例題3 アキシャルギャップ型モータのコギングトルク解析

本例題について

  • アキシャルギャップ型モータのコギングトルク特性の解析例を示します。
    アキシャルギャップ型モータは円板状のロータとステータが対向している構造のモータです。
    本例題では、コギングトルク(コイルに通電していない状態でのロータの回転に伴うトルク)を解析します。

  • アキシャルギャップモータの解析機能を利用します。

  • コギングトルク、磁束密度などを解析結果として見ることができます。

  • 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。 

解析条件

項目

条件

ソルバ

磁場解析[Luvens]

解析空間

3次元

解析の種類

過渡解析

単位

mm

解析オプション

回転機をチェック

 

[換算]

部分モデルをチェック

実モデルの分割数:4

結果を実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]

ギャップタイプ

アキシャルギャップ

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

スライドメッシュの位置

自動計算のチェックをOFF

ロータタイプ:アウターロータ

 

[ギャップ部の半径] 内側:110×10-3[m]

外側:112×10-3[m]

 

[ギャップ部の回転軸方向座標] 上ギャップ.上面:52×10-3[m]

上ギャップ.下面:50×10-3[m]

下ギャップ.上面:-50×10-3[m]

下ギャップ.下面:-52×10-3[m]

 

スライドメッシュの軸方向の分割サイズ

指定のメッシュサイズで等間隔に分割

10.0[mm]

 

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:7[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90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、90*1.0*1=90度まで回転させる解析となります。

タブ設定

設定項目

条件

過渡解析

時間ステップ

自動

No.

ステップ数

出力間隔

1

90

1

 

モデル図

中央にロータコアとコイルがあり、その上下にステータコアと永久磁石を配置した構成となっています。

対称性を利用し、1/4の周期対称モデルとしています。

空気領域は自動作成に設定しています。

  • coil1-3は誘導電流の影響がほとんど出ないような細い銅線で形成された巻線コイルを想定しているため、誘導電流設定を”なし”に設定しています。
    これを”あり”に設定してしまうと、誘導電流による損失が影響してコギングトルクが正しく求まりませんので、ご注意ください。

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

34/Solid

coil1

Cu

35/Solid

coil2

Cu

36/Solid

coil3

Cu

33,37,38/Solid

st_core

core

20,31/Solid

mag1

mag

19,30/Solid

mag2

mag

23,32/Solid

rt_core

core

 

ボディ属性は以下のように設定しています。

ボディ属性名

タブ

設定

coil1

電流

誘導電流:なし

ステータ/ロータ/空気

ステータ

coil2

電流

誘導電流:なし

ステータ/ロータ/空気

ステータ

coil3

電流

誘導電流:なし

ステータ/ロータ/空気

ステータ

mag1

方向

ベクトル:X=0, Y=0, Z=1

ステータ/ロータ/空気

ロータ

mag2

方向

ベクトル:X=0, Y=0, Z=-1

ステータ/ロータ/空気

ロータ

rt_core

ステータ/ロータ/空気

ロータ

st_core

ステータ/ロータ/空気

ステータ

 

材料定数は以下のように設定しています。

材料名

タブ

定数

Cu

導電率

導体の種類:導体

導電率:5.977×107[S/m]

mag

透磁率

材料タイプ:永久磁石

磁石

磁化特性タイプ:線形

磁化の強さ:0.5[T]

比透磁率:1.05

core

透磁率

磁化特性タイプ:B-Hカーブをチェック

 

B-Hカーブテーブル

磁界[A/m]

磁束密度[T]

0

0

58

0.42

90

0.8

180

1.19

380

1.37

1100

1.48

2000

1.55

3000

1.608

11000

1.81

20000

1.91

 

境界条件

周期対称境界を設定しています。

境界条件名/トポロジ

タブ

境界条件の種類

条件

Symmetry

対称/不連続

周期的

回転周期(1周期)

解析結果

回転角度が0[deg]の時の磁束密度分布を示します。

 

コギングトルク波形を示します。

 

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