2020 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 / 随伴変数法 / 回路連成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
感度解析を援用したトポロジー最適化は，収束が速く，モーター等の時間方向に対して空間電磁界が変化する問題に対して効果的である．2020年度は，「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」のため，電気回路と電磁界を連成させた状態における随伴変数法を提案・開発した．本手法では，電磁界解析で使用する有限要素法と回路方程式を連成させて，状態変数（磁気ベクトルポテンシャル・電流）を求解し，最終時刻から初期時刻へ向けて，随伴変数に関する終端値問題を解く工程で構成される．時間領域随伴変数法では，順問題で求まった各時刻ステップにおける状態変数を全て保存する必要があり，時間ステップ数が膨大になった場合，大規模なメモリーが必要となる．そこで，我々の研究グループでは，効果的にメモリを削減できる方法を提案し，実用に資する手法を提案した．
さらに，誘導電動機の設計最適化で使用できる時間領域随伴変数法に基づく感度解析手法へも応用し，高精度な感度解析に成功した．定常状態における感度を見積もるため，二段階で時間領域随伴変数を実施し，全時刻ステップの感度から，過渡状態における感度を差し引くことで，定常状態における感度解析を実施できることを明らかにした．今後は，同期電動機の回路連成を考慮した設計最適化に加えて，誘導電動機の設計最適化についても実施する予定である．
以上の結果は，2021年3月に開催された電気学会全国大会において発表を行った．また，電磁界解析に関する国際会議COMPUMAG 2021でも発表する予定である．
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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
時間領域随伴変数法を電磁界・電気回路連成解析へ拡張することに成功し，さらには，誘導電動機の感度解析も実施することができたため，おおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
同期電動機・誘導電動機で使用する電磁鋼鈑の磁気特性データを高速に測定する必要性が生じている．現状，LabVIEW による自動測定システムをある程度構築できているが，周波数を変化させた場合の自動測定系を実装することができていない．今後，LabVIEW をさらに拡張して，完全自動計測システムの構築を目指す．
また，コロナ禍においても，学生達へテレワークを積極的に実施できるハード・ソフトウェアを実装し，当初の目的に沿って，研究を進める予定である．
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| Causes of Carryover |
磁気特性の測定において，電磁鋼鈑の応力印可装置とその周辺機器の購入の必要性が生じたため．2021年度上半期中に，再度，当該機器の仕様を検証し，下半期に発注する計画を予定している．
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