磁石のないモータも、仕様書から ― SynRM と SR モータの初期設計、効率マップの比較、スライドと Excel のレポート

誘導機・SynRM・巻線界磁同期機や SR モータの仕様書からの初期設計、複数設計の効率マップの比較、JMAG-RT モデルの書き出し、スライド形式と Excel のレポート作成、会話をまたぐ記憶とアプリの使い方の質問を、実際の画面とプロンプトで紹介します。

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v1.1.0 では仕様書から初期設計と解析まで進められるモータの種類を広げました。かご形誘導機、SynRM、巻線界磁同期機、アキシャルフラックスモータ、SR モータが、PMSM と同じ流れで扱えます。設計を比べる道具として効率マップの比較図を、設計の出口として JMAG-RT モデルの書き出しと、スライド形式と Excel のレポート作成を追加しました。アプリでは会話をまたいで指示を覚える記憶と、使い方をその場で聞ける質問に対応しました。

設計機能誘導機・SynRM・巻線界磁同期機の初期設計、アキシャルフラックスモータ・SR モータの解析、効率マップの比較図、JMAG-RT モデルの書き出し、MATLAB / Simulink 連携、PLECS 回路シミュレーション連携

レポートスライド形式のレポート作成、Excel 形式のレポート作成

アプリと使い勝手会話をまたぐ記憶、アプリの使い方をチャットで質問、インストール先の選択、このアプリについて

誘導機・SynRM・巻線界磁同期機の初期設計(動画 0:27)

かご形誘導機、SynRM、巻線界磁同期機(WFSM / EESM)も、PMSM と同じ流れで仕様書から初期設計と解析まで進められるようになりました。要求の整理、テンプレートと極数・スロット数の候補、解析計画の提示、承認後の作成と解析、目標点の FEM による確認、という順番です。仕様に届かない場合は、その理由を数値で示して止まります。動画では磁石のない SynRM を例に、3 回の依頼で進めています。

仕様書は JSON で、4 極 24 スロット、ステータ外径 204 mm、エアギャップ 1.0 mm、積厚は最大 100 mm、インバータの制限は線間 380 Vrms・相電流 40 Arms・最高 4500 rpm、目標運転点は 1500 rpm で 30 Nm、3000 rpm で 20 Nm、4500 rpm で 8 Nm の 3 点です。

1 回目の依頼は要求の整理と候補の提案です。解析はまだ実行せず、計画を見てから承認します。

@spec_synrm.json の仕様から、シンクロナスリラクタンスモータ(磁石なし)の初期設計をお願いします。
要求を整理し、候補(極数・スロット数・テンプレート)と選定理由を示したうえで、解析の計画(ケース数と所要時間の見込み)を出して、私の承認を待ってください。まだ実行はしないでください。
並列実行ライセンス(PSL、64 並列)は使えます。仕様に無い材料はテンプレートの既定値で構いません。ファイル名は synrm_4p24s.jproj としてください。
要求の整理の表と、SynRM 2 層円弧テンプレートを採用案とした候補、主要寸法の表
要求を固定・上限・制約に分けて整理し、JMAG Express の SynRM テンプレートから採用案(2 層円弧)と代替案(3 層円弧)を理由つきで示しています。SynRM には磁石の誘起電圧がないため、巻数は机上では決めず解析で決める、と計画に書かれています

計画は合計 36 ケース、所要約 17 分です。内訳は基準点 1 ケース、電流と位相を変えた 24 ケースで dq モデルを特定、巻数を決めたあとの確認 2 ケース、目標 3 点の検証 3 ケース、目標に届かなかったときの補正 6 ケースです。

2 回目の依頼で計画を承認し、目標に届かない点があれば 2 回まで補正してよいと伝えます。図の体裁もここで指定しています。

計画どおり、提示したケース数すべてを実行してよいです。目標に届かない点があれば 2 回まで補正して再解析してよく、その追加ケースも承認します。 終わったら、目標・予測・解析結果(FEM)・出典の表と、横軸 回転数・縦軸 トルクの散布図 1 枚(要求値と解析値を点だけで示し、線で結ばない。各点に回転数を書き、タイトルは 1 行)を示してください。突極比と力率も運転点ごとに書いてください。回答に貼る図はその散布図と、作成したモデルの断面画像の 2 枚だけにしてください。
目標・予測・FEM の比較表と、運転点ごとの突極比と力率の表。右に JMAG-Designer の SynRM モデル
3 点とも初回の検証で目標を達成し、補正は使われませんでした。解析は 30 ケース、約 12.6 分です。巻数は 11 ターン、電流密度は 5.23 A/mm² と報告され、突極比と力率は解析で特定した dq モデルからの予測値だと注記されます
要求値と解析値の散布図と、作成したモデルの断面画像
依頼どおり、回答に貼る図は散布図と断面画像の 2 枚だけです。解析トルクは 3 点とも目標より 2.8〜6.4 % 大きく、線間電圧と電流は制限の中に収まっています

3 回目は、承認待ちの解析が残っていないかの確認です。今回は残っていなかったので、最終の比較表と散布図だけが返ります。

私の承認待ちの解析が残っていれば、提示したケース数すべてをそのまま実行してください。終わったら、最終の比較表と散布図 1 枚を示してください。

アキシャルフラックスモータ・SR モータの解析(動画 1:45)

アキシャルフラックスモータ(1 ロータ 2 ステータ / 2 ロータ 1 ステータ)と SR モータについて、仕様からモデルの作成、巻数の決定、解析、レポートまで 1 つの会話で進められるようになりました。仕様が曖昧な場合や対応していない構成の場合は、理由を示して止まります。動画では 6/4 の 3 相 SR モータを、作成と解析の 2 回の依頼で進めています。

1 回目は仕様の整理とモデルの作成です。確認が必要な点だけ質問カードで聞くよう頼み、解析はまだ実行しません。

次の仕様で SR モータを作って解析まで進めたいです。まず仕様を整理して候補を提案し、確認が必要な点だけ聞いてください。このターンではモデルの作成(build)までにして、解析はまだ実行しないでください。
機種: スイッチトリラクタンスモータ(SRM)、3 相、ステータ極数 6・ロータ極数 4
ステータ外径 70 mm、積厚 80 mm
直流電圧 45 V、電流上限 45 A(相電流のピーク値)
回転数 10000 rpm、目標トルク 0.5 Nm
未指定の項目はテンプレートの既定値で構いません。ファイル名は srm_6_4.jproj としてください。作成したモデルの断面画像も 1 枚見せてください。
電流上限の扱いを聞く質問カード。既定値で作成、通電角を狭める、電圧を下げる、の 3 択
SR モータのテンプレートでは電流上限を制御の条件として設定できないため、どう扱うかを質問カードで確認してきます。ここでは推奨の「既定値で作成」を選びました
作成した SR モータの断面画像と、右側の JMAG-Designer に開かれたモデル
ロータ 4 極・ステータ 6 極の 1/2 モデルが作られ、既定値にした項目(18 ターン、通電開始角 5°・通電幅 30°、ギャップ 0.4 mm、材料)が一覧されます。解析を始める前のチェックも合格しています

2 回目は巻数の決定と負荷解析です。承認するケース数を数で伝え、結果の表に書く項目も指定しています。

巻数は加振プローブで決めて反映し、本解析(負荷解析)を実行してください。合計 2 ケース(サイジング 1 ケース+本解析 1 ケース)を承認します。補正が必要なら追加 3 ケースまで承認します。 結果は平均トルク・トルクリップル・銅損・鉄損の表にし、使った駆動条件(電圧・導通角)と、検証済み/未検証の項目も書いてください。トルク波形の図を 1 枚だけ貼ってください。
平均トルク・トルクリップル・損失・評価条件の表と、検証済み・未検証の項目
巻数は加振プローブの結果から 18 ターンに決まりました。平均トルクは 0.489 Nm で目標の 0.5 Nm に 2.2 % 届かず、相電流のピークは 28.4 A で上限の中です。鉄損はスタディに鉄損計算の設定がないため取得できなかった、と書かれています
本解析のトルク波形と、受け入れる・導通幅を広げる・電圧を上げるの選択肢
1 回目の加振プローブは計算区間がロータ 1 ピッチ分しかなく起動直後の電流で評価されていたため、1 回転分に延ばして解き直した経緯も報告されます。目標に 2.2 % 届かない点は、巻数を 19 ターンにすると許容幅を超えるため、受け入れるか駆動条件を変えるかの判断が設計者に戻されます

効率マップの比較図(動画 3:04)

複数設計の効率マップを並べた図や、基準設計との効率・全損失・銅損・鉄損の差のマップをチャットで作成できるようになりました。動画では、基準設計 A の効率マップがある状態から、磁石を 30 % 薄くした設計 B を作って同じ条件で効率マップを計算し、2 つを比べています。

1 回目の依頼は設計 B の作成と効率マップの計算です。dq パラメータマップの測定条件と効率マップの条件は、基準 A と同じ値を書いています。

作業フォルダの d-model_base.jproj は基準設計 A で、その効率マップが maps/design_a/ にあります。このファイルのコピー design_b.jproj を自分で作り(私に頼まず)、設計表の磁石厚の変数を 30 % 薄くした設計 B にしてください(形状の安全チェックで止まっても、設計表の値を直接書き換えて続けてよいです)。元ファイルは変更しないでください。
設計 B について、基準 A と同じ条件で dq パラメータマップを測定し、効率マップを計算してください。電流は振幅で 0・4.24・7.07 A(実効値 0・3・5 A、0 A は無負荷の基準)、位相は q 軸基準で 0〜90° を 10° 刻み、回転数はスタディの設定のまま、必要なプローブは追加して構いません。PSL(64 並列)を使い、ケース数を含めて私の確認を待たずに実行してください。
効率マップは直流 165 V・空間ベクトル PWM・最大電流は測定した上限・相抵抗はモデルの値・軸トルク・鉄損は軸出力から差し引く扱いで、回転数 500〜6000 rpm、線形軸です。図は maps/design_b/ に保存し、回答には効率マップ 1 枚だけ貼ってください。
設計 B の効率マップと、右側の JMAG-Designer に開かれた設計 B のモデル
磁石厚の変数を 2.5 mm から 1.75 mm に変えたコピーで、33 ケースを 269 秒で解き、効率マップを描いています。元ファイルのハッシュ値が作業前と同じで変更されていないことも報告されます

2 回目は比較図です。既存の図から並べ図と差のマップを描くだけなので、再計算はしません。

maps/design_a/ の基準設計 A の効率マップ図と、設計 B の図を使って(再計算はしない)、効率マップを並べた図と、基準 A に対する効率・全損失・銅損・鉄損の差のマップを描いてください。運転点 3000 rpm・1.8 Nm と 1500 rpm・1.0 Nm に印を付け、各点の差の値を表にしてください。図は compare/ に保存し、回答には並べ図と効率の差のマップの 2 枚を貼ってください。
A と B の効率マップを並べた図と、効率の差のマップ
並べ図は効率の色スケールを 2 つの設計で共通にしてあります。差のマップでは、磁石を薄くした B は高速・軽負荷側で効率が上がり、低速・高トルク側でやや下がることが読み取れます
2 つの運転点での効率・全損失・銅損・鉄損の差の表
印を付けた 2 点の差が表になります。3000 rpm・1.8 Nm では B の効率が 0.06 pt 高く、1500 rpm・1.0 Nm では 0.14 pt 低いという結果でした

JMAG-RT モデルの書き出し(動画 4:27)

確定した PMSM の設計から JMAG-RT モデルを書き出し、無負荷鎖交磁束や d 軸・q 軸インダクタンスを表で確認できるようになりました。動画では計画の確認と実行の 2 回の依頼に分けています。

作業フォルダの d-model_base.jproj は確定した設計です。この設計から JMAG-RT モデルを書き出してください。あとで制御シミュレーションに使います。Simulink 用のブロックファイルは今回は不要で、RT モデル本体(.rtt)と特性の表があれば十分です。
モータの定格は直流 165 V、最大電流 7.07 A(相電流のピーク値、実効値 5 A)、最高回転数 6000 rpm です。巻線はスタディ「Torque Ripple」の値を採用設計としてください。PSL は 40 並列まで使ってよいです(スケジューラの設定と同じで、メモリにも収まります)。まず計画を見せてください。
書き出しの計画。採用する巻線、FEM 371 ケースの内訳、並列数と所要時間、出力先、注意点
巻線(35 ターン、0.814 Ω)、電流 10 段階 × 位相 37 段階 × 回転数 17 段階の解析規模、所要約 18.5 分の見込み、出力先に加えて、メモリの見込みなどの注意点が先に示されます
OK、その計画で実行してください。終わったら、無負荷鎖交磁束と、最小電流・最大電流での d 軸・q 軸インダクタンスを表で示し、出力ファイルの場所も書いてください。
無負荷鎖交磁束と、最小電流・最大電流での Ld・Lq の表
FEM 371 ケースを 40 並列で解き、全体で約 13 分でした。無負荷鎖交磁束 0.0804 Wb、Ld は 10.70 mH から 12.31 mH、Lq は 30.11 mH から 27.14 mH と、電流による変化が表で分かります。今回の書き出し方式では .rtt に Ld・Lq の表は入らず、表の値は解析結果のまとめから取ったものだと注記されます

スライド形式のレポート作成(動画 5:32)

設計や解析の結果を、スライド形式のレポート(PDF)にまとめられるようになりました。基準設計との比較表、パレート図、断面図などを並べた資料を作成でき、依頼すれば編集できる PowerPoint ファイルも出力します。お手持ちの .pptx / .pdf を見本に様式を合わせることや、文字を小さくして 1 ページの情報量を増やした資料向けのテーマを使うこともできます。

動画では JMAG の多目的最適化(MOGA)の結果を作業フォルダに置いた状態から始めています。対象は 10 極 12 スロットの表面磁石形モータで、設計変数は磁石厚とティース幅の 2 つ、目的は定格点の効率の最大化とトルクリプルの最小化、制約は平均トルクが基準設計の 95 % 以上です。144 個体の結果 CSV と、JMAG のモデルから作った断面画像を入れてあります。

1 回目の依頼は結果の整理です。レポートの前に、何を載せるかを会話で確かめます。

results フォルダに JMAG の多目的最適化(MOGA、144 個体)の結果があります。README の条件で、制約を満たす中で効率とトルクリプルのパレート前線を整理して、前線から代表を 3 つ選んで基準と比べてください。断面図は sections フォルダの画像を使い、どこが変わったか分かるように磁石厚とティース幅の値を添えてください。
代表 3 個体と基準の比較表と、結果から読み取れることの箇条書き
制約を満たす 139 個体からパレート前線の 23 個体を取り出し、前線の両端と中間から代表 A・B・C を選んでいます。効率が上がったのは損失が減ったからではなくトルクが増えたからだという読み取りと、磁石厚が探索範囲の上限に張り付いていること、磁石量が約 3 割増えることも書かれます
パレート図と、基準と代表 3 個体の断面図
断面図は作業フォルダの画像を使い、磁石厚とティース幅の値と基準からの差が書き込まれています

2 回目はスライドの作成です。入れる要素と、編集できる形式も頼んでいます。

この結果をスライド形式のレポート(PDF)にまとめてください。基準との比較表、トレードオフの図、代表 3 案の断面図を入れ、編集できる PowerPoint ファイルも出してください。
9 ページのスライドのページ構成と、PDF・PowerPoint・作り直し用の元ファイルの一覧
表紙の結論、問題設定、トレードオフ図、比較表、設計変数の分布、断面図、まとめ、付録の 9 ページです。レイアウトのチェック結果と、前回の回答からの修正点(磁石厚の丸め)も報告されます

PowerPoint ファイルでは文字・表・フロー図はそのまま編集でき、図は画像として入っています。1 案への絞り込みは依頼していないので、まとめのページは「選択肢(未決定)」として書かれています。

Excel 形式のレポート作成(動画 7:13)

基準との比較表や判定、材料費などの計算を、数式の入った Excel ブックとしてレポートの付属資料に作成できるようになりました。スライドと同じ数値データから作るので、値がずれません。

基準との比較表と制約の判定、磁石の材料費(NdFeB を 1 kg あたり 15,000 円として)の計算を、数式の入った Excel ブックとしてレポートの付属資料に作ってください。
Excel ブックの 3 シートの説明と、磁石材料費の表
基準との比較、制約判定、磁石材料費の 3 シートです。材料費は基準 1,934 円に対して代表案 2,485〜2,569 円と計算され、単価・密度・基準の磁石体積は色付きのセルで変えられます。全数式を計算させてエラーがないことと、総損失と磁石質量が元データと一致することを確かめた、と書かれています
Excel で開いた「基準との比較」シート
Excel で開くと、差と比のセルに数式が入っています。単価などを書き換えると関連する計算が更新されます

会話をまたぐ記憶(動画 7:48)

「覚えておいて」と頼んだ内容を、新しい会話でも AI が覚えておくようになりました。今後の進め方に関わる指示などは、記憶するかどうかを AI が確認してから保存します。覚えている内容の確認や削除も、チャットで依頼できます。

覚えておいてください。私が図を頼んだときは、横軸を回転数(rpm)の線形軸にして、軸ラベルと凡例は日本語で書いてください。
覚えた内容を箇条書きで確認して保存した回答
覚えた内容を確認し、次回以降の会話でも使うと答えます

新しい作業を始めて別の会話にしてから、何を覚えているかを聞きます。

私について何を覚えていますか?一覧で見せてください。
種類・内容・保存日時の表で、前の会話で頼んだ内容が 1 件表示された回答
前の会話で頼んだ内容が保存日時つきの一覧で返ります。どの依頼で保存したかも書かれます
図の軸ラベルと凡例についての指示は忘れてください。
どこまで忘れるかを確認する質問カードと、指示した部分だけが削除された一覧
保存した内容には横軸の指示と言語の指示の 2 つが入っているため、言語の指示だけ忘れるか全部忘れるかを質問カードで確認してから削除します。横軸の指示は残ります

アプリの使い方をチャットで質問(動画 8:41)

画面の使い方や設定の意味、うまく動かないときの対処をチャットで質問すると、お使いのバージョンに合わせて回答するようになりました。

解析を頼むと承認カードが毎回出ます。確認の回数を減らしたいのですが、どこで設定を変えればいいですか?
権限モードの切り替え場所と、「常に許可」の使い方・取り消し方を説明した回答
入力欄の隣の「実行時の権限モードを選択」で Auto にする方法と、承認カードの「常に許可」、その取り消し方が説明されます。Auto にしても元に戻せない操作と時間のかかる処理は確認が残る、と書かれています
JMAG が認識されないときは、何を確認すればいいですか?
この PC では JMAG が認識されていることを確かめたうえで、認識されないときの確認手順を順番に示した回答
まずこの PC の状態を確かめて「今は認識されている」と答えたうえで、再起動、インストールの確認、環境変数の設定、ライセンスの確認、問い合わせの順に手順を示します。出典として FAQ のページも示されます

このアプリについて(動画 9:19)

設定画面に「このアプリについて」を追加し、アプリに含まれるオープンソースソフトウェアのライセンス一覧を表示できるようになりました。

設定画面の「このアプリについて」から開いた第三者ソフトウェアの一覧
含まれるソフトウェアとライセンスの一覧と、ライセンス条文を確認できます。テキストはダウンロードもできます

そのほかの新機能

動画には含めていませんが、次の新機能も v1.1.0 に入っています。

  • MATLAB / Simulink 連携: チャットから Simulink のモデルを読み取って説明し、ブロックのパラメータや構成を書き換えて、シミュレーションの実行と結果の集計ができるようになりました。MathWorks 同梱の例題を検索して取り込むこともできます。
  • PLECS 回路シミュレーション連携: チャットから PLECS のモデルを読み取って説明し、素子の定数や回路構成・制御ブロックを書き換えて、シミュレーションの実行や波形の比較ができるようになりました。編集はコピー上で行い、元のモデルは変更しません。
  • インストール先の選択: インストール時に、アプリのインストール先フォルダを選べるようになりました。

そのほかの改善と修正

改善は次のとおりです。

  • JMAG-Designer 25.2 に対応しました。JMAG の版ごとに使える機能を調べて動作を合わせるため、25.0 と 25.2 のどちらでも使えます。JMAG Express のテンプレート一覧には、インストールされている JMAG で使えるテンプレートだけが表示されます。
  • 仕様書からの PMSM(IPM / SPM、インナー / アウター)の初期設計で、作成したモデルを FEM で解析して目標の運転点を満たすかを確認し、満たさない点は設計を補正するところまで行えるようになりました。目標に届かない仕様では、探索した範囲とともに実現できない理由を数値で報告します。
  • JMAG-Express の標準構造への変換で、着磁を Express 本来の形式で設定し、テンプレートで表せない巻線も変換できるようになりました。ロータ・ステータの移植は、アウターロータ、IM のバー数指定、同一構成の AFM、SR ステータも扱えます。
  • 設計表に行が無い Geometry Editor の式の変数も、行を登録したうえで掃引できるようになりました。
  • プロジェクトファイルが大きくなりすぎないよう、AI がファイルの容量を測りながら作業し、上限を超えそうな場合は新しいファイルに移るか、不要な結果を整理するか、このまま続けるかを確認します。最適化では個体ごとの詳細な結果を既定で保存しません。
  • 指定した部品などの名前がモデル内で見つからない場合に、実在する名前の候補を示します。9 ケース以上の一括解析は、スタディ名と件数を表示した承認カードで確認します。

修正は次のとおりです。

  • 「PSL で並列に」「バッチで」と指示しても一部の解析で 1 つずつ実行される問題、JMAG 標準の効率マップのスタディ作成に失敗する問題、指定した速度の分割数や最高速度がスタディに反映されない問題を修正しました。
  • ロータ形状の置き換えで正しい着磁方向を誤りと判定して置き換えが取り消される問題と、ロータを入れ替えたモデルでコイルピッチが変わり解析できなくなる問題、新しいモデルの作成で元のモデルの運転条件や寸法が引き継がれない問題を修正しました。
  • JMAG-Express 変換の前後の比較で元のプロジェクトファイルが解析・上書きされる問題と、質問カードで結果を残す内容を選んだのに解析結果が削除されることがある問題を修正しました。比較は使い捨てのコピーで行い、解析結果は削除の確認で「消す」を選んだ場合だけ削除されます。
  • PC の起動直後にアプリが終了してしまう問題、処理が数十秒止まった後に操作が受け付けられなくなる問題、非常に大きなプロジェクトを開くとサーバーが停止する問題、回答の日時がずれて表示される問題を修正しました。
  • スタディ複製時に形状寸法が引き継がれない問題、形状チェックの見落とし、設計表の誤った警告、メッシュチェックで解析が止まり続ける問題、半径・直径の拘束が設計変数にならない問題、形状の式が保存後に消える問題を修正しました。
  • 解析結果などの大きなデータで表の途中が欠落する問題、解析グループ最適化の制約に測定変数を指定できない問題、要素値の出力で指定したケースが使われない問題、JMAG の画面写真で別の画面が撮影される問題を修正しました。
  • 解析を止めると同じ PC の別の解析まで止まる問題と、止めた解析が後から実行される問題を修正しました。止めるのは、その会話で始めた解析だけです。質問カードの選択肢がスクリーンリーダーで読み上げられない問題も修正しました。

AI エージェントは作業中に Python パッケージを追加でインストールしなくなりました。必要なパッケージが不足している場合は、その旨をお知らせします。

v1.1.0 は仕様書から始められるモータの種類を広げ、設計の比較とレポートまでを一つの会話で進められるようにしたアップデートです。磁石のないモータの仕様書を作業フォルダに置き、候補と解析計画を出してもらうところから試せます。詳しい変更点はリリースノートをご覧ください。

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