30 – SPMモータの組込み着磁解析

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概要

表面磁石型モータ(SPM)は磁石がステータと直接対面し、磁石が発生する磁界と励磁コイルが生み出す磁界との相互作用でトルクを発生させます。磁石の着磁状態はモータの特性を左右する主要因です。モータ設計者は着磁パターンを調整することによりトルク変動や誘起電圧の高次成分を抑えるように設計を進めますので、これにより特性がどのように変わるかを確認することは重要です。磁石の着磁方向を確認する一般的な方法としては、誘起電圧波形や磁石の表面磁束密度を測定する方法が採られます。
着磁パターンを含めた検討を行う場合、実際に着磁器や着磁電流、磁石材の着磁率を考慮する必要があります。事前にこれらの検討を行うためには、着磁工程を全て考慮する必要があり、これらの変数に十分な感度をもち、結果から電磁気的挙動の詳細に知ることが出来る有限要素法を用いた磁界解析シミュレーションは、非常に有用となります。
ここでは、SPMモータの組込み着磁を行い、着磁磁界と磁石の表面磁束密度を求めます。

着磁磁界

組込み着磁を行ったときの着磁磁界分布を図1に示します。ステータコイルに電流を流して得られた着磁磁界分布です。極中心に比べ極間の着磁磁界が小さくなっています。この磁界分布と磁石の配向方向から有効な着磁磁界分布を求めます。

着磁率

組込み着磁後の磁石の着磁率分布を図2に示します。磁石外側の磁極付近は完全着磁となりますが、磁石内側の極間では不完全着磁であることがわかります。

磁石の表面磁束密度

磁石全体の磁化を一定とした場合と着磁工程を考慮した場合における、磁石の表面磁束密度波形を図2に示します。磁石の配向方向はパラレル方向としています。着磁磁界の配向方向成分が小さくなる45(deg)付近では、磁化一定の場合と着磁工程を考慮した場合で表面磁束密度の違いが大きくなっています。

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