ブラシ付き DC モーターとブラシレス DC モーター: 効率、選択、および用途

ブラシ付き DC モーターとブラシレス DC モーター

主要な違いは電流の切り替え方法です。ブラシ付きモーターは物理的なブラシと機械的な整流子を使用しますが、ブラシレス モーターは電子コントローラーと位置センサーを使用します。 この 1 つの設計の違いは、2 つのモーター タイプ間のほぼすべての違いに反映されます。効率、寿命、制御の複雑さ、コストはすべて、整流が機械的に行われるか電子的に行われるかに遡ります。

ブラシ付きモーターとブラシレスモーターの効率

ブラシレスモーター 通常、同等の出力のブラシ付きモーターよりも効率が高くなります。その主な理由は、ブラシと整流子の間の摩擦と、ブラシが整流子セグメントと接触したり切断したりするときに発生する電気アーク損失という、ブラシ接触に固有の 2 つの損失メカニズムが排除されるからです。 ブラシレスモーター commonly achieve efficiencies in the 85-90% range 一方、ブラシ付きモーターは通常、同等の負荷条件下では数パーセント低く動作します。

この効率のギャップは、バッテリ駆動の連続使用アプリケーションで最も重要です。このアプリケーションでは、効率のすべてのパーセントポイントが、実行時間または発熱量の削減に直接変換されます。軽負荷で断続的に使用されるアプリケーションでは、効率の差はそれほど重要ではありません。これが、デューティ サイクルがもともと低い低コストの民生用製品でブラシ付きモーターが依然として一般的である理由の 1 つです。

ブラシ付き DC モーターの長所と短所

重さを量る ブラシ付きモーター ブラシレスの代替品と比較するかどうかは、そのシンプルさと低コストが、当面の特定の用途において寿命の短さと効率の低下を上回るかどうかによって決まります。

• 利点: 低コスト、シンプルな制御電子機器、高い始動トルク、現場での修理が簡単
• 短所: ブラシの摩耗により寿命が制限され、効率が低下し、発熱が増加し、ブラシのアーク放電による電気ノイズ (EMI) が発生します。
• 最適: ブラシの定期交換が許容される低デューティ サイクル、コスト重視の用途

ブラシ付き DC モーターの選び方: 選択ガイド

適切なブラシ付き DC モーターの選択は、他の DC モーターと同じ基本から始まります。つまり、負荷で必要なトルクと速度を定義し、それをモーターの定格出力と利用可能な供給電圧と比較して確認します。 なぜなら ブラシ付きモーターs ブラシの寿命、デューティサイクル、および予想される耐用年数が有限であるため、選択プロセスにおいて特別な重みがかかります。 ブラシレス代替品との比較。

• 始動条件とピーク条件のマージンを含め、負荷時の必要なトルクと速度を確認します
• 電圧を利用可能な電源に一致させ、重大な低電圧または過電圧動作を回避します
• モーターの定格ブラシ寿命に対して予想されるデューティ サイクルと耐用年数を見積もる
• 連続動作条件と断続動作条件に対する熱定格を確認する
• 環境への曝露を考慮してください - ほこりや湿気によりブラシと整流子の摩耗が促進されます

ブラシ付き DC モーターのトルクと速度の計算

ブラシ付き DC モーターのトルクと速度の計算は、DC モーターのサイジング演習と同じ原則に従います。出力での負荷トルク (回転負荷の場合は力 × 半径、または線形負荷の場合は力 ÷ 機械的利点) を決定し、始動条件およびピーク条件に対して約 20 ～ 50% の安全マージンを追加し、ギアボックスの減速を考慮した上で出力シャフトでの必要な速度を確認します。

電力要件はトルクと速度 (電力 = トルク × 角速度) から直接求められます。この数値は、ピークまたは失速定格ではなく、モーターの連続電力定格と照らし合わせて確認する必要があります。失速トルクに近い継続的な動作では、ブラシ付きモーターの電機子巻線に過剰な熱が発生し、より高い電流引き込みによりブラシの摩耗が促進されるためです。

高トルクブラシ付き DC モーターの用途

ブラシ付き DC モーター、特に直巻構成は、そのサイズとコストに比べて強力な始動トルクを提供するため、持続的な高速動作ではなく停止状態から高トルクを必要とするアプリケーションにとって実用的な選択肢となります。 一般的な高トルク ブラシ付きモーターの用途には、自動車のスターター モーター、ウインチ、電動工具ドライブ、リニア アクチュエーターなどがあります。 — 短時間で激しいトルクが要求されるすべてのケースにおいて、連続使用効率よりも重要です。

産業用、ロボット工学、オートメーション機器用のブラシ付き DC モーター

産業およびオートメーション設定では、ブラシ付き DC モーターは通常、定期的なブラシ交換によるメンテナンスの負担が管理可能な、低サイクルでコスト重視の用途、つまり単純なアクチュエータ、負荷の低いコンベヤ セクション、およびブラシレス サーボ システムの精度や寿命を必要としない基本的な位置決めタスク用に予約されています。

ロボット工学では、ブラシ付きモーターは、予算が精度制御や耐用年数の延長の必要性を上回る、低コストの趣味用および教育用プラットフォーム、プロトタイプの構築、および重要ではないアクチュエーターに依然として使用されています。厳しいデューティサイクルで継続的に稼働することが予想される生産ロボットや装置は、通常、代わりにブラシレスモーターに移行しており、初期費用の増加は、装置の動作寿命全体にわたるメンテナンスの削減と制御精度の向上によって相殺されます。