鉄心付きDCモーターとコアレスDCモーターの選び方

メカトロニクス、ロボット、精密医療機器の設計で重要なモーター選定。鉄心付きとコアレスの構造、応答性、効率、耐久性、費用を比較します。

メカトロニクス、ロボット、精密医療機器を設計するとき、従来の鉄心付きDCモーターと、内部に鉄心のないコアレス型のどちらを選ぶべきかという重要な判断に直面します。この選択は、システムの効率や応答性から、長期的な信頼性、費用まで幅広く影響します。

Power Motorは多くのお客さまのモーター選びを支援し、高性能な電動モーターを提供してきました。本記事では、鉄心付きとコアレスの違いを解説し、納得のいく選定をお手伝いします。

掲載写真：コアレスモーター PCL.1337024-2101

鉄心付きDCモーターとは？

鉄心付きDCモーターのローターは、積層した鉄心に銅線を巻いた構造です。ローターは固定された磁石、すなわちステーターの内側で回転します。この鉄心が名称の由来であり、強みと弱みの両方を生みます。

鉄心付きDCモーターの利点

・高いトルク密度：鉄心が磁束を集中させるため、同じサイズのコアレス型より大きな回転力を生み出せます。高負荷用途に適しています。

・耐久性と堅牢性：硬い鉄心が構造を支え、機械的な強さと熱過負荷への耐性を高めます。

・低コスト：比較的簡単な構造と、鉄など入手しやすい材料により、一般に製造費用を抑えられます。

・良好な放熱：鉄心がヒートシンクとして働き、熱を管理しながら、より大きな負荷を継続して支えます。

鉄心付きDCモーターの注意点

・大きな慣性：重い鉄心がローターの質量を増やし、慣性を大きくします。そのため、急な加速、減速、方向転換には制約があります。

・コギング：ローター巻線と鉄心の間の磁気的な吸引によって、低速時にコギング、すなわちトルクの脈動が生じ、動きの滑らかさが損なわれます。

・効率の低下：鉄心によるヒステリシス損失と渦電流損失が発生し、特に高速で全体の効率が低下します。

鉄心付きDCモーターの代表的な用途

素早い応答や高効率よりも、高トルク、耐久性、費用対効果を重視する用途に適しています。例えば次の用途です。

・電動工具：ドリル、のこぎり、手持ち機器。

・自動車：パワーウインドーレギュレーター、シート調整機構。

・産業機器：ポンプ、コンベヤー、大型アクチュエーター。

コアレスDCモーターとは？

コアレスDCモーターには従来の鉄心がありません。代わりに、巻線をエポキシで接着した、自立する中空円筒形のコイルをローターに用います。形状はカップ型やベル型が一般的です。磁石を中空コイルの内側に配置し、その周りをコイルが回転します。この独自の設計により、性能特性が大きく変わります。

コアレスDCモーターの利点

・極めて小さい慣性：重い鉄心がないため、ローターが非常に軽く、慣性も極めて小さくなります。これが最大の特長で、非常に速い加減速と優れた動的応答を実現します。

・高効率：鉄心がないため、渦電流損失とヒステリシス損失がほぼなくなります。最大90%の効率を実現でき、電池駆動機器に適しています。

・滑らかで精密な動作：磁石が引き付ける鉄心がないため、コギングトルクが生じません。極低速でも非常に滑らかに動き、精密制御に役立ちます。

・小型で高出力密度：重量当たり、体積当たりの出力が高く、小型・軽量でも力強い性能を得られます。

コアレスDCモーターの注意点

・ピークトルクが低い：出力密度は高いものの、鉄心がないため、同程度のサイズの鉄心付きモーターと同じ絶対的なピークトルクは出せません。

・高コスト：専用の巻線・接着工程と高性能磁石が必要なため、製造費用が高くなります。

・熱に敏感：自立コイル構造は過熱による損傷を受けやすく、鉄心付き構造ほど継続的な熱過負荷に耐えられません。

コアレスDCモーターの代表的な用途

高効率、素早い応答、極めて高い精度を求める用途、特に重量や空間に制約があるシステムで選ばれます。

・医療機器：手術器具、インスリンポンプなどの薬剤投与ポンプ、義肢。

・ロボット：素早く精密な動きが必要な小型アクチュエーターやグリッパー。

・航空宇宙・UAV：軽量と高効率が重要なドローンや携帯電子機器。

鉄心付きとコアレスDCモーターの比較表

Power Motor：カスタムモーターのパートナー

鉄心付きかコアレスかは、用途固有の要求で決まります。Power Motorは、最適なモーターが必ずしも既製品にないことを理解しています。そのため、カスタムモーターの設計技術を強みとしています。

専門の技術者が数十年の経験を生かし、機械構造解析や動的シミュレーションなどの厳密な工程を通じて、要求仕様に合う駆動ソリューションを設計・最適化します。詳細な仕様書がある場合も、製品の構想だけの場合も、設計の実現を専門知識で支援します。

まとめ

堅牢な鉄心付きと高性能なコアレスの選択は、異なる二つの設計思想の選択です。力強さと予算を優先するなら鉄心付き、小型の構成で速度、精度、効率を求めるならコアレスの利点が際立ちます。さらに確認したい点があれば、Power Motorへご相談ください。