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磁気回路法によるモーターの解析技術
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設計技術シリーズ

磁気回路法によるモーターの解析技術

著者： 一ノ倉 理氏（東北大学）
田島 克文氏（秋田大学）
中村 健二氏（東北大学）
吉田 征弘氏（秋田大学）
定価： 4,620円（本体4,200円＋税）
判型： A5
ページ数： 340 ページ
ISBN： 978-4-904774-50-2
発売日： 2016/12/30
管理No： 47

【著者紹介】

一ノ倉　理（いちのくら　おさむ）
所属：東北大学 大学院工学研究科 電気エネルギーシステム専攻
経歴：昭和55年3月　東北大学大学院工学研究科電気及通信工学専攻博士後期課程修了
　　　昭和55年4月　東北大学工学部助手、
助教授を経て平成7年10月より教授，工学博士
専門：主として電気機器工学、電力磁気応用工学に関する研究に従事。
所属学会：電気学会、日本磁気学会、電気設備学会、米国電気電子学会 （IEEE）
田島　克文（たじま　かつぶみ）
所属：秋田大学 大学院理工学研究科 共同ライフサイクルデザイン工学専攻
経歴：平成元年3月　東北大学大学院工学研究科電気及通信工学専攻博士前期課程修了
　　　平成元年4月　秋田大学鉱山学部 助手
　　　　　　　　　　講師、准教授を経て平成22年5月より教授、工学博士
専門：主としてモーター等の電気機器の高効率化に関する研究に従事。
所属学会：電気学会、日本磁気学会、米国電気電子学会 （IEEE）
中村　健二（なかむら　けんじ）
所属：東北大学 大学院工学研究科 技術社会システム専攻
経歴：平成12年3月　東北大学大学院工学研究科電気・通信工学専攻博士前期課程修了
　　　平成12年4月　東北大学大学院工学研究科 助手，
准教授を経て平成28年4月より教授，博士 （工学）
専門：主として電気機器の解析・設計に関する研究に従事。
所属学会：電気学会、日本磁気学会、自動車技術会、米国電気電子学会 （IEEE）
吉田　征弘（よしだ　ゆきひろ）
所属：秋田大学 大学院理工学研究科 数理・電気電子情報学専攻
経歴：平成25年9月　東北大学大学院工学研究科電気・通信工学専攻博士後期課程修了
　　　平成25年10月秋田大学大学院工学資源学研究科助教、博士 （工学）
専門：主として永久磁石モーターの設計と解析に関する研究に従事。
所属学会：電気学会、日本磁気学会、米国電気電子学会 （IEEE）

【目次】

まえがき

記号表

第１章　磁気回路法の基礎

  1. １－１　磁気回路と磁気抵抗
  2. １－２　磁気回路の計算例
  3. １－３　節点方程式と閉路方程式
  4. １－４　多巻線系の場合
  5. １－５　磁気抵抗とインダクタンス
  6. １－６　磁気抵抗とパーミアンス
  7. １－７　Excelを利用した磁気回路の解析
    1. １－７－１　行列関数による三脚鉄心の計算
    2. １－７－２　オイラー法による計算
  8. １－８　回路シミュレータを利用した磁気回路の解析5
    1. １－８－１　基本的な使い方
    2. １－８－２　磁気回路と電気回路の接続
  9. １－９　まとめ

第２章　非線形磁気回路の解析手法

  1. ２－１　非線形磁気特性の取り扱い
  2. ２－２　Excelを利用した非線形磁気回路の解析
    1. ２－２－１　分析ツールを利用した計算例
    2. ２－２－２　ルンゲ・クッタ法による電圧入力時の計算
  3. ２－３　回路シミュレータによる非線形磁気回路の解析
    1. ２－３－１　非線形磁気抵抗のSPICEモデル
    2. ２－３－２　リアクトルの磁化曲線の計算
    3. ２－３－３　電圧入力時の計算
  4. ２－４　変圧器への適用例
  5. ２－５　DC-DCコンバータへの適用例
  6. ２－６　まとめ

第３章　磁気回路網（リラクタンスネットワーク）による解析

  1. ３－１　RNAモデル導出の基礎
  2. ３－２　RNAによる解析事例
    1. ３－２－１　ギャップ付き額縁型鉄心の3次元RNAモデル
    2. ３－２－２　額縁型鉄心を用いた変圧器のRNAモデル
    3. ３－２－３　磁心磁束分布が複雑となる場合
  3. ３－３　回路シミュレータによるRNAモデルの構築方法
    1. ３－３－１　回路図エディタを利用する方法
    2. ３－３－２　額縁型鉄心リアクトルのRNAモデルの構築
  4. ３－４　まとめ

第４章　モーターの基本的な磁気回路

  1. ４－１　固定子の磁気回路
    1. ４－１－１　モーターの基本的な磁気回路構成
    2. ４－１－２　固定子の磁気抵抗
    3. ４－１－３　ギャップの磁気抵抗
  2. ４－２　永久磁石回転子の磁気回路
    1. ４－２－１　基本的な考え方
    2. ４－２－２　表面磁石型回転子の磁気回路
    3. ４－２－３　分割要素の磁気抵抗の計算式
  3. ４－３　永久磁石モーターの磁気回路モデル
    1. ４－３－１　磁気回路モデルの計算例
    2. ４－３－２　永久磁石モーターのSPICEモデル
  4. ４－４　突極形回転子の磁気回路
    1. ４－４－１　基本的な考え方
    2. ４－４－２　スイッチトリラクタンスモーター
  5. ４－５　SRモーターの磁気回路モデル
    1. ４－５－１　可変磁気抵抗によるモデル
    2. ４－５－２　SRモーターの磁化曲線
    3. ４－５－３　対向状態の磁気回路の計算例
  6. ４－６　SRモーターのSPICEモデル
    1. ４－６－１　R-θ 曲線の取り扱い
    2. ４－６－２　SRモーターのSPICEモデル
  7. ４－７　まとめ

第５章　磁気回路に基づくモーター解析

  1. ５－１　永久磁石モーターのトルク
  2. ５－２　SRモーターのトルク
    1. ５－２－１　磁気随伴エネルギーとトルク
    2. ５－２－２　R-θ 曲線に基づくSRモーターのトルク計算
  3. ５－３　運動方程式の取り扱い
  4. ５－４　永久磁石モーターの起動特性
  5. ５－５　インバータ駆動時のシミュレーション
  6. ５－６　SRモーターの動特性シミュレーション
  7. ５－７　まとめ

第６章　非線形磁気特性を考慮したSRモーターの解析

  1. ６－１　磁化曲線に基づくSRモーターの非線形可変磁気抵抗モデル
    1. ６－１－１　SRモーターの基本構成
    2. ６－１－２　非線形可変磁気抵抗モデルの導出
    3. ６－１－３　トルク算定式
    4. ６－１－４　非線形可変磁気抵抗モデルによる特性算定結果
  2. ６－２　磁束分布を考慮したSRモーターの非線形磁気回路モデル
    1. ６－２－１　空隙の磁気回路
    2. ６－２－２　ヨークおよび磁極周辺の磁気回路
    3. ６－２－３　非線形磁気回路モデルによる特性算定結果
  3. ６－３　まとめ

第７章　リラクタンスネットワークによるモーター解析の基礎

  1. ７－１　モーターのRNAモデル
  2. ７－２　RNAにおけるトルク算定法
    1. ７－２－１　体積積分に基づくトルク式
    2. ７－２－２　面積分に基づくトルク式
    3. ７－２－３　トルクの計算例
  3. ７－３　まとめ

第８章　リラクタンスネットワークによる永久磁石モーターの解析

  1. ８－１　集中巻表面磁石モーター
    1. ８－１－１　RNAモデルの導出
    2. ８－１－２　回転運動を考慮した磁石起磁力のモデル化
    3. ８－１－３　集中巻表面磁石モーターの特性算定
  2. ８－２　分布巻表面磁石モーター
    1. ８－２－１　RNAモデルの導出および巻線電流起磁力の配置
    2. ８－２－２　セグメント磁石のモデル化
    3. ８－２－３　オーバーハングの考慮
    4. ８－２－４　分布巻表面磁石モーターの特性算定
  3. ８－３　埋込磁石モーター
    1. ８－３－１　RNAモデルの導出
    2. ８－３－２　埋込磁石回転子の回転運動の考慮
    3. ８－３－３　埋込磁石モーターの特性算定
  4. ８－４　まとめ

第９章　電気―磁気回路網によるうず電流解析

  1. ９－１　電気―磁気回路によるうず電流解析の基礎
  2. ９－２　電気回路網の導出
  3. ９－３　電気―磁気回路網によるうず電流損の算定例
  4. ９－４　永久磁石モーターの磁石うず電流損解析
    1. ９－４－１　永久磁石モーターの諸元と磁気回路網モデルの導出
    2. ９－４－２　回転子運動の取り扱い
    3. ９－４－３　磁石うず電流損の解析結果
  5. ９－５　まとめ

第10章　鉄損を考慮した磁気回路

  1. 10－１　鉄損を考慮した磁気回路モデル
    1. 10－１－１　磁気回路モデルの導出
    2. 10－１－２　鉄損の算定結果
  2. 10－２　直流ヒステリシスを考慮した磁気回路モデル
    1. 10－２－１　磁気回路モデルの導出
    2. 10－２－２　関数g－(B)および係数β'1の導出
    3. 10－２－３　鉄損の算定結果
  3. 10－３　異常うず電流損を考慮した磁気回路モデル
    1. 10－３－１　磁気回路モデルの導出
    2. 10－３－２　係数γ1、γ2の導出
    3. 10－３－３　鉄損の算定結果
  4. 10－４　まとめ

付録

  1. Ａ　Excelを利用した計算
  2. Ｂ　Excelによる磁化係数の求め方

【参考文献】

  • H. C. Roters：Electromagnetic Devices, John Wiley & Sons （1941）
  • 宮入庄太：電気・機械エネルギー変換工学、第2章、丸善 （1976）
  • 山田一、山本行雄、山沢清人：R&Dのための磁気回路の計算法、第3章、トリケップス （1987）
  • 大川光吉：永久磁石磁気回路・磁石回転機設計マニュアル （第2版）、第2章、総合電子リサーチ （2005）
  • 松木英敏、一ノ倉理：電磁エネルギー変換工学、第2章、朝倉書店 （2010）
  • 神足史人：EXCELで操る！ここまでできる科学技術計算 （2009）
  • Paul W. Tuinenga：SPICE A Guide to Circuit Simulation & Analysis Using PSpice, PRENTICE HALL （1988）
  • 棚木義則：電子回路シミュレータPSpice入門編、CQ出版社 （2003）
  • 神崎康宏：LTspice入門編、CQ出版社 （2011）
  • 渋谷道雄：LTspiceで学ぶ電子回路、オーム社 （2015）
  • D. Pei and P. O. Lauritzen：A Computer Model of Magnetic Saturation and Hysteresis for Use on SPICE2, IEEE Transactions on Power Electronics. PE-1, 101 （1986）
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  • 志村正道：非線形回路理論、第1章、昭晃堂 （1977）
  • 田島克文、加賀昭夫、一ノ倉理：3次元磁気回路と電気回路の直接結合による直交磁心形電力変換器の動作解析、電気学会論文誌A、117、155 （1997）
  • 電気学会マグネティックス技術委員会編：改訂磁気工学の基礎と応用、6.4 （1999）
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  • 日本磁気学会編：パワーマグネティクスのための応用電磁気学、4.3、共立出版 （2015）
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  • 森本茂雄、真田雅之：省エネモーターの原理と設計法、第6章、科学情報出版株式会社 （2013）
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  • 齋藤憲一、中村健二、一ノ倉理：磁気回路法に基づいた埋込磁石同期モーターの動的解析、日本応用磁気学会誌、28、615 （2004）
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  • 吉田征弘、中村健二、一ノ倉理：RNAのための渦電流計算手法に関する考察、日本磁気学会誌、35、399 （2011）
  • Yukihiro Yoshida, Kenji Nakamura, Osamu Ichinokura：Consideration of Eddy Current Loss Estimation in SPM Motor Based on Electric and Magnetic Networks, IEEE Transactions on Magnetics, 48, 3108 （2012）
  • 吉田征弘、中村健二、一ノ倉理：RNAによる反作用磁界まで考慮した渦電流損分布の算定法、日本磁気学会誌、36、127 （2012）
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  • G. Bertotti：General Properties of Power Losses in Soft Ferromagnetic Materials, IEEE Transactions on Magnetics, 24, 621 （1988）
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  • 木村幸四郎、中村健二、一ノ倉理：SPICE用非線形磁気抵抗におけるヒステリシスの一表現法、日本応用磁気学会誌、28、611 （2004）
  • K. Nakamura, K. Fujita, O. Ichinokura：Magnetic-Circuit-Based Iron Loss Estimation under Square Wave Excitation with Various Duty Ratios, IEEE Transactions on Magnetics, 49, 3997 （2013）
  • 藤田健太郎、中村健二、一ノ倉理：磁気回路における異常渦電流損の考慮、日本磁気学会誌、37、44 （2013）
  • 田中秀明、中村健二、一ノ倉理：LLG方程式を取り入れた磁気回路モデルに関する考察、日本磁気学会誌、37、39 （2013）
  • 田中秀明、中村健二、一ノ倉理：磁気ヒステリシスを考慮可能な磁気回路モデル、電気学会論文誌A、134、243 （2014）
  • H. Tanaka, K. Nakamura, O. Ichinokura：Magnetic Circuit Model Considering Magnetic Hysteresis, Electrical Engineering in Japan, 192, 11 （2015）
  • H. Tanaka, K. Nakamura, O. Ichinokura：Calculation of Iron Loss in Soft Ferromagnetic Materials using Magnetic Circuit Model Taking Magnetic Hysteresis into Consideration, Journal of the Magnetics Society of Japan, 39, 65 （2015）
  • 平山博、大附辰夫：電気学会大学講座　電気回路論 （3版改訂）、電気学会 （2008）

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