[W-MA-46] 1次元有限要素法を用いた電磁鋼板渦電流損失計算法

目次
1. 背景と課題
2. 課題へのアプローチ
3. 計算法の違いによる損失比較
4. 残された課題
5. まとめ
6. 参考文献

1. 背景と課題

電磁機器の高効率化が進んでおり、電磁界解析において鉄損解析の精度向上が課題となっている。特に家電、電動駆動自動車などに希土類永久磁石を用いた永久磁石同期機が適用され高効率化がなされると、鉄損評価も高い精度で行うことが求められる。
電磁鋼板の渦電流損失を計算する場合、従来は解析で得られた磁束密度波形をフーリエ変換し、実測の鉄損特性を突き合わせて渦電流損失を見積もっている。ただし、この計算方法は鉄損特性の測定と同じ状態でなければ精度の高い解析が出来ない。例えば、測定の上限周波数より解析の周波数の方が高い場合や交流に直流重畳している場合などが挙げられる。本来すべきことは鋼板をモデル化し、物理モデルを使って鋼板内の電流分布を正確に解くことだが、鋼板を忠実にモデル化すると要素数が増加し、計算時間が多大となり実用的でない場合がある。

2. 課題へのアプローチ

従来の課題に対し、物理モデルを使い鋼板内の電流分布を解く方法が提案されている。図2のように二次元(あるいは三次元)磁界解析で求めた磁束密度を境界条件とし、鋼板の厚み方向の磁束密度や渦電流の分布を解く(以降、1D法)。この方法であれば、積層鋼板を忠実にモデル化する三次元解析に比べて、要素数や計算時間を低減させることができる。鉄損特性のような励磁状態に応じた測定量に依存せず、B-Hカーブおよび電気伝導率といった励磁状態によらない物性値のみを使用するため、任意の駆動状態に対応できる。(続く)

1D法のアルゴリズム
1D法のアルゴリズム

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