ブラシレスdcモータ

ブラシレス DC モーターについてすべてがわかる記事

● ブラシレスDCモーターとは何ですか? ↑トップに戻る

ブラシレスDCモーター（BLDCモーター：Brushless Direct Current Motor）は、永久磁石と電磁石の吸引力と反発力によって回転駆動される三相モーターで、直流電力を使用する同期モーターです。このタイプのモーターは、多くのアプリケーションで DC モーター (ブラシ付き DC モーターまたは整流子モーター) の代わりにブラシが使用されるため、「ブラシレス DC モーター」と呼ばれることがよくあります。ブラシレス DC モーターは、本質的には DC 電源入力と、DC 電源を使用する永久磁石同期モーターです。インバータを使用して位置フィードバック付きの三相交流電源に変換します。

ブラシレス DC モーターは、ホール効果に基づくモーターです。ローター、ステーター、永久磁石、および駆動モーター コントローラーで構成されます。ブラシレス DC モーターのローターは、複数のスチール コアと複数の巻線で構成されています。ローター シャフトに取り付けられています。ローターが回転すると、コントローラーが電流センサーを介してローターの位置を検出し、ステーター巻線に流れる電流の方向と強さを制御することで、良好なトルクを実現します。

ブラシ機能を制御し、供給された DC 電力を AC 電力に変換する電子ドライブ コントローラーと組み合わせることで、BLDC モーターの性能は、サービスが制限されているブラシを必要とせずに、ブラシ付き DC モーターの性能と同等になります。したがって、BLDC モーターは、ブラシを備えた機械的に整流されるモーターと区別するために、EC モーター (電子的に整流される) とも呼ばれます。

● モータ共通タイプ ↑トップに戻る

モーターは、電源の種類（AC または DC）と回転させる方法により次の種類に分類されます。ここでは、それぞれの種類の特徴と用途について簡単に説明します。

ブラシ付き DC モーターは、ブラシ デバイスを備えた回転電気機械で、DC 電気エネルギーを機械エネルギー (DC モーター) に変換するか、機械エネルギーを DC 電気エネルギー (DC 発電機) に変換します。ブラシレス DC モーターとは異なり、ブラシ デバイスは直流電圧と直流電流を導入または抽出するために使用される直流ブラシモーターは、すべてのモーターの基礎であり、素早い起動、適時のブレーキ、広い範囲でのスムーズな速度調整、および比較的単純な制御回路という特徴を備えています。ブラシと整流子は常に接触しているため比較的早く摩耗し、頻繁な交換と定期的なメンテナンスが必要です。

ステッピング モーターは、電気パルスを機械運動に直接変換する電気機械デバイスです。モーター コイルに適用される電気パルスのシーケンス、周波数、量を制御することで、ステッピング モーターのステアリング、速度、回転角度を制御できます。位置検出を備えた閉ループ フィードバック制御システムを使用せずに、ステッピング モーターとそのマッチング ドライバーで構成される単純な制御と低コストの開ループ制御システムを使用することで、正確な位置と速度の制御を実現できます。 p>

誘導モーターまたは非同期モーターは、回転子のトルク生成電流が固定子巻線の磁界の電磁誘導によって得られる AC モーターです。したがって、誘導モーターは回転子に電気接続する必要がありません。 .

同期モーターでは、回転が供給電流の周波数と同期します。これらのモーターは、電子レンジの回転トレイの駆動によく使用されます。モーター ユニット内の減速ギアを使用して、加熱に適切な回転速度を得ることができます。食べ物。誘導モーターの場合、周波数によって回転速度も変化します。ただし、動きは同期しません。以前は、これらのモーターは扇風機や洗濯機によく使用されていました。

● ブラシレスDCモーター機構 ↑トップに戻る

ブラシレス モーターは、永久磁石を保持するローターと、電流が流れると電磁石に変わる銅コイルを保持するステーターという 2 つの重要なコンポーネントに依存して動作します。

ブラシレスモーターは、インランナー（内側ローターモーター）タイプとアウトランナー（外側ローターモーター）タイプに分けられ、インランナーモーターはステーターが外側にありローターが内側で回転し、アウトランナーモーターはローターがステーターの外側で回転します。ステーターのコイルに接続すると電磁石となり、N 極と S 極が形成されます。電磁石の極性が対向する永久磁石の極性と一致すると、同じ極が反発し、ローターが回転します。電流が維持されると、ローターは回転します。この構成では、ロータは短時間回転し、対向する電磁石と永久磁石が整列すると停止します。そのため、電流は三相信号の形で流れ、電磁石の極性が常に変化し、ロータは回転し続けます。 /p>

モーターの回転速度は三相信号の周波数と等しいため、モーターをより速く回転させたい場合は、信号の周波数を上げることができます。リモコン車両の場合、スロットルを上げて速度を上げることは、コントローラーにスイッチング周波数を上げるように指示することと同じです。

● ブラシレス DC モーターはどのように動作しますか? ↑トップに戻る

永久磁石同期モーターとも呼ばれるブラシレス DC モーターは、高効率、小型、低騒音、長寿命という特徴を持つ電気モーターの一種です。工業生産や個人消費者向け製品に広く使用されています。

ブラシレス DC モーターの動作原理は、電気と磁気の相互作用に基づいています。永久磁石、ローターステーター、電子速度コントローラーなどで構成されます。永久磁石はブラシレス DC モーターの主な磁界源であり、通常は希土類永久磁石が使用されます。通電されると、永久磁石は固定磁場を生成し、この固定磁場がモーター内の電流と相互作用してローター磁場を形成します。

ローターはブラシレス DC モーターの回転部分であり、複数の永久磁石で構成されています。ローター磁界はステーター磁界の影響を受けて回転します。ステーターはブラシレスDCモーターの固定部分であり、銅コイルや鉄心などで構成されています。ステーターコイルに電流が流れると、可変磁場が形成されます。ファラデーの電磁誘導の法則によれば、ローターはステーターの磁場の影響を受けて回転トルクを生成します。

電子速度コントローラーはモーターの動作状態を制御し、電子速度コントローラーの電流を制御することでモーターの速度を制御します。電子速度コントローラーは、パルス幅、電圧、電流などのパラメーターを調整することでモーターを制御できます。

モーターが作動すると、ステーターとローターに電流が流れ、永久磁石の磁力と相互作用する電磁力が形成されます。電子スピードコントローラーの指示に従ってモーターが回転し、機械仕事を出力することで、被駆動機器や機械の動作を実現します。

簡単に言うと、ブラシレス DC モーターの動作原理は、電気的および磁気的相互作用を利用して、回転する永久磁石とステーター コイルの間に回転トルクを生成し、それによってモーターを回転させ、電気エネルギーを機械エネルギーに変換することです。仕事の目的。

● ブラシレスDCモーターの制御 ↑トップに戻る

BLDC モーターを回転させるには、コイル内の電流の方向とタイミングを制御する必要があります。下の図は、BLDC モーターのステーター (コイル) とローター (永久磁石) を示しています。 120°間隔の 3 つのコイル U、V、W。位相とコイル電流を制御して駆動します。電流は U 相、V 相、W 相と流れます。回転は磁束を連続的に切り替えることによって維持され、永久磁石がコイルによって誘導された回転磁界を継続的に追跡します。言い換えれば、U、V、W の通電は、合成磁束が動き続け、ローターの磁石を引き続ける回転磁界を生成するように常に切り替える必要があります。

現在主流のブラシレス モーター制御方式は 3 つあります。

1.台形波制御

台形波制御は、120 度制御、6 ステップ整流制御とも呼ばれ、最も単純なブラシレス DC (BLDC) モーター制御方法の 1 つであり、台形波の逆方向に整列した方形波電流をモーターの相に適用します。最適なトルク生成のための BLDC モーターの EMF 曲線。 BLDC ラダー制御は、白物家電、冷凍コンプレッサー、HVAC ブロワー、コンデンサー、産業用ドライブ、ポンプ、ロボット工学などの幅広いアプリケーション向けのモーター制御システム設計の実装に最適です。

方形波制御方式の利点は、制御アルゴリズムが簡単でハードウェアコストが低いこと、そして通常の性能のコントローラを使用してより高いモータ速度が得られることです。

欠点は、トルク変動が大きいこと、ある程度の電流ノイズが発生すること、効率が最大値に達しないことです。台形波制御は、モーターの回転性能が高くない場合に適しています。 台形波制御では、ホール センサーまたは非誘導推定アルゴリズムを使用してモーター ローターの位置を取得し、ローターの位置に基づいて 360 度の電気サイクル内で 6 回の整流 (60 度ごとに 1 回の整流) を実行します。

モータは転流位置ごとに特定方向の力を出力するため、台形波制御の位置精度は電気的 60°と言えます。

この制御方法は、モーターの相電流波形が台形波に近づくため、台形波制御と呼ばれます。

2.正弦波制御

正弦波制御方式は SVPWM 波を使用し、3 相正弦波電圧を出力し、対応する電流も正弦波電流となります。

この方法には方形波制御整流の概念がないか、電気サイクル内で無限数の整流が実行されると考えられます。

明らかに、正弦波制御は方形波制御に比べてトルク変動が小さく、電流高調波も少なく、制御がより「繊細」に感じられます。ただし、コントローラの要求性能は方形波制御よりも若干高く、モータ効率には達しません。最大値。

3.フィールド指向制御 (FOC)

ベクトル制御 (VC、ベクトル制御) とも呼ばれる FOC (フィールド指向制御) は、現在、ブラシレス DC モーター (BLDC) および永久磁石同期モーター (PMSM) を効率的に制御するための最良の方法の 1 つです。

正弦波制御は電圧ベクトルの制御を実現し、間接的に電流の大きさの制御を実現しますが、電流の方向を制御することはできません。

FOC 制御方式は、電流ベクトルの制御、つまりモータの固定子磁界のベクトル制御を実現する正弦波制御の発展版と言えます。

モータのステータ磁界の方向を制御するため、モータのステータ磁界とロータ磁界を常に90°に保つことができ、一定電流下で最大のトルク出力が得られます。

4.センサーレス制御

センサーを介した従来のモーター制御とは異なり、センサーレス制御はセンサー (ホール センサー、エンコーダーなど) なしでモーターを駆動できます。この方法では、モーターの電流と電圧の情報を使用してローターの位置を決定します。モーター速度はローター位置の変化から導出され、この情報はモーターの速度の制御に使用されます。

センサーレス制御の利点は、センサーが不要で、過酷な作業環境でも確実に動作でき、低コストで、必要なピンが 3 本のみで、サイズが小さいことです。同時に、損傷するホールがないため、寿命と信頼性が長くなります。しかし、デメリットも明らかで、スムーズに始動しないということです。低速時やローターが静止しているときは、逆起電力が小さすぎてゼロクロス点を検出できないためです。

● DC ブラシ付きモーターとブラシレスモーター ↑トップに戻る

● DC ブラシ付きモーターとブラシレス モーターの類似点

ブラシレス DC モーターとブラシ付き DC モーターには、いくつかの共通の特性と動作原理があります。

1. ブラシレス DC モーターとブラシ付き DC モーターは構造が似ており、どちらもステーターとローターを含みます。ステーターは磁場を生成し、ローターはステーターの磁場と相互作用することでトルクを生成し、それによって電気エネルギーを機械エネルギーに変換します。

2. どちらのタイプのモーターも、電気エネルギーを供給するために DC 電源が必要です。ブラシレス DC モーターでもブラシ付き DC モーターでも、動作原理は直流に基づいています。

3. ブラシレス DC モーターとブラシ付き DC モーターはどちらも、入力電圧または電流を変更することで速度とトルクを制御できます。これにより、さまざまなアプリケーション シナリオに合わせて調整および制御できるようになります。

● DC ブラシ付きモーターとブラシレス モーターの違い

ブラシレス DC モーターとブラシ付き DC モーターにはいくつかの共通点がありますが、性能と利点において明確な違いがいくつかあります。

名前が示すように、ブラシ付き DC モーターには、モーターが回転するようにモーターの方向を変えるブラシが付いています。ブラシレス モーターは、機械的な整流機能を電子制御に置き換えます。

この記事は、DC ブラシ付きモーターとブラシレス モーターの違いを理解するのに役立ちます。 

● ブラシレスDCモータータイプ ↑トップに戻る

● STEPPERONLINE BLDC モーター タイプ

STEPPERONLINE が販売するブラシレス DC モーターにはさまざまな種類があり、さまざまな種類のステッピング モーターの特性と用途を理解することは、どのタイプが最適かを判断するのに役立ちます。

1. 標準BLDCモーター(インナーローター)

STEPPERONLONE は、NEMA 17 23 フレームとメトリック サイズ 36 mm ～ 80 mm の標準ブラシレス モーターを供給しています。モーター (内部ローター) には、出力範囲 13 ～ 1100 W、速度範囲 2000 ～ 6000 rpm の 3 相 12V/24V/36V 低電圧および 310V 高電圧電動モーターが含まれています。統合されたホール センサーは、正確な位置と速度のフィードバックが必要なアプリケーションで使用できます。標準オプションは優れた信頼性と高性能を提供しますが、当社のモーターのほとんどは、さまざまな電圧、電力、速度などで動作するようにカスタマイズすることもできます。ご要望に応じて、カスタマイズされたシャフトのタイプ/長さおよび取り付けフランジも利用可能です。

2. ギヤードBLDCモーター

ブラシレス DC ギヤード モーターは、ギアボックス (遊星ギアボックスなど) を内蔵したモーターです。ギアはモーターの駆動軸に接続されています。この図は、ギアボックスがモーター ハウジングにどのように収容されているかを示しています。

ギアボックスは、出力トルク (トルク) を増加させながら、ブラシレス DC モーターの速度を下げるのに役立ちます。 ブラシレス DC モーターは通常 2000 ～ 3000 rpm の速度で動作し、優れた効率を実現します。たとえば、モーターをトランスミッション比 20:1 のギアボックスと組み合わせると、この速度を 100 ～ 150 rpm に下げることができ、トルクが 20 倍に増加します。

さらに、モーターとギアボックスを単一のハウジングに組み込むことで、ギア付きブラシレス DC モーターの外形寸法が削減され、設置される機械スペースを効率的に利用できます。

3. アウターロータ型モータ

新しいテクノロジーにより、より強力なコードレス屋外用電源機器やツールが生み出されています。電動工具に統合された新しいタイプのモーターは、外部ローター ブラシレス モーター設計です。

アウター ローター BLDC モーターまたはアウター ローター駆動ブラシレス モーターは、スムーズでスムーズな回転を実現するアウター ローター設計を特徴としています。これらのモーターは、同等のサイズの内部ローター設計よりも高いトルクを達成できます。外部ローター モーターによって生成される慣性が大きいため、低ノイズと低速での信頼性の高いパフォーマンスが必要なアプリケーションに最適です。

アウターローター モーターでは、ローターが外側 (モーターの外側) に配置され、ステーターがモーターの内側に配置されます。

アウターローター BLDC モーターはインナーローター モーターよりも短く、コスト効率の高いソリューションを提供します。これらのモーターでは、永久磁石がローター ハウジングに取り付けられており、巻線を介して内側のステーターの周りを回転します。アウターローター モーターは、ローターの慣性が大きいため、インナーローター モーターよりもトルク リップルが低くなります。

4. 一体型 BLDC モーター

一体型ブラシレスモーターは、産業用自動制御分野と連携するために開発されたメカトロニクス製品です。このモーターには高性能の専用ブラシレス DC モーター ドライバー チップが搭載されており、高集積、小型、完全な保護、シンプルで明確な配線、高い信頼性などの一連の利点があります。このシリーズには、100 ～ 400 W のさまざまな統合モーターが含まれています。さらに、内蔵ドライバーには新しいPWM技術が搭載されており、ブラシレスモーターの高速回転が可能で、振動が少なく、騒音が少なく、安定性が高く信頼性が高いです。一体型モーターは省スペース設計を実現し、モーターとドライブのコンポーネントが別々の場合と比べて配線を削減し、コストを節約します。

● ブラシレスDCモータードライバーの選び方 ↑トップに戻る

1.まず、適切なブラシレス モーターを選択する必要があります。

電気パラメータに基づいてブラシレス モーターを選択します。まず、必要なモータの速度範囲、トルク、定格電圧、定格トルクなどの電気的パラメータを明確にし、これらのパラメータに基づいて適切なブラシレスモータを選択する必要があります。一般に、ブラシレスモーターの定格速度は 3000RPM であり、動作速度は 200RPM 以上であることが推奨されます。低速で長時間走行する必要がある場合は、ギアボックスを使用して速度を落としてトルクを増やすことを検討できます。

機械サイズに応じてブラシレスモーターを選択してください。装置に適したモータ取付寸法、出力軸寸法、外形寸法等に応じて適切なモータを選定してください。お客様の要件に応じて、さまざまなサイズのブラシレス モーターのカスタマイズをサポートします。

2.適切なブラシレス ドライバーを選択します。

ブラシレス モーターの電気的パラメーターに従って適切なドライバーを選択します。ドライバ選定の際は、モータとドライバの互換性を確保するため、ブラシレスモータの定格電力および定格電圧がドライバの許容範囲内であることをご確認ください。当社の既存のブラシレスドライバは、低電圧ドライバ(12-60VDC)と高電圧ドライバ(110/220VAC)に分けられ、それぞれ低電圧ブラシレスモータと高電圧ブラシレスモータに適しています。 2 つを混合することはできないことに注意してください。

ブラシレス ドライバーを選択する場合は、ドライバーが適切な環境で動作するように、ドライバーの設置サイズと放熱条件を考慮する必要があります。

● ブラシレスDCモーターのメリットとデメリット ↑トップに戻る

● 利点

他の種類のモーターと比較して、ブラシレス DC モーターは、小型、高出力、低振動、低騒音、長寿命という利点があります。 BLDC モーターの利点を詳しく見てみましょう。

これらのモーターは最大回転力 (トルク) を継続的に制御できるため、大きな利点の 1 つは効率です。対照的に、ブラシ付きモーターは回転中の特定の時点でのみ最大トルクに達します。ブラシ付きモーターがブラシレス モーターと同じトルクを供給するには、より大きな磁石を使用する必要があります。このため、小型の BLDC モーターでもかなりの電力を供給できます。

2 番目の大きな利点は、最初の利点と関連していますが、制御性です。 BLDC モーターはフィードバック機構を介して制御され、希望のトルクと速度を正確に提供できます。正確な制御により、エネルギー消費と発熱が削減され、モーターがバッテリー駆動の場合はバッテリー寿命が延長されます。

BLDC モーターにはブラシがないため、耐用年数が長く、電気ノイズが低くなります。ブラシ付きモーターでは、ブラシと整流子が接点の継続的な移動によって摩耗し、接点で火花が発生する可能性もあります。電気ノイズは、特にブラシが整流子のギャップを通過する領域での強い火花によって発生します。このため、電気ノイズを回避する必要があるアプリケーションでは BLDC モーターが望ましいと考えられることがよくあります。

さらに、ブラシレス DC モーターには次の利点もあります。

2.精密ボールベアリングを使用しており、長寿命で静かな動作を実現します。

3.直線的なトルク曲線による広い速度範囲とフルモーター出力

4.電気干渉放射を削減する

5.ステッピング モーターと機械的に互換性があるため、建設コストが削減され、部品の種類が増加します

● 欠点

ブラシレス モーターにはより高度な電子機器が必要なため、ブラシレス ドライブの全体的なコストはブラシ モーターのコストよりも高くなります。

モーター制御モードのセクションでは、FOC が磁界のサイズと方向を正確に制御できるため、モーターのトルクが安定し、低騒音、高効率、高速動的応答を実現できることを紹介しました。現時点では、ブラシレス DC モーター (BLDC) を効率的に制御するための最良の選択肢です。ただし、ハードウェアのコストが高く、コントローラーのパフォーマンスに対する要件が高く、モーターのパラメーターを一致させる必要があるという欠点があります。

また、欠点もあります。つまり、誘導リアクタンスにより、BLDC は起動時にジッターを伴い、ブラシ付きモーターの起動ほどスムーズではありません。

さらに、ブラシレス DC モーターは修理やメンテナンスに専門的な知識と設備が必要なため、一般のユーザーにとっては敷居が高くなります。

● ブラシレスDCモーターの用途と応用 ↑トップに戻る

ブラシレス DC モーター (BLDC) は、長寿命、低ノイズ、高トルクのため、産業オートメーション、自動車、医療機器、人工知能などの産業で広く使用されています。以下では、さまざまな業界における BLDC の適用について詳しく紹介します。

1.産業オートメーション

ブラシレス DC モーターは、サーボ モーター、CNC 工作機械、ロボットなどの産業オートメーションの分野で重要な役割を果たしています。また、塗装、塗装などの作業を実行する産業用ロボットの動きを制御するアクチュエーターとしても使用されます。製品の組み立て、さらには溶接まで。これらのデバイスの駆動には高精度、高効率のモーターが必要ですが、ブラシレス DC モーターはこれらの要件を正確に満たすことができます。

2.電気自動車

電気自動車の駆動モーターは、ブラシレス DC モーターのもう 1 つの重要な応用分野です。特に、制御性が求められる機能置き換えや、部品の使用頻度が高く長寿命が求められる箇所では、ブラシレスDCモータが主役となっています。パワーステアリングシステムに続く主な応用分野は、エアコンのコンプレッサーモーターです。さらに、電気自動車 (EV) のトラクション モーターもブラシレス DC モーターの有望な分野です。システムは限られたバッテリー電力で動作するため、モーターは効率的かつコンパクトで、狭いスペースにも収まる必要があります。

3.航空宇宙&航空宇宙産業ドローン

航空宇宙分野では、ブラシレス DC モーターはその優れた性能が非常に重要であるため、最も一般的に使用される電気モーターの 1 つです。最新の航空宇宙技術では、航空機のさまざまな補助システムが強力で効率的なブラシレス DC モーターに依存しています。航空機技術では、ブラシレス DC モーターは、飛行面の制御や客室内の電源システム (燃料ポンプ、空気圧ポンプ、電源システム、発電機、配電機器など) の駆動に使用されます。これらの用途におけるブラシレス DC モーターの優れた性能と高効率により、飛行面の柔軟な制御が保証され、航空機の安定性と安全性が確保されます。

ドローン テクノロジーでは、ブラシレス DC モーターを使用して、ドローンの干渉システム、通信システム、カメラなどの機器を制御できます。ブラシレス DC モーターは、高出力と高速応答により、これらのアプリケーションの高負荷と高速応答の問題を解決し、ドローンの信頼性とパフォーマンスを保証します。

4.医療機器

医療機器では、人工心臓や血液ポンプなどのブラシレス DC モーターも広く使用されています。これらのデバイスには、電力を供給するために高精度、信頼性が高く、軽量なモーターが必要ですが、ブラシレス DC モーターはこれらの要件を満たすことができます。

ブラシレス DC モーターは、高効率、低騒音、長寿命を備えたモーターの一種として、医療機器の分野で広く使用されています。医療用吸引器、輸液ポンプ、手術ベッドなどへの応用により、機器の動作がより安定し、正確かつ信頼性が高まり、医療機器の開発に重要な貢献をしてきました。

5.スマートホーム

スマート ホーム システムでは、循環ファン、加湿器、除湿器、芳香剤、冷暖房ファン、ハンドドライヤー、スマート ドア ロック、電動ドアや窓などにもブラシレス DC モーターが使用されています。家電製品のモーターを誘導モーターからブラシレス DC モーターとそのコントローラーに移行することで、省エネ、環境保護、インテリジェンス、低騒音、快適性の要件をより適切に満たすことができます。

ブラシレス DC モーターは、洗濯機、エアコン システム、掃除機、その他の家庭用電化製品にも長い間使用されてきました。最近ではファンにも使用されており、その高効率により電力消費量の大幅な削減に貢献しています。

全体として、ブラシレス モーターは生活のあらゆるところで実用化されています。ブラシレス DC モーター (BLDC) は、効率的で耐久性があり、業界全体でさまざまな用途に使用できる多用途のデバイスです。その構造、種類、用途により、最新のテクノロジーと自動化において重要なコンポーネントとなっています。