巨大なブラシレス モーターのサイズ設定: フレーム、トルク、冷却、ドライブのマッチング ガイド

2kW の産業用ブロワーを駆動する 130mm ブラシレス モーターは、整流された 230 VAC バスで各相あたり約 6 A を消費しますが、現場で最初に故障する部品が銅であることはほとんどありません。始動電流を供給できないベアリング、熱経路、またはドライブは、巻線が限界に達する前に限界に達します。これが巨大なブラシレス モーターの実際の現実です。約 1 kW を超えるとカタログの項目ではなくなり、巻線、冷却、センシング、ハーネスをカバーするシステムの決定事項になります。

巨大なブラシレスモーターとして重要なもの: フレームサイズ、パワー、トルク

巨大なブラシレス モーターは、ステーター外径が 100mm 以上、連続出力が約 500 W を超え、シャフト トルクが分数ではなく整数ニュートン メートルで測定される三相永久磁石機械です。

固定磁気剪断応力では、トルクはローター直径の 2 乗とスタック長さによって線形に比例するため、フレーム直径が最初のフィルターになります。同じスタック長で 57mm のフレームから 112mm のフレームに移行すると、磁石のグレード、巻線、または冷却が問題になる前に、トルクが 4 倍近く増加します。この 1 つの関係は、100 mm および 130mm のユニットがほぼ常に図面に従って製造されるのに対し、57 mm モーターが在庫から数千個購入される理由を説明します。

Retek Motion は、このクラスを 100 mm、112 mm、130 mm のフレームで構築します。これには、230 VAC で定格 2 kW の 130 mm 強力ブロワー モーターと、DC24V で定格 600 W の 112 mm 低コギング ユニットが含まれます。より広い範囲は以下に収集されます ハイパワーブラシレスDCモーター .

巨大なブラシレスモーターのサイズ決定: フレームを決定する 4 つの数値

サイジングは、連続トルク、デューティ サイクル、DC バス電圧、巻線から周囲までの熱抵抗の 4 つの数値で決まります。これら 4 つを修正すると、フレーム直径、スタック長、巻き上げがほぼ自動的に決まります。

1. ピークではなく継続的なトルク。摂氏 155 度のホットスポット制限を持つクラス F 巻線は、数秒間、その 3 ～ 4 倍の連続電流に耐えます。 180 度のクラス H では、約 25 度のヘッドルームが追加され、連続電流が約 10 パーセント増加します。
2. デューティサイクル。 S1 で 8 時間稼働するコンベアと、S3 で 10 分間に 2 分稼働するローダーには、同じピーク トルクを得るために異なるフレームが必要です。通常、デューティ サイクルを 40% に下げると、同じホットスポットでの電流が 20 ～ 25% 増加するため、設計を 1 フレーム サイズ下げることができます。
3. バス電圧とトルクは一定です。アンプあたりのトルク定数 Kt (ニュートン メートル単位) は、トルクに必要な電流を設定します。アンプあたり 0.15 Nm で 3 Nm は 20 A を消費しますが、アンプあたり 0.6 Nm で同じ 3 Nm は 5 A を消費し、310 V バスで動作します。まずバスを選択し、次にワインディングを選択します。
4. 熱抵抗。自由空気における 112 mm フレームの巻線から周囲までの熱抵抗は、通常、1 ワットあたり摂氏 1.5 ～ 2.5 度の間に収まります。そのため、銅損の 4 W はわずかな上昇であり、40 W は 60 ～ 100 度の上昇となります。これは、データシートの数値を継続的な評価に変換するものです。

冷却とIP定格はピークラインではなく連続定格を設定します

連続トルクは熱数値です。ベンチ上で最大 12 Nm の 130 mm フレームは、多くの場合、静止空気中で 4 ～ 5 Nm を保持します。これは、巻線が絶縁限界に達すると、ピークを生成した銅損が行き場を失うためです。

銅損は電流の 2 乗に応じて増加するため、20% の過負荷では約 44% 多くの熱が追加されます。このサイズでは、冷却経路と密閉クラスという 2 つの要素が何よりも重要です。フィン付きハウジングを通過する強制空気は、通常、静止空気中での同じフレームの連続トルクの 1.5 ～ 2 倍をもたらします。ウォッシュダウン定格の IP65 ハウジングは、巻線と空気の流れの間に熱障壁を追加します。そのため、同じ寸法の密閉型モーターの連続定格は、通常、開放型のモーターよりも低くなります。

産業用空気の動きのテストでは、この議論が最も難しくなります。2 kW の連続機械は、ほこりから密閉されることが多い筐体から約 300 W の損失を削減する必要があるからです。

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コントローラーのマッチング: 大型ブラシレスモーターが焼き付く前に停止する理由

巨大なブラシレス モーターで最も一般的なフィールド故障は、巻線の焼けではなく、ローターが電流を要求した瞬間にドライブが電流を供給できないことです。

ピークトルクにはピーク電流が必要であり、インバータは自身のジャンクション温度を超えずにその電流を維持する必要があります。 310 V バス上の 2 kW モーターは定格負荷で約 6 ～ 7 A を消費し、適度なドライブ内で快適に動作します。 24 V バス上の同じシャフト電力には 85 ～ 90 A が必要で、ケーブル断面積、コネクタ定格、MOSFET ステージの熱設計が変わります。したがって、トルク定数とバス電圧は 2 つではなく 1 つの決定で決まります。

24 V バスでは、トラクション クラスのハードウェアは数百ワット クラスに留まり、負荷をかけた状態で起動する必要がある密閉型マテリアル ハンドリング機器に適しています。

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カタログモーターまたはカスタム巻線: 100 mm を超えると何が変わるか

年間およそ数百ユニットを超えると、通常、カスタム巻線の大型ブラシレスモーターは、ほぼ適合するカタログユニットを上回ります。これは、ギア、取り付け、またはケーブル配線におけるあらゆる妥協が、出荷されるすべてのユニットで再び支払われるためです。

経済性は、部品が 1 か所で製造される場合にのみ機能します。 Jiangsu Retek Motion Co., Ltd. は、2021 年から 2023 年にかけて、ダイカスト、CNC 加工、ケーブル射出成形を社内に移行しました。これにより、適合するハウジングとハーネスが少量生産でも実用的になります。 2024 年までに、同社は 20 か国以上に出荷するようになりました。カスタム ビルドは、カタログ数値ではなく、4 つのサイジング番号を含む RFQ から始まります。

大型ブラシレスモーターが実際に指定されている場所

大型ブラシレス モーターは、トラクションおよびマテリアル ハンドリング、産業用空気移動、重量物の無人航空機、ギア付きロボット ジョイント、医療またはパーソナルケア ツールの 5 つのアプリケーション ファミリに集中しています。

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巨大ブラシレスモーターに関するよくある質問

130 mm ブラシレスモーターはどのくらいのトルクを生成しますか?

130 mm フレームは通常、静止空気中でクラス F 巻線で 10 ～ 15 Nm のピーク トルクと連続 4 ～ 6 Nm を供給します。この広がりは、スタックの長さ、磁石のグレード、および冷却によって決まります。自由空気で 5 Nm を保持する同じステータは、強制対流とクラス H 絶縁を使用すると 8 ～ 10 Nm を保持できます。

大型のブラシレス モーターは大型のブラシ付き DC モーターより効率的ですか?

はい、ブラシと整流子の低下がないため、同じ出力でおよそ 8 ～ 15 パーセントポイント増加します。 180 VDC および 1000 W 定格の 104 mm ブラシ付きモーターは、購入価格で依然として競争力があり、駆動も簡単ですが、ブラシの摩耗によってメンテナンスの間隔が決まり、密閉または高所の設置では整流子によって連続電流が制限されます。

カスタムの大規模 BLDC の RFQ には何を含めるべきですか?

持続時間とピークトルク、デューティサイクル、DC バス電圧、冷却方法を含む周囲温度、シャフト、フランジ、コネクタを含む機械的インターフェイスの 5 つの入力を送信します。フレーム直径、スタック長、巻き線はすべてこれら 5 つから導き出されます。これらがなければ、引用されたトルク定数は推測になります。