ブラシレスモーターとブラシモーターの違いとは？Orbrayブラシレスモーターの特徴も解説

ブラシレスモーターとは

ブラシレスモーターは、整流子やブラシなどの機械的な接触部を取り除いたモーターです。
昔は機械的に整流子を使って、プラスマイナスを逆転させていましたが、整流子が摩耗してしまうという欠点があり、長寿命化が困難でした。半導体の普及により、電子的に整流子の代わりを電子回路が行い、デメリットとなりうるブラシとコミューテータをモーターから取り去ることができました。これにより、ブラシレスモーターは機械的整流子とは比較にならないほどの長寿命化が実現しました。
この記事では、ブラシレスモーターとブラシモーターとの違いを説明したいと思います。

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ブラシレスモーター ｜Orbray株式会社 https://www.ad-na.com/product/dccorelessmotor/brushlessmotor.html

ブラシレスモーターとブラシモーターの違い

違い①：放熱性

ブラシモーターでは、回転するコイルとモーターハウジングとの間には隙間=空気層があるため通電によって発生した熱が外部に伝わりにくくなります。

ブラシレスモーターでは、回転するのはマグネットでありコイルは外側のコア側に密着して固定されているため、コイルの熱が外部に伝わりやすく放熱効率が高い構造になっています。モーター内部の温度が上がりすぎるとマグネットの減磁などが起こり特性の低下が発生するという欠点があります。このため放熱性の高いブラシレスの方がハイパワー化に有利となります。

違い②：大電流・ハイパワー

ブラシモーターにおいてはロータ側にある整流子と固定側のブラシが通電しながら摺動しているため、大電流を流すと接点が溶断して故障してしまう恐れがあるという欠点があり、電力を投入する上での制限となります。

ブラシレスモーターではドライバ回路により外部から通電するコイルを制御するため、上記の欠点の要因となる接点が無く、放熱性と併せ大電流を投入する事ができます。これらの点から、ブラシレスモーターではハイパワー化を実現する事が可能です。

違い③：機械的ノイズ

ブラシモーターの仕組み

ブラシモーターでは接点が擦れ合うため機械的ノイズとなる摺動音が発生します。また回転に伴い接点が切り替わる際接点でスパークが発生し、これが電気的ノイズ源となります。

ブラシレスモーターの仕組み

ブラシモーターに対してブラシレスでは接点が無いため、それらのノイズ源がありません。 ブラシレスモーターの特徴からもご理解いただける通り、ブラシレスモーターには接点が無いのでハイパワーと長寿命です。

ブラシレスモーターは放熱性、最大回転数や長寿命、ノイズ等の点でブラシモーターに優位ではありますが、直流電源を接続するだけで動くブラシモーターと違い、制御回路を使用して駆動する必要があるのが欠点とも言えます。また、ロータ位置を検出するためのセンサーの有無によって、適切な制御回路を選ぶ必要があります。

※ブラシレスサーボドライバ ご参考　　ドライバー SSD06-R5A / ドライバー SHSD24-01A

Orbrayのブラシモーターの特徴

一般的にスロット付き電機子型（鉄心付き）ブラシモーターとOrbrayのコアレスブラシモーターとを比較すると、当社のブラシモーターは電機子巻線がスロット内に入っていないので、コイルの漏れインダクタンスが小さく整流条件が良いことが特徴です。

磁気抵抗変化が少ないのでコギング(鉄芯に起因するトルク脈動)が少なく、かつ 電気的ノイズが少ない製品となります。

Orbrayのブラシレスモーターの特徴

無接点のため、非常にハイパワー、長寿命であり、高い信頼性が確保できます

また、Orbrayのブラシレスモーターはステータにスロットを持たないスロットレス構造です。スロットとは磁気コアに設けられた隙間のことですが、スロットがあるとマグネットがスロット間の凸部に吸着することによりコギングという回転の脈動が発生します。

こうしたコギングは、振動・騒音や回転精度・スムーズさに影響を与えます。

Orbrayのブラシレスモーターは、コアにカップ状コイルを設置し、その内部にロータのマグネットが配置されています。そのため、コイル・マグネットがいかなる位置にあっても均一な磁気吸引力を受ける為、コギングがなくスムーズな回転を可能とします。

トルク・寿命面の点に加え、Orbrayのモーターはロボットや医療機器などに特にセンシティブな用途に適しています。

小径サイズからラインアップ

Orbrayでは世界最小モーターの開発で培った技術を生かし、ブラシレスモーター標準品として外径φ4mmサイズからラインアップしています。コンパクトかつトルク・寿命・静粛性・低振動性を高いレベルで実現したOrbrayのブラシレスモーターは、携帯型の機器や小さくてかわいい動作が求められるコミュニケーションロボット、狭ピッチでアクチュエータを配置しなければならない特殊な天体望遠鏡などの装置、ロボットハンドのフィンガー部への搭載など、限られたスペースの中で高い性能を求められる用途にも解決策をご提供します。

ブラシレスモーターの長寿命化

ブラシレスモーターラインアップのうち、B4Sシリーズは4極マグネットを採用した高トルクモーターです。マグネットを通常の2極から4極にすることにより有効磁束面積が増大し、トルク定数の向上と低消費電流化を達成しました。機械的時定数の向上により起動性・応答性もさらに高くなりました。 B4Sシリーズは軸受構造についてもボールベアリングを標準とし、信頼性面でも高トルク化に対応しております。

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参考文献

『はじめてのモーター技術』 秋山 勇治 工業調査会 1999