トポロジー最適化を用いた高効率非接触給電の実現

利用拓扑优化实现高效非接触电力传输

基本信息

批准号：
19J20375
负责人：
大友佳嗣
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2021年度は非接触給電における，コイルおよび磁気コア形状の同時最適化に取り組んだ．申請者らは2019年度に，コイル形状を電流ベクトルポテンシャルでトポロジー最適化する手法を開発したが，実機の磁気特性を改善するには不十分であった．そこで，今年度はコイル形状に対してのみパラメータ最適化を適用し，磁気コア形状に対してはトポロジー最適化を適用する，同時最適化法を新たに検討した．コイルのパラメータ最適化により形状表現の自由度は低下したが，ターン数など磁気特性に影響する要因の調整が可能となった．これより，非接触給電の磁気特性が電流ベクトルポテンシャルを用いる方法に比べ，十分に改善されることを確認した．また，コイルターン数の調整が容易になったことで，インダクタンスを目標値に近づけるような形状最適化も実現可能となった．以上の手法については今後，結果をまとめた上で学会発表および論文誌に投稿する予定である．また，本年度は磁気コアの鉄損計算に関する手法も新たに検討した．現在広く用いられているSteinmetzの式における問題点として，非正弦波励磁や直流重畳磁界による鉄損計算に対応していないことが挙げられる．これは，Steinmetzの式が正弦波励磁を前提としていることに起因する．そこで申請者らは，任意の曲面を滑らかに補間可能なカーネル関数法を用いて，鉄損密度実測値に対する応答曲面を構成し，直流重畳磁界を含むインダクタ鉄損を精度良く解析することを実現した．実際，提案法を条件が異なる複数のインダクタに対して適用し，その鉄損解析結果が実測値に良く一致することを確認した．なお，今年度は非正弦波励磁下における鉄損計算を提案法により実現することはできなかったが，磁気コアの鉄損計算に提案法は広く適用可能と考える．

在2021财年，我们在非接触式电源中同时优化线圈和磁芯形状。 2019年，申请人开发了一种使用当前向量电位优化线圈形状拓扑的方法，但这不足以改善实际机器的磁性特性。因此，今年我们研究了一种新的同时优化方法，其中参数优化仅应用于线圈形状，拓扑优化应用于磁芯形状。尽管由于线圈参数的优化，形状表达的自由度已降低，但可以调整影响磁性特性的转弯数等因素。这证实，与使用当前矢量电位相比，与该方法相比，非接触式电源的磁特性得到了足够的改进。此外，线圈转弯的数量变得易于调整，从而使形状优化成为可能使电感更接近目标值。上述方法将在将来总结结果并将其提交会议演讲和论文后，将来提交。此外，今年我们还研究了一种计算磁芯铁损耗的新方法。目前广泛使用的Steinmetz方程的问题之一是，由于非微波激发或直流叠加的磁场，它们不支持铁损失计算。这是由于以下事实：Steinmetz的方程式假定正弦波激发。因此，申请人使用了允许对任何弯曲表面平滑插值的内核函数方法来形成对实际测量的铁损耗密度值的响应表面，并实现了对包括直流叠加磁场在内的电感器铁损耗的准确分析。实际上，提出的方法应用于具有不同条件的多个电感器，并且证实铁损耗分析结果与实际测量值相匹配。尽管今年，使用该方法不可能在非微波波激发下进行铁损失计算，但该方法广泛适用于磁芯铁损失的计算。

项目成果

期刊论文数量（35）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

2.5-D Multi-Phase Topology Optimization of Permanent Magnet Motor Using Gaussian Basis Function

使用高斯基函数的永磁电机 2.5 维多相拓扑优化

DOI：
10.1109/tmag.2022.3171558
发表时间：
2022
期刊：
IEEE Transactions on Magnetics
影响因子：
2.1
作者：
Otomo Yoshitsugu;Igarashi Hajime;Sato Tomohiro;Suetsugu Yoshihisa;Fujioka Eiji
通讯作者：
Fujioka Eiji

応答曲面法を用いたインダクタ鉄損推定に関する基礎検討

响应面法估算电感器铁损的基础研究