モーター制御システムは、民生用家電から産業オートメーション、電気自動車に至るまで、あらゆるシステムの機能の中核を担っています。これらのシステムでは、モーターコントローラとモータードライバという2つのコアコンポーネントがしばしば話題になります。これらの名称はしばしば互換的に使用されますが、それぞれ異なる機能を持ち、コスト、複雑さ、有用性、適用範囲の点で大きく異なります。
モータードライバとは？
モーターとマイクロコントローラは、モータードライバと呼ばれる電気デバイスを介して接続されます。モータードライバの主な役割は、マイクロコントローラからの低電力制御信号を増幅し、必要な電圧と電流でモーターを駆動することです。制御システムが必要な電力をモーターに直接供給できない場合、モータードライバは不可欠です。Arshon Technology
モータードライバの主な機能
- PWM信号を増幅してモーター電圧を制御
- モーターの電流需要に対応
- 正転/逆転制御と速度変調を可能にする
一般的なモータードライバには、L298N、DRV8833、TB6612FNGなどがあります。
一般的なモータードライバの種類
- Hブリッジドライバ：DCモーターの方向制御に使用します。
- ハーフブリッジドライバ：単方向制御が必要なアプリケーションに適しています。
- フルブリッジドライバ：モーターの双方向制御を可能にします。コアエレクトロニクス
- 三相ドライバ：ブラシレスDC（BLDC）モーターおよびステッピングモーターの制御用に設計されています。
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モーターコントローラーとは？
一方、モーターコントローラーはより高度なデバイスです。モーターを駆動するだけでなく、モーターの動作も管理します。コントローラーは、速度制御、トルク制御、加速プロファイル、ブレーキ制御などを行うことができます。また、モーターの動作をリアルタイムで監視・調整するために、エンコーダーやホールセンサーなどのフィードバックシステムを組み込むこともよくあります。
高度なコントローラーには、以下の機能も含まれる場合があります。
- デジタル信号プロセッサ（DSP）
- 閉ループ制御アルゴリズム（PID、FOC）
- 通信インターフェース（CAN、UART、Modbus）
- 安全機能および診断機能
例としては、VESC（BLDCモーター用）、Siemens Sinamicsドライブ、InfineonのTLE987xシリーズなどが挙げられます。
一般的なモーターコントローラーの種類
- オープンループモーターコントローラー
- クローズドループモーターコントローラー（サーボコントローラー）
- プログラマブルモーターコントローラー
- ベクトル制御（FOC）モーターコントローラー
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モータードライバとモーターコントローラの比較概要
モータードライバーを選択するタイミング
アプリケーションが次の場合にモーター ドライバーを使用します。
- モーターのオン/オフ、方向転換、速度制御といった基本的な制御は、シンプルなPWM制御で行います。
- ロジックと判断処理は、外部マイクロコントローラーまたはPLCで行います。
- エンコーダやセンサーからのフィードバックが不要なオープンループシステムを採用しています。
- ソフトウェアを最小限に抑えた、費用対効果の高い軽量なソリューションが必要です。
次のような基本システムに適用されます:
- ファン、ポンプ、小型家電
- おもちゃの車や趣味のプロジェクト
- エントリーレベルの3Dプリンター
🛠 例：Arduino と組み合わせて使用する H ブリッジドライバで、PWM 制御によって DC モーターを可変速度で正転/逆転させることができます。
モーターコントローラを選ぶべきタイミング
アプリケーションが次の場合にモーター コントローラを使用します。
- 高精度な速度、トルク、位置制御など、高度なモーション制御が求められます。
- 閉ループフィードバック（例：エンコーダ、レゾルバ、ホール効果センサー）が必要です。
- 複数のモーターまたは軸を統合し、同期が必要です。
- 台形運動やPIDチューニングなどのプロファイルをプログラムできる必要があります。
次のような高度なシステムで使用されます:
- CNCマシン
- 自律ロボット
- 産業オートメーション
- 電気自動車
🛠 例：ロボットアーム用フィールド指向制御（FOC）ブラシレスコントローラ。関節間のトルクとスムーズな動きを管理します。
概要表
| 基準 | モータードライバー | モーターコントローラー |
| ロジック処理 | 外部MCUが処理 | ロジックと意思決定を内蔵 |
| フィードバックシステム | ほとんど使用されない | センサー／エンコーダーと頻繁に使用される |
| コスト | 低い | 高い |
| ソフトウェア／プログラミング | 不要または最小限 | 通常必要 |
| 適合用途 | シンプルなタスク | 複雑でフィードバック駆動のタスク |
| 例 | DCファン、ポンプ、ホビーモーター | サーボシステム、CNC、ロボット工学、EV |
ケーススタディ：BLDCモーター制御
ブラシレスDC（BLDC）モーターの制御を考えてみましょう。
- モータードライバーを使用する場合：位相シフトPWM信号を生成するにはマイクロコントローラーが必要です。また、センサー入力に基づく整流も手動で処理する必要があります。
- モーターコントローラーを使用する場合：VESCのようなコントローラーは、三相整流、トルク制御、安全制限をすべて処理し、さまざまなモード（センサーレス、FOC、ホールセンサー）をサポートします。
モーターコントローラーは統合を簡素化し、パフォーマンスを向上させることは明らかです。
パフォーマンス指標の比較
| 指標 | モータードライバー | モーターコントローラー |
| 電圧範囲 | 一般的に 5V–48V | 5V–600V 以上 |
| 電流容量 | 最大 10A | 最大 100A 以上 |
| 精度 | 低い | 高い（フィードバックあり） |
| 効率 | 中程度 | 高い（アルゴリズムによる） |
| 設定時間 | 迅速 | 設定が必要 |
開発とデバッグに関する考慮事項
製品やプロトタイプを開発する場合、モーター制御の設定をチューニングする能力は非常に重要です。
- ドライバーは、迅速な反復処理や、動作のカスタマイズが最小限で済む場合に最適です。
- コントローラーは、シリアル出力、PCベースのGUI、ログなどのデバッグツールを提供します。
例えば、VESCツールのような高度なコントローラーを使用すれば、電流、回転数、温度を記録し、リアルタイムで設定を調整できます。
人気コンポーネント（サンプル価格付き）
| 名称 | 種類 | おおよその価格 (USD) | 電圧 | 電流 |
| L298N | ドライバー | $2–$5 | 5–46V | 2A |
| DRV8833 | ドライバー | $3–$7 | 2.7–10.8V | 1.5A |
| VESC | コントローラー | $60–$150 | 最大 60V | 50A+ |
| MC33035 | コントローラー | $10–$30 | 最大 36V | 10A |
業界動向
モーターコントローラとドライバの境界はますます曖昧になっています。TIのDRV8353やSTSPIN32F0といった最新の統合チップは、FETドライバ、制御ロジック、保護機能を1つのパッケージに統合しています。
新たなトレンドとして、以下が挙げられます。
- AIベースの予測制御
- センサーレスFOCアルゴリズム
- BMS、MCU、制御機能を備えたオールインワンチップ
結論
モータードライバとモーターコントローラのどちらを選択するかは、最終的にはアプリケーションの複雑さ、制御ニーズ、そして予算によって決まります。
- 精度を必要としないシンプルなシステムを構築する場合は、モータードライバーを使用してください。
- 高い信頼性、精度、パフォーマンスが求められるシステムの場合は、モーターコントローラーを使用してください。
違いを理解することは、技術的な問題にとどまらず、製品の拡張性、パフォーマンス、そして長期にわたる信頼性の維持にも影響します。よりスマートで統合されたモーター制御ソリューションへのトレンドが進む中、どちらを選択するべきか、そしてその理由を理解することで、設計に明確な優位性をもたらすことができます。