ブラシレスDCモーターとは

 

A ブラシレスDCモーター(BLDC)モータ本体とドライバから構成される代表的なメカトロ製品です.ブラシや整流子(または集電リング)がないため,「整流子レスモーター」とも呼ばれます.

 

ブラシレスモーターの歴史は19世紀にまで遡ります.当時,アメリカの発明家ニコラ テスラが 1887 年に非同期モーターを発明しました.非同期モーターを「ブラシレス モーターの前身の 1 つ」と呼ぶ人もいますが,当時の技術的限界により,モーターの開発は比較的ゆっくりとしたプロセスでした. .トランジスタの発明と応用によりモーター技術に画期的な進歩が見られたのは 19 世紀半ばになってからでした.従来のブラシと整流子の代わりにトランジスタ整流回路を使用することにより,電子的に整流される DC モーターが正式に誕生しました.この新しいブラシレスモーターは,非同期モーターの技術的欠陥を克服するだけでなく,効率と信頼性も大幅に向上します.

 

現在,ブラシレス DC モーターは,高効率,低メンテナンス,長寿命などの利点により,電動工具,家電製品,産業オートメーションの分野で広く使用されています.

 

 

1. 速度規制のモード

ブラシレスモーターは従来のモーターを置き換えることができますブラシ付きDCモーターインバータ＋インバータモータまたは非同期モータ＋減速機の速度調整システムを置き換えて速度調整を行うこともできます.追加の変速装置を必要とせず,効率的な速度調整を直接実現します.

 

2. カーボンブラシとスリップリング構造

ブラシ付きモーターは電気エネルギーの伝達を実現するためにカーボンブラシとスリップリングを使用しますが,これらの部品は使用とともに摩耗し,メンテナンスの手間が増加します.一方,ブラシレスモーターはカーボンブラシとスリップリング構造を排除し,これらのコンポーネントの磨耗を排除し,モーターの耐用年数と信頼性を向上させます.

 

3. 低速・高出力動作

ブラシレスモーターは低速で高出力を実現でき,減速機なしで大きな負荷を直接駆動できるため,機械装置の複雑さとサイズが軽減されます.

 

4. 体積と重量

ブラシレス モーターは小型かつ軽量でありながら,非常に高い出力を備えているため,ポータブルでコンパクトな機器に有利です.

 

5. トルク特性

ブラシレスモーターは特に低中速でのトルク特性に優れています.高い起動トルクと低い起動電流により,頻繁な起動と停止が必要なアプリケーションシナリオに適しています.

 

6. 速度調整と過負荷容量

ブラシレスモーターは,無段階速度調整機能,広範囲の速度調整を備え,強力な過負荷容量を備えており,さまざまな複雑な作業条件に適応します.

 

7. 始動・制動特性

優れたソフトスタートおよびソフトストップ特性を備えたブラシレスモーターにより,従来の機械式または電磁式ブレーキ装置の必要性がなくなり,システムの複雑さがさらに簡素化されます.

 

8. 効率と省エネ

ブラシレスモーターはカーボンブラシや励磁損失がないため,効率が非常に優れています.同時に,ブラシレスモーターは多段階の減速の必要性を排除するため,合計で 20% ～ 60%,あるいはそれ以上の電力削減が可能になります.

 

9. 信頼性と安定性

ブラシレスモーターは安定しており,修理やメンテナンスが容易で適応性があり,でこぼこや振動などのさまざまな過酷な環境でも優れた性能を発揮します.

 

10. 騒音と寿命

ブラシレス モーターは,振動や騒音が少なく,より静かでスムーズに動作し,磨耗するカーボン ブラシがないため,ブラシ付きモーターよりも耐用年数が長くなります.

 

11. 火花と爆発性

ブラシ付きモーターはカーボンブラシの接触により火花を発生する可能性がありますが,ブラシレスモーターにはこの問題がなく,特に防爆が必要な場所に適しています.さらに,性能をさらに最適化するために,必要に応じて台形磁界または正弦波磁界のブラシレス モーターを選択できます.

 

 

ブラシレス DC モーターの基本概念と利点を理解した後,それがどのように動作するのかも理解する必要があります.従来のブラシモーターとは異なり,電子制御システムを使用して電流と整流を調整し,ローターを駆動します.以下に,ブラシレス DC モーターの仕組みと主なコンポーネントを紹介します.

 

1. 電子通信システム

ブラシレス DC モーターの主な特徴は,従来のモーターに見られるブラシや機械式整流子が存在しないことです.代わりに,PCB アセンブリによって制御される電子整流システムがあります.ローターの位置に応じて電流の方向を切り替えることでローターの連続回転を可能にします.ローターの位置は通常,ホール センサーまたはその他の位置検出器によって監視され,電子コントローラーはセンサー信号に従って巻線電流を継続的に調整します.

 

2. ステーターとローターの相互作用

ブラシレス DC モーターのステーターは固定されており,ステーター コアとその周りに巻かれた巻線で構成されます.電流が巻線を通過すると,回転磁界が生成されます.ステーターによって生成されたこの磁界は,ローター内の磁石 (永久磁石) と相互作用してローターを駆動します.

 

ステータ:固定子巻線は,電子整流コントローラーによって駆動される電流によって回転する電磁場を生成します.

 

ローター：ローターは磁石とローターコアで構成されています.ステーターの電磁場が変化すると,ローター上の永久磁石が引力と反発力を受けて回転し始めます.

 

3. 操作の主な手順

起動：電流が固定子巻線を通過すると,固定子巻線によって生成された磁場が回転子の永久磁石と相互作用し,回転子の回転を開始するトルクが生成されます.ブラシレスモーターは始動トルクが高く,始動電流が比較的低いです.

 

無負荷運転：外部負荷がない場合,モーターは高効率で動作し,電子コントローラーがセンサーのフィードバックに従って巻線の電流を調整してローターの安定した回転を維持します.

 

負荷をかけた状態での実行:モーターが負荷に接続されると,ローターは負荷に打ち勝つためにより多くのトルクを生成します.電子整流子は負荷の変化に応じて電流を自動的に調整し,さまざまな負荷の下でもモーターがスムーズに動作するようにします.

 

4. トルク特性と速度調整

ブラシレス DC モーターは,特に低速および中速で優れたトルク特性を提供します.無段階速度調整機能と広い速度範囲により,モーターはさまざまな速度で安定したトルク出力を維持できます.この特徴により,BLDC モーターは産業用オートメーションや電動工具など,高精度の制御が必要な幅広い用途に適しています.

 

5. 電子制御のメリット

BLDC モーターの寿命と効率は,従来のモーターのカーボン ブラシと整流子を置き換える電子整流システムにより大幅に向上します.モーターには磨耗するブラシがないため,メンテナンスの必要性が軽減されるだけでなく,ノイズや電磁干渉も軽減されます.さらに,電子コントローラーによりソフトスタート,ソフトストップが可能となり,モーターのスムーズな動作と機械構造への影響を軽減します.

 

 

ブラシレス DC モーターの製造プロセスでは,主要コンポーネントの組み立てがモーターの効率的な動作を確保するための基礎となります.以下は,当社 (VSD) 内部ローター ブラシレス DC モーターの 1 つの典型的な構造と製造プロセスです.

 

主要コンポーネントの紹介

1. フロントエンドカバー 2. ハウジング 3. 巻線 4. ステーターコア

5. 永久磁石 6. ローターコア 7. 後部巻線ボビンおよび前部巻線ボビン 8. PCB アセンブリ

9. フロントベアリングとリアベアリング 10. リアエンドカバー 11. シャフト 12. スペーサーと止め輪

 

製造工程

ステータアセンブリアセンブリ

まず,ステータコアをハウジングに固定し,次にステータコアに巻線を巻き,前後の巻線ボビンを使用して巻線を固定することで,コイルがきれいに整列し,外部の振動や摩擦の影響を受けないようにします.巻線が完了したら,電流調整とモーター制御をサポートするために PCB アセンブリが接続されます.

 

ローターアッセンブリー

ローターコアには永久磁石が取り付けられており,しっかりとフィットします.ローターコアはシャフトに固定されており,永久磁石とステーター巻線の間に正確なギャップを確保し,磁場の効果的な作用を確保します.

 

ベアリングやその他のサポートの組み立て

フロントエンドキャップとリアエンドキャップに前後のベアリングを装着し,モーターシャフトのスムーズな回転をサポートします.また,スペーサーやスナップリングを所定の位置に取り付け,ベアリングやその他の部品がしっかりと緩んでいないことを確認してください.

 

機械の組み立てを完了する

ケース,ステーター,ローター,シャフト,前後エンドキャップを順番に組み立てます.モーターの効率的な動作を確保するには,各部品がしっかりとフィットしていることを確認し,特にステーターとローターの間のギャップを正確に調整する必要があります.

 

テストとデバッグ

モーターの組立後は,無負荷試験,負荷試験,トルク特性試験などの動作試験を行い,モーターが設計要件を満たし,異常なくスムーズに動作することを確認します.

 

 

優れたブラシレス DC モーターの適切な動作と安定した性能を確保するには,モーターの状態を定期的にチェックする必要があります.ブラシレス DC モーターをチェックする一般的な方法は次のとおりです.

 

1. 無負荷試験

無負荷テストは,外部負荷が接続されていないときのブラシレス DC モーターの動作をチェックし,モーターが適切に起動して動作することを確認することです.手順は次のとおりです.

 

テスト手順:

外部負荷がない状態で,モーターを駆動電源に接続してください.

 

入力電圧を徐々に増加させ,モーターがスムーズに始動できるかどうかを観察します.

 

モーターの速度と動作電流を監視し,モーターの速度と電流が定格電圧の正常範囲内にあることを確認します.

 

チェックポイント:

モーターは電圧範囲全体でスムーズに動作しますか.

 

起動時に異音や発熱はありませんか.

 

無負荷電流が技術要件を満たしているかどうかに関係なく,無負荷電流が大きすぎる場合は,巻線または回路に障害があることを示している可能性があります.

 

2. 負荷テスト

負荷テストは,負荷がかかった状態でのモーターの性能をチェックし,設計要件を満たしていることを確認することです.具体的な操作は以下の通りです.

 

テスト手順:

モーターをドライブ,機器,テストリグなどの外部負荷に接続します.

 

さまざまな負荷条件でモーターを実行し,モーターの速度,トルク,電流を記録します.

 

負荷を徐々に増やして,さまざまな負荷の下でのモーターの応答と安定性を観察します.

 

チェックポイント:

モーターが定格負荷で継続的にスムーズに動作できるかどうか.

 

負荷が増加すると,モーター電流とトルクは予想どおりに変化しますか.

 

異常な振動,発熱,異音の有無,負荷によるモータの劣化がないか確認してください.

 

3. トルク特性試験

トルク特性評価テストは,ブラシレス DC モーターのトルク出力をさまざまな速度で評価し,モーターが起動時および動作中に十分な電力を供給できることを確認します.

 

テスト手順:

トルク測定装置を使用して,さまざまな速度と負荷でのモーターのトルク出力を監視します.

 

モーターの始動トルクをテストして,低い始動電流でも十分なトルクがあることを確認します.

 

モーターの低中速運転時のトルク特性を試験し,設計要件を満たしているかどうかを確認します.

 

チェックポイント:

始動時の始動トルクが十分であり,装置がスムーズに始動できるか.

 

低中速域でのトルクが安定しているか,長期間のモーターの使用条件に適しているか.

 

テスト中に不安定なトルク出力が発生するかどうかは,巻線または制御回路の故障に関連している可能性があります.

 

上記の 3 つのテストを通じて,基本的にブラシレス DC モーターの性能を包括的に理解し,さまざまな動作条件下で安定して確実に動作できることを確認できます.定期的な検査は,潜在的な問題の発見のタイミングを計り,モーターの耐用年数を延ばすのに役立ちます.