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JMAG 電磁界解析
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  JMAG 解析事例

【シャフトモーターの推力特性解析】

シャフトモーターは位置決めステージなどに用いられるリニアモーターです。
ソレノイドコイルの中心線上に、棒状磁石を対向(N対N、S対S)するように繋げたシャフトを通した構造のモーターです。バックラッシュがなく、摩擦の影響も少ないので、高精度な位置決めが可能となります。さらに、高速動作(~m/sec)、低速動作(~μm/sec)という優れた特徴もあります。シャフト軸周りの、磁石の磁束とコイルの相互作用で駆動するため、無駄が少なく、高推力(~kN)であることも重要な特徴です。

本事例で紹介するシャフトモーターは、シャフト中心を軸とした、軸対称性を有しています。
2次元軸対称 過渡応答磁場解析により、等速度(2.25 m/sec)における、推力の特性を調べます。
可動子材料を磁性体の場合(コアあり) 、磁性体でない場合(コアなし)で推力の違いを示します。

図1

図2回路設定を図2に示します。
各相のコイルをスター結線で接続しています。

本事例では、5A、100Hzの3相交流電流源を接続し、モーターを駆動させ、推力を計算することにしました。

● 解析結果

解析結果を示します。図3は各ケースの推力を比較したグラフです。図中の破線は平均推力です。図4はコアなし時の結果を拡大表示したグラフです。
可動子が磁性体の場合(コアあり) 、推力のリップルは5 N p-p、平均 17.2 Nということがわかります。
一方、可動子が磁性体でない場合(コアなし)、推力は14.3 N ですが、磁石シャフトと可動子との間にコギングが発生しないため、推力のリップルは 0.2 N p-p であることがわかります。

推力の変動は精密な動作制御を実現するための重要な検討項目です。JMAGを利用することで、平均推力、推力変動を見積もることができます。

図3図4

 

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