数値解析（ＣＡＥ）によるモータ特性評価

数値解析を活用したPMモータの磁化特性劣化の影響調査

• 

• 家電製品や自動車などの電気機器には高効率かつ高性能な永久磁石モータ（以下、PMモータ）が幅広く利用されています。特に、電気自動車（以下、EV）の開発が進み、普及するにつれて高効率かつ高性能なPMモータの需要がますます高くなってきています。PMモータの高性能化のためには、かしめや溶接などの加工による材料の性能低下が無視できないことから、磁化特性の劣化を防ぐことが重要となっています。当社では伝熱・構造・流体・電磁場を考慮した連成解析を活用することで、磁化特性の劣化を多面的に評価することができます。磁化特性に与える溶接の影響PMモータの構造を図１に示します。

シャフト、ロータ、ステータから構成されています。ステータには、必ず溶接箇所があり、溶接による残留応力の発生は、磁化特性を劣化させる要素となります。溶接による磁化特性劣化の影響を解析した例を図２に示します。

まず、磁化特性に与える応力の影響を当社で測定し、関係式を求めます。次に、溶接を模擬した構造解析により残留応力を計算し、得られた応力分布と関係式を磁場解析に適用して磁束密度分布を計算します。計算結果の評価としては、局所磁気特性可視化装置を使ってステータの磁束密度分布を測定して比較します。溶接の影響によりステータ内側まで磁束密度の小さい領域が分布しており、解析により、残留応力の影響を評価できることが分かります。当社では、高度な測定技術による高精度な磁化特性の測定や磁気測定を行っており、測定と数値解析の両面からPMモータの性能を高精度に評価することができます。

FEMによる電動モータの温度評価

地球温暖化抑止にむけ、様々な産業で脱炭素社会への取り組みが行われています。自動車分野では電動化に向けた流れが加速し、駆動モータの需要が拡大しています。また、建設用の重機や農業用車両など産業車両においても駆動系にモータを使用する動きとなってきています。今後需要が高くなることが予想されるモータにおいて、熱の問題は必ず生じる問題です。モータの耐熱温度を超えると、絶縁物や軸受部分の劣化、部品の破損や焼損等の問題が発生し、モータの寿命を左右する事象が生じてきます。また、温度上昇に伴い、永久磁石の磁力が低下し、モータ性能にも影響がでてきます。モータを開発する上で、熱の問題は考慮しておく課題となっています。

当社では、CAEによるモータの温度予測を実施しています。図１に示すようなIPMモータをモデル化し、温度解析を実施しました。図2に温度上昇履歴、図3にコイルに生じる銅損や、コア（ステータやロータ）に生じるジュール損失密度を示します。

モータ内部の温度は時間とともに上昇し、定常状態の温度となります。温度上昇はコイルやコアでのジュール発熱によるもので、可視化することで熱源となる銅損やジュール損失の分布を知ることができます。回転する永久磁石の温度を知りたい、定常状態の温度を知りたいなど、モータを開発する際に押さえておきたい項目は数多くあると思われます。当社では、モータに発生する熱の測定も実施しております。CAEとの組み合わせで、モータ開発に係る情報を数多くご提供できるもの思います。モータの開発や改良など、モータの細部に亘る情報を得たいときには、ぜひとも当社のＣＡＥメニューをご活用ください。