磁気特性の不確定性を考慮した電磁界解析法とロバスト設計法の開発

考虑磁特性不确定性的电磁场分析方法和鲁棒设计方法的发展

基本信息

批准号：
15J01550
负责人：
佐藤佑樹
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

磁性材料の不確定性を考慮した電磁機器の設計・開発のためには，高速な電磁機器の電磁界解析手法が必要となる．近年では，圧粉磁心やマルチターンコイル等の非常に微細な構造を有した電磁機器（インダクタやモータ等）が増えてきている．微細構造しているため，これらをすべて考慮した電磁界解析は計算時間が長大となってしまう．そこで，これらの微細な構造を考慮した高速な電磁界解析の開発のために，我々は均質化法と呼ばれる手法を用いて，研究を進めてきた．まず，本年度は圧粉磁心に着目し研究を行った．圧粉磁心は，数10～数100マイクロメートルの磁性粒子の周りに絶縁膜を施し，その磁性粒子を圧縮成形することにより作られる．磁性粒子サイズが表皮厚よりも十分に小さければ，渦電流損失を防ぐことができ，かつ加工が容易であるため，近年，インダクタやリアクトルの他，回転機への使用が検討されている．磁性粒子中の渦電流までを考慮した解析を有限要素法で行うために，個々の粒子を有限要素に分割すると，膨大な要素数を必要とする．この手法では磁性粒子を球と仮定し，Maxwell方程式を解析的に解くことで球の複素実効透磁率を求める．さらに，Ollendorffの式に求めた複素実効透磁率を代入することで，巨視的な複素実効透磁率(マクロ複素透磁率)を得る．マクロ複素透磁率は圧粉磁心コアの平均的な渦電流損失と近接効果による反磁界を含めた透磁率を表している．圧粉磁芯はマクロ複素透磁率を持つ均質材料としてモデル化できるため，有限要素法の要素数を大幅に削減できる．我々は本手法を時間領域解析を行えるように拡張を行った．この本手法は巨視的な複素実効透磁率をCauer型の図1に示すような等価回路とすることにより，時間領域解析を実現している．また，本手法を用いること今まで解析することのできなかった圧粉磁心の非線形性を有した電磁界解析を行うことができた．

为了考虑磁性材料的不确定性设计和开发电磁设备，需要用于电磁设备的高速电磁场分析方法。近年来，电磁设备（电感，电动机等）的数量增加了，其结构（例如粉末核心和多转线线圈）增加了。由于结构良好，考虑所有这些考虑的电磁场分析将需要很长的计算时间。因此，为了考虑这些精细结构的高速电磁场分析，我们一直在使用一种称为均质化的方法进行研究。首先，今年我们进行了针对粉末磁芯的研究。粉末磁芯是通过在数十个微米之间的磁性颗粒周围涂上绝缘膜并压缩磁性颗粒来制作粉末磁芯。如果磁性粒径足够小于皮肤厚度，则可以预防涡流损耗并容易加工，并且近年来已考虑在旋转机器以及电感器和反应器中使用。为了使用有限元法在磁颗粒中的涡流进行分析，当单个颗粒分为有限元时，需要大量元素。该方法假设磁性颗粒是球体，并通过分析求解麦克斯韦方程来计算球体的复杂有效磁渗透性。此外，通过替换从Ollendorff方程获得的复杂有效渗透性，我们获得了宏观复杂的有效渗透性（宏复杂的磁透气性）。宏复合物渗透性代表渗透率，包括粉末核心的平均涡流损失以及由接近效应引起的磁磁场。粉末芯可以建模为具有宏复合渗透性的均质材料，从而大大减少了有限元方法中的元素数量。我们扩展了此方法以允许时域分析。该方法通过使用宏观复杂的有效渗透性作为尾部类型的等效电路来实现时间域分析，如图1所示。此外，通过使用这种方法，我们能够使用粉末核的非线性进行电磁场分析，直到现在才能进行分析。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Time-periodic Eddy Current Analysis using Model Order Reduction and Time-periodic Explicit Error Correction Method

使用模型降阶和时间周期显式误差校正方法进行时间周期涡流分析

DOI：
10.1541/ieejpes.137.202
发表时间：
2017
期刊：
IEEJ Transactions on Power and Energy
影响因子：
0
作者：
Y. Sato;H. Igarashi
通讯作者：
H. Igarashi

Fast-Finite Element Analysis pf IPM Motors Using Block Model Order Reduction

使用块模型降阶对 IPM 电机进行快速有限元分析

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
IEEE Transaction on Magnetics
影响因子：
0
作者：
Toshihito Shimotani;Yuki Sato;takahiro Sato;Hajime Igarashi
通讯作者：
Hajime Igarashi

Adaptive Subdomain Model Order Reduction With Discrete Empirical Interpolation Method for Nonlinear Magneto-Quasi-Static Problems

DOI：
10.1109/tmag.2015.2489264
发表时间：
2016-03
期刊：
IEEE Transactions on Magnetics
影响因子：
2.1
作者：
Yuki Sato;M. Clemens;H. Igarashi
通讯作者：
Yuki Sato;M. Clemens;H. Igarashi

Homogenization Method Based on Model Order Reduction for FE Analysis of Multi-Turn Coils

基于模型降阶的多匝线圈有限元分析均质化方法

DOI：
10.1109/tmag.2017.2671449
发表时间：
2017
期刊：
IEEE Transaction on Magnetics
影响因子：
0
作者：
Yuki Sato;Hajime Igarashi
通讯作者：
Hajime Igarashi

非線形性と渦電流を考慮したインダクタのCauer型等価回路生成

考虑非线性和涡流的电感器考尔型等效电路生成

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tsubasa Maruyama;Satoshi Kanai;Hiroaki Date;Mitsunori Tada;丸山　翼，金井　理，伊達　宏昭;佐藤佑樹，五十嵐一;丸山　翼，金井　理，伊達　宏昭;佐藤佑樹，五十嵐一
通讯作者：
佐藤佑樹，五十嵐一