日本電產自主創建的CAE技術

為了探索液體動壓軸承的最佳結構在公司內部開發建模技術和解析軟件。

日本電產創建了一套充分利用超級計算機的計算能力，對風扇以及鼓風機模塊進行流體解析的設計手法。與此同時，公司還通過計算機等工具自主研發流體解析軟件，并將該軟件用于HDD用馬達的液體動壓軸承設計中。

自20世紀90年代中后期起，本公司就開始著手研制CAE技術。當時，盡管超級計算機的價格非常昂貴，但是為了探求液體動壓軸承——一款全新軸承的最佳結構，CAE技術必不可缺。

自1994年起，日本電產正式開始量產用于HDD的液體動壓軸承，并于2000年前后起大幅擴充產品種類，產量持續上升。隨著采用液體動壓軸承的HDD用馬達的機種不斷增加，對所有的驗證案例采用“對試作品的規格進行商討、修改和再設計”這種以往的流程已無法予以對應。在月產量以跳躍式的速度由幾萬臺、幾十萬臺升至幾百萬臺的過程中，我們開始意識到，以往用于少量試制品生產中的品質管理方法已觸及瓶頸，必須改用ppm不良率統計手法對品質進行管控。

為了捕捉到非正規分布的現象，需要制作1000個以上的試作品，而無論從成本還是交期來看都是不切實際的。因此，為了讓每一位產品設計工程師只需坐在自己的辦公桌前，打開電腦即可開始各項解析工作，本公司決定立即著手創建CAE技術。

當HDD用馬達的月產量由幾萬臺、幾十萬臺升至幾百萬臺時，要求我們必須改用ppm不良率統計手法對品質進行管控。

當時，由于在電腦上使用市售的解析軟件會過于花費時間，因此在公司內部開發了獨有的解析軟件。為了在有限的計算能力內進行必要的解析，這種軟件將范圍鎖定為液體動壓軸承特有的機能，用二維模型定義三維模型，減小振動模型的自由度，僅以設計上特別需要的現象作為對象進行建模并實施計算。液體動壓軸承是刻有魚骨狀溝槽的軸在油液中旋轉并產生動壓，在解析這一過程中的振動時，也要在彈簧和減震的作用下進行軸與軸承的建模，通過這樣的簡單化處理，計算剛性和衰減性等。通過實施這種最佳化，例如，即使將軸和軸承之間的間隙參數變更為1000——2000個模式的情況下，經過30分——1小時左右也能得到計算結果。

通過像這樣使用上千個模式進行計算，檢測到了以往實施的試作品制作和實驗的驗證中無法檢測到的不良品，實現了有針對性地實施對策。

在振動解析中，在彈簧和減震的作用下對軸和軸承之間的油液建模并實施計算。通過采用簡單的模型，即使將軸和軸承之間的間隙參數變更為1000——2000個模式的情況下，經過30分——1小時左右也能得到計算結果。

日本電產的解析軟件開發部門與設計部門所屬于同一個組織，因此，通常是與設計部門合作進行軟件的版本升級和新軟件的開發。對于開發部門無法對應的高難度項目，解析軟件開發部門會與中央馬達基礎技術研究所合作共同推進軟件的開發。

并且，近幾年也出現了將液體動壓軸承應用于風扇馬達的案例。在應用于風扇馬達的情況下，由于解析對象為流體，并且在很多情形下，并不是對單個的風扇馬達而是對殼體內的流體解析和溫度分布包括在內進行解析和設計，此時需要使用超級計算機以對應復雜的建模和龐大的計算量。

從零件設計到模塊和單元設計或者是安裝有模塊或單元的殼體側的結構設計，全部由日本電產自主地完成。近年來，如文字所述，日本電產正在從一個供應商進化為一個合作伙伴，其背景就在于長年積累起來的獨有的CAE技術。

在為電腦產品設計專用風扇馬達的過程中，該套軟件適用于包括風扇馬達，殼體內部的氣體流動以及溫度分布等一系列的解析工作。當前，這部分解析工作全部利用超級計算機進行。