ブラシレス DC モーター

「回るもの，動くもの」
私たちの生活を支える
小型モーター
パソコンやハードディスクレコーダーの中には，1 分間に 5000 回転から 1 万回転以上もの超高速で回転する小型で精密なブラシレス DC モーターが入っています。今，このブラシレス DC モーターの技術が，小型から大型まで私たちの生活を支えるさまざまなモーターの技術を，大きく発展させようとしています。

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Let’s Research
身の回りで使われているモーターの種 類を調べてみよう。

身近なところで使われているモーター
家庭にあるモーターといえば，扇風機や換気扇がまず思いつきます。冷蔵庫やエアコンのコンプレッサー（ガスを圧縮するポンプ），パソコンやテレビの冷却ファン，ハードディスクレコーダーに内蔵されたハードディスクや CD ／ DVD ／ブルーレイなどのプレイヤーも，モーターでディスクを回転しています。携帯電話には，着信を知らせるバイブレーション用として直径数 mm の小さなモーターが入っています。
自動車にも，たくさんのモーターが使われています。窓を上げ下げするパワーウィンドウやワイパー，ハンドルを回す力を軽くしてくれるパワーステアリング，エンジンのオイルや冷却水を送るポンプ，高級車ではシートの位置を調整するモーターなど，１台の自動車には百数十個ものモーターが使われています。

身近なところではたらくモーター

モーターのいろいろモーター（電気モーター）は，電流によって発生する磁力と磁石（永久磁石または電磁石）を使って，回転運動をつくり出しています。使用する電流や磁石の種類，磁力を切り替える方式などによって，いろいろな種類があります。

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DC モーターの原理
ロータには巻いたコイルがあり，ブラシと整流子を通して電気が流れると周囲の磁石に引きつけられて回 転する。 ある角度になるとブラシによって電気の流れる方向が 変わり， 次の 磁 石に引きつけられて回転し続ける。 ロータがどの 位置にあっても，時計方向に回転する。

DC モーター（直流モーター）
DC モーターは，乾電池のような直流電流で動くモーターです。模型やおもちゃ，自動車の部品，冷却ファンなどで多く使われています。
DC モーターは，電圧を変えることで回転速度が変わります。ただし，負荷（モーターがものを回そうとするのに抵抗する

AC モーター（交流整流子モーター）の原理力）によって回転数が変わってしまうこと
Sと，電流の向きを切り替えるためのブラシ（1）N

SNまう欠点があります。

Nという部品がまさつによってすり減ってしAC モーター（交流モーター）
AC モーターは，家庭のコンセントのよ電流の向きが逆になるので, 同じ方向に回転する

うな交流電源で動きます。扇風機や換気扇といった，家庭で使用するモーターで使Nわれています。
（2）

S

N
S

向きが切り替わるので，DC モーターのよS

交流は一定の周期（周波数）で電流のうなブラシを必要としません。また，回転数は交流の周波数で決まるため，周波数が安定していれば回転数が安定します。
回転数を変えられない点や，動きはじめSるときに電気を多く使う欠点がありますSN
Nみ込むことで欠点を解消しています。

（3）

Nが，インバータと呼ばれる電気回路を組
最近のエアコンや冷蔵庫，さらには電車などにもインバータを搭載することで運転速度を変えて電気の消費量を少なくするようになっています。

2 組の電磁石の中央にロータを置き，電磁石に交流を流すと，電流の向きによって磁界が反転して回転し続ける。

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ステッピングモーターの原理

SN

N

SS N

S N

NN S

SN S

N

S

（1）

（2）

（3）

（4）

周囲の磁石に引き つ けら れて，１つのパルスごとに１ステップずつ回転する。

ステッピングモーター
回転する角度が信号のパルス（波）によってステップ状に変化するので，ステッピングモーター（パルスモーター）と呼ばれます。１つのパルスで回転する角度があらかじめ決まっているので，プリンターの紙送りなど，正確な動作が必要な用途で使われています。

Let’s Research

小型モーターのトップメーカー

ほかの種類のモーターについて調べてみよう。

精密な小型モーターのトップメーカーである日本電産は，2014 年に「中央モーター基礎技術研究所」を幸区新川崎に開設しました。同社が製造するハード

ハードディスクに使われているブラシレ
ス DC モーター

回転しないモーター

コラム

モーターは電気エネルギーを運動エネルギーに変換

電磁石と磁石が引き合う／反発する力で車両を前に進する機械ですが，回転だけが運動ではありません。リめます。回転はしなくても，その原理は回転するモーター

ニア中央 新 幹 線で 注目されているリニアモーターは，と同じです。

SN

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N
S

S
NN
S

S
NN
S

S
N

S

リニアモーターのしくみディスク用のモーターは，実に全世界のハードディスクの 80％に使われています。また，CD や DVD，ブルーレイディスクなどの光ディスク用のモーターでも75％，携帯電話やスマートフォン用の振動モーターでは 40％に，同社が製造したモーターが搭載されています。

小型で高性能なブラシレス DC モーターハードディスクは，高速で回転する金属のディスク（円盤）に磁気を使ってデータを記録します。データを書き込んだり読み出したりする速度を高くするため，毎分 5000 回転から1 万回転以上という高速で回転しています。また，正確にデータを書き込み／読み出すには回転数は正確で安定していなくてはなりませブラシレス DC モーターの構造

永久磁石ロータ

電磁石（コイル）
ロータの 位 置を検 出するための回路
ロータには永久磁石があり，その周囲にあるコイルの電流を電子回路で切り替えることで回転させる。
出典：「最新小型モータのすべてがわかる」（技術評論社）
DC モーターとブラシレス DC モーターの違い■ブラシレスDCモーター■DCモーター

永久磁石電磁石（コイル）ロータ

ブラシつきのDCモーターは電磁石が回転するが, ブラシレスDCモーターは永久磁石が回転する。

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自動車に広がるブラシレス DC モーターの用途

電動アクティブスタビライザー用モーター

電動パワーステアリング用モーター

ハッチ自動開閉用モーター

電動オイルポンプ用モーター

ドアロック用モーター

ヘッドライト光軸駆動用モーター

ドア開閉用モーター

シート冷却用FANモーター

電動パーキングブレーキ用モーターん。このような用途に適しているのが，ブラシレス DC モーターです。
ふつうの DC モーターの場合は，磁石が固定されていて，コイルが回転しています。それに対してブラシレス DC モーターは，コイルが固定されていて，磁石が回転する構造になっています。そのため，電流を切り替えるブラシを使わないのが最大の特徴です。まさつですり減るブラシをなくしたことで耐久性が上がり，音も静かになりました。また，ブラシの代わりに電子回路を使って電流の向きを切り替えることで，電圧によって回転数が決まるふつうの DC モーターよりも正確で精密な動作が可能になります。
ブラシレス DC モーターは，ハードディスク以外にも，工場の機械や電気自動車，ハイブリッド自動車などでも使われています。

Let’s Research
レアアースが何に使われているのか 調 べてみよう。

中・大型モーターへの挑戦
これまで小型モーターを中心に手掛けてきた日本電産は今，電気自動車の動力やさまざまな車載用モーターなどに使用する中・大型モーターとして，SR（Switched Reluctance）モーターの研究と開発に取り組んでいます。
きど るい

SR モーターは永久磁石を使用しないため，レアアース（希土類）を必要としないことで注目を集めています。構造がシンプルで壊れにくく，低速から高速まで速度の範囲が広いので，電気自動車やハイブリッド自動車用の動力に適しています。アメリカでは建築機械や大型のポンプ，農業機械にも使われています。
一方で，強い磁気のために振動と騒音がやや大きい欠点もあり，その克服のための研究が行われています。この研究が進めば，SR モーターは洗濯機や掃除機など家庭用機器にも応用できることが期待されています。

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永久磁石を使用しない SR モーター
SR モーターの構造は簡単だが，その制御には高度な技術が必要になる。
SR モーターのロータ

コラム

世界選手権で優勝したラジコングライダー用モーター

日本電 産は，小型軽 量で出力の大きいモーター への技術的な挑戦として，ラジコングライダー選手権用のモーターを試作したことがあります。
「F5B」と呼ばれるラジコングライダー競技は世界のラジコン飛行機競技の最高峰で，小さなモーターと限られた電力の電 池で滑空時間や速 度を競います。その速 度は時 速200km（垂直上昇時）にもなります。
機 体 は 全 長 1.5m，両 翼 端 長 2m，重 さ 1.5kg と小 さく， 搭 載 さ れ た モ ー ター は 直 径 3.9cm， 長さ11cm で重さはわずか 300g ながら，最高 1 分間に8 万 4000 回転という高 速で回転します。その出力は小型オートバイのエンジンとほぼ同じで，重量あたりの出力は F1 のエンジンよりも大きくなります。
このプロジェクトは 2005 年にスタートし，2007年には日本選 手 権に初 参戦で 優 勝，2010 年には世界選手権で優勝しました。これらから得られた技術と経験が，同社のモーターの基礎研究にいかされているのです。

大会で使われたグライダーと世界一を獲得した F5B モーター

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日本電産株式会社 中央モーター基礎技術研究所
場所：〒 212-0032

川崎市幸区新川崎 2-8

http://www.nidec.com/ja-jp

問い合わせ先：044-381-1111（代表）

Keywords
次のキーワードを組み合わせて，インターネットの検索エンジンで調べてみよう。
磁界／ローレンツ力／フレミング左手の法則／直流モーター／交流モーター／
リニアモーター／ブラシレスモーター／整流子／電磁誘導／発電機

インタビュー

子どもの頃からの夢をかなえてインタビュー

おもちゃで学んだ機械やモーターのしくみ

子どもの頃から車が好きで，機械方面の仕事をし今まで 35 年間，いろいろなモーターを開発してたいと思っていたのですが，縁がなく自動車メーカーきました。前の会社では，新幹線のモーターやスカには入れませんでした。それが今，電気自動車やハイツリーのエレベータ用モーターなど，産業用の大イブリッド自動車用のモーターを研究することになっきなモーターを手がけてきました。小さなモーターて，いつの間にか夢がかなったわけです。いつかはには，大きなモーターとは違った設計・製造の課題

車本体をつくってみたいと，次の夢が広がっています。

や困難な問題があって研究のしがいがあります。

これまで自動車の心臓はエンジンでしたが，これ私は小学生のころに模型のレーシングカーに夢中

からの電気自動車ではモーターが心臓です。人が乗になりました。ラジコンのような実際に走ったり飛んる飛行機にも，電池とモーターで飛ぶものがありまだりするおもちゃは，最近少なくなりましたが，こうす。自動車や飛行機をつくいった機械やモーターを自るというのは十 分 達 成 で分で分解し，しくみや原理きる夢と言えるでしょう。

がわかる遊びを経験しておくと，学校の勉強に結びつくと思います。

日本電産株式会社
中央モーター基礎技術研究所
研究第 2 部上級研究員
山田 陽介さん36

日本電産株式会社
中央モーター基礎技術研究所
研究第 1 部長
野田 伸一さん