現代の工業界において、モータはあらゆる産業分野で不可欠な動力源として利用されています。
モータの正常な運転を維持するためには、過熱を防ぐことが非常に重要であり、特に空冷モータの場合、適切な放熱設計は信頼性と性能に直結します。
熱流体解析ソフトウェアAICFDは、このような課題に対応し、最適な熱設計を実現するためのツールとして、簡単な操作性と効率的なデータ取得を提供します。
本記事では、空冷モータの放熱シミュレーションをAICFDにより実行し、解析結果の検証を行いました。
使用するモデルは1/8周期モデルとなり、4つの入口と1つの出口で構成されています。
回転数:680 [rpm]
入口流量:15000 [m^3/h]
入口温度:45 [°C]
四面体要素、メッシュ数:601万
使用された各材料物性を下記の表に示します。
材料 | 密度[kg/m3] | 熱伝導率[w/m*k] | 比熱容量[J/kg*k] | |
銅巻線 | 8933 | 380 | 385 | |
永久磁石 | 7500 | 8.96 | 465 | |
ケイ素鋼板 | 7850 | 軸方向 | 4.3 | 460 |
径方向 | 40 | |||
切断方向 | 40 | |||
絶縁体 | 1380 | 0.29 | 1090 | |
構造部品 | 7850 | 44 | 480 | |
空気 | 1.11 | 0.029 | 1004.4 |
放熱量 | Total[kW] |
巻線上部 | 32.40627 |
巻線下部 | 15.57627 |
巻線端部 | 28.04746 |
鉄芯歯 | 36.22338 |
鉄芯ヨーク | 24.20662 |
電磁鋼の損失 | 6.69 |
回転部ヨーク損失 | 0.01 |
磁極ボックス | 2.7 |
145.86 |
シミュレーション結果の各温度分布を下記に示します。
参考結果はすでに評価が完了しているデータとなり、変数レンジは同一としています。
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各パートの最大温度と最小温度の比較を下記に示します。
最大温度[℃] | 最小温度[℃] | |||||
パート | AICFD | 参考結果 | 偏差 | AICFD | 参考結果 | 偏差 |
全体モデル | 71.81 | 67.27 | 4.54 | 44.85 | 44.85 | 0 |
回転部 | 54.87 | 54.17 | 0.7 | 44.93 | 45.24 | -0.31 |
静止部 | 71.81 | 66.13 | 5.68 | 44.85 | 44.85 | 0 |
静止部プレッシャープレート | 67.1 | 65.77 | 1.33 | 53.93 | 52.74 | 1.19 |
回転部プレッシャープレート | 52.19 | 51.57 | 0.62 | 44.93 | 47.94 | -3.01 |
回転部ブラケット | 54.79 | 53.92 | 0.87 | 46.04 | 45.73 | 0.31 |
静子部ブラケット | 57.41 | 55.83 | 1.58 | 45.6 | 45.54 | 0.06 |
ガスケット | 60.02 | 58.72 | 1.3 | 50.08 | 49.77 | 0.31 |
スペーサ | 68.16 | 67.27 | 0.89 | 45.93 | 46.01 | -0.08 |
磁極 | 57.22 | 56.4 | 0.82 | 47.73 | 48.16 | -0.43 |
巻線端部 | 71.81 | 66.13 | 5.68 | 53.79 | 57.73 | -3.94 |
巻線上部 | 67.25 | 66.53 | 0.72 | 58.81 | 58.41 | 0.4 |
巻線下部 | 67.15 | 65.68 | 1.47 | 57.14 | 56.63 | 0.51 |
AICFDを用いた空冷モータの放熱シミュレーションにおいて、モータの放熱設計における重要ポイントの特定と設計サポートの有効性を確認しました。
評価済みの参考結果と比較して、最大で5%程度の偏差であり、AICFDの解析精度は非常に高いと考えられます。
この精度の高さは、モータの過熱を防ぎ、性能を向上させるための設計決定において、AICFDが有効であることを証明しています。