106 – ブラシモータの鉄損解析

アプリケーションノート・モデルデータ

概要

ブラシモータは小容量を中心に多くの機器に数多く使われています。近年の省エネルギー化の要求は、HEVや大型家電に用いる高性能・大容量モータだけでなく、小型のブラシモータなどにも高効率化を要求しています。この要求に答えるには、損失の低減が重要になります。損失は効率を低下させ、発熱により機器の温度を上昇させ、更に効率を低下させる要因となりますので、損失の大きさや分布を知り、損失を抑えるための設計改善を行う必要があります。モータの損失は銅損と鉄損が支配的ですが、銅損はコイルを流れる電流から概ね知ることができます。しかし、鉄損は材料特性や、駆動状態、形状に依存するため、机上計算での検討が難しいといえます。
有限要素法を利用した磁界解析であれば、モータの形状や電磁気的な挙動が全て考慮されるので、鉄損の分布や総量を見積もることができますから、設計段階での検討に有用です。
ここでは、ブラシモータのステータコアとロータコアの鉄損を求めています。

磁束密度分布

図1に磁束密度分布を、図2に測定点①における磁束密度波形のr成分とθ成分、図3に測定点②における磁束密度波形r成分とθ成分を示します。
図1より、ステータコアに比べ、ロータコアの磁束密度が大きいことがわかります。また、図2、図3より測定点①では磁束密度の変化量が大きいのに対し、測定点②では磁束密度変化量は小さくなっています。これらの磁束密度の変化量の大きさは鉄損に影響を与えます。

ジュール損失密度分布/ヒステリシス損失密度分布/鉄損密度分布

図4にジュール損失密度分布を、図5にヒステリシス損失密度分布を、図6に鉄損密度分布を示します。さらに、図7、図8にステータコアとロータコアそれぞれの損失割合を示します。磁束密度波形で確認したように、磁束密度の変化が小さい箇所に比べ磁束密度の変化の大きい箇所の方のジュール損失密度が高くなっています。また、ヒステリシス損失でも同様の傾向が見られます。図7、図8よりジュール損失、ヒステリシス損失ともにロータコアが占める割合が大きいことが確認できます。

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