかセンサレス推定器に頼ります。荷を載せたフォークの状態でのセンサレス始動が弱点です。フォークに1.5tを載せたまま勾配で発進しなければならない車両では、ホール帰還のほうが安全な選択です。比較はホールセンサー式とセンサレスBLDCモーターの比較にまとめています。
フレームの包絡範囲が厳しい場合、一体型の車輪モーターは差動装置とプロペラシャフトを丸ごと不要にします。その構成はAGV車輪モーターの設計で説明しており、従来の減速駆動との選択はギヤモーターとダイレクトドライブの比較で扱っています。
24Vのパレットトラックでは倉庫AGV・ロボティクス向け24V BLDCモーターが基準機種です。より広い系統はAGV向けモーターの種類と倉庫AGV向けモーターにあります。
負荷サイクルと、容量を上げると悪化する理由
モーターが過熱したとき、次のフレームサイズに上げても原因は解決しないことがあります。大きなモーターは負荷率を下げて回せますが、それが損失を増やすかどうかは、その効率曲線、制御設定、冷却次第です。定格を変える前に、運転条件を診断してください。
誘導機の効率は負荷と機種によって変わります。ここに挙げる「ピークは75〜100%、およそ40%以下で低下」という範囲は一般的な目安であり、すべてのモーターに当てはまる法則ではありません。7.5 kWのモーターで平均3 kWの負荷を負うと、定格の約40%で運転します。どちらがより低温で回るかを結論づける前に、実際の効率と損失を提案する4 kW機と比較してください。質量の増加も車両の荷重計算に影響します。
過熱したモーターへの正しい対応は、まず負荷を確認することです。サイクル時間、周囲温度、冷却経路、そしてインバータが設計想定より長く電流制限を保持していないか。その診断の熱的な側面はAGVモーターの過熱で扱っています。
回転数の選択もこれに絡みます。基底速度より十分低い回転数で回るモーターは内部風量が減り、冷却係数が下がるため、同じトルクでも巻線温度が高くなります。実務上の範囲はAGVモーターの速度・rpm選定にあります。
6つの故障モードと、それが示すもの
ここに挙げるのは、フォークリフト用モーターでよく見られる症状、考えられる原因、そしてそれらを切り分けるのに役立つ測定です。実際の故障頻度は車両設計と使用条件によって変わります。
| 症状 | 考えられる原因 | 確認できる測定 |
|---|---|---|
| 数週間かけて絶縁抵抗が低下 | 洗浄後の浸水、シャフトシール不良 | 500Vでの絶縁抵抗、単発値でなく傾向で見る。48V機で1MΩ未満は警告 |
| 夏だけ熱トリップ | 周囲温度が定格40℃超、冷却フィンの詰まり | 周囲温度に対する巻線温度、ファンカウルでの風量 |
| 発進トルクの喪失 | バッテリー電圧降下、接触器の抵抗、インバータの電流制限 | 走行開始から2秒間の端子電圧 |
| ブラシの火花と短寿命 | 直流機、整流子の摩耗、過負荷 | ブラシ長と整流子バーの跡のパターン |
| 低速での唸り・振動 | PWMキャリアと構造・ギヤ噛合の共振 | キャリア周波数を変えてから振動を測定 |
| PMSMの位置・速度異常 | ホール／エンコーダの故障、動力ケーブルとの並走 | 手回し時のコントローラ側の信号品質 |
症状が示すもの
2つのパターンが診断の絞り込みに役立ちます。夏だけ起きる熱トリップは、周囲温度や冷却の制約を示している可能性があり、モーターだけを交換しても解決しないことがあります。発進トルクが低いのに走り出せば正常という場合は、モーターを断定する前に加速中のバッテリーとコントローラの電圧を測ってください。
守るべき3つの保全間隔
日常点検は、モーター故障の前に問題を明らかにできます。500Vでの絶縁抵抗試験を冷間で行い、時系列で記録すれば、絶縁の劣化を早く捉えられます。冷却経路の清掃は、熱関連のトリップのリスクを下げます。
ブレーキのエアギャップ点検は、駐車ブレーキの調整ずれを捉えます。これを見落とすと、勾配で保持できない車両として現れ、モーターのせいにされます。間隔の値は車両メーカーの整備計画に従うべきで、ここで言いたいのは、3つとも感覚ではなく記録で判断するということです。
仕様書に書くべき項目
モーターの仕様には、サプライヤーが適切な機種を選ぶための運転条件を含めるべきです。以下の項目が要求を明確にします。
| 項目 | モーターが変わる理由 |
|---|---|
| 役割：走行・ポンプ・操舵 | 定格クラスが決まり、フレームサイズが決まる |
| 定格出力と基底速度 | 基底速度以下のトルク－回転数範囲を定義する |
| ピークトルクとその持続時間 | 勾配発進、ブレークアウェイ、リリーフ弁の設定 |
| 定格：S1、期間付きS2、通電率付きS3 | 仕様書で最も影響の大きい一行 |
| バッテリー電圧と使用範囲 | 巻線数、絶縁クラス、コントローラの整合 |
| 保護等級と洗浄方法 | シール、ブリーザ、防食 |
| 周囲温度と標高 | 40℃超または1,000m超で容量低減 |
| 取付：フランジ、シャフト、キー、パイロット径 | そのまま付くか、アダプタ板が要るか |
| ブレーキ：スプリング作動・電磁開放 | 勾配での駐車、機械安全規格の要求 |
| フィードバック：ホール、エンコーダ、センサレス | 負荷時の始動と低速制御 |
| コネクタとケーブル長 | 組立時間とグランド部の浸水リスク |
多くのカウンター式は、スプリング作動・電磁開放式のブレーキを使い、操作を離したときや電源を失ったときにも車両を保持できるようにしています。具体的な車両と適用される安全規格について、ブレーキの種類と保持要件を確認し、そのインターフェースをモーター図面と車両図面の両方に記載してください。
小型電動車両のモーターを仕様化しますか？積載質量、勾配とその上の速度、昇降速度と荷重、バッテリー電圧、負荷サイクルをお送りください。軸動力、最悪条件でのトルク、その両方をカバーするフレームをご提案します。技術チームに問い合わせる。
参考文献
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- International Electrotechnical Commission. (2014). IEC 60034-2-1:2014 Rotating electrical machines – Part 2-1: Standard methods for determining losses and efficiency from tests. webstore.iec.ch/en/publication/121
- International Electrotechnical Commission. (2025). IEC 60034-30-1:2025 Rotating electrical machines – Part 30-1: Efficiency classes of line operated AC motors (IE code). webstore.iec.ch/en/publication/91195
- International Electrotechnical Commission. (2016). IEC TS 60034-30-2:2016 Rotating electrical machines – Part 30-2: Efficiency classes of variable speed AC motors (IE code). webstore.iec.ch/en/publication/30830
- International Electrotechnical Commission. (2013). IEC 60529:1989+AMD1:1999+AMD2:2013 Degrees of protection provided by enclosures (IP Code). webstore.iec.ch/en/publication/2452
- International Electrotechnical Commission. (2023). IEC 61800-9-2:2023 Adjustable speed electrical power drive systems – Ecodesign for power drive systems, motor starters, power electronics and their driven applications. webstore.iec.ch/en/publication/111276
- International Organization for Standardization. (2011, amended 2020). ISO 3691-1:2011/Amd 1:2020 Industrial trucks – Safety requirements and verification – Part 1: Self-propelled industrial trucks. iso.org/standard/78303.html
- European Parliament and Council. (2023). Regulation (EU) 2023/1230 on machinery and repealing Directive 2006/42/EC. eur-lex.europa.eu/eli/reg/2023/1230/oj
- European Commission. (2019). Commission Regulation (EU) 2019/1781 laying down ecodesign requirements for electric motors and variable speed drives. eur-lex.europa.eu/eli/reg/2019/1781/oj
- U.S. Department of Energy. (2024). Motors and drives systems – advanced manufacturing office resources. energy.gov/eere/amo/motor-systems
よくある質問
Q: 小型電動フォークリフトはどのモーターを使いますか？
1〜2トンクラスの小型カウンター式フォークリフトは通常、3つのモーターを使います。走行モーターは24Vまたは48Vでおおよそ3〜8kWの三相交流誘導電動機で、減速機を介して車輪を駆動します。油圧ポンプ用モーターは同程度かやや高めの出力で、昇降・傾斜ポンプを駆動し、短時間定格です。数百W級の操舵用モーターがこれを補完します。
Q: 小型電動フォークリフトは今でも直流モーターを使いますか？
旧型機と最も安価なパレットトラックに限られます。直巻式直流モーターが生き残ったのは、簡単なチョッパ制御が安価だったからですが、1,500〜3,000時間ごとのブラシと整流子の整備、回生ブレーキの不在、低い効率により、新しいカウンター式のほとんどはベクトル制御インバータ付きの交流誘導機に移りました。
Q: 1.5トンの電動フォークリフトにはどれだけの出力が必要ですか？
1,500kgを満載し、8%勾配を4km/hで上る場合、けん引力は約4,200N、モーター軸出力はおよそ5.3kWです。1,650kgを0.30m/sで持ち上げるには、ポンプモーター軸で約6.0kW必要です。正確な値はタイヤ半径、転がり抵抗、リリーフ弁の設定に依存するため、各車両で再計算してください。
Q: なぜリフト用モーターは走行用より定格が高いのですか？
負荷を考慮すれば、通常は高くありません。リフト用はおよそ15%の通電率で動くため、6kWの銘板は連続等価で2.3kW付近に相当します。走行用は走行中に連続で動き、ピーク値ではなくその負荷によって熱的に制限されます。
Q: 小型フォークリフトには24Vと48Vのどちらを選ぶべきですか？
およそ1.2トン超、または勾配の継続的な負荷がある場合は、48Vのほうが実用的なプラットフォームであることが多いです。例の5.3kWでは、24Vで約221A、48Vで111Aを流します。同じケーブル抵抗なら、24V系統の導体損失はおよそ4倍になります。平らな倉庫床で使う軽量車では、24Vも依然として一般的です。
Q: 実務でフォークリフトのモーターを壊すのは何ですか？
洗浄後の浸水、冷却経路の詰まりや定格40℃超の周囲温度による熱的な酷使、旧型直流機のブラシ摩耗、マスト振動による軸受の故障です。48V機で絶縁抵抗が1MΩを下回るのは初期の警告であり、巻線が壊れる前に対処すべきです。
