アイシン様のパワートレインカンパニーは、電動化車両の普及や燃費・エンジン性能の向上、排ガスのクリーン化に貢献する先進的な製品・技術開発を推進、パワートレインユニットとパワートレインコンポーネントを担当。PTモータ技術部では、小型モータの開発から駆動系の大型モータを含めた製品の要素開発、さらに新製品の開発に携わる。全社目標として開発期間の短縮を掲げているが、解析によってモノづくりのスピードを上げること、さらに設計根拠を物理的に証明することで、高品質な製品を短期間でお客様にお納めすることを目指している。
今回は、モータの「熱設計」について、電磁界解析ソフトウェアJMAG-Designerと熱設計支援ツールのSimcenter Flothermを連成した事例をご紹介いただく。現在はこの解析技術を標準化するために、熱設計のための手順書を作成し、Flothermを誰もが効果的に活用できるよう尽力されている。
大型モータの解析では、普段からエンジンの性能解析に利用しているCONVERGEとGT-SUITEの適用を検討。
また、より良い製品開発のための一つのアプローチとして、最適化技術にも注目。同社は、モータ設計における最適化標準ツールとしてmodeFRONTIERを採用。最適化技術導入初期には、特性を維持したまま形状を最適化し、一製品あたり数百円のコストを下げ、年間で数億円のコスト削減に成功した。

IDAJ設立時の1994年から、様々なご部署でIDAJのソリューションをご活用中。現在の同社でのシミュレーション活用の状況を網羅的にご紹介いただく。その一つ、サーマルシステム領域では、HVAC開発向けのiconCFDを活用した熱流体解析システム「FAST-HVAC」をご利用中。現在では設計者が日常的に利用され、オープンソースのメリットを生かし国内外の拠点でこのシステムを稼働中。現在はその適用範囲をHVACからラジエーター、ファン騒音などにも拡大し複数のテーマでご活用。1次元のシステムシミュレーションではGT-SUTIEを利用している。
CAEソフトウェアの選定基準は、ツールの性能と技術サポートのバランスが大変重要で、利用技術の定着にはソフトウェア提供元の支援や協力が不可欠だとお考え。今後、推進を予定している技術テーマは、システムモデルの活用と、SPDMの適用を背景とした確実な技術継承と技術者の育成。また未来の技術を作るために「技術バラシ」で残すべき技術とデータを蓄積されている。

熱抵抗と熱容量で構成されるRCモデルを開発し、そのRCモデルの高精度化と、より効果の高い電子設計、筐体設計のフロントローディングに取り組む。素子の温度上昇を見積もるための素子モデルを独自で作成し、そのための技術も構築。 Flothermを活用した結果、2006年では100%が実験で行われていたものが、現在ではトライ＆エラーでの実験ゼロを目標に、納入前の品質確認実験で「一度で判定基準を満足することが普通」という状態に限りなく近づいている。そのため部品選定や制御ソフトウェアの開発などを、効率よくかつ適切に行うことが可能に。またFlothermをフロアプランの段階で活用することで、放熱に関する課題を設計上流で取り除くことができ、プリント基板の設計手戻りが大幅に減少。

四輪車用ECU（註：Electronic Control Unit）の放熱設計を含んだ筐体開発を担当。電子制御の高度化によりECUの放熱設計は重要。長年、設計プロセスの中に3Dシミュレーションを組み込んできたが、 放熱設計の効率化にも取り組む。
「放熱計算シート」をエクセルで作成し、放熱設計におけるパラメータを短期間で設定可能に。適切な放熱設計パラメータを3次元シミュレーションに反映することで精度が向上。さらに「熱設計コンサルティング」を利用して、独自に推進してきた放熱設計が正しいことを確認するとともに、個人に集中しがちな放熱設計のノウハウを社内展開するための「動くマニュアル(ITマニュアル)」を作成。マニュアルでありながらIDシミュレーションが実行でき、放熱設計をしながらマニュアルに則ったフローとなっている。このITマニュアルの導入で、放熱設計工数を90%削減することに成功した。

発熱部品と冷却部材の間の空間を埋め効率よく熱を伝える役割のTIM（Thermal Interface Materials）。精度の高い熱シミュレーションのためにTIMモデル生成ツールを作成。簡易的な入力でツールから作成したファイルをSimcenter Flothermで読み込むと、Simcenter Flotherm上でTIMモデルが生成できる。同社製品の使用を検討する方に、この本生成ツールを公開中。

デジタルカメラ開発の初期段階にSimcenter Flothermを用いて必要な放熱構造を予測。先行CAEを取り入れた設計開発フローで、CAE未実施の時期と比較して、大幅な開発工数の短縮とコストの削減を実現。

Simcenter Flothermは、他のツールに比べて計算速度が速く、周辺ツールとの連携機能や技術も先進的。熱解析の短時間化と高精度化を両立に貢献。また、熱計算を取り入れることでシミュレーションを含めた設計期間が約10分の1にまで短縮。

導入の決め手は、業界でのシェアの高さ。特に車載の大手ユーザー様がワールドワイドで使用されているということがポイント。半導体メーカーとしては、ユーザー様の開発設計期間短縮を目標に。

構想設計段階や実験装置評価として、CAEツールを利用。アイディアしか存在しない段階で、検討すべきか否かを判断したり、実験装置のように1台しか製作しない機器の計画やトラブルシューティングに活用。

Simcenter Flothermは、機構系・回路系のCADデータとの連携が良く、使い勝手が良い。試作評価の工数削減や定性的な評価にも役に立つ。

ツールを使うことだけを目的とせず、このツールを使ってどんな成果を出すか、具体的にイメージできていることが大切。機械系エンジニアと電気系エンジニアの融合「エレ・メカ協調設計」の実現。

熱設計だけの理由で製品のスペックを魅力ないものにするわけにはいかないため、開発の初期段階からシミュレーションを駆使。