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均質化有限要素法とインピーダンス境界条件を用いた準定常電磁界解析に関する研究
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| Title: | 均質化有限要素法とインピーダンス境界条件を用いた準定常電磁界解析に関する研究 |
| Other Titles: | Study on Quasi-Static Electromagnetic Field Analysis Using Homogenization-Based Finite Element Method and Impedance Boundary Conditions |
| Authors: | 藤田, 祥伍 Browse this author |
| Keywords: | 磁性被覆コイル | | 電磁シールド | | インダクタ | | モータ | | 準定常電磁界 | | 電磁界有限要素解析 | | 均質化有限要素法 | | インピーダンス境界条件 | | Magnetically shielded wire | | electromagnetic shield | | inductor | | motor | | soft magnetic composite | | eddy current | | quasi-staic electromagnetic field | | finite element method | | complex permeability | | homogenization method | | impedance boundary conditions |
| Issue Date: | 25-Mar-2020 |
| Publisher: | Hokkaido University |
| Abstract: | 現在，わが国における消費エネルギーのうち，50 %以上が電気エネルギーを占めており，その内の50 %はモータや変圧器を駆動するために消費されている．これらの電気機器の損失には，鉄芯中の鉄損と巻線内部のJoule 損に起因する銅損がある．これら損失の低減と電気機器利用効率の改善は，温室効果ガスの排出量の削減，環境汚染や地球温暖化の防止に寄与する．こうした目的のための電気機器の高効率化に伴い，それぞれの素子の小型化が図られている．そのために，近年電気機器の駆動周波数が高くなる傾向にある．高周波化が進むと，体積は小さくなるものの，界磁巻線における銅損が顕著となる．銅損には電源からの電流による表皮効果と，素線に印加される近接効果から発生する渦電流損がある．例えば，近接効果損失低減のためには，銅線を薄い磁性体で被覆した磁性被覆線が有効である．磁性被覆線においては，外部磁束は磁性体に集中し，銅線と鎖交する磁束が低減するため，近接効果を抑制することが可能である．別の方策として，占積率を向上するために，素線の平角線化が注目されている．平角線を用いると，表皮効果を抑制でき，占積率が90 %程度にまで改善できる．一方で，鉄損の低減のために，現在圧粉磁芯を用いた磁性体コアを用いることが検討されている．この磁性体コアは，フェライト等とは異なり，透磁率がやや低いものの，磁気飽和と渦電流損を抑制できる．また，磁性粉体は3 次元形状を生成しやすく，製造に向いているという利点も有している．上記のような電気機器の構造を変化させることによる銅損，鉄損の損失の低減に加えて，外部漏洩磁界の低減も重要になる．そのためには，電気機器の一部を電磁シールドで覆うことが必要になる．現在は，数μm の厚さの電磁シールドが用いられている．これらを考慮した電気機器の設計には，多数のパラメータがあり，実験ベースでは試作・製造コストが膨大である．そこで，電磁界有限要素解析により電気機器の最適化を行うことが重要となる．しかし，磁性被覆線や電磁シールドを含む系はいずれも微細な構造を有しており，直接的な有限要素解析が難しい．本博士論文においては，これらの渦電流特性を考慮した解析を行うための均質化有限要素法，インピーダンス境界条件の導入を行い，電気機器の損失を精度よく評価するための方法を提案する． |
| Conffering University: | 北海道大学 |
| Degree Report Number: | 甲第14142号 |
| Degree Level: | 博士 |
| Degree Discipline: | 情報科学 |
| Examination Committee Members: | (主査) 教授 五十嵐 一, 教授 小笠原 悟司, 教授 北 裕幸, 准教授 野口 聡 |
| Degree Affiliation: | 情報科学研究科（システム情報科学専攻） |
| Type: | theses (doctoral) |
| URI: | http://hdl.handle.net/2115/78438 |
| Appears in Collections: | 学位論文 (Theses) > 博士 （情報科学）
課程博士 (Doctorate by way of Advanced Course) > 情報科学院(Graduate School of Information Science and Technology)
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