アプリケーションカタログ

[JAC257] IPMモータのトポロジー最適化

2020-06-16 / 最終更新日：2026-03-24 　

サインインするとデータがダウンロードできます

概要

モータ設計に求められる要件は高度化しており、トルクリップルや逆起電圧、線間電圧制限、磁石の減磁耐性、コアにかかる応力、遠心力による変位の制約を満たしつつ、低速時や高速時のトルクを最大化させることが求められます。
このような厳しい要求を満たすには、FEAを使用した最適化が有効です。寸法をパラメトリックに変更できるパラメータ最適化は、最適形状が初期形状のトポロジーに依存します。部品のレイアウトを大胆に変えることができるトポロジー最適化は、不要な部分を空洞にして材料の配置やつながり方そのものを変更することができ、より広い設計空間を探索できます。
ここでは、トポロジー最適化を用いて、ロータコアの最大応力と径方向の最大変位を一定値以下とし、トルクリップルを最小化、平均トルクを最大化するロータ形状を設計した事例をご紹介します。

最適化条件

図1に設計領域、表1に設計要件と最適化の目的を示します。
図1に示す通り、ミーゼス応力とトルクへの影響が大きいと考えられる磁石およびギャップ付近を設計領域としています。ロータコア形状は1/2極ごとに対称性を持つとします。そのため設計領域は1/2極分とし、その領域形状を鏡面コピーしてロータコア部品の形状とします。互いに競合する複数の目的を同時に最適化する、多目的最適化を行います。

最適化結果

各世代における平均トルクが最大のケースの平均トルクとトルクリップル率の変遷を図2、実行可能解の目的関数の分布を図3、全世代を通して平均トルクが最大のケースのミーゼス応力分布を図4、諸量を表2に示します。
図2より、世代が進むと平均トルクは大きく、トルクリップル率は小さくなるように収束していく様子が確認できます。
図4、表2より、平均トルクが最大のケースではミーゼス応力と径方向変位の制約を満たしつつ、平均トルクを高めるためのフラックスバリアが形成されていることがわかります。