2006年10月21日

モータ設計に必要な電磁気学

モータの磁気回路設計を行う上では、電磁気学の理解は必要となりますが、電磁気学は非常に取っ付きにくいので敬遠されがちです。

ここでは、モータ設計者として、最低限理解しておくべき内容のみに触れ、一番厄介な印象が強い「マクスウェルの電磁方程式」などには触れません。


まず、磁気回路設計を考えると、磁路と起磁力とマグネットの意味合いを理解することが大切です。磁路とは、磁束の通り道で、モータで言えば、コア,ケースなど。起磁力は巻線およびコアにより構成される、いわゆる電磁石となる部分です。


磁気”回路”と言うだけあって、電気回路に例えると分かりやすいです。

つまり、
構成された磁路(磁性体・エアギャップ)を抵抗として配線、
起磁力を起電力(交流電源とし),
マグネットを電池(直流電源)とすると、等価回路として描けます。


それぞれの対応関係は以下の通り。
起電力 = 起磁力
抵抗 = 磁気抵抗(リラクタンス)
直流電源 = 強磁性体
電流 = 磁束

以上のように置き換えると簡易にとらえやすくなります。
(構造を理解し当てはめる作業はある程度経験が必要です)


次に、磁気飽和現象が挙げられます。

磁路にはその材質・断面積により、透ることができる磁束が決まります。それ以上の大きさの磁束は透すことが出来ません。これを「磁気飽和現象」と言います。

磁気回路で考えると、磁路は抵抗と定義できると説明しましたが、厳密に言うと、可変抵抗となるということです。磁束が集中すると、磁束の透りやすさが変化するため、磁束が透り難くなります。


磁気飽和現象の具合は、その部分に加わる磁界(磁界強度)と初期磁化特性曲線(初磁化特性曲線)によって決まります。

初期磁化特性曲線とは、加わる磁界における磁束密度の大きさを表す曲線です。
なお、その磁束密度に断面積をかけると、そこに透る磁束となります。

本も資料も読まず簡単な説明だけで理解できるのは、上記の内容ぐらいです。

上記の内容を理解していれば、まず、さしあたって「磁気回路」ってなに?ってことぐらいは説明がつくと思います。

なお、これ以上理解しようとすると更なる努力が必要です。


posted by 研究員 at 21:50 | モータの磁気回路設計
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