22 – IPMモータの永久磁石渦電流解析

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アプリケーションノート・モデルデータ

概要

永久磁石モータに高出力密度化を実現するため、エネルギー積の高い希土類磁石が用いられることが増えてきています。ネオジ系希土類磁石は鉄を多く含有しているために電気伝導率が高く、変動磁場が加わると、渦電流によるジュール損失を生じます。近年の高回転化、IPM構造の採用や弱め界磁制御の普及により、磁石に加わる変動磁場の周波数や変動幅も増加し、それに伴うジュール損失も増加しています。磁石の渦電流を抑える対策としては、積層コアの考え方と同様に磁石を分割することで、見かけの電気伝導率を下げて 渦電流を減らす手法がとられています。磁石に生じる渦電流は固定子の電機子反作用が発端となり、ステータコアのスロット形状やロータの形状、コア材料の非線形磁化特性、コイルに通電される電流波形により決まります。
このような磁石渦電流を事前に把握するためには、これら形状や材料特性などを精密に考慮する必要があるので、これらが可能である有限要素法による磁界解析シミュレーションが有効となります。
ここでは、稼動状態の解析を行い、磁石の分割数による磁石渦電流損の変化を求めます。

磁石中の渦電流密度分布

磁石中の渦電流密度分布を図1に示します。周波数240(Hz)時の渦電流の浸透深さは4(mm)であり、磁石の軸方向の長さに対して渦電流が磁石の縁に集中しています。また、分割磁石を使用することにより渦電流のパスが細分化されています。

磁石分割による損失の変化

磁石の渦電流損失密度分布を図2に、渦電流損失を図3に示します。
磁石の分割数を増やすことで渦電流の流路が長くなり、電気抵抗が増加します。そのため分割された個々の磁石の渦電流密度が減少し、総量としての渦電流損失が減少します。

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