変圧器 — CAE用語解説

まさにそれ。変圧器は電磁誘導を利用して交流電圧を変換する機器だけど、設計段階で鉄損や銅損、温度上昇、漏れ磁束を正確に予測するためにCAEが不可欠なんだ。特にEV向けの車載充電器なんかは小型・高効率が求められるから、シミュレーションなしでは開発が回らない。

理想変圧器なら V₂/V₁ = N₂/N₁ という単純な巻数比で決まる。ただし実機では鉄心のヒステリシスや渦電流による鉄損、巻線抵抗による銅損が発生するから、これらの損失をいかに低減するかが設計のキモだね。

Maxwell方程式をベースにした有限要素法で鉄心内の磁束密度分布を解くのが基本だ。特に非線形のB-H曲線を持つ電磁鋼板を使う場合は、反復計算が必要になる。

送電用の大型変圧器で漏れ磁束によるタンク壁の局所発熱が問題になったケースがあるよ。3D電磁場-熱連成解析でホットスポットの位置を特定して、磁気シールドの配置を最適化したんだ。試作前に問題を潰せたから、開発コストを大幅に削減できた。

そうだね。最近は高周波化で鉄心をフェライトやアモルファスに置き換える設計も増えているから、材料特性のモデリングがますます重要になっているよ。