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モーター入力/出力効率

電気入力と機械出力の測定値から、モーター効率、電力損失、および熱放散を計算します。

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公式

η = P_out / P_in × 100%, P_loss = P_in − P_out

η — Efficiency (%)
P_in — Electrical input power (W)
P_out — Mechanical output power (W)

仕組み

モーター効率 () は、機械出力電力と電気入力電力の比で、パーセンテージで表されます。σ = (P_out/P_in) × 100 です。損失には、巻線の銅 (I²R) 損失、ステータコアの鉄 (ヒステリシスおよび渦電流) 損失、機械的摩擦損失、風損損失、漂遊負荷損失が含まれます。効率は一定ではなく、特定の負荷点 (通常は定格トルクの75～ 85%) でピークに達し、軽負荷時と過負荷時の両方で低下します。

計算例

48 V BLDC モータは、320 W の機械電源を供給しながら 8.5 A を消費します。
ステップ 1 — 電気入力電源:
P_IN = V × I = 48 V × 8.5 A = 408 W
ステップ 2 — 効率:
δ = (P_out/P_In) × 100 = (320/408) × 100 = 78.4%
ステップ 3 — 総損失:
p_Loss = P_In − P_Out = 408 − 320 = 88 W
ステップ 4 — 温度上昇の推定値 (自然対流、熱抵抗 R_θ = 2 °C/W と仮定):
ΔT = P_loss × R_θ = 88 × 2 = 周囲温度より 176 °C 高い
ステップ 5 — 結論: モーターには強制空冷またはヒートシンクが必要です。ファンを使用してR_θ を 0.5 °C/W に下げた場合:ΔT = 88 × 0.5 = 44 °C — 定格上昇が 85 °C のモーターでは許容範囲です。

実践的なヒント

  • ✓最高の効率を得るには、モーターを定格トルクの70〜85％で運転します。ギア比と負荷を設計して、動作点がこの範囲になるようにします
  • ✓バッテリ駆動システムの場合は、モータ効率のみではなく、システム全体の効率 (バッテリ → コントローラ → モータ → 負荷) を測定します。コントローラの損失が 5 ～ 15% であると、ランタイムに大きく影響します。
  • ✓BLDCモーターは通常、85〜95％の効率を達成しますが、同様のサイズのブラシ付きDCモーターでは70〜85％の効率を実現しますが、トレードオフはコントローラーの複雑さとコストです。

よくある間違い

  • ✗すべての動作点で定格効率を使用すると、10% の負荷でのモーター効率は、ピーク効率の数値よりも20〜30％低くなる可能性があります
  • ✗ブラシレスモーターコントローラーのDC入力電力のみの測定 — インバーターのスイッチング損失はシステム損失の一部であり、含める必要があります
  • ✗AC インダクションモータの力率を無視 — 力率が低いと、実際の電力 (kW) の効率が良好に見えても、皮相電力 (kVA) が高くなる

よくある質問

DC 入力電力 (モーター端子の V × I) を測定し、トルクセンサーとタコメーター (P_out = T × ω) を使用して機械出力電力を測定します。小型モーターでは、キャリブレーション済みのロードセルを使用したダイナモメーターまたはブレーキテストが一般的です。測定値を記録する前に、モーターが熱定常状態に達していることを確認してください。
IE（国際効率）分類システムは、AC誘導モーターをIE1（標準）からIE5（ウルトラプレミアム）まで評価しています。各クラスでは、定格負荷時の最小効率が求められます。IE4 および IE5 モーターは同期リラクタンス型または永久磁石型で、定格負荷時の効率は 95% を超えます。
はい。定格電圧以下で動作すると、同じトルクで電流が増加し、I²Rの銅損失が増加し、効率が低下します。定格電圧以上で動作させると、鉄損が増加します。ほとんどのモーターは、定格電圧の ± 10% 以内でピークに達します。

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