ブラシレスDCモータ（BLDC）製品の紹介および応用シナリオ分析

ブラシレスDCモータ（BLDC）製品の紹介および応用シナリオ分析

I. BLDCの紹介

ブラシレスDCモーター（BLDC）とは、機械式の整流子接触子（炭素ブラシ）を用いないDCモーターの一種であり、代わりに電子制御装置を用いて整流を行い、従来のブラシ付きDCモーターを置き換えるものです。

これに対する対応概念は基本的な「DCモーター（ブラシ付きモーター）」です。磁場内にコイルが配置され、電流が流れると、コイルは一方の磁極によって反発され、他方の磁極によって引き寄せられ、この作用により連続的に回転します。回転中にコイルを流れる電流の向きが切り替えられることで、回転が持続されます。

DCモータ（ブラシ付きモータ）では、固定された永久磁石によって発生する磁場は静止しています。回転は、内部のコイル（ロータ）が生成する磁場を制御することによって実現されます。回転速度は、印加電圧を変化させることで調整されます。BLDCモータでは、ロータは永久磁石で構成されています。回転は、周囲のコイルが生成する磁場の方向を切り替えることによって実現されます。ロータの回転は、コイルに流れる電流の方向および大きさを制御することで制御されます。

ブラシレスDCモータには、単相、二相、三相の3種類の構成があります。そのうち、三相BLDCモータが最も一般的です。一般に、単相および三相のブラシレスモータは、日常的な電気機器で頻繁に使用されます。この2種類の構成の基本原理は同一ですが、制御方法に若干の違いがあります。

単相ブラシレスモーターでは、内部の全巻線が1本のワイヤーで構成されます。各巻線間で電流の向きが異なります。適切な位置およびタイミングで電流の向きを切り替えることにより、モーターの回転制御が可能になります。この構成における制御方式は比較的シンプルであるため、ラジエーターファンなどの用途で広く採用されています。

単相構造とは異なり、三相ブラシレスモーターの内部巻線は3つのグループに分割されます。一見するとこれらは3組の独立した巻線のように見えますが、実際には内部で相互に接続されています。単相構造と比較して、このモーター構成は速度制御および全体的な騒音低減において優れた特性を有しており、応用範囲がより広くなっています。

II. ブラシレスモーターの特徴

1. DCモーターによる速度制御、インバーター＋可変周波数モーターによる速度制御、および非同期モーター＋減速機による速度制御を代替できます ;

2. 従来のDCモーターの利点を維持しつつ、カーボンブラシおよびスリップリング構造を排除します ;

3. 低速・高出力運転が可能で、減速機を介さずに大型負荷を直接駆動できます ;

4小型・軽量でありながら高出力です。

5優れたトルク特性を有し、中・低速域でのトルク性能に優れ、始動トルクが高く、始動電流が小さいです。

6. 無段階速度制御が可能で、広範囲の速度域に対応し、過負荷耐性に優れています ;

7. ソフトスタート／ストップ機能を備え、優れた制動特性を有するため、従来の機械式または電磁式ブレーキ装置を不要とします ;

8. 高効率：モーター自体に励磁損失やカーボンブラシ損失がなく、多段減速による消費電力を排除することで、総合的な省エネルギー効果を20％～60％実現します ;

9. 高信頼性・高安定性・優れた適応性を備え、保守・修理が簡単です

10. 振動および衝撃に強く、低騒音・低振動・滑らかな運転を実現し、長寿命です ;

11. 火花を発生させないため、特に爆発性環境に最適；防爆仕様モデルもご用意しています ;

12. 用途に応じて、台形波界モーターおよび正弦波界モーターから選択可能です .

III. ブラシレスモーターの適用シーン

定負荷アプリケーション

このタイプのアプリケーションは、一定の回転速度を必要とするが、その速度の精度要求は低い分野（例：ファン、給水ポンプ、ヘアドライヤーなど）で主に使用されます。このようなアプリケーションは通常コストが比較的低く、オープンループ制御を採用することが多いです。

変動負荷アプリケーション

これらは主に、モーターの回転速度を一定の範囲内で可変にする必要がある用途を指します。このような用途では、モーターの高速域特性および動的応答性に対する要求が高くなります。洗濯機、脱水機、コンプレッサーなどの家庭用電化製品が代表的な例です。自動車産業では、オイルポンプ制御、電子制御ユニット（ECU）、エンジン制御、電子工具なども優れた例です。また、航空宇宙分野においても、遠心分離機、ポンプ、ロボットアーム、ジャイロスコープなど、多数の応用例があります。この分野では、モーターのフィードバック装置を用いて半閉ループ制御および閉ループ制御を実現することが多く、複雑な制御アルゴリズムが必要となるため、コントローラーの構造が複雑化し、システムコストが増加します。

位置決め用途

ほとんどの産業用制御および自動化アプリケーションは、このカテゴリに該当します。これらのアプリケーションでは、ギアやコンベヤーベルトなどのように、エネルギー伝達が関与することが多くあります。したがって、モーターの速度に対する動的応答性およびトルクについて、システムには特定の要求が課されます。さらに、これらのアプリケーションでは、モーターの回転方向を頻繁に切り替える必要がある場合もあります。モーターは加速、定速、減速の各フェーズで動作し、これらのフェーズ中に負荷も変動する可能性があります。これは、コントローラーに対してより高い性能要件を課すことになります。