2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of High-speed and High-accuracy Design Optimization Method with Precise Behavior of Space-time Electromagnetic Field in Electrical Machines
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19K04357
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
岡本 吉史 法政大学, 理工学部, 教授 (40415112)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
若尾 真治 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70257210)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電気機器工学 / 設計最適化 / トポロジー最適化 / 鉄損 / 有限要素法 / 同期電動機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度予定していた「時空間非線形電磁界現象を考慮した設計最適化手法の開発」のフレームワークにおいて，同期電動機の鉄損低減をターゲットとした．
本研究グループで採用しているトポロジー最適化手法では，目的関数，制約条件の感度（勾配）を求め，最急降下法等の数理計画法へ受け渡し，反復回数の少ない状態で実用的な構造を求める方法である．その際，効率的に感度解析を行うため，随伴変数法を用いている．
鉄損の計算法として，千葉工業大学 山崎克己教授が提案されたループカウント法を採用する．鉄損は，ヒステリシス損失と渦電流損失の合計であり，双方の損失に対する随伴変数法による感度解析が必須となる．幸いにも，ループカウント法は，ロータの回転毎に，静磁界解析の繰り返しを行う方法であり，時間変動を簡略化することが可能である．また，ヒステリシス損を計算する際，極大・極小値のペアを探索して，それらの差の二乗和を積算して，ヒステリシス損を求めるため，従来の時間ステップ毎に静磁界解析を行う方法では，計算コストの観点で問題があった．
そこで，極大・極小値が現れる時間ステップ番号を行列形式でリストしておき，極大極小の組合せのみに随伴解析を行える感度解析法を提案した．一方，渦電流損失の感度解析に対しては，毎時刻ステップにおいて，前ステップの状態変数を格納する方式で，随伴変数法を実装できるため，特に問題は生じていない．
以上より，時空間非線形電磁界現象の最たる例である鉄損をターゲットとして，その感度解析を実施し，その計算精度が保証されていることを実証し，トポロジー最適化へ成功裏に導入することができた．本成果は，査読付き学術論文として，IEEE Transactions on Magnetics へ掲載された．
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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
今年度の分担者との連携が強固であり，相応の研究に対して，支援し合いながら進められており，おおむね順調に研究が進展している．また，コロナ禍における状況においても，オンライン環境により，適宜，遠隔で計算機を使用することにより，問題なく研究を進められている．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定通り，磁気ヒステリシスの測定，ならびに，数値解析への実装を試みる．ただし，コロナ禍に伴い，実験的研究の進捗が遅延するため，数値解析への実装に遅延が発生する可能性も想定されるが，担当学生と三密を避けることにより，分担しながら，研究を進めていく予定です．
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| Causes of Carryover |
計算コード開発の過程で高速化できる部分があり，本研究で当初予定していた計算機の購入が不要になったため，次年度使用額が生じた．ただし，目的関数・制約条件の個数が多くなるにつれて，随伴変数法による感度解析の需要が高まるため，当該部分の並列化計算等も視野に入れて，予算使用を計画している．
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