Development of a nonlinear reduced-order model for high-frequency inductors considering eddy currents and parasitic capacitance

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14237
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21010:Power engineering-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Hiruma Shingo 京都大学, 工学研究科, 助教 (90909847)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: モデル縮約法 / ダーウィンモデル / ダーウィン近似 / 渦電流解析 / 拡張有限要素法 / 条件数 / 高周波インダクタ

Outline of Final Research Achievements

In this research project, I studied reduced-order modeling focusing on Dawrin approximation of Maxwell’s equations (Darwin model). I studied modeling using the extended finite element method and model reduction using the Arnoldi method for reducing computational cost. The proposed method is more effective than the finite element method in terms of the computational cost while achieving stable time-domain analysis. We also studied the Darwin model from a mathematical point of view and clarified the cause of the large condition number of the Darwin model.

Free Research Field

数値電磁界解析

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

パワー半導体の進歩により受動素子を駆動する電源の高周波化が進んでいる．それに伴い，受動素子の小型化・高周波化が課題になっている．高周波化する受動素子の設計・開発においては，渦電流損失や非線形磁気特性を考慮する必要があり，また，さらに高い周波数を考えると，寄生容量の影響を考慮する必要がある．電磁界解析においては，渦電流・非線形磁気特性・寄生容量のすべてを考慮した解析手法についてはこれまで十分に議論されておらず，時間領域解析の手法は未完成である．そのため，本研究は電磁界解析の基礎的な学術研究の側面を持ちつつ，工業的にも重要な意義を持つ研究であるといえる．