磁気応用におけるシミュレーション技術

カテゴリ: 技術報告

論文No: 1201

グループ名: 【A】基礎・材料・共通部門

発行日: 2010/09/15

タイトル(英語): Simulation Technique on Magnetic Applications

著者名: 磁気応用におけるシミュレーションツール活用技術調査専門委員会

著者名(英語): Investigating R&D Committee on Simulation Technique for Magnetic Applications

キーワード: 磁気デバイス、モータ、スイッチング電源、有限要素法、空間回路網法／Magnetic device, Electric Motor, Switched Mode Power Supply, Finite Element Analysis, Spatial Network Analysis

要約(日本語): 近年，磁性材料の進歩により，リアクトルや変圧器，およびモータなどの磁気デバイスの高性能化が進んでいる。これらの磁気デバイスの最適設計には，ヒステリシスや鉄損などの非線形磁気特性を考慮した高精度なシミュレーションが欠かせない。また，スイッチング電源やモータドライブなどの磁気応用システムでは，磁場と回路の連成解析も必要である。本報告は，このような視点から最近の磁気応用に関わるシミュレーション技術をまとめたものである。2章では，有限要素法解析の最近の動向について解説している。3章では，解析対象を磁気回路網，等価電気回路網，あるいは伝送回路網でモデル化する，いわゆる空間回路網による磁気デバイスの解析手法についてまとめ，4章においてその適用事例を紹介している。5章では，汎用のシミュレーションツールの活用例として，“Matlab/Simulink”を用いたAC-DCコンバータの解析，“Mathematica”を用いたDC-DCコンバータの解析，“Spice”を用いた磁気発振形DC-ACコンバータの解析について述べている。 6章では，3章で述べた磁気回路網に基づくモータ解析手法と，モータ解析に必要な鉄心材料の評価手法についてまとめている。7章では，汎用回路シミュレータの紹介を兼ねて，“Spice”を用いた非線形リアクトル解析，および“Simplorer”によるIPMモータ解析についてまとめている。

要約(英語): In recent years, remarkable developments have been achieved in the magnetic devices such as a transformer, an inductor and electric motors. For optimum design of the magnetic devices, a precise analysis considering nonlinear magnetic characteristics of magnetic hysteresis and iron losses is important. Furthermore, a coupling analysis of magnetic-field and circuit is needed in the magnetic application systems such as a switched mode power supply and a motor drive system. From these points of view, we investigate a recent progress of the simulation technique in the magnetic devices and systems. In this technical report, we describe (1)trends of finite element analysis of various magnetic phenomena, (2)demonstration of 3-D finite element analysis of rotating machine, (3)spatial network analysis based on magnetic circuit, electric circuit and transmission circuit, (4)application of the spatial network analyses to magnetic device simulations, (5)ac-dc converter analysis using a general purpose simulation tool “Matlab/Simulink”, dc-dc converter analysis using “Mathematica” and dc-ac converter analysis using “Spice”, (6)a motor analysis using a spatial network analysis based on magnetic circuit, (7)an evaluation method of magnetic materials for electric motors, (8)introduction of a general purpose circuit simulator “Spice” and “Simplorer”.

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