お客様各位

こんにちは JSOL JMAGビジネスカンパニー加藤です。

今月9/8からTECHNO-FRONTIERバーチャル展示会が開催されます。
JMAGも出展します。
先駆けて特集ページを用意し、開催までに5回にわけて更新する3回目となります。

本日は、『振動解析』と『最適化』に関してご案内します。


 コンポーネント単体からシステム全体まで振動の分析と対策

モータなどコンポーネント単体では、従来より振動に対するシミュレーションを用いた評価および対策が数多く行われてきました。一方で、モータ単体で振動を抑えられたとしても、ギアボックスやインバータを含むドライブラインや車両全体での振動が問題となり、モータの設計に手戻りが発生する場合があります。製品設計全体のフローを円滑に進めるには、あらかじめモータ単体だけでなく、ドライブラインや車両全体も視野に入れた評価、対策が重要です。

本資料の中では、JMAGと振動解析ソフトウェアのRomax Nexusを連携させ、モータの電磁加振力がギアボックスの振動を引き起こすことを突き止めています。また、JMAGと汎用機構解析ソフトウェアAdamsを連携し、車両走行時の振動を評価しています。結果として、車両始動時にモータの空間高調波に起因する振動が発生することが分かりました。

■ 電磁力の次数と極数に依存した固有モード

4極のSPMモータの回転数を変えながら、ケース表面における加速度を評価しています。
回転数ごとに見ると、電磁力の22次、26次、34次の周波数で振動が大きくなっていることが分かります(各回転数と破線の交点)。
このモータは10(kHz)付近に四角形の固有モードが存在しており...詳しくはこちら

■ オルタネータの拘束条件と固有モード

オルタネータの拘束状態を模擬し、放射音を発しやすい円環の固有モードを評価しています。
ブラケットの設置用ボルト穴を完全拘束し、設置されている状態を模擬しています。シミュレーションの結果として...詳しくはこちら

■ モータを例とした相関解析の概念図

モデルベースで振動を評価する場合、加振力およびそれを伝える伝達関数(モデルの剛性)の精度が重要となります。この図は、シミュレーションで使用するモデルの振動状態を実測と合わせこむ相関解析の手順について示しています。
相関解析は部品単体での合わせ込みであるLoop1と...詳しくはこちら

■ ギアとモータからの励振を考慮したドライブラインのNVH評価

JMAGと振動解析ソフトウェアのRomax Nexusを連携させ、ギアボックスを含めたドライブラインの振動を評価しています。Romax Nexusではギアからの励振に加えてJMAGで求めたモータの電磁加振力を考慮し...詳しくはこちら

■ 車両加速時の振動評価

JMAGと汎用機構解析ソフトウェアのAdamsを連携させ、高精度モータモデルを組み込んだ車両走行シミュレーションを実施しています。
この例では、3秒かけて停止状態から時速30km/h程度まで加速させています。最下部の左右のグラフは運転席の振動を示しており、特に始動時から...詳しくはこちら

■ 振動をフィードバックさせた制御アルゴリズム

回路シミュレーションに組み込むことができる高精度モータモデル(JMAG-RTモデル)は、駆動状態に応じた任意の物理量を出力することができます。利用例として、IPMモータの振動を低減させるためのブロック線図を示しています。
JMAG-RTモデルの出力ポートからティースに働く電磁力を出力し...詳しくはこちら

■ 電流位相とティースに働くラジアル力

IPMモータをベクトル制御で駆動した時の、電流位相を変えたときのティースに働くラジアル力波形をモニタリングしています。この例では電流振幅を固定としているため、電流位相の違いだけでティースに働く...詳しくはこちら

 短納期かつ高度な要求を満足する大域的モータ設計探査

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設計探査を人の手で行うことは至難の業です。
JMAGでは遺伝的アルゴリズム(GA)を用いた最適化計算を用い、設計案の多様性を保ちつつ、改善案候補群を追い込むことができます。実用的な例題を通して、多目的・多制約最適化問題に対する大域的設計探査の自動化を試み、多段階FEA、等価回路モデル、実験計画法による絞り込みを行い、その数値実験結果を示しています。
また、近年注目度が増している、レイアウトを大胆に変更できるトポロジー最適化を用いてモータを設計した事例を示しています。結果として、各トポロジーがモータ特性に与える影響を明らかにしています。

■ 多目的パラメータ最適化結果

IPMモータに対して平均トルク最大化、トルクリップル最小化を目的としたパラメータ最適化を行いました。左側に初期案、右側に最適化結果を示しています。最適化結果では、平均トルクを大きくするため磁石は極力ギャップ側に配置され...詳しくはこちら

■ 多目的・多制約最適化問題の大域的設計探査と実行可能解

高性能な電気機器設計は多数の要件を満たす必要があるため多目的・多制約最適化が求められます。 ここでは駆動用モータを対象とし、低速時および高速時で平均トルク最大化、トルクリップル最小化、鉄損最小化を目的とした最適化を実施しています。加えて、コアの応力や誘起電圧、磁石体積や減磁耐性の制約を与えています。
掲載の図は縦軸に低速時鉄損、横軸に低速時トルクをとり、最適化計算の結果を表しています。赤色で示した点が...詳しくはこちら

■ IPMモデルのロータトポロジー最適化

トポロジー最適化は部品のレイアウトを大胆に変更できるため、設計者の経験に依らない新しい設計アイデアを得られる可能性があります。ここでは、平均トルクの最大化、トルクリプルの最小化を目的関数としてトポロジー最適化を実施しました。refは既存のモデル、optは最良ケースであり、平均トルク、トルクリプルともに改善しています。フラックスバリアがギャップ付近まで...詳しくはこちら

■ 応力および変位制約を考慮したIPMモータのトポロジー最適化

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ました。全世代を通しての最良ケースのミーゼス応力分布を示します。ミーゼス応力と径方向変位の制約を...詳しくはこちら

■ ティース形状のトポロジー最適化

トポロジー最適化を用いて、SPMモータのステータティース先端部を設計領域とし、平均トルクを最大化、トルクリップルを最小化する形状を探索しました。
最適化結果として得られた最良ケースとして、トルクの平均値が最大の形状とトルクリップル率が最小である形状を示しています。トルクが最大となる最良ケースでは、スロット開口部がありますが、トルクリップルが最小となる最良ケースでは...詳しくはこちら

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9/8までの間、定期的に事例を更新します。どうぞお楽しみに。

出展者セミナー 9/11(金) 14:15~15:00

JMAG:モータのモデルベース開発事例

電動化におけるキーコンポーネントであるモータに要求されるのはコンポーネントとしての高い性能だけでなくシステムとの高い整合性です。シミュレーションを活用したモデルベース開発はモータ開発においても必須になりつつあります。
モータ設計で高い実績を持つJMAG がモデルベース開発のための新しいワークフローを提案します。
本セミナーでは、EV用のモータ開発が、システム設計、コンポーネント設計、試作・性能評価、システム検証を具体的にどう進めるかを示します。事例を通して、モータの効率マップ、鉄損や巻線の交流損などの各種損失、冷却、振動評価から制御パラメータの適合、走行モードでの効率検証までを紹介します。
これからJMAGを使ってモータ設計を検討される方に向けて、JMAGがもつ機能の全体を俯瞰いただける内容となっています。お誘いあわせの上ご参加ください。

事前申し込み制です。どうぞお楽しみに!

これからJMAGを導入ご検討をされる皆様へ

TECHNO-FRONTIER2020特集ページから導入相談をいただき、ライセンスをご契約された方には、書籍:「モータ設計初心者のための永久磁石同期モータ設計入門」をプレゼントします。
これから電磁界解析導入を検討される方、JMAGを導入検討されるにあたりご不明な点がございましたら何なりとお知らせください。