高速ブラシレスモーター調達ガイド: 速度、トルク、熱マージン、ベアリング寿命

ブラシレスモーターの調達

高速ブラシレスモーター: ラベル上の速度は簡単な部分です

トルク、熱マージン、ベアリングの寿命によって、高速モーターが 5,000 時間経過しても機能するかどうかが決まります。

このパターンはアプライアンスの調達でも繰り返されます。レンジフードモーターが 2 台見積書とともに到着し、1 台は 2,400 rpm、もう 1 台は 1,100 rpm と記載されており、より高速なユニットを購入するのは明らかです。次に、インペラ、グリースフィルター、ダクト抵抗を取り付けた状態でエアフローテストを実行します。その動作点で測定すると、高速モーターはより低い静圧で安定し、より高温で動作し、ショールームで購入者が気づくような鳴き声が発生します。

データシート上の速度は出発点であり、結果ではありません。高速ブラシレス モーターがその価格に値するのは、負荷、周囲温度、実際のデューティ サイクル全体にわたって製品に必要な速度を維持できる場合と、ラベルで宣伝されている速度に耐えられるベアリング システム、ローター バランス、およびコントローラーが選択された場合のみです。

重要な速度: 1 つの数字ではなく 3 つの数字

ブラシレス モーターは電子的に整流されます。つまり、ローターはコントローラーが生成する磁場に従います。ドライブが供給する電圧と電流よりも速く動作することはできず、負荷を押し通すのに十分なトルクがなければ速度を維持できません。そのため、単一の rpm 数値ではほとんど何も説明できません。

機械的な速度は電気的な周波数も設定します。 2 つの極対を備えた 4 極モーターは 6,000 rpm で回転し、200 Hz の基本波を生成します。鉄損、渦電流、スイッチング損失はこれを超えると急速に上昇するため、電流波形をきれいに保ち、ローターをスムーズに回転させるために、コントローラーは基本波よりもかなり高い値でスイッチングする必要があります。

ブラシレス設計がブラシ付きモーターや誘導モーターよりも速度を維持できる理由

ブラシ付きモーターは負荷が増加すると速度が低下します。これは、ブラシと整流子間のインターフェースにより抵抗とスパークが追加され、ブラシは高速で最も早く摩耗するためです。これはまさに高速アプリケーションで信頼性が必要とされる箇所です。陰極またはコンデンサ駆動の誘導電動機は同期速度に対して滑りがあり、その滑りは電源電圧によって変化するため、10% の電圧低下は顧客に聞こえる空気流の低下になります。ブラシレス モーターはコントローラーで速度を設定するため、同じたるみがインペラの失速ではなく、小さな垂れとして現れます。

• ブラシや整流子がないため、キッチンフードやクーラーの内部にカーボンダストが発生することはなく、保証文書で説明するようなブラシの交換間隔もありません。
• 動作点での効率の向上: 適切に適合したブラシレス ファン モーターは、通常 80 ～ 90 パーセントの帯域で動作します。これに対し、陰極モーターの場合は約 20 ～ 35 パーセント、コンデンサで動作する誘導モーターの場合は 40 ～ 60 パーセントです。
• 電子速度制御により、タップ巻線、ギア、機械式ダンパーを使用せずに、1 つのモーターから複数の速度ステップが得られます。
• 故障点がブラシのインターフェースからベアリングに移動するため、寿命が予測可能であり、意図した耐用年数に合わせてベアリングを選択して潤滑することができます。

小型のブラシレスモーターは速度だけで機能しなくなることはほとんどありません。熱、ベアリング負荷、ローターのバランスによって機能が低下します。高速でコンパクトな設計では、これら 3 つの要素が管理を困難にします。

また、価格の前に動作原理によって候補を分類するのにも役立ちます。 小型電動機の主なカテゴリー 電圧範囲、デューティ サイクル、および開始/停止周波数が考慮されると、動作は大きく異なります。

実際の負荷に合わせた高速ブラシレス モーターのサイジング

以下の手順により、現場でのほとんどの返品が防止され、サプライヤーが回答するコストはほとんどかかりません。

1. まず作業点を修正します。全負荷を接続した状態で必要な速度、その速度でのトルクまたは静圧、およびマイナス 10% の最悪の場合を含む、許容される供給電圧範囲を書き留めます。
2. 速度を電気周波数に変換します。 rpm に極対の数を掛けて 60 で割ると、提案されたコントローラー、スイッチング周波数、センサー方式がその基本を効率的に提供できることを確認します。
3. 温度上昇だけでなく、熱マージンも確認してください。摂氏 130 度の B や 155 度の F などの絶縁クラスは限界であり、動作目標ではなく、ベアリング グリースには独自の上限があります。
4. メカニカルインターフェイスと一致します。シャフトの直径、振れ、エンドプレイ、取り付け剛性、ローターのバランスグレードは、多くの場合、巻線の設計よりもノイズとベアリングの寿命を決定します。
5. 制御とEMCを一緒に検証します。スイッチング周波数が高くなると電流品質は向上しますが、エミッションは悪化するため、家庭用電化製品は通常、完成品として CISPR 14-1 の制限を満たす必要があります。

プロジェクトが誘導モーターからエレクトロニクスに変換する場合、既存の DC モーターライン全体でフレームサイズ、定格速度、制御タイプを比較する方が、通常、白紙のページから設計するよりも早くなります。

レンジフード: 高速ブラシレスモーターが最初に効果を発揮する場所

キッチンの排気は最も明確なケースで、煮る場合は 1 つのモーターを低速で静かに動作させ、揚げる場合は高速で強く押す必要があるためです。ブラシレスレンジフードモーターは、単一ユニットから複数の速度ステップを実現し、タップ付き誘導モーターの効率が最も低くなる傾向にあるローエンドでも使用可能な効率を維持します。また、動作温度も低くなり、小さくなるため、フードがスリムになり、顧客がショールームで判断するノイズフロアが下がります。

家庭用フードではインペラが約 1,000 ～ 2,500 rpm で回転し、ダイレクトドライブ設計ではモーター シャフトがより速く回転すると予想されます。顧客が実際のキッチンで実際に経験することはダクト抵抗によって決まるため、単一の最大風量の数値ではなく、各速度ステップでの圧力と容積の曲線を尋ねてください。

空気冷却器および蒸発冷却器: 長時間、湿った空気、安定した速度

エアクーラーは、湿ったパッドの横の湿った空気の中で一度に何時間も動作します。ブラシはその環境には適していません。炭素粉塵と湿気がひどく結合し、ブラシの磨耗がゆっくりとした速度の低下として現れるため、ユーザーはそれをマシンが弱いと認識します。ブラシレス エア クーラー モーターはブラシ インターフェイスを完全に取り除き、段階的または無段階の速度制御を可能にし、線間電圧が 1 日を通して変化しても気流を安定させます。

この義務については、湿った状態での絶縁処理、モーター本体の飛沫保護、および断続的ではなく連続的な定格について質問してください。ショートバースト向けに評価されたモーターは、価格的には魅力的に見えますが、現場では残念です。

ボリュームオーダーを確定する前に検証すべきこと

• 耐久性は、製品保証を反映する期間、最悪の周囲環境で、最高および最低の指令速度で実行されます。
• アプライアンスがこれまでに経験した中で最も低い供給電圧での開始/停止サイクル。
• 最大値だけでなく、各速度ステップで 1 メートルでの騒音を dB(A) で測定します。
• 自己冷却が最も弱くなる最低速度での巻線とベアリングの温度。
• 保護動作: 温度ヒューズ、インピーダンス保護またはコントローラーのカットオフ、および保護が作動したときのアプライアンスの動作。

高速ブラシレス モーターが自動的に代替品よりも優れているわけではありません。速度が負荷に一致し、最も遅い設定と最も速い設定でも熱マージンがチェックされ、機器の寿命を考慮してベアリング システムが選択されると、より優れた性能が得られます。動作点を指定し、ピーク値ではなく曲線を要求し、最悪の周囲環境でサンプルをテストする購入者は、通常、静かな状態を保ち、風量を何年も保持し、交換した安価なユニットよりも所有コストが低いモーターを購入することになります。