Skip to content
RFrftools.io
Motor

BLDC-Wickelrechner

Berechnen Sie die Wicklungsparameter des BLDC-Motors: Windungen pro Spule, Drahtstärke, Füllfaktor, Wicklungsfaktor und Phasenwiderstand. Visuelles Windungsschema-Diagramm für Delta- und Wye-Konfigurationen.

Loading calculator...

Formel

N=1Kv,rad⋅p⋅Φ⋅Kw1⋅Cconn,Kv,Δ=Kv,Y×3N = \frac{1}{K_{v,rad} \cdot p \cdot \Phi \cdot K_{w1} \cdot C_{conn}}, \quad K_{v,\Delta} = K_{v,Y} \times \sqrt{3}

Referenz: Hanselman, D. — Brushless Permanent Magnet Motor Design, 2nd ed.

N— Turns per coil (series per phase) (turns)
K_v,rad— Motor velocity constant (rad/s/V)
p— Pole pairs
Φ— Flux per pole (Wb)
K_w1— Fundamental winding factor
C— Connection factor (1 for wye, √3 for delta)

Wie es funktioniert

Dieser Rechner bestimmt BLDC-Wicklungsparameter wie Windungen pro Phase, Drahtstärke, Füllfaktor und Wicklungsfaktor anhand der Motorgeometrie und des Soll-KV-Werts. Motorenhersteller, die Außenläufer für Drohnen, ferngesteuerte Flugzeuge und industrielle Antriebe umwickeln, nutzen ihn, um den Kompromiss zwischen Kv (Geschwindigkeit) und Drehmomentkonstante zu optimieren.

Der Wicklungsfaktor $K_ {w1} $ quantifiziert, wie effektiv die Statorwicklung den Rotorfluss verbindet. Laut Hanselmans 'Brushless Permanent Magnet Motor Design' (2006) gilt Kw1=Kd timesKpK_ {w1} = K_d\ times K_p, wobei der Verteilungsfaktor $k_D =\ sin (q\ alpha/2)/(q\ sin (\ alpha/2)) $ und der Steigungsfaktor $k_P =\ cos (\ beta/2) $ sind. Bei konzentrierten Wicklungen (Einzelzahn, q=1q=1) ist kD=1k_D = 1 und der Steigungsfaktor dominiert. Die Konfiguration mit 12 Steckplätzen und 14 Polen (12N14P) erreicht Kw1 ca0,933K_ {w1}\ ca 0,933 und ist damit die beliebteste Motortopologie für Drohnen.

Die Gegen-EMF-Konstante bezieht sich direkt auf Wicklungswindungen: $k_E = 2\ cdot N_t\ cdot K_ {w1}\ cdot\ phi_P/\ sqrt {3} $ für Wye-Verbindung, wobei  phiP\ phi_P der Fluss pro Pol und NtN_t Windungen pro Phase ist. Kv skaliert umgekehrt mit Windungen: Halbieren der Windungen verdoppelt Kv. Die Dreieckschaltung ergibt $K_v^ {\ Delta} =\ sqrt {3}\ times K_v^ {Y} $ für dieselbe Spulenanzahl, da die Netzspannung der Phasenspannung in Wye entspricht, aber $\ sqrt {3} $ mal der Phasenspannung in Delta entspricht.

Der Füllfaktor $K_ {fill} $ gibt an, wie viel der verfügbaren Schlitzfläche mit Kupfer belegt ist. Motoren mit Handaufzug erreichen einen Wirkungsgrad von 35-45%, Motoren mit Maschinenaufzug einen Wirkungsgrad von 50-65%. Ein höherer Füllfaktor bedeutet einen geringeren Widerstand und einen besseren Wirkungsgrad, erfordert jedoch eine sorgfältige Kabelführung. Die Nutfläche $A_ {slot} $ und der Drahtquerschnitt $A_ {wire} $ ergeben $K_ {fill} = n_T\ cdot A_ {wire}/A_ {slot} $.

Bearbeitetes Beispiel

Rückspulen eines Drohnenmotors der Größe 2212 von 920 Kv auf 500 Kv für ein Schwerlast-Quad. Original: 12N14P, Delta, 7 Umdrehungen pro Zahn, 0,4 mm Draht.

Schritt 1 — Ermitteln Sie das erforderliche Umdrehungsverhältnis: Verhältnis KVK_V = 920/500 = 1,84 Neue Umdrehungen pro Zahn = 7 x 1,84 = 12,9, auf 13 Umdrehungen runden Tatsächliches neues KVK_V = 920 x (7/13) = 495 Kv

Schritt 2 — Maximale Drahtstärke berechnen: Nutfläche (2212 Stator): ca. 4,2 mm2^2 Zielfüllfaktor: 40% (handgewickelt) Verfügbare Kupferfläche = 4,2 x 0,40 = 1,68 mm2^2 Drahtfläche pro Windung = 1,68/13 = 0,129 mm2^2 Drahtdurchmesser = $\ sqrt {4\ times 0,129/\ pi} $ = 0,406 mm -> verwenden Sie 0,35 mm (AWG 27) Tatsächliche Drahtfläche = 0,0962 mm2^2, Füllfaktor = 13 x 0,0962/4,2 = 29,8%

Schritt 3 — Überprüfen Sie die aktuelle Kapazität: AWG 27 bei 6 A/mm2^2 konservative Nennleistung: 0,0962 x 6 = 0,58 A pro Kabel Bei 500 kV auf 4 S (14,8 V): maximaler Strom von ~ 15 A Burst, ~5 A Hover Phasenstrom im Delta = Netzstrom/$\ sqrt {3} $ = 5/1,73 = 2,89 A Stromdichte = 2,89/0,0962 = 30 A/mm2^2 — nur für kurze Bursts akzeptabel

Schritt 4 — Überprüfen Sie den Wickelfaktor: 12N14P: $K_ {w1} $ = 0,933 (unverändert beim Zurückspulen) Effektiver Anstieg um kEk_E = (13/7) x 1,0 = 1,857x -> bestätigt das Ziel von ~500 kV

Ergebnis: Bei 13 Windungen eines AWG-27-Drahts im Delta-Bereich werden ~495 kV bei einem Füllfaktor von 29,8% erreicht. Der Dauerstrom sollte aus Gründen der thermischen Sicherheit unter 3 A pro Phase (18 A/mm2^2) bleiben.

Praktische Tipps

  • ✓Halten Sie den Füllfaktor beim Aufwickeln von Hand unter 45% — bei Überschreitung dieses Werts entstehen Drahtkreuzungen, die zu heißen Stellen und Isolationsschäden führen. Bei richtiger Schichtung kann es beim Maschinenwickeln zu bis zu 60% kommen
  • ✓Verwenden Sie gemäß den Richtlinien von Hanselman eine Stromdichte von 5-8 A/mm^2 für Dauerbetrieb und bis zu 30 A/mm^2 für kurze Bursts (<10 Sekunden). Bei Überschreitung dieser Grenzwerte kommt es zu einem raschen Temperaturabfall
  • ✓Bevorzugen Sie 12N14P für ein gleichmäßiges Drehmoment (niedriges Rastverhalten, kW1=0,933) und 9N12P für Hochgeschwindigkeitsanwendungen, bei denen eine niedrigere Polzahl die Eisenverluste auf Kosten einer etwas höheren Drehmomentwelligkeit reduziert

Häufige Fehler

  • ✗Eine Spule in die falsche Richtung wickeln: Jeder Zahn muss je nach Wicklungsmuster die magnetische Polarität wechseln (z. B. AABBBCCAAABBBCC für 12N14P) — eine einzelne umgekehrte Spule verursacht Vibration, reduziertes Drehmoment und mögliche ESC-Desynchronisierung
  • ✗Überschreitung des Schlitzfüllfaktors durch Verwendung von überdimensioniertem Draht: Wenn dicker Draht in einen vollen Schlitz gedrückt wird, wird die Emailisolierung beschädigt, was zu Kurzschlüssen zwischen den Windungen führt, die sich als verringerter Widerstand und unregelmäßiges Motorverhalten unter Last bemerkbar machen
  • ✗Ignoriert den Unterschied zwischen Delta und Wye Kv: Die Delta-Verbindung erzeugt sqrt (3) = 1,73x mehr Kv als Wye mit identischen Spulen — Umspuler, die ohne zusätzliche Windungen von Delta auf Wye umschalten, erhalten einen Motor, der 42% langsamer ist als vorgesehen

Häufig gestellte Fragen

Die gängigsten Kombinationen sind 12N14P (Drohnen, Gimbals) und 9N12P (Hochgeschwindigkeitswerkzeuge). Laut Hanselman gilt die Hauptregel, dass Nuten und Pole keinen gemeinsamen Faktor haben dürfen, der der Polzahl entspricht — das verhindert ein Rastern. 12N14P hat einen Wicklungsfaktor von 0,933 und ein sehr niedriges Rastmoment, weshalb es die Standardeinstellung für Mehrrotormotoren ist. Bei höheren Drehzahlen über 20.000 U/min reduzieren weniger Pole (z. B. 6N8P) die Eisenverluste.
Die Wye- (Stern-) Verbindung hat für dieselbe Spule eine sqrt (3) -mal höhere Gegen-EMK pro Phase als eine Delta-Verbindung, was bedeutet, dass Wye ein niedrigeres Kv und ein höheres Drehmoment pro Ampere liefert. Der Deltastrom ist 1,73-mal höher (höhere Drehzahl), verbraucht aber bei gleichem Drehmoment den sqrt (3) -fachen Phasenstrom. Die meisten Drohnen-ESCs gehen von einer Augenverbindung aus. Verwenden Sie Delta, wenn Sie ein höheres Kv benötigen, ohne die Windungen zu reduzieren, oder Wye, wenn Sie eine maximale Drehmomenteffizienz wünschen.
Der Wicklungsfaktor Kw1 ist das Produkt aus Verteilungsfaktor und Steigungsfaktor, typischerweise 0,85-0,95 für BLDC-Motoren. Er stellt den Bruchteil des Gesamtflusses dar, der die Wicklung tatsächlich verbindet. Ein kW1-Wert von 0,933 bedeutet, dass 6,7% des potenziellen Drehmoments aufgrund der Wicklungsgeometrie verloren gehen. Ein höherer kW1-Wert erhöht direkt die Drehmomentkonstante und den Wirkungsgrad. Konzentrierte Wicklungen (eine Spule pro Zahn) vereinfachen die Herstellung, können aber je nach Spalt/Polverhältnis einen niedrigeren kW1-Wert haben als verteilte Wicklungen.

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

NEMA 17 Stepper Motor

NEMA 17 bipolar stepper motors for precision motion control

Amazon →

Stepper Motor Driver (A4988)

A4988 stepper driver modules for microstepping control

Amazon →

DC Motor with Encoder

12 V DC motors with encoders for closed-loop drive applications

Amazon →

Verwandte Taschenrechner

Motor

BLDC-Motor

BLDC-Motorrechner: Geben Sie die kV-Nennleistung und die Spannung ein, um die Leerlaufdrehzahl, das Stillstandsmoment, den maximalen Wirkungsgrad und den Propellerschub zu erhalten. Unterstützt Berechnungen von Drohnen-, RC- und Industriewindungen.

Motor

BLDC-Effizienz

Analysieren Sie die Effizienz des BLDC-Motors an jedem Betriebspunkt. Baut Kupfer, Eisen und mechanische Verluste ab. Findet den optimalen Strom und die optimale Drehzahl für Spitzeneffizienz.

Motor

BLDC Thermal

Berechnen Sie die Wicklungstemperatur des BLDC-Motors, die thermische Marge, den verringerten Strom und die Zeit bis zur thermischen Grenze. Unterstützt die Isolationsklassen B, F und H.

Motor

Wicklungswiderstand

Berechnen Sie den Widerstand der Motorwicklung bei Betriebstemperatur mit dem Kupfer-Temperaturkoeffizienten des Widerstands.