Knowledge of working principle of brush motor and brushless motor

ブラシモーターの動作原理

主な構造はブラシレスモーターステータ、ロータ、ブラシから構成され、回転磁界によってトルクが発生し、運動エネルギーが出力されます。ブラシは常に整流子と接触しており、電気を伝導し、回転時に位相が変化します。

ブラシモーターは機械式整流方式を採用しており、磁極は移動せず、コイルが回転します。モーターが作動すると、コイルと整流子が回転しますが、磁性鋼とカーボンブラシは回転しません。コイル電流の方向の交互変化は、モーターと共に回転する整流子とブラシによって実現されます。

ブラシモーターでは、このプロセスは、2 つの電源入力端のコイルをグループ化し、順番にリング状に配置し、絶縁材料で互いに分離して、円筒状のものを形成し、モーターシャフトと繰り返し有機的な一体となることです。電源は、カーボン製の 2 つの小さな柱 (カーボンブラシ) を介して供給され、バネの圧力の作用により、2 つの特定の固定位置から、圧力が電源入力にかかり、2 つの円筒形コイルのコイルセットに電気が流れます。

としてモーター回転時には、異なるコイルまたは同じコイルの異なる極が異なるタイミングで通電されるため、磁場を発生させるコイルのns極と最も近い永久磁石ステータのns極との間に適切な角度差が生じます。磁場は互いに引き合い、反発し合い、力を発生させてモーターを回転させます。カーボン電極は、物体の表面をブラシでなぞるようにワイヤヘッド上を滑るため、「ブラシ」という名前が付けられています。

互いに滑り合うと摩擦が生じ、カーボンブラシが摩耗するため、定期的な交換が必要です。カーボンブラシとコイルのワイヤーヘッドが交互にオンオフを繰り返すと、電気火花や電磁破壊が発生し、電子機器に干渉する可能性があります。

ブラシレスモーターの動作原理

ブラシレスモーターでは、整流はコントローラー内の制御回路によって行われます（一般的にはホールセンサー＋コントローラー、より高度な技術では磁気エンコーダーが使用されます）。

ブラシレスモーターは電子整流子を使用し、コイルは動かず、磁極が回転します。ブラシレスモーターは、ホール素子SS2712を介して永久磁石の磁極の位置を検出する一連の電子機器を使用します。この検出に基づいて、電子回路を使用して適切なタイミングでコイル内の電流の方向を切り替え、モーターを駆動するための磁力が正しい方向に発生するようにします。ブラシ付きモーターの欠点を解消します。

これらの回路はモーターコントローラーと呼ばれます。ブラシレスモーターのコントローラーは、電源切り替え角度の調整、モーターのブレーキ、モーターの逆回転、モーターのロック、ブレーキ信号を使用したモーターへの電源供給の停止など、ブラシレスモーターでは実現できないいくつかの機能も実現できます。現在、バッテリーカーの電子アラームロックは、これらの機能を最大限に活用しています。

ブラシレスDCモーターは、モーター本体とドライバーで構成される典型的なメカトロニクス製品です。ブラシレスDCモーターは自動制御モードで動作するため、可変周波数速度制御や重負荷始動を備えた同期モーターのようにローターに始動巻線を追加する必要がなく、負荷が変化する際に振動やステップアウトが発生しません。

ブラシモーターとブラシレスモーターの速度制御方式の違い

実際、2種類のモーターの制御は電圧調整ですが、ブラシレスDCモーターは電子整流子を使用するためデジタル制御で実現でき、ブラシレスDCモーターはカーボンブラシ整流子を介して、シリコン制御の従来型アナログ回路を使用して制御できるため、比較的シンプルです。

1. ブラシモーターの速度調整プロセスは、モーターの電源電圧を調整することです。調整後、電圧と電流は整流子とブラシによって変換され、電極によって生成される磁場の強度を変化させることで速度変更を実現します。このプロセスは圧力調整として知られています。

2. ブラシレスモーターの速度制御プロセスは、モーターの電源電圧を一定に保ち、電気調整の制御信号を変更し、マイクロプロセッサによって高出力MOSトランジスタのスイッチングレートを変更して速度の変化を実現するものです。このプロセスは周波数変換と呼ばれます。

パフォーマンスの違い

1. ブラシモーターは構造がシンプルで、開発期間が長く、技術が成熟している。

19世紀、モーターが誕生した当時、実用的なモーターはブラシレスモーター、すなわち交流かご形非同期モーターであり、交流電源の発明後に広く普及しました。しかし、非同期モーターには克服できない多くの欠点があり、モーター技術の発展は遅々として進みませんでした。特に、ブラシレス直流モーターは商業化に至りませんでした。電子技術の急速な発展に伴い、近年になってようやく商業化が進みましたが、本質的には依然として交流モーターの範疇に属します。

ブラシレスモーターはそれほど昔に誕生したものではなく、人々がブラシレスDCモーターを発明しました。DCブラシモーターの機構はシンプルで、製造や加工が容易で、メンテナンスや制御も容易です。また、DCモーターは応答速度が速く、始動トルクが大きく、ゼロ速度から定格速度まで定格トルク性能を発揮できるため、登場以来広く使用されています。

2. ブラシレスDCモーターは応答速度が速く、始動トルクが大きい。

DCブラシレスモーターは、起動応答が速く、起動トルクが大きく、速度変化が安定しており、ゼロから最高速度までほとんど振動を感じず、起動時に大きな負荷を駆動できます。ブラシレスモーターは起動抵抗（誘導リアクタンス）が大きいため、力率が小さく、起動トルクが比較的小さく、起動音はブーンという音で、強い振動を伴い、起動時の駆動負荷は小さくなります。

3. ブラシレスDCモーターはスムーズに動作し、優れた制動効果を発揮します。

ブラシレスモーターは電圧制御によって制御されるため、始動時や制動時も安定しており、定速運転も安定しています。一方、ブラシレスモーターは通常、デジタル周波数変換によって制御されます。これは、まず交流を直流に変換し、次に直流を交流に変換して、周波数変化によって速度を制御するものです。そのため、ブラシレスモーターは始動時や制動時にスムーズに動作せず、大きな振動が発生し、速度が一定の場合にのみ安定します。

4. DCブラシモーターの制御精度が高い

DCブラシレスモーターは通常、減速機ボックスとデコーダーと組み合わせて使用され、モーターの出力パワーを大きくし、制御精度を高めます。制御精度は0.01 mmに達し、可動部品をほぼ任意の任意の場所で停止させることができます。すべての精密工作機械はDCモーター制御精度です。ブラシレスモーターは始動時と制動時に安定しないため、可動部品は毎回異なる位置で停止し、位置決めピンまたは位置リミッターによってのみ目的の位置に停止させることができます。

5. DCブラシモーターは使用コストが低く、メンテナンスが容易です。

ブラシレスDCモーターは構造がシンプルで製造コストが低く、メーカーが多く、技術が成熟しているため、工場、加工工作機械、精密機器など広く使用されています。モーターが故障した場合は、カーボンブラシを交換するだけで済み、カーボンブラシ1つあたりわずか数ドルで済むため、非常に安価です。ブラシレスモーター技術は成熟しておらず、価格が高く、適用範囲が限られています。主に周波数変換エアコン、冷蔵庫などの定速機器に使用され、ブラシレスモーターが損傷した場合は交換するしかありません。