トポロジー最適化を用いた高効率非接触給電の実現

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2021年度は非接触給電における，コイルおよび磁気コア形状の同時最適化に取り組んだ．申請者らは2019年度に，コイル形状を電流ベクトルポテンシャルでトポロジー最適化する手法を開発したが，実機の磁気特性を改善するには不十分であった．そこで，今年度はコイル形状に対してのみパラメータ最適化を適用し，磁気コア形状に対してはトポロジー最適化を適用する，同時最適化法を新たに検討した．コイルのパラメータ最適化により形状表現の自由度は低下したが，ターン数など磁気特性に影響する要因の調整が可能となった．これより，非接触給電の磁気特性が電流ベクトルポテンシャルを用いる方法に比べ，十分に改善されることを確認した．また，コイルターン数の調整が容易になったことで，インダクタンスを目標値に近づけるような形状最適化も実現可能となった．以上の手法については今後，結果をまとめた上で学会発表および論文誌に投稿する予定である．また，本年度は磁気コアの鉄損計算に関する手法も新たに検討した．現在広く用いられているSteinmetzの式における問題点として，非正弦波励磁や直流重畳磁界による鉄損計算に対応していないことが挙げられる．これは，Steinmetzの式が正弦波励磁を前提としていることに起因する．そこで申請者らは，任意の曲面を滑らかに補間可能なカーネル関数法を用いて，鉄損密度実測値に対する応答曲面を構成し，直流重畳磁界を含むインダクタ鉄損を精度良く解析することを実現した．実際，提案法を条件が異なる複数のインダクタに対して適用し，その鉄損解析結果が実測値に良く一致することを確認した．なお，今年度は非正弦波励磁下における鉄損計算を提案法により実現することはできなかったが，磁気コアの鉄損計算に提案法は広く適用可能と考える．