JP7057235B2 - Divided magnet eddy current loss analysis method - Google Patents
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Description
本発明は、分割磁石渦電流損解析方法に関するものである。 The present invention relates to a method for analyzing split magnet eddy current loss.
モータの小型化や高効率化の進展で、永久磁石駆動式のモータが広く普及している。モータに使用される磁石には、高い磁力特性を有するネオジム磁石で代表される高性能の希土類焼結磁石が多く使用されているが、これらの磁石は、一般的なフェライト磁石に比較して高い導電率を有する。 Permanent magnet-driven motors have become widespread due to the progress in miniaturization and higher efficiency of motors. High-performance rare earth sintered magnets represented by neodymium magnets, which have high magnetic properties, are often used as magnets used in motors, but these magnets are higher than general ferrite magnets. Has conductivity.
また、モータに設置される磁石は、モータの回転子に固定され、回転子とともに回転する。 Further, the magnet installed in the motor is fixed to the rotor of the motor and rotates together with the rotor.
同期モータの場合、磁石は、磁場の回転基本波成分に同期して回転するため、磁石に載った回転座標系で見た場合、回転基本波成分は静磁場として捉えられる。 In the case of a synchronous motor, the magnet rotates in synchronization with the rotational fundamental wave component of the magnetic field, so that the rotational fundamental wave component is regarded as a static magnetic field when viewed in the rotating coordinate system mounted on the magnet.
しかし、モータの固定子は、スロット構造を有するため、回転子の回転により磁気抵抗が変化し、回転磁場は時間的に歪みながら回転する。このため、磁石には回転基本波成分に加えて、時間的ならびに空間的な高調波磁束成分が印加され、磁石には渦電流が発生する。 However, since the stator of the motor has a slot structure, the magnetic resistance changes due to the rotation of the rotor, and the rotating magnetic field rotates while being distorted in time. Therefore, in addition to the rotational fundamental wave component, a temporal and spatial harmonic flux component is applied to the magnet, and an eddy current is generated in the magnet.
また、インバータ駆動する同期モータの場合、固定子に流れるコイル電流には、多くの時間高調波成分をもつため、これも渦電流発生の要因となる。 Further, in the case of a synchronous motor driven by an inverter, the coil current flowing through the stator has many time harmonic components, which also causes eddy current generation.
この磁石に発生する渦電流により生じる磁石の発熱は、磁石の熱減磁、磁気特性の劣化、モータの運転効率の低下をまねく。 The heat generated by the magnet caused by the eddy current generated in the magnet leads to thermal demagnetization of the magnet, deterioration of magnetic characteristics, and deterioration of motor operating efficiency.
そこで、渦電流の発生を抑制するために、モータに使用する磁石を、モータの周方向や回転軸方向に分割する。 Therefore, in order to suppress the generation of eddy current, the magnet used for the motor is divided into the circumferential direction and the rotation axis direction of the motor.
モータは、概ね回転軸方向には同一構造を有しており、磁束は回転軸に対して垂直な面内方向を流れている。このため、磁石をモータの周方向に分割する場合は、回転軸に垂直な面において二次元磁界解析を実施することで、磁石に発生する渦電流場を把握することができる。しかし、磁石をモータの回転軸方向に分割する場合は、三次元的な渦電流場を把握する必要があり、三次元磁界解析が必要となる。 The motor has substantially the same structure in the direction of the rotation axis, and the magnetic flux flows in the in-plane direction perpendicular to the rotation axis. Therefore, when the magnet is divided in the circumferential direction of the motor, the eddy current field generated in the magnet can be grasped by performing the two-dimensional magnetic field analysis on the plane perpendicular to the rotation axis. However, when the magnet is divided in the direction of the rotation axis of the motor, it is necessary to grasp the three-dimensional eddy current field, and the three-dimensional magnetic field analysis is required.
ところが、解析体系全体に対してすべて三次元磁界解析を実施すると、解析規模が大きくなり、解析時間が膨大になる。 However, if all three-dimensional magnetic field analysis is performed on the entire analysis system, the analysis scale becomes large and the analysis time becomes enormous.
本技術分野の背景技術として、特開2010-72773号公報(特許文献1)がある。
この公報には、計算時間を短縮した永久磁石式モータの磁石内渦電流損失の解析方法が記載されている。特に、三次元有限要素法と二次元有限要素法とを併用した解析方法が記載されている。そして、モータ全体の解析は二次元磁界解析とし、磁石中の渦電流損失を算出する三次元解析を磁石のみを解析領域としたステップ・バイ・ステップ法で行うことが記載されている。
As a background technique in this technical field, there is Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-72773 (Patent Document 1).
This publication describes a method for analyzing the eddy current loss in a magnet of a permanent magnet type motor with a shortened calculation time. In particular, an analysis method using both the three-dimensional finite element method and the two-dimensional finite element method is described. It is described that the analysis of the entire motor is a two-dimensional magnetic field analysis, and the three-dimensional analysis for calculating the eddy current loss in the magnet is performed by the step-by-step method with only the magnet as the analysis region.
前記特許文献1には、永久磁石式モータの磁石内渦電流損失の解析方法が記載されている。しかし、特許文献1に記載の渦電流損失の解析方法では、磁石領域を取り出して三次元解析を実施する際に、磁石領域の周辺に磁気抵抗をモデル化するための空気層を設定する必要があり、モータの回転子の回転に伴い、空気層の厚みを変化させる必要がある。 Patent Document 1 describes a method for analyzing an eddy current loss in a magnet of a permanent magnet type motor. However, in the eddy current loss analysis method described in Patent Document 1, when the magnet region is taken out and three-dimensional analysis is performed, it is necessary to set an air layer for modeling the magnetoresistance around the magnet region. Therefore, it is necessary to change the thickness of the air layer as the rotor of the motor rotates.
したがって、特許文献1に記載の渦電流損失の解析方法では、空気層の厚みの時間変化を得るための二次元過渡磁界解析を実施する必要がある。 Therefore, in the eddy current loss analysis method described in Patent Document 1, it is necessary to carry out a two-dimensional transient magnetic field analysis in order to obtain a time change in the thickness of the air layer.
そこで、本発明は、簡便な二次元過渡磁界解析を実施することで、磁石の渦電流損を解析できる分割磁石渦電流損解析方法を提供する。例えば、本発明は、回転機械の回転軸方向に分割した磁石の渦電流場や渦電流損を高速に解析することができる分割磁石渦電流損解析方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a split magnet eddy current loss analysis method capable of analyzing a magnet eddy current loss by performing a simple two-dimensional transient magnetic field analysis. For example, the present invention provides a split magnet eddy current loss analysis method capable of analyzing the eddy current field and eddy current loss of a magnet split in the rotation axis direction of a rotating machine at high speed.
上記課題を解決するために、本発明の分割磁石渦電流損解析方法は、磁石と磁性体とを有する回転機械の回転軸に対して垂直な面を要素に分割し、二次元磁界解析を実施し、実施された二次元磁界解析の領域から磁石を含む部分領域を部分二次元メッシュとして抽出し、部分二次元メッシュの各要素おける透磁率の時系列データ、および、部分二次元メッシュの境界領域における磁気ベクトルポテンシャル値の時系列データを保存し、抽出された部分二次元メッシュを、回転軸の方向に、磁石の軸方向の半分の長さに積み上げて部分三次元メッシュを形成し、部分三次元メッシュの各要素に、過渡解析における各時刻における透磁率を割り当て、部分三次元メッシュの各要素の境界領域における回転軸方向の辺に、各時刻における磁気ベクトルポテンシャル値と各要素の回転軸方向の辺の長さとの積を境界条件情報として設定し、割り当てられた透磁率と境界条件情報とを用いて、三次元磁界解析を実施し、磁石の渦電流損を算出する、これら一連の処理を計算機により実行することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, in the split magnet vortex current loss analysis method of the present invention, a plane perpendicular to the rotation axis of a rotating machine having a magnet and a magnetic material is divided into elements, and two-dimensional magnetic field analysis is performed. Then, the partial region including the magnet was extracted from the region of the two-dimensional magnetic field analysis performed as a partial two-dimensional mesh, and the time-series data of the magnetic permeability in each element of the partial two-dimensional mesh and the boundary region of the partial two-dimensional mesh. The time-series data of the magnetic vector potential value in the above is stored, and the extracted partial two-dimensional mesh is stacked in the direction of the rotation axis to half the length in the axial direction of the magnet to form a partial three-dimensional mesh. The magnetic permeability at each time in the transient analysis is assigned to each element of the original mesh, and the magnetic vector potential value at each time and the rotation axis direction of each element are on the side in the rotation axis direction in the boundary region of each element of the partial three-dimensional mesh. A series of these processes, in which the product of the length of the side of the magnet is set as the boundary condition information, the three-dimensional magnetic field analysis is performed using the assigned magnetic permeability and the boundary condition information, and the vortex current loss of the magnet is calculated. Is characterized by being executed by a computer .
本発明によれば、簡便な二次元過渡磁界解析を実施することで、磁石の渦電流損を解析できる分割磁石渦電流損解析方法を提供することができる。例えば、本発明によれば、回転機械の回転軸方向に分割した磁石の渦電流場や渦電流損を高速に解析する分割磁石渦電流損解析方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a split magnet eddy current loss analysis method capable of analyzing a magnet eddy current loss by performing a simple two-dimensional transient magnetic field analysis. For example, according to the present invention, it is possible to provide a split magnet eddy current loss analysis method for analyzing the eddy current field and eddy current loss of a magnet split in the rotation axis direction of a rotating machine at high speed.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。 Issues, configurations and effects other than those mentioned above will be clarified by the description of the following examples.
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施例1の前半の解析プロセスを示す説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing an analysis process in the first half of Example 1.
二次元解析プロセス101は、入力データファイル10を有する。そして、入力データファイル10は、微分方程式を数値的に解くための二次元メッシュデータ11、解析プロセスをコントロールするための解析条件を記述したコントロールデータ12、渦電流損解析対象の磁石および磁石の周辺領域(渦電流損解析対象の磁石および磁石に隣接する周辺領域からなる部分領域)を含めた部分二次元メッシュ要素に対応する要素番号データ31、および、部分二次元メッシュの境界節点に対応する節点番号データ32を有する。これらデータ(11、12、31、32)からなる入力データファイル10を計算機に入力する。
The two-
入力データである二次元メッシュデータ11および解析条件を記述したコントロールデータ12に基づいて、解析実行モジュールによる過渡的な二次元磁界解析21を実行する。
A transient two-dimensional
つまり、本実施例では、磁石と磁性体とを有する回転機械(以下の実施例では、「モータ」を使用して説明する。)、つまりモータの回転軸に対して垂直な面をメッシュ要素に分割し、二次元磁界解析を実施する。 That is, in this embodiment, a rotating machine having a magnet and a magnetic material (described by using a "motor" in the following embodiment), that is, a plane perpendicular to the rotation axis of the motor is used as a mesh element. Divide and perform two-dimensional magnetic field analysis.
なお、計算機に入力される部分二次元メッシュ要素に対応する要素番号データ31に対する各々の部分二次元メッシュ要素における透磁率の時系列データ41を記憶装置に記憶する。非線形磁性体では、透磁率が時間変化するため、二次元解析で得られた透磁率分布を三次元解析に流用するためである。
The
また、計算機に入力される部分二次元メッシュの境界節点に対応する節点番号データ32に対する各々の部分二次元メッシュの境界節点における磁気ベクトルポテンシャル値の時系列データ42を記憶装置に記憶する。
Further, the time-
図2は、実施例1の後半の解析プロセスを示す説明図である。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing an analysis process in the latter half of the first embodiment.
三次元解析プロセス102は、まず、部分二次元メッシュを回転軸方向(二次元メッシュに対して垂直方向)に積み上げた部分三次元メッシュデータ(片側端部に薄い絶縁層を配置)51と解析プロセスをコントロールするための解析条件を記述したコントロールデータ52と、を計算機に入力する。
The three-
そして、二次元解析で得られたデータを用いて三次元過渡解析の各時刻において、(1)部分三次元メッシュの該当要素に該当時刻の透磁率を設定、(2)部分三次元メッシュの境界面における回転軸方向の辺に該当時刻の磁気ベクトルポテンシャル値と辺の長さとの積を設定、(3)三次元メッシュの境界面における残りの辺にはゼロ値を設定、との各設定53を実施する。なお、過渡磁界解析おける過渡には時間微分項目が含まれる。 Then, at each time of the three-dimensional transient analysis using the data obtained by the two-dimensional analysis, (1) the magnetic permeability of the corresponding element of the partial three-dimensional mesh is set, and (2) the boundary of the partial three-dimensional mesh. Set the product of the magnetic vector potential value at the corresponding time and the length of the side on the side in the direction of the rotation axis on the surface, and (3) set the zero value on the remaining side on the boundary surface of the 3D mesh. To carry out. The transient in the transient magnetic field analysis includes the time derivative item.
部分三次元メッシュデータ51、コントロールデータ52、各設定53を用いて、解析実行モジュールによる過渡的な三次元磁界解析61を実施する。
A transient three-dimensional
その後、解析結果を記憶装置に記憶71し、解析結果を表示装置に表示72する。
After that, the analysis result is stored in the
図3は、実施例1における具体例を示す説明図であり、二次元メッシュから部分二次元メッシュを抽出し、部分二次元メッシュに基づいて部分三次元メッシュを生成することを示す説明図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing a specific example in the first embodiment, and is an explanatory diagram showing that a partial two-dimensional mesh is extracted from the two-dimensional mesh and a partial three-dimensional mesh is generated based on the partial two-dimensional mesh. ..
本実施例では、磁石と磁性体とを有するモータの二次元過渡磁界解析用の二次元メッシュ300を用意し、二次元過渡磁界解析を実施する。さらに、着目している磁石303とその周辺領域のメッシュ要素を部分的に抽出して部分二次元メッシュ305を用意し、部分二次元メッシュ305をモータの回転軸方向に積上げた部分三次元メッシュ308を用意する。部分二次元メッシュ305は、二次元過渡磁界解析が実施された領域(二次元メッシュ300)から磁石303とその周辺領域を含む部分領域を抽出したものである。
In this embodiment, a two-
なお、モータは、固定子301および回転子302を有し、回転子302には、磁石303が使用される。
The motor has a
まず、二次元メッシュ300を用いて、渦電流なしのモータの二次元過渡磁界解析を実施する。このとき、各時刻において、部分二次元メッシュ305における非線形磁性体の各要素における透磁率および部分二次元メッシュ305の境界領域に相当するすべての節点における回転軸方向を有する磁気ベクトルポテンシャル値を解析で求め、記憶装置に記憶する。
First, a two-dimensional transient magnetic field analysis of a motor without eddy currents is performed using a two-
なお、部分二次元メッシュ305は、要素番号データ31(図1参照)として格納対象の要素を、ここでは部分二次元メッシュの全要素を対象とする。そして、節点番号データ32として格納対象の境界節点を、ここでは部分二次元メッシュの全境界節点Qを対象とする。なお、図3では節点Qは代表的に4点の黒丸で示してあるが、境界上のすべての節点を対象とする。
The partial two-
磁石渦電流による反作用磁界の影響が大きい場合は、さらに、渦電流ありのモータの二次元過渡磁界解析を実施する。このとき、各時刻において、部分二次元メッシュ305の境界領域に相当するすべての節点における回転軸方向を有する磁気ベクトルポテンシャル値を解析で求め、これも記憶装置に記憶する。
If the reaction magnetic field due to the magnet eddy current has a large effect, further perform a two-dimensional transient magnetic field analysis of the motor with eddy current. At this time, at each time, the magnetic vector potential value having the rotation axis direction at all the nodes corresponding to the boundary region of the partial two-
なお、次のとき、磁石渦電流による反作用磁界の影響は次のようにして概ね判断できる。 In the following cases, the influence of the reaction magnetic field due to the magnet eddy current can be roughly determined as follows.
ここで、dは磁石の厚み、aは磁石の幅と回転軸方向の長さのうち短い方の長さ、δは表皮深さであり、次式で求められる。 Here, d is the thickness of the magnet, a is the shorter length of the width of the magnet and the length in the rotation axis direction, and δ is the skin depth, which can be obtained by the following equation.
ここで、fは磁場を励振するコイル電流の周波数、μは透磁率、σは導電率である。 Here, f is the frequency of the coil current that excites the magnetic field, μ is the magnetic permeability, and σ is the conductivity.
式(1)に示したgが0.01程度以下ならば、渦電流による反作用磁界は小さいと判断できる。 If g shown in the equation (1) is about 0.01 or less, it can be determined that the reaction magnetic field due to the eddy current is small.
次に、部分三次元メッシュ308の非線形磁性体の各要素(非導電性要素群)に、先に記憶した透磁率の各時刻におけるデータを設定し、部分三次元メッシュ308の周囲の境界領域の回転軸方向の各辺に、先に記憶した回転軸方向を有する磁気ベクトルポテンシャル値の各時刻における渦電流がある場合とない場合との両方のデータをある配合比γで配合した値に当該辺の長さをかけた値を設定する。
Next, the data of the magnetic permeability stored earlier at each time is set in each element (non-conductive element group) of the non-linear magnetic material of the partial three-
ここで、γ=0は、渦電流なしの値のみを用いることを意味し、γ=1は渦電流ありの値のみを用いることを意味する。渦電流による反作用磁界が小さい場合は、γ=0で代用できる。この状態で三次元過渡解析を実施する。 Here, γ = 0 means that only the value without eddy current is used, and γ = 1 means that only the value with eddy current is used. If the reaction magnetic field due to the eddy current is small, γ = 0 can be used instead. In this state, a three-dimensional transient analysis is performed.
配合比γは、渦電流による反作用磁界が大きい場合に大きくなる傾向にあり、磁石の回転軸方向の長さと幅との比率(以下、「軸長/幅」と略記)に対して単調増加関数となり、磁石の導電率やコイル電流の周波数に依存するため、磁石の導電率に応じてあらかじめデータベースを構築しておく。 The compounding ratio γ tends to increase when the reaction magnetic field due to the eddy current is large, and is a monotonic increase function with respect to the ratio of the length and width in the rotation axis direction of the magnet (hereinafter abbreviated as “axis length / width”). Therefore, since it depends on the conductivity of the magnet and the frequency of the coil current, a database is constructed in advance according to the conductivity of the magnet.
図11は、磁石軸長/磁石幅と配合比との関係を示す説明図である。典型例として、図11に、導電率が7.1×105S/mのネオジム磁石の場合、周波数1kHz以下および2kHzの場合の配合比γと磁石の軸長/幅の関係を示す。 FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnet shaft length / magnet width and the compounding ratio. As a typical example, FIG. 11 shows the relationship between the compounding ratio γ and the axial length / width of the magnet in the case of a neodymium magnet having a conductivity of 7.1 × 10 5 S / m at a frequency of 1 kHz or less and 2 kHz.
なお、周波数1kHz以下の低周波で渦電流による反作用磁界の影響が小さい場合は、部分領域の境界面における磁気ベクトルポテンシャル値は、渦電流のありなしの両ケースでほとんど同じ値であり、前述のように配合比γは0(ゼロ)に設定して良い。つまり、二次元解析は渦電流なしの1ケースのみで良い。 When the influence of the reaction magnetic field due to the eddy current is small at a low frequency of 1 kHz or less, the magnetic vector potential value at the boundary surface of the partial region is almost the same in both cases with and without the eddy current, as described above. As described above, the compounding ratio γ may be set to 0 (zero). In other words, two-dimensional analysis requires only one case without eddy currents.
このように、図1および図2は、解析のプロセスを示しており、図3は具体例として回転子に磁石を埋設したモータを用いて、透磁率の設定と境界条件情報(以下、「境界条件」と記載する)の設定とを説明している。つまり、本プロセスは、図1に示した前半の二次元解析プロセス101と図2に示した後半の三次元解析プロセス102とから構成される。
As described above, FIGS. 1 and 2 show the analysis process, and FIG. 3 shows the setting of the magnetic permeability and the boundary condition information (hereinafter, “boundary”) using a motor in which a magnet is embedded in the rotor as a specific example. The setting of ) described as "condition" is explained. That is, this process is composed of the first half two-
部分二次元メッシュ305は、渦電流損解析対象の磁石303およびそれを取り囲む近傍の周辺領域になる。部分二次元メッシュ305を、回転軸方向に積上げた部分三次元メッシュ308を用いて、三次元解析プロセス102が実施される。
The partial two-
図3に示すように、部分三次元メッシュ308は、部分二次元メッシュ305を回転軸方向に複数積上げて構成する。積上げ高さは分割した磁石1個分の軸方向の長さ、あるいは軸方向の場の対称性を考慮して、その半分でも良い。
As shown in FIG. 3, the partial three-
なお、磁石の最上部に磁石表面の絶縁層の厚みに相当する薄い絶縁層(空気層)メッシュ、あるいは薄い絶縁層(空気層)を表現するギャップ要素(無限に薄い絶縁要素)を配置する。本実施例では、回転軸方向の端部に厚み0.1mm程度の薄い絶縁層メッシュを配置した。使用する部分三次元メッシュ308の軸方向の長さを磁石の軸方向の長さに設定した場合は、図3には明示されていないが、最上部に加えて最下部にも磁石表面の絶縁層の厚みに相当する薄い絶縁層メッシュ、あるいは薄い絶縁層を表現するギャップ要素を配置する。
A thin insulating layer (air layer) mesh corresponding to the thickness of the insulating layer on the magnet surface or a gap element (infinitely thin insulating element) representing the thin insulating layer (air layer) is arranged at the uppermost portion of the magnet. In this embodiment, a thin insulating layer mesh having a thickness of about 0.1 mm is arranged at the end in the direction of the rotation axis. When the axial length of the
つまり、部分三次元メッシュ308は、回転軸方向の片側端部に、磁石303の表面の絶縁層の厚みに相当する絶縁層(解析上は空気領域と等価)を設定することが好ましい。そして、回転軸方向の片側端部に設定した空気領域を除いた境界領域における回転軸方向の辺に、各時刻における磁気ベクトルポテンシャル値と各要素の回転軸方向の辺の長さとの積を、部分三次元メッシュ308として設定することが好ましい。
That is, in the partial three-
図3を用いてこの処理を具体的に説明する。 This process will be specifically described with reference to FIG.
部分三次元メッシュ308の破線で示す領域81は、同じ二次元要素を回転軸方向に積上げた要素群になっている。
The
三次元過渡解析における各時刻に対応する二次元解析で得られた当該要素における透磁率を回転軸方向に積上げた当該要素群のすべての要素に設定する。この処理を部分三次元メッシュ308のすべての要素に対して実施する。ただし、上部絶縁層(空気層)を除く。さらに、辺が回転軸方向を向く部分三次元メッシュ308の境界辺82(図3には代表として1本を示している)の各辺に、二次元解析で得られた磁気ベクトルポテンシャル値に境界辺各辺の長さをかけた値を割り当てる。図3に示した境界辺82を用いて具体的に説明すると、境界辺82の根本に位置する節点Pにおける二次元解析で得られた磁気ベクトルポテンシャル値に境界辺82の各辺の長さをかけた値を境界辺82の各辺に割り当てる。
The magnetic permeability of the element obtained by the two-dimensional analysis corresponding to each time in the three-dimensional transient analysis is set for all the elements of the element group accumulated in the rotation axis direction. This process is performed on all the elements of the partial three-
つまり、部分三次元メッシュ308の各要素に、過渡解析における各時刻における透磁率を割り当て、部分三次元メッシュ308の境界領域における回転軸方向の辺に、各時刻における磁気ベクトルポテンシャル値と回転軸方向の辺の長さとの積を、境界条件として設定する。
That is, the magnetic permeability at each time in the transient analysis is assigned to each element of the
なお、後述する三次元磁界解析は辺要素有限要素法を前提にしているので、それぞれの辺の向きは同一方向に設定しておく。回転軸方向を向くすべての境界辺に対してこの処理を実施する。なお、他の境界辺に対しては、ゼロ値を設定する。これらの境界辺設定値が三次元過渡解析における境界条件となる。 Since the three-dimensional magnetic field analysis described later is premised on the side element finite element method, the directions of the sides are set in the same direction. This process is performed on all the boundary edges facing the rotation axis direction. A zero value is set for other boundary edges. These boundary edge setting values are the boundary conditions in the three-dimensional transient analysis.
以上の準備のもとに、解析実行モジュールを用いて過渡的な三次元磁界解析を実施する。図4は、三次元解析により得られた磁石における渦電流密度ベクトル分布図である。部分三次元メッシュ308の積上げ高さが磁石303の軸方向の長さの半分の場合、図4に示すように、磁石303の内部を回転軸方向に循環する渦電流場が求まる。
Based on the above preparations, a transient three-dimensional magnetic field analysis is performed using the analysis execution module. FIG. 4 is an eddy current density vector distribution diagram in a magnet obtained by three-dimensional analysis. When the stacked height of the partial three-
部分三次元メッシュ308を用いて、三次元磁界解析を実施し、磁石303の渦電流損を算出する。
A three-dimensional magnetic field analysis is performed using the partial three-
部分三次元メッシュ308の積上げ高さが磁石の軸方向の長さの場合は、図4の渦電流場を上面が下面になるように180度回転させたものが、図4の下部に追加されたものになり、循環する渦電流場全体が求まる。この結果より、式(3)を用いて対象の磁石に発生する渦電流損の時間平均値Wを求めることができる。
When the stacked height of the partial three-
ここで、Jは渦電流密度ベクトル、σは磁石の導電率、<>は括弧内の量の時間平均値、Vmagは積分領域としての磁石領域を意味する。三次元メッシュの積上げ高さが磁石の軸方向の長さの半分の場合は、式(3)で求めた値を2倍する必要がある。 Here, J is an eddy current density vector, σ is the conductivity of the magnet, <> is the time average value of the amount in parentheses, and V mag is the magnet region as the integration region. When the stacked height of the three-dimensional mesh is half the length in the axial direction of the magnet, it is necessary to double the value obtained by the equation (3).
これら解析結果を記憶装置に記憶するプロセス71(図2参照)、および解析結果を表示装置に表示するプロセス72(図2参照)を実施する。 A process 71 (see FIG. 2) for storing these analysis results in the storage device and a process 72 (see FIG. 2) for displaying the analysis results on the display device are performed.
本実施例によれば、原理的に磁石形状は直方体に限定されず、二次元断面が任意形状の磁石に流れる三次元的な渦電流場ならびに渦電流損を解析できるという効果がある。 According to this embodiment, the magnet shape is not limited to a rectangular parallelepiped in principle, and there is an effect that a three-dimensional eddy current field and an eddy current loss in which a two-dimensional cross section flows through a magnet having an arbitrary shape can be analyzed.
図5は、実施例2の前半の解析プロセスを示す説明図である。図6は、実施例2の後半の解析プロセスを示す説明図である。図7は実施例2における具体例を示す説明図であり、二次元メッシュから部分二次元メッシュを抽出し、部分二次元メッシュに基づいて部分三次元メッシュを生成することを示す説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing an analysis process in the first half of Example 2. FIG. 6 is an explanatory diagram showing an analysis process in the latter half of the second embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a specific example in the second embodiment, and is an explanatory diagram showing that a partial two-dimensional mesh is extracted from the two-dimensional mesh and a partial three-dimensional mesh is generated based on the partial two-dimensional mesh.
なお、実施例1と同様の構成については、同様の符号を付し、説明は省略する場合がある。 The same components as those in the first embodiment may be designated by the same reference numerals and the description thereof may be omitted.
図5、図6、図7を用いて、本発明の実施例2を説明する。実施例2は、実施例1と同様に、図5に示した前半の二次元解析プロセス101’(図1における要素番号データ31なし。したがって、入力データファイル10’となる。)と図6に示した後半の三次元解析プロセス102’(各設定における透磁率の設定なし。したがって各設定53’となる。) とから構成される。図7に示すように、二次元メッシュ300において、磁石303の周辺には薄い絶縁層を形成しておき、部分三次元メッシュ308を磁石303ならびに磁石303の周辺に隣接する絶縁層の要素群で構成する。
Example 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 5, 6 and 7. In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the first half two-dimensional analysis process 101'(there is no
この場合、磁石303のリコイル透磁率を一定とした場合、部分領域において透磁率は時間的に一定であるため、二次元解析において透磁率を保存しておく必要はない。このため、図5及び図6に示したように、実施例1に示した透磁率の保存と三次元解析における透磁率の割り当ての処理は不要となり、その他は、図1及び図2に示した処理内容と同様となる。
In this case, when the recoil magnetic permeability of the
つまり、磁石303の周辺に、磁石303の表面の絶縁層の厚みに相当する空気領域を設定し、二次元磁界解析を実施する。そして、二次元磁界解析から得られた部分二次元メッシュ305の境界領域の磁気ベクトルポテンシャル値の時系列データを保存する。そして、部分三次元メッシュ308の境界面における回転軸方向に平行な辺の境界条件として、部分二次元メッシュ305の境界領域の磁気ベクトルポテンシャル値と回転軸方向に平行な辺の長さの積を割り当てる。
That is, an air region corresponding to the thickness of the insulating layer on the surface of the
なお、本実施例では、部分三次元メッシュ308において、磁石303は、側面及び上面を絶縁(空気)要素群に覆われている。
In this embodiment, in the partial three-
本実施例によれば、透磁率は不変のため、有限要素法による磁界解析において、解くべき行列方程式の行列成分を各時刻で変更する必要がないため、部分三次元磁界解析を実施例1に比べて有意に高速化できるという効果がある。 According to this embodiment, since the magnetic permeability is invariant, it is not necessary to change the matrix component of the matrix equation to be solved at each time in the magnetic field analysis by the finite element method. Therefore, the partial three-dimensional magnetic field analysis is performed in Example 1. It has the effect of being able to be significantly faster than that.
図8は、実施例3における前半の1番目の解析プロセスを示す説明図である。図9は、実施例3における前半の2番目の解析プロセスを示す説明図である。図10は、実施例3における後半の解析プロセスを示す説明図である。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing the first analysis process in the first half of the third embodiment. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the second analysis process in the first half of the third embodiment. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the analysis process in the latter half of the third embodiment.
なお、実施例1、実施例2と同様の構成については、同様の符号を付し、説明は省略する場合がある。 The same configurations as those in the first and second embodiments may be designated by the same reference numerals and the description thereof may be omitted.
図8、図9、図10を用いて本発明の実施例3を説明する。本実施例は、渦電流の反作用磁界を考慮した方法である。 Example 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 8, 9, and 10. This embodiment is a method in consideration of the reaction magnetic field of the eddy current.
図8、図9、図10は、解析のプロセスを示している。本プロセスは、図8および図9に示した前半の二次元解析プロセス101’’および101’’’と、図10に示した後半の三次元解析プロセス102’’(各設定における三次元メッシュの境界面における回転軸方向の辺に渦電流ありとなしのものを所定の配合比で求めた磁気ベクトルポテンシャル値と辺の長さとの積を設定する。したがって各設定53’’となる。)から構成される。 8, 9, and 10 show the process of analysis. This process includes the first half of the two-dimensional analysis processes 101'' and 101'' shown in FIGS. 8 and 9, and the second half of the three-dimensional analysis process 102'' shown in FIG. 10 (three-dimensional mesh in each setting). From the product of the magnetic vector potential value obtained by the predetermined compounding ratio and the length of the side with and without eddy current on the side in the direction of the rotation axis at the boundary surface. Therefore, each setting is 53''). It is composed.
図8に示すように、二次元磁界解析において、渦電流なしの二次元磁界解析を実施する。この解析では、特別な処理として、得られた非線形磁性体領域における全要素の透磁率の時系列データ(非線形磁性体要素における透磁率時系列データ)43を保存する。 As shown in FIG. 8, in the two-dimensional magnetic field analysis, the two-dimensional magnetic field analysis without eddy current is performed. In this analysis, as a special process, time-series data (permeability time-series data in the nonlinear magnetic element) 43 of the magnetic permeability of all the elements in the obtained nonlinear magnetic material region is stored.
なお、入力データである二次元メッシュデータ11および解析条件を記述したコントロールデータ12に基づいて、解析実行モジュールによる過渡的な二次元磁界解析(渦電流なしの場合)21’を実行する。また、計算機に入力される部分二次元メッシュの境界節点に対応する節点番号データ32に対する各々の部分二次元メッシュの境界節点における磁気ベクトルポテンシャル値の時系列データ(渦電流なしの場合)42’を記憶装置に記憶する。
A transient two-dimensional magnetic field analysis (when there is no eddy current) 21'is executed by the analysis execution module based on the two-
次に、図9に示すように、渦電流ありの場合の二次元磁界解析を実施する。 Next, as shown in FIG. 9, a two-dimensional magnetic field analysis with an eddy current is performed.
このとき、1回目の二次元解析で既に得られた非線形磁性体要素における透磁率時系列データ43を用いて、非線形磁性体要素の各時刻における透磁率を設定し、線形の磁界解析を実施する。
At this time, using the magnetic permeability
すなわち、入力データである二次元メッシュデータ11、解析条件を記述したコントロールデータ12、および透磁率時系列データ43に基づいて、解析実行モジュールによる過渡的な二次元磁界解析(渦電流ありの場合)21’’を実行する。また、計算機に入力される部分二次元メッシュの境界節点に対応する節点番号データ32に対する各々の部分二次元メッシュの境界節点における磁気ベクトルポテンシャル値の時系列データ(渦電流ありの場合)42’’を記憶装置に記憶する。
That is, transient two-dimensional magnetic field analysis by the analysis execution module (when there is an eddy current) based on the two-
なお、図5と比較して、透磁率時系列データ43を有する点で異なり、したがって、入力データファイル10’’となる。そして、こうした違いにより、二次元解析プロセス101’’’となる。
It is different from FIG. 5 in that it has magnetic permeability
渦電流は、非線形磁性体の透磁率分布に大きな影響を与えないために、近似的に渦電流なしのときの透磁率分布を用いることができる。これにより、二回目の二次元磁界解析では、線形の磁界解析になるため、非線形磁界解析になる1回目の二次元磁界解析に比べて、3~5倍程度の高速解析が可能になる。 Since the eddy current does not significantly affect the magnetic permeability distribution of the non-linear magnetic material, the magnetic permeability distribution when there is no eddy current can be used approximately. As a result, since the second two-dimensional magnetic field analysis is a linear magnetic field analysis, a high-speed analysis of about 3 to 5 times is possible as compared with the first two-dimensional magnetic field analysis which is a nonlinear magnetic field analysis.
前述した2回の二次元解析で得られた渦電流ありと渦電流なしの場合の磁気ベクトルポテンシャルをそれぞれAeddy、Anoeddyとする。三次元解析で用いる磁気ベクトルポテンシャルAを、配合比γ(0≦γ≦1)を用いて、次のように合成する。 Let Aeddy and Anoeddy be the magnetic vector potentials with and without eddy currents obtained by the above-mentioned two two-dimensional analyzes. The magnetic vector potential A used in the three-dimensional analysis is synthesized as follows using the compounding ratio γ (0 ≦ γ ≦ 1).
この配合比γは、渦電流による反作用磁界の影響が大きくなるにつれて、大きくな値をとる。磁石が回転軸方向に長くなるにつれて、配合比γは単調に大きくなる。磁石の軸方向長さと幅の比と配合比γの関係を、再度、図11に示す。 This compounding ratio γ takes a larger value as the influence of the reaction magnetic field due to the eddy current increases. As the magnet becomes longer in the direction of the rotation axis, the compounding ratio γ becomes monotonously large. The relationship between the axial length-width ratio of the magnet and the compounding ratio γ is shown again in FIG.
実線は、周波数1kHz以下の場合の配合比であり、破線は、周波数2kHzの場合の配合比である。これは、フル三次元解析と部分三次元解析の両方の渦電流損の時間平均値がほぼ同一値になるように調整した配合比γであり、解析対象によって多少変化するが、解析対象によらず図11と同じ値を用いても近似的に良好な結果が得られる。 The solid line is the compounding ratio when the frequency is 1 kHz or less, and the broken line is the compounding ratio when the frequency is 2 kHz or less. This is a compounding ratio γ adjusted so that the time average values of the eddy current losses in both full 3D analysis and partial 3D analysis are almost the same, and it varies slightly depending on the analysis target, but it depends on the analysis target. Even if the same values as in FIG. 11 are used, approximately good results can be obtained.
図12は、タイムステップと磁石内渦電流損との関係(磁石渦電流による反作用磁界が小さい場合)を示す説明図である。また、図13は、タイムステップと磁石内渦電流損との関係(磁石渦電流による反作用磁界が大きい場合)を示す説明図である。 FIG. 12 is an explanatory diagram showing the relationship between the time step and the eddy current loss in the magnet (when the reaction magnetic field due to the magnet eddy current is small). Further, FIG. 13 is an explanatory diagram showing the relationship between the time step and the eddy current loss in the magnet (when the reaction magnetic field due to the magnet eddy current is large).
図12および図13に示す解析例は、図7に示した磁石とそれを囲む薄い空気領域で構成された部分三次元メッシュを用いて計算した結果である。 The analysis examples shown in FIGS. 12 and 13 are the results of calculations using the magnet shown in FIG. 7 and a partial three-dimensional mesh composed of a thin air region surrounding the magnet.
図12は周波数が100Hz(渦電流による反作用磁界が小さい)場合のものであり、図13は周波数が1000Hz(渦電流による反作用磁界が大きい)場合のものである。 FIG. 12 shows the case where the frequency is 100 Hz (the reaction magnetic field due to the eddy current is small), and FIG. 13 shows the case where the frequency is 1000 Hz (the reaction magnetic field due to the eddy current is large).
渦電流による反作用磁界が小さければ、図12に示すように部分三次元解析による渦電流損波形は、フル三次元解析によるものと非常によく一致する。また、渦電流による反作用磁界が大きければ、図13に示すように部分三次元解析による渦電流損波形は、フル三次元解析によるものと幾分ずれた結果にはなるが、近似度は概ね良好である。 If the reaction magnetic field due to the eddy current is small, the eddy current loss waveform by the partial three-dimensional analysis agrees very well with that by the full three-dimensional analysis as shown in FIG. Further, if the reaction magnetic field due to the eddy current is large, the eddy current loss waveform by the partial three-dimensional analysis will be slightly different from that by the full three-dimensional analysis as shown in FIG. 13, but the degree of approximation is generally good. Is.
つまり、磁石303における渦電流あり、および、渦電流なしの2ケースについて、二次元磁界解析を実施し、二次元磁界解析から得られた2ケースの磁気ベクトルポテンシャル値の時系列データを保存する。
That is, two-dimensional magnetic field analysis is performed for two cases with and without eddy current in the
そして、保存した2ケースの各時刻における磁気ベクトルポテンシャル値を、配合比γで配合した磁気ベクトルポテンシャル値(渦電流なしのときの磁気ベクトルポテンシャル値に対する渦電流ありのときの磁気ベクトルポテンシャル値の配合比γは、磁石の軸長と磁石の幅との比率に対して概ね単調増加する)と各要素の回転軸方向の辺の長さとの積を、部分三次元メッシュデータとして設定することが好ましい。 Then, the magnetic vector potential value at each time of the two stored cases is mixed with the magnetic vector potential value at the blending ratio γ (the blending of the magnetic vector potential value with the eddy current with respect to the magnetic vector potential value without the eddy current). The ratio γ increases substantially monotonically with respect to the ratio of the axial length of the magnet to the width of the magnet), and it is preferable to set the product of the length of the side of each element in the rotation axis direction as partial three-dimensional mesh data. ..
図14は、実施例4における後半の解析プロセスを示す説明図である。 FIG. 14 is an explanatory diagram showing the analysis process in the latter half of the fourth embodiment.
本実施例では、図7で示した磁石とそれに隣接する空気領域のみで部分三次元メッシュを構成する。 In this embodiment, the partial three-dimensional mesh is configured only by the magnet shown in FIG. 7 and the air region adjacent to the magnet.
本実施例では、実施例2と同様に、前半の二次元解析プロセス101’と図14に示した後半の三次元解析プロセス102’’’とから構成される。
In the present embodiment, similarly to the second embodiment, the first half of the two-
前半の二次元解析プロセス101’は、実施例2と同様であるため、ここでは後半の三次元解析プロセス102’’’について説明する。
Since the first half of the two-
なお、実施例1、実施例2、実施例3と同様の構成については、同様の符号を付し、説明は省略する場合がある。 The same configurations as those in the first, second, and third embodiments may be designated by the same reference numerals and the description thereof may be omitted.
図14は、後半の三次元解析プロセス102’’’を示している。三次元メッシュデータ51、解析プロセスをコントロールするための解析条件を記述したコントロールデータ52を計算機に入力する。三次元過渡解析の各時刻において、二次元解析で得られたデータを用いて、三次元メッシュの境界面における回転軸方向の辺に該当時刻の磁気ベクトルポテンシャル値の高調波主成分の値と辺の長さの積とを設定する。このほかの境界条件設定に関する処理は、実施例2と同様である。
FIG. 14 shows the latter three-
以上の準備のもとに、解析実行モジュールによる周波数領域における三次元磁界解析61’を実施する。透磁率固定で時間微分項の時間微分演算子をjω(j:純虚数、ω:角周波数)で置き換える一般的な解法であり、1回の収束計算で磁気ベクトルポテンシャル値に関する複素解が求まる。その実部が設定した主要高調波に関する解となる。現象を近似的に記述できる複数の主要高調波のみに関して、本解析を実行することで、全体の現象を解析できる。算出された各主要高調波に関する渦電流場から、 Based on the above preparations, the three-dimensional magnetic field analysis 61'in the frequency domain by the analysis execution module is performed. It is a general solution that replaces the time derivative operator of the time derivative term with fixed magnetic permeability with jω (j: pure imaginary number, ω: angular frequency), and a complex solution related to the magnetic vector potential value can be obtained by one convergence calculation. It is a solution for the main harmonics set by the real part. By executing this analysis only for a plurality of major harmonics that can approximately describe the phenomenon, the entire phenomenon can be analyzed. From the calculated eddy current field for each major harmonic
より、第n次高調波渦電流密度成分Jnに関する渦電流損Wnを求めることができる。 Therefore, the eddy current loss Wn with respect to the nth harmonic eddy current density component Jn can be obtained.
これら解析結果を記憶装置に記憶するプロセス71、および解析結果を表示装置に表示するプロセス72を実施する。
A
つまり、磁石303における渦電流あり、および、渦電流なしの2ケースについて、二次元磁界解析を実施し、部分二次元メッシュ305の境界領域における各節点における二次元磁界解析から得られた2ケースの磁気ベクトルポテンシャル値の高調波成分を保存する。
That is, two cases with and without eddy currents in the
そして、2ケースの磁気ベクトルポテンシャルの高調波成分を配合比γで配合した磁気ベクトルポテンシャル値(渦電流なしのときの磁気ベクトルポテンシャル値に対する渦電流ありのときの磁気ベクトルポテンシャル値の配合比γは、磁石の軸長と磁石の幅との比率に対して単調増加する)と各要素の回転軸方向の辺の長さとの積を、部分三次元メッシュ308の境界面における回転軸に平行な境界辺に境界条件として設定し、この境界条件を用いて、磁石303の三次元渦電流解析を周波数領域で実施することが好ましい。なお、各要素における保存した、ある時刻の透磁率、または、時間平均した透磁率をあらかじめ設定しておく。
Then, the magnetic vector potential value in which the harmonic components of the magnetic vector potentials of the two cases are blended at the blending ratio γ (the blending ratio γ of the magnetic vector potential value when there is a vortex current with respect to the magnetic vector potential value when there is no vortex current is , Monotonically increases with respect to the ratio of the axial length of the magnet to the width of the magnet) and the length of the side of each element in the direction of the axis of rotation, the boundary parallel to the axis of rotation at the interface of the partial three-
また、磁石における渦電流あり、および、渦電流なしの2ケースについて、二次元磁界解析を実施する際に、分割した非線形磁性体領域の各要素における透磁率を保存し、保存した前記透磁率を設定した線形磁界解析を実施することが好ましい。 In addition, when performing a two-dimensional magnetic field analysis for two cases with and without eddy currents in the magnet, the magnetic permeability of each element of the divided non-linear magnetic material region is preserved, and the preserved magnetic permeability is used. It is preferable to carry out the set linear magnetic field analysis.
本発明によれば、磁石に流れる複数の高調波成分に関する三次元的な渦電流場ならびに渦電流損を高調波成分の個数のみの収束計算で解析できるという効果がある。 According to the present invention, there is an effect that a three-dimensional eddy current field and an eddy current loss related to a plurality of harmonic components flowing through a magnet can be analyzed by a convergence calculation of only the number of harmonic components.
図15は、本発明を実装するためのハードウェアの構成図である。 FIG. 15 is a block diagram of hardware for implementing the present invention.
図15は、これら実施例で示した方法を実行する解析システムを説明するものであり、解析システムのハードウェア構成図である。 FIG. 15 describes an analysis system that executes the methods shown in these examples, and is a hardware configuration diagram of the analysis system.
この解析システムは、計算機201、表示装置202、記憶装置203、および、入力装置204から構成される。
This analysis system includes a
入力装置204は、例えばキーボードやマウスであり、計算機201の処理に必要なデータの入力などに使用する。必要なデータとは、例えば、メッシュデータや、解析条件設定に必要なコントロールデータである。
The
記憶装置203は、計算機201の処理結果データや、入力装置204を介して入力される入力データがデータファイルとして記憶される。なお、記憶装置203は、計算機201の外部に設置して計算機201と接続する構成でもよいし、計算機201の内部に設置する構成でもよい。
The
表示装置202は、記憶装置203のデータファイル(処理結果データ、入力データなど)を表示する。
The
計算機201は、記憶装置203のデータファイルをもとに、図1、図2や図5、図6、あるいは図8~図10、もしくは図14に示す解析プロセスを実現するためのプログラムを実行する。
The
このプログラムは、例えば、これら実施例で示した方法を記載したアルゴリズムがコーディングされたソースファイルをコンパイルして得られる解析実行モジュールである。計算機201のCPU(Central Processing Unit)が、メモリ上に読み込んだ解析実行モジュールを実行することにより、解析が実行される。
This program is, for example, an analysis execution module obtained by compiling a source file in which an algorithm coding the method shown in these examples is coded. The analysis is executed by the CPU (Central Processing Unit) of the
図16は、本発明を具現化するための解析システムの機能構成図である。 FIG. 16 is a functional configuration diagram of an analysis system for embodying the present invention.
図16は、図15の解析システムの機能を示すものである。この解析システムは、離散化データ記憶部111、コントロールデータ記憶部112、解析部120、解析結果記憶部131、および、解析結果表示部132から構成される。
FIG. 16 shows the function of the analysis system of FIG. This analysis system includes a discretized
離散化データ記憶部111は、微分方程式を数値的に解くためのメッシュデータを、離散化データとして記憶する。この離散化データには、解析領域におけるメッシュデータ(メッシュを構成する各節点の位置座標成分ならびに各要素を構成する節点の節点番号や各要素の材料番号等)が含まれている。
The discretized
コントロールデータ記憶部112は、解析部120による解析処理を実行するための解析条件等をまとめたコントロールデータを記憶する。このコントロールデータには、磁性体領域に存在する磁性体に関する情報が含まれている。磁性体に関する情報は、例えば、磁性体領域の材料特性や磁石の残留磁化などである。
The control
これらの離散化データ記憶部111およびコントロールデータ記憶部112に記憶される各種のデータは、入力装置204を介して入力され、記憶装置203に記憶される。
Various types of data stored in the discretized
解析部120は、離散化データ記憶部111およびコントロールデータ記憶部112のデータ内容に従って、解析領域を対象として微分方程式を数値的に解くなどの解析処理を実行することで、磁石に発生する渦電流場ならびに渦電流損を計算する。
The
解析結果記憶部131は、解析部120による解析結果を記憶する。
The analysis
解析結果表示部132は、解析部120による解析結果を、例えば、図4に示すような図として画面表示する。
The analysis
これら実施例は、分割磁石渦電流損解析方法のみならず、その解析結果の表示方法や、解析方法を実行するプログラムを含むものである。更には、こうしたプログラムを記録した記憶媒体、つまり、これら実施例における分割磁石渦電流損解析方法に関するプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体も含む。 These examples include not only a method for analyzing split magnet eddy current loss, but also a method for displaying the analysis result and a program for executing the analysis method. Further included is a storage medium in which such a program is recorded, that is, a computer-readable storage medium in which the program related to the split magnet eddy current loss analysis method in these examples is stored.
つまり、これら実施例は、こうした分割磁石渦電流損解析方法によって解析された解析結果を表示する表示方法や、こうした分割磁石渦電流損解析方法を記述したプログラムをコンパイルした実行モジュールを搭載した計算機も特徴がある。 In other words, these examples also include a display method that displays the analysis results analyzed by such a split magnet eddy current loss analysis method, and a computer equipped with an execution module that compiles a program that describes such a split magnet eddy current loss analysis method. There is a feature.
更には、本実施例は、分割磁石渦電流損解析方法を実行する分割磁石渦電流損解析装置は、上記した計算機(前述した実施例に記載した分割磁石渦電流損解析方法を実行する計算機)、モータ等の回転機械の過渡的な磁界解析用入力データならびに解析データを記憶する記憶装置、解析データとしての解析結果を表示する表示装置、を有する。 Further, in this embodiment, the split magnet vortex current loss analysis device that executes the split magnet vortex current loss analysis method is the above-mentioned computer (the computer that executes the split magnet vortex current loss analysis method described in the above-mentioned embodiment). , A storage device for storing input data for transient magnetic field analysis of a rotating machine such as a motor, and a storage device for storing the analysis data, and a display device for displaying the analysis result as the analysis data.
なお、これら実施例で説明した内容は、磁石形状が直方体形状に制限されるものではない。つまり、これら実施例で説明した方法は、磁石の形状が直方体であることを前提とせず、汎用性があり、磁石形状が直方体のみならず、より一般的な磁石形状に対して、軸方向に分割した磁石の渦電流損を算出できるという効果がある。 The contents described in these examples are not limited to the rectangular parallelepiped shape of the magnet shape. That is, the method described in these examples does not assume that the shape of the magnet is a rectangular parallelepiped, is versatile, and the magnet shape is not only a rectangular parallelepiped but also a more general magnet shape in the axial direction. There is an effect that the eddy current loss of the divided magnet can be calculated.
このように、これら実施例によれば、永久磁石を回転子に用いたモータにおける磁石の渦電流損の軸方向磁石分割数依存性を簡便に求めることができる。また、高速に求めることができる。数万要素の数百ステップの計算を10分程度で計算できる。 As described above, according to these examples, it is possible to easily determine the dependence of the vortex current loss of the magnet in the motor using the permanent magnet as the rotor depending on the number of divisions of the magnet in the axial direction. Moreover, it can be obtained at high speed. Calculation of hundreds of steps of tens of thousands of elements can be calculated in about 10 minutes.
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
201 計算機
202 表示装置
203 記憶装置
204 入力装置
10 入力データファイル
11 二次元メッシュデータ
12 コントロールデータ
21 二次元磁界解析
31 要素番号データ
32 節点番号データ
41 透磁率の時系列データ
42 磁気ベクトルポテンシャル値の時系列データ
51 部分三次元メッシュデータ
61 三次元磁界解析
71 記憶装置に記憶するプロセス
72 表示装置に表示するプロセス
Claims (6)
実施された前記二次元磁界解析の領域から前記磁石を含む部分領域を部分二次元メッシュとして抽出し、前記部分二次元メッシュの各要素おける透磁率の時系列データ、および、前記部分二次元メッシュの境界領域における磁気ベクトルポテンシャル値の時系列データを保存し、
抽出された前記部分二次元メッシュを、前記回転軸の方向に、磁石の軸方向の半分の長さに積み上げて部分三次元メッシュを形成し、
前記部分三次元メッシュの各要素に、過渡解析における各時刻における前記透磁率を割り当て、前記部分三次元メッシュの前記境界領域における回転軸方向の辺に、各時刻における磁気ベクトルポテンシャル値と回転軸方向の辺の長さとの積を境界条件情報として設定し、
割り当てられた前記透磁率と前記境界条件情報とを用いて、三次元磁界解析を実施し、前記磁石の渦電流損を算出する、
上記一連の処理を計算機により実行することを特徴とする分割磁石渦電流損解析方法。 A plane perpendicular to the axis of rotation of a rotating machine with a magnet and a magnetic material is divided into elements, and a two-dimensional magnetic field analysis is performed.
A partial region containing the magnet is extracted from the region of the two-dimensional magnetic field analysis performed as a partial two-dimensional mesh, time-series data of the magnetic permeability of each element of the partial two-dimensional mesh, and the partial two-dimensional mesh. Saves time-series data of magnetic vector potential values in the boundary region,
The extracted partial two-dimensional mesh is stacked in the direction of the rotation axis to half the length in the axial direction of the magnet to form a partial three-dimensional mesh.
The magnetic permeability at each time in the transient analysis is assigned to each element of the partial 3D mesh, and the magnetic vector potential value and the rotation axis direction at each time are on the side of the partial 3D mesh in the rotation axis direction in the boundary region. Set the product with the length of the side as the boundary condition information ,
Using the assigned magnetic permeability and the boundary condition information , a three-dimensional magnetic field analysis is performed to calculate the eddy current loss of the magnet.
A method for analyzing split magnet eddy current loss, which comprises executing the above series of processes by a computer .
回転軸方向の片側端部に設定した前記空気領域を除いた境界領域における回転軸方向の辺に、各時刻における磁気ベクトルポテンシャル値と各要素の回転軸方向の辺の長さとの積を、前記境界条件情報として設定する、
上記一連の処理を計算機により実行することを特徴とする請求項1に記載の分割磁石渦電流損解析方法。 In the partial three-dimensional mesh, an air region corresponding to the thickness of the insulating layer on the surface of the magnet is set at one end in the rotation axis direction.
The product of the magnetic vector potential value at each time and the length of the side in the rotation axis direction of each element is set on the side in the rotation axis direction in the boundary region excluding the air region set at one end in the rotation axis direction. Set as boundary condition information ,
The split magnet eddy current loss analysis method according to claim 1, wherein the series of processes is executed by a computer .
実施された前記二次元磁界解析の領域から前記磁石とそれを包む前記薄い空気層を部分二次元メッシュとして抽出し、前記部分二次元メッシュの境界領域における磁気ベクトルポテンシャル値の時系列データを保存し、
抽出された前記部分二次元メッシュを、前記回転軸の方向に、磁石の軸方向の半分の長さに積み上げて部分三次元メッシュを形成し、
前記部分三次元メッシュの前記境界領域における回転軸方向の辺に、各時刻における磁気ベクトルポテンシャル値と回転軸方向の辺の長さとの積を境界条件情報として設定し、
前記境界条件情報を用いて、三次元磁界解析を実施し、前記磁石の渦電流損を算出する、
上記一連の処理を計算機により実行することを特徴とする分割磁石渦電流損解析方法。 A plane perpendicular to the axis of rotation of a rotating machine having a magnet covered with a thin air layer corresponding to an insulating layer and a magnetic material was divided into elements, and a two-dimensional magnetic field analysis was performed.
The magnet and the thin air layer surrounding it are extracted from the area of the two-dimensional magnetic field analysis performed as a partial two-dimensional mesh, and the time-series data of the magnetic vector potential value in the boundary region of the partial two-dimensional mesh is stored. ,
The extracted partial two-dimensional mesh is stacked in the direction of the rotation axis to half the length in the axial direction of the magnet to form a partial three-dimensional mesh.
The product of the magnetic vector potential value and the length of the side in the rotation axis direction at each time is set as the boundary condition information on the side in the rotation axis direction in the boundary region of the partial three-dimensional mesh.
Using the boundary condition information , a three-dimensional magnetic field analysis is performed to calculate the eddy current loss of the magnet.
A method for analyzing split magnet eddy current loss, which comprises executing the above series of processes by a computer .
保存した前記2ケースの各時刻における磁気ベクトルポテンシャル値を、配合比γで配合した磁気ベクトルポテンシャル値と各要素の回転軸方向の辺の長さとの積を、前記境界条件情報として設定する、
上記一連の処理を計算機により実行することを特徴とする請求項3に記載の分割磁石渦電流損解析方法。 The two-dimensional magnetic field analysis was performed on the two cases with and without eddy currents in the magnet, and the time-series data of the magnetic vector potential values of the two cases obtained from the two-dimensional magnetic field analysis were saved. ,
The product of the magnetic vector potential value blended at each time of the stored two cases and the magnetic vector potential value blended at the blending ratio γ and the length of the side in the rotation axis direction of each element is set as the boundary condition information .
The split magnet eddy current loss analysis method according to claim 3, wherein the series of processes is executed by a computer .
前記2ケースの磁気ベクトルポテンシャルの高調波成分を配合比γで配合した磁気ベクトルポテンシャル値と各要素の回転軸方向の辺の長さとの積を、前記境界条件情報として設定し、前記境界条件情報を用いて、前記磁石の三次元渦電流解析を周波数領域で実施する、
上記一連の処理を計算機により実行することを特徴とする請求項3に記載の分割磁石渦電流損解析方法。 The two-dimensional magnetic field analysis was performed on the two cases with and without eddy currents in the magnet, and the harmonic components of the magnetic vector potential values of the two cases obtained from the two-dimensional magnetic field analysis were preserved. ,
The product of the magnetic vector potential value in which the harmonic components of the magnetic vector potentials of the two cases are blended at the blending ratio γ and the length of the side of each element in the rotation axis direction is set as the boundary condition information , and the boundary condition information is set. Is used to perform a three-dimensional eddy current analysis of the magnet in the frequency region.
The split magnet eddy current loss analysis method according to claim 3, wherein the series of processes is executed by a computer .
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