概要

直流渦電流場解析の代表的のものとして、リターダの解析を示します。

解説

Fig.1の様にコイルの巻かれた鉄ヨークからなる固定子の周りを鉄のロータが回転します。

Fig.1　リターダ解析モデル

ロータ上に渦電流が発生し、ロスが生じブレーキ力が発生します。図のモデルは上半分30度モデルです。30度ごとにコイル電流が反転するものとします。境界条件は、z=0でHt=0とし、30度周期反対称条件とします。ここでの鉄材は非線形特性を持つとします。代表的なSS40の特性を与えています。
まず、直流渦電流場解析で求められた、回転数に対する発生トルクをFig.2に示します。

Fig.2　発生トルクの回転数依存性

発生トルクは低速度でほぼ回転数に比例して増加し、100回転/sec程度で減少に転じます。このような解析を過渡計算で行いますと、各計算点を求めるだけで多大の時間を要します。本計算は5.6万程度の要素数ですが、Pentium 500MHz機で一点計算するのに1時間程度かかっています。しかし、過渡解析に比べて格段に計算時間は小さいと思われます。
Fig.3には、100回転/sec時の磁束ベクトル図を示します。ヨーク中を流れる磁束が回転するロータにはいると、渦電流により磁場が表面に集中し、磁場強度が高くなります。

Fig.3　磁場分布矢印図
（100回転 /sec）

Fig.4に、このときの渦電流を示します。ロータ前面に集中して流れています。

Fig.4　渦電流分布矢印図
（100回転 /sec）

Fig.5には、0.1～1000回転/secでのロータ内の磁場強度分布を示します。高速回転につれて磁場が表面に集中します。本解析では表面の要素が１層であり、高速回転領域での解析精度には疑問が残ります。このくらい高速になりますと、表面をもっと薄い層で分割する必要があります。

（a）0.1rps

（b）1rps

（c）10rps

（d）100rps

（e）1000rps

Fig.5　ロータ内の磁場強度分布