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ANSYS MAXWELL: パラメータ化されたアキシャルフラックスモーター
こんにちは、アキシャルフラックスモーターファンの皆様:
このブログでは、さまざまな設計を分析し、アプリケーションに最適化された設計を取得できるように、Ansys Maxwell でアキシャル磁束モータをパラメータ化する方法について説明します。 取り上げられるトピックは次のとおりです。
- ジオメトリのパラメータ化
- 対称
- モーター制御回路
- 励起極性
- メッシュ操作
- 分析のセットアップ
- 後処理分析
ジオメトリのパラメータ化
実際には、(1) 半径方向と (2) 高度を作成する変数のカテゴリが 2 つあります。 モデルのパラメータ化の鍵となるのは、
- すべての幾何学的量の変数を作成し、可能な限り他の変数の観点から変数を表現します。 たとえば、外半径は内半径と厚さで表現できます。 以下は、このブログの例でモデルをパラメータ化するために使用される幾何学的変数のリストです。
- 半径方向と仰角方向を定義します。 この例では、グローバル座標系の xy 平面がすべてのオブジェクトを上昇させるための基準平面として使用され、z 方向はモーター軸に沿っています。 ジオメトリの作成に使用されるワークフローは、各オブジェクトの底面を xy 平面 (モーター軸に垂直、半径方向に平行) に配置し、モーター軸の方向に必要な位置までオブジェクトを上昇 (移動) します。位置。
対称
このアキシャルフラックスモーターはダブルロータータイプで半対称モデルを採用しています。 対称面はステーター コイルの中心を通り、磁束がこの面に対して垂直 (法線) であるため、「偶数」対称が選択されます。 3D デザイン設定に移動し、対称乗数が正しい値で適用されていることを確認します。 今後のブログ (近日公開予定) では、「1 つの円周分数を解決する」対称乗数オプションの使用について説明します。
モーター制御回路：三相方形波電圧、ブラシレスDC
以下は、電気角と機械角、周波数、時間周期の関係です。 スイッチはTIMEに基づいて制御されます。 POS (位置) を使用してスイッチを制御する場合、機械角度を入力として使用する必要があり、これは変数 Kle および Kang を使用して円弧長に変換されます (ここでは説明しません)。 パルス幅、周期、位相遅れを次の表に示します。 また、以下に使用する制御パルス、制御回路図、変数を示します。
励起極性
機械的トルクは、ステータ磁界によってロータ (磁石) に誘導され、磁石によってステータ コイルに誘導される EM トルクとは反対です。 隣接する 2 つの磁石の間にあるコイルが通電されると、一方の磁石が引き付けられ、もう一方の磁石は反発します。 コイルは、すべてのコイルが同じ方向に機械的トルクを誘導し、同期 (固定子) 磁界の方向に回転が生じるように励磁する必要があります。 コイルは、磁石に対して対称に配置されている場合、トルクに寄与しません。 コイルの極性の割り当ては、選択した相シーケンスに従って選択する必要があります。 また、外部励磁回路では正しい巻線抵抗を使用することが重要です。 巻線にはインピーダンスがあり、コイルの通電には時間がかかるため、初期位置も考慮すべき重要なパラメータです。 以下は、A 相と C 相が通電され、スイッチ 1 とスイッチ 2 が瞬時に閉じられるときの図です。
メッシュ操作
以下に示すように、メッシュ操作が各オブジェクト タイプ (固有の幾何学的エンティティ) に適用されました。 メッシュ操作のプロパティの「最大長」サイズ評価値に正しい単位が適用されていることを確認してください。
分析のセットアップ
「分析」を右クリックし、「ソリューション設定の追加」を選択します。 「停止時間」(シミュレーション時間) と「時間ステップ」(この例では電気周期を 100 で割ったもの) を適用します。 「フィールドの保存」タブで「毎回」を選択し、最終的な保存時間を確認します。 「ソルバー」タブで「スムーズBHカーブ」にチェックを入れます。
後処理分析
以下は、磁石の磁束密度とステーター コイルの電流密度のフィールド プロットです。 磁石の B 磁場と固定子巻線の電流密度を見ると、機械的トルクが回転子に正の z 方向 (この図では反時計回り) に誘導されることは明らかです。 また、三相電流は以下の 1D プロットに示されています。 トルクの動作原理の物理学は、上記の「励起極性」セクションで説明したとおりです。
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