同一の三相巻線グループの接続を星形から三角形に変更すると、アウトランナー型BLDCモーターの端子間の電気的関係、測定抵抗、および理想的な回転数とトルクの定数が変化します。コイル、磁石、および機械的構造は変更されません。

これらの理想的な関係性を確立するには、基本周波数および端子電流の定義を統一する必要があります。実用的な選定は、コントローラの挙動、実際の巻線発熱、アクセス可能な巻線端子、およびサプライヤーが承認した試験結果にも依存します。

星形接続と三角形接続の違いとは？

星形（Y）および三角形（Δ）は、3つの既存の巻線グループがどのように相互接続されているかを表すものです。これらは、異なるモーター構造を特定するものではなく、巻線巻数の変更を必要とするものでもありません。

スター（Y）巻線配置

スター（Y）接続では、3つの巻線の端の1つをすべて一緒に接続し、残りの端を3つの外部相端子として使用します。残りの3つの端が、モーターの外部端子を形成します。

各端子が1つの巻線に直接接続されているため、端子線電流は巻線相電流と等しくなります。この関係は、その個々の巻線を流れる電流に適用されます。

平衡した正弦波の基本条件下では、星形接続された各巻線には、線間電圧を√3で割った値に等しい相電圧が印加されます。これに対応する関係式は、Vphase = Vline / √3 です。

中性点接続は通常内部にあり、外部からアクセスできない場合があります。接続の変更を検討する前に、その物理的な配置を確認する必要があります。

デルタ（Δ）巻線配置

デルタ接続では、3つの巻線グループが端と端を接続され、閉じた電気ループを形成します。各外部端子は、2つの巻線の間の接続点に接続されます。

したがって、各巻線は2つの線端子間に接続されます。その基本相電圧は、平衡比較の下では、対応する線間電圧に等しくなります。

平衡な正弦波の基本電流の場合、巻線の相電流は端子線電流を√3で割った値に等しくなります。この関係は、定義された電流成分によって異なります。

閉じたデルタ回路は、循環する高調波電流も流すことができます。その結果、外部で測定された端子電流は、巻線内部を流れるすべての電流成分を必ずしも反映しているわけではありません。

再接続後も変わらないものは何か？

真の再接続では、元の巻線グループ、導体の寸法、巻数、回転子磁石、およびエアギャップの形状が維持されます。変化するのは、巻線端間の電気的接続のみです。

各巻線の抵抗は、等価温度下では基本的に同じままです。しかし、モーターの外部端子間で測定される抵抗は大幅に変化します。

モーターの機械的構造および磁気設計は変更されません。性能の向上は、磁気強度の想定上の増加によるものではなく、新しい電気的動作条件に起因するものでなければなりません。

星形接続と三角形接続の間で、抵抗、Kv、Ktはどのように変化するか？

同一の巻線グループを再接続すると、いくつかの重要なモーター定数が変化します。これらの関係性は、一貫した端子測定値と明確に定義された電気的規約を用いて解釈する必要があります。

線間端子抵抗

Rcoil を、特定の温度における 1 つの巻線グループの直流抵抗としましょう。3 つの同一のグループはそれぞれ、この同じ抵抗を持っています。

星形接続の場合、2 つのモーター端子間の直流測定値は、直列に接続された 2 つの巻線を通過します。測定される端子抵抗は 2 × Rcoil となります。

三角接続の場合、1つの巻線が端子間の直接経路を形成します。もう一方の経路には2つの巻線が直列に接続されており、等価抵抗は2 × Rcoil / 3となります。

したがって、星形接続の端子抵抗は三角接続の端子抵抗の3倍になります。これは接続方法による影響であり、個々の銅導体が変化したことを示す証拠ではありません。

比較の際は、同じ巻線温度と適切な低抵抗測定方法を使用してください。結果に影響を与える無関係な回路経路を避けるため、モーターをコントローラから切り離してください。

速度定数（Kv）

Kvは、所定の逆起電力電圧の定義に基づく機械的な回転速度を表します。その数値は、電圧が巻線端子で定義されるか、外部端子で定義されるかによって異なります。

同一の巻線グループ、平衡した基本逆起電力、および一貫した線間端子電圧の定義の場合、理想的な関係は Kv_delta = √3 × Kv_star となります。

これは、デルタ接続の方が理想的な端子速度定数が大きいことを意味します。同じ機械的回転数において、その線間基本逆起電力は低くなります。

この関係は、実際の回転速度が確実に増加することを保証するものと解釈すべきではありません。印加電圧、負荷トルク、コントローラの制限、および損失によって動作点が決定されます。

トルク定数 (Kt)

Ktは、発生する電磁トルクと定義された電流量との関係を表します。比較を行うには、端子線電流の表記法、正弦波の基本波の仮定、および等価電流波形の定義が統一されている必要があります。

これらの条件が一致する場合、理想的な関係式は Kt_star = √3 × Kt_delta となります。スター接続では、等価端子線電流あたりの電磁トルクが大きくなります。

ただし、巻線電流との関係も変化します。巻線相電流を用いて表されたトルク定数と、端子電流を用いて表された定数を比較すると、誤解を招く結論が導き出されます。

回転子の磁石および個々の巻線グループは、その根本的なトルク発生特性を維持している。再接続により、外部電気端子における巻線の励磁状態が変化する。

測定の定義が重要な理由

モーターのデータシートとコントローラでは、電圧や電流の定義が異なる場合があります。基本RMS、ピーク振幅、相電流、および端子線電流は、互いに置き換え可能ではありません。

よく知られている√3の関係式は、平衡した正弦波の基本波を記述するものです。波形特性が特定されていない限り、これらを任意のPWM RMS測定値や6ステップ電流測定値に直接適用すべきではありません。

電気的パラメータ	スター（Y）	デルタ（Δ）
巻線配置	中性点を共有する3つのグループ	閉回路を形成する3つのグループ
基本巻線電圧	Vline / √3	Vline
基本巻線電流	Iline	Iline / √3
端子直流抵抗	2 × Rcoil	2 × Rcoil / 3
理想端子Kv	Kv_star	√3 × Kv_star
理想端子電流に基づく Kt	Kt_star	Kt_star / √3
個々の巻線抵抗	Rcoil	Rcoil

電圧と電流の関係は、平衡した正弦波の基本波成分を前提としています。Kv と Kt の比較には、端子の表記法が一致していることも必要ですが、抵抗の関係は、等温条件下で巻線が同一であることを前提としています。

実際の動作性能では何が変化するのか？

理想的な接続式は電気的なスケーリングを表していますが、実際の動作性能は、モーター巻線、コントローラの挙動、供給電圧、および機械的負荷の相互作用に依存します。

電圧利用率と負荷回転数

所定の機械的回転数において、デルタ接続はスター接続よりも低い基本線間逆起電力を示します。これにより、特定の運転条件に必要な電圧が変化します。

適切な条件下では、デルタ接続により、インバータの電圧制限に達する前に、より高い電気的回転数での運転が可能になる場合があります。ただし、機械的回転数の上限は別途適用されます。

実際の負荷回転数は、巻線インピーダンス、電流制御、スイッチング戦略、機械的抵抗、およびトルク要求にも依存します。Kv値が高いからといって、回転数の向上が保証されるわけではありません。

目標とする回転数範囲については、ロータの健全性、軸受の状態、コントローラの電気周波数、およびアセンブリ全体の承認済み動作範囲と照らし合わせて確認する必要があります。

トルク能力と電流制限

理想的な平衡条件下における等価電磁トルクの場合、デルタ接続ではスター接続とは異なる端子電流が必要となります。これは、端子電流に基づくトルク定数が変化することから生じます。

導体の発熱を評価する上で、各巻線に流れる電流は依然としてより重要な量である。端子電流のみでは、許容される熱的動作点を決定することはできない。

等価な巻線電流および磁気動作条件下では、再接続によってモーターの電磁トルク能力が本質的に向上するわけではない。同じ巻線グループが磁気励磁を生成するからである。

とはいえ、制御装置の電流制限により、どの接続方式が要求されるトルクを供給できるかが左右される可能性があります。インバータの線電流容量と巻線の熱的限界の両方を評価する必要があります。

また、接続方式の変更によって自動的に追加の出力容量が生まれるわけではありません。出力の変更を実現するには、電圧、電流、回転数、冷却、および機械的動作条件がそれを支える必要があります。

銅損とデルタ回路の循環電流

必要な測定項目に基づいて電流測定を計画してください。端子電流と巻線電流は、それぞれ異なる情報を提供します。電源未投入の機器配置はあくまで例示であり、測定された性能を意味するものではありません。

巻線における抵抗発熱は、その電気抵抗と、巻線を流れる真の実効値（RMS）電流によって決定されます。3つの同一の巻線グループの場合、総銅損は 3 × Iwinding_rms² × Rcoil となります。

Iwinding_rmsは、関連する高調波成分を含め、各巻線に流れる真の実効値電流を表す必要があります。基本波のみ、または外部で測定された電流のみを使用すると、発熱を過小評価する可能性があります。

同等の巻線電流条件下では、スター接続とデルタ接続の基本波による銅損は同程度になる場合があります。しかし、実際の電流波形が異なるため、総運転損失には依然として差が生じる可能性があります。

閉じた三角形回路では、適切な高調波起電力によって駆動される循環電流が発生する可能性があります。このような電流は、それに見合う有用なトルクを生み出さずに、巻線の発熱を増大させる恐れがあります。

一部の循環成分は外部端子間で相殺されます。そのため、端子電流の測定だけでは、追加の内部三角形電流を検出できなかったり、総銅損を正確に算出できなかったりする可能性があります。

PWMおよび高調波の影響

実用的なBLDCコントローラでは、理想的な連続正弦波電圧ではなく、スイッチングされた電圧波形が適用されます。PWMの挙動、変調戦略、および巻線インダクタンスが、結果として生じる電流に影響を与えます。

6ステップ整流ではかなりの高調波成分が生じる可能性があり、一方、正弦波制御でもスイッチングに起因するリップルが発生します。その結果生じる巻線のRMS電流は、動作条件によって異なります。

高調波逆起電力成分が閉じた巻線回路を周回する電流を駆動し得る場合、デルタ循環は特に重要となる。その重要性は、実際のモーターの設計および波形に依存する。

エンジニアは、代表的な運転条件下での測定された電流波形、電力、および巻線温度を比較すべきである。理想的な端子定数だけでは、効率や熱的等価性を確立することはできない。

同じアウトランナー型BLDCモーターを再構成することは可能か？

スター接続とデルタ接続は代替となる電気的接続方式ですが、組み立て済みのモーターすべてがこれら間の切り替えに対応しているわけではありません。再構成には、巻線への適切なアクセスと、サプライヤーによる明確な承認が必要です。

すべての巻線端へのアクセスを確認する

別々のリード線サンプルは、各巻線グループの両端を特定する必要性を示しています。これらは、図示されたモーターが現場で再接続可能であることを示しているわけではありません。その実現可能性は、実際の端子配置図によって決まります。

三相モーターには3つの巻線グループがあり、それぞれに2つの端があります。再構成には、通常、6つの巻線端すべてへのアクセスが可能で、かつ識別可能な接続が必要です。

外部に3本の相リード線しかないモーターは、内部の巻線接続点が恒久的に接続されている可能性があります。それらの端子だけでは、スター接続からデルタ接続への変換には不十分です。

適切な構成であれば、2本の外部相リード線を入れ替えることで回転方向を変更できますが、それによって内部巻線のトポロジーや電気的接続定数が変わることはありません。

内部に6つの端子が存在する場合でも、物理的にアクセスできるからといって、現場での再構成が可能であるとは限りません。封入構造、絶縁配置、および機械的構造によって、承認された改造が妨げられる場合があります。

物理的および電気的要件の確認

再接続設計では、巻線の識別、端子の配置、接続接合部、および絶縁要件を明記する必要があります。これらの詳細は、電気的信頼性と機械的統合の両方に影響を与えます。

アウトランナー内部では、接続配線が回転するベルおよびシャフトのエンベロープに接触しないようにする必要があります。配線経路は、動き、公差、振動、および熱膨張を考慮して設定しなければなりません。

接続接合部には、適切な電気的接触、機械的固定、および絶縁が必要です。承認された改造であっても、摩耗、汚染、および電気的故障に対する意図された保護機能を維持しなければなりません。

モーター内部へのアクセスは、永久磁石、ベアリング、および繊細な巻線絶縁に関連するリスクをもたらす可能性があります。承認されていない分解は、部品を損傷したり、意図された構造を無効にしたりする恐れがあります。

サプライヤーの承認を確認する

Gian Transmission社は、同社のアウトランナー型ブラシレスDCモーター向けに、カスタム巻線構成オプションを提供しています。ただし、特定の設計において再接続の実現可能性については、別途確認する必要があります。

審査では、元の巻線配置、アクセス可能な巻線端、接続方法、絶縁の詳細、およびモーターが再構成を想定して設計されているかどうかを特定する必要があります。

承認には、必要な製造手順やサービス手順も含まれる必要があります。理論上可能と示された接続であっても、最終組立後の改造に自動的に適しているとは限りません。

再接続がサポートされていない場合、組み立て済みのモーターを改造しようとするよりも、メーカー指定の星形および三角形構成を個別に検討する方が、より適切な比較材料となる可能性があります。

どのようなコントローラおよび整流の変更を確認する必要があるか？

巻線トポロジの変更は、コントローラに提示される電気的条件に影響を与えます。モーターが同じ外部端子を使用しているという理由だけで、既存のドライブパラメータが適切であると仮定してはなりません。

コントローラの電圧および電流の互換性

コントローラは、意図された動作範囲全体において、選択された接続方式の端子逆起電力、電流要件、電気周波数、および巻線インピーダンスに対応できなければなりません。

端子電流と巻線電流の関係が変化するため、電流制御の設定には特に注意が必要です。同じ電流制限値であっても、異なる巻線動作条件が生じる可能性があります。

利用可能なDCバス電圧と変調戦略を、要求される速度・トルクプロファイルと照らし合わせて確認してください。定常状態の動作のみを評価するのではなく、加速要求も考慮に含めてください。

保護設定は、承認されたモーターとコントローラの組み合わせを反映したものでなければなりません。過電流、低電圧、および過熱に対する応答は、選択された接続方式と実際に測定された挙動を用いて評価する必要があります。

ホールセンサーと位相マッピング

ホールセンサーは、互換性のあるコントローラが整流に使用するロータ位置情報を提供します。巻線の接続が変更されても、ホールセンサーの物理的な位置は変わりません。

ただし、外部相端子、巻線励磁、およびホール信号間の実効的な関係は変化する可能性があります。したがって、既存の整流マッピングの検証が必要です。

技術者は、ホール状態のシーケンス、端子の位相識別、指令方向、および電気的アライメントを確認する必要があります。マッピングが不正確だと、起動不良、トルクの脈動、または過電流を引き起こす可能性があります。

必要に応じて、承認済みのアライメントおよび整流手順を用いてコントローラを再調整してください。センサーのハードウェアが変更されていないという理由だけで、元のタイミング設定が正しいままであると仮定してはなりません。

起動、逆転、および保護設定

起動時の挙動は、位相マッピングが正しく、電流制御が適切であるかどうかの有用な指標となります。承認された操作手順に従って、想定される起動負荷をテストしてください。

加速および減速プロファイルは、利用可能なトルクおよび電流と整合している必要があります。また、逆転運転では、機械的慣性および過渡的な電気的負荷の評価も必要です。

減速中、回生エネルギーはDCバスおよび保護動作に影響を与える可能性があります。コントローラと電源構成は、指定されたデューティを安全に処理できるものでなければなりません。

最終的なコントローラ設定を、巻線構成とともに記録してください。これらの設定は、互換性のあるデフォルト値ではなく、承認されたモーターシステムの一部を構成するものです。

スター接続とデルタ接続はどのように試験・比較すべきか？

信頼性の高い比較を行うには、電気的な再接続による影響と、負荷、温度、コントローラ設定、および測定手法の変化による影響を分離する必要があります。どちらの接続方式においても、一貫した試験条件を設定する必要があります。

制御された比較を確立する

承認された再接続により直接比較が可能な場合は、同一の巻線グループ、回転子、および機械的アセンブリを使用してください。そうでない場合は、工場出荷時の構成を持つ試験体間の相違点を明確に文書化してください。

試験前に、DCバス条件、コントローラの動作モード、スイッチング設定、および機械的負荷を定義する。各測定値が瞬時値、平均値、ピーク値、またはRMS値のいずれを表すかを記録する。

加熱に伴い銅の抵抗が増加するため、温度を記録する必要がある。異なる温度で測定された抵抗値は、正規化するか、温度差を文書化した上で解釈しなければならない。

計測機器は、実行可能な場合は端子電流と巻線電流を区別する必要があります。デルタ接続の場合、循環成分を考慮するために、承認された巻線電流測定方法または検証済みの解析を使用してください。

すべての回転試験には、適切な防護措置と承認された動作限界が必要です。試験手順では、予期せぬ起動、蓄積された電気エネルギー、および機械的負荷による危険についても対処する必要があります。

電気的および機械的性能の測定

まず、巻線の識別および断線状態での端子抵抗の測定から開始する。その結果を、記録された巻線温度における予想されるスター接続またはデルタ接続のネットワーク関係と比較する。

同一の端子電圧定義を用いて、機械的回転速度に対する基本逆起電力を測定する。コントローラの速度推定値のみに依存するのではなく、一貫した測定値からKvを決定する。

トルク試験では、定義された運転条件下で、軸トルクと電流を同時に測定する。電流値が端子の基本波を表すものか、あるいは実際の巻線のRMS値を表すものかを記録する。

必要な運転速度と負荷トルクを、測定された電気入力および巻線の発熱と比較する。各結果が明確に定義された試験条件に対応していることを確認する。

熱的検証には、代表的な連続運転および間欠運転を含める必要があります。安定した動作温度および許容過渡発熱は、用途で承認された部品の限界値に対して評価されなければなりません。

デルタ接続の場合、適切な電流測定、波形解析、および熱的証拠を通じて、循環電流の影響を評価してください。端子電流が外部で平衡しているからといって、内部循環がないとは限りません。

最後に、起動、制御された加速、定常運転、減速、および該当する場合は逆転について試験を行う。指定された動作範囲全体において、整流および保護動作が再現可能であることを確認する。

用途固有の受入基準を定義する

受入基準は、実際の用途における電圧、負荷、運転速度、熱要件、およびコントローラの制限に従う必要があります。汎用的な合格基準は、カスタマイズされたモーター構成には不適切です。

以下のチェックリストでは、各検証項目を測定可能な証拠と関連付けています。結果は、巻線トポロジーに関する根拠のない仮定ではなく、承認されたプロジェクト要件に基づいて検証する必要があります。

検証項目	測定値または証拠	受入基準
巻線の識別	接続図、導通測定、および端子の識別	承認済みの巻線構成
端子抵抗	温度を基準とした相間直流測定	想定される接続関係および承認済み巻線バランス
逆起電力およびKv	測定された基本端子電圧および機械的回転数	承認されたモーター定数および回転数要件
トルク-電流関係	測定された軸トルクおよび規定された電流	動作範囲全体における要求トルク
巻線電流と発熱	実際の巻線実効値電流および代表的な温度測定値	承認済みの巻線および部品の熱的限界
高調波および循環電流の影響	電流波形解析、適切な内部電流の証拠、および発熱	承認済みの損失および熱性能要件
コントローラおよびホールセンサーとの互換性	検証済みの位相マッピング、整流タイミング、および保護動作	承認済みのコントローラ動作要件
負荷時の動作性能	代表的な負荷条件下における回転数、トルク、入力電力、および温度	用途に応じた動作範囲
起動および逆転	記録された起動、加速、減速、および方向転換	指定された機能および保護要件

承認済み構成の確定

最終的な選定においては、特定のトポロジーが普遍的に優れていると仮定するのではなく、測定されたアプリケーションの性能を反映させる必要があります。電圧利用率、巻線の発熱、およびコントローラの互換性が一致している必要があります。

カスタムプロジェクトの場合、Gian TransmissionのブラシレスDCモーターの技術レビューにより、指定された巻線接続およびその統合要件に対応できます。

技術記録には、選定されたトポロジー、巻線の識別情報、端子の定義、抵抗値、逆起電力の表記規則、および承認済みのコントローラ動作パラメータを明記する必要があります。

測定されたトルク-回転数特性、電流の定義、熱的観測結果、整流の検証結果、および想定される稼働条件下での代表試験中に特定された制限事項を含める必要があります。

必要な成果物としては、サプライヤー承認済みの巻線接続図、検証済みの電気的仕様、文書化されたコントローラ設定、用途ごとに定義された動作限界、および承認済みの設置および受入試験記録が含まれます。