ここ数年、プロフェッショナルツール業界ではブラシレスモーターがコードレスツールドライブを支配し始めているのを目にしてきました。これは素晴らしいことですが、何がすごいのでしょうか？木ネジを打ち込めればそれでいいのでしょうか？ええと、はい。ブラシ付きモーターとブラシレスモーターを扱う場合、大きな違いと効果があります。
2 フィート ブラシ モーターとブラシレス モーターについて詳しく説明する前に、まず DC モーターの実際の動作原理に関する基礎知識を理解しましょう。モーターの駆動といえば、すべて磁石に関係します。逆に帯電した磁石は互いに引き付け合います。DC モーターの基本的な考え方は、回転部分 (ローター) の反対の電荷をその前にある固定された磁石 (ステーター) に引きつけて保持し、それによって継続的に前方に引っ張り続けることです。走るときに目の前の棒にボストン バター ドーナツを置くようなものです。私はそれを掴もうとし続けます。
問題は、どうやってドーナツを動かし続けるかです。簡単な方法はありません。それは永久磁石（永久磁石）のセットから始まります。一連の電磁石は回転するにつれて電荷を変化させる (極性を反転させる) ため、移動可能な反対の電荷を持つ永久磁石が常に存在します。さらに、電磁コイルが変化するときに受ける同様の電荷がコイルを押しのけます。ブラシ付きモーターとブラシレスモーターを見るとき、電磁石の極性がどのように変化するかが鍵となります。
ブラシ付きモーターには、永久磁石、アーマチュア、整流リング、ブラシという 4 つの基本コンポーネントがあります。永久磁石は機構の外側を構成しており、動きません（ステータ）。一方はプラスに帯電し、もう一方はマイナスに帯電し、永久磁場を生成します。
アーマチュアは、通電されると電磁石となる 1 つまたは一連のコイルです。これも回転部分（ローター）で、通常は銅製ですが、アルミニウムも使用できます。
整流子環は2個(2極構成)、4個(4極構成)以上で電機子コイルに固定されます。それらはアーマチュアとともに回転します。最後に、カーボン ブラシは所定の位置に残り、電荷を各整流子に転送します。
アーマチュアが通電されると、帯電したコイルは逆に帯電した永久磁石に向かって引き寄せられます。その上の整流子リングも回転すると、カーボン ブラシの接続部から次のカーボン ブラシへ移動します。次のブラシに到達すると、極性が反転し、同じ種類の電荷によって反発される一方で、別の永久磁石によって引き付けられます。明らかに、整流子が負のブラシに到達すると、正の永久磁石に引き付けられます。整流子は、正極ブラシとの接続を形成するのに間に合うように到着し、負極永久磁石に続きます。ブラシはペアになっているため、プラスのコイルはマイナスの磁石に向かって引き寄せられ、マイナスのコイルは同時にプラスの磁石に向かって引き寄せられます。
まるでボストンバタードーナツを追いかけるアーマチュアコイルのようだ。私はそれに近づきましたが、その後気が変わり、より健康的なスムージーを追求しました（私の極性または欲求が変わりました）。結局のところ、ドーナツはカロリーと脂肪が豊富です。今はボストンクリームに押されながらスムージーを追っています。そこに着くと、スムージーよりもドーナツの方がずっと美味しいことに気づきました。引き金を引いている限り、次の筆にたどり着くたびに気持ちを切り替えながら、好きなものを夢中で追いかけます。ADHD向けの究極のアプリケーションです。さらに、そこには私たちが2人いるので、ボストンバタードーナツとスムージーはいつも私たちの1人が熱心に追いかけていますが、優柔不断です。
ブラシレス モーターでは、整流子とブラシがなくなり、電子コントローラーが追加されます。永久磁石は内部で回転子として機能し、固定子は外部に固定された電磁コイルで構成されています。コントローラーは、永久磁石を引き付けるのに必要な電荷に基づいて各コイルに電力を供給します。
電子的に電荷を移動させることに加えて、コントローラーは永久磁石に対抗するために同様の電荷を提供することもできます。同じ種類の電荷は互いに反対であるため、永久磁石を押します。ここで、ローターは引っ張る力と押す力によって動きます。
この場合、永久磁石が動いているので、永久磁石が私のランニングパートナーと私になります。私たちは自分たちが何を望むのかという考えを変えることはもうありません。代わりに、私はボストンバタードーナツを望んでおり、私のパートナーはスムージーを望んでいることがわかりました。
電子コントローラーによって、それぞれの朝食の楽しみが目の前で動き、私たちはずっと同じことを追い求めてきました。コントローラーは、プッシュを提供するために望ましくないものを後ろに置きます。
ブラシ付き DC モーターは比較的単純で、部品の製造コストも安価です (ただし、銅の価格は安くなっていません)。ブラシレス モーターには電子コミュニケーターが必要なため、実際にはコードレス ツールでコンピューターを構築し始めることになります。これがブラシレスモーターのコストを押し上げる原因となっています。
設計上の理由により、ブラシレス モーターにはブラシ付きモーターに比べて多くの利点があります。それらのほとんどは、ブラシと整流子の損失に関連しています。電荷を転送するにはブラシが整流子と接触する必要があるため、摩擦も発生します。摩擦により達成可能な速度が低下すると同時に熱が発生します。軽いブレーキで自転車に乗っているようなものです。足に同じ力を使うと速度は遅くなります。逆に、スピードを維持したい場合は、脚からより多くのエネルギーを得る必要があります。摩擦熱によりリムも加熱されます。これは、ブラシ付きモーターと比較して、ブラシレスモーターはより低い温度で動作することを意味します。これにより効率が向上し、より多くの電気エネルギーを電気エネルギーに変換します。
カーボンブラシも時間の経過とともに磨耗します。これが、一部のツールの内部で火花を発生させる原因となります。ツールを使い続けるためには、ブラシを時々交換する必要があります。ブラシレスモーターはこのようなメンテナンスが不要です。
ブラシレスモーターには電子コントローラーが必要ですが、ローターとステーターの組み合わせはよりコンパクトです。これにより、軽量化と小型化が可能になります。これが、超コンパクト設計と強力なパワーを備えたマキタ XDT16 インパクトドライバーのようなツールを数多く見かける理由です。
ブラシレスモーターとトルクについて誤解があるようです。ブラシ付きモーターまたはブラシレスモーターの設計自体は、実際にはトルクの大きさを示しません。たとえば、最初のミルウォーキー M18 燃料ハンマー ドリルの実際のトルクは、以前のブラシ付きモデルよりも小さかった。
しかし、最終的にメーカーはいくつかの非常に重要な事柄に気づきました。ブラシレス モーターに使用される電子機器は、必要に応じてこれらのモーターにより多くの電力を供給できます。
ブラシレスモーターは現在、高度な電子制御を使用しているため、負荷がかかった状態で減速し始めることを感知できます。バッテリーとモーターが仕様の温度範囲内にある限り、ブラシレス モーター電子機器はバッテリー パックからより多くの電流を要求し、受け取ることができます。これにより、ブラシレスドリルや鋸などの工具は、負荷がかかっても高速を維持できるようになります。これにより速度が向上します。通常ははるかに高速です。この例には、Milwaukee RedLink Plus、Makita LXT Advantage、DeWalt Perform and Protect などがあります。
これらのテクノロジーは、ツールのモーター、バッテリー、電子機器を一貫したシステムにシームレスに統合し、最適なパフォーマンスと実行時間を実現します。
整流 - 充電の極性を変更する - ブラシレス モーターを始動し、回転を続けます。次に、速度とトルクを制御する必要があります。BLDC モーターのステーターの電圧を変えることで速度を制御できます。電圧をより高い周波数で変調すると、モーター速度をより高度に制御できます。
トルクを制御するために、モーターのトルク負荷が一定のレベルを超えると、ステーター電圧を下げることができます。もちろん、これにはモーターの監視とセンサーという重要な要件が必要になります。
ホール効果センサーは、ローターの位置を検出する安価な方法を提供します。タイミングセンサーのスイッチング時間と頻度によって速度を検出することもできます。
編集者注: 高度な BLDC モーター技術が電動工具にどのような変化をもたらすかを知るには、センサーレス ブラシレス モーターとはという記事をご覧ください。
これらの利点を組み合わせると、寿命が長くなるという別の効果も得られます。通常、同ブランド内のブラシ付きモーターとブラシレス モーター (およびツール) の保証は同じですが、ブラシレス モデルの方が寿命が長いことが期待できます。これは通常、保証期間を数年超える可能性があります。
電子コントローラーは基本的にツールにコンピューターを組み込むものだと私が言ったことを覚えていますか?ブラシレス モーターは、業界に影響を与えるスマート ツールのブレークスルー ポイントでもあります。電子通信にブラシレスモーターを依存しなければ、ミルウォーキーのワンボタン技術は機能しません。
Kenny は、さまざまなツールの実際的な制限を常時深く調査し、その違いを比較します。仕事を終えた後は、信仰と家族への愛が彼の最優先事項です。あなたは通常、キッチンにいるか、自転車に乗るか（彼はトライアスロンです）、または人々をタンパ湾での一日釣りに連れ出します。
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説明ありがとう。これは、ほとんどの人がブラシレスを支持している（少なくとも、より高価な電動工具やドローンの議論として使用されている）のを見て、私が長い間疑問に思っていたことです。
知りたいのですが、コントローラーは速度も感知しますか?同期する必要はないのでしょうか？磁石を感知（回転）するホール素子はありますか？
すべてのブラシレス モーターがすべてのブラシ付きモーターより優れているわけではありません。中程度から重い負荷の下で、Gen 5X のバッテリー寿命が前世代の X4 とどのように比較されるかを確認したいと思います。いずれにせよ、ブラシが寿命を制限する要因になることはほとんどありません。コードレスツールの本来のモーター速度は約 20,000 ～ 25,000 です。また、潤滑された遊星歯車セットにより、高速ギアでは約 12:1、低速ギアでは約 48:1 の減速が行われます。トリガー機構と、粉塵の多い気流の中で 25,000RPM のローターを支えるモーターローターのベアリングは、通常、弱点となります。
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投稿時間: 2021 年 8 月 31 日