モーターの選択の基本: ACモーターとDCモーターの種類

電動機は、モーター、電気モーターとも呼ばれる、現代の製造および産業オートメーションの中心製品です。 電動機には原理、構造、特性、用途などに応じてさまざまな種類があります。 モーターの種類、特徴、用途など、モーターを選択・購入する前に知っておきたいことをご紹介します。
 

どこで使用されますか?

モーターは、重工業、人工衛星、火星探査機から日用品、ドローン、玩具に至るまで、さまざまな分野で幅広く使用され、産業や生活に利便性と効率性の向上をもたらしています。

産業用途

• クレーン
• 船舶と車両
• エレベーター
• 電動エスカレーター
• コンベヤベルト
• ファン
• ローリングドア

日常生活での使い方

モーターは家電製品から電気自動車の駆動システムに至るまで、日常生活のあらゆるところに存在しており、これらの製品の動作や性能を不可欠にサポートしています。

• 扇風機
• 洗濯機
• エアコン
• ヘアドライヤー
• 電動歯ブラシ
• 掃除機
• 電動自転車
• ドローン

電動機の種類

電動機には、入力電圧に応じて交流電動機（ACモーター）と直流電動機（DCモーター）の2種類があります。

直流電動機DCモーター

直流電動機は、磁界内に配置された電機子巻線（回転子、ロータ: Rotor）が DC 電流に接続されると、磁界が生成され、永久磁石（固定子、ステータ: Stator）からの磁力と相互作用するという原理で動作します。 これにより、ローターが回転し始めます。 整流子は、ステータを流れる電流を逆にし、磁界を逆にしてロータの回転を維持するために設けられています。 DCモーターは、速度調整範囲が広いという特徴により、手工具、家電製品、産業用機器に広く使用されています。DCモーターは、基本的に直流整流子電動機（ブラシ付きDCモーター）と無整流子電動機（ブラシレスDCモーター）の2つのタイプに分類できます。

ブラシ付きDCモーター

主な部品はステータ（永久磁石）、ロータ（電機子巻線）、整流子、ブラシです。 カーボンまたはグラファイトで作られたブラシと整流子は、ローターに DC 電流を伝達して磁場を生成するために使用されます。磁場は永久磁石の磁場と相互作用してローターを回転させます。 ブラシ付きモーターは製造コストが低く、制御が簡単ですが、（ブラシレスモーターと比較して）効率が低く、整流子との長期間の摩擦によりブラシは定期的なメンテナンスと交換が必要です。

ブラシレスDCモーター

ブラシレス DCモーター（BLDCモーター）は、ブラシ付きDC モーターと同様の原理で動作します。 設計の主な違いは、整流子とブラシの代わりに電気スイッチ回路によってステーターに流れる電流を制御し、摩擦による効率と材料の損失を軽減することです。 BLDC モーターの利点は、効率が高く、信頼性が高く、ノイズが低いことです。 しかし、製造コストが高く、駆動回路が複雑であるという欠点があります。

無整流子電動機と整流子電動機との比較

交流電動機ACモーター

ACモーターは主に固定子巻線と回転子で構成されます。 固定子巻線は AC 電源に接続され、磁場を生成して回転子と相互作用し、回転を生成します。 AC モーターの主な種類は次のとおりです。

誘導電動機

誘導電動機は最も一般的な交流電動機であり、構造が簡単で製造が容易、比較的低コストで幅広い用途に使用できるという特徴があります。 誘導電動機は、電源の違いにより単相誘導電動機と三相誘導電動機に分けられます。誘導電動機は、洗濯機、冷蔵庫、エアコン、ローリングドア、トレッドミル、食品機械、包装機械、電気自動車、さまざまな自動化機器などの家庭用電化製品、商業用または産業用機器で一般的に使用されています。

サーボモーター

サーボモーターは、回転、角度、速度、トルクを正確に制御できる電気モーターの一種です。 サーボモータシステムは主にモータ、位置センサ、入力設定に応じてモータの動きを正確かつ安定に制御するドライバ（コントローラ）で構成されます。 サーボモーターは、産業オートメーション制御、工作機械、ロボット、食品加工機械、ゴムおよびプラスチック機械、その他の分野など、速度、トルク、位置の正確な制御が必要なアプリケーションで広く使用されています。

スピードコントロールモーター

単相誘導モーターの速度は、追加のレートジェネレータ（速度検出用センサ）と速度コントローラーによって制御できます。レートジェネレータは、モータと速度コントローラ間の閉ループへのフィードバック デバイスとして使用され、速度を維持します。 三相誘導モーターは、速度調整要件を満たすために可変周波数ドライバー (VFD) を通じてモーター速度を変更できます。

高効率モーター

モーター効率とは、モーターが回転するために電気エネルギーを機械エネルギーに変換する割合を指します。 効率が高いということは、より多くの電気エネルギーが機械エネルギーに変換されることを意味し、これは電気エネルギーの損失が減少することと同じです。 たとえば、効率 80% は、モーターが電気エネルギーの 80% を機械エネルギーに変換できることを意味します。 国際電気標準会議によって設定された IE レベルは、通常、モーターの効率を表すために使用されます。 IE1、IE2、IE3、IE4 はそれぞれ異なる効率レベルを表します。 数値が大きいほど効率が高く、電力が節約されます。

無整流子電動機と交流電動機との比較

名称	無整流子電動機	交流電動機
動作原理	ローターと永久磁石 (ステーター) の間の磁界相互作用	固定子巻線の磁界が回転子と相互作用して回転を生成します
效率	良	良
価格	制御回路が高価	中程度

電動機選定時の注意点

選択は、特定のアプリケーション要件に基づいて行う必要があります。 AC誘導モーターは産業分野で広く使用されており、メンテナンスが容易で、高温環境でも動作できます。 DC モーターは速度制御が容易で、速度調整範囲が広くなります。 DC モーターは、小型電動工具、家電製品、玩具などによく使用されます。 さらに、モーターを選択する際には次の要素を考慮する必要があります。

• 出力：モーター出力とは、モーターが出力できる最大エネルギーを指します。 通通常、ワット（W）または馬力（hp）の単位で扱います。 出力が大きいほど、モーターが出力できるトルクも大きくなります。つまり、駆動できる負荷も大きくなり、当然モーターのサイズと重量も大きくなります。
• 速度：1 分間あたりのモーターの回転数を指し、RPM (速度/分) で表されます。 速度が高くなるとモーターの回転速度は速くなりますが、出力するトルクは小さくなります。
• 電源：モーターへの電源供給がACかDCか、動作に必要な電圧（V）と電流（A）を確認します。 電圧が高いほど、モーターが出力できる電力は大きくなります。 電流が大きいほど、モーターが消費する電力も多くなります。
• 効率：高効率モーターはより多くの電力を節約しますが、製造コストと価格が高くなります。
• 騒音：モーターは運転中に振動や騒音を発生し、器具や他の部品と共振して大きな音が発生する場合もあります。 一部の特定の用途または使用環境では、モーターの動作騒音に関してより厳しい要件と制限が設けられています。
• 安全規格と規制：製品や部品の安全性を徹底的に検証、評価、測定するために、モーターを含む電気、電子および関連機器には対応する安全規格と規制があります。 たとえば、欧州連合の CE、米国の UL、カナダの CSA などです。
• 価格：モーターの価格は、タイプ、出力、速度、電圧、電流、効率、騒音などの上記の要因によって異なります。需要と品質に基づいて適切な製品を選択する必要があります。

結論

電動機は、電気エネルギーから機械エネルギーに変換し、他のデバイスや機器を駆動するために使用されます。 産業用および日常生活用のさまざまな用途に応じて、さまざまなタイプと性能のモーターが用意されています。電動機を選択するときは、出力、速度、トルク、モーターのその他の特性、アプリケーションの要件、使用環境などの要素を考慮する必要があります。 世協電機はモーターと減速機の製造・販売において30年以上の経験があります。 品質、安定した性能、認定製品は 50 か国以上に納入されています。 ACモーター、ギアモーターの製品について詳しくはお問い合わせください。