問題の説明
T 型電磁アクチュエータの 3D FEM シミュレーションが実行され、その結果がこの記事で説明されています。 DC アクチュエータの解析は、アクチュエータの効率的な設計に使用される磁気量とパラメータ (磁束、磁力、速度、位置など) を予測および評価するのに役立ちます。 EMS for SOLIDWORKS ソフトウェアは、提案された電磁石を調査するために使用されます [1]。可動部分のコイルによって生成される力は、アンペア ターンとエア ギャップ距離に対して計算されます。得られた結果を実験測定と比較した。モーション解析は、アクチュエータの線形変位と速度を計算するために EMS 解析と連成されます。
図 1 はシミュレートされた電磁アクチュエータの形状を示し、表 1 には主な寸法が含まれています [1]。図 2 は、SOLIDWORKS 内で構築された 3D モデルを示しています。
| h | 52.5 | g | 19.8 | f | 6.30 | hb | 31.2 |
| h1 | 7.90 | ha | 57.8 | R | 6.50 | Lb | 7.50 |
| h2 | 7.90 | La | 28.3 | R1 | 12.30 | d1 | 2.40 |
| L | 50.90 | La1 | 13.0 | ga | 14.30 | d2 | 3.00 |
| L1 | 6.35 | c | 4.65 | x | 1.60 | d3 | 2.10 |
| L2 | 6.35 | d | 4.00 | y | 4.20 | d4 | 2.25 |
| L3 | 16.5 | e | 2.60 | t | 6.00 | R2 | 2.40 |
図 1 -電磁石構造の 3D モデル
SOLIDWORKS 内のでEMS を使用した 3D EM シミュレーション
EMSEM シミュレーションを使用したパラメトリック解析は、いくつかのシナリオをカバーする電磁石のさまざまな側面を調査するのに役立ちます。 EMS では、シミュレーション変数と幾何学的変数の両方のパラメーター化を有効にすることで、複数のスタディ ケースを 1 つの解析で実行できます。 EMS の静磁スタディ タイプは、磁束密度、磁場強度、力、トルクなどの磁気結果を計算して視覚化するために使用されます。この記事では、アクチュエータによって生成される磁力が、エア ギャップ距離とアンペアターン。
表 2 -シミュレーション シナリオ
| シナリオ | エアギャップの長さ (mm) | アンペアターン (At) |
| シナリオ1 | 2 | 575 |
| シナリオ 2 | 3 | 575 |
| シナリオ 3 | 4 | 575 |
| シナリオ 4 | 5 | 575 |
| シナリオ 5 | 6 | 575 |
| シナリオ6 | 7 | 575 |
| シナリオ 7 | 2 | 460 |
| シナリオ 8 | 3 | 460 |
| シナリオ9 | 4 | 460 |
| シナリオ10 | 5 | 460 |
| シナリオ11 | 6 | 460 |
| シナリオ12 | 7 | 460 |
| シナリオ13 | 2 | 345 |
| シナリオ14 | 3 | 345 |
| シナリオ15 | 4 | 345 |
| シナリオ16 | 5 | 345 |
| シナリオ17 | 6 | 345 |
| シナリオ18 | 7 | 345 |
2. 強磁性部品は無方向性鋼でできています。図 3 には、使用した鋼の BH 曲線が含まれています。コイルは銅製です。
図 3 - BH 曲線 [1]
3. 下の図は、メッシュ化されたモデルを示しています。選択したサーフェスまたはボディに特定のメッシュ要素サイズを定義できます。
結果と考察 460 At と 6 mm のエア ギャップの場合、磁束密度が図 5 にプロットされています。磁束は、透磁率が高い鋼の経路をたどっています。アンペアターンが 575 At のときの磁束密度のベクトルプロットを図 6 に示します。
EMS によって計算され、実験的テスト ref [1] によって測定された磁力を図 7 に示します。コイルによって生成され、T 型電磁石の可動プランジャーで評価されるこの力は、コイルのアンペアに正比例します。回します。 460 At の 4 N と比較して、575 At の場合は約 6.3 N です。アンペアターンとは異なり、空隙距離が小さいほど力が大きくなります。エアギャップが大きくなると、磁気抵抗が大きくなり、その結果、磁束と力が小さくなります。
力曲線は、各曲線のエア ギャップ長の 2 mm で最大値と 7 mm で最小値を持ちます。最大の力は、575 At および 2 mm のエア ギャップ長で測定されます (図 7 を参照)。
SOLIDWORKSモーションに連成された電磁シミュレーション
EMS には、電磁界を SOLIDWORKS 内のモーション シミュレーションと連成する機能があります。 EMS は電磁力を計算し、それを SOLIDWORKSモーションに供給します。 SOLIDWORKSモーションのソルバーは、この力を利用して機械的な動きに変換します。図 8 に SOLIDWORKSモーション スタディの設定を示します。
図 9 は、0.025 秒 (AT=575 At) での可動プランジャーとコアの磁束密度プロットの断面図を示しています。 t=0s で、プランジャーの位置は Y=0 mm (エア ギャップ距離は 7 mm) です。
図 10 a) と 10 b) は、EMS によって計算された可動部分上の磁力を示し、SW 運動解析に参照されます。それぞれ、位置と時間に対するものです。 0 mm では、力は F=1.4N に等しく、Y= -0.0049m では約 F=6.20N です (図 10a を参照)。これらの結果は、図 7 (575 At) で公開されている結果とよく一致しています。プランジャーにかかる力は、0.01 秒で 33.16N です (図 10b を参照)。
図 11a) と 11b) はそれぞれ、時間に対するプランジャーの位置と瞬間線速度を示しています。速度は 0.01 秒で最大値 1.67 m/s に達しました。勢いで増えます。
結論
電磁アクチュエータは、いくつかのアプリケーションで広く使用されています。 3D CAD とシミュレーションのおかげで、革新的なタイプの電磁石の設計が可能になりつつあります。これは、さまざまなコンポーネントと領域の磁束と、可動プランジャーで生成された磁力を推定するのに役立ちます。プランジャーのフォールバックを確実にするスプリングなどの追加コンポーネントを設計するには、磁力を評価する必要があります。また、アクチュエータの線形変位と速度を計算するのにも役立ちます。 EMS を使用すると、ジオメトリ変数とシミュレーション変数をパラメータ化し、単一のシミュレーションで複数のシナリオを実行できます。 EMS の電磁研究と SOLIDWORKS のモーション解析を組み合わせることで、可動プランジャーの位置と速度に関する追加の有用な情報が得られます。
参考文献
[1]: Alin-Iulian DOLAN, Ivan YATCHEV and Krastio HINOV . COMPARISON OF DIFFERENT FORMULATIONS AND TECHNIQUESFOR 3D STATIC FORCE COMPUTATION OF A T-SHAPED ELECTROMAGNET.
