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富士电机技术期刊

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专辑：为产品开发提供支持的仿真技术

专辑：为产品开发提供支持的仿真技术

富士电机为了对实现安全、放心、可持续发展的社会做出贡献，针对社会和产业基础设施等各个领域，提供可对能源进行最高效利用且善待环境的产品。为保证及时开发出满足市场需求的产品，对体现产品功能性能的基础物理现象进行定量掌握必不可少。富士电机开发出各种仿真技术，并灵活运用，并以此作为有效手段。
本专辑将对为富士电机产品开发提供帮助的仿真技术进行介绍。

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［专辑寄语］由“与实测不吻”迈向“进行实测吧

古山　通久 KOYAMA, Michihisa 九州大学稻盛前沿研究中心教授 博士（工学）
这20 年来，由于电脑的普及以及计算理论、计算机科学的发展，仿真技术实践和应用的成功事例越来越多。对此，我想大家已有深切感受。但人们在设想CAD 等近似产品的仿真技术时，先不说成功与否，只会认为它没有什么特别的地方；近似材料的仿真，大概也只会有“我知道一些成功事例”这样的感想而已。点击下载

支撑产品开发的仿真技术的现状与展望

渡边　雅英　?　长安　芳彦　?　保川　幸雄
最近，由于计算科学的进步，仿真技术被广泛适用于从研究开发到产品设计的各阶段中。富士电机也利用元件仿真和分子仿真分析，来提高SiC元件的性能、分析和预测电气特性，以及以原子级别阐明现象。另外，还利用电磁干扰分析、噪声分析、流体分析等仿真技术，降低电气设备冷却风扇的噪声、分析配电盘内部电弧的放电、优化展示柜的设计等，从而实现以较短的交期向客户提供具备高性能及高可靠性产品的目标。点击下载

利用仿真预测SiC沟槽型MOSFET的特性

小林　勇介　?　木下　明将　?　大西　泰彦
为了实现电力电子产品的节能化，富士电机积极推进使用SiC（碳化硅）材料的半导体元件的开发。SiC沟槽型MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）相比传统的平面型，能进一步实现低损耗。富士电机为了提高SiC元件的开发效率，利用仿真进行了特性预测。SiC 的特性因结晶面而有所不同，对于沟槽型，必须利用仿真研究新采用的结晶面的特性。富士电机确立了可简单使仿真模型和参数保持一致的方法，成功重现了实测并预测了性能的改善。点击下载

利用仿真对SiC 双极元件进行开发

松永慎一郎　?　武井　　学
双极元件有利于宽禁带半导体SiC（碳化硅）元件实现13kV以上的高耐压。富士电机对仿真的预测和实测结果间的差异进行解析，通过反复修正参数，改善了预测精度。通过实施耐压特性仿真、正向特性仿真、开关特性仿真，将测定的物性值反映到参数中，并考虑了界面电荷、寄生电阻，基本上重现了实际元件的特性。点击下载

利用仿真对SiC 元件进行原子能级的解析

广濑　隆　?　森　　大辅　?　寺尾　　丰
由于电力电子设备低损耗化需求增加，宽禁带半导体中使用SiC（碳化硅）的功率半导体元件的研究开发得到了积极推进。SiC-MOSFET 的电气特性会受到门极氧化膜界面原子能级的紊乱导致的电荷陷阱的影响。为理解起源，我们用X 射线光电子能谱分析法分析，并用第一性原理计算仿真，对原子能级进行了解析。从而推测出了门极氧化膜界面的Si的化学状态，以及向界面导入氮后由氮形成的终端结构。点击下载

利用分子仿真解析树脂材料的粘合性

小笠原美纪　?　立冈　正明
分子仿真是根据分子结构，在电脑上评估材料的各种特性的技术，作为可加快产品开发的方法备受瞩目。半导体模块在产业设备、电动汽车等中的应用领域正在不断扩大，为了使其实现高可靠性，部件材料和树脂的粘合性备受重视。此次，富士电机使用分子仿真解析了可提高粘合性的助剂。富士电机对2种粘合助剂进行了评估，明确了其与铝之间的粘合性和分子能级的机构密切相关。点击下载

热固性树脂成型品的残余应力分布和粘结界面强度解析

雁部　龙也　?　浅井　龙彦 　?　冈本　健次
随着产品的高耐热化、高耐压化和小型化，以半导体为代表采用热固性树脂密封的产品在不断增加。为确保树脂密封后产品的可靠性，现在多使用CAE进行应力解析、设计产品结构。但此方法无法预测造成不良的树脂开裂、树脂和构成部件材料的界面剥离。为此，富士电机确立了可把握热固性树脂的固化变化、固化后残余应力分布的解析技术，以及着眼于粘合端部距离的粘结界面强度的评估技术。使用此技术可构建支持热固性树脂密封的结构设计系统，提升产品的可靠性。点击下载

电力电子设备的电磁干扰仿真技术

玉手　道雄　?　林　美和子　?　市濑　彩子
作为节能和能量创造的核心产品，电力电子设备得到了广泛的应用。但电力电子设备有可能引发通信受阻、电子设备误运行或破损等电磁干扰故障。为防止传导干扰、辐射干扰导致的电磁干扰故障，富士电机利用仿真开发出了多种技术。通过在试验台上成功重现产生的电磁干扰，仿真得到了广泛运用，例如将解析模型灵活应用于产品开发，探讨符合规定要求的高精度化，以及在电力电子系统中的应用等。点击下载

可实现产品低噪音化的流体噪音仿真技术

金子　公寿　?　松本　悟史　?　山本　　勉
近年来，电气设备因小型化导致发热密度上升，用于冷却的吹风量增加，从而产生了流体噪音的问题。用于分析现象、制定对策的计量存在很多难点，但利用仿真可获得大量物理信息，是解决课题的有效方法。为实现设备的低噪音化，富士电机着眼于空冷设备的主要噪音源——风扇，在分析流体噪音发生机理的同时，推测了冷却结构的不同导致的噪音变化。结果发现在声压级和峰值频率等方面，仿真和实测基本保持了一致。今后，可将这一仿真技术推广至把握各种设备的机理和结构设计中，以实现低噪音化。点击下载

配电盘内部电弧故障时的压力上升解析

浅沼　　岳　?　恩地　俊行　?　外山健太郎
配电盘中安装有用于电路开关、电力测量和监控等的重要设备，IEC标准规定了配电盘内部产生电弧放电（内部电弧故障）时应具备的安全性能。富士电机为了设计出安全的配电盘，开发了可预测内部电弧故障时的压力上升和泄压性能的解析技术。通过采用根据实机试验结果导出的电弧模型和泄压装置附近的压力损耗模型，实现了高精度的解析。并利用这一解析技术，开发了满足IEC标准要求的配电盘。点击下载

实现开放式展示柜节能的热流体仿真技术

中岛　正登　?　浅田　　规
超市和便利店等店铺中使用的开放式展示柜，从前面开口部侵入的热量占了负荷的大半，因此为实现节能，提升抑制热量入侵的气帘性能非常重要。气帘的性能在蒸发器结霜的影响下，会随着时间发生变化。富士电机为解析这一现象，开发了热流体仿真技术，并利用这一技术开发了新气帘方式。根据实证设备得到的评估结果显示，相比传统方式，实现了30%以上的节能效果。点击下载

支持注塑成型品质提升的仿真技术

矢岛明日香　?　菅田　好信　?　横森　则晴
具有出色电气绝缘性的塑料因其力学特性和性质，被用于各种产品中。富士电机为提高塑料零部件的品质，利用树脂流动解析，在开发初期阶段即使品质、生产率方面的问题凸显，并将其反映到产品和模具设计中。充分利用解析结果和三维打印机，在考虑了弯曲的基础上验证了组装性，并在短期内开发了适合自动组装的零部件。非定常热导解析优化了模具温度调节电路，大幅缩短了成型周期。另外，我们还对纤维增强塑料的纤维长度进行了预测，从而把握了影响零部件强度的纤维长度分布倾向。点击下载
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