SPMモータの基本特性解析(入力電流指定)

本例題について

• SPMモータ(Surface Permanent Magnet Motor)の通電時のトルク特性解析例を示します。
  ロータの表面に磁石を張り付けた構造をもつ、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、誘起電圧などを計算します。

• 入力を電流値で指定した解析です。
  入力を電圧値で指定した事例は例題7をご参照下さい。

• 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初期設定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。）

解析条件

回転機タブの設定を以下のように行っています。

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。

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。

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。

※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。

境界条件

半周期の周期対称境界を設定しています。

解析結果

添付プロジェクトの解析モデル「電流印加」の結果です。

回転角度が0[deg]の時の磁束密度分布と磁束線を示します。

回転角度-トルク特性を示します。

3.4[N・m]程度のトルクが得られているのが分かります。

電流源を使用していますので、0[deg]から定常状態になっています。

各種損失は結果テーブルの「損失[W](最終1周期参照値)」に出力されます。

同モデルで外部回路の電源素子の電流値を0に変更して解析することで、コギングトルクと無負荷時の誘起電圧を計算できます。

（添付プロジェクトの解析モデル「無負荷」）

コギングトルク波形を示します。

誘起電圧波形を示します。

なお、N-T特性、I-T特性は、「モータ特性図解析」の機能を利用して算出することができます。