導体の運動を考慮した渦電流解析法の開発とその検証実験に関する研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452201
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 中田 高義 岡山大学, 工学部, 教授 (50032925)
• 研究分担者: 藤原 耕二 岡山大学, 工学部, 助教授 (20190093) ; 高橋 則雄 岡山大学, 工学部, 教授 (40108121)
• キーワード: 渦電流 / 速度項 / 運動座標系 / 静止座標系 / 風上有限要素法 / 三次元有限要素法 / 磁気ベクトルポテンシャル / 電気スカラポテンシャル

研究概要

本研究では、導体の運動を考慮した渦電流解析を行うための実用的な三次元磁界解析を行うするために、磁気ベクトルポテンシャル及び電気スカラポテンシャルを未知変数として取り扱うA-φ法を用いた三次元有限要素法を開発し、解析精度、記憶容量及び計算時間に影響を与える諸因子を検討した。その成果を要約すると、以下のようになる。
(1)時間微分項を差分近似する、いわゆる△t法では、解析精度、記憶容量及び計算時間のすべての観点において、運動座標系を用いた解析法が、静止座標系を用いた解析法よりも優れていることが明らかになった。また、速度項の離散化手法として、風上有限要素法とガラーキン有限要素法の比較を行い、速度に応じて、両者を使い分ける必要があることを明らかにした。さらに、時間刻み幅の選定法についても検討し、刻み幅を分割要素の寸法に相当する時間に設定した場合に、最も解析精度が良くなることを見出した。
(2)磁界が時間的に正弦波状に変化し、時間微分項を複素数で表すことが可能な、いわゆるjω法では、導体が静止している場合の解析では必要なかった時間刻み幅の概念を導入しなければならないことが明らかになった。また、△t法の場合とは異なり、運動座標系及び静止座標系のいずれを用いても、最終的に解くべき連立一次方程式の係数マトリクスが非対称になるため、この点に関しては、両者に優劣はない。その他の点については、△t法と同様の結論が得られた。

研究成果

• [文献書誌] 中田 高義,高橋 則雄,藤原 耕二: "Method for Analyzing Eddy Currents in Moving Conductors" Electrical Engineering in Japan. 114. 102-114 (1994)
• [文献書誌] 中田 高義,高橋 則雄,藤原 耕二: "Fast Actuator Modeling by Finite Element Method" IEEE Trans.on Magnetics. 6. 4284-4284 (1994)
• [文献書誌] 中田 高義,高橋 則雄,藤原 耕二: "Method for Analyzing Magnetic Fields in Electrical Machines with Moving Conductors" Proceedings of the WCCMIII. 488-489 (1994)
• [文献書誌] 高橋 則雄: "リニア電磁駆動装置の解析手法調査専門委員会活動中間報告(1)-リニア電磁駆動装置における解析手法の動向-" 電気学会リニアドライブ研究会資料. 133-142 (1994)
• [文献書誌] 藤原 耕二,中田 高義: "ICCG法に必要な係数マトリクス中の非零要素分布の高速計算法" 平6電気・情報関連学会中国支部連合大会. (1994)
• [文献書誌] 藤原 耕二,中田 高義: "A-φ法と辺要素を用いた有限要素法におけるICCG法の収束特性について" 平7電気学会全国大会. (1995)