有限要素法および境界要素法を用いた電気機器のおける電磁力解析手法の開発

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06650338
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 小貫 天 早稲田大学, 理工学部, 教授 (80063428)
• 研究分担者: 若尾 真治 早稲田大学, 理工学部, 専任講師 (70257210) ; 石山 敦士 早稲田大学, 理工学部, 教授 (00130865)
• キーワード: 有限要素法 / 境界要素法 / 有限要素・境界要素併用法 / リニアモータ / ブロック給電法 / 超伝導機器

研究概要

本研究は、電気機器設計に対する応用を前提とした、三次元電磁界の有力な電磁力解析手法の開発を目的としている。解析手法としては、有限要素法、境界要素法、それに加えて我々が過去10年近くにわたって研究開発してきた有限要素・境界要素併用法を採用し、これらに関する基礎理論の研究と、実機解析への応用を課題としてきた。本年度の研究としては、はじめに基礎理論の開発に関して、従来の有限要素・境界要素併用法の欠点であった最終マトリクス処理の困難さを改善するための新たな解析手法の提案をおこなった。これは有限要素法、境界要素法を交互に適用することで、従来の併用法と比べマトリクス処理を簡単にすると同時に、計算機必要記憶容量の削減を実現できるものである。また、実機解析への応用としては、特に短二次リニアモータの一次コイル結線法・給電法に関する検討をおこない、今後の設計への指針を与えることができた。さらに、これらの検討結果をもとに新たなブロック給電スイッチング法に関する検討をおこなった。提案方式はコイル毎にスイッチングをおこなうことで従来の方法と比べ格段に励磁区間を短く設定できるものであり、本方式の有用性は試作機を用いた実験によりしめすことができた。この他にも回転型モータ、超伝導機器に対する解析をおこない、機器の特性改善の指針となる有効な解析結果を得て、各提案手法の妥当性と有効性を確認した。以上、本年度は研究期間を通して予定通り研究を進める事ができた。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kamiya: "3D Eddy current analysis by the finite element method using double nodes technique" IEEE Transactions on Magnetics. 32・3. 741-744 (1996)
• [文献書誌] T.Onuki: "Characteristics of two-dimensional linear induction motor by phase control" International conference on electrical machines (ICEM 96). 3. 279-284 (1996)
• [文献書誌] 紙屋雄史: "定電圧源駆動短二次リニア誘導モータの一次コイル結線法の検討" 電気学会論文誌D. 116・12. 1283-1288 (1996)
• [文献書誌] T.Onuki: "Magnetic field analysis of nonlinear system considering both motion and voltage equations" IEEE Transactions on Magnetics. 33 (掲載決定). (1997)
• [文献書誌] T.Onuki: "Hybrid trefftz and finite element method applied to magnetic field analysis for rotating machines" IEEE Transactions on Magnetics. 33 (掲載決定). (1997)
• [文献書誌] T.Onuki: "A numerical calculation of open boundary problem by applying FEM and BEM alternately" Journal of Applied Physics. 81・8 (掲載決定). (1997)
• [文献書誌] S.Noguchi: "An optimal design method for higthly homogeneous and high-field superconducting magnets" IEEE Transactions on Magnetics. 32. 2655-2658 (1996)
• [文献書誌] M.Tsuda: "Stability of non-insulated A.C.multi-strand superconducting cables" IEEE Transactions on Magnetics. 32. 2854-2857 (1996)
• [文献書誌] S.Noguchi: "Optimal design method for MRI superconducting magnets with ferromagnetic shield" IEEE Transactions on Magnetics. 33 (掲載決定). (1997)
• [文献書誌] S.Wakao: "A new design approach to the shape and topology optimization of magnetic shields" Journal of Applied Physics. 81・8 (掲載決定). (1997)