電気機器限界設計のための鉄芯材料最適化手法の研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23560328
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松尾 哲司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20238976)
• 研究分担者: 美舩 健 (20362460)
• 連携研究者: 開道 力 (20373558)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 電気機器工学 / 磁性 / 計算材料物理学 / 電磁鋼板 / 有限要素磁界解析

研究概要

鉄芯のマクロ特性を材料データから模擬する基礎的な物理モデルを開発した。
鉄芯内の磁化過程を明らかにするために，機械的応力下・直流重畳下など各種条件での電磁鋼板磁気特性を測定し，巨視的特性が磁壁移動・磁化回転・ピンニングなど微視的磁化過程のモデル化によって説明できることを示した。
結晶粒スケールモデルである単純化磁区構造モデルの集合として，巨視的な磁化過程の物理的モデルを構築した。全体磁気エネルギーの極小化により磁化過程が決定される。集合モデルにより，電磁鋼板の特性と定性的に一致する磁化曲線を得た。ベクトルヒステリシス特性を考慮した，実用的な計算時間での有限要素磁界解析手法を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] A Vector Play Model for Finite- Element Magnetic-Field Analysis with Newton-Raphson Method (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Mitsuoka, T. Mifune, T. Matsuo, C. Kaido
  • 雑誌名: IEEE Trans. Magn 巻: Vol. 49, No. 5 ページ: 1689-1692
  • DOI: 10.1109/TMAG.2013.2244076
• [雑誌論文] A Simplified Domain Structure Model Exhibiting Pinning Field (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sudo, T. Mifune, T. Matsuo, C. Kaido
  • 雑誌名: IEEE Trans. Magn 巻: Vol. 49, No. 5 ページ: 1829-1832
  • DOI: 10.1109/TMAG.2013.2245313
• [雑誌論文] Dynamic and Anisotropic Vector Hysteresis Model Based on Isotropic Vector Play Model for Non-Oriented Silicon Steel Sheet (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuo, M. Miyamoto
  • 雑誌名: IEEE Trans. Magn 巻: Vol. 48, No. 2 ページ: 215-218
  • DOI: 10.1109/TMAG.2011.2173751
• [雑誌論文] Magnetization Modeling of Silicon Steel Using a Simplified Domain Structure Model (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Sudo, T. Matsuo
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: Vol. 111, Issue 7, 07D107
  • DOI: 10.1063/1.3672073
• [雑誌論文] Dynamic Hysteresis Modeling of Silicon Steel Having Nonuniform Magnetic Property (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Mitsuoka, T. Mifune, T. Matsuo
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: Vol. 111, Issue 7, 07D110
  • DOI: 10.1063/1.3672864
• [雑誌論文] 無方向性電磁鋼板における磁化曲線モデリングの検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 開道力
  • 雑誌名: 電学論A 巻: Vol. 131 ページ: 466-471
  • DOI: 10.1541/ieejfms.131.466
• [学会発表] 電磁鋼板内特性分布を考慮した磁気特性モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 開道力, 李燦, 宮田健治, 松尾哲司, 美舩健, 中西竜也
  • 学会等名: 電学静止器・回転機合同研
  • 発表場所: (資SA-14-007/RM-14-007)
  • 年月日: 20140000
• [学会発表] 方向性電磁鋼板のTD磁気特性における磁区モデル (2013)
  • 著者名/発表者名: 開道力, 松尾哲司, 美舩健, 李燦, 宮田健治
  • 学会等名: 電学静止器・回転機合同研
  • 発表場所: (資SA-13-007/RM-13-007)
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] 磁区モデルによる方向性電磁鋼板鉄心の性能算定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 開道力, 松尾哲司, 美舩健, 宮田健治, 李燦
  • 学会等名: 電学マグネティックス研
  • 発表場所: (資MAG-13-015)
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] 電磁鋼板におけるマイナーループ簡易モデルの高精度化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中西竜也, 開道力, 宮田健治, 李燦, 松尾哲司
  • 学会等名: 電学静止器・回転機合同研
  • 発表場所: (資SA-13-073/RM-13-087)
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] Macroscopic Magnetization Modeling Using Assembly of Simplified Domain Structure models (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuo, C. Kaido
  • 学会等名: 21th Soft Magnetic Materials Conference
  • 発表場所: Budapest, Hungary(B2-07)
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] 単純化磁区構造モデルの集合によるマクロ磁化過程解析に関する検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松尾哲司, 伊藤俊平, 開道力
  • 学会等名: 電学マグネティックス研
  • 発表場所: (資MAG-13-142)
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] プレイモデルと有限要素渦電流解析を用いた電磁鋼板の交流ベクトルヒステリシスモデルの検討(その2) (2012)
  • 著者名/発表者名: 光岡隆平, 美舩健, 松尾哲司
  • 学会等名: 電学静止器・回転機合同研
  • 発表場所: (資SA-12-017/RM-12-017)
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] ベクトルプレイモデルの微分計算と有限要素磁界解析への応用に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 光岡隆平, 美舩健, 松尾哲司, 開道力
  • 学会等名: 電学静止器・回転機合同研
  • 発表場所: (資SA-12-100/ RM-12-115)
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] 方向性電磁鋼板鉄心によるリラクタンストルク発生モデル (2012)
  • 著者名/発表者名: 開道力, 宮田健治, 李燦, 松尾哲司, 美舩健
  • 学会等名: 電学静止器・回転機合同研
  • 発表場所: (資SA-12-105/ RM-12-120)
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] ピンニングを考慮した単純化磁区構造モデルに関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 須藤正人, 美舩健, 松尾哲司, 開道力
  • 学会等名: 平24電学基礎・材料・共通部門大会
  • 発表場所: (P-11)
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] A Simplified Domain Structure Model Exhibiting Pinning Field (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Sudo, T. Mifune, T. Matsuo, C. Kaido
  • 学会等名: 15th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation
  • 発表場所: Oita, Japan(MP2-17, p. 42)
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] A Vector Play Model for Finite- Element Magnetic-Field Analysis with Newton-Raphson Method (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Mitsuoka, T. Mifune, T. Matsuo, C. Kaido
  • 学会等名: 15th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation
  • 発表場所: Oita, Japan(TP2-15, p. 212)
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] 単純化磁区構造モデルによる電磁鋼板磁化過程表現に関する予備的検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤正人, 松尾哲司
  • 学会等名: 電学マグネティックス研
  • 発表場所: (資MAG-11-026)
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] 無方向性電磁鋼板磁気特性の応力依存性における磁化機構の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高原英実, 開道力
  • 学会等名: 電学マグネティックス研
  • 発表場所: (資MAG-11-29)
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] 無方向性電磁鋼板磁気特性の応力依存性における磁化機構の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高原英実, 開道力
  • 学会等名: 平23電学基礎・材料・共通部門大
  • 発表場所: (IV-5, pp.135-140)
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] 塑性変形による鉄心性能劣化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 開道力, 新井聡
  • 学会等名: 平23電学基礎・材料・共通部門大会
  • 発表場所: (IV-6, pp.140-146)
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] プレイモデルと有限要素渦電流解析を用いた電磁鋼板の交流ベクトルヒステリシスモデルの検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 光岡隆平, 美舩健, 松尾哲司
  • 学会等名: 電学静止器・回転機合同研
  • 発表場所: (資SA-11-069/RM-11-082)
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] 電磁鋼板磁気特性における応力歪モデル (2011)
  • 著者名/発表者名: 開道力, 高原英実, 李燦, 宮田健治
  • 学会等名: 電学静止器・回転機合同研
  • 発表場所: (資SA-11-65/ RM-11-78)
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] Dynamic Hysteresis Modeling of Silicon Steel Having Nonuniform Magnetic Property (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Mitsuoka, T. Mifune, T. Matsuo
  • 学会等名: 56th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Scottsdale, USA(GP-03)
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] Magnetization Process Modeling for Silicon Steel Using Simplified Domain-Structure Model (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sudo, T. Matsuo
  • 学会等名: 56th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Scottsdale, USA,(GP-15)
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] 単純化磁区構造モデルによる電磁鋼板磁化過程表現に関する検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤正人, 松尾哲司
  • 学会等名: 電学マグネティックス研
  • 発表場所: (資MAG-11-118)
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] 電磁鋼板の磁気特性への結晶粒界依存性モデル (2011)
  • 著者名/発表者名: 開道力
  • 学会等名: 電学マグネティックス研
  • 発表場所: (資MAG-11-138)
  • 年月日: 20110000