問題の説明
スチール コアとプランジャー ポール (図 1) を備えたソレノイドの例 (TEAM 20) は、EMS の静磁ソルバーを使用して解析されます。磁極アーマチュアは、周囲のコイルに印加される電流によって駆動される力を受けます。
この問題は、TEAM ワークショップの問題 #20 として知られています。これは、中田らによって提案されました [1]。最初の結果と測定データは [2] に記載されています。より多くの測定結果が TEAM ワークショップで発表されました [3]。結果セクションでは、測定結果との比較が示されます。
図1 - DCソレノイド
スタディ
以下に示すソレノイド (図 2) では、センター ポールとヨークはスチール製です。コイルは銅製で、3000 A ターンの DC 電流によって励起されます。つまり、N=3000 ターンであり、1 ターンあたりの電流は 1 A であり、鋼を飽和させるのに十分です。したがって、この問題は非線形静磁解析によって解決する必要があります。繰り返しますが、対称性を利用するために、問題の半分だけがモデル化されています。
図 2 - DC ソレノイドの 3D モデル
材料
静磁スタディで必要な主な特性は、各材料の比透磁率です。
表 1 -材料情報
| コンポーネント/ボディ | 材料 | 比透磁率 |
| Center_pole | MA2-スチール | 非線形 |
| Coil | 銅 | 0.99991 |
| nner_air | 空気 | 1 |
| Outer_air | 空気 | 1 |
| Yoke_T | MA2-スチール | 非線形 |
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、負荷と制約が必要です。解析結果は、指定された負荷と制約に直接依存します。負荷と制約は、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、仮想仕事を計算する必要がある荷重 (表 3) として極の中心が適用されます。
表 2 -コイル情報
| 名前 | ターン数 | マグニチュード |
| Wound Coil | 3000 | 1A |
表 3 -力とトルクの情報
| 名前 | トルクセンター | コンポーネント/ボディ |
| 仮想作業 | 原点で | センターポール |
メッシング
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。
メッシュの品質は、メッシュ コントロール (表 4) を使用して調整できます。これは、ソリッド ボディとフェースに適用できます。以下 (図 4) は、メッシュ コントロールを使用した後のメッシュ モデルです。
表 4 -メッシュ コントロール
| 名前 | メッシュサイズ | コンポーネント/ボディ |
| Mesh control 1 | 2.00mm | コイル_T 、/ヨーク_T |
| Mesh control 2 | 0.5700mm | Center_pole-1 |
結果
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 6)、磁場強度、印加電流密度 (図 7)、力密度、磁場操作 (B および H 導関数)、および計算結果を含む結果テーブル (図 9)モデルのパラメータ、力、およびトルク…
2D プロット (図 8) も EMS で許可されています。
図 6 -静磁束密度、フリンジ プロット
磁束密度結果の検証
TEAM 20 が要求するベンチマーク結果の中には、センター ポールの中央の Z 軸 (Bz) に沿った平均磁束密度があります [1]。測定データは [3] で報告されています。
[3] の測定データは平均 Bz を示します。上記の結果の平均を取得するため。データを Excel ファイル (.xls) に保存し、Bz の平均値を計算できます。 [2] で報告されている -1.75 T に近い値である -1.71 T に等しいことがわかります。
力の結果を確認する
対称性のために、問題の半分だけがモデル化されていることに注意してください。対称面は X 軸に直交します。したがって、Fy 成分と Fz 成分を 2 倍にする必要があり、Fx 成分は対称性のために相殺されます。 Fy は Fz に比べて非常に小さいため、合力は純粋に Z 方向で、大きさは=2 x 27.34= 54.68 N です。
得られた 54.68 N の力を測定された 54.4 N の力 [3] と比較すると、結果は許容範囲内です。
結論
EMS の静磁モジュールは、DC ソレノイドに必要なすべての結果を提供し、優れた寸法と効率を実現します。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。
参考文献
[1] T. Nakata, N. Takahashi, and H. Morishige, "Proposal of a model for verification of software for 3-d static force calculation," in Verification of Software for 3-D Electromagnetic Field Analysis (Z. Cheng, K. Jiang, and N. Takahashi eds.), pp. 139-147, 1992.
[2] T. Nakata, N. Takahashi, H. Morishige, J. L. Coulomb, and J. C. Sabonnadiere, "Analysis of 3-d static force problem," in Proceedings of TEAM Workshop on Computation of Applied Electromagnetics in Materials, pp. 73-79, 1993.
[3] T. Nakata, N. Takahashi, M. Nakano, H. Morishige, and K. Masubara, "Improvement of measurement of 3-d static force problem (problem 20)," in Proceedings of TEAM Workshop , Miami, November 1993.
