DCモーターの構造・原理・種類・用途を解説

ブラシレスDCモーターは電子整流式モーターまたは同期式DCモーターとも呼ばれ、半導体技術の発展によりブラシ付きモーターとは異なります。 ブラシレスDCモーターと他のモーターとの主な違いは、整流子がないことです。整流子は、ローターの角度を検出して調整できる電子サーボ機構に置き換えられています。 ブラシレスDCモーターには複数の利点があります。整流子は「ブラシ」と呼ばれる柔らかい接点を使用しており、時間の経過とともに摩耗します。この摩耗が発生しないため、ブラシレスDCモーターは耐久性が高く、従来の設計よりも安全です。

電気モーターは、ローターに取り付けられた回転磁石と、周囲のステーターに取り付けられた固定磁石の極性を交互に変えることでトルクを発生させます。磁石の少なくとも1つは電磁石で、鉄心に巻いた電線をコイル状に巻いたものです。 DCモーターでは、巻線に直流が流れることで磁界が発生します。回転子が180°回転するたびに、N極とS極の位置が逆転します。磁極の磁場が同じであれば、ローターは回転しません。DCモーターで一方向のトルクを発生させるには、回転子が180°回転するごとに電流の向きを反転させなければなりません。 従来のブラシ付きモーターでは、これは整流子によって行われますが、ブラシレスDCモーターでは、代わりに電子センサーがローターの角度を検出し、制御された半導体スイッチが電流の方向を反転させるか、回転の適切なタイミングで電流をオフにして、一方向のトルクを発生させます。

ブラシ付きDCモーターは、スプレイグの初期設計に遡る、オリジナルのDCモーターです。本ガイドですでに説明したように、古典的なブラシ付きモーターは整流子を備えており、半周期ごとに電流を反転させて一方向のトルクを発生させます。

ブラシ付きDCモーターは、電動推進機、クレーン、製紙機械、鉄鋼圧延機などでは依然として使われていますが、近年ではその多くが、より効率的なブラシレスモーターに移行しています。

ブラシ付きDCモーターは「ブラシ」と呼ばれる柔軟な接点を利用して、モーターが確実に一方向に回転するようにしています。ブラシ付きモーターの回転数は、動作電圧や磁界の強さによって変えることができます。 ブラシ付きDCモーターにはいくつかの種類があり、回転子との接続によって異なります。

扇風機には従来ACモーターが使われてきたが、最近ではDCモーター搭載のシーリングファンが増えています。これらのファンは、AC同等品よりもはるかに安価であるため、人気が高まっています。ブラシレスモーターを使用することで、DCモーターシーリングファンは標準的な家庭用交流電気で作動させることができます。DCモーターファンの欠点はコストが高いことですが、省エネ効果でカバーできます。

油圧ポンプは、建設、鉱業、製造、鉄鋼など、ほとんどすべての産業で使用されている不可欠な産業用工具です。DCモーターは、可変速度制御が容易で、移動時の応答性に優れているため、油圧ポンプの動力源として使用されています。シーリングファンと同様に、DCモーターポンプも、メンテナンスがはるかに容易な低価格のブラシレスDCモーターの発展の恩恵を受けています。

「玩具用モーター」は、メーカーやホビイストに人気のある選択肢です。小型のDCモーターは使いやすく、非常に頑丈なので、リモコンカーや鉄道模型などの子供向け玩具によく使用されています。 DCモーターは電圧のバリエーションが豊富なため、さまざまな速度や動きを必要とする玩具や、コントローラー付きDCモーターを必要とする玩具に使用することができます。

電気自動車に使用されるモーターには様々な種類がありますが、電気自動車用のDCモーターは、高いエネルギー効率と耐久性により広く使用されています。専門メーカーだけでなく、多くの愛好家や自動車キットメーカーでは、始動トルクが高く、電圧入力によって速度が可変であることから、直列巻きモーターの大型DCモーターを使用する傾向があります。

「ロボット」は幅広い用語ですが、多くの愛好家やエンジニアにとって、ロボットとは特定のタスクを達成するために設計された電気機械装置を指します。ロボット用DCモーターは、トラック、アーム、カメラなど、何かを「作動」させるために使用されます。DCモーターは高いトルクと効率により特に便利で、ロボット工学に理想的です。

電動アシスト自転車は、最大アシスト速度が時速25Km以下であれば、免許が不要なため普及しています。必要な動力レベルとトルクを確保するため、電動自転車には通常ブラシレスDCモーターが使用されています。電動自転車には、コンパクトなDCモーターが後輪または前輪のハブに組み込まれていたり、自転車の中央に取り付けられてペダルスプロケット等に接続されています。