(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体と、  これら導体を左右方向に並べて収容しているケースと、を備え、 前記導体は、空気によって互いに絶縁されるように隔てられて前記ケース内に配置され、  中央に位置する前記導体は、左右両側に位置する前記導体それぞれよりも断面積が大きく、通電時における前記中央の導体の発熱温度と前記両側の導体の発熱温度との差を小さくしていることを特徴とするバスダクト。
【請求項２】
前記中央の導体は、前記両側の導体それぞれよりも、断面積が１．１倍〜１．５倍大きい請求項１に記載のバスダクト。
【請求項３】
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体、及び、これら導体を左右方向に並べて収容しているケースを備えている三相交流用のバスダクトの温度解析方法であって、  有限要素法に基づく磁場解析によって前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体における発熱分布を求める第１ステップと、  前記第１ステップで求めた発熱分布に基づいて前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体の発熱量を求める第２ステップと、  前記第２ステップで求めた発熱量に基づいて、前記ケース内の大気の自然対流を考慮して熱流体解析を行い、前記ケース及び前記導体の温度を求める第３ステップと、  を含むことを特徴とするバスダクトの温度解析方法。
【請求項４】
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体、及び、これら導体を左右方向に並べて収容しているケースを備えている三相交流用のバスダクトの温度解析を、コンピュータによって実行させるための解析プログラムであって、  コンピュータを、    有限要素法に基づく磁場解析によって前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体における発熱分布を求める第１解析手段、    前記第１解析手段が求めた発熱分布に基づいて前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体の発熱量を求める第２解析手段、    前記第２解析手段が求めた発熱量に基づいて、前記ケース内の大気の自然対流を考慮して熱流体解析を行い、前記ケース及び前記導体の温度を求める第３解析手段  として機能させることを特徴とする解析プログラム。
【請求項５】
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体、及び、これら導体を左右方向に並べて収容しているケースを備えている三相交流用のバスダクトの温度を解析する解析装置であって、  有限要素法に基づく磁場解析によって前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体における発熱分布を求める第１解析手段と、  前記第１解析手段が求めた発熱分布に基づいて前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体の発熱量を求める第２解析手段と、  前記第２解析手段が求めた発熱量に基づいて、前記ケース内の大気の自然対流を考慮して熱流体解析を行い、前記ケース及び前記導体の温度を求める第３解析手段と、を備えていることを特徴とする解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の導体及びこれら導体を収容しているケースを備えたバスダクト、バスダクトの温度解析方法、解析プログラム及び解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バスダクトは、比較的大きな電流（例えば２０００Ａ）を流すことが可能であることから、工場施設及びビルの主電力供給ラインとして広く用いられており、一般的なバスダクトは、複数本の導体と、これら導体を収容している金属製のケースとを有している（例えば、特許文献１参照）。そして、近年では、このようなバスダクトの軽量化及び低コスト化が望まれている。
【０００３】
特許文献１に記載のバスダクトは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の導体を、金属製のケース内に配置した構成を有している。また、このバスダクトでは、各相の導体は３枚の導体板を有しており、さらに各相において導体板間に絶縁材を介在させている。
このような、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の導体を有している三相交流用のバスダクトでは、例えば表皮効果などの影響により、各導体に流れる電流の分布がアンバランスとなり、一部の導体の発熱量が高くなって温度が高くなることがある。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載のバスダクトでは、銅またはアルミなどからなる遮蔽導体を、左右両側の導体とケースの側壁との間に設置している。このように遮蔽導体を設置することで、左右両側の導体の電流分布と、中央の導体の電流分布とをほぼ等しくしようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５０−１０６６９８号公報（第３図参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の構成によれば、遮蔽導体をケース内に設置することで、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の導体の電流分布をほぼ等しくし、これら導体の発熱量（温度）を均一にすることが可能となる。しかし、銅またはアルミなどからなる遮蔽部材をケース内に追加的に設けた場合には、バスダクト全体の軽量化及び低コスト化の要求に反してしまう。
【０００７】
また、バスダクトを単純に軽量化（低コスト化）するためには、導体を薄くしたり、ケースのサイズを小さくしたりすることが考えられる。しかし、導体を薄くすると、定格電流が小さくなり、所望の性能を維持することができない。そして、ケースのサイズを小さくし過ぎると、例えばケースにおける放熱性能が低下し、導体において発生した熱によってケースの温度が過度に上昇してしまう。
つまり、導体などの仕様（サイズ）を変更することにより、全体としての軽量化が可能となるが、温度上昇に注意しながら導体などの仕様を変更するためには、導体に電流を流した際に発生する導体及びケースの温度を予測する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、従来のような遮蔽部材を設けなくても各導体の温度を平均化することが可能となるバスダクト、並びに、導体及びケースの温度を予測することが可能となるバスダクトの温度解析方法、解析プログラム及び解析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明のバスダクトは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体と、これら導体を左右方向に並べて収容しているケースとを備え、中央に位置する前記導体は、左右両側に位置する前記導体それぞれよりも断面積が大きく、通電時における前記中央の導体の発熱温度と前記両側の導体の発熱温度との差を小さくしていることを特徴とする。
本発明のバスダクトでは、中央の導体の断面積が両側の導体の断面積よりも大きく、通電時における中央の導体における発熱量を小さくし発熱温度を下げ、中央の導体の発熱温度と両側の導体の発熱温度との差を小さくしている。したがって、従来のような遮蔽部材を設けなくても、各導体の温度を均等にすることが可能となり、また、遮蔽部材を設けていないことから、バスダクトのコンパクト化及び軽量化に貢献することができる。さらに、中央の導体の温度上昇値を従来と同じ許容値（上限値）内に保つ場合には、両側の導体の断面積を従来よりも小さくすることになり、その結果、全導体の断面積総和を従来よりも低減することが可能である。
【００１０】
（２）また、中央の導体の断面積を、両側の導体の断面積よりも１．１倍以上大きくすることにより、中央の導体における発熱量を小さくし温度を下げる作用を際立たせることができるが、１．５倍を超えると、両側の導体に比して中央の導体が大きくなってしまい、重量増加となる。つまり、温度を下げる効果と軽量化との双方を満たすためには、前記中央の導体は、前記両側の導体それぞれよりも、断面積が１．１倍〜１．５倍大きいのが好ましい。
また、従来のバスダクトでは、中央の導体とその両側の導体とは全て同じ断面積であるが、本発明のバスダクトでは、両側の導体それぞれが、従来の両側の導体それぞれよりも小さい断面積を有しており、中央の導体は、従来の中央の導体と同じか従来の中央の導体よりも断面積を大きくすることができる。従来の中央の導体よりも断面積を大きくする場合には、両側の導体における断面積の減少分の総和が、中央導体における断面積の増加分と同じとするのが好ましい。これにより、従来のバスダクトの中央の導体及びその両側の導体の合計断面積に比べて、本発明のバスダクトの中央の導体及びその両側の導体の合計断面積が変わらないか少なくなり、重量増加を防ぐことができる。このように、合計断面積を従来以下としながら、温度を下げる効果と軽量化との双方を満たすため、上記のとおり、中央の導体の断面積を、両側の導体それぞれの断面積の１．５倍以下とすることができる。
【００１１】
（３）また、本発明は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体、及び、これら導体を左右方向に並べて収容しているケースを備えている三相交流用のバスダクトの温度解析方法であって、有限要素法に基づく磁場解析によって前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体における発熱分布を求める第１ステップと、前記第１ステップで求めた発熱分布に基づいて前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体の発熱量を求める第２ステップと、前記第２ステップで求めた発熱量に基づいて、前記ケース内の大気の自然対流を考慮して熱流体解析を行い、前記ケース及び前記導体の温度を求める第３ステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の解析方法によれば、第１ステップでは、磁場解析を行うことでＲ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体の発熱分布を求めることができる。つまり、バスダクトは三相交流用であることから、磁場解析を行わないで、導体の発熱量を求めると、実際に則した正しい結果が得られない。また、第３ステップでの熱流体解析を行うために、第２ステップでは、第１ステップで求めた発熱分布に基づいてＲ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体の発熱量を求める。そして、第３ステップでは、ケース内の大気の自然対流を考慮して導体からの伝熱を計算することで、ケース及び導体の温度を精度良く求めることが可能となる。
【００１３】
（４）また、本発明は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体、及び、これら導体を左右方向に並べて収容しているケースを備えている三相交流用のバスダクトの温度解析を、コンピュータによって実行させるための解析プログラムであって、コンピュータを、有限要素法に基づく磁場解析によって前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体における発熱分布を求める第１解析手段、前記第１解析手段が求めた発熱分布に基づいて前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体の発熱量を求める第２解析手段、前記第２解析手段が求めた発熱量に基づいて、前記ケース内の大気の自然対流を考慮して熱流体解析を行い、前記ケース及び前記導体の温度を求める第３解析手段として機能させることを特徴とする。
本発明によれば、上記（３）の解析方法と同様の作用効果を奏する。
【００１４】
（５）また、本発明は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体、及び、これら導体を左右方向に並べて収容しているケースを備えている三相交流用のバスダクトの温度を解析する解析装置であって、有限要素法に基づく磁場解析によって前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体における発熱分布を求める第１解析手段と、前記第１解析手段が求めた発熱分布に基づいて前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体の発熱量を求める第２解析手段と、前記第２解析手段が求めた発熱量に基づいて、前記ケース内の大気の自然対流を考慮して熱流体解析を行い、前記ケース及び前記導体の温度を求める第３解析手段とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、上記（３）の解析方法と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のバスダクトによれば、従来のような遮蔽部材を設けなくても、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の導体の温度を均等にすることが可能となり、遮蔽部材を設けていないことから、バスダクトのコンパクト化及び軽量化に貢献することができる。
本発明の解析方法、解析プログラム及び解析装置によれば、ケース及び導体の温度を精度良く求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】バスダクトの一部を側面から見た断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視の断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視の断面図である。
【図４】解析装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】解析装置によって実行される解析方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】磁場解析のための有限要素モデルの概略図であり、（Ａ）は、導体部分を示し、（Ｂ）は、導体周囲の大気（空気層）を示している。
【図７】熱流体解析のための解析モデルの一部（図３のＦの領域）を示す説明図である。
【図８】第１の解析例の解析結果を示しており、（Ａ）は、各導体の発熱量を括弧書きにより示し、（Ｂ）は、各導体及びケースの温度を括弧書きにより示している。
【図９】第２の解析例の解析結果を示しており、（Ａ）は、各導体の発熱量を括弧書きにより示し、（Ｂ）は、各導体及びケースの温度を括弧書きにより示している。
【図１０】第３の解析例の解析結果を示しており、（Ａ）は、各導体の発熱量を括弧書きにより示し、（Ｂ）は、各導体及びケースの温度を括弧書きにより示している。
【図１１】第４の解析例の解析結果を示しており、（Ａ）は、各導体の発熱量を括弧書きにより示し、（Ｂ）は、各導体及びケースの温度を括弧書きにより示している。
【図１２】第５の解析例の解析結果を示しており、（Ａ）は、各導体の発熱量を括弧書きにより示し、（Ｂ）は、各導体及びケースの温度を括弧書きにより示している。
【図１３】第６の解析例の解析結果を示しており、（Ａ）は、各導体の発熱量を括弧書きにより示し、（Ｂ）は、各導体及びケースの温度を括弧書きにより示している。
【図１４】従来のバスダクトの温度解析結果を示している。
【図１５】粘性底層、遷移層及び対数域の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔１．  バスダクトの構成について〕
図１は、バスダクトの一部を側面から見た断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視の断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ矢視の断面図である。
図１に示すように、左側のバスダクト１Ａと右側のバスダクト１Ｂとが、水平方向でかつ同方向に沿って長く設置され、これらバスダクト１Ａ，１Ｂが、接続板５及び接続導体６によって接続されている。接続板５は、バスダクト１Ａが有しているケース２０と、バスダクト１Ｂが有しているケース２０とを連結し、接続導体６は、バスダクト１Ａが有している導体と、バスダクト１Ｂが有している導体とを連結している。
【００１８】
バスダクト１Ａ，１Ｂは同じ構成であり、以下、左側のバスダクト１Ａを代表して説明する。バスダクト１Ａは、三相交流用のバスダクトであり、図２と図３に示すように、Ｒ相の導体１１、Ｓ相の導体１２、Ｔ相の導体１３と、これら導体１１，１２，１３を左右方向に並べて収容しているケース２０とを備えている。Ｒ相の導体１１及びＴ相の導体１３が、左右方向で両側に位置する側部導体である。Ｓ相の導体１２が、左右方向で中央に位置する中央導体である。
【００１９】
ケース２０は長い筒部材であり、図２に示すように断面矩形である。ケース２０は、左右の側壁２１，２２と、底壁２３と、上壁２４とを有し、内部の導体１１，１２，１３を上下左右の四方向から覆っている。上壁２４の一部には、点検窓が形成されており、点検窓は蓋２４ａによって閉じられている。
また、ケース２０は、長手方向複数カ所に設けられたスペーサ２５と、スペーサ２５上に設置された碍子２６とを有している。
【００２０】
導体１１，１２，１３それぞれは、ケース２０の長手方向に沿った長い帯状の金属板からなり、本実施形態では銅板からなる。導体１１，１２，１３それぞれは、碍子２６上でクランプ材２７によって挟まれることでケース２０に固定されている。
なお、本実施形態では、導体１１，１２，１３（ケース２０）の長手方向に直交する水平方向を幅方向とし、長手方向及び幅方向に直交する方向を高さ方向としている。また、図中、長手方向をＸ方向、幅方向をＹ方向、及び、高さ方向をＺ方向としている。
【００２１】
そして、本実施形態のバスダクト１Ａでは、導体１１，１２，１３は、幅方向に間隔をあけてケース２０内に設置されており、導体１１，１２，１３同士は、ケース２０内の空気によって絶縁されている。
また、本実施形態の導体１１，１２，１３それぞれは、断面が矩形であり、断面において縦長形状を有するように配置された縦置き型のバスダクトである。
【００２２】
そして、本発明のバスダクト１Ａでは、中央導体１２は、側部導体１１（１３）よりも断面積が大きく、通電時における中央導体１２の発熱温度と側部導体１１，１３の発熱温度との差を小さくしている。具体的に説明すると、中央導体１２は、側部導体１１（１３）よりも、断面積が１．１倍〜１．５倍大きい。なお、側部導体１１と側部導体１３とは、断面同じ形状であり、同じ断面積である。また、導体１１，１２，１３それぞれは、長手方向に沿って、断面形状は変化せず同じである。
【００２３】
そして、本発明のバスダクト１Ａには、以下の二つの形態（第１の形態及び第２の形態）がある。
（第１の形態）
従来の三相交流用のバスダクトでは、三相すべての導体が同じ断面積であるのに対して、従来のこのバスダクトと定格電流を同じとする本発明のバスダクト１Ａでは、側部導体１１，１３それぞれは、従来と同じ断面積を有しているが、中央導体１２のみが、従来よりも断面積が大きくなっている。
この第１の形態の場合、側部導体１１，１３における通電面積を減らすことなく、中央導体１２における通電面積を増加させることができ、中央導体１２における温度の上昇を防ぐことが可能となる。
【００２４】
（第２の形態）
従来のバスダクトと定格電流を同じとする本発明のバスダクト１Ａでは、側部導体１１，１３は、従来よりも小さい断面積を有しており、中央導体１２が、従来よりも断面積が大きくなっている。そして、側部導体１１，１３における断面積の減少分の総和が、中央導体１２における断面積の増加分と同じである。例えば、一方の側部導体１１の断面積が従来と比べて５％減少し、他方の側部導体１３の断面積が従来と比べて５％減少している場合、中央導体１２における断面積は従来と比べて１０％増加している。
この第２の形態の場合、中央導体１２の断面積を増加させる分について、側部導体１１，１３の断面積を減少させているので、導体１１，１２，１３の全体重量が増加するのを抑えることが可能となる。
【００２５】
このように、上記の各実施形態に係るバスダクト１Ａによれば、中央導体１２の断面積が側部導体１１，１３の断面積よりも大きいので、三相交流の電流を導体１１，１２，１３に流した場合に、三相全ての導体が同じ断面積である従来の構成に比べて、中央導体１２における発熱量を小さくし温度を下げることができる。
したがって、側部導体１１（１３）とケース２０の側壁２１（２２）との間に従来のような金属製の遮蔽部材を設けなくても、各導体１１，１２，１３を流れる電流を均一化することができ、この結果、各導体１１，１２，１３の発熱量を均等にし、温度を均等にすることが可能となる。そして、従来のような遮蔽部材が不要であることから、バスダクト１Ａのコンパクト化及び軽量化に貢献することができる。
【００２６】
そして、本実施形態では、中央導体１２の断面積を、側部導体１１（１３）の断面積よりも１．１倍以上大きく（１０％増加）することにより、中央導体１２における発熱量を小さくし温度を下げる作用を際立たせることができる。これに対して１．５倍（５０％増加）を超えると、側部導体１１（１３）に比して中央導体１２が大きくなり、重量増加となる。つまり、温度を下げる効果と軽量化との双方を満たすためには、中央導体１２は、側部導体１１，１３それぞれよりも、断面積が１．１倍〜１．５倍大きいのが好ましい。
【００２７】
〔２．  バスダクトの温度を下げるための技術的手段、及び、解析について〕
上記のようなバスダクトのケース及び導体の温度を下げるためには、ケースにおける放熱性を向上させる手段がある。この場合、ケース内の空気の自然対流を活発化させるべくケース形状を最適化すればよい。
また、別の技術的手段として、バスダクトの導体における発熱量を抑える手段がある。このためには、導体の断面積を大きくすることで、導体の電気抵抗を小さくすればよい。
【００２８】
そこで、本実施形態では、後者（導体における発熱量を抑える手段）に着目し、従来では温度が高くなる傾向にある中央導体１２（図３参照）の断面積を変更することで、中央導体１２の電気抵抗を小さくすることを試みる。つまり、適した断面積を有する中央導体１２を備えたバスダクト１Ａを設計することを目的とする。このために、このバスダクト１Ａの三相の導体１１，１２，１３に、三相交流の電流を流した際の、導体１１，１２，１３及びケース２０の温度を解析により求める。
この解析を行うことにより、従来のように遮蔽部材をケース内に設置しなくても温度の上昇を抑えることのできるバスダクト１Ａの形状（仕様）を設計することが可能となる。
【００２９】
なお、従来のバスダクトでは、定格電流を流した場合において、温度上昇に関して充分に余裕を持たせてケース（導線）を大きく設計している。しかし、本実施形態に係る解析によれば、バスダクト（導体）のサイズを最適設計することが可能となる。この結果、ケースを小さくすることが可能となり、バスダクト全体の軽量化、コンパクト化が可能となる。
【００３０】
そして、以下に説明する解析方法は、上記のようなＲ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体１１，１２，１３、及び、これら導体１１，１２，１３を左右方向に並べて収容しているケース２０を備えている三相交流用のバスダクト１Ａ（図３参照）の温度解析方法であり、本実施形態の解析プログラムは、このバスダクト１Ａの温度解析を、コンピュータ（後述の処理装置３１、図４参照）によって実行させるためのコンピュータプログラムである。
以下、この温度解析に用いる解析装置、解析方法及び解析プログラムについて説明する。
【００３１】
〔３．  解析装置の構成〕
本実施形態の温度解析は、図４に示す解析装置３０によって実行される。この解析装置３０は、処理装置３１、入力装置３２及び出力装置３３を備えている。
処理装置３１は、ＣＰＵの他に、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びハードディスクなどからなる記憶部、及び、インターフェースなどを備えたパーソナルコンピュータからなる。
入力装置３２は、キーボードなどからなり、処理装置３１に対して各種の情報を入力するために使用される。入力する情報としては、バスダクトＡ１の解析モデルを作成するためのバスダクトＡ１の各部形状及び導体の配置などについての情報、解析のための条件に関する情報などである。
出力装置３３は、ディスプレイ、プリンタなどからなり、処理装置３１の処理結果を出力する。
【００３２】
処理装置３１の記憶部には、解析プログラムとして、後に説明する有限要素法に基づく磁場解析プログラム、発熱量算出プログラム及び有限体積法を基礎とする熱流体解析プログラムが記憶されている。
そして、この処理装置３１の記憶部に記憶されている上記の各プログラムが実行されることによって、処理装置３１は、第１解析部３４、第２解析部３５及び第３解析部３６として機能する。つまり、本実施形態の解析プログラムは、コンピュータからなる処理装置３１を、第１解析部３４、第２解析部３５及び第３解析部３６として機能させる。これらの各機能については、後に解析方法と共に説明する。
【００３３】
なお、前記プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に格納して販売、譲渡することができる。また、このプログラムの販売・譲渡は、プログラムがネットワーク経由でダウンロード可能に格納されたサーバから、処理装置３１（コンピュータ）にダウンロードさせることで行ってもよい。
【００３４】
〔４．  解析方法〕
図５は、前記解析装置３０によって実行される解析方法の処理手順を示すフローチャートである。この解析の対象となるバスダクト１Ａは、図３に示すように、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の導体１１，１２，１３と、これら導体１１，１２，１３を左右方向に並べて収容しているケース２０とを備えている三相交流用のバスダクトＡ１である。
【００３５】
本実施形態に係る、このバスダクトＡ１の温度解析方法には、有限要素法に基づく磁場解析によってＲ相、Ｓ相、Ｔ相の導体１１，１２，１３それぞれにおける発熱分布を求める第１ステップ（図５のＳ１）、この第１ステップＳ１で求めた発熱分布に基づいて導体１１，１２，１３の発熱量を求める第２ステップ（図５のＳ２）、及び、この第２ステップＳ２で求めた発熱量に基づいて、ケース２０内の大気の自然対流を考慮して熱流体解析を行い、ケース２０及び導体１１，１２，１３の温度を求める第３ステップ（図５のＳ３）が含まれている。
第１ステップＳ１は、処理装置３１の第１解析部３４（図４参照）によって実行され、第２ステップＳ２は、処理装置３１の第２解析部３５によって実行され、第３ステップＳ３は、処理装置３１の第３解析部３６によって実行される。
【００３６】
〔４．１  第１ステップＳ１〕
バスダクトＡ１の解析では、導体１１，１２，１３を流れる電流は、三相交流（例えば６０Ｈｚの交流）であるため、表皮効果を考慮する必要があり、また、各導体は、他の導体における電流密度に影響を与えることから、近接効果を考慮する必要がある。
このため、バスダクトＡ１の導体１１，１２，１３についての有限要素モデルを作成し（ステップＳ１−１）、このモデルについて磁場解析を行う（ステップＳ１−２）。この磁場解析により導体１１，１２，１３の発熱分布を求める。なお、前記モデルは、導体１１，１２，１３のみをモデル化したものであり、ケース２０を含ませる必要はない。
【００３７】
ステップＳ１−２の磁場解析は、有限要素法に基づく磁場解析プログラムが処理装置３１（第１解析部３４）によって実行されることで行われる。本実施形態に係る磁場解析プログラムは、「ＥＤＤＹｊω（株式会社フォトン製）」に基づく。
この磁場解析によれば、導体１１，１２，１３の発熱分布の他、導体１１，１２，１３のインピーダンスを求めることができる。なお、解析の条件は、導体１１，１２，１３の長手方向端部に電圧１Ｖを作用させ、その周波数は６０Ｈｚである。
【００３８】
なお、発熱分布を求めるための、導体１１，１２，１３の各部の発熱密度（Ｗ／ｍ３）、及び、導体１１，１２，１３のインピーダンスは、以下のようにして求めることができる。
【００３９】
導体１１，１２，１３それぞれの端部に周波数６０Ｈｚで、Ｒ相１Ｖ（０°）、Ｓ相１Ｖ（２４０°）、Ｔ相１Ｖ（１２０°）の、電圧（位相）の条件を与えると、磁場解析の結果として、各相の電流及び発熱量を求めることができる。
各相の電流は、次のとおりである。
・Ｒ相：ＩＲ＝ＩＲｒ＋ｊＩＲｉ
・Ｓ相：ＩＳ＝ＩＳｒ＋ｊＩＳｉ
・Ｔ相：ＩＴ＝ＩＴｒ＋ｊＩＴｉ
（Ｉｒ：電流実部、  Ｉｉ：電流虚部）
【００４０】
そして、この値からインピーダンスを求めることができる。インピーダンスは、電圧／電流であることから、各相のインピーダンスは、次のとおりである。
・Ｒ相：ＺＲ＝１／（ＩＲｒ＋ｊＩＲｉ）
・Ｓ相：ＺＳ＝（−１／２−３１／２／２ｊ）／（ＩＳｒ＋ｊＩＳｉ）
・Ｔ相：ＺＴ＝（−１／２＋３１／２／２ｊ）／（ＩＴｒ＋ｊＩＴｉ）
【００４１】
電流値は、それぞれ解析から得られた結果である。発熱密度は、発熱量／導体体積であるが、発熱量は境界条件として１Ｖを与えた場合の発熱量である。なお、後に説明する第２ステップＳ２の対称座標法により、定格電流が流れたときの発熱量に変換する。
【００４２】
図６は、ステップＳ１−１で作成した、磁場解析のための有限要素モデル（解析モデル）の概略図であり、（Ａ）は、導体１１，１２，１３部分を示し、（Ｂ）は、導体１１，１２，１３周囲の大気（空気層）を示している。磁束密度を計算するため、導体１１，１２，１３周囲の大気（空気層）のメッシュも作成される。また、導体１１，１２，１３それぞれは、二枚の導体板によって構成されている場合のモデルとしている。
そして、本実施形態では、導体１１，１２，１３周囲の領域では、それ以外の領域よりもメッシュを細かく設定している。メッシュを細かくする領域は、磁束密度が大きく、導体への影響が大きくなるので、導体１１，１２，１３のいずれか一つの長手方向（本実施形態では縦方向）の長さの２倍程度の広さの領域を、細かくしている。
【００４３】
〔４．２  第２ステップＳ２〕
上記第１ステップＳ１で求めた発熱分布（各部の発熱密度）及びインピーダンスに基づいて導体１１，１２，１３の発熱量（絶対値）を求める（図５のステップＳ２）。
発熱量を求める具体的な手段は、対称座標法により、導体１１，１２，１３それぞれに関しての、正相抵抗の実部（「Ｒ＋ｊｘ」のＲ）を求め、定格電流が導体１１，１２，１３に流れた場合の各導体における発熱量（絶対値）を算出する。この実部は、導体１１，１２，１３の発熱に寄与する抵抗成分である。
【００４４】
この発熱量の算出は、以下の計算により行われる。この計算は、発熱量算出プログラムに含まれており、この発熱量算出プログラムは処理装置３１（第２解析部３５）によって実行される。
【００４５】
この第２ステップＳ２は、ステップＳ１−２で求めた発熱密度を、定格電流が流れた場合の発熱量に変換することが目的であり、このために、上記ステップＳ１−２の磁場解析の条件で計算された電流から正相インピーダンスの実部（抵抗成分）を求める。この手法が対称座標法である。
【００４６】
上記のとおり磁場解析によればＩＲ、ＩＳ、ＩＴが求まる。この電流を以下の式により零相ベクトルＩ０、正相ベクトルＩ１、逆相ベクトルＩ２に変換する。
・Ｉ０＝（ＩＲ＋ＩＳ＋ＩＴ）／３
・Ｉ１＝（ＩＲ＋αＩＳ＋α２ＩＴ）／３
・Ｉ２＝（ＩＲ＋α２ＩＳ＋αＩＴ）／３
（但し、ベクトルオペレータとして、
α＝−１／２＋３１／２／２、α２＝−１／２−３１／２／２）
【００４７】
電圧についても同様の操作を行うことにより、零相電圧Ｖ０＝０、正相電圧Ｖ１＝１、逆相電圧Ｖ２＝０となる。
ここで、正相電流Ｉ１は、Ｉ１＝Ｉ１ｒ＝＋ｊＩ１ｉであり、これから正相インピーダンスＺｉを、Ｖ１／Ｉ１により求める。この正相インピーダンスの実部Ｒ１ｒと定格電流Ｉとを用いて、導体１１，１２，１３の合計発熱量（Ｐ＝ｎ×Ｉ２×Ｒ１ｒ、ｎ＝３）を求めることができる。ｎ＝３は、導体１１，１２，１３が三本のためである。この合計発熱量Ｐを、ステップＳ１−２で求めた各発熱量の比で振り分けることにより、定格電流を流した時の各相の発熱量を求めることができる。
【００４８】
〔４．３  第３ステップＳ３〕
熱流体解析のためのバスダクトＡ１の解析モデルを作成する（図５のステップＳ３−１）。図７は、この解析モデルの一部を示す説明図である。なお、この図７で示す領域は、図３のＦの領域に相当する。
そして、第２ステップにおいて求めた発熱量（さらには、ステップＳ１で求めた発熱分布（各部の発熱密度））を、インプットデータとし、導体１１，１２，１３からケース２０への伝熱を解析（熱流体解析）する（図５のステップＳ３−２）。
この熱流体解析により、ケース２０及び導体１１，１２，１３の温度が求められる。この解析では、導体１１，１２，１３からの輻射の他に、ケース２０内の大気の自然対流が考慮されている。
【００４９】
第３ステップＳ３−２の解析は、有限体積法を基礎とする熱流体解析プログラムが処理装置３１（第３解析部３６）によって実行されることで行われる。本実施形態に係る熱流体解析プログラムは、「ＦＬＵＥＮＴ（アンシス・ジャパン株式会社製）」に基づく。
【００５０】
なお、本実施形態の熱流体解析では、図７に示すように、モデルの壁（側壁２１及び上壁２４）に近い範囲のメッシュを細かくし、解像度を高めている。
本実施形態に係るメッシュ分割について説明する。ケース２０の壁から速度一定になるまでの領域を境界層と呼ぶ。この境界層の厚さ部分を細かくするのが好ましいメッシュ分割構成であるが、場所によって境界層厚さは異なる。さらに自然対流の場合、この厚さを前もって予測することが難しい。
【００５１】
そこで、境界層（乱流）は壁に近いほうから（１）粘性底層、（２）遷移層、（３）対数域に分けることができる（図１５参照）。
（１）粘性底層では壁からの距離と流体の速度が比例する。（３）対数域は壁からの距離の対数に流体の速度が比例する。これを数式で表現すると以下のとおりである。
・粘性底層の式  ｕ＋ｌａｍ＝ｙ＋
（ｕ＋ｌａｍ：流体の速度を表す無次元数、  ｙ＋：壁からの距離を表す無次元数）
【００５２】
また、（２）遷移層は（１）粘性底層と（３）対数域の間の領域である。通常の壁関数では（３）対数域を近似した次式を使用し、メッシュは粗くてよい。
・対数域の式    ｕ＋ｔｕｒｂ＝１／ｋ×ｌｎ（Ｅｙ＋）
（ｋ、Ｅは、定数）
【００５３】
一方、本実施形態のように、自然対流による伝熱が重要となる場合、（１）粘性底層の領域まで計算する必要があり、メッシュ分割を細かする必要がある。このために使用する式が、上記粘性底層の式と上記対数域の式とを合成した壁関数である。この壁関数を使用する場合、壁からの距離を表す「ｙ＋」という無次元数が１以下になるのが望ましい。「ｙ＋」は次式で定義されており、１以下になるようなｙｐ（壁から見た第１メッシュの中心座標）となる位置が望ましい。
・ｙ＋＝ρＵτｙｐ／μ
（ρ：流体密度、  Ｕτ：摩擦速度、  μ：粘度）
【００５４】
このように、壁に近い範囲のメッシュを細かくし解像度を高めているのは、以下の理由による。
ケース２０内の大気（流体）の流速は、壁ではゼロであるが、壁から離れるとゼロではなくなる。そして、壁から離れるほど大気の流速が大きくなり、通常では（従来）壁関数により流速を定義することができる。しかし、本実施形態では、従来よりも高度な関数を使用する。
つまり、壁から充分に離れている領域では、大気の流速は一定である。これに対して壁に近い領域では、流速は壁からの距離の対数に比例する。これを対数則といい、この壁に近い領域では通常の壁関数が用いられる。しかし、壁に近い領域中には、対数則に従わない領域（壁に極めて近い領域）が含まれており、本実施形態では、このような領域について計算が可能となる関数を利用している。そこで、このために、壁に極めて近い領域においてメッシュを細かくしている。
【００５５】
本実施形態で用いる、上記粘性底層の式と上記対数域の式とを合成した関数は、「ｙ＋」の代わりに「ｙ＊」を使用した形式で表現される。「ｙ＋」では特異点の取り扱いに難点がある場合があるが、以下の「ｙ＊」を用いるとこれが解消される。
・ｕ＊＝ｅΓｕ＊ｌａｍ＋ｅ＊１／Γｕ＊ｔｕｒｂ
（Γ＝−ａ（ｙ＊）４／（１＋ｂｙ*）、  ａ＝０．０１、  ｂ＝５）
・ｙ*＝ρＣｋｙｐ／μ
（ρ：流体密度、  Ｃ：定数、  ｋ：乱流エネルギ、  μ：粘度）
【００５６】
以上より、バスダクトの温度、つまり、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体１１，１２，１３及びケース２０の温度が、処理装置３１によって求められ、その解析結果が出力装置３３に出力される（図５のステップＳ４）。出力された解析結果を、図８〜図１３（図１４）に示している。
【００５７】
〔５．  解析結果の例について〕
前記実施形態の解析方法によって得られた解析結果について説明する。
図８〜図１３は、中央導体の断面積を側部導体の断面積よりも大きくしたバスダクトの温度解析結果を示しており、図１４は、中央導体と側部導体との断面積が同じである従来のバスダクトの温度解析結果を示している。図１４の従来例では、各導体の縦寸法は５０ｍｍであり、横寸法は６ｍｍである（５０ｍｍ×６ｍｍ）。従来例及び実施例とも、導体間の寸法は１５０ｍｍである。
図８〜図１０それぞれにおける側部導体は、図１４の側部導体と同じ断面形状である。このため、図８〜図１０のバスダクトでは、三相の導体の総面積が従来よりも増加している。なお、ケースの大きさ（外寸）は、縦１５０ｍｍ、横３００ｍｍである。
【００５８】
図８〜図１３及び図１４それぞれにおいて、（Ａ）は、各導体の発熱量を括弧書きにより示しており、上記解析方法の第１及び第２ステップにより得られた結果であり、（Ｂ）は、各導体及びケース（壁）の温度を括弧書きにより示しており、上記解析方法の第３ステップにより得られた結果である。
【００５９】
〔５．１  第１の解析例〕
図８の中央導体は、図１４の中央導体に対して断面積で１０％増加させたものである（５２．４ｍｍ×６．３ｍｍ）。図８（Ａ）に示すように、中央導体の発熱量は従来に比べて小さくなっており（４７．５Ｗ→４３．８Ｗ）、図８（Ｂ）に示すように、中央導体の温度は従来に比べて低くなり（３４６Ｋ→３４２Ｋ）、また、ケースの最高温度も従来に比べて低くなっている（３１２Ｋ→３１０Ｋ）。
【００６０】
〔５．２  第２の解析例〕
図９の中央導体は、図１４の中央導体に対して断面積で２０％増加させたものである（５４．８４ｍｍ×６．６ｍｍ）。図９（Ａ）に示すように、中央導体の発熱量は従来に比べて小さくなっており（４７．５Ｗ→４１．６Ｗ）、図９（Ｂ）に示すように、中央導体の温度は従来に比べて低くなり（３４６Ｋ→３３８Ｋ）、また、ケースの最高温度も従来に比べて低くなっている（３１２Ｋ→３１０Ｋ）。
【００６１】
〔５．３  第３の解析例〕
図１０の中央導体は、図１４の中央導体に対して断面積で５０％増加させたものである（６１．３ｍｍ×７．３５ｍｍ）。図１０（Ａ）に示すように、中央導体の発熱量は従来に比べて小さくなっており（４７．５Ｗ→３５．６Ｗ）、図１０（Ｂ）に示すように、中央導体の温度は従来に比べて低くなり（３４６Ｋ→３３８Ｋ）、また、ケースの最高温度も従来に比べて低くなっている（３１２Ｋ→３０９Ｋ）。
【００６２】
〔５．４  第４の解析例〕
以下に示す第４の解析例から第６の解析例それぞれは、中央導体の断面積を、従来例よりも大きくしているが、その増加断面積を、側部導体から減少させ、従来例と比べて導体総面積を同一としている。
図１１の中央導体は、図１４の中央導体に対して断面積を１０％増加させ、その増加分を側部導体それぞれにおいて５％減少させている。中央導体の断面は（５２．４ｍｍ×６．２９ｍｍ）であり、側部導体の断面は（４８．７ｍｍ×５．８５ｍｍ）である。
図１１（Ａ）に示すように、中央導体の発熱量は従来に比べて小さくなっており（４７．５Ｗ→４４．８Ｗ）、図１１（Ｂ）に示すように、中央導体１２の温度は従来に比べて低くなっている（３４６Ｋ→３４３Ｋ）。なお、ケースの最高温度は従来とほぼ同じとなる。
【００６３】
〔５．５  第５の解析例〕
図１２の中央導体は、図１４の中央導体に対して断面積を２５％増加させ、その増加分を側部導体それぞれにおいて１２．５％減少させている。中央導体の断面は（５５．９ｍｍ×６．７１ｍｍ）であり、側部導体の断面は（４８．６ｍｍ×５．６１ｍｍ）である。
図１２（Ａ）に示すように、中央導体の発熱量は従来に比べて小さくなっており（４７．５Ｗ→４１．３Ｗ）、図１２（Ｂ）に示すように、中央導体１２の温度は従来に比べて低くなり（３４６Ｋ→３４０Ｋ）、また、ケースの最高温度も従来に比べて低くなっている（３１２Ｋ→３１１．５Ｋ）。
【００６４】
〔５．６  第６の解析例〕
図１３の中央導体は、図１４の中央導体に対して断面積を５０％増加させ、その増加分を側部導体それぞれにおいて２５％減少させている。中央導体の断面は（６１．３ｍｍ×７．３５ｍｍ）であり、側部導体の断面は（４３．３ｍｍ×５．２０ｍｍ）である。
図１３（Ａ）に示すように、中央導体の発熱量は従来に比べて小さくなっており（４７．５Ｗ→３７．０Ｗ）、図１３（Ｂ）に示すように、中央導体１２の温度は従来に比べて低くなっている（３４６Ｋ→３３６．５Ｋ）。なお、ケースの最高温度は従来とほぼ同じとなる。
【００６５】
〔５．７  解析結果に関して〕
上記の第１の解析例から第３の解析例によれば、中央導体の断面積を、（従来の導体と断面積が同じである）側部導体の断面積よりも、１０％〜５０％増加させることにより、中央導体の温度のみならず、側部導体の温度も従来よりも低くすることが可能となる。なお、中央導体の断面積を大きくするほど、各部の温度を低下させることが可能となるが、中央導体の断面積を大きくし過ぎると、バスダクト全体としての重量が増加する。このため、第３の解析例に示している５０％増加を上限とするのが好ましい。
【００６６】
また、第４の解析例から第６の解析例それぞれは、従来例と比べて、導体の総面積を同一としていることで、導体の総重量を増加させずに中央導体の温度を下げることが可能となる。
特に第４の解析例及び第５の解析例によれば、従来では、中央導体で高かった温度を、両側の側部導体に分散させている。つまり、三相の導体の温度を均一化させている。
【００６７】
以上の本実施形態に係る解析装置３０によって実行される解析方法によれば、図５の第１ステップＳ１では、磁場解析を行うことでＲ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体の発熱分布を正確に求めることができる。また、第３ステップＳ３での熱流体解析を行うために、第２ステップＳ２では、第１ステップＳ１で求めた発熱分布に基づいてＲ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれの導体の発熱量を求める。そして、本発明の第３ステップＳ３では、ケース内の大気の自然対流を考慮して導体からの伝熱を計算することで、ケースの温度を精度良く求めることが可能となる。例えば、実際の場合と比べて、±２Ｋの精度で温度を求めることが可能となる。
また、実際では、ケースの上層部が下層部よりも高温となるが、仮に、解析で自然対流を考慮しない場合、ケースの上層部と下層部とで同じ温度となってしまう。
【００６８】
なお、図３に示すように、バスダクト１Ａのケース２０内は狭い空間でありケース２０内の大気の自然対流の速度は遅く、ケース２０内の大気の自然対流を無視することができそうであるが、第３ステップＳ３で、自然対流を考慮しない場合、実際と異なる結果が得られてしまい、ケース２０及び導体１１，１２，１３の温度を正確に求めることができなくなる。
【００６９】
また、第３ステップＳ３では、解析モデル全体のメッシュを細かくするのではなく、壁に近い領域に限定してメッシュを細かくしている。これにより、解析の処理速度を速めることができる。
さらに、第３ステップＳ３において、単純な熱伝導解析のみではケース内の上層部と下層部とで温度の差が生まれず、実際のバスダクトのケース温度と異なる結果が、解析で得られてしまうが、本実施形態のように、輻射の他に、ケース２０内の大気の自然対流を考慮していることから、実際に近い温度結果を得ることが可能となる。
【００７０】
さらに、本実施形態の解析方法によれば、中央導体１２の断面積を大きくすることで、ケース２０の壁の温度が低くなる。このように壁の温度が低くなるということは、ケース２０の縮小化が可能となる。つまり、バスダクトのコンパクト化が可能である。
【００７１】
また、本実施形態の解析における空気の密度について、解析精度が高いが計算が遅くなる非圧縮理想期待近似でもよく、解析精度は低くなるが計算が速いブシネスク近似であってもよい。
また、上記実施形態のバスダクト及び解析方法では、バスダクトの導体１１，１２，１３同士は、ケース２０内の空気によって絶縁されている場合を説明したが、導体１１，１２，１３それぞれの回りに被覆させた絶縁材によって、絶縁する形式であってもよい。
さらに、図２に示している導体１１，１２，１３それぞれは、一枚の導体板により構成されている形態を示しているが、解析方法で説明したように、二枚の導体板により構成されていてもよく、三枚以上の導体板により構成されていてもよい。
【００７２】
また、バスダクトにおいて、導体１１，１２，１３の断面形状は前記実施形態の形状以外に変更可能であるが、導体の横断面を細長くするのが好ましい。これは、交流電流は導体の表面付近を集中して流れる効果（表皮効果）に起因する。つまり、導体の断面形状が正方形に近くなると、中心部分に電流が流れにくい領域が生じ、導体全体としての抵抗が上昇し、発熱が増えてしまう。このため、導体の横断面を細長くするのが好ましい。なお、本実施形態のように導体が３本である場合、各導体を細長くし過ぎると、近接効果により、Ｒ相がＳ相及びＴ相に影響を及ぼして発熱を増加させてしまう。そこで、表皮効果と近接効果とのバランスを考慮して、好ましい横断面形状が得られる。
また、上述の実施の形態では、中央の導体の断面積を従来よりも大きくしたが、従来と同じにして温度上昇値を従来と同じ許容値（上限値）内に保ちつつ、その中央の導体よりも両側の導体の断面積を小さくすることで、全導体の断面積総和を従来よりも低減することもできる。
【００７３】
上記の実施形態はすべて例示であり本発明の範囲を制限するものではない。本発明の範囲は、上記の実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等の範囲内での変更が含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１Ａ，１Ｂ：バスダクト    １１：Ｒ相の導体（側部導体）    １２：Ｓ相の導体（中央導体）    １３：Ｔ相の導体（側部導体）    ２０：ケース、    ３０：解析装置    ３４：第１解析部（第１解析手段）    ３５：第２解析部（第２解析手段）    ３６：第３解析部（第３解析手段）
【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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