BLDCの制御方法

ブラシレスモーターの構造
まず、いくつかの概念を紹介しましょう。ブラシレスモーターのスロット数Nと極数Pです。スロット数Nはステーターの電磁石の極数、極数Pはローターの磁極数を表します。最もシンプルな3N2P構造のモーターは、ステーターに3つのコイル極、ローターに2つの磁極を持つブラシレスモーターです。3N2Pブラシレスモーターのステーター構造の概略図は次のとおりです。

ステーターにはA、B、Cの3組のコイルがあります。3つのコイルの一端は共通接続され、もう一端からは3本のワイヤ（a、b、c）が引き出されています。中央に磁石をローターとして配置すると、下図のような最もシンプルなブラシレスモーターの構造が形成されます。
もちろん、これは最も単純な3スロット2極モータです。一般的なモータでは、スロット数と極数を増やすことで、回転を滑らかにし、トルクを大きくしています。コイルの接続形態はスター結線とデルタ結線が可能です。また、機械構造上、ローターがモータの内側にあるか外側にあるかによって、アウターローターモータとインナーローターモータに分けられます。

ブラシレスモーターの駆動原理
ブラシレスモーターの構造を理解したら、次はどうやって回転するのでしょうか？ここでは、最もシンプルな3N2Pブラシレスモーターを例に挙げます。まず、正電源を端子aに、負電源を端子bに接続し、端子cは接続しないものとします。すると、コイルAによって発生する磁場は左上向き、コイルBによって発生する磁場は上向き、そし​​て磁場のベクトル和は左上向きになります。コイルAとコイルBの磁場の作用により、ローター磁石は図に示す方向に回転します。
次の瞬間、正電源を端子cに、負電源を端子bに接続し、端子aは停止状態にします。すると、磁場のベクトル和は右上方向に向き、ローター磁石は次の図の位置1から位置2へと回転します。
同様に、電源供給のためのc+a-、a-b+、b+c-、c-a+、a+b-、b-c+という後続のシーケンスでは、ローター磁石は円状に回転します。電流が6回切り替わるごとに、ローターは1回転します。3つのコイルの間隔は120°離れているため、2つのコイルが同時に導通している場合、トルクは1つのコイルの√3倍になることは容易に推測できます。
上記の駆動方法では、2つのコイルが同時に導通するため、「2-2導通」駆動モードと呼ばれます。一方、3つのコイルが同時に導通する「3-3導通」駆動モードもあります。例えば、印加電圧がa+bc-の状態にある場合、3つのコイルすべてが磁場を発生させるため、ステータ磁石は次の図の位置まで回転します（N極はコイルAの正反対です）。
さらに、コイルAの電流はコイルBとコイルCの電流の合計に等しいため、総トルクはコイルAのトルクの1.5倍になります。「3-3導通」駆動モードでも、1回転に6ステップかかることは容易に理解できます。コイル電圧をa+bc-、a+b-c+、ab-c+、a-b+c+、a-b+c-、a+b+c-と順に制御すれば、ステータも回転します。

ブラシレスモーターの駆動回路
上記では、三相ブラシレスモーターを回転させる方法を分析しました。基本的には、3つのコイルの引き出し点にそれぞれ正電圧と負電圧を印加する必要があります。一般的には、以下の図に示すような三相6アームフルブリッジ回路を用いてこれを実現できます。
例えば、上図において、Q1とQ4がオンで、他のQ1とQ4がオフの場合、電流はQ1からU相巻線を通り、V相巻線からQ4へと流れます。このようにして、1つのコイルが通電されます。同様に、Q5Q4、Q5Q2、Q3Q2、Q3Q6、Q1Q6を順にオンにすることで、「2-2導通」の6段階動作モードが完成します。同様に、三相フルブリッジ回路では「3-3導通」制御モードも実現できます。
上記のフルブリッジ回路は理論的な説明に過ぎません。実際のアプリケーションでは、制御中に同じブリッジアームの上下のMOSトランジスタを同時にオンにしないでください。そうしないと、デバイスが焼損する可能性があります。そこで、まず上側ブリッジアームのMOSトランジスタをオフにし、次に下側ブリッジアームのMOSトランジスタをオンにする（またはその逆）ことで、上側と下側のMOSトランジスタが同時に導通する時間を回避できます。この時間差は一般にデッドタイムと呼ばれます。MCUから出力される多くのPWM波形は、デッドタイムの​​長さを制御できるため、設計に便利です。