Products
|
Application Catalog
アプリケーションカタログ
|
| 163 - SPMモータのI-T特性解析 | Module: DP | 2012-03-01 | 永久磁石同期モータの基本特性の一つに電流とトルクの関係（I-T特性）があります。電流あたりに発生するトルクは、電流を増加させてもある程度までは一定で、トルクは線形に増加しますが、電流を更に増やし、磁気飽和の影響が生じる様になると電流あたりに発生するトルクが低下します。
この様に永久磁石同期モータのI-T特性はモータの磁気回路の飽和状態の影響を大きく受けますので、永久磁石同期モータの設計および駆動状態の検討のためには、飽和を考慮できる磁界解析でI-T特性を把握することが有益です。
ここでは、永久磁石同期モータの一種である表面磁石型永久磁石同期モータ（以下SPMモータ）の基本特性としてI-T特性を求めています。
|
| 159 - SPMモータの寸法公差の感度解析 | Module: DP | 2012-03-01 | 表面磁石型モータ（SPM）に使用する磁石の角はフィレットや面取りが施されます。しかし、製造工程で完全に同じ加工を行うことは難しく、製品ごとにばらつきが多少発生します。このばらつきによりモータの性能に影響が出ないように寸法公差は設定されます。
寸法公差と性能やコストはトレードオフの関係にある、設計段階での検討が重要となります。有限要素法を用いた数値解析シミュレーションであれば、寸法を変えるだけで、トルクなどのモータ性能への感度を評価することができます。
ここでは、面取りの寸法公差を±0.4（mm）と仮定し、公差範囲内で形状を変更してモータの性能に影響が無いかをコギングトルクと誘起電圧を比較することで確認します。
|
| 124 - ステータ内径のバラつきを考慮したSPMモータのコギングトルク解析 | Module: DP,DS | 2012-03-01 | モータ組立時、加工誤差や焼き嵌め、圧入によりステータの内径にバラつきが発生します。このバラつきによりコギングトルクが大きくなり、振動・騒音の要因になります。
フレームをステータコアに圧入する場合、フレームの厚みが周方向に一定でない場合、圧入面圧も周方向に分布をもつことになり、ステータ内径にバラつきが発生します。振動・騒音の対策をするためには、バラつき量を正確に把握し、バラつき量に対応する、コギングトルクの大きさを評価する必要があります。圧入によるステータ内径のバラつきはフレームの形状によるため、有限要素法により正確に把握します。
ここでは、圧入接合による応力解析により求めた変位をもとに、ティースの変位にバラつきがある場合とない場合のコギングトルクを求めています。
|
| 120 - SPMモータの熱減磁解析 | Module: DP | 2012-03-01 | モータの高効率化および高出力化を実現するためには、温度上昇の問題を如何に解決するかが重要となります。モータに使われている材料で、温度に対する特性変化が大きいのは磁石です。希土類磁石の場合、通常百数十度で減磁の可能性が出てきます。減磁するかどうかは加えられる反磁界と温度から決まります。温度を上げるだけ、或いは反磁界を掛けるだけではある程度耐性がありますが、組み合わされると耐性が大きく下がります。モータが過負荷状態で大きなトルクを出している状態では、コイルに大きな電流が流れているため、大きな反磁界と熱が加わり、減磁の可能性が高まります。対策としては、熱耐性の高い磁石を使用する、モータを大きくするなどの方法がありますが、大体体格やコストを高めることになるため、設計のトレードオフのテーマとなります。
減磁を精度良く検討を行うためには、まず反磁界が加わる場所と、材料の減磁特性を正確に把握する必要があります。有限要素法を利用した磁界解析シミュレーションでは、反磁界を算出し、材料の減磁特性を考慮してその反磁界により磁石のどの部分が減磁したかを求めることが出来ます。
ここでは、永久磁石の温度を変えて解析を行い、トルク波形や磁束密度分布への影響を評価します。
|
 | 115 - SPMモータの偏心解析 | Module: DP | 2012-03-01 | モータは複数の部品から構成されており、それらを組み立てることで、製品となっています。各部品は加工誤差の範囲内で作られていますが、誤差のある部品同士を組立てることで誤差は積みあがります。特にロータとステータの円筒軸に偏芯(ずれ、振れ)が生じると、磁束密度分布や電磁力がアンバランスとなり、振動や騒音の原因になります。誤差の無い部品を製造し、組立てるのが理想ではありますが、現実には誤差を減らすためには精密な機械加工が必要となり製造コストが大幅に上昇してしまいます。したがって、設計段階において、各部品の公差範囲の設定と性能のトレードオフについて検討する必要があります。
これらを設計段階で検討するためには、部品の加工誤差に感度を持つ精度の高い評価を行う必要があり、有限要素法を用いた電磁界解析が有効になります。
ここでは、偏心の有無によるSPMモータのコギングトルク波形およびステータに働く電磁力への影響を評価します。
|
| 114 - アウターロータモータの振動解析 | Module: DP,DS | 2012-03-01 | アウターロータモータは、ステータの周りをマグネットロータが回転します。ロータの半径が大きくなるため、同じ外径のインナーロータモータよりも大きい駆動トルクを得られ定速度性に優れます。一方で回転時に発生する振動、騒音への対策が重要になります。
モータを回転させる際に発生する振動の要因として、電磁力があります。また、この電磁力がモータの固有モードと共振することで、より大きな振動、騒音になります。共振を防ぐ目的で、例えば、ロータコアに穴を設けるなどの加工を施してモータの固有振動数を変更するなどの対策が取られます。このような検討を行うためにも、電磁力の空間分布、周波数分析および固有周波数を正確に把握する必要があります。
ここでは、コアに穴加工を施した場合のアウターロータモータの電磁振動による音圧を求めています。
|
| 108 - リング磁石の遠心力破壊解析 | Module: DS | 2012-03-01 | 永久磁石同期モータの産業分野への適用が拡大しており、高速回転可能なモータの開発が進められています。高速回転時に問題になるのはロータに働く遠心力であり、リング磁石を使用したＳＰＭの場合、磁石に加わる応力が機械強度を上回った時点で磁石が破壊してしまいます。設計段階において、事前に最高回転速度を把握し、補強リングを設けるなど磁石破壊の対策を講じることは非常に有益です。
SPMモータ回転時に遠心力が働き磁石に応力が発生します。磁石内部の応力分布は一様ではありません。機械強度を評価するうえでは、有限要素法により求まる応力集中部を見極め検討する必要があります。
ここでは、SPMモータを高速回転させた場合のリング磁石の応力分布を求めています。
|
| 103 - 永久磁石同期モータの効率計算 | Module: DP | 2012-03-01 | PMモータは磁石により磁界を得ることが出来るため、誘導モータやブラシモータに比べ、運転域の広い範囲で高効率を実現することが可能です。ここでの効率とは、エネルギー変換器として考えた際の電気エネルギーを運動エネルギーに変換する効率のことです。電力を有効利用できているかを示す力率や、入力に対する出力の割合を示す効率が主な指標になります。モータの特性は形状や制御によって大きく異なるため、効率を向上させるためには、いくつものパラメータを考慮した検討を行う必要があります。
モータ特性を事前に精度よく検討するためには磁気回路法等の手法では難しいので有限要素法を用いた電磁界解析で検討する必要があります。
ここでは、正弦波電流駆動において回転数1,800(rpm)、電流振幅4.0(A)時の電流位相ごとの効率を求めます。
|
| 93 - 8極9スロットモータの偏心によるコギングトルク解析 | Module: DP | 2010-08-31 | モータでは、形状中心軸と回転軸のずれなどにより偏心が生じる可能性があります。偏心は磁束密度分布や電磁力の対称性を崩すため、振動・騒音の原因になります。また、本解析で用いる8極9スロットのモータはコギングトルクが小さいという利点がある一方で、形状および磁界の対称性がないため電磁力が軸周りでキャンセルされません。このような特徴をもつモータのコギングトルクおよび電磁力が偏心によってどのような影響を受けるのか、シュミレーションによって予測することは有用です。
本資料では、偏心の有無によるコギングトルクおよび電磁力を求めています。
|
| 80 - スキュー着磁SPMモータのコギングトルク解析 | Module: TR | 2012-03-01 | モータのトルク変動は振動や騒音の原因となるために低減が求められおり、工作機械やパワーステアリングに用いられるモータでは特に低減に対する要求が高くなります。無通電時に生じるトルク変動であるコギングトルクはギャップに生じる電磁力がロータの回転に伴って変化するために生じるので、トルク変動の低減策としては回転に伴い電磁力が変化しないように、磁石やステータのギャップ形状を工夫したり、ステータやロータにスキューを施すことが行われています。スキューを施す場合、コギングトルクの低減との引き換えにスラスト方向に力を生じたり、積層方向に鎖交する磁束による渦電流を生じるデメリットがあります。
したがって、スキューを施したモータを精度よく評価するためには、磁気回路法による検討や二次元磁界解析ではなく、詳細な三次元的な形状を考慮することが出来る、有限要素法を用いた電磁界解析シミュレーションが必要になります。
ここでは、磁石にスキューを施した着磁をおこなったSPMモータの磁界解析を行い、磁束密度分布、コギングトルクおよび誘起電圧を求めています。
|
| 46 - SPMモータの着磁パターンの感度解析 | Module: DP,ST | 2012-03-01 | 表面磁石型モータ（SPM）ステータと対向するロータ表面に磁石が配置され、磁石が発生する磁界と、励磁コイルが生み出す磁界との相互作用でトルクを発生します。無負荷回転で生じるコギングトルクは磁石の着磁状態によって大きく左右されます。磁石の着磁パターンを調整する事で、効率低下や振動・騒音の要因となるコギングトルクを低減することが出来ます。
実機において磁石内部の磁化パターンを思いのまま制御するためには、多くの着磁器での試行が必要となるため、現実的には困難ですが、有限要素法を用いた磁界解析シミュレーションであれば、着磁パターンを設定するだけで実現象のコギングトルク等がどのように変化するかを推測することができます。最適な磁化パターンを事前に見つけてから、着磁方法を検討することは開発コストの低減につながります。
ここでは、ラジアル異方性とパラレル異方性、極異方性の磁石を用いて、磁石の表面磁束密度を求めます。そして、着磁パターンの違いによる誘起電圧、コギングトルクの変化を確認します。
|
| 40 - SPMモータのコギングトルク解析 | Module: DP | 2012-03-01 | 永久磁石モータは、無通電状態においてもロータの回転に伴ってトルクが正負に生じ、これをコギングトルクと呼びます。精密機器に用いられるモータでは、出力トルクは当然ですが、コギングトルクの低減を重視される場合があります。コギングトルクの低減手法としては、スキューや分数スロットの採用があります。スキューはステータやロータを適切に捻ってコギングトルクが相殺される手法で広く使われていますが、電磁力がスラスト方向に生じることによる性能低下や製造コストの上昇を招く課題を持っていいます。分数スロットの場合、スキューが持つ欠点はありませんが、整数スロットの巻線パターンとは異なるためにトルクの発生原理が把握しにくく、ティース形状や磁石の着磁分布を適切に設計しにくい面があります。
これらの評価を行うためには、磁気回路に生じる詳細な電磁力の分布を評価できる、有限要素法を利用した電磁界解析が必要となります。
ここでは、周期が細かい8極9スロットのSPMモータのコギングトルクを求めています。
|
| 34 - SPMモータの減磁解析 | Module: DP | 2012-03-01 | 希土類磁石はエネルギー積が大きい特徴を持っていますが、クニック点を越える領域までストレス加えると不可逆減磁を起こし特性が低下します。モータの場合、回転中に生じる鉄損や銅損により磁石の温度が上昇することで、熱的なストレスにより熱減磁する可能性があります。また、励磁コイルに大きな電流を通電し、磁石に大きな反磁界が印加されることでも減磁する可能性があります。磁石が減磁するとモータの性能を低下させる要因となりますので、減磁が発生するか否か、減磁した場合にどの程度の性能低下が起きるかを事前に予測する必要があります。
磁界解析シミュレーションは、磁石内部に生じる磁界や温度を扱うことができるので、磁石の端部に生じる部分的な減磁状態までを正確に評価することが可能です。
ここでは、コイルへの通電量を変えた磁界解析を行い、各通電量における減磁率分布を求めます。
|
| 31 - 圧入応力を考慮したSPMモータの鉄損解析 | Module: DP,DS,LS | 2012-03-01 | SPMモータのコアは積層構造を有し、これを維持するための手法として、圧入や焼き嵌めがあります。コアに電磁鋼板を使用しているモータの場合、圧入接合により発生した応力が鉄損を増加させることが知られており、鉄損評価時に応力の影響を考慮することが重要です。
鉄損は鋼板に変動する磁場がかかることで生じます。また、鉄損の大きさは鋼板の鉄損特性に依存します。鋼板の鉄損特性は圧入結合などで応力がかかることで劣化します。圧入結合によって生じる応力は分布を持ち、特にバックヨーク部分で大きくなります。つまり、鉄損を精度良く評価するためには、磁束密度分布、時刻変化および鋼板にかかる応力分布を正確に求める必要があります。
ここでは、コアとフレームの圧入接合を圧入条件でモデル化し、そのときに発生する応力を考慮した場合としない場合のSPMモータの鉄損密度を求める事例についてご説明します。
|
| 30 - SPMモータの組込み着磁解析 | Module: ST | 2012-03-01 | 表面磁石型モータ(SPM)は磁石がステータと直接対面し、磁石が発生する磁界と励磁コイルが生み出す磁界との相互作用でトルクを発生させます。磁石の着磁状態はモータの特性を左右する主要因です。モータ設計者は着磁パターンを調整することによりトルク変動や誘起電圧の高次成分を抑えるように設計を進めますので、これにより特性がどのように変わるかを確認することは重要です。磁石の着磁方向を確認する一般的な方法としては、誘起電圧波形や磁石の表面磁束密度を測定する方法が採られます。
着磁パターンを含めた検討を行う場合、実際に着磁器や着磁電流、磁石材の着磁率を考慮する必要があります。事前にこれらの検討を行うためには、着磁工程を全て考慮する必要があり、これらの変数に十分な感度をもち、結果から電磁気的挙動の詳細に知ることが出来る有限要素法を用いた磁界解析シミュレーションは、非常に有用となります。
ここでは、肩落ち角度を0（deg）から20（deg）まで変えたラジアル異方性とパラレル異方性の磁石、極中心までの距離を8（mm）から17（mm）まで変えた極異方性の磁石を用いて、磁石の表面磁束密度を求めます。また、着磁パターンの違いによる誘起電圧、コギングトルクの変化も確認します。
|
| 29 - 磁石のオーバーハングを考慮したSPMモータの鉄損解析 | Module: LS,TR | 2012-03-01 | 永久磁石モータでは、磁石の作る磁界を強めるために、ステータの積厚よりも長い磁石をオーバーハングさせて配置する設計を取る場合があります。ステータはコイル端部を収めるための空間が必要なため、ロータをステータと同じ積厚にすると、ロータに無駄な空間が出来るので、ここに磁石を配置しようという考え方で、磁石の厚みを増やすことなく磁石磁束を増やすことが出来ます。ただし、オーバーハング部分の磁石が作る磁界はステータに斜めから入るため、積層方向の磁束が発生し渦電流損失を大きく増加させる可能性があります。また、あまりオーバーハング量が多いと、磁石の磁界がステータに届かず、無駄になってしまう可能性もあります。
このように、トルクの増加分と損失の増加や磁石使用量の増加のトレードオフを見ながらオーバーハング量は適切に設定する必要がありますので、三次元的に分布する磁界と渦電流の関係を把握することが出来る有限要素法を利用した電磁界解析は、事前の検討に有効な手段となります。
ここでは、磁石のオーバーハングの有無によるSPMモータの無負荷鉄損を求めています。
|
| 24 - スキュー付きSPMモータのコギングトルク解析 | Module: TR | 2012-03-01 | モータのトルク変動は振動や騒音の原因となるために低減が求められおり、工作機械やパワーステアリングに用いられるモータでは特に低減に対する要求が高くなります。無通電時に生じるトルク変動であるコギングトルクはギャップに生じる電磁力がロータの回転に伴って変化するために生じるので、トルク変動の低減策としては回転に伴い電磁力が変化しないように、磁石やステータのギャップ形状を工夫したり、ステータやロータにスキューを施すことが行われています。スキューを施す場合、コギングトルクの低減との引き換えにスラスト方向に力を生じたり、積層方向に鎖交する磁束による渦電流を生じるデメリットがあります。
したがって、スキューを施したモータを精度よく評価するためには、磁気回路法による検討や二次元磁界解析ではなく、詳細な三次元的な形状を考慮することが出来る、有限要素法を用いた電磁界解析シミュレーションが必要になります。
ここでは、ステータコアにスキューを施したSPMモータの磁界解析を行い、コギングトルクを評価します。
|
| 21 - SPMモータの焼き嵌め解析 | Module: DP,DS,LS | 2012-03-01 | モータの鉄心には電磁鋼板が利用されます。この積層構造を維持するため、またフレームとの接合強度を高めるための手段として、ステータコアにフレームを焼き嵌めします。焼き嵌め時には発生する圧縮応力が、鉄損を増加させることが知られています。高効率化を実現するためには、主となる損失成分を見極め、対策する必要があります。それゆえ、鉄損評価時に応力の影響を考慮することが重要です。
鉄損は鋼板に変動する磁場がかかることで生じます。また、鉄損の大きさは鋼板の鉄損特性に依存します。鋼板の鉄損特性は焼き嵌めなどで応力がかかることで劣化します。焼き嵌めによって生じる応力は分布を持ち、特にバックヨーク部分で大きくなります。つまり、鉄損を精度良く評価するためには、磁束密度分布、時刻変化および鋼板にかかる応力分布を正確に求める必要があります。
ここでは、焼き嵌めで生じる応力を考慮した場合としない場合のSPMモータの鉄損密度を求める事例についてご説明します。
|
| 20 - SPMモータの音圧解析 | Module: DP,DS | 2012-03-01 | モータがより身近に使われるようになるに従い、静粛性に対する要求が高まっています。騒音は、電磁騒音、機械騒音、通風騒音に分けることが出来ますが、特に中・小型モータの騒音要因としては電磁騒音が支配的であると言われています。電磁加振力が大きい場合、その周波数が固有周波数と共振した場合に電磁振動が大きくなることが知られています。
モータに働く電磁力は電磁加振力として振動、騒音を引き起こします。振動、騒音は、この電磁加振力がモータの固有モードと共振することでも発生します。この現象を精度良く評価するためには、放射音の源となるステータコアに働く電磁力分布を正確に把握し、それが連結されるケースを含めたモータ全体の固有モードを求める必要があります。電磁力分布や固有モードはステータコアの形状に依存するため、有限要素法などの解析により求める必要があります。
ここでは、SPMモータを対象にステータコアに発生する電磁力を求め、モータの固有モードと連成させることにより音圧を評価する事例を示します。
|
| 15 - 段スキュー付きSPMモータのコギングトルク解析 | Module: TR | 2012-03-01 | モータのトルク変動は振動や騒音の原因となるため低減が求められおり、工作機械やパワーステアリングに用いられるモータでは特に低減に対する要求が高くなります。無通電時に生じるトルク変動であるコギングトルクはギャップに生じる電磁力がロータの回転に伴って変化するために生じるので、トルク変動の低減策としては回転に伴い電磁力が変化しないように、磁石やステータのギャップ形状を工夫したり、ステータやロータにスキューを施すことが行われています。スキューを施す場合、コギングトルクの低減との引き換えにスラスト方向に力を生じたり、積層方向に鎖交する磁束による渦電流を生じるデメリットがあります。
したがって、スキューを施したモータを精度よく評価するためには、磁気回路法による検討や二次元磁界解析ではなく、詳細な三次元的な形状を考慮することが出来る、有限要素法を用いた電磁界解析シミュレーションが必要になります。
ここでは、段スキュー付きSPMモータの磁界解析を行い、各部の磁束密度分布およびコギングトルクを評価します。
|
|
|
アプリケーションカタログ
|
|
