モーター性能の違い1:速度/トルク/サイズ
世の中にはあらゆる種類のモーターがあります。大型モーターと小型モーター。回転ではなく前後に動くモーター。一見するとなぜそんなに高価なのかわからないモーターです。ただし、すべてのモーターには理由があって選択されます。では、理想的なモーターにはどのようなモーター、性能、特性が必要なのでしょうか?
このシリーズの目的は、理想的なモーターを選択するための知識を提供することです。モータ選定の参考になれば幸いです。そして、モーターの基礎を学ぶのに役立つことを願っています。
パフォーマンスの違いについては、次の 2 つのセクションに分けて説明します。
速度/トルク/サイズ/価格 ← この章で説明する項目
速度精度/滑らかさ/寿命とメンテナンス性/発塵性/効率/発熱
発電/振動騒音/排気対策/使用環境
1. モーターに期待すること:回転運動
一般にモーターとは電気エネルギーから機械エネルギーを得るモーターを指しますが、多くの場合は回転運動を得るモーターを指します。(直線運動させるリニアモーターもありますが、今回は割愛します。)
さて、どんな回転をしたいですか?ドリルのように力強く回転させたいのか、それとも扇風機のように弱くても高速回転させたいのか。目的の回転運動の違いに注目すると、回転速度とトルクの 2 つの特性が重要になります。
2. トルク
トルクとは回転する力のことです。トルクの単位はN・mですが、小型モータの場合はmN・mがよく使われます。
モーターはトルクを向上させるためにさまざまな方法で設計されています。電磁線の巻き数が多いほどトルクは大きくなります。
固定コイルサイズにより巻き数が制限されるため、線径の太いエナメル線を使用します。
当社ブラシレスモーターシリーズ(TEC)は外径16mm、20mm、22mmと24mm、28mm、36mm、42mm、60mmの8種類のサイズを取り揃えております。モータ径に応じてコイルサイズも大きくなるため、より高いトルクが得られます。
強力な磁石を使用することで、モーターのサイズを変えずに大きなトルクを発生します。ネオジム磁石は最も強力な永久磁石であり、次にサマリウムコバルト磁石が続きます。しかし、強力な磁石だけを使っても磁力はモーターの外に漏れてしまい、漏れた磁力はトルクに寄与しません。
強力な磁性を最大限に活かすため、電磁鋼板と呼ばれる薄い機能性素材を積層し、磁気回路を最適化しました。
また、サマリウムコバルト磁石は磁力が温度変化に対して安定しているため、温度変化が大きい環境や高温の環境でも安定してモータを駆動することができます。
3. 速度(回転数)
モーターの回転数は「速度」と呼ばれることがあります。モーターが単位時間当たり何回回転するかの性能です。「rpm」は通常、1 分あたりの回転数として使用されますが、SI 単位系では「min-1」としても表されます。
トルクに比べれば回転数を上げることは技術的には難しいことではありません。コイルの巻き数を減らすだけで、巻き数を増やすことができます。ただし、回転数が上がるとトルクが低下するため、トルクと回転数の両方の要求を満たすことが重要です。
また、高速で使用する場合には、プレーンベアリングではなくボールベアリングを使用するのが最適です。速度が高くなると摩擦抵抗の損失が大きくなり、モーターの寿命が短くなります。
シャフトの精度にもよりますが、高速になるほど騒音や振動の問題が大きくなります。ブラシレス モーターにはブラシも整流子もないため、ブラシ付きモーター (回転する整流子にブラシが接触する) よりも騒音と振動が少なくなります。
ステップ 3: サイズ
理想的なモーターに関しては、モーターのサイズも性能の重要な要素の 1 つです。たとえ速度(回転数)やトルクが十分であっても、最終製品に搭載できなければ意味がありません。
ただ速度を上げたいだけならワイヤーの巻き数を少なくても良いのですが、最低限のトルクがないと回転しません。したがって、トルクを高める工夫が必要です。
上記の強力な磁石を使用することに加えて、巻線のデューティ サイクル係数を高めることも重要です。回転数を確保するためにワイヤーの巻き数を減らすという話をしてきましたが、これはワイヤーの巻きが緩いという意味ではありません。
巻き数を減らす代わりに太い線を使用することで、同じ回転数でも大きな電流を流すことができ、高いトルクが得られます。空間係数は、ワイヤーがどの程度しっかりと巻かれているかを示す指標です。細い回転数を増やすか太い回転数を減らすかはトルクを得る上で重要な要素です。
一般に、モーターの出力は鉄(磁石)と銅(巻線)の 2 つの要素によって決まります。
投稿日時: 2023 年 7 月 21 日