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モータ制御

STは、モータ制御アプリケーション向けの強力なポートフォリオを持っています。 円滑な運用と高い効率を目指して、モータ制御分野の開発が推進されています。  高効率化に対する需要の高まりは、パワー・トランジスタ、高耐圧ゲート・ドライバICと相まって、高性能マイクロコントローラ上で動作する永久磁石同期モータ(PMSM)、永久磁石ACモータ(PMAC)およびインダクションモータ用の磁界方向制御(FOC)ソフトウェアの発展によってサポートされています。 低消費電力アプリケーション向けには、ステッパ用に高集積化した新しいコントローラ/ドライバICがステッパをより円滑に、より高い位置精度で動作させます。

ブラシ付きDCモータ
従来、これらの駆動が簡単なモータは、速度と位置調整を制御するアプリケーションに使用されていましたが、現在では数ワットから数馬力の範囲のアプリケーションで使用されています。 単方向回転が必要な場合は、シングル・トランジスタによるPWMを速度制御に使用できます。 双方向回転が必要な場合や位置決めアプリケーションには、PWM制御のフルHブリッジを使用します。 低出力レベルでは、ドライバとパワー・トランジスタを含む完全集積化したパワーICでDCモータを駆動できます。 高出力の場合は、ディスクリートMOSやIGBTを高電圧ゲート・ドライバと併用してHブリッジを実装します。 低コストのマイクロコントローラを使用することで、速度制御アルゴリズムを実装し、ブリッジを制御できます。 位置や速度を正確に制御するには、タコメータやエンコーダのようなセンサが必要になります。 単純な速度調整は、フィードバックなしのオープン・ループで行うことができます。

単相AC誘導モータ
単相誘導モータは、大型家電製品に最もよく使用されてきたモータです。 ロータはアルミニウム製の籠形であることが多く、固定子は2つのコイルと位相シフト・コンデンサです。 起動コイルと位相シフト・コンデンサは、一般にモータがある速度に達すると遠心スイッチによってオフになります。 多くの場合、制御はトライアックまたはACS装置を使用した単純なオン/オフ制御です。

3相AC誘導モータ
3相誘導モータはブラシレス・モータです。 固定子は銅巻線で交際され、ロータは一般にアルミ製の籠形をしています。 一般的なドライブ構成は、3つの正弦波電圧を固定子に供給するように変調された3相ブリッジ(3つのハーフ・ブリッジ)です。 一般に高出力アプリケーションに使用され、多くの場合は高電圧ゲート・ドライバを備えたディスクリートIGBT、または3つのハーフ・ブリッジと関連ゲート駆動ステージを集積したパワー・モジュールで駆動します。 磁界方向制御またはスカラ(電圧/周波数)制御アルゴリズムが、インバータを制御するマイクロコントローラに実装されています。

ブラシレスDC(3相BLDC)モータ
ブラシレスDCモータのロータ上には永久磁石があり、固定子上には外部整流コイルがあります。 電子的整流は、DCモータのブラシ機能を置き換えるもので、通常は検出したロータの位置に基づいて固定子のコイルをステップ駆動します。 ブラシレスDCモータの主な利点は'固有の効率性と信頼性です。 ブラシレス・モータは、設計者からさらに高いシステム効率を求めるに従って、従来よりも一般的に使用されるようになってきました。 代表的な構成は、3つのハーフ・ブリッジで駆動される3相モータです。 低出力アプリケーションでは、ドライバを1つのスマート・パワーICに集積することができます。高出力アプリケーションでは、ハーフ・ブリッジにディスクリートIGBTと高電圧ゲート・ドライバICを使用します。 多くのアプリケーションでは、センサレス・ドライブによって、従来使用されていたホール効果センサが不要になりました。 ローエンドのマイクロコントローラには、一般に6ステップの整流および速度制御が実装されています。

ステッパ・モータ
プリンタやオートメーションなどの低出力アプリケーションに一般的に使用されるステッパ・モータは、優れた位置決めおよび速度制御を低コストで提供します。 このモータのロータ上には永久磁石があり、固定子にはコイルが巻かれています。 これらのモータは一般に多極ペアを持ち、固有の分解能はステップあたり7.5~1.8度です。 固定子電流の極性を4ステップでステッピングを行って簡単な制御を行います。 一般的な構成は単極および2相バイポーラ巻線モータです。 あまり一般的でない構成には3相および5相モータがあります。 一般的な制御には、制御およびパワー・ステージを1つのスマート・パワーICに集積した統合ドライバICを使用します。

ブラシレスAC(3相PMSM)モータ
ブラシレスACモータは、永久磁石同期モータ(PMSM)または永久磁石ACモータ(PMAC)とも呼ばれ、ロータ上には永久磁石が、固定子上には外部整流コイルがあります。 ブラシレスDCモータとの主な違いは、固定子のコイルが正弦波で駆動されることです。 ブラシレスACモータの主な利点は、'固有の効率性、円滑な運転、および信頼性です。 代表的な構成は、3つのハーフ・ブリッジで駆動される3相モータです。 低出力アプリケーションでは、ドライバを1つのスマート・パワーICに集積することができます。高出力アプリケーションでは、ハーフ・ブリッジにディスクリートMOSまたはIGBT、および高電圧ゲート・ドライバICを使用します。 多くのアプリケーションでは、センサレス磁界方向制御(FOC)ドライブによって、従来使用されていたエンコーダが不要になりました。 正弦波駆動およびFOCアルゴリズムは、低コストの32bitマイクロコントローラに容易に実装できます。

スイッチト・リラクタンス(SR)モータ
ロータ上に鉄板を積層し、固定子上に巻線磁界コイルを持つSRモータは、永久磁石がないブラシレス・モータです。 SRモータは、真空および高速エア・ブロワなどの高速アプリケーションに使用されます。 SRモータは、それぞれが3相のうち1相を駆動する3相非対称ハーフ・ブリッジで駆動するのが一般的です。 非対称ブリッジには、一般に高電圧ゲート・ドライバとMOSまたはIGBTトランジスタが使用されます。 マイクロコントローラがブリッジの整流と速度制御を行います。

ユニバーサル・モータ
ユニバーサル・モータは交流または直流のどちらでも使用できます。 ユニバーサル・モータの利点は、特に高い起動トルク、極めてコンパクトな設計、および高い回転速度です。 AC電源をオフにすることによる単純な制御は、ローエンドのマイクロコントローラと1つのトライアックまたはACSで実装できます。また、AC電源を整流してからパワーMOSでPWMドライブをモータに提供するDCチョッパ・ドライブを使用することで、性能の向上が実現できます。 ほとんどは単方向モータですが、固定子上に2つのコイルを使用し、正しい方向の1つのみに通電すれば双方向モータにすることができます。

 

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