(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータであって、
インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部と、
前記電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値と、前記所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断部と、
前記電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部と、
前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部と、
前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部と、
前記電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、前記磁界解析部にインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力部から前記電流算出部に出力させる磁界解析制御部と
を備え、
前記磁界解析部は、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界と、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合の磁界とを解析して、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合におけるインダクタンス素子の鎖交磁束の変化分を算出し、算出した鎖交磁束の変化分に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する
シミュレータ。
【請求項２】
前記電流算出部は、互いに磁気的に結合する複数のインダクタンス素子のそれぞれに流す電流値を時間ステップ毎に算出し、
前記電流変化量判断部は、複数のインダクタンス素子のそれぞれにおける電流変化量のうちの最大値が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断し、
前記磁界解析部は、前記電流変化量判断部が、電流変化量の最大値が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、前記所定の時間ステップにおける前記複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出し、
前記出力パラメータ記憶部は、前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおける前記複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを記憶し、
前記パラメータ出力部は、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力し、
前記磁界解析制御部は、前記電流変化量判断部が、電流変化量の最大値が電流変化量以下である旨を判断した場合には、前記磁界解析部に前記所定の時間ステップにおける前記複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおける前記複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、前記パラメータ出力部から前記電流算出部に出力させる
請求項１に記載のシミュレータ。
【請求項３】
前記電流算出部は、互いに磁気的に結合する複数のインダクタンス素子のそれぞれに流す電流値を時間ステップ毎に算出し、
前記電流変化量判断部は、前記所定の時間ステップにおいて前記複数のインダクタンス素子のそれぞれに流す電流値の合計値と、前記前の時間ステップにおける電流値の合計値との差を示す合計電流変化量が、予め定められた合計電流変化量より大きいか否かを判断し、
前記磁界解析部は、前記電流変化量判断部が、合計電流変化量が予め定められた合計電流変化量より大きい旨を判断した場合に、前記所定の時間ステップにおける前記複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出し、
前記出力パラメータ記憶部は、前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおける前記複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを記憶し、
前記パラメータ出力部は、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記所定の時間ステップにおける前記複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力し、
前記磁界解析制御部は、前記電流変化量判断部が、合計電流変化量が予め定められた合計電流変化量以下である旨を判断した場合には、前記磁界解析部に前記所定の時間ステップにおける前記複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおける前記複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、前記パラメータ出力部から前記電流算出部に出力させる
請求項１に記載のシミュレータ。
【請求項４】
インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部と、
前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける前記可動部の位置と、前記前の時間ステップにおける前記可動部の位置との差を示す位置変化量が、予め定められた位置変化量より大きいか否かを判断する位置変化量判断部と
をさらに備え、
前記磁界解析部は、前記位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨を判断した場合にも、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出し、
前記出力パラメータ記憶部は、前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶し、
前記パラメータ出力部は、前記出力パラメータ記憶部が記憶しているインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力し、
前記磁界解析制御部は、前記位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨を判断し、かつ、前記電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合には、前記磁界解析部にインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力部から前記電流算出部に出力させ、
前記磁界解析部は、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する場合に、前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在し前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界と、前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在しインダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合の磁界とを解析して、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合におけるインダクタンス素子の鎖交磁束の変化分を算出し、算出した鎖交磁束の変化分に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する
請求項１から３のいずれかに記載のシミュレータ。
【請求項５】
前記所定の時間ステップを示す時刻と、前記前の時間ステップを示す時刻との差を示す時刻変化量が、予め定められた時刻変化量より大きいか否かを判断する時刻変化量判断部
をさらに備え、
前記磁界解析部は、前記時刻変化量判断部が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量より大きい旨を判断したことを更なる条件として、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出し、
前記出力パラメータ記憶部は、前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶し、
前記パラメータ出力部は、前記出力パラメータ記憶部が記憶しているインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力し、
前記磁界解析制御部は、前記時刻変化量判断部が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を判断した場合には、前記磁界解析部にインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力部から前記電流算出部に出力させる
請求項１から３のいずれかに記載のシミュレータ。
【請求項６】
インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部
をさらに備え、
前記磁界解析部は、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する場合に、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値及び前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子における前記可動部による誘導起電力を更に算出し、
前記出力パラメータ記憶部は、前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおける前記可動部による誘導起電力を更に記憶し、
前記磁界解析制御部は、前記時刻変化量判断部が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を判断した場合には、前記磁界解析部にインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおける前記可動部による誘導起電力を算出させず、
前記パラメータ出力部は、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記可動部による誘導起電力を、前記電流算出部に時間ステップ毎に更に出力する
請求項５に記載のシミュレータ。
【請求項７】
前記磁界解析部は、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する場合に、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値及び前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に基づいて、前記所定の時間ステップにおける前記可動部の電磁力を更に算出し、
前記出力パラメータ記憶部は、前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおける前記可動部の電磁力を更に記憶し、
前記磁界解析制御部は、前記時刻変化量判断部が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を判断した場合には、前記磁界解析部に前記所定の時間ステップにおける前記可動部の電磁力を算出させず、
前記パラメータ出力部は、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記可動部の電磁力を、前記位置算出部に時間ステップ毎に更に出力する
請求項６に記載のシミュレータ。
【請求項８】
前記磁界解析部は、
前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界を解析して、当該電流値が示す電流によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出する鎖交磁束算出部と、
前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値から微小電流値だけ変化した電流値が示す電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界を解析して、電流値が微小電流値だけ変化した電流によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出し、算出した鎖交磁束と前記鎖交磁束算出部が算出した鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、インダクタンス素子のインダクタンスを算出するインダクタンス算出部と
を有する
請求項１から３のいずれかに記載のシミュレータ。
【請求項９】
前記電流算出部は、互いに磁気的に結合する複数のインダクタンス素子のそれぞれに流す電流値を時間ステップ毎に算出し、
前記鎖交磁束算出部は、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの電流値から、第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの鎖交磁束を算出し、
前記インダクタンス算出部は、
前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の電流値から微小電流値だけ変化した電流値が示す電流による、第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの鎖交磁束を算出する第１鎖交磁束算出部と、
前記第１鎖交磁束算出部が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束と前記鎖交磁束算出部が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第１インダクタンス素子の自己インダクタンスを算出する第１自己インダクタンス算出部と、
前記第１鎖交磁束算出部が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束と前記鎖交磁束算出部が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第１インダクタンス素子との間の第２インダクタンス素子の相互インダクタンスを算出する第１相互インダクタンス算出部と、
前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の電流値から微小電流値だけ変化した電流値が示す電流による、第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの鎖交磁束を算出する第２鎖交磁束算出部と、
前記第２鎖交磁束算出部が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束と前記鎖交磁束算出部が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第２インダクタンス素子の自己インダクタンスを算出する第２自己インダクタンス算出部と、
前記第２鎖交磁束算出部が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束と前記鎖交磁束算出部が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第２インダクタンス素子との間の第１インダクタンス素子の相互インダクタンスを算出する第２相互インダクタンス算出部と
を含む
請求項８に記載のシミュレータ。
【請求項１０】
前記インダクタンス算出部は、
前記第１自己インダクタンス算出部が算出した前記前の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１相互インダクタンス算出部が算出した前記前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の相互インダクタンス、並びに、前記第２自己インダクタンス算出部が算出した前記前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第２相互インダクタンス算出部が算出した前記前の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の相互インダクタンスを記憶するインダクタンス記憶部と、
前記第１自己インダクタンス算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の自己インダクタンスと前記インダクタンス記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の自己インダクタンスとの差が予め定められた第１の値より小さく、かつ、前記第１相互インダクタンス算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の相互インダクタンスと前記インダクタンス記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の相互インダクタンスとの差が予め定められた第２の値より小さい場合に、第１インダクタンス素子の鎖交磁束が第１インダクタンス素子の電流値に対して線形領域にある旨を判断する線形領域判断部と、
前記線形領域判断部が線形領域にない旨を判断した場合に、前記第２自己インダクタンス算出部及び前記第２相互インダクタンス算出部に第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１インダクタンス素子の相互インダクタンスをそれぞれ算出させ、前記線形領域判断部が線形領域にある旨を判断した場合に、前記第２自己インダクタンス算出部及び前記第２相互インダクタンス算出部に第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１インダクタンス素子の相互インダクタンスをそれぞれ算出させず、前記インダクタンス記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１インダクタンス素子の相互インダクタンスを出力するインダクタンス算出制御部と
をさらに有する
請求項９に記載のシミュレータ。
【請求項１１】
前記所定の時間ステップを示す時刻と、前記前の時間ステップを示す時刻との差を示す時刻変化量が、予め定められた時刻変化量より大きいか否かを判断する時刻変化量判断部と、
インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部と、
前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける前記可動部の位置と、前記前の時間ステップにおける前記可動部の位置との差を示す位置変化量が、予め定められた位置変化量より大きいか否かを判断する位置変化量判断部と
をさらに備え、
前記磁界解析部は、時刻変化量が予め定められた時刻変化量より大きい旨を前記時刻変化量判断部が判断したことを条件として、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨を前記位置変化量判断部が判断した場合、又は、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を前記電流変化量判断部が判断した場合に、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出し、
前記出力パラメータ記憶部は、前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶し、
前記パラメータ出力部は、前記出力パラメータ記憶部が記憶しているインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力し、
前記磁界解析制御部は、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を前記時刻変化量判断部が判断した場合、或いは、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨を前記位置変化量判断部が判断し、かつ、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を前記電流変化量判断部が判断した場合には、前記磁界解析部にインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力部から前記電流算出部に出力させ、
前記磁界解析部が前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する場合に、前記鎖交磁束算出部は、前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在し前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界を解析し、前記インダクタンス算出部は、前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在し前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値から微小電流値だけ変化した電流値が示す電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界を解析する
請求項１０に記載のシミュレータ。
【請求項１２】
インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部
をさらに備え、
前記磁界解析部は、
前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値及び前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子における前記可動部による誘導起電力を算出する誘導起電力算出部
をさらに有し、
前記鎖交磁束算出部は、前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在し前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界を解析して、当該電流値が示す電流及び可動部によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出し、
前記インダクタンス算出部は、前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在し前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値から微小電流値だけ変化した電流値が示す電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界を解析して、微小電流値だけ変化した電流値が示す電流及び可動部によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出し、算出した鎖交磁束と前記鎖交磁束算出部が算出した鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、インダクタンス素子のインダクタンスを算出し、
前記誘導起電力算出部は、前記鎖交磁束算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける鎖交磁束から前記前の時間ステップにおける鎖交磁束を引いた磁束変化値、前記インダクタンス算出部が前記所定の時間ステップにおいて算出したインダクタンス、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値から前記前の時間ステップにおける電流値を引いた電流変化値、及び前記所定の時間ステップが示す時刻と前記前の時間ステップが示す時刻との差に基づいて、前記可動部による誘導起電力を算出する
請求項８から１０のいずれかに記載のシミュレータ。
【請求項１３】
インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレーション方法であって、
インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出段階と、
前記電流算出段階において算出された所定の時間ステップにおける電流値と、前記所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断段階と、
前記電流変化量判断段階において、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨が判断された場合に、前記電流算出段階において算出された前記所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析段階と、
前記磁界解析段階において算出された前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶段階と、
前記出力パラメータ記憶段階において記憶されている前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記電流算出段階に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力段階と、
前記電流変化量判断段階において、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、前記磁界解析段階にインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶段階において記憶されている前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力段階において前記電流算出段階に出力させる磁界解析制御段階と
を備え、
前記磁界解析段階は、前記電流算出段階において算出された前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界と、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合の磁界とを解析して、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合におけるインダクタンス素子の鎖交磁束の変化分を算出し、算出した鎖交磁束の変化分に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する
シミュレーション方法。
【請求項１４】
インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータ用のプログラムであって、コンピュータを、
インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部、
前記電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値と、前記所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断部、
前記電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部、
前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部、
前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部、
前記電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、前記磁界解析部にインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力部から前記電流算出部に出力させる磁界解析制御部
として機能させ、
前記磁界解析部は、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界と、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合の磁界とを解析して、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合におけるインダクタンス素子の鎖交磁束の変化分を算出し、算出した鎖交磁束の変化分に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する
プログラム。
【請求項１５】
インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータであって、
インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部と、
インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部と、
前記位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける前記可動部の位置と、当該時間ステップの前の時間ステップにおける前記可動部の位置との差を示す位置変化量が、予め定められた位置変化量より大きいか否かを判断する位置変化量判断部と、
前記位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨を判断した場合に、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値及び前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部と、
前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部と、
前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部と、
前記位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨を判断した場合に、前記磁界解析部にインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力部から前記電流算出部に出力させる磁界解析制御部と
を備え、
前記磁界解析部は、前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在し前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界と、前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在しインダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合の磁界とを解析して、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合におけるインダクタンス素子の鎖交磁束の変化分を算出し、算出した鎖交磁束の変化分に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する
シミュレータ。
【請求項１６】
インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレーション方法であって、
インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出段階と、
インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出段階と、
前記位置算出段階において算出された所定の時間ステップにおける前記可動部の位置と、当該時間ステップの前の時間ステップにおける前記可動部の位置との差を示す位置変化量が、予め定められた位置変化量より大きいか否かを判断する位置変化量判断段階と、
前記位置変化量判断段階において、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨が判断された場合に、前記電流算出段階において算出された前記所定の時間ステップにおける電流値及び前記位置算出段階において算出された前記所定の時間ステップにおける位置に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析段階と、
前記磁界解析段階において算出された前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶段階と、
前記出力パラメータ記憶段階において記憶されている前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記電流算出段階に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力段階と、
前記位置変化量判断段階において、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨が判断された場合に、前記磁界解析段階においてインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶段階において記憶されている前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力段階から前記電流算出段階において出力させる磁界解析制御段階と
を備え、
前記磁界解析段階は、前記位置算出段階において算出された前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在し前記電流算出段階において算出された前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界と、前記位置算出段階において算出された前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在しインダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合の磁界とを解析して、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合におけるインダクタンス素子の鎖交磁束の変化分を算出し、算出した鎖交磁束の変化分に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する
シミュレーション方法。
【請求項１７】
インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータ用のプログラムであって、コンピュータを、
インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部、
インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部、
前記位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける前記可動部の位置と、当該時間ステップの前の時間ステップにおける前記可動部の位置との差を示す位置変化量が、予め定められた位置変化量より大きいか否かを判断する位置変化量判断部、
前記位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨を判断した場合に、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値及び前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部、
前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部、
前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部、
前記位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨を判断した場合に、前記磁界解析部にインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力部から前記電流算出部に出力させる磁界解析制御部
として機能させ、
前記磁界解析部は、前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在し前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界と、前記位置算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける位置に可動部が存在しインダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合の磁界とを解析して、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合におけるインダクタンス素子の鎖交磁束の変化分を算出し、算出した鎖交磁束の変化分に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する
プログラム。
【請求項１８】
インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータであって、
インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値と、前記所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断部と、
前記電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部と、
前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部と、
前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部と、
前記電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、前記磁界解析部にインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力部から前記電流算出部に出力させる磁界解析制御部と
を備え、
前記磁界解析部は、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界と、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合の磁界とを解析して、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合におけるインダクタンス素子の鎖交磁束の変化分を算出し、算出した鎖交磁束の変化分に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する
シミュレータ。
【請求項１９】
インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレーション方法であって、
インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値と、前記所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断段階と、
前記電流変化量判断段階においてが、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨が判断された場合に、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析段階と、
前記磁界解析段階において算出された前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶段階と、
前記出力パラメータ記憶段階において記憶されている前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力段階と、
前記電流変化量判断段階において、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、前記磁界解析段階においてインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶段階において記憶している前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力段階において前記電流算出部に出力させる磁界解析制御段階と
を備え、
前記磁界解析段階は、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界と、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合の磁界とを解析して、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合におけるインダクタンス素子の鎖交磁束の変化分を算出し、算出した鎖交磁束の変化分に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する
シミュレーション方法。
【請求項２０】
インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータ用のプログラムであって、コンピュータを、
インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値と、前記所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断部、
前記電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部、
前記磁界解析部が算出した前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部、
前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部、
前記電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、前記磁界解析部にインダクタンス素子の前記所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、前記出力パラメータ記憶部が記憶している前記前の時間ステップにおけるインダクタンスを、前記パラメータ出力部から前記電流算出部に出力させる磁界解析制御部
として機能させ、
前記磁界解析部は、前記電流算出部が算出した前記所定の時間ステップにおける電流値の電流がインダクタンス素子に流れている場合の磁界と、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合の磁界とを解析して、インダクタンス素子に流れる電流が当該電流値から微小変化した場合におけるインダクタンス素子の鎖交磁束の変化分を算出し、算出した鎖交磁束の変化分に基づいて、前記所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレータ、シミュレーション方法、及びプログラムに関する。特に本発明は、インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータ及びシミュレーション方法、並びに、当該シミュレータ用のプログラムに関する。
【０００２】
電磁駆動装置の電磁機構部の電磁界状態を解析する電磁界解析部と、電磁駆動装置の回路構成部の回路状態を解析する回路解析部と、電磁駆動装置の制御部の制御状態を解析する制御解析部とを持つ解析装置を含むシミュレーションシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）このシミュレーションシステムでは、電磁界解析部、回路解析部、制御解析部はそれぞれ独立した構成となっており、時間関数である電流、インダクタンス、誘起電圧、力、変位を表わす値を媒介変数として相互結合される。
【特許文献１】特開平８−０７６８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えばモータの動作をシミュレートする場合、モータに流す駆動電流及び回転子の回転に応じて、駆動電流が流れる回路のインダクタンスは時間的に変化する。このようなインダクタンスの時間的な変化をより高い精度で算出して回路をシミュレートすることによって、モータの動きをより高い精度でシミュレートすることができる。しかし、インダクタンスの時間変化をより高い精度で算出しようとすると磁界解析に要する計算量が増加し、その結果、全体のシミュレーションに要する時間が増加してしまう。特許文献１にはこのようなインダクタンス値の時間変化をより高い精度で算出しつつ回路を高速にシミュレートする方法については記載されていない。
【０００４】
そこで本発明は、上記の課題を解決することができるシミュレータ、シミュレーション方法、及びプログラムを提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の形態によると、インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータであって、インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部と、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値と、所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断部と、電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部と、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部と、出力パラメータ記憶部が記憶している所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部と、電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、磁界解析部にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部から電流算出部に出力させる磁界解析制御部とを備える。
【０００６】
所定の時間ステップを示す時刻と、前の時間ステップを示す時刻との差を示す時刻変化量が、予め定められた時刻変化量より大きいか否かを判断する時刻変化量判断部をさらに備え、磁界解析部は、時刻変化量判断部が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量より大きい旨を判断し、かつ、電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出し、出力パラメータ記憶部は、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶し、パラメータ出力部は、出力パラメータ記憶部が記憶しているインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力し、磁界解析制御部は、時刻変化量判断部が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部から電流算出部に出力させてよい。
【０００７】
電流算出部は、互いに磁気的に結合する複数のインダクタンス素子のそれぞれに流す電流値を時間ステップ毎に算出し、電流変化量判断部は、複数のインダクタンス素子のそれぞれにおける電流変化量のうちの最大値が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断し、磁界解析部は、電流変化量判断部が、電流変化量の最大値が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれの電流値に基づいて、所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出し、出力パラメータ記憶部は、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを記憶し、パラメータ出力部は、出力パラメータ記憶部が記憶している複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力し、磁界解析制御部は、電流変化量判断部が、電流変化量の最大値が電流変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部に所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部が記憶している前の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、パラメータ出力部から電流算出部に出力させてよい。
【０００８】
電流算出部は、互いに磁気的に結合する複数のインダクタンス素子のそれぞれに流す電流値を時間ステップ毎に算出し、電流変化量判断部は、所定の時間ステップにおいて複数のインダクタンス素子のそれぞれに流す電流値の合計値と、前の時間ステップにおける電流値の合計値との差を示す合計電流変化量が、予め定められた合計電流変化量より大きいか否かを判断し、磁界解析部は、電流変化量判断部が、合計電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれの電流値に基づいて、所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出し、出力パラメータ記憶部は、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを記憶し、パラメータ出力部は、出力パラメータ記憶部が記憶している所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力し、磁界解析制御部は、電流変化量判断部が、合計電流変化量が予め定められた合計電流変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部に所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部が記憶している前の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、パラメータ出力部から電流算出部に出力させてよい。
【０００９】
インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部と、位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける可動部の位置と、前の時間ステップにおける可動部の位置との差を示す位置変化量が、予め定められた位置変化量より大きいか否かを判断する位置変化量判断部とをさらに備え、磁界解析部は、位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨を判断した場合、又は、電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出し、出力パラメータ記憶部は、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶し、パラメータ出力部は、出力パラメータ記憶部が記憶しているインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力し、磁界解析制御部は、位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨を判断し、かつ、電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部から電流算出部に出力させてよい。
【００１０】
インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部をさらに備え、磁界解析部は、時刻変化量判断部が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子における可動部による誘導起電力を算出し、出力パラメータ記憶部は、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおける可動部による誘導起電力を記憶し、磁界解析制御部は、時刻変化量判断部が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおける可動部による誘導起電力を算出させず、パラメータ出力部は、出力パラメータ記憶部が記憶している可動部による誘導起電力を、電流算出部に時間ステップ毎に出力してよい。
【００１１】
磁界解析部は、時刻変化量判断部が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量より大きい場合に、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおける可動部の電磁力を算出し、出力パラメータ記憶部は、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおける可動部の電磁力を記憶し、磁界解析制御部は、時刻変化量判断部が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部に所定の時間ステップにおける可動部の電磁力を算出させず、パラメータ出力部は、出力パラメータ記憶部が記憶している可動部の電磁力を、位置算出部に時間ステップ毎に出力してよい。
【００１２】
磁界解析部は、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子の電流値に基づいて、当該電流値が示す電流によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出する鎖交磁束算出部と、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値から微小電流値だけ変化した電流値が示す電流によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出し、算出した鎖交磁束と鎖交磁束算出部が算出した鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、インダクタンス素子のインダクタンスを算出するインダクタンス算出部とを有してよい。
【００１３】
電流算出部は、互いに磁気的に結合する複数のインダクタンス素子のそれぞれに流す電流値を時間ステップ毎に算出し、鎖交磁束算出部は、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの電流値から、第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの鎖交磁束を算出し、インダクタンス算出部は、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の電流値から微小電流値だけ変化した電流値が示す電流による、第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの鎖交磁束を算出する第１鎖交磁束算出部と、第１鎖交磁束算出部が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束と鎖交磁束算出部が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第１インダクタンス素子の自己インダクタンスを算出する第１自己インダクタンス算出部と、第１鎖交磁束算出部が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束と鎖交磁束算出部が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第１インダクタンス素子との間の第２インダクタンス素子の相互インダクタンスを算出する第１相互インダクタンス算出部と、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の電流値から微小電流値だけ変化した電流値が示す電流による、第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの鎖交磁束を算出する第２鎖交磁束算出部と、第２鎖交磁束算出部が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束と鎖交磁束算出部が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第２インダクタンス素子の自己インダクタンスを算出する第２自己インダクタンス算出部と、第２鎖交磁束算出部が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束と鎖交磁束算出部が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第２インダクタンス素子との間の第１インダクタンス素子の相互インダクタンスを算出する第２相互インダクタンス算出部とを含んでよい。
【００１４】
インダクタンス算出部は、第１自己インダクタンス算出部が算出した前の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１相互インダクタンス算出部が算出した前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の相互インダクタンス、並びに、第２自己インダクタンス算出部が算出した前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第２相互インダクタンス算出部が算出した前の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の相互インダクタンスを記憶するインダクタンス記憶部と、第１自己インダクタンス算出部が算出した所定の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の自己インダクタンスとインダクタンス記憶部が記憶している前の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の自己インダクタンスとの差が予め定められた第１の値より小さく、かつ、第１相互インダクタンス算出部が算出した所定の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の相互インダクタンスとインダクタンス記憶部が記憶している前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の相互インダクタンスとの差が予め定められた第２の値より小さい場合に、第１インダクタンス素子の鎖交磁束が第１インダクタンス素子の電流値に対して線形領域にある旨を判断する線形領域判断部と、線形領域判断部が線形領域にない旨を判断した場合に、第２自己インダクタンス算出部及び第２相互インダクタンス算出部に第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１インダクタンス素子の相互インダクタンスをそれぞれ算出させ、線形領域判断部が線形領域にある旨を判断した場合に、第２自己インダクタンス算出部及び第２相互インダクタンス算出部に第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１インダクタンス素子の相互インダクタンスをそれぞれ算出させず、インダクタンス記憶部が記憶している前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１インダクタンス素子の相互インダクタンスを出力するインダクタンス算出制御部とをさらに有してよい。
【００１５】
所定の時間ステップを示す時刻と、前の時間ステップを示す時刻との差を示す時刻変化量が、予め定められた時刻変化量より大きいか否かを判断する時刻変化量判断部と、インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部と、位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける可動部の位置と、前の時間ステップにおける可動部の位置との差を示す位置変化量が、予め定められた位置変化量より大きいか否かを判断する位置変化量判断部とをさらに備え、磁界解析部は、時刻変化量が予め定められた時刻変化量より大きい旨を時刻変化量判断部が判断したことを条件として、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨を位置変化量判断部が判断した場合、又は、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を電流変化量判断部が判断した場合に、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出し、出力パラメータ記憶部は、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶し、パラメータ出力部は、出力パラメータ記憶部が記憶しているインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力し、磁界解析制御部は、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を時刻変化量判断部が判断した場合、或いは、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨を位置変化量判断部が判断し、かつ、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を電流変化量判断部が判断した場合には、磁界解析部にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部から電流算出部に出力させてよい。
【００１６】
インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部をさらに備え、磁界解析部は、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子における可動部による誘導起電力を算出する誘導起電力算出部をさらに有し、鎖交磁束算出部は、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子に流す電流値及び位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける可動部の位置に基づいて、当該電流値が示す電流及び可動部によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出し、インダクタンス算出部は、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値から微小電流値だけ変化した場合の電流値及び位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける可動部の位置に基づいて、微小電流値だけ変化した電流値が示す電流及び可動部によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出し、算出した鎖交磁束と鎖交磁束算出部が算出した鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、インダクタンス素子のインダクタンスを算出し、誘導起電力算出部は、鎖交磁束算出部が算出した所定の時間ステップにおける鎖交磁束から前の時間ステップにおける鎖交磁束を引いた磁束変化値、インダクタンス算出部が所定の時間ステップにおいて算出したインダクタンス、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値から前の時間ステップにおける電流値を引いた電流変化値、及び所定の時間ステップが示す時刻と前の時間ステップが示す時刻との差に基づいて、可動部による誘導起電力を算出してよい。
【００１７】
本発明の第２の形態によると、インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレーション方法であって、インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出段階と、電流算出段階において算出された所定の時間ステップにおける電流値と、所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断段階と、電流変化量判断段階において、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨が判断された場合に、電流算出段階において算出された所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析段階と、磁界解析段階において算出された所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶段階と、出力パラメータ記憶段階において記憶されている所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、電流算出段階に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力段階と、電流変化量判断段階において、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、磁界解析段階にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶段階において記憶されている前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力段階において電流算出段階に出力させる磁界解析制御段階とを備える。
【００１８】
本発明の第３の形態によると、インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータ用のプログラムであって、シミュレータを、インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値と、所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断部、電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部、出力パラメータ記憶部が記憶している所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部、電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、磁界解析部にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部から電流算出部に出力させる磁界解析制御部として機能させる。
【００１９】
本発明の第４の形態によると、インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータであって、インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部と、インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部と、位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける可動部の位置と、当該時間ステップの前の時間ステップにおける可動部の位置との差を示す位置変化量が、予め定められた位置変化量より大きいか否かを判断する位置変化量判断部と、位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部と、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部と、出力パラメータ記憶部が記憶している所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部と、位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨を判断した場合に、磁界解析部にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部から電流算出部に出力させる磁界解析制御部とを備える。
【００２０】
本発明の第５の形態によると、インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレーション方法であって、インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出段階と、インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出段階と、位置算出段階において算出された所定の時間ステップにおける可動部の位置と、当該時間ステップの前の時間ステップにおける可動部の位置との差を示す位置変化量が、予め定められた位置変化量より大きいか否かを判断する位置変化量判断段階と、位置変化量判断段階において、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨が判断された場合に、電流算出段階において算出された所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出段階において算出された所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析段階と、磁界解析段階において算出された所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶段階と、出力パラメータ記憶段階において記憶されている所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、電流算出段階に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力段階と、位置変化量判断段階において、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨が判断された場合に、磁界解析段階においてインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶段階において記憶されている前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力段階から電流算出段階において出力させる磁界解析制御段階とを備える。
【００２１】
本発明の第６の形態によると、インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータ用のプログラムであって、シミュレータを、インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する位置算出部、インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部、位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける可動部の位置と、当該時間ステップの前の時間ステップにおける可動部の位置との差を示す位置変化量が、予め定められた位置変化量より大きいか否かを判断する位置変化量判断部、位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部、出力パラメータ記憶部が記憶している所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部、位置変化量判断部が、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨を判断した場合に、磁界解析部にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部から電流算出部に出力させる磁界解析制御部として機能させる。
【００２２】
本発明の第７の形態によると、インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータであって、インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値と、所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断部と、電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部と、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部と、出力パラメータ記憶部が記憶している所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部と、電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、磁界解析部にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部から電流算出部に出力させる磁界解析制御部とを備える。
【００２３】
本発明の第８の形態によると、インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレーション方法であって、インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値と、所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断段階と、電流変化量判断段階においてが、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨が判断された場合に、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析段階と、磁界解析段階において算出された所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶段階と、出力パラメータ記憶段階において記憶されている所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力段階と、電流変化量判断段階において、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、磁界解析段階においてインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶段階において記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力段階において電流算出部に出力させる磁界解析制御段階とを備える。
【００２４】
本発明の第９の形態によると、インダクタンス素子を含む回路をシミュレートするシミュレータ用のプログラムであって、シミュレータを、インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値と、所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する電流変化量判断部、電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部が算出した所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する磁界解析部、磁界解析部が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する出力パラメータ記憶部、出力パラメータ記憶部が記憶している所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、電流算出部に時間ステップ毎に出力するパラメータ出力部、電流変化量判断部が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、磁界解析部にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部から電流算出部に出力させる磁界解析制御部として機能させる。
【００２５】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となりうる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、電磁誘導が生じるインダクタンス素子を含む回路において、インダクタンス素子のインダクタンスの時間的変化を高い精度で算出しつつ、当該回路をシミュレートするのに要する時間を削減することができるシミュレーション環境を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２８】
図１は、シミュレータ１００の制御対象の一例を示す。シミュレータ１００は、ドライバ１６０、インバータ１７０、及びモータ１８０を含む電磁駆動システム１５０の動作をシミュレートする。モータ１８０は、インバータ１７０から供給される電流によって発生する磁界によって駆動される。ドライバ１６０は、インバータ１７０がモータ１８０に印加される電圧を制御することによって、モータ１８０の動作を制御する。シミュレータ１００は、回路・制御シミュレータ１１０及び電磁界シミュレータ１２０を備える。回路・制御シミュレータ１１０は、モータ１８０を駆動する電流が流れる回路をシミュレートする。具体的には、回路・制御シミュレータ１１０は、モータ１８０の等価回路１９０をシミュレートする。電磁界シミュレータ１２０は、モータ１８０に供給される電流、モータ１８０を構成する構成材の材料、及びその物理的配置に基づいて、有限要素法等の手法を用いて磁界を解析することによって、実空間におけるモータ１８０の特性をシミュレートする。
【００２９】
モータ１８０が３相同期モータである場合を例に挙げると、等価回路１９０は、電機子電流が流れる３つの電機子回路のそれぞれのインダクタンスＬ、抵抗Ｒ、及びモータ１８０の回転子による誘導起電力Ｖｉを回路パラメータとして持つ。回路・制御シミュレータ１１０は、シミュレーションにおける１つの時間ステップにおいて、モータ１８０への負荷を含む電磁駆動システム１５０の運動方程式に基づいて、モータ１８０の回転子の角度θを算出し、その制御目標値を定め、その制御目標値に応じてインバータ１７０が電機子回路のそれぞれに印加する電圧Ｖを決定する。そして、回路・制御シミュレータ１１０は、印加する電圧Ｖと等価回路１９０の回路パラメータとに基づいて、電機子回路のそれぞれに流れる電流Ｉを決定する。回路・制御シミュレータ１１０が決定したθ及びＩは、時間ステップを示す時刻ｔとともに、電磁界シミュレータ１２０に渡される。そして、電磁界シミュレータ１２０は、電流Ｉ及び角度θに基づいてモータ１８０における磁界を算出して、算出した磁界及び前の時間ステップからの磁界の変化を解析することによって、電機子回路のＬ、Ｒ、及びＶｉを算出する。また、電磁界シミュレータ１２０は、算出した磁界を解析することによってモータ１８０のトルクＴを算出する。そして、電磁界シミュレータ１２０は、算出したＬ、Ｒ、Ｖｉ、及びＴを回路・制御シミュレータ１１０に渡す。これにより、１つの時間ステップにおける計算が終了する。次の時間ステップにおいては、回路・制御シミュレータ１１０は、電磁界シミュレータ１２０から渡されたＴに基づいて角度θを算出して、その新たな制御目標値が定められ、電磁界シミュレータ１２０から渡されたＬ、Ｒ、及びＶｉに基づいて電流が算出される。回路・制御シミュレータ１１０及び電磁界シミュレータ１２０は、上記の計算ステップを、適切な時間ステップ毎に算出していくことによって、電磁駆動システム１５０の動作をシミュレートする。このように、シミュレータ１００は、回路・制御シミュレータ１１０と電磁界シミュレータ１２０とによる連成シミュレーションを行う。
【００３０】
なお、電磁界シミュレータ１２０は、回路パラメータを前回算出した前回の時間ステップにおける電流値からの電流値Ｉの変化量が所定の閾値より大きいことを条件として、Ｌを計算する。また、電磁界シミュレータ１２０は、前回の時間ステップにおける回転子の角度からの角度θの変化量が所定の閾値より大きい場合にも、インダクタンスＬを算出してよい。また、電磁界シミュレータ１２０は、前回の時間ステップが示す時刻からの時刻の変化量が所定の閾値より大きいことをさらなる条件として、Ｌを計算する。電磁界シミュレータ１２０は、回路パラメータを算出した場合にはその値を記憶しておき、回路パラメータを算出しなかった場合には、記憶した各回路パラメータの値を回路・制御シミュレータ１１０に渡す。このようにして、シミュレータ１００は、上記の連成シミュレーションにおける計算量を削減することができる。
【００３１】
なお、電磁界シミュレータ１２０は、電流Ｉの値が微小変化した場合における電機子回路の鎖交磁束の変化をその微小変化で除した値を、インダクタンスとして算出する。これにより、電磁界シミュレータ１２０は、電機子回路における非線形特性をインダクタンスに含めることができ、その結果、回路・制御シミュレータ１１０おいて精度の高いシミュレーションが可能となる。一方で、電磁界シミュレータ１２０は、電機子電流のそれぞれが微小変化した場合の磁界をそれぞれ解析する必要がある。しかし、シミュレータ１００は、電流Ｉ又は角度θが所定の閾値を超えたことを条件としてインダクタンスＬを算出するので、インダクタンスＬの計算精度を保ちつつ、インダクタンスＬの計算量を削減することができる。
【００３２】
以上説明したように、シミュレータ１００によると、モータ１８０を精度よくシミュレートしつつ、シミュレーションに要する時間を削減することができる。これにより、モータ１８０の開発時間を削減することができる。また、実際に運用されているモータ１８０の動作状態をチェックすること等を目的としてシミュレータ１００がモータ１８０のシミュレーションを行う場合においても、そのリアルタイム性をより高めることができる。
【００３３】
なお、モータ１８０は、三相同期モータの他に、ヒステリシスモータ、ステッピングモータ（パルスモータ）、誘導モータ等の、回路と磁気的に結合された回転する可動部を持つ回転機であってよい。また、シミュレータ１００は、これらの回転機と実質的に同じ原理で動作する発電機、電磁ブレーキ等も制御対象とすることができる。また、シミュレータ１００は、ソレノイドバルブ（電磁弁）を含む、回路と磁気的に結合された可動部を持つ電磁駆動機器を制御対象とすることもできる。また、シミュレータ１００は、回路と磁気的に結合された可動部の有無に係らず電磁誘導機器であればそれを制御対象とすることができる。例えば、シミュレータ１００は、変圧器を制御対象とすることができる。
【００３４】
回路・制御シミュレータ１１０がｎ個のコイルが存在するシステムをシミュレートする場合において、回路・制御シミュレータ１１０が解くべき電圧方程式は、以下の式（１）で表される。
【００３５】
【数１】
0004575896.tif 000002
【００３６】
ただし、［Ｖ］、［Ｒ］、［Ｉ］、及び［Ψ］は、それぞれコイルの両端にかかる電圧、コイルの抵抗、コイルを流れる電流、及びコイルの鎖交磁束であり、以下の式（２）で表される。なお、以降の式においては、コイル１〜ｎのそれぞれに対応するパラメータは、添え字１〜ｎによって識別される。
【００３７】
【数２】
0004575896.tif 000003
【００３８】
ここで、コイルの鎖交磁束［Ψ］を、コイルに流れる電流による寄与分［Ψcur］と磁石（電磁石を含む）による寄与分［Ψmag］の和として表す。すなわち、［Ψ］は式（３）で示される。
【００３９】
【数３】
0004575896.tif 000004
【００４０】
したがって、回路・制御シミュレータ１１０が解くべき電圧方程式は、式（４）となる。
【００４１】
【数４】
0004575896.tif 000005
【００４２】
ここで、材料による非線形の影響を考慮して、コイルのインダクタンス［Ｌ］を式（５）で定義する。
【００４３】
【数５】
0004575896.tif 000006
【００４４】
ここで、インダクタンス［Ｌ］は式（６）で表される。なお、式（６）では、微小な電流変化に対しては、インダクタンス［Ｌ］の変化は無視できるとしている。
【００４５】
【数６】
0004575896.tif 000007
【００４６】
したがって、式（１）及び（５）より、回路・制御シミュレータ１１０が解くべき電圧方程式は、式（７）で表すことができる。
【００４７】
【数７】
0004575896.tif 000008
【００４８】
電磁界シミュレータ１２０は、式（７）で表される電圧方程式を解くための回路パラメータ［Ｌ］、［Ｒ］、及び誘導起電力［Ｖｉ］＝［ｄΨmag／ｄｔ］を算出して、回路・制御シミュレータ１１０に渡す。なお、回路・制御シミュレータ１１０が電磁誘導を利用するモータ、バルブ等の可動部の運動をシミュレートする場合には、電磁界シミュレータ１２０は可動部の運動方程式を解くためのパラメータである電磁力（例えば、トルク等）を算出して、回路・制御シミュレータ１１０に提供することができる。
【００４９】
図２は、シミュレータ１００のブロック構成の一例を示す。回路・制御シミュレータ１１０は、電流算出部２００、時間ステップ決定部２１０、及び位置算出部２２０を有する。電磁界シミュレータ１２０は、電流変化量判断部２３０、時刻変化量判断部２４０、位置変化量判断部２５０、磁界解析制御部２６０、出力パラメータ記憶部２７０、パラメータ出力部２８０、及び磁界解析部２９０を有する。
【００５０】
シミュレータ１００は、インダクタンス素子を含む回路をシミュレートする。時間ステップ決定部２１０は、シミュレーションの時間ステップを決定する。そして、電流算出部２００は、インダクタンス素子に流す電流値を時間ステップ毎に算出する。具体的には、電流算出部２００は、式（７）に基づいて、時間ステップ毎に電流値を算出する。時間ステップ決定部２１０は、シミュレーションの精度に応じて、前回の時間ステップが示す時刻からの時間幅を定めることによって、シミュレーションの時間ステップを決定してよい。
【００５１】
そして、電流変化量判断部２３０は、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける電流値と、所定の時間ステップの前の時間ステップにおける電流値との差を示す電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する。磁界解析部２９０は、電流変化量判断部２３０が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する。そして、出力パラメータ記憶部２７０は、磁界解析部２９０が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶する。そして、パラメータ出力部２８０は、出力パラメータ記憶部２７０が記憶している所定の時間ステップにおけるインダクタンスを、電流算出部２００に時間ステップ毎に出力する。そして、電流算出部２００は、パラメータ出力部２８０が出力したインダクタンスを用いて、所定の時間ステップの次の時間ステップにおけるインダクタンス素子に流す電流値を算出する。
【００５２】
また、磁界解析制御部２６０は、電流変化量判断部２３０が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合に、磁界解析部２９０にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部２７０が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部２８０から電流算出部２００に出力させる。このため、シミュレータ１００は、シミュレーションに要する時間を削減することができる。なお、前の時間ステップとは、磁界解析部２９０がインダクタンスを算出した前回の時間ステップであってよい。
【００５３】
また、時刻変化量判断部２４０は、所定の時間ステップを示す時刻と、前の時間ステップを示す時刻との差を示す時刻変化量が、予め定められた時刻変化量より大きいか否かを判断する。そして、磁界解析部２９０は、時刻変化量判断部２４０が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量より大きい旨を判断し、かつ、電流変化量判断部２３０が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、所定の時間ステップにおける電流値に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する。そして、出力パラメータ記憶部２７０は、磁界解析部２９０が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶し、パラメータ出力部２８０が、出力パラメータ記憶部２７０が記憶しているインダクタンスを、電流算出部２００に時間ステップ毎に出力する。
【００５４】
そして、磁界解析制御部２６０は、時刻変化量判断部２４０が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部２９０にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部２７０が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部２８０から電流算出部２００に出力させる。
【００５５】
なお、シミュレータ１００が、互いに磁気的に結合する複数のインダクタンス素子を含む回路をシミュレートする場合には、電流算出部２００は、互いに磁気的に結合する複数のインダクタンス素子のそれぞれに流す電流値を時間ステップ毎に算出する。そして、電流変化量判断部２３０は、複数のインダクタンス素子のそれぞれにおける電流変化量のうちの最大値が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断する。そして、磁界解析部２９０は、電流変化量判断部２３０が、電流変化量の最大値が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれの電流値に基づいて、所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出する。そして、出力パラメータ記憶部２７０は、磁界解析部２９０が算出した所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを記憶する。
【００５６】
そして、パラメータ出力部２８０は、出力パラメータ記憶部２７０が記憶している複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、電流算出部２００に時間ステップ毎に出力する。そして、磁界解析制御部２６０は、電流変化量判断部２３０が、電流変化量の最大値が電流変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部２９０に所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部２７０が記憶している前の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、パラメータ出力部２８０から電流算出部２００に出力させる。
【００５７】
なお、電流変化量判断部２３０は、所定の時間ステップにおいて複数のインダクタンス素子のそれぞれに流す電流値の合計値と、前の時間ステップにおける電流値の合計値との差を示す合計電流変化量が、予め定められた電流変化量より大きいか否かを判断してよい。そして、磁界解析部２９０は、電流変化量判断部２３０が、合計電流変化量が予め定められた合計電流変化量より大きい旨を判断した場合に、所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれの電流値に基づいて、所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出する。そして、出力パラメータ記憶部２７０は、磁界解析部２９０が算出した所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを記憶し、パラメータ出力部２８０は、出力パラメータ記憶部２７０が記憶している所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、電流算出部２００に時間ステップ毎に出力する。
【００５８】
そして、磁界解析制御部２６０は、電流変化量判断部２３０が、合計電流変化量が予め定められた合計電流変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部２９０に所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部２７０が記憶している前の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子のそれぞれのインダクタンスを、パラメータ出力部２８０から電流算出部２００に出力させる。例えば、例えば３相永久磁石同期モータのように、３相の電機子回路が１つの磁気回路を共有する形で配置される場合、特定の１相の電流値が相当量変化した場合であっても、３相全てによる鎖交磁束はさほど変化しない場合がある。このような場合、電磁界シミュレータ１２０は、３相に流れる電流値の合計値が変化したか否かを判断することによって、インダクタンスの計算をすべきか否かをより適切に判断することができる。
【００５９】
位置算出部２２０は、インダクタンス素子と磁気的に結合され、インダクタンス素子が発生する磁界によって駆動される可動部の位置を時間ステップ毎に算出する。具体的には、位置算出部２２０は、可動部に関する運動方程式を解くことによって、回転子の角度を決定する。そして、位置変化量判断部２５０は、位置算出部２２０が算出した所定の時間ステップにおける可動部の位置と、前の時間ステップにおける可動部の位置との差を示す位置変化量が、予め定められた位置変化量より大きいか否かを判断する。そして、磁界解析部２９０は、位置変化量判断部２５０が、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨を判断した場合、又は、電流変化量判断部２３０が、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部２２０が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する。そして、出力パラメータ記憶部２７０は、磁界解析部２９０が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンスを記憶し、パラメータ出力部２８０は、出力パラメータ記憶部２７０が記憶しているインダクタンスを、電流算出部２００に時間ステップ毎に出力する。
【００６０】
そして、磁界解析制御部２６０は、位置変化量判断部２５０が、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨を判断し、かつ、電流変化量判断部２３０が、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部２９０にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部２７０が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部２８０から電流算出部２００に出力させる。このように、電磁界シミュレータ１２０は、モータ１８０の回転子の位置に応じて、必要に応じてインダクタンスを算出することができる。
【００６１】
なお、磁界解析部２９０は、時刻変化量判断部２４０が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部２２０が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子における可動部による誘導起電力を算出する。そして、出力パラメータ記憶部２７０は、磁界解析部２９０が算出した所定の時間ステップにおける可動部による誘導起電力を記憶する。そして、磁界解析制御部２６０は、時刻変化量判断部２４０が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部２９０にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおける可動部による誘導起電力を算出させず、パラメータ出力部２８０は、出力パラメータ記憶部２７０が記憶している可動部による誘導起電力を、電流算出部２００に時間ステップ毎に出力する。そして、電流算出部２００は、パラメータ出力部２８０が出力した誘導起電力及びインダクタンスに基づいて、次の時間ステップにおけるインダクタンス素子に流す電流値を算出する。
【００６２】
なお、磁界解析部２９０は、時刻変化量判断部２４０が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量より大きい旨を判断した場合、又は、位置変化量判断部２５０が、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨を判断した場合に、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部２２０が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子における可動部による誘導起電力を算出してよい。これにより、電磁界シミュレータ１２０は、回転子の位置に応じて誘導起電力を算出するか否かを適切に判断することができる。なお、磁界解析部２９０が誘導起電力を算出する動作の詳細については、図３に関連して説明する。
【００６３】
磁界解析部２９０は、時刻変化量判断部２４０が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量より大きい場合に、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部２２０が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおける可動部の電磁力を算出する。そして、出力パラメータ記憶部２７０は、磁界解析部２９０が算出した所定の時間ステップにおける可動部の電磁力を記憶する。そして、磁界解析制御部２６０は、時刻変化量判断部２４０が、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を判断した場合には、磁界解析部２９０に所定の時間ステップにおける可動部の電磁力を算出させず、パラメータ出力部２８０は、出力パラメータ記憶部２７０が記憶している可動部の電磁力を、位置算出部２２０に時間ステップ毎に出力する。位置算出部２２０は、パラメータ出力部２８０が出力した電磁力に基づいて、次の時間ステップにおける可動部の位置を算出する。
【００６４】
以上説明したように、シミュレータ１００は、モータ１８０の電機子電流、回転子の角度、及び時刻に応じて、インダクタンス、誘導起電力、及びトルクを算出するか否かを適切に判断することができる。これにより、シミュレータ１００は、シミュレーションの精度を保ちつつ、シミュレーション時間を削減することができる。
【００６５】
図３は、磁界解析部２９０のブロック構成の一例を示す。磁界解析部２９０は、鎖交磁束算出部３００、インダクタンス算出部３０２、線形領域判断部３４０、インダクタンス記憶部３５０、インダクタンス算出制御部３６０、誘導起電力算出部３８０、及び電磁力算出部３９０を有する。インダクタンス算出部３０２は、第１鎖交磁束算出部３１１、第１自己インダクタンス算出部３２１、第１相互インダクタンス算出部３３１、第２鎖交磁束算出部３１２、第２自己インダクタンス算出部３２２、及び第２相互インダクタンス算出部３３２を含む。
【００６６】
鎖交磁束算出部３００は、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子の電流値に基づいて、当該電流値が示す電流によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出する。そして、インダクタンス算出部３０２は、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける電流値から微小電流値だけ変化した電流値が示す電流によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出し、算出した鎖交磁束と鎖交磁束算出部３００が算出した鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、インダクタンス素子のインダクタンスを算出する。具体的には、インダクタンス算出部３０２は、式（５）に基づいてインダクタンスを算出する。これにより、電磁界シミュレータ１２０は、電流値に対する非線形性をインダクタンスに含めることができるので、回路・制御シミュレータ１１０は回路に流れる電流を精度良く算出することができる。
【００６７】
誘導起電力算出部３８０は、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部２２０が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子における可動部による誘導起電力を算出する。具体的には、鎖交磁束算出部３００は、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける複数のインダクタンス素子に流す電流値及び位置算出部２２０が算出した所定の時間ステップにおける可動部の位置に基づいて、当該電流値が示す電流及び可動部によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出する。
【００６８】
そして、インダクタンス算出部３０２は、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける電流値から微小電流値だけ変化した場合の電流値及び位置算出部２２０が算出した所定の時間ステップにおける可動部の位置に基づいて、微小電流値だけ変化した電流値が示す電流及び可動部によるインダクタンス素子の鎖交磁束を算出し、算出した鎖交磁束と鎖交磁束算出部３００が算出した鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、インダクタンス素子のインダクタンスを算出する。そして、誘導起電力算出部３８０は、鎖交磁束算出部３００が算出した所定の時間ステップにおける鎖交磁束から前の時間ステップにおける鎖交磁束を引いた磁束変化値、インダクタンス算出部３０２が所定の時間ステップにおいて算出したインダクタンス、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける電流値から前の時間ステップにおける電流値を引いた電流変化値、及び所定の時間ステップが示す時刻と前の時間ステップが示す時刻との差に基づいて、可動部による誘導起電力を算出する。このように、電磁界シミュレータ１２０は、電流値に対する非線形性をインダクタンスに含めて計算するとともに、そのインダクタンスによる鎖交磁束の変化分を全鎖交磁束の変化分から引いた残りを、可動部による鎖交磁束の変化分として算出する。そして、電磁界シミュレータ１２０は、その可動部による鎖交磁束の変化分から可動部による誘導起電力を算出するので、回路・制御シミュレータ１１０において回路を精度良くシミュレートすることができる。
【００６９】
なお、電流算出部２００が、互いに磁気的に結合する複数のインダクタンス素子のそれぞれに流す電流値を時間ステップ毎に算出する場合について説明すると、鎖交磁束算出部３００は、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの電流値から、第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの鎖交磁束を算出する。そして、第１鎖交磁束算出部３１１は、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の電流値から微小電流値だけ変化した電流値が示す電流による、第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの鎖交磁束を算出する。そして、第１自己インダクタンス算出部３２１は、第１鎖交磁束算出部３１１が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束と鎖交磁束算出部３００が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第１インダクタンス素子の自己インダクタンスを算出する。そして、第１相互インダクタンス算出部３３１は、第１鎖交磁束算出部３１１が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束と鎖交磁束算出部３００が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第１インダクタンス素子との間の第２インダクタンス素子の相互インダクタンスを算出する。
【００７０】
また、第２鎖交磁束算出部３１２は、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の電流値から微小電流値だけ変化した電流値が示す電流による、第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子のそれぞれの鎖交磁束を算出する。そして、第２自己インダクタンス算出部３２２は、第２鎖交磁束算出部３１２が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束と鎖交磁束算出部３００が算出した第２インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第２インダクタンス素子の自己インダクタンスを算出する。そして、第２相互インダクタンス算出部３３２は、第２鎖交磁束算出部３１２が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束と鎖交磁束算出部３００が算出した第１インダクタンス素子の鎖交磁束との差を微小電流値で除した値に基づいて、第２インダクタンス素子との間の第１インダクタンス素子の相互インダクタンスを算出する。具体的には、第１自己インダクタンス算出部３２１、第１相互インダクタンス算出部３３１、第２自己インダクタンス算出部３２２、及び第２相互インダクタンス算出部３３２は、式（５）に基づいて、インダクタンスを算出する。これにより、インダクタンス算出部３０２は、電流値に対する非線形性を含めたインダクタンスを算出することができる。また、インダクタンス算出部３０２は、複数のコイルが存在する機器におけるそれぞれのコイルのインダクタンスを適切に算出することができる。
【００７１】
インダクタンス記憶部３５０は、第１自己インダクタンス算出部３２１が算出した前の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１相互インダクタンス算出部３３１が算出した前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の相互インダクタンス、並びに、第２自己インダクタンス算出部３２２が算出した前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第２相互インダクタンス算出部３３２が算出した前の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の相互インダクタンスを記憶する。そして、線形領域判断部３４０は、第１自己インダクタンス算出部３２１が算出した所定の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の自己インダクタンスとインダクタンス記憶部３５０が記憶している前の時間ステップにおける第１インダクタンス素子の自己インダクタンスとの差が予め定められた第１の値より小さく、かつ、第１相互インダクタンス算出部３３１が算出した所定の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の相互インダクタンスとインダクタンス記憶部３５０が記憶している前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の相互インダクタンスとの差が予め定められた第２の値より小さい場合に、第１インダクタンス素子の鎖交磁束が第１インダクタンス素子の電流値に対して線形領域にある旨を判断する。
【００７２】
そして、インダクタンス算出制御部３６０は、線形領域判断部３４０が線形領域にない旨を判断した場合に、第２自己インダクタンス算出部３２２及び第２相互インダクタンス算出部３３２に第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１インダクタンス素子の相互インダクタンスをそれぞれ算出させ、線形領域判断部３４０が線形領域にある旨を判断した場合に、第２自己インダクタンス算出部３２２及び第２相互インダクタンス算出部３３２に第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１インダクタンス素子の相互インダクタンスをそれぞれ算出させず、インダクタンス記憶部３５０が記憶している前の時間ステップにおける第２インダクタンス素子の自己インダクタンス及び第１インダクタンス素子の相互インダクタンスを出力する。このように、電磁界シミュレータ１２０は、１の電機子回路について線形領域のインダクタンスが算出された場合には、他の電機子回路のインダクタンスを算出することなく、前回算出したインダクタンスを電流算出部２００に提供する。これにより、電磁界シミュレータ１２０は、シミュレーション時間を削減することができる。
【００７３】
磁界解析部２６０は、時刻変化量が予め定められた時刻変化量より大きい旨を時刻変化量判断部２４０が判断した場合であることを条件として、位置変化量が予め定められた位置変化量より大きい旨を位置変化量判断部２５０が判断した場合、又は、電流変化量が予め定められた電流変化量より大きい旨を電流変化量判断部２３０が判断した場合に、電流算出部２００が算出した所定の時間ステップにおける電流値及び位置算出部２２０が算出した所定の時間ステップにおける位置に基づいて、所定の時間ステップにおけるインダクタンス素子のインダクタンスを算出する。そして、磁界解析制御部２６０は、時刻変化量が予め定められた時刻変化量以下である旨を時刻変化量判断部２４０が判断した場合、或いは、位置変化量が予め定められた位置変化量以下である旨を位置変化量判断部２５０が判断し、かつ、電流変化量が予め定められた電流変化量以下である旨を電流変化量判断部２３０が判断した場合には、磁界解析部２６０にインダクタンス素子の所定の時間ステップにおけるインダクタンスを算出させず、出力パラメータ記憶部２７０が記憶している前の時間ステップにおけるインダクタンスを、パラメータ出力部２８０から電流算出部２００に出力させる。
【００７４】
なお、上記において、電磁界シミュレータ１２０が互いに磁気的に結合された２つのインダクタンス素子のインダクタンスを算出する動作について説明したが、電磁界シミュレータ１２０は、同様の方法によって２つ以上のインダクタンス素子のインダクタンスを算出可能であることは言うまでもない。なお、この発明におけるインダクタンス素子とは、電磁誘導が生じる構成要素を意味する。したがって、コイルとは、この発明におけるインダクタンス素子の一例であって、電磁誘導が生じる回路自体がこの発明におけるインダクタンス素子になり得る。
【００７５】
図４は、シミュレータ１００がｎ相永久磁石同期モータの動作をシミュレートする場合において、磁界解析部２９０による回路パラメータ（インダクタンス[Ｌ]及び誘導起電力[Ｖi]）及びトルクＴを算出する場合の動作フローの一例を示す。以下の説明では、時間ステップＮにおいて上記の回路パラメータ及びトルクを算出する場合の動作フローの一例である。なお、磁界解析部２９０は、時間ステップＮより前の時間ステップである時間ステップＭにおいて、上記の回路パラメータを算出しているものとする。なお、時間ステップＮ及びＭが示す時刻は、それぞれｔN及びｔMであるとする。
【００７６】
磁界解析部２９０は、時間ステップＮにおいて、回路・制御シミュレータ１１０から、時刻ｔN、各電機子回路への電流値Ｉｍ（ｔN）（ただし、ｍ＝１〜ｎ）並びに回転子の角度θ（ｔN）を取得する。そして、時刻変化量判断部２４０は、磁界解析部２９０が回路パラメータを前回計算した時間ステップＭが示す時刻ｔMと時刻ｔNとの差Δｔ＝ｔＮ−ｔMを算出する（Ｓ４０２）。そして、時刻変化量判断部２４０は、Δｔが予め定められた時間変化量Δｔ０以下であるか否かを判断する（Ｓ４０４）。
【００７７】
Ｓ４０４において、ΔｔがΔｔ０より大きい旨を時刻変化量判断部２４０が判断した場合、鎖交磁束算出部３００は、各電機子回路に鎖交する鎖交磁束[Ψ]を算出する（Ｓ４０６）。このとき、鎖交磁束算出部３００は、各電機子回路の電流値Ｉｍ（ｔＮ）及び回転子の角度θ（ｔＮ）に基づいてモータ内の磁束密度分布を算出して、算出した磁束密度分布に基づいて各電機子回路に鎖交する鎖交磁束を算出することができる。
【００７８】
そして、電流変化量判断部２３０は、時間ステップＭにおける電流値との差ΔＩｍ＝｜Ｉｍ（ｔM）−Ｉｍ（ｔＮ）｜を各相毎に算出して、その最大値ΔＩｍａｘを電流変化量ΔＩとして算出する。そして、電流変化量判断部２３０は、ΔＩが予め定められた電流変化量ΔＩ０以下であるか否かを判断する（Ｓ４０８）。なお、電流変化量判断部２３０は、各相におけるΔＩｍがいずれもΔＩ０以下であるか否かを判断してもよい。ΔＩ０は、各相毎に決定されてもよい。例えば、Ｉｍ（ｔＮ）に所定の定数を乗じた値を、各相のΔＩ０として決定してよい。例えば、ΔＩ０＝Ｉｍ（ｔＮ）×０．３としてよい。また、電流変化量判断部２３０は、各相の中で最大の大きさの電流値を持つ相の電流変化量がΔＩ０以下であるか否かを判断してもよい。また、電流変化量判断部２３０は、各相についての電流値の合計量の、時間ステップＭにおける電流値の合計量との差、すなわち、｜Σ（Ｉｍ（ｔM）−Ｉｍ（ｔＮ））｜（ただし、ｍ＝１〜ｎ）が、ΔＩ０以下であるか否かを判断してもよい。
【００７９】
また、Ｓ４０８において、位置変化量判断部２５０は、時間ステップＭにおける回転子の位置θ（ｔM）とθ（ｔＮ）の差を、回転子の位置変化量Δθとして算出する。そして、位置変化量判断部２５０は、Δθが予め定められた位置変化量Δθ０以下であるか否かを判断する。そして、Ｓ４０８において、磁界解析制御部２６０は、ΔＩがΔＩ０以下であり、かつ、ΔθがΔθ０以下であるか否かを判断する。なお、Δθ０は、回転子の極数に応じて予め定められてよい。
【００８０】
Ｓ４０８において、ΔＩがΔＩ０より大きいか、ΔθがΔθ０より大きい場合、磁界解析制御部２６０は、磁界解析部２９０にインダクタンスを算出させる。具体的には、第１鎖交磁束算出部３１１は、Ｉ１＝Ｉ１（ｔＮ）の電流が流れている第１の電機子回路の電流値を微小電流変化量ΔＩ１だけ増加させた場合における、各電機子回路の鎖交磁束[Ψ']を算出する（Ｓ４１０）。なお、第１鎖交磁束算出部３１１は、第１の電機子回路の電流値がＩ１＋ΔＩ１、その他の電機子回路の電流値がＩｍ＝Ｉｍ（ｔＮ）（ｍ＝２〜ｎ）、回転子の角度がθ（ｔＮ）である場合の鎖交磁束[Ψ']を算出する。例えば、第１鎖交磁束算出部３１１は、ΔＩ１の大きさを、Ｉ１の大きさの数％の大きさとする。例えば、第１鎖交磁束算出部３１１は、ΔＩ１の大きさをＩ１の５％の大きさとする（ΔＩ１＝Ｉ１×０．０５）。また、第１鎖交磁束算出部３１１は、Ｉ１＋ΔＩ１の大きさが予め定められた基準電流値（例えば、定格電流値Ｉｒの大きさの５％）より小さい場合には、Ｉ１＋ΔＩ１が当該基準電流値（例えば、Ｉｒ×０．０５）となるΔＩ１を決定してよい。このように、微小電流変化量とは、モータに供給される電流の絶対値についての微小な電流の変化量を必ずしも意味しておらず、システムにおいて発生する標準的な磁界強度の大きさに対して微小な変化を与えるような微小な電流の変化量を意味する。上記のような基準電流値を設けることによって、ΔＩ１が数値計算の計算精度の悪化を招くほど微小な値になってしまうことを未然に防ぐことができる。なお、基準電流値は上記のように定格電流に対して定義されるだけでなく、システムに応じてその他の方法で適切に設定されてよい。そして、第１自己インダクタンス算出部３２１が自己インダクタンスＬ１１を算出し、第１相互インダクタンス算出部３３１が他の相の相互インダクタンスＬｍ１（ｍ＝２〜ｎ）を算出する（Ｓ４１２）。
【００８１】
なお、Ｓ４１２におけるインダクタンスの算出は、Ｓ４０６において算出された鎖交磁束と、Ｓ４１０で算出された鎖交磁束と、電流値の変化量ΔＩ１に基づいて、以下のように行うことができる。まず、Ｓ４０６において算出された鎖交磁束[Ψ]は、式（８）で表される。
【００８２】
【数８】
0004575896.tif 000009
【００８３】
また、Ｓ４１０において算出された鎖交磁束[Ψ']は、式（９）で表される。
【００８４】
【数９】
0004575896.tif 000010
【００８５】
式（９）及び式（８）から導かれる式（１０）によって、第１自己インダクタンス算出部３２１は自己インダクタンスＬ１１を算出することができ、第１相互インダクタンス算出部３３１は相互インダクタンスＬ２１・・・Ｌｎ１を算出することができる。
【００８６】
【数１０】
0004575896.tif 000011
【００８７】
そして、線形領域判断部３４０は、Ｌ１１、Ｌ２１・・・Ｌｎ１が線形領域にあるか否かを判断する（Ｓ４１４）。なお、線形領域判断部３４０が線形領域にあるか否かを判断する方法については別途説明する。Ｓ４１４において、Ｌ１１、Ｌ２１・・・Ｌｎ１が線形領域にない旨が判断されると、Ｓ４１０及びＳ４１２においてインダクタンスＬ１１、Ｌ２１・・・Ｌｎ１を算出した方法と同様の方法によって、各電機子回路のインダクタンスを算出することができる。例えば、第ｍの電機子回路の電流値をΔＩｍだけ変化させた場合の鎖交磁束Ψ１'〜Ψn'を算出することによって、式（１１）によりインダクタンスＬ１ｍ、Ｌ２ｍ、・・・、Ｌｎｍを算出することができる。
【００８８】
【数１１】
0004575896.tif 000012
【００８９】
そして、インダクタンス記憶部３５０は、インダクタンス算出部３０２が算出したインダクタンス[Ｌ]を記憶する（Ｓ４４０）。そして、誘導起電力算出部３８０は、回転子による各電機子回路に発生する誘導起電力を算出する（Ｓ４５０）。具体的には、誘導起電力算出部３８０は、回転子による各電機子回路の鎖交磁束の変化量Δ[Ψmag]を、式（３）及び（５）に基づく以下の式（１２）から算出する。
【００９０】
【数１２】
0004575896.tif 000013
【００９１】
そして、誘導起電力算出部３８０は、前の時間ステップとの間のΔｔによって、誘導起電力[Ｖi]＝Δ[Ψmag]／Δｔを算出する。なお、前述のように、インダクタンス算出部３０２は、非線形性による影響をインダクタンスに含ませて計算している。そして、誘導起電力算出部３８０は、式（１２）で表されるように、全鎖交磁束からインダクタンス［Ｌ］及び［Ｉ］によって表現される磁束を差し引いた値を回転子による鎖交磁束としてみなし、それに基づいて誘導起電力[Ｖi]を算出する。このため、回路・制御シミュレータ１１０は、インダクタンスの非線形性が組み入れられた回路シミュレーションを適切に行うことができる。
【００９２】
また、電磁力算出部３９０は、Ｓ４０６において算出した磁束密度分布に基づいてトルクＴを算出する（Ｓ４５２）。そして、出力パラメータ記憶部２７０は、誘導起電力算出部３８０が算出した誘導起電力[Ｖi]、電磁力算出部３９０が算出したトルクＴ、及びインダクタンス算出部３０２が算出したインダクタンス[Ｌ]を記憶する（Ｓ４５４）。そして、パラメータ出力部２８０は、出力パラメータ記憶部２７０が記憶しているインダクタンス[Ｌ]、誘導起電力[Ｖi]、及びトルクＴを、回路・制御シミュレータ１１０に出力する（Ｓ４５６）。
【００９３】
なお、Ｓ４０４において、ΔｔがΔｔ０以下である場合、磁界解析制御部２６０はＳ４５６に処理を移行させて、Ｓ４５６において出力パラメータ記憶部２７０が記憶している、時間ステップＭにおけるインダクタンス[Ｌ]、誘導起電力[Ｖi]、及びトルクＴを、回路・制御シミュレータ１１０に出力する。これにより、電磁界シミュレータ１２０は、磁束の計算等の磁界解析をする必要がないので、シミュレーションに要する計算量を削減することができる。
【００９４】
また、Ｓ４０８において、ΔＩがΔＩ０以下であり、かつ、ΔθがΔθ０以下であることを磁界解析制御部２６０が判断した場合、Ｓ４５０に処理を移行させ、誘導起電力算出部３８０はＳ４５０において、誘導起電力[Ｖi]を算出する。このとき、パラメータ出力部２８０が記憶している時間ステップＭにおけるインダクタンス［Ｌ］及び鎖交磁束[Ψ]、並びにＳ４０６において算出した時間ステップＮにおける鎖交磁束[Ψ]に基づいて、誘導起電力[Ｖi]を算出する。このように、電磁界シミュレータ１２０は、インダクタンスの計算を適切にスキップすることによりシミュレーションに要する計算量を削減することができる。
【００９５】
なお、Ｓ４１４において、Ｌ１１、Ｌ２１・・・Ｌｎ１が線形領域にある旨が判断されると、Ｓ４５０に移行して、誘導起電力算出部３８０が誘導起電力[Ｖi]を算出する。このとき、誘導起電力算出部３８０は、Ｓ４４０において記憶された、時間ステップＭにおけるインダクタンスを用いて誘導起電力[Ｖi]を算出する。これにより、電磁界シミュレータ１２０は、各電機子回路の１つのインダクタンスを計算するだけで、残りのインダクタンスの計算をスキップすることができるので、シミュレーションに要する計算量を削減することができる。
【００９６】
なお、線形領域判断部３４０は、Ｓ４１４において、Ｌ１１、Ｌ２１・・・Ｌｎ１と、インダクタンス記憶部３５０が格納している前の時間ステップＭにおけるＬ１１、Ｌ２１・・・Ｌｎ１との差をそれぞれ算出して、当該差がそれぞれ予め定められた値以下である場合に、線形領域にある旨を判断してよい。時間ステップＭからのインダクタンスの変化が小さい場合には、その線形領域から外れていないことが予想されるので、このような場合には、インダクタンスを計算せずとも、時間ステップＭにおけるインダクタンスを使用することによって、回路・制御シミュレータ１１０は十分な精度で回路をシミュレートすることができる。
【００９７】
なお、線形領域判断部３４０は、Ｓ４１２において算出したインダクタンスを前の時間ステップにおけるインダクタンスと比較する場合には、時間ステップＭにおけるインダクタンスとの比較ではなく、それよりさらに前の時間ステップにおける１以上のインダクタンスと比較してもよい。具体的には、インダクタンス記憶部３５０は、Ｓ４４０において、複数の時間ステップにおけるインダクタンスＬｍ１（ｍ＝１〜ｎ）のそれぞれを、時間ステップにおける電流値Ｉｍ（ｍ＝１〜ｎ）に対応づけて記憶しておく。つまり、インダクタンス記憶部３５０はＩｍ空間におけるＬｍ１の値を記憶する。そして、線形領域判断部３４０は、Ｌｍ１が略一定となるＩｍ領域を特定して、Ｉｍ（ｔＮ）が当該Ｉｍ領域に含まれるか否かを判断し、当該領域に含まれることを条件として、Ｌｍ１が線形領域にある旨を判断してよい。なお、インダクタンス記憶部３５０は、θにさらに対応づけてインダクタンスＬｍ１（ｍ＝１〜ｎ）を格納してよく、線形領域判断部３４０は、Ｌｍ１が略一定となるＩｍ及びθの領域を特定して、Ｉｍ（ｔＮ）及びθ（ｔＮ）が当該領域に含まれる場合に、Ｌｍ１が線形領域にある旨を判断してよい。なお、線形領域判断部３４０は、Ｌｍ１に代えて、Ｓ４０６において算出した[Ψ]の、Ｉｍ（又はＩｍ及びθ）に対する線形性を判断することもできる。なお、線形領域判断部３４０が上記の線形性を判断する場合に、いずれの回路のインダクタンスに基づいて判断するかを、Ｓ４０６において算出した[Ψ]に基づいて決定してよい。つまり、インダクタンス算出部３０２は、Ｓ４０６において算出された[Ψ]のうち最も大きい鎖交磁束をもつ回路を特定し、特定した回路について、Ｓ４１２のインダクタンスの計算を行ってよい。そして、線形領域判断部３４０は、当該特定された回路のインダクタンスに基づいて、上記の線形性を判断してよい。
【００９８】
なお、Ｓ４４０及びＳ４５４における、出力パラメータ記憶部２７０及びインダクタンス記憶部３５０の記憶機能は、シミュレータ１００のメモリが有してよい。なお、「記憶する」とは、シミュレータ１００のメモリがインダクタンス等の値を格納することと同義であってよい。
【００９９】
なお、電機子回路は、この発明におけるインダクタンス素子を含む回路の一例である。また、回転子の角度θは、この発明における可動部の位置の一例であり、他の例では、可動部の位置を３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）によって表現してよい。なお、可動部の位置とは、シミュレーション対象である回路に対する可動部の相対的な位置であってよい。また、変圧器等の、可動部を実質的に持たない装置をシミュレータ１００がシミュレートする場合には、回路・制御シミュレータ１１０は可動部の位置を算出する必要がないということは言うまでもない。なお、上記の説明においては、説明が複雑にならないよう、電磁界シミュレータ１２０が回路パラメータの１つである抵抗[Ｒ]を算出する動作フローについては省略した。しかしながら、電磁界シミュレータ１２０は、可動部の位置によって回路の抵抗[Ｒ]が変化する装置、或いは電流又は磁界の変化の周波数に応じて（例えば表皮効果等によって）回路の抵抗[Ｒ]が変化する装置をシミュレートする場合には、その位置、或いは電流又は磁界の変化の周波数に応じた抵抗[Ｒ]を算出してよいし、さらに熱連成計算に基づいて回路の温度を算出して、算出した温度に応じた抵抗[Ｒ]を算出してもよい。そして、電磁界シミュレータ１２０は、算出した抵抗[Ｒ]を、回路・制御シミュレータ１１０に出力してよい。
【０１００】
以上説明したように、シミュレータ１００によると、電磁駆動システム１５０を精度良くシミュレートしつつ、シミュレーション時間を削減することができるシミュレーション環境を提供することができる。
【０１０１】
図５は、シミュレータ１００のハードウェア構成の一例を示す。シミュレータ１００は、ホスト・コントローラ１５８２により相互に接続されるＣＰＵ１５０５、ＲＡＭ１５２０、グラフィック・コントローラ１５７５、及び表示装置１５８０を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ１５８４によりホスト・コントローラ１５８２に接続される通信インターフェイス１５３０、ハードディスクドライブ１５４０、及びＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を有する入出力部と、入出力コントローラ１５８４に接続されるＲＯＭ１５１０、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０を有するレガシー入出力部とを備える。
【０１０２】
ホスト・コントローラ１５８２は、ＲＡＭ１５２０と、高い転送レートでＲＡＭ１５２０をアクセスするＣＰＵ１５０５、及びグラフィック・コントローラ１５７５とを接続する。ＣＰＵ１５０５は、ＲＯＭ１５１０、及びＲＡＭ１５２０に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等がＲＡＭ１５２０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置１５８０上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
【０１０３】
入出力コントローラ１５８４は、ホスト・コントローラ１５８２と、比較的高速な入出力装置であるハードディスクドライブ１５４０、通信インターフェイス１５３０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を接続する。ハードディスクドライブ１５４０は、ＣＰＵ１５０５が使用するプログラム、及びデータを格納する。通信インターフェイス１５３０は、ネットワーク通信装置１５９８に接続してプログラムまたはデータを送受信する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０は、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。
【０１０４】
また、入出力コントローラ１５８４には、ＲＯＭ１５１０と、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ１５１０は、シミュレータ１００が起動時に実行するブート・プログラムや、シミュレータ１００のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ１５５０は、フレキシブルディスク１５９０からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。入出力チップ１５７０は、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０や、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を接続する。
【０１０５】
ＣＰＵ１５０５が実行するプログラムは、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５、またはＩＣカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。記録媒体に格納されたプログラムは圧縮されていても非圧縮であってもよい。プログラムは、記録媒体からハードディスクドライブ１５４０にインストールされ、ＲＡＭ１５２０に読み出されてＣＰＵ１５０５により実行される。
【０１０６】
ＣＰＵ１５０５により実行されるプログラムは、シミュレータ１００を、図１から図４に関連して説明した回路・制御シミュレータ１１０及び電磁界シミュレータ１２０として機能させる。すなわち、当該プログラムは、回路・制御シミュレータ１１０を、図１から図４に関連して説明した電流算出部２００、時間ステップ決定部２１０、及び位置算出部２２０として機能させる。また、当該プログラムは、電磁界シミュレータ１２０を、図１から図４に関連して説明した電流変化量判断部２３０、時刻変化量判断部２４０、位置変化量判断部２５０、磁界解析制御部２６０、出力パラメータ記憶部２７０、パラメータ出力部２８０、及び磁界解析部２９０として機能させる。また、当該プログラムは、磁界解析部２９０を、図１から図４に関連して説明した鎖交磁束算出部３００、インダクタンス算出部３０２、線形領域判断部３４０、インダクタンス記憶部３５０、インダクタンス算出制御部３６０、誘導起電力算出部３８０、電磁力算出部３９０として機能させ、インダクタンス算出部３０２を、図１から図４に関連して説明した第１鎖交磁束算出部３１１、第１自己インダクタンス算出部３２１、第１相互インダクタンス算出部３３１、第２鎖交磁束算出部３１２、第２自己インダクタンス算出部３２２、及び第２相互インダクタンス算出部３３２として機能させる。
【０１０７】
以上に示したプログラムは、外部の記憶媒体に格納されてもよい。記憶媒体としては、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５の他に、ＤＶＤやＰＤ等の光学記録媒体、ＭＤ等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ＩＣカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワークやインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはＲＡＭ等の記憶装置を記録媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムをシミュレータ１００に提供してもよい。また、当該プログラムは、ライブラリの形でシミュレータ１００に提供してもよいし、他のプログラムと静的又は動的にリンク可能な形でシミュレータ１００に提供してもよい。なお、電流変化量判断部２３０、時刻変化量判断部２４０、位置変化量判断部２５０、磁界解析制御部２６０、出力パラメータ記憶部２７０、及びパラメータ出力部２８０として電磁界シミュレータ１２０を機能させるプログラムは、電磁界シミュレータ１２０を磁界解析部２９０として機能させるプログラムとは別のプログラムとして、シミュレータ１００に提供されてよもよい。
【０１０８】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】シミュレータ１００の制御対象の一例を示す図である。
【図２】シミュレータ１００のブロック構成の一例を示す図である。
【図３】磁界解析部２９０のブロック構成の一例を示す図である。
【図４】シミュレータ１００の動作フローの一例を示す図である。
【図５】シミュレータ１００のハードウェア構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００  シミュレータ
１１０  回路・制御シミュレータ
１２０  電磁界シミュレータ
１５０  電磁駆動システム
１６０  ドライバ
１７０  インバータ
１８０  モータ
１９０  等価回路
２００  電流算出部
２１０  時間ステップ決定部
２２０  位置算出部
２３０  電流変化量判断部
２４０  時刻変化量判断部
２５０  位置変化量判断部
２６０  磁界解析制御部
２７０  出力パラメータ記憶部
２８０  パラメータ出力部
２９０  磁界解析部
３００  鎖交磁束算出部
３０２  インダクタンス算出部
３１１  第１鎖交磁束算出部
３２１  第１自己インダクタンス算出部
３３１  第１相互インダクタンス算出部
３１２  第２鎖交磁束算出部
３２２  第２自己インダクタンス算出部
３３２  第２相互インダクタンス算出部
３４０  線形領域判断部
３５０  インダクタンス記憶部
３６０  インダクタンス算出制御部
３８０  誘導起電力算出部
３９０  電磁力算出部
【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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