例題15 リニアモータの推進力解析

本例題について

  • コアレス形リニアモータの通電時の推進力解析例を示します。

  • 指定した速度で定速で進行させたときの推進力を解析します。

  • 推進力、磁束密度分布などを計算します。

  • 外部回路連成解析機能を利用します。

  • 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。
     

解析条件

項目

条件

解析空間

3次元

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

並進機をチェック

 

並進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

並進機

並進移動

移動速度:1.32[m/s]

スライドメッシュの分割数

進行方向メッシュ分割サイズ:1.5[mm]

1ステップ当たりの進行量: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]、10[A]の三相交流電流を印加しています。

 

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:1.5[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:2.0

 

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10で、進行方向メッシュ分割サイズが1.5[mm]、1ステップ当たりの進行量が1[メッシュ]ですので、10*1.5*1=15[mm]までムーバを進行させる解析となります。

 

  • 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。

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

10

1

 

モデル図

中央にムーバである3相のコイル、その両サイドにステータである磁石とヨークを配置した構成となっています。

 

側面図

 

片側のみ表示

 

 

 

ボディ属性および材料の設定

ボディ属性名

材料名

MagN

000_ネオジム磁石※

MagS

000_ネオジム磁石※

yoke

Yoke

U1

008_銅(Cu)※

V1

008_銅(Cu)※

W1

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。

ボディ属性名

タブ

設定

MagN

方向

ベクトル:X=0, Y=0, Z=1

ステータ/ロータ/空気

ステータ

MagS

方向

ベクトル:X=0, Y=0, Z=-1

ステータ/ロータ/空気

ステータ

Yoke

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:FEM_Coil_1

巻数:20[Turn]

方向:ループコイル/磁場方向指定

磁場方向ベクトル:0,0,1

ステータ/ロータ/空気

ムーバ

V1

電流

波形:外部回路連成

回路上のコイル名:FEM_Coil_2

巻数:20[Turn]

方向:ループコイル/磁場方向指定

磁場方向ベクトル:0,0,1

ステータ/ロータ/空気

ムーバ

W1

電流

波形:外部回路連成

回路上のコイル名:FEM_Coil_3

巻数:20[Turn]

方向:ループコイル/磁場方向指定

磁場方向ベクトル:0,0,1

ステータ/ロータ/空気

ムーバ

 

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

Yoke

透磁率

材料タイプ:軟磁性材料

磁石

比透磁率: 3000

境界条件

境界条件はありません。

解析結果

15mm進行した時(ステップ10)の磁束密度分布を示します。

 

時刻-推進力特性を示します。結果テーブルの「電磁力[N]」の「mover/x成分」に出力されます。

11[N]程度の推進力が得られているのが分かります。

 

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