お客様各位

こんにちは JSOL JMAGビジネスカンパニー加藤です。

今月9/8からTECHNO-FRONTIERバーチャル展示会が開催されます。
JMAGも出展します。
先駆けて特集ページを用意し、開催までに5回にわけて更新する4回目となります。

本日は『PMSM』、『誘導電動機』、『アキシャルギャップモータ・その他』に関してご案内します。


 PMモータ解析最新事例~可変磁束、熱減磁~

PMモータの性能は使用される永久磁石によって影響を受けます。モータ開発においても磁石の状態を可視化し工夫や対策を行うことで、より高いパフォーマンスを発揮するモータの設計に役立ちます。
駆動用モータは幅広い領域で動作します。低速域では大トルクが求められ、高速域では逆起電圧を抑えたいという要求があります。両者は相反しますが、永久磁石の磁束を可変とすることで要求を実現するメモリモータが開発されています。メモリモータは連続的に着磁・減磁を繰り返します。

そのような磁化状態の動的な変化の評価もJMAGは可能です。
また、永久磁石の減磁耐性は磁石の温度によって変化するため、磁石温度と反磁界の大きさを同時に考慮した減磁評価が有用です。減磁の対策として、磁石表面からジスプロシウムを拡散させ磁石の保磁力を高めるDy拡散磁石の使用があげられます。JMAGはDy拡散磁石の熱減磁耐性も正確に扱うことができます。

■ メモリモータで使用している可変磁石の動作点

メモリモータは永久磁石の磁化状態を可変とすることで、低速側、高速側それぞれに適したモータ性能を発揮することができます。本事例では、可変磁石の磁化状態を変化させ、メモリモータの特性の変化を確認しています。
掲載の図は、可変磁石が完全着磁されている状態から、一度減磁を行い、その後再度着磁したときの可変磁石の動作点を示しています。入力された磁化特性上を移動しながら...詳しくはこちら

■ 熱減磁情報を持つ着磁材料

着磁後の減磁特性は、加えられる反磁界と温度の組み合わせによって決まります。特に、不完全な着磁によって保磁力が十分ではない箇所では減磁しやすくなるため、磁石の保磁力分布についても同時に評価することが望まれます。
掲載の図は、着磁時の印加磁界-温度-減磁特性を示しています。この材料特性と着磁時に印可された着磁磁場によって..詳しくはこちら

■ 保磁力分布の有無による減磁率の比較

磁石の減磁対策として、磁石表面からジスプロシウムを拡散させ磁石の保磁力を高めるDy拡散磁石の使用があげられます。ここでは、磁石温度が130(deg C)まで上昇した時の減磁率分布を評価しています。減磁率とは、指定した磁化状態を基準に減磁進行したかどうかを示すものです。
磁石外面に高い保磁力を分布させることで...詳しくはこちら

■ Dy拡散磁石を不完全着磁させたときの熱減磁耐性

Dy拡散磁石を用いたモータにおいて、不完全着磁時の熱減磁耐性を評価しています。このグラフは、磁石の温度を変化させた場合の平均トルクを示しています。
着磁電流25(kA)では着磁が不完全であり磁石全体が十分に磁化されていないため、完全着磁に対し全温度範囲でトルクが低下しています。また、着磁電流45(kA)では磁石温度が130(deg C)を超えるとトルクの減少が大きくなっています。
これは、不完全着磁によって...詳しくはこちら

 誘導電動機の基本特性から熱・振動評価まで

電気自動車向けの駆動用モータとして、PMモータに加えて誘導電動機も注目を集めています。ここでは、JMAGを使った誘導電動機の評価機能、解析事例およびキーとなるテクノロジーをご紹介します。
誘導電動機のモータ性能を評価する手段として、効率マップがあります。JMAGでは簡単かつ高速に誘導電動機の効率マップを描くことができます。実駆動時の損失を評価する場合、PWMパルスを生成するインバータドライブによる影響を取り込みます。

誘導電動機の二次導体は温度によって電気特性が変化し、モータ性能に大きく影響します。本資料ではスキューを有する三次元の誘導電動機を対象に、発熱源となる損失を高速に求めて部品温度を評価した事例を紹介します。
また、駆動時の電磁加振力を周波数分析し、電磁共振による振動状態を評価した事例を紹介しています。
モータドライブ開発では、モータ等価回路モデルを用いて回路シミュレーションを行います。JMAGは機器定数の算出方法を工夫し、モータ等価回路モデルにFEAと同等の精度を持たせています。

■ 二次導体のバー形状の違いによる効率マップ比較

JMAGでは誘導機の効率マップを高速に描画できるため、多数の設計案を容易に評価できます。
ここでは、バーの断面形状以外は保持した2つの設計案について効率マップを比較しています。左のバーのサイズが大きい誘導機の方が...詳しくはこちら

■ ロータティースの磁束密度の比較

誘導電動機は一般的にPWMパルスを生成するインバータドライブを使用しています。電流波形にも高調波成分が含まれ、鉄損が増加します。掲載の図は、ロータティースの磁束密度をフーリエ変換したときの周波数成分を示しています。 PWMを考慮した場合と考慮しない場合で比較しています。
PWMを考慮したほうが高調波成分が...詳しくはこちら

■ 時間周期補正の有無によるトルク履歴の比較

誘導電動機は二次導体に流れる渦電流の影響で、解析初期に長い過渡状態が発生することがあります。解決策として、時間的な収束が遅い成分の誤差のみを取り除く時間周期補正の利用があります。
ここでは、時間周期補正(TP-EEC)の効果を、すべり0.1で駆動させた誘導電動機のトルク波形で確認しています。
TP-EEC法を用いることで...詳しくはこちら

■ 二次導体のジュール損失密度と温度分布

誘導電動機におけるトルクなどのモータ性能は、二次導体に生じる渦電流によって決定付けられます。二次導体は温度によって電気特性が変化し、渦電流の流れ方が変わることでモータ性能にも影響を与えます。
ここでは、すべり0.1で誘導電動機を駆動させた時の、二次導体に生じるジュール損失密度分布を確認しています。特にエンドリングの損失密度が...詳しくはこちら

■ 誘導電動機から発せられる放射音分布

モータ駆動時の電磁加振力と固有モードの重ね合わせによって振動し、その振動が空気を伝わることで音が生じます。ここでは、すべり0.1で誘導電動機を駆動させた時の音圧レベル分布を確認しています。
音圧レベルは4方向に対して高い分布を持ち、その最大値は60dBに達していることが分かります。このことから、電磁力および固有モードが空間4次の...詳しくはこちら

■ モータ等価回路モデルの高精度化とNT特性の比較

誘導電動機のモータドライブシステム設計のために、計算時間が高速なモータ等価回路モデルが利用されています。ここでは、JMAGが提供しているモータ等価回路モデルの改良前後のNT特性を比較しています。
改良前のモータ等価回路モデル(図中のConventional)はFEAの結果と大きく乖離していますが...詳しくはこちら

 アキシャルギャップモータはじめ様々なモータの特性解析事例

PMSM、誘導電動機に加え、様々なタイプのモータが注目されています。JMAGは汎用磁界解析ソフトウェアであり、任意のモータタイプに対する設計ツールとしてご利用いただけます。本資料では、様々なモータの特性解析事例をご紹介します。
アキシャルギャップモータはNTなどの基本特性、コギングトルクを求めています。また、ギャップ付近の漏れ磁束と交流損失の関係を明らかにしています。

シンクロナスリラクタンスモータはモータ等価回路モデルを用いた回路制御シミュレーション、効率マップの作成事例をご紹介します。
巻線界磁型同期モータに関しては、2次元モデルと3次元モデルの違いを明らかにし、同期インピーダンスへの影響を示しています。
リニアモータに関しては、机上計算では困難な直線運動部と曲線運動部でのギャップ磁束密度の違いを正確にとらえ、推力に与える影響を評価しています。

■ アキシャルギャップ型モータの磁気回路

アキシャルギャップ型モータの基本特性として、NT特性やIT特性を評価しています。
掲載の図は、逆起電圧が小さく大電流が流れる低速時の磁束密度分布を示しています。磁極間付近で磁束密度が高くなっていることがわかります。磁束密度が高くなると磁気飽和が起こり..詳しくはこちら

■ アキシャルギャップ型モータのコギングトルク波形

モータの振動を抑えるためには、コギングトルク・トルクリップルの低減が有効です。ここでは、 8極6スロットのアキシャルギャップ型モータのコギングトルク波形を確認しています。
このモータのコギングトルクは、振幅がおよそ0.044(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...詳しくはこちら

■ アキシャルギャップ型モータの交流銅損の分析

コイル素線内で電流が偏ると交流銅損が発生し、損失が増加します。ここでは、角線を有するアキシャルギャップ型モータの交流銅損を評価しています。
掲載の図は、コイル断面の損失密度分布と磁束密度分布を示しています。損失密度分布を見ると、エアギャップ付近で損失が大きくなっていることがわかります。磁束密度分布より、エアギャップ付近の漏れ磁束が...詳しくはこちら

■ シンクロナスリラクタンスモータの速度制御時のトルク波形

モータドライブ開発では、モータ設計と制御/回路設計を協調しながら課題の洗い出しを行うことが重要になります。速度を制御対象とし、シンクロナスリラクタンスモータ回路シミュレーションを行っています。
ここでは、高精度モータモデル(JMAG-RTモデル)と、一定値のモータ定数を持たせた理想モータモデルのトルク波形を比較しています。定常状態のトルク波形を見ると...詳しくはこちら

■ シンクロナスリラクタンスモータの効率マップ

広範囲で駆動するモータの特性を把握するためには、効率マップを用いた性能評価が有用です。ここでは、シンクロナスリラクタンスモータの効率マップを評価しています。
このモータは、回生側に比べて力行側の方が、高効率領域が高回転側に広がっていることが分かります。
また、8,000r/minまで高トルクを...詳しくはこちら

■ 巻線界磁型同期モータ始動時の電流波形

巻線界磁型同期モータの駆動では、界磁側と電気子側がそれぞれ独立に制御されます。ここでは、磁気飽和や空間高調波を考慮できる高精度モータモデル(JMAG-RTモデル)を用いた回路シミュレーションを行っています。
ベクトル制御を行った時の界磁電流波形、電機子電流波形を掲載しています。界磁電流は順調に指令値である10Aに到達し、到達後はスイッチングによる高調波が含まれていることが分かります。電気子電流は途中で...詳しくはこちら

■ 無負荷条件下での磁束密度分布と磁束線(界磁電流120A時)

巻線界磁型同期モータは、鉄心のダクトスペースや巻線端部形状などが磁気回路にも影響を及ぼす3次元性の強い電動機です。ここでは、 2次元モデルと3次元モデルの短絡特性の差異を分析しています。
掲載の図は、3次元モデルの解析結果より、端部付近の磁束密度分布と磁束線分布を確認しています。磁束線分布からも軸方向への漏れが生じていることが分かります。この磁束の漏れにより電機子側へ鎖交する磁束が減少し...詳しくはこちら

■ 曲線部を有するリニアアクチュエータの推力変動

曲線部を有するリニアアクチュエータは、直線的な動きに加えて曲線的な動きを実現できますが、全域において安定した推力が得られることが課題となります。
ここでは、リニアアクチュエータを駆動させ、直線運動から曲線運動に遷移したときの推力を評価しています。
曲線部では直線部と比較して推力が低下することがわかります。これは、曲線部で可動子と固定子の対向面積が縮小し、有効磁束が減少するためです。また、曲線部で推力変動量が大きくなっていることがわかります。曲線部では磁石の界磁が非正弦波状になるのに対して...詳しくはこちら

■ リニアモータの位置決め制御時の挙動

リニアモータは高い位置決め精度を実現できるため、搬送装置や工作機械などに使われています。
ここでは、永久磁石型リニアモータの位置を目標値に制御を行い、応答性及び推力の変動を評価しています。可動部位置の時間変化より、高速に可動部が指令値に達していることが確認できます。推力の時間変化を見ると...詳しくはこちら


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9/8までの間、定期的に事例を更新します。どうぞお楽しみに。

出展者セミナー 9/11(金) 14:15~15:00

JMAG:モータのモデルベース開発事例

電動化におけるキーコンポーネントであるモータに要求されるのはコンポーネントとしての高い性能だけでなくシステムとの高い整合性です。シミュレーションを活用したモデルベース開発はモータ開発においても必須になりつつあります。
モータ設計で高い実績を持つJMAG がモデルベース開発のための新しいワークフローを提案します。
本セミナーでは、EV用のモータ開発が、システム設計、コンポーネント設計、試作・性能評価、システム検証を具体的にどう進めるかを示します。事例を通して、モータの効率マップ、鉄損や巻線の交流損などの各種損失、冷却、振動評価から制御パラメータの適合、走行モードでの効率検証までを紹介します。
これからJMAGを使ってモータ設計を検討される方に向けて、JMAGがもつ機能の全体を俯瞰いただける内容となっています。お誘いあわせの上ご参加ください。

事前申し込み制です。どうぞお楽しみに!

これからJMAGを導入ご検討をされる皆様へ

TECHNO-FRONTIER2020特集ページから導入相談をいただき、ライセンスをご契約された方には、書籍:「モータ設計初心者のための永久磁石同期モータ設計入門」をプレゼントします。
これから電磁界解析導入を検討される方、JMAGを導入検討されるにあたりご不明な点がございましたら何なりとお知らせください。