アクチュエータとトランスデューサ

アクチュエータとトランスデューサは、電磁場の利用が確立されていますが、油圧システムを電磁デバイスに置き換えることによる重要さが増しています。その駆動にはリニアと回転があります。

アクチュエータ

電力をデバイスに供給 => 駆動

トランスデューサ

機械力をデバイスに働かせ駆動する => 電気出力

Actuator model

Actuator model

アプリケーション:

  • 加速度計
  • 検流計
  • ロードセル
  • 圧力センサー
  • 歪み計
  • 拡声器
  • マイクロホン
  • ハイドロホン
  • トランスポンダ
  • オープン位置でのアクチュエータ表面のB
B shown on Actuator in open position

B shown on Actuator in open position

システム内での駆動

システム内での駆動には2種類あります

コイルの駆動

-拡声器とマイクロホン
-バックグランドのDC磁場にコイルを置く。コイルに電流を流す=>ローレンツ力。コイルを動かす=>コイルに誘導電圧(ファラデーの法則)

アームチュアの駆動

-より高負荷
-アクチュエータ。コイルに電流=>磁気抵抗の最も低い位置にアームチュアが移動。電流が切れるとスプリングで元に戻る。
-トランスデューサ。DC磁場=>アームチュアが動くとコイルの鎖交磁場が変化する。

Effect of magnetic saturation when closed

Effect of magnetic saturation when closed

シミュレーション

Operaは、アクチュエータやトランスデューサの設計で多様なレベルのシミュレーションを提供します。

基本特性

-非線形物性の影響
-力または鎖交磁束 vs 位置

動的シミュレーション

-メカニカル連成
-回路
-渦電流
-高度なマテリアルモデル

displacement for anhysteretic vs hysteretic model for valve

displacement for anhysteretic vs hysteretic model for valve

高度なマテリアルモデル

全ての強磁性マテリアルは、わずかなヒステリシス特性をもっています。通常、ヒステリシス曲線が狭いループであるため、ヒステリシスを無視し、単純な非線形材料特性として仮定して解析するのは妥当です。しかし、多くのアプリケーションでパワーエレクトロニクスの需要が高まるにつれヒステリシスが重要になってきました。磁気特性上での動作点の連続切り替えは、繰り返しマイナーループを走査することになります。その結果、高速な切り替えでは、ヒステリシスによる損失の評価が極めて重要になります。Operaは、B(H)の軌跡をたどるアルゴリズムを使用した過渡的な条件下でヒステリシスマテリアルをモデル化することができます。その際、ユーザはメジャーループのみのデータを入力するだけです。マイナーループの再生成テクニックを使用したアルゴリズムによって、マイナーループとその折り返し点を確定し、マテリアルの磁化が前の軌跡を越えたときは、その折り返し点を消去します。また、このアルゴリズムは、非ヒステリシスマテリアルと同様、ユーザの入力データを超えた飽和領域に対してはOpera内でマテリアルの飽和カーブを正確に当てはめます。ヒステリシスによって失われたエネルギーを計算し損失を導き出します。実際の性能は前の状態によります:
-付加損
-ラッチング力

マルチフィジックス

temperature rise in winding decreases electrical conductivity by 25 per cent

temperature rise in winding decreases electrical conductivity by 25%

Operaは、マルチフィジックスシミュレーションをサポートします。電磁場解析と温度解析、応力解析との連成は自動で行われます。アクチュエータでは、温度面、特に温度による巻線抵抗の影響が重要です。電磁場と熱の時定数は桁が異なりますので、このケースでは弱連成となります。

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