Eaglepower LA8308の巻き直し
Eaglepower LA8308モーターを0.29 mmのエナメル銅線で70ターンに巻き直し、高トルク・低速仕様の試作を進めています。
今回のテストでは、新しい0.29 mm・70ターンの巻線を、以前製作した0.30 mm・60ターン仕様と比較します。モーターコントローラーに適した電流範囲を維持しながら、トルク定数を高めることが目的です。
Eaglepower LA8308 0.3mm 60T vs 0.29mm 70T
巻き直す理由
私たちは現在、外径150 mm、厚さ100 mmまでのステーターに対応する、より大型の新しい巻線機Winder Maxを開発しています。
この機械は、電動スクーター、電動自転車、ホバーボードなどの高トルク用途で使われる大型モーターを対象としています。
現行の巻線機が対応できるステーターは外径90 mm、厚さ15 mmまでです。Winder Maxは大幅に大型化し、はるかに重いステーターを扱うため、現行機で使用しているBE4108 75Tより強力なM2モーターが必要です。
そこでEaglepower LA8308を巻き直し、Winder MaxのM2モーターとして使用することにしました。純正のLA8308は、比較的大きな電流で高出力を発生するよう設計された低KVのドローン用モーターです。純正巻線を、より細い線による多ターン巻線に置き換えることで、低速ダイレクトドライブに適した高抵抗・高トルク定数のモーターへ変換できます。
つまり、ドローン用モーターを巻線機用のダイレクトドライブモーターに作り替えています。
参考資料：
0.3 mm・60T
まずLA8308を0.30 mmの線材で60ターンに巻き直しました。
上の写真のとおり、各スロットには未使用の空間が残りました。もう少し細い線材を使えば、巻数を増やせることが分かります。
一般に巻数を増やすとモーターのトルク定数が高まり、1アンペア当たりのトルクが増えます。そこで、0.29 mmの線材で70ターンを試すことにしました。
巻線抵抗も検討事項の一つでした。0.30 mm・60Tモーターの線間抵抗は約9.8 Ωで、Aotenjo One BLDCモーターコントローラーに対する目標値をわずかに下回っていました。
この用途では、巻線抵抗を約10 Ω以上にすることを 目標としています。
0.29 mm・70T
次に、モーターを0.29 mmの線材で70ターンに巻き直しました。
巻数を増やしたことで、利用可能なスロット空間をより有効に使えています。70ターンではすでに巻線が非常に密になっており、これ以上巻数を増やすと作業がかなり難しくなり、再現性も低下します。
スロットが埋まるにつれて線材が引っ掛かったり、不正に交差したりしやすくなり、巻線を傷めずに目標巻数へ到達することが難しくなります。
完成したモーターの線間抵抗は約13.4 Ωで、Aotenjo One BLDCモーターコントローラーで使用するうえで十分な抵抗マージンを確保できました。
私たちの巻線工程では、0.29 mm・70Tが巻数、スロット利用率、巻線抵抗、製造の信頼性のバランスに優れた仕様だと考えています。
電圧ではなく近い電流でトルクを比較する理由
2台のモーターは巻線抵抗が異なるため、 同じ電圧を加えても同じ電流にはなりません。
0.29 mm・70Tの巻線は、0.30 mm・60Tより抵抗が高いため、同じ電源電圧では流れる電流が少なくなります。
BLDCモーターのトルクは、トルクを発生させる電流におおむね比例します。
トルク = Kt × Iq
ここで、
- トルク：モーターのトルク
- Kt：モーターのトルク定数
- Iq：トルクを発生させる電流
一般に巻数を増やすと（K_t）は大きくなります。そのため、2種類の巻線仕様を比較する場合、両方に単純に同じ電圧を加えるよりも、近い電流でトルクを比べるほうが、巻線変更によるトルク発生能力への影響を把握できます。
ただし、このテストには重要な制約があります。実験用電源に表示される電流は、モーター相電流や（I_q）の直接測定値ではなく、モーターコントローラーへのDC入力電流です。
したがって、これはモーターのトルク定数を精密に測定したものではありません。同じコントローラーとテスト環境を用いた実用的な比較として捉えてください。
トルク比較
このテストでは、モーター軸に有効半径10 mmのフランジを取り付け、ポリエステルロープでフランジとフォースゲージを接続しました。
モーターは閉ループ角度制御で動作させました。目標角度に到達しようとするモーターが、フォースゲージを引っ張りま す。
実験用電源には、入力電圧、電流、電力がリアルタイムで表示されます。
トルクテストの様子はこちらです。
測定結果は次のとおりです。
| 巻線仕様 | 電源電圧 | 入力電流 | 入力電力 | 測定トルク |
|---|---|---|---|---|
| 0.30 mm・60T | 20.58 V* | 2.50 A | 51.42 W | 11.87 kgf·cm |
| 0.29 mm・70T | 24.0 V | 1.80 A | 43.21 W | 11.8 kgf·cm |
| 0.29 mm・70T | 28.0 V | 2.02 A | 56.51 W | 13.5 kgf·cm |
| 0.29 mm・70T | 32.0 V | 2.235 A | 71.45 W | 14.7 kgf·cm |
*電源は24 Vに設定していましたが、0.30 mm・60Tモーターが2.5 Aの電流制限に達したため、出力電圧が約20.58 Vまで低下しました。
0.29 mm・70Tモーターは、DC入力電流がわずか1.8 Aのときに約11.8 kgf·cmを発生しました。一方、0.30 mm・60T仕様は、電源がすでに2.5 Aの電流制限に達した状態で約11.87 kgf·cmでした。
70Tモ ーターへの電源電圧を上げると、コントローラーがより多くの電流を取り込めるようになり、測定トルクも増加しました。32 V、入力電流2.235 Aでは約**14.7 kgf·cm（1.44 N·m）**に達しました。
この結果から、70ターンの巻線は私たちの低速・高トルク用途により適していると考えられます。
これは精密なトルク試験やモーター効率試験ではありません。
フォースゲージ、ロープ、フランジ、電源、モーターコントローラー、機械的なセットアップのすべてに測定誤差の要因があります。また、電源に表示される電流は、測定されたモーター相電流ではなくDC入力電流です。
この実験の目的は、同じテスト環境で2種類の巻線仕様を実用的に比較することです。2つの試作品の違いを確認するには十分な再現性がありますが、実験室レベルのモーター仕様として解釈すべきものではありません。
Eaglepower LA8308 0.29 mm・70Tの販売を開始します
0.29 mm・70T仕様の性能には満足しています。
線間抵抗は約13.4 Ωで、利用可能なステータースロットを有効に使い、以前の60ターン試作機に比べて比較的低い電流でより高いトルクを発生します。
そこで、巻き直し版Eaglepower LA8308の巻線仕様として0.29 mm・70Tを採用し、近日中に販売を開始する予定です。
同じモーターを、今後登場するWinder Maxにも高トルクのダイレクトドライブモーターとして使用します。