[W-MA-76] 加工歪を考慮した電磁界・鉄損解析のための材料モデリング手法

目次
1. 背景
2. 提案手法
3. 回転機への適用
4. まとめ
5. 参考文献

1. 背景

電磁機器の高効率化に伴い電磁界解析において損失解析の高精度化が重要な課題となっている。例えば鉄損解析ではプレイモデルや均質化法など高精度な材料モデルの実用化が進んでいる。一方、加工歪や応力の影響、特に損失の増加については、研究が進むものの実用的な材料モデリングが確立されていない。
本資料では打抜きによる影響が切断面からの距離の関数で表現できると仮定し電磁界解析・鉄損解析を行う方法を提案する。

2. 提案手法

図1に材料測定から解析までの流れを示す。プロセスは単板試験、劣化特性分布の同定、FEAモデルへの適用からなる。

図1 加工歪を考慮した電磁界解析・鉄損解析のプロセス図1 加工歪を考慮した電磁界解析・鉄損解析のプロセス

劣化分布関数を同定するために、非劣化と複数の切断幅の単板試験を行い磁化特性、鉄損特性を測定する。次に測定結果を入力として劣化分布の同定を行う。劣化分布は非劣化の特性を基準として劣化の空間分布を表す関数形をかける形で表現する。同定結果として関数形のパラメータを求めることとなる。このとき、関数形のパラメータは材質および加工方法によって異なるため、異なる鋼種、加工方法を採用する場合は都度材料測定が必要となる。関数形として指数関数を採用した。これは切断による影響は切断面で最も大きく、内部に入るほど小さくなるという仮定に基づく。
関数形が求まると切断面からの距離に応じた材料特性を有限要素モデルへ適用する。解析モデルを切断面に相当する面から層状に区切り、各領域の材料特性を切断面からの距離に応じて入力する。領域内の特性は均一とする。(続く)

磁化特性の劣化分布関数の同定磁化特性の劣化分布関数の同定
切断幅ごとに測定された比透磁率減少量にフィットするように式(1)の比透磁率分布関数のパラメータを同定する。

鉄損特性の劣化分布関数の同定鉄損特性の劣化分布関数の同定
鉄損特性の劣化をヒステリシス損失係数の増加で表現する。切断幅ごとに測定されたヒステリシス損失係数増加率にフィットするように式(2.1)のヒステリシス損失係数分布関数のパラメータを同定する

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