ホーム / 例題集 / 磁場解析[Luvens、過渡解析] / 例題１ IPMモータの基本特性解析(入力電流指定)

例題１ IPMモータの基本特性解析(入力電流指定)

本例題について

IPMモータ(Interior Permanent Magnet Motor)の基本特性解析例を示します。
ロータの内部に磁石を埋め込んだ構造をもつ、永久磁石式同期モータです。
トルク、磁束密度分布、鉄損、コギングトルク、誘起電圧、インダクタンスなどを計算します。
入力を電流値で指定した解析です。
例題7に同じ形状で、入力を電圧値で指定した事例があります。
外部回路連成解析機能を利用します。
コア部分は電磁鋼板の積層構造を模擬するため、均質化法を利用します。
表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。

本例題は計算の高速化のため、1/4周期対称モデルを採用しています。
フルモデルも用意していますので、そちらもご参照下さい。
フルモデルのプロジェクトファイルを取得（保存してから開いてください。）

Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。

解析条件

項目	条件
解析空間	2次元
奥行き方向の厚み	60[mm]
単位	mm
ソルバ	磁場解析[Luvens]
解析の種類	過渡解析
解析オプション	外部回路連成をチェック回転機をチェック [部分モデル(対称モデル)の設定] 部分モデルをチェック分割数：4 [外部回路入出力値換算] 換算するをチェック直列数：4 並列数：1 結果をフルモデルに換算して出力をチェック

回転機タブの設定を以下のように行っています。

タブ設定

設定項目

条件

回転機

回転移動

速度一定にチェック

回転数：1800[r/min]

ロータの初期回転位置：0[deg]

スライドメッシュの分割数

周方向メッシュ分割角度：1.0[deg]

1ステップ当たりの回転量：1[メッシュ]

スライドメッシュ層数：3

外部回路図は以下の通りです。

60[Hz]、5[A]の三相交流電流を印加しています。

U相の位相には「トルク最大となる電源位相探索」の機能を利用して算出したものを設定しています。

外部回路入出力値換算をONにしているため、FEMコイル素子の抵抗値には1/4分ではなく、フルモデル相当の相抵抗を設定しています。

換算についての詳細は「外部回路換算」および「外部回路換算の設定例」をご参照ください。

メッシュタブを以下のように設定しています。

タブ設定

設定項目

条件

メッシュ

メッシュ設定

標準メッシュサイズを自動的に決定する：OFF

標準メッシュサイズ：1[mm]

空気領域自動作成

空気領域を自動作成するにチェック

空気領域のスケール：1.2

過渡解析タブを以下のように設定しています。

ステップ数が180で、周方向メッシュ分割角度が1.0[deg]、1ステップ当たりの回転量が1[メッシュ]ですので、機械角で180*1.0*1=180[deg]まで回転させる解析となります。

電気角に換算すると、電気角=機械角*極対数=180*4/2=360[deg]となり、電気角1周期分の解析となります。

本モデルは電源が電流指定であるため、コイル電流は最初から定常状態となり、トルクも同様です。

鉄損を計算する場合は、定常状態後、電気角1周期分の時間ステップと、材料定数の鉄損特性定義が必要です。

タブ設定

設定項目

条件

過渡解析

時間ステップ

自動

表

No.	ステップ数	出力間隔
1	180	1

モデル図

中央にロータであるロータコアと磁石があり、周囲にステータコアとコイルを配置した構成となっています。

4極24スロットのモータです。

2次元モデルでの解析です。

対称性を利用し、1/4の周期対称モデルとしています。

回転周期境界(Symmetric)を設定しています。

半周期（1周期毎に磁場反転）の周期対称モデルですので、フルモデルで示すと下図になります。

ボディ属性および材料の設定

ボディ No./ボディタイプ	ボディ属性名	材料名
12/Sheet	Mag	NMX-S43SH_日立金属※
11/Sheet	Rotor	35JN270_JFEスチール※
28/Sheet	Stator	35JN270_JFEスチール※
30/Sheet	U1+	008_銅(Cu)※
31/Sheet	U1+	008_銅(Cu)※
32/Sheet	W1-	008_銅(Cu)※
33/Sheet	W1-	008_銅(Cu)※
34/Sheet	V1+	008_銅(Cu)※
35/Sheet	V1+	008_銅(Cu)※

※材料データベースを利用

ボディ属性は以下のように設定しています。

コア部分は積層鋼板を模擬するため、均質化法を利用する設定（積層タブ）としています。

ボディ属性名	タブ	設定
Mag	方向	ベクトル：X=1, Y=0, Z=1
	電流	誘導電流ありにチェック
	ステータ/ロータ/空気	ロータ
Rotor	積層	積層を考慮するにチェック占積率：97[%] 積層方向ベクトル：X=0, Y=1, Z=0
Rotor	ステータ/ロータ/空気	ロータ
Stator	積層	積層を考慮するにチェック占積率：97[%] 積層方向ベクトル：X=0, Y=1, Z=0
Stator	ステータ/ロータ/空気	ステータ
U1+	電流	波形：外部回路連成回路上のコイル名：U1 巻数：35[Turn] 方向：奥向き
U1+	ステータ/ロータ/空気	ステータ
V1+	電流	波形：外部回路連成回路上のコイル名：V1 巻数：35[Turn] 方向：奥向き
V1+	ステータ/ロータ/空気	ステータ
W1-	電流	波形：外部回路連成回路上のコイル名：W1 巻数：35[Turn] 方向：手前向き
W1-	ステータ/ロータ/空気	ステータ