DCモーターの特徴と仕組み

2023年04月19日

DCモーターの特徴としては、電圧に対して回転が直線的に変化する(回転数を印加電圧により自由にコントロールできる)こと、電流に対して出力トルクが直線的であること、停止状態から動作する時に最大の回転をすることなどが挙げられます。

ブラシを使ったDCモーターの基本的な構造は、N極とS極の磁石を取り付けたステーター(固定子)と、巻線を施したローター(回転子)を組み合わせたものです。ローターの巻線(コイル)の両端には整流子、電流を供給する側にはブラシが接続されます。整流子とブラシが接触して電流が流れることで、モーターとして動く仕組みとなっています。


磁石はN極とS極が向かい合うように配置され、N極とS極の間にローターが設置されます。直流電圧を印加した整流子がブラシに接触している間は、整流子と巻線を経由して電流が流れる状態となり、フレミングの左手の法則に基づいてローターが回転します。

ローターが90度近く回転すると、整流子とブラシが接触しない構造になっているため、電磁力は発生しなくなりますが、惰性でそのまま回転を続けます。回転を続けていると、再び整流子とブラシが接触するようになり、電流が流れ、電磁力が発生する状態となります。ただし、半回転して整流子とブラシが接触すると、前回とは電流の向きが反対となる構造なので、それまでの回転方向を維持することができます。この動作を繰り返すことで、DCモーターは同一方向に連続して回転を続けることが可能となります。


一方、ブラシレスDCモーターは、永久磁石を回転子としており、整流子とブラシが必要ありません。回転子の磁極位置を検出して電流を流すコイルを切り替えることで回転子が回転します。そのため、ブラシレスモーターは駆動回路(ドライバー)が必要です。また、軸の回転位置の検出にはホールセンサーなどの磁気センサーが使われます(センサーを使わないセンサーレスという方式もあります)。整流子とブラシの接触がないため、長寿命、高速回転が可能、追従性/応答性が良いなどが特徴となっています。

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Posted by patricia at 15:59Comments(0)