スピードコントロールモーター / ブラシレスモーター　ブラシレスモーターの構造と動作原理

ブラシレスモーターの構造

ブラシレスモーターの構造は、ローター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ー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。モーター巻線は、3相スター結線です。また、ローターは永久磁石を使用しています。

検出用の磁気素子には、ホールICが使用されています。ステーターの内側に3個配置されており、ローター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。

ブラシレスモーターの駆動方法

モーター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、ローターは30°回転します。この動作を12回繰り返すことにより、ローターは回転します。

各トランジスタのスイッチングシーケンス

ブラシレスモーターの制御方法

ブラシレスモーターの駆動回路は、図のような構成でモーターと接続され、大きく分けて6つのブロックから構成されています。

電源回路（コンバータ部）

電源回路は、商用交流電源の交流電圧をダイオードブリッジで整流し、コンデンサで平滑して直流電圧に変換します。直流電圧は出力回路に供給され、モーターの駆動に使われます。
DC電源入力のブラシレスモーターには、電源回路がありません。直流電源から直接、直流電圧が出力回路に供給されます。

速度制御器

速度制御器は、速度指令と速度変換器から出力したモーター速度（フィードバック速度）を比較して、モーターの回転速度は速度指令に追従するように電圧指令を出力します。
速度指令とフィードバック速度の情報を使った制御系を、速度ループといいます。

速度変換器

速度変換器はホールIC出力の周波数をフィードバック速度に変換し、速度制御機に出力します。
3相のブラシレスモーターには、ホールICが3個あり、ローター磁極のN極、S極一対に対して3個のパルス信号を出力します。 パルス信号のアップエッジとダウンエッジを検出することで、6個の信号が得られます。

励磁信号発生器

励磁信号発生器は、出力回路の6個のスイッチング素子の中から電流を流す素子を電源制御器に指示します。
図に示したように、モーター内部に配置されたホールIC（Ha、Hb、Hc）の出力信号の組み合わせから、ローター磁極角を検出します。 回転方向の指示に対してトルクを発生する巻線に接続されたスイッチング素子を電源制御機に指示します。

電圧制御器

電圧制御器は、励磁信号発生器で指示された出力回路のスイッチング素子に対して、速度制御器から指令された電圧を印加するように信号を出力します。

出力回路（インバータ部）

出力回路は、電圧制御器からの指令に従ってモーター巻線にPWM制御をおこないます。