世界の電力消費量の半分近くはモーターで消費されており、モーターの高効率化は世界のエネルギー問題を解決する最も有効な手段と言われています。
一般的には磁界中を流れる電流によって生じる力が回転運動に変換されることを指しますが、広義には直線運動も含みます。モーターによって駆動される電源の種類に応じて、DCモーターとACモーターに分類できます。モーターの回転原理により大きく以下に分類されます。(特殊モーターを除く)
AC AC モーター ブラシ付きモーター: 広く使用されているブラシ付きモーターは、一般に DC モーターと呼ばれます。「ブラシ」（固定子側）と「整流子」（電機子側）と呼ばれる電極を順次接触させて電流を切り替えることで回転動作を行います。ブラシレス DC モーター: ブラシや整流子を必要とせず、トランジスタなどのスイッチング機能を使用して電流を切り替えて回転します。ステッピングモーター：このモーターはパルス電力に同期して動作するため、パルスモーターとも呼ばれます。正確な位置決め運転を簡単に実現できるのが特徴です。非同期モーター: 交流によりステーターが回転磁界を生成し、これによりローターが誘導電流を生成し、その相互作用の下で回転します。AC（交流）モーター 同期モーター：交流により回転磁界を作り、磁極のあるローターが吸引力により回転します。回転速度は電源周波数と同期します。
電流、磁界、力について まず、以下のモータ原理の説明を容易にするために、電流、磁界、力に関する基本法則を復習しましょう。懐かしさはありますが、磁気コンポーネントを頻繁に使用しないと、この知識を忘れがちです。
モーターはどのように回転するのでしょうか？1) モーターは磁石と磁力の助けを借りて回転します。回転軸の付いた永久磁石の周りで、①磁石を回転させ（回転磁界を発生させる）、②N極とS極の異なる極が引き合い、同レベルで反発する原理により、③磁石を回転させます。回転軸が回転します。
ワイヤーに電流が流れるとその周りに回転磁界（磁力）が発生し、磁石が回転するのですが、これと実は同じ動作状態になります。
また、線材をコイル状に巻くと磁力が合成されて大きな磁束（磁束）が形成され、N極とS極が生じます。また、コイル状の導体に鉄心を挿入することで磁力線が通りやすくなり、より強い磁力を発生させることができます。2) 実際の回転モータ ここでは、回転電機の具体的な作り方として、三相交流とコイルを用いて回転磁界を作る方法を紹介します。（三相交流とは、相間隔120の交流信号です。） 鉄心に巻かれたコイルを3相に分け、U相コイル、V相コイル、W相コイルが120間隔で配置されています。 120. 高電圧のコイルは N 極を生成し、低電圧のコイルは S 極を生成します。各相は正弦波状に変化するため、各コイルが発生する極性（N極、S極）や磁界（磁力）が変化します。このとき、N極を発生させるコイルに注目して、U相コイル→V相コイル→W相コイル→U相コイルの順に変えて回転させるだけです。小型モータの構造 ステッピングモータ、ブラシ付きDCモータ、ブラシレスDCモータの一般的な構造と比較を下図に示します。これらのモーターの基本コンポーネントは主にコイル、磁石、ローターです。また、タイプの違いによりコイル固定式とマグネット固定式に分かれます。
ここで、ブラシ付きDCモーターのマグネットは外側に固定されており、内側でコイルが回転します。ブラシと整流子は、コイルに電力を供給し、電流の方向を変更する役割を果たします。ここで、ブラシレスモーターのコイルは外側に固定されており、内側で磁石が回転します。モーターの種類が異なるため、基本的な部品は同じでも構造が異なります。パートごとに詳しく解説していきます。ブラシ付きモーター ブラシ付きモーターの構造 以下はモデルでよく使われるブラシ付き DC モーターの外観と、一般的な 2 極 (磁石 2 個) 3 スロット (コイル 3 個) モーターの分解概略図です。モーターを分解して磁石を取り出した経験がある人も多いのではないでしょうか。ブラシ付き DC モーターの永久磁石が固定されており、ブラシ付き DC モーターのコイルが内側の中心を中心に回転できることがわかります。固定側を「ステーター」、回転側を「ローター」と呼びます。
ブラシモーターの回転原理 ①初期状態から反時計回りに回転します。 コイルAが上で電源とブラシが接続されており、左側を(+)、右側を(-)とします。左側のブラシから整流子を通ってコイルAに大電流が流れます。コイルAの上部（外側）がS極になる構造です。コイルAの電流の1/2が左側のブラシからコイルBとコイルCにコイルAとは逆方向に流れるため、コイルBとコイルCの外側は弱いN極になります（図中の少し小さい文字で示しています）。形）。これらのコイルに発生する磁場と磁石の反発力と吸引力により、コイルは反時計回りに回転します。②さらに反時計回りに回転させます。次に、コイルＡが反時計回りに３０度回転した状態で、右側のブラシが２つの整流子に接触しているとする。コイルAの電流は左のブラシから右のブラシに流れ続け、コイルの外側はS極を保ちます。コイルBにはコイルAと同じ電流が流れ、コイルBの外側がより強いN極になります。コイルCの両端はブラシで短絡されているため電流は流れず、磁界は発生しません。この場合でも反時計回りの力が加わります。③から④まで、上のコイルは左に動く力を受け続け、下のコイルは右に動く力を受け続け、反時計回りに回転し続けます。コイルが30度ごとに③と④に回転すると、コイルが中心水平軸より上にあるとき、コイルの外側はS極になります。コイルが下にある場合はN極となり、この動作を繰り返します。つまり、上のコイルには左に動く力が繰り返し、下のコイルには右に動く力が繰り返し加わります（いずれも反時計回り）。これにより、ローターは常に反時計回りに回転します。電源を反対側の左ブラシ（－）と右ブラシ（＋）に接続すると、コイル内に逆方向の磁界が発生しますので、コイルにかかる力の方向も逆になり、時計回りに回転します。 。さらに、電源が切断されると、ブラシモーターのローターは回転を維持するための磁界が存在しないため回転を停止します。三相全波ブラシレスモーター 三相全波ブラシレスモーターの外観と構造
三相全波ブラシレスモーターの内部構造図とコイル結線の等価回路 次に、内部構造の模式図とコイル結線の等価回路図です。内部構造図は2極(磁石2個)3スロット(コイル3個)モータの簡易的な例です。極数、スロット数が同じブラシモーターの構造に似ていますが、コイル側が固定されており、磁石が回転します。もちろんブラシはありません。この場合、コイルはY結線方式を採用しており、コイルへの電流供給には半導体素子を使用し、回転する磁石の位置に応じて電流の流入と流出を制御します。この例では、ホール素子を使用して磁石の位置を検出します。ホール素子はコイル間に配置され、磁界の強さに応じて発生する電圧を検出し、位置情報として利用します。先ほどのFDDスピンドルモーターの画像では、位置を検出するためにコイルとの間にホール素子（コイルの上）があることもわかります。ホール素子はよく知られた磁気センサーです。磁界の大きさは電圧の大きさに変換でき、磁界の方向は正負で表すことができます。
三相全波ブラシレスモーターの回転原理 次に、ブラシレスモーターの回転原理を①～⑥の手順に沿って説明します。ここでは理解を容易にするために、永久磁石を円形から長方形に簡略化して示しています。①三相コイルにおいて、コイル1を時計の12時方向、コイル2を時計の4時方向、コイル3を8時方向に固定します。時計の時の方向。2極永久磁石のN極を左側、S極を右側にすると回転できます。コイル１に電流Ｉｏが流れ、コイルの外側にＳ極磁界が発生する。コイル2とコイル3からIo/2の電流が流れ、コイルの外側にN極の磁界が発生します。コイル2とコイル3の磁界をベクトル合成すると、1つのコイルに電流Ioを流したときに発生する磁界の0.5倍の大きさのN極の磁界が下向きに発生し、これに磁界を加えると、コイル1の磁界は1.5倍になります。これにより、永久磁石に対して 90 度の角度をもつ複合磁場が生成されるため、最大トルクが発生し、永久磁石が時計回りに回転します。回転位置に応じてコイル２の電流を減らし、コイル３の電流を増やすと、合成磁界も時計回りに回転し、永久磁石も回転し続ける。② 30度回転すると、コイル1に電流Ioが流れ、コイル2の電流はゼロとなり、コイル3から電流Ioが流れ出します。コイル1の外側はS極となり、コイル３の外側がＮ極となる。ベクトルを合成すると、コイルに電流Ioを流したときに発生する磁界の√3(≒1.72)倍が発生します。これにより、永久磁石の磁場に対して 90 度の角度で合成磁場が生成され、時計回りに回転します。回転位置に応じてコイル1の流入電流Ioが減少し、コイル2の流入電流がゼロから増加し、コイル3の流出電流がIoまで増加すると、合成磁界も時計回りに回転します。そして永久磁石は回転し続けます。各相電流が正弦波であると仮定すると、ここでの電流値は io×sin (π 3) = io× √ 32 となります。磁界をベクトル合成すると、合計磁界は (√ 32) 2× 2 = 1.5 倍になります。コイルによって発生する磁界。※。各相電流が正弦波の場合、永久磁石がどこに配置されていても、ベクトル合成磁界の大きさはコイルが発生する磁界の1.5倍となり、磁界はコイルに対して90度の角度を形成します。永久磁石の磁場。③ 30度回転し続けた状態で、コイル1に電流Io/2が流れ、コイル2に電流Io/2が流れ、コイル3から電流Ioが流れます。コイル1の外側がS極になります。 、コイル２の外側がＳ極となり、コイル３の外側がＮ極となる。ベクトルを合成すると、発生する磁界はコイルに電流Ioを流した場合の1.5倍となります(同①)。このとき、永久磁石の磁場に対して90度の角度を持った合成磁場も発生し、時計回りに回転します。④～⑥ ①～③と同様に回転させます。このように、永久磁石の位置に応じてコイルに流す電流を連続的に切り替えると、永久磁石は一定方向に回転します。同様に、電流が逆方向に流れ、合成磁場が逆転すると、合成磁場は反時計回りに回転します。下図は①～⑥の各ステップにおける各コイルの電流を示しています。上記の導入により、電流変化と回転の関係を理解できるはずです。ステップモーター ステッピングモーターは、パルス信号によって回転角度と速度を同期かつ正確に制御できるモーターの一種です。ステッピングモーターは「パルスモーター」とも呼ばれます。ステッピングモーターは、位置センサーを使用せず、オープンループ制御のみで正確な位置決めを実現できるため、位置決めが必要な機器に広く使用されています。ステッピングモータ（二相バイポーラ）の構造 外観例では、HB（ハイブリッド）ステッピングモータとPM（永久磁石）ステッピングモータの外観例を示しています。中段の構造図にはHBとPMの構造も示しています。ステッピングモーターは、固定されたコイルと回転する永久磁石を備えた構造です。右のステッピングモーターの内部構造の概念図は、2相（2グループ）のコイルを使用したPMモーターの例です。ステッピングモーターの基本構造例では、外側にコイル、内側に永久磁石が配置されています。コイルは2相のほか、3相、5等相など多くの種類があります。ステッピングモータには他にも異なる構造のものがありますが、ここでは動作原理を紹介するためにステッピングモータの基本構造を示します。この記事を通して、ステッピングモーターは基本的にコイルを固定して永久磁石を回転させる構造を採用していることを理解していただければと思います。ステッピングモーターの基本動作原理（単相励磁） ステッピングモーターの基本動作原理を紹介します。① コイル 1 の左側から電流が流れ込み、コイル 1 の右側から電流が流れます。コイル 2 には電流を流さないでください。このとき、左側のコイル 1 の内側が N になり、左側のコイル 1 の内側が N になります。右側のコイル1はSになります。 そのため、真ん中の永久磁石はコイル1の磁界に引き寄せられ、左側がS、右側がNの状態で止まります。 ②コイル1の電流を止め、コイル2の上側から電流が流れ込み、コイル2の下側から電流が流れ出るようにします。上コイル2の内側がN、下コイル2の内側がSになります。 永久磁石磁場に引き寄せられ、時計回りに 90 度回転を停止します。③ コイル２の電流を止めると、コイル１の右側から電流が流れ込み、コイル１の左側から電流が流れ出します。左のコイル１の内側はＳ、右のコイル１の内側はＳになります。永久磁石は磁界に引き寄せられ、時計回りにさらに90度回転して止まります。④ コイル 1 の電流を止め、コイル 2 の下側から電流が流れ込み、コイル 2 の上側から電流が流れ出すようにします。上側のコイル 2 の内側は S となり、コイル 2 の内側は S になります。下のコイル2がNになります。永久磁石はその磁界に引き寄せられ、時計回りにさらに90度回転して停止します。電子回路によりコイルに流す電流を上記①→④の順に切り替えることでステッピングモーターを回転させることができます。この例では、スイッチ操作ごとにステッピングモーターが 90 度回転します。また、あるコイルに電流を流し続けると停止状態を維持し、ステッピングモーターに保持トルクを持たせることができます。ちなみに、コイルに流す電流を逆にするとステッピングモーターを逆方向に回転させることができます。
