Brushless DC motor, brush DC motor: How to choose? - HandFan

ブラシレスDCモーターとブラシ付きDCモーター:どちらを選ぶべきか?

ブラシレスDCモーター(BLDC)は永久磁石同期モーターの一種であり、真のDCモーターではありません。BLDCは、ブラシ付きDCモーターとは異なり、機械的なブラシ装置を使用せず、方形波自己制御永久磁石同期モーターを使用し、カーボンブラシ整流子の代わりにホールセンサーを使用しています。ローターの永久磁石材料にはネオジム鉄ボロンを使用しており、一般的な従来のDCモーターと比較して性能面で大きな利点があります。今日、速度制御に最も理想的なモーターです。

I. ブラシ付きDCモーターの概要

ブラシレスDCモーターを紹介する前に、ブラシ付きモーターについて見てみましょう。

 brushed motors

DCモーターは、優れた始動性能、速度制御性能などの利点で知られており、機械式整流子を使用するDCモーターブラシ付きDCモーターの一種であり、駆動方法が簡単です。そのモデルの概略図を以下に示します。

DC motor (brush motor) operation diagram

DC motor (brush motor) operation diagram

DCモーター(ブラシモーター)の動作図

モーターは主に、永久磁石材料で作られた固定子、コイル巻線付きの回転子(電機子)、整流子、ブラシで構成されています。ブラシのA端とB端に一定のDC電流が流れると、モーターの整流子はモーター回転子の磁場の方向を自動的に変更するため、DCモーターの回転子は連続的に回転し続けます。

DCモーターには以下の欠点があります

比較的複雑な構造で、製造コストが増加します。

環境(ほこりなど)の影響を受けやすく、動作の信頼性が低下します。

整流時に火花が発生し、使用範囲が限定されます。

損傷しやすく、メンテナンスコストが増加します。

ブラシレスDCモーターの概要

BLDCモーターの「BL」は「ブラシレス」を意味し、DCモーター(ブラシ付きモーター)に「ブラシ」がないことを意味します。

ブラシレスDCモーター(BLDC)は、機械式整流子を電子整流子に置き換えているため、DCモーターの優れた速度制御性能という特性を持ちながら、ACモーターのシンプルな構造、整流火花なし、信頼性の高い動作、容易なメンテナンスという利点も兼ね備えています。

handfan bottle Brushless DC motor model

ブラシレスDCモーターは、主に永久磁石材料で作られた回転子、コイル巻線付きの固定子、および位置センサー(オプション)で構成されています。見てわかるように、DCモーターと多くの共通点があり、固定子と回転子は似た構造をしており(元の固定子が回転子になり、回転子が固定子になる)、巻線接続も基本的に同じです。ただし、構造には明らかな違いが1つあります。ブラシレスDCモーターには、DCモーターのような整流子とブラシがなく、代わりに位置センサーがあります。これにより、モーターの構造が比較的簡素化され、モーターの製造およびメンテナンスコストが削減されますが、ブラシレスDCモーターは自動的に方向(位相)を変更できないため、モーターコントローラーのコストが犠牲になります(例:同じ三相DCモーターの場合、ブラシ付きDCモーターの駆動ブリッジには4つのパワートランジスタが必要ですが、ブラシレスDCモーターの駆動ブリッジには6つのパワートランジスタが必要です)。

上記の図は、小型電力の三相、スター結線、単極磁石ブラシレスDCモーターの1つを示しており、固定子が内部にあり、回転子が外部にあります。もう1つのタイプのブラシレスDCモーターはこれとは逆で、固定子が外部にあり、回転子が内部にあります。つまり、固定子はシャーシを構成するコイル巻線で、回転子は永久磁石材料で作られています。

ブラシレスDCモーターには以下の特徴があります

ブラシレスDCモーターの優れた外部特性により、低速で大きなトルクを供給できるため、大きな始動トルクを提供できます。

ブラシレスDCモーターの広い速度範囲により、あらゆる速度でフルパワーで動作できます。

ブラシレスDCモーターの高い効率と過負荷能力により、ドラグシステムで優れた性能を発揮します。

ブラシレスDCモーターの優れた回生ブレーキ効果により、永久磁石材料の回転子があるため、ブレーキ中にモーターが発電機状態に入ることができます。

ブラシレスDCモーターは小型で高出力密度です。

ブラシレスDCモーターには機械式整流子がなく、完全に密閉された構造を採用しているため、ほこりがモーター内部に入るのを防ぎ、高い信頼性があります。

ブラシレスDCモーターは、非同期モーターよりも駆動と制御が簡単です。

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