DCモータのタイプと特徴を解説
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2022年1月26日
モータとは、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する装置の総称で電動機とも呼ばれます。家電製品、ロボット、ポンプなど、幅広く使われています。最近では車載分野でも多く使われるようになり、電気自動車の動力はまさにモータが使用されています。
モータにはいくつかの種類がありますが、そのなかの1つ「DCモータ」は「直流モータ(direct current motor)」という頭文字を取って名付けられました。DCモータは、私たちの身の周りのさまざまな機器で用いられています。DCモータは、ブラシ付きモータとブラシレスモータの2つに大別されます。
ブラシ付きDCモータ
DCモータは「ブラシ付き」と「ブラシレス」に分類されます。
ブラシ付きモータは、直流電源に接続することにより回転する仕組みです。
ブラシ付きモータは、ブラシと整流子が接触しながら回るため、両者は摩耗します。それに加えて、ブラシ付きモータは、ブラシが整流子に通電する瞬間にスパークが発生します。これが原因となり、電気的ノイズが発生するのです。さらに、両者の摺動によって機械的ノイズも発生します。
このように特徴が異なるDCモータですが、ブラシ付きDCモータは「永久磁石界磁型」と「電磁石界磁型」に大別されます。
永久磁石界磁型
永久磁石とは、外部から磁場や電流の供給を受けることなく磁石としての性質を比較的長期にわたって保持し続ける物質のことをいいます。この永久磁石を固定子に用いたモータが永久磁石界磁型と呼ばれるモータです。
自動車補機用モータや模型用モータなどは世界的にも多く利用されています。電機子(ロータ)の形式により、さらにスロット型、スロットレス型、コアレス型の3種類に分類されます。
電磁石界磁型
電磁石は、磁性材料の芯のまわりにコイルを巻きます。電磁石とはコイルを通電させることによって、一時的に磁力を発生させる磁石です。電磁石界磁型は、電磁石により界磁束を発生させます。
電機子巻線と界磁巻線との結線方式により「分巻モータ」「直巻モータ」「他励(たれい)モータ」の3種類に分類されます。出力が中型から大型のモータで採用しています。
ブラシレスDC(BLDC)モータ
ブラシ付きDCモータに対し、寿命が長く効率的なモータがブラシレスDCモータです。
ブラシレスDCモータは、駆動回路(ドライバ)が必要となり、 回転子の磁極位置を検出、巻線に適切な電流を流すことで回転します。ブラシレスDCモータは、駆動回路により回転するのでブラシと整流子は必要ありません。
ブラシレスDCモータは、ブラシと整流子がないためメンテナンスは不要であり長寿命という高性能なモータです。最近では、家電や精密機器以上に車載分野でブラシレスDCモータを使用したさまざまな装置が開発されています。回転子(ローター)に永久磁石を使用したモータをPMモータと言います。永久磁石式モータ、磁石式同期モータなどとも呼ばれています。 さまざまな分野で使用されているブラシレスDCモータですが、ロータへの永久磁石装着法の違いで下記のように分類されます。
- SPMモータ:ロータ部分に永久磁石を「貼りつけたもの」
- IPMモータ:ロータ部分に永久磁石を「埋め込んだもの」
IPMモータは磁石を埋め込む構造のため、SPMモータに比べ、機械的な安全性が高く高速回転が可能になります。
それでは、この2つのモータの特徴を挙げていきます。表面磁石型(SPM:Surface Permanent Magnet)
表面磁石型はSPMモータと呼ばれています。ロータ外周に永久磁石が貼り付けられたものとなります。
埋込磁石型(IPM:Interior Permanent Magnet)
埋込磁石型は、永久磁石型同期モータ(PMSM)の一種です。ロータの内部に永久磁石を埋め込んだ構造をもつ回転界磁式のものとなります。
埋込磁石型モータは、ハイブリッド自動車や電気自動車などにも用いられています。エンジンの高速回転に対応しているだけでなく、幅広い速度での運転を可能とする高い性能を持ってます。
DCモータはさまざまなところで利用されている
DCモータは生活の中はもとよりオフィスや工場などさまざまなところで利用されています。例えば、家庭では冷蔵庫、給湯器、エアコン、扇風機などの空調機器に見られます。
また、オフィスでは複写機やプリンタ、そして金融機関で用いられているATM端末機器などにも使用されています。
その他、自動車、医療機器、計測機器、換気システムを含む住宅設備など、DCモータは生活のなかで至る所に見られるのです。
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