電気機械シミュレーション

電気機械とは

電気機械は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換・分配したり(発電機)、電気エネルギーを機械エネルギーに変換したり(モーター)するための機械です。電気機械は実にさまざまな形で私たちの現代生活をサポートしており、より持続可能な未来に向けて、炭素排出量の削減と電化の促進を両立させるために欠かせないものです。資源消費を最小限に抑えるためには、電気機械のエネルギー効率を大幅に向上することが不可欠です。

電気機械シミュレーションのメリット

電磁界シミュレーションは、次のようなサポートを通して性能目標と持続可能性目標を実現します。

• 効率的な電気モーターを少ない材料で作れるよう支援します。
• 効率性を向上します。
• 騒音・振動を減らします。

エンジニアは、求められる運用体制の中で電磁設計を最適化して効率性を大幅に向上し、競合する設計要素間で最良の妥協点を見つけることができます。

電気エンジンのシミュレーション

電気エンジンは、その名が示すようにマルチフィジックス・シミュレーション能力を要する複雑な装置です。電磁力は電気モーター内でトルクに変換されます。反対に、発電機は機械的回転から電磁力を生み出します。最新の電気自動車では、同じ電気トラクション・モーターが発電機としても機能し、回生ブレーキを通してエネルギーを回収します。この 2 つの間の変換を解析するには、時間に沿って変化する機械の挙動をとらえるモーション解析が必要です。

トルク・リップルは機械に騒音や振動を生じさせることがあります。また、電気機械内部に大電流が流れると相当な熱が発生します。電気力と機械力の結合を正確に評価するには、包括的な材料モデリング・オプションが必要です。モデリング・オプションには、精密に作られた導体における従来の電気損失に加え、使用中の材料の着磁/消磁効果も含まれます。渦電流、ヒステリシス、過剰/回転損失などの鉄損を、シミュレーションの中で陽的に考慮することもできます。こうした損失は機械の熱解析に使用できます。

電気駆動のシステム・シミュレーション

電気機械は常により大きなシステムの一部であり、一方には電気回路とコントローラーが、もう一方には伝達機構とギアボックスがあります。コントローラーを含めてシステム全体を表すものに、FMU (ファンクショナル・モックアップ・ユニット)としてシミュレーション・モデルを接続することで、現実世界のシナリオにおける機械の挙動を系統立ててシミュレーションできます。

シミュレーションで計算できる電気機械 KPI には、次のものがあります。

• 効率
• インダクタンス
• 飽和曲線
• 短絡解析
• 開回路解析
• 突入電流/荷重試験
• 電源投入時の過渡電流
• 損失 - 銅、渦電流、ヒステリシス
• コイルに対する動的力
• 騒音・振動