ブラシレスDCモーターには、コアレスとコア付きの2つの主な種類があります。この記事では、コアレスとコア付きのブラシレスDCモーターの違いを詳しく解説し、構造、性能、最適な用途を比較します。

ブラシレスDCモーターの基本構造

種類を詳しく分析する前に、ブラシレスDCモーターの基本要素を理解することが重要です。

• ローター：モーター内部で回転し、永久磁石で構成されています。
• ステーター：電磁場を発生させるコイルまたは巻線を内蔵する固定部品です。
• 電子制御装置：従来の整流子とブラシに代わる部品で、巻線への電流の流れを制御し、スムーズな動作を実現します。

コアレスBLDCモーターとコア付きBLDCモーターの主な違いは、ステーターとローターの構造にあります。これは、速度、効率、トルクといったモーターの性能に影響を与えます。

構造上の違い

コアレスBLDCモーター

コアドL BLDCモーター

特徴	コア付きBLDCモーター	コアレスBLDCモーター
ローター構成	鉄心と巻線	鉄心のない巻線
ステータ構成	磁石付き固定コイル	磁石付き固定コイル
慣性	鉄心の質量により高い	鉄心がないため低い
巻線構成	鉄心の周囲に固定	空芯または自立型
磁場強度	鉄心により強い磁束	弱いが軽量化に最適化
サイズと重量	大型で重い	小型かつ軽量
コスト	低い、構造が単純	高い、設計が複雑

 

コアレスBLDCモーターは、鉄心のない独自のローター構造を採用しているため、特に高速応答性、低振動性、スムーズな動作が求められる用途において、大きな性能差をもたらします。

性能特性

慣性と応答性

• コア付きBLDCモーター：ローターに鉄心があるため、モーターの慣性が増加し、加減速が遅くなる可能性があります。ローターの質量増加により応答性が低下するため、急激な速度変化を必要としない用途に適しています。
• コアレスBLDCモーター：鉄心がないことでローターが大幅に軽量化され、慣性が低くなります。これにより、急速な加減速が可能になり、応答時間が短縮されます。これは、ロボット工学や航空宇宙などの高精度アプリケーションにおいて非常に重要です。

トルク出力

• コア付きBLDCモーター：コア付きBLDCモーターは、鉄心によって集中した磁束が発生するため、同じサイズでより高いトルクを発生します。そのため、産業機械や電気自動車など、大きなトルクを必要とする用途に最適です。
• コアレスBLDCモーター：鉄心がないため、出力トルクは低下しますが、コアレスモーターは、純粋なトルクよりも軽量設計と効率が重視される高速用途に最適化されています。

効率

• コア付きBLDCモーター：鉄心は渦電流損失とヒステリシスを発生させ、特に高速運転時に効率を低下させます。これらのモーターは低速から中速運転では効率が高いものの、過酷な条件下ではエネルギー損失が増加します。
• コアレスBLDCモーター：鉄心がないコアレスモーターは、渦電流とヒステリシスに関連する損失が少なくなります。これにより、特に高速アプリケーションにおいて全体的な効率が向上し、長時間運転が必要なシナリオにおいてエネルギー効率が向上します。

コギング効果と動作の滑らかさ

• コア付きBLDCモーター：コア付きモーターの欠点の一つはコギング効果です。コギング効果とは、ローターの磁石がステーターの歯と相互作用することで生じるぎくしゃくした動きです。この問題は低速時に最も顕著になり、デバイスの動作がスムーズでなくなる可能性があります。
• コアレスBLDCモーター：ローターから鉄心を取り除くことでコギング効果も排除され、よりスムーズな動作を実現します。この機能は、医療機器やカメラ安定化システムなど、スムーズな動作が不可欠な精密機器に非常に有効です。

熱管理

• コア付きBLDCモーター：コア付きモーターの鉄心は熱を閉じ込める可能性があり、高負荷での連続運転時に熱問題が発生する可能性があります。これらのモーターは一般的に堅牢ですが、長時間の高性能使用には追加の冷却システムが必要になる場合があります。
• コアレスBLDCモーター：コアレスモーターはオープンローター設計のため、必然的に熱を効率的に放散します。しかし、場合によってはトルク出力が低いため、高負荷のシナリオで過熱を引き起こす可能性があります。ただし、適切な設計を行うことでこのリスクを軽減できます。

コストに関する考慮事項

• コア付きBLDCモーター：コア付きモーターは、鉄などの広く入手可能な材料を使用するシンプルな構造のため、価格が手頃です。予算が限られている場合や大規模な産業用途では、このコスト効率の良さが大きなメリットとなります。
• コアレスBLDCモーター：複雑な設計と独自の材料要件のため、コアレスモーターは通常、より高価になります。しかし、特に精度、効率、コンパクトさが求められる用途では、その性能上のメリットが価格の高さを正当化することがよくあります。

データ比較

以下は、コアレスBLDCモーターとコア付きBLDCモーターの主要な性能指標の比較です。

特徴	コア付きBLDCモーター	コアレスBLDCモーター
トルク密度	高い（5–10 Nm/kg）	低い（2–5 Nm/kg）
効率	80〜90%（中速運転向き）	90〜95%（高速運転向き）
慣性	高い（急加速に制限あり）	低い（高速加速に最適）
コギング効果	低速時に顕著	最小またはほとんどなし
放熱性	高負荷時に外部冷却が必要	自然に効率よく放熱
重量	重い（産業用途に堅牢）	軽量（携帯機器に最適）
コスト	低い	高い

 

アプリケーション

コア付きブラシレスDCモーターの用途

• 産業機器：高トルク出力を誇るコアードモーターは、コンベア、ポンプ、CNC工作機械などの大型機械に最適です。
• 電気自動車（EV）：EVではトルクが推進力に不可欠であるため、コアードモーターは駆動システムに最適です。
• 家電製品：エアコン、冷蔵庫、洗濯機などの用途では、コアードモーターの信頼性とコスト効率が大きなメリットとなります。

コアレスブラシレスDCモーターの用途

• ドローンとUAV：コアレスモーターは軽量設計と高効率のため、重量が重要な要素となるドローンに最適です。
• 医療機器：コアレスモーターは、精密な動作とコンパクトなサイズのため、医療用ポンプ、義肢、手術器具などに使用されています。
• ロボット工学：ロボットアームや自律ロボットなど、高速かつ精密な動作が求められる用途では、コアレスモーターは低慣性とスムーズな動作に優れています。

どのモーターを選ぶべきですか？

コアレスBLDCモーターとコア付きBLDCモーターのどちらを選ぶべきか？適切な選択は、具体的なアプリケーション要件によって異なります。

以下の場合は、コア付きブラシレスDCモーターをお選びください。

• 特に高負荷用途では、高いトルクが求められます。
• コストは大きな懸念事項であり、予算に優しい選択肢が求められます。
• このモーターは、産業機械や自動車用途など、サイズや重量が重要ではない環境で使用されます。

以下の場合はコアレスブラシレスDCモーターを選択してください:

• 精密ロボット工学や航空宇宙用途などでは、低慣性と高応答性が求められます。
• 特に高速・長時間動作においては、エネルギー効率が最優先事項となります。
• ドローン、ポータブルデバイス、医療機器などでは、小型化と軽量化が不可欠です。

結論

ブラシレスDCモーターは、鉄心タイプと鉄心レスタイプに関わらず、それぞれ独自の利点を備え、様々な用途に使用できます。これらの違いを理解することで、お客様の特定のニーズに最適なモーターを選択でき、コアレスDCモーターメーカーは製品の性能と効率を最大限に高めることができます。