概要
回転子に永久磁石を取り付けたモータです。
ネオジウム磁石により高性能を実現し、近年では、電気自動車、エアコン、洗濯機、冷蔵庫など多くの製品に使用されています。
磁石の受け込み方法によって、次の２種類に分類されます。
SPMモータ：磁石をロータ表面に組み込む
IPMモータ：磁石をロータの鉄心内部に埋め込む
構造
回転子
永久磁石を取り付けた軸と、その周りに配置されたロータコアと呼ばれる薄い鉄板で構成されています。
固定子
回転子の周りに配置された電磁石で構成されています。
交流電源から供給される電流により、固定子に電磁場が発生し、回転子が回転します。
ベアリング
回転子と固定子の軸を支える部品です。
一般的には、摩擦を抑えるためにボールベアリングが用いられています。
動作原理
①固定子に交流電圧を印加し、固定子内に回転磁界を発生させる
②回転子に取り付けられた永久磁石の磁力と、回転磁界が相互作用する
③これにより、回転子にトルクが発生し回転する
特徴
メリット
高効率
回転子に永久磁石モータを使用するため、電力損失が少なく高効率化を実現できます。
長寿命
摩擦が少なく、メンテナンスフリーのため、長期に渡り安定した性能を維持できます。
静音
モータ内部での摩擦が少ないため、静音性に優れます
デメリット
高価
永久磁石モータにはレアアースが用いられています。レアアースは、採掘や加工に高度な技術が必要であり、生産コストが高くなります。
そのため、永久磁石モータ自体のコスト増の要因になります。
磁石の形状や磁力の配置を最適化することで、レアアースの使用量を減少させつつ、同等の出力を得られるように設計することができます。
回転数の調整が困難
永久磁石モーターは、回転子に永久磁石が取り付けられているため、磁力の強弱を制御することで回転数を調整することができません。
そのため、回転数を調整する場合には、制御回路を用いたPWM制御などが必要となり、回路設計が複雑になります。
永久磁石の劣化
永久磁石は、使用時間や温度の変化によって、磁力が劣化することがあります。
磁力が劣化すると、モーターの出力が低下するため、寿命が短くなる可能性があります。
モーターに冷却ファンを設置したり、過熱防止機能を備えた制御装置を使用することにより、劣化を防ぐことが出来ます。
用途
永久磁石モータは数多くの分野で使用されています。ここでは、一例を示します。
自動車
ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両において、永久磁石モーターが主に使用されています。
モーターの小型化・軽量化が求められる自動車業界では、高出力で効率の良い永久磁石モーターが欠かせない要素となっています。
家電製品
家庭用の電気掃除機や冷蔵庫、洗濯機、エアコンなどの家電製品にも、永久磁石モーターが使用されています。
特に、省エネルギーを実現するために、モーターの高効率化が求められる場合には、永久磁石モーターが有効です。
工業用機械
工業用機械にも、永久磁石モーターが使用されています。
例えば、プリンター、製造ラインのコンベア、ポンプなどが挙げられます。
工業用機械の場合にも、高効率で高出力なモーターが求められるため、永久磁石モーターが選択されます。
電動工具
電動ドリル、電動ドライバー、電動グラインダーなどの電動工具にも、永久磁石モーターが使用されています。
高出力かつコンパクトなモーターが必要であり、高効率な制御が求められます。
参考資料
