Calculadora de bobinado BLDC

Esta calculadora determina los parámetros de bobinado del BLDC, incluidos los giros por fase, calibre del cable, el factor de llenado y el factor de bobinado a partir de la geometría del motor y el Kv objetivo. Los fabricantes de motores de rebobinado para drones, aviones teledirigidos y propulsores industriales la utilizan para optimizar el equilibrio entre Kv (velocidad) y la constante de par.

El factor de bobinado $K_{w1}$ cuantifica la eficacia con la que el bobinado del estator vincula el flujo del rotor. Según el libro «Diseño de motores de imanes permanentes sin escobillas» de Hanselman (2006), $K_{w1} = K_d \times K_p$, utiliza el factor de distribución $K_d = \sin(q\alpha/2) / (q \sin(\alpha/2))$ y el factor de tono $K_p = \cos(\beta/2)$. Esa forma supone un $q$ entero. Un bobinado concentrado (una bobina por diente) tiene un $q = S/(3P) = z/n$ fraccionario, como fracción irreducible, con $S$ ranuras y $P$ polos, y el método de la estrella de ranuras da $K_d = \sin(\pi/6) / (z \sin(\pi/(6z)))$ (Bianchi y Dai Pré, 2006): para 12N14P, $q = 2/7$ y $K_d = 0.966$. La configuración de 12 ranuras/14 polos (12N14P) es la solución $K_{w1} \approx 0.933$, lo que la convierte en la topología de motores de drones más popular.

La constante de fuerza contraelectromotriz depende directamente del número de espiras: $K_e = \sqrt{3} \cdot N_t \cdot p \cdot K_{w1} \cdot \Phi_p$ para la conexión en estrella, donde $\Phi_p$ es el flujo por polo, $p$ el número de pares de polos y $N_t$ las espiras por fase; $K_e$ se expresa entre líneas, y en triángulo el $\sqrt{3}$ pasa a ser 1. El Kv es inversamente proporcional a las espiras: al reducirlas a la mitad, el Kv se duplica. La conexión en triángulo da $K_v^{\Delta} = \sqrt{3} \times K_v^{Y}$ con el mismo número de bobinas porque la tensión de línea es $\sqrt{3}$ veces la tensión de fase en estrella, pero igual a la tensión de fase en triángulo.

El factor de llenado $K_{fill}$ mide qué parte del área disponible de la ranura está ocupada por cobre. Los motores bobinados a mano alcanzan el 35-45%, los bobinados a máquina alcanzan el 50-65%. Un factor de llenado más alto significa una menor resistencia y una mayor eficiencia, pero requiere un tendido cuidadoso de los cables. Cada ranura aloja dos lados de bobina, uno de la bobina de cada diente contiguo (Pyrhönen, Jokinen y Hrabovcová, 2008, sección 2.9), de modo que el área de ranura $A_{slot}$, la sección transversal del cable $A_{wire}$ y $N_c$ vueltas por bobina dan como resultado $K_{fill} = 2 N_c \cdot A_{wire} / A_{slot}$. La calculadora estima la ranura a partir del diámetro interior, como en un motor inrunner, con $0.55\pi d/S$ de ancho por $0.2d$ de profundidad; la ranura de un motor outrunner es más pequeña, así que su factor de llenado real es mayor que el mostrado.