この章で説明する項目は次のとおりです。
速度精度／滑らかさ／寿命・メンテナンス性／発塵性／効率性／発熱／振動・騒音／排気対策／使用環境
1. ジャイロ安定性と精度
モーターを一定速度で駆動する場合、高速では慣性により一定速度を保ちますが、低速ではモーターのコア形状により速度が変化します。
スロット付きブラシレスモータでは、低速域ではスロット歯とローター磁石間の吸引力が脈動します。しかし、当社のスロットレスブラシレスモータでは、ステーターコアと磁石間の距離が円周方向に一定（つまり、磁気抵抗が円周方向に一定）であるため、低電圧域でもリップルが発生する可能性は低くなります。
2. 寿命、メンテナンス性、発塵性
ブラシ付きモーターとブラシレスモーターを比較する際に最も重要な要素は、寿命、メンテナンス性、そして発塵性です。ブラシ付きモーターは回転時にブラシと整流子が接触するため、摩擦によって接触部分が必然的に摩耗します。
その結果、モーター全体の交換が必要になり、摩耗粉による粉塵が問題となります。ブラシレスモーターはその名の通りブラシがないため、ブラシ付きモーターに比べて寿命が長く、メンテナンス性も高く、粉塵の発生も少ないというメリットがあります。
3. 振動と騒音
ブラシ付きモーターはブラシと整流子の摩擦により振動と騒音が発生しますが、ブラシレスモーターは発生しません。スロット付きブラシレスモーターはスロットトルクにより振動と騒音が発生しますが、スロット付きモーターとホローカップモーターは発生しません。
ローターの回転軸が重心からずれた状態をアンバランスと呼びます。アンバランス状態のローターが回転すると、振動や騒音が発生し、モーターの回転速度が上昇するにつれて振動や騒音が増加します。
4. 効率と発熱
モーターの効率は、出力される機械エネルギーと入力される電気エネルギーの比によって決まります。機械エネルギーに変換されない損失のほとんどは熱エネルギーとなり、モーターを加熱します。モーターの損失には以下のものがあります。
（１）銅損（巻線抵抗による電力損失）
（２）鉄損（ステータコアヒステリシス損、渦電流損）
（３）機械損失（ベアリングやブラシの摩擦抵抗による損失、空気抵抗による損失：風圧損失）
エナメル線を太くして巻線抵抗を下げることで銅損を低減できます。しかし、エナメル線を太くすると、モータへの巻線の取り付けが困難になります。そのため、デューティサイクル係数（巻線断面積に対する導体の比率）を大きくするなど、モータに適した巻線構造を設計する必要があります。
回転磁界の周波数が高くなると鉄損が増加し、回転速度が速い電気機械は鉄損によって多くの熱を発生します。鉄損に関しては、積層鋼板を薄くすることで渦電流損を低減できます。
機械損失に関して言えば、ブラシ付きモーターはブラシと整流子間の摩擦抵抗により必ず機械損失が発生しますが、ブラシレスモーターには機械損失がありません。ベアリングに関しては、ボールベアリングは滑り軸受よりも摩擦係数が低いため、モーターの効率が向上します。当社のモーターはボールベアリングを採用しています。
加熱の問題は、アプリケーションに熱自体の制限がない場合でも、モーターによって発生する熱によってパフォーマンスが低下することです。
巻線が熱くなると抵抗（インピーダンス）が増加し、電流が流れにくくなり、トルクが低下します。また、モータが熱くなると、熱減磁によって磁石の磁力が低下するため、発熱は無視できません。
サマリウムコバルト磁石は、熱による熱減磁がネオジム磁石よりも小さいため、モーターの温度が高い用途ではサマリウムコバルト磁石が選択されます。
投稿日時: 2023年7月21日
