129 – 着磁を考慮したPM型ステッピングモータの特性解析

アプリケーションノート・モデルデータ

概要

ステッピングモータは、プリンタやデジタルカメラの位置決めなどに多く使われています。PM型ステッピングモータの場合、使用される永久磁石の着磁状態を設計することでモータ特性を作りこんでいきます。PM型ステッピングモータの特性の予測精度を高めるためには、着磁状態を正しく検討する必要があります。
磁石内部の磁化分布を詳細に測定することは困難です。しかし、有限要素法を用いた解析では着磁器による着磁磁界から求めることができるので、磁石の状態をより正確に捉えることができます。
ここでは、着磁器モデルを作成し磁石に着磁をします。着磁された磁石の磁化分布と表面磁束密度、および着磁された磁石を組み込んだPM型ステッピングモータの誘起電圧を求めています。

磁石の磁化分布、表面磁束密度

着磁器により着磁された磁石の磁化分布を図1、磁石の厚み方向中心、磁石表面から0.2(mm)の距離での、2極分の表面磁束密度の径方向成分を図2に示します。
図1から、完全着磁では磁石の全ての箇所において強く磁化されており、不完全着磁では磁石の内側の磁化が弱いことがわかります。そのため、図2のように表面磁束密度の最大値は、完全着磁時の約0.8(T)に対して不完全着磁時は約0.3(T)と小さくなります。着磁状態を把握するためには着磁率、リコイル比透磁率を考慮する必要があることがわかります。

誘起電圧波形

1,000(r/min)で回転した際のステッピングモータの誘起電圧波形を図3に示します。
磁石の磁化の強さの違いにより、誘起電圧の最大値は完全着磁時の約7.5(V)に対して不完全着磁時は約5.0(V)と小さくなり、着磁率とリコイル比透磁率の考慮の有無でPM型ステッピングモータの特性が変わることがわかります。

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