電磁力 — CAE用語解説

電磁力の計算には大きく二つの方法がある。①Lorentz力：導電体中の電流密度Jと磁束密度Bの外積 F = J × B で計算する。コイルやバスバーなどに電流が流れる部分の力はこれで直接求められる。②Maxwell応力テンソル法：磁場の空間微分から応力テンソルを構築し、物体の表面積分で合力を得る。永久磁石や鉄心のような無電流部分の力、そしてモーターのトルクの正確な計算にはこちらが適している。FEM磁場解析ソフト（Ansys Maxwell、JMAG）はどちらも自動計算できるが、特にトルク計算ではAriasモデル（Maxwell応力改良版）が使われることが多いよ。

深い関係がある。回転するロータの磁石とステータの歯（ティース）の間の磁気的な吸引・反発が、周期的に変化することでトルクリップルが発生する。この変動するMaxwell応力をFEMで精密に計算すると、スロット高調波（ステータスロット数に起因）、インダクタンス変動（突極性）、巻線の不均一（製造公差）などの寄与を分解して評価できる。EVの静粛性（特に静止〜低速域）はトルクリップルに直結するから、FEM電磁力解析→騒音振動（NVH）解析というカップリングが重要な開発ステップになっているんだ。

できる。電磁力（主にステータの径方向力とトルク変動）をFEM磁場解析で算出して、それを構造FEMの外力として入力し、モーター筐体の振動応答を求めて音響解析に繋げるのが「電磁-構造-音響連成解析」だ。Ansys Maxwell → Ansys Mechanical → Ansys Fluent Acoustics というワークフローや、JMAG → NX Nastran というフローが実務で使われている。高周波電磁力（スイッチング由来のPWM高調波）が原因の「モーター鳴き」（600〜2000Hz域の耳障りな音）の低減には、このFEM連成解析が欠かせない。