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ビュー： 0 著者：サイト編集者の公開時間：2025-05-15起源： サイト
ブラシレスDC（BLDC）モーターは、優れた効率、寿命、性能のため、多くの最新のロボットシステムの中心にあります。従来のブラッシングモーターとは異なり、BLDCモーターは電子コントローラーを使用して電力供給を管理し、ブラシの必要性を排除し、機械的摩耗を減らします。これらの利点により、BLDCモーターは、正確な制御、耐久性、および低メンテナンスが不可欠なロボット工学にとって理想的な選択肢になります。
この記事では、その方法を探ります BLDCモーターは 、ロボットシステムアーキテクチャ、その利点、およびロボットアプリケーションに適したBLDCモーターを選択するための重要な考慮事項に統合されます。
ブラシレスDC（BLDC）モーターは、ローターに永久磁石を使用し、電子コントローラーに依存してモーターの巻線の電流を切り替える電子モーターの一種です。これにより、巻線の電流を切り替えるために従来のDCモーターで一般的に使用されるブラシの必要性がなくなります。
BLDCモーターは、通常、ブラシ付きモーターよりも効率的で信頼性が高くなります。彼らは速度と位置を正確に制御することで、ロボットシステムなどの高性能と低メンテナンスを必要とするアプリケーションに最適です。
a ブラシレスDCモーター （BLDCモーター）は、永久磁石と電磁石の間の引力と反発の磁力を介して動作する3相モーターの一種です。同期モーターとして、直接電流（DC）電力で動作します。このモーターは、従来のDCモーター（ブラシ付きDCモーターまたは整流モーター）に見られるブラシの必要性を排除するため、「ブラシレスDCモーター」と呼ばれることがよくあります。基本的に、ブラシレスDCモーターは、DC電力入力を利用する永久磁石同期モーターであり、適切な機能を確保するための位置フィードバックとともに、インバーターの助けを借りて3相AC電源に変換されます。
ブラシレスDC（BLDC）モーターは、ホール効果に基づいて動作し、ローター、ステーター、永久磁石、ドライブモーターコントローラーなど、いくつかの重要なコンポーネントで構成されています。ローターには、ローターシャフトに接続された複数のスチールコアと巻線が装備されています。ローターが回転すると、コントローラーは電流センサーを使用してその位置を確認し、ステーター巻きを通る電流の方向と強度を変更できるようにし、トルクを生成します。
ブラシレス操作を監督し、着信DC電源をAC電源に変換する電子ドライブコントローラーの助けを借りて、BLDCモーターはブラシ付きDCモーターのパフォーマンスに匹敵するパフォーマンスを実現できますが、ブラシの欠点はありません。その結果、 BLDCモーター はしばしば電子的に寛容な（EC）モーターと呼ばれ、ブラシを含む機械的整流に依存する従来のモーターとは一線を画します。
2つの主要なコンポーネントを備えたブラシレスDCモーター機能：永久磁石が埋め込まれたローターと、電流が流れるときに電磁石として機能する銅コイルが取り付けられたステーター。
これらのモーターは、Inrunner（内部ローターモーター）とアウトトランナー（外部ローターモーター）の2つのタイプに分類できます。 Inrunner Motorsでは、ローターは外部に配置されたステーター内で回転しますが、アウトランナーモーターでは、ローターがステーターの外側をスピンします。電流がステーターコイルに適用されると、それらは明確な北極と南極を持つ電磁石を作成します。この電磁石の極性が隣接する永久磁石の極性と整列すると、同様の極が互いに反発し、ローターが回転します。ただし、電流が一定のままである場合、ローターは、対立する電磁石と永久磁石が整列すると停止する前にのみ一時的に回転します。連続回転を確保するために、電磁信号として電流が供給され、電磁石の極性が定期的に変化します。
モーターの回転速度は、3相信号の周波数に直接関連しています。より高い回転速度を達成するために、信号周波数を上げることができます。たとえば、リモートコントロール車両では、スロットルを増やすと、コントローラーにスイッチング周波数を高めるように指示し、車両が加速します。
a 一般的に永久磁石同期モーターとして知られているブラシレスDCモーターは、高効率、コンパクトな設計、低ノイズレベル、延長寿命で祝われる電気モーターです。産業用アプリケーションと消費者製品の両方で広く使用されています。
aの操作 ブラシレスDCモーターは、 電気と磁気の間の相互作用に依存しています。これは、永久磁石、ローター、ステーター、電子速度コントローラーなどの主要なコンポーネントで構成されています。永久磁石は、多くの場合、希土類材料で作られたモーターの磁場の主要な供給源です。モーターが通電されると、これらの永久磁石は、モーターを通過する電流と相互作用する安定した磁場を確立し、ローター磁場を生成します。
aのローター ブラシレスDCモーターは 回転成分であり、いくつかの永久磁石で構成されています。その磁場はステーターの磁場と相互作用し、それを回転させます。一方、固定子はモーターの固定部分であり、銅コイルと鉄のコアで構成されています。電流がステーターコイルを流れると、さまざまな磁場が生成されます。ファラデーの電磁誘導の法則によれば、この磁場はローターに影響を与え、回転トルクを生成します。
電子速度コントローラー（ESC）は、モーターに供給された電流を制御することにより、モーターの動作状態を管理し、速度を調節します。 ESCは、モーターの性能を制御するために、パルス幅、電圧、電流など、さまざまなパラメーターを調整します。
動作中、電流はステーターとローターの両方を流れ、永久磁石の磁場と相互作用する電磁力を作成します。その結果、モーターは電子速度コントローラーからのコマンドに従って回転し、接続された機器または機械を駆動する機械的作業を生成します。
要約すると、 ブラシレスDCモーターは、 回転する永久磁石とステーターコイルの間に回転トルクを生成する電気的および磁気相互作用の原理に基づいて動作します。この相互作用により、モーターの回転が駆動され、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換し、作業を実行できます。
aを有効にする BLDCモーターを 回転させるために、コイルを流れる電流の方向とタイミングを制御することが不可欠です。以下の図は、BLDCモーターのステーター（コイル）とローター（永久磁石）を示しています。これには、u、v、およびwというラベルが付けられた3つのコイルがあり、120ºの間隔が広がっています。モーターの動作は、これらのコイルのフェーズと電流を管理することによって促進されます。電流は位相U、次に位相V、そして最後にフェーズWを順番に順番に流れます。回転は、磁束を連続的に切り替えることで維持されます。これにより、永久磁石はコイルによって生成された回転磁場をたどります。本質的に、コイルu、v、およびwのエネルギー化は、結果の磁束を動かし続けるために絶えず交互に交互に行う必要があり、それにより、ローター磁石を継続的に引き付ける回転磁場を作成する必要があります。
現在、3つの主流のブラシレスモーター制御方法があります。
一般に120°コントロールまたは6段階の整流制御と呼ばれる台形波制御は、ブラシレスDC（BLDC）モーターを制御するための最も簡単な方法の1つです。この手法では、四角い波電流を運動相に適用することが含まれます。これは、台形の逆emf曲線と同期しています。 最適なトルク生成を実現するためのBLDCモーター 。 BLDCラダーコントロールは、家電製品、冷蔵コンプレッサー、HVACブロワー、コンデンサー、産業用ドライブ、ポンプ、ロボット工学など、さまざまなアプリケーションにまたがるさまざまなモーター制御システム設計に適しています。
Square Wave Control Methodは、簡単な制御アルゴリズムとハードウェアコストの低いなど、いくつかの利点を提供し、標準のパフォーマンスコントローラーを使用したモーター速度が高くなります。ただし、有意なトルクの変動、ある程度の電流ノイズ、最大の電位に達していない効率など、欠点もあります。台形波制御は、高い回転性能が必要ないアプリケーションに特に適しています。この方法では、ホールセンサーまたは非誘導推定アルゴリズムを使用して、ローターの位置を決定し、その位置に基づいて360°の電気サイクル内で6つの通勤（60°に1つ）を実行します。各整流は特定の方向に力を生成し、電気的に60°の有効な位置精度をもたらします。名前 'Trapezoidal Wave Control 'は、位相電流波形が台形の形状に似ているという事実に由来しています。
正弦波制御法は、スペースベクトルパルス幅変調（SVPWM）を使用して、3相サイン波電圧を生成し、対応する電流も正弦波です。正方形の波制御とは異なり、このアプローチには離散転換ステップは含まれません。代わりに、各電気サイクル内で無限の数の整理が発生するかのように扱われます。
明らかに、正弦波制御は、トルクの変動の減少と電流の高調波の減少を含む、平方波制御よりも利点を提供し、より洗練された制御体験をもたらします。ただし、四角波制御と比較してコントローラーからのわずかに高度なパフォーマンスが必要であり、最大のモーター効率を達成していません。
ベクトル制御（VC）とも呼ばれるフィールド指向のコントロール（FOC）は、ブラシレスDCモーター（BLDC）および永久磁石同期モーター（PMSM）を効率的に管理するための最も効果的な方法の1つです。正弦波制御は電圧ベクトルを管理し、現在の大きさを間接的に制御しますが、電流の方向を制御する能力はありません。
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FOC制御法は、電流ベクトルの制御を可能にし、モーターのステーター磁場のベクトル制御を効果的に管理できるため、正弦波制御の強化バージョンと見なすことができます。ステーター磁場の方向を制御することにより、ステーターとローターの磁場が常に90°の角度に留まることを保証し、特定の電流のトルク出力を最大化します。
センサーに依存する従来のモーター制御方法とは対照的に、センサーレス制御により、ホールセンサーやエンコーダーなどのセンサーなしでモーターを動作させることができます。このアプローチでは、モーターの電流データと電圧データを利用して、ローターの位置を確認します。モーター速度は、この情報を使用してモーターの速度を効果的に調節するために、ローターの位置の変化に基づいて計算されます。
センサーレス制御の主な利点は、センサーの必要性を排除し、挑戦的な環境で信頼できる動作を可能にすることです。また、費用対効果が高く、ピンが3つしか必要ありません。最小限のスペースを占有します。さらに、ホールセンサーが存在しないと、損傷を受ける可能性のあるコンポーネントがないため、システムの寿命と信頼性が向上します。ただし、顕著な欠点は、スムーズな開始を提供しないことです。低速で、またはローターが静止している場合、逆電気力は不十分であるため、ゼロ回転点を検出することが困難です。
ブラシレスDCモーターとブラシ付きDCモーターは、特定の共通の特性と運用原則を共有しています。
ブラシレスとブラシ付きDCモーターの両方に、ステーターとローターを含む同様の構造があります。ステーターは磁場を生成し、ローターはこの磁場との相互作用を通じてトルクを生成し、電気エネルギーを機械的エネルギーに効果的に変換します。
両方 ブラシレスDCモーターとブラシ付きDCモーターは、電気エネルギーを提供するためにDC電源を必要とします。
両方のタイプのモーターは、入力電圧または電流を変更することで速度とトルクを調整し、さまざまなアプリケーションシナリオで柔軟性と制御を可能にします。
ブラシをかけている間 ブラシレスDCモーターは特定の類似点を共有していますが、パフォーマンスと利点に関しても大きな違いを示します。ブラシ付きDCモーターは、ブラシを利用してモーターの方向を通過し、回転を可能にします。対照的に、ブラシレスモーターは電子制御を採用して機械的な整流プロセスを置き換えます。
多くの種類があります Jkongmotorが販売しているブラシレスDCモーター 、さまざまな種類のステッピングモーターの特性と使用を理解すると、どのタイプが最適かを決定するのに役立ちます。
JKONGMOTORはNEMA 17、23、24、34、42、52フレームとメートリックサイズ36mm -130mm標準 ブラシレスDCモーター モーター（内部ローター）には、3相12V/24V/36V/48V/72V/110V低電圧と、10W -3500Wの電力範囲と10RPM -10000RPMの速度範囲の310V高電圧電気モーターが含まれます。統合ホールセンサーは、正確な位置と速度のフィードバックを必要とするアプリケーションで使用できます。標準オプションは優れた信頼性と高性能を提供しますが、ほとんどのモーターは、さまざまな電圧、パワー、速度などで動作するようにカスタマイズできます。
ブラシレスDCギア付きモーターは、ビルトインギアボックス（Spur Gearbox、Worm Gearbox、Planetary Gearboxを含む）を備えたモーターです。ギアは、モーターの駆動シャフトに接続されています。この写真は、モーターハウジングにギアボックスがどのように収容されているかを示しています。
ギアボックスは、出力トルクを強化しながら、ブラシレスDCモーターの速度を下げる上で重要な役割を果たします。通常、ブラシレスDCモーターは、2000年から3000 rpmの範囲の速度で効率的に動作します。たとえば、20：1の伝送比を持つギアボックスと組み合わせると、モーターの速度を約100〜150 rpmに減少させる可能性があり、その結果、トルクが20倍増加します。
さらに、単一のハウジング内にモーターとギアボックスを統合すると、ギア付きブラシレスDCモーターの外部寸法が最小限に抑えられ、利用可能な機械スペースの使用が最適化されます。
テクノロジーの最近の進歩は、より強力なコードレスの屋外電力機器とツールの開発につながります。電動工具の顕著な革新は、外部ローターブラシレスモーター設計です。
外側のローターBLDCモーター、または外部搭載のブラシレスモーターは、外側にローターを組み込んだデザインを備えており、より滑らかな動作を可能にします。これらのモーターは、同様のサイズの内部ローター設計よりも高いトルクを実現できます。外部ローターモーターによって提供される慣性の増加により、それらは、低速度で低速度で一貫した性能を必要とするアプリケーションに特に適しています。
外側のローターモーターでは、ローターは外部から配置され、ステーターはモーター内に位置しています。
アウターローター BLDCモーター は通常、内部回転式の対応物よりも短く、費用対効果の高いソリューションを提供します。この設計では、永久磁石は、巻線付きの内側のステーターを中心に展開するローターハウジングに貼り付けられます。ローターの慣性が高いため、外側のローターモーターは、内側のローターモーターと比較してトルクリップルが低いことを経験します。
統合されたブラシレスモーターは、産業用自動化および制御システムで使用するために設計された高度なメカトロニック製品です。これらのモーターには、特殊な高性能ブラシレスDCモータードライバーチップが装備されており、高い統合、コンパクトサイズ、完全な保護、ストレート配線、信頼性の向上など、多くの利点を提供します。このシリーズは、100〜400Wの出力を備えたさまざまな統合モーターを提供します。さらに、組み込みドライバーは最先端のPWMテクノロジーを利用して、ブラシレスモーターが最小限の振動、低ノイズ、優れた安定性、および高信頼性で高速で動作できるようにします。統合モーターは、従来の別個のモーターコンポーネントや駆動コンポーネントと比較して、配線を簡素化し、コストを削減するスペース節約設計も備えています。
主な理由の1つ BLDCモーターは、 ロボット工学で好まれています。摩擦を引き起こすブラシがないため、エネルギーの損失が最小限に抑えられ、熱の発生が少なくなり、動きに利用できるパワーが増えます。これは、消費電力と熱管理がパフォーマンスとバッテリー寿命に直接影響を与えることができるロボットシステムで特に重要です。
時間の経過とともに摩耗するブラシなしで、 BLDCモーターは 一般に、ブラシ付きモーターよりもはるかに長い寿命を持っています。これにより、ロボットアーム、自律ロボット、ドローンなどの長い運用期間を必要とするアプリケーションに最適です。彼らの長寿はメンテナンスの必要性を減らし、産業および商業環境で使用されるロボットの費用対効果の高い選択となっています。
BLDCモーターは 、多くのロボットアプリケーションに不可欠な正確な速度と位置制御を提供します。エンコーダやリゾルバーなどのフィードバックを使用して閉ループ制御システムを使用すると、モーターが希望の速度と位置で高精度で動作するようになります。この機能は、組み立てラインロボット、手術ロボット、モバイルロボットなどの微調整された動きを必要とするロボットアプリケーションで重要です。
BLDCモーター は一般に、ブラシ付きのカウンターパートよりもコンパクトで軽量であるため、小さなフォームファクターで高トルクを必要とするモバイルロボットに適しています。モバイルロボットであろうと自律型車両であろうと、電力を維持しながらモーターサイズを縮小することは、システムアーキテクチャにおいて大きな利点です。
摩耗やメンテナンスの問題を引き起こすブラシがないので、 BLDCモーター には最小限の維持費が必要です。これは、修理やモーターの交換のダウンタイムが費用がかかり、破壊的である可能性があるロボット工学では特に有利です。メンテナンスの必要性を減らすと、ロボットシステムの全体的な信頼性と運用効率が向上します。
BLDCモーターは、 ブラシ付きモーターと比較して、サイズに合わせてより多くの電力を供給できます。この特性により、航空ドローンやモバイルロボットなど、体重の制約が懸念されるアプリケーションでは優れた選択肢があります。軽量で高電力モーターを使用することにより、設計者はロボットのパフォーマンスとバッテリー寿命を最適化できます。
ロボットシステムのトルクと速度の要件は、 BLDCモーター。たとえば、ロボットアームは精密な動きには低速での高トルクを必要とする場合がありますが、モバイルロボットは、地形をより速い動きのために高速かつ中程度のトルクを提供できるモーターを必要とする場合があります。
a BLDCモーターは 、モーターの巻線内の電流の切り替えを管理するために電子コントローラーまたはドライバーが必要です。これらのコントローラーは、モーターが望ましい速度とトルクで動作することを保証し、過電流保護、速度フィードバック、障害検出などの機能も提供します。フィールド指向コントロール（FOC）は、スムーズで効率的で正確なモーター動作を確保するために、高度なBLDCモーターコントローラーで使用される一般的な手法です。
ロボットシステムを設計するとき、適切なモーターコントローラーを選択することは、モーター自体を選択するのと同じくらい重要です。コントローラーは、モーターの仕様とロボットの制御システムと互換性がある必要があります。
高精度ロボット工学の場合、エンコーダー、リゾルバー、ホールセンサーなどのフィードバックシステムが不可欠です。これらのシステムは、モーターの位置、速度、方向に関するリアルタイムのデータを提供し、コントローラーが電流と電圧を調整して正確な制御を実現できるようにします。フィードバックは、精度と再現性が重要なロボットアームなどのアプリケーションで特に重要です。
BLDCモーター には、モーターの電圧と電流仕様と一致する必要があるDC電源が必要です。アプリケーションに応じて、モーターは必要な電圧と電流を提供するためにバッテリーまたは外部電源を必要とする場合があります。たとえば、モバイルロボットでは、バッテリーの選択とその効率は、ロボットの全体的なパフォーマンスとランタイムを決定する上で重要な役割を果たします。
ロボットが動作する環境条件も、BLDCモーターを選択する上で重要な要素です。過酷な環境（水中、高温、またはほこりっぽい状態）で使用されるモーターは、それらの条件に耐える能力に基づいて選択する必要があります。たとえば、IP定格のモーターは、ほこりや水の侵入に対する保護を提供し、挑戦的な環境での信頼性を確保します。
ロボットシステムで利用可能なスペースは、モーターのサイズとフォームファクターを決定します。多くの場合、モバイルロボットやドローンにはコンパクトで軽量のモーターが必要ですが、工業用ロボットには、より大きな高級モーターのためのスペースが増えている場合があります。パフォーマンス要件を満たしている間にロボットのアーキテクチャにモーターが適合することを保証することが、全体的な設計を最適化するために不可欠です。
BLDCモーターは 、モバイルロボットや自動運転車で一般的に使用されています。これらのロボットは、特に複雑な環境をナビゲートする場合、高効率と信頼性の高い操作を必要とします。 BLDCモーターは、効率的な動きのために高トルクと高速の必要なバランスを提供し、地上ベースのロボット、ドローン、自動誘導車両（AGV）に最適です。
ロボットアームでは、BLDCモーターは高精度とトルク制御を提供します。これは、アセンブリ、溶接、パッケージングなどのタスクに不可欠です。 BLDCモーターを使用すると、特に産業の自動化、手術、および精度が最重要である他の用途で、正確な位置決めと滑らかな動きが可能になります。
ドローンと無人航空機（UAV）が依存しています BLDCモーター。 推進システム用のBLDCモーターの高電力と重量の比率と低メンテナンス要件により、それらは迅速かつ効率的な動きを必要とする航空ロボットに最適です。 BLDCモーターを装備したドローンは、監視、パッケージ配信、航空写真などのタスクを最小限のメンテナンスニーズで実行できます。
BLDCモーターは 、精度と信頼性が不可欠な補綴物や外骨格でも使用されます。これらのデバイスは、自然な人間の動きを模倣する滑らかで制御された動きのために、BLDCモーターに依存しています。コンパクトなフォームファクターで高トルクを提供する能力は、ウェアラブルロボットシステムに最適です。
BLDCモーターは 、現代のロボットシステムのアーキテクチャにおいて極めて重要な役割を果たし、高効率、耐久性、精度などの多くの利点を提供します。ロボットアプリケーション用にBLDCモーターを選択する場合、トルク、速度、コントローラーの互換性、環境条件などの要因を考慮することが重要です。適切なBLDCモーターを慎重に選択することにより、設計者はロボットシステムの最適なパフォーマンス、信頼性、寿命を確保し、より高度で有能なロボットを作成できるようになります。
