平面磁気アクチュエータの磁場・構造解析

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一般概要

磁気浮上（マグレブ）は、磁場を利用して支持や接触なく物体を浮遊させる方法です。リニアモーターカーが生み出す磁力は、重力やその他の加速度の影響を打ち消すために使用されます。磁気浮上は、特にリニアモーターカーで利用されています。また、非接触溶解、磁気軸受、製品ディスプレイ用にも使用されています。永久磁石、電磁石、超伝導体のすべてを一緒に配置して、浮揚を成功させ、6軸すべてを制御することができます。

移動平面アクチュエータは有望な性能を示していますが、必要な位置制御精度には達していません。磁力とアクチュエータのたわみを正確にモデリングすることは、最大の課題の 1 つです。この例では、平面磁気アクチュエータが扱われます。アルミニウム板に取り付けられたハルバッハ配列の磁石で構成されています。目標は、プレートに作用する磁力を計算することです。

SOLIDWORKS内でEMSを使用したマルチフィジックス解析

EMSは、磁場と構造解析を連成でやることができます。永久磁石の配列が取り付けられている機械構造は、磁場と力によって変形します。

図 1 -アルミニウム キャリアに取り付けられた平面アクチュエータ

問題の説明

解析対象の磁気構造システムは、図 2 に示すように、導電性アルミニウムプレートに取り付けられたハルバッハ配列（11x11） で構成されています。この例の主な目的は、プレートのたわみを調べることです。
すべての寸法はミリメートル単位で表示されます。

図 2 -平面アクチュエータ モデル




図 3 -ハルバッハ配列を形成する磁石の保磁力方向 (青い矢印)

材料特性

メッシュ生成

高いメッシュ品質は、結果の精度にとって重要な要件です。 EMS は柔軟なメッシュ調節ツールを提供します。面、エッジ、ボディのメッシュ品質を簡単に調整できます。このモデルでは、アルミニウムプレートと磁石の配列に洗練されたメッシュが適用され、それらの間の磁力が正確に計算されます。機械的応力解析は、問題の磁気部分で得られる結果の精度に依存します。

図 4 で、現在の解析に使用されているメッシュを確認できます。

図 4 -メッシュ モデル

磁場・構造の結果

• 磁束密度プロット

図 5 -モデルの磁束密度の 3D フリンジ プロット

• 磁力密度プロット

以下 (図 6) は、磁力密度のコンタープロットです。これらの力の最大値は、磁石が互いに向き合っている磁石の境界上にあることが観察できます。

図 6 -磁力密度プロット

• プレートの Z 軸に沿った変位

プレートは、それに作用する磁力の影響を受けて、その中心に向かって曲がっています。このたわみの大きさは重要です。 EMS の結果は、[1] で与えられた実験結果および数値結果と非常によく相関しています。

図 7 -プレートの Z 軸に沿った変位 (変形した形状)

結論

この記事では、アルミニウム プレートに取り付けられたハルバッハ配列の磁場・構造解析について説明します。機械的結果は、プレートの変形が大きく、基準とよく一致することを示しています

参考文献