コギングトルクとトルクリップルの違いを徹底解説！原因・影響・対策を中学生にもわかる言葉で

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コギングトルクとトルクリップルの基本を知ろう

モーターを回すとき、力が均一に感じられるかどうかは、製品の使い心地に大きく影響します。この「力の揺れ」は、専門用語では コギングトルク と トルクリップル と呼ばれます。
まず コギングトルク とは、ローターの歯とステータの磁極がぴったり噛み合う角度で、瞬間的に出力が大きくなったり小さくなったりする現象です。磁石の形状、鉄心の区画分割、そして設計そのものが影響します。
対して トルクリップル は、動作中の力の波のような揺れを指します。これは回転速度、制御信号、機械部品の摩擦、軸受の状態など、複数の要因が絡み合って現れるため、コギングトルクよりも広い意味を持つことが多いです。
この二つは見た目には似ているようでも、起きる場所や影響の出方が異なります。コギングトルクは角度依存、トルクリップルは速度依存や信号依存の傾向が強い点が特徴です。
設計の際には、それぞれの性質を別々に理解することが大切で、どちらが課題なのかを判断して対策を考える必要があります。

コギングトルクとトルクリップルを正しく把握することで、低速での滑らかさや正確な位置決め、そして高回転域での安定性を高められます。データシートにはしばしば両者の値が別々に示され、設計時にはこの違いを意識して読み解くことが重要です。
この基本を押さえておくと、駆動系のトラブルを未然に防ぎ、実際の製品開発や実験の段階での意思決定がスムーズになります。
モーター設計の学習を進めるとき、まずこの二つの現象をセットで覚えると理解が早く進みます。

原因と発生メカニズム

コギングトルクとトルクリップルが生まれる原因は、それぞれ別の要因が組み合わさっています。コギングトルク の主な原因は、磁極の数と配置、鉄心の分割（溝の数）、そして歯車のような噛み合わせの角度が特定の位置で揃うことです。これにより、回転角度がちょうど整列する地点で力が強く働き、反対に別の角度では力が弱くなるため、規則的な周期性をともなう揺れが発生します。
トルクリップル は、動作中の波形品質（PWM の切り替え方や電源のノイズ）、機械的要因（摩擦、軸受の状態、構造の剛性）、そして回転速度と制御信号の関係によって発生します。波形が乱れると、力の瞬間的な変動が大きくなり、全体としてのトルクが揺れやすくなります。
この二つを理解する鍵は、「どこで」「どうして」揺れが生じるのかを切り分けることです。コギングトルクは角度依存、トルクリップルは速度依存・信号依存の性質を持つ点が、見分けの上での重要なヒントになります。

要点の整理
・コギングトルクは角度依存、磁極・鉄心の設計要因に左右される。
・トルクリップルは速度・信号・機械的要因に左右される。
・両者は設計と駆動の異なる対策が必要。
・低速域の安定と高回転域の制御適性を両立するには、両方を同時に抑える設計が望ましい。

実務での影響と対策

実務では、コギングトルクとトルクリップルの影響をそれぞれ評価し、適切な対策を設計に組み込むことが求められます。コギングトルク を抑えるためには、設計段階での対策が有効です。たとえば、磁極の分割を最適化して「スキュー」と呼ばれる角度のずれを導入する、鉄心の溝構造を改善して磁気の分布を均一化する、などの方法が挙げられます。
トルクリップル を抑えるには、駆動系の品質改善と制御の高度化が必要です。PWM の切り替えパターンを滑らかにする、電源ノイズを減らす、駆動信号のフィードバックを強化して閉ループ制御を安定させる、機械部品の摩擦を低減するなどの対策が有効です。
さらに、設計時には両者を同時に評価できる指標を用意し、必要な抑制レベルを決定します。現場での実測データとシミュレーションの両方を活用して、低速域の滑らかさと高回転域の安定性の両立を図るのが実践的なアプローチです。
表現力のある対策 として、磁性材料の選択、磁気回路の再設計、制御アルゴリズムの工夫、そして機械系のダンピングの導入など、複数の要素を組み合わせると効果が高まります。こうしたアプローチを組み合わせることで、コギングトルクとトルクリップルの両方を抑え、安定した駆動を実現できます。

実践のヒント：実機での測定時には、低速と高速度の両方でデータを取り、周期性の違いを識別します。コギングが強い場合は角度依存の変化を重点的に解析、トルクリップルが強い場合は PWM 波形や機械的要因を重点的に点検します。設計指針を明確にして、部品選定と制御設計を段階的に改善していくと、品質の高いモーターを作りやすくなります。

要素別の比較表

以下の表は、コギングトルクとトルクリップルの要素を要約したものです。設計時に役立つ基礎情報として活用してください。

able>要素コギングトルクトルクリップル説明起点角度依存速度・信号依存どの条件で力が変動するかの目安主な原因磁極と鉄心の構造・分割波形品質・機械的要因設計と駆動の違いを表す影響領域低速域に顕著全速度域・運転中用途に応じて重要度が変わる対策の焦点設計（スキュー、形状最適化）駆動系・制御（PWM、ダンピング）個別対応の組み合わせが有効ble>

このように、コギングトルクとトルクリップルは別々の対策が必要ですが、実務では両方を同時に抑えることが望まれます。設計初期から両者を意識して評価することで、開発の後半での修正コストを抑え、実機の性能を高めることが可能です。

ピックアップ解説

放課後の研究室で、友だちとモーターをいじっていたときのことです。コギングトルクとトルクリップル、二つの言葉を聞いてはいたけれど、実際にはどんな違いがあるのか、はっきり理解していませんでした。図に描いてみると、コギングトルクは“磁極がぴったり噛み合う瞬間の力のピーク”の話で、角度が決まると強くなる場所が生まれることが分かります。一方、トルクリップルは“波のような力の揺れ”で、速度が上がると波の大きさが変わることが多い。二つの原因を分けて考えると、設計で抑えられるポイントが見つかります。私たちはノートに二つの現象の違いを図解し、どんな対策が有効かを議論しました。これがきっかけで、設計の判断材料となるデータの読み方にも自信がつき、実験室の雰囲気も一段とアクティブになったのを覚えています。

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