(57)【要約】【課題】実機の設計に比較的近く、各種シミュレータで共用でき、しかも巻線スペースが考慮された巻線構造を有する数値解析モデルを自動的に生成することができる解析モデル生成装置を提供する。【解決手段】鉄心を構成する複数のティースに導線を巻回した回転機の数値解析モデルを生成する解析モデル生成装置に、前記ティースより前記回転機の回転軸方向外側にて、複数の前記ティースを跨いで導線が架け渡されるべき環状の架渡空間５の情報を受け付ける手段と、前記複数のティースに導線を巻回してなる巻線束複数それぞれについて、前記架渡空間５を該巻線束の導線が架け渡されるべき弧状空間５１に隙間無く分割する分割手段とを備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心を構成する複数のティースに導線を巻回した回転機の数値解析モデルを生成する解析モデル生成装置において、
前記ティースより前記回転機の回転軸方向外側にて、複数の前記ティースを跨いで導線が架け渡されるべき環状の架渡空間の情報を受け付ける手段と、
前記複数のティースに導線を巻回してなる巻線束複数それぞれについて、前記架渡空間を該巻線束の導線が架け渡されるべき弧状空間に隙間無く分割する分割手段と
を備えることを特徴とする解析モデル生成装置。
【請求項２】
前記分割手段によって分割された弧状空間の周方向両端部と、前記巻線束が挿入されるべきティース間の空間とを接続してなる巻線空間を生成する手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の解析モデル生成装置。
【請求項３】
前記巻線束が挿入されるべき前記ティース間の空間の形状は棒状である
ことを特徴とする請求項２に記載の解析モデル生成装置。
【請求項４】
前記巻線束が挿入されるべき前記ティース間の空間は該ティース間の形状に倣った空間を分割してなる空間である
ことを特徴とする請求項２に記載の解析モデル生成装置。
【請求項５】
架け渡されるべき導線が前記ティースを跨ぐ数を示したピッチ数、及び前記ティースの数を取得する手段と、
取得したピッチ数及びティースの数に基づいて、前記架渡空間における前記巻線束の中心線の位置を決定する手段と
を備え、
前記分割手段は、
隣り合う前記巻線束の中心線の中間位置で前記架渡空間を分割するようにしてある
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の解析モデル生成装置。
【請求項６】
鉄心を構成する複数のティースに導線を巻回した回転機の数値解析モデルを生成する解析モデル生成方法において、
前記ティースより前記回転機の回転軸方向外側にて、複数の前記ティースを跨いで導線が架け渡されるべき環状の架渡空間の情報を受け付け、
前記複数のティースに導線を巻回してなる巻線束複数それぞれについて、前記架渡空間を該巻線束の導線が架け渡されるべき弧状空間に隙間無く分割する
ことを特徴とする解析モデル生成方法。
【請求項７】
鉄心を構成する複数のティースに導線を巻回した回転機の数値解析モデルをコンピュータに生成させるコンピュータプログラムにおいて、
前記コンピュータを、
前記ティースより前記回転機の回転軸方向外側にて、複数の前記ティースを跨いで導線が架け渡されるべき環状の架渡空間の情報を受け付ける手段と、
前記複数のティースに導線を巻回してなる巻線束複数それぞれについて、前記架渡空間を該巻線束の導線が架け渡されるべき弧状空間に隙間無く分割する分割手段と
して機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機の数値解析モデルを生成する解析モデル生成装置、解析モデル生成方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ、発電機等の回転機の設計は、例えば３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）を用いて行われる。３次元ＣＡＤを用いて設計された回転機は、実機を用いた性能試験又は計算機を用いた数値解析により、その性能が評価され、判明した欠点を修正すべく設計が繰り返される。計算機を用いて回転機の性能を数値解析するＣＡＥ（Computer Aided Engineering）は、回転機の実機を用いた性能試験に比べて、設計変更が容易であり、回転機の開発コストを低減させることができる。ＣＡＥとしては、例えば有限要素法が用いられる。有限要素法は、複雑な形状及び電磁特性を有する回転機の回転子及び固定子を表現した数値解析モデルを、単純な形状及び電磁特性を有する有限要素に分割することによって、ＦＥＭ（Finite Element Method）モデルを生成し、単純化された各有限要素の特性を近似的に演算することで回転機全体の挙動を予測する数値解析手法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０５４６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、回転機の３次元解析モデル、特に巻線のモデリングは極めて難しく、自動作成はもちろんのこと、手作業でもその作成は困難である。実機の回転機では、導線をスロットに巻いた後、巻線スペースに収まるように導線を押し込めるため、各導線がどの空間に位置しているかといった、詳細な立体配置を把握することは極めて難しい。また、各導線は曲がり、押しつぶされるため、導線の断面形状は一定にはなりえない。このため、ＣＡＤソフトなどで実機に近い巻線構造をモデル化することは手動でも難しい。
【０００５】
導線の断面が常に一定という制約を設けることで、巻線の複雑な形状を自動的にモデル化することも行われているが、実機と異なる巻線形状になってしまうことがある。
回転機の実機設計においては、巻線を配置すべき巻線スペースが規定される。しかし、導線の断面形状が一定であるという制約を設けた上述のモデリング手法でモデル化された巻線の配置は、実機で規定される巻線スペースと異なるものになってしまう。巻線スペースを大きくはみ出した巻線のモデリングでは、巻線スペース外に生じる磁束の変化までも巻線モデルが考慮することになり、実機の挙動と大きく乖離する恐れがある。つまり、巻線スペースを考慮した数値解析モデルを作成できないという問題がある。
図２０は、巻線が巻線スペースを大きくはみ出した回転機の一例を示す縦断面斜視図である。回転機の鉄心３０４は、例えば円環状のバックヨーク３４１を有する。バックヨーク３４１の内周面には径方向内側へ突出した複数のティース３４２が設けられている。各スロット３４３には巻線３０９が分布巻されている。分布巻された巻線３０９の導線は、図２０に示すように複数のティース３４２を跨いで架け渡され、巻回されている。このような回転機をモデリングする際、導線の断面形状が一定であるという制約を設けると、実機で規定される巻線スペースを巻線が大きくはみ出した数値解析モデルが自動生成されることがある。
【０００６】
一方、磁界解析用の数値解析モデルを作成する方法としては、巻線スペース、巻線の巻数及び導線の断面形状の入力を受け付け、これらの情報を元にして巻線構造を自動生成する方法があるが、巻線スペースと、巻数及び断面形状との関係によって、導線間に隙間が生ずることがある。巻線の導線間に隙間がある磁界解析用の数値解析モデルを作成した場合、磁界解析用とは別に熱解析用、構造解析用の数値解析モデルを用意する必要があり、各解析シミュレータでデータを共有できないという問題がある。
熱解析においては、各巻線が密着していることにより、熱量が隣り合う巻線間で移動するものと考える。熱伝導を表現するためには、導線同士を隣接させた数値解析モデルを作成するか、離隔した導線間で熱のやり取りが発生するような熱回路を組む必要がある。
構造解析でも、導線自体の剛性、導線に流れる電流による加振力を元にした構造解析、例えば振動解析を行う場合には、複数の各導線を一体として扱う方が便利である。もし、導線間に隙間があると、物理量の受け渡しが分布量ではなく、集中量でしかできなくなることになる。
電機機器の複雑な現象を解き明かす際には複数の解析を組み合わせた連成解析が行われる。例えば、磁界解析で得られた損失を熱解析に受け渡し、温度上昇を評価する連成解析や、磁界解析で得られた電磁力を構造解析に受け渡し、各部の振動状態や変形を考慮する連成解析、構造解析で変位を算出した場合、磁場解析や熱解析に受け渡し変形後の状態を評価する連成解析などがある。これらの連成解析を行う上で、同一形状を用いた解析データを作成できれば、各解析で算出された分布量をそのまま使えるため、解析精度を向上させることができるが、現実の設計の現場では限られた時間で複雑な形状モデルを作成することは工数面でも難しい。仮に１つの複雑な形状を作成できたとしても、寸法をパラメータとしていくつも解析を繰り返すことはできていない。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、実機の設計に比較的近く、各種シミュレータで共用でき、しかも巻線スペースが考慮された巻線構造を有する数値解析モデルを自動的に生成することができる解析モデル生成装置、解析モデル生成方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る解析モデル生成装置は、鉄心を構成する複数のティースに導線を巻回した回転機の数値解析モデルを生成する解析モデル生成装置において、前記ティースより前記回転機の回転軸方向外側にて、複数の前記ティースを跨いで導線が架け渡されるべき環状の架渡空間の情報を受け付ける手段と、前記複数のティースに導線を巻回してなる巻線束複数それぞれについて、前記架渡空間を該巻線束の導線が架け渡されるべき弧状空間に隙間無く分割する分割手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る解析モデル生成装置は、前記分割手段によって分割された弧状空間の周方向両端部と、前記巻線束が挿入されるべきティース間の空間とを接続してなる巻線空間を生成する手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る解析モデル生成装置は、前記巻線束が挿入されるべき前記ティース間の空間の形状は棒状であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る解析モデル生成装置は、前記巻線束が挿入されるべき前記ティース間の空間は該ティース間の形状に倣った空間を分割してなる空間であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る解析モデル生成装置は、架け渡されるべき導線が前記ティースを跨ぐ数を示したピッチ数、及び前記ティースの数を取得する手段と、取得したピッチ数及びティースの数に基づいて、前記架渡空間における前記巻線束の中心線の位置を決定する手段とを備え、前記分割手段は、隣り合う前記巻線束の中心線の中間位置で前記架渡空間を分割するようにしてあることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る解析モデル生成方法は、鉄心を構成する複数のティースに導線を巻回した回転機の数値解析モデルを生成する解析モデル生成方法において、前記ティースより前記回転機の回転軸方向外側にて、複数の前記ティースを跨いで導線が架け渡されるべき環状の架渡空間の情報を受け付け、前記複数のティースに導線を巻回してなる巻線束複数それぞれについて、前記架渡空間を該巻線束の導線が架け渡されるべき弧状空間に隙間無く分割することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るコンピュータプログラムは、鉄心を構成する複数のティースに導線を巻回した回転機の数値解析モデルをコンピュータに生成させるコンピュータプログラムにおいて、前記コンピュータを、前記ティースより前記回転機の回転軸方向外側にて、複数の前記ティースを跨いで導線が架け渡されるべき環状の架渡空間の情報を受け付ける手段と、前記複数のティースに導線を巻回してなる巻線束複数それぞれについて、前記架渡空間を該巻線束の導線が架け渡されるべき弧状空間に隙間無く分割する分割手段として機能させることを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、複数のティースを跨いで導線が架け渡されるべき環状の架渡空間の情報を受け付け、複数の巻線束毎に、架渡空間を各巻線束が存在する弧状空間に隙間無く分割する。
【００１６】
本発明にあっては、導線が架け渡されるべき弧状空間と、巻線束が挿入されるべきティース間の空間とを接続することによって、巻線空間を生成する。
【００１７】
本発明にあっては、弧状空間と、棒状の空間とを接続することによって、巻線空間が生成される。
【００１８】
本発明にあっては、弧状空間と、ティース間の形状に倣った空間を分割してなる空間とを接続することによって、巻線空間が生成される。
【００１９】
本発明にあっては、ピッチ数及びティースの数に基づいて、架渡空間における巻線束の中心線の位置を決定する。そして、隣り合う巻線束の中心線の中間位置で架渡空間を分割することによって、架渡空間を隙間無く分割する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、実機の設計に比較的近く、各種シミュレータで共用でき、しかも巻線スペースが考慮された巻線構造を有する数値解析モデルを自動的に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る解析モデル生成装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】数値解析モデルの生成に係るＣＰＵの処理手順を示したフローチャートである。
【図３】架渡空間の一例を概念的に示した斜視図である。
【図４】架渡空間の一例を概念的に示した平面図である。
【図５】架渡空間の一例を概念的に示した側断面図である。
【図６】巻線束の中心線の一例を概念的に示した斜視図である。
【図７】巻線束の中心線の一例を概念的に示した部分平面図である。
【図８】架渡空間の分割方法の一例を示した部分平面図である。
【図９】架渡空間の分割方法の他の例を示した部分平面図である。
【図１０】巻線空間の一例を示した斜視図である。
【図１１】巻線空間の一例を示した斜視図である。
【図１２】巻線空間の他の例を示した斜視図である。
【図１３】実施の形態２における巻線束の中心線の一例を概念的に示した斜視図である。
【図１４】実施の形態２における巻線束の中心線の一例を概念的に示した部分平面図である。
【図１５】実施の形態２における架渡空間の分割方法の一例を示した部分平面図である。
【図１６】巻線態様の第１の例を概念的に示した説明図である。
【図１７】巻線態様の第２の例を概念的に示した説明図である。
【図１８】巻線態様の第３の例を概念的に示した説明図である。
【図１９】巻線態様の第４の例を概念的に示した説明図である。
【図２０】巻線が巻線スペースを大きくはみ出した回転機の一例を示す縦断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る解析モデル生成装置の一構成例を示すブロック図である。図中１は、本発明の実施の形態１に係る解析モデル生成装置である。解析モデル生成装置１は、コンピュータを用いて構成されており、有限要素法を用いた回転機の磁界解析機能、熱解析機能、構造解析機能等を備えている。
【００２３】
解析モデル生成装置１は、該解析モデル生成装置１の各構成部の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）１１を備えたコンピュータである。ＣＰＵ１１にはバスを介して内部記憶装置１２、外部記憶装置１３及び通信インタフェース１６が接続されている。
【００２４】
内部記憶装置１２は、コンピュータの初期動作に必要な制御プログラムを記憶したマスクＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリと、コンピュータの動作に必要な制御プログラムを記憶し、ＣＰＵ１１の演算処理を実行する際に生ずる各種データを一時記憶するＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等のメモリとで構成される。
【００２５】
外部記憶装置１３は、ハードディスクドライブ、又はソリッドステートドライブ等の読み出しが可能なディスクドライブ、可搬式の記録媒体２からのデータの読み出しが可能なＣＤ−ＲＯＭドライブ等の装置である。記録媒体２には、本実施の形態１に係るコンピュータプログラム２０が読み出し可能に記録されている。本実施の形態１に係るコンピュータプログラム２０は、コンピュータ読み取り可能に記録されたＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭ、ＢＤ（Blu-ray Disc）等の可搬式の記録媒体２を介すなどしてディスクドライブに記録される。ＣＰＵ１１はコンピュータプログラム２０が記録された記録媒体２又はディスクドライブなどから、コンピュータプログラム２０を読み出し、内部記憶装置１２に記憶させる。また、言うまでもなく、光ディスクは、記録媒体２の一例であり、フレキシブルディスク、磁気光ディスク、外付けハードディスク、半導体メモリ等にコンピュータプログラム２０をコンピュータ読み取り可能に記録し、外部記憶装置１３にて読み出すように構成しても良い。なお、通信インタフェース１６に接続されている外部の通信装置３から本発明に係るコンピュータプログラム２０をダウンロードするようにしても良い。
【００２６】
また、外部記憶装置１３は、コンピュータプログラム２０と共に、回転機の有限要素法解析を行うための数値解析モデルを記憶している。特に、本実施の形態１では、外部記憶装置１３は、複数のティース４２を有する鉄心４（図３参照）の３次元形状を表現した数値解析モデルを記憶している。鉄心４の数値解析モデルは、回転機の数値解析モデルの元になる３次元ＣＡＤデータであり、鉄心４の数値解析モデルに巻線構造を表現した３次元形状を付加することによって、ステータ又はロータの３次元形状モデルが生成される。また、外部記憶装置１３は、数値解析モデルを特徴付ける各種材料定数、構成式等を記憶している。
【００２７】
また解析モデル生成装置１は、キーボード又はマウス等の入力装置１４と、液晶ディスプレイ又はＣＲＴディスプレイ等の出力装置１５とを備えており、使用者によるデータ入力等の操作を受け付ける構成となっている。
【００２８】
図２は、数値解析モデルの生成に係るＣＰＵ１１の処理手順を示したフローチャートである。回転機の数値解析モデルの作成指示を受け付けたＣＰＵ１１は、以下の処理を実行することによって、鉄心４の３次形状モデルに、巻線の三次元形状を表現した巻線空間を付加し、回転機の数値解析モデルを生成する。
まず、ＣＰＵ１１は、鉄心４の三次元形状モデル、即ち数値解析モデルを外部記憶装置１３から読み出す（ステップＳ１）。そして、ＣＰＵ１１は、複数のティース４２を跨いで巻線の導線が架け渡されるべき環状の架渡空間５を規定する情報を入力装置１４を介して受け付ける（ステップＳ２）。
【００２９】
図３は、架渡空間５の一例を概念的に示した斜視図、図４は、架渡空間５の一例を概念的に示した平面図、図５は、架渡空間５の一例を概念的に示した側断面図である。なお、図４では架渡空間５の一部が描かれている。図３に示すように回転機の鉄心４は、例えば円環状のバックヨーク４１を有する。バックヨーク４１の内周面には径方向内側へ突出した複数のティース４２が設けられている。隣り合うティース４２間の空間はスロット４３である。ステップＳ１で読み出される３次元形状モデルは、このように構成された鉄心４の形状を表現した３次元ＣＡＤデータである。
【００３０】
ステップＳ２の処理で受け付ける情報で表現される架渡空間５は、図３中、鉄心４の上側に示される環状の空間であり、架渡空間５の中心線６は回転機の回転軸と一致している。具体的には、ＣＰＵ１１は、架渡空間５の内径及び外径と、回転軸方向における両端面の位置を受け付ける。架渡空間５の内径は巻線を配置できる空間の最内周面であり、架渡空間５の外径は巻線を配置できる空間の最外周面である。回転軸方向における架渡空間５の両端面の位置は、図３中、ティース４２を跨いで導線が架け渡される際に導線が通過しても良い空間の上面及び下面である。ＣＰＵ１１は、３次元形状モデルの形状を、例えば円柱座標系における座標値で取り扱っている。円柱座標系のＺ軸は、例えば、鉄心４の中心線、つまり回転機の回転軸方向であり、バックヨーク４１の厚み方向中央部をＺ＝０とする。そして、図４に示すように鉄心４の中心点Ｏから右方向に延びる破線の方向をθ＝０とし、反時計周りにθの値が大きくなるように座標系を定めると良い。このように円柱座標系を定めた場合、ＣＰＵ１１は、架渡空間５の内径及び外径として、図４に示すＲ１、Ｒ２の値を受け付ける。また、ＣＰＵ１１は、架渡空間５の回転軸方向における両端面の位置として、図５に示すように、Ｚ１，Ｚ２の値を受け付ける。
【００３１】
ステップＳ２の処理を終えたＣＰＵ１１は、回転機のスロット数、導線がティース４２を跨ぐ数を示したピッチ数、巻線の巻き始め位置である基準位置を入力装置１４を介して受け付ける（ステップＳ３）。本実施の形態１ではスロット数が２０、ピッチ数が４、巻き始め位置は図４に示す角度θの位置である。スロット数は鉄心４の形状によって定まるものであり、スロット数の情報を外部記憶装置１３が鉄心４の３次元形状モデルと共に記憶している場合、ＣＰＵ１１はスロット数を外部記憶装置１３から読み出すように構成しても良い。また、図４に示すようにスロット数は、ティース４２の数は等価であるため、ティース４２の数を受け付けても良い。更に、巻線の巻き始め位置を、複数の各スロット４３に振られた番号で指定するように構成しても良い。
【００３２】
ステップＳ３の処理を終えたＣＰＵ１１は、受け付けたピッチ数及びスロット数に基づいて、架渡空間５における巻線束の中心線６の位置を決定する（ステップＳ４）。巻線束は、同じティース４２に巻かれた複数の巻線からなる束である。例えば、第１番〜第４番のティース４２を跨いで巻かれた複数の巻線の束を巻線束という。
【００３３】
図６は、巻線束の中心線６の一例を概念的に示した斜視図、図７は、巻線束の中心線６の一例を概念的に示した部分平面図である。図６中、符号Ｚで示した矢印は、回転機の回転軸方向を示している。巻線束の中心線６は例えば、以下のような方法で決定される。ここでは、中心線６が通る座標値（Ｒ，θ）の代表点の決定方法を説明する。ＣＰＵ１１は、巻線束毎に、（ピッチ数＋１）個の代表点を決定する。巻線の巻き始め位置を第０代表点とする。第０代表点６１の座標値θ0 は、ステップＳ３で受け付けた値である。第０代表点６１の径方向位置は、座標値Ｒ0 ＝Ｒ１＋（Ｒ２−Ｒ１）／（２×ピッチ数）のように設定すれば良い。反時計回り一つ隣りのスロット４３にある第１代表点の座標値θ1 は、θ0 ＋３６０°／スロット数、座標値Ｒ1 は、Ｒ0 ＋（Ｒ２−Ｒ１）／ピッチ数である。以下同様にして、座標値θの値を３６０°／スロット数ずつ加算し、座標値Ｒの値を（Ｒ２−Ｒ１）／ピッチ数ずつ加算することにより、他の代表点を決定することができる。そして、このようにして算出された各代表点を直線または曲線で結ぶことにより、中心線６が得られる。なお、図６では周方向両端にある第０代表点６１及び最終代表点６２からＺ軸下方へ更に直線が引かれているが、３次元空間における巻線の中心線６の配置を認識し易くするためのものであり、必須のものでは無い。
その他の巻線束についても、第０代表点６１の座標値θ0を、３６０°／スロット数ずつ加算した値に設定することで、同様にして中心線６を算出することができる。
【００３４】
ステップＳ４の処理を終えたＣＰＵ１１は、複数の巻線束それぞれについて、架渡空間５を該巻線束の導線が架け渡されるべき弧状空間５１（図８参照）に隙間無く分割する（ステップＳ５）。
【００３５】
図８は、架渡空間５の分割方法の一例を示した部分平面図である。ＣＰＵ１１は、例えば、隣り合う巻線束の中心線６の中間位置で架渡空間５を分割する。分割位置はＺ軸の位置に拘わらず同じであり、弧状空間５１は、Ｚ軸断面が略円弧状をなす板状の空間となる。弧状空間５１の両端部の形状は、スロット４３の径方向中心を通る平面で弧状空間５１の端部を切り落としたような形状にする。
より具体的には、ＣＰＵ１１は、架渡空間５を分割する分割面５２、即ち隣り合う弧状空間５１を隔てる面を、例えば以下のように決定する。まず、径方向において隣り合う２本の中心線６，６の中央を通る平面を決定する。例えば、第１の中心線６の座標値が（ｒ１，θ）、第２の中心線６の座標値が（ｒ２，θ）である場合、各スロット４３において複数の中点（（ｒ１＋ｒ２）／２，θ）を算出し、複数の中点を通るＺ軸に平行な中央面５２ａを決定する。該中央面５２ａの座標値ｚの範囲はＺ１〜Ｚ２である。そして、第１の中心線６の第０特徴点６１が存在するスロット４３においては、該スロット４３の径方向中心を通り、かつＺ軸に平行な端平面５２ｂと、前記中央面５２ａとを接続する。端平面５２ｂの座標値Ｒの範囲は、例えばＲ１〜前記スロット４３の径方向中央における前記中央面５２ａの径方向座標値である。また、端平面５２ｂの座標値Ｚの範囲はＺ１〜Ｚ２である。同様に、第２の中心線６の最終特徴点６２が存在するスロット４３においては、該スロット４３の径方向中心を通り、かつＺ軸に平行な端平面５２ｃと、前記中央面５２ａとを接続する。端平面５２ｃの座標値Ｒの範囲は、例えば前記スロット４３の径方向中央における前記中央面５２ａの径方向座標値〜Ｒ２である。また、端平面５２ｃの座標値Ｚの範囲はＺ１〜Ｚ２である。分割面５２は、このように決定した中央面５２ａと、端平面５２ｂ，５２ｃで構成される。他の中心線６についでも同様にして分割面５２を決定する。
なお、上述の分割面５２の決定方法は一例であり、隣り合う巻線束毎の中心線６の中間位置で架渡空間５を隙間無く分割できれば、他の方法で架渡空間５を分割しても良い。        
【００３６】
図９は、架渡空間５の分割方法の他の例を示した部分平面図である。図９に示す例では、弧状空間１５１の一端部の形状を楔状にしてある。このように、弧状空間１５１の両端部の形状は特に限定されるものでは無く、フィレット又は面取りを付けたような形状にしても良い。
【００３７】
ステップＳ５の処理を終えたＣＰＵ１１は、複数のティース４２を跨いで架け渡された巻線束部分を表現した弧状空間５１と、スロット内空間７（図１０参照）とを接続してなる巻線空間９（図１０参照）を生成し（ステップＳ６）、処理を終える。
【００３８】
図１０及び図１１は、巻線空間９の一例を示した斜視図である。巻線空間９は、図１０及び図１１に示すように、弧状空間５１と、スロット内空間７と、該弧状空間５１及びスロット内空間７を接続する接続空間８とで構成される。スロット内空間７は、例えば隣り合うティース４２間の形状に倣った空間を分割してなる板状の空間である。ここでは隣り合うティース４２で形成されるスロット４３の全体では無く、周方向中央を通る平面で周方向又は径方向に２つに分けた半空間をスロット内空間７としている。スロット内空間７をこのように定めると、図１０に示すように、弧状空間５１の端部が同じスロット４３に位置する際、一の弧状空間５１の端部に接続されるスロット内空間７と、他の弧状空間５１の端部に接続されるスロット内空間７とを合わせたものが、スロット４３の全空間となる。
接続空間８の形状は特に限定されるものでは無いが、架渡空間５の内径及び外径の範囲内で接続することが望ましい。接続空間８は例えば、ロフト機能を用いて接続してもよい。
【００３９】
図１２は、巻線空間１０９の他の例を示した斜視図である。図１２に示すように、スロット内空間１０７の形状は、スロット４３の形状に倣う形状に限定されず、スロット４３を回転軸方向に挿通する棒状であっても良い。なお、スロット内空間１０７は、ステップＳ６の処理で作成しても良いし、ステップＳ１で読み出される３次元形状モデルにスロット４３の空間が既に形成されている場合、該空間をスロット内空間１０７として取り扱い、弧状空間５１と接続するようにしても良い。
【００４０】
このようにして作成された３次元解析モデルには、適宜ロータ等の他の構成部品を表した３次元形状を付加しても良い。そして、回転機の数値解析モデルを、複数の有限要素にメッシュ分割することでＦＥＭモデルが得られる。このＦＥＭモデルを利用して、有限要素法を用いた回転機の電磁界解析、磁気解析、構造解析、熱解析を行うことができる。
【００４１】
本実施の形態１によれば、実機の設計に比較的近く、各種シミュレータで共用でき、しかも巻線スペースが考慮された巻線構造を有する数値解析モデルを自動的に生成することができる。
なお、実施の形態１では、巻線束の径方向の位置が時計回り方向に進むに従って内側寄りになる例を説明したが、逆に巻線束の径方向の位置が時計回り方向に進むに従って外側寄りになるように構成しても良い。
【００４２】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る解析モデル生成装置１は、巻線束の中心線の決定方法のみが異なるため、以下では主にこの相違点を説明する。実施の形態１では、巻線束の周方向一端側が径方向内側、他端側が径方向外側に位置するように、該巻線束をティース４２に挿入してなる数値解析モデルの作成方法を説明したが、実施の形態２では、巻線束の両端部の径方向位置が変化しない同心円状の例を説明する。その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４３】
図１３は、実施の形態２における巻線束の中心線２０６の一例を概念的に示した斜視図、図１４は、実施の形態２における巻線束の中心線２０６の一例を概念的に示した部分平面図である。実施の形態２では、図１３及び図１４に示すように、複数の各巻線束の中心線２０６の半径は、架け渡し途中で変化せず一定である。具体的には代表点を算出する際、径方向の位置を示す座標値Ｒの値を一定のまま、座標値θのみを実施の形態１と同様にして変化させて第０代表点２６１から最終代表点２６２まで算出し、各代表点を直線または曲線で接続すれば良い。なお、同じ径方向位置の巻線束については、巻き始め位置を、周方向に指定ピッチ数ずつ、つまり、（３６０°／スロット数）×ピッチ数ずつずらすことにより、各巻線束の中心線２０６を作成することができる。径方向の位置が異なる巻線束については、径方向の座標値を（Ｒ２−Ｒ１）／ピッチ数ずつずらして、中心線２０６を算出すれば良い。
【００４４】
図１５は、実施の形態２における架渡空間５の分割方法の一例を示した部分平面図である。実施の形態１と同様にして、隣り合う巻線束の中心線２０６の中間で架渡空間５を隙間無く分割すると、図１５に示すような弧状空間２５１が得られる。以下の処理は実施の形態１と同様である。
【００４５】
（変形例）
以上の実施の形態ではブラシモータの数値解析モデルを作成する例を説明したが、あくまで巻線配置の一例であり、巻線配置はこれらに限定されるものでは無い。以下、その他の例として、３相の回転機の数値解析モデルを作成する場合を説明する。
図１６は、巻線態様の第１の例を概念的に示した説明図である。図１６Ａに示す最上段の行は、スロット番号１，２，３，…２３，２４の数字を示している。最上段よりも下側に並んでいる各列はＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各巻線束が対応しており、ハッチングを付した帯は巻線束の巻回位置を示している。上矢印及び下矢印はスロット４３に巻線束が出入りしている様子を示している。スロット数が２４、ピッチ数が５（５つのスロット４３を跨ぐ）、４極、各相の巻線束の層数が１、１つのスロット４３に出入りする巻線束の数が１である場合、各巻線束をティース４２に押し込めると、図１６Ｂに示すような巻線態様となり、１つのスロット４３を３つの巻線束が通過することになる。図１６Ｂの最下段の行には、各スロット４３を跨ぐ巻線束の数が示されている。このように巻線が巻回された３相回転機の数値解析モデルを作成する場合、スロット数、ピッチ数に加え、ＣＰＵ１１が入力装置１４を介して極数を受け付けるようにすると良い。更に、一つのスロット４３に出入りする巻線束の数、層数等を受け付けるように構成しても良い。
ＣＰＵ１１は、径方向における架渡空間５の分割数を算出する。分割数は下記式で表される。
分割数＝巻線束総数×（ピッチ数＋補正数）／スロット数…（１）
巻線束総数＝極数×層数×３（相数）」…（２）
但し、１つのスロット４３に出入りする巻線束の数が２つの場合、補正数は０、１つのスロット４３に出入りする巻線束の数が１つの場合、補正数は１である。１つのスロット４３に出入りする巻線束の数が１つである場合、巻線束の巻き始めと、巻き終わりでそれぞれ１つのスロット４３を消費してしまうため、一つの巻線束が占めるスロット数を１加算すべく、補正数を１としている。
また、層数は、ある相の巻線束の数がＮ、極数がＰである場合、Ｎ／Ｐと定義される。例えば、Ｕ相の巻線束が４つで、４極の場合、１層になり、Ｕ相の巻線束が８で、４極の場合、２（＝８／４）層になる。
【００４６】
図１６に示す例では、巻線束総数は、４極×１層×３＝１２、分割数は１２×（５＋１）／２４＝３である。このように、図１６に示す例では、ＣＰＵ１１は、架渡空間５を径方向に３分割する。巻線を同心円状に巻回した数値解析モデルを作成する場合、ＣＰＵ１１は径方向に３分割された各円環を、巻線束のピッチ数に応じて周方向に４分割し、図１６Ｂに示すような１２個の弧状空間５１を作成する。なお、図１６Ｂは円環状の架渡空間５を短冊状にして示したものであるため、弧状では無いが実際の数値解析モデル空間では円弧状をなしている。
なお、同心円状に巻線を巻回する例を説明したが、巻線をスキュー状に巻回する場合、径方向においてスキュー状に架渡空間５を３分割し、周方向に極数で４分割すれば良い。
【００４７】
図１７は、巻線態様の第２の例を概念的に示した説明図である。図１７に示す最上段の行は、図１６と同様、スロット番号１，２，３，…２３，２４の数字を示している。最上段よりも下側に並んでいる各列はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線束が対応しており、ハッチングを付した帯は巻線束の巻回位置を示し、最下段の行には、各スロット４３を跨ぐ巻線束の数が示されている。図１７に示した巻線態様は、図１６に示した３相回転機の巻線の層数を２、ピッチ数を６、一つのスロット４３に出入り数を２つにしたものである。スロット数が２４、ピッチ数が６、４極、各相の巻線束の層数が２、１つのスロット４３に出入りする巻線束の数が２である場合、１つのスロット４３を６つの巻線束が通過することになる。
なお、スロット数が２４、ピッチ数が６である場合、周方向に４つのＵ相の巻線束を配することができないため、２層である巻線束が見かけ上４層のような巻き方になっている。また、同じスロット番号の列に並ぶ帯状部分の数が７つになっているが、一つのスロット４３に出入りする２つの巻線束で１本と計数している。
【００４８】
図１７に示す例では、巻線束総数は、４極×２層×３＝２４、分割数は２４×（６＋０）／２４＝６である。このように、図１７に示す例では、ＣＰＵ１１は、架渡空間５を径方向に６分割する。巻線を同心円状に巻回した数値解析モデルを作成する場合、ＣＰＵ１１は径方向に６分割された各円環を、周方向に各巻線束のピッチ数に応じた長さで分割して複数の弧状空間を作成する。なお、同心円状に巻線を巻回する例を説明したが、巻線をスキュー状に巻回する場合、径方向においてスキュー状に架渡空間５を４分割すれば良い。
【００４９】
図１８は、巻線態様の第３の例を概念的に示した説明図である。図１８に示す最上段の行は、図１６と同様、スロット番号１，２，３，…２３，２４の数字を示している。最上段よりも下側に並んでいる各列はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線束が対応しており、ハッチングを付した帯は巻線束の巻回位置を示し、最下段の行には、各スロット４３を跨ぐ巻線束の数が示されている。スロット数が２４、ピッチ数が６である場合、図１７に示した例と同様、周方向に４つのＵ相の巻線束を配することができないため、１層である巻線束が見かけ上２層のような巻き方になっている。図１８に示した巻線態様は、図１６に示した３相回転機の巻線のピッチ数を６にしたものである。スロット数が２４、ピッチ数が６、４極、各相の巻線束の層数が１、１つのスロット４３に出入りする巻線束の数が１である場合、１つのスロット４３を３〜４つの巻線束が通過することになる。
【００５０】
図１８に示す例では、巻線束総数は、４極×１層×３＝１２、分割数は１２×（６＋１）／２４＝３．５である。この場合、ＣＰＵ１１は、分割数３．５を繰り上げて４にし、架渡空間５を径方向に４分割する。巻線を同心円状に巻回した数値解析モデルを作成する場合、ＣＰＵ１１は径方向に４分割された各円環を、周方向に各巻線束のピッチ数に応じた長さで分割して複数の弧状空間５１を作成する。なお、同心円状に巻線を巻回する例を説明したが、巻線をスキュー状に巻回する場合、径方向においてスキュー状に架渡空間５を６分割すれば良い。
【００５１】
図１９は、巻線態様の第４の例を概念的に示した説明図である。図１９に示した巻線態様は、実施の形態１に示したブラシモータのピッチ数を３にしたものである。最上段の行は、スロット番号１，２，３，…１９，２０の数字を示している。最上段よりも下側に並んでいる各列は複数の各巻線束が対応しており、ハッチングを付した帯は巻線束の巻回位置を示している。スロット数が２０、ピッチ数が３、１つのスロット４３に出入りする巻線束の数が２である場合、図１９に示すような巻線態様となり、１つのスロット４３を３つの巻線束が通過することになる。最下段の行には、各スロット４３を跨ぐ巻線束の数が示されている。
この場合、ＣＰＵ１１は、架渡空間５を径方向に３分割する。１つのスロット４３に出入りする巻線束の数が２である場合、分割数はピッチ数に等しくなる。また、１つのスロット４３に出入りする巻線束の数が１である場合、架渡空間５を径方向に４分割する。１つのスロット４３に出入りする巻線束の数が１である場合、分割数はピッチ数＋１に等しくなる。
以上説明したように、本発明に係る解析モデル生成装置、解析モデル生成方法、コンピュータプログラムは３相回転機、その他の回転機の数値解析モデルを生成する場合に適用することができる。
【００５２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５３】
１  解析モデル生成装置
２  記録媒体
３  通信装置
４  鉄心
５  架渡空間
６  中心線
７  スロット内空間
８  接続空間
９  巻線空間
１１  ＣＰＵ
１２  内部記憶装置
１３  外部記憶装置
１４  入力装置
１５  出力装置
１６  通信インタフェース
２０  コンピュータプログラム
４１  バックヨーク
４２  ティース
４３  スロット
５１  弧状空間
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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