Analytical solution of multi-winding coil problem in magnetic core in spherical coordinates and comparison with FEA results

IF 1 4区工程技术 Q3 ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY

Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University Pub Date : 2023-08-21 DOI:10.17341/gazimmfd.1054515

Hüseyin YILDIZ, Birkan DURAK, Erol UZAL

{"title":"Analytical solution of multi-winding coil problem in magnetic core in spherical coordinates and comparison with FEA results","authors":"Hüseyin YILDIZ, Birkan DURAK, Erol UZAL","doi":"10.17341/gazimmfd.1054515","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"Teknolojinin gelişimi ile birlikte hareket ve kontrol mekanizmaları çok eksende hareket edebilen, daha hızlı ve hassas hareket sağlanabilecek cihazlara ihtiyaç duymaktadır. Bu nedenle; küresel koordinat sisteminde elektromanyetik sistemlerin parametrelerinin analitik veya yarı analitik yöntemlerle hesaplanması son yıllarda önemli araştırma konularından biri haline gelmiştir. Bu çalışmada manyetik bir nüve içerisine sarılmış çok sarımlı bobin yapısı incelenmiştir. Öncelikle tek sarımlı bobin yaklaşımından yararlanarak çok sarımlı bobinler için B, E ve A ifadeleri analitik olarak hesaplanmıştır. Aynı geometriler, sonlu elemanlar analizi (FEA) kullanılarak ANSYS Maxwell programında dairesel simetri kabulü ile hesaplanmıştır. Son olarak, biri r1 yarıçapına sahip manyetik nüve içerisinde olan, eş merkezli iki bobin geometrisi belirlenmiştir. Bu geometriler için öz indüktans (Lii) ve karşılıklı indüktans (Mij) katsayıları küresel koordinatlarda γ açısına bağlı olarak incelenmiştir. ANSYS Maxwell programı üzerinde bobin geometrilerinin 3 boyutlu modeli oluşturularak benzetim çalışmaları yapılmıştır. FEA ve analitik sonuçlar kıyaslanarak geçerliliği gösterilmiştir.","PeriodicalId":51103,"journal":{"name":"Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University","volume":"11 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":1.0000,"publicationDate":"2023-08-21","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1054515","RegionNum":4,"RegionCategory":"工程技术","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"Q3","JCRName":"ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY","Score":null,"Total":0}

引用次数: 0

Abstract

Teknolojinin gelişimi ile birlikte hareket ve kontrol mekanizmaları çok eksende hareket edebilen, daha hızlı ve hassas hareket sağlanabilecek cihazlara ihtiyaç duymaktadır. Bu nedenle; küresel koordinat sisteminde elektromanyetik sistemlerin parametrelerinin analitik veya yarı analitik yöntemlerle hesaplanması son yıllarda önemli araştırma konularından biri haline gelmiştir. Bu çalışmada manyetik bir nüve içerisine sarılmış çok sarımlı bobin yapısı incelenmiştir. Öncelikle tek sarımlı bobin yaklaşımından yararlanarak çok sarımlı bobinler için B, E ve A ifadeleri analitik olarak hesaplanmıştır. Aynı geometriler, sonlu elemanlar analizi (FEA) kullanılarak ANSYS Maxwell programında dairesel simetri kabulü ile hesaplanmıştır. Son olarak, biri r1 yarıçapına sahip manyetik nüve içerisinde olan, eş merkezli iki bobin geometrisi belirlenmiştir. Bu geometriler için öz indüktans (Lii) ve karşılıklı indüktans (Mij) katsayıları küresel koordinatlarda γ açısına bağlı olarak incelenmiştir. ANSYS Maxwell programı üzerinde bobin geometrilerinin 3 boyutlu modeli oluşturularak benzetim çalışmaları yapılmıştır. FEA ve analitik sonuçlar kıyaslanarak geçerliliği gösterilmiştir.

查看原文本刊更多论文

磁芯中多绕组线圈问题的球坐标解析解及其与有限元结果的比较

随着技术的发展，运动和控制机构需要能在多轴上运动并提供更快、更精确运动的装置。因此，用解析或半解析方法计算球面坐标系中的电磁系统参数已成为近年来的重要研究课题之一。本研究探讨了绕在磁芯中的多绕线圈的结构。首先，使用单线圈方法分析计算多线圈的 B、E 和 A 表达式。在 ANSYS Maxwell 程序中使用有限元分析（FEA）计算了相同的几何结构，并假设其为圆形对称。最后，确定了两个同心线圈的几何形状，其中一个位于半径为 r1 的磁芯内。这些几何形状的自感（Lii）和互感（Mij）系数根据角度 γ 在球面坐标中进行分析。通过在 ANSYS Maxwell 程序上创建线圈几何形状的三维模型，进行了仿真研究。对有限元分析和分析结果进行了比较，并显示了其有效性。

本文章由计算机程序翻译，如有差异，请以英文原文为准。

求助全文

约1分钟内获得全文求助全文

来源期刊

Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY-

CiteScore

1.90

自引率

45.50%

发文量

审稿时长

6-12 weeks

期刊介绍： Gazi University Journal of the Faculty of Engineering and Architecture; Engineering qualifications described below and in the field of architecture research papers and invited articles by scanning is considered to be Turkish.