2008 Fiscal Year Annual Research Report
電気機器省エネルギー設計への応用へ向けた高速高精度電磁界数値解析技術の実用化研究
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20560280
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
若尾 真治 Waseda University, 理工学術院, 教授 (70257210)
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| Keywords | 電磁界解析 / 電気機器設計 / 有限要素法 / 積層鉄心 / 均質化法 |
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| Research Abstract |
電気機器設計分野における高精度化への課題の-つとして、積層鉄心のモデリング手法が挙げられる。通常、電気機器では、損失を低減し効率を上げるために積層鉄心が用いられている。積層鉄心における損失を精度良く算出するためには、その積層構造を詳細にモデル化する必要があるが、有限要素法に代表される従来の解析手法では膨大な計算コストを要するため、実際の機器に対してこのようなモデル化を行うことは非常に困難である。特に近年、環境エネルギー問題への配慮から電気機器の損失低減による高効率化が強く要望されており、その実現のためには積層鉄心の高精度な電磁界解析に基づいた機器設計が必須となってくる。
以上の背景のもと、本年度は先ず、モデリングの容易さ、渦電流の表皮効果に関する再現性など、実機解析への適用性に関する得失について、各種積層鉄心モデル化手法の調査を行った。さらに、電磁鋼板と絶縁層を直接メッシュ分割することが不可能である数メートルの規模の長尺積層鉄心を例題に取り上げ、鉄損の計算値と実モデルでの実測値を比較することで、均質化法の-手法を用いてその有効性を検証した。これまで数メートル規模の長尺積層鉄心を用いて均質化法の適用性能を検証した例はなかったが、本検討の結果、要素分割に留意することで長尺積層鉄心に対しても計算コストを大幅に削減しつつ高精度な損失評価を行えることが明らかになった。また、積層鉄心解析においては、そのモデル形状から要素が扁平になりやすく、連立方程式の反復解法の収束特性に悪影響を及ぼす可能性がある。これに対し、極端な扁平要素を多く含む状況下でも、代数マルチグリッド法を前処理とした共役勾配法の適用により計算速度の改善が図れる事例を見出し、リアクトルモデルや表面磁石同期電動機モデルなどの実機解析で検証した結果、その有効性を明らかにした。
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