コントローラとモータの選び方

目次

第1章

概要

第2章

トルク制御

第3章

速度制御

第4章

位置制御

第1章 概要


はじめに


 電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する機器としてモータがあります。

逆に機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する機器が発電機になります。基本的構造はモータも発電機もほぼ同じです。

電気エネルギーは身近で最も手に入れ易いエネルギーで、電気エネルギーを利用するモータは回転運動や直線運動で負荷を動かす事ができるため、様々な装置に組み込まれています。

モータを駆動している時はモータには発電作用が内在しています。モータの発電作用はモータをコントロールする上で重要な働きを持っています。

コントローラはモータの回転数、トルク、位置を制御する機器でプリント基板上に電子部品で構成されています。最近ではICやパワー半導体の進歩により、小型・高効率・高性能なコントローラが出来ています。

従来のモータの使い方は電源に直接つないでON/OFF制御する事もありましたが、現在はコントローラを使用して速度や位置を制御する事が多くなりました。

モータの特性から大変制御し易いモータにDCモータがあります。DCモータは「回転数は電圧に比例する」「トルクは電流に比例する」という特徴があり、制御モータの代表です。DCモータの唯一の欠点は整流用のカーボンブラシがあり、摩耗する為にメンテナンスが必要な事です。

カーボンブラシの問題を解決する為にできたモータがDCブラシレスモータでその名の通りDCモータと同じ特性でありながらブラシがないDCモータです。DCブラシレスモータの構造はDCモータとはまったく異なり、モータ部は三相同期モータで整流をホール素子で行なっています。又、DCブラシレスモータは三相インバータ回路で構成される電子回路がないと回す事ができません。DCブラシレスモータはコントローラとモータを組み合わせて一体の機器として使われています。

 機械装置は電源、指令入力、コントローラ、モータ、負荷で構成されており下記のようになります。

  

一般的に、ユーザーは機械装置の中で電源と負荷を用意していることが多いので、電源及び負荷条件を満足するコントローラとモータを選定する必要があります。

指令入力はコントローラの内蔵電源を使用する事もあります。この場合は可変抵抗器を接続してマニュアル操作を行なうことになります。

電源、指令入力、コントローラ、モータ、負荷には以下のような種類があります。


1、電源の種類

交流電源

国内商用電源 AC100V 単相
国内工業用電源 AC220V 三相
海外電源 AC120V アメリカ
AC240V イギリス
AC127V/220V フランス・ドイツ
AC110V/220V 中国・韓国
AC220V ロシア
発電機 AC100V

直流電源

蓄電池 DC1.5V/9V 乾電池
DC1.2V リチウム電池
DC6V/9V/12V/24V バッテリー
スイッチング電源 DC12V/24V
発電機 DC100V
ソーラー電池 DC8.4〜34.6V


2、指令入力の種類

アナログ

電圧
電流

デジタル

周波数
パルス列


3、コントローラの種類

  制御方式による分類

シーケンス制御

電圧制御 帰還なし

フィードバック制御

逆起電圧制御 逆起電圧帰還
トルク制御 電流帰還
速度制御 電流帰還・速度帰還
位置制御 電流帰還・速度帰還・位置帰還

 制御理論による分類

古典制御理論

PID制御

現代制御理論

最適制御
極配置
外乱オブザーバ
H∞制御
適応制御
ファジー制御

  制御部品による分類

アナログ回路

オペアンプ トランジスタ、FET、IGBT
トリガ素子 SCR、トライアック

デジタル回路

ゲートIC トランジスタ、FET、IGBT
マイコン
DSP

  電力用半導体による分類

トランジスタ リニア制御 DCマイクロモータ
PWM制御 DCブラシモータ各種・DCブラシレスモータ各種
FET リニア制御 DCマイクロモータ
PWM制御 DCブラシモータ各種・DCブラシレスモータ各種
IGBT PWM制御 DCパワーモータ・3相かご型モータ・ACサーボモータ誘導型
トライアック 位相制御 ACコンデンサモータ
サイリスタ 位相制御 DCパワーモータ

  回路構成による分類

1素子 ユニポーラ DCブラシモータ・DC巻線型モータ・AC単相モータ
3素子 ユニポーラ DC三相ブラシレスモータ
4素子 ユニポーラ ステッピングモータ
バイポーラ DCブラシモータ
5素子 ユニポーラ ステッピングモータ
6素子 バイポーラ DC三相ブラシレスモータ・ACサーボモータ・三相誘導モータ


4、モータの種類

  構造による分類

DCモータ マグネットモータ ブラシモータ コア スロット マイクロモータ
サーボーモータ
パワーモータ
スロットレス ミナーシャモータ
コアレス カップモータ
ディスクモータ
ブラシレスモータ ホール素子 ホールモータ
2相ブラシレスモータ
3相ブラシレスモータ
4相ブラシレスモータ
エンコーダ ACサーボモータ同期型
センサレス センサレスブラシレス
巻線型モータ (直巻)シリースモータ
(分巻)シャントモータ
複巻モータ
ステッピングモータ マグネット型
レラクタンス型
ハイブリッド型
レスポンシン型
リニアモータ マグネット型
レラクタンス型

ACモータ

同期モータ マグネット型
インダクタ型
レラクタンス型
ヒステリシスモータ
電磁石型
誘導モータ 単相モータ クマ取モータ
コンデンサモータ
トルクモータ
分相始動型
2相モータ 2相かご型
3相モータ 3相かご型
ACサーボモータ誘導型

  特長

モータの種類 容量 トルク制御 速度制御 位置制御 用途    
マイクロモータ 小型

精密機器
サーボーモータ 中型

工作機械
パワーモータ 中型・大型

動力機械
ミナーシャモータ 中型

プリンタ
カップモータ 中型

工作機械
ディスクモータ 小型・中型

工作機械
ホールモータ 小型 空冷ファン
2相ブラシレスモータ 小型

AV機器
3相ブラシレスモータ 中型

OA機器
4相ブラシレスモータ 中型

AV機器
ACサーボモータ同期型 中型

工作機械
センサレスブラシレス 小型・中型

電動工具
(直巻)シリースモータ 中型・大型

家電機器
(分巻)シャントモータ 大型

工作機械
複巻モータ 大型

工作機械
ステッピングマグネット型 小型・中型

OA機器
ステッピングレラクタンス型 小型・中型

OA機器
ステッピングハイブリッド型 中型

工作機械
ステッピングレスポンシン型 中型

工作機械
リニアマグネット型 中型

OA機器
リニアレラクタンス型 中型

OA機器
AC同期マグネット型 中型 家電機器
AC同期インダクタ型 中型 家電機器
AC同期レラクタンス型 中型 家電機器
ACヒステリシスモータ 中型

AV機器
AC電磁石型 中型 家電機器
単相クマ取モータ 小型 空冷ファン
単相コンデンサモータ 中型

家電機器
単相トルクモータ 中型

  工作機械
単相分相始動型 中型 動力機械
2相かご型 中型 動力機械
3相かご型 大型

動力機械
ACサーボモータ誘導型 大型

工作機械

* 容量 小型〜10W 中型10〜200W 大型200W〜


5、フィードバックセンサ

電流センサ 抵抗器
ホール素子
速度センサ タコゼネレータ
エンコーダ
位置センサ エンコーダ
ホール素子
ポテンショメータ


6、モータと負荷の伝達機構

ギヤ
カップリング
プーリー
車輪
ボールネジ
タイミングベルト
チェーン


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