ブラシレスDC(BLDC)モーターのしくみ

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この投稿では、BLDCモーターとも呼ばれるブラシレスDCモーターの基本的な動作概念について包括的に詳しく説明しています。

ブラシ付きDCモーターとブラシレスDCモーターの違い

私たちの伝統的なブラシ付きモーターでは、周囲の文房具の永久磁石固定子に対して中央の可動回転子を切り替えるためにブラシが採用されています。



ローターは動作するために電力を必要とする電磁石を使用して作られているため、ブラシは不可欠になりますが、回転する必要があるため、物事が不器用になり、ブラシは回転する電磁ローターに電力を供給する唯一の代替手段になります。

それどころか、ブラシレスDCモーターまたはBLDCモーターには、固定子の中央固定子と周囲の円形回転子があります。固定子は電磁石のセットで構成されており、回転子には計算された特定の位置で周囲に永久磁石が取り付けられています。



ホール効果センサーの使用

このメカニズムには、固定子電磁石に対する回転子とその磁石の位置を感知し、外部スイッチング回路にデータを通知するために取り付けられたホール効果センサーもあります。外部スイッチング回路は、電磁石のアクティブ化/非アクティブ化を担当します。ローターの回転運動に影響を与える正しいシーケンスまたはタイミング。

上記の説明は、次の基本的な図の助けを借りて、その後の画像の精巧なデザインを通して理解することができます。

私たちは、磁石とこれらのデバイスがどのように相互作用するかについて、かなりの数の興味深いことを学び、知っています。

磁石の北極が別の磁石の南極を引き付け、極のように反発することはわかっています。

永久磁石の配置方法

上の図では、北極を外側に向けて配置された、エッジに磁石が埋め込まれたディスク(赤色で表示)と、ディスクの円形エッジに平行に近接して配置された電磁石が表示されています。通電時の南磁場。

ここで、配置が電磁石が非アクティブ化された状態で最初の上の図に示されているように配置されていると仮定します。

この位置では、電磁石が適切なDC入力でアクティブになるとすぐに、電磁石が到達して南磁場を生成し、ディスク磁石を引っ張る力に影響を与えます。これにより、永久磁石が次のようになるまで、ディスクがある程度のトルクで回転します。電磁石は磁束線の反対側にあります。

上記のアクションは、BLDCコンセプトが機能する基本的なフォーマットを示しています。

BLDCモーターがホール効果センサーとどのように連携するか

次に、ローター上で連続的な動きを維持するために、ホール効果センサーを使用して上記の概念が実際にどのように実装されているかを見てみましょう。

次の例の図は、メカニズムを包括的に説明しています。

上の図では、基本的に単純なBLDCローター/ステーター配置を示しています。ここでは、外側の円形要素が回転ローターであり、中央の電磁石が固定ステーターになっています。

回転子は、影響を与える磁束線として南極を持っている周辺に固定されたいくつかの永久磁石を持っているのを見ることができました、中央の固定子は、通電されたときに北極磁束と同等の強度を生成するように設計された強力な電磁石です外部DC。

また、ローターの内周のコーナーの1つ近くにあるホールセンサーを視覚化することもできます。ホール効果は、基本的に回転する回転子の磁場を感知し、固定子の電磁石に電力を供給する制御回路に信号を送ります。

上の位置を参照すると、ローターのブランク領域(磁場がない)がホールセンサーと密接に接触しており、スイッチがオフの状態に保たれています。

この瞬間、ホール効果からのスイッチオフ信号は、電磁気をオンにするように制御回路に通知します。これにより、角を曲がったところに立っているローターの南極に引っ張り効果が即座に誘導されます。

これが発生すると、南極が急降下して回転子に必要なトルクを生成し、電磁石の北極と一致しようとします。

ただし、このプロセスでは、ローターの南極もホールセンサーに近づき(下の図を参照)、すぐにこれを検出してオンになり、制御回路に電磁石のスイッチをオフにします。

電磁石の電源を切る時間は重要です

ホール効果センサーによって信号が送られる適切なタイミングで電磁石をオフにすると、ローターの動きの停止と妨害が防止され、前の位置が形成され始めるまで、そしてホールまで、生成されたトルクによって動きを続けることができます。センサーは再びローターの空白領域を「感じ」、サイクルを繰り返してオフになります。

さまざまなローター位置に応じたホールセンサーの上記の切り替えは、ステーター/ローターの磁気相互作用、そしてもちろんホール効果の位置決めに正比例する可能性のあるトルクで連続的な回転運動を引き起こします。

上記の議論は、最も基本的な2つの磁石、1つのホールセンサーメカニズムを説明しています。

非常に高いトルクを達成するために、より多くの磁石と電磁石のセットが他のより高効率のブラシレスモーターで使用され、ローター磁石の複数の検知を実装するために複数のホール効果センサーが見られ、異なる電磁石のセットを優先される正しいシーケンス。

BLDCモーターの制御方法

これまでのところ、の基本的な作業概念を理解しました BLDCモーター ホールセンサーを使用して、ローターの連続回転運動を維持するために外部に接続された電子回路を介してモーターの電磁石をアクティブにする方法を学びました。次のセクションでは、BLDCドライバー回路がBLDCモーターを制御するために実際にどのように機能するかを再検討します。

固定固定子電磁石と回転自由磁気回転子を実装する方法は、まったく反対のトポロジーを持ち、したがってモーター操作にブラシを必要とする従来のブラシ付きモーターと比較して、BLDCモーターの効率を高めます。ブラシを使用すると、長寿命、消費量、サイズの点で手順が比較的非効率になります。

BLDCモーターのデメリット

BLDCタイプは最も効率的なモーターの概念かもしれませんが、それを操作するために外部電子回路を必要とするという1つの重大な欠点があります。しかし、最新のICと高感度のホールセンサーの出現により、この概念に伴う高度な効率と比較すると、この問題は非常に些細なことのように思われます。

4マグネットBLDCドライバーデザイン

今回の記事では、4磁石、シングルホールセンサータイプのBLDCモーターのシンプルで基本的な制御回路について説明します。モーターの動作は、次のモーターメカニズム図を参照することで理解できます。

上の画像は、外部ローターの周囲に2セットの永久磁石があり、ステーターとして2セットの中央電磁石(A、B、C、D)がある基本的なBLDCモーターの配置を示しています。

A、B、またはCのいずれかの回転トルクを開始および維持するには、アクティブ化された電磁石に対するローター磁石のN極/南極の位置に応じて、D電磁石がアクティブ化された状態(一緒になることはありません)である必要があります。

BLDCモータードライバーのしくみ

正確には、上記のシナリオに示されている位置で、AとBがオンになっている状態で、A側が南極に通電され、B側が北極に通電されていると仮定します。

これは、側面Aが左側の青い北極に引っ張り効果を発揮し、固定子の右側の南極に反発効果を発揮することを意味します。同様に、側面Bは下部の赤い南極を引っ張って上部の北極をはじきます。ローターの極....プロセス全体が、ローターメカニズム上で印象的な時計回りの動きをしていると見なすことができます。
また、上記の状況では、ホールセンサーは「南極でアクティブ化された」ホールセンサーデバイスである可能性があるため、非アクティブ化された状態にあると仮定します。

上記の効果は、南がサイドBと向かい合ってロックし、北極がサイドAと向かい合うようにローターを位置合わせして強制しようとしますが、この状況が発生する前に、ホールセンサーがローターの上部南極をシフトし、これがホールセンサーを通過するときに強制的にオンになり、接続された制御回路に正の信号を送信します。接続された制御回路は即座に応答して電磁石A / Bをオフにし、電磁石C /をオンにします。 D、ローターの時計回りのモーメントが再び強制され、ローターに一定の回転トルクが維持されていることを確認します。

基本的なBLDCドライバー回路

ホールセンサーのトリガー信号に応じた電磁石の上記で説明したスイッチングは、次の簡単なBLDC制御回路のアイデアを使用して非常に簡単に実装できます。

ホールセンサーのスイッチオン状況では、BC547と結合されたTIP122が対応してオンになり、コレクターと正の両端に接続された対応する電磁石のセットがオンになるため、回路はあまりにも基本的であるため、多くの説明は必要ありません。 、ホールセンサーのスイッチオフ期間中、BC547 / TIP122ペアはオフになりますが、左端のTIP122トランジスタがオンになり、反対の電磁石のセットがアクティブになります。

BLDCが必要なトルクと勢いで回転し続けるように電力が供給されている限り、状況は交互に、継続的に切り替えられます。




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