モーターの基本構造

モーターの種類によって細かな構造は異なりますが、基本的な構成要素は共通しています。

※モーターは「磁界」と「電流」の相互作用によって回転力（トルク）を生み出します。

回転の仕組み：電磁力による運動

モーターの回転は、電磁力（ローレンツ力※）によって生まれます。簡単に言えば、コイルに電流を流すと磁界が発生し、その磁界がローターに働いて回転を引き起こします。

※ローレンツ力：電流が流れる導体に磁界が加わると、導体に力が働く現象。この力がモーターの回転を生み出す原理の一つ。

例：DC モーターの基本動作
　1. ステーターに固定された磁石が磁界を作る。
　2. ローターのコイルに電流を流すと、磁界との相互作用で力が発生。
　3. この力によってローターが回転する。
　4. 回転に応じて電流の向きを切り替えることで、連続的な回転が可能になる。

モーターの動作に必要な要素

モーターを動かすには、以下の3つの要素が必要です。

　1. 電源：直流 (DC) または交流 (AC)
　2. 制御回路：電流の流れを制御し、回転速度や方向を調整
　3. 負荷：モーターが駆動する対象（ファン、車輪、アームなど）

DCモーター（ブラシ付き）

■ 特徴
　・電源をつなぐだけで回転するシンプルな構造
　・回転速度は電圧で制御可能
　・ブラシ※ と整流子によって電流の向きを切り替える

　　※ブラシ：モーター内部で回転する部分（ローター）に電流を流すための接点部品。摩耗するため定期的な交換が必要。

■ メリット
　・制御が簡単で安価
　・小型機器に適している

■ デメリット
　・ブラシの摩耗による寿命制限
　・ノイズや火花が発生しやすい

■ 主な用途
　・玩具、電動工具、小型ファン、簡易な駆動装置

ブラシレス DC モーター (BLDC)

■ 特徴
　・ブラシを使わず、電子回路で電流の切り替えをうおこなう
　・高効率・長寿命・低ノイズ

■ メリット
　・メンテナンスフリー
　・高速回転や高精度制御に対応

■ デメリット
　・制御回路が複雑（センサーやマイコンが必要）

■ 主な用途
　・ドローン、家電（エアコン・冷蔵庫）、電動自転車、EV

ステッピングモーター

■ 特徴
　・一定角度ずつ「カクカク」と回転する
　・パルス信号で位置を制御できる

■ メリット
　・オープンループ制御が可能（センサー不要）
　・高精度な位置決めが得意

■ デメリット
　・トルクが弱く、脱調※ のリスクあり
　・高速回転には不向き

　　※脱調：ステッピングモーターが指示された位置まで正しく動かず、動作がズレてしまう現象。

■ 主な用途
　・プリンター、3Dプリンター、医療機器、計測機器

AC 誘導モーター（インダクションモーター）

■ 特徴
　・商用 AC 電源で動作する堅牢なモーター
　・ローターに電流を誘導※ して回転する

　　※誘導：ステーターの磁界によってローターに電流が自然に流れる仕組み。接触なしで電流を発生させる。

■ メリット
　・構造がシンプルで信頼性が高い
　・大電力・長時間運転に向いている

■ デメリット
　・起動トルクや速度制御に工夫が必要
　・高精度制御には不向き

■ 主な用途
　・ポンプ、ファン、コンプレッサー、工場設備

サーボモーター

■ 特徴
　・位置・速度・トルクを高精度に制御できる
　・フィードバック機構（エンコーダー※など）を内蔵

　　※エンコーダー：モーターの回転位置や速度を検出するセンサー。制御回路にフィードバックを与える役割を持つ。

■ メリット
　・高速・高精度な動作が可能
　・ロボットや自動化装置に最適

■ デメリット
　・高価で制御が複雑
　・専用ドライバーや制御回路が必要

■ 主な用途
　・産業用ロボット、CNC 機械、FA 装置、医療ロボット

モーターの種類と特徴を一覧で確認しよう

電圧制御・PWM 制御

電圧制御は、モーターに加える電圧を変えることで、回転速度を調整する方法です。特にDCモーターでは、電圧が高いほど速く回転し、低いほど遅くなります。PWM 制御 (Pulse Width Modulation) ※ は、電圧を直接変えるのではなく、電源の ON/OFF を高速で繰り返すことで平均電圧を調整する方法です。

※PWM：電源の ON 時間と OFF 時間の割合（デューティ比）を変えることで、モーターの回転速度を調整する技術。

特徴としては以下があります。
　・シンプルで安価な制御方式
　・小型モーターやファンなどに広く使われる

オープンループ制御とクローズドループ制御

オープンループ制御は、モーターに指令を出すだけで、実際の動作を確認せずに動かす方式です。ステッピングモーターなどでよく使われます。クローズドループ制御は、センサー（エンコーダーなど）でモーターの動きを検出し、指令と実際の動作を比較して補正する方式です。サーボモーターや高精度制御が必要な場面で使われます。

特徴としては以下があります。
　・クローズドループは高精度・高信頼性
　・オープンループは構成が簡単でコストを抑えられる

ベクトル制御 (FOC：Field-Oriented Control)

モーター内部の磁界の向き（ベクトル）をリアルタイムで制御することで、効率よくトルクを発生させる高度な制御方式です。主にBLDCモーターやACモーターで使われます。

※FOC：モーターの磁界方向をベクトルとして捉え、電流を最適な方向に流すことで効率的な回転を実現する制御方式。

特徴とてしては以下があります。
　・高効率・高精度なトルク制御が可能
　・EV や産業機器など、性能が求められる製品に適している
　・制御回路やマイコンに高度な処理能力が必要

制御方式の選び方は用途次第

用途に応じた選定ポイント

製品の目的や使用環境によって、求められるモーターの特性は異なります。以下は代表的な選定の視点です。

設計観点でのチェックポイント

モーター選定では、以下のような設計条件も考慮する必要があります。

・必要なトルクと回転速度
　→ 製品がどれだけの力で、どれくらいの速さで動く必要があるか
・制御の複雑さ
　→ オープンループで済むか、フィードバック制御が必要か
・電源環境
　→ DC 電源か AC 電源か、電圧・電流の制約はあるか
・ノイズ・発熱・振動の許容度
　→ 医療機器や静音性が求められる製品では重要な要素
・サイズ・重量の制約
　→ 搭載スペースや製品全体の重量に影響する

モーター選定は“仕様と制御”のバランス

モーターは単体で選ぶのではなく、制御方式や周辺回路との組み合わせで最適化する必要があります。たとえば、BLDC モーターは高性能ですが、制御回路が複雑になるため、マイコンやドライバーの選定もセットで考える必要があります。

また、製品のライフサイクルやメンテナンス性も選定に影響します。「長寿命」「メンテナンスフリー」「交換のしやすさ」なども、製品の使われ方に応じて検討しましょう。モーター選定は、「どんな動きが必要か」「どんな環境で使うか」「どこまで制御したいか」など、製品の目的から逆算して考えることが重要です。モーターの種類や制御方式を理解したうえで、製品仕様・制御の複雑さ・コスト・信頼性などを総合的に判断することで、最適な選定につながります。

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