JP3281854B2 - Motor analyzer - Google Patents

Motor analyzer

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JP3281854B2
JP3281854B2 JP30904897A JP30904897A JP3281854B2 JP 3281854 B2 JP3281854 B2 JP 3281854B2 JP 30904897 A JP30904897 A JP 30904897A JP 30904897 A JP30904897 A JP 30904897A JP 3281854 B2 JP3281854 B2 JP 3281854B2
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光彦 前田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、AV機器等に用い
られる比較的小型のモータを対象として、モータのトル
ク特性等を解析するためのモータ解析装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor analyzing apparatus for analyzing a torque characteristic of a relatively small motor used in AV equipment and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のモータ解析装置として、
磁気モーメント法を用いた磁場解析を実行し、これによ
って得られた磁束密度分布に基づいてモータ特性を演算
して表示する装置が提案されている(特開平8-101261
号)。該モータ解析装置においては、モータの構造(コア
の突極の数、及びマグネットの磁極の数)を選択すると
共に、モータの各部寸法(ケース、マグネット、コア等
の寸法)を入力すると、基本となるメッシュが自動的に
作成される。次に、前記基本メッシュに基づいて、公知
の磁場解析用プログラムに従った演算が実行されて、磁
束密度分布が導出され、更に該磁束密度分布に基づいて
モータ特性が演算され、表示される。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this kind of motor analyzer,
A device has been proposed which performs a magnetic field analysis using a magnetic moment method, and calculates and displays motor characteristics based on a magnetic flux density distribution obtained thereby (Japanese Patent Laid-Open No. 8-101261).
issue). In the motor analyzer, when selecting the structure of the motor (the number of salient poles of the core and the number of magnetic poles of the magnet) and inputting the dimensions of each part of the motor (dimensions of the case, magnet, core, etc.), Mesh is automatically created. Next, a calculation according to a known magnetic field analysis program is performed based on the basic mesh, a magnetic flux density distribution is derived, and a motor characteristic is calculated based on the magnetic flux density distribution and displayed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のモー
タ解析装置には、巻線仕様についての詳細な入力機能が
ないばかりでなく、解析の対象としているモータにおけ
る巻線の巻高、線長等の巻線状態の表示機能がないた
め、ユーザ(モータ設計者)は、その巻線状態が現実的な
ものであるかどうかを判断することが出来ず、非現実的
な巻線状態となる巻線仕様に基づいて、モータ解析を実
行させることがあった。特に、ユーザは、設計の対象と
しているモータのスロット内にどの様な範囲で巻線が施
されることとなるかを容易に把握することが出来ないた
め、巻線どうし、或いは巻線と他の部材との干渉をチェ
ックすることが出来ず、非現実的な巻線範囲を前提とし
て、モータ解析を実行させることがあった。この様な解
析は、巻線状態や巻線範囲が非現実的であるため、意味
のないものである。
Incidentally, the conventional motor analyzing apparatus does not only have a detailed input function for the winding specification, but also has a winding height, a wire length, etc. of the winding in the motor to be analyzed. Since there is no function of displaying the winding state of the winding, the user (motor designer) cannot determine whether the winding state is realistic, and the winding state becomes an unrealistic winding state. In some cases, motor analysis was performed based on line specifications. In particular, since the user cannot easily understand the extent to which the windings are to be provided in the slot of the motor being designed, the windings or other windings are not considered. It was not possible to check for interference with other members, and motor analysis was performed on the assumption of an unrealistic winding range. Such an analysis is meaningless because the winding state and the winding range are impractical.

【0004】本発明の目的は、解析の対象となるモータ
における巻線状態と巻線範囲を出力する機能を有して、
現実的な入力データに基づいて有意義な解析を実行させ
ることが可能なモータ解析装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a function of outputting a winding state and a winding range in a motor to be analyzed.
An object of the present invention is to provide a motor analysis device capable of executing a meaningful analysis based on realistic input data.

【0005】[0005]

【課題を解決する為の手段】本発明に係るモータ解析装
置は、円筒状のハウジングと、ハウジングの中央部に収
容されたコアと、コアに巻回された巻線と、コアと対向
してハウジング内に配備されたマグネットとを具えたモ
ータを対象として、モータのトルク特性、例えばコギン
グトルク分布特性、発生トルク分布特性、発生トルク−
回転数特性等を解析するものである。本発明に係るモー
タ解析装置は、データ入力装置と、入力データに基づい
て磁場解析を実行すると共に、解析された磁場によって
発生するトルクを計算し、モータのトルク特性を導出す
る演算処理装置と、演算処理結果を出力するための出力
装置とを具えている。
A motor analyzing apparatus according to the present invention comprises a cylindrical housing, a core housed in a central portion of the housing, a winding wound around the core, and a core facing the core. For a motor provided with a magnet disposed in a housing, torque characteristics of the motor, for example, cogging torque distribution characteristics, generated torque distribution characteristics, generated torque-
It analyzes the rotation speed characteristics and the like. A motor analysis device according to the present invention, a data input device, and performs a magnetic field analysis based on the input data, calculates a torque generated by the analyzed magnetic field, an arithmetic processing device to derive the torque characteristics of the motor, An output device for outputting a result of the arithmetic processing.

【0006】演算処理装置には、磁場解析に先立って、
コア形状及び巻線仕様についての入力データに基づき、
巻線状態を演算し、その結果を出力装置へ送出する巻線
シミュレーション手段と、巻線シミュレーション手段に
よる演算結果に基づいて、巻線が施されることとなるコ
ア上の巻線範囲を表わす画像を作成し、出力装置へ送出
する自動作画手段とが装備されている。
[0006] In the arithmetic processing unit, prior to the magnetic field analysis,
Based on input data on core shape and winding specifications,
Winding simulation means for calculating a winding state and sending the result to an output device, and an image representing a winding range on a core on which winding is to be applied based on the calculation result by the winding simulation means. And automatic image means for creating the image data and sending it to the output device.

【0007】具体的構成において、巻線仕様についての
入力データには、巻線の直径、巻数及び抵抗率が含ま
れ、巻線シミュレーション手段による巻線状態の演算結
果には、巻線の最大巻線数、巻高、線長、及び抵抗が含
まれている。又、演算処理装置は、巻線シミュレーショ
ン手段によって演算された巻線状態及び/又は自動作画
手段によって作成された巻線範囲の画像の出力後、外部
からの指令に応じて、磁場解析へ移行する機能を有して
いる。
In a specific configuration, the input data on the winding specification includes the diameter, the number of turns, and the resistivity of the winding, and the calculation result of the winding state by the winding simulation means includes the maximum winding of the winding. Includes number of turns, winding height, wire length, and resistance. After outputting the image of the winding state calculated by the winding simulation means and / or the image of the winding range created by the automatic operation image means, the arithmetic processing unit shifts to magnetic field analysis in response to an external command. Has a function.

【0008】上記本発明のモータ解析装置においては、
データ入力装置が操作されて、コア形状や、巻線の直
径、巻数、抵抗等の巻線仕様についてのデータが入力さ
れると、演算処理装置の巻線シミュレーション手段が起
動して、コア形状及び巻線仕様についての入力データに
基づき、巻線の最大巻線数、線長、抵抗等の巻線状態を
演算し、その結果を出力装置へ送出する。その後、自動
作画手段が起動し、巻線シミュレーション手段による演
算結果に基づいて、巻線が施されることとなるコア上の
巻線範囲を表わす画像を作成し、出力装置へ送出する。
[0008] In the motor analysis device of the present invention,
When the data input device is operated to input data on the core shape, the winding specification such as the diameter of the winding, the number of windings, and the resistance, the winding simulation means of the arithmetic processing device is activated, and the core shape and Based on the input data on the winding specification, the winding state such as the maximum number of windings, the wire length, and the resistance is calculated, and the result is sent to an output device. Thereafter, the automatic operation means is activated, and based on the calculation result by the winding simulation means, creates an image representing the winding range on the core where the winding is to be applied, and sends it to the output device.

【0009】従って、ユーザ(モータ設計者)は、解析の
対象としているモータにおける巻線状態を認識し、その
巻線状態が現実的なものであるかどうかを判断すること
が出来、非現実的な巻線状態となる巻線仕様について
は、入力データを修正することが出来る。又、ユーザ
は、巻線範囲の出力によって、設計の対象としているモ
ータのスロット内にどの様な範囲で巻線が施されること
となるかを視覚的に把握することが出来、巻線どうし、
或いは巻線と他の部材との干渉を起こす巻線仕様につい
ては、入力データを修正することが出来る。
Therefore, the user (motor designer) can recognize the winding state of the motor to be analyzed and determine whether or not the winding state is realistic. The input data can be modified for the winding specification that results in a proper winding state. In addition, the user can visually grasp the extent to which the winding is to be applied in the slot of the motor to be designed based on the output of the winding range, and the windings can be mutually connected. ,
Alternatively, the input data can be modified for the winding specification that causes interference between the winding and other members.

【0010】その後、演算処理装置は、ユーザの操作に
基づく外部指令に応じて、有限要素法による静磁場解析
やマクスウェルの応力法によるトルク計算を実行し、そ
の結果をトルク特性グラフ等として出力装置へ供給す
る。これによって、出力装置には、モータのトルク特性
が表示されることになる。モータの設計者は、表示され
たモータのトルク特性が満足なものでない場合は、入力
データを変更して、再度、トルク特性を求め、満足する
結果が得られるまで、この操作を繰り返す。
Thereafter, the arithmetic processing unit executes a static magnetic field analysis by the finite element method or a torque calculation by the Maxwell stress method in response to an external command based on a user operation, and outputs the result as a torque characteristic graph or the like to the output device. Supply to As a result, the torque characteristics of the motor are displayed on the output device. If the displayed torque characteristic of the motor is not satisfactory, the motor designer changes the input data, obtains the torque characteristic again, and repeats this operation until a satisfactory result is obtained.

【0011】[0011]

【発明の効果】本発明に係るモータ解析装置によれば、
現実的な巻線状態と巻線範囲を前提として、常に有意義
なモータ解析を実行させることが出来る。
According to the motor analyzing apparatus of the present invention,
Assuming a realistic winding state and a winding range, a meaningful motor analysis can always be executed.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。本発明に係るモー
タ解析装置は、図1に示す如くコンピュータ本体(1)、
ディスプレイ(2)及びマウス(3)を具えたコンピュータ
システムによって構成されており、コンピュータ本体
(1)に内蔵されているハードディスクドライブ装置に
は、データの入力、解析のための演算処理、及び解析結
果の出力を実行するためのコンピュータプログラムが格
納されている。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. The motor analysis device according to the present invention comprises a computer main body (1) as shown in FIG.
A computer system comprising a display (2) and a mouse (3);
The hard disk drive incorporated in (1) stores a computer program for executing data input, arithmetic processing for analysis, and output of analysis results.

【0013】解析の対象とするモータは、図2及び図3
に示す如き小型の直流モータであって、一端が大きく開
口した円筒状のハウジング(41)内に、中心部にシャフト
(44)が固定されると共に複数のスロットに巻線(図示省
略)が施されたコア(43)、コア(43)を包囲してハウジン
グ(41)の内周面に配置される1或いは複数個のマグネッ
ト(45)、コア(43)の巻線に電流を供給するための一対の
ブラシ(46)(47)、バリスタ(48)、コミュテータ(49)等を
配備し、ハウジング(41)の開口部には、ブラシ基板(42)
が固定され、前記シャフト(44)は軸受(50)によってハウ
ジング(41)上に支持されている。尚、図示する例は、コ
アが回転するブラシ付きのモータであるが、マグネット
が回転するブラシ無しのモータも解析の対象となる。
The motors to be analyzed are shown in FIGS.
A small DC motor as shown in FIG. 1 and a shaft housing at the center in a cylindrical housing (41) having one end largely opened.
A core (43) having a fixed (44) and a plurality of slots with windings (not shown), and one or more cores (43) disposed on the inner peripheral surface of the housing (41) surrounding the core (43). The magnet (45), a pair of brushes (46) (47), a varistor (48), a commutator (49), etc. for supplying current to the windings of the core (43) are provided. In the opening, the brush substrate (42)
Is fixed, and the shaft (44) is supported on the housing (41) by a bearing (50). Although the illustrated example is a motor with a brush whose core rotates, a motor without a brush whose magnet rotates can also be analyzed.

【0014】モータ解析の概要 図4及び図5は上記コンピュータ本体(1)が実行するモ
ータ解析のための一連の手続きを表わしており、先ず、
これらの図に沿って本発明のモータ解析の概要を説明す
る。
[0014] SUMMARY FIGS. 4 and 5 of the motor analysis represents a series of procedures for motor analysis the computer main body (1) is executed, first,
The outline of the motor analysis of the present invention will be described with reference to these drawings.

【0015】先ず図4のステップS1にて、形状パラメ
ータ、着磁波形パラメータ及び材料特性の取り込みが行
なわれる。ここで、前記ディスプレイ(2)の画面には、
コア側について図17に示すウインドウが表示され、シ
ャフトの直径及び材料ファイル名と、コアの各部寸法及
び材料ファイル名と、スロットの数及び各部寸法の入力
が促される。又、マグネット側については図18に示す
ウインドウが表示され、マグネット(磁石)の極数、着磁
角、着磁波形を規定するための2つのパラメータ(台形
フル着角度α及びsin指数β)、各部寸法、及び材料ファ
イル名と、ヨーク(ハウジング)の各部寸法及び材料ファ
イル名の入力が促される。尚、図8(a)は補極を有しな
いコアの各部寸法の名称を示し、同図(b)は補極を有す
るコアの各部寸法の名称を示している。又、図9(a)
(b)は小判型マグネット及びヨークの各部寸法の名称を
示し、図10(a)(b)は円型マグネット及びヨークの各
部寸法の名称を示している。
First, in step S1 of FIG. 4, the shape parameters, the magnetization waveform parameters, and the material characteristics are fetched. Here, the screen of the display (2) includes:
A window shown in FIG. 17 is displayed on the core side, and the input of the diameter of the shaft, the material file name, the dimensions of each part and the material file of the core, the number of slots and the dimensions of each part is prompted. On the magnet side, a window shown in FIG. 18 is displayed, and the number of poles of the magnet (magnet), the magnetization angle, two parameters for defining the magnetization waveform (trapezoidal full attachment angle α and sin index β), The user is prompted to enter the dimensions of each part, the material file name, and the dimensions of each part of the yoke (housing) and the material file name. FIG. 8A shows the names of the dimensions of each part of the core having no auxiliary pole, and FIG. 8B shows the names of the dimensions of each part of the core having the auxiliary pole. FIG. 9 (a)
10B shows the names of the dimensions of the oval magnet and the yoke, and FIGS. 10A and 10B show the names of the dimensions of the circular magnet and the yoke.

【0016】更に、材料特性に関しては、コア材のB−
H特性を入力するために図20のウインドウが表示さ
れ、コア材の鉄損特性を入力するために図21(a)(b)
のウインドウが表示され、更にマグネット材のB−H特
性を入力するために図22のウインドウが表示される。
これらの材料特性は、解析に先立って、予め材料ファイ
ル毎に入力されている。
Further, regarding the material properties, the B-
The window shown in FIG. 20 is displayed for inputting the H characteristic, and FIGS. 21A and 21B are used for inputting the core loss characteristics of the core material.
Is displayed, and the window shown in FIG. 22 is displayed for inputting the BH characteristics of the magnet material.
These material properties are input in advance for each material file prior to analysis.

【0017】上記の各ウインドウに対して入力されたデ
ータが図4のステップS1にて取り込まれた後、ステッ
プS2にて、巻線仕様の取り込みが行なわれる。ここ
で、前記ディスプレイ(2)の画面には、図19に示すウ
インドウが表示され、電圧、結線方式、整列巻の場合の
巻線占積率、ガラ巻の場合の巻線占積率、外直径、抵抗
率、及び巻数の入力が促される。ここで、画面上の“最
大巻線数”、“巻高”、“線長”及び“抵抗”について
は、上記巻線についての入力データに基づき、図4に示
すステップS3の巻線シミュレーションが実行されるこ
とによって、自動的に計算されて表示される。又、コア
の1つのスロット内の巻線範囲Bを表わす画像が自動的
に作成され、図23の如く画面に表示される。
After the data input to each of the above windows is fetched in step S1 of FIG. 4, winding specifications are fetched in step S2. Here, a window shown in FIG. 19 is displayed on the screen of the display (2), and includes a voltage, a wiring method, a winding space factor in the case of aligned winding, a winding space factor in the case of rattle winding, and an outer space. You will be prompted for the diameter, resistivity, and number of turns. Here, regarding the “maximum number of windings”, “winding height”, “wire length” and “resistance” on the screen, the winding simulation of step S3 shown in FIG. When executed, it is automatically calculated and displayed. Also, an image representing the winding range B in one slot of the core is automatically created and displayed on the screen as shown in FIG.

【0018】そして、巻線シミュレーション及び自動作
図の結果に応じて、ステップS4では、巻線シミュレー
ション及び自動作図を再実行すべきかどうかの判断を行
ない、イエスのときは、ステップS2に戻って、再度、
コア形状、巻線仕様の取り込みを行ない、巻線シミュレ
ーションを繰り返す。その後、ステップS4にてノーと
判断されたときは、ステップS5に移行して、有限要素
法による静磁場解析のためのメッシュの分割数を取り込
む。ここで、前記ディスプレイ(2)の画面には、図24
に示すウインドウが表示され、磁場解析計算の収束条件
を規定するパラメータや、メッシュ分割数の入力が促さ
れる。ここで入力すべきメッシュ分割数は、図23に示
すコア(43)とマグネット(45)の間に形成されるギャップ
部Gの1周当たりの分割数であって、後述の如くこの分
割数が基本となって、他の領域のメッシュ分割数が決定
される。又、画面には、図25に示すウインドウが表示
され、作成する有限要素データの次元や非線形性、電流
の有無を設定する。例えばコギングトルク特性を求める
場合は、電流なしを選択する。
Then, according to the results of the winding simulation and the self-diagram, it is determined in step S4 whether or not the winding simulation and the self-diagram should be re-executed. If yes, the process returns to step S2 and again. ,
Import the core shape and winding specifications, and repeat the winding simulation. Thereafter, when it is determined NO in step S4, the process proceeds to step S5, and the number of mesh divisions for static magnetic field analysis by the finite element method is fetched. Here, FIG. 24 shows the screen of the display (2).
Is displayed, and the user is prompted to enter parameters for defining the convergence condition of the magnetic field analysis calculation and the number of mesh divisions. The number of mesh divisions to be input here is the number of divisions per revolution of the gap G formed between the core (43) and the magnet (45) shown in FIG. Basically, the number of mesh divisions of another area is determined. Further, a window shown in FIG. 25 is displayed on the screen, and the dimension, nonlinearity, and presence / absence of current of the finite element data to be created are set. For example, when the cogging torque characteristic is obtained, “no current” is selected.

【0019】上記メッシュ分割数が取り込まれ、更に図
4のステップS6にて上記磁場解析計算の収束条件等が
取り込まれると、その後、ステップS7に移行して、メ
ッシュが作成される。図26はメッシュ作成例を表わし
ている。次に図5のステップS8にて、有限要素法によ
る静磁場解析が実行される。静磁場解析においては、下
記数1に示す一般的な基礎式(森北出版「有限要素法に
よる交直電磁石の設計と応用」第30頁参照)が用いら
れる。
When the number of mesh divisions is fetched, and the convergence conditions and the like of the magnetic field analysis calculation are fetched in step S6 of FIG. 4, the process then proceeds to step S7 to create a mesh. FIG. 26 illustrates a mesh creation example. Next, in step S8 in FIG. 5, a static magnetic field analysis by the finite element method is performed. In the static magnetic field analysis, a general basic formula shown in the following Equation 1 (see “Design and Application of AC / DC Magnet by Finite Element Method”, page 30) is used.

【0020】[0020]

【数1】 (Equation 1)

【0021】続いて、ステップS9では、マクスウェル
の応力法によるトルク計算が実行される。トルク計算に
おいては、下記数2に示す一般的な基礎式(森北出版
「有限要素法による交直電磁石の設計と応用」第56頁
参照)が用いられる。
Subsequently, in step S9, torque calculation is performed by the Maxwell stress method. In the torque calculation, a general basic formula shown in the following equation 2 (see “Design and Application of AC / DC Electromagnet by Finite Element Method”, page 56) is used.

【0022】[0022]

【数2】 (Equation 2)

【0023】その後、ステップS10では、静磁場解析
及びトルク計算の結果に基づき、各種のトルク特性グラ
フや磁場分布図等を作成し、画面に表示する。図29〜
図31は解析結果の出力例を表わしており、図29は、
横軸に回転角度(Angle)、縦軸にトルク(Torque)をとっ
て、モータのトルク分布特性を表わしたものである。
又、図30は、横軸に鉄損(Steel Loss)及びトルク(Tor
que)、縦軸に電流(Current)及び回転数(Revolution)を
とって、モータの回転数−トルク特性T、回転数−鉄損
特性S、及びトルク−電流特性Iを表わしたものであ
る。更に図31は、モータの磁束分布ベクトル図を表わ
したものである。
Thereafter, in step S10, various torque characteristic graphs, magnetic field distribution maps, and the like are created based on the results of the static magnetic field analysis and the torque calculation, and displayed on the screen. FIG. 29-
FIG. 31 shows an output example of the analysis result, and FIG.
The horizontal axis represents the rotation angle (Angle) and the vertical axis represents the torque (Torque), and represents the torque distribution characteristics of the motor.
In FIG. 30, the horizontal axis shows the iron loss (Steel Loss) and the torque (Tor).
que), the vertical axis represents the current (Current) and the rotation speed (Revolution), and represents the rotation speed-torque characteristic T, the rotation speed-iron loss characteristic S, and the torque-current characteristic I of the motor. FIG. 31 shows a magnetic flux distribution vector diagram of the motor.

【0024】これらの特性が満足の得られるものである
かどうかを図5のステップS11にて判断し、満足の得
られるものでないときは、図4のステップS1に戻って
入力データを変更し、同様の解析を繰り返す。これによ
って、満足の得られる結果が得られたとき、一連の手続
きを終了する。
It is determined in step S11 in FIG. 5 whether these characteristics are satisfactory. If not, the process returns to step S1 in FIG. 4 to change the input data. Repeat the same analysis. Thus, when a satisfactory result is obtained, the series of procedures is terminated.

【0025】次に上記モータ解析の特徴的部分について
詳述する。着磁波形の入力 上述の如く本発明に係るモータ解析においては、2つの
パラメータ(台形フル着角度α及びsin指数β)の値によ
って、マグネットに対する着磁波形をサイン波、台形
波、方形波、三角波、又はサイン波と他の波形を掛け合
わせた合成波の何れかに、選択的に設定することが可能
である。即ち、マグネット上の周方向位置を表わす角度
をθ、マグネットの1極当たりの着磁角度をθ0とし
て、下記数3の関数f(θ)がマグネットの1極分の着磁
波形関数として定義されている。
Next, the characteristic part of the motor analysis will be described in detail. Input of Magnetization Waveform As described above, in the motor analysis according to the present invention, the magnetization waveform for the magnet is converted into a sine wave, a trapezoidal wave, a square wave, by the values of two parameters (trapezoidal full angle of incidence α and sin index β). It can be selectively set to either a triangular wave or a composite wave obtained by multiplying a sine wave with another waveform. That is, assuming that the angle representing the circumferential position on the magnet is θ and the magnetization angle per pole of the magnet is θ 0 , the function f (θ) of the following equation 3 is defined as a magnetization waveform function for one pole of the magnet. Have been.

【0026】[0026]

【数3】 [Equation 3]

【0027】上記数3において、g(θ)は、パラメータ
であるフル着角度αを0〜θ0の範囲内で変更すること
により、方形波、三角波又は台形波を生成する関数であ
って、α=0のときに三角波となり、α=θ0のときに
方形波となり、0<α<θ0のときに台形の上底の長さ
をαの値に応じて変化させる台形波となる。一方、サイ
ン関数のβ乗で表わされるべき関数は、パラメータであ
るsin指数βが0のときに1となり、sin指数βを0より
も大きな任意の値に設定することによって、種々の形状
を有するサイン波形を生成する関数である。従って、例
えばsin指数βを0に設定した場合は、着磁波形関数f
(θ)=g(θ)となって、台形波が生成される。ここで、
αをθ0に設定したとき、着磁波形関数f(θ)は方形
波、パラメータαを0に設定したときは、着磁波形関数
f(θ)は三角波となる。これに対し、sin指数βが0を
越える値の場合、着磁波形関数は、図11に示す様に、
サイン波形と台形波の積によって生成される合成波とな
る。
In the above equation (3), g (θ) is a function for generating a square wave, a triangular wave or a trapezoidal wave by changing the parameter of the full landing angle α within the range of 0 to θ 0 . When α = 0, it becomes a triangular wave, when α = θ 0 , it becomes a square wave, and when 0 <α <θ 0 , it becomes a trapezoidal wave that changes the length of the upper base of the trapezoid according to the value of α. On the other hand, the function to be represented by the power of β of the sine function becomes 1 when the sin index β as a parameter is 0, and has various shapes by setting the sin index β to an arbitrary value larger than 0. This function generates a sine waveform. Therefore, for example, when the sin index β is set to 0, the magnetization waveform function f
(θ) = g (θ), and a trapezoidal wave is generated. here,
When α is set to θ 0 , the magnetization waveform function f (θ) becomes a square wave, and when the parameter α is set to 0, the magnetization waveform function f (θ) becomes a triangular wave. On the other hand, when the sin index β is a value exceeding 0, the magnetization waveform function becomes, as shown in FIG.
It becomes a composite wave generated by the product of the sine waveform and the trapezoidal wave.

【0028】例えば、マグネットの製造に使用する着磁
装置がサイン波の着磁波形を与える特性或いは設定を有
する場合は、α=θ0に設定し、着磁装置が台形波の着
磁波形を与える特性或いは設定を有する場合は、0<α
<θ0、β=0に設定する。又、着磁装置がサイン波と
台形波を合成した着磁波形を与える特性或いは設定を有
する場合は、0<α<θ0、0<βに設定すればよい。
この様に、上記の着磁波形関数によれば、2つのパラメ
ータα及びβを適宜変更して入力することによって、サ
イン波、台形波、方形波、若しくは三角波、又はサイン
波と他の波形との積によって生成される合成波を、着磁
波形として選択的に設定することが出来る。
For example, if the magnetizing device used for manufacturing the magnet has a characteristic or setting for giving a sine wave magnetizing waveform, α = θ 0 is set, and the magnetizing device changes the trapezoidal wave magnetizing waveform. 0 <α when there is a given characteristic or setting
0 , β = 0. When the magnetizing device has a characteristic or setting for giving a magnetized waveform obtained by combining a sine wave and a trapezoidal wave, it is sufficient to set 0 <α <θ 0 and 0 <β.
Thus, according to the above-mentioned magnetized waveform function, by appropriately changing and inputting the two parameters α and β, a sine wave, trapezoidal wave, square wave, or triangular wave, or a sine wave and another waveform Can be selectively set as a magnetized waveform.

【0029】図12(a)(b)は、上述の如く2つのパラ
メータα及びβの入力によって規定された着磁波形関数
に基づいて、有限要素法による静磁場解析に必要なマグ
ネットの磁化強度分布を与える方法を表わしており、極
数2のマグネットが円周方向及び半径方向に分割され、
各分割領域に磁化強度が割り当てられている。例えば、
同図(a)に示す様に1極当たりの着磁波形として方形波
を規定する場合、マグネットの全ての分割領域には磁化
強度として1が割り当てられる。又、同図(b)に示す様
に1極当たりの着磁波形としてサイン波を規定する場
合、サイン波がマグネットの分割数に応じた単位角度毎
に量子化されて、マグネットの各分割領域に割り当てら
れる。この様にして、マグネットの各分割領域に与えら
れた磁化強度が、有限要素法による静磁場解析の入力デ
ータとして用いられるのである。
FIGS. 12A and 12B show the magnetization intensity of the magnet required for the static magnetic field analysis by the finite element method based on the magnetization waveform function defined by the input of the two parameters α and β as described above. It shows a method of giving a distribution, where a magnet with two poles is divided in the circumferential direction and the radial direction,
A magnetization intensity is assigned to each divided region. For example,
When a square wave is defined as a magnetized waveform per pole as shown in FIG. 3A, 1 is assigned as a magnetization intensity to all divided regions of the magnet. When a sine wave is defined as a magnetized waveform per pole as shown in FIG. 3B, the sine wave is quantized for each unit angle in accordance with the number of divisions of the magnet, and each divided region of the magnet is divided. Assigned to. In this way, the magnetization intensity given to each divided region of the magnet is used as input data for the static magnetic field analysis by the finite element method.

【0030】従って、上述の着磁波形の入力方式によれ
ば、2つのパラメータα及びβを適宜変更して入力する
だけで、サイン波、台形波、方形波、若しくは三角波、
又はサイン波と他の何れかの波形との積によって生成さ
れる合成波を、着磁波形として容易に選択設定すること
が出来、これによって、マグネットの着磁工程で与えら
れる実際の着磁波形を忠実に再現し、高い精度でトルク
特性を求めることが出来る。この様にして求められたト
ルク特性が満足の得られるものでない場合は、着磁波形
を変更して、満足な結果が得られるまで、静磁場解析及
びトルク計算を実行する。これによって、マグネットの
着磁波形の最適化を行なうことが出来、マグネットの製
造工程に対するフィードバックが可能となる。
Therefore, according to the above-described input method of the magnetized waveform, the sine wave, trapezoidal wave, square wave, triangular wave,
Alternatively, a composite wave generated by a product of a sine wave and any other waveform can be easily selected and set as a magnetized waveform, and thereby, the actual magnetized waveform given in the magnetizing step of the magnet Can be faithfully reproduced, and the torque characteristics can be obtained with high accuracy. If the torque characteristics obtained in this way are not satisfactory, the magnetizing waveform is changed and static magnetic field analysis and torque calculation are executed until a satisfactory result is obtained. As a result, the magnetization waveform of the magnet can be optimized, and the feedback to the magnet manufacturing process can be made.

【0031】巻線シミュレーション及び自動作図 上述の如く、有限要素法による静磁場解析に先立って、
図4のステップS3では、コア形状や、巻線仕様につい
ての入力データ(結線方式、巻線の直径、占積率、抵抗
率及び巻数)に基づき、“最大巻線数”、“巻高”、
“線長”及び“抵抗”が自動的に計算されて、その計算
結果が図19に示す様に画面に表示される(巻線シミュ
レーション)。又、コアの1つのスロット内の巻線範囲
Bを表わす画像が自動的に作成され、図23の如く画面
に表示される(自動作図)。
[0031] As winding simulation and automatic drawing above, prior to the static magnetic field analysis by the finite element method,
In step S3 of FIG. 4, based on input data (connection method, winding diameter, space factor, resistivity, and number of turns) on the core shape and the winding specification, the "maximum number of turns", "turn height" ,
“Line length” and “resistance” are automatically calculated, and the calculation results are displayed on the screen as shown in FIG. 19 (winding simulation). Also, an image representing the winding range B in one slot of the core is automatically created and displayed on the screen as shown in FIG. 23 (automatic operation diagram).

【0032】図6は、巻線シミュレーション及び自動作
図の具体的手続きを表わしている。先ずステップS21
にて、コア形状についての入力データに基づき、1つの
スロットについての幾何学的な巻線可能面積Aが算出さ
れる(図23参照)。次にステップS22にて、巻線の直
径(線径)及び巻線占積率が取り込まれた後、ステップS
23では、下記数4によって最大巻線数Tmaxが算出さ
れ、表示される。
FIG. 6 shows a specific procedure of the winding simulation and the automatic operation diagram. First, step S21
, The geometrical windable area A for one slot is calculated based on the input data on the core shape (see FIG. 23). Next, in step S22, after the winding diameter (wire diameter) and the winding space factor are taken in, in step S22.
At 23, the maximum winding number Tmax is calculated by the following equation 4 and displayed.

【0033】[0033]

【数4】 (Equation 4)

【0034】更にステップS24にて巻線数及び抵抗率
が取り込まれた後、ステップS25では、巻線の全長、
抵抗値、及び巻線高さが算出され、表示されると共に、
巻線範囲の面積Sが計算される。ここで、巻線抵抗値は
巻線抵抗率と全長の積で求められる。又、巻線範囲の面
積Sは下記数5で算出される。
Further, after the number of windings and the resistivity are captured in step S24, in step S25, the total length of the windings,
The resistance value and winding height are calculated and displayed,
The area S of the winding range is calculated. Here, the winding resistance value is obtained by the product of the winding resistivity and the total length. The area S of the winding range is calculated by the following equation (5).

【0035】[0035]

【数5】 (Equation 5)

【0036】その後、ステップS26では、表示された
巻線の全長、抵抗値、及び巻線高さが適切なものである
かどうかを判断する。適切な結果が得られているとき
は、ステップS27に移行して、前記巻線範囲の面積S
に基づき、図23の如く巻線可能領域A内に巻線範囲B
を表示した後、図6のステップS28にて、巻線範囲B
が適切なものであるか否かの判断を行なう。前記ステッ
プS26或いはステップS28にて適切でないと判断さ
れたときは、ステップS29に移行して、ユーザ(モー
タ設計者)の入力データに応じて、コア形状及び巻線仕
様の変更を行なった後、図4のステップS4に戻り、変
更されたデータに基づいてステップS3の巻線シミュレ
ーション及び自動作図を繰り返す。尚、図6のステップ
S26或いはステップS28にてノーと判断されたとき
は、ユーザの入力データに応じて、ステップS22、ス
テップS24、或いはステップS29の何れかを選択し
て実行する手続きを採用することも可能である。
Thereafter, in step S26, it is determined whether the displayed total length, resistance value, and winding height of the winding are appropriate. If an appropriate result is obtained, the process proceeds to step S27, where the area S of the winding range is determined.
23, the winding range B in the winding possible area A as shown in FIG.
Is displayed, and at step S28 in FIG.
Is determined to be appropriate. When it is determined in step S26 or step S28 that it is not appropriate, the process proceeds to step S29, and after changing the core shape and the winding specification according to the input data of the user (motor designer), Returning to step S4 in FIG. 4, the winding simulation and the automatic operation diagram in step S3 are repeated based on the changed data. When it is determined NO in step S26 or step S28 in FIG. 6, a procedure of selecting and executing one of step S22, step S24, or step S29 according to the user input data is employed. It is also possible.

【0037】上述の巻線シミュレーション及び自動作図
によれば、例えば、巻線高さが過度に大きい場合、コア
の軸方向の両端面から盛り上がった巻線部分が他の部材
と干渉する虞れがあり、この場合、巻数を減少させる等
の対処が可能である。又、抵抗値が過度に大きくなった
ときは、線径を増大させる等の対処が可能である。又、
図23の表示において、巻線範囲Bが過度に大きいとき
は、隣接する巻線部分と干渉する虞れがあり、この場合
は、出来るだけ占積率の高い整列巻を採用する等の対処
が可能である。
According to the above-described winding simulation and self-operation diagram, for example, when the winding height is excessively large, there is a possibility that the winding portions protruding from both end surfaces in the axial direction of the core may interfere with other members. In this case, measures such as reducing the number of turns can be taken. When the resistance value becomes excessively large, measures such as increasing the wire diameter can be taken. or,
In the display of FIG. 23, if the winding range B is excessively large, there is a possibility that the windings will interfere with the adjacent windings. In this case, measures such as adopting an aligned winding having the highest space factor as possible are taken. It is possible.

【0038】この様に、有限要素法による静磁場解析を
実行する前に、巻線シミュレーション及び自動作画を実
行することによって、適切な巻線仕様の設定が可能であ
り、その後の静磁場解析及びトルク計算を有効なものと
することが出来る。又、巻線範囲をイメージにより定量
的に把握することが出来るので、ユーザ(モータ設計者)
は、入力した巻線仕様がモータの製造に現実的なもので
あるかどうかを容易に判断することが出来る。又、ユー
ザは、シミュレーションの結果をコア寸法や巻線仕様の
変更に迅速にフィードバックすることが出来、巻線全長
の計算結果は巻線使用量や巻線コストの把握に利用する
ことが出来る。更に、巻線範囲の計算結果はその後の静
磁場解析に反映させることが可能であり、これによって
更に精度の高い解析結果を得ることが出来る。
As described above, before the static magnetic field analysis by the finite element method is executed, by executing the winding simulation and the automatic operation image, it is possible to set appropriate winding specifications. The torque calculation can be made effective. Also, since the winding range can be quantitatively grasped by the image, the user (motor designer)
Can easily determine whether or not the input winding specifications are realistic for the manufacture of the motor. Further, the user can quickly feed back the result of the simulation to the change of the core size and the winding specification, and the calculation result of the total winding length can be used for grasping the winding usage and the winding cost. Furthermore, the calculation result of the winding range can be reflected in the subsequent static magnetic field analysis, so that a more accurate analysis result can be obtained.

【0039】メッシュ分割 図4のステップS7のメッシュの自動作成においては、
ステップS5で入力されたギャップ部の周方向のメッシ
ュ分割数を基本として、他の領域のメッシュ分割が進め
られ、最終的に図26〜図28に示す如きメッシュが自
動的に作成される。尚、図13に示す様に、メッシュ分
割に際し、コア領域は複数の小区域C1、C2、C
2′、C3、C4及びC5に予め区分され、巻線領域は
複数の小区域W1、W1′、W2及びW3に予め区分さ
れている。又、ハウジング領域K1よりも外側の外部空
気層領域は8つの小区域A1に予め区分されている。こ
れらの小区域毎に、後述の如くメッシュ分割が進められ
る。
[0039] In the automatic creation of the mesh in step S7 in meshing Figure 4,
On the basis of the number of mesh divisions in the circumferential direction of the gap portion input in step S5, mesh division of other areas is advanced, and finally, meshes as shown in FIGS. 26 to 28 are automatically created. As shown in FIG. 13, the core region is divided into a plurality of small sections C1, C2, C
2 ', C3, C4, and C5, and the winding area is previously divided into a plurality of small sections W1, W1', W2, and W3. Further, the outer air layer area outside the housing area K1 is divided in advance into eight small sections A1. For each of these small areas, mesh division is advanced as described later.

【0040】本発明に係るメッシュ分割方式の特徴は、
上述の如く、ギャップ部の周方向の分割数(基本分割数)
のみを入力データとする点と、モータの各部領域のメッ
シュ分割数について基本分割数を基準とする重み付けが
施されてメッシュ分割が行なわれる点にある。メッシュ
分割数についての重み付けに際しては、モータの静磁場
解析において重要な領域に大きな重みが与えられ、比較
的重要度の低い領域には、小さな重みが与えられる。即
ち、モータにおいては、コアとマグネットの間のギャッ
プ部がトルク計算に最も大きく関与するため、この領域
は最も細かくメッシュ分割する必要がある。次にハウジ
ングが磁気飽和の影響を受け易く、解析精度に大きな影
響を及ぼすため、この領域はギャップ部の次に細かく分
割する必要がある。これに対し、ハウジングよりも外側
の外部空気層は、解析精度に大きな影響を及ぼさず、比
較的粗いメッシュで十分である。そこで、ギャップ部領
域Gのメッシュ分割に最も大きな重み付けが施され、次
いでハウジング領域K1、その次にマグネット領域M1
に大きな重み付けが施される。コア領域及び巻線空間領
域には重み付けが施されない。これに対し、外部空気層
領域A1のメッシュ分割には、負の重み付けが施され、
コア領域及び巻線空間領域よりもメッシュ分割数が削減
される。
The features of the mesh division system according to the present invention are as follows.
As described above, the number of divisions in the circumferential direction of the gap (basic division number)
The only difference is that only the input data is used as input data, and the number of mesh divisions in each region of the motor is weighted based on the basic number of divisions to perform mesh division. When weighting the mesh division number, a large weight is given to a region important in the static magnetic field analysis of the motor, and a small weight is given to a region having relatively low importance. That is, in the motor, the gap between the core and the magnet is most involved in the torque calculation, so that this area needs to be finely divided into meshes. Next, since the housing is easily affected by magnetic saturation and greatly affects the analysis accuracy, it is necessary to divide this region into small portions next to the gap portion. On the other hand, the outer air layer outside the housing does not significantly affect the analysis accuracy, and a relatively coarse mesh is sufficient. Therefore, the largest weight is given to the mesh division of the gap area G, then the housing area K1, and then the magnet area M1.
Are weighted heavily. No weighting is applied to the core region and the winding space region. On the other hand, the mesh division of the outer air layer region A1 is given a negative weight,
The number of mesh divisions is reduced as compared with the core region and the winding space region.

【0041】図7はメッシュ作成の具体的手続きを表わ
しており、先ずステップS31では、ギャップ部領域に
ついて、その中心を通る円周線(積分路)の周長を基本分
割数で等分して得られる周方向基本メッシュ辺長さh
と、ギャップ部の幅を6等分して得られる半径方向メッ
シュ辺長さr(図28参照)とを計算した後、ステップS
32では、コアの各小区域のメッシュ分割を行なう。こ
の際、小区域C1については、その半径方向の長さをR
c1(図27参照)としたとき、Rc1/hが整数Nに近い値
となる分割数Nで、半径方向の分割を行なう。周方向は
周方向基本メッシュ辺長さhで分割する。小区域C2、
C2′及びC3についても同様の考え方で半径方向及び
周方向の分割を行なう。小区域C4及びC5について
は、後述の巻線領域の小区域W3の後にメッシュ分割を
行なう。
FIG. 7 shows a specific procedure of mesh creation. First, in step S31, the circumference of a circumferential line (integral path) passing through the center of the gap area is equally divided by the basic division number. Obtained circumferential basic mesh side length h
And the radial mesh side length r (see FIG. 28) obtained by dividing the width of the gap into six equal parts, and then calculating in step S
At 32, mesh division of each small area of the core is performed. At this time, the radial length of the small section C1 is R.
When c1 (see FIG. 27) is set, the division in the radial direction is performed with the division number N where Rc1 / h is a value close to the integer N. The circumferential direction is divided by the circumferential basic mesh side length h. Small area C2,
For C2 'and C3, division in the radial direction and the circumferential direction is performed based on the same concept. Regarding the small sections C4 and C5, mesh division is performed after a small section W3 in a winding area described later.

【0042】次にステップS33にて、巻線空間領域の
各小区域のメッシュ分割を行なう。小区域W1及びW
1′については夫々、コア領域の小区域C2、C2′及
びC3のメッシュと繋がるように分割する。更に小区域
W2、W3についても、隣接するメッシュと繋がる様に
分割する。
Next, in step S33, mesh division is performed for each small section of the winding space area. Sub-areas W1 and W
1 'is divided so as to be connected to the meshes of the small sections C2, C2' and C3 of the core region. Further, the small areas W2 and W3 are also divided so as to be connected to adjacent meshes.

【0043】続いてステップS34では、ハウジング領
域の各小区域K1のメッシュ分割を行なう。半径方向に
ついては、ギャップ部領域Gの半径方向のメッシュ辺長
さrの2倍の長さ(2r)で分割する。周方向について
は、基本分割数で分割する。これによって、ギャップ部
に次ぐ大きさの重み付けが施されることになる。
Subsequently, in step S34, mesh division of each small section K1 in the housing area is performed. In the radial direction, the gap is divided by a length (2r) that is twice the length r of the mesh side in the radial direction of the gap region G. In the circumferential direction, division is performed by the basic division number. As a result, the second largest weight is given to the gap portion.

【0044】そして、ステップS35ではマグネット領
域M1のメッシュ分割を行なう。半径方向については、
図14に示す規則で重み付けが施される。即ち、静磁場
解析で重要となるギャップ部の近傍領域とハウジングの
近傍領域は細かく、中間領域は粗い分割が行なわれる。
周方向については、基本分割数で分割する。
Then, in step S35, mesh division of the magnet area M1 is performed. For the radial direction,
Weighting is performed according to the rules shown in FIG. That is, the region near the gap and the region near the housing, which are important in the static magnetic field analysis, are fine, and the intermediate region is roughly divided.
In the circumferential direction, division is performed by the basic division number.

【0045】その後、ステップS36にて、外部空気層
領域の小区域A1のメッシュ分割を行なう。外部空気層
領域は、モータの直径の2倍の辺長さを有する正方形で
メッシュ限界区域を定義する。そして、メッシュ分割に
おいては、出来るだけ演算処理を簡素化するため、図1
6に示す如く各小区域A1を内側領域A1′と外側領域
A1″に2分割し、各小区域A1について、内側領域A
1′の内側境界線Iから外側領域A1″の外側境界線V
へ向かってメッシュ分割を進める過程で、図15に示す
規則で分割数を削減して負の重み付けを施す。先ず、内
側領域A1′の内側境界線Iを基本分割数に応じた単位
円周長で分割し、その分割数を削減前の分割数として、
図15に示す様に、削減前の分割数が(3の倍数)、即ち
3N個であるときは、外側境界線JではN個に削減し、
削減前の分割数が(3の倍数+1)、即ち(3N+1)個で
あるときは、外側境界線Jでは(N+1)個に削減し、削
減前の分割数が(3の倍数+2)、即ち(3N+2)個であ
るときは、外側境界線Jでは(N+1)個に削減する。同
様に外側領域A1″のメッシュ分割についても、その内
側境界線Uの分割数を削減前の分割数として、外側境界
線Vにおける分割数を削減する。
Thereafter, in step S36, mesh division of the small section A1 in the external air space region is performed. The outer airspace region defines a mesh critical area with a square having a side length twice the motor diameter. In the mesh division, in order to simplify the arithmetic processing as much as possible, FIG.
As shown in FIG. 6, each small area A1 is divided into an inner area A1 'and an outer area A1 ".
1 ′ to the outer boundary line V of the outer region A1 ″ from the inner boundary line I
In the process of advancing the mesh division toward, the number of divisions is reduced according to the rule shown in FIG. 15 and negative weighting is applied. First, the inner boundary line I of the inner area A1 'is divided by a unit circumferential length corresponding to the basic division number, and the division number is set as a division number before reduction.
As shown in FIG. 15, when the number of divisions before reduction is (multiple of 3), that is, 3N, the number is reduced to N on the outer boundary line J,
When the number of divisions before reduction is (multiple of 3 + 1), that is, (3N + 1), the number of divisions is reduced to (N + 1) on the outer boundary line J, and the number of divisions before reduction is (multiple of 3 + 2), that is, If the number is (3N + 2), the number is reduced to (N + 1) on the outer boundary line J. Similarly, regarding the mesh division of the outer region A1 ″, the number of divisions on the outer boundary line V is reduced by using the division number of the inner boundary line U as the division number before reduction.

【0046】例えば図16の例では、内側領域A1′の
内側境界線Iでの分割数が“7”と“8”の2種類生じ
ることとなり、削減前の分割数が“7”の内側領域A
1′については、7=3+3+1の関係より、外側境界
線Jでは分割数“3”に削減し、削減前の分割数が
“8”の内側領域A1′については、8=3+3+2の
関係より、外側境界線Jでは分割数“3”に削減する。
又、外側領域A1″については、内側境界線Uが3分割
されているので、外側境界線Vでは分割数“1”に削減
する。上述の分割数の削減によって、外部空気層領域で
は、負の重み付けが施されることになる。
For example, in the example shown in FIG. 16, the number of divisions at the inner boundary line I of the inner area A1 'is two, that is, "7" and "8". A
For 1 ', the number of divisions is reduced to "3" at the outer boundary J from the relationship of 7 = 3 + 3 + 1. For the inner region A1' having the number of divisions before reduction of "8", the relationship of 8 = 3 + 3 + 2 is obtained. For the outer boundary J, the number of divisions is reduced to “3”.
In the outer region A1 ", since the inner boundary line U is divided into three, the number of divisions is reduced to" 1 "in the outer boundary line V. Due to the reduction in the number of divisions described above, in the outer air layer region, a negative value is obtained. Is weighted.

【0047】最後に、図7のステップS37にて、積分
路を含むギャップ部領域についてメッシュ分割を行な
う。ギャップ部領域のメッシュ分割においては、図28
に示す如く、ギャップ部領域の中心を通る積分路を挟ん
でコア側及びマグネット側を夫々半径方向に3分割す
る。従って、半径方向メッシュ辺長さrはギャップ部の
幅の6分の1の値となる。又、周方向基本メッシュ辺長
さhは積分路の全長を基本分割数で除した値とする。一
般に小型の直流モータでは、ギャップ部の幅が0.3m
m程度であるから、ギャップ部領域は、半径方向に極め
て細かくメッシュ分割され、最も大きな重み付けが施さ
れることになる。
Finally, in step S37 in FIG. 7, mesh division is performed on the gap region including the integration path. In the mesh division of the gap region, FIG.
As shown in (1), the core side and the magnet side are each divided into three in the radial direction with an integration path passing through the center of the gap region interposed therebetween. Therefore, the mesh side length r in the radial direction has a value that is 1/6 of the width of the gap. The circumferential basic mesh side length h is a value obtained by dividing the total length of the integration path by the number of basic divisions. Generally, in a small DC motor, the width of the gap is 0.3 m.
Since the distance is about m, the gap region is extremely finely divided into meshes in the radial direction, and the largest weight is given.

【0048】上述のメッシュ自動作成によれば、基本分
割数として、解析の目的に応じた適切な値を入力するこ
とによって、有限要素法による静磁場解析のためのメッ
シュ分割において、モータの各構成要素に対し重要度に
応じた重み付けが自動的に施されて、各領域が適切な細
かさで分割されるため、比較的短時間の演算処理で精度
の高い解析結果を得ることが出来る。尚、メッシュ自動
作成に際して入力すべき基本分割数としては、予め適当
なデフォルト値が設定されており、ユーザが基本分割数
を入力せずとも、メッシュの自動作成が可能である。例
えば、時間がかかっても高い精度を得たいときには、デ
フォルト値よりも大きな基本分割数を入力すればよく、
逆に精度は多少低くとも短時間で解析結果を得たいとき
には、デフォルト値よりも小さな基本分割数を入力すれ
ばよい。
According to the automatic mesh creation described above, by inputting an appropriate value according to the purpose of the analysis as the basic division number, each component of the motor can be divided into meshes for static magnetic field analysis by the finite element method. The elements are automatically weighted according to their importance, and each area is divided into appropriate fines. Therefore, a highly accurate analysis result can be obtained by a relatively short-time arithmetic processing. Note that an appropriate default value is set in advance as the number of basic divisions to be input at the time of automatic mesh generation, and automatic mesh generation can be performed without the user inputting the basic division number. For example, if you want to obtain high accuracy even if it takes time, you can enter a basic division number larger than the default value,
Conversely, if it is desired to obtain an analysis result in a short time even if the accuracy is somewhat low, it is sufficient to input a basic division number smaller than the default value.

【0049】図32は、2極3スロットのモータについ
ての基本分割数と解析精度及び解析時間との関係(計算
値)をグラフ化したものである。尚、解析時間は、48
0分割時の解析時間(約2時間)を100とする比率で表
わしたものである。又、解析精度は480分割時のトル
ク計算値を真の値と仮定して算出したものである。この
グラフから明らかな様に、基本分割数が24〜60の範
囲で誤差が10%程度に収まっており、基本分割数が2
00程度で極めて真値に近い計算値が得られている。こ
の様に、本発明に係るメッシュ分割方式によれば、短い
解析時間で高い解析精度が得られることが分かる。
FIG. 32 is a graph showing the relationship (calculated value) between the basic division number, the analysis accuracy, and the analysis time for a 2-pole, 3-slot motor. The analysis time was 48
This is expressed as a ratio with the analysis time (about 2 hours) at the time of division into 100. The analysis accuracy is calculated on the assumption that the torque calculation value at the time of 480 division is a true value. As is clear from this graph, the error is within about 10% when the basic division number is in the range of 24 to 60, and the basic division number is 2
A calculated value extremely close to the true value is obtained at about 00. Thus, according to the mesh division method according to the present invention, it can be seen that high analysis accuracy can be obtained in a short analysis time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るモータ解析装置を構成しているコ
ンピュータシステムの外観を示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing the appearance of a computer system constituting a motor analysis device according to the present invention.

【図2】本発明の解析の対象とするモータの斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view of a motor to be analyzed according to the present invention.

【図3】該モータの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the motor.

【図4】本発明に係るモータ解析の処理手続きの前半を
表わすフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a first half of a motor analysis processing procedure according to the present invention.

【図5】同上の後半を表わすフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a latter half of the above.

【図6】巻線シミュレーション及び自動作図の手続きを
表わすフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure of a winding simulation and an automatic operation diagram.

【図7】メッシュ自動分割の手続きを表わすフローチャ
ートである。
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of automatic mesh division.

【図8】コアの各部寸法の名称を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing names of dimensions of each part of a core.

【図9】小判型マグネット及びヨークの各部寸法の名称
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing names of dimensions of each part of an oval magnet and a yoke.

【図10】円型マグネット及びヨークの各部寸法の名称
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing names of dimensions of each part of a circular magnet and a yoke.

【図11】着磁波形関数による着磁波形の生成を説明す
る図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating generation of a magnetization waveform using a magnetization waveform function.

【図12】方形波及びサイン波の着磁波形を有限要素法
による静磁場解析に入力するための処理を表わす図であ
る。
FIG. 12 is a diagram illustrating a process for inputting the magnetized waveforms of the square wave and the sine wave to the static magnetic field analysis by the finite element method.

【図13】モータの各部領域に予め設定されている複数
の小区域を表わす図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a plurality of small sections preset in each section area of the motor.

【図14】マグネット領域におけるメッシュ分割の規則
を説明する図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a rule of mesh division in a magnet area.

【図15】外部空気層領域におけるメッシュ分割数の削
減方式を説明する図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a method of reducing the number of mesh divisions in an external air layer region.

【図16】外部空気層領域におけるメッシュ分割例を表
わす図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of mesh division in an external air space region.

【図17】コアについてのデータ入力画面を表わす図で
ある。
FIG. 17 is a diagram showing a data input screen for a core.

【図18】マグネットについてのデータ入力画面を表わ
す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a data input screen for a magnet.

【図19】巻線についてのデータ入力画面を表わす図で
ある。
FIG. 19 is a diagram showing a data input screen for windings.

【図20】材料特性についてのデータ入力画面を表わす
図である。
FIG. 20 is a diagram showing a data input screen for material properties.

【図21】コア材の鉄損特性についてのデータ入力画面
を表わす図である。
FIG. 21 is a diagram showing a data input screen for iron loss characteristics of a core material.

【図22】マグネット材のB−H特性についてのデータ
入力画面を表わす図である。
FIG. 22 is a diagram illustrating a data input screen for BH characteristics of a magnet material.

【図23】巻線シミュレーションの結果から得られる巻
線範囲の自動作図例を表わす図である。
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of an automatic operation diagram of a winding range obtained from the result of the winding simulation.

【図24】磁場解析計算の収束条件及び基本メッシュ分
割数についてのデータ入力画面を表わす図である。
FIG. 24 is a diagram showing a data input screen for a convergence condition of magnetic field analysis calculation and a basic mesh division number.

【図25】作成する有限要素データの次元や非線形性、
電流の有無の設定画面を表わす図である。
FIG. 25 shows dimensions and nonlinearities of finite element data to be created,
It is a figure showing the setting screen of the presence or absence of an electric current.

【図26】メッシュ分割例を表わす図である。FIG. 26 is a diagram illustrating an example of mesh division.

【図27】図26の一部を拡大して表わす図である。FIG. 27 is a diagram showing a part of FIG. 26 in an enlarged manner.

【図28】更に図27の一部を拡大して表わす図であ
る。
FIG. 28 is a diagram showing a part of FIG. 27 in an enlarged manner.

【図29】モータのトルク分布特性を表わすグラフであ
る。
FIG. 29 is a graph showing torque distribution characteristics of a motor.

【図30】モータの回転数−トルク特性、回転数−鉄損
特性、及びトルク−電流特性を表わすグラフである。
FIG. 30 is a graph showing rotation speed-torque characteristics, rotation speed-iron loss characteristics, and torque-current characteristics of a motor.

【図31】モータの磁束分布ベクトル図である。FIG. 31 is a magnetic flux distribution vector diagram of a motor.

【図32】基本分割数と解析精度及び解析時間との関係
を表わすグラフである。
FIG. 32 is a graph showing a relationship between the number of basic divisions, analysis accuracy, and analysis time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) コンピュータ本体 (2) ディスプレイ (3) マウス (4) モータ (41) ハウジング (43) コア (44) シャフト (45) マグネット (1) Computer body (2) Display (3) Mouse (4) Motor (41) Housing (43) Core (44) Shaft (45) Magnet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−151840(JP,A) 特開 平8−101261(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 7/00 H02K 1/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-7-151840 (JP, A) JP-A-8-101261 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02P 7/00 H02K 1/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 円筒状のハウジングと、ハウジングの中
央部に収容されたコアと、コアに巻回された巻線と、コ
アと対向してハウジング内に配備されたマグネットとを
具えたモータの解析装置であって、データ入力装置と、
入力データに基づいて磁場解析を実行すると共に、解析
された磁場によって発生するトルクを計算し、モータの
トルク特性を導出する演算処理装置と、演算処理結果を
出力するための出力装置とを具え、演算処理装置には、 磁場解析に先立って、巻線の直径及び巻数を含む巻線仕
様並びにコア形状についての入力データに基づき、巻線
の最大巻線数及び巻高を含む巻線状態を演算し、その結
果を出力装置へ送出する巻線シミュレーション手段と、 演算結果に基づいて、巻線が施されることとなるコア上
の巻線範囲を表わす画像を作成し、出力装置へ送出する
自動作画手段とが装備され、該演算処理装置は、巻線シ
ミュレーション手段によって演算された巻線状態及び/
又は自動作画手段によって作成された巻線範囲の画像の
出力後、外部からの指令に応じて、磁場解析へ移行する
ことを特徴とするモータ解析装置。
1. A motor having a cylindrical housing, a core housed in a central portion of the housing, a winding wound around the core, and a magnet disposed in the housing so as to face the core. An analysis device, comprising: a data input device;
Comprising a magnetic field analysis based on the input data, calculating a torque generated by the analyzed magnetic field, and an arithmetic processing device for deriving a torque characteristic of the motor, and an output device for outputting an arithmetic processing result, Prior to the magnetic field analysis, the arithmetic processing unit includes a winding specification including a winding diameter and the number of windings.
Based on the input data for the modal and core shape, winding
A winding simulation means for calculating the winding state including the maximum number of windings and the winding height of the winding and transmitting the result to an output device; Automatic image means for creating an image representing the line range and sending it to the output device ;
The winding state calculated by the simulation means and / or
Or the image of the winding range created by the
A motor analysis device, which shifts to magnetic field analysis in response to an external command after output .
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