チーム24：非線形時間過渡回転試験装置

問題の一般的説明

この問題は、3D時間過渡電磁シミュレーションのベンチマークとして使用されます。スイッチリラクタンス機械と同様の構成のテストリグは、固体の中炭素鋼で作られ、非磁性ケージに取り付けられています。このケージは、ステンレス製のシャフトを中心に回転します。試験装置の寸法を図1に示します。固定子と回転子の両方の厚さは25.4 mmです。図2は、各極コイルの幾何学的パラメーターを示しています。回転子は22度の角度で傾斜しています[1]。図3は、SOLIDWORKS内でシミュレートされたテストリグの3Dモデルを示しています。

図1-固定子と回転子の寸法。

図2-コイルの寸法。




図3-テストリグのSOLIDWORKSモデル。

SOLIDWORKSでEMSを使用した時間領域の電磁界解析

EMSの "Transient Magnetic" モジュールは、時間とともに変化する磁場を計算して視覚化するために使用されます。これらのフィールドは通常、電流または電圧のサージによって引き起こされます。このような解析は、線形または非線形にすることができます。また、渦電流、電力損失、磁力にも対応しています。

• 新しい過渡磁気スタディを作成する
• すべての部品に適切な材料を適用する
• 適切な励起（電圧または電流駆動）を適切なコイルに適用する
• シミュレーションを実行して結果を確認する
  

材料

過渡磁気スタディを作成した後、次のステップは各素子に材料を適用することです。

ステーターとローターはEN9スチール製です。これは、4.54 e + 6 S/mの電気伝導率と、下の図4に示すBH曲線によって特徴付けられます。コイルは銅製で、導電率は57.7e + 6 S/mです。他のすべての部分に空気が適用されます。

図4：測定された初期磁化曲線[1]。

コイル励起

図5-各巻線の入力電流。

ローターで発生する磁力とトルクを計算するために、ローターの仮想仕事が定義されます。

メッシュ

メッシュ品質は、すべてのFEMシミュレーションにとって重要です。結果の精度と解析時間は、メッシュサイズに大きく依存します。EMSでは、メッシュコントロール機能を使用して、ソリッドボディと面のメッシュサイズを制御できます。この例では、表1に示すようにいくつかのメッシュコントロールが適用されます。図6はメッシュモデルを示しています。

表1：適用されたメッシュコントロール

図6-メッシュモデル

EMSの結果

解決策が完了すると、磁束密度、磁場強度、渦電流、インダクタンス、インピーダンス、磁束鎖交、電流、誘導電圧、力、トルク、損失などの結果が作成されます。

図7と8は、それぞれ0.24秒と0.195秒の2回のモデルにおける磁束密度のフリンジとベクトルプロットを示しています。固定子と回転子の両方に誘導される渦電流を図9にプロットします。

図 7-0.24秒での磁束密度のフリンジプロット。





図8-モデルの中央部の0.195秒における磁束密度のベクトルプロット。





図 9-0.17秒での渦電流密度

図10は、EMSとTEAM 24の結果のトルク変動の比較を示しています。プロットから、EMSの結果が比較対象のベンチマークとよく一致していることがわかります。

図10-トルク結果の比較。

結論

参照資料