小型電気モーターは、多くの家庭用電化製品、工具、コンピューターのほか、現代の自動車にも搭載されており、ポンプやファンなどの補助ユニットを駆動します。これらのモーターはそれぞれ単独では多くのエネルギーを消費しませんが、組み合わせると大きな節約の可能性をもたらします。

グラーツ工科大学 (TU Graz) の電気ドライブおよびパワーエレクトロニクスシステム研究所の Annette Mütze が率いる、最近完成した「ポンプおよびファン アプリケーション用ブラシレス ドライブ CD 研究所」の研究チームは、この可能性をさらに活用しています。。おかげで革新的なデザイン、修正された制御技術と新しい製造技術の使用により、ここで開発されたブラシレス統合ドライブは、エネルギー消費が少なく、より静かに動作し、より軽量です。

斜めの爪で振動を軽減

大型のクローポールモーターは、たとえば車両の照明システムに使用されます。小型ドライブユニットとしての使用はあまり知られていません。ミュッツェ氏のチームは、爪を傾けたり溝を入れたりすることで、これらの小型ドライブのいわゆる「コギング トルク」を低減しました。これにより、追加コストは発生しません。モーター回転時の瞬間的な爪の噛み合いを最小限に抑え、不要な振動を軽減します。

「これにより、重要な騒音源を 70% 削減することができました。これは、ドライブがよりスムーズかつ静かに動作することを意味します」と Mütze 氏は言います。

シンプルな制御によりスイッチング損失を低減

効率の向上は、電流の流れの調整を簡素化することによって達成されます。パルス幅変調は通常、電流を調整します。モーターファンまたはポンプが供給されます。電流が所望の矩形パターンで流れるためには、多数のスイッチング動作が必要であるが、これにより追加のエネルギー消費が生じる。

「ドライブのオンとオフを切り替えるのは、目的の長方形ごとに 1 回だけです」とミュッツェ氏は言います。「これにより、スイッチング損失による追加のエネルギー消費を大幅に削減することができました。」

したがって、特に低電流では、これらのドライブは従来のパルス幅変調によって制御されるドライブよりも全体的な効率がはるかに優れています。スイッチング動作の数が大幅に減少するため、モーターの回路基板に必要なコンデンサの数も半分になり、コストが削減されます。

フェライト系材料の3Dプリント

3 番目の革新は、フェライト コアを備えた PCB モーターの実装です。「PCB」は「プリント基板」の略で、モーターの場合は、電気を発生させる巻線を意味します。磁場ドライブに必要な部品はプリント基板として設計されています。これにより、生産における高度な自動化が可能になります。

ミュッツェのチームは、回路基板3D プリントされたフェライト コアを使用し、モーター内の磁束の誘導を改善しました。これは、同じくフェライトをベースとした、よりコスト効率の高い磁石を使用するための前提条件でした。