BLDC モーター性能計算ツール
BLDCモーター計算機：Kv定格と電圧を入力して、無負荷時RPM、ストールトルク、最大効率点、プロペラ推力を求めます。ドローン、RC、産業用巻線の計算をサポートします。
公式
参考: Brandt & Selig, Propeller Performance Data at Low Reynolds Numbers, AIAA 2011-1255; UIUC Propeller Data Site
仕組み
この計算機は、ポール数、電圧、および速度のパラメーターから、BLDCモーターの電気周波数、トルク定数、および出力を決定します。ドローンのエンジニア、EV 設計者、産業オートメーションの専門家は、これを使ってモーターと電子スピードコントローラーのマッチングを行います。ブラシ付き DC モーターの 70 ～ 85% に対し、BLDC モーターは 85～ 95% の効率を達成します。そのため、バッテリー寿命と熱管理には正確なパラメーター計算が不可欠です。
クリシュナンの「永久磁石同期式およびブラシレス DCモータードライブ」（2010年）によると、電気周波数の関係は f_elec = （極/2）×（RPM/60）です。10,000 RPM の 14 極モーターは 1167 Hz の電気周波数で動作するため、ESC は 1 秒あたり 7000 回整流する必要があります。トルク定数 Kt は、IEC 60034-18 に準拠した SI 単位 (N·m/A = V·s/rad) における逆起電力定数 Ke と等しくなります。
BLDC モーターは、高い電力密度を必要とする用途で主流です。最近のドローンモーターは、ブラシ付きモーターの 1-2 W/g に対して、5 ～ 8 W/g の比出力を実現します。DOEプレミアム効率基準によると、IE4クラスのBLDCモーターは定格負荷時の効率が 94% を超えています。12 スロット/14 極構成では、最小限のコギングトルク (± 2% トルクリップル) で最適なトルク密度が得られ、9 スロット/8 極構成では鉄損が少なく高速用途に適しています。
計算例
500W電動自転車ハブモーターの設計検証：48Vバッテリー、28極（14極ペア）、目標250 RPMのホイール速度、1.9 N·m の連続トルク要件。
ステップ1 — 電気周波数の計算: f_elec = (28/2) × (250/60) = 14 × 4.17 = 58.3 Hz これは標準的な BLDC コントローラーの能力 (最大 1000 Hz) の範囲内です。
ステップ 2 — 必要な Ke (逆起電力定数) の決定: モーターあたりの方程式:Ke = V_peak / (RPM × π/30)) 48V、ヘッドルームが 10% の場合:Ke = 43.2/(250 × 0.1047) = 1.65 V/ (ラジアン/秒) 変換:Ke = 1.65 V·s/rad = 1.65 N·m/A = Kt
ステップ 3 — 必要な相電流の計算: I_phase = トルク/Kt = 1.9/1.65 = 相当たり 1.15 A RMS ライン電流 (三相): 1.15 × √(2/3) = 0.94 A 実効値
ステップ 4 — 効率の検証: 90% の モータ効率 と仮定して: P_elec = 500 / 0.90 = 556 W I_total = 556 / 48 = 11.6 A (バッテリーから) 銅損失: I²R = 1.15² × 0.5Ω × 3 位相 = 2.0 W (入力の 0.4%)
結果:このモーターは Ke ≥ 1.65 V/ (ラジアン/秒) を必要とし、11.6 A のバッテリ電流を処理します。90% の効率では 56 W が熱になります。温度の上昇を 84°C に制限するには、1.5 °C/W の熱抵抗に合わせてハブのサイズを設定します。
実践的なヒント
- ✓クリシュナンのガイドラインに従い、速度に基づいてポール数を選択してください。10,000 RPMを超える場合（ドローン）の場合は4〜8ポール、1000〜5000 RPM（電動工具）の場合は12〜20ポール、500RPM未満の場合は20〜40ポール（ダイレクトドライブホイール）
- ✓適切な整流を行うには、ホールセンサーの間隔を電気的に（機械式ではなく）120°にしてください。つまり、14極モーターの場合、センサー間の機械的間隔は120°/7 = 17.1°になります。
- ✓IEC 60034-30-1によると、IE4のプレミアム効率は定格負荷で 94% 以上必要です。軽負荷ではBLDC効率が5～ 10% 低下するため、25～ 100% の負荷範囲で効率を確認することができます。
よくある間違い
- ✗わかりにくい電気と機械の度合い：14極モーターは、1機械回転あたり7回の電気サイクルがあります。120°の電気的位相シフトは、わずか17.1°の機械式ホールセンサー間隔に相当します
- ✗AC損失の計算にDC抵抗を使用する：電気周波数1000Hzでは、表皮効果によりIEC 60287に従って実効抵抗が10～ 30% 増加します。正確な損失推定にはAC抵抗を使用します
- ✗コントローラのデッドタイム損失を無視：PWMデッドタイム（通常0.5～2 µs）では、スイッチング周波数が高い場合の実効デューティサイクルが1～ 5% 低下するため、電圧ヘッドルームが必要になります。
よくある質問
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