ここ数年、プロ用工具業界ではブラシレスモーターがコードレス工具の駆動方式を席巻し始めています。これは素晴らしいことですが、一体何がそんなに重要なのでしょうか？木ネジを締められるなら、それでいいのでしょうか？ええ、確かにそうです。ブラシ付きモーターとブラシレスモーターには、大きな違いと影響があります。
2フィートのブラシ付きモーターとブラシレスモーターについて詳しく説明する前に、まずはDCモーターの実際の動作原理に関する基礎知識を理解しておきましょう。モーターを駆動させるには、磁石が不可欠です。反対の電荷を持つ磁石は互いに引き合います。DCモーターの基本的な考え方は、回転子（ローター）の反対の電荷が、その前にある固定磁石（ステーター）に引き寄せられ続けることで、常に前方に引っ張られるというものです。まるで、走っているときにボストンバタードーナツを棒に刺して目の前に置いたようなもので、私はそれを掴もうと何度も試みます！
問題は、ドーナツをどうやって動かし続けるかです。簡単な方法はありません。まず、永久磁石（永久磁石）の組が必要です。電磁石は回転すると電荷が変化（極性が反転）するため、常に反対の電荷を持つ永久磁石が動ける状態になります。さらに、電磁コイルは電荷の変化によって同様の電荷を受け、コイルを押し戻します。ブラシ付きモーターとブラシレスモーターを比較すると、電磁石がどのように極性を変化させるかが鍵となります。
ブラシ付きモーターは、永久磁石、アーマチュア、整流リング、ブラシの4つの基本部品で構成されています。永久磁石は機構の外側に位置し、固定子（ステータ）として機能し、固定子は動きません。一方は正に帯電し、もう一方は負に帯電することで、永久磁場を形成します。
アーマチュアは、通電すると電磁石となるコイルまたはコイル列です。アーマチュアは回転部分（ローター）でもあり、通常は銅で作られていますが、アルミニウムも使用できます。
整流子リングは、2極構成の場合は2個、4極構成の場合は4個、あるいはそれ以上の部品でアーマチュアコイルに固定され、アーマチュアと共に回転します。最後に、カーボンブラシが所定の位置に留まり、各整流子に電荷を伝達します。
アーマチュアに電流が流されると、帯電したコイルは反対に帯電した永久磁石に引き寄せられます。その上にある整流子リングも回転し、あるカーボンブラシの接続部から次のカーボンブラシの接続部へと移動します。次のブラシに到達すると、極性が反転し、今度は別の永久磁石に引き寄せられると同時に、同じ種類の電荷によって反発されます。具体的には、整流子が負極ブラシに到達すると、今度は正極永久磁石に引き寄せられます。整流子は、正極ブラシと接続を形成するタイミングに合わせて到着し、続いて負極永久磁石へと移動します。ブラシは2つ1組になっているため、正極コイルは負極磁石に引き寄せられ、同時に負極コイルも正極磁石に引き寄せられます。
まるでボストンバタードーナツを追いかけるアーマチュアコイルのようです。近づきましたが、気が変わって、よりヘルシーなスムージーを追い求めました（極性または欲求が変わりました）。結局のところ、ドーナツはカロリーと脂肪が豊富です。今はボストンクリームに押しのけられながらスムージーを追いかけています。そこにたどり着いたとき、ドーナツはスムージーよりもはるかに優れていることに気づきました。トリガーを引いている限り、次のブラシにたどり着くたびに気が変わり、同時に好きなものを必死に円を描いて追いかけます。ADHDの究極の応用です。さらに、そこには2人がいるので、ボストンバタードーナツとスムージーはいつもどちらかが熱心に追いかけていますが、優柔不断です。
ブラシレスモーターでは、整流子とブラシがなくなり、代わりに電子制御装置が搭載されます。永久磁石はローターとして機能し、内部で回転します。一方、ステーターは外部の固定された電磁コイルで構成されます。制御装置は、永久磁石を吸引するために必要な電荷に基づいて、各コイルに電力を供給します。
コントローラーは、電荷を電子的に移動させるだけでなく、永久磁石に対抗する同様の電荷を供給することもできます。同じ種類の電荷は互いに反対方向であるため、永久磁石を押します。そして、ローターは引力と押力によって動きます。
この場合、永久磁石は動いているので、今では私とランニングパートナーです。私たちはもう、欲しいものという考えを変えることはありません。その代わりに、私はボストンバタードーナツが欲しい、パートナーはスムージーが欲しいと分かっています。
電子コントローラーのおかげで、私たちは朝食の楽しみを目の前に押し出され、いつも同じものばかりを追い求めてきました。コントローラーはまた、私たちが望まないものを後ろに押し出して、後押ししてくれるのです。
ブラシ付きDCモーターは部品の製造が比較的シンプルで安価です（ただし、銅は安くなっていない）。ブラシレスモーターには電子通信機が必要なため、コードレス工具の中にコンピューターを組み込むようなものです。これがブラシレスモーターのコストを押し上げる要因です。
設計上の理由から、ブラシレスモーターはブラシ付きモーターに比べて多くの利点があります。そのほとんどは、ブラシと整流子の損失に関連しています。ブラシは電荷を伝達するために整流子と接触する必要があるため、摩擦も発生します。摩擦により達成可能な速度が低下し、同時に熱が発生します。これは、ブレーキの弱い自転車に乗っているようなものです。足に同じ力をかけると、速度は遅くなります。逆に、速度を維持したい場合は、足からより多くのエネルギーを得る必要があります。また、摩擦熱によってリムが熱くなります。つまり、ブラシ付きモーターと比較して、ブラシレスモーターはより低い温度で動作します。これにより効率が高く、より多くの電気エネルギーを電気エネルギーに変換します。
カーボンブラシも時間の経過とともに摩耗します。これが、一部の工具内部で火花が発生する原因となります。工具を良好な状態に保つためには、定期的にブラシを交換する必要があります。ブラシレスモーターでは、このようなメンテナンスは必要ありません。
ブラシレスモーターは電子制御を必要としますが、ローターとステーターの組み合わせはよりコンパクトです。これにより、軽量化と小型化が可能になります。そのため、マキタXDT16インパクトドライバーのように、超小型設計でありながら強力なパワーを備えたツールが多く見られます。
ブラシレスモーターとトルクについて誤解されているようです。ブラシ付きモーターかブラシレスモーターかという設計自体が、トルクの大きさを示すものではありません。例えば、ミルウォーキーM18燃料式ハンマードリルの実際のトルクは、以前のブラシ付きモデルよりも小さかったです。
しかし、最終的にメーカーは非常に重要な点に気づきました。ブラシレスモーターに使用されている電子機器は、必要に応じてモーターにより多くの電力を供給できるのです。
ブラシレスモーターは現在、高度な電子制御を採用しているため、負荷がかかった状態で減速し始めるタイミングを感知できます。バッテリーとモーターの温度が仕様範囲内であれば、ブラシレスモーターの電子回路はバッテリーパックからより多くの電流を要求し、受け取ることができます。これにより、ブラシレスドリルやノコギリなどの工具は、負荷がかかった状態でもより高い速度を維持できます。その結果、工具の速度が向上し、通常は大幅に向上します。ミルウォーキーのRedLink Plus、マキタのLXT Advantage、デウォルトのPerform and Protectなどがその例です。
これらのテクノロジーは、ツールのモーター、バッテリー、電子機器を 1 つのシステムにシームレスに統合し、最適なパフォーマンスと実行時間を実現します。
整流（電荷の極性を変える）により、ブラシレスモーターを始動し、回転を維持します。次に、速度とトルクを制御する必要があります。速度は、BLDCモーターのステーターへの電圧を変化させることで制御できます。より高い周波数で電圧を変調することで、モーターの速度をより広範囲に制御できます。
トルクを制御するために、モーターのトルク負荷が一定レベルを超えた場合、ステーター電圧を下げることができます。もちろん、これにはモーター監視とセンサーという重要な要件が伴います。
ホール効果センサーは、ローターの位置を低コストで検出する方法を提供します。また、タイミングセンサーのスイッチング時間と周波数から速度を検出することもできます。
編集者注: 高度な BLDC モーター技術が電動工具にどのような変化をもたらすかについては、「センサーレス ブラシレス モーターとは何か」の記事をご覧ください。
これらの利点を組み合わせることで、寿命が長くなるという別の効果も得られます。同じブランド内では、ブラシ付きモーターとブラシレスモーター（およびツール）の保証期間は通常同じですが、ブラシレスモデルの方が寿命が長く、保証期間を数年延長できる場合が多いです。
電子コントローラーは、本質的に工具の中にコンピューターを組み込むようなものだとお話ししたのを覚えていますか？ブラシレスモーターは、スマートツールが業界にインパクトを与えるための画期的な技術でもあります。ブラシレスモーターが電子通信に依存していなければ、ミルウォーキーのワンボタン技術は機能しなかったでしょう。
勤務時間中、ケニーは様々なツールの実用的な限界を深く探求し、その違いを比較検討します。仕事が終わると、彼の信仰と家族への愛が最優先事項となります。普段はキッチンにいたり、自転車に乗ったり（彼はトライアスロン選手です）、タンパ湾で釣りに出かけたりしています。
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ご説明ありがとうございます。多くの人がブラシレスモーターを支持しているのを見て、私もずっと疑問に思っていました（少なくとも、より高価な電動工具やドローンの代用としてブラシレスモーターが挙げられます）。
コントローラーは速度も感知するのでしょうか？同期させるには必ずしもそうする必要はないのでしょうか？磁石を感知（回転）させるホール素子は搭載されているのでしょうか？
すべてのブラシレスモーターがすべてのブラシ付きモーターより優れているわけではありません。中負荷から高負荷時のGen 5Xのバッテリー寿命を、前モデルのX4と比較してみます。いずれにせよ、ブラシが寿命を制限する要因となることはほとんどありません。コードレス工具の本来のモーター回転速度は約20,000～25,000です。潤滑された遊星ギアセットにより、減速比は高速ギアで約12:1、低速ギアで約48:1です。埃っぽい空気流の中で25,000RPMのローターを支えるトリガー機構とモーターローターベアリングは、通常、弱点となります。
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投稿日時: 2021年8月31日