2021 Fiscal Year Annual Research 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 / 時間領域随伴変数法 / 三相交流回路 / 磁気ヒステリシス特性 / 波形制御 / 深層学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度の目標として，1. 電気回路の過渡解析を考慮した感度解析手法の構築，2. 空間電磁界・電気回路強連成状態を考慮した設計最適化手法の構築，ならびに，電磁鋼鈑の磁気ヒステリシス特性測定の自動化を予定していた．結果，双方の研究実績について，以下のように要約する．
1. 電気回路の過渡解析を考慮した感度解析手法の構築
通常，永久磁石同期電動機は，三相交流電源により駆動されており，負荷が電動機の諸特性へ与える影響の検討が重要である．そこで，有限要素法と三相交流回路の強連成解析に基づく随伴変数法による感度解析手法を提案し，前進差分法と比較することで，その計算精度の妥当性を検証し，十分な精度が得られていることを確認した．
2. 空間電磁界・電気回路強連成状態を考慮した設計最適化手法の構築，ならびに，電磁鋼鈑の磁気ヒステリシス特性測定の自動化
1 から得られた感度解析手法を電動機におけるロータの回転を考慮できる方法へ拡張し，前進差分法とその精度を検証した結果，十分な計算精度で感度解析を実施できることが明らかとなった．結果，ロータの回転・三相電源の影響を精緻に考慮可能な随伴変数法による感度解析を提案できた．次に，提案した感度解析手法を内部埋込式永久磁石同期電動機のトポロジー最適化へ実装し，三相電源の影響を考慮可能で，なおかつ，モータの空間電磁界の変化を考慮できる設計最適化手法を構築することに成功した．
電磁鋼鈑の磁気ヒステリシス特性測定では，高磁束密度領域において，波形制御（Bコイルの電圧波形を正弦波化する）に要するフィードバック回数が増加傾向にある．そこで，深層学習により，波形制御を自動化できる手法を提案し，磁気特性測定システムへ成功裏に導入することができた．結果，フィードバック回数の低減に成功し，磁気ヒステリシス特性の測定時間を大幅に低減できた．
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