概要

モータの初期設計段階において、磁気設計だけを行い後工程に進めると、部品温度や応力が要件を満たさないことがわかり手戻りが発生することがあります。初期設計段階から磁気設計だけでなく熱、応力含めて多面的に評価を行うことでそのような手戻りを削減できます。
JMAG-Expressでは搭載されているテンプレートを用いて、モータモデルの作成と設計案の評価を簡単かつ高速に評価できます。また、用意されたシナリオを組み合わせることで、磁気設計、熱設計、構造設計を同時に行えます。
ここでは、モータ設計案に対して部品温度、応力を同時に評価し、要件を満たす設計案を探査します。

設計要件、設計変数

設計要件を表1、設計変数とするロータコアの寸法を図1、冷却仕様を表2に示します。
ロータコアのスリット深さとクーリングジャケットの流速を設計変数とします。

初期設計案の評価

ロータコアのスリット深さを0.5(mm)、クーリングジャケットの流速を0.5(msec)とした場合の効率マップ、部品の平均温度、最大応力位置を図2～図4、最大応力値を表3に示します。
図2より、最大トルクが要件の280(Nm)、定格点での効率が要件の95(%)を超えていることがわかります。
一方で、図3よりコイルの温度が130(deg C)、図4および表3よりブリッジで最大応力が200(MPa)を超えており、温度および応力の観点で調整が必要であると判断できます。

設計案の調整

初期設計案の結果より、設計変数を調整します。
ここではロータコアのスリット深さを1.5(mm)、クーリングジャケットの流速を2(msec)に変更して再評価を行います。
得られた効率マップ、部品の平均温度、最大応力位置を図5～図7、最大応力値を表4に示します。
図5より、最大トルクが要件の280(Nm)、定格点での効率が要件の95(%)を超えていることがわかります。
図6よりコイルの温度が130(deg C)以下、図7および表4より最大応力が発生しているブリッジで応力が200(MPa)以下となっており、調整後の設計案であれば要件を満たせることがわかります。