モーターの知識
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2025-07-11
ロボットに使われる10種類のモータ：特徴と選び方のポイント
ロボットに使われる10種類のモータ：特徴と選び方のポイント
モータは、電気エネルギーを動き・回転・複雑な作業に必要な機械的エネルギーへと変換する重要なコンポーネントであり、ロボットの駆動や自動化に不可欠な心臓部です。適切なモータが選定されていない場合、ロボットは必要な精度・効率・耐久性を満たせず、本来の性能を発揮できなくなるおそれがあります。また、用途に合った電動モータを選ぶことは、消費電力の削減や運転音の低減にもつながり、長期的に安定したパフォーマンスと信頼性を維持する上でも非常に重要です。
本記事では、産業用ロボットやサービスロボットなどに広く使用されているモータの種類とその特徴を解説し、負荷条件・制御方式・回転速度・精度といった要素を踏まえて、最適なモータ選定のポイントを紹介します。
ロボットでよく使われるモータとは？代表的な10種類を紹介
ロボット技術の分野で主に使用されているモータには、以下の10種類のモータがあります。それぞれの動作原理（仕組み）、メリット・デメリット、そして**最適な使用シーン（用途）**について、順を追って解説していきます。ブラシ付きDCモータ（Brushed DC Motors）
ブラシ付きDCモータ（BDC）は、電磁誘導の原理に基づいて動作します。モータ内部には固定されたカーボンブラシと**回転する整流子（コミュテーター）**があり、電流が流れることでロータ内部に磁場が発生します。この磁場はステータ（固定子）の永久磁石と相互作用し、ロータを回転させる力を生み出します。
このような機械式の整流方式により、複雑な電子制御回路が不要で、BDCモータは簡単に駆動・制御が可能です。また、コストが低く、低速時に高トルクを発揮しやすく、サイズのバリエーションも豊富です。
そのため、精度や耐久性をそれほど求めない用途に適しており、たとえばロボット用おもちゃ、教育用ロボット、ホビーロボット、軽量アクチュエータなどに広く利用されています。
ただし、カーボンブラシと整流子の摩耗による効率低下や**発熱、ノイズ、電磁干渉（EMI）**が課題であり、他の電子機器に影響を与える可能性もあります。定期的なメンテナンスが必要であり、寿命も他のDCモータと比較して短い傾向があります。
ブラシレスDCモータ（Brushless DC Motors, BLDC）
ブラシレスDCモータ（BLDC）は、ブラシ付きモータの現代的な代替品です。物理的な整流子やカーボンブラシを使用せず、外部の電子制御ユニットがステータ内の通電を切り替えることで整流を行います。ロータには永久磁石が取り付けられており、ステータには電磁石が備わっています。
さらに、センサーやフィードバック信号を用いて正確にロータの位置を把握し、適切な順序でステータを通電させることで、滑らかで効率的な回転を実現します。
BLDCモータは、低速でも高トルクを出力でき、エネルギー効率が高く、発熱が少ないのが特徴です。静音性に優れており、機械的な接触部がないためメンテナンスが少なく、寿命も長いです。
一方で、構造が複雑で電子制御が必要であり、ホールセンサーや逆起電力（Back-EMF）センサーなどの追加コンポーネントを必要とすることもあります。その分、コストもBDCモータより高めです。
それでも、BLDCモータはその高精度・高信頼性・長時間運転性能から、ドローン、ロボットアーム、産業用オートメーション、医療機器、電気自動車など、幅広い分野のロボティクスにおいて標準的な選択肢となっています。
ACモータ（AC Motors）
ACモータ（交流モータ）は、ステータとロータの間の電磁誘導を利用して回転運動を生み出す装置で、主に同期モータと**誘導モータ（非同期モータ）**の2種類に分類されます。
交流電流がステータの巻線に供給されると、回転する磁場が発生します。同期モータでは、ロータの回転速度がこの磁場と完全に一致しており、負荷が変わっても回転数は一定に保たれます。一方、誘導モータでは、ロータの回転速度は磁場よりもわずかに遅くなり、**ロータと磁場の速度差（スリップ）**によってトルクが発生します。
同期・非同期のACモータはいずれも、高効率・高トルク・高耐久性といった特徴を持ち、ロボットアーム、搬送システム、大型自動化装置など、重工業のロボティクス分野に適しています。さらに、ACモータは電力網に直接接続できるという利点もあります。
ただし、ACモータは移動型ロボットや携帯機器にはあまり使用されません。これは、多くのロボット制御システムが直流電源（DC）で動作し、通常はバッテリーを使用するためです。ACをDCに変換するにはコンバーターが必要で、システムの複雑さ、重量、電力損失が増加し、コンパクトさや可搬性を求める用途には不向きとなります。
サーボモータ（Servo Motors）
サーボモータは、ロボット用に特化された直流モータの一種で、クローズドループ制御システムで動作します。このシステムには、モータ本体、フィードバックセンサー（エンコーダやレゾルバなど）、そして制御回路が含まれます。
制御回路は、PWM（パルス幅変調）信号を用いて目標位置を指定し、センサーは現在位置をリアルタイムで検出。その情報をもとに出力を調整し、負荷の影響を受けずに目標角度を正確に維持します。
サーボモータ最大の特長は、位置・速度・トルクにおける高精度制御が可能な点です。これにより、ロボットアーム、ジンバル、パンチルト機構、グリッパー、自律移動車両など、高精度な動作が求められる用途で広く採用されています。
ただし、構造が複雑なため、価格は一般的なDCモータより高めです。また、ホビー用の標準的なサーボモータは、回転範囲が180度または270度に制限されており、高速回転や連続回転には向いていません。ただし、連続回転型の高性能モデルも市販されており、上級ユーザーや産業用途では選択肢となります。
ステッピングモータ（Stepper Motors）
ステッピングモータは、1回転を均等なステップ角度に分割して制御できるDCモータであり、高精度な位置制御を低コストで実現します。ステータには複数の**巻線（相）**があり、外部のドライバーによって順番に通電されます。各相が励磁されるたびに磁場が発生し、ロータの永久磁石や鉄製の歯が特定の位置に吸引されることで回転が段階的に進みます。
このようなオープンループ制御により、フィードバックセンサーが不要となり、制御回路をシンプルに保つことができます。また、低速での安定性が高く、通電中は外力に抗して位置を保持するトルクを維持できるため、外部ブレーキなしでも正確な停止が可能です。
そのため、ステッピングモータは、繰り返し精密な位置決めが求められる用途に最適です。たとえば、3Dプリンターのヘッドやプラットフォームの制御、CNCマシンでの工具・ワーク位置の微調整、タイムラプス撮影用のカメラスライダなどに広く使用されています。
ただし、高速回転時の効率はブラシレスDCモータ（BLDC）に劣り、停止時でも電力を消費します。また、誤った駆動方法では共振が生じ、振動やステップ抜けが発生する可能性があるため、連続回転や高速用途には不向きです。
ギアードモータ（Geared Motors）
ギアードモータは、ブラシ付きDCモータやブラシレスDCモータにギアボックス（減速機）を組み合わせた一体型ユニットです。ギアシステムは角運動量保存の原理に基づいて動作し、小型の入力ギアが高速で回転して大きな出力ギアに動力を伝えることで、回転速度を下げながらトルクを大幅に増加させます。モータの回転速度は、**PWM（パルス幅変調）**によって調整可能です。
ギアードモータの最大の利点は、小型のモータから高トルクを取り出せる点にあります。これにより、小型モータでも重い負荷を動かすことが可能となります。また、低速での精密な制御が可能で、ギア比の組み合わせにより多様な速度・トルク特性を実現できるため、幅広い用途に対応できます。
具体的には、移動型ロボットやRCカーの駆動部、ロボットアームの関節制御、ロボットグリッパー、電動工具、自動搬送装置など、強い力でゆっくり正確に動作する必要があるシステムに最適です。
一方で、ギアシステムによる摩擦やノイズ、摩耗は避けられず、直結型モータに比べて効率が低下することがあります。また、ギア同士の遊び（バックラッシ）が高精度な位置決めを必要とするアプリケーションでは問題となる可能性があります。
リニアモータ（Linear Motors）
リニアモータは、従来の回転モータとは異なり、直接的な直線運動を生み出すために特別に設計された電動モータです。ステータとスライダ（または可動部）が直線状に配置されており、ベルトやギアのような機械的な伝達システムを必要とせず、直線経路に沿って推力を発生させることができます。
リニアモータの基本的な構造は、ステータとスライダで構成されます。ステータは通常、電流によって磁場を生成する一連の電磁コイルで構成され、スライダは導体または永久磁石でできています。ステータに通電されると、スライダは磁場の作用を受けて直線運動をします。リニアモータは主にリニア誘導モータとリニア同期モータの2種類に分けられます。前者は変化する磁場がスライダ内に電流を誘導して推力を生み出し、後者はステータとスライダ間の磁極の吸引と反発によって駆動されます。
この直接駆動設計により、リニアモータは高精度な位置決め、高速な加速、そして滑らかな動作という特性を持ちます。そのため、ピックアンドプレイスロボットや自動生産ラインの搬送システムなど、正確な直線運動が求められる高精度ロボットに幅広く応用されています。
リニアモータは従来の回転モータと比較して価格は高めですが、構造がシンプルでギアシステムがないためメンテナンスコストが低く、高性能かつナノレベルの位置決め精度を実現できます。将来的には、産業オートメーション、医療機器、スマートホームなどの分野で幅広い応用が期待されています。
空圧モータ（Pneumatic Motors）
空圧モータ、またはエアモータは、電力ではなく圧縮空気をモータ内部の作動室に注入することで駆動します。圧縮空気は羽根、ピストン、またはタービンを押し動かし、回転トルクを発生させます。
このタイプのモータは通常軽量で、高い出力重量比を持ち、ロボットが迅速かつ効率的に動作することを可能にします。また、瞬時の起動と停止が可能で、ストールしても損傷を受けないという特性も備えています。
さらに、空圧モータは火花を発生させないため、鉱山、塗装ブース、特定の製造プロセスなど、電動モータが安全上のリスクとなる可能性のある爆発性または可燃性の環境での使用に適しています。これらはロボットのエンドエフェクター、例えばグリッパーの把持動作や、一部の移動ロボットにおいて、迅速かつ強力な動作を提供するアクチュエータとして頻繁に使用されます。
空圧モータの主な制限は、継続的で安定した圧縮空気源が必要な点です。そのため、外部のエアコンプレッサー、貯蔵タンク、関連するエアチューブを装備する必要があり、システムの体積と重量が増加します。また、空圧モータの出力密度と制御精度は、通常、電動モータよりも低いです。
油圧モータ（Hydraulic Motors）
油圧モータは、加圧された液体（通常は油）のエネルギーを回転運動に変換します。高圧の油圧ポンプが液体をモータ内部に送り込み、歯車、ベーン、ピストンなどの要素を駆動することで、モータの出力軸を回転させます。
このタイプのロボット用モータは、低速時でも非常に高いトルクを提供でき、比較的コンパクトなサイズで高出力密度を実現します。さらに、油圧モータは堅牢な構造を持ち、極端な負荷や過酷な環境下でも安定して動作します。
これらの利点から、油圧モータは、建設ロボット、農業ロボット、大型産業用マニピュレーター、その他搬送や掘削を伴う重機など、強力な力が必要とされる大型の重作業用ロボットや装置に広く採用されています。
しかし、油圧モータは、ポンプ、オイルタンク、フィルター、複雑な配管システムを含む油圧システム全体と連携して動作する必要があります。これにより、システムの重量、コスト、およびメンテナンスの難易度が増加します。また、油圧システムには液体漏れのリスクがあり、環境汚染や清掃の困難さを引き起こす可能性があり、多くのアプリケーションにおいて、その全体的な効率は通常、電動モータよりも低くなります。
ピエゾモータ（Piezoelectric Motors）
ピエゾモータは、圧電効果を介して運動を生成します。特定の材料（主に圧電セラミックス）が電場の作用を受けると、変形または振動し、機械的応力によって電荷を発生させます。これらの微細な膨張と収縮は、増幅および方向付けされ、通常は摩擦力を介してモータのロータまたはスライダを移動させます。
ピエゾモータは磁場や回転部品に依存しないため、非常にコンパクトな設計と静音動作を実現できます。また、ナノレベルに達する超高精度と分解能を提供可能です。
したがって、ピエゾモータは、マイクロロボット、精密医療機器、自動焦点レンズや実験室におけるマイクロアクチュエータなど、極めて微細な位置決めが求められるあらゆるアプリケーションに非常に適しています。
ただし、ピエゾモータの制御システムは比較的複雑で統合が難しく、出力パワーが低いため、大きな力や高速な動きが必要なタスクには適していません。
適切なロボットモータの選び方？
ロボットに最適なモータを選ぶには、複数の重要な要素を総合的に分析し、特定のプロジェクトでモータが最高の性能と信頼性を提供できることを確認する必要があります。以下に、主要な10の選択基準を挙げます：
トルク要件 (Torque Requirements)
モータは、ロボットの動作中に遭遇する負荷に対応するために十分なトルクを提供する必要があります。例えば、重い物体を持ち上げるロボットアームは高トルクを必要としますが、高速で移動するドローンは、連続的な高トルクよりも速度が優先されます。動作中の過熱やストールなどの問題を防ぐため、必ず連続トルクとピークトルクの要件を計算してください。速度範囲 (KV値) (Speed Range (KV Value))
必要な動作速度を特定します。DCモータの場合、モータのKV値は1ボルトの印加電圧あたりのRPM（回転数）を示します。ドローンのような高速アプリケーションではより高いKV値のモータが必要とされますが、精密ロボットでは、より高いトルクと優れた制御のために低いKV値が有利です。精度要件 (Precision Requirements)
ロボットが自身の移動または位置決めを行う際に必要とされる精度を考慮してください。手術用ロボットや実験室用ロボットのような繊細な動作には、サーボモータやステッピングモータが正確な位置決め能力を持つため理想的な選択肢です。対照的に、より単純な駆動システムであれば、精度は低いものの、より手頃な価格のオプションで十分な場合があります。電圧互換性 (Voltage Compatibility)
モータをロボットの電源と互換性のある電圧で選択することが不可欠です。不適切な電圧は、モータの性能低下、過熱、または損傷につながる可能性があります。使用するバッテリーや電源の電圧範囲を考慮し、モータがその範囲内で効率的に動作することを確認してください。これにより、システムの安定性と寿命が保証されます。電力効率 (Power Efficiency)
高効率モータは、より多くの電気エネルギーを機械的な仕事に変換し、熱損失を最小限に抑え、バッテリー寿命を延ばします。特にモバイルロボットや連続稼働するロボットにとって、省エネルギーは運用コストに直接影響します。このような場合、その優れた効率性からBLDCモータが一般的に推奨されます。サイズと重量（フォームファクター）(Size and Weight (Form Factor))
ロボットの設計において、スペースと重量はしばしば限られています。利用可能なハウジングサイズに適合し、かつ過度な体積増加なく十分なパワーを提供するモータを選択してください。例えば、ドローンや小型ロボットでは、より小型で軽量なモータが機動性の向上に不可欠である一方、より大型のロボットは重いモータを搭載できます。制御の容易さ (Ease of Control)
ご自身の操作能力と利用可能な制御ハードウェアを考慮してください。単純なブラシ付きDCモータなど、一部のモータは制御が容易です。一方、BLDCモータや複雑なサーボモータなどは、より高度な電子速度コントローラ (ESC) や高度な制御アルゴリズムを必要とします。環境耐性 (Environmental Tolerance)
ロボットが過酷な環境で動作する場合、極端な温度、湿気、または粉塵に耐えられるよう、密閉機能や堅牢な素材を備えたモータを選択してください。これは、システムの早期故障を防ぐ上で非常に重要です。システム統合と拡張性 (System Integration and Scalability)
モータは、ロボットの既存の制御システムおよび機械設計にスムーズに統合できる必要があります。また、将来のアップグレードや拡張を可能にする拡張性も考慮すべきです。一部のユーザーは、モータ、ギア、コントローラがコンパクトなモジュールに組み込まれたFukutaのロボット関節モータを選択し、システム統合と拡張性を簡素化することもあります。予算と寿命 (Budget and Lifespan)
予算と性能要件のバランスを取り、長期的な総所有コストを考慮してください。これには、潜在的なメンテナンス、交換、およびエネルギー消費が含まれます。高性能モータは通常、初期費用が高いですが、その耐久性と効率性により、運用寿命全体ではより経済的であることが多いです。ロボットモータの主な用途
ロボットモータは、様々な産業において中心的な役割を担っており、タスクの自動化と精度の向上に貢献しています。その応用範囲は幅広く、以下のような分野が含まれます：- 製造業: モータは、溶接、塗装、組み立て、梱包、品質検査などの作業を行うロボットアームや自動化システムを駆動します。これらの用途は、生産速度と一貫性を向上させ、高精度で反復的または危険な作業を完了させることで、人的リスクとエラー率を低減します。
- 物流業: 無人搬送車（AGV）や配送ドローンは、モータを利用してナビゲーションや貨物輸送を行います。倉庫ロボットは、在庫管理、物品の仕分け、出荷準備のために電動モータに依存し、サプライチェーンの効率を最適化します。
- 防衛とセキュリティ: 高度なモータは、監視用の無人航空機（UAV）や爆弾処理用の地上ロボットに利用されています。ロボット犬は、捜索救助、危険環境の巡回、区域警備、装備品の運搬に応用され、複雑な地形に適応します。
- 医療: 外科用ロボットや診断用ロボットは、マイクロメートルレベルの動きを実現するために高精度モータを使用し、手術の安全性と正確性を保証します。リハビリテーションロボットは、患者の運動訓練や理学療法を支援し、回復を促進します。
- 農業: 農業用ロボットは、モータを介して種まき、除草、散布、収穫作業を自動的に実行します。畑での反復作業を自動化することで、生産性が向上するだけでなく、人件費も削減され、柔らかい果物の収穫などの繊細な作業での損傷も防ぎます。
- 家電: モータは、ロボット玩具、ドローン、カメラジンバルを駆動し、デバイスに動的な相互作用と安定性機能を追加することで、ユーザーエクスペリエンスを向上させます。
- 家庭用サービス: ロボット掃除機、床拭きロボット、芝刈り機、スマートアシスタントなどの家庭用ロボットは、モータを通じて日常の家事を自動化し、音声インタラクションやコンパニオン機能を提供します。
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ロボット分野は絶えず進化しており、革新がロボットの能力をより高みへと推進しています。そのため、信頼性の高いロボットモータの選択は、これまで以上に重要になっています。FUKUTAは数十年にわたるモータ製造経験を持ち、先進ロボットのニーズに応えるべく、高品質で精密なモータソリューションを提供することに尽力しています。ぜひ当社の包括的な電動モータ製品をご覧いただくか、今すぐお問い合わせください。FUKUTAがいかにしてお客様の自動化における信頼できるパートナーとなれるかをご紹介いたします
FAQs
ロボットには直流モータと交流モータ、どちらが使われる？
ロボットには、その用途に応じて直流（DC）モータと交流（AC）モータの両方が使用されます。DCモータは、バッテリー駆動が容易で、精密な速度制御と素早い応答性を持つため、移動型やポータブルなロボットでより一般的に見られます。
一方、ACモータは、主に大型の固定式産業用ロボットに採用されます。これらは直接電力網に接続でき、高出力と耐久性を提供しますが、制御は比較的複雑です。
ロボットにおけるモータコントローラとは？
モータコントローラは、ロボットの「頭脳」（マイクロコントローラやフライトコントロールシステム）とモータの間に位置する重要な電子デバイスです。主に、速度制御（通常はPWMによるパルス幅変調）、方向切り替え、過電流保護といった機能を担います。マイクロコントローラが速度と方向を決定するものの、モータを直接駆動する能力はありません。そのため、コントローラが低電力信号を高電流・高電圧出力に変換し、モータへ効果的に電力を供給して動作を調整しま。異なる種類のロボットモータには、それぞれ専用のコントローラが必要となります。
ロボットアームにはどのような種類のモータが使われる？
ロボットアームには、用途に応じて通常、DCモータ、ステッピングモータ、またはサーボモータが使用されます- ブラシ付きDCモータとブラシレスDC（BLDC）モータ: これらは良好なトルクを提供します。特にBLDCモータは、より静かで高効率ですが、高度なコントローラが必要です。
- ステッピングモータ: 低速かつ高精度な制御に適しており、精密だが比較的ゆっくりとした動きに利用されます。
- サーボモータ: その優れた精度、迅速な応答性、そして動的負荷の下でも正確さを維持する能力から、ロボットアームではしばしば最優先で選択されます。