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Simcenter Flothermを活用してCASE革命に立ち向かう!(その4)

皆さま、こんにちは。

IDAJの中嶋です。

 

前回に続き、今回はその4です。CASE革命への対応が求められる電気・機械設計者の皆さまへ、開発テーマごとに、なぜSimcenter Flothermをご活用いただくのが良いのか、その理由を、ポイントをしぼってご説明させていただきます。

もしもご自身の担当製品が登場しない場合は、別途ご説明させていただきますので、各回の文末に記載している問合せ窓口よりお気軽にご連絡ください。

 


高温で動作する電源用IGBTモジュールの熱解析はもはや設計者が行う時代に


 

高速スイッチング電源と大電力容量を備えたIGBTモジュールは、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源を安定供給するコア部品の一つです。パワエレ技術の高度化に伴い、モジュールの高効率化・超小型化、そして低コスト化がますます求められるようになりました。

特に、SiCパワーモジュールは200℃を超える高温でも動作するため、回路基板や受動部品には効率よくヒートシンクで冷却するための放熱設計が要求されます。要求仕様は厳しさを増し、定常状態を想定した設計では破綻するため、走行状態や路面状態を考慮した過渡状態を前提にした熱設計が主流になりつつあります。

そして、CASE(※1)に代表される技術革新に対応できるのは、製品設計段階で熱設計ができる設計者なのです。

 

※1 Connected:コネクテッド、Autonomous:自動運転、Shared & Services:カーシェアリングとサービス、Electric:電動化の頭文字を組み合わせた造語

 

グリッド生成が一瞬で完了

 

熱流体解析を行う上で切り離せないのがグリッドの生成です。時間がかかりますし、繰り返し確認が必要な作業です。

汎用熱流体解析ソフトウェアでは、モデルによってはグリッド生成に長時間要する場合がありますが、Flothermでは一瞬で完了!モデル形状を変えても追従するため、インタラクティブな操作が可能です。

 

 

高速な過渡解析

 

もはや定常状態を想定した熱設計では要求仕様を満たせなくなりました。

時間経過に伴って負荷が変動する動作モード条件下で、温度を検証する過渡解析が当然のこととなりました。一般的に過渡解析には計算時間がかかりますが、Flothermのソルバーは、汎用ツールの数倍の速度で高速に解析することができます。

 

 

 

リアルなジュール発熱分布

 

”電流の流れるところ発熱あり”

熱流体解析に必要な発熱条件は、なにも部品内部に限ったことではありません。バスバーや大電流の流れる配線パターンの発するジュール熱は、解析温度を確実に嵩上げします。

任意形状の導体に電流の入口と出口、それに電流値を指定するだけでジュール発熱量を解析に反映することができます。

 

 
手軽にパラメータスタディ

 

より冷却効果を上げるために、部品の配置や形状などを検討することは設計業務において日常的に行われています。

Flothermのパラメータスタディ機能を使えば位置、形状、材料などを変数として、類似モデルを簡単に作成し、あとは一括して解析実行すれは、短時間かつ簡単に多くのデータを得ることができます。

 

はんだの厚さと熱伝導率をパラメトリックに変化させた解析が容易に可能

はんだの厚さと熱伝導率をパラメトリックに変化させた解析が容易に可能

 

応答曲面で最適設計

 

最適な設計を検討するために、多くの項目についてそれぞれを検証することは解析においても時間がかかる作業です。

Flothermの最適化機能では、実験計画法で複数の設計項目の最適な組み合わせを自動で作成し、最適化を行うことが可能です。さらに応答曲面を作成し、各設計項目の関係を視覚的に確認することができます。

 

 

低次元モデルの出力

 

解析時間が長く、入力発熱条件が複雑な過渡解析。

Flothermでは、熱解析モデルを低次元化し、回路シミュレータに組み込んだ電気回路・熱連成解析が可能です。回路の動作モードに合わせて素子の発熱条件を変化させ、様々な動作モードに応じた素子温度を短時間で取得することができます。

 

 

IDAJでは、熱流体解析を活用する設計者を技術面からサポート。熱流体解析者なら必修の伝熱の基礎理論講座や電子機器熱設計概論セミナーに加え、通常では有償のFlotherm操作トレーニング(¥80,000/人・2日間)を今なら無償でご案内しています(※3操作トレーニングの無償キャンペーンは予告なく終了させていただくことがあります)。

次回に続きます。

■Simcenter Flothermの新規・追加のご契約やお見積もりはこちらまでお気軽にご連絡ください。

株式会社 IDAJ 営業部

E-mail:info@idaj.co.jp

TEL: 045-683-1990