モーターコントローラー総合ガイド

モーター コントローラーとは?

モーターコントローラーとは、トルク、モーター速度、および機器の出力を調整する電気デバイスを指します。モーターコントローラーには、通常、モーターを停止または開始する手動または自動の手段が付属しています。

モーターコントローラーが不可欠な理由は何ですか?まあ、これらのデバイスがなければ、モーターは過負荷から必要な保護を受けません。過負荷は、電子機器に損傷を与える可能性のある電気的障害につながる可能性があります。

ほとんどのモーターは、正常に動作するために少なくとも数個のアンプを必要とします。残念ながら、マイクロコントローラは約 0.1 アンペアしか供給できず、これは少なすぎます。モーター コントローラーは、必要なアンペア数を達成するのに役立ちます。

モーター コントローラーの種類

モーターコントローラーには主に 4 つのタイプがあります。それぞれを詳しく見てみましょう。

2.1 AC モーター コントローラー

AC モーター コントローラーは、モーターへの入力電力を変更します。彼らは、エンジンに入るエネルギーの周波数を調整することによってこれを達成します。その目的は、速度とトルクを調整することです。 AC コントローラーの他の名前には、AC インバーター、可変速ドライバー、可変周波数ドライブなどがあります。

2.2 DC モーター コントローラー

AC モーター コントローラーと同様に、DC モーター コントローラーも入力電力を調整します。 DCモーターコントローラーは、電流源を変更または変更して、電流または周波数を直接出力します。 DC モーター コントローラーは、モーターのトルクと速度を効率的に制御します。

2.3 サーボ モーター コントローラー

サーボモーターコントローラーとは、電流源を目的の周波数、パルス、または電流出力に調整または調整することにより、入力電力を変更する電子デバイスを指します。 AC および DC モーター コントローラーと同様に、サーボ モーター コントローラーは特定のアプリケーションに最適です。サーボ モーター コントローラーは、特に製造業や建設業でのモーション コントロール アプリケーションに適しています。これらのコントローラーは、位置、トルク、モーター速度を制御します。

2.4 ステッピング モーター コントローラー

ステッピング モーター コントローラーは、入力電力を制御する電子デバイスです。コントローラは、電流源を段階的な電流出力に調整することによってこれを行います。ステッピング モーター コントローラーは、製造および建設環境で特に理想的です。このリストの他のコントローラーと同様に、ステッピング モーター コントローラーは、位置、トルク、およびモーターの速度を制御します。ステッピング モーター コントローラーの別名は、モーター インデクサーです。

モーター コントローラーの仕組み

初心者の設計者やエンジニアのほとんどは、モーター コントローラーの仕組みを理解していません。興味深いことに、それはあなたが思っているよりずっと簡単です。テーマを詳しく見てみましょう。

3.1 H ブリッジを介した方向コントローラー

この DC モーター制御プロセスは、最も単純なものの 1 つです。このプロセスには、2 組のスイッチが含まれます。いくつかのボタンを接続するたびに、回路が完成し、電力が生成されます。

4 セクション モーターを作成するには、スイッチを組み合わせたり、極性を変更したりできます。ユーザーは、H ブリッジのサイズを変更して、より小さなシステムに適合させることもできます。

3.2 パルス幅変調 (PWM) による速度コントローラ

PWM 回路は、PCB 電源の電圧を起動または制限することにより、モーターの速度を制御します。これらの回路は、コイル誘導による平滑化効果があります。速度、方向、またはブレーキを変更したい場合は、PWM 回路を H ブリッジと組み合わせることができます。

3.3 可変抵抗によるアーマチュア コントローラー

DC モーターの速度を変更するもう 1 つの方法は、コイルまたはアーマチュアを通過する電流を変更することです。シャフト速度は、電流供給によって異なります。これは、アーマチュアに存在する電流によって生成される磁場に比例するためです。

モーターの速度を制限したい場合は、アーマチュアに抵抗を追加することを検討してください。ペースを上げるには、ステーター抵抗を追加してください。

電機子コイルに抵抗を追加すると、より多くの熱が発生し、エネルギーが失われます。そのため、この方法は非効率的です。

3.4 モーターの電源を切る

モーターをオフにするには、PCB への電圧供給を遮断するだけです。モーターのスイッチを開くこともできます。 2 つに接続されたスイッチを開くことができます。

3.5 モーターブレーキ

モーターブレーキに関しては、3つの方法のいずれかを採用できます。 1つ目はダイナミックブレーキです。この方法では、モーターからの電源を遮断します。

2 番目のタイプのブレーキは、噴射ブレーキとして知られています。この方法は、AC モーター制御にのみ適用されます。電源を切断し、DC 電源を供給した後。代わりに、モーターの回転方向を変えることで、モーターを減速または停止させる磁場を作成します。

ダイナミックブレーキと同じように作動する回生ブレーキもあります。電源を切り、回転モーターを介して電源に送り返します。回生ブレーキでバッテリーを充電できます。その後、バッテリーがエンジンに電流を供給します。

モーター コントローラーの選択基準

モーターコントローラーを選ぶときの基準は何ですか?このセクションでは 2 つについて説明します。

4.1 電気仕様

電気的仕様に関しては、次の点に注意してください。

最大出力電圧

問題のデバイスの出力は、システム全体の出力に常に準拠する必要があります。

定格電力

モーターが使用できる最大電力。

AC/DC 供給電圧

AC/DC 供給電圧は、完璧な動作を実現することを目的としています。

連続出力電流

通常、デバイスは熱制限を超えることなく電流を流します。

バスの種類

最先端のテクノロジーを搭載したバス タイプについて聞いたことがあるでしょう。

単相/三相入力

通常、低圧または高圧アプリケーションを使用できます。

モーター コントローラーの周波数

モーター コントローラーは通常、50 Hz から 400 Hz の範囲の周波数を使用します。

4.2 動作仕様

モーター コントローラーの性能は、制御システムと設計の設定に依存します。ノブ、ジャンパ、ポテンショメータなど、さまざまな種類の手動制御を追加できます。あるいは、ジョイスティック、デジタル ペインなどのコンピュータ制御を使用することもできます。

4.3 機能

モーター コントローラーの選択は柔軟で、組み込みたい機能によって異なります。さまざまなモーター コントローラーには追加機能があります。たとえば、ソフトスタート機能を選択して、デバイスの電源投入時間を決定できます。

ブラシレス DC モーター コントローラー VS ブラシ付き DC モーター コントローラー

DC モーターには、主にブラシ付きとブラシレスの 2 種類があります。ブラシ付き DC モーター コントローラーは、最も古い種類のモーター コントローラーの 1 つです。ブラシモーターの整流は、一般的にDC電源によって内部的に行われます。コントローラーには、ローター、いくつかのブラシ、および車軸があります。これらのブラシの極性と電荷によって、モーターの速度と方向が決まります。

ブラシレス DC モーター コントローラーは、主にその効率性から広く普及しています。これらのモーター コントローラーは、ブラシ付きモーター コントローラーと同じ外観ですが、ブラシはありません。モーターには、方向と速度を制御する特殊な回路も備わっています。ローター磁石の周りに取り付けられたブラシレス モーターの効率を改善する必要があります。

モーター ドライバーとモーター コントローラーの違い

ホイールやその他の電動部品を含む電子機器をマイクロコントローラから制御する必要があります。先に指摘したように、標準チップは少量の電流しか出力できません。したがって、サイズに関係なく、モーターを直接効率的に駆動することはできません。そこでモータードライバーの出番です。

モーター ドライバーは、より大きなチップを使用して、マイクロコントローラーの通常の 5V/3.3V よりも大きな電流レベルと高い電圧を処理します。モーター ドライバーを使用すると、より大きな負荷を制御できます。

では、モータードライバーはモーターコントローラーとどう違うのでしょうか?モータードライバーは、モーターを駆動する機能を処理するだけです。一方、モーターコントローラーには、すべてのロジック回路が組み込まれています。 PWM 信号、アナログ入力、USB などの高レベル インターフェイスを使用して、モーター コントローラーを制御できます。

可変速コントローラー

可変速ドライブです

可変速ドライブ

マイクロドライブ

ACドライブ

インバーター

7.1 AC モーター用可変速コントローラー

前に示唆したように、AC 可変速度コントローラーは、電気モーターの電圧と周波数を交互に切り替えることによって動作します。これらの周波数ドライブには、コンベア ベルト、スイミング プール ポンプ、旋盤、ミル、空気圧縮機、HVAC ファンなど、多くの用途があります。AC 速度コントローラーは、DC モーター周波数制御システムとは異なり、エネルギー効率が非常に優れています。現在、多くの設計者が DC スピード コントローラを AC オプションで後付けすることを選択しているのは不思議ではありません。

モーター速度コントローラーの異なる電圧

モーター速度コントローラーは、12V、24V、および 90V を含むさまざまな電圧オプションで利用できます。 3 つすべてに多くの類似点がありますが、明らかな違いもあります。全体として、3 つの設計機能はすべてほぼ同じです。主な違いは、12V モーター コントローラーは通常、24V モーターよりも 2 倍の電流を消費することです。次に、90V モーター コントローラーは、その電圧供給から最小量の電流を取り除きます。どのような機械的負荷に対しても、3 つの電源には同様の電源があります。 3 つから選択する場合、会社の担当者はより具体的な詳細を提供できるはずです。そうすれば、正しい決定を下しやすくなります。

多くの場合、電圧の違いにもかかわらず、モーター スピード コントローラーの価格に大きな違いはありません。これは、同じアプリケーション用にモーター コントローラーを購入する場合に特に当てはまります。

ただし、モーターは配線が異なります。 24V モーター コントローラーのワイヤーは、通常、12V モーター コントローラーのワイヤーよりも小さいです。そのサイズにもかかわらず、より細いワイヤでも効率的に電力を供給できます。

モーター スターター

モーター スターターは、現在、モーター制御の主要な発明の 1 つです。スターターは、モーターの始動に必要な電力を制御する電気装置です。このツールは、電気モーターの停止、反転、保護にも役立ちます。

通常、開始は次の 2 つの主要コンポーネントで構成されます。

• コンタクタ

コンタクタは、モーターに流れる電流を制御します。このコンポーネントは、電力を電気回路に投入または遮断することができます。

• 過負荷リレー

モーターに過大な電流が流れて過熱すると、モーターが焼損する可能性があります。過負荷リレーの機能は、これが起こらないようにすることです。

9.1 モーター スターターの種類

一般に、モーターの始動には 2 つのタイプがあります。これらは:

• 手動スターター

手動スターターはその名の通り、手動操作が必要な装置です。スターターは操作が非常に簡単で、通常、専門家の介入は必要ありません。デバイス自体には、機器の電源をオン/オフするときに使用するボタンがあります。他のタイプのスターターよりも手動スターターを望ましいものにする機能には、次のものがあります。

安全で経済的な運用。

コンパクトなので、さまざまな用途に使用できます。

過負荷を低く提供します。モーターの検出なので、損傷から安全です。

初期コストが低い.重要

エンクロージャーの選択肢は無限にあります。

• 磁気モータースターター

磁気モータースターターには、電磁制御が必要です。通常、モータースターターは、モーター電圧と比較して、より低く安全な電圧で始動する必要があります。磁気モーター スターターには、電気接触器と過負荷リレーがあり、過電流や過熱を防ぎます。

モーター コントローラーの詳細

前のセクションで説明したことからわかるように、モーター コントローラーの主題は広大です。興味のあることをいくつかご紹介します。

10.1 Arduino モーター コントローラー

Arduino モーター コントローラーを使用すると、ステッパー DC、ステッパー モーター、ソレノイド、およびリレーを駆動できます。モーター コントローラーは、誘導モーターを駆動するデュアル フルブリッジ ドライバーです。 Arduino ボードを使用すると、2 つの DC モーターを駆動し、それぞれの方向と速度を制御できます。このモーター コントローラーを使用すると、特に個々のエンジンの電流吸収を測定することもできます。

10.2 セイバートゥース モーター コントローラー

Sabertooth モーター コントローラーは、入手可能なデュアル モーター ドライバーの中で最も用途が広く効率的です。これらのモーター コントローラーは、最大 300 ポンドの重量のロボットなど、高出力の機器でうまく機能します。 Sabertooth モーター コントローラーを使用すると、チャンネルあたり 50A のピーク電流を数秒で達成できます。これらのモーター コントローラーは、過熱および過電流保護機能を備えているため、ドライバーを死に至らしめる偶発的な失速を心配する必要はありません。

10.3 スパーク モーター コントローラー

Spark モーター コントローラーは、最も手頃な価格のブラシ付き DC モーター周波数コントローラーの 1 つです。このコントローラーは、60A の連続電流を特徴とし、パッシブ冷却を備えています。その他の優れた機能には、スマートな制御と LED ステータス インジケータを可能にする双方向リミット スイッチが含まれます。これらの機能やその他の機能により、これらのモーター コントローラーは市場で最も人気のあるものの 1 つになっています。

10.4 ベックス モーター コントローラー

Vex モーター コントローラーの際立った機能の 1 つは、標準の PWM 信号を使用してワイヤー モーターを駆動することです。これらのモーター コントローラーを使用する場合は、マイクロコントローラーとモーター コントローラーの間に 3 線延長ケーブルを 1 本だけ使用することをお勧めします。 U コントローラーの特徴的な機能には、より長い拡張機能が必要になる場合があります。ただし、コントローラーとモーターの間に 2 線延長ケーブルを使用することはできます。

10.5 Talon モーター コントローラー

Talon モーター コントローラーは、統合された PID 制御と優れた通信プロトコルを備えています。これらのコントローラーが非常に魅力的な理由は、そのコンパクトさと軽量さです。

10.6 テスラ モーター コントローラー

テスラ モーター コントローラーは、最近市場に参入した製品の 1 つです。これらの各コントローラーには、大型ユニットの場合は最大 16,000 RPM、小型の低電力オプションの場合は最大 18,000 RPM で回転する AC 誘導推進モーターが内蔵されています。

テスラ モーター コントローラーは、コントローラー/インバーターとディファレンシャルも備えています。すべてのユニットには、効率的な CAN バス通信のためのステルス EV コントローラー ボードの交換品があります。

10.7 Raspberry Pi モーター コントローラー

Raspberry モーター コントローラーには、1 つのブリッジあたり最大 5A の誘導性負荷を制御するデュアル H ブリッジ パワー IC があります。このデバイスは、非常に幅広い電圧範囲 (6V – 8V) をサポートしています。

10.8 Curtis モーター コントローラー

Curtis モーター コントローラーは、さまざまなオンロード車両アプリケーションにスムーズで効率的な速度制御を提供します。また、これらのコントローラーは非常に静かで、費用対効果が高いです。最新の Curtis モーター コントローラーは MOSFET 技術を使用しているため、以前のモデルでは利用できなかった多くの利点があります。

10.9 SCR モーター コントローラー

SCR パワー コントローラは、半世紀以上にわたって使用されてきました。当初、これらの電力コントローラは数百ワットしか処理できませんでした。現在、SCR モーター コントローラーはメガワットの電力を消費することがあります。現在、SCR モーター コントローラーは、さまざまな重要な業界で使用されています。

SCR コントローラは、制御回路とサイリスタを備えています。これらのコントローラーは、数ミリ秒以内に電流を無数に切り替えることができます。一般に、SCR コントローラーは、可変変圧器や接触器よりも手頃な価格で信頼性が高くなります。

10.10 単相 AC モーター速度コントローラー/デュアル モーター コントローラー/3 相モーター コントローラー

技術の進歩に伴い、モーターコントローラーはますます高度化しています。最新のモーター コントローラーは、以前のモデルよりも高性能で、快適で、費用対効果の高いパフォーマンスを備えています。これらのコントローラは、さまざまなソリューションでも利用できます。現在、単相、2 相、および 3 相のモーター コントローラーを見つけることができます。

単相 AC モーター コントローラーは、空気の動きやコンプレッサーのアプリケーションに関しては、依然として主要なソリューションです。それは、それらが広く利用可能であり、費用対効果が高いためです。ほとんどの低パフォーマンス システムは、これらのコントローラーを利用します。

2 相および 3 相のモーター コントローラーが登場し、かなりの進歩を遂げましたが、単相のモーター コントローラーよりも比較的複雑で高価です。しかし最近では、エンジニアは全相モーター コントローラーを可能な限り効率的にすることに取り組んでいます。

モーター コントローラー アプリケーション

モーターコントローラーを備えたほぼすべての領域を考えることができます。以下は、これらのデバイスの主な用途の一部です。

11.1 多軸コントローラー

これらのデバイスは、モーション要件を決定、制御、監視します。

11.2 ロボット モーション コントローラ

ロボット モーション コントローラーは、機械システムで非常に役立つハードウェアとソフトウェアを備えています。

11.3 サーボアンプ

モーター コントローラーは、より多くの電力または電流を生成できるアナログ信号の生成に役立ちます。

11.4 インバータ ドライブ

AC 電源入力を DC 電源に変換する場合、インバーター ドライブは不可欠です。

11.5 マイクロコントローラ

マイクロコントローラーは、デジタル データの流れを調整するのに役立ちます。

11.6 シリコン制御整流器 (SCR)

SCR は DC モーターと連携して AC から DC への微調整を行います。

11.7 デジタル信号プロセッサ

マイクロプロセッサはリアルタイムでデータを操作できます。

これには、視聴覚、圧力、熱、および場所が含まれます。その後、デバイスはさまざまなコントロールを使用してこのデータを実行します。

11.8 パルス幅変調

パルス幅変調は、スカラー制御という用語でも使用されます。モーター コントローラーは、AC 電圧と周波数を DC に変換でき、その動作は正弦曲線上にあります。

結論

モーターコントローラーは、さまざまな電気機器や機械で大きな役割を果たしているため、今後もあらゆる産業に不可欠な要素となります。この包括的なガイドに含まれているすべての情報を使用すると、アプリケーションに最適なモーター コントローラーを簡単に判断できます。覚えておくべきことは、コントローラーが異なれば、機能、電力要件、アプリケーションも異なるということです。

もちろん、行き詰まったと感じたときはいつでも専門家の助けを求めることは常に有益です.選択したモーター コントローラーが最高品質であることを保証するための重要なステップは、評判の良いモーター コントローラー メーカーと協力することです。コントローラーについてさらに詳しい情報が必要な場合は、お問い合わせください。より多くの知識について一緒に話し合うことができます。