159 – SPMモータの寸法公差の感度解析

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アプリケーションノート・モデルデータ

概要

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ため、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。

コギングトルク

図1にコギングトルク波形を、図2にコギングトルクの周波数成分を示します。図1より、面取りの寸法を変えるとピーク値の位置がずれていきますが、ピーク値はほぼ同じであることがわかります。図2の周波数成分を確認すると、基本周波数である360(Hz)の変化は、高調波成分に比べて小さくなっています。
このことから、面取りの公差範囲内での形状のばらつきは、コギングトルクに対する影響が少ないことがわかります。

誘起電圧

図3に誘起電圧波形を、図4に誘起電圧の周波数成分を示します。図3より、面取りの寸法を変えても誘起電圧の値はほぼ同じであることがわかります。図4の周波数成分を確認すると、基本周波数である60(Hz)の変化は、高調波成分に比べて小さくなっています。
このことからも、面取りの公差による影響が少ないことがわかります。

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