40 – SPMモータのコギングトルク解析

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アプリケーションノート・モデルデータ

概要

永久磁石モータは、無通電状態においてもロータの回転に伴ってトルクが正負に生じ、これをコギングトルクと呼びます。精密機器に用いられるモータでは、出力トルクは当然ですが、コギングトルクの低減を重視される場合があります。コギングトルクの低減手法としては、スキューや分数スロットの採用があります。スキューはステータやロータを適切に捻ってコギングトルクが相殺される手法で広く使われていますが、電磁力がスラスト方向に生じることによる性能低下や製造コストの上昇を招く課題を持っていいます。分数スロットの場合、スキューが持つ欠点はありませんが、整数スロットの巻線パターンとは異なるためにトルクの発生原理が把握しにくく、ティース形状や磁石の着磁分布を適切に設計しにくい面があります。
これらの評価を行うためには、磁気回路に生じる詳細な電磁力の分布を評価できる、有限要素法を利用した電磁界解析が必要となります。
ここでは、周期が細かい8極9スロットのSPMモータのコギングトルクを求めています。

コギングトルク波形

コギングトルク波形を図1に示します。結果より、振幅がおよそ5e-5(Nm)であることがわかります。また、コギングトルクの周期はスロット数と極数で決まり、本解析対象は8極9スロットであるので、コギングトルクの周期は360を8と9の最小公倍数で割った値である5(dig)になります。

磁束線図

回転角度0(deg)、1(deg)、4(deg)時の磁束線図を図2に示します。回転角度0(deg)で見られる磁束線の対称性は、1(deg)および4(deg)では崩れている様子がわかります。これがコギングトルクを生じさせています。

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