Skip to content
RFrftools.io
Motor

BLDC サーマルディレーティング計算ツール

BLDCモーターの巻線温度、熱マージン、ディレーティング電流、および熱限界までの時間を計算します。絶縁クラス B、F、H をサポートします。

Loading calculator...

公式

ΔT=Ploss⋅Rθ,Iderated=Tmax−Tamb1.5⋅R⋅Rθ,Rhot=Rcold(1+αΔT)\Delta T = P_{loss} \cdot R_{\theta}, \quad I_{derated} = \sqrt{\frac{T_{max} - T_{amb}}{1.5 \cdot R \cdot R_{\theta}}}, \quad R_{hot} = R_{cold}(1 + \alpha \Delta T)

参考: IEC 60034-1 — Rotating electrical machines; NEMA MG-1

ΔT— Temperature rise above ambient (°C)
Rθ— Total thermal resistance (winding→case + case→ambient) (°C/W)
α— Copper temperature coefficient (0.00393/°C) (1/°C)
I_derated— Maximum safe continuous current (A)

仕組み

この計算機は、熱抵抗ネットワークを使用してBLDCモーターの温度上昇をモデル化し、巻線温度が絶縁クラスの制限内にとどまることを検証します。モーター設計者、ドローンメーカー、および産業用インテグレーターは、これを使用して連続定格電流と動作環境に必要な冷却量を決定します。

定常熱モデルは、熱抵抗 (C/W) を通る熱流 (ワット) によって温度差 (C) が生じるという電気的例えに従っています。メラーの熱モデル（IEE Proc. 1991）によると、主な経路は巻線->固定子鉄->ケース->アンビエントで、$T_ {巻線} = T_ {アンビエント} + P_ {total}\ times (R_ {\ theta, wc} + R_ {\ theta, ca}) $、ここで $R_ {\ theta, wc} $ は巻線への巻線ですケースと $R_ {\ theta, ca} $ はケースと周囲の間の熱抵抗です。

絶縁クラスは、IEC 60085に準拠した最大許容巻線温度を定義します。クラスB (130C)、クラスF (155C)、クラスH (180°C) です。ほとんどのホビー用BLDCモーターは、クラスBまたはFのエナメルワイヤーを使用しています。アレニウスの法則によると、定格を10℃超えると、絶縁寿命が半分になります。熱マージンはオプションではありません。

銅抵抗は温度とともに増加します。$R (T) = R_ {25}\ times (1 +\ alpha (T-25)) $。ここで、銅の場合は  alpha=0.00393\ alpha = 0.00393/C です。これにより、正の熱フィードバックが得られます。巻線が高温になると抵抗が高くなり、I2RI^2Rの損失が大きくなり、温度がさらに上昇します。平衡温度は反復的に解くか、閉じた形で解く必要があります。$T_ {eq} = T_ {amb} + P_ {loss,25}\ times R_ {\ theta, total}/(1-\ alpha\ times I^2 R_ {25}\ times R_ {25}\ times R_ {\ theta, total}) $。

1 次熱時定数 $\ tau = R_ {\ theta}\ times C_ {th} $ (ここで $C_ {th} $ は J/C 単位の熱容量) によって、モーターの加熱速度が決まります。小型ドローンモーター ( tau\ tau = 10-30 秒) は 30 秒以内に最終温度の 63% に達します。つまり、バースト電流定格が安全なのは  tau\ tau をはるかに下回る時間だけです。

計算例

4008-380Kvのモーターが40℃の周囲温度で15Aの連続電流を処理できることを確認します。仕様:$R_ {phase} $ = 0.120オーム (Wye、25C)、I0I_0 = 22.2V (6S) で0.8 A、クラスF断熱材 (最大155C)、$R_ {\ theta, wc} $ = 1.5 C/W、$R_ {\ theta, ca} $ = 8.0 C/W (自然対流)。

ステップ1--25C 抵抗での損失の計算: $P_ {Cu} $ = 3 times152 times0.1203\ times 15^2\ times 0.120 = 81.0 W P0P_0 = 22.2 x 0.8 = 17.8 W (鉄+機械式) $P_ {合計,25} $ = 81.0 + 17.8 = 98.8 W

ステップ 2--巻線温度の推定 (1 回目のパス): $R_ {\ シータ、合計} $ = 1.5 + 8.0 = 9.5 C/W  DeltaT\ Delta T = 98.8 x 9.5 = 938.6 C--明らかに暑すぎる！

ステップ3--このモーターは自然対流では15Aを走らせることができません。プロップウォッシュクーリングを追加: 12インチのプロペラエアフローの場合:$R_ {\ theta, ca} $は2.0 C/W (強制対流) に低下します。 $R_ {\ theta、合計} $ = 1.5 + 2.0 = 3.5 C/W $\ Delta T_ {25} $ = 98.8 x 3.5 = 345.8 C--まだ制限を超えています

ステップ 4--安全連続電流の最大値を求める: サーマルバジェット:$\ Delta T_ {max} $ = 155-40 = 115 C 高温抵抗を考慮すると:$P_ {max} $ = $\ Delta T_ {max}/R_ {\ theta、合計} $ = 115/3.5 = 32.9 W 無負荷時損失を引く:$P_ {Cu, max} $ = 32.9-1.8 = 15.1 W $I_ {max} $ = $\ sqrt {15.1/(3\ times 0.120)} $ = 6.5 A 連続 155℃の高温抵抗の場合:$R_ {ホット} $ = 0.120 x (1 + 0.00393 x 130) = 0.181 オーム 修正済み:$I_ {max} $ = $\ sqrt {15.1/(3\ times 0.181)} $ = 5.3 A

結果:周囲40℃でプロペラを強制冷却した場合、最大連続電流は5.3A (15Aではない) です。モーターが15Aを処理できるのは短いバースト時のみです。 tau\ tau = 25秒の熱時定数を仮定すると約15秒です。

実践的なヒント

  • ✓自然対流（ベンチテスト）では、ケースから周囲への熱抵抗を8〜15 C/W、プロペラまたはファンからの強制空気の流れで1.5〜3 C/Wと推定します。プロペラ洗浄により熱抵抗が3〜5倍減少するため、ベンチテストの結果は飛行中の性能よりもはるかに悪くなります。
  • ✓抵抗を介して間接的に巻線温度を測定します。負荷がかかった状態でモーターを稼働させ、停止し、すぐに位相抵抗を測定します。温度をT=25+(Rhot/Rcold−1)/0.00393T = 25 + (R_ {hot} /R_ {cold} -1) /0.00393として逆算します。これは、ケース温度のみを読み取る外部熱電対よりも正確です
  • ✓平均巻線温度よりも10～20℃高い巻線内部のホットスポットを考慮して、絶縁クラスの制限値を15～20℃下回る熱マージンを適用します。クラスFの定格温度が155℃の場合は、最大平均135℃になるように設計してください。

よくある間違い

  • ✗連続熱計算における冷間巻線抵抗の使用:130℃の温度上昇では、銅抵抗は25℃よりも51％高くなります。つまり、実際の銅損失は計算値よりも 51% 大きくなります。この正帰還ループは、予期しないモーターの焼損の最も一般的な原因です。
  • ✗周囲温度に対するディレーティングを忘れている：周囲温度25℃で定格15Aのモータは、周囲温度45℃で最大12Aまでしか処理できません。これは、熱バジェットが130℃から110℃に縮小するためです。真の許容温度上昇を求めるには、必ず絶縁クラスの制限から実際の周囲温度を引いてください
  • ✗ピーク電流定格が連続定格に等しいと仮定すると、ピーク定格30A（10秒）のモーターは、8〜12Aの連続電流しか処理できません。熱時定数が15〜30秒の場合、モーターはピーク電流で2〜3時定数（30〜90秒）以内に危険な温度に達します

よくある質問

IEC 60085によると、BLDCモーターに関連するクラスは、クラスB（最大130°C）、クラスF（最大155C）、およびクラスH（最大180°C）です。ほとんどのホビーおよびドローン用モーターは、クラスBまたはFのエナメルワイヤーを使用しています。産業用サーボモーターは通常、クラスFまたはHを使用します。定格は平均温度ではなく、巻線の最大ホットスポット温度です。密集したスロット内のホットスポットは、測定された平均よりも10〜20℃高くなることがあります。
ステップ負荷電流を流し、横ばいになるまで 5 ～ 10 秒おきに (抵抗測定により) 巻線温度を記録します。時定数タウは、最終温度上昇の 63% に達するまでの時間です。小型ドローンモーター (22xx サイズ) の場合、タウは通常 10 ～ 20 秒です。大きいモーター (40xx-50xx) の場合、タウは 30 ～ 60 秒です。あるいは、熱キャパシタンス (tau = R_theta x 質量 x 比熱) から推定する方法もあります。銅と鋼を組み合わせた巻線に約 0.4 J/ (G*c) を使用します。
はい。プロペラから強制的に空気を流すと、自然対流と比較して、ケースと周囲との熱抵抗が3～5倍減少します。ベンチでモーターが8Aで過熱しても、飛行中は15Aで安全に走行できます。ただし、これはフルスロットルでの地上試験が最悪の熱シナリオであることを意味します。ベンチでは常に最大予想電流で熱検証を行ってください。ベンチテストでモーターが問題なく動作すれば、プロペラエアフローによって飛行中の温度が大幅に下がります。

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 →

関連電卓

Motor

BLDC ワインディング

BLDCモーターの巻線パラメータ（コイルあたりの巻数、ワイヤゲージ、フィルファクター、巻線係数、位相抵抗）を計算します。デルタ構成とワイ構成の巻線スキーム図を視覚的に示します。

Motor

BLDC の効率

任意の動作点でのBLDCモーター効率を解析します。銅、鉄、および機械損失を分解します。ピーク効率に最適な電流とRPMを求めます。

Motor

モーターヒート

入力電力と効率から、モーターの熱放散、温度上昇、および動作温度を計算します。

Motor

BLDC モーター

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。