設計は要求仕様に合うよう、多数の事柄をきめます。
ポイントをおさえて、一つ一つ決めていく手順のマニュアル化は重要です。
チョークの設計法
同じ電磁機器であるチョークの設計法を説明します。
要求仕様は一般に、周波数特性と定格（三種類）と損失です。
最初に従来の設計例より最高磁束密度Ｂｍ、磁路断面積ｓをきめます。
要求仕様と以下の式の一つを用いて巻数ｎが決まります。(三つの式は同一の内容です。）
Ｂｍ＝Ｖ／（4.44×ｎ×ｓ×ｆ）（正弦波実効値電圧、周波数）
Ｂｍ＝（Ｖ×ｔ）／（ｎ×ｓ）（電圧時間積）
Ｂｍ＝（Ｉ×Ｌ）／（ｎ×ｓ）（Ｌ値、電流）
（ｓとｎを決める装荷分配は設計の中心です。）
その後、巻線寸法、損失を考慮して鉄心形状、線径をきめれば基本設計は完了です。
鉄損は素材特性表より、銅損は計算で求めます。
ギャップ長は計算するが、鉄心の特性を100％計算出来ないため参考値とする。
要求仕様と整合し不具合があれば、s、n、鉄心形状、線径の再設定になります。
最後に、試作を行い電流が仕様通りになるギャップ長を決定し設計試作は完了です。
電気特性は上記の知識のみで、机上計算により95％要求仕様の通りに設定できます。
2017 07 20
ＳＲモータの設計法
(SRモータ突極モデル による設計)
要求仕様
定格電圧Ｖ＝200Ｖ 定格出力Ｐ＝500Ｗ 定格回転数＝9000rpm 最大磁束密度Ｂｍ＝1.5Ｔ ギャップ＝0.5ｍｍ
トルクＴ＝500Ｗ／（（9000rpm/60s）ｘ2π）＝0.53 [Nm]
極数：2相4/8極
設計手順
励磁サイクルエネルギー＝ 500／（（9000/60）ｘ８位置/回転）
＝0.42[Ｊ]
1.5Ｔ、Ｇ＝0.5ｍｍ、ギャップのエネルギー密度uより必要な磁極表面積を計算する。
磁極表面積＝（0.42／0.0009）ｘ1/0.5ｘ1/4極＝233平方ｍｍ
（1.5Ｔのギャップの蓄積エネルギー密度u＝0.0009）
力率、余裕を考慮して、磁極断面積を10ｍｍｘ25ｍｍ（積厚）とする。
起磁力Ｕ＝ＮｘＩ＝磁束Φｘ磁気抵抗Ｒ＝BgxSｘ磁気抵抗Ｒ
Ｒ＝Ｇ／（μｘS）
1.5Ｔに必要なＵは
Ｕ＝（1.5ｘＧ）／（4πｘ10－7）＝（1.5ｘ0.0005）／（4πｘ10－7）
＝597 となる。
1駆動サイクルの時間ｔの計算
ｔ＝1／（(9000rpm/60s)x8極）＝0.8ｍＳ
磁束密度Ｂ1.5Ｔの電圧時間積ＶＴ
Ｂ＝ＶＴ／（ＮｘＳ）
巻数の設定
ＶＴ＝ＢｘＮｘＳ
Ｎ＝ＶＴ／（ＢｘＳ）＝（200Ｖ/4）ｘ0.8ｍＳ／（1.5ｘ0.025ｘ0.01)≒107
余裕をみて１1０ターンとする。
電流の計算
Ｕ＝597よりＩ＝5.4Ａとなる。
Ｌ値の計算
Ｉ＝（ｄＩ／ｄｔ）ｘ0.8ｍＳ
5.4Ａ ＝（50Ｖ／Ｌ）ｘ0.8ｍＳ
Ｌ＝50Ｖ/5.4Ａ ｘ 0.8ｍＳ＝7.4ｍＨ
ギャップの蓄積エネルギーＥの確認。
Ｅ＝４ｘ 1/2 ｘ 7.4ｍＨ ｘ（5.4Ａ )2
＝0.43[J]
トルクの確認
ギャップの力＝（（Ｂｇ )2ｘＳ）／（2ｘμ0 ）
＝（1.5ｘ1.5ｘ0.025ｘ0.01）／（2ｘ4πｘ10－7）
＝ 224[N] となる。
回転方向の力を変移量から比例計算する。
回転方向の力＝4極ｘ224ｘ0.5ｍｍ／10ｍｍ＝44.8[N]
トルク＝44.8ｘ0.013ｍ≒0.58 [Nm]
回転方向の力をＬ値の変化量から計算する。
回転方向の力＝1/2ｘｄＬ/ｄθｘ（Ｉ )2
＝4極ｘ1/2ｘ（7.4ｍＨ/0.01ｍ）ｘ（5.4Ａ )2
＝43.1[N]
トルク＝43.1ｘ0.013≒0.56 [Nm]
定格出力の確認
定格出力＝トルク x ( 9000rpm/60S)ｘ2π
＝0.56Ｎｘ１５０ｘ２π＝528Ｗ
力率＝528Ｗ／200Ｖｘ5.4Ａ＝48.9％
巻線
Ａ相：110Ｔ+110Ｔ+110Ｔ+110Ｔ（直列）
Ｂ相：110Ｔ+110Ｔ+110Ｔ+110Ｔ（直列）
銅損を50Ｗ以下にするにはＡ相、Ｂ相の巻線Ｒは1.7Ω以下にする必要があります。
5.4Ａｘ5.4Ａｘ1.7Ω＝49.6Ｗ
上記の設計法で、要求仕様の90％以上に設定できることを期待していますが、検証は出来ていません。
