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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
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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。
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外部回路連成解析機能を利用します。
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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。
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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。
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プロジェクトファイルを取得（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。）
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Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。
解析条件
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
2次元 |
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奥行き方向の厚み |
6[mm] |
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単位 |
mm |
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磁場解析[Luvens] |
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解析の種類 |
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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 |
回転機タブの設定を以下のように行っています。
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タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
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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] |
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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。
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タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
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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] |
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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。
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タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
|||||
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過渡解析 |
時間ステップ |
自動 |
|||||
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表 |
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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
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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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4/Sheet |
Mag1 |
mag |
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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 |
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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。
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ボディ属性名 |
タブ |
設定 |
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Mag1 |
方向 |
方向タイプ：円中心方向 向き：外向き |
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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 |
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ステータ/ロータ/空気 |
ロータ |
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|
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 |
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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 |
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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 |
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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 |
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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。
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材料名 |
タブ |
定数 |
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Cu |
導電率 |
導体の種類：導体 導電率：5.977×107[S/m] |
||||||||||||||||||||||
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mag |
透磁率 |
材料タイプ：永久磁石 |
||||||||||||||||||||||
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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 |
|||||||||||||||||||||||
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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
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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。結果テーブルの「トルク[N・m]」に出力されます。
最初は過渡状態で、50[deg]程度で定常状態になっています。
