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例題４０ 回転位置センサ
本例題について
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回転位置検知における磁気センサの最適位置探査を行います。
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磁石角度をパラメータにしてパラメトリック解析を行います。
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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。
解析モデルダウンロード
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プロジェクトファイルをダウンロード（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。Femtet2026以降のバージョンをご利用ください。）
解析空間
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
3次元 |
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単位 |
mm |
解析条件
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項目 |
条件 |
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ソルバ |
磁場解析[Gauss] |
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解析の種類 |
静解析 |
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解析オプション |
なし |
モデル図
シャフトの回転に合わせて円盤状の磁石が回転し、
磁石とともに回転する磁束密度ベクトルの角度を磁気センサで検知するという想定です。
磁気センサはモデルには含めず、磁気センサを置く位置における磁束密度を調べます。
磁気センサを置く位置は下図のようにx軸上にあり、x=5 -14 [mm]の間でスイープさせて最適位置を探します。
ボディ属性および材料の設定
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ボディ No./ボディタイプ |
ボディ属性名 |
材料名 |
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0/Solid |
magnet |
magnet |
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1/Solid |
shaft |
001_アルミニウムAl※ |
※ 材料データベースを利用
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ボディ属性名 |
タブ |
設定 |
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magnet |
方向 |
方向タイプ： ベクトル
z方向ベクトル： X： cos(theta*pi/180)※ Y： sin(theta*pi/180)※ Z： 0 |
thetaは磁化方向の角度(°)を表すパラメータですが、thetaを磁石の回転角度とみることもできるので、以降theta = 磁石回転角度とします。
また、デフォルト変数pi（円周率）も使用しています。
材料定数の設定は以下です。
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材料名 |
タブ |
設定 |
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magnet |
透磁率 |
材料タイプ： 永久磁石 磁化特性タイプ： 線形 磁化の強さ（残留磁束密度）： 1.28 [T] 比透磁率： 1.05 |
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導電率 |
導体の種類： 導体 導電率： 6.7E5 [S/m] |
境界条件
なし
パラメトリック解析の条件
磁石回転角度thetaを変化させて、磁気センサ想定位置 x = 5 - 14 [mm]での磁束密度のx成分とy成分を求める、という設定内容です。
結果出力設定が複雑ですが、下表の「結果出力設定①」が磁束密度x成分、「結果出力設定②」が磁束密度ｙ成分を求める設定になります。
設定方法の詳細は、パラメトリック解析の手順を参照してください。
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スイープ設定 |
結果出力設定① |
結果出力設定② |
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変数名：theta タイプ：等間隔ステップ幅 スタート値：0 ストップ値：360 ステップ：45 |
タイプ： フィールド 解析タイプ： 磁場解析 モード：0： 静解析
出力する値： フィールドタイプ： 磁束密度[T]
ベクトル成分： X成分 結果取得位置： 座標位置指定 X[mm]： 複数 スタート： 5 ストップ： 14 ステップ： 3 Y[mm]： 1つ 値： 0 Z[mm]： 1つ 値： 2 |
タイプ： フィールド 解析タイプ： 磁場解析 モード：0： 静解析
出力する値： フィールドタイプ： 磁束密度[T]
ベクトル成分： Y成分 結果取得位置： 座標位置指定 X[mm]： 複数 スタート： 5 ストップ： 14 ステップ： 3 Y[mm]： 1つ 値： 0 Z[mm]： 1つ 値： 2 |
femtetのパラメトリック解析ダイヤログ上では、上記の結果出力を設定すると以下のように表示されます。
解析結果
磁気センサ想定位置 x = 5 - 14 [mm]での磁束密度のx成分とy成分の磁石の回転角theta[°]による変化を示します。
磁石に近いほど磁束密度が強いことがわかります。
また、x成分はコサインカーブ、y成分はサインカーブを符号反転したものにみえます。
磁石の回転に伴い、磁束密度も回転するため理にかなっていると言えます。
しかし実際には、磁石に近すぎたり遠すぎたりするとコサインカーブ、サインカーブから歪んだカーブになります。
これを確かめるために、
磁石の回転角theta[°]と磁束密度のz=2におけるx,y軸に平行な平面での回転角(= -tan-1(By/Bx)[°])の関係を下図に示します。
図からx=11 [mm]のときに、thetaと-tan-1(By/Bx)が最も一致し、磁石回転角度検知の精度が良いことがわかります。
