モータ設計・電気モータ

モータを設計するエンジニアは、迅速で正確な製品開発のために使用できるシミュレーションツールを必要としています。設計プロセスの初期に有限要素法を使用することで、エンジニアは開発を迅速化し、コスト削減につながる少ない材料で機械効率の向上を実現することができます。さらに、最適なモータ設計を実現するには、完全なマルチフィジックス解析フローが必要とされます。機械が目的とする作動範囲に留まると仮定すれば、不適切な設計選択、開発サイクルの後期における再設計または製品の故障につながる可能性があります。ANSYSのモータ設計フローでは、機械の設計および開発用の完全な仮想プロトタイピングラボラトリーが提供されます。

Electric Motors

モータアプリケーション

IPMモータ:効率マップ解析

内部埋込方式永久磁石同期モータ(IPMモータ)は、磁力の強い希土類焼結系永久磁石を用い、磁石の磁界と回転磁界によるマグネットトルクに加えて、dq 軸のインダクタンスの差に起因するリラクタンストルクを利用し運転範囲が広くかつ高効率なモータです。効率は回転数や負荷に応じて変化するため、モータ設計や制御設計する上で、効率性能が一目でわかりやすい効率マップがよくカタログなどで性能指標に用いられています。しかし一般的にIPM モータは回転数や負荷に応じて制御方式(id=0制御、最大トルク制御、弱め界磁制御など)を変えたり、また効率マップを描くには膨大な計算が必要となり、結果の整理にも時間を要します。

ANSYS Maxwell のモータ解析支援ツールElectric Machine Design Toolkit はPM モータの速度トルク特性や効率マップ計算を全自動で行い、効率マップグラフの表示までを行う機能で設計時間の大幅な効率化を実現します。 また、クラスター型の分散処理コンピューティング(※オプション)にも対応しており、何百何千のケーススタディ計算も高スケーラビリティで効率マップ計算からグラフ出力までを高速計算で実現します。

IPM モータ

関連製品: >ANSYS Maxwell >Optimetrics

IPM モータ

IPM モータ

IPM モータ

IPM モータ

IPM モータの効率マップ

関連製品: >ANSYS Maxwell >Optimetrics

モータ/発電機特性に両対応

 IPM モータの効率マップ(モータ/発電機特性に両対応)

IPM モータの効率マップ(モータ/発電機特性に両対応)

損失や各種特性のマップも表示可能

 IPM モータの効率マップ(損失や各種特性のマップも表示可能)

IPM モータの効率マップ(損失や各種特性のマップも表示可能)

効率マップ表示機能

関連製品: >ANSYS Maxwell >Optimetrics

Efficiency Map Displayer

  • 多彩な表示機能
  • スケール変更
  • 色調・階調変更
  • グリッド表示
  • ラベル機能
  • クリップボードへコピー
  • 画像ファイル保存
  • 効率マップ表示機能

    効率マップ表示機能

    効率マップ表示機能(速度トルク特性表示)
    速度トルク特性表示

    効率マップ表示機能(色調・階調数変更)
    色調・階調数変更

    効率マップ表示機能(グリッド表示)
    グリッド表示

IPMモータ:システムレベルシミュレーション

内部埋込方式永久磁石同期モータ(IPM モータ)は、磁力の強い希土類焼結系永久磁石を用い、磁石の磁界と回転磁界によるマグネットトルクに加えて、dq 軸のインダクタンスの差に起因するリラクタンストルクを利用し運転範囲が広くかつ高効率なモータです。

従来よりモータの制御設計と機器設計は独立したコンポーネントの設計プロセスであることが多く、システム全体で最適化を目指す協調設計が難しい事が1つの技術的な課題となっていましたが、ANSYS の電磁界解析ツールANSYS Maxwell と制御回路システムシミュレータのANSYS Simplorer との連成解析によりこの課題を解決することができます。 電磁界解析と回路解析をつなぐ手法には大きく2種類、過渡的に直接連成を行うコシミュレーションと、電磁界解析によって生成する等価モデル(ビヘイビアモデル)を回路解析内の1部品として扱うモデルベースシミュレーションがありますが、ANSYS Maxwell とANSYS Simplorer ではユーザのニーズに合わせてどちらの手法でもシステムレベルのシミュレーションを行うことができます。

どちらの手法でもモータが持つ磁気飽和特性や空間高調波を考慮した制御の連成シミュレーションを行うことが可能です。コシミュレーションはコアロスなどの損失現象高精度に考慮することができ、一方でモデルベースシミュレーションでは非常に高速な制御シミュレーションが可能になる特徴を持っています。

Maxwell もSimplorer もANSYS が開発販売する製品であるため、他社ツールを組み合わせるソリューションに比べ、連成解析におけるツール連携の相性やサポート体制に強みを持っています。

アキシャルギャップモータ

関連製品: >ANSYS Maxwell >ANSYS Simplorer

ANSYS Maxwell + ANSYS Simplorer

IPM モータの簡易ドライブモデル(ANSYS Maxwell + ANSYS Simplorer)

電流波形
電流波形

トルク波形
トルク波形

ANSYS Simplorer (理想モータモデル)

IPM モータの簡易ドライブモデル(ANSYS Simplorer (理想モータモデル))

電流波形
電流波形

トルク波形
トルク波形

IPM モータの電流追従型PWM 駆動

関連製品: >ANSYS Maxwell >ANSYS Simplorer

過渡直接連成解析(コシミュレーション)
過渡直接連成解析(コシミュレーション)

IPM モータの電流ベクトル制御駆動

関連製品: >ANSYS Maxwell >ANSYS Simplorer

 過渡直接連成解析(コシミュレーション)
過渡直接連成解析(コシミュレーション)

モータ回転速度
モータ回転速度

電流波形
電流波形

トルク波形
トルク波形

IPMモータ:マルチフィジックスシミュレーション

内部埋込方式永久磁石同期モータ(IPM モータ)は、磁力の強い希土類焼結系永久磁石を用い、磁石の磁界と回転磁界によるマグネットトルクに加えて、dq 軸のインダクタンスの差に起因するリラクタンストルクを利用し運転範囲が広くかつ高効率なモータです。

従来よりモータの電磁界設計と熱・構造設計は独立したコンポーネントの設計プロセスであることが多く、システム全体で最適化を目指す協調設計が難しい事が1つの技術的な課題となっていましたが、ANSYS の電磁界解析ツール ANSYS Maxwell と、熱構造解析 ANSYS Mechanical および熱流体解析 ANSYS Flunet / ANSYS Icepak との連成解析によりこのマルチフィジックスシミュレーションの課題を解決しました。

いままでハードルの高かったこの解析課題に対しても、ANSYS Workbench というプラットフォームを活用することで設計者は容易にこの解析を実現することができるようになりました。

ANSYS Maxwell も ANSYS Mechanical、ANSYS Flunet、ANSYS Icepak もANSYS が開発販売する製品であるため、他社ツールを組み合わせるソリューションに比べ、連成解析におけるツール連携の相性やサポート体制に強みを持っています。

IPM モータの水冷却設計(電磁界 - 熱流体解析)

関連製品: >ANSYS RMxprt >ANSYS Fluent

コアロス分布(電磁界解析 ANSYS Maxwell)
コアロス分布(電磁界解析 ANSYS Maxwell)

モータ内部の断面温度分布
モータ内部の断面温度分布

ANSYS Workbench上の解析フロー
ANSYS Workbench上の解析フロー

水冷冷却構造の設計

外周を水冷 外周を水冷 外周を水冷 外周を水冷
局所水冷 局所水冷 局所水冷 局所水冷

IPM モータの水冷却設計(電磁界 - 熱流体解析)

関連製品: >ANSYS RMxprt >ANSYS Mechanical

IPM モータのステータティース振動解析

IPM モータのステータティース振動解析

IPM モータのステータティース振動解析

IPM モータのステータティース振動解析

IPM モータのステータティース振動解析

ANSYS Workbench上の解析フロー
ANSYS Workbench上の解析フロー

ANSYS Workbenchのツールボックス
ANSYS Workbenchのツールボックス

IPMモータ:インダクタンス解析

内部埋込方式永久磁石同期モータ(IPM モータ)は、磁力の強い希土類焼結系永久磁石を用い、磁石の磁界と回転磁界によるマグネットトルクに加えて、dq 軸のインダクタンスの差に起因するリラクタンストルクを利用し運転範囲が広くかつ高効率なモータです。

IPM モータはマグネットトルクと同時にロータの持つ突極性によるリラクタンストルクを利用して発生トルクを向上させる利点を持っており、この突極性を検討するためにdq 軸におけるインダクタンス特性を設計段階で把握することが重要です。

ANSYS Maxwell のモータ解析では一般に広く行われている誘導起電力からのインダクタンス測定では困難な過渡応答のインダクタンス値も算出可能です。三相インダクタンスおよびdq 軸インダクタンスの算出が標準機能で簡単な操作だけで可能です。

IPM モータ

関連製品: >ANSYS Maxwell

IPM モータ

IPM モータ

IPM モータ/三相インダクタンスの過渡応答

関連製品: >ANSYS Maxwell

IPM モータ/三相インダクタンスの過渡応答

IPM モータ/dq 軸インダクタンスの過渡応答

関連製品: >ANSYS Maxwell

IPM モータ/dq 軸インダクタンスの過渡応答

IPM モータ/インダクタンスの電流特性

関連製品: >ANSYS Maxwell >Optimetrics

IPM モータ/インダクタンスの電流特性

IPM モータ/Ld, Lq マップ

関連製品: >ANSYS Maxwell >Optimetrics

IPM モータ/Ld マップ
IPM モータ/Ld マップ

IPM モータ/Lq マップ
IPM モータ/Lq マップ

IPMモータ:基本特性評価

内部埋込方式永久磁石同期モータ(IPM モータ)は、磁力の強い希土類焼結系永久磁石を用い、磁石の磁界と回転磁界によるマグネットトルクに加えて、dq 軸のインダクタンスの差に起因するリラクタンストルクを利用し運転範囲が広くかつ高効率なモータです。

IPM モータは、ロータ内部にマグネットを埋め込む形式のため、様々なロータ形状が考案されています。目標とする仕様に合わせて形状を選択する必要があります。ANSYS RMxprt を使用して、大まかな設計を行い、形状を特定した後に、ANSYS Maxwell を使用して詳細設計を行うことで、効率的なモータ設計が可能です。

IPM モータ モデル

関連製品: >ANSYS RMxprt >ANSYS Maxwell

モータモデル例

ANSYS RMxprt によるモデル例
ANSYS RMxprt によるモデル例

ANSYS RMxprt によるモデル例
ANSYS RMxprt によるモデル例

ANSYS RMxprt によるモデル例
ANSYS RMxprt によるモデル例

ANSYS Maxwellによる2D モデル例
ANSYS Maxwellによる2D モデル例

ANSYS Maxwellによる3D モデル例
ANSYS Maxwellによる3D モデル例

磁場表示

関連製品: >ANSYS Maxwell

Mag_B(磁束密度分布)
Mag_B(磁束密度分布)

B_Vector(磁束密度ベクトル分布)
B_Vector(磁束密度ベクトル分布)

Flux Line(磁束線図)
Flux Line(磁束線図)

磁場表示
磁場表示

鉄損分布
鉄損分布

特性データ

関連製品: >ANSYS Maxwell

 コギングトルク
コギングトルク

トルクと電流位相角
トルクと電流位相角

鎖交磁束
鎖交磁束

鉄損(時間変化表示)
鉄損(時間変化表示)

IPMモータ:永久磁石の渦電流

内部埋込方式永久磁石同期モータ(IPM モータ)は、磁力の強い希土類焼結系永久磁石を用い、磁石の磁界と回転磁界によるマグネットトルクに加えて、dq 軸のインダクタンスの差に起因するリラクタンストルクを利用し運転範囲が広くかつ高効率なモータです。

広範な回転数領域を持ち、且つ、リラクタンストルクを利用するためのベクトル制御では、キャリア高調波を含む電流をコイルに入力します。高長波成分によって、磁石内部に渦電流損失が発生します。

この損失を小さくするため、磁石を分割することが有効です。磁石の分割による渦電流損の違いを、ANSYS Maxwell によって見積もることができます。

IPM モータ モデル

関連製品: >ANSYS Maxwell

IPM モータ モデル

ロータ
ロータ

渦電流分布
渦電流分布

解析結果

関連製品: >ANSYS Maxwell

渦電流分布の電流ベクトル表示

 磁石の分割なし
磁石の分割なし

磁石の分割化
磁石の分割化

分割面に絶縁境界条件を設定
分割面に絶縁境界条件を設定

磁石分割数と磁石損失の変化
磁石分割数と磁石損失の変化

IPMモータ:熱減磁解析

内部埋込方式永久磁石同期モータ(IPMモータ)は、磁力の強い希土類焼結系永久磁石を用い、磁石の磁界と回転磁界によるマグネットトルクに加えて、dq 軸のインダクタンスの差に起因するリラクタンストルクを利用し運転範囲が広くかつ高効率なモータです。

これらの永久磁石を用いたモータに多く使用されているネオジウム鉄系の希土類磁石は、交磁束密度という優れた磁気特性を持つ反面、高温では減磁しやすいことが知られています。

従来よりモータの電磁界設計と熱・構造設計は独立したコンポーネントの設計プロセスであることが多く、システム全体で最適化を目指す協調設計が難しい事が1つの技術的な課題となっていましたが、ANSYS の電磁界解析ツールANSYS Maxwell と、熱流体解析ソフトウェアANSYS Fluent との連成解析によりこのマルチフィジクスシミュレーションの課題を解決します。

いままでハードルの高かったこの解析課題に対しても、ANSYS Workbench というプラットフォームを活用することで設計者は容易にこの解析を実現することができるようになりました。

ANSYS Maxwell も ANSYS Fluent もANSYS が開発販売する製品であるため、他社ツールを組み合わせるソリューションに比べ、連成解析におけるツール連携の相性やサポート体制に強みを持っています。

IPM モータの永久磁石熱減磁解析(電磁界-熱流体解析)

関連製品: >ANSYS Maxwell >ANSYS Fluent

永久磁石減磁曲線
永久磁石減磁曲線

ANSYS Workbench により、Maxwell とFluent の連成解析を容易に実現
ANSYS Workbench により、Maxwell とFluent の連成解析を容易に実現

温度分布
温度分布

熱減磁によるトルク低下
熱減磁によるトルク低下

IPMモータの永久磁石熱減磁解析(Maxwell-Fluent)
IPMモータの永久磁石熱減磁解析(Maxwell-Fluent)

損失分布
損失分布

スイッチトリラクタンスモータ

希土類磁石の価格高騰を受けて、永久磁石を使用しないモータ形式としてスイッチトリラクタンスモータ(SR モータ)に期待が集まっています。SR モータは構造が簡単で堅牢、安価を実現できますが、トルクの発生原理がステータとロータの非線形な突極性に起因するトルク変動が非常に大きく、振動や騒音を伴うため、使われる用途が限定されてきました。しかし、希土類磁石の価格高騰及び、電流制御技術の向上、磁界解析による最適設計が可能となり、課題を低減できる可能性が高まっているためSR モータが見直されています。

SR モータは回転速度に応じてスイッチタイミングを変えて駆動させることもあり、回転速度に応じたトルクや電流、損失、効率などの特性を把握することが有益です。

SR モータのインバータ駆動解析・トルクリプル

関連製品: >ANSYS Maxwell

SR モータ

SR モータのインバータ駆動解析・トルクリプル

SR モータのインバータ駆動解析・トルクリプル

SR モータの磁場分布

関連製品: >ANSYS Maxwell

SR モータの磁場分布

SR モータの磁場分布

SR モータの磁場分布

SR モータの磁場分布

SRモータの磁化特性・静特性

関連製品: >ANSYS Maxwell

SRモータの磁化特性・静特性

SRモータの磁化特性・静特性

SRモータの磁化特性・静特性

SRモータの振動・固有値解析

関連製品: >ANSYS Maxwell

SRモータの振動・固有値解析

SRモータの振動・固有値解析

SPM (Surface Permanent Magnet) モータ

SPM モータは、回転体(ロータ)表面に磁石を張り合わせた形状をもつ、回転界磁形式の同期モータです。トルクと電流の関係が良い線形性を持つため制御には最適なモータです。

また、小出力の小型モータには最適な形状ですが、コギングトルク等の回転変動については、必ず有限要素法による磁気解析が必要になります。近年では、小型・高出力化を求められるため、磁気飽和の分布を精密に分析する必要があるため、磁気解析は重要な技術となっています。

SPMモータモデル(2D/3D)

関連製品: >ANSYS Maxwell

SPMモータのモデル例(2Dモデル)
SPMモータのモデル例(2Dモデル)

SPMモータのモデル例(3Dモデル)
SPMモータのモデル例(3Dモデル)

ANSYS Maxwell Circuit Editor(Maxwell標準装備)による駆動回路作成例
ANSYS Maxwell Circuit Editor(Maxwell標準装備)による駆動回路作成例

磁場表示

関連製品: >ANSYS Maxwell

Mag_B(磁束密度分布)
Mag_B(磁束密度分布)

B_Vector(磁束密度ベクトル分布)
B_Vector(磁束密度ベクトル分布)

Mag_H(磁界強度分布)
Mag_H(磁界強度分布)

Mag_B(磁束密度分布)
Mag_B(磁束密度分布)

B_Vector(磁束密度ベクトル分布)
B_Vector(磁束密度ベクトル分布)

Flux Line(磁束線図)
Flux Line(磁束線図)

Mag_H(磁界強度分布)
Mag_H(磁界強度分布)

Jz(Z方向電流密度分布)
Jz(Z方向電流密度分布)

特性データ

関連製品: >ANSYS Maxwell

コギングトルク波形
コギングトルク波形

120°通電方式の3相層駆動インバータによる解析例

関連製品: >ANSYS Maxwell

コイル電流(3層)
コイル電流(3層)

スイッチングパターン
スイッチングパターン

トルク
トルク

損失
損失

3相誘起電圧
3相誘起電圧

SPM モータ/コギングトルク解析

鉄芯を持つ永久磁石を用いたモータは小型で高出力なモータが設計可能ですが、同時にコギングトルク等のデメリットが存在します。

コギングトルクはトルク脈動に影響を及ぼす他、機械的振動・騒音・ドライブシステムの安定性に悪影響を及ぼし、製品としての信頼性に悪影響を与えます。

しかしながらコギングトルクはセンシティブなトルクであり、実測も難しくかつ非線形要素が強いため、高精度なシミュレーションができる電磁界解析の活用が設計に非常に有益です。

ANSYS の電磁界解析ではアダプティブオートメッシングによる自動で最適なメッシュ生成を可能とし、コギングトルク等のセンシティブな特性解析にはまさに最適な解析ツールです。

SPM モータ

関連製品: >ANSYS Maxwell

SPM モータ

SPM モータ

SPM モータのロータ表面の磁化方向の違いによる磁束密度波形の違い

関連製品: >ANSYS Maxwell

SPM モータのロータ表面の磁化方向の違いによる磁束密度波形の違い

ラジアル異方性磁石
極異方性磁石

極異方性磁石
ラジアル異方性磁石

磁化方向の違いによるSPM モータのコギングトルク波形

関連製品: >ANSYS Maxwell

磁化方向の違いによるSPM モータのコギングトルク波形 極異方性磁石 ラジアル異方性磁石
極異方性磁石 0deg時の磁束線図
0deg時の磁束線図
極異方性磁石 ラジアル異方性磁石

磁化方向の違いによるトルクリプルへの影響

関連製品: >ANSYS Maxwell

SPM モータのトルク波形

正弦波駆動時(電流源駆動)
正弦波駆動時(電流源駆動)

磁化方向の違いによるトルクリプルへの影響

120度通電インバータ駆動時(電圧源駆動)
120度通電インバータ駆動時(電圧源駆動)

磁化方向の違いによるトルクリプルへの影響

三相誘導モータ

誘導モータは古くから産業用途から家電用途まで幅広い分野で活用されており、固定子巻線の回転磁界により二次導体に誘導電流が流れ、その電流と回転磁界によりロータが回転方向に力を受け回転するモータです。構造が簡単で小型・軽量,安価,保守性の長所を持っています。

また、最近では希土類磁石の価格高騰を受けて、永久磁石を使用しないモータ形式として永久磁石同期モータ同様のニーズを狙った小型・高出力・高効率の誘導モータ開発のため研究開発が再び活発になっています。このような高性能誘導モータの設計開発には電磁界解析ツールを用いた高精度な特性評価・把握を行う事が有益です。

三相誘導モータの電流、トルクリプル波形

関連製品: >ANSYS Maxwell

三相誘導モータ

三相誘導モータ

三相誘導モータ

三相誘導モータ

三相誘導モータ

三相誘導モータの電流波形
三相誘導モータの電流波形

三相誘導モータのトルクリプル波形
三相誘導モータのトルクリプル波形

三相誘導モータの磁場分布

関連製品: >ANSYS Maxwell

磁束密度
磁束密度

磁束線図
磁束線図

2次側かご導体部の電流密度分布
2次側かご導体部の電流密度分布

コア鉄損分布(時間平均)
コア鉄損分布(時間平均)

磁束密度ベクトル
磁束密度ベクトル

三相誘導モータの速度-トルク・出力・効率・力率特性

関連製品: >ANSYS RMxprt

三相誘導モータの速度-トルク・出力・効率・力率特性

三相誘導モータの冷却設計・熱流体解析

関連製品: >ANSYS Fluent

三相誘導モータの冷却設計・熱流体解析

三相誘導モータの冷却設計・熱流体解析

三相誘導モータの冷却設計・熱流体解析

ブラシ付きDC モータ

ブラシ付きDC モータは、巻線と磁石、整流子を持ち、直流電源を接続することで簡単に駆動させることができ、トルクと電流の関係が比例関係を持つため、高い制御性を持ちます。このような特性から、様々な分野で使用され、生産数が最も多いモータの一種です。

ブラシ付きDC モータモデル(2D/3D)

関連製品: >ANSYS Maxwell

2Dモデル
2Dモデル

3Dモデル
3Dモデル

ANSYS Maxwell Circuit Editor(Maxwell標準装備)による駆動回路作成例
ANSYS Maxwell Circuit Editor(Maxwell標準装備)による駆動回路作成例

各種場の表示

関連製品: >ANSYS Maxwell

磁束密度表示
磁束密度表示

磁界表示
磁界表示

電流密度ベクトル表示
電流密度ベクトル表示

特性データ

関連製品: >ANSYS Maxwell

鎖交磁束
鎖交磁束

誘起電圧
誘起電圧

出力、効率特性グラフ
出力、効率特性グラフ

T-I、T-N特性グラフ
T-I、T-N特性グラフ

リニア同期モータ

リニアモータとは、対象に直接、直線的な運動をさせる電磁力を与える電気機械であり、円筒状の回転型モータを直線状に展開した構造と考えることができます。

リニアモータの歴史は回転機と同じ長い歴史を持ちます。近年は、駆動対象に非接触で任意の方向に推力を与えられる、ダイレクトドライブが可能となり、高速、高分解能、高精度、高信頼性等の特徴に加えて、サーボ制御技術との融合による自在な運動と位置決めの繰り返し精度の向上によって、位置決め装置へのリニアモータの適用が拡大しています。

ここでは、コアレス型リニア同期モータにおける、解析事例を紹介します。

コアレス型とは、コイルを巻回する部分に電磁鋼板などの鉄を使わないモータのことです。このタイプのリニアモータは、原理的にコギングトルクがないため、より高精度な位置決めを行う装置に使用されます。

解析モデル

関連製品: >ANSYS Maxwell

解析モデル
解析モデル

可動子(3相コアレスコイル)
可動子(3相コアレスコイル)

各種場の表示

関連製品: >ANSYS Maxwell

磁束密度分布
磁束密度分布

磁束密度分布(断面)
磁束密度分布(断面)

コイル電流
コイル電流

コイルにかかる力の分布
コイルにかかる力の分布

特性データ - 往復運動時の過渡応答

関連製品: >ANSYS Maxwell

電流波形
電流波形

電圧波形
電圧波形

鎖交磁束波形
鎖交磁束波形

位置
位置

速度
速度

VR形レゾルバ

レゾルバは、モータ等によく用いられている回転角度センサの1つです。一種の交流発電機ですが出力の巻線方向が直交する2相のコイルで構成されており、回転角度φに比例してsinφ、cosφの発生電圧を検知し、A/D コンバータなどでデジタル値として回転角度を求めます。ロータリーエンコーダに比べ構造がシンプルで、悪環境での使用に向いていますが、信号処理回路が複雑になる、検出精度がエンコーダに劣るといった欠点があります。

ANSYS の電磁界解析と回路解析を組み合わせることでレゾルバ本体部分の電磁界設計だけでなく、ドライブエンコーダ、ケーブルまで含めたシステムシミュレーションを可能にし、高精度かつ全体系の協調最適設計が可能になります。

VR 形レゾルバ

関連製品: >ANSYS Maxwell

VR 形レゾルバ

VR 形レゾルバ

VR 形レゾルバ

VR 形レゾルバ

ケーブルの電磁界解析モデル

関連製品: >ANSYS Q3D Extractor

ケーブルの電磁界解析モデル

レゾルバ、ケーブルの電磁界解析モデルを利用した回転子位置検出のシステムシミュレーション

関連製品: >ANSYS Maxwell >ANSYS Simplorer >ANSYS Q3D Extractor

レゾルバ、ケーブルの電磁界解析モデルを利用した回転子位置検出  のシステムシミュレーション

風力発電

二重給電誘導発電機(DFIG)

大型風車を用いる風力発電において可変速度運転は時々刻々と変動する風速に対し、発電効率を最適化するために不可欠な技術要素です。一般に大型風車を用いる風力発電装置では二重給電誘導発電機(DFIG)が採用されています。

ANSYS の電磁界解析と回路解析を組み合わせることで発電機の電磁界設計だけでなく、インバータを含めたシステムシミュレーションを可能にし、高精度かつ全体系の協調最適設計が可能になります。

DFIG

関連製品: >ANSYS RMxprt >ANSYS Maxwell

DFIG

DFIG

DFIG

DFIG

DFIGの電磁界解析モデルを利用した風力発電の 系統運転の制御システムシミュレーション

関連製品: >ANSYS Maxwell >ANSYS RMxprt >ANSYS Simplorer

DFIGの電磁界解析モデルを利用した風力発電の系統運転の制御システムシミュレーション

シンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)

希土類磁石の価格高騰を受けて、永久磁石を使用しないモータ形式としてシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)が注目されています。SynRM は構造が簡単で堅牢、安価を実現できます。しかし、トルクの発生原理がロータの突極性と、コイルの起磁力によるリラクタンストルクのみによるため、トルク密度を高めるためには、コアの非線形磁化特性や形状構造に大きく依存し、これまで一般的なモータ形式ではありませんでした。しかし、希土類磁石の価格高騰や、電流制御技術の向上、磁界解析による最適設計が可能となり、課題を低減できる可能性が高まっているためSynRM が見直されています。

SynRM は電磁鋼板の非線形領域を使った動作になるため、インダクタンスも回転氏位置に対してだけでなく磁気飽和による非線形的な挙動を示し、電流波形もひずみやすくなるため、線形理論式に沿った計算手法では精度の高い事前予測を行うことが出来ず、材料の非線形磁化特性や詳細なモータ形状、過渡的な電流を扱うことが出来る有限要素法による電磁界解析が有益です。

シンクロナスリラクタンスモータ

関連製品: >ANSYS Maxwell

シンクロナスリラクタンスモータ

シンクロナスリラクタンスモータ

シンクロナスリラクタンスモータ

過渡応答出力波形

関連製品: >ANSYS Maxwell

過渡応答出力波形

過渡応答出力波形

過渡応答出力波形

過渡応答出力波形

SynRM の電流位相角-トルク特性

関連製品: >ANSYS Maxwell

SynRM の電流位相角-トルク特性

SynRM のロータ形状改善による、トルク、突極比の変化

関連製品: >ANSYS Maxwell

改善前 改善前 改善前 改善前
改善後 改善後 改善後 改善後
β = 45 deg トルク Ld/ Lq 比
改善前 1.38 Nm 1.92
改善後 1.66 Nm 2.34
改善効果 + 20.2 % + 21.8 %

単相誘導モータ

誘導モータは古くから産業用途から家電用途まで幅広い分野で活用されており、固定子巻線の回転磁界により二次導体に誘導電流が流れ、その電流と回転磁界によりロータが回転方向に力を受け回転するモータです。構造が簡単で小型・軽量、安価、保守性の長所を持っています。

単相誘導モータは一般の家庭用の単相交流電源で簡単に駆動できることから小出力の扇風機、シーリングファン等を始め幅広く使われています。

単相誘導モータ

関連製品: >ANSYS RMxprt >ANSYS Maxwell

単相誘導モータ

単相誘導モータ

単相誘導モータ

単相誘導モータ

単相誘導モータ

単相誘導モータ

単相誘導モータの磁場分布

関連製品: >ANSYS Maxwell

磁束密度
磁束密度

磁束線図
磁束線図

2次側かご導体部の電流密度分布
2次側かご導体部の電流密度分布

磁束密度ベクトル
磁束密度ベクトル

単相誘導モータの速度-トルク・出力・効率・力率特性

関連製品: >ANSYS RMxprt

単相誘導モータの速度-トルク・出力・効率・力率特性

ユニバーサルモータ

ユニバーサルモータは電源が直流/交流にかかわらず運転な可能なモータで、構造が簡単で且つ高速回転が可能な堅牢性も持ち合わせています。従来から家電や産業用工具等で用いられています。

ユニバーサルモータ

関連製品: >ANSYS RMxprt >ANSYS Maxwell

ユニバーサルモータ

ユニバーサルモータ

ユニバーサルモータ

ユニバーサルモータの磁場分布

関連製品: >ANSYS Maxwell

磁束密度、磁束線図
磁束密度、磁束線図

ユニバーサルモータのT-N、T-I

関連製品: >ANSYS RMxprt

ユニバーサルモータのT-N、T-I

ユニバーサルモータの速度-トルク・出力・効率・力率特性

関連製品: >ANSYS RMxprt

ユニバーサルモータの速度-トルク・出力・効率・力率特性

突極型同期発電機

突極型同期発電機は発電所など主に大型の発電機によく用いられています。ロータのコイルに界磁電流を与え、ロータを回転させることでステータコイルに電磁誘導により電力が発生します。

突極型同期発電機では接続する負荷・負荷の力率に応じて界磁電流を調整し、任意の力率を得ることが出来るため、電機子電流と界磁電流の関係を示すV 曲線特性を調査します。

突極型同期発電機

関連製品: >ANSYS RMxprt >ANSYS Maxwell

突極型同期発電機

突極型同期発電機

突極型同期発電機

突極型同期発電機の磁場解析

関連製品: >ANSYS Maxwell

磁束密度分布(負荷時)
磁束密度分布(負荷時)

誘起電圧波形(無負荷時)
誘起電圧波形(無負荷時)

同期発電機のV 曲線特性

関連製品: >ANSYS RMxprt

同期発電機のV曲線特性

クローポール型発電機

クローポール型発電機は、自動車のオルタネータとして使用されています。ロータの各極が爪と爪を交互に重ねた構造になっているため、クローポールと呼ばれています。近年では、このクローポール型 発電機をスタータ用のモータとして活用することも多くなっており、発電機とモータ双方の特性を満足するための形状検討をするために、磁気解析が活用されています。

クローポール型発電機

関連製品: >ANSYS RMxprt >ANSYS Maxwell

ANSYS Maxwell 3D によるモデル作成例

断面
断面

全体像
全体像

ANSYS RMxprt によるモデル作成画面

ANSYS RMxprt によるモデル作成画面

ANSYS RMxprt によるモデル作成画面

ANSYS RMxprt によるモデル作成画面

突極型同期発電機の磁場解析

関連製品: >ANSYS Maxwell

 磁束密度分布(無負荷時)
磁束密度分布(無負荷時)

特性波形

関連製品: >ANSYS Maxwell

誘起電圧波形(無負荷時)
誘起電圧波形(無負荷時)

アキシャルギャップモータ

アキシャルギャップモータは、円盤状に配置された回転子とステータが対向した構造を持つモータです。そのため、小型化、高トルク化、薄型化に適したモータです。ただし、磁束の流れが、アキシャル方向に流れるため、精度よく設計するためには三次元モデルによる磁気解析が必要となります。

アキシャルギャップモータ

関連製品: >ANSYS RMxprt >ANSYS Maxwell

ANSYS Maxwell 3Dによるモデル作成例

全体像
全体像

ANSYS RMxprt によるモデル作成画面

アキシャルギャップモータ

アキシャルギャップモータ

アキシャルギャップモータ

アキシャルギャップモータ

ANSYS RMxprt によるモデル作成画面

ANSYS RMxprt によるモデル作成画面

ANSYS RMxprt によるモデル作成画面

突極型同期発電機の磁場解析

関連製品: >ANSYS Maxwell

磁束密度分布(無負荷時)
磁束密度分布(無負荷時)

特性波形

関連製品: >ANSYS RMxprt

トルク
トルク

鎖交磁束密度
鎖交磁束密度

相電流
相電流

電磁界-振動・騒音解析

モータのみならず多くの電気機器において、電磁力に起因する振動と騒音問題は長年設計者を悩ませている課題です。

従来より電磁界設計と造設計は独立したコンポーネントの設計プロセスであることが多く、システム全体で最適化を目指す協調設計が難しい事が1つの技術的な課題となっていましたが、ANSYS の電磁界解析ツールANSYS Maxwellと、構造解析ソフトウェアANSYS Mechanical との連成解析によりこのマルチフィジクスシミュレーションの課題に取り組むことができます。

最新バージョン ANSYS R15.0 の新機能では、電磁界解析ツール ANSYS Maxwell の過渡応答解析(時間応答解析)で得られた時間応答の電磁力データを自動でFFT 変換し、構造解析の周波数応答解析にマッピングまで行います。これにより電磁界は時間応答、構造解析は周波数応答といったいままでハードルの高かったこの解析課題に対しても、ANSYS Workbench というプラットフォームを活用することで設計者は容易にこの解析を実現することができるようになりました。

また、ANSYS ACT Extension 機能を活用することで構造解析上で騒音解析、周囲への音圧場まで解析可能です。

ANSYS Maxwell もANSYS Mechanical もANSYS が開発販売する製品であるため、他社ツールを組み合わせるソリューションに比べ、連成解析におけるツール連携の相性やサポート体制に強みを持っています。

電磁界-振動・騒音解析

ANSYS Workbench により、Maxwell とMechanical の連成解析を容易に実現

ANSYS Workbench により、Maxwell とMechanical の連成解析を容易に実現

永久磁石同期モータの振動・騒音解析(電磁界-構造解析)

関連製品: >ANSYS Maxwell >ANSYS Mechanical

モータ

永久磁石同期モータの振動・騒音解析(電磁界-構造解析)
下向き矢印 下向き矢印 下向き矢印
磁場解析 振動解析 音響解析
磁場解析 振動解析 音響解析
磁場解析 振動解析 音響解析

電磁界-振動・騒音解析 電磁界-振動・騒音解析
電磁界-振動・騒音解析 電磁界-振動・騒音解析