ロボットは、ロボット本体やロボットの腕や手足を動かすために複数のモーターを搭載する必要があり、ブラシレスDC (BLDC) モーターが主流となっています。ブラシレスモーターを効率的に駆動するには、適切なブラシレスモータードライバーを選択する必要があります。本稿では、ブラシレスモーターとドライバーの特徴や選定ポイント、オン・セミコンダクターが発売するブラシレスモータードライバーの製品特徴などを紹介します。
ブラシ付きモーターよりも効率の良いブラシレスモーター
ブラシレスモーターとブラシ付きモーターは、2つの異なるタイプのモーターです。主な違いは、内部にブラシ構造があるかどうかです。ブラシ付きモーターの内部には、回転するローターと接触する一対のブラシがあり、ブラシを介してローターに電気エネルギーを伝達し、回転を生み出します。しかし、ブラシレスモーターはブラシを必要とせず、トランジスタなどの内部電子制御装置を介して電流の方向を制御し、ローター内の磁石に直接電磁力を適用して回転を生み出します。
ブラシレスモーターにはブラシがないため、高速動作時の摩擦と摩耗が軽減され、通常はブラシ付きモーターよりも効率的です。さらに、ブラシレス モーターは速度とトルクをより正確に制御できるため、高精度のモーション制御を必要とするアプリケーションに適しています。
さらに、ブラシ付きモーターには磨耗しやすいブラシが付いており、定期的な交換が必要になるため、より多くのメンテナンスが必要になります。ブラシレスモーターはそのようなメンテナンスを必要としないため、よりユーザーフレンドリーです。ただし、通常、ブラシレスモーターはブラシ付きモーターよりも高価ですが、ブラシレスモーターの技術が進歩し、市場競争が激化するにつれて、ブラシレスモーターのコストはブラシ付きモーターにますます近づいてきました。
ブラシレス モーターは電子コントローラーを使用して磁場と電流を管理するため、従来のブラシ付きモーターよりも効率が高く、低速で高いトルクを提供できるため、電動工具やロボットなどの動力始動アプリケーションに適しています。ブラシレスモーターは高速で動作できるため、無人航空機や電気自動車など、高速動作が必要な用途に適しています。
さらに、ブラシレス モーターはブラシやコレクターなどの機械部品ではなく電子コントローラーを使用するため、従来のブラシ付きモーターよりも耐久性が高く、また、ブラシレス モーターの動作は機械的な摩擦や接触ではなく電子コントローラーによる電流の調整によって行われるため、通常は従来のブラシ付きモーターよりも静かです。ブラシレスモーターは従来のブラシ付きモーターに比べて性能が優れ、寿命が長いため、産業オートメーション、家電製品、電動工具、無人航空機、電気自動車など、さまざまな用途に広く使用されています。
ブラシレスモーターの選択に関するヒント
ブラシレス モーターを選択するときは、まず、アプリケーションで最高のパフォーマンスを実現するために、高トルク、高速、またはその両方が必要かどうかなど、アプリケーションに必要なブラシレス モーターの種類を決定する必要があります。さらに、電源とアプリケーションの要件に基づいて、適切なブラシレス モーターの電圧と電力を選択する必要があります。一般的に、入力電圧と電力が高くなるほどブラシレスモーターの性能は向上しますが、それに応じてコストも増加します。
一方、アプリケーションに必要な速度の範囲を決定し、必要な速度を提供できるブラシレス モーターを選択する必要があります。ブラシレス モーターの効率は重要です。効率的なブラシレス モーターはエネルギーを節約し、運用コストを削減できるためです。したがって、効率的なブラシレス モーターを選択すると、アプリケーションの効率と経済的メリットが向上します。また、耐久性と寿命に優れたブラシレスモーターを選択する必要があり、これにより修理や交換を最小限に抑え、運用コストを削減できます。最後に、アプリケーションが長期間安定して動作し、メリットを最大化できるようにするには、信頼できるブランドと高品質のブラシレス モーターを選択する必要があります。
ブラシレスモータードライバー選定のポイント
ブラシレス モーターを選択したら、ブラシレス モーター ドライバーを選択する必要があります。まず、DCブラシレス モーター、ステッピング ブラシレス モーターなど、使用するブラシレス モーターの種類を決定し、適切なブラシレス モーター ドライバーを選択する必要があります。次に、使用するブラシレス モーターの電流と電圧に基づいて、ブラシレス モーター ドライバーを選択する必要があります。通常、ブラシレス モーター ドライバーの最大電流と最大電圧は、ブラシレス モーターの定格電流と定格電圧よりも大きくする必要があります。
また、ブラシレスモータードライバーは、PWM制御、パルス方向制御など、さまざまな方法で制御されます。したがって、アプリケーションに適した制御方法を選択し、アプリケーションに速度制御機能が必要かどうかを判断し、必要な場合は速度制御をサポートするブラシレスモータードライバーを選択する必要があります。ブラシレスモータードライバーには通常、過電流保護や過熱保護などの保護機能が備わっています。適切なブラシレス モーター ドライバーを選択するには、これらの保護機能がアプリケーションに必要かどうかを判断する必要があります。もちろん、信頼性が高く高品質のブラシレス モーター ドライバーは、アプリケーションの安定した実行とシステム全体の効率的な動作に役立ちます。
使いやすいブラシレスモータードライバー
高精度ロボット アプリケーション向けに、オンセミコンダクターは、モーター制御アプリケーション用の3相60Vゲート ドライバーであるNCD83591ブラシレス モーター ドライバーを発売しました。NCD83591は非常に使いやすく、高ゲイン帯域幅の電流検出アンプを備えているため、台形モーター制御アプリケーションに最適です。ハイサイドには5 ～ 250 mAの設定可能なFET定ゲート ドライブ ソース電流が含まれており、ローサイドには2倍の比例シンク電流が含まれます。ハイサイド ゲート ドライブは、DCスタティック ドライブを可能にし、-12V DCに耐える組み込みチャージ ポンプによって有効化されます。
NCD83591は、内部で生成されるゲート ドライバ電源電圧をサポートし、動作電圧範囲が広いため、5 V (最小) ～ 60 V (最大)、許容範囲が4 V ～ 70 Vの産業用および商用アプリケーションに最適です。ゲート ドライバは、小型のQFN28 (4×4) にパッケージ化され、高度な統合性を備えているため、全体的なBOMコストを最適化するのに最適です。
NCD83591は、絶対最大電圧70Vの60V 3相ゲート ドライバで、組み込み電流センス アンプ、組み込み10MHz GBW汎用アンプによる外部構成可能、ハイサイド ゲート ドライバ用の統合チャージ ポンプ、およびクロス伝導保護と最適化されたデッド タイムのためのゲート センシング用のVDRVピンへの入力レベルによる16の設定を備えています。
NCD83591は電流を検出する機能があり、DCスタティック駆動を可能にする組み込みチャージ ポンプ機能、自己ターンオンを防止する強力なホールドオフ電流、VDD (コア) 電源喪失時のGNDへの内部ゲート プルダウン、VM、VGL、およびVGH-VMの低電圧ロックアウトをサポートし、5V/3.3V互換の6入力制御プラス イネーブル、個別の6ゲート制御モードを備えた最大30 kHzのモーターPWM、4kV HBMおよび1kV CDM ESD保護を備え、鉛フリー デバイスです。オンセミコンダクターは、製品開発を加速するために、NCD83591をサポートするNCD83591AS-GEVB評価ボードもリリースしました。
NCD83591は、電力機器、ビルおよび産業オートメーション、モビリティ、ロボット工学などに使用できます。一般的な最終製品には、電動工具、屋外電力機器、工場オートメーション、ビル管理、電動自転車、電動スクーター、ホバーボード、協働ロボット、自動誘導車両、自律移動ロボット、無人航空機などがあります。
結論
ブラシレスモーターの動作特性はロボットアプリケーションに非常に適しており、さまざまなロボットの動作を効率的に駆動できます。したがって、適切なブラシレス モーターとドライバーを選択することがさらに重要になります。オンセミコンダクターがロボット アプリケーション向けに導入したブラシレス モーター ドライバーは、高い統合性、効率性、安定性、低コストを特徴としており、ロボット アプリケーションに最適です。