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2010 年度 実績報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 20560280
研究機関早稲田大学

研究代表者

若尾 真治  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70257210)

キーワード電磁界解析 / 電気機器設計 / 有限要素法 / 積層鉄心 / 無限辺要素
研究概要

近年、環境エネルギー問題への配慮から、電気機器設計分野においては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等の部材を用いた機器の高精度な電磁界解析が必要となる。積層鉄心の微細構造の詳細なモデルリングに代表されるように解析対象がますます複雑化しており、電磁界解析時の計算時間のさらなる高速化に関する課題は深刻さを増している状況にある。このような背景のもと、本研究においては、機器解析の高速化による実用性の向上や、複雑形状を有する電気機器の省エネルギー設計に耐えうる高精度な数値解析手法の開発を目的としている。
電磁現象は本質的な特性としてその影響が広範な領域に及ぶため、機器本体以外にその周辺の空気領域も含めて解析する必要がある。特に、機器内に積層鉄心のような高アスペクト比を有する部材が用いられている場合には、部材における扁平メッシュ形状の影響が空気領域のメッシュ分割にも及び、総メッシュ数が増大し、磁気ベクトルポテンシャルや電気スカラポテンシャルなどの未知変数の求解、すなわち連立一次方程式を解く際の計算時間の大幅な増加につながる恐れがある。
上記の計算コストを削減するための方策の一つとして、本研究では、有限要素解析をベースに無限辺要素を併用する開領域問題解析手法の開発を行った。提案手法においては、解くべきシステムマトリクスの対称性およびスパース性を失わない定式化の開発を行い、開発手法の解析精度や収束性などの特性を、様々なベンチマークモデルを用いて調査した。特に、機器設計において評価対象となる電磁力やインダクタンスなどにも焦点を当てて開発手法の妥当性の検証を行った。最終的には積層鉄心を含む例題にも開発手法を適用し、従来の有限要素法のみによる解析時と比較し、十分な解析精度を保ったまま大幅な計算時間の短縮を実現し、提案手法の有効性を実証した。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Large-Scale Analysis of Magnetic Particle Dynamics Taking into account Contact Force and Magnetic Interaction with the Fast Multipole Method2011

    • 著者名/発表者名
      T.Tatsuishi, Y.Takahashi, M.Miwa, S.Wakao, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: vol.109 ページ: 07D331-1-07D331-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Finite Element Analysis of Magnetic Field Problem with Open Boundary Using Infinite Edge Element2011

    • 著者名/発表者名
      S.Tamitani, T.Takamatsu, A.Otake, S.Wakao, A.Kameari, Y.Takahashi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: vol.47, No.5(in press)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance Evaluation of Parallel Fast Multipole Accelerated Boundary Integral Equation Method in Electrostatic Field Analysis2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Takahashi, T.Iwashita, H.Nakashima, S.Wakao, et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: vol.47, No.5(in press)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Convergence Acceleration in Steady State Analysis of Synchronous Machines Using Time-Periodic Explicit Error Correction Method2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Takahashi, et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: vol.47, No.5(in press)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design of Railway Wheel Detector Insusceptible to Electromagnetic Noise2010

    • 著者名/発表者名
      A.Otake, K.Takayasu, S.Wakao, et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: vol.46, no.8 ページ: 2731-2734

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Convergence Acceleration of Time-Periodic Electromagnetic Field Analysis by Singularity Decomposition-Explicit Error Correction Method2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Takahashi, et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: vol.46, no.8 ページ: 2947-2950

    • 査読あり
  • [学会発表] ヒルベルト行列の直交化による無限辺要素法の収束性改善2011

    • 著者名/発表者名
      津崎賢大
    • 学会等名
      電気学会全国大会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2011-03-18
  • [学会発表] 電気機器の多目的最適化におけるパレート解の多様性向上に関する検討2010

    • 著者名/発表者名
      鶴見祐輔
    • 学会等名
      第19回MAGDAコンファレンス
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2010-11-23
  • [学会発表] 辺要素無限要素法を用いた三次元磁界解析2010

    • 著者名/発表者名
      民谷智史,高松智明,若尾真治,亀有昭久,高橋康人,藤原耕二,石原好之
    • 学会等名
      電気学会静止器・回転器合同研究会
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      2010-09-28
  • [学会発表] 電気機器の過渡磁界解析におけるTDC法およびTP-EEC法の検討2010

    • 著者名/発表者名
      高橋康人,徳増正,藤田真史,若尾真治,藤原耕二,石原好之
    • 学会等名
      電気学会静止器・回転器合同研究会
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      2010-09-28
  • [学会発表] Multiobjective Design Optimization of Electric Machine by Using Genetic Algorithm with Aggressive Species Diversity2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Tsurumi
    • 学会等名
      14th IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC 2010)
    • 発表場所
      Chicago
    • 年月日
      2010-05-11

URL: 

公開日: 2012-07-19  

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