PMモーターの種類

PMモーターは、SPMモーターとIPMモーターに大分されます。

1. SPMモーター

SPMモーターは、永久磁石をローターの表面に設置した製品です。SPMは「Surface Permanent Magnet」の略で、表面磁石型同期モーターとも呼ばれます。

防水ステッピングモーター

特徴として、有効磁束量が大きくトルクリプルが小さいことが挙げられます。そのため、高性能サーボ用途には活用できますが、磁石の脱落懸念などにより高速な回転には不適です。この課題に対応するために、超磁力分布を改善することで、コギングトルクを低減させます。

ステッピングモーター高精度遊星ギアボックス

2. IPMモーター

IPMモーターは、永久磁石をローター内部に埋め込んだ製品です。IPMは「Interior Permanent Magnet」の略で、埋込磁石型同期モーターとも呼ばれます。

特徴として、高速回転に適応で切ることが挙げられます。磁石の形や配置の自由度が大きいため、設計段階で最高回転数を柔軟にコントロールすることが可能です。最近では、HVやEVのモータに使用されており、冷蔵庫やエアコンにも応用されています。

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ブラシレスモーターとは

ブラシレスモーターは、整流子やブラシなどの機械的な接触部を取り除いたモーターです。整流子の代わりを電子回路が行うことで、整流子とブラシを無くしています。直流モーターは、ステータの巻き線回路の磁力によって、永久磁石のロータを駆動します。電流の切り替えを、センサと半導体スイッチによって行い、回転させます。

電流とトルク、及び電圧と回転速度が比例するという点でDCモーターの性格を持ち、構造はACモーターという双方の優れた点を取り入れています。小型で高出力・高効率・長寿命の特性を持ち、火花やノイズの発生もなく、コンピュータから家電まで幅広い用途で活用されています。

ステッピングモーター平行軸ギアボックス

ブラシレスモーターの使用用途

ブラシレスモーターはDCモーターの特性を持ち、高効率で長寿命・低騒音の特徴があります。家電製品・電子機器・自動車等、幅広く使われています。家電製品では、エアコン・食洗器・洗濯機・冷蔵庫・扇風機・掃除機などのファンモーターや駆動モーターに使われます。インバーター制御のエアコンや冷蔵庫のコンプレッサには最適です。

一体型イージーサーボモータ

業務用電子機器では、レーザープリンターの紙送り・ドローンのプロペラ駆動やジンバル制御・ハードディスクや光ディスクの、および工具のドリル・ドライバー・のこぎりの駆動など広範囲に使用されます。また、自動販売機・金融端末・券売機、および複写機・給湯器・冷凍冷蔵ショーケースなどにも使われます。

また、自動車分野での採用が急速に増えています。電動パワーステアリング・ドアロック・ヘッドライト光軸調整・ドア開閉などの駆動モーター・電気自動車のエアコンコンプレッサー・電気自動車用トラクションモーターなどへ用途が拡大しています。

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ステッピングモーターのドライバー

ステッピングモーターを動かすためにはドライバーと呼ばれる制御装置が必要です。ドライバーはステッピングモーターに流す電流電圧を制御して、回転速度、回転量などをコントロールすることができます。

ドライバーには定電流駆動方式と低電圧駆動方式がありますが、高速でのトルク特性が優れている定電流方式が採用される場合が多いです。一般的には、ドライバーに上位制御機器より回転速度、回転量の指示値としてパルス列を入力し、入力されたパルス列に従ってモーターを指示速度で指示量回転させます。

PM型リニアステッピングモータ

ドライバーにはマイクロステップと呼ばれる機能を搭載しているものがあります。ステッピングモーターは基本ステップ角を最小回転角度として回転しますが、マイクロステップ機能を持つドライバーは、各コイルに流す電流を調整し、基本ステップ角を電気的に細分化し、回転の分解能を上げることができます。

ブラシレスDCモータ

また、振動、騒音を低減させる効果や、ステップ角ごとのオーバーシュートの低減、起動停止時の衝撃緩和の効果もあります。マイクロステップ機能の分解能は、多いものだと1/250程度まであり、使用用途によって、ディップスイッチなどで選択することができます。

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DCモーターのデメリットは？

ブラシのあるDCモーターは、ブラシが原因となるデメリットが幾つかあります。

まず、ブラシと整流子が消耗するために、製品寿命が短くなってしまいます。ブラシなどを交換すれば継続して使うこともできますが、メンテナンスを必要とするため、手間も費用も掛かってしまいます。このことを考慮して製品寿命が来た時には、メンテナンスをするのか、新しいものを購入するのかを決めなくてはなりません。DCモーターを使っている製品は比較的安価なものも多いので、どちらがコスト的に有利になるかを検討する余地もあるでしょう。

中空ステッピングモータ

さらに、ブラシから騒音が発生する可能性もあります。機械的な接触のある箇所なので、ある程度の音が出るのはやむを得ませんが、使用し続けている間にブラシなどの磨耗により、大きな騒音となる場合もあります。気になるような大きな音が出るようになったら、メンテナンスや交換をしなくてはなりません。

クローズドループステッピングモーター

他にも、ブラシが原因となって電気ノイズや粉塵が発生することもあります。このような問題は、DCモーターを搭載している機器だけではなく、周囲にも影響が及ぶため、事前に十分仕様を確認しておく必要があります。

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ロボット三原則とフレーム問題

ロボット三原則は人とロボットの安全な共存生活のためにはなくてはならないものですが、一方で、実際にこの三原則に従うロボットを開発しようとすると、いわゆる「フレーム問題」を引き起こすと言われています。

フレーム問題とはもともと人工知能の領域において指摘されている問題です。

バイポーラステッピングモータ

我々人間には現実社会に存在する取り巻く無数の要素の中から、「今、この瞬間の行動に関係のある事柄」だけを選び、その他の要素を意図的に無視する（つまり、必要なことだけを枠＝フレームで囲んで、その範囲内で判断する）ということを、あたりまえに行っています。

しかし、人工知能（以下、AI）やロボットにこのような力を持たせるのは、非常に難しいのです。

一体型イージーサーボモータ

このため、有限の処理能力しか持たないAIやロボットは、現実世界の無限の選択肢を人間のように「うまくさばく」ことができません。

つまり、ロボット工学の三原則を守るためにあらゆる可能性を検討しようとすると、実在するコンピュータでは計算能力が追いつかず、コンピュータでいう「フリーズ」のような状況に陥ってしまうのです。

アシモフの小説の中にも、ロボット工学の三原則に矛盾する困難な問いを投げかけられた結果、コイルが焼き切れて壊れてしまうロボットの話が登場します。

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