How Does a Brushless DC Gear Motor Reduce Noise in Industrial Applications?

食品梱包ホールを 1.2 m/s で移動する 650 kg の無人搬送車 (AGV) は、独自のブラシ付き DC ギア モーターにより 73 dBA の駆動ノイズを放射しました。同じ車両に48Vを再装着した後 ブラシレスDCギアモーター 精密遊星ステージを使用すると、同じ速度と距離で測定レベルは 61 dBA に低下しました。この 12 dB の差はマーケティング上の数字ではありません。これは、ブラシと整流子の接触を取り除き、ギアの噛み合いの精度を高め、機械フレームへの振動経路を短縮することによって実現されます。

この記事では、ブラシレス DC ギア モーターが産業用アプリケーションでどのようにノイズを低減するのか、実際にどこまで低減できるのか、どのコンポーネントの決定が最終的な数値を決定するのかについて説明します。簡単に言うと、モーターが主要な高周波源を除去し、ギアボックスが残りの振動のどれだけが聞こえるようになるかを決定します。この 2 つの間の相互作用により、モーター交換だけでは最大限のメリットが得られることはほとんどありません。

ブラシの摩擦をなくすことで最高周波数のノイズ源を除去

DC モーターをブラシ付き整流からブラシレス整流に切り替えると、他の変更が行われる前に最も大きな騒音源が消えます。

ブラシ付き DC モーターでは、カーボン ブラシが整流子セグメントに対してスライドします。セグメントが遷移するたびに電流が中断されて再開され、マイクロアークと機械的接触ノイズが発生します。その結果、人間の聴覚が最も敏感な帯域である 3 kHz ～ 8 kHz の間で広帯域ノイズが最も強くなります。そのため、全体的なデシベル測定値が中程度であっても、ブラシ付きモーターの音が耳障りになります。ブラシレス DC ギア モーターは、機械的整流子をホール センサーでトリガーされる電子整流に置き換えます。ブラシをスライドさせたり、ヒスノイズを発生させたり、定期的に接触が途切れたりすることはありません。

3000 r/min での一般的な無負荷騒音レベル測定では、60 W ブラシ付き DC ギアモーターは 62 ～ 68dBA の範囲にありますが、同じギアボックスと取り付けを備えた同等のブラシレス ユニットは約 55 ～ 60dBA になります。減少は高周波数帯域に集中するため、実際の数値が示すよりも大きな変化が知覚されます。同じブラシレスアーキテクチャにより、 家電製品の動作音 産業用フレームに直接スケールします。

ギアの精度により、ブラシノイズが除去された後のノイズフロアが設定されます

ブラシのノイズがなくなると、ギアボックスがノイズフロアとなり、そのフロアがどの程度低いかはギアの精度によって決まります。

ギヤ鳴きは、歯形の偏差、ピッチ誤差、弾性たわみによって引き起こされる、ギヤペアの理想的な噛み合い動作と負荷の下で伝達される実際の動作との差として定義される伝達誤差によって発生します。ブラシ付きギアモーターでは、2 kHz 未満のこの音ノイズは通常、ブラシ ノイズによってマスクされます。ブラシレスモーターに切り替えると、マスキングが消えて、ギアの噛み合い周波数が支配的な可聴信号となり、通常は 500 Hz ～ 2 kHz で、音のようなものになり、速度や歯数と強く相関します。

したがって、正しい順序は、最初にモーターブラシを取り外し、次にトランスミッションエラーを減らすことです。はすば歯車は、荷重伝達が緩やかであるため、平歯車よりも低いピーク励磁を生成します。歯面を焼き入れ研磨した高精度の遊星ギアボックスは、ホブ歯車よりも伝達誤差を削減します。バックラッシュは軽い予圧で制御する必要があります。バックラッシュがゼロの場合は衝撃が除去されますが、過剰な予圧は摩擦ノイズと熱を増加させます。ここで提供されているブラシレス DC ギア モーター シリーズなど、モーターとギアボックスを 1 つのハウジングに統合しているメーカーは、ソースでのアセンブリのばらつきを削減します。

遊星ステージ付き高性能ブラシレス DC ギアモーター この製品ラインは、静かな動作のために設計された 24V ～ 230V のブラシレス ギア モーターをカバーしています。このコンテキストでは、高精度遊星ギアボックスと組み合わせると 12 dB の騒音が低減されることが強調されており、このページは適切な組み合わせを選択するために不可欠です。 製品を見る→

静音モーターが負荷時にも静粛性を維持できるかどうかは、取り付けと共振によって決まります

低騒音モーターの静粛性は、モーターがボルトで固定されている構造によって決まります。

適切に整流されたブラシレス モーターでも、小さなトルク リップルとコギング高調波が生成されます。取り付けブラケットの固有振動数がこれらの高調波に近い場合、フレームによってそれらの高調波が増幅されて放射ノイズになります。取り付け面の剛性、モーターと被駆動シャフト間の位置合わせ、カップリングの剛性という 3 つの取り付け変数が最も重要です。精密加工されたレジスターを備えた剛性フランジ マウントは、ベルト張力下での準拠フット マウントと比較して、振動伝達を 6 ～ 10 dB 低減します。軸のずれが 0.1 mm あると、ギヤの噛み合い音が 3 ～ 5 dB 増加する可能性があります。

AGV や物流ドライブでは、統合されたフォーム ファクターが役に立ちます。サーボグレードのフランジに遊星ステージを備えた 24 V ブラシレス ギア モーターは、振動経路を短く保ち、共振ピークをより高い周波数に押し上げます。この構成は、低い可聴ノイズと高い過負荷マージン（通常、24 V 入力で 1 ～ 3 Nm の連続トルク）を兼ね備え、衝撃荷重をフレームに伝達する代わりに遊星ステージが吸収するため、AGV の歩行およびリフティング ドライブに一般的な選択です。

AGV およびオートメーション用途向けの 24V ブラシレス ギア モーター このコンパクトな 24V モーターは、定格トルク 0.08 Nm で 3000 rpm で 25 ～ 400W を供給します。ブラシレス設計と遊星ステージは振動と騒音を低減し、低騒音と高い過負荷マージンが重要な AGV 歩行ドライブに最適です。 製品を見る→

測定されたノイズ低減: ドライブ構成の比較方法

実際の最小の削減はモーター交換のみによるものです。最大の効果は、モーターとギアステージを一緒にアップグレードすることによって実現します。

以下のグラフは、外部負荷なし、モーター シャフトで 3000 r/min、モーター フレームから 1 m の位置で測定された代表的な A 特性音圧レベルを示しています。これらの値は、モーターテストレポートで通常見られる広がりを表します。最終的な数値は、取り付けと負荷に応じて 2 ～ 4 dBA 変化します。

アプリケーションに合わせて低ノイズ ブラシレス DC ギア モーターを指定する方法

1 m での騒音目標を dBA で設定し、その数値から逆算してモーターの電気設計、ギアのタイプ、取り付け形状を決定します。

1. 断続的なピークを含む動作速度とトルクを固定します。通常、ノイズは最大速度ではなく、共振点で最悪になります。
2. 適切な電子整流を備えたブラシレス モーターを選択してください。無負荷時だけでなく、動作点における 1 m での dBA 測定をメーカーに依頼してください。
3. ギア段を選択します。 60 dBA 未満のトーンノイズには、高精度のプラネタリまたはヘリカル プラネタリが必要です。平歯車は、目標が 62 dBA を超える場合にのみ機能します。
4. 取り付けエンベロープを確認してください。薄い板金ブラケットよりも、機械加工されたレジスタを備えたフランジ付きフェイス マウントを推奨します。
5. フレームはベンチテストと比較して常に数デシベル増加するため、試作して実機で測定します。

電圧の選択は制御の互換性と直接関係します。低電圧 24 V および 48 V ブラシレス ギア モーターは AGV およびモバイル機器の標準であり、220 ～ 230 V の高電圧ブラシレス ギア モーターは直接 AC バス電源を備えた固定産業機械に適しています。 Zhejiang Saiya Intelligent Manufacturing Co., Ltd. では、両方の電圧ファミリーが統合された遊星ステージを備えたコンパクトなフレームに組み込まれています。

固定産業機械用220V-230Vブラシレスギアモーター 標準的な産業用 AC 電源で動作するこのモーターは、最大 1.5 Nm のトルクで 3000 rpm で 10 ～ 400 W を供給します。信頼性の高いモーション制御を必要とする固定機器に適しており、遊星ステージを統合したコンパクトなフレームにより可聴ノイズの低減に役立ちます。 製品を見る→

ブラシレスDCギアモーターの騒音に関するよくある質問

以下の 4 つの回答は、ノイズ低減に関するあらゆる議論で最初に現れる質問をカバーしています。

ブラシレス DC ギア モーターは、ブラシ付き DC モーターに比べてどれくらい静かですか?

同じ速度と負荷の完全なギアモーターでは、その差は通常 8 ～ 12 dBA であり、オペレーターが最も不快に感じる 3 ～ 8 kHz 帯域に集中しています。正確な値はギア段と取り付け構造によって異なります。

ギアボックスまたはモーターが主な騒音源ですか?

ブラシ付きギアモーターでは、通常、ブラシと整流子の接触が 3 kHz 以上で支配的になります。ブラシレスギアモーターでは、ギアの噛み合いが主な発生源となり、通常は 0.5 ～ 2 kHz になります。したがって、ギアボックスをアップグレードすることが、ブラシレス設計の騒音の利点を最大限に活用する唯一の方法です。

コントローラーは騒音レベルに影響しますか?

はい、かなりです。台形整流エントリ コントローラーは、正弦整流またはフィールド指向コントローラーよりも多くのトルク リップルと高い音ノイズを生成します。スイッチング周波数もモーターのインダクタンスに一致させる必要があります。コントローラが一致していないと、10 ～ 20 kHz 帯域でノイズが発生します。

ブラシレス DC ギア モーターを既存の機器に後付けできますか?

電圧、コントローラーインターフェイス、フランジ寸法、ギア比が一致していれば、通常は「はい」です。 AGV やコンベア ドライブを改造するのは一般的な方法です。ブラシレス モーターは通常、同じトルクの同等のブラシ付きモーターよりも短いため、エンベロープの競合はほとんどありません。