JP5157646B2 - 鉄損最適化システム - Google Patents
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Description
さらに、有限要素法による電磁界解析で解析精度を向上させるためには、解析対象を微小領域に分割することが必要であり、微小領域に分割した解析対象を計算するためには、長時間の計算を余儀なくされる。さらにまた、何らかの最適化アルゴリズムを用いて、制約条件の中での最適鉄損値をこの有限要素法での電磁界解析で求めるためには、1条件につき数週間オーダでの計算時間を必要とする。
によって求められる。
次に、形状変更手段と鉄損最適化手段を用いて鉄損値の最適値を算出する方法について説明する。本発明の対象となる鉄損の最適値を算出する電気機器の一例として、図23に示す電動機を考えるが、他の極数、ならびにスロット数の電動機ならびに変圧器でも同様である。
実施例2として、図23(a)に示す、外径φ200mm、内径φ130mm、積厚70mmのステータコア16に対して、外径φ129mm、積厚70mmの6極のロータ17を挿入したモータに対して、1スロットあたりの励磁電流1100ATrms、50Hzの三相交流を励磁し、供試材は35H300とした条件での電磁場解析により、本発明の有効性を確認した。
焼嵌め時の曲率半径を考慮するため、焼嵌め条件を板厚2.8mmのSS400製の胴シェル(図示せず)を常温でのステータコア外径と常温での胴シェルの内径の差で示される焼嵌め代を直径で200μmとして、また、ステータコアと胴シェルの接触位置を図23(a)で示す接触位置の中心角θ1で表現し、この接触位置を変更することで、必要な保持力を維持したまま、最適な鉄損を得ることができる形状を最適計算にて求める。この接触位置は、極数に応じた60°の回転対称となっている。よって、ステータコアと胴シェルは、12箇所で接触していることになる。
前記磁束密度ベクトルより、図4(b)に示す曲率半径毎のW−B曲線を適用し、微小領域鉄損計算手段5、鉄損総和手段6により鉄損値を得る。この鉄損値が最小値であるか否かならびに焼嵌めによるステータの保持力が基準値を満たしているかを判断基準として鉄損最適判定手段にて判定する。結果が非最適解である場合は、形状変更手段であるパラメータ修正手段21に戻り、最適解が得られるまで構造解析手段23以降の作業を続ける。
2 磁束密度決定手段、
3 磁束密度及び鉄損のデータベース、
4 補間内挿計算手段、
5 微小領域内鉄損計算手段、
6 鉄損総和手段
7 曲率分布算出手段
11 凹型鉄芯
12 円筒リング
16,20 ステータコア
17 ロータ
21 パラメータ修正手段(形状変更手段)
23 構造解析手段
24 最適値判定手段
Claims (8)
- 軟磁性材料の電磁場解析対象領域を複数の微小領域に分割する領域分割手段と、該微小領域における磁性体の予め定められた方向と磁束密度Bの方向との間の成す角度θおよび軟磁性材料の弾性曲げ曲率Kを異方性のパラメータとして、磁束密度Bと磁界Hとを関係付けるH−B曲線および磁束密度Bと鉄損Wとを関係付けるW−B曲線を格納するデータベースと、該データベースに格納されているH−B曲線を基にして、前記微小領域におけるマックスウエル方程式および弾性曲げ曲率Kに基づいて、前記角度θおよび前記磁束密度Bの大きさを決定する磁束密度ベクトル決定手段と、前記データベースに格納されているW−B曲線を基にして、前記微小領域の鉄損Wを計算する鉄損計算手段と、前記微小領域の鉄損Wの総和を求める鉄損総和手段と、軟磁性材料に加わる弾性曲率曲Kの値を算出する構造解析手段と、軟磁性材料に加わる弾性曲げ曲率Kの値を低減させ、鉄損の総和を最小にするために軟磁性材料の形状を変更する形状変更手段と、鉄損の総和が最小であるか否かを判定する鉄損最適判定手段と、を有することを特徴とする鉄損最適化システム。
- 前記磁束密度ベクトル決定手段は、前記弾性曲げ曲率Kを算出する弾性曲げ曲率分布算出手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の鉄損最適化システム。
- 前記磁束密度ベクトル決定手段において、前記磁束密度ベクトルの計算を前記弾性曲率K=0の条件で一度のみ行うことを特徴とする請求項1または2に記載の鉄損最適化システム。
- 前記磁束密度Bおよび磁界Hは、該磁束密度Bと磁界Hとの位相差θBHを考慮して関係付けられることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の鉄損最適化システム。
- 前記磁束密度Bは、時間高調波成分を含む磁束密度であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の鉄損最適化システム。
- 前記軟磁性材料は、電気機器を構成する軟磁性材料であり、前記弾性曲げ曲率Kは、該電気機器の製作時あるいは自重により発生する弾性曲げ曲率であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の鉄損最適化システム。
- 前記磁束密度ベクトル決定手段は、前記微小領域における磁束密度ベクトルを、その大きさBmaxと、前記の磁性体の予め定められた方向とのなす角度θとに分解し、前記H−B曲線から、前記角度θにおけるH−B曲線を導出し、前記微小領域における磁束密度およびその前記角度θ、磁界とが、その曲線上に存在するように、収束計算を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の鉄損最適化システム。
- 前記H−B曲線およびW−B曲線は、前記弾性曲げ曲率Kをパラメータとして、磁束密度と磁界の関係より磁界増分係数α(HK/HK=0)、磁束密度と鉄損値の関係より鉄損増分係数β(WK/WK=0)を求め、前記弾性曲げ曲率K=0のときのH−B曲線に前記磁界増分係数αを乗じて得られるH−B曲線、および弾性曲げ曲率K=0のときのW−B曲線に前記鉄損増分係数βを乗じて得られるW−B曲線であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の鉄損最適化システム。
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