超伝導応用機器の特性評価のための3次元高速数値解析手法に関する研究

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20760189
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 植田 浩史 Waseda University, 理工学術院, 講師 (10367039)
• Keywords: 電気機器 / 高温超伝導 / 3次元電磁場解析 / 連成解析

Research Abstract

非線形渦電流場を含む有限要素法・境界要素法などの「場の解析」に基づく3次元電磁界解析プログラムにおいて、境界積分方程式(境界要素法)の計算に高速多重極法を適用することによって,超伝導導体の電磁界解析プログラムの開発し、電磁的・熱的・機械的特性を統合した評価を行った。前年度までに開発した電磁界解析プログラムは、(1)超伝導特性を考慮した3次元電磁界解析(有限要素―境界要素併用法)が可能、(2)導体内の導電率が不均一なモデルでも偏流解析を行うことが可能、(3)高速多重極法を実装し、積分方程式を併用した高速化が可能である。この電磁界解析手法によって、超伝導導体の電流分布(電流偏流/電流転流)の把握、超伝導導体の交流損失の評価、熱解析・応力解析との連成を行った。
これまでの超伝導機器の設計においては、解析空間の大規模化に伴い計算量・必要記憶容量が増大することから、現状の計算機環境においても必要十分な解析をすることは著しく困難であり、計算機の能力、メモリーや計算時間といった計算資源の制限によって、2次元解析に留まっていた。さらに、電磁特性、熱特性と機械特性は密接に関係しているにもかかわらず、その複雑さから十分な連成解析は行われていなかった。本研究で開発した手法は、送電ケーブルなどの超伝導応用電力機器に限らず他の電気機器においても適用可能であり、超伝導送電ケーブルをはじめとする超伝導集合導体内の電流分布を把握することが可能になり、電磁的・熱的・機械的特性の総合的な評価が可能になり、実機の設計に役立つものと考える。