プロダクト電気機器設計シミュレーションソフトウェアJMAG-Designer[磁界解析]

磁石渦電流高速計算

モータの磁石に発生する渦電流の評価は、3次元モデルを用いた解析を必要とするため計算時間を要していました。本機能を用いることで、より高速に解析を行えます。
例えば、従来の手法では8時間かかっていた磁石の渦電流損失計算が、約12分で結果を得られます。

磁石渦電流高速計算
磁石分割数ごとの渦電流損失

動画による機能紹介


磁石渦電流解析

透磁率分布を考慮した解析

本機能を用いると、材料の磁化特性を特定の状態に固定して解析するため、磁束密度分布や磁束線を要因毎に分離して評価することができます。

トルク分離事例

トルクの電流位相角特性の分離 磁束密度分布の分離
トルクの電流位相角特性の分離 磁束密度分布の分離

動画による機能紹介


モータのトルク分離解析

減磁計算 Update

反磁界減磁や熱減磁がモータ特性等に与える影響を解析します。反磁界が引き起こす局所的な減磁や、保磁力分布磁石における端部での減磁耐性の違いなどを詳細に評価します。
減磁前の磁石における磁束密度を基準とし、磁束密度分布の変化を減磁率として追うことができます。パーミアンス係数分布と合わせて分析することにより、磁石を詳細に分析します。

減磁計算
PMモータの減磁率分布

動画による機能紹介


モータ磁石の減磁解析
Update

時間周期補正法

時間周期補正法は磁界解析における変動場の時間的な周期性を利用します。過渡解析の初期に生じる過渡状態を抑えて、少ないステップ数で定常解を算出します。この機能は、外部回路に電位(電圧)源を用いた磁界解析モデル、特に時定数が長く、定常解に至るまでに多くの解析時間(解析ステップ)を必要とするモデルに有効な高速解法です。JMAG独自の技術が盛り込まれており、ほとんどの時間周期的な変動場を持つ問題に対して、制限なく適用することができます。過渡的な初期状態が長く続く誘導機とスイッチングトランスの解析を取り上げ、従来の解法と比較した事例を示します。
誘導機の解析はインダクタンスに由来する時定数の大きさから、定常状態に移行するまでに10周期以上もの電気角が必要な場合も珍しくありません。この過渡状態をいかに短く抑えるかが、解析上のポイントでした。今回、時間周期補正法を採用したことにより、定常状態に移行するまでの解析時間を大幅に減らすことができました(図1)。また誘導機の解析では従来の擬似定常との併用により、この手法の単独利用に比べて更なる解析の高速化が可能です。

図1 誘導機解析における時間周期補正法使用時/未使用時の定常トルクへの収束の比較
図1 誘導機解析における
時間周期補正法使用時/未使用時の定常トルクへの収束の比較

次にスイッチングトランスの解析では、2次側の平滑コンデンサの容量が時定数を決めており、その容量によって、時定数が解析の時刻刻みに比べて非常に大きくなるケースがありました。このため従来の手法では、定常状態に移行するまでの解析時間を多く要する問題でしたが、本手法を用いることで、解析時間の大幅な短縮を可能にしています(図2)。

図2 スイッチングトランス解析における時間周期補正法使用時/未使用時の定常電流への収束の比較
図2 スイッチングトランス解析における
時間周期補正法使用時/未使用時の定常電流への収束の比較

動画による機能紹介


時間周期補正による定常特性解析

積層鋼板の渦電流損失計算

  • 積層鋼板内部の渦電流損失計算が簡単な設定で!
    • 積層鋼板1枚1枚のメッシュ分割は不要
    • 2次元モデルでも積層を考慮可能
積層鋼板内の渦電流分布イメージ 積層鋼板のメッシュ分割不要 積層鋼板内の渦電流分布イメージ
積層鋼板内の渦電流分布イメージ

動画による機能紹介


積層鋼板内の渦電流解析

高調波電流入力

  • 高調波成分の寄与度を簡単に確認!
    • 高調波の次数ごとに値を任意に指定することで、結果に対する寄与度を確認

鉄損分布の変化(左:正弦波、右:高調波を含む)
鉄損分布の変化(左:正弦波、右:高調波を含む)

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高調波電流印可時の解析

絶縁

  • 絶縁条件が二次元解析にも対応
    • 磁石の面内分割に対する渦電流損失の低下などを確認できる
    • 分割境界における絶縁部のモデル化が不要
    • 設定は分割された導体毎、または絶縁の領域辺を指定

絶縁

磁石内渦電流損失分布

任意の運動に対応

軸歳差(軸を中心に円を描くように揺れる)、球形モータ等の機器の任意の運動をサポートします。

  • 3次元運動を可能にする6軸運動に対応
  • 2次元解析では“ FEM+BEM”機能でメッシュ生成
  • 3次元解析では、“パッチメッシュ”機能でメッシュ生成

※この機能は、ユーザーサブルーチンusrfm3 を使用します。

任意の運動に対応 任意の運動に対応
3次元的な運動を考慮したモータ特性解析

動画による機能紹介


モータの無負荷解析

モータの負荷解析

電磁弁の推力解析

トランスの
インダクタンス解析
   

電流ヒステリシスバンド制御

電流上下限値を指定した電流制御が可能。他の回路シミュレータを使用することなく、SRMやリレーの電流を制御した解析が可能です。

電流ヒステリシスバンド制御 電流ヒステリシスバンド制御
電流ヒステリシスバンド制御

動画による機能紹介


電流ヒステリシスバンド制御解析

ズーミング解析

電磁界解析では、解析対象のスケールに比べて見たい現象のスケールが極めて小さく、解析モデル規模が非常に大きくなるため、実用的な計算時間内で問題を解けない場合があります。
ズーミング解析は、全体モデルから出発して、見たい箇所を段階的にズームしてゆくことで、モデル内の詳細な電磁現象の解析を可能にする新しい解析技術です。

リッツ線モデルのズーミング解析例
リッツ線モデルのズーミング解析例
A. 上位モデルの結果をB. 下位モデルの境界条件として素線の電流分布を解析

動画による機能紹介


ズーミング解析

ヒステリシス特性を考慮した解析

  • 磁界過渡応答解析においてヒステリシス現象を考慮
    • 磁界解析中に磁化特性のマイナーループを考慮することで、エネルギー収支を考慮した損失評価が可能です。
リングコア リングコアの交番磁界
リングコアの2次元過渡応答解析例
マイナーループを考慮した磁化特性を用いることで
リングコアの交番磁界が対称ループを描く

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