効率的なモーター設計を。誰でも電磁界解析が使えることを目指して

（2021年05現在）

自身の専門分野とアプリケーションコンサルタントの活動について

EV化が加速する中、モーター設計に特化したツールで業界を支援

　自動車の動力源はここ100年以上ガソリン機関を中心とした内燃機関が主でしたが、これから、電気モーターに駆動源の主力が移ろうとしています。また、その他にも油圧を利用していた機器の電動化も行われています。環境問題への取り組みの上からも、電動化は欠かせないものとなっています。自動車メーカや部品メーカにとって、大きな変革の時を迎えています。

　モーターの設計・開発においては、完成までにさまざまな試行錯誤が繰り返されますが、そこに使われるのが、電磁界解析によるシミュレーションです。設計図となるCADデータをもとにパラメーターなどを変えて何度となくシミュレーションを行うことで、モーターの完成度を向上させていきます。

　そのためのツールとして、JSOLでは電気機器設計開発のためのシミュレーションソフトウエアであるJMAGを提供しています。JMAGの開発、販売を行っているのが、私の所属しているJMAGビジネスカンパニーです。私たちは、ユーザーのニーズを汲み取り、要件を検討して仕様を作り、機能実装を行います。さらに、JMAGの利用技術も開発してユーザーに提供しています。

　JMAGは、さまざまな電気機器の設計・開発に用いられていますが、中でもEVの駆動用モーターは要件が非常に厳しいという特徴があります。例えば、特にEVの駆動用モーターでは、小型化が求められていますが、小さくても高出力なモーターを実現させるためには、出力密度を上げる必要があります。しかし、出力密度を上げるには、大量の電流を流すことになり、発熱を抑えて効率を向上させるため、損失の低減が大きな課題となります。

　損失を低減できれば、EVの場合には電費の向上による航続距離の増加などの効果が得られます。効率のよいモーターを設計することが重要になりますが、そこでモーターの設計者の方に活用していただけるよう開発したのが、JMAG-ExpressやJMAG-Express Onlineです。

　JMAGは電磁界解析一般に用いることができる汎用的なソフトウエアです。使いやすさに力を入れていますが、シミュレーションの知識を前提にしている部分も多くあります。設計者の方は、開発プロセスのある時期に集中してシミュレーションを行われることが多く、ツールの使用時期の間隔が空くことがあります。JMAG-Expressでは、久しぶりに使用したという場合でも、迷うことなく使えるような工夫を盛り込んでいます。

　JMAGのGUI開発リーダーである私は、主にユーザーインターフェースを担当していますが、その業務にはさまざまな知識や技術が求められます。

　JMAGは、GUI(グラフィカル・ユーザー・インターフェース)と、CADモデルに対してメッシュを生成するメッシュジェネレーター、計算を行うソルバーという大きく分けて三つの要素で構成されています。

　GUIのデザインにおいては、操作するお客さまの業務内容を理解した上で、作業の手間・工数を減らす工夫を凝らす必要があります。入力の効率化のために視線の動きに対して自然となるように、ユーザーインターフェースの構成要素を配置する必要があります。また、マウスのクリック回数を減らすことなども考慮します。さらに、ユーザーインタフェースの背後ではメッシュジェネレーターやソルバーが連携して動作しているので、それらに関する知識も必要です。

　お客さまの業務の効率化のためには、シミュレーションの入力データの準備から結果が得られるまでの時間の短縮が重要です。もちろん、シミュレーション結果を得るまでの時間の短縮にはメッシュジェネレーターやソルバーの速度向上が不可欠です。しかし、シミュレーションに必要なパラメーターの選択や設定に時間がかかってしまうと、プロセス全体としての効率化ができないことになります。

　お客さまが効率的に目的の作業を進めるためには、優れたGUIが欠かせません。

現在の課題や注力している取り組みについて

モーター設計者とのコミュニケーションを繰り返し、ツールを改良

　テンプレートベースのモーター設計支援ツールであるJMAG-Express Publicを、2009年にフリーソフトとして公開しました。

　当時、JMAGはシミュレーションの専門家の間ではお使いいただけるようになっていましたが、一方で設計者のニーズがくみ取れていないのではとの思いがありました。そのため、モーター設計者にJMAGが届くにはどのようにすればよいかを検討するようになりました。

　その思いがプロダクトの形になったのが、モーターの設計検討に特化したJMAG-Expressです。JMAG-Expressは多種多様なテンプレートを用意して、そこから選ぶことで概念設計の検討ができるようにしました。

　今までの汎用的なシミュレーションツールは、どのようなシミュレーションにも対応できる反面、CAEの専門家以外の人にとっては敷居が高いと感じられることがありました。そこで豊富なテンプレートと直感的なユーザーインターフェースを提供することで、迷いなく使用できるようにして、敷居を下げることを狙いました。

　JMAG-Express Publicをフリーツールとしてリリースした目的の中には、「設計者の方々から多くの意見、フィードバックをいただいて、コミュニケーションを取りたい」という考えもありました。設計者の皆様が何を考えながらモーターを開発しているのかということを知り、それを反映させながら改良していきたいと考えたのです。

　そして、私たちは、JMAG-Express Publicを使っていただいた設計者の皆さまにアンケートを実施してフィードバックをいただき、機能に反映していきました。また、JMAGユーザー会などの機会をとらえてセミナーを実施し、直接フィードバックを受けることにも努めました。そこでのお客さまとの直接の対話をきっかけに生まれた機能改良もあります。さらに、モーター設計の権威であるProfessor Millerから助言を受けてのユーザーインターフェースや機能の改善も行いました。

　ときは2カ月に1回のサイクルで頻繁にリリースするということを繰り返しながら、概念設計の段階でさまざまな検討を行うことができるツールとして発展させることができたと考えています。リリース後も、フィードバックをもとに改良を加え、それに従ってJMAG-Expressのユーザー数も増えていきました。

　JMAG-Expressの開発においては、モーターの基本特性を1秒で計算することを目標にしました。概念設計の段階で、試行錯誤の回数を増やすためには、ターンアラウンドタイムの短縮が有効であるからです。私はGUIの開発者ですが、オーバヘッドを切り詰めるためにモジュール間の連携を最適化する仕組みを作りました。メッシュジェネレーター・ソルバーの高速化にあわせてこの仕組みを用いることで、「1秒でモーター特性を評価する」目標を達成することができました。

　そして次の段階では、ユーザーがより手軽に利用できるように、配布形態を見直し、インストールが不要なWebアプリケーションとして、JMAG-Express Onlineを開発しました。Webブラウザ上で利用できるため、パソコンだけでなく、タブレットやスマートフォンでも利用できます。

　JMAG-Express OnlineをWebアプリケーションとして開発するためには、JSOL社内の協力も重要でした。インフラやネットワークなどの基盤技術、セキュリティーに関しては、やはり専門部署の実践的な知識やノウハウを生かすことで、より良いものに仕上がります。そこで基盤技術やセキュリティーを専門とする部門と連携し、頻繁にミーティングの場を持ち、アドバイスをもらったり、実際に基盤を構築してもらったりして、リリースにこぎつけることができました。そのような協力をいただくことで、JMAG-Express Onlineを短いサイクルでスピーディーにリリースできました。

　JMAG-Express PublicやJMAG-Express Onlineによって、JMAGのビジネスにも効果が表れました。一つは、フリーで利用できるJMAG-Express PublicやJMAG-Express Onlineの利用をきっかけにJMAGを導入された新しいお客さまがいらっしゃったこと。もう一つは、すでにJMAGを活用しておられるユーザーが、JMAG-Expressに対して魅力を感じて使ってくださり、社内に広めていただいているケースがあることです。

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