ブラシレスDCモーターと永久磁石同期モーターの比較

ブラシレスDCモーター(BLDC)と永久磁石同期モーター(PMSM)は、現代の電気モーター分野で広く使用されている2種類のモーターです。

両者には多くの共通点があるが、それでもいくつかの重要な違いがある。この記事では、この2種類のモーターをいくつかの側面から、事実に基づいて詳細に比較する。

1.原理と構造 ブラシレスDCモータ

ブラシレスDCモーター：

ブラシレスDCモーターは、シャフト端の電位によって形成される回転磁界で動作し、検知極を介して位相切り替えを同期させ、ローターの動きを駆動する。

永久磁石で形成されたローター、コイルで巻かれたステーター、位置センサーで構成される。電流の方向と大きさを変えることで、ローターの動きを制御することができる。

永久磁石同期モータ：

永久磁石同期モーターは、ステーターとローター間の磁気ポテンシャルの相互作用によって作動し、トルクを発生させてローターの動きを駆動する。

ローターは永久磁石によって回転磁界を発生させ、ステーターコイルは励磁磁界を発生させる。これら2つの磁界の相互作用によってローターが駆動される。

永久磁石同期モータの構造はブラシレスDCモータと似ているが、その違いはステータコイルの機能にある。ブラシレスDCモータではステータコイルが磁界をアシストするのに対し、永久磁石同期モータではステータコイルが励磁磁界を発生させる。

2.制御方法 ブラシレスDCモータ：

ブラシレスDCモーター：

ブラシレスDCモータの制御には、主にホールセンサ・フィードバック方式と逆起電力制御方式の2つがある。ホールセンサ・フィードバック方式は、ロータの位置を検出することで転流のタイミングを決定し、電流の方向と大きさを制御する。

逆起電力制御方式は、ロータ位置を推定し、電機子コイルの逆起電力を測定して制御する方式です。この方式により、高効率・高トルク出力が可能となる。

永久磁石同期モータ：

永久磁石同期モータの制御方法には、主に電流制御と界磁指向制御がある。電流制御方式は、電流を測定してモータのトルクと速度を制御する。

界磁指向制御は、ローターの位置を推定し、ローターの逆起電力を測定して電流を制御することで、より精密な制御と応答を実現する。

3.出力密度と効率 ブラシレスDCモータ：

ブラシレスDCモーター：

ブラシレスDCモーターは出力密度と効率が高い。シンプルな構造で、ブラシやブラシの摩耗の問題がないため、高出力を実現できる。

また、逆起電力制御を採用することで銅損や鉄損を低減し、効率的な運転を可能にしている。

永久磁石同期モータ：

永久磁石同期モータは出力密度が高いが、効率は比較的低い。構造が複雑で、固定子コイルに励磁磁界を維持する必要があるため、銅損や鉄損が発生する。

さらに、回転磁場が存在すると、渦電流による余分な損失が発生する。それにもかかわらず、最適化された制御戦略と高度な材料技術によって効率を改善することができる。

4.応答特性と制御範囲 ブラシレスDCモータ

ブラシレスDCモーター：

ブラシレスDCモーターは応答特性が良く、制御範囲が広い。ローターに永久磁石を使用しているため、ローター慣性が小さく、応答速度が速い。さらに、ブラシレスDCモーターは、電流の大きさと方向を調整することで精密な制御を実現し、さまざまな動作要件に対応することができる。

永久磁石同期モータ：

永久磁石同期モータは比較的応答特性が悪く、制御範囲が狭い。ローターの慣性が大きいため、ローターの応答速度が遅くなります。さらに、永久磁石同期モータの制御はより複雑で、正確な制御のためにはロータの位置と逆起電力を正確に推定する必要がある。

5.まとめる

まとめると、ブラシレスDCモーターと永久磁石同期モーターは、原理や構造、制御方法、出力密度や効率、応答特性や制御範囲などの面で顕著な違いがあります。アプリケーションの要件に応じて、適切な モーターの種類 を選ぶことができる。

ブラシレスDCモーターは高出力と精密な制御を必要とする用途に適しており、永久磁石同期モーターは高出力密度と広い制御範囲を必要とする用途に適している。