3 – 永久磁石型ブラシモータの基本特性解析

アプリケーションノート・モデルデータ

概要

ブラシモータは回転子と固定子の電磁気的な吸引力や反発力によりトルクを発生します。部品点数も少なく駆動回路も不要なことから、小型機器の動力源として広く活用されています。ブラシモータは実際に電磁気現象によってトルクを発生する磁気回路部と駆動回路に相当するブラシ・整流子部で構成されます。ブラシモータの性能向上を図るためには、各部の磁気回路の利用効率を高めたり、非線形材料特性をうまく使いこなすことが必要になります。また、駆動回路に相当するブラシ整流子の適正配置も重要となっています。
設計段階で磁気回路の利用効率やトルク変動、電流波形などを評価するためには、各部の磁束密度を詳細に算出し、トルクを精度よく評価できる有限要素法による電磁界シミュレーションの利用が望ましいといえます。
ここでは、ブラシモータの基本特性であるトルク-電流特性(T-I特性)、トルク-回転数特性(T-N特性)および磁束密度分布を求めています。

N-T特性/T-I特性

N-T特性グラフを図1、T-I特性グラフを図2に示します。両特性グラフより、回転数と電流がトルクに比例するというDCモータの特徴を得られていることが確認できます。また、N-T特性グラフから、速度制御可能な範囲がわかります。

磁束密度分布

回転速度12,000(r/min)時における磁束密度分布を図3に示します。丸印で示した箇所で磁束密度分布が高くなっています。これはロータとステータ間の磁束の流れがそこに集中するためです。この磁束がトルクを発生させています。そのため、磁気飽和により漏れ磁束が生じるとトルクが低下してしまいます。

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