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モーター性能の違い1:速度/トルク/サイズ

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存在します。大型モーターもあれば小型モーターもあります。回転するのではなく前後に動くモーターもあれば、一見するとなぜそんなに高価なのか分からないモーターもあります。しかし、すべてのモーターには選ばれる理由があります。では、あなたにとって理想的なモーターには、どのような性能や特性が必要でしょうか?

このシリーズの目的は、理想的なモーターの選び方に関する知識を提供することです。モーター選びの際に役立つことを願っています。また、モーターの基礎知識を学ぶ一助となることも期待しています。

これから説明する性能の違いは、以下の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 ← この章で取り上げる項目
速度精度/滑らかさ/寿命とメンテナンス性/粉塵発生/効率/発熱
発電/振動・騒音/排気対策/使用環境

BLDCブラシレスモーター

1. モーターに対する期待:回転運動
モーターとは一般的に、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、ほとんどの場合、回転運動を生み出すモーターを指します。(直線運動を生み出すリニアモーターもありますが、今回は省略します。)

では、どのような回転を望みますか?ドリルみたいに力強く回転させたいですか?それとも、扇風機みたいに弱く高速で回転させたいですか?このように、望む回転運動の違いに注目することで、回転速度とトルクという2つの特性が重要になってきます。

2. トルク
トルクとは回転力のことです。トルクの単位はN・mですが、小型モーターの場合はmN・mが一般的に用いられます。

このモーターは、トルクを向上させるために様々な工夫が凝らされている。電磁線の巻数が多いほど、トルクは大きくなる。
コイルのサイズが固定されているため、巻数には制限があり、より太い線径のエナメル線が使用される。
当社のブラシレスモーターシリーズ(TEC)は、外径16mm、20mm、22mm、24mm、28mm、36mm、42mm、60mmの8種類をご用意しています。コイルサイズもモーター径に比例して大きくなるため、より高いトルクが得られます。
強力な磁石を用いることで、モーターのサイズを変えずに大きなトルクを発生させることができます。最も強力な永久磁石はネオジム磁石で、次いでサマリウムコバルト磁石が挙げられます。しかし、強力な磁石だけを使用しても、磁力はモーターから漏れ出し、漏れ出した磁力はトルクに寄与しません。
強力な磁気を最大限に活用するために、電磁鋼板と呼ばれる薄い機能性材料を積層し、磁気回路を最適化する。
さらに、サマリウムコバルト磁石の磁力は温度変化に対して安定しているため、サマリウムコバルト磁石を使用することで、温度変化が大きい環境や高温環境下でもモーターを安定して駆動することができる。

3.速度(回転数)
モーターの回転数はしばしば「速度」と呼ばれます。これは、単位時間あたりにモーターが何回転するかを示す性能です。「rpm」は一般的に「回転/分」を意味しますが、SI単位系では「min⁻¹」とも表記されます。

トルクに比べて、回転数を増やすことは技術的に難しくありません。コイルの巻数を減らすだけで、回転数を増やすことができます。しかし、トルクは回転数の増加に伴って減少するため、トルクと回転数の両方の要件を満たすことが重要です。

さらに、高速で使用する場合は、プレーンベアリングよりもボールベアリングを使用するのが最適です。速度が速くなるほど摩擦抵抗による損失が大きくなり、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、回転速度が速いほど、騒音や振動に関する問題が大きくなります。ブラシレスモーター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)よりも騒音や振動が少なくなります。
ステップ3:サイズ
理想的なモーターを選ぶ際、モーターのサイズも性能を左右する重要な要素の一つです。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。

単に速度を上げたいだけなら、ワイヤーの巻き数を減らすことができます。巻き数が少なくても、最低限のトルクがなければ回転しません。したがって、トルクを増やす方法を見つける必要があります。

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上げることも重要です。これまで、回転数を確保するために巻線の数を減らすことについて述べてきましたが、これは巻線を緩く巻くという意味ではありません。

巻数を減らすのではなく太い線材を使用することで、同じ回転速度でも大電流を流すことができ、高いトルクを得ることができます。空間係数は、線材の巻き密度を示す指標です。細い線材の巻数を増やすか、太い線材の巻数を減らすかは、トルクを得る上で重要な要素となります。

一般的に、モーターの出力は鉄(磁石)と銅(巻線)という2つの要素に依存します。

BLDCブラシレスモーター-2

投稿日時:2023年7月21日