2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of fast simulation and optimization methods for high performance SR motors
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18K04076
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
渡邊 浩太 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20322828)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スイッチトリラクタンスモータ / 最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，回転子が磁性体のみから構成されており低価格・高信頼性なことから注目されているスイッチトリラクタンスモータに着目し，最適化によりその高性能化を目指す研究である。将来急速に普及すると見込まれる電気自動車には，高価な永久磁石を用いたPMモータがもっぱら用いられている。スイッチトリラクタンスモータの欠点である騒音・振動や低トルク特性を最適化によって改善できれば，電気自動車をはじめとして幅広い分野で利用されるようになると期待される。
今年度はスイッチトリラクタンスモータの最適化において重要となる有限要素解析の解析精度の向上に取り組んだ。これまで他の研究機関を含めてモータの最適化では，与えられた電流のもとで最適化が行われてきた。しかし，スイッチトリラクタンスモータでは，回転子の形状が電流波形に強く影響を及ぼすため，電流波形も未知数として解析を行う必要がある。しかし，それには計算コストが上昇する問題点がある。そこで，簡易的に電流波形を評価する方法を提案し，その有効性の検証を行った。
スイッチトリラクタンスモータの回転子形状の最適化を行うのに際し，基準となるモデルの作成を行った。文献などを参考に，一般的なスイッチトリラクタンスモータの固定子側の形状や電流条件などの仕様を決定した。この仕様に基づくモデルに対する解析プログラムを作成し，市販有限要素解析ソフトとの結果の比較を通して検証を行った。
最適化計算において，トルク特性の算出には有限要素解析が必要となるが，その高速化が重要となる。そこで，連立方程式の求解を高速化するデフレーション法に注目し，これに加えて，高速化の別手法であるPOD（Proper Orthogonal Decomposition）法を組み合わせた手法を提案し，その有効性を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
スイッチトリラクタンスモータの回転子形状の最適化を進めるのに必要な比較モデルの作成と解析プログラムがほぼ完成しており，制限付きではあるが最適化計算が行えるようになった。また，振動・騒音解析に必要なラジアル方向の電磁力の計算も行えるようになり，そのラジアル力のリップル低減を目指した最適計算を行った。これらの成果は国際会議にて2件の発表を予定している（発表採択済み）。また，POD法とデフレーション法を組み合わせた高速化手法が最適計算において有効であることを確認し，その成果を国際会議で発表予定である（発表採択済み）。これらの成果は当初計画で予定していた進捗とほぼ一致する。
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| Strategy for Future Research Activity |
スイッチトリラクタンスモータの回転子形状の最適化に関して，トルク特性の改善を目的とした最適化を実行し，その成果を国際会議にて発表し，論文にまとめる予定である。また，トルク特性の改善だけでなく，効率改善や振動・騒音特性の軽減も目的とした最適化にも取り組む予定である。
解析の高速化に関しては，POD法とデフレーション法を組み合わせた手法をモータの最適化に適用していきたい。予備的な実験では高速化の効果があまり見られなかったので，その原因の究明を行いたい。また，モータの有限要素解析では，回転子の回転に伴いメッシュ構造が変化する。提案する高速解法は過去の機械角度における解析結果を利用する必要があるため，メッシュ変化の影響を考慮したプログラミングが要求される。この対応についても検討していく。
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