Electromagnetic Clutch Simulation

定義

クラッチ（図1）は、自動車の伝達系の重要な部品です。さまざまな速度でエンジンからギアボックスに動力を伝達します。この動力伝達中の衝撃はありません。クラッチの機能は、ギア ボックス ユニットからエンジンを一時的に切り離すことです。ギアを1速から2速に変更する必要がある場合は、エンジンをギアボックスから切り離してから行う必要があります。ギアの歯が折れる恐れがあります。したがって、クラッチは発進、ギアシフト、およびアイドリング時に役立ちます。

図1 -電磁クラッチ

下図（図2）に示すEMクラッチの主な構成要素は、コイルシェル、アーマチュア、ローター、ハブです。アーマチュアプレートはフリクションコーティングが施されています。コイルはローターの後ろに配置されています。クラッチが電気回路を作動させると、コイルに通電し、磁場を発生させます。クラッチのローター部分が磁化します。磁場がローターとアーマチュアの間の空隙を超えると、アーマチュアがローターに引き寄せられます。接触面で発生する摩擦力がトルクを伝達します。エンゲージメント時間は、磁場の強さ、慣性、エア ギャップによって異なります。コイルから電圧を取り除くと、接点がなくなります。ほとんどの設計では、スプリングを使用してアーマチュアを保持し、電流が除去されたときにエア ギャップを提供します。

図2 -電磁クラッチのコンポーネント

用途:クラッチを作動させるためにリンケージを必要としないため、リモート用途に使用できます。それらは、印刷機械、コンベヤー駆動装置、コピー機、およびファクトリー オートメーションで使用されます。自動車では、クラッチ ペダルを単純なスイッチ ボタンに置き換えます。小型の EM クラッチを使用して、エアコン システムのコンプレッサーを駆動します。

問題の説明

コイルが励磁されると、電磁力が誘導され、電機子が回転子に引っ張られます。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、それをプランジャーに適用して、新しい位置を計算し、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。

図 3 -クラッチの 3D モデル

スタディ

SolidWorks Motion と組み合わせた EMS の静磁モジュールを使用して、電機子の磁束密度と運動を計算および視覚化します。 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は、常に次の 4 つの重要な手順に従う必要があります。 、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

EMS マテリアル ライブラリには、すべてのマテリアル プロパティが含まれており、ユーザーは必要な他のマテリアルを追加できます。

図 4 - Steel 1018 の BH 曲線


図 5 - AISI 1010 鋼の BH 曲線

コイルと力の情報

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

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。この方法は、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囲で密にメッシュし、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。

結果

通常の磁束、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 7,8)、磁場強度、印加電流密度 (図 9)、力密度、およびモデルの計算パラメータ、力、トルクを含む結果テーブル… EMS では、2D プロット (図 10、11) とモーションのアニメーションも許可されています。

図 7 -磁束密度、断面図 (ステップ 1)




図 8 -磁束密度、ベクトル プロット (ステップ 3)



図 9 -印加電流密度、断面図 (ステップ 3)




図 10 -コイルによって生成される力



図 11 -アーマチュアの変位対時間

結論

SW のモーションと組み合わせた EMS の電磁シミュレーションは、エンジニアが電磁クラッチのすべての側面を知るのに役立ちます。さらに、EMS での熱結合も、このマシンの寸法を決定するために使用できる、より必要な情報を提供できます。したがって、EMS は SolidWorks と Inventor に完全に統合されているだけでなく、正確で使いやすいものでもあります。