ブラシレスDCモーターとは何ですか? コントロール、アプリケーション、タイプ

BLDC (ブラシレス DC モーター) には、従来の「ブラシ付き」モーターに比べて多くの利点があります。 ブラシレスモーターは、ドローン、電動工具、消費財、包装機器、電化製品、医療用途などで使用されています。 この投稿では、他のモーター技術と比較した BLDC モーターの相対的な利点と欠点を検討します。 また、それらが実際に動作している場所と、それらをどのように使用できるかについても説明します。

ブラシレス DC モーターは、モーターのステーター (固定部分) 上の電磁コイルの配列に順次通電して、モーターのローター (回転部分) に配置された永久磁石に力を生成します。 ステーター コイルは、特殊なドライバーによってさまざまな電気方向、つまり磁気方向の特定のパターンで通電する必要があります。 BLDC モーターは、同じ負荷と速度の場合、ブラシ付き DC モーターよりも大幅に効率的に動作します。

このパターンを実行するには、ドライバーがいつでもローターの位置を把握している必要があります。 BLDC モーターは、通常、ホール効果センサーまたは逆起電力の検出による閉ループ制御を備えています。 コイルシーケンスの速度を可変することで回転出力を高精度に制御できます。 BLDC モーターはステッピング モーターといくつかの類似点を共有していますが、BLDC は高速向けに最適化されているのに対し、開ループ セットアップを使用するステッパーは正確な位置決め向けに最適化されています。

BLDC モーターには、インランナーとアウトランナーの 2 つの主なスタイルが存在します。

インランナーとアウトランナーの両方の電磁セクションは、磁石が回転している間、静止したままになります。 これは、電磁セクションが回転する間、磁石が静止したまま (ハウジングに取り付けられている) 従来の DC モーターとは異なります。 もう 1 つの基本的な違いは、ホール効果センサーや逆起電力に基づいてコイル通電のタイミングを決めるのではなく、ブラシ付き DC モーターは物理的なブラシを使用して「機械的にプログラムされた」シーケンスで電気を伝達することです。

ブラシレス DC モーターと比較したブラシ付き DC モーターの大きな利点は、安価で使いやすいことです。 適切な電圧の DC 電源に接続するだけです。 ただし、効率の低下、摩擦や火花によるブラシの磨耗などの欠点があります。 ブラシ付き DC モーターは、BLDC モーターと比較すると、出力制御が少なくなります。 これらにはフィードバックが組み込まれておらず、電圧入力を変更することが出力 RPM とトルクを変更する唯一の方法です。

BLDC モーターはステッピング モーター、AC モーター、または何か独特のものですか?

ブラシレス DC モーターは素早い連続ステップで回転するため、この回転デバイスをステッピング モーターのカテゴリに入れたくなります。 前述したように、実際的な違いは、BLDC は通常高速動作用に設計されているのに対し、ステッパーは精密な位置決め用に設定されているということです。 数千 RPM で回転するモーターが必要な場合は、ステッパーではなく BLDC が適切な選択です。

同時に、回転数の一部を正確に前後に何度も回転させるモーターが必要な場合は、ステッピング モーターが非常にうまく機能します。 CNC ルーターと 3D プリンターは、各ステップが完全に同期された状態で一度に何時間もステッパー制御下で頻繁に動作することを考えてください。 センサーのフィードバックを使用してモーターの移動距離を決定するサーボ モーターも、正確な位置決めに適しています。

BLDC モーターがステッピングとサーボ動作の要素を組み合わせていることを考えると、BLDC は完全にユニークなシステムであると考えることができます。 優れた速度性能と効率、統合されたフィードバック、および低メンテナンスコストを備えた BLDC モーターは、さまざまな自動化プロジェクトにとって魅力的なオプションです。

BLDC モーターは直流デバイスですが、交流アナログは永久磁石同期モーター (PMSM) と呼ばれます。 このタイプのモーターは、各コイルへの制御された DC 電源の代わりに、可変周波数ドライブを備えた AC 入力ソースを使用してモーター速度を制御します。 PMSM は通常、BLDC モーターよりも効率が高く、より多くのトルクを生成するため、電気自動車でよく使用されます。 BLDC モーターと同じものではありませんが、PMSM は多くの状況で優れた代替手段となります。

専用センサーまたは逆起電力によって提供される回転情報を使用して、台形、正弦波、およびフィールド指向制御 (FOC) の 3 つの方法のいずれかで BLDC 制御を実装できます。

BLDC モーター技術は現在、ドローン システムで主に使用されており、高速性、効率性、メンテナンスの軽減が可能な 4 つ以上のローターを調整することが最も重要です。 また、電動工具への統合も進んでいますが、BLDC モデルは通常、ブラシ付きモデルよりも大幅な価格割増になります。 洗濯機や乾燥機などの家電製品には、BLDC モーターのほか、一部のファンやポンプが含まれています。

他の用途には、通常 BLDC モーターによって駆動される PC の小型冷却ファンなどがあります。 正確に回転する磁気/光メディア (ハード ドライブおよび CD/DVD/Blu-ray プレーヤー) にもこのテクノロジーが採用されています。 大まかに言うと、他の用途には電気自動車 (電動自転車を含む)、梱包機器、医療機器などがあります。

BLDC モーター技術には大きな利点があるため、近い将来、BLDC モーター技術の使用が増加すると考えられます。 モーターの効率と出力を向上させ、より高性能なドライバーを利用できるようにするために、最先端の FOC 手法をさらに活用してください。

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