モータコントローラとは？
モーターコントローラー モータコントローラとは、トルクやモータの回転数、機器の出力などを調整する電気機器のことです。モーターコントローラーには、モーターを停止・起動するための手動または自動の手段が付いています。
なぜ、モーターコントローラーが必要なのでしょうか？それは、この装置がないと、モーターが過負荷から保護されないからです。過負荷は、電子機器を損傷する可能性のある電気的障害につながります。
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アンペアを必要とします。残念ながら、マイクロコントローラは0.1アンペア程度しか供給できず、これでは少なすぎます。モーターコントローラーを使用することで、必要なアンペア数を確保することができます。
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、大きく分けて4つの種類があります。それぞれについて詳しく見ていきましょう。
2.1 ACモーターコントローラ
ACモーターコントローラは、モーターへの入力電力を調整します。これは、エンジンに入力されるエネルギーの周波数を調整することで実現しています。その目的は、回転数やトルクを調整することにある。ACコントローラーの別名は、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。
2.2 DCモーターコントローラ
ACモーターコントローラと同様に、DCモーターコントローラも入力電力を調整する。DCモータコントローラは、電流源を変化させ、電流や周波数を直接出力する。 DCモータコントローラは、モータのトルクと速度を効率的に制御する。
2.3 サーボモータコントローラ
サーボモータコントローラとは、電流源を調整して入力電力を変化させ、所望の周波数、パルス、または電流出力にする電子機器である。AC/DCモータコントローラと同様に、用途に応じて使い分ける。サーボモータコントローラは、特に製造業や建設業などのモーションコントロール用途に適している。これらのコントローラは、位置、トルク、およびモータ速度を制御します。
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は、入力電力を制御する電子機器である。ステッピングモーターコントローラは、入力電力を制御する電子機器であり、電流源を調整してステップ状の電流を出力することができる。ステッピングモーターコントローラーは、特に製造業や建設業に適しています。このリストの他のコントローラと同様に、ステッピングモーターコントローラは、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の仕組みとは？
初心者の設計者や技術者の多くは、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、その仕組みは意外と簡単です。ここでは、このテーマについて詳しく見ていきましょう。
3.1 Hブリッジによる方向制御
このDCモーター制御プロセスは、最も簡単なものの一つです。 このプロセスでは、2組のスイッチを使用します。2つのボタンを接続するたびに回路が完成し、発電します。
4セクションのモーターを作るためには、スイッチを混ぜたり、極性を変えたりすることができる。また、Hブリッジのサイズを変更することで、小型のシステムにも対応できます。
3.2 PWM（Pulse Width Modulation）による速度制御
PWM回路は、PCB電源の電圧を起動または制限することで、モーターの速度を制御します。この回路は、コイルの誘導による平滑化効果があります。PWM回路とHブリッジを組み合わせることで、速度、方向、制動などを変化させることができます。
3.3 可変抵抗による電機子制御
DCモータの速度を変化させるもう一つの方法は、コイルやアーマチュアを流れる電流を変化させることです。モータの回転数は、供給する電流によって変化します。これは、電機子に流れる電流によって発生する磁界に比例するからです。
モーターの回転数を制限したい場合は、電機子に抵抗を追加してください。ペースを上げるには、ステータ抵抗を追加します。
電機子のコイルに抵抗を加えるということは、それだけ発熱し、エネルギーを失うことになります。そのため、この方法は効率が悪くなります。
3.4 モーターの停止
モーターを停止するには、PCBへの電圧供給を遮断するだけです。また、モーターのスイッチを開けることもできます。2つにつながっているスイッチを開けることができます。
3.5 モーターの制動
モーターの制動に関しては、3つの方法のいずれかを採用することができます。1つ目は、ダイナミック・ブレーキングです。この方法では、モーターからの電源供給を遮断します。
2つ目は射出制動と呼ばれるものです。この方法は、ACモーターの制御にのみ適用されます。電源を遮断して直流電源を供給した後、代わりに磁界を発生させ、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ます。
また、ダイナミックブレーキと同じような動作をする回生ブレーキもあります。動力源を遮断して、回転するモーターを介して供給源に送り返すのです。回生ブレーキは、バッテリーを充電することができます。そして、そのバッテリーから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際、どのような基準で選べばよいのでしょうか。このセクションでは、2つの基準について説明します。
4.1 電気的仕様
電気的仕様で注意したい点は以下の通りです。
最大出力電圧
システム全体の出力に合わせた機器の出力であること。
定格電力
モーターが使用できる最高の電力のこと。
AC/DC電源電圧
AC/DC電源電圧は、完璧な動作を目指しています。
連続出力電流
通常、熱による制限を受けずに電流を流すことができます。
バスタイプ
最先端技術のアタッチメントで構成されたバスタイプをご存知でしょうか。
単相/三相入力
一般的に、低圧用と高圧用があります。
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の周波数は、通常50Hz～400Hzです。
4.2 動作仕様
モータコントローラの性能は、制御システムと設計の設定に依存する。ノブ、ジャンパー、ポテンショメータなど、さまざまなタイプの手動コントロールを追加することができます。また、ジョイスティックやデジタルペインなどのコンピュータコントロールを使用することもできます。
4.3 特徴
モーターコントローラの選択は、搭載したい機能によって柔軟に変わります。モーターコントローラーによって、追加機能があります。例えば、機器の電源投入時間を決めることができるソフトスタート機能を選ぶことができます。
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モーターには大きく分けて「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、モーターコントローラーの中でも最も歴史のある製品です。ブラシ付きモーターの整流は、一般的にDC電源の内部で行われています。ブラシモーターは、ローター、ブラシ、アクスルから構成されています。こ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る。
ブラシレスDCモーターコントローラーは、その効率の良さから広く普及している。ブラシレス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を持ち、ブラシがない。ブラシレスDC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、ブラシがなく、モーターの方向や速度を制御する専用の回路が搭載されています。効率を上げるためには、ローターの磁石の周りにブラシレスモーターを取り付ける必要があります。
モータードライバーとモーターコントローラーの違いは？
車輪などのモーターを搭載した電子機器は、マイコンから制御する必要があります。先に述べたように、標準的なチップは小さな電流しか出力できません。そのため、モータの大きさに関わらず、効率的にモータを直接駆動することはできません。そこで登場するのがモータードライバーです。
モータードライバーは、マイコンの5V/3.3Vよりも大きなチップを使用し、大きな電流と高い電圧に対応しています。モータードライバーを使えば、より大きな負荷を制御することができます。
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。そうですね、モータードライバーは単純にモーターを駆動する機能を扱います。一方、モーターコントローラは、すべての論理回路が内蔵されています。PWM信号、アナログ入力、USBなど、上位のインターフェースを使ってモーターコントローラーを制御することができます。
可変速コントローラ
は、可変速ドライブ
可変速駆動装置は
マイクロドライブ
ACドライブ
インバーター
7.1 ACモータ用可変速コントローラ
先に述べたように、AC可変速度コントローラは、電気モーターの電圧と周波数を交互に変化させることで動作します。この周波数ドライブは、ベルトコンベア、プールのポンプ、旋盤、製粉機、空気圧縮機、HVACファンなど、多くの用途があります。ACスピードコントローラーは、DCモーターの周波数制御システムとは異なり、エネルギー効率が高い。そのため、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するのも不思議ではありません。
モータスピードコントローラの電圧の違い
モータースピードコントローラーには、12V、24V、90Vなどの電圧があります。12V、24V、90Vの3つの電圧は、共通点も多いですが、明らかな違いもあります。全体的には、3つの設計上の特徴はほとんど同じ方法です。大きな違いは、12Vのモーターコントローラーは24Vのモーターに比べて通常2倍の電流を流すこと。90Vのモーターコントローラーは、その電圧の電源から最も少ない量の電流を取り除きます。どんな機械的負荷に対しても、3つの電源は似通っています。この3つを選ぶ際には、担当者がより具体的に説明してくれると、判断しやすくなります。
モータースピードコントローラーは、電圧の違いはあっても価格に大きな差がない場合が多いです。特に、同じ用途のモーターコントローラーを購入する場合はそうなります。
モーターは、配線が異なりますが。24Vモーターコントローラーの配線は、12Vモーターコントローラーの配線よりも一般的に小さい。その大きさにもかかわらず、小さい電線は効率よく電力を供給することができます。
モータースターター
モーター制御の分野では、現在、モータースターターがトップレベルの発明である。スターターとは、モーターを始動させるための電力を制御する電気機器である。また、モーターの停止、逆転、保護などの機能も持つ。
一般的に、スターターは2つの主要部品から構成されている。
– コンタクタ
コンタクタは、モータに流れる電流を制御する。この部品は、電気回路への電力供給を行うことも行うこともできる。
– 過負荷リレー
モータに流れる電流が多すぎて過熱すると、モータが焼損することがある。これを防ぐのが過負荷リレーの役割である。
9.1 モータースターターの種類？
一般的に、モータースターターには 2 つのタイプがある。これらは以下の通りである。
– 手動スターター
手動スターターは、その名の通り、手動で操作する必要がある装置である。スターターの操作は非常に簡単で、通常は専門家の介入を必要としない。装置自体にボタンがあり、機器の電源をオン/オフする際に使用します。他のタイプのスターターと比較して、手動スターターが優れている点としては、以下のような点が挙げられる。
安全で経済的に使用できる。
コンパクトであるため、様々な用途に使用できる。
過負荷が少ない。モーターへの過負荷検出機能があるため、モーターの破損を防ぐことができる。
初期費用が安い。
筐体の選択肢が豊富である。
– マグネチックモータースターター
電磁制御方式のモータースターター。通常、モータースターターは、モーターの電圧に比べて低い安全な電圧で始動する必要があります。また、過電流や過熱を防ぐため、電気コンタクタや過負荷リレーを備えています。
モーターコントローラの詳細
これまでのセクションで説明してきたように、モーターコントローラの対象は多岐にわたります。ここでは、さらに興味のあるものをいくつか紹介します。
10.1 Arduinoモーターコントローラ
Arduinoのモーターコントローラでは、ステッパーDC、ステッパーモーター、ソレノイド、リレーを駆動することができます。モーターコントローラーは、誘導型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することができます。また、このモーターコントローラーでは、個々のエンジンの電流吸収量などを測定することができます。
10.2 Sabertoothモーターコントローラ
Sabertoothモーターコントローラは、最も多機能で効率的なデュアルモータードライバの一つです。これらのモーターコントローラは、高出力の機器、例えば300ポンドの重さのロボットなどと相性が良い。Sabertoothモーターコントローラでは、数秒のうちにチャンネルあたり50Aという高いピーク電流を達成することができます。また、サーマルプロテクションや過電流保護機能を搭載しているので、不意のストールによるドライバーの死亡を心配する必要はありません。
10.3 Sparkモーターコントローラ
Sparkモーターコントローラは、最も手頃なブラシ付きDCモーター周波数コントローラの1つです。このコントローラは、60Aの連続電流とパッシブクーリングを備えています。他にも、スマートな制御を可能にする双方向リミットスイッチや、LEDステータスインジケータなどの優れた機能を備えています。これらの特徴により、このモーターコントローラは市場で最も人気のある製品の一つとなっています。
10.4 Vex社製モーターコントローラ
Vexモーターコントローラの特徴の1つは、標準的なPWM信号で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を使用する場合は、マイコンとモーターコントローラの間に3線式の延長ケーブルを1本だけ使用するようにするのが良いでしょう。U コントローラーの特徴によっては、より長い延長ケーブルが必要な場合がありますが、コントローラーとモーターの間に2本の延長ケーブルを使用することができます。
10.5 Talonモーターコントローラ
Talonモーターコントローラは、PID制御を内蔵し、優れた通信プロトコルを備えています。また、小型・軽量であることも大きな特徴です。
10.6 テスラモーターコントローラ
Tesla社製のモーターコントローラは、最近発売された製品である。これらのコントローラには、大型で16,000 RPM、小型で低消費電力の18,000 RPMのAC誘導推進モータが搭載されている。
テスラのモーターコントローラーには、コントローラー/インバーターのほか、ディファレンシャルも搭載されています。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コントローラボード交換があります。
10.7 Raspberry Piモーターコントローラ
Raspberry モーターコントローラは、デュアル H-Bridge パワー IC を搭載しており、1 つのブリッジにつき最大 5A の誘導負荷を制御します。 また、6V～8Vの幅広い電圧に対応しています。
10.8 カーティス・モーター・コントローラ
Curtis社のモーターコントローラは、様々なオンロード車両の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は、驚くほど静かで費用対効果に優れています。最新のCurtisモーターコントローラはMOSFET技術を使用しているため、旧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
SCRパワーコントローラは、半世紀以上前から存在しています。当初、これらのパワーコントローラは、数百ワットしか扱うことができませんでした。現在、SCRモーターコントローラーはメガワットの電力を扱うことができる。現在では、さまざまな産業分野で活躍している。
SCRモーターコントローラーには、制御回路とサイリスタが搭載されている。これにより、ミリ秒単位で無数の電流を切り替えることができる。一般的には、可変トランスやコンタクタよりも安価で信頼性が高い。
10.10 単相ACモータースピードコントローラ/デュアルモーターコントローラ/3相モーターコントローラ
技術の進歩に伴い、モーターコントローラはより洗練され続けている。最新のモーターコントローラは、以前のモデルよりも高く、より快適で、より費用対効果の高い性能を持っています。また、これらのコントローラは、様々なソリューションを提供しています。現在では、単相、二相、三相のモーターコントローラがあります。
単相のACモーターコントローラは、空気の動きやコンプレッサーの用途では、今でも主要なソリューションです。これは、広く利用されており、費用対効果が高いからです。低性能なシステムのほとんどがこのコントローラを使用しています。
二相や三相のモーターコントローラも登場し、かなりの成果を上げているが、単相のものに比べて複雑で価格も高い。しかし、最近では、全相モーターコントローラの効率化にも取り組んでいる。
モーターコントローラーの用途
ほとんどの分野でモーターコントローラーが使用されていると考えられます。ここでは、その中でも代表的なものをご紹介します。
11.1 モーターコントローラー – 多軸コントローラ
モーション要件の決定、制御、監視を行う装置。
11.2 ロボット型モーションコントローラ
機械システムに有用なハードウェアとソフトウェアを備えたロボットモーションコントローラ。
11.3 サーボアンプ
アナログ信号を生成し、その信号をもとに動力や電流を発生させることができるモーターコントローラ。
11.4 インバータドライブ
入力されたAC電源をDC電源に変換する際に必要なインバータです。
11.5 マイクロコントローラー
マイクロコントローラーは、デジタルデータの流れを制御するのに役立ちます。
11.6 シリコン制御レクティファイヤー(SCR)
直流モーターと連動して、交流から直流への微調整を行う装置。
11.7 デジタルシグナルプロセッサ
マイクロプロセッサーは、データをリアルタイムに操作することができる。
これには、視聴覚、圧力、熱、位置情報などが含まれる。視聴覚、圧力、熱、位置などのデータを操作し、各種制御を行う。
11.8 パルス幅変調
パルス幅変調は、スカラ制御とも呼ばれている。モーターコントローラは、交流の電圧と周波数を、正弦曲線で動作する直流に変換することができる。
まとめ
モーターコントローラは、様々な電気機器や機械の中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欠かせないものとなるでしょう。ここで紹介した情報をもとに、どのようなモーターコントローラーが最適なのかを判断してみてください。気をつけなければならないのは、コントローラによって機能や必要な電力、用途が異なるということです。
もちろん、困ったときには専門家に相談するのも良いでしょう。モータコントローラを選ぶ際には、信頼できるモータコントローラメーカーに依頼することが、高品質のモータコントローラを手に入れるための重要なステップとなります。コントローラーについてより多くの情報を得たい場合は、私たちに連絡していただき、より多くの知識を一緒に議論することができます。
