BLDCモーターはどのように機能しますか：ブラシレスDCモーターの原理の詳細な説明

電子技術と恒久的な磁石材料の継続的な進歩により、過去2〜30年にわたって、BLDCモーターニッチモーターズから、さまざまな業界向けの主流のパワーソリューションに変身しました。BLDCモーター高効率、高い信頼性、長寿命のために、家庭用電化製品、電動工具、電気自動車、産業自動化機器など、アプリケーションで広く使用されています。しかし、BLDCモーターの運用原則は、多くの個人にまだ知られていません。この記事では、BLDCモーターの実用的な原則について実現するために必要なものは何でも説明して、現在の電気工学におけるこの信じられないほどの革新についてより詳細な見方を得ることができます。

BLDCモーターの基本構造

さて、実用的な原則に入る前に、私たちはその基本構造に慣れる必要があります。

固定子：モーターハウジング内に固定され、通常はラミネートされたシリコンスチールシートで構成されており、コイルがその周りに巻かれて、いくつかの電磁石極が作成されます。

ローター：ローターは通常、シャフトに取り付けられ、永久磁石が含まれています。 BLDCモーターは、永久磁石のさまざまな構成に基づいて、いくつかの品種に分類できます。

ホールセンサー：ローターの位置と電子制御システムへのフィードバックを決定するため。

コントローラー：ホールセンサーまたはその他のフィードバックメカニズムからのフィードバックに基づいて、ステーター巻線を流れる電流のタイミングを決定する電子制御システム。

Autrunner BLDCモーター構造は、内側のローター構造と一意であることは注目に値します。ローターは外にあり、ステーターは内側にあります。このタイプの設計は、ドローンプロペラの駆動のように、高トルクを必要とするアプリケーションで特に一般的です。

電磁気の原則：BLDCモーターオペレーションの基礎

電磁気の2つの基本原則がBLDCモーターの動作を決定します。

Ampereの法則：電流を運ぶ導体が磁場にある場合、導体は力にさらされます。 BLDCモーターの固定子はコイル状の銅巻線で構成されており、これらの巻線がエネルギーを与えた後、ローターの永久磁石間で相互作用して、回転する機械的動きを提供する力を生成する磁場を作成します。

ファラデーの電磁誘導の法則：磁場線を切断するか、変化する磁場にあるときに、導体に電気的な力が誘導されます。これは、バック電気体力を検出することによってローターの位置が検出されるセンサーレス制御で広く使用されています。

これらの原則は、産業用ブラシレスモーターの設計に適用されます。彼らは、ステーター巻線を通る電流を細かく調節することでこれを達成し、高い効率と安定性を達成するために、ローターの永久磁石との好ましい電磁相互作用を確保します。

BLDCモーターの整流プロセス

BLDCモーターで最も重要な作業メカニズムは、電子整流と呼ばれます。これは、ブラシレスモーターと従来のブラシモーターの間の最も重要で重要な区別要因です。

整流の原理：流行は、モーターのコイルに関して電流の方向を変えるプロセスであり、ローターとステーターの間に連続的な電磁相互作用が存在するようにし、連続トルクを作成します。

6ステップの整流：BLDCモーターの従来の制御方法は、電気サイクルを6つのステップに分割します。すべてのステップで、3相のうち2つのうち2つが駆動され、1つのフェーズがオフになります。

ホールセンサーのフィードバック：ホールセンサーは、ローターの永久磁石の位置を検出し、コントローラーがどの巻線をエネルギー化するかと現在の方向を決定できるようにします。

センサーレス制御：より高度な方法は、非エルガー化されたフェーズでの逆電気駆動力を監視することによりローターの位置を決定することです。この複雑な戦略を実装するためにホールセンサーは必要ありません。

ビッグBLDCモーターは通常、より滑らかなトルク出力とより高い効率を実現するために、サインウェーブドライブやベクター制御などのより複雑な制御戦略を採用しています。

BLDCモーターシステムにおけるコントローラーの役割

BLDCモーターは単独では動作できず、特殊な電子コントローラーと組み合わせる必要があります。

モータードライバー：通常、電源MOSFETまたはIGBTに基づく3フェーズブリッジインバーターが、制御信号に従って現在のパスを切り替えます

マイクロコントローラー：位置センサーから信号を受信し、コントロールアルゴリズムを実行し、PWM信号を生成して電源デバイスを駆動します。

閉ループ制御：アプリケーションのニーズに基づいて、正確な速度制御または位置制御を提供します。

安全な保護機能：過電流保護、過剰温度保護、電圧保護など。

48V BLDCモーターシステムのアプリケーションは、電気自転車、小型電気自動車、その他の産業用途で広まっています。そのコントローラーと取り扱い回路は、より高い電圧と電流に対処する必要があり、通常、より複雑なパフォーマンスと保護機能を備えています。

BLDCモーターのパフォーマンス特性とアプリケーションシナリオ

それでは、BLDCモーターの動作原則を学んだ後、彼らのパフォーマンスの利点を見てみましょう。

高効率：ブラシや整流器からの摩擦損失がないため、その効率は通常85％を超え、場合によっては95％を超えています。

優れた速度トルク特性：幅広いトルク出力を提供します。

より大きな寿命：機械的な摩耗要素がなければ、寿命は最終的にベアリングによって制約されます。

改善された熱散逸効率：より効果的な熱散逸のために、ステーター巻線とモーターハウジングの間の直接接触。

低ノイズと電磁干渉：ブラシ整流によって発生する火花とノイズはありません。

その特別な構造のため、アウトランナーBLDCモーターは、安定性と耐久性の利点を備えたドローンプロペラやファンなどの直接駆動システムに特に適しているため、自動化機器と精密機器の電源を選択することができます。

BLDCモーターのコントロールアルゴリズム

より開発された最新のBLDC制御技術は、このシンプルな6段階の整流方法を上回りました。

台形波制御：最も基本的な制御方法は、台形電流波形です。実践するのは簡単ですが、かなりの振幅のトルクリップルを生成します。

正弦波制御：モーターの波紋を縮小し、走る滑らかにすることができる正弦波電流でモーターを駆動します。

フィールド指向制御（FOC）：数学的変換を適用することにより、3相電流は制御のために回転座標系に変換され、最適なトルク制御とエネルギー効率につながります。

センサー融合テクノロジー：複数のフィードバック信号（ホールセンサー、エンコーダ、現在のサンプリングなど）を統合して、制御の精度と堅牢性を向上させます。

熱管理、効率の最適化、動的な応答などの高出力アプリケーションの課題により、より洗練されたコントロールアルゴリズムが通常、ビッグBLDCモーターに使用されます。

結論：BLDCモーターの作業原則と利点

BLDCモーター電子制御システムを介してステーター巻線の電流を正確に制御し、ローターの永久磁石と相互作用して、電気エネルギーを機械エネルギーに効率的に変換します。小規模の消費者電子機器から大規模な産業機器、低電圧アプリケーションから48V BLDCモーターシステム、ブラシレスDCモーター、高効率、高い信頼性、優れた制御性能まで、さまざまな業界での技術の進歩とエネルギー効率の改善が促進されています。電子制御技術と恒久的なマグネット材料の継続的な開発により、BLDCモーターはより広いアプリケーションの見通しとより優れたパフォーマンスを持つことを予測できます。

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