ブラシレスDCモータの仕組みとは?駆動回路が必要な理由を解説

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2021年2月18日

DCモータは直流電流を使用して動作させるモータのことで、「高速回転が可能」「起動トルクが大きい」という特徴があります。さまざまなシーンで活用されており、皆さんの身近に多く存在しているモータの一つとも言えるでしょう。DCモータは、大きく分けると「ブラシ付きDCモータ」「ブラシレスDCモータ」の2種類があります。

ここではブラシレスDCモータの仕組みについて詳しくご紹介します。

長寿命でメンテナンス性に優れるブラシレスDCモータ

モータにはACモータやステッピングモータ、DCモータといった種類があり、それぞれ特徴が異なります。なかでもDCモータはそのほかのモータと比較して、高速回転が可能で起動トルクが大きいというメリットがあります。また、脱調やすべりといった不具合が起きないモータです。

DCモータは、ブラシ(電極)の有無によってさらに「ブラシ付きDCモータ」と「ブラシレスDCモータ」の2種類に分類できます。

ブラシ付きDCモータ
ブラシと整流子を使った機械的な仕組みによって回転するDCモータです。ブラシと整流子は常に接触した状態でモータ軸が回転します。そのため、長時間の使用によって徐々に摩耗し、最終的には故障の原因になることがあります。ブラシ付きDCモータはブラシレスDCモータと比較すると寿命が短く、定期的なメンテナンスが必要です。また、ブラシと整流子が接触した状態で回転することで、電気ノイズや騒音が発生するというデメリットもあります。
ブラシレスDCモータ

ブラシと整流子を必要とせず、駆動回路を使った電子的な仕組みで回転するDCモータです。消耗品であるブラシと整流子を使わないため、長寿命でメンテナンス性の高いモータです。さらに、ブラシと整流子の接触による騒音が発生しないので、静音性が高いというメリットもあります。

ブラシレスDCモータの仕組み 駆動回路が必要な訳とは?

モータを回転させるためには、コイルに流れる電流の向きを変えて回転磁界を作る必要があります。ブラシ付きDCモータは、ブラシと整流子を使って機械的に電流の向きを変えることで回転磁界を発生させます。それでは、ブラシと整流子のないブラシレスDCモータは、どのように回転磁界を作り、回転するのでしょうか。

ブラシレスDCモータはブラシと整流子に代わって、半導体スイッチを使います。一般的にブラシレスDCモータにはコイルが3つあり、それぞれのコイルに半導体スイッチがつけられています。ブラシレスDCモータは、半導体スイッチを順番につないで電流の向きを変化させることで回転磁界を作り、回転しています。この一連の操作を行うために、ブラシレスDCモータには駆動回路が必要なのです。なおこの半導体スイッチのスイッチングは、ホールセンサなどの磁気センサを使い、回転子である永久磁石の回転位置を検知して行います。

ブラシレスDCモータの励磁シーケンス ブラシレスDCモータの励磁シーケンス

ブラシレスDCモータの仕組みや制御についてさらに詳しく知りたい場合は、下記ページをご覧ください。

アウターロータとインナーロータ

ブラシレスDCモータはアウターロータ方式とインナーロータ方式の2種類に大きく分かれます。

アウターロータ方式
内側にコイルを配置し、その外側に磁石を配置させて、外側を回転させる方式のブラシレスDCモータです。外側が回転するため回転子の慣性モーメントが大きいですが、安定した回転が可能です。
インナーロータ方式

磁石を回転子として内側に配置し、コイルを固定子として外側に配置させる方式のブラシレスDCモータです。回転軸が内側にあることから慣性モーメントが小さく、きめ細やかな制御ができるというメリットがあります。

表面磁石型と埋込磁石型

ブラシレスDCモータはさらに、回転子への永久磁石装着法の違いから表面磁石型と埋込磁石型に分類されます。

表面磁石型
ロータ外周に永久磁石が貼り付けられています。
埋込磁石型

ロータの内側に永久磁石が埋め込まれています。

ブラシレスDCモータの仕組みを理解して使用しよう

ブラシレスDCモータは消耗品であるブラシと整流子を必要としないモータです。長寿命でメンテナンス性が高く、静音性が高いというメリットがあります。

ブラシレスDCモータはブラシと整流子を備えていない代わりに、駆動回路を使った電子的な仕組みで回転します。半導体スイッチを順番につないで回転磁界を作り、モータを回転させるという一連の操作を行うために、駆動回路が必要になります。

今回ご紹介した情報をぜひお役立てください。

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ぜひ、お気軽にご相談ください。

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