ヒステリシス及び渦電流を考慮した時間周期有限要素法による磁性体内の損失解析

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650319
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 高橋 則雄 岡山大学, 工学部, 教授 (40108121)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村松 和弘 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 助手 (30263627) ; 藤原 耕二 岡山大学, 工学部, 助教授 (20190093)
• Keywords: 磁界解析 / 損失 / ヒステリシス / 渦電流 / 時間周期有限要素法 / プライザッハモデル

Research Abstract

磁界解析により電気機器の鉄損を精度良く算定するための,磁性体のヒステリシス特性と渦電流を考慮した三次元非線形解析法を確立することを目的とし,昨年度開発したヒステリシスを考慮した三次元磁界解析法の収束性の向上を図るとともに,ヒステリシス曲線の精度良い測定法の検討を行った.さらに,モデル鉄心中の磁束分布等の解析及び実験を行った.本年度の成果を要約すれば,以下のようになる.
(1) 非線形反復計算法の改良
ヒステリシスを考慮した磁界解析を行う際は,ヒステリシスの上側曲線と下側曲線の切り替わり箇所では磁束密度が急変するため,ニュートン・ラフソン法の収束性が極端に悪化する.そこで,ニュートン・ラフソン法に減速係数を導入することにより,解の収束性を向上させ,計算時間の短縮を図った.また,最適な減速係数の決定法の検討も行った.
(2) ヒステリシス曲線の実測
けい素鋼板のヒステリシス曲線を実測する際,超低周波励磁以外の場合は,渦電流の影響でヒステリシス曲線がふくらんで直流のヒステリシス曲線とは異なってくる.磁界解析には直流での曲線が必要であるので,Hコイルを用いた単板磁気試験器において,Hコイルの出力をディジタル積分することにより,0.01Hzの超低周波励磁条件下での磁気特性測定を可能にした.新しく開発した本試験器を用いることにより,各種けい素鋼板のヒステリシス曲線を精度良く測定することができた.
(3) 鉄心の磁束,鉄損の解析及び実験
モデル鉄心中の磁束分布の解析を行うとともに,求まったBとHより描いたヒステリシスの面積より,ヒステリシス損と渦電流損の両者の和を求める手法を検討した.磁束,損失の解析結果を実測結果と比較し,誤差の原因の検討を行った.

Research Products

• [Publications] 藤原耕二,高橋則雄: "単板磁気試験器を用いた超低周波領域における磁気特性測定法" 平成10年電気学会全国大会. No.477 (1998)
• [Publications] 藤原耕二,高橋則雄: "単板磁気試験法における高磁束密度領域の空隙磁束補償法の検討" 平成10年電気学会全国大会. NO.475 (1998)
• [Publications] 高橋則雄,藤原耕二: "Problem in Practical Finite Element Analysis Using Preisach Hysteresis Model" 1998 CEFC. (1998)
• [Publications] 藤原耕二,高橋則雄: "電磁鋼板のB-H曲線における周波数の影響" 平成10年電気学会全国大会. No.469 (1998)
• [Publications] 高橋則雄,藤原耕二: "Investigation on Finite Element Analysis Using Preisach Hysteresis Model" Proceedings of Fourth International Workshop on Electric and Magnetic Fields,Marseille. 183-188 (1998)
• [Publications] 藤原耕二,高橋則雄: "磁気特性測定における周波数の影響" 電気学会マグネティックス研究会資料. MAG98-56