ブラシレスDC（BLDC）モーターは、その高い効率、信頼性、そして長寿命により、様々な用途に不可欠な存在となっています。BLDCモーターは物理的なブラシの代わりに電子整流を採用しているため、ブラシ付きモーターに比べて摩耗が少なくなっています。
BLDCモーターの重要な特徴はその速度であり、ドローン、産業オートメーション、電気自動車などの用途に不可欠です。
モーターの設計と構成
BLDCモーターの速度は、基本的にその設計に大きく左右されます。極数、巻線レイアウト、ローター構造など、いくつかの設計要素が速度に直接影響します。
極数
モーターの回転速度は極数によって左右されます。一般的に、極数の少ないモーターは高速で動作し、極数の多いモーターは低速でも高いトルクを発揮します。
| 極数 | 回転速度 (RPM) | トルク (Nm) |
| 2 | 10,000 | 0.5 |
| 4 | 5,000 | 1.0 |
| 6 | 3,000 | 1.5 |
| 8 | 2,000 | 2.0 |
表に示すように、極数が少ないモーターは回転速度（RPM）を高くできますが、極数が増えるにつれてトルクも増加します。
巻線構成
巻線配置もモーターの速度を決定します。BLDCモーターには通常、スター（Y）型とデルタ（Δ）型の2種類の巻線構成があります。
- スター（Y）構成は高いトルクを発生しますが、低速で動作します。
- 一方、デルタ（Δ）構成は高速で動作しますが、トルクは低くなります。
| 巻線構成 | 回転速度 (RPM) | トルク (Nm) |
| スター (Y) | 3,000 | 1.5 |
| デルタ (Δ) | 4,500 | 1.0 |
デルタ構成では、モーターはより高速で動作できますが、トルクが若干犠牲になります。
電源電圧
BLDCモーターの速度に影響を与える最も重要な要因の一つは、電源電圧です。基本的な速度方程式では、電源電圧とモーター速度は比例関係にあります。
速度（RPM）∝電圧（V）
他のすべての条件が同じであれば、電源電圧を上げるとモーターの速度も上がります。ただし、高電圧はモーターの損傷や過熱につながる可能性があるため、これには制限があります。
| 電圧 (V) | 回転速度 (RPM) | 電流 (A) |
| 12 | 3,000 | 2.5 |
| 24 | 6,000 | 3.0 |
| 36 | 9,000 | 3.5 |
| 48 | 12,000 | 4.0 |
表に示すように、電圧を2倍にすると速度もほぼ2倍になり、電圧がモーター速度の直接的な制御要因となります。
コントローラー設定と電子速度制御（ESC）
BLDCモーターは、整流と速度制御のために外付けの電子速度制御（ESC）が必要です。モーターの電圧と電流はESCによって制御され、モーター速度もESCによって制御されます。ESCには、モーター速度に影響を与えるいくつかのパラメーターがあります。
- デューティサイクル：ESCはパルス幅変調（PWM）によって供給電圧を変調し、デューティサイクルは各サイクル内で電圧が適用される時間を決定します。
- PWM周波数：PWM信号の周波数が高いほど、速度制御がスムーズになり、モーターの実効速度が向上します。
| デューティ比 (%) | 実効電圧 (V) | 回転速度 (RPM) |
| 25 | 12 | 3,000 |
| 50 | 24 | 6,000 |
| 75 | 36 | 9,000 |
| 100 | 48 | 12,000 |
デューティサイクルが増加すると、モーターに印加される実効電圧が増加し、結果としてモーター速度が上昇します。
負荷とトルク要件
BLDCモーターの速度に影響を与えるもう一つの重要な要素は、駆動する負荷です。速度と負荷の関係は反比例し、負荷が増加すると速度は低下します。
速度-トルク曲線
BLDCモーターでは、速度-トルク曲線がこれら2つの変数の関係を示しています。負荷（トルク）が増加すると、モーター速度は低下します。これは、モーターの内部抵抗とローターによって発生する逆起電力（EMF）が原因です。
| トルク (Nm) | 回転速度 (RPM) |
| 0.5 | 10,000 |
| 1.0 | 8,000 |
| 1.5 | 6,000 |
| 2.0 | 4,000 |
| 2.5 | 2,000 |
データは、トルクが増加するとモーターの速度が比例して低下することを明確に示しています。実際のアプリケーションでは、負荷条件に基づいて速度とトルクの要件のバランスをとることが重要です。
温度
BLDCモーターの動作温度も速度に影響を与える可能性があります。モーターは高温になると巻線やその他の部品の抵抗が増加するため効率が低下し、速度が低下する可能性があります。
温度と速度の関係
温度が上昇すると巻線の抵抗が増加し、電圧降下が生じて利用可能な速度が制限されます。
| 温度 (°C) | 回転速度 (RPM) | 電流 (A) |
| 25 | 10,000 | 4.0 |
| 50 | 9,000 | 4.2 |
| 75 | 8,000 | 4.5 |
| 100 | 6,000 | 4.8 |
この表は、温度上昇がモーターの速度を徐々に低下させる様子を示しています。最高の速度と効率を確保するには、適切な冷却システムを維持し、モーターの過負荷を回避することが不可欠です。
逆起電力
逆起電力（逆起電力）とは、モーターが回転する際に発生する電圧です。この起電力の大きさは、供給電圧と逆の方向を向き、モーターの速度によって決まります。モーターの回転速度が速いほど逆起電力は大きくなり、モーターを駆動するために利用できる実効電圧が低下します。
逆起電力定数KeK_eKeは、単位速度あたりに発生する電圧を表し、V/rpmで表されます。逆起電力の式は次のとおりです。
Vemf=Ke×速度（RPM）
高速アプリケーションでは、過度の電圧損失を避けるために逆起電力を最小限に抑える必要があり、逆起電力定数が低いモーターが推奨されます。
機械的制約
最後に、摩擦、ベアリングの状態、システム全体の慣性などの機械的要因もモーターの速度に影響を与える可能性があります。潤滑状態の良いベアリングと低摩擦環境は、負荷下でもモーターを高回転数に保ちます。逆に、摩耗したベアリングや高摩擦環境では、モーターの速度が大幅に低下する可能性があります。
結論
BLDCモーターの速度は、モーターの設計、電源電圧、負荷、温度、コントローラーの特性など、さまざまな要因に依存します。ブラシレスDCモーターメーカーとして、ユーザーはこれらの要因を理解することで、特定の用途におけるモーターの性能を効率的に調整・向上させることができます。