トヨタにおけるFEM磁場解析による用途指向型モータの設計事例

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トヨタ自動車株式会社 HV先行開発部 水谷 良治

概要

本講演では、要求性能や使用環境等各種のモータニーズを設計課題に具体化し、FEMを活用した設計事例について概説する。
自動車用モータは小型高出力・高効率・高生産性が求められる。それらを実現するためには高性能磁石が不可欠であり、トヨタでは1980年代に発明されたNd-Fe-B磁石を活用したモータ開発に取組んだ。
最初に取組んだ開発は生産設備組込み型の大トルクモータであり、その開発を通じて、我々はNd-Fe-B磁石を活用したモータ設計・生産技術を学んだ。それらのモータは性能・形状・構造に特長のある用途指向型モータであった。モータの設計課題は設備を省スペースで高能率化するための大トルク化、高速化や高応答化である。当時はFEM磁場解析技術が大きく進化した時期であり、その解析技術はいろいろなトルク特性を実現することに大きく貢献した。
次に取組んだ開発は、EV/HEV等車載用モータ開発であった。モータ設計課題は、大トルクと高出力性能の両立、更なる高効率化、電源変動への対応、使用温度範囲が広いこと等である。それらの課題解決のために3-DのFEM解析や各種の物理現象を連成したCAE技術は使用状況を模擬するモータ設計検討に大きく貢献した。

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