JMAGユーザー会2016 講演概要

1日目:12月7日(水) / 2日目:12月8日(木)


今年度ご講演いただく内容を紹介いたします。
:このマークの講演は日英同時通訳がございます。
※プログラムの内容は、予告なく変更する場合がございますので予めご了承ください。

1日目:12月7日(水)

開発計画

JMAG開発計画
株式会社JSOL 山田 隆

JMAGのチャレンジについてお話をしたいと思います。私たちの夢はシミュレーションの力によって電気機器設計に革新を起こすことです。精度の高いシミュレーションを高速に、手軽に行えるようにすることで、シミュレーションが活躍する場面が増え、新しい視点を電気機器設計に持ち込むことができると考えています。
そのために引き続き並列ソルバーをはじめとして、モデル生成から結果評価にわたる処理の高速化に取り組んでいます。精度向上のための材料モデリング、物理モデリングも進化させています。パラメトリック解析の活用場面を拡げるためにダイレクトモデリング機能の開発にも着手しています。また、JMAGは今後MBDに向けて大きく踏み込んで行きます。JMAGの開発の方向性とそこでのチャレンジについてユーザーの皆さんに報告したいと思います。


基調講演

Retrospective of Electric Machines for EV and HEV Traction Applications at General Motors
GENERAL MOTORS COMPANY Global Propulsion System, Engineering Manager Sinisa Jurkovic 氏

While it is safe to say that the certainty of vehicle electrification has never been so apparent, the debate on the appropriate level of electrification and appropriate system to get there is still ongoing and it's likely to stay that way for the conceivable future. The customers are becoming more familiar and captivated with HEVs while their needs and desires in this space are evolving, hence driving the demand for a wider range of electrified vehicles including; BEVs (Chevy Spark), EREV (Chevy Volt 2), PHEV (Cadillac CT6), Fuel Cell etc. This talk focuses on electric machines for traction application, common key enabler of vehicle electrification. Specifically, we will discuss a range of electric machines designed and developed over the last decade in support of vehicle electrification at General Motors.
Although each application brings along its unique set of system and component level requirements and challenges, some characteristics and requirements are common across the entire portfolio. Specifically, for electric traction machines, some key common requirements are: Relatively high torque and power density, wide speed operating range, high efficiency in low to medium torque ranges over the large speed span, wide temperature operating range, high transient thermal capacity, reliability, excellent NVH metrics, mass manufacturability and ultimately, the cost. All combined constitute a tall engineering order by any measure and no single electric machine topology can meet it all across the application spectrum. At GM, over the years, we have designed and developed various electric machines, optimized for specific application needs and those will be the focal point of this discussion.


特別講演 1

Model-Based Design Meets FEA Simulation - Improving Motor Control Development using High Fidelity Motor Models
The MathWorks, Inc. Technical Marketing, Application Manager - Motor and Power Control
Tony Lennon 氏

Model-Based Design is a proven method of using system-level simulation to develop embedded software for motor control systems. The approach is improved with the use of higher fidelity FEA-based motor models. In this presentation, MathWorks will describe Model-Based Design, with emphasis on motor modeling and the joint efforts between JMAG and MathWorks to improve importing motor model data from JMAG FEA software into Simulink.


マルチフィジックス

磁場と流体の双方向連成解析による電磁弁動作予測
日立オートモティブシステムズ株式会社 技術開発本部 技術プラットフォーム室 CAE技術開発部 技師
吉成 幸広 氏

環境問題への意識が高まる中、ガソリンエンジン用直噴システムの高圧燃料ポンプやインジェクタといった電磁弁を用いた製品の開発を進める上で、試作前に弁体の動作を事前予測することは重要なテーマとなっている。本研究において、磁場と流体を双方向に連成させることで、弁体動作を予測可能な解析技術を考案し、製品開発に適用した。


キャリア周波数に起因する電磁騒音の発生メカニズムに関する検討
株式会社東芝 電力・社会システム技術開発センター 上條 芳武 氏

近年、高効率化、可変速駆動の観点からインバータで駆動するモータが増えてきている。そのようなアプリケーションでは、インバータのキャリア周波数に起因する高調波電磁騒音が放射され問題となる。キャリア周波数に起因する騒音を低減する方法として一般的には、キャリア分散が適用される。しかしながら、構造・電磁的な騒音発生メカニズムがわかっていないため,騒音低減効果が制限されている。そこで、本講演ではキャリア周波数に起因する電磁力モードと固有振動モードの関係を明らかにすることで、騒音発生メカニズムを検討した結果について報告する。


COMPARATIVE STUDY OF INDUCTION MACHINE AND PERMANENT MAGNET ASSISTED SYNCHRONOUS RELUCTANCE MACHINE
VALEO EEM Research and Development, Advanced Technology manager Jean-Claude Mipo 氏

We decided to investigate two types of electrical machines for Hybrid Electric vehicle (HEV) applications, i.e. induction machine (IM) and permanent magnet assisted synchronous reluctance machine (PMA-SynRM) due to the sharp fluctuation of permanent magnet.
This paper makes a quantitative comparison between IM and PMA-SynRM for (HEV) application, in terms of electromagnetic and mechanical performance. The design process of IM is introduced, and for PMA-SynRM, a novel hybrid-PM assisted SynRM is proposed, which utilizes both ferrite and NdFeB PMs. The torque capability, torque/power-speed characteristics, torque ripple and efficiency map, are compared and discussed.


MBD

モデルベース開発(MBD)におけるJMAGの取り組みについて
株式会社JSOL

JMAG-RTや制御・回路シミュレーションとの連携機能開発をはじめて10年以上がたちました。
これまで様々なニーズに対応しつつ機能開発を進めてきて今後更にモデルベースデザインに向けて踏み込んでいきます。
ここでモデルベースデザインという観点から技術課題のレビューを行い、その取り組みを報告します。


最適化

モータ製造誤差要因によるコギングトルク低減構造のロバスト最適化手法の検討
三菱電機株式会社 先端総合技術研究所 電機システム技術部 専任 内村 智也 氏

産業用や車載用などの分野でサーボ用途に使用される永久磁石モータに対し、位置決め精度向上や騒音・振動低減の観点から、コギングトルク低減への厳しい要求がある。コギングトルクは永久磁石や固定子鉄心形状により理想的には非常に小さくできるが、実際のモータにおいては、様々な製造誤差要因に起因したコギングトルクが生じ、問題となる。そこで、JMAGと最適化ソフトmodeFRONTIERの連携により、複数の回転子製造誤差要因に対しコギングトルクを低減可能な構造を検討した。


多ケース同時計算による解析業務の効率化事例
川崎重工業株式会社 技術開発本部 システム技術開発センター 柴山 義康 氏

電気機器設計では、限られた期間内に、多くの制約条件やトレードオフを検討する必要がある。トレードオフを分析する手法の1つとして、多目的最適化計算を用いることが一般的となっている。最適化計算ではシミュレーションを数百~数千回実行する必要があるため、限られた期間内に計算が完了しない可能性がある。
そこで本講演では、JMAG-Designerの最適化計算を多ケース分散実行することで、計算にかかる時間を短縮した事例を紹介する。


modeFRONTIERとJMAGによる最適化と品質工学の連携解析
アイシン精機株式会社 第二電子技術部 河治 学 氏

自動車部品を設計する上で、品質とコストを両立させることは非常に重要であるが、この背反事項を満たすことは非常に難しく、時間のかかる作業である。そこで、製品設計に品質工学を導入して、特性とバラツキを評価してきた。しかし、実験計画を何度も繰り返す必要があり、手戻りも多かったので、modeFRONTIERの最適化アルゴリズムとJMAGの磁場解析を使用して品質工学による設計をスムーズに実施することを可能にしたので、その事例を紹介する。


変圧器

鉄道車両用トランスの小型・低騒音化設計
株式会社イチカワ 技術部 主任技術者 佐藤 尚樹 氏

環境負荷の小さい高速鉄道が国際的に注目される中、より省エネで、広く快適な車内空間の実現が強く要望されている。車両用トランスにも省エネ、コンパクト化、低騒音化が要求され、このため高周波特性、熱特性、騒音特性など背反的な特性を両立させる必要があり、従来は多くの試作評価を繰り返して製品化開発を行ってきた。当社では、より効率的な開発を実現するためにJMAGによる設計・試作・試験のCAE化を進めており、特に設計公式では設計が困難な騒音特性の設計実用化を図ってきた。今回は、コア材料、ギャップ構造などの設計パラメーターの違いによる騒音低減化について、JMAGシミュレーション結果をもとにコストを加味した総合評価を行ったので報告する。今後、完全試作レスの実現に向け、データ蓄積とデジタル設計の精緻化を進めていく。


JMAGを用いた変圧器の磁界解析とモデリングによる改善
田淵電機株式会社 技術開発総括本部 機構開発部 CAEチーム 上田 幸平 氏

変圧器は、巻線が磁路を共有する複雑な構造を持ち、変圧器の結合率や損失は材質・形状に大きく依存する。そのため、試作の前段階において変圧器特性を正確に評価することは難しい。実際の開発では、経験則を頼りに試作を行い構造決定することが一般的である。
一方、シミュレーションでは高周波になるにつれ、単純化したモデルでは十分な精度を出せず、結局試作してみないと設計の妥当性確認が出来ないことが多い。
今回、変圧器の磁界解析を実施し測定値との比較からモデリングによる影響を確認したので報告する。


高周波トランス/リアクトルの詳細解析におけるJMAGの活用
株式会社JSOL

高周波トランス/リアクトルでは高周波がゆえに巻線に表皮効果・近接効果が生じ、損失などの物理量を局所的に正確にとらえる必要があります。一方、そのためにモデル規模も大きくなりがちです。
本発表では高周波トランス/リアクトルに特徴的な問題に対してどうJMAGを活用するかということをお話します。
素線形状のモデル化、材料モデリング、過渡解析の高速化、損失解析、熱解析の話題を中心に取り上げます。



2日目:12月8日(木)

モーニング

JMAG-Designerの便利な使い方のご紹介
株式会社JSOL

日頃JMAG-Designerをお使いいただく中で、操作が面倒、使いにくいなど感じられることがありますか。
また、自身の使い方で本当に効率良くソフトウェアが使えているのか、など疑問に思われる方も少なくないと思います。
JMAG-Designerには知っていると便利な小さな機能が数多くあります。
本発表では便利な小技を使いながらJMAGエンジニアによるJMAG-Designerの操作デモをお見せします。
普段のセミナー等では中々触れられることがない機能や使い方をご覧ください。


特別講演 2

FEM解析の可能性について
株式会社日立パワーソリューションズ コンサルティングエンジニアリング本部 本部長 後藤 文彦 氏

FEM解析で取り扱われる対象は計算機の性能向上なども手伝って、構造、流体、磁場などの物理現象の把握から、これらの連成による応用問題まで幅広く用いられてきている。また、最適化手法などと組み合わせたモノの極限性能を引き出すことができるなど応用範囲も広がってきている。本講演では、発表者のこれまでのFEM解析を用いた製品開発や今後のFEM解析の可能性について、事例などを用いて紹介する。


先端技術

アキシャルギャップモータの高効率化の取り組み
北海道大学 大学院 情報科学研究科 准教授 竹本 真紹 氏

現在、モータを組み込むシステムの付加価値向上のために、扁平形状がモータに要求されることがある。そこで、注目を浴びているのがアキシャルギャップモータである。アキシャルギャップモータは、扁平形状において、磁石の表面積を大きくとることができ、高トルク化が可能である。このような特性を備えたアキシャルギャップモータを活用するうえで欠かせないのが、高効率化である。そこで、まず、アキシャルギャップモータにおいて、モータの縦横寸法比(アスペクト比)がN-T特性および効率に及ぼす影響について、具体的な開発事例を用いて示す。そして、高トルク・高出力モータをアキシャルギャップモータで成立させるのに欠かせない、モータ内で発生する損失の低減方法についても、開発事例を用いて示す。


高効率・高トルクを実現する機電一体モータの取り組み
芝浦工業大学 工学部電気工学科 教授 赤津 観 氏

モータにパワーエレクトロニクスを多量に用いて付加価値を実現する、をコンセプトに取り組んでいるMATRIXモータについて講演する。巻線切り替え方式による高効率範囲拡大、ティース瞬時磁束波形制御による低鉄損化、ギャップ磁束密度の瞬時制御による高トルク化、といった付加価値の実験結果を示し、機電一体モータならではの特徴と今後望まれる解析技術について述べる。


大型機

大形同期電動機のインピーダンスの測定と解析による検証
東芝三菱電機産業システム株式会社 小杉 優介 氏

本講演では、ダルトン・カメロン試験法による大形電動機のインピーダンス結果について、磁界解析による2D/3Dシミュレーションを通して比較・検討した結果を紹介する予定である。


整流器の磁界解析
富士電機株式会社 産業インフラ事業本部 千葉工場 設計第二部 変換装置課 浅田 雅人 氏

①解析モデルの精度向上の検討
電力変換装置のJMAG解析の有効性を確認するため、実在する製品の実測値と作成したモデルの解析結果との付き合せを行った。その結果、実測値との差異があること、更に解析時間も莫大に掛かっていることが分かった。そこで、解析精度を向上させるため、最適なモデルの形状,パラメータ設定値を決定したので報告する。また、解析時間が掛かる要因を突き止め、対応方法も決定したので併せて報告する。
②最適モデルの決定
新規の電力変換装置の外形を決定するためにJMAG解析でパラメトリックスタディを実施する。その解析に必要な形状を決定したので報告する。



大規模

京コンピュータへのJMAGの実装と電磁界解析の高速化(日本自動車工業会研究活動の紹介)
一般社団法人日本自動車工業会 電子情報委員会 デジタルエンジニアリング部会 次世代スパコン検証WG
砂山 良彦 氏 (スズキ株式会社)

日本自動車工業会では、自動車メーカ各社が保有しているコンピュータでは実施できない大規模計算を京コンピュータで実施することにより、10年先を見越した自動車先端CAEの技術開発に取り組んでいます。本講演では、自工会活動の概要ならびに今年度から実施しているJMAGによる電動車両用モータ電磁界解析の高速化・大規模化の状況について紹介します。


STRAY FIELD ANALYSIS FOR HIGH COMPLEX 3D MODELS USING MASSIVELY PARALLEL PROCESSING FUNCTIONALITY ON HPC1 SYSTEMS
Robert Bosch GmbH GS-EM/EDM1, PhD Student David Philipp Morisco 氏

During the design process of electrical machines for traction applications a consideration of three dimensional electromagnetic effects is necessary to receive accurate results.
In conventional design methods a two dimensional finite element analysis with an additional approximation of three dimensional effects is widely used for design evaluation. For complex geometries and under the aspect of occurring stray fields within the machine, this workflow leads to accuracy reduction. More accurate is a three dimensional design evaluation using finite element analysis. Especially for the loss evaluation the calculation time significantly increase due to the magneto transient extension of the solved Maxwell equation.
One way of reducing the calculation time without decreasing the accuracy of the results is the usage of parallelization algorithms for single calculations on high performance multicore systems.
For the developed design process the massively parallel processing functionality of JMAG on high performance computing systems with multiple cores is used for analyzing different three dimensional effects on the losses of the machine.


Design and Development of Hyperloop Propulsion System Using JMAG
Hyperloop One Arbi Gharakhani Siraki 氏

High speed transportation is one of the most promising areas of research that regains lots of attention in recent years mainly due to development of high energy permanent magnets, high speed/high current power electronic switches and advanced control techniques.
Electromagnetic propulsion system design is a challenging area where significant amount of calculations and analysis are normally required before an optimum design can be achieved. Finite Element Analysis (FEA) is one of the most accurate calculating techniques that is getting widely used thanks to ever growing computing capacity.
JMAG is one of the most reputable software packages that is being used to solve electromagnetic problems.
In this work, application of JMAG in design and development of fifth mode of transportation, aka Hyperloop is discussed. A comparison between performance of JMAG and another commercially available software package is also presented in this work.


電力

電磁界解析を用いたキュービクル用駆動装置の状態監視検討
富士電機株式会社 技術開発本部 先端技術研究所 応用技術研究センター 電機技術研究部 電気技術グループ
渡邉 和幸 氏

受配電設備において故障が発生する前に点検・整備を実施する予防保全では、機器を常時監視し、状態の変化を把握することで点検・整備を実施する状態監視保全(CBM:Condition Based Maintenance)のニーズが高まっている。今回は電磁石によって駆動する機器を対象とし、電磁界解析を用いてコイルの電流・電圧の変化から状態の推定を行った。これにより、センサを追加することなく状態を把握する基礎検討を実施したので報告する。


電力ケーブル用テープ巻き接続部の電界解析
東京電力ホールディングス株式会社 経営戦略技術開発研究所 主任 松井 健郎 氏

電力ケーブル用のテープ巻き接続部にて絶縁破壊が発生し原因究明を行い、絶縁テープの重なりで発生した空隙が、偶然複数重なることで絶縁破壊に至る電界が生じると考えました。
空隙に生じる電界の値を確認するためにJMAGを用いて電界解析を行い、空隙に発生する電界では絶縁破壊しないことを確認することができました。


相互インダクタンスを考慮した回路解析用変圧器モデル
東芝産業機器システム株式会社 配電機器事業部 静止器技術部 開発・設計担当 後藤 博 氏

変圧器の挙動を把握するには漏れインダクタンスを詳細に知ることが必要になる。今回、JMAGを使用した解析により、自己インダクタンスと相互インダクタンスを定義し、回路シミュレーションによりその妥当性を確認した。


モータ

Analysis of stray fields in electric motors for automotive applications
IAV GmbH System development / Electrical drives & Battery systems (VT-S1)Germany
Stephan Paul 氏、Bernd Cebulski 氏

The torque generated in automotive drives has to satisfy strong requirements regarding dynamic behaviour and accuracy. The state-of-the-art solution to realise the requirements is to implement a field-oriented-control (FOC). But this control needs to have accurate information about the current position and / or the current speed of the rotor. To acquire these information rotor-position-sensors are used that have an electro-magnetic-working principle. Usually these sensor are located close to the winding heads of the stator- and rotor-windings due to limited space for installation. Distortion of the sensor-signals can occur due to the electro-magnetic stray-field of the winding heads and the accuracy of the control gets worse. To avoid these problems and to implement the suitable sensor it is important to know exactly the spatial and temporal distribution of the electromagnetic field within the end-space.
These effects are investigated closely using different kind of approaches. The first one is the analytical calculation using the Biot-Savarts law. The second approach is the full 3D-FEM-Simulation using JMAG. Finally the calculation- und simulation-results are compared to 3D-measurements of the flux-densities inside an induction machine operated in different load-points.


Simulation based design validation and optimisation of Electrical machines for automotive applications
Lucas-TVS Advanced Engineering, Assistant Manager M.P.Ragavendra 氏

Lucas-TVS is an Auto-component manufacturer and its products include Automotive alternators, Starter motors, Wiper motors, Ignition coils, etc., Some of its new products under development are Integral starter generator (ISG) for passenger cars, Traction motor for Electric Two wheelers. In present scenario where product technologies are changing faster than ever, R&D managers are constantly looking for new methods to shorten product development cycle time. Advanced computer aided design and simulation helps to achieve this to greater extent. Simulation based design validation reduces the time to make multiple prototypes and validate it. Most of the design iterations are performed in simulation and prototypes are made for optimum design. This presentation talks about how Lucas-TVS is able to reduce development time by performing computer aided simulations and addressing key challenges.
Two case studies are discussed. First one about automotive alternator, key challenges in modelling its electromagnetics, performance simulation using transient 3D approach, reduction of simulation time by using axial reverse boundary condition. Second case study is about PMSM for electric vehicle application, achieving wide operating conditions of torque and speed by flux weakening approach, inductance variation (Ld, Lq) and optimisation of rotor geometry to reduce torque ripple. Presentation covers the modelling efforts for design validation, design optimisation using parametric modelling and also correlation of the model results with test results.


新型NSX搭載 SPORT HYBRID SH-AWD 用モータの開発
株式会社本田技術研究所 四輪R&Dセンター 第4技術開発室 第1ブロック 研究員 矢﨑 学 氏

近年、小型車から大型車、セダンからSUVまで様々な種類の自動車へHEV(Hybrid Electric Vehicle)の適用拡大が急速に進んでいる。そしてついに、Hondaは新型NSXにおいてスーパースポーツ用新規パワートレインを開発した。
新型NSXに搭載したSPORT HYBRID SH-AWD用モータは小型、高出力、低損失と静粛性の両立を目的として開発した。
モータ形式には埋込磁石形(Interior Permanent Magnet)方式のロータと集中巻きステータを組み合わせた埋込磁石形交流同期モータ(IPMモータ)を採用した。
本モータにおいてスロットコンビネーション、磁気回路形状に着目し、モータ走行時の振動・騒音を低減するために開発した事例について述べる。


オープンフォーラム

JMAGへのユーザー提言とJSOLの回答
株式会社JSOL 山田 隆

ユーザー会期間中には多くの場所、場面で数々のディスカッションが展開されます。その中には素晴らしいアイデアやJSOLにとって耳の痛い話もたくさんお寄せいただくと思います。
それらを参加者の皆さんと共有し、さらにディスカッションを発展させ、より良いJMAGを開発するための糧としたいと存じます。皆様、ぜひご参加ください。


※記載されている製品およびサービスの名称は、それぞれの所有者の商標または登録商標です。


ユーザー会参加お申込み

JMAGユーザー会の参加お申し込みは、11月29日(火)17:00をもちまして締め切らせていただきました。
多数のお申し込み、誠にありがとうございました。
参加証は近日中にメールにてお送りいたします。

2016年11月29日

JMAGユーザー会の開催までの間、WEBページにて最新の情報や準備状況をご覧いただけます。
皆様と会場でお会いできますことを楽しみにしております。