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FC25熱伝導について
- FC25熱伝導についてお伺いします。
- モーターが80℃で発熱し、その熱がFC25のハウジングを通過する際の表面温度を計算したいです。
- どんな些細なことでも構いませんが、アドバイスをいただけると助かります。
- その他（開発・設計）
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計算式を以下に書きます。 ?＝内周の表面温度（℃，マグネットワイヤの温度），?＝外側の流体温度（℃，空気の温度），?＝内表面の直径（ｍ，マグネットワイヤ群の中心距離），?＝外表面の直径（ｍ，モータフレームの外周），?＝熱伝導率（kcal/mh℃，けい素鋼板と鋳鉄の平均値），?＝外側の熱伝達率（kcal/m2h℃，空気への伝達率），?＝内表面長さ（ｍ，ステータコア積層厚さ），?外表面長さ（ｍ，モータフレーム長さ），?＝外表面の温度（℃，フレーム表面の温度）とすれば， ステータ内周面を通過する全熱流Q1は， Q1=２π?（?－?）?／｛ｌｎ（?／?）｝ ｌｎ：自然対数 ステータ外表面から外部の空気に伝わる全熱流Q2は， Q2＝?π?（?－?）? Q1=Q2なので，この等式を解くと， ?＝｛２???＋??ｌｎ（?／?）??｝／｛２??＋??ｌｎ（?／?）?｝ この?式の答えが，モータフレームの外表面温度になります。 計算例）?＝８０，?＝４０，?＝０．５，?＝１，?＝４０，?＝１０，?＝１，?＝１．５とすれば， ?＝{２x40x80x1＋10x1x ln(1/0.5)x40x1.5}／{2x40x1＋10x1x ln(1/0.5)x1.5｝ ＝(6400+415.9)／(80+10.4)＝75.4（℃） 調べて範囲では，熱伝導率?＝３０５０，熱伝達率?＝0.5４０のように，バラツキがあるようです。
お礼
あけましておめでとうございます。 お手数をお掛けし申し訳ございません。 ここまでして頂いて、感謝の気持ちで一杯です。 今後とも宜しくお願いします。
再度補足です。 私も１０Ｗ２００ｋＷ級クラスまで、幅広くサーボモータの開発を経験してきましたが、yukioさんのいわれるように、確かに温度上昇試験の際に試験環境の条件設定には最も苦労します。しかし、基本的に試験対象が変わっても再現性のある条件設定を行うことは可能であり、そういう意味では熱伝達係数の安定した状態は工夫次第で十分得られます。 モータの温度上昇特性を設計する上で最も見えないのは、磁気回路各部の発熱（温度分布ではない）分布と、コイルから鉄心への熱抵抗、実際のケースへの熱移動量だと思います。 前者に対しては、例えば （１）剪断加工などによる鉄心材料の特性劣化 （２）鉄心の局部的な層間短絡による渦電流損の増大 （３）シミュレーションと実機の磁束密度分布の違い 後者に対しては、例えば、 （４）コイル内部の空気層の存在とその影響 （５）鉄心・ケース間など、部品間の実際の熱抵抗 （６）エアギャップからシャフトへ向けての熱伝搬 のような、解析上必須の条件を設計段階で正確に把握することは困難です。市販の熱伝導解析ソフトでは、これらの条件を正確に与えることはできないでしょう。もともと数値解析自体が代表的条件を与えて、その応答を見ることしかできないわけですから、単純にシミュレーションツールだけに解析精度を求めても無理な話です。地道な実機データの蓄積と、それをいかにシミュレーションに反映していくか、というのが最大のポイントだと思っています。特に熱や磁界など、いわゆる場の問題はなおさらですね。 また、実際の発熱分布、熱抵抗分布が不明確だとすると、内部の温度上昇自体も温度計法による測定か、その場合は何点の温度を取るか、または抵抗法による測定か、という計測方法の問題も出てきます。 自分の経験として実際にサーボモータの開発と平行して熱伝導解析ツールも開発（社内向けとして）しましたが、単純な各部の熱収支に注目した前進差分法でも、過渡特性も含めて十分実用に耐えるシミュレータに仕上がっており、実際に現在のモータ開発でも現役です。 議論を発散させるようなコメントでスミマセン。 yukioさんのＨＰにおじゃまして、ぜひ意見交換させていただきたいですね。 決して揚げ足を取るつもりではなく、”解析精度の向上は方法次第ですよ” という意味でのコメントです。
お礼
あけましておめでとうございます。 貴重なご意見有難う御座います。 今後とも宜しくお願いします。
モータの大きさが不明ですが，数ｋＷから数10ｋＷのモータについて，伝熱解析した結果と実測値を比較したことがあります。結論から言うと，解析と実測は合いません。原因はいくつか考えられますが，モータ外表面の熱放射の条件設定がうまくいかない（理想状態を実際につくれないので，ばらつきが大きい）ことが最大の原因です。 今回の場合，モータの巻線温度が８０℃で飽和しているとすれば（外気温度４０℃），外表面で７０℃ほどになると思います。 計算する場合には，＃１jeepさんが書かれているように，ＦＣ２５０の熱伝導率と熱伝達率を使って，熱通過率を計算して，外表面の温度を計算します。
お礼
ご返答有難う御座います。私自信でも調べているのですが、熱伝導率についての資料が手元に無く、困っています。もしよろしければ、計算式をお教えください。
＃２さんの懸念はやかんに与えられる熱量より 放熱量が小さい場合に起こる事で、 空冷バイクのシリンダを例に取ると 内部温度が一定でも（バイク走行中）シリンダ外部は 内部より低い温度です。 これは内部の熱量より、放熱量が大きいからです。 （やかんに冷却フィンをつければ少しは温度が下がると思います。） よけいな意見すみませんでした。
お礼
あけましてよろしくおめでとうございます。 ご回答有難うござます。 今後とも宜しくお願いします。
ハウジングの内側が80℃、 離れた周辺位置の温度が例えば40℃なら、 ハウジングの伝導率ｘ厚みと、 外表面熱伝達率、空気中熱伝達で 各材質内部での温度勾配の比が決まりますから それを、80→40になるように分配する折れ線 グラフでざっと概算はできます。 しかしながら、80℃＝一定温度という条件の与え方は、お湯の入ったヤカンを想像してください。 周囲にどんなに熱が逃げようともハウジングの 内側表面は80℃のままですので、 表側表面も80℃に近い値に算定されてしまうと 思うのですが、この条件で本当にいいのでしょうか。
お礼
あけましておめでとうございます。 ご回答有難う御座います。 今後とも宜しくお願いします。
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お礼
あけましておめでとうございます。 有難う御座います。 計算してみます。 今後とも宜しくお願いします。