コイルとマグネットの静磁場3D解析


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このブログでは、ANSYS Maxwellで静磁場3次元解析を行い、通電コイルと永久磁石の相互作用によって発生するトルクを計算する方法を紹介します。 この例では、コイルに流れる電流がY軸を向いた磁場を生成し、永久磁石はX軸に沿って磁化されます。この構成により、Z軸まわりのトルクが発生します。 ステップバイステップのワークフローには、ジオメトリの構築、材料と加振の割り当て、シミュレーションの設定、結果の確認が含まれます。

シミュレーションワークフロー

まず、XY平面に12分割の正多角形を描いてコイルを作成し、中心位置と開始位置を以下のように設定します。

次に、作成したオブジェクトをX軸を中心に360度スイープさせます。 軸を中心にスイープ ツールを使います。それを Z 軸のまわりに 45 度回転させ、銅素材を割り当てます。

AEDT 3Dモデラーで棒磁石をモデル化し、下図の寸法と位置でボックスを描き、NdFe35材質を割り当てます。

まずコイルの断面を作成し、コイルに電流励磁を割り当てます。Surface > Section ツールを使って Coil オブジェクトを XY 平面に沿って断面します。出来上がった Terminal オブジェクトを Boolean > Separate Bodies で分離し、分離した余分な Terminal オブジェクトを削除します。Terminal オブジェクトを右クリックし、Assign Excitation > Current を選択し、100 A の撚り線電流の励磁を適用します。 静的ソルバーでは、この電流値はアンペアターンとして解釈されることに注意してください。

Magnet オブジェクトを選択して右クリックし、Assign Parameters > Torque を選択して、磁石にトルクパラメータを割り当てます。Torqueウィンドウで、タイプをVirtualに、軸をGlobal::Zに設定し、Positiveがチェックされていることを確認します。

Draw > Regionでシミュレーション領域を作成します。Region ウィンドウで、”Pad all directions similarly “をチェックし、パディングタイプを Percentage Offset に設定し、100 を入力します。OKをクリックして確定します。

Project Manager で Analysis を右クリックし、Add Solution Setup を選択してシミュレーションをセットアップし、実行します。デフォルト設定を受け入れ、OK をクリックし、プロジェクトを保存します。Analysis > Setup1を展開し、Analyzeをクリックしてシミュレーションを実行します。

完了後、Analysis > Setup1 > Solutionsを展開し、Torqueタブで計算されたトルクを確認します。

以下のビデオでは、これらの手順を詳しく説明しています。また、表示されているモデルは、ダウンロード可能なリソースで入手できます。

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