電気モーターの分野では、永久磁石同期モーター(PMSM) とブラシレス直流モーター (BLDC) は、さまざまなアプリケーションで最も人気のある 2 つの選択肢として際立っています。 PMSM サプライヤーとして、私はこれらのモーターと緊密に連携し、その複雑さを理解し、さまざまな環境でのパフォーマンスを目の当たりにする特権に恵まれてきました。このブログでは、PMSM モーターと BLDC モーターの違いを詳しく説明し、それぞれの独自の特性、利点、用途に光を当てます。
基本原則
これら 2 種類のモーターの基本的な動作原理から始めましょう。 PMSM モーターと BLDC モーターはどちらも、ローター上の永久磁石を利用する同期モーターです。ただし、固定子巻線と制御方法は大きく異なります。
BLDC モーターは、台形の逆起電力 (EMF) 波形で動作します。固定子巻線は順番に通電されて、回転磁界を生成します。 BLDC モーターの整流は通常、ローターの磁石の位置を検出し、適切なタイミングでステーター巻線の電流を切り替える信号をモーター コントローラーに送信するホール効果センサーによって制御されます。これにより、比較的単純な制御方式が実現し、多くの用途において BLDC モーターのコスト効率が高くなります。
一方、PMSM は正弦波の逆起電力波形で動作します。固定子巻線は、回転子の永久磁石と同期する正弦波磁場を生成するように設計されています。これを実現するために、PMSM は多くの場合、フィールド指向制御 (FOC) などのより高度な制御アルゴリズムを必要とします。 FOC では、固定子電流をトルク生成成分と磁束生成成分の 2 つの成分に分離することで、モーターのトルクと速度を正確に制御できます。
工事
PMSM モーターと BLDC モーターの構造にもいくつかの違いがあります。
BLDC モーターでは、固定子巻線は通常集中巻です。これらの巻線は製造が比較的簡単で、整流プロセスが簡素化されるように配置されています。のローターBLDCモーター表面に永久磁石を取り付けた単純な構造が一般的です。整流にホール効果センサーを使用すると、全体の設計がそれほど複雑になりません。
PMSM の場合、固定子巻線は分布巻であることがよくあります。分布巻は、より正弦波状の磁界を生成するのに役立ちます。これは、モーターのスムーズな動作に不可欠です。ローターは、表面実装永久磁石 (SPM) や内部永久磁石 (IPM) など、さまざまな構成にすることができます。 IPM ローターは、磁気トルクに加えて追加のリラクタンス トルクを提供するため、モーターの効率と性能を向上させることができるため、特に興味深いものです。
性能特性
トルクと速度
PMSM は一般に、BLDC モーターと比較して高いトルク密度を提供します。 PMSM の正弦波制御により、磁場の使用効率が向上し、単位体積あたりのトルク生成が向上します。このため、PMSM は、電気自動車や産業用ロボットなど、コンパクトなスペースで高トルクが必要な用途に最適です。
速度制御の点では、PMSM は速度範囲が広く、速度制御が優れています。 FOC などの PMSM で使用される高度な制御アルゴリズムにより、負荷条件が変化してもモーターの速度を正確に制御できます。 BLDC モーターは良好な速度制御が可能ですが、同じレベルの精度と広範囲の速度動作を達成するには限界がある場合があります。
効率
PMSM は、多くの場合、特に高速および変動負荷条件下では BLDC モーターよりも効率的です。 PMSM の正弦波動作により、モーターの高調波損失が低減され、全体的な効率が向上します。さらに、FOC を介して PMSM のステータ電流のトルク生成成分と磁束生成成分を最適化できるため、効率がさらに向上します。
ただし、BLDC モーターは、一定の速度と負荷で動作するアプリケーションでは非常に効率的です。シンプルな制御方式と集中巻線により、定常動作時の損失が比較的低くなります。
アプリケーション
PMSM モーターと BLDC モーターの性能と構造の違いにより、異なる応用分野が生まれます。
BLDC モーターは、コスト効率、シンプルさ、適度なパフォーマンスが重要となるアプリケーションで一般的に使用されます。これらは、コンピューターの冷却ファン、ドローン、小型家電製品などの家庭用電化製品に広く使用されています。制御が容易で比較的低コストであるため、これらの大衆市場アプリケーションにとって理想的な選択肢となります。
一方、PMSM は高性能アプリケーションで好まれます。自動車産業では、PMSM はその高いトルク密度と効率により、電気自動車やハイブリッド自動車に使用されています。サーボ ドライブ、工作機械、ロボット工学などの産業用アプリケーションも、正確な速度とトルクの制御のために PMSM に依存しています。たとえば、[48V PMSM Motor](/motor/permanent - Magnet - synchronous -motor/48v - pmsm -motor.html) は、安定した 48V 電源が利用できるさまざまな中小規模の産業用および自動車用アプリケーションでよく使用されます。 [モーター電源 - ブラシレス モーター](/motor/permanent - マグネット - 同期 - モーター/モーター - 電源 - ブラシレス - Motor.html) は、要求の厳しいアプリケーションに高出力で効率的な動作を提供します。また、[フレームレス モーター](/motor/permanent - Magnet - synchronous - motor/frameless - motor.html) は、スペースが限られている用途向けのコンパクトで統合されたソリューションを提供します。
コストに関する考慮事項
費用PMSMBLDC モーターは、これらが異なるもう 1 つの側面です。 BLDC モーターは、構造と制御方式が単純であるため、一般に製造コストが低くなります。集中巻とホール効果センサーの使用により、製造の複雑さとコストが削減されます。これにより、BLDC モーターは、コスト制限のあるアプリケーションにとって、より予算に優しいオプションになります。
ただし、PMSM はより高価です。分布巻線、高度な制御アルゴリズム、および場合によってはより複雑なローター設計の必要性により、製造コストが増加します。さらに、より高度な制御電子機器が必要なため、PMSM 用のモーター コントローラーのコストは高くなります。
制御の複雑さ
前述したように、これら 2 つのモーター タイプの制御の複雑さは大きく異なります。 BLDC モーターの制御システムは比較的単純です。ホール効果センサーは基本的なローター位置情報を提供し、モーター コントローラーはこの情報を使用して整流を簡単に実行できます。このシンプルさにより、エンジニアはさまざまなアプリケーションで BLDC モーター制御を実装することが容易になります。
PMSM には、より複雑な制御アルゴリズムが必要です。たとえば、FOC には、固定子の電流成分を正確に制御するための座標変換と複雑な計算が含まれます。これには、制御アルゴリズムをリアルタイムで実行するための、より強力なマイクロコントローラーまたはデジタル シグナル プロセッサ (DSP) が必要です。制御の複雑さが増すということは、PMSM 制御システムの設計と調整により多くの専門知識が必要になることも意味します。
結論
要約すると、PMSM モーターと BLDC モーターにはそれぞれ独自の特性、長所、短所があります。 BLDC モーターは、そのシンプルさ、コスト効率、および中程度の性能要件を持つアプリケーションへの適合性で知られています。一方、PMSM は高いトルク密度、効率、正確な制御を提供するため、高性能アプリケーションに最適です。
PMSM サプライヤーとして、私は特定の用途に適したモーターを選択することの重要性を理解しています。ハイエンドの産業機械用または民生用製品用のモーターを探している場合でも、性能、コスト、制御の複雑さなどの要素を考慮することが重要です。
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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。
- ミラー、TJE (1989)。ブラシレス永久磁石およびリラクタンス モーター ドライブ。オックスフォード大学出版局。