2021 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical modeling of a thermomagnetic motor to extract energy from unused low quality heat source
| Project/Area Number |
19K04139
|
|---|
| Research Institution | Shinshu University |
|---|
Principal Investigator |
中村 正行 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (60207917)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 回転機械 / モータ / トルク / 出力 / 熱磁気 / 磁気回路 / 磁場解析 / 温度場解析 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、数値解析により熱磁気モータの動作メカニズムを解明し、熱磁気モータの数値モデルを構築することで、使用環境に対応した最適設計を行うことを目的としている。
2021年度は、2020年度に温度場と磁場の連成解析が可能となった熱磁気モータの数値モデルに対して、各種境界条件およびステータ内の永久磁石配置に関するパラメータスタディを実施し、発生トルクとの関係を調査した。ステータにおける磁気突極性の極数は前年度の結果から6極に固定し、冷却水と加熱水の温度範囲および熱伝達境界の熱伝達率の値、ステータに配置する永久磁石の位置と大きさに関するパラメータ値に対する出力トルクの数値解析を系統的に実施した。その結果、設定した温度範囲と熱伝達率の範囲において自発回転からの連続回転が可能であり、それぞれのパラメータに対応した定常回転数で運転できることがわかった。
次に、定常回転中に冷却水および加熱水に温度変化が生じた場合を想定して、いくつかの境界条件の変動を外乱として与えた場合の回転挙動について解析を行った。その結果、外乱として与えた境界条件に対応する定常回転に遷移し、引き続き回転が持続できることがわかった。
本研究の最終目標である熱磁気モータの最適設計について、発生トルク向上のために有効な設計変数が磁場の分布を作り出しているステータ形状（ヨーク形状）であることが判明した。このため、ヨーク形状のトポロジー最適化を行って加熱冷却水温度などの運転環境に対する発生トルク最大化を図った。トポロジー最適化の結果、磁束漏れが改善される形状が得られ発生トルクを増加できることがわかった。
|
