磁区構造モデルの集合を用いた電磁鋼板のマルチフィジックスモデルの開発

集合磁区モデルはエネルギー極小化に基づいて電磁鋼板の特性を表現するモデルである。本研究では集合磁区モデルに基づき、結晶ごとの磁歪や内部応力、ピンニングサイトの分布などの影響を考慮して電磁鋼板の特性を再現するマルチフィジックスモデルの開発を行った。初めに、応力の分布を考慮した集合磁区モデルの開発を行った。集合磁区モデルでは静磁エネルギーや磁気弾性エネルギーなどの和である全体のエネルギーが極小となるように磁化状態を決定しており、応力が一定であると仮定し磁気弾性エネルギーの計算を行っていたが、実際には結晶磁化容易軸の分布や各結晶内部での磁歪の影響によって、応力は分布している。そこで、集合磁区モデルにおいて内部応力を基に磁気弾性エネルギーを計算するモデルを開発した。このモデルを用いて解析を行うことで、方向性、無方向性電磁鋼板の磁化曲線をより精度よく再現できることを示した。続いて、ピンニングサイトの影響の表現方法についての考察を行った。電磁鋼板を含む鉄心材料の内部には不純部、結晶欠陥、結晶粒界などのピンニングサイトが分布しており、このピンニングサイトによって磁壁の移動が妨げられることによってピンニング型のヒステリシスが発生している。従来の集合磁区モデルではこのピンニングサイトの影響を、各セル内の平均磁化ベクトルの変化の逆向きに一定の大きさのピンニング磁界が発生すると仮定することで、表現している。しかし、実際にはピンニング磁界は一定ではなく電磁鋼板内部のピンニングサイトの分布に依存すると考えられる。そこで、ピンニングサイトの分布を考慮してピンニング型のヒステリシスを表現する手法を提案した。この手法を用いることで従来の集合磁区モデルでは表現困難であった初磁化曲線や各振幅毎のヒステリシスループ幅の違いを表現することが可能となった。

集合磁区モデルはエネルギー極小化に基づいて電磁鋼板の特性を表現するモデルである。本研究では集合磁区モデルに基づき、結晶ごとの磁歪や内部応力、ピンニングサイトの分布などの影響を考慮して電磁鋼板の特性を再現するマルチフィジックスモデルの開発を行った。初めに、応力の分布を考慮した集合磁区モデルの開発を行った。集合磁区モデルでは静磁エネルギーや磁気弾性エネルギーなどの和である全体のエネルギーが極小となるように磁化状態を決定しており、応力が一定であると仮定し磁気弾性エネルギーの計算を行っていたが、実際には結晶磁化容易軸の分布や各結晶内部での磁歪の影響によって、応力は分布している。そこで、集合磁区モデルにおいて内部応力を基に磁気弾性エネルギーを計算するモデルを開発した。このモデルを用いて解析を行うことで、方向性、無方向性電磁鋼板の磁化曲線をより精度よく再現できることを示した。続いて、ピンニングサイトの影響の表現方法についての考察を行った。電磁鋼板を含む鉄心材料の内部には不純部、結晶欠陥、結晶粒界などのピンニングサイトが分布しており、このピンニングサイトによって磁壁の移動が妨げられることによってピンニング型のヒステリシスが発生している。従来の集合磁区モデルではこのピンニングサイトの影響を、各セル内の平均磁化ベクトルの変化の逆向きに一定の大きさのピンニング磁界が発生すると仮定することで、表現している。しかし、実際にはピンニング磁界は一定ではなく電磁鋼板内部のピンニングサイトの分布に依存すると考えられる。そこで、ピンニングサイトの分布を考慮してピンニング型のヒステリシスを表現する手法を提案した。この手法を用いることで従来の集合磁区モデルでは表現困難であった初磁化曲線や各振幅毎のヒステリシスループ幅の違いを表現することが可能となった。