オリエンタルモーターブラシレスモータの原理と構造
ブラシレスモーターの原理と構造
ブラシレスモータの構造は、ロータの位置検出用の磁気素子または、光学式のエンコーダがモータに内蔵されています。この位置検出器により駆動回路へ信号を送ります。モータ巻線は、3相スター結線です。また、ロータは永久磁石を使用しています。
ブラシレスモータの構造 ホールIC 検出用の磁気素子には、ホールICが使用されています。ステータの内側に3個配置されており、ロータが回転するごとにホールICからデジタル信号が出力されます。
■ブラシレスモータの駆動方法
モータ巻線にはスイッチング用のトランジスタが接続されており、トランジスタは6個でインバータを構成しています。上下のトランジスタが交互にON-OFFを一定の順序で繰り返して、巻線電流の向きを変えています。その回転するしくみを説明します。 下図のトランジスタのスイッチングシーケンスでステップ①の場合、トランジスタはTr1とTr6がON状態になっています。このとき巻線電流はU相からW相へ流れ、U相はN極に、W相はS極に励磁されます。これにより、ロータは30°回転します。この動作を12回繰り返すことにより、ロータは回転します。
■ブラシレスモータの制御方法
ブラシレスモータの駆動回路は、図のような構成でモータと接続され、大きく分けて５つのブロックから構成されています。
パワー回路
モータ巻線に流れる電流を制御します。トランジスタを6個使用します。 上下に接続されたトランジスタが、一定の順序でON-OFFを繰り返し、モータ巻線に電流を流します。
電流制御回路
モータに流れる電流は、負荷の大きさによって変化します。モータに流れる電流は、常時検出されており、設定された回転速度からずれが生じないように制御されます。
ロジック回路
モータのホールICよりフィードバック信号を受け、ロータの位置検出をおこない、モータ巻線の励磁順序を決めています。 ここからの信号はパワー回路の各トランジスタのベースへ接続されており、トランジスタを一定の順序で駆動しています。また、モータの回転速度を検出する役目をもっています。 モータへの指令、スタート／ストップ、ブレーキ／ラン、CW／CCWの制御もおこないます。
設定比較回路
速度設定信号と、モータの回転速度信号を比較します。この結果より、モータの回転速度が設定された回転速度より高いか低いかを見ています。モータ回転速度が設定より高ければモータへの入力を下げ、低ければモータへの入力を上げて設定回転速度へ戻します。
電源回路
商用電源より、モータと各制御回路を駆動するために必要な電圧にします。
■ブラシレスモータの回転速度ートルク特性
ブラシレスモータの場合、下図の例のように100～4000r/minまで定格トルク、起動トルクが一定で（BLFシリーズ、BLEシリーズ、BLHシリーズの場合は、最高回転速度時の出力トルクが定格トルクより下がります。）、ACスピードコントロールモータのように低速でトルクが落ちることがなく、低速から高速まで定格トルクで使用することができます。 ブラシレスモータは、連続運転領域のほかに、短時間運転領域があります。短時間運転領域では、定格トルクの2倍（BLUシリーズ、BLHシリーズの場合は1.2倍）のトルクを発生しますので、慣性負荷を起動する場合に非常に効果的です。なお、短時間運転領域で5秒以上運転を続けると、ドライバの過負荷保護機能がはたらき、モータを自然停止させます。
ブラシレスモータ用ギヤヘッド
ブラシレスモータは最高回転速度が3000∼4000r/minと高いた め、これに組み合わせられるギヤヘッドは高速回転時でも低騒音 であること、および高出力モータの特性を活かすために高許容 トルク、長寿命であることが求められます。 当社のブラシレスモータ用ギヤヘッドは、ACモータ用ギヤヘ ッドと同じ構造を持つ平行軸ギヤヘッドと、平行軸構造で中空軸 仕様を実現した中空軸フラットギヤヘッドをラインアップしてい ます。
中空軸フラットギヤヘッド 高減速比でも許容トルクが飽和しないように設計しています。 高 許容トルクが必要な用途にも適した製品です。 また、スペースが 限られた場所で有効に取り付けがおこなえ、カップリング等の動 力伝達部材を削減できます。 さらに薄型ブラシレスモータとの組み合わせであるため、直交 軸機構を採用しなくてもコンパクトな取り付けが可能です。
中空軸フラットギヤヘッドの構造は、歯車軸の配置を長手方向に 延ばすことで空間容積を従来の平行軸ギヤヘッドよりも広げてお り、ギヤケース剛性の向上と歯車および軸受の大径化を同時に達 成しました。 これにより平行軸構造のままで出力軸の中空化を達成し、製品の 高許容トルク化、長寿命化を実現しました。 また、平行軸構造であるため直交軸機構に比べて歯車の伝達効率 が高いというメリットもあります。
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