永久磁石軸方向磁束発生器の無負荷および負荷解析

序章

このアプリケーション ノートでは、PM 磁石の軸方向磁束発生器が負荷および無負荷の状態で研究されています。この分析を実行するために、EMS を SOLIDWORKS モーションと連成させて使用しました。逆起電力、短絡応答、さまざまな負荷での電流と電圧の波形、渦と鉄損などの結果は、EMS for SOLIDWORKS を使用して計算されます。巻線パラメータも計算され、機械の完全な性能分析につながります。

シミュレートされた軸方向磁束永久磁石機械を図 1 に示します。これは、24 極 (N42 永久磁石で作成) の両面ローター コアレス軸方向磁束発生器です。この種の発電機は、エネルギー生産だけでなく、輸送用途にも使用できます。
(アキシャル フラックス マシンの詳細については、このアプリケーションの下のビデオを参照するか、次のリンクにアクセスしてください: 1 、 2 )

シミュレーションと結果

1- 無負荷解析

無負荷解析中、逆起電力の結果は各フェーズおよび異なる回転子速度に対して計算されます。図 2a) と 2b) は、それぞれ 1200RPM と 15000RPM での 3 相逆起電力の結果を示しています。計算された逆起電力は、周波数を持つ平衡システムを表します。 〜150Hzの。信号のピーク値は 1200 RPM で約 36 V ですが、1500 RPM で約 45 V です。

発電機によって生成される逆起電力は、回転子の速度とともに増加します。図 3 は、出力電圧と速度の間の線形依存性を示しています。

発電機の出力電圧に影響を与える要因は速度だけではありません。磁石の種類、より正確には磁石の残留磁気は、発電機の逆起電力に大きな影響を与えます。図 4a) 4b) および 4c) に見られるように、逆起電力は磁石の種類によって異なります。セラミック磁石を使用すると最小になり、ネオジム磁石を使用すると最大になります。これは、それぞれセラミック磁石とネオジム磁石の特徴である低い残留磁気と高い残留磁気によるものです。つまり、セラミック グレード 1 の Br は 0.22T であるのに対し、N55 の Br は 1.47T です。

図 4 からわかるように、発電機の逆起電力は速度とともに増加します。したがって、過電圧のリスクを回避するために、高速動作で低残留磁石を使用できます。

2-短絡応答

一般的に電気機械を検討する場合、短絡解析は重要です。短絡が発生したときに電気機械で生成される高電流を予測するために実施されます。したがって、三相軸方向磁束発生器の短絡応答が研究されました。 EMS 回路シミュレータを使用して実行されるシミュレートされた短絡回路図を図 5 に示します。各巻線は 1 つのフェーズを表します。

図 6 は短絡状態での発電機電流を示し、図 7 は通常状態での発電機電流を示しています。短絡電流は、通常の動作電流よりもほぼ 10 倍大きいことがわかります。これは、保護ヒューズによって許容される最大電流を計算するのに役立ちます。

図 6 -短絡電流


図 7 -通常動作電流

3-負荷分析

軸方向磁束発生器の負荷試験は、EMS 回路シミュレータを使用してさまざまな負荷タイプに対して実行されます。図 8a)、8b)、および 8c) には、シミュレートされたさまざまな回路が含まれています。これには、抵抗負荷、RC 負荷、および RLC 負荷が含まれます。すべてがスター接続で接続されています。

各負荷タイプの電流と電圧の結果が計算され、図 9a)、9b)、9c) にプロットされます。抵抗負荷の場合は同じ位相シフトですが、他の負荷ではわずかな遅延があります。

電磁損失

負荷がかかると、重大な電磁損失が発生します。これは機械の効率に影響を与え、メンテナンスの追加費用につながる可能性があります。したがって、これらの量は、モーターや発電機を含む電気機械の設計中に慎重に検討する必要があります。渦損失、鉄損、銅損は EMS によって予測されます。巻線損失を図 10 に示し、コア損失の結果を図 11 にプロットします。コア損失は、この機械によって生成される比較的高い周波数の電圧のために高くなります。

機械の強磁性コアが積層されておらず、固体で作られている場合、大きな渦電流が予想されます。したがって、コア損失の計算とは別に検討する必要があります。図 12 は、時間に対する回転子コアの渦損失の変化を示し、渦電流マッピングのアニメーションを図 13 に示します。

まとめ

この記事では、EMS for SOLIDWORKS を使用して、負荷と無負荷の両方の条件下で永久磁石の軸方向磁束発生器を調査しました。シミュレーションは、アドイン製品として EMS for SOLIDWORKS 内で利用可能な モーションと回路の両方に連成することによって行われました。