ブラシ付きモーターとブラシレスモーター: すべての OEM がモーターを選択する際に知っておくべき主な違い

ブラシ付きモーターとブラシレスモーター: 製品の寿命を決める選択

家電設計者と OEM バイヤーがブラシ付き DC、ブラシレス DC、およびコンデンサ駆動 AC 誘導モーターのいずれかを決定するための実用的な比較。

冷却ファン モーターが約 2,000 時間後に故障すると、分解結果から通常、摩耗したカーボン ブラシ、黒い粉で覆われた整流子、わずかなオゾン臭がわかります。モーターは壊れませんでした。ブラシをかけられたデザインの自然な終わりに達しました。これがブラシ付きモーターとブラシレス モーターの本当の違いです。一方は物理的接触によって制限されますが、もう一方は制限されません。製品が何年も未開封で動作することが予想される場合は、ブラシレスを選択する方が安全です。家電製品が安価で、動作時間が短く、修理せずに廃棄する場合には、ブラシ付きモーターがまだ使用できます。

ブラシ付きモーターとブラシレスモーターの内部の実際の違い

ブラシ付きモーターは、シャフト上のセグメント化された整流子を押し付けるカーボン ブラシを通じて電流を駆動します。ローターが回転するたびに、ブラシが電流を次のコイルに切り替えてトルクを生み出します。滑り接触により、摩擦、電気スパーク、炭素粉塵、および可聴ノイズが発生します。

ブラシレス モーターは、この機械式スイッチを電子コントローラーに置き換えます。ローターには永久磁石が搭載されており、ステーター巻線は順番に通電されます。磨耗する接点や、電磁ノイズを発生する火花がありません。多くの家庭用電化製品も、単相コンデンサ駆動 AC 誘導モーターを使用しています。これは、ブラシ付き DC でもブラシレス DC でもありませんが、ブラシがないという同じ利点を共有しています。

そのため、最近の冷却ファン、ヒーター、レンジフードではカーボンブラシがほとんど見られません。日常的にモーターを扱っていないエンジニアの場合は、一般的なデータシートの用語を簡単に復習しておくと役に立ちます。 モーターの基本知識ガイド この記事で使用されている用語を説明します。

効率、発熱、寿命はひとつの話

ブラシ付きモーターは、銅損、鉄損、ブラシと整流子の接触部の摩擦という 3 つの場所でエネルギーを失います。ブラシレス モーターは 3 番目のモーターを排除し、より低温で動作するため、銅損も低く抑えられます。目に見える結果は、より少ない電流を消費し、より低い温度を維持しながら、同じシャフト出力を生成するモーターです。

温度は単に快適さの問題ではありません。これはモーターの寿命を予測する最も強力な指標です。巻線絶縁体は高温では劣化が早くなります。経験則として、連続巻線温度が 10°C 上昇すると、絶縁寿命が約半分に短縮される可能性があります。

始動トルクだけでなく、故障モードにも基づいてモーターを選択してください。製品が永久に密閉されている場合、ブラシ付きモーターによって開封する必要がある日付が事前に決定されます。

一般的なブラシ付きモーターは、連続使用で 1,000 ～ 3,000 時間持続します。ブラシレスまたは誘導設計では、数万時間の稼働が可能です。 24 時間 365 日稼働した場合、3,000 時間はわずか約 4 か月です。

価格、コントロール、そして実際に顧客に届くコスト

ブラシレスに対するよくある反対意見は、前払い価格です。ブラシ付きモーターはブラシレス モーターよりコストが低く、ブラシレス設計にはコントローラーも必要となるため、部品表にさらにコストがかかります。大量生産では、ユニットあたり 0.5 米ドルでも重要なため、エンジニアリング ラボではなく購買オフィスで選択されることがよくあります。

モーターの実際のコストは購入価格ではありません。それは、保証、返品、フィールドサービス、顧客の信頼にかかるコストです。ブラシ付きモーターが保証期間内に故障すると、ユニットの交換、修理担当者、およびブランドの損傷につながります。生産ラインで 1 日に数万ユニットが生産される場合、モーターの故障率のわずかな上昇が増幅して返品の列ができます。

実際の用途に応じた選び方: ファン、ヒーター、レンジフード

この比較は、実際のアプライアンスに適用すると役立ちます。以下のシナリオは、モーターファミリーを、彼らが生き残らなければならない環境に適合させます。

冷却ファンと空気冷却器

冷却ファンは、特に暑い季節には長時間稼働します。モーターはユーザーと同じ部屋にあるため、騒音と振動が問題となります。速度制御が必要な場合はブラシレス DC モーターが最もエネルギー効率の高い選択肢ですが、固定速度で動作させる場合は単相コンデンサ駆動の AC 誘導モーターが最もシンプルで実績のある選択肢です。

ヒーターとブロワー

ヒーターモーターは熱源の隣で動作するため、ブラシの摩擦熱がさらに厳しい熱環境に加わります。ブラシのないコンデンサー駆動モーターにより、内部温度が低く抑えられ、ブラシのスパークノイズが回避されます。シンプルな一方向ヒーターのエアフローの場合、多くの場合、基本的な AC 誘導モーターが最も信頼性が高く、コスト効率の高い答えとなります。

レンジフードと可変速エアムーバー

複数の速度レベルまたは静かな低速動作が必要なキッチンのレンジフードや空気冷却器の場合、ブラシレス DC は優れた制御性を提供します。電子コントローラーは整流シーケンスを調整し、部分負荷時の効率を維持します。対照的に、ブラシ付きモーターは電圧が低下すると摩耗が早くなり、速度が低下するにつれて効率が低下します。

ブラシ付きとブラシレスの決定のための短いデータシート チェックリスト

サプライヤーがモーターのサンプルを送信する場合、次の点により、実際に購入する設計思想がわかります。

• 定格寿命（時間）: 定格負荷および定格電圧で測定。 3000時間は短く、3000時間は長い。
• 絶縁クラス: クラス B (130°C) またはクラス F (155°C) により、モーターがどの程度の連続熱に耐えられるかが変わります。
• 実際の動作点での効率: ブラシレス モーターは部分負荷でも効率を維持します。ブラシ付きモーターにはありません。
• 速度制御の互換性: アプライアンスが PWM またはマルチスピード動作を必要とする場合、モーターは過熱することなく制御方法を受け入れる必要があります。
• 環境問題: ブラシ付きデザインはカーボンダストと整流ノイズを発生します。ハウジングが電子機器から絶縁しているかどうかを確認してください。
• 認証とコンプライアンス: CCC/CQC、CE、UL、および RoHS は、さまざまな市場へのアクセスをマークします。デザインをロックする前に確認してください。

ブラシ付きモーターは時代遅れのテクノロジーではありません。これらは、おもちゃ、アクチュエータ、短期間使用される工具など、低コストで寿命の短いアプリケーションにとっては、依然として正当な選択肢です。何年も使用することが期待される家電製品の場合、ブラシレスおよび AC 誘導設計により、最大の故障点であるスライド ブラシがシステムから排除されます。わずかに高い価格は、メーカーが直面する可能性のある最も高価な故障、つまり製品が顧客の手に渡った場合に故障することに対する保険料です。

次の部品表を修正する前に、実際のモーターのオプションを独自のデューティ サイクルおよび動作温度と比較してください。社内の知識がより完全であればあるほど、製品ラインがアプリケーションに適した価格か間違った価格設定のモーター技術に結び付けられる可能性は低くなります。 AC および DC モーター構成の全範囲を調べる 出荷する予定の製品にどのファミリが一致するかを確認します。