ブラシレスDCモータの特徴

ブラシレスDCモータは、従来の課題を克服し、産業機器の高性能化を支える重要なコンポーネントです。
ここでは、その技術的特徴を「構成部品」「構造」「性能」「メンテナンス」「制御」の5つの観点から紹介します。

1、構成部品

ブラシレスDCモータを構成する主要な部品は以下の通りです。
これらの部品が連携することで、精密な回転動作が実現します。

• ● ロータ（回転子）： 永久磁石（ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石などの希土類磁石）が取り付けられた回転部分。
• ● ステータ（固定子）： 電流を流して磁界を発生させるコイル。3相巻線が一般的。
• ● ベアリング（軸受）： 回転軸を支える部品。モータの寿命と騒音レベルを決定する重要な要素。
• ● 位置検出センサ： ホールセンサ（ホールIC）などが用いられ、ロータの磁極位置を検知。
• ● 駆動回路（ドライバ）： センサからの信号に基づき、回路内のトランジスタ（FET等）をスイッチングし、適切なタイミングでコイルに電流を流す。

ブラシレスDCモータは単体では動作せず、これらの構成部品と駆動回路が一体となった「システム」として最適化されて初めて、その真価を発揮します。

2、構造的特徴

ブラシレスDCモータの最大の特徴は、ロータ（回転子）に永久磁石を使用し、ステータ（固定子）にコイルを配置する構造にあります。
ブラシ付きモータでは、回転するコイルに電流を送るために「ブラシ」と「整流子」が機械的に接触する必要がありました。
しかし、ブラシレスDCモータはこの構造を逆転させています。コイル側を固定し、磁石側を回転させることで、電流供給のための摺動接点（機械的な接触部分）を完全に排除しました。
この「磁石」と「コイル」の配置構造によって、大きく以下の3つのタイプに分類され、特性が異なります。

• ● インナーロータ型
  　・構造：回転軸の内側に磁石を配置する。
  　・特徴：ロータ径が小さく慣性モーメントが小さいため、応答性に優れる。
  　　　　　急激な加減速が得意で、俊敏な動作が可能。
  　・用途：細かい位置決め制御が必要な産業用ロボットや工作機械など。
• ● アウターロータ型
  　・構造：回転軸の外側に磁石を配置し、覆うように回転する。
  　・特徴：ロータの慣性（はずみ車効果）が大きく、回転の安定性と高トルク確保に有利。
  　　　　　定速回転が安定しやすく、薄型でも強いトルクを出せる。
  　・用途：回転ムラを抑えたいファン、ディスク駆動、スペースが限られる高トルク用途など。
• ● ディスクロータ型
  　・構造：磁石とコイルを平面状に対向させた薄型形状。
  　・特徴：限られたスペースへの実装が可能。
  　・用途：厚みを抑えたい精密機器やロボット関節部など。

装置に求められる動作（応答性か、安定性か）と、実装スペースの形状（細長いか、薄いか）を考慮し、最適な構造を持つモータを選定することが設計の第一歩です。

3、性能面の特徴

ブラシレスDCモータは、物理的な接触抵抗がないため、極めて高いエネルギー変換効率を実現します。具体的には以下のような特徴があります。

• ● 高効率　：ブラシと整流子による機械的な摩擦損失や、接触部の電気抵抗（電圧降下）がないため、入力された電力の多くを無駄なく回転力に変換できます。
  　　　　　　発熱によるエネルギーロスも最小限に抑えられるため、長時間の駆動でも効率が安定します。
• ● 高トルク：回転速度にかかわらず、低速域から高速域までフラットで高いトルク特性を維持します。
  　　　　　　特に「コアレス構造」や「スロットレス構造」を採用したタイプでは、コギング（磁気的な引っ掛かり）がなく、滑らかな回転が得られます。
• ● 低ノイズ：機械的な接触点がないため、摺動音や電気火花（スパーク）が発生しません。静音性が求められる医療機器や精密機器に最適です。

摩耗部品を排したことによるこれらの性能優位性は、信頼性が求められる産業用機器の設計において必須の選択肢となっています。

4、メンテナンス性

ブラシレスDCモータは、実質的にメンテナンスフリーです。
ブラシ付きモータにおける最大の故障要因は「ブラシの摩耗」です。ブラシが摩耗すると導通による絶縁不良を起こし、寿命を迎えます。
一方、ブラシレスDCモータの寿命を決定づける要因は「ベアリング（軸受）」の潤滑寿命のみとなります。
そのため、数千～万時間以上の連続運転が可能であり、メンテナンスが困難な場所や、ダウンタイムが許されない産業ラインでの使用において圧倒的な優位性を持っています。

5、駆動性

ブラシレスDCモータの回転には、専用の駆動回路（ドライバ）が不可欠です。
コイルへの通電タイミングを制御するために、回転子の位置を常に検出する必要があります。この位置検出には主に以下の2つの方式が採用されます。

• ● センサ付き方式
  　・仕組み：ホールセンサ（磁気センサ）やエンコーダを搭載し、回転子の位置を直接かつ物理的に検出する。
  　・特性　： 停止時や低速時でも正確な位置を把握できるため、始動から安定した駆動が可能。ただし、センサの分だけ配線やスペース、コストが増加する。
  
  
• ● センサレス方式 　・仕組み： モータ回転中に発生する「逆起電力（誘起電圧）」を電気的に読み取り、回転子の位置を推定する。
  　・特性　： センサ部品や配線が不要なため小型・低コスト化に有利。
  　　　　　　ただし、逆起電力が発生しない停止時や極低速時の制御が難しく、高度な駆動技術が必要。

駆動回路が必須となるため、コストや実装スペース、求められる制御精度（特に低速域）のバランスを見極め、用途に最適な検出方式を選定することがシステム設計の要となります。

高トルク4極DCサーボモータ、高効率フラットDCマイクロモータ、もしくは小型スロットレスモータなど、最小パッケージで最高性能を発揮できるのが特徴です。
FAULHABERのブラシレスDCモータの設計は頻繁に過負荷が発生するヘビーデューティサーボの用途や長寿命運転を必要とする連続デューティ用途に最適です。

ワイドスピード及びトルクレンジを持つ三相スロットレスモータであり、円滑なスピードコントロール、高効率、高耐久性が求められる中高速用途に最適です。
センサレスのオプションもあり、スペースが極限まで限られた用途にも対応可能です。

超高速でも低温動作を可能にする最高の体積比出力とピーク効率を誇る、3相スロットレス・ブラシレスモータです。6相のコイルを3相動作回路に接続することにより、効率性を落とすことなく性能が著しく向上しています。
このシリーズのモータは、高速～超高速動作用に設計されています。用途により速度を最大化する BHS バージョン、トルクを最大化する BHT バージョンから選ぶことができます。
BHSバージョンは最大100,000min-1近い高速性を実現し、BHTバージョンは高い瞬間的トルク（>30mNm）を提供します。

極めて高いトルクを小型サイズで求められるようなサーボの用途に適しています。
部品点数が極めて少なく、接着されたコンポーネントが無い堅牢構造なので、高温や高衝撃性、振動性負荷など、厳しい環境下での用途に最適です。
BP4シリーズは、革新的なコイル技術により最大91%という非常に高い効率を実現しており、動的な起動・停止運転に適しています。

3相、スロットレスでロータヨークを搭載した軸方向磁束ギャップモータです。
他社製フラットブラシレスモータを大きく凌ぐ効率を実現し、ロータの慣性を発揮するバックヨークは低トルクリップル並びに高精度連続スピード制御が必要な用途に適しています。

アウターロータ構造を採用し、ロータに14曲マグネットを配置することで、非常にコンパクトなデザインでありながら、実現可能な最高のトルクを提供します。わずか14mm～21mmの長さで最大134mNmのトルクを実現し、重量とサイズに対するトルク比率で市場をリードしています。
上記以外にも外径5㎜以下の超小型センサ―レスタイプのブラシレスDCサーボモータB-Microシリーズも取り揃えています。




FAULHABERの2極、4極DCサーボモータおよびフラットモータは、標準で120°位相シフト式のデジタルホールセンサを搭載しており、確実な整流を行います。
さらに、多くのモデルで高精度な「アナログ（リニア）ホールセンサ」をオプションとして選択可能です。これにより、FAULHABER製モーションコントローラと組み合わせることで高分解能エンコーダを追加することなく、極めて高い分解能での位置制御や滑らかな低速回転が可能になります。

FAULHABERのブラシレスDCサーボモータには、サマリウムコバルトやネオジムなどの高性能希土類マグネット（レアアース磁石）が採用されています。
これにより、小型でありながら強力な磁束密度を確保し、過酷な環境温度下でも減磁しにくい安定した性能を発揮します。

ブラシ付きDCモータの場合、電流を流すための接点構造においてブラシと整流子による摩擦損失があります。部品の摩耗により、寿命が短くなる欠点があります。
一方で、その構造に機械的接触のないブラシレスDCモータの寿命は、主に「ベアリング（軸受）」の寿命によってのみ決定されます。
特に、FAULHABERのブラシレス DCモータでは、直径6mm以上のすべてのモデルに高精度な予圧処理済みボールベアリングを採用しています。
そのため、データシート通りの使用条件下であれば、従来のブラシ付きモータの数倍に及ぶ長寿命を実現します。

標準製品では対応出来ない特殊用途に対し、ご要望によりカスタマイズ対応が可能です。
FAULHABERはお客様の特定の課題解決に向けたカスタマイズを得意としています。対応可能なものは以下のとおりです。

• ● 定格電圧の種類
• ● 接続ケーブル（PTFEとPVC）及びコネクタ
• ● シャフト長やエンドシャフトの変更
• ● フラット用、ギア用、プーリ用などシャフトの特徴とピニオンの形状の変更
• ● 温度の高範囲対応
• ● 真空適合性（例：10^-5 Pa）
• ● 高速、高負荷用途の対応
• ● 高衝撃、高振動用への変更
• ● オートクレーブへの対応（蒸気滅菌処理への耐性強化）
• ● 標準の電気的または機械的な公差よりも厳しくしたカスタムモータ設計

特に「オートクレーブ対応」は、134°C、高湿度、高圧環境下での滅菌サイクルに耐える設計であり、医療機器分野で高く評価されています。

FAULHABERでは以下を含む自社製品すべてのブラシレスDCサーボモータのカスタム・パターンを業界で最も豊富に取り揃えています。

• ● 精密ギアヘッド（遊星ギアヘッド、平歯車ギアヘッド、ゼロバックラッシュギアヘッド）
• ● 高分解能エンコーダ（インクリメンタル、アブソリュート）
• ● 高パフォーマンスのドライブ・エレクトロニクス（スピード・コントローラ、モーション・コントローラ)
• ● ドライブ電子回路一体型（モーション及びスピードコントロール）

これらの豊富なコンポーネントを自社開発しているため、単なるモータ部品としてではなく、お客様の仕様に最適化された検証済みのドライブシステムとしてワンストップで提供可能です。

外科手術用ハンドツールや人工呼吸器、義肢装具などで採用されています。
特に、オートクレーブ滅菌（134°Cの蒸気滅菌）に耐えうる耐久性と、手術中の微細な操作を可能にする低振動・低ノイズ特性、そしてバッテリ駆動時間を延ばす高効率性が評価されています。
インスリンポンプや手術ロボットなど、極小サイズかつ高信頼性が求められる用途でも活躍しています。

工場の自動化（FA）や物流ロボット、協働ロボットの関節駆動において、高トルク密度を持つフラットモータ（BXTシリーズなど）が採用されています。
限られたスペースに収まる薄型設計でありながら、アームの保持や重量物の搬送に必要な強力なトルクを発揮します。
また、エンコーダと組み合わせた高精度な位置決め制御により、半導体製造装置などのナノメートル単位の制御が必要な現場でも不可欠な存在です。

無人航空機のジンバル駆動や人工衛星の姿勢制御、光学機器の駆動などに使用されています。
真空オプションが豊富であることや、打ち上げ時の激しい衝撃・振動にも実績ある堅牢な構造(BX4/BP4シリーズなど、そして搭載重量を最小限に抑えるための軽量・高出力密度が採用の決め手となっています。
カメラジンバルの安定化装置など、軽量かつ高応答性が求められる用途に最適です。