電磁機器の解析・最適化のための圧粉磁心の数理モデルに関する研究

申請者は本研究以前に電磁界解析を用いて，圧粉磁芯を構成する磁性粒子のミクロな物性からマクロな磁気特性を推定する数値解析手法を開発していた．これまで一般的に圧粉磁芯のマクロ磁気特性の推定に用いられていたのはOllendorffの式と呼ばれる理論式であり，申請者が開発した推定手法は線形磁気特性時にはOllendorffの式で得られる推定値と一致したマクロ磁気特性が得られる．本研究では，その開発した推定手法を磁性粒子の（１）渦電流特性，（２）ヒステリシス特性，（３）応力による粒子形状の不均質性，以上の３点を考慮した拡張を行うことを目的としていた．採用１年度目では（１）の研究を進めていく中で，圧粉磁芯の製造時に発生する磁性粒子間の物理的接触や磁気的結合が圧粉磁芯のマクロ磁気特性に大きな影響を与えており，それらが磁性粒子の体積充填率を実効的に上昇させていることを明らかにした．採用２年度では，上記で明らかになった原因を考慮した新たな数値解析手法を開発した．採用以前に申請者が開発した数値解析手法は，有限要素法による電磁界解析を用いた手法であるため，有限要素モデルを作成する必要がある．採用１年度目では，実際の圧粉磁芯の断面図写真から２次元有限要素モデルを作成したが，より高い精度を実現するためには３次元有限要素モデルを作成しなければならない．しかし，磁性粒子間の物理的接触や磁気的結合を含んだ３次元有限要素モデルの作成は非常に困難であり，実現はほとんど不可能である．したがって，有限要素法を使用せず，磁気回路法を用いることで磁性粒子間の物理的接触や磁気的結合を考慮した圧粉磁芯の３次元モデルを作成し，電磁界解析を行う新たな手法を開発した．この新たな推定手法を開発したことにより，磁性粒子間の物理的接触や磁気的結合を考慮した（１），（２），（３）への拡張が現実的となった．

申請者は本研究以前に電磁界解析を用いて，圧粉磁芯を構成する磁性粒子のミクロな物性からマクロな磁気特性を推定する数値解析手法を開発していた．これまで一般的に圧粉磁芯のマクロ磁気特性の推定に用いられていたのはOllendorffの式と呼ばれる理論式であり，申請者が開発した推定手法は線形磁気特性時にはOllendorffの式で得られる推定値と一致したマクロ磁気特性が得られる．本研究では，その開発した推定手法を磁性粒子の（１）渦電流特性，（２）ヒステリシス特性，（３）応力による粒子形状の不均質性，以上の３点を考慮した拡張を行うことを目的としていた．採用１年度目では（１）の研究を進めていく中で，圧粉磁芯の製造時に発生する磁性粒子間の物理的接触や磁気的結合が圧粉磁芯のマクロ磁気特性に大きな影響を与えており，それらが磁性粒子の体積充填率を実効的に上昇させていることを明らかにした．採用２年度では，上記で明らかになった原因を考慮した新たな数値解析手法を開発した．採用以前に申請者が開発した数値解析手法は，有限要素法による電磁界解析を用いた手法であるため，有限要素モデルを作成する必要がある．採用１年度目では，実際の圧粉磁芯の断面図写真から２次元有限要素モデルを作成したが，より高い精度を実現するためには３次元有限要素モデルを作成しなければならない．しかし，磁性粒子間の物理的接触や磁気的結合を含んだ３次元有限要素モデルの作成は非常に困難であり，実現はほとんど不可能である．したがって，有限要素法を使用せず，磁気回路法を用いることで磁性粒子間の物理的接触や磁気的結合を考慮した圧粉磁芯の３次元モデルを作成し，電磁界解析を行う新たな手法を開発した．この新たな推定手法を開発したことにより，磁性粒子間の物理的接触や磁気的結合を考慮した（１），（２），（３）への拡張が現実的となった．