例題6 アウターロータモータのトルク解析

本例題について

  • ドローン用アウターロータモータの通電時のトルク特性解析例を示します。
    アウターロータに磁石を配置した構造をもつ、永久磁石式同期モータです。

  • 外部回路連成解析機能を利用します。

  • 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

2次元

解析の種類

過渡解析

単位

mm

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

 

[換算]

モデルの厚み:6×10-3[m]

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:7200[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。

840[Hz]の三相交流電圧を印加しています。

 

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:0.4[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、180*1.0*1=180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

180

1

 

モデル図

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

14極のモータです。

2次元モデルでの解析です。

空気領域は自動作成に設定しています。

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

4/Sheet

Mag1

mag

6/Sheet

Mag1

mag

8/Sheet

Mag1

mag

10/Sheet

Mag1

mag

12/Sheet

Mag1

mag

14/Sheet

Mag1

mag

16/Sheet

Mag1

mag

5/Sheet

Mag2

mag

7/Sheet

Mag2

mag

9/Sheet

Mag2

mag

11/Sheet

Mag2

mag

13/Sheet

Mag2

mag

15/Sheet

Mag2

mag

17/Sheet

Mag2

mag

0/Sheet

Rotor

core

37/Sheet

Stator

core

40/Sheet

U1-

Cu

42/Sheet

U1-

Cu

51/Sheet

U1-

Cu

53/Sheet

U1-

Cu

39/Sheet

U1+

Cu

41/Sheet

U1+

Cu

43/Sheet

U1+

Cu

52/Sheet

U1+

Cu

44/Sheet

V1-

Cu

46/Sheet

V1-

Cu

55/Sheet

V1-

Cu

57/Sheet

V1-

Cu

45/Sheet

V1+

Cu

47/Sheet

V1+

Cu

54/Sheet

V1+

Cu

56/Sheet

V1+

Cu

48/Sheet

W1-

Cu

50/Sheet

W1-

Cu

59/Sheet

W1-

Cu

61/Sheet

W1-

Cu

38/Sheet

W1+

Cu

49/Sheet

W1+

Cu

58/Sheet

W1+

Cu

60/Sheet

W1+

Cu

 

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

Mag1

方向

方向タイプ:円中心方向

向き:外向き

ステータ/ロータ/空気

ロータ

Mag2

方向

方向タイプ:円中心方向

向き:内向き

ステータ/ロータ/空気

ロータ

Rotor

ステータ/ロータ/空気

ロータ

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:手前向き

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

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:手前向き

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

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

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:奥向き

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:1.25[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

 

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。

 

トルク波形を示します。

最初は過渡状態で、50[deg]程度で定常状態になっています。

 

まずはFemtetを試してみたい

試用版・無償版はこちら

もっとFemtetについて詳しく知りたい

イベント・セミナー情報はこちら