Development of Fast Analysis and Design of Magnetic Components for Switching Converter Driving at Several 10MHz to 100MHz

2022年度は、主に「磁性素子中の巻き線由来の損失の課題」に取り組んだ。磁性素子の巻き線中には、表皮効果・近接効果に関する銅損と寄生キャパシタンスを起因とする誘電損失が存在する。しかし、これらの現象は磁性素子のサイズに比べ、1000分の1以下のミクロ場での現象であり 、有限要素解析を使用する場合要素数が膨大となってしまうため、計算時間が長大となってしまう。上記の問題に取り組むために、今年度申請者は、以下の2つの方法の提案を行った。(i) 寄生キャパしタンスを考慮した拡張Cauer回路の提案　(ii) 寄生キャパシタンスを考慮した均質化有限要素解析上記の方法を用いることで、高精度に寄生キャパシタンスに起因する誘導損失の効果を導入することが可能である。また、解析時間も従来の方法と比較し、非常に高速であり、結果的に100倍以上の高速化を達成している。これらの研究成果を使用することで、数100MHz帯域までの巻線由来の損失を考慮することは可能となる。これらの研究成果に関して、国際学会において、3件の発表を行なっている。2023年度は、高周波磁気損失に関して取り組む。従来は２コイル法と呼ばれている手法が広く用いられているが、高周波測定において精度低下することが知られている。そこで本研究では、共振法と呼ばれる手法を用いて、損失推定を行う。本手法を用いることで、数10MHz~100MHz帯における損失測定を行い、その後その損失推定モデルを構築する予定である。共振法に関する研究はすでに初めており、2023年3月に行われた電気学会全国大会で一件発表を行なっている。ただ、まだ10MHz以下における損失測定になるので、本年度で測定周波数を上げていく予定である。

2022年度は、主に「磁性素子中の巻き線由来の損失の課題」に取り組んだ。磁性素子の巻き線中には、表皮効果・近接効果に関する銅損と寄生キャパシタンスを起因とする誘電損失が存在する。しかし、これらの現象は磁性素子のサイズに比べ、1000分の1以下のミクロ場での現象であり 、有限要素解析を使用する場合要素数が膨大となってしまうため、計算時間が長大となってしまう。上記の問題に取り組むために、今年度申請者は、以下の2つの方法の提案を行った。(i) 寄生キャパしタンスを考慮した拡張Cauer回路の提案　(ii) 寄生キャパシタンスを考慮した均質化有限要素解析上記の方法を用いることで、高精度に寄生キャパシタンスに起因する誘導損失の効果を導入することが可能である。また、解析時間も従来の方法と比較し、非常に高速であり、結果的に100倍以上の高速化を達成している。これらの研究成果を使用することで、数100MHz帯域までの巻線由来の損失を考慮することは可能となる。これらの研究成果に関して、国際学会において、3件の発表を行なっている。2023年度は、高周波磁気損失に関して取り組む。従来は２コイル法と呼ばれている手法が広く用いられているが、高周波測定において精度低下することが知られている。そこで本研究では、共振法と呼ばれる手法を用いて、損失推定を行う。本手法を用いることで、数10MHz~100MHz帯における損失測定を行い、その後その損失推定モデルを構築する予定である。共振法に関する研究はすでに初めており、2023年3月に行われた電気学会全国大会で一件発表を行なっている。ただ、まだ10MHz以下における損失測定になるので、本年度で測定周波数を上げていく予定である。