第5回：「Fusion 360によるCAE解析の総括 – 衛星電源設計の改善提案と今後の展望」

last updated : 2024-11-04

はじめに

本シリーズでは、Fusion 360のCAE解析機能を用いて、衛星電源ユニットの放熱構造設計と最適化を進めてきました。今回はこれまでの取り組みを総括し、設計・解析の利点と課題を振り返りながら、今後の開発プロジェクトへの提案をまとめます。

1. 設計と解析の総括

シリーズを通して、以下の手順で設計と解析を進めてきました。

設計・解析プロセスの振り返り

1. モデル作成

   • 基板、筐体、ヒートシンクをモデリング
   • 発熱部品の配置と拘束条件の設定
     
     

2. 材料設定とパラメトリック解析

   • 基板の見かけの熱伝導率を変更し、3つのケースで比較
   • 放射効率の向上のため、黒色アルマイト処理を施す
     
     

3. CAE解析の実施

   • 温度分布とホットスポットの特定
   • 改善案の適用と、冗長性のある放熱経路の設計
     
     

4. 改善案の評価と最適化

   • サーマルビアと拡張ヒートシンクでの放熱強化
   • 温度差の減少と、ホットスポットの解消を確認
     
     

2. Fusion 360を活用した設計の利点と課題

利点

1. 設計と解析の統合

   • 3DモデリングとCAE解析を同じプラットフォーム上で行えるため、設計変更が容易。

2. クラウド解析の迅速化

   • 複雑な解析でもクラウドを活用することで、計算時間を大幅に短縮。

3. 初期設計段階での問題発見

   • 試作前に温度管理の課題を発見し、設計段階で改善できる。
     
     

課題

1. 過渡現象の解析ができない

   • Fusion 360は定常熱解析のみ対応で、時間依存の温度変動を扱うには不十分。

2. 高度な応力解析やマルチフィジックス解析の限界

   • 電気・熱・構造の複合解析を行う場合、AnsysやCOMSOLなどの上位ツールが必要。

3. 基板の詳細モデリングの制約

   • パターンまでの精密モデリングは難しいため、簡易モデルでのパラメトリック解析が必須。
     
     

3. 今後の開発への提案

1. 上位ツールとの連携

   • 過渡熱解析や、より高度な解析が必要な場合には、AnsysやCOMSOLといった上位CAEツールとの併用を推奨。

2. 設計データのフィードバックループ

   • 実際の製品テスト結果を設計にフィードバックし、次世代の製品に反映することで、継続的な改良を行う。

3. 冗長性と安全性を考慮した設計の徹底

   • 複数の放熱経路やサーマルビアを持たせ、万が一の故障に備える設計を標準化。
     
     

4. 宇宙空間での運用に向けたチェックリスト

• 温度保証範囲（0°C～40°C）を維持できているか確認
• 放熱パスの冗長性が確保されているか
• 解析と実測結果が一致するか、必要に応じて設計の再調整を実施
• ヒートシンクやラジエーターの設置が正しく行われているか
  
  

5. 最終まとめ

本シリーズでは、Fusion 360のCAE解析機能を活用した衛星電源ユニットの放熱設計と最適化を紹介しました。
設計の初期段階から熱解析を導入することで、開発コストの削減と設計品質の向上が期待できます。

今後は、より高度な解析ツールとの併用や、製品テストとの連携を進め、さらなる信頼性向上を目指しましょう。Fusion 360を使った設計は、クラウド解析の柔軟性を活かしつつ、効率的な設計開発を実現するための有力な手段です。

ご愛読ありがとうございました！

本シリーズを最後までお読みいただき、ありがとうございました。皆様の開発プロジェクトにおいて、本記事が少しでも役立つことを願っています。また、新たな設計や解析についての情報を引き続き発信していきますので、今後もぜひご期待ください！

※この記事はChatGPTが作成しています。

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