発熱したモーターの効率および温度測定

モーターの負荷試験は、起動時の、周囲温度と同じ冷めた状態で試験することが多いです。今回、モーターの実際の使用状態を考慮して、モーターに負荷（定格トルク）を連続的に与えてモーターを発熱させ、温度が上昇したモーターの効率を測定しました。その結果、起動時の冷めた状態で試験した測定データと比べて効率が変化することがわかりました。本測定は、使用中のモーターの性能評価に役立てることができます。

発熱したモーターの効率測定 ¹

都産技研は小型モーター試験装置を保有しています。今回、小型モーター試験装置を構成するトルク測定器のブレーキ機能を利用して、モーターに負荷（定格トルク）を連続的に与えて発熱状態としたモーターの効率を測定しました。実験には、定格電圧DC24 V、出力55 W、定格トルク441 mN・m、回転速度1200 r/minの汎用ブラシ付DCモーターを用いました。始めにモーターを駆動させて起動時のモーターの効率を測定しました。次に負荷として、モーターに定格トルク（441 mN・m）を連続3時間供給し、モーターを発熱させてからモーター効率を測定しました。図1に測定結果を示します。​

​図1　モーター効率測定結果

図1において、横軸が500 mN・m以上の測定トルクでは、定格トルク連続3時間供給後のほうが起動時よりも、縦軸のモーター効率が低下しています。この理由として、モーターの発熱に伴う温度上昇に起因した負荷損（おそらく銅損）の増加が原因ではないかと推測します。一方、図1において、測定トルクが無負荷（0 mN・m）に近いところでは、僅かですが定格トルク連続3時間供給後のほうが、起動時よりもモーター効率が向上しています。​

発熱したモーターの温度測定 ²

モーターの発熱に伴う温度上昇を見積もるため、モーターに定格トルク（441 mN・m）を連続3時間以上供給したときの、モーターの表面温度を測定しました。測定は、常温常湿下で約3.5時間（12 600 s）行いました。測定箇所は、定格トルクで回転しているモーターシャフト1箇所（図2 のA部）と、筐体4箇所（図2のB、C、DおよびE部）としました。測定方法は、T型熱電対を用いた熱電温度計法で行いました。またモーターシャフト温度は小野測器製無線温度計測モジュールWT-1100で、筐体温度はチノー製温度記録計KR3D41-G8T-1NNで、それぞれ記録しました。図2にモーター表面温度の測定箇所の写真を、図3に測定結果をそれぞれ示します。また表1に、定格トルクを連続3.5時間供給した後の、周囲温度に対する温度上昇値を示します。

​図2　モーター温度測定箇所の写真

図3　モーター温度測定結果​

図3から、約3時間（横軸で10 800 s）以上経過するとモーター表面温度はほぼ一定となっており、飽和状態といえます。また周囲温度（図3の緑色の線）はモーター起動時から概ね不変であることが確認できます。表1から、定格トルク連続3.5時間供給後（図3の横軸で12 600 s経過後）のモーター表面温度は、周囲温度が不変とみなせるため、筐体裏面（図2のC部）で約13 ℃、モーターシャフト（図2のA部）で約12 ℃、起動時（図3の横軸で0 s）と比べて温度上昇していると判断できます。

以上より、定格トルクを連続3時間与えた後のモーター効率は、起動時と比べて変化しましたが、このときモーター表面においては、起動時から最大約13 ℃の温度上昇が発生していたと見積もることができます。

都産技研では、小型モーター試験装置の機器利用に加えて、温度記録計の機器利用での併用ができます。ご利用をお待ちしております。

研究開発本部 物理応用技術部
電気技術グループ

主任研究員​
長谷川 孝​（はせがわ たかし）

参考文献

1. 実使用状態を考慮したモータ性能評価結果：長谷川、志水, 2022年電気学会産業応用部門大会講演論文集, 3-65, pp.[III-312] – [III-313] (2022)
2. 定格負荷を連続的に与えたときのモータ筐体およびモータ回転軸の温度測定：長谷川,令和5年電気学会全国大会講演論文集, 5-068, pp.121 (2023)

関連情報

• TIRI NEWS 『小型モーター試験装置 』（2022年5月1日掲載）
• 小型モーター試験装置
• 温度記録計［電気技術G］

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