【モーターの基礎】DCモーターとは？基礎からメンテナンス方法までご紹介！

DCモーターは、直流電源を動力源として回転するモーターで、おもちゃや家電製品、電動工具など、私たちの身の回りで幅広く使われています。

近年注目されている電気自動車やハイブリッドカーにおいても、DCモーターは重要な役割を担っています。

これらの自動車では、DCモーターがエンジンの代わりにタイヤを回転させる動力源として使われており、環境に優しく静かな走行を実現しています。

DCモーターは小型で高効率、そして制御がしやすいという特徴から、様々な用途で活躍しているのです。

本コラムではDCモーターの基礎からACモーターとの違いまでご紹介いたします。

DCモーターの原理

DCモーターは、直流電源により回転するモーターです。主に以下の部品から構成されています。

・ステーター（固定子）

永久磁石または電磁石で、磁界を発生させます。

永久磁石は、常に磁力を発生している磁石です。電磁石は、コイルに電流を流すことで磁力を発生させることができます。

・ローター（回転子）

コイルを巻いた回転子で、磁界から力を受けて回転します。

コイルに電流を流すと、磁界との相互作用によって回転力が発生します。

・ブラシ

整流子に接触し、ローターに電流を供給します。ブラシは、カーボンや金属などの導電性材料で作られています。

・整流子

ブラシと接触することで、ローターに流れる電流の向きを切り替えます。

これにより、ローターが常に同じ方向に回転し続けることができます。

DCモーターは、ステーターの磁界の中の巻き線に、ブラシと整流子を通して電流が流れることで、フレミングの法則に従って、

電磁力が働きます。この電磁力によって、ローターが回転します。

また整流子によって電流の向きが切り替わることで、ローターが同じ方向に回転し続けることができます。

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DCモーターのメリット

制御が容易

回転速度やトルクの制御が容易です。電圧を変えることで回転速度を、電流を変えることでトルクを制御することができます。

始動トルクが大きい

停止状態から大きなトルクを発生させることができます。そのため、重いものを動かす必要がある場合に適しています。

また低電圧でも動作することが可能です。

応答性が高い

入力信号に対する応答性が速いです。そのため、素早く動作させる必要がある場合に適しています。

DCモーターのデメリット

ブラシの摩耗

ブラシ付きDCモーターの場合、ブラシとコミュテーターが摩耗するため、定期的なメンテナンスが必要です。

摩耗したブラシを交換しないと、モーターの性能が低下したり、故障の原因となったりする可能性があります。

比較的価格が高い

ACモーターに比べて価格が高い傾向があります。

特に、ブラシレスDCモーターは、電子回路が必要となるため、ブラシ付きDCモーターよりも高価になります。

電磁ノイズ

ブラシとコミュテーターの接触により、電磁ノイズが発生することがあります。

このノイズは、他の電子機器に影響を与える可能性があります。

ACモーターとDCモーターの違い

ACモーターとDCモーターの主な違いは次の通りです。

DCモーターは電圧によって回転速度を制御するため、制御が比較的しやすく、使い勝手が良いのが特徴です。

また、起電力が高いため、小型装置や、軽量装置に向いています。

ただし、ブラシ付き構造のため、メンテナンスはACモーターより複雑で、ノイズの発生や回転速度にムラが出やすいです。

一方、ACモーターは周波数によって、一定の回転速度に制御するため、耐久性のある装置に向いていますが、速度制御は難しいです。

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DCモーターのメンテナンス方法

DCモーターを長く安全に使うためには、適切なメンテナンスが必要です。

ブラシの交換

ブラシ付きDCモーターの場合、ブラシが摩耗したら交換する必要があります。

ブラシの交換時期は、使用頻度や環境によって異なりますが、一般的には数千時間ごとが目安となります。

整流子の清掃

整流子に汚れが付着している場合は、清掃する必要があります。

汚れが付着したまま使用を続けると、モーターの性能が低下したり、故障の原因となったりする可能性があります。

ベアリングの注油

ベアリングに定期的に注油することで、摩耗を防ぎ、長寿命化を図ることができます。

注油する際は、指定された種類の潤滑油を使用する必要があります。

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