ファンモーターとは？仕組みや構造、種類と用途、寿命と故障原因
ファンモーターは、電動機を利用して空気を動かし、さまざまな機器の冷却を行う役割を果たします。
電気エネルギーを機械エネルギーに変換してファンブレードを回転させ、空気を循環させることで、機器の過熱を防ぎます。
この記事では、ファンモーターの基本的な構造からさまざまな種類のファンの機能、用途を解説しています。
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目次
1．ファンモーターとは
ここではファンモーターの概要と、構造・仕組みを解説します。
（1）ファンモーターとは
ファンモーターは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換してファンブレードを駆動する電動機です。
ブレードを駆動させることで、空気の流れを作り、さまざまな機器の冷却や換気が行われます。
ファンモーターは、産業施設はもちろん、家庭やオフィスなど、幅広い用途で快適な環境を維持する冷却システムのための重要なパーツです。
（2）ファンモーターの構造と仕組み
ファンモーターの仕組み（動作原理）は、電磁誘導の法則に基づいています。
| 【 ファラデーの電磁誘導の法則 】 電磁誘導の法則は、電磁場における基本的な法則の一つで、マイケル・ファラデーによって1831年に発見されました。 この法則は、磁場の変化によって電流が発生することを説明しています。 具体的には、導体（たとえばワイヤーのコイル）が磁場を横切るか、または磁場自体に変化がある場合、その導体に電動力（起電力）が誘導され、電流が発生します。この現象は、発電機やトランスフォーマー、電動機などの多くの電気機器の基本原理として利用されています。 たとえば、発電機では、磁場の中でコイルを物理的に動かすことで電流が発生します。 一方、電動機ではこの原理が逆に作用し、電流を流すことでコイルに力を作用させ、動きを生み出します。電磁誘導の法則により、電磁波の伝達過程や、電磁波が他の物体に与える影響を理解することが可能です。  |
電流がモーターのコイルを流れると、磁場が生成され、この磁場がローターを回転させます。
ローターの回転によりファンが駆動され、空気が移動することで冷却効果が得られるのです。
シンプルながら効果的な構造は、下記のパーツで構成されています。
①ステータ（静止部分）
ステータはモーターの外殻部分であり、内部には電線コイルが巻かれています。
巻かれたコイルに交流電力または直流電力が供給されると、強力な磁場が生成されます。
発生した磁場がモーターの原動力となるのです。
②ロータ（回転部分）
ロータはステータの内側に配置され、軸に固定された磁石や鉄製のコアを含んでいます。
ステータから発生する磁場の影響を受けてロータが回転し、その動力が直接ファンブレードに伝達されます。
③ベアリング
ベアリングはロータの摩擦を低減するために用いられます。
エネルギー消費をおさえ、モーターの寿命を延ばす役割をしています。
適切なベアリングの選択によって、騒音と振動が減少し、モーターの信頼性と性能が保たれるのです。
選定とメンテナンスに注意を払うことで、故障リスクが減り、運用コストの削減にもつながります。
④ファンブレード
ロータに固定されたファンブレードは、モーターが回転することで空気を強制的に動かします。
ブレードの設計（形状、サイズ、角度）は、使用される特定のアプリケーションに応じて空気の流れの最適化を計算します。
モーター全体のエネルギー消費に直接影響を与えるため、ファンブレードの形状と材質の選択は重要です。
⑤電子制御ユニット
電子制御ユニットは、モーターの速度やトルクを適切にコントロールし、電力消費を効率化することでエネルギー消費を向上させる重要な役割を果たします。
またモーターの負荷を適切に管理し、異常が検出された場合には、自動的にモーターを停止させて故障のリスクを大幅に低減します。
とくにブラシレスDCモーターやECモーターなどの先進的なモーター技術において、電子制御ユニットの役割は非常に大きいです。適切な制御により、ファンモーターはその性能を最大限に発揮し、長期間にわたって安定した運転を続けることができます。
【関連動画】ファンモーターについては以下の動画も参考にしてください。
引用：オリエンタルモーターー ファンモーター バリエーション紹介
2．ファンモーターに用いられるモーターと電流の種類
モーターにはさまざまな種類が存在し、特定の用途や環境に最適化されています。
モーターは構造や仕組み（動作原理）によって異なる特性をもち、適切な選択が機器の性能向上に直結します。
| 電流の種類 | モーターの種類 |
| 交流（AC） | 同期モーター |
| 誘導モーター（非同期モーター） | |
| 整流子型モーター | |
| 直流（DC） | ブラシ付きモーター |
| ブラシレスDCモーター（BLDC） | |
| 交流/直流 | ユニバーサルモーター |
| 特殊 | ECモーター（Electronically Commutated Motor） |
（1）交流（AC）モーター
交流電源を使用して動作するモーターです。
家庭用電化製品や工業用設備など、幅広い分野で採用されています。
耐久性が高く、維持管理が容易なため、多くの設備で基本的な選択肢となっています。
①同期モーター
ローターが磁場と同期して回転するモーターで、速度が一定であり、産業用途や高精度を要求するアプリケーションで利用されています。
同期モーターは精度が高く、発電所や大規模な工業設備での使用に適しているのが特徴です。
②誘導モーター（非同期モーター）
誘導モーターは、ブラシやコミュテータが不要でメンテナンスが容易なため、高い耐久性と効率を備えているのが特徴です。
交流電源を利用し、ステーターからの磁場によってローター内に誘導電流が生じることで回転力を得ます。
工業用ファンや家庭用大型家電に広く採用されており、多くの場面で活躍しています。
③整流子型モーター
整流子型モーターは直流電源を使用し、コミュテータとブラシを通じて電流の方向を切り替え、ローターを一定方向に回転させます。
速度とトルクの調整が容易になるため、電動工具や家庭用アプライアンスに広く採用されているのが特徴です。
ACモーターについては以下の記事で詳しく解説しています。
（2）直流（DC）モーター
直流電源を使用することで、高い始動トルクを実現しています。
直流モーターは、速度制御が容易であり、小型機器やバッテリー駆動の機器に適しているのが特徴です。
バッテリーを電源とする携帯型機器や、精密な動作が求められる産業機械に多く採用されています。
①ブラシ付きモーター
ブラシ付きモーターは、ブラシとコミュテータの接触を通じて電流をローターに伝達し、モーターを駆動します。
製造が容易でコストが低いため、家電製品や自動車のスターターなど多くの用途に広く採用されています。
②ブラシレスDCモーター（BLDC）
ブラシレスDCモーターは、摩耗や火花を引き起こすブラシがないため、より長寿命で、メンテナンスが少なくて済みます。
クリーンで静かな動作が求められる医療機器や情報通信機器に適しています。
DCモーター、ブラシモーターについては以下の記事で詳しく解説しています。
（3）ユニバーサルモーター
ユニバーサルモーターは、ACまたはDCのどちらの電源でも動作可能なため、小型家電製品に広く使用されています。
高速で動作し、手工具や家庭用の掃除機などで利用されています。
（4）ECモーター（Electronically Commutated Motor）
ECモーターは、BLDCモーターの一種で、エネルギー効率が特に高いことが特徴です。
磁石と電子制御を組み合わせることで、電源からの供給電圧を適切な回転力に変換しています。
エネルギー消費をおさえたい家庭用電化製品や、商業施設の空調システムに利用されることが多いです。
3．ファンモーターに使われるファンの種類
ファンモーターにはいくつかの異なる種類があり、それぞれ特定の用途に最適化されています。
以下は、一般的なファンのタイプとその特徴です。
（1）プロペラファン
画像引用：https://www.39yamanaka.com/blog/b_staff/pu.html
プロペラファンは、単純な構造でありながら効果的な空気移動を実現しています。
空調システムや冷却装置で一般的に使用されており、コスト効率のよい解決策となっています。
（2）遠心ファン＆ブロワ
画像引用：https://techcompass.sanyodenki.com/jp/training/cooling/fan_basic/010/index.html
遠心ファンとブロワは、空気をラジアル方向に移動させるために使用され、プロペラファンよりも高い静圧を生成できます。
工業用途や商業建築の空調システムで多く採用されています。
（3）クロスフローファン
画像引用：https://www.tohoeng.net/service2
クロスフローファンは、長いファンブレードにより、広範囲な空間に均等な空気の流れを送ることが可能です。
トンネル換気や一部の空調設備で使用されます。
（4）軸流ファン
画像引用：https://techcompass.sanyodenki.com/jp/training/cooling/fan_basic/008/index.html
軸流ファンは、空気を軸方向に移動させることができ、比較的大量の空気を効率よく動かすことが可能です。
産業用換気や冷却タワーなど、さまざまな用途で採用されています。
軸流ファンは以下の2種類に分かれます。
①二重反転ファン
二重反転ファンは、二つのファンが逆方向に回転することで、静圧を高めることができます。
特に騒音を低減しつつ、高い空気移動が必要な場所で効果を発揮します。
②耐環境ファン
耐環境ファンは、以下のような過酷な気象条件や高温環境下での使用に耐えるように設計されています。
| ・石油 ・ガス産業の精製施設 ・鉱業の採掘機械 ・海洋プラットフォーム ・農業用温室 ・屋外通信設備 |
高い耐久性と信頼性を持ち、設備の冷却と保護に不可欠で、機器の性能維持と寿命延長に大きな役割をはたしています。
（5）ミキシングフローファン
画像引用：https://www.archiexpo.com/ja/prod/aldes/product-1620-1725473.html
ミキシングフローファンは、異なる空気の流れを効果的に混合することができ、空気品質の管理に適しています。
空調や換気システムで利用されることが多いです。
（6）マルチブレードファン
画像引用：https://ja.aliexpress.com/i/4000165415588.html
マルチブレードファンは、多数のブレードを持つ遠心ファンで、高効率と低騒音が特徴です。
工業用や家庭用として広く利用され、高温耐性や防水性能を持つモデルもあります。
用途は多岐にわたり、工場やガレージ、ジムなどでの換気や乾燥に最適です。
また、壁掛け設置が可能なタイプもあり、スペースを有効活用できます。
（7）ハイプレッシャーファン
ハイプレッシャーファンは、高い静圧が求められる産業用途で広く利用されています。
空気のボリュームと圧力の要求に応じてさまざまなタイプがあり、用途に合わせた最適な設計が可能です。
たとえば食品産業では衛生的な条件を満たすために、特別な材質や仕上げが施されたモデルが利用されます。
（8）ロープロファイルファン
画像引用：https://www.scythe.co.jp/category/product/cpu-cooler/air-cooling/low-profile/
ロープロファイルファンは、天井が低い部屋や限られた空間に最適です。
通常のファンよりも天井に近く取り付けられるため、空間を有効に利用でき、安全性も向上します。
また省エネ設計のため、電気代の節約にも役立ちます。
デザインの面でも、現代的でスタイリッシュなものが多く、インテリアに溶け込みやすいです。
ただし、通常のファンに比べて空気の循環能力が小さいため、使用環境を考慮することが必要です。
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4．ファンモーターの選び方
ファンモーターを選ぶ際は、性能指標と環境への適応性を考慮することが重要です。
要素を理解することで、効率的で長持ちするファンモーターを選定することができます。
（1）性能指標に基づく選定
ファンモーターを選ぶ際の性能指標は4つ考えられます。
指標を評価することで、特定の用途に最適なモーターを選択することができます。
①効率
モーターが入力エネルギーをどれだけ有効に作業に変換できるかを示す割合です。
高効率のモーターは、消費されるエネルギーを効果的に利用し無駄を減らします。
エネルギーコストの節約と運用効率の向上が期待でき、エネルギー使用量が多い産業アプリケーションでの経済的利益が大きくなります。
②耐久性
モーターがどれだけ長期間にわたって高い性能を維持できるかを示します。
高耐久性のモーターは、材質の選定、設計の精密さ、製造プロセスの品質によって支えられています。耐久性が高いモーターは、頻繁なメンテナンスや早期の交換が不要で、過酷な環境下や連続運転が求められる産業アプリケーションにとって価値があります。
さらに、耐久性の高いモーターは、全体的な運用コストを低減し、設備の信頼性を向上させることで、長期的な安定生産活動へとつながるのです。
③騒音レベル
低騒音レベルのモーターは、騒音規制が厳しい環境での使用に適しています。
騒音の低減は、モーターの設計最適化、高品質の部材の使用、精密な組み立て技術によって生み出されます。
たとえば静寂が必要な病院や図書館、住宅地近くの工場では、騒音レベルの低いモーターが選ばれることが多いです。
④エネルギー消費
エネルギー消費は、モーターが特定の時間内に使用するエネルギーの総量を表します。
通常、キロワット時（kWh）で測定され、モーターの運用中に実際に消費される電力量を示します。
エネルギー消費が低いモーターは電気料金をおさえ、CO2排出量を低減することができるため、経済的および環境的に有益です。持続可能性を重視する現代のビジネスにとって、エネルギー消費の削減は重要な目標です。
（2）環境への適応性
ファンモーターが設置される環境は、高温や多湿などの過酷な条件下での運用を考慮する必要があります。
たとえば、超高温で使用されるファンには、熱に強い特殊合金が使われることが多いです。
極端な温度条件においては、モーターの絶縁体が劣化したり、軸受が故障する可能性があります。
耐熱性や耐寒性を持つ材料から作られたモーターを選ぶことが推奨されます。
耐腐食性、耐湿性、防塵性を備えた材質は、厳しい環境下でもモーターの機能を維持するために大変有効です。
材質を適切に選択することで、定期的なメンテナンスの必要性を減少させ、運用コストの削減に役立ちます。
5．ファンモーターの用途
ファンモーターは、汎用性と必要性からさまざまな分野で欠かせない存在であり、静音性や省エネ性をはじめ、耐久性や信頼性など、使用環境に応じた要求に応えるため精密に設計されています。
ここではファンモーターの用途を説明します。
（1）家庭用電化製品
ファンモーターは家庭用電化製品に広く利用されています。
冷蔵庫、エアコン、洗濯機、乾燥機、さらには掃除機などその応用範囲は非常に広いです。
家電製品では、ファンモーターが主に冷却機能を果たし、製品の性能と効率を最大化する役割に用いられます。
とくにエアコンや換気扇においては、ファンモーターの静かな運転とエネルギー効率が非常に重視されています。
さらに、コンパクトな設計が求められる中で、小型で効率的なモーターが選ばれることが一般的です。
（2）自動車
自動車産業では、ファンモーターは車両のエンジン冷却やキャビンの空調管理に用いられます。高温多湿な環境下での信頼性と耐久性が求められ、エンジンの過熱防止や効率的な動作を保証するための設計が施されているのです。
自動車の冷却ファンは、ラジエーターを通じてエアフローを効率的に送り込み、エンジンや他の主要部品の冷却を促進します。冷却されることにより、車両の性能が向上しエンジンの寿命が延びるとともに、燃費の改善も期待できます。
また、現代の自動車では、狭いスペースに適応するためのコンパクトな設計が求められるため、効率的でスペースを節約できるファンモーターが重宝されています。
（3）産業用機械
製造業や化学プラントで重要な役割を担っており、連続的な運転が求められる環境で、機械の過熱を防ぎ、最適な動作温度を維持するために使用されます。
機械が発生する熱を効果的に管理し、生産効率と安全性を保持するために設計された高耐久性のファンが必要です。
化学プラントでは、化学反応や製品の処理過程で発生する熱を効率的に排出するために利用され、安全な作業環境を確保する上で欠かせない要素となっています。
（4）空調設備
空調設備では、ファンモーターは室内空気の循環を支え、効果的な温度調整と空気品質の保持をおこなっています。
とくにECモーターやDCモーターが、そのエネルギー効率の良さと低騒音で支持されていることが多いです。
高いエネルギー効率を持つモーターは、運用コストの削減につながり、住宅や商業施設の空調システムで広く利用されています。
低騒音で効率的な運転が可能なため、快適な居住環境や作業環境を実現しています。
6．ファンモーターの寿命と故障原因
ファンモーターが機能しなくなると、多くの機器が正常に動作しなくなります。
ファンモーターの故障がもたらす影響、故障の主な原因、寿命の目安、そして適切なメンテナンス方法について解説します。
（1）ファンモーターが壊れるとどうなる？
ファンモーターが故障すると、機器の冷却機能が不十分になり、過熱による損傷が生じることがあります。
とくに連続運転が必要なデータセンターや医療機器では、故障が直接的な機能停止や重要なデータの損失につながる可能性が高いです。
また冷却不足が生じると、その他の問題や性能低下を引き起こす可能性もあり、最終的には運用コストの増加や修理費用の増大につながります。
（2）ファンモーターの故障原因
故障の一般的な原因には、過熱、潤滑不良、汚染物質の蓄積、電気的問題、そしてメンテナンス不足があげられます。
過熱は、特にモーターの巻線の絶縁を急速に劣化させ、コイルの焼損につながることが多いです。
また、適切な潤滑が行われていない場合、モーターのベアリングは過度の摩耗で故障する可能性があります。
汚れやほこりがモーター内に蓄積すると、ファンブレードのアンバランスが発生することで、性能が低下し最終的には故障につながります。
（3）ファンモーターの寿命の目安
ファンモーターの寿命は、使用状況や保守の頻度によって大きく異なります。
モーターの寿命は数年から10年以上と見積もられていますが、メンテナンスを適切に行えば、それ以上の期間使用することも可能です。（メーカー保証期間とは異なります。）
（4）ファンモーターのメンテナンス
ファンモーターのメンテナンスには、定期的な清掃、潤滑、および摩耗部品の交換が含まれます。
とくにファンモーターは粉塵が多い環境下でも使用されることが多く、ほこりや異物が内部に蓄積すると冷却効果が低下し、故障の原因になります。
また潤滑油はファンモーターの摩擦を減少させ、スムーズな運転を支えるために不可欠です。
適切な潤滑油を使用し、推奨されるスケジュールに従って潤滑を行うことで寿命を延ばすことができます。
摩耗した部品は早期に交換することで、大きな故障につながることを防ぐ可能性があります。
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