DCモーターでは、あらゆる点で最適な転流点が1つありますか？

この最近の質問は、転流のタイミングと、それを進めることが望ましい理由について考えさせられました。しかし、私は根本的な現象をより深く考察したかったので、私の理解が不完全であると確信しているので、新しい質問をしようと思いました。

固定子と回転子のフィールドが組み合わさって回転する全体のフィールドを作り、一部のモーターは整流子のアーク放電を減らすために整流タイミングを進めます。これは、海底電気システムに関するこの記事の説明です。

これが表示されるセクションでは発電機について説明しているので、これをモーターと考えている場合、「回転」というラベルの付いた矢印は逆向きです。これがモーターであり、電流と場が描かれている場合、反時計回りに反対方向に回転すると予想されます。

ポイントラベル「新しい中立面」では、ローターが磁力線を通過しないため、誘導電圧が発生しないため、ここで整流を実行すると、アーク放電が最小限に抑えられます。

しかし、転流点を移動することにより、他のパラメーターを犠牲にしましたか？トルクを下げましたか？効率？または、これはあらゆる点で最適な転流点ですか？

私の理解では、モーターは反時計回りに回転させたいと考えています。これは、磁場のねじれを解き、固定子と回転子の磁場を揃えることによりポテンシャルエネルギーが低くなるためです。これは正しいです？

回転軸の周りに作用する力により回転します。これらの力によりトルクが発生し、ローターの角加速度が発生します。

しかし、転流点をそこに移動すると、ステータフィールドを回転させて、新しい新しい中立面に至らなかったでしょうか。この調整を繰り返した場合、最適な転流点に収束するのでしょうか、それともあちこちにひねり続けますか？この転流点はあらゆる点で最適ですか、またはいくつかの妥協点がありますか？

定義により、フィールドの1つを回転させるたびに、新しい中立面ができます。モーターの転流点は、トルクが最大になる角度で中立面を維持することです。

私はいつも、タイミングがより高速でより高度でなければならないと聞いていました。しかし、これは厳密に真実ですか、または一定の機械的負荷の場合にたまたま速度と相関している巻線電流/磁界強度の関数ですか？

ここで2つのエフェクトをミックスしていると思います。ブラシレスモーターを考えてみましょう。巻線に電流が流れると、中立面に落ち着きます。この時点で、トルクはゼロです（摩擦を無視）。次に、手でゆっくりと回転を開始し、トルク対位置をグラフ化します。そのグラフの最大値は、「最適な低速」転流点です。数学モデルを使用して、そのグラフの非常に近い近似を導き出すことができます。私はこれをタイミングを進めるとは呼びません。位相と極の数に応じて、中立面から一定の角度になります。位置エンコーダーとホール効果センサーのない閉ループブラシレスシステムでは、通常、巻線に電流を流して中立面の位置を検出するシーケンスを実行します。

動的な状況では、固定磁石に対して同じ位相を保つために、制御下で磁場を回転させ続けたいと思います。インダクタンスおよび磁気飽和などのさまざまな非線形効果のため温度の場合、制御タイミングは速度の関数として変化して、フィールド間で同じ位相を維持しようとする必要があります。基本的に、コマンドが与えられてから実際にフィールドが変更されるまでに遅延があるため、コマンドはそれを補うために「上級」に早く与えられます。ブラシ付きモーターでは、固定位相進みを1つしか持つことができないため、異なる速度で動作する場合は、何らかの妥協が必要です。また、ブラシ付きモーターには、ブラシのサイズやコントロールのオン/オフなど、静的な妥協点があります。状況によっては、この遅延はとにかく無視できます。

逆起電力ゼロ交差を検出して転流点を見つけるセンサーレスBLDCドライバーは、そのようなモーターの例ですか？

逆起電力のゼロクロッシングでは不十分だと思います。これらは、上記の「静的な」配置のみを反映しています。そのため、制御を最適化する前に、モーターパラメータも知る必要があります（たとえば、フィールド指向制御のようなものを使用）

ニュートラルポイントは、ブラシセットポイントが名目上配置される場所であることは正しいです。ローターが回転している間は、ローターの動きにより電機子巻線の次のセットが通電されるため、フィールドは効果的に（多く）動きません。したがって、「C」のフィールド画像は、さまざまなアーマチュア巻線が移動するにつれて「うねる」だけです。

最大トルクを生成するには、電機子磁束と界磁磁束を適切に調整し、「完全な強度」にする必要があります。（そのトルクを無視すると、実際には電流と磁束の相互作用です...）

巻線の抵抗とインダクタンスにより、電機子巻線で電流が増加する時定数があることに注意してください。これにより、電機子磁束/電流に遅延が生じます。この遅延が補償されない場合、最適なトルク生成は達成されません。転流角を進めることは、これに対処する1つの方法です。

「正しい」進角は、回転子の速度、電機子回路の時定数、および電機子極の数に依存します。アーマチュアの時定数は固定時間であるため、より高速のローター速度を得るには、進角を大きくする必要があります。

中立面は速度に依存せず、電流のみに依存します。固定子の磁場（上の写真では水平）と電機子の磁場（上の写真では垂直）は、各磁場をベクトルと考えない限り、実際には「加算」されません。その場合、2つの磁場が互いに対して変化するにつれて中立面が動き回ることがわかるはずです（たとえば、固定子磁場が同じままで電機子磁場が増減する場合、中立面は移動します）。このため、中立面が速度ではなく電流に依存する理由がわかります。固定子および/または電機子（負荷に依存する）を流れる電流によって磁場の強さが決まり、磁場の強さが中立面の位置を決定します。

ブラシをシフトして、中立面に揃えることができます。しかし、中立面の位置は負荷に依存するという事実を考えると、ほとんどのアプリケーションには単一の負荷点がないため、ブラシをシフトする理想的な（「適切に位置合わせされた」）位置がない場合があります。これは、アプリケーションで両方向の回転が必要な場合にも留意することが重要です。私の経験では、ほとんどのモーター設計者は過去の経験と実験を組み合わせて、特定の用途に適したブラシの位置合わせを決定しています。