DCブラシレスモーターの構造と基本原理

ブラシレス DC モーター (BLDC) の概要

DC モーターの主な利点は、優れた速度調整と始動特性、大きなロックされたローター トルクであり、さまざまな駆動装置やサーボ システムで広く使用されています。ただし、DC モーターにはすべてブラシと整流子があり、それらの間に形成される機械的な滑り接触はモーターの精度、性能、信頼性に重​​大な影響を与えます。発生した火花は電波障害を引き起こす可能性があります。整流子ブラシ装置により、電気モーターの寿命が短くなり、DC モーターの構造が複雑になり、騒音が発生し、保守が困難になります。長い間、ブラシや整流子装置を必要としない DC モーターが求められてきました。

電子技術の急速な発展とさまざまな高出力電子機器の普及により、この願いは徐々に実現してきました。この章で紹介するブラシレス DC モーターは、ブラシと整流子の代わりに電子スイッチ回路と位置センサーを使用しており、DC モーターの特性を備えています。また、AC モーターの構造が簡単で、動作が確実で、メンテナンスが容易であるという利点もあります。その速度は機械的な転流によって制限されなくなり、高速ベアリングを使用すれば、毎分数十万回転の速度で動作することもできます。

ブラシレス DC モーター (BLDC) は、一般的な DC モーター、サーボ モーター、トルク モーターなど、幅広い用途に使用できます。これらは、高度な電子機器、ロボット、航空宇宙技術、CNC 装置、医療および化学産業、その他のハイテク分野に特に適しています。ブラシレス DC モーターは、電子回路とモーターを統合し、モーター分野に高度な電子技術を適用することで、モーター技術の更新と開発の迅速化を促進します。

2. BLDC の構造と基本的な動作原理

BLDC は自己制御可変周波数永久磁石同期モータの一種で、ステータとロータによって生成される磁界が同じ周波数であるため、BLDC では通常の誘導モータのような周波数差現象が発生しません。単相、2- 相、および 3- 相モーターでは BLDC に違いがあり、相の種類の違いによりステーター コイルの巻線数が決まります。ここでは、最も広く使用されている 3- フェーズ BLDC に焦点を当てます。

2.1 ステータ

BLDC ステータは、図 2.1.1 に示すように、積層され軸方向に打ち抜かれた多数のケイ素鋼板で構成され、各スロットに一定数のコイルが巻線を形成します。従来、BLDC の固定子は誘導モーターの固定子に似ていますが、固定子巻線の分布には特定の違いがあります。ほとんどの BLDC ステータには、星型パターンに配置された 3 つの巻線があり、それぞれが特定の方法で内部で接着された多くの鋼板で構成されています。偶数番号の巻線が固定子の周りに配置され、偶数番号の磁極が形成されます。逆起電力に関して注意すべきもう 1 つの点は、異なる巻線の相電流も台形波と正弦波の波形を示すことです。正弦波巻線は波形が滑らかであるため、台形巻線に比べて比較的滑らかに動作すると想像できます。ただし、より多くの巻線が存在するため、銅線では台形巻線よりも正弦波巻線の方が一般的に使用されます。適用電圧が異なるため、必要に応じて異なる電圧範囲のブラシレスモーターを選択できます。印加電圧48V以下のモーターは自動車、ロボット、小型ロボットアームなどの分野で使用できます。 100V以上の電圧範囲のモーターは、特殊機器、自動制御、工業生産分野で使用できます。