電気自動車用スイッチトリラクタンスモーター

スイッチトリラクタンスモーター（SRM）

スイッチトリラクタンスモーター（SRM）は、正反対の固定子極の周りに位相コイルが取り付けられた二重突出型のモーターです。ローターには巻線も永久磁石もありません。ローターは基本的に（積層）鋼片であり、その形状は突極を形成します。ステータにはコイルが集中しています。
スイッチトリラクタンスモーター（SRM）はシンプルで堅牢な構造であるため、一般に高速アプリケーションに適しています。高速モーターには、電力密度が高いという利点があります。これは、電気自動車（EV）のトラクションモーターの重要な問題です。したがって、高速SRMはこのアプリケーションの有望な候補のようです。

スイッチドリラクタンスモーターのSolidworksモデル

設計されたスイッチトリラクタンスモーターは、図1に示すように、6つの内側固定子極、8つの外側回転子極、およびシャフトを持つ3相機械として定義されています。

図1-スイッチトリラクタンスモーターの3Dモデル

インホイールスイッチトリラクタンスモーターのEMSシミュレーション

EMSでは、これらのタイプのモーターは、運動と結合した過渡磁気シミュレーションを使用して研究されます。
EMSは時間領域の磁場を計算します。過渡磁気が解く量は、磁束密度B、磁場H、および電流分布Jです。これらの基本的なフィールド量から、力、トルク、エネルギー、巻線損失、固体損失、磁束結合、インダクタンス、抵抗、誘導電圧などの派生量を計算できます。
このシミュレーションでは、開始時間、終了時間、および時間増分をそれぞれ0秒、0.24秒、0.0025秒に設定しました。

Solidworksと結合したEMSスタディ

このシミュレーションでは、ローターとシャフトが可動部品です。これらのオブジェクトは、移動するコンポーネントを完全にカプセル化し、固定コンポーネントと交差することのできない空気領域であるバンド内に残ります。
ローターとシャフトは、励起されたコイルによって誘導されるEMF力に応じて動きます。各タイムステップで、SolidWorks MotionはEMSからトルク値を取得し、それを使用してローターとシャフトの新しい位置を決定します。次に、新しい位置がEMSにフィードバックされ、それに基づいて新しいトルク値が計算されます。その後、すべてのタイムステップでサイクルが繰り返されます。
EMSスタディをSolid Worksに結合するには、Solid WorksのMotion Managerでモーション解析を選択します。次に、シャフトの前面に0 Nmのトルクを設定します。このトルクは単なるプレースホルダーであり、各タイムステップでEMSによって計算された実際の値は、ローターの運動を駆動するために使用されます。

EMSでは、仮想作業がローターとシャフトの原点で定義され、SolidWorks Motionスタディで定義されたトルクに結合されました。モーション結合EMSスタディは、過渡磁気スタディをSolidWorksモーションシミュレーションに結合することにより作成されます。

このモーターには、3つの相で励起される6つのステーターコアがあります（2つのステーターポールが1つの相になります）。これらの位相コイルは、正反対の固定子極に取り付けられています。 EMSでは、各相コイル（2つの固定子巻線）は、巻き数120、巻数9 AWGの巻線コイルとしてモデル化されています。図2は、3相コイルの現在の入口ポートを示しています。図3は、3つのコイルの電流励起を示しています。電流振幅は45 Aです。

図 2-3つの巻線コイルの現在の入口ポート

図 3-3相の電流励起

材料

固定子、回転子、軸、コイル、内気、バンド、外気で構成されるシミュレーションモデル。材料の特性を表1にまとめます。

表1： EMSシミュレーションで使用される材料

磁束密度の計算

スイッチドリラクタンスモーターによって生成された3Dフィールド

EMSは、磁束密度の3Dプロットを作成します。図4と5は、それぞれ磁束密度の3Dベクトルプロットと3Dプロットを示しています。

図4-磁束密度の3Dベクトルプロット

図5-磁束密度の3Dプロット

結論

このEMSをSolidWorks Motionと組み合わせて使用して、スイッチトリラクタンスモーターなどの電気機械を研究できます。 EMSを使用して、各ローター位置について、磁束密度、磁場強度などを簡単に計算し、3Dで視覚化できます。

参照資料