モーターの解析(シミュレーション)とは

1.モーターの解析(シミュレーション)が必要な理由

モーターは現在様々な機器に搭載され、生活の基盤を支えるキーデバイスになっています。モーターの開発も進み、DCモーターに始まり、ブラシレスDCモーター、PMモーターなど様々な種類のモーターが開発され、同時に小型・高効率化も進んでいます。

また最近は、モーターの小型・高効率化だけではなく、省エネ化なども求められるようになり、これらを実現させることがモーター設計時の課題となっています。

そのために欠かせないのが、モーターの解析です。設計時にモーターを解析することによって、損失の少ない、より高効率なモーターを開発することができ、その結果、省エネ化にも繋がります。

<電気自動車におけるモーター解析>

従来のエンジン自動車にも一台につき数十個のモーターが使用されていますが、電気自動車(EV)においては、数百個のモーターが使用されています。

そのため、省エネ化においては電気自動車(EV)の導入を進めるだけではなく、モーターの高効率化、損失の低減が重要となり、つまり、モーターの解析がより必要になると考えられます。

2.モーターの解析項目

モーターの解析項目は多岐に渡ります。典型的な解析項目だけでも以下の通りであり、モーター設計時に考慮するべき事項が多いということが分かります。

トルク インダクタンス 誘起電圧 コイル損失
磁石損失 鉄損・銅損 寄与度解析 偏心
応力 振動・騒音 与度解析 発熱
温度分布 着磁 減磁 スキュー効果

3.モーター解析(シミュレーション)の種類

モーターの解析手法には、大きく分けて有限要素法、磁気回路法、電気等価回路法の3種類があります。それぞれにメリット、デメリットがあるため、最適な解析手法を選択する必要があります。

<解析の種類と特徴>

有限要素法 磁気回路法 電気等価回路法
有限要素法は、近年になり新しく出てきた手法です。
この解析手法では、構造物を小さな要素に分割して数式で表現し、それらを組み合わせた連立方程式を解くことによって構造物の解析をします。
磁気回路法は、歴史自体は古いですが、現在でも電磁機器の解析設計などで利用されています。
この解析手法では、起磁力と磁束を電気回路における電圧と電流の関係と同様に扱い、機器内部の磁気現象を解析します。
電気等価回路法は、モーターを抵抗、インダクタンス、起電力でモデル化し、モーターモデルの集中定数からモーターの特性を解析します。
近年になり、有限要素法と組み合わせた解析手法も新しく出てきました。

4.モーター解析(シミュレーション)の詳細について

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