241 – 単相同期モータのN-T-I特性解析

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概要

広く使用されている三相同期モータは効率が良く安定的に駆動できる反面、インバータを用いることによりコストが高くなる傾向があります。一方で、単相同期モータはインバータが不要なためコストを抑えることができます。また、ブラシレスであるためメンテナンスコストも下げることが出来ます。
単相同期モータは、ロータの回転数に応じて逆起電圧およびコイルに流れる電流が変化します。低速時は逆起電圧が小さいためコイルには大きな電流が流れ、磁気回路内に磁気飽和が発生します。
一方、高速時は逆起電圧が大きくなるため、コイルに流れる電流およびトルクが減少します。このように、モータを設計する際は幅広い動作点に対して特性を把握することが重要です。JMAGでの解析で設計検討段階においてN-T-I特性を求められることはモータの開発スピードに大きく寄与します。
ここでは、単相同期モータのN-T-I特性を求めた事例を紹介します。

N-T-I特性

N-T-I特性グラフを図1に示します。
図1より、回転数ごとのトルクの値や、駆動可能な最高回転数などが把握できます。また、トルク-電流は比例関係となり、TI特性が確認できます。

磁束密度分布

回転数2,000(r/min)、12,500(r/min)での磁束密度分布を図2に示します。
低速駆動時は大きな電流が流れるため、ステータコアでも磁気飽和が見られます。一方で高速駆動時はコイルに流れる電流が減少するため、ステータコアの磁気飽和が緩和していることが分かります。

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