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磁場/磁界 有限要素法 静解析

マグネットクランプの磁界解析事例

磁石周囲の磁束密度分布事例

マグネットクランプに内蔵された、磁界の向きが垂直方向と径方向(水平方向)の異なる12個の磁石全体の磁界分布を解析しました。
12個の磁石に垂直方向に磁化を設定することは一度に簡単にできますが、径方向の磁化を一度に設定することはむずかしさを伴います。
そこで、FEMAPのMACROプログラミング機能を利用し、各々の磁石のセットを自動的に原点に移動し、都度径方向の磁化を設定しました。
今回は磁石全体による磁界分布だけを解析し、電磁コイルは省略しました。

解析テーマ : 磁界分布解析 (静解析)

解析内容 : マグネットクランプと周囲の磁束密度分布

解析ツール : 磁界解析ソフトウェア F-MAG

解析モデル : マグネットクランプは、下図のように、ワークを押さえる治具です。

クランプは6セットのマグネットと鉄心、プレートで構成されています。

マグネット部分は、アルニコ磁石とネオジウム磁石から成ります。

アルニコ磁石は上側N極/下側S極で垂直方向に磁化されています。

ネオジウム磁石は内側がN極/外側S極で径方向に磁化されています。

ポイント: アルニコ磁石は垂直方向に磁化されていますので、磁化の設定は容易です。

しかし、ネオジウム磁石は径方向に磁化されていますので、磁化の設定方法に工夫が必要です。

対策: 6セットのマグネット、鉄心、プレートを都度原点に移動し、磁化を設定します (6回)。

手動で行うと操作が煩雑になるので、FemapのMACRO機能を利用して操作の自動化を図りました。

Femap/MACROについてはこちらへ

ソリッドモデル外観

ソリッドモデル断面図

ソリッドモデル断面図

ソリッドモデル外観 (プレート除く)

ソリッドモデル外観 (プレート除く)

ソリッドモデル断面図 (磁石のみ)

ソリッドモデル断面図 (磁石のみ)

メッシュモデル外観 (1/4モデル)

ソリッドモデル断面図 (磁石のみ)

磁界の対称性を考慮し、[1/4モデル]としました

物性

ソリッドモデル断面図 (磁石のみ)

荷重

磁石の磁化は残留磁束密度(Br)を基に以下の値を設定しました

N38: Br/μ0 = 9.98 x 105 (A/m)

LNG52: Br/μ0 = 1.05 x 106 (A/m)

解析結果:磁束密度分布コンター図

解析結果:磁束密度分布コンター図
解析結果:磁束密度分布コンター図

解析結果:磁束密度ベクトル線図

解析結果:磁束密度ベクトル線図
アルニコ磁石の磁化方向:図面と逆方向

ベクトル線の長さは磁束密度値に比例させていませんので、[零]に近い値でも同じ長さになります。
あくまで方向を確認するための方法です。表示色と磁束密度値との関係はコンター図と同じです。

解析結果:磁束密度分布グラフ (グラフ化位置/範囲)

解析結果:磁束密度分布グラフ (グラフ化位置/範囲)

解析結果:磁束密度分布グラフ

解析結果:磁束密度分布グラフ
解析結果:磁束密度分布グラフ

この解析は磁界解析ソフトウェア F-MAG で行いました。

F-MAG につきましてはこちらへ

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