リニアソレノイドアクチュエータ

定義

「リニア ソレノイド」(図 1) は、電気エネルギーを機械的な押したり引いたりする力や動きに変換する電磁装置です。

リニアソレノイドは基本的に、コイル本体の「IN」と「OUT」を自由に移動またはスライドできる強磁性アクチュエータまたは「プランジャー」を備えた円筒形チューブの周りに巻かれた電気コイルで構成されています。ソレノイドを使用して、ドアやラッチを電気的に開いたり、バルブを開閉したり、ロボットの手足や機構を動かして操作したり、コイルに通電するだけで電気スイッチを作動させたりすることができます。

電流が導体を通って流れると磁場が発生し、N極とS極に関するこの磁場の方向は、ワイヤ内の電流の流れの方向によって決まります。このワイヤのコイルは、永久磁石とまったく同じ N 極と S 極を持つ「電磁石」になります。

この磁場の強さは、コイルを流れる電流の量を制御するか、コイルの巻き数またはループ数を変更することによって増減できます。

コイルの巻線に電流が流れると、電流は電磁石のように動作し、コイルの内側にあるプランジャーは、コイル本体内に設定された磁束によってコイルの中心に向かって引き付けられます。プランジャーの一端に取り付けられた小さなスプリング。プランジャーの動きの力と速度は、コイル内で発生する磁束の強さによって決まります。

問題の説明

コイルが励磁されると、電磁力が誘導され、プランジャーが移動します。この例では、この種の現象を扱います。モーション スタディは SW モーションを使用してセットアップされ、次に EMS の静磁スタディがそれに結合されます。 EMS ソルバーとモーション ソルバーは、プランジャーの力と位置に関する情報を交換するために、各ステップで通信します。 EMS は初期位置での力を計算し、力の値は SW Motion に渡されます。SW Motion は力の値を取得してプランジャーに適用し、新しい位置を計算して EMS に送り返します。次に、EMS ソルバーは、新しい位置などに基づいて力を再計算します。両方のソルバーは、すべてのステップがカバーされるまで行ったり来たりし続けます。

勉強

SolidWorks Motion と組み合わせた EMS の静磁モジュールを使用して、磁束密度とプランジャーの動きを計算して視覚化します。SW でモーション解析を作成し、EMS で静磁スタディを作成した後、常に次の 4 つの重要な手順に従う必要があります。1 - すべてのソリッド ボディに適切な材料を適用します。2 - 必要な境界条件、または EMS のいわゆる荷重/拘束を適用します。3 - モデル全体をメッシュ化し、4 - ソルバーを実行します。

材料

EMS の静磁解析では、必要な材料特性は比透磁率です (表 1)。

表 1 -材料表

負荷と制約

モデルの電気環境と磁気環境を定義するには、荷重と拘束が必要です。解析結果は、指定された荷重と拘束に直接依存します。荷重と拘束は、ジオメトリに完全に関連付けられ、ジオメトリの変更に合わせて自動的に調整されるフィーチャとしてジオメトリ エンティティに適用されます。

この研究では、コイル (表 2) が適用されます。

表 2 -コイル情報

プランジャーは、仮想仕事を知る必要がある場所です (表 3)。

メッシング

メッシングは、設計解析において非常に重要なステップです。 EMS は、モデルの体積、表面積、およびその他の幾何学的詳細を考慮して、モデルの全体的な要素サイズを推定します。生成されるメッシュのサイズ (節点と要素の数) は、モデルのジオメトリと寸法、要素サイズ、メッシュ許容値、およびメッシュ コントロールによって異なります。おおよその結果で十分な設計解析の初期段階では、解析を高速化するために、より大きな要素サイズを指定できます。より正確な解を得るには、より小さい要素サイズが必要になる場合があります
空気領域は、内側の空気と外側の空気の 2 つの部分に分割されます。この戦略は、実際にはほとんどの問題に推奨されます。これにより、フィールドが重要な内側の空気領域の周りで密にメッシュし、フィールドが通常小さく減衰している外側の空気領域で粗くメッシュ化できるためです。したがって、非常に多くのメッシュ要素を必要とせずに、関連する領域のフィールド変動をキャプチャします。

モーション カップリングを使用したスタディでは、可動パーツの周りに Band という名前のコンポーネントを使用する必要があります。この手法により、シミュレーションの各ステップで可動パーツとバンドの再メッシュが可能になります。次の 2 つの図は、ステップ 1 (図 3) とステップ 11 (図 4) のメッシュを示しています。

結果

通常のフラックス、フィールド、電流などのプロットは、各位置、つまり時間ステップでのモーション スタディで利用できます。これらの結果は、各ステップで個別に表示したり、アニメーション化してモーションの効果を調べることができます。同様に、力/トルク、インダクタンス、鎖交磁束などの表形式の結果を各時間ステップで視覚化できるようになりました。また、時間、位置、速度、および加速度に対してプロットすることもできます (例: トルク対速度)。さらに、位置対時間などの運動学的結果も、表形式の結果で視覚化できます。より完全なモーションとキネマティクスの結果は、SolidWorks Motion Manager ですぐに利用できます。

この例のシミュレーションを実行すると、多くの結果が得られます。静磁モジュールは次の結果を生成します: 磁束密度 (図 5、6)、磁場強度 (図 7)、印加電流密度、力密度 (図 8)、磁場操作 (B および H 導関数)、およびモデルの計算されたパラメータ、力、およびトルク…モーションの 2D プロットとアニメーションも EMS によって許可されます。

結論