212 – クローポール型オルタネータの交流損失解析

モデルデータ

概要

モータや発電機は、主に電磁鋼板の鉄損、導電部品のジュール損失、コイルのジュール損失という3つの損失の影響を受けます。
コイルのジュール損失に着目すると、バー巻線を使用し損失を減らす方法があります。丸線の代わりに角線を使用することで、スロット内占積率を高め巻線の断面積を大きくすることが出来ます。巻線の断面積が大きいと直流抵抗によるコイルの銅損は低減されますが、一方で表皮効果や近接効果などによる交流損失に対しては脆弱になります。交流損失は周波数に依存するため、モータがより高い周波数で高速に動作する場合に問題となる可能性があります。
バー巻線を施したクローポールオルタネータは3次元的な形状および磁場分布を持つため、交流損失を精度よく表現できる有限要素法を用いた3次元電磁界解析が有用となります。
ここでは、クローポール型オルタネータの交流損失を求めた事例をご紹介します。

損失解析

直流損失と交流損失の値を図1、コイルの損失分布を図2、コイルエンドの損失分布およびフラックスラインを図3に示します。
図1より、交流損失は全体の効率に対して大きく影響し、無視できないものであることがわかります。
図2より、損失の大部分が内部よりもコイルのエッジに集中していることがわかります。これは交流損失の特性の1つです。
図3より、コイルエンドの損失と磁束の関係を確認できます。

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