開催レポート

ユーザー会議、スペシャルセミナー

最新の電磁界解析の動向、ユーザー解析事例紹介を中心に、JMAGの使用法説明セッション、モータ設計のためのツール、制御、最適化のスペシャルセミナーを３日間にわたって開催いたしました。今回は、海外から計５編の講演があり、国際色豊かな講演となりました。
次回も引き続き、有用な情報や関心の高い情報などを皆様にご紹介して参りたいと思います。

出展会場・技術相談会

リアルタイムシミュレーター、制御シミュレーションにスポットを当てた展 示会と、JMAGに関する技術相談コーナーを併設して開催しました。
日頃、ユーザーの皆様とはお電話、メールで対応することが多い弊社サポー トスタッフにとりまして、お客様のご相談事項を直接伺える良い機会となりました。

ユーザー会議 講演概要

１日目　（2005年10月5日）

「2005モデル　アコードハイブリッドの開発」 株式会社　本田技術研究所　栃木研究所　AHRブロック　研究員　貝塚 正明氏

V6上級セダンとして走行性能の向上と4気筒コンパクトCIVICセダン同等の燃費性能を目標に設定してACCORD Hybrid を開発した。エンジンはV6 3.0 Litterをベースに回生エネルギーの向上のため可変シリンダ機構を採用し、モータアシストにより3気筒運転領域を拡大することで燃費向上を図った。IMAシステムはインバータチップの微細化など高圧電装部品の新技術採用とDCブラシレスモータロータ部のInterior Parmanent Magnet (IPM)方式の採用により最大出力で20%、最大トルクで26%の向上を図った。更に、アイドリング停止時の商品性向上のため高電圧駆動によるハイブリッドコンプレッサを採用し、IMAシステム分の重量増加に対応するためバンパビームなどのアルミ化により軽量化を図った。これら燃費向上技術の採用により、4気筒コンパクトクラスであるCIVICセダン同等の燃費US City 29 mpg、US Hwy 37 mpgを達成した。

「Electromagnetic Modelling in Teaching and Research Projects at the University of Auckland」 The University of Auckland　Senior Lecturer　Dariusz Kacprzak氏

電磁界モデル化ツールは、技術者、科学者、研究者の間で需要が高まっている。ニュージーランド、オークランド大学の教授や学生が教育や研究に対して電磁界モデル化ツールをどのように活用しているかを発表した。数値的知識に乏しく２次元のモデル化に限定された学部生に対する指導法を紹介した。そして3Dモデルや高度な有限要素法を扱う大学院生に対する教授法を示した。また学生や研究者が構築した実用モデルも紹介した。国内・国際プロジェクトのために構築された実用モデルは、誘導動力分配装置技術、アルミ精錬所、誘導加熱装置、エネルギー蓄積装置に対して開発された。モデルの成功点や課題、そして解析中に直面した限界を簡単に説明した。

「3D Design of Electrical Machines using JMAG-Studio」 HOGANAS AB　Master of Science Engineering Physics　Goran Nord氏

Somaloy®材は、電気機器、センサー、高速スイッチングソレノイドなどの多様な機器に使用する鋼板の代替材料である。独特の３次元形状を可能とするSomaloy®材は、粉末圧縮処理によって実用化された。Somaloy®材を最大限に活用するには、設計段階で３次元磁界解析ソフトが不可欠である。本書では、JMAG-StudioによるSomaloy®材を使用した電気機器の解析を紹介した。

「ビヘイビアモデルと回路シミュレータを用いたステッピングモータの動解析」 三洋精密株式会社　技術企画部　技術企画課　宮崎　薫氏 （発表）株式会社日本総合研究所　成田 一行

PM型ステッピングモータの電磁界解析では３次元モデルが必要であるため、計算時間の面より、解析で動特性を得ることは困難であった。本講演では、３次元静磁界解析の結果から作成したPM型ステッピングモータのビヘイビアモデルと回路シミュレータを組み合わせ、動特性を高速にシミュレーションする手法を示した。本システムを用いてPM型ステッピングモータのプルイン、プルアウトトルクを解析した結果と測定値を比較したところ、パルスレートが低い領域では両者はよく一致した。パルスレートが高い領域では、解析の結果は軸受けの粘性抵抗に依存した。

「アクチュエータ開発へのJMAG普及展開と事例の紹介」 株式会社 ケーヒン　開発本部　第二研究部　要素研究課　渡辺 秀行氏、飯盛 貴之氏

近年自動車には多くの種類の電動アクチュエーター部品が搭載されている。このアクチュエータには小型化、高推力化、高速応答化などが要求され、その開発のためには磁界解析が非常に有効である。弊社では数年前に磁界解析ツールとしてJMAGを導入し、設計者への普及展開を図ってきた。設計者への普及を推進するにあたり展開した内容を紹介した。またJMAGを設計者へ普及した結果、従来製品に対し大幅に小型化、高速応答化を達成した製品を開発したので、この事例も紹介した。

「JMAG-Studioによる高周波デバイス解析事例」　～ICタグおよび高周波分配器の特性評価～ 三重大学 工学部物理工学科　教授　竹尾 隆氏

JMAG-StudioのFQモジュールを用いてICタグの通信性能評価を行った結果およびＷＶモジュールによる高周波分配器の特性評価結果について述べた。ICタグのアンテナに金属物体が近接したときの通信性能評価として、アンテナ単体のインピーダンスと、送受信アンテナを対向させた配置における伝送特性を評価した結果について、解析結果と実験結果を比較しながら報告した。また、高周波分配器については、トランス巻線の巻き方と伝送特性との関係について発表した。

「ロボットアクチュエータ開発におけるモータ連携解析の活用」 ソニー株式会社 情報技術研究所 モーションダイナミクス研究部　係長 岸田 武夫氏

医療福祉関係や家庭内での家事支援、さらにエンタテインメント分野などのロボットにおいては、高性能なアクチュエータとそれを上手く制御する技術が益々必要となってきている。その中でも、将来の人間型ロボットには、人間と同等以上の運動能力を発揮することが期待されるため、各関節に対する要求性能やサイズに合わせた多種多様のアクチュエータが必要になると予想される。今後のロボットアクチュエータ開発を支える技術として、電磁界解析と制御回路シミュレーターの連携解析に注目し、アクチュエータの動力部であるモータの共通モデルによる解析が設計ツールとして有効であることを明らかにした。

「IPMモータRTビヘイビアモデルを用いた連携解析の実機比較-続報-」 三菱電機株式会社 先端技術総合研究所　電機システム技術部　電磁機器グループ 主席研究員 都出 結花利氏

PMモータのRTビヘイビアモデルを用いてMATLAB/Simulinkで連携解析を行った結果と実測結果の比較検討を進めている。本講演では、活用セミナーの続報として、最新バージョンのJMAGを使用した場合の実機比較のほか、計算時間短縮の検討結果などについて紹介した。

「リアルタイムシミュレーション技術の現状と課題」 富士通テン株式会社　事業本部 ソリューション事業部　事業部長　斗納 宏敏氏

近年、製品の開発費低減・開発期間短縮から開発段階において、シミュレーションによる検討・検証がますます重要となってきている。本講演では、当社リアルタイムシミュレータ CRAMAS（ComputeR Aided Multi-Analysis System)の紹介ならびに技術動向や課題を述べるとともに、リアルタイムシミュレーターと電磁界シミュレーターの連成に対する取組み等について紹介した。

2日目(2005年10月6日)

「JMAG開発計画」 株式会社 日本総合研究所　山田 隆

JMAGのような電磁界解析ツールに対する期待と要求は年々高まっている。使いやすいだけ、または、複雑な現象が扱えるだけでは有用とはいえずそれらを両立したものが求められている。 使いやすさの提供としてモータ設計ツールSPEEDとの連携機能、メッシュ機能強化、GUIの改良などを進めている。一方、より進んだ解析を可能にするために大規模問題対応、JMAG-RTをはじめとするパワエレ関連機能強化、連成解析機能強化を行う。また、JMAGをよりよく利用していただくためにサポート、技術情報サービス、トレーニング などの環境を充実させていく。

「The SPEED Motor Design Software」 SPEED Laboratory Software Engineering　Research Associate Malcolm Mc Gilp氏

SPEED(Scottish Power Electronics and Electric Drives)は、パワーエレクトロニクス分野及びモータドライブ技術関連企業の共同事業体である。SPEEDはグラスゴー大学電子電気工学部のミラー教授によって、1987年に設立された。SPEED研究所は電動モータ設計ソフトを開発しており、現在は英国、欧州、米国、南米、日本の企業約60社が会員となっている。 SPEEDソフトは誘導モータ(多相・単相)、ブラシレスPMモータ(方形波・正弦波)、A.C./D.C.ブラシモータ、スイッチドリラクタンスモータ、リニアPMモータ、同期リラクタンスモータに対応している。IBM社PCプラットフォームで作動する。操作は簡単で、モータの理論や設計を網羅した資料一式も提供している。本講演ではソフトの構造、解析の種類や操作方法について、ブラシレスPMモータ用のPC-BDCプログラムを例に説明した。PC-BDCと有限要素法プログラムのリンクについても述べた。

「Design study for a 120 KW, 2000 rpm P.M. Alternator for an urban transit bus」 Motorsoft Division of Fisher Electric Technology　President James Hendershot氏

フィッシャーエレクトリックテクノロジー社が設計を担当した120KWの永久磁石発電機は、数百台がBAEに供給され、ニューヨークの交通機関であるオリオンバスプログラムのディーゼルエンジンに搭載された。本機は多数の極数を使い、出力密度を最大活用することにより、600VDCのバス用トラクションモータの供給に成功した。結果として生ずる鉄損やマグネット損失に関しては、ステーターの積層鋼板、ローターの磁石保持システムや磁石の形状に関するこれらの損失を縮小させるために特殊設計を必要とした。SPEED及びJMAG FEAを併用して、シミュレーション結果を実機テストデータと比較した。本講演は実機テスト結果とシミュレーション結果を比較報告した。SPEEDシミュレーションはJMAG開発担当の成田一行氏が行った。

「PSIM: An Expandable Dynamic Simulation Platform for Analysis and Design of Power Electronics and Motor Drive Systems」 Powersim Inc.　President Hua Jin氏

PSIMの機能および性能について紹介した。PSIMとはパワーエレクトロニクスおよびモータドライブシステムの動的解析プラットフォームである。他社製品(SimulinkやJMAGなど)とリンクを通じたPSIM環境の柔軟性および拡張性を解説した。特にJMAGやJMAG-RTとのリンク、そしてPMSMドライブシステムの結果について発表した。さらにPSIMのマルチドメイン解析機能や次回リリースに追加される新機能について紹介した。

JMAG活用セッション

「新機能紹介」 株式会社日本総合研究所　森長　純一

モータ解析を主とした新機能 材料機能の強化 慣性モーメント自動計算機能 ポスト表示機能の追加（基準電圧、線間電圧、速度） 鉄損解析機能の解析条件への追加 ブラシ・整流子素子機能の強化 モータにおける損失と熱解析機能の強化 SPEEDリンク機能 JMAG-RTにおけるインダクタンスマップの出力 パワーエレクトロニクス系部品解析を中心とした新機能 バスバーのインダクタンス解析機能 リアクトル、コイル部品の解析機能 高周波励磁におけるSIBC法の適用 その他新機能 高周波誘導加熱解析（変位を伴う磁界-熱連成解析） 任意点電磁界解析のFQモジュール対応 圧電材料のための電界-構造連成解析 ボイスコイルモータの解析（ローレンツ力を加振力とした磁界-構造連成解析）

「メッシュと精度」 株式会社日本総合研究所　三村　寛世

JMAGで使用できる要素形状とその特徴 四角形要素の特徴 三角形要素の特徴 六面体要素の特徴 四面体要素の特徴 要素形状による解の収束性と計算精度 六面体要素・四面体要素と解の収束性 六面体要素・四面体要素と計算精度 アスペクト比と解の収束性 メッシュの対称性 回転機の計算のためのメッシュ生成 用途に応じたメッシュ分割 ギャップ部の周方向分割数と径方向分割数との関係 メッシュのコピー機能を使った精度向上

「損失の計算方法」 株式会社日本総合研究所　成田　一行

損失とは 渦電流損失 ヒステリシス損失 コイルや磁石の渦電流損の求め方 計算方法 表皮効果 電磁鋼板中の鉄損の求め方 ヒステリシス損の求め方 渦電流損の求め方 注意点 損失が測定と合わない場合の検討項目 実機で起こっている現象と解析での状態の違い その他の検討項目 事例 無負荷鉄損 高調波鉄損 軸方向磁束による鉄損 磁石の分割による渦電流損の低減

「インダクタンスの考え方」 株式会社日本総合研究所　成田　一行

インダクタンスとは何か 電流と磁束の関係 自己インダクタンスと相互インダクタンス インダクタンスと回路方程式 インダクタンスの計算方法 鎖交磁束から計算 磁気エネルギーから計算 回路の電圧、電流から計算 ツールによる計算 PMモータインダクタンスツール コイルインダクタンスツール バスバーインダクタンスツール 測定値と合わない場合 インダクタンスの定義は同じか 測定と解析の状態は同じか 事例 PMモータのインダクタンス バスバーのインダクタンス コイル端部のインダクタンス

「反復計算の収束性」 株式会社日本総合研究所　服部　哲弥

反復計算の紹介 ICCG法 非線形計算（ニュートンラプソン法） 収束を悪化させる要因と回避策の紹介 修正を悪化させる事例を紹介し、具体的な回避策を紹介する。 磁化特性（B-Hカーブ） 磁化特性（異方性材料） メッシュ 渦電流 回路 収束パラメータと解析結果 収束パラメータと解析結果の違いを解析目的ごとに紹介し、必ずしも収束させる必要がないことを示す。 モータのコギングトルク解析 モータの定常トルク解析

「3Dモデリングの効果」 株式会社日本総合研究所　服部　哲弥

三次元モデリングの効果ついて 端部損失 端部コイルインダクタンス 積層鋼板内渦電流 磁石内渦電流 コギングトルク 偏心効果 薄型モータ 解析事例紹介 モータ解析（コイルエンドモデル化） 端部損失 端部コイルインダクタンス 磁石内渦電流 トランス解析 積層鋼板内渦電流 段スキューモータ解析 コギングトルク モータの偏心解析 偏心効果 薄型モータ解析 参考事例として、どこから3次元解析が必要かを示す。

「JMAG-Studioの効率的な使用方法」 株式会社日本総合研究所　服部　哲弥

あまり知られていないと思われる機能 いろいろ選択方法（例：円形選択ダイアログ） 重複節点や重複要素の確認方法（アウトライン表示） ソリッド面への要素サイズ設定 ファイル（点列）入出力 材料DBの作り方 局所座標系 リング状のFEMコンダクタの解析方法 ポスト処理（視点リスト、ポストグループ管理） jcfファイルの編集 正しく理解されていないと思われる機能 流入面のベクトル指定 周波数応答解析の実部虚部（位相）の考え方 ライセンスサーバー（サーバーで使用しているPort番号）

「モータ設計に使えるツール」 株式会社日本総合研究所　成田　一行

ツールの分類 ツール名を羅列し、解析目的別、設計過程別に分けます。 それぞれのツールの概要、注意点、使い分け それぞれのツールでどのような事ができるか、使う上での注意点は何か、それぞれ のツールの使い分けをどうするかを解説します。

「モータ設計でのJMAG-Studioの使用方法」 株式会社日本総合研究所　坂下　善行

モータ設計の流れ 要件定義 トルクの発生イメージ 机上検討：磁界解析の前準備 磁界解析：形状検討、材料選定、変動低減、鉄損低減、ｅｔｃ 連成解析：回路連成、熱連成 モータテンプレート、スクリプト機能 その他

「メッシャーの使い方およびトラブル時の対処法」 株式会社日本総合研究所　山下　優耶

JMAGメッシャーの使い方 CADデータあるいは要素データからのメッシュ生成 手動によるメッシュ生成 メッシュ粗密をコントロールするには？ スライドメッシュを作成するには？ 表皮層をモデル化するには？ メッシャーに関するトラブルとその対処法 条件設定時の問題に対する対処法 接触部、近接部の問題に対する対処法 パッチメッシュ時の問題に対する対処法 表皮厚メッシュ生成時の問題に対する対処法 問題の切り分けについて

「減磁の評価」 株式会社日本総合研究所　橋本　洋

減磁の必要性の確認 磁石の減磁の仕組み B-Hカーブ上での減磁の挙動 反磁界減磁 熱減磁 減磁の評価方法 モータ特性としての評価 誘起電圧で評価 分布量としての評価(減磁した場所の特定) クニック点の評価 パーミアンス係数による評価 減磁率 事例に沿っての評価例 反磁界減磁 熱減磁

「事例から学ぶトラブルシューティング」 株式会社日本総合研究所　小川　哲生

トラブル発生時の考え方 トラブルの種類と傾向 問題解決までの流れ トラブル事例と対策 磁界解析編 トルク/電磁力が正しく求まらない 解析計算が収束しない 回路を含むモデルが正しく計算できない メッシュ分割編 モデルがメッシュ分割できない ライセンスシステム編 ライセンスエラーで起動できない 効率的なトラブルシューティングのために チェックポイントのまとめ サポート窓口への質問にあたっての注意点

「熱連成解析の方法」 株式会社日本総合研究所　坂下　善行

磁界－熱連成解析機能紹介 電磁界により生じる熱 JMAGを使用するメリット 磁界－熱連携解析手順説明 磁界解析結果の取り込み 条件設定 解析実行 結果表示 解析事例紹介 誘導加熱(高周波誘導加熱) モータ(鉄損、磁石) 電子部品

「パラメトリック解析」 株式会社日本総合研究所　坂下　善行、速水　祥和

解析条件を変更する方法 電流の位相を変更 形状をパラメトリックに変更する方法 2次元解析で形状変更 3次元解析で形状変更 パラメトリック計算を用いた最適化

「EMC問題解析ソフトウェア「EMC Studio」のご紹介」 株式会社日本総合研究所　志賀　章紀

EMCシミュレーションの重要性について 「EMC Studio」の概要のご説明 自動車への適用事例紹介

「圧電解析機能の紹介」 株式会社日本総合研究所　鈴木　雄作

圧電解析機能紹介 機能概要 理論的背景 圧電解析手順説明 電極オープン時、電極ショート時の解析 材料設定 電極条件 結果評価 圧電素子を用いた事例紹介 バイモルフ型アクチュエータ 位置決め用アクチュエータ SAWフィルター

JMAG-Studioと回路/制御シミュレーターとの連携「JMAG-RTセミナー」 株式会社日本総合研究所　佐野　広征

概要 JMAG-RTとは 精度とスピード 制御・回路シミュレータとの連携方法 JMAG-RTの仕組み 連携可能な制御・回路シミュレータ 操作説明 FEMモデルの作成 RTモデルの作成 通電パターンについて その他オプションについて RTモデルの分解能について 機能説明 補正係数の使い方（例） 分散処理による計算時間短縮 トラブルシューティング チェックリスト 回路をチェック FEMモデルをチェック RTモデルの設定をチェック インダクタンスツール バスバーインダクタンスツール ツールの使い方 結果-インダクタンスマトリクス 結果-周波数特性リアクトルのインダクタンス ツールの使い方 結果-インダクタンスの電流依存性 結果-キャリア電流の影響

「磁界-構造連成解析使用方法」 株式会社日本総合研究所　鈴木　雄作

構造解析機能紹介 電磁振動の要因と対策説明 磁界-構造連成解析 手順説明 磁界解析の結果評価(特に電磁力) 事例紹介

スペシャルセミナー　（2005年10月7日）

「PMモータのベクトル制御手法の基礎技術」 横浜国立大学　工学部電子情報工学科　助教授　藤本 博志氏

省エネの促進、自動車の電動化に伴い、高効率・高性能なモータである永久磁石型同期モータ（PM）が注目を集めている。PMモータのドライブには、ベクトル制御に代表されるような制御技術が必要とされてくる。本講演では、ベクトル制御の基礎技術をシミュレーション事例をまじえて解説した。

「PMモータのベクトル制御手法の実際」 マイウェイ技研株式会社　技術グループ　エンジニア　富樫 重則氏

永久磁石同期モータ（PMSM）の回転速度をベクトル制御にて制御した。モータ制御に必要なハードウェア構成やソフトウェアでの電流制御／速度検出の方法について解説した。 実際に制御ゲインの調整を行いながら、モータ制御システムを構築した場合のデバッグ方法についても言及した。

「多目的最適化の基礎と適用方法」　modeFRONTIERの使用法及びJMAGとの連成方法 株式会社シーディー・アダプコ・ジャパン　複合解析技術室　課長　大谷 朝彦氏

昨今、産業界に浸透し始めた多目的最適化の基本的な考え方と、商用ツールとしては世界で初めて正式に多目的最適化に対応したmodeFRONTIERの適用方法を、JMAGとの連成方法を交えながら解説した。

「メカ設計者のための電磁界解析入門」 株式会社日本総合研究所　成田 一行

磁界現象の基本 磁界、磁束密度、磁化、電流 ビオサバール則、ファラデーの誘導則 損失、電磁力 磁界解析とは？ 計算機シミュレーションとは？ 解析手法 メッシュについて 磁界解析のモデリングのポイント 形状の簡略化 解析領域の部分化 材料特性の取り扱い 結果の評価 磁界、磁束密度、磁化、電流 インダクタンス、電磁力、損失

「モータ設計者のための構造解析入門」 株式会社日本総合研究所　鈴木　雄作

構造解析が必要となる背景 振動、音、材料特性 構造解析で扱う物理量の説明 応力、ひずみ 磁界解析との連成 電磁力、ローレンツ力 有限要素法による構造解析 つり合い、変位-ひずみ関係式、応力-ひずみ関係式 有限要素法の剛性方程式 拘束条件 荷重条件 静解析 固有値解析 モード法周波数応答解析 構造解析条件の注意点 拘束条件(解が不定とならないためには) 固有値解析(拘束条件なし) 周波数応答解析(固有値数、減衰) 対称境界条件 メッシュ生成法 結果評価 事例紹介 磁界-振動-音 圧入-磁界-鉄損 熱応力 遠心力

「SPEEDソフト　PC-BDC中心のハンズオンセミナー」 有限会社モーションシステムテック　代表取締役　斎藤 守弘氏

英国グラスゴー大学開発のモータ設計支援ツール『SPEED』の使い方を、実際にPCを使いながらその簡便性を体感していただいた。