モーター

モーターの課題から探す

課題	目的	困りごと
モーターの損失を減らしたい	高効率化	発熱を抑え、効率を上げたい
小型のまま出力を上げたい	高出力化	サイズを変えずにトルク・出力を高めたい
ステッピングモーターが脱調する	安定駆動	位置ずれや脱調を防ぎたい
レアアースを使わずに作りたい	材料代替	レアアースに頼らないモーターにしたい
磁石の減磁を防ぎたい（熱減磁・逆磁界・錆）	信頼性	高温や大きな電流で磁石が弱くなるのを防ぎたい
状態を検知したい	予知保全	モーターや軸受の異常を、壊れる前に見つけたい
寸法・位置の精度を上げたい	高精度化	モーターで動かす軸の止まる位置をそろえたい
軽くすると振動・騒音が増える	静音化	軽くしたら振動や音が大きくなった
エアシリンダーを電動に置き換えたい	置き換え	エアの電気代や位置決めの不便さを、電動シリンダーなどで解決したい
工場の電力を減らしたい（コンプレッサー・ポンプ・空調の省エネ）	省エネ	コンプレッサー・ポンプ・ファンのモーターの電気代を減らしたい
機械の異音の原因を突き止めたい（軸受・歯車・モーター・ファン）	保全	モーターや機械から異音がするが、原因が分からない
ロボットの関節を小さく軽くしたい（協働ロボット・ヒューマノイド）	小型・軽量化	関節のモーター・減速機を薄く軽くまとめたい
防爆エリアで電気機器を安全に使いたい	安全・規制	可燃性ガス・粉じんのある場所で、モーターを回したい（耐圧防爆・安全増防爆）
インバーター・電源の損失と発熱を減らしたい（SiC・GaN への置き換え）	省エネ・置き換え	モーターを回すインバーターの損失と発熱を、SiC・GaN の素子で減らしたい
サーボ・ステッピングモーターの容量を負荷から計算して選びたい	選定	装置の軸に合うモーターの大きさを、負荷と動かし方から計算で決めたい

課題ごとに効く技術は、下の「課題と技術のマトリクス」にまとめています。

モーターは、電気の力を回る力に変える部品です。ファンやポンプ、ロボット、自動車まで、動くものの多くに使われています。一方で、効率・大きさ・制御のしやすさ・材料の調達のどれを優先するかで、選ぶ種類も効く技術も変わります。

このページでは、モーターでよくある課題と、それを解決する技術（電磁鋼板・磁石・駆動制御・熱対策・CAE）、種類ごとの特徴、選ぶときに確かめることをまとめ、関係する技術を持つ企業を紹介します。

モーターの企業（早見表）

企業	電磁鋼板・ 鉄心	磁石	駆動制御	熱対策	CAE	モーター 本体
松山精機積層鉄心の加工	●
相模化学金属ネオジム磁石		●
サーボランドサーボドライバ			●
ユニテックカスタムモーター				●		●
IDAJ磁界・熱の解析					●
コアレスモータコアレスブラシレス			●			●

●は、各社の公式サイトで確認できた得意分野です（空欄は、扱っていないという意味ではありません）。社名を押すと、その会社の紹介へ移ります。

モーターでよくある課題

モーターの課題は、どの部品で何が起きているかで原因が分かれます。鉄心では鉄損、巻線では銅損と発熱、磁石では熱による磁力の低下、駆動回路では電流の流し方が効いてきます。

課題	何が起きているか	主に効く技術
モーターの損失を減らしたい	損失の大部分は銅損と鉄損。回転が速いほど鉄損の割合が増える	電磁鋼板、駆動制御
小型のまま出力を上げたい	小さくするとトルクが落ちる。回転数で補うと鉄損が増え、出力を上げると発熱が増える	磁石、熱対策
ステッピングモーターが脱調する	負荷や加減速に対してトルクが足りず、パルスに追いつけなくなる	駆動制御
レアアースを使わずに作りたい	ネオジム磁石と、耐熱のための重希土類（Dy・Tb）は産地がかたよる	磁石、電磁鋼板

出典：脱調レスステッピングモーターユニット ARシリーズの低損失化技術（RENGA No.170）｜オリエンタルモーター、JFEスチールのHEV, EV用無方向性電磁鋼板の最近の進歩（JFE技報 No.52）｜JFEスチール、第九回 ネオジム磁石を使う小型モータの高出力化の動向｜ニデック、第9回 ステッピングモーターの誤動作｜マブチモーターNPM、ネオジム磁石とは？特徴や課題、高性能化のポイント｜プロテリアル

このほか、モーターを使う装置の課題として、「状態を検知したい」、「寸法・位置の精度を上げたい」、「軽くすると振動・騒音が増える」、「エアシリンダーを電動に置き換えたい」、「工場の電力を減らしたい」、「機械の異音の原因を突き止めたい」、「ロボットの関節を小さく軽くしたい」、「防爆エリアで電気機器を安全に使いたい」、「インバーター・電源の損失と発熱を減らしたい（SiC・GaN への置き換え）」、「サーボ・ステッピングモーターの容量を負荷から計算して選びたい」も解説しています。

課題と技術のマトリクス

よくある課題に対して、どの技術が効くかをまとめました。記号の理由と出典は表の下にあります。

◎：第一候補　○：有効　△：条件によって有効　空欄：公開資料で直接の関係を確認できなかった組み合わせ。一般的な傾向で、効果を保証するものではありません。

記号の理由と出典

表が画面に収まらないときは、横にスクロールできます。

主な解決技術

モーターの課題を解決する代表的な技術です。技術ごとに、しくみと効き方を下で説明します。

技術	概要	解決できる課題
電磁鋼板（鉄心材料）	薄く・電気を通しにくい鋼板で鉄損を減らす	モーターの損失を減らしたいレアアースを使わずに作りたい
磁石（磁性材料）	強い磁石でトルクを上げる。重希土類を減らす・使わない磁石もある	小型のまま出力を上げたいレアアースを使わずに作りたい磁石の減磁を防ぎたい
回路・電源設計（駆動制御）	ドライバ・インバーターの電流の流し方で、効率・振動・脱調を改善する	ステッピングモーターが脱調するモーターの損失を減らしたい
加熱・冷却（熱対策）	巻線と磁石の温度を上限の内側に保つ	小型のまま出力を上げたい
CAE（解析・最適化）	磁界と熱を計算し、試作の前に性能と温度を確かめる	小型のまま出力を上げたいレアアースを使わずに作りたい

電磁鋼板（鉄心材料）：薄くして鉄損を減らす

鉄心の中で磁束が変わると、鉄損（ヒステリシス損と渦電流損）が出ます。渦電流損は板厚の2乗と周波数の2乗に比例するので、回転が速い（周波数が高い）ほど、薄い電磁鋼板が効きます。JFE スチールの例では、0.35 mm の材料から 0.20 mm の材料にすると、1.0 T・400 Hz の鉄損が 17.2 から 11.0 W/kg に下がります。インバーターで駆動すると、正弦波で励磁したときより鉄損が大きく、板厚による差も大きくなると報告されています。

出典：JFEスチールのHEV, EV用無方向性電磁鋼板の最近の進歩（JFE技報 No.52）｜JFEスチール、無方向性電磁鋼板の鉄損に及ぼすインバータ励磁の影響（JFE技報 No.52）｜JFEスチール

磁石（磁性材料）：強さと、熱・資源のバランス

ネオジム磁石は、プロテリアルが「実用化されている最も強力な磁石」と説明する磁石で、モーターのトルクと小型化を支えています。ただし温度が上がると磁力が下がる（熱減磁）ため、耐熱が要る用途では重希土類（Dy・Tb）を加えます。相模化学金属は、ネオジム磁石の使用温度の目安を通常 80℃以下、Dy・Tb を加えた品で最大約 200℃ としています。重希土類は産地がかたよるため、結晶の粒の境界にだけ拡散させて使用量を減らす方法（プロテリアルは、従来の粒界拡散法と比べてテルビウムを約1/5 にできると記載）や、重希土類を使わない磁石の開発が進んでいます。

出典：ネオジム磁石とは？特徴や課題、高性能化のポイント｜プロテリアル、ネオジム磁石 耐熱性｜相模化学金属、EV駆動モーター用高性能重希土類フリーネオジム焼結磁石を開発｜プロテリアル

回路・電源設計（駆動制御）：電流の流し方で決まること

ブラシレスモーターは、ドライバ（インバーター回路）が電流の向きを切り替えて回します。ステッピングモーターは、速く回すほど巻線に電流が流れにくくなり、出せるトルクが下がります。必要なトルクがこの曲線を超えると、パルスに追いつけず脱調します。脱調の対策には、高速に対応したモーターを使う、電圧を上げる・電流を調整する、エンコーダで位置を見て補正するクローズドループにする、などがあります。低速で起きやすい振動（乱調）には、細かく刻むマイクロステップが使われます。

脱調の症状の見分け方と対策は、課題ページ「ステッピングモーターが脱調する」で詳しく解説しています。

出典：ブラシレスDCモーターとは？特徴・構造・駆動制御・用途を解説｜ミネベアミツミ、2-4-3 ステッピングモータの特性｜ニデック、第9回 ステッピングモーターの誤動作｜マブチモーターNPM、脱調しないステッピングモーター PULSERVO特集｜マブチモーターNPM

加熱・冷却（熱対策）：巻線と磁石の温度を守る

モーターの巻線の絶縁物には耐熱クラスがあり、クラスごとに使える温度の上限が決まっています（JIS C 4003：E 120℃、B 130℃、F 155℃、H 180℃ など）。一般用の三相誘導電動機では、周囲温度 40℃以下で、0.75〜37 kW の巻線の温度上昇の限度が E 75 K、B 80 K、F 105 K とされています（JIS C 4210、抵抗法）。ステッピングモーターでは、巻線 130℃以下（クラス B）、ケース中央 100℃以下を目安にする例があります。冷却方式には、自然空冷、ファンによる強制空冷、水冷、油冷があり、水冷や油冷は、出力が高く発熱が大きい EV 用などの特殊な場合に使われる方式だと解説されています。

出典：耐熱クラスと温度上昇限度（JIS C 4003:2010・JIS C 4210:2010 の表）｜eng-book 掲載資料、技術セミナーテキスト ステッピングモーターの基礎から使い方まで｜オリエンタルモーター、モータの冷却方法｜ユニテック

CAE（解析・最適化）：試作の前に性能と温度を確かめる

電磁界解析（有限要素法）では、トルク、コギングトルク、銅損・鉄損、回転数ごとの効率、磁石の減磁のリスクなどを、作る前に計算できます。損失は温度を上げ、温度は巻線の抵抗と磁石の強さを変えるため、磁界と熱をいっしょに解析して設計を詰めていきます。解析の条件の正しさと、実機とのずれを理解しておくことが大切だと解説されています。

出典：モータ｜JMAG（JSOL）、第3回 モータ詳細設計の進め方｜JMAG（JSOL）、モータの設計シーンに対応した電磁界解析の活用方法（その1）｜IDAJ

種類と特徴

代表的なモーターの種類と特徴です。何を制御したいか（速度か、位置か）と、使える電源で選ぶ種類が変わります。

項目	ブラシ付きDC	ブラシレスDC	ステッピング	ACサーボ	三相誘導
しくみ	ブラシと整流子で電流の向きを切り替える	ドライバ（インバーター回路）で電流の向きを切り替える	パルス1つで決まった角度だけ回る	エンコーダで位置・速度を測り、アンプがずれを直す	交流の回転磁界につられて回転子が回る
得意な用途	紙送り、玩具など単純な動き	空調・家電、プリンター、工場設備、自動車部品	3Dプリンター、半導体製造装置、医療機器	高精度な位置決め・追従	ポンプ、ファンなど汎用の動力
メリット	構造が単純で安い。電圧を変えるだけで速度を変えられる	寿命が長く、静かで効率がよい。低速から高速まで安定	エンコーダなしで位置決めでき、システムが簡単	位置・速度・トルクを高精度に制御できる	構造が丈夫で、汎用の動力として広く使われる
留意点	ブラシが摩耗し、交換が要る。ノイズが出る	専用のドライバが要り、導入コストが高い	高速でトルクが下がる。脱調・振動	コストが高く、機構が複雑	直入れ始動では定格の6〜8倍の電流が流れる

出典：ブラシ付DCモーターとは？原理・種類・メリット・選定を解説｜ミネベアミツミ、ブラシレスDCモーターとは？特徴・構造・駆動制御・用途を解説｜ミネベアミツミ、ステッピングモーターの仕組み・種類・制御・用途｜ミネベアミツミ、サーボモータはどのようなモータ？｜パナソニック インダストリー、サーボモータとは｜ナブテスコ、三相交流かご形誘導モーターの原理・構造と運転特性｜兵神装備（モーノポンプ）、JFEスチールのHEV, EV用無方向性電磁鋼板の最近の進歩（JFE技報 No.52）｜JFEスチール

効率クラス（IE コード）とトップランナー制度

三相誘導電動機などの効率は、IEC 60034-30-1 の効率クラス（IE1〜IE4）で比べられます。4極・50 Hz・15 kW の最低効率は、IE1 88.7%、IE2 90.6%、IE3 92.1%、IE4 93.9% です。日本では2015年4月から、産業用の三相誘導電動機（0.75〜375 kW など）にIE3 相当のトップランナー基準が適用されています。産業用のモーターをすべて IE3 にすると、年間155億 kWh（国内の消費電力量の約1.5%）の削減が見込まれると説明されています。

出典：IEC 60034-30-1 standard on efficiency classes for low-voltage AC motors｜ABB、トップランナーモータ 2015年度スタート！！｜日本電機工業会、トップランナーモータが2015年度からスタートします。｜J-Net21（中小企業基盤整備機構）

選ぶときに確かめること

モーターは、必要なトルクと回転数を、カタログのトルク特性図の内側に置けるかで選びます。加速するときは、負荷のトルクに加速のためのトルクが足されます。

• トルク：負荷のトルク＋加速のトルク。サーボでは定格トルク・瞬時最大トルク・実効トルクも
• 回転数：機構から換算する（例：リード 20 mm のボールねじで 100 mm/s なら 300 rpm）
• 慣性比：負荷とモーターの慣性の比が大きすぎると、動きが不安定になり、振動や行き過ぎが出る
• 使い方：連続で回すか、動かしたり止めたりをくり返すか（定格の種類）
• 寸法・取付：装置に収まるか、取付方法
• 電源と制御：直流か交流か、電圧、制御したいもの（位置・速度・トルク）とドライバ
• 使用環境：温度・湿度・振動、保護の等級（IP44 など）
• 寿命・信頼性：巻線の耐熱クラス、軸受、ブラシの有無

出典：モーター選定の基本のき｜4つのポイントを押えよう｜MONO塾、サーボモータの選定｜パナソニック インダストリー、技術セミナーテキスト ステッピングモーターの基礎から使い方まで｜オリエンタルモーター、モーターの保護方式と冷却方式、耐熱クラスについて｜兵神装備（モーノポンプ）

企業紹介（モーター技術）

モーターの技術を持つ企業を、得意分野が重ならないように選びました。内容は各社の公式サイトで確認できる範囲です。各社の得意分野は、次の早見表のとおりです。

企業	電磁鋼板・ 鉄心	磁石	駆動制御	熱対策	CAE	モーター 本体
松山精機積層鉄心の加工	●
相模化学金属ネオジム磁石		●
サーボランドサーボドライバ			●
ユニテックカスタムモーター				●		●
IDAJ磁界・熱の解析					●
コアレスモータコアレスブラシレス			●			●

●は、各社の公式サイトで確認できた得意分野です（空欄は、扱っていないという意味ではありません）。社名を押すと、その会社の紹介へ移ります。

松山精機株式会社｜モーターコア（積層鉄心）の試作・加工

大阪府豊中市の会社で、1971年に創業、1981年に法人化しました。ワイヤカット放電加工機やレーザー加工機を使い、モーターのコア（積層した鉄心）を作っています。

左：レーザー溶接で積層したコア、右：電気炉による接着積層（出典：積層（溶接・カシメ・接着）｜松山精機）

技術	内容
レーザー溶接積層	YAG レーザーとファイバーレーザー（出力 1 kW）で溶接して積層する。細いビードで深く溶け込み、熱による歪みや変形がほとんどないと同社は説明
カシメ積層・接着積層	カシメで留める方法と、接着コート材を使い電気炉で接着する方法にも対応
電磁鋼板の在庫	JFE スチール・日本製鉄の電磁鋼板の銘柄を保有材料として公開している

• 試作のモーターコアを、少ない数で作りたい
• 積層の方法（溶接・カシメ・接着）を比べて選びたい
• EV・HEV 用の大きなコアを溶接で積層したい

公開されている実績・用途

• EV や HEV 用の大型コアでも溶接強度に問題はない、と同社は記載している

出典：会社概要｜松山精機、積層（溶接・カシメ・接着）｜松山精機、保有材料｜松山精機

株式会社相模化学金属｜重希土類を使わないネオジム磁石

神奈川県相模原市の会社で、1968年に設立されました。希土類磁石の製造・販売と、磁気を応用した製品の開発を行っています。

技術	内容
重希土フリーのネオジム磁石	重希土類（Dy・Tb）を含まずに保磁力を保つ材料。H 材は約 120℃、SH 材は約 140℃ までの使用を想定したもの
耐熱の解説	ネオジム磁石の使用温度の目安（通常 80℃以下、Dy・Tb 添加で最大約 200℃）を公開している

• 重希土類を減らして、磁石の調達リスクを下げたい
• 使う温度に合う耐熱のネオジム磁石を選びたい

出典：会社概要｜相模化学金属、重希土フリー材｜相模化学金属、ネオジム磁石 耐熱性｜相模化学金属

サーボランド株式会社｜サーボドライバと周波数応答解析

神奈川県相模原市の会社で、1969年に設立されました。創業以来、モータードライバやコントローラーなどのサーボ製品を中心に手がけています。

技術	内容
汎用サーボドライバ MOVO	リニアモーター・回転モーター・DC モーターに対応し、位置・速度・トルクを制御する
周波数応答解析	オプションのツールで、ボード線図・ベクトル軌跡・FFT によるスペクトル解析を、高価な外部の計測器なしで行える
ノッチフィルタの評価	仮想モーターの機能で、ノッチフィルタの効きを実機なしで試せる

• サーボの共振やゲインの調整を、測定器をそろえずに確かめたい
• 機械ができる前に、フィルタの設定を試しておきたい

出典：トップページ｜サーボランド、会社情報｜サーボランド、周波数応答解析｜サーボランド

ユニテック株式会社｜カスタムモーターと冷却の提案

東京都品川区の会社で、1999年に設立されました。用途に合わせたカスタムモーターの開発・製造を行っています。

技術	内容
発熱の原因の整理	発熱の主な原因として、巻線の抵抗による損失（銅損）、鉄損、ドライバ、軸受の摩擦を挙げている
冷却方式の解説	自然空冷・強制空冷・水冷・油冷などを、モーターの種類に合わせて解説している
冷却方法の提案	モーターの使用条件に合わせた冷却方法を提案すると同社は記載

• 小型モーターが熱くなる原因を整理したい
• 使い方に合う冷却方式を選びたい

出典：会社概要｜ユニテック、モータの冷却方法｜ユニテック

株式会社IDAJ｜モーターの磁界解析と熱の解析

横浜市の CAE（解析）ソフトウェアとエンジニアリングサービスの会社です。モーターの設計に使う電磁界解析と、熱流体解析の活用方法を技術ブログで解説しています。

技術	内容
設計の段階ごとの電磁界解析	概略設計・詳細設計・量産（ばらつき）の段階ごとに、JMAG による解析の使い方を解説している
磁界と熱の連成	磁界解析で求めた銅損・鉄損を熱流体解析に渡し、温度を予測する
詳細設計での確認	コギングトルク、減磁、損失、磁気飽和、電磁力・騒音などを確認する

• 試作の前に、損失と温度を予測したい
• 回転中は測りにくい磁石の温度を見積もりたい

出典：モータの設計シーンに対応した電磁界解析の活用方法（その1）｜IDAJ、どうする！？モータの温度評価（その1）｜IDAJ

コアレスモータ株式会社｜鉄心のないブラシレスモーター

神奈川県大和市の会社で、2017年に設立されました。鉄心（コア）を使わないコアレスのブラシレスモーターと、その駆動用のドライバを手がけています。

技術	内容
コアレスブラシレスモーター	鉄心がないため、コギング（回転のひっかかり）がない
小型・高出力	同社の比較で、標準型（CPH）は同じ体積で出力 1.8 倍・重量あたり 3.4 倍、パワーアップ型（CPHB）は同じ体積で 4.4 倍・重量あたり 5.0 倍
製品の例	CPHB80H は 80×80×159 mm・2,600 g で、最大定格トルク 2.0 N·m、連続定格出力 890 W（48 V 時）。専用のドライバもそろえる

比較の対象と条件は、同社ページのグラフで示されています。

• コギングをなくして、滑らかに回したい
• 軽く小さいまま出力を上げたい

出典：会社概要｜コアレスモータ、コアレスブラシレスモーター｜コアレスモータ

ほかの課題の記事で紹介した企業もあわせて、モーターの企業の一覧にまとめています。困りごと・技術・地方から探せます。

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モーターに関係する分野と製品のページです。

• 電気・磁気
• 熱
• 計測・制御
• 振動・音
• 減速機・歯車
• 軸受（ベアリング）
• 電源・インバーター
• センサー
• アクチュエーター
• 直動部品

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