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ケーススタディ

Grundfos社、電動モータ設計の効率化を実現し、開発を加速

「当社では、50年にわたって自社用途に応じたモータ設計シミュレーションを手掛けており、5,000件以上の設計をデータベースに蓄積しています。これまで、解析データをベースにしたシミュレーションツールを独自に、また外部パートナーと共同で開発してきましたが、これらのツールには限界がありました。特に、新規開発において、EM、熱、構造などのマルチフィジックスシミュレーションを行う必要がある場合には、限界を強く感じていました。このため、Ansys Motor-CADの性能と、特に既存の設計を簡単に移行できる点に大変満足しています。Motor-CADでは、FEAを必要とするような新しいシミュレーションを追加できるだけでなく、モータ設計および製造における長年の経験で培った知識を新しい環境の中でも活かせるのです。」

 —Keld Folsach Rasmussen氏（Grundfos Holding A/S社、技術物理研究所、チーフエンジニア）

デンマークを拠点とするGrundfos社は、世界最大級のウォーターポンプメーカーです。同社は、循環ポンプ、水中ポンプ、遠心ポンプなどのポンプユニットの製造に加え、ポンプ用および個別販売用電動モータ、ならびにポンプ制御などのシステム向けの電子機器の開発も手掛けています。Grundfos社は、世界の水と気候の課題に対するソリューションを他社に先駆けて開発し、人々の生活の質を向上させることを使命としています。

課題

長年の歴史を持つ多くの産業企業と同様、Grundfos社はこれまで、独自にカスタマイズされたコードベース、レガシーツール、各種のサードパーティ製ツールを含む、電動モータ設計用の社内開発ツールに依存していました。それに加えて、社内の解析ツールの多くは、特定のモータトポロジーに特化したものです。つまり、解析結果の調整やジオメトリのパラメータ化には、サードパーティ製の有限要素法解析（FEA）シミュレーションツールが必要となり、多くの場合、大量のスクリプトを作成しなければなりません。

エンジニアリングソリューション

Ansys Motor-CAD、Ansys Maxwell、およびAnsys optiSLangを導入することで、Grundfos社は電動モータの設計プロセスを合理化し、開発期間を短縮しました。同社は、パラメータ化されたジオメトリテンプレートとモータ固有の解析および出力機能をMotor-CADで使用することで、FEAプロセスを簡素化しました。具体的には、トルク-速度平面におけるモータの全動作範囲にわたる解析に対応するMotor-CADのマルチコア機能により、FEAを大幅に加速させ、手動スクリプトの必要性を最小限に抑えることができました。さらに、Motor-CADの熱および機械モジュールにより、EMとのシームレスな統合とワークフローが実現し、設計および開発プロセスの早い段階で重要な知見を得ることができました。Grundfos社は、新しいMotor-CADワークフローをさらに最大限に活用するため、optiSLangを適用して最適化アルゴリズムを高精度なシミュレーションに統合するとともに、Maxwellを使用して完全な3D FEAを作成しました。

ベネフィット

  • Grundfos社は、永久磁石モータのロバスト性と信頼性を損なうことなく、許容可能な減磁レベルを予測できるようになりました。
  • 同社は、過剰なモータ設計を発見して回避したり、シミュレーション能力を向上させたりすることが可能になったことで、モータの開発コストを削減するとともに、市場投入までの時間を短縮することができました。
  • エンジニアリング設計チームは、内部永久磁石（IPM）モータを最適化し、機械的要素と電磁的要素を統合できるようになりました。これは、同社の過去50年間にわたるモータシミュレーションの歴史上の課題でした。
  • 機械チームと電気（パワーエレクトロニクス）チーム間の連携強化に寄与しました。その他にも、流体工学、電磁工学、熱工学などのチームがMotor-CADを使用して恩恵を受けています。
Grundfos社の単段インラインポンプ

暖房、冷房、工業プロセス、給水などに使用されるGrundfos社の単段インラインポンプ

Grundfos社の標準モータであるMGE

Grundfos社の統合周波数コンバータを備えた標準モータであるMGE（定格エネルギー効率IE5レベル）