JP7826764B2 - Rotor design method and system for rotating machines - Google Patents
Rotor design method and system for rotating machinesInfo
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Description
本発明は、例えば永久磁石型回転機に用いられる回転子の設計に関する。 The present invention relates to the design of rotors used, for example, in permanent magnet rotating machines.
永久磁石型回転機は、高効率・可変速範囲が広く、コンプレッサー・スピンドル・ハイブリッド自動車などの多用途に用いられ、外周側の固定子(ステータ)と内周側の回転子(ロータ)とを備え、回転子内部に永久磁石(以下、磁石と省略する。)を埋設する設計によりトルクの増大などの性能向上が図られている。 Permanent magnet rotating machines are highly efficient and have a wide range of adjustable speeds, making them suitable for a variety of applications, including compressors, spindles, and hybrid vehicles. They consist of an outer stator and an inner rotor, with permanent magnets (hereafter referred to as magnets) embedded inside the rotor, improving performance by increasing torque and other aspects.
この回転子は、二つの永久磁石間を磁束で結合するための鉄心、即ち継鉄(ヨーク:yoke)を備えている。この回転子のトルク成分は、鉄心・磁石と固定子との位置関係から決定されている。 This rotor is equipped with an iron core, or yoke, that connects the two permanent magnets with magnetic flux. The torque components of this rotor are determined by the relative positions of the iron core/magnets and the stator.
そのため、回転子の設計は、鉄心形状および磁石の配置から性能が決定されるシステムの設計と捉えることができる。このとき鉄心形状の設計は、主にトポロジー(形状)の最適化により行われる。以下、図6に基づき従来のトポロジー最適化の概略を説明する。 For this reason, rotor design can be considered as the design of a system whose performance is determined by the core shape and magnet arrangement. Core shape design is primarily carried out through topology (shape) optimization. Below, we will provide an overview of conventional topology optimization using Figure 6.
S01:回転子の設計処理が開始されると、回転子に用いる磁石の寸法が決定される。 S01: When the rotor design process begins, the dimensions of the magnets to be used in the rotor are determined.
S02:S01の磁石の寸法に応じた回転子鉄心の「Mesh(メッシュ)」が生成される(S02)。 S02: A rotor core "mesh" is generated according to the dimensions of the magnets in S01 (S02).
S03:回転子鉄心のトポロジー最適化を実行する。すなわち、トポロジー最適化の手法として、まず「Mesh」に磁石を初期配置した鉄心形状を定める(S11)。つぎに有限要素解析により現在の鉄心形状に対する特性評価を計算し(S12)、さらに勾配法では感度解析を行う(S13)。 S03: Perform topology optimization of the rotor core. That is, the topology optimization method first determines the core shape with the magnets initially placed in a "mesh" (S11). Next, a characteristic evaluation of the current core shape is calculated using finite element analysis (S12), and then a sensitivity analysis is performed using the gradient method (S13).
そして、勾配法では、S13の感度解析結果に応じて設計変数(鉄心形状)を修正する(S14)。非勾配法では、特性計算(S12)の評価値に応じて設計変数(鉄心形状)を修正する(S14)。修正が収束すれば鉄心形状を出力する(S16)。一方、収束しなければS12に戻って処理を再開する。 Then, in the gradient method, the design variables (iron core shape) are modified (S14) in accordance with the results of the sensitivity analysis in S13. In the non-gradient method, the design variables (iron core shape) are modified (S14) in accordance with the evaluation values of the characteristic calculation (S12). If the modifications converge, the iron core shape is output (S16). On the other hand, if they do not converge, the process returns to S12 and resumes.
なお、S16の出力の結果、最適化処理が収束していれば設計処理を終了する(S05)一方、収束していなければS01に戻って磁石の寸法を変えて処理を再開する。このような回転子の設計方法(S01~S05)の詳細は、非特許文献1~8に記載されている。 If the optimization process has converged as a result of the output from S16, the design process ends (S05). If it has not converged, return to S01, change the magnet dimensions, and restart the process. Details of this rotor design method (S01-S05) are described in Non-Patent Documents 1-8.
従来は、S01,S02に示すように、磁石の寸法を決定した後に「Mesh」を作成するため、磁石寸法毎に回転子鉄心のトポロジー最適化が実施されている。 Conventionally, as shown in S01 and S02, the "mesh" is created after the magnet dimensions are determined, so topology optimization of the rotor core is performed for each magnet dimension.
このとき磁石寸法毎に「Mesh」の形状が異なるため、鉄心の設計変数が相違する。例えばトポロジー最適化の設計変数は、磁石配置後の「Mesh」に依存するため、図7中の磁石寸法A,B...N毎に異なる。 In this case, the "mesh" shape differs for each magnet size, so the design variables for the iron core differ. For example, the design variables for topology optimization depend on the "mesh" after magnet placement, and therefore differ for each magnet size A, B...N in Figure 7.
そして、S04でS01に戻った際には、磁石寸法が変わるため、異なる「Mesh」が作成され、設計変数が変わってしまう。その結果、トポロジー最適化の情報を共有することができず、計算負荷が増加して最適化に時間がかかり、設計が遅延するおそれがある。 When S04 returns to S01, the magnet dimensions will have changed, creating a different "mesh" and changing the design variables. As a result, topology optimization information cannot be shared, the calculation load increases, optimization takes longer, and there is a risk of design delays.
そこで、非特許文献2~5に示すように、磁石配置の最適化とトポロジー最適化とを同時に更新する手法が提案されているものの、磁石配置は磁石の寸法に依存するため、有効な効果が得られないおそれがある。 As described in Non-Patent Documents 2 to 5, methods have been proposed that simultaneously optimize magnet placement and topology, but because magnet placement depends on the magnet dimensions, there is a risk that effective results will not be obtained.
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、回転子のトポロジー最適化に要する時間を短縮し、回転機設計の遅延回避を図ることを解決課題としている。 The present invention was made to solve these conventional problems, and its goal is to shorten the time required for rotor topology optimization and avoid delays in rotating machine design.
(1)本発明の一態様は、
コンピュータを用いて、
磁石と鉄心とを備えた回転機の回転子を設計する方法であって、
前記回転子全体の設計領域を定義し、前記磁石の寸法に関する第1設計変数と前記鉄心の形状に関する第2設計変数とをそれぞれ独立に決定する変数決定ステップと、
前記第1設計変数および前記第2変数に応じて前記回転子の「Mesh」を生成する画像生成ステップと、
前記「Mesh」に対して前記設計領域で定義された形状を写像する写像ステップと、
前記写像された前記形状の評価に応じて前記両設計変数をそれぞれ修正することで前記鉄心の形状に最適化を施す最適化ステップと、を有する。
(1) One aspect of the present invention is
Using a computer,
A method for designing a rotor of a rotating machine having a magnet and an iron core, comprising:
a variable determination step of defining a design domain of the entire rotor and independently determining a first design variable related to the dimensions of the magnets and a second design variable related to the shape of the iron core;
an image generation step of generating a "mesh" of the rotor according to the first design variables and the second variables;
a mapping step of mapping a shape defined in the design domain onto the "Mesh";
and an optimization step of optimizing the shape of the iron core by modifying both design variables in accordance with the evaluation of the mapped shape.
(2)本発明の他の態様は、磁石と鉄心とを備えた回転機の回転子を設計するシステムであって、
前記回転子全体の設計領域を定義し、前記磁石の寸法に関する第1設計変数および前記回転子の鉄心形状に関する第2変数をそれぞれ独立に決定する変数決定部と、
前記第1設計変数および前記第2変数に応じて前記回転子の「Mesh」を生成する画像生成部と、
前記「Mesh」に対して前記設計領域で定義された形状を写像する写像部と、
前記写像された前記形状の評価に応じて前記両設計変数をそれぞれ修正することで前記磁石の寸法および前記鉄心の形状に最適化を施す最適化部と、を備える。
(2) Another aspect of the present invention is a system for designing a rotor of a rotating machine including a magnet and an iron core, comprising:
a variable determination unit that defines a design domain for the entire rotor and determines a first design variable related to the dimensions of the magnets and a second variable related to the shape of the rotor core independently;
an image generation unit that generates a "mesh" of the rotor according to the first design variables and the second variables;
a mapping unit that maps a shape defined in the design domain onto the "Mesh";
and an optimization unit that optimizes the magnet dimensions and the iron core shape by modifying both of the design variables in accordance with an evaluation of the mapped shape.
本発明によれば、回転子のトポロジー最適化に要する時間を短縮し、回転機設計の遅延を回避することができる。 The present invention reduces the time required for rotor topology optimization and avoids delays in rotating machine design.
以下、本発明の実施形態に係る回転子鉄心の設計方法を説明する。この方法は、主に埋込永久磁石同期モータ(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPSM)の回転子設計に用いられ、回転子の鉄心形状(トポロジー)の最適化を施している。 The following describes a rotor core design method according to an embodiment of the present invention. This method is primarily used in rotor design for interior permanent magnet synchronous motors (IPSMs), and optimizes the rotor core shape (topology).
このとき前記設計方法では、磁石の寸法と独立して回転子全体を設計領域とし、鉄心の形状を定義する。これにより磁石の寸法に依らずに鉄心の形状を最適化することが可能となる。 In this case, the design method defines the core shape by using the entire rotor as the design domain, independent of the magnet dimensions. This makes it possible to optimize the core shape regardless of the magnet dimensions.
図1~図5に基づき前記設計方法の実施例を説明する。ここでは前記設計方法は、例えば図1に示すシステム1などにより実行される。 An example of the design method will be described with reference to Figures 1 to 5. Here, the design method is executed, for example, by system 1 shown in Figure 1.
このシステム1はコンピュータにより構成され、コンピュータの通常のハードウェアリソース(例えばCPU,RAM,ROM,SSD,HDDなど)を備える。このハードウェアリソースとソフトウェアリソース(OS,アプリケーションなど)との協働の結果、前記システム1は変数決定部2・画像生成部3・写像部4・最適化部5・出力部6を実装する。 This system 1 is composed of a computer and is equipped with the usual hardware resources of a computer (e.g., CPU, RAM, ROM, SSD, HDD, etc.). As a result of cooperation between these hardware resources and software resources (OS, applications, etc.), the system 1 implements a variable determination unit 2, image generation unit 3, mapping unit 4, optimization unit 5, and output unit 6.
≪処理内容≫
図2に基づき前記各部2~6による設計方法の処理ステップ(S11~S18)を説明する。前述のように回転子の設計は、鉄心形状および永久磁石の配置から性能が決定されるシステムの設計と捉えることができる。ここでは鉄心に配置される磁石の寸法と鉄心形状との最適化方法を中心に説明する。
<<Processing details>>
The processing steps (S11 to S18) of the design method by the above-mentioned units 2 to 6 will be explained with reference to Figure 2. As mentioned above, rotor design can be considered as designing a system whose performance is determined by the core shape and permanent magnet arrangement. Here, we will mainly explain how to optimize the dimensions of the magnets arranged in the core and the core shape.
S21:処理が開始されると、まず変数決定部2により設計領域Rが定義される。ここで定義される設計領域Rは、前記同期モータの回転子領域全体に関し、鉄心に磁石を配置したものとする。 S21: When processing begins, the variable determination unit 2 first defines the design domain R. The design domain R defined here covers the entire rotor area of the synchronous motor, with magnets placed in the iron core.
つぎに(1)鉄心に埋設される磁石の寸法(位置・形状・角度)S,(2)鉄心の初期形状Cが決定される。ここでは前者を設計変数1と呼び、後者を設計変数2と呼ぶものとする。 Next, (1) the dimensions (position, shape, and angle) S of the magnet to be embedded in the iron core, and (2) the initial shape C of the iron core are determined. Here, the former will be called design variable 1, and the latter will be called design variable 2.
設計変数1は、図3(a)に示すように、磁石の幅W・長さL(面積は一定),位置X,Y,角度(回転角)を変数とし、それぞれの上限値と下限値とが定められている。図3(b)は幅W・長さLの一例(5種)を示し、該変数X・Yにより磁石形状が定められる。また、図3(c)は位置X,Yの一例(30種)を示し、図3(d)は角度(回転角)の一例(60種)を示している。さらに設計変数2として、鉄心の孔部(フラックスバリア等)10群の分布パターン(間隔)などを用いることもできる。 As shown in Figure 3(a), design variable 1 is the magnet's width W, length L (area is constant), position X, Y, and angle (rotation angle), each of which has a set upper and lower limit. Figure 3(b) shows five examples of width W and length L, with the magnet shape determined by the variables X and Y. Figure 3(c) shows 30 examples of position X and Y, and Figure 3(d) shows 60 examples of angle (rotation angle). Furthermore, the distribution pattern (spacing) of 10 groups of holes (flux barriers, etc.) in the iron core can also be used as design variable 2.
なお、設計変数の決定はユーザの入力/選択に応じて行ってもよく、あるいは事前に定めた初期の設計変数を用いてもよく、最適化の完了した別件の設計変数1,2を用いることもできる。 The design variables may be determined based on user input/selection, or predetermined initial design variables may be used, or design variables 1 and 2 from a separate case for which optimization has been completed may be used.
S22:画像生成部3により、S21で決定された設計変数(磁石の寸法S・鉄心の初期形状C)1,2に応じた回転子の「Mesh(図2中のG1)」が生成される。例えば鉄心の初期形状を確認し、頂点座標を初期画像にセットし、その後に頂点座標の順番を初期画像にセットして描画して生成する。なお、「Mesh」の生成には、例えば非特許文献7に記載された作成ツールを用いることができる。 S22: The image generation unit 3 generates a rotor "mesh (G1 in Figure 2)" based on the design variables 1 and 2 (magnet dimensions S and initial core shape C) determined in S21. For example, the initial core shape is confirmed, the vertex coordinates are set in the initial image, and then the order of the vertex coordinates is set in the initial image and drawn to generate it. The "mesh" can be generated using a creation tool such as that described in Non-Patent Document 7.
S23:写像部4によりS21で定義された設計領域にS22で作成された「Mesh」を写像した写像図G2を生成する。このとき磁石の領域に重複する鉄心の領域については磁石を優先し、磁石を表示するものとする。 S23: The mapping unit 4 generates a mapping diagram G2 by mapping the "Mesh" created in S22 onto the design domain defined in S21. At this time, for areas of the iron core that overlap with the magnet area, the magnet is given priority and the magnet is displayed.
S24~S26:最適化部5により、S23で生成された写像図G2に基づき回転子鉄心のトポロジー最適化を実行する。最適化の手法としては、アルゴリズムなどの勾配(感度)を用いる勾配法と、前記勾配を用いない非勾配法とに大別される。 S24-S26: The optimization unit 5 performs topology optimization of the rotor core based on the mapping diagram G2 generated in S23. Optimization methods are broadly divided into gradient methods, which use the gradient (sensitivity) of an algorithm, and non-gradient methods, which do not use the gradient.
トポロジーの最適化では一般的に勾配法が用いられ、勾配の計算手法として随伴変数法を用いることで高速に感度を求めることができる(非特許文献5参照)。具体的には、非特許文献1~6に記載された密度法や非特許文献7,8に記載されたレベルセット法など公知のアルゴリズムが適宜使い分けて使用される。ここでは一例として密度法を用いた場合を説明する。 Gradient methods are generally used in topology optimization, and sensitivity can be determined quickly by using the adjoint variable method as a gradient calculation method (see Non-Patent Document 5). Specifically, known algorithms such as the density method described in Non-Patent Documents 1 to 6 and the level set method described in Non-Patent Documents 7 and 8 are used appropriately. Here, we will explain the use of the density method as an example.
(1)まず写像図G2に表された初期構造を設定し、設定された初期構造に対して有限要素解析によりトルク性能を評価する(S24)。このとき密度法は構造形態の最適化問題を設計領域内の材料分布に置き換えて解く手法であり、式(1)により定義される密度(ヨーク構造)pによって表現される鉄心形状で、非線形磁場解析により磁束密度を求め、そこからマックスウェルの応力テンソルTが求められる。このマックスウェルの応力テンソルTを用いたマックスウェルの応力法または節点応力法によってトルクを求めることができる。 (1) First, an initial structure shown in the mapping diagram G2 is set, and torque performance is evaluated for the set initial structure using finite element analysis (S24). The density method is a technique for solving the structural optimization problem by replacing it with material distribution within the design domain. For the iron core shape expressed by the density (yoke structure) p defined by equation (1), magnetic flux density is determined using nonlinear magnetic field analysis, from which Maxwell's stress tensor T can be obtained. Torque can be determined using the Maxwell's stress method or nodal stress method using this Maxwell's stress tensor T.
Ωiron=鉄心領域:ρ=1の領域
Ωair=孔部10の空気領域:ρ=0の領域
(2)つぎに感度解析(S25)で目的関数に対する設計変数(密度m)の微分を評価し(S15)、その評価関数の大小の変化を確認する。このとき評価関数と設計変数とが直接的に微分できる場合とできない場合とがあり、式(2)に示す随伴方程式を求めて感度を導く。回転子のトルクに関する感度解析については、3つの式が考えられる
・感度式(1):マックスウェル応力法の随伴式
・感度式(2):節点応力法の直接式
・感度式(3):節点応力法の随伴式
本実施例では、感度式(1)~(3)を組み合わせた7通りの感度を事前に評価し、感度式(2)と感度式(3)のそれぞれを正規化し、足し合せた感度を採用したが、対象毎にどの組合せを採用するかは事前検討するものとする。
Ω iron = iron core region: region where ρ = 1 Ω air = air region of the hole 10: region where ρ = 0 (2) Next, in sensitivity analysis (S25), the differential of the design variable (density m) with respect to the objective function is evaluated (S15), and the change in the magnitude of the evaluation function is confirmed. In this case, the evaluation function and the design variable can be directly differentiated in some cases, and the sensitivity is derived by finding the adjoint equation shown in equation (2). Three equations can be considered for sensitivity analysis of rotor torque: Sensitivity equation (1): Adjoint equation of Maxwell stress method; Sensitivity equation (2): Direct equation of nodal stress method; Sensitivity equation (3): Adjoint equation of nodal stress method. In this example, seven sensitivities combining sensitivity equations (1) to (3) were evaluated in advance, and sensitivity equations (2) and (3) were normalized and the sum of these sensitivities was used. However, the combination to be adopted for each target should be considered in advance.
目的関数:J(u(m),m)=トルク
設計変数:m(m=p:鉄心の材料密度)
未知数:u(基礎方程式)
支配方程式:F(m)
(3)その後、S25の感度解析の結果に基づき設計変数1,2を修正・更新し(S26)、設計変数1,2の最適解を探索する。このとき設計変数1,2の変化の感度が「0」となる点が局所的な極大・極大を示し、本実施例では「平均トルク最大化」・「トルクリプル最小化」の観点から設計変数1.2を修正しながら探索する。例えば設計変数1,2を修正することにより、図4中の(a)~(e)のようにヨーク形状を遷移させ、最終的な探索結果を得る。
Objective function: J(u(m), m) = torque Design variable: m (m = p: material density of iron core)
Unknown: u (basic equation)
Governing equation: F (m)
(3) Then, design variables 1 and 2 are modified and updated based on the results of the sensitivity analysis in S25 (S26), and an optimal solution for design variables 1 and 2 is searched for. At this time, points where the sensitivity to changes in design variables 1 and 2 is "0" indicate local maxima, and in this embodiment, the search is performed while modifying design variables 1 and 2 from the perspectives of "maximizing average torque" and "minimizing torque ripple." For example, by modifying design variables 1 and 2, the yoke shape is changed as shown in (a) to (e) in Figure 4, and the final search result is obtained.
図5は、前記感度解析による設計変数1,2の探索結果を示している。ここではグラフ中の傾き(感度)に着目して最適解を探索し、図5中のケース1は平均トルクが大きいがトルクリプルも大きい。そこで、設計値の範囲内でケース2~4と最適解を探索する。 Figure 5 shows the search results for design variables 1 and 2 using the sensitivity analysis described above. Here, the optimal solution is searched for by focusing on the slope (sensitivity) in the graph; case 1 in Figure 5 has a large average torque, but also a large torque ripple. Therefore, cases 2 to 4 and the optimal solution are searched for within the range of design values.
このとき併せて非特許文献3の「3.3 応答曲面による永久磁石配置最適化」を応用することで設計変数1の最適化を図る。例えば非特許文献3の「磁石配置」を「磁石の寸法(設計変数1)」と置き換え、ヨーク構造形態の最適化(図4)で得られた解を用いて磁石配置の最適解を求めることもできる。 At the same time, optimization of design variable 1 can be achieved by applying "3.3 Optimization of permanent magnet placement using response surfaces" in Non-Patent Document 3. For example, by replacing "magnet placement" in Non-Patent Document 3 with "magnet dimensions (design variable 1)," it is possible to find the optimal solution for magnet placement using the solution obtained in optimizing the yoke structure configuration (Figure 4).
S27,S28:S26の探索の収束判定を行う(S17)。その結果、探索が収束していなければS22に戻って処理を続行する。一方、探索が収束していれば最適化を終了し(S28)、出力部6から最適化の結果を出力する。ここで出力された最適化の結果は、コンピュータの記憶装置に記憶される。 S27, S28: The convergence of the search in S26 is determined (S17). If the search has not converged, the process returns to S22 and continues. On the other hand, if the search has converged, the optimization is terminated (S28) and the optimization results are output from the output unit 6. The optimization results output here are stored in the computer's storage device.
このとき本実施例は、磁石の寸法Sと鉄心の初期形状Cとを独立に定めるため、S24~S26により最適化された鉄心形状を、別の磁石の寸法Sについての設計時の初期形状Cに用いることが可能である。これによりトポロジー最適化の反復回数を削減することができる。 In this embodiment, the magnet dimensions S and the initial core shape C are determined independently, so the core shape optimized in steps S24 to S26 can be used as the initial shape C during design for a different magnet dimension S. This reduces the number of topology optimization iterations.
表1は、図1に示す従来方法によるトポロジー最適化と、実施例の方法との比較結果を示し、実施例の方法ではS24~S26により最適化された鉄心形状を、別の磁石の寸法Sについての設計時の初期形状Cに用いている。この比較は、以下の条件(1)~(3)によりトポロジー最適化までの反復回数・総評価数・総評価時間を示している。
(1)1ケース計算時間(1回の最適化時間):4分
(2)磁石
磁石の寸法:7種
磁石配置:25種
磁石の角度:30種
(3)トポロジー最適化
鉄心初期形状(鉄心の孔部10の分布パターン):5種
最適化手法:3種
感度解析式:1種
反復回数:従来方法 S01~S04の反復回数(平均340回)
実施例の方法 S21~S27の反復回数(平均110回)
表1の比較結果によれば、従来方法は、「総評価数」に示すように、S12の特性評価計算を「26,775,000」回繰り返さなければならなかった。したがって、「総評価時間[h]」の欄に示すように、「1,785,000」時間を要した。
Table 1 shows the results of a comparison between topology optimization by the conventional method shown in Figure 1 and the method of the embodiment, in which the iron core shape optimized by steps S24 to S26 is used as the initial shape C at the time of design for another magnet dimension S. This comparison shows the number of iterations, total number of evaluations, and total evaluation time until topology optimization under the following conditions (1) to (3).
(1) Calculation time per case (optimization time per run): 4 minutes (2) Magnets Magnet dimensions: 7 types Magnet arrangement: 25 types Magnet angle: 30 types (3) Topology optimization Core initial shape (distribution pattern of core holes 10): 5 types Optimization method: 3 types Sensitivity analysis formula: 1 type Number of iterations: Conventional method Number of iterations of S01 to S04 (average 340 times)
Method of the Example Number of repetitions of S21 to S27 (average 110 times)
According to the comparison results in Table 1, the conventional method required 26,775,000 iterations of the characteristic evaluation calculation in S12, as shown in the "Total number of evaluations" column. Therefore, as shown in the "Total evaluation time [h]" column, it took 1,785,000 hours.
これに対して実施例の方法は、S24の特性評価計算を「8,662,500」回繰り返すだけで済み、総評価時間を「577,500」時間と大きく短縮することができた。その結果、実施例の方法によれば、回転子のトポロジー最適化に要する時間を短縮し、回転機設計の遅延を回避できる点が確認できた。 In contrast, the method of the embodiment only required repeating the S24 characteristic evaluation calculation 8,662,500 times, significantly reducing the total evaluation time to 577,500 hours. As a result, it was confirmed that the method of the embodiment can shorten the time required for rotor topology optimization and avoid delays in rotating machine design.
≪その他・他例≫
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。以下に一例を示す。
<Others/Examples>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified and implemented within the scope of the claims. An example is shown below.
(1)本発明を実行するシステム1の構成は、図1に限定されるものではなく、コンピュータ上でS21~S28を実行できれば構成でもよいものとする。 (1) The configuration of the system 1 for implementing the present invention is not limited to that shown in Figure 1, and any configuration is acceptable as long as steps S21 to S28 can be executed on a computer.
(2)S25の感度解析は、勾配法を用いる場合に行われるが、勾配法を用いない場合には行う必要がない。この場合には、非特許文献10のアルゴリズムなどを用いて、複数の変数での計算による分布の傾向からより最適解に近い点が存在する可能性を探索する。 (2) The sensitivity analysis in S25 is performed when the gradient method is used, but is not necessary when the gradient method is not used. In this case, an algorithm such as that in Non-Patent Document 10 is used to search for the possibility of a point closer to the optimal solution based on the distribution trends calculated for multiple variables.
1…システム
2…変数決定部
3…画像生成部
4…写像部
5…最適化部
6・出力部
10・孔部
REFERENCE SIGNS LIST 1... System 2... Variable determination section 3... Image generation section 4... Mapping section 5... Optimization section 6... Output section 10... Hole section
Claims (4)
磁石と鉄心とを備えた回転機の回転子を設計する方法であって、
前記回転子全体の設計領域を定義し、前記磁石の寸法に関する第1設計変数と前記鉄心の形状に関する第2設計変数とをそれぞれ独立に決定する変数決定ステップと、
前記第1設計変数および前記第2設計変数に応じて前記回転子の「Mesh」を生成する画像生成ステップと、
前記「Mesh」に対して前記設計領域で定義された形状を写像する写像ステップと、
前記写像された前記形状の評価に応じて前記第1設計変数と前記第2設計変数とをそれぞれ修正することで前記鉄心の形状に最適化を施す最適化ステップと、
を有し、
前記変数決定ステップにおいて、
前記最適化ステップの最適化を施された鉄心形状を、
別の磁石を用いた前記設計時の前記第2設計変数の初期値に用いることを特徴とする回転機の回転子設計方法。 Using a computer,
A method for designing a rotor of a rotating machine having a magnet and an iron core, comprising:
a variable determination step of defining a design domain of the entire rotor and independently determining a first design variable related to the dimensions of the magnets and a second design variable related to the shape of the iron core;
an image generation step of generating a "mesh" of the rotor according to the first design variables and the second design variables;
a mapping step of mapping a shape defined in the design domain onto the "Mesh";
an optimization step of optimizing the shape of the iron core by modifying the first design variables and the second design variables in accordance with the evaluation of the mapped shape;
and
In the variable determination step,
The iron core shape optimized in the optimization step is
a rotor design method for a rotating machine, wherein the rotor design method uses the magnet as an initial value of the second design variable when a different magnet is used for the design.
ことを特徴とする請求項1に記載された回転機の回転子設計方法。 2. The rotor design method for a rotating machine according to claim 1, wherein the dimensions of the magnet include the area, position, and rotation angle of the magnet.
前記磁石の領域と前記鉄心の領域とが重複した場合には、前記磁石の領域を優先する
ことを特徴とする請求項1または2に記載された回転機の回転子設計方法。 In the mapping step,
3. The rotor design method for a rotating machine according to claim 1, wherein when the magnet area and the iron core area overlap, the magnet area is given priority.
前記回転子全体の設計領域を定義し、前記磁石の寸法に関する第1設計変数および前記回転子の鉄心形状に関する第2設計変数をそれぞれ独立に決定する変数決定部と、
前記第1設計変数および前記第2設計変数に応じて前記回転子の「Mesh」を生成する画像生成部と、
前記「Mesh」に対して前記設計領域で定義された形状を写像する写像部と、
前記写像された前記形状の評価に応じて前記第1設計変数と前記第2設計変数とをそれぞれ修正することで前記磁石の寸法および前記鉄心の形状に最適化を施す最適化部と、
を備え、
前記変数決定部が、
前記最適化部による最適化を施された鉄心形状を、
別の磁石を用いた前記設計時に前記第2設計変数の初期値に用いることを特徴とする回転機の回転子設計システム。 A system for designing a rotor of a rotating machine having a magnet and an iron core,
a variable determination unit that defines a design domain for the entire rotor and determines a first design variable related to a size of the magnet and a second design variable related to a shape of an iron core of the rotor, independently of each other;
an image generation unit that generates a "mesh" of the rotor according to the first design variables and the second design variables;
a mapping unit that maps a shape defined in the design domain onto the "Mesh";
an optimization unit that optimizes the dimensions of the magnet and the shape of the iron core by modifying the first design variables and the second design variables in accordance with an evaluation of the mapped shape;
Equipped with
The variable determination unit
The iron core shape optimized by the optimization unit is
A rotor design system for a rotating machine, wherein the rotor design system uses the second design variable as an initial value when a different magnet is used in the design.
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