JP5439279B2 - Optimal design system for electromagnetic equipment - Google Patents

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Description

本発明は、電磁機器の最適設計法に係り、複数の解析手法を同時に解きながら高速に最適化計算を行うための電磁機器の最適設計システムに関するものである。   The present invention relates to an optimum design method for an electromagnetic device, and more particularly to an optimum design system for an electromagnetic device for performing optimization calculation at high speed while simultaneously solving a plurality of analysis methods.

近年、計算機の性能の向上と記録容量の増加により、複数の解析手法を連成した高精度な最適化技術が開発されている。例えば特許文献1では、最適化計算の精度の向上を図るために、構造解析,熱解析,流体解析,電磁界解析などの複数の解析手法を連成した最適化計算を行う方法について述べている。その計算順序は以下のようになっている。(1)解析に必要なデータを入力し、(2)複数の解析を連成させて同時に解き、(3)得られた解析結果の最適化を行い、(4)最適化の過程および最適化の結果で必要となる解析条件や形状データを変更する。これらの一連の操作を最適化計算が収束するまで繰り返し行う。   In recent years, a highly accurate optimization technique in which a plurality of analysis methods are coupled has been developed by improving the performance of a computer and increasing the recording capacity. For example, Patent Document 1 describes a method for performing optimization calculation in which a plurality of analysis methods such as structural analysis, thermal analysis, fluid analysis, and electromagnetic field analysis are coupled in order to improve the accuracy of optimization calculation. . The calculation order is as follows. (1) Input data necessary for analysis, (2) Couple multiple analyzes and solve simultaneously, (3) Optimize the obtained analysis results, (4) Optimization process and optimization The analysis conditions and shape data required for the results are changed. These series of operations are repeated until the optimization calculation converges.

特開2007−122098号公報JP 2007-122098 A

「減磁を考慮した小形回転機の熱・電圧・磁界の連成解析」山口忠・河瀬順洋・渡辺将史・樋田直孝・中村一也・福島絵理、電気学会静止器・回転機合同研究会資料、SA−06−91/RM−06−93、2006年"Coupled analysis of heat, voltage, and magnetic field of small rotating machines considering demagnetization" Tadashi Yamaguchi, Junhiro Kawase, Masafumi Watanabe, Naotaka Hamada, Kazuya Nakamura, Eri Fukushima, Institute of Electrical Engineers of Japan Source, SA-06-91 / RM-06-93, 2006

非特許文献1では、熱と磁界の連成解析を行った事例が示されている。熱解析と磁界解析に三次元有限要素法を使用していることから、1回の連成解析の計算に1ヶ月程度の時間を要している。一方、特許文献1は、目的関数の計算に必要な諸量を連成解析で計算していることから、最適化計算が収束するまでにかなりの時間を要するものと推察される。このように、連成解析と最適化の組み合わせた最適設計は、計算時間の短縮が課題となる。   Non-Patent Document 1 shows a case where a coupled analysis of heat and magnetic field is performed. Since the three-dimensional finite element method is used for thermal analysis and magnetic field analysis, it takes about one month to calculate one coupled analysis. On the other hand, in Patent Document 1, since various quantities necessary for calculating the objective function are calculated by coupled analysis, it is assumed that it takes a considerable time for the optimization calculation to converge. In this way, the optimal design that combines coupled analysis and optimization has a problem of shortening the calculation time.

上記課題を解決するために、設計変数の組を受け取り、この設計変数の組に基づいて関数値を計算して出力する目的関数演算部と、前記関数値が極大または極小となる前記設計変数の組を探索する最適化の手段よりなる最適設計システムにおいて、前記目的関数演算部が、電磁機器に関する寸法データや物性値といった物理量を履歴ファイルから入力でき、かつ、この物理量を反映させて計算した最新の物理量を前記履歴ファイルに書き込む機能を持ち、前記最適化の手段が直接探索法のアルゴリズムに基づくように構成すればよい。   In order to solve the above-described problem, an objective function calculation unit that receives a set of design variables, calculates a function value based on the set of design variables, and outputs the function value; and the design variable that has the maximum or minimum function value. In the optimum design system comprising optimization means for searching for pairs, the objective function calculation unit can input physical quantities such as dimension data and physical property values related to electromagnetic equipment from a history file, and the latest calculation calculated by reflecting these physical quantities. It is sufficient that the physical quantity is written in the history file, and the optimization means is based on a direct search algorithm.

本発明によれば、高速に最適化計算を行うことができる。   According to the present invention, optimization calculation can be performed at high speed.

本発明の第1の実施形態である小形化設計を行う永久磁石式同期電動機を回転軸方向に断面した概略図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Schematic which cut down the permanent-magnet-type synchronous motor which performs the miniaturization design which is the 1st Embodiment of this invention to the rotating shaft direction. 本発明の第1の実施形態である図1の永久磁石式同期電動機を半径方向に断面し、それを展開して一部を抜き出した概略図。FIG. 2 is a schematic diagram in which the permanent magnet type synchronous motor of FIG. 1 which is the first embodiment of the present invention is sectioned in a radial direction, and a part of the permanent magnet type synchronous motor is extracted. 本発明の第1の実施形態である永久磁石の減磁曲線上における不可逆減磁の考え方を示す模式図。The schematic diagram which shows the view of the irreversible demagnetization on the demagnetization curve of the permanent magnet which is the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1,第3の実施形態である最適化計算の全体の流れを示す図。The figure which shows the whole flow of the optimization calculation which is the 1st, 3rd embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態であるメッシュの寸法矛盾や位置関係の干渉を回避する手段を示す図。The figure which shows the means to avoid the dimensional contradiction of the mesh which is the 1st Embodiment of this invention, and the interference of positional relationship. 本発明の第1の実施形態である熱等価回路網法における熱モデルの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the thermal model in the thermal equivalent network method which is the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態である図1,図2の電動機を熱等価回路網でモデル化した熱モデルを示す図。The figure which shows the thermal model which modeled the electric motor of FIG. 1, FIG. 2 which is the 1st Embodiment of this invention with the heat | fever equivalent circuit network. 本発明の第1の実施形態である図7の熱モデルの固定子巻線の温度特性を示す図。The figure which shows the temperature characteristic of the stator winding | coil of the thermal model of FIG. 7 which is the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態である最適化変数を示す図。The figure which shows the optimization variable which is the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態である断面形状と固定子巻線の巻数の見直しによるコア積厚の短縮を行った最適化の結果(目的関数および制約条件の推移)を示す図。The figure which shows the optimization result (transition of an objective function and constraint conditions) which shortened the core thickness by reviewing the cross-sectional shape which is the 1st Embodiment of this invention, and the number of turns of a stator winding | coil. 本発明の第1の実施形態である最適化の計算過程における固定子巻線の抵抗率と永久磁石の残留磁束密度の推移を示す図。The figure which shows transition of the resistivity of the stator winding | coil in the calculation process of the optimization which is the 1st Embodiment of this invention, and the residual magnetic flux density of a permanent magnet. 本発明の実施形態2を示す永久磁石同期機の軸方向断面図。The axial direction sectional drawing of the permanent magnet synchronous machine which shows Embodiment 2 of this invention. 本発明における熱解析を実施するための回転機の熱回路網(軸方向断面図)。The thermal circuit network (axial direction sectional drawing) of the rotary machine for implementing the thermal analysis in this invention. 本発明の実施形態4の効果を示す結果。The result which shows the effect of Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施形態6の説明図。Explanatory drawing of Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態6の効果。The effect of Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態9の説明図。Explanatory drawing of Embodiment 9 of this invention. 本発明の実施形態10の説明図。Explanatory drawing of Embodiment 10 of this invention.

図1〜図17を用いて、本発明の一実施形態である永久磁石式同期電動機の最適設計について説明する。   The optimum design of the permanent magnet type synchronous motor according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

〔第1の実施形態〕
図1〜図11を用いて、外転型,多極,集中巻の永久磁石式同期電動機の小形化設計について説明する。
[First Embodiment]
The downsizing design of an abduction type, multipole, concentrated winding permanent magnet type synchronous motor will be described with reference to FIGS.

(1)対象機の構成
図1は、本発明で小形化設計を行う外転型,多極,集中巻の永久磁石式同期電動機を回転軸方向に断面した概略図である。
(1) Configuration of Target Machine FIG. 1 is a schematic view of an abduction type, multi-pole, concentrated winding permanent magnet synchronous motor that is designed to be downsized according to the present invention in the direction of the axis of rotation.

図2は、図1の永久磁石式同期電動機を半径方向に断面し、それを展開して一部を抜き出した概略図である。   FIG. 2 is a schematic view in which the permanent magnet synchronous motor of FIG.

図1〜図2において、外転型,多極,集中巻の永久磁石式同期電動機101は固定子102と回転子103から構成される。固定子102は、大きくは固定子コア104と固定子巻線105とで構成される。固定子コア104は、珪素鋼板を型による打ち抜き等により、積層して構成される。固定子コア104の内周には、固定子磁路を構成する固定子コアバック201と、固定子コアバック201より固定子外周に向かって放射状にのびる固定子突極202から構成されている。図示のように、隣り合った固定子突極202間と固定子コアバック201とで構成される空間はスロット203であり、固定子巻線105を収納する空間である。ここで、各固定子突極202には、図示のように1極に1個の固定子巻線105を巻回するものとする。固定子コア104は、定盤106に立てられた鉄板107にボルトで固定されている。   1 to 2, an outer rotation type, multi-pole, concentrated winding permanent magnet type synchronous motor 101 includes a stator 102 and a rotor 103. The stator 102 is mainly composed of a stator core 104 and a stator winding 105. The stator core 104 is formed by stacking silicon steel plates by punching with a mold. The inner periphery of the stator core 104 includes a stator core back 201 constituting a stator magnetic path, and stator salient poles 202 extending radially from the stator core back 201 toward the outer periphery of the stator. As shown in the drawing, the space formed between the adjacent stator salient poles 202 and the stator core back 201 is a slot 203, which is a space for storing the stator winding 105. Here, it is assumed that one stator winding 105 is wound around each stator salient pole 202 as shown in the figure. The stator core 104 is fixed to an iron plate 107 standing on a surface plate 106 with bolts.

一方、回転子103は、固定子102の外周に配置された回転子磁路を構成する回転子コア108と、回転子コア108の内周面に等間隔に配置された永久磁石109と、回転子コア108を外周から覆ったお椀型のドラム110とで構成される。回転子コア108は、珪素鋼板を型による打ち抜き等により、積層して構成される。また、回転子コア108は、ドラム110の内周面にボルトで固定されている。ドラム110の中心には、シャフト111が連結されている。シャフト111は、回転子103が回転可能となるようベアリング112を介して固定子102に接続されている。永久磁石式同期電動機101を制御する際に必要な位置検出を行うエンコーダ113は、シャフト111と連結させて鉄板107に固定されている。   On the other hand, the rotor 103 includes a rotor core 108 constituting a rotor magnetic path disposed on the outer periphery of the stator 102, a permanent magnet 109 disposed on the inner peripheral surface of the rotor core 108 at equal intervals, And a bowl-shaped drum 110 covering the child core 108 from the outer periphery. The rotor core 108 is configured by stacking silicon steel plates by punching with a mold or the like. The rotor core 108 is fixed to the inner peripheral surface of the drum 110 with bolts. A shaft 111 is connected to the center of the drum 110. The shaft 111 is connected to the stator 102 via a bearing 112 so that the rotor 103 can rotate. An encoder 113 that detects a position necessary for controlling the permanent magnet synchronous motor 101 is connected to a shaft 111 and fixed to an iron plate 107.

本実施例で述べる小形化設計は、直接探索法の一つであるローゼンブロック法により図1に示す所定の回転子コア108外径Dcに対してコア積厚Lcを短縮していくことである。また、コア積厚Lcを固定として回転子コア108外径Dcを短縮してもよい。 In the miniaturization design described in this embodiment, the core thickness L c is shortened with respect to the predetermined outer diameter D c of the rotor core 108 shown in FIG. 1 by the Rosen block method which is one of direct search methods. It is. Further, the outer diameter D c of the rotor core 108 may be shortened by fixing the core thickness L c .

本電動機101の固定子巻線105温度の評価はヒートラン試験の熱定常状態で行う。本電動機101の性能試験の結果、要求性能を達成し、電圧と固定子巻線105温度については10%(要求仕様値比)程度の余裕があることが分かっている。そこで、小形化設計を行う際には、電圧と固定子巻線105温度の余裕分を使ってコア積厚Lcを限界まで短縮する。 The evaluation of the temperature of the stator winding 105 of the electric motor 101 is performed in the heat steady state of the heat run test. As a result of the performance test of the electric motor 101, it is known that the required performance is achieved, and there is a margin of about 10% (required specification value ratio) for the voltage and the stator winding 105 temperature. Therefore, when designing a miniaturization, the core product thickness L c is shortened to the limit by using the margin of the voltage and the temperature of the stator winding 105.

(2)最適化問題の設定
図3は、永久磁石の減磁曲線上における不可逆減磁の考え方を示した模式図である。
(2) Setting Optimization Problem FIG. 3 is a schematic diagram showing the concept of irreversible demagnetization on the demagnetization curve of a permanent magnet.

小形化する際に問題となるのが電動機内部の温度である。電動機体格を低減していくと、冷却面積の減少により温度が上昇する。これは、固定子巻線の絶縁破壊や永久磁石の不可逆減磁(永久磁石の磁力が大幅に低下し、本来の性能を失う現象)を引き起こす原因となり、電動機として成立しなくなる。そのため、小形化の際には固定子巻線の温度と永久磁石の不可逆減磁を把握しておくことが重要である。また、コア積厚を低減すると永久磁石の軸長が短くなることから、トルクに寄与する永久磁石の磁束量が減り、トルクが低下する。そこで、コア積厚の短縮と同時に固定子巻線の巻数の変更,電動機断面形状の適正化を行い、トルクを増加させる必要がある。これはトルク密度を上昇させることと等価である。さらに、電源容量には上限があることから、固定子巻線巻数の変更や電動機断面形状の適正化を行う際には、電動機の線間電圧を把握しておく必要がある。   The problem with downsizing is the temperature inside the motor. As the motor size is reduced, the temperature rises due to the decrease in the cooling area. This causes dielectric breakdown of the stator winding and irreversible demagnetization of the permanent magnet (a phenomenon in which the magnetic force of the permanent magnet is greatly reduced and loses its original performance), and is not established as an electric motor. Therefore, it is important to know the temperature of the stator winding and the irreversible demagnetization of the permanent magnet when downsizing. Further, if the core thickness is reduced, the axial length of the permanent magnet is shortened, so that the amount of magnetic flux of the permanent magnet that contributes to the torque is reduced and the torque is reduced. Therefore, it is necessary to increase the torque by shortening the core thickness and changing the number of turns of the stator winding and optimizing the motor cross-sectional shape. This is equivalent to increasing the torque density. Furthermore, since there is an upper limit on the power supply capacity, it is necessary to grasp the line voltage of the motor when changing the number of stator winding turns or optimizing the motor cross-sectional shape.

こうした作業を最適化問題に焼き直すと「電動機断面形状などの最適化変数xに制約条件(電圧,固定子巻線温度,永久磁石の不可逆減磁)を課しながら、目的関数f(x)(トルク密度)が最大になる変数の最適値x*を探索する」となる。これを定式化すると以下のようになる。 When reworking this work into an optimization problem, "the objective function f (x) while imposing constraints (voltage, stator winding temperature, irreversible demagnetization of permanent magnets) on optimization variables x such as motor cross-sectional shape “Search for the optimum value x * of the variable that maximizes (torque density)”. This is formulated as follows.

Figure 0005439279
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Figure 0005439279
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Figure 0005439279
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Figure 0005439279
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ここで、τはトルク、Dcは回転子コア外径、Lcはコア積厚である。τとLcはxの関数である。(1)式の分母は体積を表わすので、f(x)はトルク密度に対応する。制約条件を(2)〜(4)式で表わす。(2)式は電動機の電圧に関し、線間電圧Vが上限値Vlimより小さいことを条件にしている。(3)式では、固定子巻線の温度上昇Tcが上限値Tc、lim以下であることを課している。(4)式は永久磁石が不可逆減磁しない条件に対応する。 Here, τ is the torque, D c is the outer diameter of the rotor core, and L c is the core thickness. τ and L c are functions of x. Since the denominator of equation (1) represents volume, f (x) corresponds to the torque density. The constraint conditions are expressed by equations (2) to (4). Equation (2) relates to the voltage of the electric motor on the condition that the line voltage V is smaller than the upper limit value V lim . The expression (3) imposes that the temperature rise T c of the stator winding is not more than the upper limit value T c, lim . Equation (4) corresponds to the condition that the permanent magnet is not irreversibly demagnetized.

不可逆減磁の考慮方法を図3に示す永久磁石の減磁曲線301の模式図を用いて説明する。減磁曲線301は、一般に横軸を永久磁石内部の磁界の強さ、縦軸を永久磁石内部の磁束密度(または磁化)とした座標空間に図示のように表され、永久磁石の動作点を把握するのによく使われる。本実施例では、減磁曲線301の傾きと等価である永久磁石の透磁率(リコイル透磁率)が線形であると仮定し、減磁曲線301をa軸と置き、a軸と縦軸との交点をa=0%、a軸と横軸との交点をa=100%と定義する。そして、磁界解析で計算した永久磁石内部の磁束密度分布から上記の定義に従ってaの分布を求め、これを図中に示すヒストグラム302として出力することで永久磁石内部の動作点を算出する。(4)式のa1はヒストグラム中でaが最も大きい動作点の位置303、aknickは永久磁石のクニック点(不可逆減磁を開始する点)304の位置を表わしている。(4)式により、永久磁石の動作点303がクニック点304を超えると永久磁石は不可逆減磁を起こしたことになる。 A method for considering irreversible demagnetization will be described with reference to a schematic diagram of a demagnetization curve 301 of a permanent magnet shown in FIG. The demagnetization curve 301 is generally represented as shown in a coordinate space in which the horizontal axis indicates the strength of the magnetic field inside the permanent magnet and the vertical axis indicates the magnetic flux density (or magnetization) inside the permanent magnet. Often used to grasp. In this embodiment, it is assumed that the permanent magnet permeability (recoil permeability) equivalent to the slope of the demagnetization curve 301 is linear, the demagnetization curve 301 is placed on the a axis, and the a axis and the vertical axis The intersection point is defined as a = 0%, and the intersection point between the a axis and the horizontal axis is defined as a = 100%. Then, the distribution of a is obtained from the magnetic flux density distribution inside the permanent magnet calculated by the magnetic field analysis, and the operating point inside the permanent magnet is calculated by outputting this distribution as a histogram 302 shown in the figure. In Equation (4), a 1 represents the position 303 of the operating point where a is the largest in the histogram, and a knick represents the position of the nick point (point where irreversible demagnetization starts) 304 of the permanent magnet. According to the equation (4), when the operating point 303 of the permanent magnet exceeds the knick point 304, the permanent magnet has caused irreversible demagnetization.

VとTcとa1はxの関数である。また、aknickは温度依存性を持つため、間接的にxの関数である。 V, T c and a 1 are functions of x. Moreover, since a knick has temperature dependence, it is indirectly a function of x.

以上で述べた制約条件付きの最適化問題をローゼンブロック法で解くためには、これを無制約化する必要がある。これは、ローゼンブロック法が無制約での局所最適解の探索アルゴリズムであることによる。このため、(2)〜(4)式の制約条件を外点ペナルティ関数法で(1)式へ組み込み、以下の拡張目的関数を制約条件なしで最大化する:   In order to solve the optimization problem with constraints described above by the Rosen block method, it is necessary to make it unconstrained. This is because the Rosen block method is an unconstrained local optimum solution search algorithm. For this reason, the constraints of the equations (2) to (4) are incorporated into the equation (1) by the outer point penalty function method, and the following extended objective function is maximized without the constraints:

Figure 0005439279
Figure 0005439279

ここで、pはペナルティ係数である。(5)式の右辺第2項はペナルティ項である。これにより、(2)〜(4)式の制約条件をどれか一つでも満足しない場合にはF(x)の値に大きなハンディが付く(ここではF(x)の値がf(x)から大幅に下がる)ことになる。そのため、ペナルティ係数の値を大きくするほど、制約を破った変数は最適解になりにくくなる。(5)式の形から明らかなように、変数xの全領域において拡張目的関数F(x)の連続性は保証されている。   Here, p is a penalty coefficient. The second term on the right side of equation (5) is a penalty term. As a result, if any one of the constraints of the expressions (2) to (4) is not satisfied, a large handicap is added to the value of F (x) (here, the value of F (x) is f (x)). Will be greatly reduced). Therefore, the larger the penalty coefficient value, the less likely it is that the variable that breaks the constraint will be the optimal solution. As is clear from the form of equation (5), the continuity of the extended objective function F (x) is guaranteed in the entire region of the variable x.

一方、前記の最適化問題の考え方は電動機だけに限らず発電機にも同様に適用できる。永久磁石式同期発電機の場合は、「発電機断面形状などの最適化変数xに制約条件(トルク,固定子巻線温度,永久磁石の不可逆減磁)を課しながら、目的関数f(x)(出力密度)が最大になる変数の最適値x*を探索する」となる。 On the other hand, the idea of the optimization problem is applicable not only to the electric motor but also to the generator. In the case of a permanent magnet synchronous generator, the objective function f (x (x) while imposing constraints (torque, stator winding temperature, irreversible demagnetization of the permanent magnet) on the optimization variable x such as the generator cross section ) Search for the optimum value x * of the variable that maximizes (output density).

(3)最適化計算の流れ
図4は本発明の一実施例である永久磁石式同期電動機の小形化を行うための最適化計算の全体の流れである。
(3) Flow of Optimization Calculation FIG. 4 is an overall flow of optimization calculation for downsizing the permanent magnet type synchronous motor that is one embodiment of the present invention.

図4において、破線内が(5)式の拡張目的関数F(x)であり、上から順に、物性値計算,自動メッシュ作成,磁界解析,電動機損失計算,熱抵抗計算,熱解析,電動機特性計算で構成される。これをコマンドファイルとして定義する。ここで、磁界解析に有限要素法を採用していることからメッシュ作成が必要となり、熱解析に熱等価回路網法を採用していることから熱抵抗計算が必要となる。最適化エンジン403は、上で述べた目的関数を逐次実行しながら、適当な変数の初期値x0からスタートして目的関数が極大となる変数の最適値x*を見つけ出す。 In FIG. 4, the inside of the broken line is the extended objective function F (x) of the formula (5). From the top, the physical property value calculation, automatic mesh creation, magnetic field analysis, motor loss calculation, thermal resistance calculation, thermal analysis, motor characteristics Consists of calculations. Define this as a command file. Here, since the finite element method is used for the magnetic field analysis, it is necessary to create a mesh, and since the thermal equivalent circuit method is used for the thermal analysis, a thermal resistance calculation is required. The optimization engine 403 finds the optimum value x * of the variable that starts from an appropriate variable initial value x 0 and sequentially maximizes the objective function while sequentially executing the objective function described above.

以下、拡張目的関数F(x)における計算手順を時系列順に詳しく説明する。   Hereinafter, the calculation procedure in the extended objective function F (x) will be described in detail in time series order.

先ず、最適化変数xを入力し、前回の計算で求めた固定子巻線,永久磁石の温度を温度履歴ファイル401から読み込み、(i)これらを用いて物性値(銅線の抵抗率や永久磁石の残留磁束密度,不可逆減磁特性)を計算する。次に、(ii)変数xをもとに磁界解析で用いる2次元メッシュを作成し、(iii)有限要素法による2次元磁界解析を実施した後、積厚履歴ファイル402から前回の計算で求めたコア積厚Lcを読み込み、(iv)磁界解析結果の後処理により鉄損,メッシュの形状を用いて銅損を計算する。次に、(v)変数xとコア積厚Lcをもとに、熱等価回路モデルにおける熱抵抗を計算し、(vi)上で求めた損失をもとに熱定常状態における温度分布を計算する。求めた固定子巻線,永久磁石の温度を最新値として温度履歴ファイル401に追加する。(vii)トルク,電圧,永久磁石の動作点,コア積厚を計算し、コア積厚については最新値として積厚履歴ファイル402に追加記載する。最後に、以上で求めた諸量より(5)式の拡張目的関数F(x)を計算し、出力する。また、前記の磁界解析に磁気回路法,熱解析に有限要素法を適用することも可能である。 First, the optimization variable x is input, and the temperature of the stator winding and permanent magnet obtained in the previous calculation is read from the temperature history file 401. (i) Using these, the physical property value (the resistivity of copper wire and the permanent value) Calculate the residual magnetic flux density and irreversible demagnetization characteristics of the magnet. Next, (ii) create a two-dimensional mesh to be used in the magnetic field analysis based on the variable x, and (iii) perform a two-dimensional magnetic field analysis by the finite element method, and then obtain from the accumulated thickness history file 402 in the previous calculation. Load the core lamination thickness L c was to calculate the copper loss with iron loss, the shape of the mesh by post-treatment (iv) the magnetic field analysis result. Next, (v) based on the variables x and a core lamination thickness L c, to calculate the thermal resistance in the heat equivalent circuit model, calculating the temperature distribution in the thermal steady state based on the loss calculated on (vi) To do. The obtained temperature of the stator winding and permanent magnet is added to the temperature history file 401 as the latest value. (Vii) Calculate the torque, voltage, operating point of the permanent magnet, and core thickness, and add the core thickness to the thickness history file 402 as the latest value. Finally, the extended objective function F (x) of the equation (5) is calculated from the various quantities obtained above and output. It is also possible to apply a magnetic circuit method to the magnetic field analysis and a finite element method to the thermal analysis.

本来、熱−磁界連成解析は、過渡状態の計算において、タイムステップ中で前回のステップの熱解析で求めた温度を用いて物性値を計算し、温度を収束させていく手法である。そのため、以上で述べた図4の最適化計算では熱定常状態の計算を行うことから、磁界解析と熱解析を直接連成して解いていない。しかし、最適化の繰り返しの中で目的関数F(x)の値を毎回計算する際に、直前の熱解析の結果を反映して電動機特性を計算し、熱解析の結果を最新値に更新するプロセスを繰り返している。この結果、最適化の繰り返し計算が収束に近づけば(電動機断面形状の変化が落ち着いてきた状況では)、熱の定常解析と磁界解析を連成して解くことが可能である。   Originally, the thermal-magnetic field coupled analysis is a technique for calculating a physical property value by using the temperature obtained in the thermal analysis of the previous step in the time step in the calculation of the transient state and converging the temperature. Therefore, in the optimization calculation of FIG. 4 described above, the calculation of the thermal steady state is performed, so the magnetic field analysis and the thermal analysis are not directly coupled and solved. However, each time the value of the objective function F (x) is calculated in the iteration of optimization, the motor characteristics are calculated reflecting the previous thermal analysis result, and the thermal analysis result is updated to the latest value. The process is repeated. As a result, if the iterative calculation of optimization is close to convergence (when the change in the motor cross-sectional shape has settled), it is possible to solve the coupled analysis of the thermal steady state and the magnetic field analysis.

(4)メッシュ作成の方法
図5はメッシュ形状やメッシュ作成の失敗の原因につながる寸法矛盾や位置関係の干渉を回避する手段を示した模式図である。
(4) Mesh Creation Method FIG. 5 is a schematic diagram showing a means for avoiding dimensional inconsistency and positional relationship interference leading to the cause of mesh shape and mesh creation failure.

図4のメッシュ作成に関する工夫点について述べる。最適化エンジンはメッシュの成立性とは無関係に変数xを見直して解を探索する。したがって、最適化計算の過程において、意図しないメッシュ形状やメッシュ作成の失敗に対する配慮が必要である。   The point regarding the mesh creation of FIG. 4 will be described. The optimization engine searches for a solution by reviewing the variable x regardless of the validity of the mesh. Therefore, consideration must be given to unintended mesh shapes and mesh creation failures in the optimization calculation process.

このための対策として、本最適化計算のメッシュの作成方法では、プログラムとしてメッシュの作成手順を定義し、デローネ法により2次元メッシュを作成する方法を採用している。プログラム形式による方法であることから、寸法矛盾や位置関係の干渉を予見してこれを比較的容易に回避する(プログラム内で計算した寸法から位置関係を比較,判断して適宜対策を施す)ことが可能である。   As a countermeasure for this, the mesh creation method of this optimization calculation employs a method of defining a mesh creation procedure as a program and creating a two-dimensional mesh by the Delaunay method. Because it is a program-based method, it is relatively easy to foresee dimensional discrepancies and positional interference (compare and judge the positional relationship from the dimensions calculated in the program and take appropriate measures). Is possible.

回避の手段としては、図5に示す“反転”操作501を利用するのが最も簡便である。図5の例では、変数x1がa502を超えてはならない状況を表わしている。これは制約条件x1−a≦0を課したことと等価である。今、変数x1の値が想定外のb(>a)503とする。上で述べたメッシュ作成プログラムでは、こうした状況が起きた場合に、変数x1の値を強制的に2a−b504とする処理を行い、見直し後のx1を用いてメッシュを作成する。以上で述べた処理は、x1=aの位置に鏡505を置いて、変数x1のb値を鏡像の座標2a−bに置き換えるものである。この操作を最適化プログラムの立場から見ると、変数x1の探索範囲は相変わらずx1軸上の全範囲である。 As a means for avoiding this, it is most convenient to use the “reverse” operation 501 shown in FIG. The example of FIG. 5 represents a situation where the variable x 1 must not exceed a502. This is equivalent to imposing a constraint x 1 −a ≦ 0. Now, assume that the value of the variable x 1 is b (> a) 503, which is unexpected. In the mesh creation program described above, when such a situation occurs, the variable x 1 is forcibly set to 2a-b 504 and a mesh is created using the revised x 1 . In the processing described above, the mirror 505 is placed at the position of x 1 = a, and the b value of the variable x 1 is replaced with the mirror image coordinates 2a-b. From the standpoint of the optimization program, the search range of the variable x 1 is still the entire range on the x 1 axis.

“反転”操作501を施した場合の目的関数の連続性と微係数の不連続性について触れておく。変数x1を図5の鏡505の右側からa502に近づけると、処理後の変数x1の値は鏡505の左側から限りなくa502に近づく。したがって、この方法によれば、目的関数の連続性は保証される。一方、目的関数はx1=aにおいて明らかに滑らかではなくなり、目的関数のx1に関する微係数はこの点で不連続になる。したがって、この目的関数の性質から、微係数を必要とする最適化アルゴリズムを使用できない。一方、直接探索法では目的関数の連続性が保証されていれば解の探索は可能である。 The continuity of the objective function and the discontinuity of the derivative when the “invert” operation 501 is performed will be described. When the variable x 1 approaches the a 502 from the right side of the mirror 505 in FIG. 5, the value of the processed variable x 1 approaches the a 502 from the left side of the mirror 505 as much as possible. Therefore, according to this method, the continuity of the objective function is guaranteed. On the other hand, the objective function is clearly not smooth at x 1 = a, and the derivative of the objective function with respect to x 1 is discontinuous at this point. Therefore, due to the nature of this objective function, an optimization algorithm that requires a derivative cannot be used. On the other hand, in the direct search method, a solution can be searched if the continuity of the objective function is guaranteed.

上記のメッシュ作成の方法は、寸法制約を(5)式の拡張目的関数F(x)に組み込む必要がなく、最適化計算において無駄な(変数が寸法制約を破った)計算を行うことがないため、計算時間の短縮にもつながる。   The above mesh creation method does not need to incorporate dimensional constraints into the extended objective function F (x) of equation (5), and does not perform useless calculation (variables violated dimensional constraints) in optimization calculation. Therefore, the calculation time is shortened.

(5)温度計算の方法
図6は熱等価回路網法における熱モデルの構成の一例を示す。
(5) Temperature Calculation Method FIG. 6 shows an example of the configuration of a thermal model in the thermal equivalent network method.

図4の熱解析手法には熱等価回路網法を採用した。これは計算時間の短縮と図4の破線内の構成の簡素化が狙いである。   The thermal analysis method shown in FIG. 4 employs a thermal equivalent network method. This is aimed at shortening the calculation time and simplifying the configuration within the broken line in FIG.

熱等価回路網法は、熱流と電気回路における電流の流れ方のアナロジーを利用したものである。このために、対象とする物体における熱の流れを分析し、各部に節点601を設け、これらを結ぶ熱抵抗602,各節点に熱容量603と熱源604を付与する。図6はこれらの節点の内でn番目の節点(温度はTn、熱容量はCn)に注目して周辺の熱回路を取り出して示したものである。この節点601には熱源604から単位時間当たりQnの熱が流れ込む。この節点は、全部でm個の熱抵抗Rn,iを介して周囲の節点(温度はTn,i)と接続されている。ここで、節点温度を時間の関数として求めるために、時刻tを間隔Δtで等間隔に分割しておく(tk=t0+kΔt)。また、熱源に関してt≧t0のときQn>0,t<t0のときQn=0とする。さらに、発熱開始以前においてすべての節点温度がT0(環境温度)とする。 The thermal equivalent network method uses an analogy of heat flow and current flow in an electric circuit. For this purpose, the flow of heat in the target object is analyzed, nodes 601 are provided at each part, and a heat resistance 602 connecting them is provided with a heat capacity 603 and a heat source 604 at each node. FIG. 6 shows the surrounding thermal circuit by focusing on the n-th node (temperature is T n , heat capacity is C n ) among these nodes. Q n heat flows from the heat source 604 to the node 601 per unit time. This node is connected to the surrounding nodes (temperature is T n, i ) through a total of m thermal resistors R n, i . Here, in order to obtain the node temperature as a function of time, the time t is divided into equal intervals at intervals Δt (t k = t 0 + kΔt). Further, with respect to the heat source, Q n > 0 when t ≧ t 0 , and Q n = 0 when t <t 0 . Further, all the node temperatures are set to T 0 (environment temperature) before the start of heat generation.

節点nに注目して、時刻の区間[tk-1,tk]における熱量の保存を式で表すと、 Focusing on the node n, the conservation of heat in the time interval [t k−1 , t k ] is expressed by an equation:

Figure 0005439279

が得られる。左辺第1項は熱容量Cnへ流れ込む熱量、第2項は周りの節点へ流れる熱量、これらの和が右辺の発熱量に等しいことを表している。(6)式を書き直して、
Figure 0005439279

Is obtained. The first term on the left side represents the amount of heat flowing into the heat capacity C n , the second term represents the amount of heat flowing to the surrounding nodes, and the sum of these is equal to the amount of heat generated on the right side. (6) Rewrite the equation,

Figure 0005439279

の形に整理する(左辺に時刻tkにおける節点温度を集約)。全部の節点について(7)式と同様の関係式が成立するので、これらを統合すると、時刻tkの各節点温度に関する連立1次方程式が得られる。時刻tk-1における各節点の温度がわかっていれば、この連立方程式を解いて時刻tkの各節点温度を求めることができる。したがって、初期条件の時刻t0においてすべての節点温度がT0であることからスタートして、上記連立1次方程式を順次解くことにより各時刻の節点温度を求めることができる。
Figure 0005439279

(The node temperatures at time t k are aggregated on the left side). Since the same relational expression as Expression (7) is established for all the nodes, when these are integrated, simultaneous linear equations relating to the temperature of each node at time t k are obtained. If the temperature of each node at time t k-1 is known, this simultaneous equation can be solved to obtain the temperature of each node at time t k . Therefore, starting from the fact that all the node temperatures are T 0 at time t 0 of the initial condition, the node temperatures at each time can be obtained by sequentially solving the simultaneous linear equations.

本発明の最適化計算では、熱定常状態を対象としている。したがって、熱容量へ流れ込む熱流はない。この場合には、熱容量がないことと等価になるので、(7)式においてCn=0とおいた上で、環境温度T0を設定して上記連立1次方程式を1回だけ解けばよい。 In the optimization calculation of the present invention, the thermal steady state is targeted. Therefore, there is no heat flow that flows into the heat capacity. In this case, since there is no heat capacity, it is only necessary to set the environmental temperature T 0 and solve the simultaneous linear equations only once by setting C n = 0 in the equation (7).

(6)電動機特性計算の方法
図4に示す(iii)2次元磁界解析と(vii)電動機特性計算について詳しく述べる。
(6) Method for calculating motor characteristics (iii) Two-dimensional magnetic field analysis and (vii) motor characteristics calculation shown in FIG. 4 will be described in detail.

目的関数を計算するために以下の2ケースの2次元磁界解析を実施している:(1)所定電流を通電したときの負荷状態の解析。(2)減磁評価のための解析。(1)の解析は電圧,永久磁石内部で発生する渦電流損,固定子コアと回転子コア内部で発生する鉄損の計算用である。ここでは軸方向単位長さ当たりの諸量が求まるので、前回のコア積厚を掛けて換算している。鉄損については磁界解析の結果を後処理することにより求めている。(2)の解析では、固定子巻線電流がつくる磁束の方向が永久磁石のつくる磁束の方向と逆になる位相(電動機専門用語ではd軸の負の方向の位相という)と(1)の所定電流の2倍の大きさの電流を通電する。この解析結果を後処理して図3に示す永久磁石の動作点a1を求めている。この永久磁石の動作点a1と前回に計算した永久磁石の温度から求めたクニック点位置aknickを比較して永久磁石の不可逆減磁を判断する。 In order to calculate the objective function, the following two cases of two-dimensional magnetic field analysis are performed: (1) Analysis of the load state when a predetermined current is applied. (2) Analysis for demagnetization evaluation. The analysis of (1) is for calculation of voltage, eddy current loss generated in the permanent magnet, and iron loss generated in the stator core and the rotor core. Here, since various quantities per unit length in the axial direction are obtained, they are converted by multiplying the previous core thickness. The iron loss is obtained by post-processing the magnetic field analysis results. In the analysis of (2), the phase in which the direction of the magnetic flux generated by the stator winding current is opposite to the direction of the magnetic flux generated by the permanent magnet (in the technical terminology, the phase in the negative direction of the d axis) and (1) A current twice as large as the predetermined current is applied. This analysis result is post-processed to obtain the operating point a 1 of the permanent magnet shown in FIG. The permanent magnet operating point a 1 is compared with the knick point position a knick obtained from the previously calculated temperature of the permanent magnet to determine irreversible demagnetization of the permanent magnet.

以上で述べた解析結果を用いて電動機特性を計算する際に問題となるのが鉄損の取り扱いである。銅損については抵抗による電圧降下を磁界解析で求めた電圧にベクトル的に足し込むことで、入力,出力,損失間の整合をとる(エネルギー保存則を成立させる)ことができる。永久磁石内部で発生する渦電流損については磁界解析により直接求めているので、特に問題はない。しかし、鉄損は(1)の解析結果を後処理して求めたものである。そのため、上記の計算では鉄損を考慮した電圧を計算することは困難である。そこで、電圧については、(1)の磁界解析で求めた電圧に固定子巻線抵抗分の電圧降下を足し合わせたものを、(2)式の制約条件式g1(x)の線間電圧Vとしている(鉄損の影響は無視する)。トルクについては、(1)の磁界解析で求めたトルクによる電動機出力から鉄損と機械損を引いたものが、実際の電動機出力になると仮定して、以下のようにトルクを見直す: Handling iron loss is a problem when calculating the motor characteristics using the analysis results described above. For copper loss, the voltage drop due to resistance is added to the voltage obtained by magnetic field analysis in a vector-like manner, and matching between the input, output, and loss can be established (energy conservation law is established). Since the eddy current loss generated inside the permanent magnet is directly obtained by magnetic field analysis, there is no particular problem. However, the iron loss is obtained by post-processing the analysis result of (1). For this reason, it is difficult to calculate a voltage in consideration of iron loss in the above calculation. Therefore, the voltage obtained by adding the voltage drop corresponding to the stator winding resistance to the voltage obtained by the magnetic field analysis of (1) is the line voltage of the constraint equation g 1 (x) of equation (2). V (Ignore the effects of iron loss). As for torque, assuming that the actual motor output is obtained by subtracting iron loss and mechanical loss from the motor output due to the torque obtained in the magnetic field analysis of (1), the torque is reviewed as follows:

Figure 0005439279
Figure 0005439279

ここで、τは見直し後のトルク、ωrは回転子の角速度、τ*およびWiは前回の積厚を用いて計算したトルクおよび鉄損、Wmは機械損ある。 Here, τ is the revised torque, ω r is the angular velocity of the rotor, τ * and Wi are torque and iron loss calculated using the previous thickness, and W m is mechanical loss.

最適化の繰り返し計算の過程で電動機形状が変化することから、上記の見直したトルクは目標トルクと必ずしも一致しない。そのため、次回の計算のために過不足分を考慮してコア積厚を見直す必要がある。これには、   Since the motor shape changes in the process of repeated optimization calculation, the above-examined torque does not necessarily match the target torque. Therefore, it is necessary to review the core thickness considering the excess and deficiency for the next calculation. This includes

Figure 0005439279

を用いた。ここで、L′cは見直し後のコア積厚、Lcは前回のコア積厚、τgは目標トルクである。電動機特性の計算終了後、(9)式で求めた見直し後のコア積厚を積厚履歴ファイルに最新値として追加記載する。最適化の繰り返しの中で目的関数F(x)の値を毎回計算する際に、上記のコア積厚の見直しを行うことで、コア積厚は目的関数のトルク密度の上昇と連動して減少していく。そして、最適化の繰り返し計算が収束したときのコア積厚の値が、小形化の限界値を示している。
(7)熱モデル
図7は、図1,図2の電動機を熱等価回路網でモデル化した熱モデルである。
Figure 0005439279

Was used. Here, L ′ c is the core thickness after review, L c is the previous core thickness, and τ g is the target torque. After the calculation of the motor characteristics is completed, the revised core thickness obtained by the equation (9) is additionally described as the latest value in the thickness history file. When the value of the objective function F (x) is calculated every time during the optimization iteration, the core thickness is reduced in conjunction with the increase in the torque density of the objective function by reviewing the core thickness described above. I will do it. The core thickness value when the optimization iteration calculation converges indicates the limit value for miniaturization.
(7) Thermal Model FIG. 7 is a thermal model obtained by modeling the electric motor of FIGS. 1 and 2 with a thermal equivalent circuit network.

図8は、図7の熱モデルの固定子巻線の温度特性である。   FIG. 8 is a temperature characteristic of the stator winding of the thermal model of FIG.

図7において、電動機内部で発生した熱の主な経路は大きく2つに分けられ、(1)固定子巻線105−固定子コア104−鉄板107・定盤106−空気、(2)永久磁石109−回転子コア108−ドラム110−空気となる。従って、固定子巻線105と固定子コア104で発生した熱は主に鉄板107と定盤106の表面から放熱され、永久磁石109と回転子コア108で発生した熱は主にドラム110の表面から放熱される。また、小形化によりコア積厚Lcを短縮していくと、熱は径方向に流れにくくなり、逆に軸方向には流れやすくなる。 In FIG. 7, the main path of heat generated in the motor is roughly divided into two: (1) stator winding 105 -stator core 104 -iron plate 107 / surface plate 106 -air; (2) permanent magnets. 109-rotor core 108-drum 110-air. Therefore, the heat generated in the stator winding 105 and the stator core 104 is radiated mainly from the surfaces of the iron plate 107 and the surface plate 106, and the heat generated in the permanent magnet 109 and the rotor core 108 is mainly used for the surface of the drum 110. Radiated from the heat. Also, when going to shorten the core lamination thickness L c by miniaturization, heat becomes difficult to flow in the radial direction, it tends to flow in the opposite axial direction.

材料の熱伝導率と材料表面の熱伝達係数の設定には、実機のヒートラン試験の結果を基にパラメタチューニングを行うことで対処した。図8の固定子巻線の温度上昇の数値は温度上昇がほぼ定常に達したときの数値で正規化している。図8において、実測結果と計算結果の温度上昇がほぼ近い推移を示していることから、熱モデルは十分な精度を有している。   We set the thermal conductivity of the material and the heat transfer coefficient of the material surface by parameter tuning based on the results of the actual heat run test. The numerical value of the temperature increase of the stator winding in FIG. 8 is normalized by the numerical value when the temperature increase reaches almost steady state. In FIG. 8, since the temperature rise between the actual measurement result and the calculation result shows a nearly similar transition, the thermal model has sufficient accuracy.

熱等価回路網法は発電機や変圧器といった電磁機器のモデル化にも容易に適用することができ、有限要素法に比べて高速に温度上昇を計算することができる。解析精度の向上に関しては、前記のように、実機の温度試験の結果からパラメタチューニングを行うことで対処しなければならない。   The thermal equivalent network method can be easily applied to modeling electromagnetic devices such as generators and transformers, and can calculate the temperature rise faster than the finite element method. As described above, improvement in analysis accuracy must be dealt with by performing parameter tuning from the result of the temperature test of the actual machine.

(8)最適化計算の条件
図9は、(1)〜(5)式の最適化変数xである。
(8) Conditions for Optimization Calculation FIG. 9 shows optimization variables x in the expressions (1) to (5).

最適化変数xには、トルクと固定子巻線105の温度上昇への影響が大きい、ギャップ半径x1,ティース幅x2,ティース長x3,固定子巻線巻数x4の4個を選んだ。ギャップ半径x1については、トルクの増大に直接的に関与する(ギャップ中におけるマクスウェル応力が一定であると仮定すれば、トルクはギャップ半径の二乗に比例)ことから、これによるコア積厚低減の効果が大きいことが期待される。固定子巻線巻数x4に関しては、固定子巻線占積率が一定であると仮定したので、固定子巻線巻数が増えると固定子巻線径が小さくなるようにした。また、本来、固定子巻線巻数x4は整数であるが、本計算では実数として取り扱う。上記の変数の初期値には、図1,図2の対象電動機の設計値を設定することにした。また、断面形状の変数x1,x2,x3には、メッシュ作成の失敗を防止するために、図5の“反転”操作を適用した。線間電圧,固定子巻線の温度上昇の上限値には、図1,図2の対象電動機の要求仕様値を設定した。永久磁石のクニック点の算出には、カタログからある温度に対するクニック点を読み取り、それを多項式近似して得られた関数を用いることとした。(5)式のペナルティ係数pには、目的関数と制約関数値のオーダを比較することにより1000を設定した。 The optimization variables x, torque and impact of the temperature rise of the stator winding 105 is large, the gap radius x 1, teeth width x 2, teeth length x 3, selected four stator winding turns x 4 It is. The gap radius x 1 is directly related to the torque increase (assuming that Maxwell stress in the gap is constant, the torque is proportional to the square of the gap radius). Expected to be highly effective. For the stator winding turns x 4, since the stator winding space factor is assumed to be constant, the stator winding diameter and the stator winding turns is increased is set to be smaller. In addition, although the number of stator winding turns x 4 is an integer, it is treated as a real number in this calculation. The initial values of the above variables are set to the design values of the target motor shown in FIGS. Further, the “invert” operation of FIG. 5 was applied to the cross-sectional shape variables x 1 , x 2 , and x 3 in order to prevent the mesh creation failure. The required specification values of the target motor shown in FIGS. 1 and 2 are set as the upper limit values of the line voltage and the stator coil temperature rise. In calculating the knick point of the permanent magnet, a function obtained by reading the knick point for a certain temperature from the catalog and approximating it with a polynomial was used. The penalty coefficient p in equation (5) is set to 1000 by comparing the order of the objective function and the constraint function value.

(9)最適化計算の結果
図10は、断面形状と固定子巻線の巻数の見直しによるコア積厚Lcの短縮を行った最適化の結果(目的関数および制約条件の推移)である。
(9) Results of Optimization Calculation FIG. 10 shows the results of optimization (transition of objective function and constraint conditions) in which the core thickness L c was shortened by reviewing the cross-sectional shape and the number of turns of the stator winding.

図11は、最適化の計算過程における固定子巻線の抵抗率と永久磁石の残留磁束密度の推移である。   FIG. 11 is a transition of the resistivity of the stator winding and the residual magnetic flux density of the permanent magnet in the optimization calculation process.

図10,図11の結果は最適化計算がほぼ収束したことを確認し、200回程度の探索で打ち切っている。計算時間は3.7GHzのCPUを搭載したPCで約50時間である。   The results shown in FIGS. 10 and 11 confirm that the optimization calculation has almost converged, and the search is terminated after about 200 searches. The calculation time is about 50 hours on a PC equipped with a 3.7 GHz CPU.

図10では、上段から(a)目的関数、(b)線間電圧、(c)固定子巻線の温度上昇、(d)減磁耐力、(e)変数を示す。横軸はローゼンブロック法の探索回数である。目的関数,コア積厚,変数の数値は初期値で正規化し、線間電圧と固定子巻線の温度上昇については上限値で正規化している。図中に示すコア積厚の推移より、最適解では図1のコア積厚Lcが10%程度短縮していることがわかる。一方、制約条件については、線間電圧が上限値に一致し、固定子巻線の温度と永久磁石の不可逆減磁が余裕をもつ結果となった。変数は初期値に対して、x1(ギャップ半径)+1.7%,x2(ティース幅)+14%,x3(ティース長)+3%,x4(固定子巻線の巻数)+6%変化している。ギャップ半径x1とティース幅x2は、位置関係の干渉が発生しない、最大の変化量となっている。 In FIG. 10, (a) objective function, (b) line voltage, (c) temperature rise of the stator winding, (d) demagnetization resistance, and (e) variables are shown from the top. The horizontal axis represents the number of searches for the Rosen block method. The objective function, core thickness, and variable values are normalized with initial values, and the line voltage and stator winding temperature rise are normalized with the upper limit. From the transition of the core thickness shown in the figure, it can be seen that the core solution thickness L c in FIG. 1 is reduced by about 10% in the optimum solution. On the other hand, with regard to the constraint conditions, the line voltage coincided with the upper limit value, and the temperature of the stator winding and the irreversible demagnetization of the permanent magnet resulted in a margin. Variables are x 1 (gap radius) + 1.7%, x 2 (tooth width) + 14%, x 3 (tooth length) + 3%, x 4 (number of stator winding turns) + 6% of the initial value doing. The gap radius x 1 and the teeth width x 2 are the maximum amount of change that does not cause positional relationship interference.

コア積厚10%低減(トルク密度は10%上昇)の主な理由としては、ギャップ半径x1の増加によるトルクの上昇,ティース幅x2の増加によるティース中の磁気飽和の緩和,固定子巻線巻数x4の増加による誘起電圧の上昇が推察される。固定子巻線の温度と永久磁石の不可逆減磁の余裕を使い切れなかった理由としては、固定子巻線の温度上昇への影響が大きい固定子巻線の巻数が電圧制約を受けてさらに巻くことができなかったこと、永久磁石の寸法を変数にしなかったことが挙げられる。 The main reason of the core lamination thickness 10% reduction (torque density is increased by 10%), increase of the torque due to the increase of the gap radius x 1, relaxation of the magnetic saturation in the teeth due to increased teeth width x 2, the stator winding increase of the induced voltage is inferred by an increase in the line winding number x 4. The reason for not using up the temperature of the stator winding and the irreversible demagnetization of the permanent magnet is that the number of turns of the stator winding, which has a large effect on the temperature rise of the stator winding, is further affected by voltage restrictions. This is because the size of the permanent magnet was not made a variable.

本実施例の最適化計算の結果は、断面形状(ギャップ半径,スロット形状)と固定子巻線の巻数を適正化することによりコア積厚Lcを10%程度短縮できる可能性があることを示している。また、固定子巻線の温度と永久磁石の不可逆減磁には余裕があることから、新たな変数(ギャップ幅,固定子コアバックの厚さ,永久磁石の厚み,永久磁石の幅など)を導入することで、コア積厚をさらに短縮できる可能性があることも示している。 Results of the optimization calculations of the present embodiment, the cross-sectional shape (gap radius, slot-shaped) that there is a possibility that the core lamination thickness L c can be shortened by about 10% by optimizing the number of turns of the stator winding Show. In addition, because there is room for stator coil temperature and permanent magnet irreversible demagnetization, new variables (gap width, stator core back thickness, permanent magnet thickness, permanent magnet width, etc.) can be set. It has also been shown that the core thickness can be further shortened by the introduction.

図11では、上段から(a)固定子巻線の抵抗率、(b)永久磁石の残留磁束密度を示す。横軸は探索回数である。縦軸の数値は初期値で正規化している。図中の固定子巻線の抵抗率と永久磁石の残留磁束密度は温度上昇の変化に追従して変化し、最適解付近である値に収束しているのがわかる。電動機断面形状の変化が大きい探索の初期の段階では温度上昇の変動も大きいため、熱と磁界の連成は成立していない。しかし、最適解付近では熱と磁界の連成が成立している。   FIG. 11 shows (a) the resistivity of the stator winding and (b) the residual magnetic flux density of the permanent magnet from the top. The horizontal axis is the number of searches. The numerical values on the vertical axis are normalized with the initial values. It can be seen that the resistivity of the stator winding and the residual magnetic flux density of the permanent magnet change following the temperature rise and converge to a value near the optimal solution. At the initial stage of the search with a large change in the motor cross-sectional shape, the fluctuation of the temperature rise is also large, so the coupling of heat and magnetic field is not established. However, in the vicinity of the optimal solution, the coupling of heat and magnetic field is established.

本実施例の最後に、ここで述べた電動機や発電機の小形化設計に限らず、変圧器のようなエネルギー変換機の効率を最大化したい場合においても、本発明の最適化システムにより、巻線の温度上昇を考慮した最適化計算を行うことができる。   At the end of the present embodiment, the optimization system of the present invention is used not only for the miniaturization design of the electric motor and generator described here but also for the case where it is desired to maximize the efficiency of an energy converter such as a transformer. Optimization calculations taking into account the temperature rise of the wire can be performed.

〔第2の実施形態〕
図12に、本発明による永久磁石式同期電動機の概略図と最適設計に用いる変数を示す。図12は電動機における中枢部であり、固定子コア1201,固定子巻線1202,回転子コア1203,回転子永久磁石1204から構成される。図12に示すx1〜x10の10個の寸法を変数として、あらかじめテキストファイルなどにこれらの変数を数値としてそれぞれスペースないしは改行で区切った形で用意しておく。図12に示す電動機における固定子,回転子以外に必要な寸法(例えば電動機筺体部,エンドプレート,シャフト,ベアリングなどの寸法)は、同様にしてあらかじめテキストファイルなどにそれぞれスペースないしは改行で区切った形で用意しておくか、若しくは計算プログラム内に組み込んだ状態にしておく。本実施形態では、上記固定子,回転子以外に必要な寸法は一定値として説明をしているが、変数としても扱うことも可能である。その場合は、数値が一定値でなく、変数となるだけなので、上記の処理は変わらない。さらに温度を計算するために必要な物性値である熱伝導率,比熱,密度を理科年表等から調べた値として計算プログラム内に組み込んでおくか、計算プログラム実行値時に入力できる形にしておく。熱−磁界連成最適化計算プログラムは上記変数や定数を考慮して事前に用意しておく。これで、計算に必要な入力変数,定数,計算プログラムが揃い、熱−磁場連成最適化計算プログラムを実行する。磁界解析には有限要素法(FEM)による2次元磁界解析,熱解析には熱等価回路網法を用いた熱解析をそれぞれ適用する。最適化計算の中では変数x1〜x10が時々刻々と変わり、目的とする特性を満足するように最適形状の自動探索を行い、収束計算によって、最終的に最適化された1つの解である形状を得ることができる。ここで挙げた最適化の変数はx1〜x10の10個となっているが、それ以下でもそれ以上でも計算が可能である。また、磁界解析,熱解析ともに有限要素法や磁気回路法など、様々な計算方法も適用可能である。
[Second Embodiment]
FIG. 12 shows a schematic diagram of a permanent magnet type synchronous motor according to the present invention and variables used for optimum design. FIG. 12 shows a central portion of the electric motor, which includes a stator core 1201, a stator winding 1202, a rotor core 1203, and a rotor permanent magnet 1204. Ten dimensions x1 to x10 shown in FIG. 12 are used as variables, and these variables are prepared in advance in a text file or the like as numerical values, each separated by a space or a line feed. The dimensions required for the motor shown in FIG. 12 other than the stator and rotor (for example, the dimensions of the motor housing, end plate, shaft, bearing, etc.) are similarly separated in advance in a text file or the like by spaces or line feeds. Or prepare it in the calculation program. In the present embodiment, the necessary dimensions other than the stator and the rotor are described as constant values, but they can also be handled as variables. In that case, since the numerical value is not a constant value but only a variable, the above processing does not change. In addition, the thermal conductivity, specific heat, and density, which are the physical properties necessary for calculating the temperature, are incorporated into the calculation program as values obtained from a science chronology, etc., or can be entered when the calculation program is executed. . A thermal-magnetic field coupled optimization calculation program is prepared in advance in consideration of the above variables and constants. This completes the input variables, constants, and calculation program necessary for the calculation, and executes the thermal-magnetic field coupled optimization calculation program. Two-dimensional magnetic field analysis by the finite element method (FEM) is applied to the magnetic field analysis, and thermal analysis using the thermal equivalent network method is applied to the thermal analysis. In the optimization calculation, the variables x1 to x10 change from moment to moment, the optimum shape is automatically searched so as to satisfy the target characteristics, and the shape that is one solution finally optimized by the convergence calculation Can be obtained. The optimization variables listed here are 10 x1 to x10, but the calculation can be performed with less or more than 10 variables. In addition, various calculation methods such as a finite element method and a magnetic circuit method can be applied to both magnetic field analysis and thermal analysis.

〔第3の実施形態〕
図4に、本発明による永久磁石式同期電動機の小形化設計アルゴリズムである。本アルゴリズムの中では、数理計画法による最適化計算手法を適用する。数理計画法とは幾つかの変数を目的関数として関数化し、制約条件を加えることでその関数を極小化または極大化することにより解を得る手法である。上記変数とは第1の実施形態で説明した最適化の変数に該当する。本実施形態では電動機を小形化することを目的とし、変数から作成する目的関数はトルク密度とする。トルク密度は電動機の回転力を表すトルクを電動機の体積で割った値である。つまりこのトルク密度が最大となるように計算を行うことで、小さな体格で大きなトルクを出力することができる最適形状を算出することができる。計算にはローゼンブロック法による最適化プログラムを適用する。
[Third Embodiment]
FIG. 4 shows an algorithm for downsizing a permanent magnet synchronous motor according to the present invention. In this algorithm, an optimization calculation method based on mathematical programming is applied. Mathematical programming is a method of obtaining a solution by functionalizing several variables as objective functions and minimizing or maximizing the functions by adding constraints. The variable corresponds to the optimization variable described in the first embodiment. In this embodiment, the objective is to reduce the size of the motor, and the objective function created from the variables is the torque density. The torque density is a value obtained by dividing the torque representing the rotational force of the motor by the volume of the motor. That is, by calculating so that this torque density is maximized, it is possible to calculate an optimum shape that can output a large torque with a small physique. For the calculation, an optimization program based on the Rosen block method is applied.

以下、目的関数F(x)における計算手順を時系列的に説明する。まず、最適化変数xを入力し、前回の計算で求めた巻線,磁石温度を温度履歴ファイル401(初回計算は任意に与える:電動機が使用される環境によって決めてやると良い)から読み込み、(i)これらを用いて物性値(銅線の抵抗率や永久磁石の残留磁束密度,不可逆減磁特性)を計算する。(i)で計算する物性値はカタログのデータ等からそれぞれを温度の関数として定義しておき、温度ごとの特性を計算できるようにしておく。次に、(ii)変数xをもとに磁界解析用の2次元メッシュを作成し、(iii)有限要素法による2次元磁界解析を実施した後、積厚履歴ファイル402(初回計算は任意に与える)から前回の計算で求めたコア積厚LFEを読み込み、(iv)磁界解析結果の後処理により鉄損,メッシュの形状を用いて銅損の計算をする。次に、(v)変数xとコア積厚LFEをもとに熱等価回路モデルにおける熱抵抗を計算し、(vi)上記で求めた損失をもとに温度分布を計算する。熱等価回路モデルは図13に示すように、電動機の軸方向断面図において、固定子バックヨーク1301,固定子ティース1302,巻線1303,回転子コア1304,回転子磁石1305,シャフト1306,ベアリング1307,ハウジング1308,エンドプレート1309,フランジ1310(電動機が取り付けられる部分),ベンチ1311(電動機が取り付けられた物体が接触している部分),外気1312にそれぞれ節点を置いたものであり、(i)〜(ii)で求めた寸法と物性値によって計算される各節点間の熱抵抗と(iv)で計算された電動機の損失を入力値として熱解析が実行可能となる。ここでは、巻線の占積率等によって生じる巻線同士間の空気の影響などは、熱抵抗計算を計算する際に考慮する。また、ここに挙げた節点の数よりも多くの節点を設けることによって、計算の精度をあげることが可能である。こうして、求めた巻線,磁石の温度を最新値として温度履歴ファイル401に追加する。(vii)トルク,電圧,磁石動作点,コア積厚を計算し、コア積厚については最新値として積厚履歴ファイル402に追加記載する。最後に、以上で求めた諸量より目的関数F(x)を計算し、出力する。出力されたここでの目的関数であるトルク密度が最適化エンジン403によって最大化されるように変数の自動調整が行われる。上記には計算の中で温度と積厚は前回計算した値を用いると記載しているが、この計算は繰り返して行うことを前提としており、計算を繰り返すことによって前回との温度差や積厚差を最小化し、前回計算した値を用いても連成解析を成立させることができ、最終的に1つの最適形状解を得ることができる。 Hereinafter, the calculation procedure in the objective function F (x) will be described in time series. First, the optimization variable x is input, and the winding and magnet temperatures obtained in the previous calculation are read from the temperature history file 401 (the first calculation is arbitrarily given: it may be determined according to the environment in which the motor is used) (I) Using these, the physical property values (resistivity of copper wire, residual magnetic flux density of permanent magnet, irreversible demagnetization characteristics) are calculated. Each physical property value calculated in (i) is defined as a function of temperature from catalog data or the like so that the characteristics for each temperature can be calculated. Next, (ii) a two-dimensional mesh for magnetic field analysis is created based on the variable x, and (iii) a two-dimensional magnetic field analysis by the finite element method is performed. Load the core lamination thickness L FE determined in the previous calculation from giving), the calculation of the copper loss with iron loss, the shape of the mesh by post-treatment (iv) the magnetic field analysis result. Next, (v) the variable x and the core lamination thickness L FE calculate the thermal resistance in the heat equivalent circuit model based on, to calculate the temperature distribution on the basis of the loss determined in (vi) above. As shown in FIG. 13, the thermal equivalent circuit model is shown in the axial sectional view of the motor. , A housing 1308, an end plate 1309, a flange 1310 (a portion to which an electric motor is attached), a bench 1311 (a portion in contact with an object to which the electric motor is attached), and an outside air 1312, and (i) Thermal analysis can be performed using the thermal resistance between the nodes calculated from the dimensions and physical property values obtained in (ii) and the motor loss calculated in (iv) as input values. Here, the influence of the air between the windings caused by the winding space factor is taken into account when calculating the thermal resistance. Further, by providing more nodes than the number of nodes listed here, it is possible to improve the calculation accuracy. Thus, the obtained temperature of the winding and magnet is added to the temperature history file 401 as the latest value. (Vii) The torque, voltage, magnet operating point, and core stack thickness are calculated, and the core stack thickness is additionally described in the stack thickness history file 402 as the latest value. Finally, the objective function F (x) is calculated from the quantities obtained above and output. The variables are automatically adjusted so that the torque density, which is the objective function output here, is maximized by the optimization engine 403. In the above calculation, it is stated that the previously calculated values for temperature and thickness are used. However, this calculation is based on the assumption that the calculation is repeated. Even if the difference is minimized and the previously calculated value is used, the coupled analysis can be established, and finally one optimal shape solution can be obtained.

ここで、最適化計算に重要な制約条件について説明を行う。一般に電動機を小形化すると発熱密度が大きくなり、温度上昇の問題が肥大化する。電動機に使用されている巻線には耐熱温度が規定されており、その温度を超えないように制約条件として加えなければ、電動機として成立しない。また、永久磁石については温度と巻線に電流を流すことによって生じる外部磁界によって減磁という現象を引き起こし、永久磁石の持つ残留磁束密度が低下する。この外部磁界を強めるほど残留磁束密度は低下し、外部磁界を弱めると元の残留磁束密度に戻る。ところが外部磁界を強めすぎて、ある臨界点を超すと不可逆減磁という現象を引き起こす。不可逆減磁は磁界を弱めても元の残留磁束密度に戻らない現象のことであり、こうなると電動機の性能は著しく低下する。そのため、不可逆減磁を起こさないことも制約条件として加える必要がある。さらに、駆動するためのインバータには電圧の上限値が存在することから、その電圧を超えないことも制約条件として加える必要がある。このように目標とする特性に対して、最適形状の探索を試みた場合、制約となるような項目を設定して最適化計算を実施する。   Here, the constraint conditions important for the optimization calculation will be described. In general, when a motor is miniaturized, the heat generation density increases, and the problem of temperature rise increases. A heat-resistant temperature is defined for the winding used in the electric motor, and the electric motor cannot be established unless it is added as a constraint so as not to exceed the temperature. In addition, the permanent magnet causes a phenomenon of demagnetization due to the temperature and the external magnetic field generated by passing a current through the winding, and the residual magnetic flux density of the permanent magnet is lowered. As the external magnetic field is strengthened, the residual magnetic flux density decreases. When the external magnetic field is weakened, the original residual magnetic flux density is restored. However, if the external magnetic field is strengthened too much and exceeds a certain critical point, a phenomenon called irreversible demagnetization occurs. Irreversible demagnetization is a phenomenon that does not return to the original residual magnetic flux density even if the magnetic field is weakened. Therefore, it is necessary to add as a constraint condition not to cause irreversible demagnetization. Furthermore, since there is an upper limit value of the voltage in the inverter for driving, it is necessary to add that the voltage is not exceeded as a constraint condition. In this way, when an optimum shape search is attempted with respect to the target characteristic, an optimization calculation is performed by setting items that become constraints.

〔第4の実施形態〕
図14に第4の実施形態による効果を示す。本実施形態では、第2の実施形態に記載の図12における最適化変数を用いて、第3の実施形態に挙げた電動機の小形化を目的とした最適化計算を行った場合を例に挙げて説明する。図12に示すように電動機の外径は最適化の変数に含まれていないため、一定値として計算を行うことになる。こうした場合、外径を変えた形状に対してそれぞれ最適形状が異なる。小形化を考えると、外径を4種類変えた形状に対してそれぞれ最適形状を算出し、その体格と質量はそれぞれ異なってくる。図14に示すように、電動機の外径を軸長(ただし、軸長は巻線のエンド部まで含めた長さとする)で割った値である電動機扁平率として横軸にとり、縦軸に電動機の体格と質量をそれぞれとると、それぞれの最適形状ごとに電動機の扁平率に対する体格と質量の関係が明らかとなる。体格は電動機の直径2×軸長(巻線のエンド部まで含めた長さ)とする。このようにして外径ごとに算出されたそれぞれの最適形状の比較をすることができる。その結果、数種類の最適形状において、目的に対して最も効果の高いポイントを見つけることができ、最適化計算の応用例として適用できる。この場合は体格も質量も最小となる値として、電動機の扁平率が約2.3となる形状が最も小形化設計として効果が高い結果が得られる。
[Fourth Embodiment]
FIG. 14 shows the effect of the fourth embodiment. In the present embodiment, an example in which optimization calculation for the purpose of downsizing the electric motor described in the third embodiment is performed using the optimization variable in FIG. 12 described in the second embodiment is taken as an example. I will explain. As shown in FIG. 12, since the outer diameter of the motor is not included in the optimization variable, the calculation is performed with a constant value. In such a case, the optimum shape is different from the shape having a different outer diameter. Considering miniaturization, the optimum shape is calculated for each of the four types of outer diameters, and the physique and mass are different. As shown in FIG. 14, the horizontal axis represents the motor flatness, which is a value obtained by dividing the outer diameter of the motor by the axial length (where the axial length includes the end of the winding), and the vertical axis represents the electric motor. When taking the physique and mass of each, the relationship between the physique and the mass with respect to the flatness of the motor becomes clear for each optimum shape. The physique is the diameter of the motor 2 x the axial length (including the end of the winding). Thus, it is possible to compare the optimum shapes calculated for each outer diameter. As a result, it is possible to find the most effective point for the purpose in several types of optimum shapes, and it can be applied as an application example of optimization calculation. In this case, a value that minimizes the physique and mass, and a shape in which the flatness of the electric motor is about 2.3 is most effective as a miniaturized design.

〔第5の実施形態〕
本実施例では、材料の組み合わせについて説明する。第2〜第4の実施形態では使用する材料は計算を開始する時点で決まっており、その特性はカタログ値等から引用してきた値を用いている。第3の実施例として示しているように、電動機を小形化すると発熱密度が大きくなり、温度上昇の問題が肥大化する。電動機に使用されている巻線には耐熱温度が規定されており、その温度を超えないように制約条件として加えなければ、電動機として成立しない。また、永久磁石については温度と巻線に電流を流すことによって生じる外部磁界によって減磁という現象を引き起こし、永久磁石の持つ残留磁束密度が低下する。この外部磁界を強めるほど残留磁束密度は低下し、外部磁界を弱めると元の残留磁束密度に戻る。ところが外部磁界を強めすぎて、ある臨界点を超すと不可逆減磁という現象を引き起こす。不可逆減磁は磁界を弱めても元の残留磁束密度に戻らない現象のことであり、こうなると電動機の性能は著しく低下する。そのため、不可逆減磁を起こさないことも制約条件として加える必要がある。さらに、駆動するためのインバータには電圧の上限値が存在することから、その電圧を超えないことも制約条件として加える必要がある。このように上記に示した3つを制約条件として考慮して最適化計算を実施している。つまり、これら3つの制約条件のうち少なくとも一つが制約となり、最適形状を決定している。制約条件のうち一つだけが設計の制約となった場合に他2つの制約条件に対してはまだ制約される条件に達しておらず、制約に対して余裕のある設計であることになる。例えば、巻線の温度に対しては制約となる限界であり、永久磁石の不可逆減磁制約に対しては余裕のある設計である場合に有効な材料の活用方法として以下のような組み合わせが存在する。
[Fifth Embodiment]
In this embodiment, a combination of materials will be described. In the second to fourth embodiments, the material to be used is determined at the time of starting the calculation, and the value quoted from the catalog value or the like is used as the characteristic. As shown in the third embodiment, when the electric motor is miniaturized, the heat generation density is increased, and the problem of temperature rise is enlarged. A heat-resistant temperature is defined for the winding used in the electric motor, and the electric motor cannot be established unless it is added as a constraint so as not to exceed the temperature. In addition, the permanent magnet causes a phenomenon of demagnetization due to the temperature and the external magnetic field generated by passing a current through the winding, and the residual magnetic flux density of the permanent magnet is lowered. As the external magnetic field is strengthened, the residual magnetic flux density decreases. When the external magnetic field is weakened, the original residual magnetic flux density is restored. However, if the external magnetic field is strengthened too much and exceeds a certain critical point, a phenomenon called irreversible demagnetization occurs. Irreversible demagnetization is a phenomenon that does not return to the original residual magnetic flux density even if the magnetic field is weakened. Therefore, it is necessary to add as a constraint condition not to cause irreversible demagnetization. Furthermore, since there is an upper limit value of the voltage in the inverter for driving, it is necessary to add that the voltage is not exceeded as a constraint condition. Thus, the optimization calculation is performed in consideration of the above three as constraint conditions. That is, at least one of these three constraints is a constraint, and the optimal shape is determined. When only one of the constraint conditions becomes a design constraint, the other two constraint conditions have not yet reached the constrained condition, and the design has a margin for the constraint. For example, there are limits that limit the winding temperature, and the following combinations exist as effective ways to use materials when the design has a margin for permanent magnet irreversible demagnetization restrictions. To do.

まず永久磁石の不可逆減磁制約に対して余裕のある設計では、保磁力が小さい永久磁石材料を適用することができる。保磁力の小さい永久磁石材料は一般に残留磁束密度が高いため、少ない電流で大きなトルクが期待できる。さらに、上記永久磁石材料に最適である電動機コアの材料として鉄−コバルト合金であり、磁性材料の中でも最高の飽和磁束密度を持つ材料として知られているパーメンジュールを適用することによって、少ない電流で大きなトルク特性の効果を高めることができ、上記永久磁石材料との組み合わせが最適である。   First, a permanent magnet material having a small coercive force can be applied in a design that has a margin for the irreversible demagnetization restriction of the permanent magnet. Since a permanent magnet material having a small coercive force generally has a high residual magnetic flux density, a large torque can be expected with a small current. Furthermore, by applying a permendule known as a material having the highest saturation magnetic flux density among magnetic materials as an iron-cobalt alloy as a material of an electric motor core that is most suitable for the permanent magnet material, a small current can be obtained. The effect of a large torque characteristic can be enhanced, and the combination with the permanent magnet material is optimal.

〔第6の実施形態〕
本第6の実施形態を図15より説明する。図15では電動機における制約条件を考慮し、熱−磁界連成解析を用いて、制約となる条件におけるトルク特性をそれぞれの制約条件に対して算出する。まず、低速領域の回転数から始める。回転数,電流値を決めて入力とする。これらの入力値からある形状において、磁界解析を実行する。次に、第3の実施形態で示したように磁界解析の後処理により計算された損失を入力値として熱解析を実施する。計算された損失によって温度が上昇値し、その分だけ物性値も変化するので温度依存物性値が収束するまで繰り返しの計算を行う。次に、それぞれの制約条件に対して、収束判定値±ε以内となるまで電流値を更新しながら収束計算を行う。収束計算が終了すると、その制約条件付近のトルク値を計算する。このような計算をすることで各制約となる条件付近のトルク値が算出できる。上記に示した温度依存物性値の収束計算は、電流値を更新していく中で自動的に収束していくため、電流値を更新するループの中で考慮することもでき、そうすれば計算時間の短縮も可能である。トルクの計算が終わると次は回転数を変え、同様の計算を実行する。考慮すべき高速域の回転数まで計算すると計算終了となる。こうして得られた結果を図16に示す。図16に示すように、巻線の温度制約,不可逆減磁制約,電圧制約それぞれに対して最大出力可能なトルクを回転数−トルク特性として明確にすることができる。この図からも明らかなように、巻線の温度制約に対して不可逆減磁制約はトルク限界値に余裕があることがわかる。第5の実施形態で示したように、材料の組み合わせを変更することや、最適化変数に含めていない寸法等をパラメータサーベイすることによってそれぞれの制約条件に対するトルク限界値を同程度の値にすることができる。こうすることにより、制約条件に対して限界設計することが可能であり、且つ制約条件ごとのトルク限界値に対してばらつきがなく、材料や設計無駄がないバランスのとれた設計が可能となる。
[Sixth Embodiment]
The sixth embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 15, considering the constraint condition in the electric motor, the torque characteristics under the constraint condition are calculated for each constraint condition using the thermal-magnetic field coupled analysis. First, start with the number of revolutions in the low speed region. Determine the rotation speed and current value and use them as inputs. A magnetic field analysis is performed on a certain shape from these input values. Next, as shown in the third embodiment, thermal analysis is performed using the loss calculated by post-processing of the magnetic field analysis as an input value. The temperature rises due to the calculated loss, and the physical property value changes accordingly, so the calculation is repeated until the temperature-dependent physical property value converges. Next, convergence calculation is performed for each constraint condition while updating the current value until it is within the convergence determination value ± ε. When the convergence calculation is completed, a torque value near the constraint condition is calculated. By performing such a calculation, a torque value in the vicinity of each constraint condition can be calculated. The convergence calculation of the temperature-dependent physical property value shown above converges automatically as the current value is updated, so it can be considered in the loop for updating the current value. Time can also be shortened. When the calculation of the torque is finished, the rotation speed is changed and the same calculation is executed. The calculation ends when the number of rotations in the high speed range to be considered is calculated. The results obtained in this way are shown in FIG. As shown in FIG. 16, the maximum outputable torque can be clarified as the rotational speed-torque characteristic with respect to each of the winding temperature constraint, irreversible demagnetization constraint, and voltage constraint. As is apparent from this figure, it can be understood that the irreversible demagnetization constraint has a margin in the torque limit value with respect to the winding temperature constraint. As shown in the fifth embodiment, the torque limit value for each constraint condition is set to the same value by changing the combination of materials or conducting a parameter survey of dimensions not included in the optimization variable. be able to. By doing so, it is possible to perform limit design with respect to the constraint condition, and there is no variation with respect to the torque limit value for each constraint condition, and a balanced design with no material or design waste becomes possible.

〔第7の実施形態〕
第2〜第6の実施形態では小形化についての最適設計手法について説明したが、第3の実施形態で述べた目的関数を変えることにより、違った目的に対する最適形状の探索も可能である。例えば、電気機器においては小形化に限らず、高効率というのも重要な観点であり、その場合は目的関数を効率とする。第3の実施形態で説明したように、最適化計算の中では磁界解析と熱解析を連成させて計算している。こうした連成解析の中で時々刻々と変化する最適化変数から計算される寸法や物性値を考慮し、磁界解析の後処理によって得られる損失,トルク値,回転数から実駆動状態を想定した高精度な効率が計算できる。この計算された効率を目的関数として、効率を最大化する最適化計算を実施することによって効率が最大となる最適形状が算出できる。さらに、第4の実施形態で示したように最適化変数に含まれていない寸法を変え、その変えた寸法に対してそれぞれ最適形状を算出することによって、最も高効率設計として性能が高いポイントを探ることが可能となる。
[Seventh Embodiment]
In the second to sixth embodiments, the optimum design method for miniaturization has been described. However, by searching the optimum function described in the third embodiment, it is possible to search for the optimum shape for different purposes. For example, in an electrical device, not only miniaturization but also high efficiency is an important point of view. In this case, the objective function is defined as efficiency. As described in the third embodiment, in the optimization calculation, the magnetic field analysis and the thermal analysis are coupled. Considering the dimensions and physical properties calculated from optimization variables that change from moment to moment in these coupled analyses, a high value that assumes the actual driving state from the loss, torque value, and rotation speed obtained by post-processing of the magnetic field analysis Accurate efficiency can be calculated. Using the calculated efficiency as an objective function, an optimal shape that maximizes the efficiency can be calculated by performing optimization calculation that maximizes the efficiency. Furthermore, as shown in the fourth embodiment, by changing the dimensions that are not included in the optimization variable and calculating the optimum shape for each of the changed dimensions, the point with the highest performance as the most efficient design is obtained. It becomes possible to explore.

〔第8の実施形態〕
第7の実施形態同様に、電動機は特に量産型であればコストも重要な観点である。そこで、最適化変数に電磁鋼板の量,永久磁石の量,銅線の量,材料のグレードが計算できる値を設定し、それを単位量あたりの価格から、全体のコストに換算することができる。本実施形態ではコストを目的関数とし、コストを最小化するような最適化計算を実施する。最適化計算の中で時々刻々と変化する最適化変数から計算される寸法や物性値を考慮し、電動機形状から電動機1台に対するコストに換算する。このコストを最小化する最適化計算を行うことによって、低価格な電動機の設計が可能となる。
[Eighth Embodiment]
Similarly to the seventh embodiment, the cost is an important point of view if the electric motor is particularly mass-produced. Therefore, the value that can calculate the amount of electrical steel sheet, the amount of permanent magnet, the amount of copper wire, and the grade of material can be set in the optimization variable, and it can be converted into the total cost from the price per unit amount. . In this embodiment, cost is an objective function, and optimization calculation that minimizes cost is performed. Considering dimensions and physical properties calculated from optimization variables that change from moment to moment in the optimization calculation, the motor shape is converted into the cost for one motor. By performing optimization calculation that minimizes this cost, it is possible to design an inexpensive motor.

〔第9の実施形態〕
図17に第9の実施形態に用いる説明図を示す。本発明では、図13に示す各節点に熱容量を考慮することによって初期温度から熱平衡状態となるまでの過渡的な温度上昇も含めて高精度に再現することができる。これにより、電動機の駆動時間に合わせた特性の算出とその状態の最適形状を算出することができる。第3の実施形態を例に挙げて説明すると、最適化計算の中では温度と積厚は前回の値を用いて計算しているが、繰り返しの計算によって前回との値の差分を最小化し、連成計算を成立させることができる仕掛けになっている。そのため、最終的に得られた形状では、連成が成立しており、図13に示す断面図における節点にそれぞれ熱容量を考慮することによって、時々刻々と変化する温度に対しても過渡状態まで含めた温度を高精度に計算することができる。これを利用すると、最適化計算の中で抽出する温度をある時間の温度と指定することによって、その時間における最適点を探索することも可能であり、電動機における連続運転,短時間運転の最適化が可能である。例えば、サーボモータなどの連続運転にはほとんど使用しない用途であれば短時間運転での最適点を探索するのに最適であり、電動パワーステアリング等の特殊用途に対しても適用が可能な設計方法となる。こうした実施形態においても第2〜7で示した実施形態が適用できる。
[Ninth Embodiment]
FIG. 17 shows an explanatory diagram used in the ninth embodiment. In the present invention, by considering the heat capacity at each node shown in FIG. 13, it can be reproduced with high accuracy including the transient temperature rise from the initial temperature to the thermal equilibrium state. Thereby, it is possible to calculate the characteristic in accordance with the driving time of the electric motor and to calculate the optimum shape of the state. The third embodiment will be described as an example. In the optimization calculation, the temperature and the thickness are calculated using the previous values, but the difference between the previous values is minimized by repeated calculation, It is a mechanism that can establish a coupled calculation. Therefore, in the finally obtained shape, the coupling is established, and by considering the heat capacity at each node in the cross-sectional view shown in FIG. Temperature can be calculated with high accuracy. By using this, it is possible to search for the optimum point at that time by specifying the temperature to be extracted in the optimization calculation as the temperature of a certain time, and optimization of continuous operation and short-time operation in the motor Is possible. For example, if it is an application that is rarely used for continuous operation such as a servo motor, it is optimal for searching for the optimum point in short-time operation, and can be applied to special applications such as electric power steering It becomes. In these embodiments, the embodiments shown in Nos. 2 to 7 can be applied.

〔第10の実施形態〕
図18に本発明の最適設計システムの出力形式を示す。本発明は最適化アルゴリズムに直接探索法を採用していることから、横軸を探索回数、縦軸を目的関数,制約条件,変数とした図中のグラフを作成することができる。これにより、最適化計算の収束状況,制約条件の状況,変数の推移の状況を確認することができる。また、本発明では物性値の温度依存性を考慮していることから、横軸を探索回数、縦軸を固定子巻線の抵抗率,磁石の残留磁束密度とした図中のグラフも作成することができる。これにより、熱と磁界の連成が成立しているかを確認することができる。これらのグラフを作成するために、最適化計算において目的関数を毎回計算する度に、前記のグラフ作成に必要な各諸量をファイルに書き出している。
[Tenth embodiment]
FIG. 18 shows an output format of the optimum design system of the present invention. Since the present invention employs the direct search method for the optimization algorithm, it is possible to create a graph in the figure with the horizontal axis representing the number of searches and the vertical axis representing the objective function, constraints, and variables. Thereby, it is possible to confirm the convergence status of the optimization calculation, the status of the constraint condition, and the status of the transition of the variable. In addition, since the temperature dependence of the physical property value is taken into consideration in the present invention, a graph in the figure is also created in which the horizontal axis represents the number of searches, the vertical axis represents the resistivity of the stator winding, and the residual magnetic flux density of the magnet. be able to. Thereby, it can be confirmed whether the coupling | bonding of a heat | fever and a magnetic field is materialized. In order to create these graphs, each time the objective function is calculated in the optimization calculation, various quantities necessary for creating the graph are written to a file.

Claims (8)

設計変数の組を受け取り、この設計変数の組に基づいて関数値を計算して出力する目的関数演算部と、
前記関数値が極大または極小となる前記設計変数の組を探索する最適化の手段よりなる最適設計システムにおいて、
前記目的関数演算部が、電磁機器に関する寸法データと物性値を含む物理量を履歴ファイルから入力でき、かつ、
この物理量を反映させて計算した最新の物理量を前記履歴ファイルに書き込む機能を持ち、さらに、
前記目的関数演算部が、電磁機器の磁界解析と熱解析を、最適化の繰り返しの中で目的関数を計算する毎に、前記磁界解析で計算した損失をもとに前記熱解析で温度を計算する機能を有し、さらに、
前記最適化の手段が直接探索法のアルゴリズムに基づいていることを特徴とする電磁機器の最適設計システム。
An objective function calculation unit that receives a set of design variables, calculates a function value based on the set of design variables, and outputs the function value;
In an optimal design system comprising optimization means for searching for the set of design variables in which the function value is maximized or minimized,
The objective function calculation unit can input physical quantities including dimension data and physical property values related to electromagnetic equipment from a history file, and
Has the function of writing the latest physical quantity calculated by reflecting this physical quantity to the history file,
Every time the objective function calculation unit calculates the objective function in the repetition of optimization of the magnetic field analysis and thermal analysis of the electromagnetic equipment, the temperature is calculated by the thermal analysis based on the loss calculated by the magnetic field analysis. And has the function of
An optimal design system for electromagnetic equipment, wherein the optimization means is based on a direct search algorithm.
請求項に記載の電磁機器の最適設計システムにおいて、
前記履歴ファイルに、少なくとも、前記熱解析の履歴を格納されていることを特徴とする電磁機器の最適設計システム。
In the optimal design system of the electromagnetic device according to claim 1 ,
An optimum design system for electromagnetic equipment, wherein at least a history of the thermal analysis is stored in the history file.
請求項に記載の電磁機器の最適設計システムにおいて、
前記磁界解析の手段が有限要素法であり、
前記熱解析の手段が熱等価回路網法であることを特徴とする電磁機器の最適設計システム。
In the optimal design system of the electromagnetic device according to claim 2 ,
The magnetic field analysis means is a finite element method,
An optimal design system for electromagnetic equipment, wherein the thermal analysis means is a thermal equivalent network method.
請求項に記載の電磁機器の最適設計システムにおいて、
前記目的関数演算部が出力する関数値が前記電磁機器の単位体積あたりのトルクより算出したものであることを特徴とする電磁機器の最適設計システム。
In the optimal design system of the electromagnetic device according to claim 3 ,
The optimal design system for an electromagnetic device, wherein the function value output from the objective function calculation unit is calculated from a torque per unit volume of the electromagnetic device.
請求項に記載の電磁機器の最適設計システムにおいて、
前記履歴ファイルに、少なくとも、前記電磁機器のコア積厚の履歴を格納されていることを特徴とする電磁機器の最適設計システム。
In the optimal design system of the electromagnetic device according to claim 4 ,
An optimum design system for electromagnetic equipment, wherein at least a history of core thickness of the electromagnetic equipment is stored in the history file.
請求項に記載の電磁機器の最適設計システムにおいて、
前記目的関数演算部が出力する関数値が前記電磁機器の効率より算出したものであることを特徴とする電磁機器の最適設計システム。
In the optimal design system of the electromagnetic device according to claim 3 ,
An optimal design system for an electromagnetic device, wherein the function value output from the objective function calculation unit is calculated from the efficiency of the electromagnetic device.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の最適設計システムを用い
請求項に記載の設計変数とならない寸法ないし物性値を変化させたものに対してそれぞれ前記最適設計システムを適用し、
それぞれの寸法ないし物性値ごとの最適形状を比較し、最も効果の高い形状を選択することを特徴とする設計方法。
Using the optimum design system according to any one of claims 1 to 5 ,
Applying the optimum design system to each of the dimensions or physical property values that do not become the design variables according to claim 1 ,
A design method characterized by comparing optimum shapes for each dimension or physical property value and selecting the most effective shape.
永久磁石式同期電動機の設計方法を以下のステップにより算出することを特徴とする永
久磁石式同期電動機の設計方法。
(1)変数または定数とする前記永久磁石式同期電動機における各部の寸法,各部の物性値を入力値とし、
(2)入力値から解析対象機の要素を分割し、
(3)巻線,永久磁石の温度をあらかじめ用意しておいた温度履歴ファイルから読み込み、その温度における巻線の抵抗値,永久磁石の残留磁束密度を温度の関数として計算し、
(4)2次元磁界解析を実行し、
(5)(4)の結果と前記永久磁石式同期電動機の積厚をあらかじめ用意しておいた積厚履歴ファイルから読み込み、それらを用いて前記永久磁石式同期電動機の損失を計算し、
(6)解析対象にあらかじめ設定した節点からそれぞれの節点間の熱抵抗を寸法と物性値から計算し、
(7)(5)(6)から得られる損失と熱抵抗を入力値として熱解析を実行し、得られた各節点における温度を前記温度履歴ファイルに更新し、
(8)要求されるトルク値が得られるように前記永久磁石式同期電動機の積厚を計算し、新しい積厚を積厚履歴ファイルに更新し、
(9)目的関数であるトルク密度が最大化されるように(1)で入力した変数を自動的に調整し、
(1)〜(9)を繰り返すことにより熱と磁界を同時に解くことを可能とする特徴を有する解析手法。
A design method of a permanent magnet synchronous motor, wherein the design method of a permanent magnet synchronous motor is calculated by the following steps.
(1) Use the dimensions and physical properties of each part of the permanent magnet synchronous motor as variables or constants as input values,
(2) Divide the elements of the analysis target machine from the input value,
(3) Read the temperature of the winding and permanent magnet from the temperature history file prepared in advance, calculate the resistance value of the winding at that temperature and the residual magnetic flux density of the permanent magnet as a function of temperature,
(4) Perform a two-dimensional magnetic field analysis,
(5) Read the result of (4) and the thickness of the permanent magnet type synchronous motor from a thickness history file prepared in advance, and use them to calculate the loss of the permanent magnet type synchronous motor,
(6) Calculate the thermal resistance between each node from the nodes set in advance for analysis from the dimensions and physical properties,
(7) Perform thermal analysis using the loss and thermal resistance obtained from (5) and (6) as input values, update the temperature at each obtained node to the temperature history file,
(8) Calculate the thickness of the permanent magnet type synchronous motor so as to obtain the required torque value, update the new thickness to the thickness history file,
(9) Automatically adjust the variables entered in (1) so that the torque density that is the objective function is maximized ,
An analysis method having a feature that enables heat and a magnetic field to be solved simultaneously by repeating (1) to (9).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170315002A1 (en) * 2014-11-14 2017-11-02 Hitachi, Ltd.. Calculation of electromagnetic force distribution, and device for calculating electromagnetic force distribution
CN104779047A (en) * 2015-03-26 2015-07-15 浙江永固输配电设备有限公司 Electromagnetic design method of amorphous alloy transformer
JP6573649B2 (en) * 2017-09-11 2019-09-11 株式会社日本製鋼所 Motor manufacturing method and motor
DE102019201410A1 (en) 2018-02-05 2019-08-08 Ziehl-Abegg Se Method for optimizing the efficiency and / or the running performance of a fan or fan assembly
JP7283967B2 (en) * 2019-04-25 2023-05-30 株式会社日立製作所 Permanent magnet demagnetization tolerance analysis method, calculation device, calculation system
JP2021144281A (en) 2020-03-10 2021-09-24 富士通株式会社 Optimization device, optimization method, and optimization program
CN112713730B (en) * 2020-12-18 2023-08-22 苏州英磁新能源科技有限公司 Motor optimization design method based on parameterized magnetic steel model
CN113935152B (en) * 2021-09-24 2024-07-16 浙江大学 Permanent magnet wind driven generator, design method and system thereof, electronic equipment and medium
CN114282422B (en) * 2021-12-30 2022-09-09 哈尔滨工业大学 Iron loss calculation method based on local hysteresis loop model
CN115208281B (en) * 2022-09-14 2022-12-13 中汽研汽车检验中心(天津)有限公司 Thermal model and data processing method thereof, motor model and data processing method thereof
CN117521533A (en) * 2024-01-08 2024-02-06 中国人民解放军陆军装甲兵学院 Integrated matching design method for hub motor driving device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3979526B2 (en) * 2002-06-19 2007-09-19 株式会社日本総合研究所 Rotating machine thermal analysis method, rotating machine thermal analysis apparatus, computer program, and recording medium
JP2004046303A (en) * 2002-07-09 2004-02-12 Fuji Electric Holdings Co Ltd Optimum structure design method of electromagnet
JP4932640B2 (en) * 2007-08-23 2012-05-16 新日本製鐵株式会社 Iron loss optimization system
JP5035900B2 (en) * 2007-11-21 2012-09-26 株式会社アイ・エイチ・アイ マリンユナイテッド Temperature distribution history estimation method

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