(57)【要約】【課題】低減したい周波数での製品筐体の構造に起因する電磁波共振現象の解析を行い、計算資源の使用を抑え、解析の全領域を可視化する支援システム、支援方法、支援プログラム、及び記憶媒体を提供する。【解決手段】セルサイズによる時間ステップを設定し、解析上限周波数によるインパルス巾を設定し、セルの電界及び磁界を計算し、解析上限周波数の半波長離れたセルの電界及び磁界を保存し、設定された時間ステップ数を超えたか否かを判断することにより、低減したい周波数での製品筐体の構造に起因する電磁波共振現象の解析を行い、計算資源の使用を抑え、解析の全領域を可視化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
EMI検証を支援する支援システムであって、
解析対象物の形状を入力する形状入力手段と、
前記形状入力手段によって入力された形状を複数のセルに分割するセル生成手段と、
解析上限周波数を入力する解析上限周波数入力手段と、
前記解析上限周波数入力手段によって入力された解析上限周波数より高い周波数成分含まないインパルスにより前記セル生成手段によって生成されたセルにおける電磁界の過渡的動作を計算する電磁界計算手段と、
前記解析上限周波数の半波長の空間間隔で前記電磁界計算手段によって計算された電磁界の過渡現象を記録する記録手段と、
前記解析周波数を入力する解析周波数入力手段と、
前記解析周波数入力手段によって入力された解析周波数を用いて前記記録手段によって記録された電磁界過渡現象を周波数解析する周波数解析手段と、
前記周波数解析手段による解析結果を表示する表示手段と、を有することを特徴とする支援システム。
【請求項２】
前記記録手段は、電磁界の過渡現象を記録する時間間隔が解析上限周波数の周期の半分以下である事を特徴とする請求項１記載の支援システム。
【請求項３】
可視化閾値を入力する手段と、
前記可視化閾値以上の値を可視化する手段と、を有し、入力された閾値以上の値を可視化する事を特徴とする請求項１または２記載の支援システム。
【請求項４】
EMI検証を支援する支援方法であって、
セルサイズによる時間ステップを設定し、
解析上限周波数によるインパルス巾を設定し、
セルの電界及び磁界を計算し、
解析上限周波数の半波長離れたセルの電界及び磁界を保存し、
設定された時間ステップ数を超えたか否かを判断することを特徴とする支援方法。
【請求項５】
EMI検証を支援する支援プログラムであって、
コンピュータに、
形状入力手段が、解析対象物の形状を入力する手順、
セル生成手段が、前記形状を複数のセルに分割する手順、
解析上限周波数入力手段が、解析上限周波数を入力する手順、
電磁界計算手段が、前記解析上限周波数より高い周波数成分含まないインパルスにより前記セルにおける電磁界の過渡的動作を計算する手順、
記録手段が、前記解析上限周波数の半波長の空間間隔で電磁界の過渡現象を記録する手順、
解析周波数入力手段が、前記解析周波数を入力する手順、
周波数解析手段が、前記解析周波数により記録された電磁界過渡現象を周波数解析する手順、
表示手段が、前記解析手段による解析結果を表示する手順、を実行することを特徴とする支援プログラム。
【請求項６】
請求項５に記載の支援プログラムを記憶したことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支援システム、支援方法、支援プログラム、及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高機能化、高クロック化に伴い電子機器から発生する電磁波による障害が問題となってきている。この様な複写機の試作段階でのEMI(Electromagnetic Interference)対策では、複写機のフレームにプリント基板を取り付けて、EMI評価を行い、対策を行う。その対策時、フレーム板金の設計変更もあり、コスト、対策時間がかかり問題となっている。そのため複写機のフレームCAD(Computer-Aided Design:コンピュータ援用設計)データから、試作段階より前に予め計算解析により、低減したい周波数でのその構造体と電磁波の共振特性が効果的に分かれば、その原理から共振し難い形状が容易に分かり、コスト、対策時間の低減には寄与する。
【０００３】
しかし複写機全体の電磁界現象を可視化するのは大変な計算資源を必要とする。一般的な電磁界の計算解析手法としては解析対象を細かなセルに分割して解析する有限差分時間領域法がある。この手法での複写機全体の電磁界を可視化するに必要はファイルデータ量を考えてみる。
例えば複写機の寸法を670＊650＊1130mmとして、セルサイズを１mmとし、１セルでの電磁界のデータ量を84B/セルとし、時間ステップ数を5e4ステップとする。すると必要なファイルデータ量は84B/セル*670セル＊650セル＊1130セル*5e4ステップから、2000TBと実現不可能な膨大な量となってしまう。そのため従来技術では計算資源をあまり使わない精度の悪い手法で解析を行ったり、解析対象を限定して解析を行ったりしてきた。
【０００４】
このような技術に関連する技術が特許文献１，２に記載されている。
特許文献１に記載の「設計支援システム」は、「製品の設計の検証を支援する設計支援システムであって、筐体を含む製品の複数の部品形状モデルの中からチェック対象となる部品形状モデルを設定するチェック対象設定手段と、複数の部品形状モデルのそれぞれの材質の情報を取得する材質情報取得手段と、複数の部品形状モデルの中から基準GNDとなる部品形状モデルを設定する基準GND設定手段と、部品モデルのそれぞれの材質の情報に基づいて、チェック対象として設定された部品形状モデルから基準GNDとなる部品形状モデルまで、導電性がある経路を抽出し、抽出された経路の長さを測定する抽出／測定手段と、測定された経路長に応じて、基準以上の電磁波が筐体の外部に漏れる箇所を検出する手段とを具備する」ものである。
【０００５】
この設計支援システムによれば、筐体から電磁波が漏れる箇所を簡易にチェックすることが可能になるとしている。
【０００６】
特許文献２に記載の「電磁界解析装置」は、「解析対象物の形状を入力する解析対象物形状入力手段と、解析対象物の電気的特性を有する情報を入力する電気的特性入力手段と、解析対象物の形状を簡略化されたモデルにするモデル化手段と、解析対象物を任意の大きさのセルで分割し、セル内に複数の構成要素が含まれているとき、電磁界計算結果と実際の測定結果との誤差が極小となるように構成要素を間引くモデル簡略化手段と、モデルを複数のセルに分割し、電磁界の過渡的動作を計算する電磁界計算手段と、電磁界計算手段による計算結果を出力する出力手段とを有する」ものである。
【０００７】
この電磁界解析装置によれば、コンピュータの使用するメモリ量、シミュレーション計算時間の大巾な削減が可能となるとしている。
【特許文献１】特開２００７−１５６５７２号公報
【特許文献２】特開２００６−２０９５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、筐体CADデータによりEMI評価を行っているが、ねじ組み付け位置による電流パス評価であり、解析評価方法としては非常に簡易的で精度も期待できない。
また、特許文献２記載の技術ではEMI評価で解析対象の形状変更を行う事で、計算資源を少なくしている。しかしプリント基板のビアの形状変更であり、解析対象は非常に限られたものになっている。
【０００９】
そこで、本発明の主な目的は、従来の課題を解決し、低減したい周波数での製品筐体の構造に起因する電磁波共振現象の解析を行い、計算資源の使用を抑え、解析の全領域を可視化する支援システム、支援方法、支援プログラム、及び記憶媒体を提供することにある。また、副次的な目的は、計算資源を使わない支援システム、支援方法、支援プログラム、及び記憶媒体を提供すること、簡便に解析結果の可視化を行う支援システム、支援方法、支援プログラム、及び記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１記載の発明は、EMI検証を支援する支援システムであって、解析対象物の形状を入力する形状入力手段と、前記形状入力手段によって入力された形状を複数のセルに分割するセル生成手段と、解析上限周波数を入力する解析上限周波数入力手段と、前記解析上限周波数入力手段によって入力された解析上限周波数より高い周波数成分含まないインパルスにより前記セル生成手段によって生成されたセルにおける電磁界の過渡的動作を計算する電磁界計算手段と、前記解析上限周波数の半波長の空間間隔で前記電磁界計算手段によって計算された電磁界の過渡現象を記録する記録手段と、前記解析周波数を入力する解析周波数入力手段と、前記解析周波数入力手段によって入力された解析周波数を用いて前記記録手段によって記録された電磁界過渡現象を周波数解析する周波数解析手段と、前記周波数解析手段による解析結果を表示する表示手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記記録手段は、電磁界の過渡現象を記録する時間間隔が解析上限周波数の周期の半分以下である事を特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、可視化閾値を入力する手段と、前記可視化閾値以上の値を可視化する手段と、を有し、入力された閾値以上の値を可視化する事を特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、EMI検証を支援する支援方法であって、セルサイズによる時間ステップを設定し、解析上限周波数によるインパルス巾を設定し、セルの電界及び磁界を計算し、解析上限周波数の半波長離れたセルの電界及び磁界を保存し、設定された時間ステップ数を超えたか否かを判断することを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、EMI検証を支援する支援プログラムであって、コンピュータに、形状入力手段が、解析対象物の形状を入力する手順、セル生成手段が、前記形状を複数のセルに分割する手順、解析上限周波数入力手段が、解析上限周波数を入力する手順、電磁界計算手段が、前記解析上限周波数より高い周波数成分含まないインパルスにより前記セルにおける電磁界の過渡的動作を計算する手順、記録手段が、前記解析上限周波数の半波長の空間間隔で電磁界の過渡現象を記録する手順、解析周波数入力手段が、前記解析周波数を入力する手順、周波数解析手段が、前記解析周波数により記録された電磁界過渡現象を周波数解析する手順、表示手段が、前記解析手段による解析結果を表示する手順、を実行することを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項５に記載の支援プログラムを記憶した記憶媒体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、セルサイズによる時間ステップを設定し、解析上限周波数によるインパルス巾を設定し、セルの電界及び磁界を計算し、解析上限周波数の半波長離れたセルの電界及び磁界を保存し、設定された時間ステップ数を超えたか否かを判断することにより、低減したい周波数での製品筐体の構造に起因する電磁波共振現象の解析を行い、計算資源の使用を抑え、解析の全領域を可視化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜第１の実施形態＞
（構  成）
図１は、本発明に係る支援システムの一実施の形態を示すブロック図である。
本支援システムは、表示手段としてのディスプレイ装置（例えば、液晶ディスプレイ）101と、形状入力手段及び解析周波数入力手段としてのキーボード102及びPD(Pointing Device:例えばマウス装置）103と、セル生成手段、電磁界計算手段、及び周波数解析手段としてのCPU(Central Processing Unit)104、ROM(Read Only Memory)105、RAM(Random Access Memory)106、記録手段としてのHDD(Hard Disk Drive)107及びFDD(Flexible Disc Drive)108と、データバス109とで構成されている。
【００１８】
本支援システムが起動するとCPU104が動作し、ROM105によりHDD107からOS(Operating System:オペレーティングシステム：この場合システムはソフトウェアを意味するが、本明細書ではシステムは物として記載する)が起動し、次に支援プログラムが起動して、ディスプレイ装置101に最初のメニュー画面が表示される。
支援システムはPD103あるいはキーボード102の入力に応じて、適宜のディスプレイ装置101の表示を変え、また計算を実行する。
【００１９】
（処理の流れ）
図２は、本支援システムが最初に起動した画面を示す図の一例である。
画面の上にある10がファイルメニューであり、20がセル生成メニューであり、30が計算条件メニューであり、40が計算メニューであり、50が結果表示メニューである。
ここで、セルは、EMI検証するための比較用のモデルを複数に分割したものである。
【００２０】
先ずファイルメニュー10をPD103で選ぶと、開くメニュー11が表示される。このメニュー11により適当なCAD(Computer-Aided Design:コンピュータ援用設計)ファイルを選ぶと、解析対象の形状が取りこまれ、画面右下に解析対象形状60が表示される。
【００２１】
本実施形態の計算解析はFDTD(Finite-Difference Time-Domain:有限差分時間領域)法といわれる計算解析手法によるシミュレーションによって筐体の電磁波過渡解析を行う。この解析では、解析空間をセル（格子状）に分割して、Maxwell(マクスウェル)の電磁波方程式を差分して時間領域で解く。
具体的には、ノイズ源の位置に広い範囲の周波数成分を含んだガウシアンパルスを入力し、決められたステップ数までそれぞれのセルの電磁界を計算する。そのため計算解析を行う前に、解析対象を複数のセルに分割する必要がある。
【００２２】
図３は、セル生成の手順を示す図の一例である。
セル生成メニュー20を選ぶと、セルサイズメニュー21が表示されて入力する事でセル生成を行う。セルサイズは解析上限周波数の波長の10分の1〜20分の1が望ましいとされる。
【００２３】
図４は、計算条件の設定を行う場合の図の一例である。
計算条件メニュー30を選ぶと解析上限周波数31、計算ステップ数32、及びインパルス位置33のメニューが表示されるので入力を行う。
【００２４】
図５は、計算の実行を行う場合の図の一例である。
計算メニュー40を選ぶとメニュー41に実行ステップ数、及び計算の残り時間が示される。
【００２５】
図６は、計算実施中でのアルゴリズムの概要の一例である。
ステップ200は計算開始であり、ステップ201でセルサイズから時間ステップを設定する。時間ステップはcourantの安定条件から簡単に求めることが出来る。時間ステップをΔｔとし、電磁波の速さをｖとし、セルのｘ、ｙ、ｚ方向の寸法をΔｘ、Δｙ、Δｚとすると、数式（１）で表される。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
ステップ202で解析上限周波数によるインパルス巾の設定を行う。通常計算で使用されるインパルスはガウシアンインパルスでインパルスの巾を広げることで、インパルスの周波数特性の高域側をなくす事が出来る。このためインパルスの巾を設定することで解析上限周波数より高い周波数を含めなくすることが出来る。前述した設定により計算している電磁界には解析上限周波数より高い周波数の信号はない。
ステップ203でセルの電界、磁界の計算を行う。
またデジタル信号処理のナイキストのサンプリング定理では解析信号の倍の周波数でサンプリングすれば信号の劣化はない。これを時間―波動から空間―波動に置き換えれば、解析上限周波数の半波長離れた複数個所で電磁界の過渡データを保存すれば信号劣化はない事となる。
そのためステップ204で解析上限周波数の半波長離れたセルの電界、磁界を保存する。
ステップ205で時間ステップは設定された時間ステップを越えていれば計算は終了し、超えていなければステップ203のセルの電界、磁界の計算を行う。
【００２８】
図７は、計算終了後の画面の一例である。
結果表示メニュー50を選ぶと、解析周波数51、可視化面の方向52、可視化する電磁界の選択53、及び可視化面番号54が表示される。この例では解析周波数が500MHz、可視化面でｙｚ、磁界を可視化し、可視化面の番号は３である。
これら51〜54の設定により、204で保存された解析上限周波数の半波長離れたセルの電界、磁界の過渡データの周波数解析を行う。その結果の可視化が61である。
【００２９】
アンテナ工学を鑑みれば、これは筐体開口部に発生したスロットアンテナモードの分布であるのがわかるので、61aの部分を短絡すれば共振は消え、漏洩電界は大巾に減少する。
【００３０】
以上の支援システムにより解析対象全体の電磁波共振現象が容易に可視化出来、また任意の周波数での可視化が何度でも行える。
【００３１】
また可視化に使用するファイルデータ量を大巾に少なくする事が出来る。例えば複写機の寸法を670＊650＊1130mmとし、時間ステップ数を5e4ステップとし、１ポイントでの電磁界のデータ量を84B/ポイントとして、解析上限周波数を２GHzとするとその半波長は75mmであり、75mm間隔のポイントを可視化すれば良い。すると必要なファイルデータ量は84B/ポイント＊9ポイント＊9ポイント＊15ポイント＊5e4ステップから、5GBとデータ量は大巾に少なくなった。
【００３２】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態は、第１の実施形態において、解析上限周波数の半波長離れたセルの電磁界を保存する時間間隔が、解析上限周波数の周期の半分以下である場合の実施形態である。
図８は、本発明に係る支援方法のフローチャートの一例である。
ステップ300により計算を開始し、ステップ301でセルサイズにより時間ステップの設定を行うが、セルサイズを１mmとすれば数式（１）より時間ステップは1.924e―12sとなる。
ステップ302では解析上限周波数によりインパルスの設定を行う。ここでは解析上限周波数を１GHzとする。
ステップ303で電界、磁界の保存時間を―解析上限周波数の１周期として、値は―１e―9sとなる。
ステップ304でセルの電界、磁界を計算する。
ステップ305で解析時間と電界、磁界の保存時間の差が解析上限周波数の周期の半分より大きいか否かを判別し、解析時間は０s、電界、磁界の保存時間は―１e―9s、解析上限周波数の周期の半分は0.5e―9sであるのでYESとなる。
ステップ306で解析上限周波数の半波長離れたセルの電界、磁界を保存する。
ステップ307で電界、磁界を保存した時間を保存する。
ステップ308で設定された時間ステップ数を超えたか否かを判別し、超えていない場合（ステップ308/NO）でステップ304のセルの電界、磁界の計算を行う。再度ステップ305で解析時間と電界、磁界の保存時間の差が解析上限周波数の周期の半分より大きいか否かで判断を行う。
【００３３】
ここで、解析上限周波数１GHzの周期は１e―9sであり、時間ステップは1.924e―12sであるので、時間ステップ数260でYESとなり、それまではNOとして処理を行う。
これらの処理によりセルの電磁界を保存する時間間隔が、解析上限周波数の周期の半分以下となる。そして解析上限周波数の半波長離れたセルの電界、磁界のデータ保存量が260分の１となる。ただナイキストのサンプリング定理によりデータの劣化はない。
【００３４】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態は、第１の実施の形態において、可視化閾値を入力する手段と、可視化閾値以上の値を可視化する手段を付け加え、入力された閾値以上の値を可視化する事を特徴とする支援システムである。このような構成により手間をかけて可視化面を選ぶ必要がなく、自動である閾値以上のものは表示される。
【００３５】
＜実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、計算資源の使用を抑え、解析の全領域を可視化する支援システム、支援方法、支援プログラム、及び記憶媒体の提供を実現することができる。
【００３６】
本実施の形態によれば、より計算資源を多く必要としない。
【００３７】
本実施の形態によれば、ある閾値以上の可視化面が自動で表示されるため、より簡便である。
【００３８】
＜プログラム及び記憶媒体＞
以上で説明した本発明の支援システムは、コンピュータで処理を実行させるプログラムによって実現されている。コンピュータとしては、例えばパーソナルコンピュータやワークステーションなどの汎用的なものが挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３９】
すなわち、製品の設計のEMI検証を支援する支援プログラムであって、
コンピュータに、
(1)形状入力手段が、解析対象物の形状を入力する手順、
(2)セル生成手段が、形状を複数のセルに分割する手順、
(3)解析上限周波数入力手段が、解析上限周波数を入力する手順、
(4)電磁界計算手段が、解析上限周波数より高い周波数成分含まないインパルスにより前記セルにおける電磁界の過渡的動作を計算する手順、
(5)記録手段が、解析上限周波数の半波長の空間間隔で電磁界の過渡現象を記録する手順、
(6)解析周波数入力手段が、解析周波数を入力する手順、
(7)周波数解析手段が、解析周波数により記録された電磁界過渡現象を周波数解析する手順、
(8)表示手段が、解析手段による解析結果を表示する手順、
を実行する支援プログラムが挙げられる。
【００４０】
これにより、プログラムが実行可能なコンピュータ環境さえあれば、どこにおいても本発明の支援システムを実現することができる。
このようなプログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記憶されていてもよい。
【００４１】
ここで、記憶媒体としては、例えば、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、フレキシブルディスク(FD)、CD-R(CD Recordable)などのコンピュータで読み取り可能な記憶媒体フラッシュメモリ、RAM、ROM、FeRAM（強誘電体メモリ）等の半導体メモリやHDDが挙げられる。
【００４２】
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、筐体に置ける電磁波ノイズ対策及び筐体での機械振動抑制等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る支援システムの一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本支援システムが最初に起動した画面を示す図の一例である。
【図３】セル生成の手順を示す図の一例である。
【図４】計算条件の設定を行う場合の図の一例である。
【図５】計算の実行を行う場合の図の一例である。
【図６】計算実施中でのアルゴリズムの概要の一例である。
【図７】計算終了後の画面の一例である。
【図８】本発明に係る支援方法のフローチャートの一例である。
【符号の説明】
【００４５】
１０１    ディスプレイ装置
１０２    キーボード
１０３    ＰＤ
１０４    ＣＰＵ
１０５    ＲＯＭ
１０６    ＲＡＭ
１０７    ＨＤＤ
１０８    ＦＤＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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