強力なブラシレス DC モーター。ブラシレスモーター

21.04.2019

少し歴史：

すべてのエンジンの主な問題は過熱です。ローターはある種のステーターの中で回転するため、過熱による熱はどこにも行きませんでした。人々は素晴らしいアイデアを思いつきました: ローターではなく、回転中に空気で冷却されるステーターを回転させるというものです。このようなエンジンが作成されると、航空機や造船で広く使用されるようになったため、ブラシレスモーターの愛称が付けられました。

すぐに、ブラシレスモーターの電気的アナログが作成されました。コレクター（ブラシ）がないため、ブラシレスモーターと呼ばれていました。

ブラシレスモーター。

ブラシレス（ブラシレス英語）電気モーターは比較的最近、最近 10～15歳. ようではないコレクターモーターそれらは三相交流で駆動されます。ブラシレスモーターは、より広い RPM 範囲で効率的に動作し、より多くの 高効率 . 同時に、エンジンの設計は比較的単純で、ローターを常にこすって火花を発生させるブラシアセンブリはありません。ブラシレスモーターは実質的に摩耗しないと言えます。ブラシレスモーターのコストは、ブラシ付きモーターよりもわずかに高くなります。これは、すべてのブラシレスモーターにベアリングがあり、一般に高品質であるためです。

テストは以下を示しました：
ネジ付きロッド 8x6 = 754グラム,
RPM = 11550rpm,
消費電力 = 9ワット(ネジなし) 、101ワット（ネジ付）、

パワーと効率

電力は次のように計算できます。
1) 力学の力は、次の式で計算されます。 N=F*vここで、F は力、v は速度です。しかし、ネジは静止状態にあるため、回転以外の動きはありません。このモーターが航空機モデルに取り付けられている場合、速度（12 m / sに等しい）を測定し、有効電力を計算できます。
N便利\u003d 7.54 * 12 \u003d 90.48ワット
2) 効率電気モーターは、次の式に従って求められます。 効率 = N 有効 / N 消費 * 100%、どこ N コスト = 101 ワット
効率= 90.48/101 *100%= 90%
平均して、ブラシレスモーターの効率は実数であり、約 90% 変動します (このタイプのモーターで達成される最高の効率は、 99.68% )

エンジン仕様:

電圧： 11.1ボルト
売上高: 11550rpm
最大電流: 15A
力： 200ワット
スラスト: 754 グラム (ネジ 8x6)

結論：

物の価格は、その生産規模によって異なります。メーカーブラシレスモーター雨上がりのキノコのように増殖します。したがって、近い将来、コントローラーとブラシレスの価格が下がると信じたいエンジンが落ちるラジコン機器にどのように落ちたか...マイクロエレクトロニクスの可能性は日々拡大しており、コントローラーのサイズと重量は徐々に減少しています。近い将来、コントローラーがエンジンに直接組み込まれると想定できます。たぶん、私たちはこの日を見るために生きているでしょう...

家庭用および医療用機器、エアロモデリング、ガスおよび石油パイプラインのパイプ遮断ドライブ - これは、完全なリストブラシレスモーター（BD）の応用直流. これらの電気機械式ドライブの長所と短所をよりよく理解するために、デバイスと動作原理を見てみましょう。

一般情報、デバイス、スコープ

DB への関心の理由の 1 つは、正確な位置決めを行う高速マイクロモーターの必要性が高まっていることです。このようなドライブの内部構造を図 2 に示します。

米。 2. インプ装置整流子モーター

ご覧のとおり、設計はローター (アーマチュア) とステーターで、最初の部分には永久磁石 (または特定の順序で配置された複数の磁石) があり、2 番目の部分には磁場を作成するためのコイル (B) が装備されています。

これらの電磁メカニズムは、内部アンカー (このタイプの構造は図 2 を参照) または外部アンカー (図 3 を参照) のいずれかであることに注意してください。

米。 3.外部アンカー（アウトランナー）を使用した設計

したがって、各デザインには特定の範囲があります。内部アーマーを備えたデバイスには、高速回転するため、冷却システムで使用されます。発電所ドローンなどドライブ外部ローター正確な位置決めとトルク過負荷に対する耐性が必要な場合に使用されます (ロボット工学、医療機器、CNC マシンなど)。

動作原理

たとえば、他のドライブとは異なり、非同期機交流電流、DBの操作には、電機子と固定子の磁場のベクトルが互いに直交するように巻線をオンにする特別なコントローラーが必要です。つまり、実際には、ドライバデバイスが DB アーマチュアに作用するトルクを調整します。このプロセスは、図 4 に明確に示されています。

ご覧のように、アーマチュアが動くたびに、ブラシレスモーターの固定子巻線で特定の整流を実行する必要があります。この動作原理では、回転をスムーズに制御することはできませんが、勢いをすばやく得ることができます。

ブラシ付きモーターとブラシレスモーターの違い

コレクタータイプのドライブは、DB とは次のように異なります。設計上の特徴(図 5 参照)、および動作原理。

米。 5. A - コレクターモーター、B - ブラシレス

検討デザインの違い. 図5は、ブラシレスモーターとは異なり、コレクタータイプモーターのローター（図5の1）がコイルを持っていることを示しています。簡単な回路巻く、そして永久磁石(通常は 2 つ) が固定子 (図 5 の 2) に取り付けられています。さらに、シャフトにはコレクタが取り付けられており、電機子巻線に電圧を供給するブラシが接続されています。

動作原理を簡単に説明しますコレクター機. コイルの 1 つに電圧が印加されると、コイルが励磁され、磁場が形成されます。永久磁石と相互作用し、アーマチュアとその上に配置されたコレクターが回転します。その結果、もう一方の巻線に電力が供給され、サイクルが繰り返されます。

この設計のアーマチュアの回転周波数は、磁場の強度に直接依存し、磁場の強度は電圧に正比例します。つまり、速度を上げたり下げたりするには、電力レベルを上げたり下げたりするだけで十分です。逆にするには、極性を切り替える必要があります。この制御方法は、特別なコントローラを必要とせず、移動コントローラは可変抵抗器に基づいて作成でき、従来のスイッチはインバータとして機能します。

前のセクションでは、ブラシレスモーターの設計上の特徴について考察しました。ご存じのとおり、それらの接続には特別なコントローラーが必要であり、それがないと機能しません。同じ理由で、これらのモーターを発電機として使用することはできません。

一部のドライブでは、このタイプのより効率的な制御のために、ローターの位置はホールセンサーを使用して監視されます。これにより、ブラシレスモーターの特性が大幅に向上しますが、すでに高価な設計のコストが増加します。

ブラシレスモーターの始動方法は？

このタイプのドライブを機能させるには、特別なコントローラーが必要です (図 6 を参照)。それがなければ、打ち上げは不可能です。

米。 6. モデリング用ブラシレスモーターコントローラー

そのようなデバイスを自分で組み立てても意味がありません。既製のものを購入する方が安価で信頼性が高くなります。あなたはそれを拾うことができます次の特徴、PWM チャネルドライバーの特徴:

最大許容電流。この特性は、デバイスの通常動作に対して与えられます。多くの場合、メーカーはモデル名にこのパラメーターを示しています (たとえば、Phoenix-18)。場合によっては、コントローラーが数秒間維持できるピークモードの値が与えられます。
連続運転時の最大公称電圧。
コントローラの内部回路の抵抗。
rpmで示される許容回転数。この値を超えると、コントローラは回転を増やすことを許可しません (制限はソフトウェアレベルで実装されます)。速度は常に 2 極ドライブに対して与えられることに注意してください。極対がさらにある場合は、値をその数で割ります。たとえば、60000 rpm という数値が示されているため、6 磁気モーター回転速度は 60000/3=20000 prm になります。
生成されたパルスの周波数。ほとんどのコントローラーでは、このパラメーターは 7 ～ 8 kHz の範囲にあります。高価なモデルパラメーターを再プログラムして、16 または 32 kHz に上げることができます。

最初の 3 つの特性によって、データベースの容量が決まることに注意してください。

ブラシレスモーター制御

上述のように、駆動巻線の転流は電子的に制御されます。切り替えるタイミングを決定するために、ドライバーはホールセンサーを使用してアーマチュアの位置を監視します。ドライブにそのような検出器が装備されていない場合、逆起電力、接続されていない固定子コイルで発生します。実際にはハードウェアとソフトウェアの複合体であるコントローラーは、これらの変更を監視し、切り替え順序を設定します。

三相ブラシレスDCモーター

ほとんどのデータベースは、3 段階の設計で実行されます。このようなドライブを制御するために、コントローラにはコンバータがあります定電圧三相パルスに変換します (図 7 を参照)。

図 7. DB 電圧図

このようなブラシレスモーターがどのように機能するかを説明するには、図 4 と図 7 を検討する必要があります。図 7 には、駆動動作のすべての段階が順番に示されています。それらを書き留めましょう：

コイル「A」には正のインパルスが、「B」には負のインパルスが加えられ、アーマチュアが動きます。センサーはその動きを記録し、次の整流の信号を出します。
コイル「A」がオフになり、正のパルスが「C」に送られ（「B」は変更されないまま）、次のパルスセットに信号が与えられます。
「C」 - ポジティブ、「A」 - ネガティブ。
正と負のインパルスを受ける「B」と「A」のペア作品。
「B」には正のパルスが、「C」には負のパルスが再度印加されます。
コイル "A" がオンになり (+ が供給される)、負のパルスが "C" で繰り返されます。その後、サイクルが繰り返されます。

管理の見かけの単純さの中には、多くの困難があります。次の一連のパルスを生成するために電機子の位置を追跡するだけでなく、コイルの電流を調整して回転速度を制御することも必要です。さらに、最も多くを選択する必要があります最適パラメータ加速と減速のために。コントローラーには、その操作を制御できるブロックが装備されている必要があることにも注意してください。外観このような多機能デバイスを図 8 に示します。

米。 8.多機能ブラシレスモーターコントローラー

長所と短所

電動ブラシレスモーターには、次のような多くの利点があります。

耐用年数は、従来のコレクター対応品よりもはるかに長くなっています。
高効率。
短縮ダイヤル最高速度回転。
CDよりパワフルです。
動作中に火花が発生しないため、火災の危険がある状況でドライブを使用することができます。
追加の冷却は必要ありません。
簡単な操作。

次に、短所を見てみましょう。重大な欠点、データベースの使用を制限します-比較的高いコスト（ドライバーの価格を考慮に入れる）。不都合の中には、たとえばパフォーマンスをチェックするための短期間のアクティベーションであっても、ドライバーなしではデータベースを使用できないことが挙げられます。特に巻き戻しが必要な場合は、問題の修復。

2013 年 3 月 19 日公開

この記事で、ブラシレス DC モーターに関する一連の出版物を開始します。分かりやすい言葉で説明します一般情報、デバイス、ブラシレスモーターの制御アルゴリズム。検討します他の種類エンジン、レギュレーターパラメーターの選択の例が示されています。レギュレータのデバイスとアルゴリズム、電源スイッチの選択方法、レギュレータの主なパラメータについて説明します。出版物の論理的な結論は、規制当局のスキームになります。

ブラシレスモーターは、エレクトロニクスの発展、特に安価なパワートランジスタスイッチの出現により、広く普及しています。強力なネオジム磁石の出現も重要な役割を果たしました。

ただし、ブラシレスモーターは目新しいものではありません。ブラシレスモーターのアイデアは、電気の黎明期に登場しました。しかし、技術が利用できなかったため、最初の商用ブラシレス DC モーターが登場した 1962 年までその時を待っていました。それらの。半世紀以上にわたり、このタイプの電気駆動装置のさまざまなシリアル実装がありました!

いくつかの用語

ブラシレス DC モーターは、海外の文献では BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) または PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) でバルブモーターとも呼ばれます。

ブラシレスモーターは構造的に、永久磁石を備えたローターと巻線を備えたステーターで構成されています。逆に、コレクターモーターでは、巻線がローターにあることに注意してください。したがって、本文では、回転子は磁石であり、固定子は巻線です。

エンジンの制御には電子レギュレーターが使用されます。海外の文献ではスピードコントローラーまたはESC（エレクトロニック・スピード・コントロール）。

ブラシレスモーターとは？

通常、人々は何か新しいことに直面すると、類推を探します。「シンクロナイザーみたい」「ステッパーみたい」という言葉を耳にすることもあります。ほとんどのブラシレスモーターは 3 相であるため、これはさらに混乱を招き、レギュレーターがモーターに 3 相 AC 電流を「供給」しているという誤解につながります。上記のすべては、部分的にしか当てはまりません。実際には、非同期を除くすべてのモーターを同期と呼ぶことができます。すべての DC モーターは自己同期で同期していますが、その動作原理は自己同期を持たない同期 AC モーターとは異なります。ステッピングブラシレスモーターとしても、おそらく機能します。しかし、ここに問題があります。レンガも飛ぶことができます...しかし、これは意図されていないため、それほど遠くありません。としてステッピングモーターブラシレスリラクタンスモーターの方が適しています。

ブラシレス DC モーター (ブラシレス直流モーター) とは何かを理解してみましょう。このフレーズ自体には、答えがすでに隠されています-これはコレクターのないDCモーターです。コレクターの機能は電子機器によって実行されます。

長所と短所

やや複雑で重く火花を散らすアセンブリであるコレクターは、エンジンの設計から取り除かれています。エンジンの設計は大幅に簡素化されています。エンジンはより軽量でコンパクトです。整流子とブラシ接点を交換することでスイッチング損失を大幅に削減電子キー. その結果、最高の効率とキログラムあたりの電力を備えた電気モーターが得られます。自重、回転速度の変化の最も広い範囲を持ちます。実際には、ブラシレスモーターはコレクターの兄弟よりも熱くなりません。耐える重負荷一瞬で。強力なネオジム磁石の採用により、ブラシレスモーターがさらにコンパクトになりました。ブラシレスモーターの設計により、水や攻撃的な環境での動作が可能になります（もちろん、モーターだけでなく、レギュレーターを濡らすと非常に高価になります）. ブラシレスモーターは実質的に無線干渉を発生させません。

唯一の欠点は、複雑で高価であると考えられています電子ユニットコントロール（ノブまたはESC）。しかし、エンジン回転数をコントロールしたいのであれば、エレクトロニクスは不可欠です。ブラシレスモーターの速度を制御する必要がない場合でも、電子制御ユニットなしではできません。電子回路のないブラシレスモーターは鉄の塊です。他のエンジンのように電圧をかけて正転させる方法はありません。

ブラシレスモーターコントローラーで何が起こるか?

ブラシレスモーターを制御するレギュレーターの電子回路で何が起こっているかを理解するために、少し前に戻って、まずブラシレスモーターがどのように機能するかを理解しましょう。学校の物理コースから、磁場が通電フレームにどのように作用するかを覚えています。電流のあるフレームが磁場内で回転します。ただし、常に回転しているわけではなく、一定の位置まで回転しています。連続回転が発生するためには、ループの位置に応じてループ内の電流の方向を切り替える必要があります。私たちの場合、電流のあるフレームはモーター巻線であり、整流子はスイッチングに従事しています - ブラシと接点を備えたデバイスです。最も単純なエンジンのデバイス、図を参照してください。

ブラシレスモーターを制御する電子機器も同じことを行います。適切な瞬間直流電圧を目的の固定子巻線に接続します。

エンコーダー、エンコーダーなしのモーター

以上のことから、回転子の位置に応じてモータ巻線に電圧を印加する必要があることを理解することが重要です。したがって、電子機器はモーターローターの位置を特定できなければなりません。 . このために、位置センサーが使用されます。彼らはすることができますさまざまな種類、光学、磁気など現在、ホール効果に基づくディスクリートセンサー (SS41 など) は非常に一般的です。 3 相ブラシレスモーターは 3 つのセンサーを使用します。このようなセンサーのおかげで、電子制御ユニットは常に、ローターがどの位置にあり、どの巻線に電圧を印加する必要があるかを常に認識しています。後で、三相ブラシレスモーターの制御アルゴリズムについて説明します。

センサーのないブラシレスモーターもあります。このようなモーターでは、ローターの位置は、未使用のモーターの電圧を測定することによって決定されます。この瞬間巻き時間。これらの方法についても後述します。重要な点に注意する必要があります。この方法は、エンジンが回転している場合にのみ有効です。モーターが回転していない、または回転が非常に遅い場合、この方法は機能しません。

センサー付きのブラシレスモーターはどのような場合に使用され、どのような場合にセンサーなしで使用されますか? それらの違いは何ですか？

技術的な観点からは、エンコーダ付きのモータが推奨されます。このようなエンジンの制御アルゴリズムははるかに単純です。ただし、欠点もあります。センサーに電力を供給し、エンジン内のセンサーから制御電子機器まで配線する必要があります。センサーの1つが故障した場合、エンジンは動作を停止し、センサーの交換には通常、エンジンの分解が必要です。

構造上モーターハウジング内にセンサーを配置できない場合は、センサーなしのモーターを使用します。構造的には、このようなモーターはセンサー付きモーターと実質的に違いはありません。しかし、電子ユニットはセンサーなしでエンジンを制御できなければなりません。この場合、コントロールユニットは特性に準拠する必要があります特定のモデルエンジン。

モーターシャフトに大きな負荷がかかる状態でエンジンを始動する必要がある場合（電気輸送、リフト機構など）、センサー付きのモーターが使用されます。
モーターがシャフトに負荷をかけずに始動した場合 (換気、エアプロペラ、遠心クラッチなどを使用する場合）、センサーなしのモーターが使用できます。注意: エンコーダのないモーターは、シャフトに負荷をかけずに始動する必要があります。この条件が満たされない場合は、エンコーダ付きモーターを使用する必要があります。さらに、センサーなしでエンジンを始動した瞬間に、エンジン軸の回転振動が発生する可能性があります。さまざまな側面. これがシステムにとって重要な場合は、センサー付きのモーターを使用してください。

3相

購入した三相ブラシレスモーター最も普及している. しかし、それらは1つ、2つ、3つ、またはそれ以上のフェーズになる可能性があります。フェーズが多いほど、磁場の回転はスムーズになりますが、モーター制御システムはより複雑になります。 3 フェーズシステムは、効率と複雑さの比率の点で最適であり、そのため広く普及しています。さらに、最も一般的なものとして、三相回路のみが考慮されます。実際、相はモーター巻線です。ですから「三巻」と言えばこれも正解だと思います。「スター」または「トライアングル」スキームに従って、3つの巻線が接続されています。 3 相ブラシレスモーターには、3 本のワイヤ (巻線リード線) があります。図を参照してください。

エンコーダ付きモータには、追加の 5 本のワイヤがあります (2 本は位置エンコーダ電源用、3 本はエンコーダ信号)。

三相システムでは、任意の時点で 3 つの巻線のうち 2 つに電圧が印加されます。したがって、下の図に示すように、モーター巻線に DC 電圧を印加するための 6 つのオプションがあります。

DC モーターの特性。 DCモーターのように、ブラシレスモーター直流で動作します。 VD は、DC モーターと見なすことができます。このモーターでは、ブラシコレクターアセンブリが電子機器に置き換えられます。これは、「バルブ」という言葉、つまり「電源キーによって制御される」(バルブ) という言葉で強調されています。ブラシレスモーターの相電流は、正弦波の形状をしています。原則として、パルス幅変調（PWM）を備えた自律型電圧インバーターがパワーアンプとして使用されます。

バルブモーターは、ブラシレス DC モーター (BDC) と区別する必要があります。ブラシレス DC モーター (BDC) は、ギャップ内に台形の磁場分布を持ち、相電圧が長方形であることを特徴としています。 BLDT 構造は VD 構造よりも単純です (PWM の代わりに座標変換器がなく、120 度または 180 度の切り替えが使用され、その実装は PWM よりも単純です)。

ロシア語の文献では、制御された同期機の逆起電力が正弦波である場合、モーターはバルブモーターと呼ばれ、非接触モーター逆起電力が台形の場合は DC。

英語の文献では、通常、このようなモーターは電気駆動装置と切り離して考えられず、PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) または BLDC (Brushless Direct Current Motor) という略語で呼ばれます。英文学における略語 PMSM は、永久磁石と位相逆起電力の正弦波形式を備えた同期機自体を指すためによく使用されますが、略語 BLDC はロシア語の略語 BDPT に似ており、逆起電力が台形のモーター (他の形式が指定されていない場合)。

一般的に言えば、ブラシレスモーターは伝統的な意味での電気機械ではありません。なぜなら、その問題は電気駆動と自動制御システムの理論に関連する多くの問題に影響を与えるからです。構造組織、センサーと電子部品の使用、およびソフトウェア。

AC マシンの信頼性と DC マシンの優れた制御性を兼ね備えた BLDC モーターは、スパーク、ノイズ、ブラシの摩耗、不十分なアーマチュアなど、コントロールパネルに関連する多くの欠点を特徴とする DC モーターの代替品です。コントロールパネルがないため、DPT の使用が困難または不可能なアプリケーションで VD を使用できます。

説明と動作原理[ | ]

米。 2.回転子に永久磁石を備えた同期機を備えた2相ブラシレスモーターの構造。 PC - 座標変換器、PA - パワーアンプ、
SEMP - 同期電気機械コンバーター (同期機)、DPR - ローター位置センサー。

U α = − u q ⋅ sin ⁡ θ , (\displaystyle u_(\alpha )=-u_(q)\cdot \sin (\theta ),)

U β = (\displaystyle u_(\beta )=) u q ⋅ cos ⁡ θ , (\displaystyle u_(q)\cdot \cos (\theta ),)

は、軸に対するローター (および回転座標系) の回転角度です。 α (\displaystyle \alpha )固定座標系。角度の瞬時値を測定するには θ (\displaystyle \theta )ローター位置センサー (RPS) が HP シャフトに取り付けられています。

実際、この場合、それは相電圧の振幅の値の割り当てです。信号の位置変調を実行する PC u q (\displaystyle u_(q))、高調波信号を生成 u α , u β (\displaystyle u_(\alpha ),u_(\beta ))、パワーアンプ（PA）が相電圧に変換します u A , u B (\displaystyle u_(A),u_(B)). 同期モーターブラシレスモーターの一部として、同期電気機械コンバーター (SEMC) と呼ばれることがよくあります。

原則として、HP の電子部品は、固定子磁束ベクトルが回転子磁束ベクトルと直交するように同期機の固定子位相を切り替えます (いわゆるベクトル制御)。固定子と回転子の流れの直交性が守られている場合、HP の最大トルクは回転速度の変化の条件下で維持されます。そのための可能な効率。回転子磁束の現在の位置を決定するために、回転子位置センサーの代わりに電流センサーを使用できます (間接位置測定)。

最新の VD の電子部品には、マイクロコントローラとトランジスタブリッジが含まれており、パルス幅変調 (PWM) の原理を使用して相電流を形成します。マイクロコントローラは、指定された制御法の順守を監視し、システム診断と緊急事態に対するソフトウェア保護も実行します。

ローター位置センサーがない場合があり、位置はオブザーバーの助けを借りて電流センサーの測定値から制御システムによって推定されます (いわゆる HP の「センサーレス」制御)。このような場合、高価で扱いにくいことが多い位置センサーが取り除かれるため、HP を備えた電気駆動装置の価格と重量と寸法は削減されますが、制御がより複雑になり、位置と速度の決定の精度が低下します。

中電力から高電力のアプリケーションでは、電気フィルタをシステムに追加して、PWM の悪影響 (巻線サージ、ベアリング電流、効率の低下) を軽減できます。ただし、これはすべてのタイプのエンジンに当てはまります。

長所と短所[ | ]

バルブモーターは組み合わせて設計されています最高の資質 ACモーターとDCモーター。これは彼らの尊厳を決定します。

利点:

バルブモーターにはいくつかの欠点もありますが、その主なものはコストが高いことです。ただし、高コストについて言えば、ブラシレスモーターは通常、精度と信頼性の要件が高い高価なシステムで使用されるという事実も考慮する必要があります。

欠陥:

デザイン [ | ]

構造的に、最新のバルブドライブは、電気機械部分 (同期機とローター位置センサー) と制御部分 (マイクロコントローラーとパワーブリッジ) で構成されています。

VD の設計を参照する場合、システムの非構成要素である制御プログラム (ロジック) を念頭に置いておくと役立ちます。

HP で使用される同期機は、ラミネート加工された (電気的に絶縁された別個の電磁鋼板から組み立てられた - 渦電流を低減する) 固定子で構成され、その中に多相 (通常は 2 相または 3 相) の巻線が配置されています。ローター（通常は永久磁石）。

BDPT では回転子位置センサーとしてホールセンサーが使用され、VD では回転トランスと蓄積センサーが使用されます。いわゆる。「センサーレス」システムでは、位置情報は制御システムによって相電流の瞬時値から決定されます。

ローターの位置に関する情報は、制御プログラムに従って制御 PWM 信号を生成するマイクロプロセッサによって処理されます。マイクロコントローラからの低電圧 PWM 信号は、パワーアンプ (通常はトランジスタブリッジ) によって、モータに印加される電圧に変換されます。

HPおよびBDPTのローター位置センサーと電子アセンブリの組み合わせは、DTのブラシコレクターユニットとある程度の信頼性で比較できます。ただし、モーターがドライブの外で使用されることはめったにないことに注意してください。このように、電子機器はDPTとほぼ同程度のVDの特徴を持っています。

ステーター [ | ]

ステーターは伝統的なデザインです。それは、ハウジング、電気鋼製のコア、およびコアの周囲に沿って溝に配置された銅の巻線で構成されています。巻線は相に分割され、相の数によって決まる角度だけ互いに空間的にシフトするように溝に配置されます。交流機のモーター軸を均一に回転させるには、2 相で十分であることが知られています。通常、HP で使用される同期機は 3 相ですが、4 相および 6 相巻線の HP も見られます。

ローター [ | ]

ブラシレスモーターは、ローターの位置によって、イントラローター (eng. inrunner) と external-rotor (eng. outrunner) に分けられます。

回転子は永久磁石を使用して作られ、通常、N 極と S 極が交互に並ぶ 2 ～ 16 対の極があります。

ブラシレスモーターの出現は、多くの利点を持つ電気機械を作成する必要性によって説明されます。ブラシレスモーターはコレクターのないデバイスであり、その機能は電子機器によって引き継がれます。

BKEPT - ブラシレス DC モーター。12、30 ボルトなどの電力を供給できます。

適切なエンジンの選択
動作原理
BKEPT デバイス
センサーとその不在
センサーなし
PWM周波数の概念
アルディーノシステム
エンジンマウント

適切なエンジンの選択

ユニットを選択するには、コレクターモーターとブラシレスモーターの動作原理と機能を比較する必要があります。

左から右へ: コレクターモーターとモーター FK 28-12 ブラシレス

コレクターのものはコストが低くなりますが、低トルクの回転速度を開発します。それらは直流で動作し、重量とサイズが小さく、手頃な価格の修理交換部品用。膨大な数の売上高が発生すると、否定的な品質の兆候が明らかになります。ブラシが整流子に接触し、メカニズムを損傷する可能性のある摩擦を引き起こします。ユニットの性能が低下します。

ブラシは修理が必要なだけではありません。急速摩耗、しかしメカニズムの過熱につながる可能性もあります。

ブラシレス DC モーターの主な利点は、トルクとスイッチングピンがないことです。これは、永久磁石モーターのように損失の原因がないことを意味します。それらの機能は、MOSトランジスタによって実行されます。以前は、コストが高かったため、利用できませんでした。今日、価格は許容範囲内になり、パフォーマンスは大幅に向上しました。システムにラジエーターがない場合、電力は 2.5 ～ 4 ワットに制限され、動作電流は 10 ～ 30 アンペアです。効率ブラシレスモーターとても背が高い。

2番目の利点は、メカニック設定です。車軸は幅広のベアリングに取り付けられています。構造には破壊要素と消去要素はありません。

唯一の欠点は、高価な電子制御ユニットです。

スピンドルを備えた CNC マシンの機構の例を考えてみましょう。

コレクターモーターをブラシレスモーターに交換すると、CNCスピンドルが破損するのを防ぐことができます。スピンドルの下とは、トルクの左右に回転するシャフトを意味します。 CNCスピンドルには大きな力. トルクの速度はサーボテスターによって制御され、速度は自動コントローラーによって制御されます。スピンドルを備えたCNCのコストは約4000ルーブルです。

動作原理

このメカニズムの主な特徴は、コレクターがないことです。そして、回転子であるスピンドルには永久磁石が取り付けられています。その周りにはワイヤーの巻き線があり、それぞれ異なる磁場. 12 ボルトのブラシレスモーターの違いは、その上にあるローター制御センサーです。信号はスピードコントローラユニットに送られます。

BKEPT デバイス

固定子内の磁石の配置は、通常、極数の少ない 2 相モーターに使用されます。固定子の周りのトルクの原理は、低速の 2 相モーターを取得する必要がある場合に使用されます。

ローターには 4 つの極があります。長方形の磁石が極を交互に並べて取り付けられています。ただし、極数と磁石の数は必ずしも同じではなく、12、14 の場合もありますが、極数は偶数である必要があり、複数の磁石で 1 つの極を構成できます。

写真は4極を形成する8個の磁石を示しています。力のモーメントは磁石の力に依存します。

センサーとその不在

トラベルコントローラーは、ローター位置センサー付きとなしの 2 つのグループに分けられます。

電流の力は、モーターの巻線に適用されます。特別な地位ローター. それはによって決定されます電子システム位置センサーを使用。それらはさまざまなタイプです。一般的なトラベルコントローラーは、ディスクリートホール効果センサーです。三相 30 ボルトのモーターは 3 つのセンサーを使用します。電子ユニットは、ローターの位置に関するデータを常に保持しており、必要な巻線に適時に電圧を向けます。

巻線を切り替えるときに結論を変える一般的なデバイス。

オープンループデバイスは、電流、速度を測定します。 PWM チャネルは、制御システムの下部に取り付けられています。

3 つの入力がホールセンサーに接続されています。ホールセンサーで変化が発生した場合、割り込みの処理プロセスが開始されます。割り込みの高速応答処理を確実にするために、ホールセンサーがポートの下のピンに接続されます。

マイクロコントローラーで位置センサーを使用する

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カスケード強度コントローラーは AVR コアの心臓部であり、ブラシレス DC モーターのインテリジェントな制御を提供します。 AVR は、特定のタスクを実行するためのチップです。

ストロークコントローラーの動作原理は、センサーの有無にかかわらず可能です。 AVR ボードプログラムは次のことを行います。

外部の追加デバイスを使用せずに、エンジンをできるだけ早く始動します。
1 つの外部ポテンショメータによる速度制御。

別のビュー自動運転 sma、洗濯機で使用。

センサーなし

回転子の位置を決定するには、アイドル巻線の電圧を測定する必要があります。この方法モーターが回転しているときに適用されます。それ以外の場合は機能しません。

センサーレストラベルコントローラーは軽量であるため、広く使用されています。

コントローラには次のプロパティがあります。

最大直流電流の値;
最大動作電圧の値;
番号最大速度;
電源スイッチの抵抗;
インパルス周波数。

コントローラを接続するときは、ワイヤをできるだけ短くすることが重要です。始動時の電流サージの発生による。ワイヤーが長い場合、ローターの位置を決定する際にエラーが発生する可能性があります。そのため、コントローラーは 12 ～ 16 cm のワイヤーで販売されています。

コントローラーには多くのソフトウェア設定があります。

エンジン停止制御;
ソフトまたはハードシャットダウン。
ブレーキングとスムーズなシャットダウン。
パワーと効率を向上させます。
ソフト、ハード、クイックスタート。
電流制限;
ガスモード;
方向転換。

図に示されている LB11880 コントローラーには、強力なブラシレスモータードライバーが含まれています。つまり、ドライバーを追加しなくても、モーターをマイクロ回路に直接接続できます。

PWM周波数の概念

キーをオンにすると、エンジンに全負荷がかかります。ユニットは最大速度に達します。モーターを制御するには、パワーレギュレーターを用意する必要があります。これは、まさにパルス幅変調 (PWM) が行うことです。

キーの開閉に必要な頻度が設定されています。電圧がゼロから動作に変わります。速度を制御するには、キー信号に PWM 信号を重畳する必要があります。

PWM 信号は、デバイスによって複数の出力で生成できます。または、プログラムで別のキーの PWM を作成します。回路が簡単になります。 PWM 信号は 4 ～ 80 キロヘルツです。

周波数を上げると、より多くの遷移プロセスが発生し、熱が発生します。 PWM 周波数が高くなると、トランジェントの数が増加し、キーの損失につながります。周波数が小さいと、必要な滑らかな制御が得られません。

トランジェント時のキーの損失を減らすために、PWM 信号が上下のスイッチに別々に適用されます。直接損失は、式 P=R*I2 で計算されます。ここで、P は損失電力、R はスイッチ抵抗、I は電流強度です。

抵抗が少ないと損失が最小限に抑えられ、効率が向上します。

アルディーノシステム

多くの場合、ブラシレスモーターの制御にはハードウェアコンピューターが使用されます。 Arduinoプラットフォーム. これは、ワイヤリング言語のボードと開発環境に基づいています。

arduino ボードには、Atmel AVR マイクロコントローラーと、要素のプログラミングおよび回路との相互作用が含まれています。ボードには電圧レギュレーターがあります。シリアル Arduino ボードは、信号をあるレベルから別のレベルに変換する単純な反転回路です。プログラムは USB 経由でインストールされます。 Arduino Mini などの一部のモデルでは、追加料金プログラミング用。

Arduino プログラミング言語は標準処理を使用します。一部の arduino モデルでは、複数のサーバーを同時に制御できます。プログラムはプロセッサによって処理され、AVR によってコンパイルされます。

電圧降下や過負荷により、コントローラに問題が発生する場合があります。

エンジンマウント

モーターマウントはエンジンを搭載する機構です。エンジンの取り付けに使用。モーターマウントは、相互接続されたロッドとフレーム要素で構成されています。モーターマウントは平らで、要素に関して空間的です。単一の 30 ボルトモーターまたは複数のデバイス用のモーターマウント。電源回路モーターマウントはロッドのセットで構成されています。モーターマウントは、トラスとフレーム要素の組み合わせで取り付けられています。

ブラシレスDCモータは、日常生活から産業まで欠かすことのできないユニットです。たとえば、CNC マシン、医療機器、自動車のメカニズム。

BKEPT は、信頼性、高精度の動作原理、自動インテリジェント制御および調整によって際立っています。