ちょっと、そこ！ DC ブラシレス モーターのサプライヤーとして、私はあらゆる種類の技術的な問題に対処するかなりの経験を積んできました。常に話題になるのは、DC ブラシレス モーターのセンサーレス制御の課題です。そこで、この難しいテーマについていくつかの洞察を共有したいと思いました。
センサーレス制御を理解する
基本から始めましょう。 DC ブラシレス モーターのセンサーレス制御は、ホール効果センサーなどの物理センサーを必要とせずにモーターを動作させる方法です。これらのセンサーは通常、ローターの位置を検出するために使用されます。センサーレス化すると、モーターが適切に動作するために重要なローターの位置を特定するために他の技術に依存することになります。
プラス面としては、センサーレス化には利点があります。センサーを取り付ける必要がないため、モーターのコストが削減されます。また、故障する可能性のあるコンポーネントが少なくなるため、モーターの信頼性も高まります。さらに、よりコンパクトにできるため、スペースが狭い用途に最適です。
しかし、ここで問題があります。それはすべてが太陽の光と虹ではないということです。センサーレス制御に関連するいくつかの課題について説明する必要があります。
スタートアップの課題
センサーレス制御で最初に直面するハードルの 1 つは、起動プロセスです。ブラシ付きモーターの場合、始動は比較的簡単です。ただし、センサーレス制御を使用する DC ブラシレスモーターでは、少し頭の痛い問題があります。
問題は、回転子の位置を検出するためによく使用される逆起電力 (逆起電力) が始動時に非常に低いか、ゼロになることです。逆起電力は、ステーター巻線を通過するモーターのローター磁界の回転によって生成される電圧です。逆起電力を測定する信頼できる方法がなければ、ローターの位置を正確に決定することは困難です。
これを克服するために、私たちはオープンループ起動方法をよく使用します。開ループ起動では、モーターは電圧パルスの固定シーケンスで駆動されます。これによりローターが動きますが、あまり正確ではありません。モーターがスムーズに始動しなかったり、停止したりする危険性があります。また、起動中に負荷条件が変化すると、すべてがさらに狂ってしまう可能性があります。
低速動作の課題
モーターが正常に始動した後でも、低速動作はセンサーレス制御が困難なもう 1 つの領域です。低速では、逆起電力はまだ比較的小さいです。そして、誰もが知っているように、小さな信号はノイズや干渉の影響をより受けます。
ノイズは、システム内の他のコンポーネントからの電磁干渉や電源の電気ノイズなど、さまざまな発生源から発生する可能性があります。このノイズにより、逆起電力を正確に測定し、ローターの位置を決定することが困難になる可能性があります。
これに対処するには、高度な信号処理アルゴリズムを使用する必要があります。これらのアルゴリズムはノイズを除去し、逆起電力信号を強化しようとします。しかし、最高のアルゴリズムを使用しても、低速でローターの正確な位置情報を取得するのは依然として困難です。また、正確な位置情報がないと、モーターは効率的に動作しない可能性があり、モーターのトルク出力の望ましくない変動であるトルクリップルが発生する可能性があります。
高速動作の課題
その一方で、高速動作には特有の問題も発生します。高速では、逆起電力は大きくなりますが、逆起電力のゼロクロス間の時間間隔（ローターの位置を決定するために使用されます）は非常に短いです。
この短い時間間隔は、ゼロクロッシングを正確に検出して処理するには、制御システムが非常に高速である必要があることを意味します。制御システムが対応できない場合、ローター位置の推定が不正確になる可能性があります。また、ローターの位置が誤って推定されると、モーターの性能が大幅に低下する可能性があります。過電流、過熱、効率の低下などの問題が発生する可能性があります。
高速走行時のもう 1 つの課題は、モーターのインダクタンスの影響です。ステータ巻線のインダクタンスにより、電流と電圧の間の位相シフトが生じる可能性があり、これによりロータ位置の推定がさらに複雑になる可能性があります。
負荷変動の課題
実際のアプリケーションでは、DC ブラシレス モーターの負荷は大きく変化する可能性があります。また、負荷の変動はセンサーレス制御システムにとって大きな悩みの種です。
モーターの負荷が変化すると、モーターの電流、速度、トルクも変化します。これらの変化は逆起電力信号に影響を与える可能性があり、ローターの位置を正確に決定することがさらに困難になります。
たとえば、負荷が突然増加すると、モーター速度が低下し、逆起電力も減少します。前に説明したように、これにより逆起電力信号がノイズの影響を受けやすくなる可能性があります。また、制御システムがこれらの変化にすぐに適応できない場合、モーターが異常な動作を開始する可能性があります。
負荷の変動に対処するには、リアルタイムで適応できる制御アルゴリズムが必要です。これらのアルゴリズムは、変化する負荷条件に基づいてモーターの駆動信号を調整できる必要があります。しかし、このようなアルゴリズムの開発は、モーターのダイナミクスと動作環境についての深い理解が必要なため、簡単な作業ではありません。
非理想性を補う
DC ブラシレス モーターは完璧ではありません。固定子抵抗、非線形磁気特性、製造公差などの非理想性があり、センサーレス制御に影響を与える可能性があります。
ステータ抵抗により電圧降下が発生し、逆起電力信号が歪む可能性があります。また、モーターのコアの非線形磁気特性により、逆起電力波形の変動が生じる可能性があります。巻線の巻き数や磁場の強さの違いなどの製造公差によっても、回転子位置の推定に誤差が生じる可能性があります。
これらの非理想性を補正するには、キャリブレーション技術を使用する必要があります。これらの技術には、さまざまな動作条件下でモーターの特性を測定し、それに応じて制御アルゴリズムを調整することが含まれます。ただし、キャリブレーションは時間のかかるプロセスであり、正確な結果を得るには慎重に行う必要があります。
当社のソリューションと製品
当社では、これらの課題を克服するために懸命に取り組んできました。当社は、起動、低速、高速、負荷変動の問題をより効果的に処理できる高度な制御アルゴリズムを開発しました。当社のエンジニアは、ローター位置推定の精度を向上させるための新しい方法を常に研究およびテストしています。
また、以下を含む幅広い DC ブラシレス モーターも提供しています。24V ブラシレス DC モーター工場そして220V ブラシレス DC モーター工場。これらのモーターは、当社のセンサーレス制御システムとうまく動作するように設計されています。特にお探しの場合は、220V ブラシレス DC モーター、私たちもカバーします。
ビジネスについて話しましょう
DC ブラシレス モーターの市場に興味があり、センサーレス制御ソリューションに興味がある場合は、ぜひご相談ください。小規模プロジェクトに取り組んでいる場合でも、大規模な産業アプリケーションに取り組んでいる場合でも、当社は適切な製品と技術サポートを提供できます。お客様の具体的な要件について話し合い、センサーレス制御の課題を克服するために当社がどのように支援できるかを確認するには、当社までお問い合わせください。
参考文献
- クラウス、PC、ワシンクズク、O.、およびサドホフ、サウスダコタ州 (2013)。電気機械および駆動システムの分析。ワイリー。
- ボルトン、W. (2006)。メカトロニクス: 機械工学および電気工学における電子制御システム。ニューネス。