(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアに巻線を巻回してなる電磁部品の数値解析に用いる解析モデルを、三次元のコア形状を表現したコア形状モデルに基づいて生成する解析モデル生成方法において、
三次元のコア形状モデルに基づいて、巻線軸に略平行なコア断面を表現した二次元のコア形状モデルを生成する手順と、
二次元のコア形状モデルが表現するコア断面に対して、巻線が配されるべき巻線空間の位置及び大きさと、巻線空間に配されるべき巻線を構成する素線の巻数、巻線軸に対して接離する方向に積層巻回される素線の層数、並びに該素線の断面形状及び寸法を含む巻回態様とを受け付ける手順と、
受け付けた巻線空間の位置及び大きさと、巻回態様とに基づいて、コア断面に略平行な複数の素線断面を表現した素線形状モデルを生成する手順と、
生成された二次元の素線形状モデル、及びコア形状モデルに基づいて、コア形状及び素線形状を複数の多角形の組み合わせで表現した電磁部品の解析モデルを生成する手順と
を含むことを特徴とする解析モデル生成方法。
【請求項２】
前記素線の断面形状は丸線、角線及び撚線の断面形状の少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の解析モデル生成方法。
【請求項３】
素線の巻回態様を受け付ける手順は、
並列結線される素線の数を受け付ける手順を含む
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の解析モデル生成方法。
【請求項４】
巻線空間の位置及び大きさを受け付ける手順は、
巻線軸方向及び／又は巻線軸に対して接離する方向に並置されるべき複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付ける手順と、
受け付けた複数の巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付ける手順と
を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の解析モデル生成方法。
【請求項５】
一の巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付けた場合、受け付けた変更の内容に応じて、他の巻線空間の位置及び大きさを変更する手順を
含むことを特徴とする請求項４に記載の解析モデル生成方法。
【請求項６】
巻線空間の位置及び大きさを受け付ける手順は、
巻線空間が互いに離隔するように、複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付ける手順を含む
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の解析モデル生成方法。
【請求項７】
前記電磁部品は変圧器であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の解析モデル生成方法。
【請求項８】
コアに巻線を巻回してなる電磁部品の数値解析に用いる解析モデルを、三次元のコア形状を表現したコア形状モデルに基づいて生成する解析モデル生成装置において、
三次元のコア形状モデルに基づいて、巻線軸に略平行なコア断面を表現した二次元のコア形状モデルを生成する手段と、
二次元のコア形状モデルが表現するコア断面に対して、巻線が配されるべき巻線空間の位置及び大きさを受け付ける巻線空間受付手段と、
巻線空間に配されるべき巻線を構成する素線の巻数、巻線軸に対して接離する方向に積層巻回される素線の層数、並びに該素線の断面形状及び寸法を含む巻回態様を受け付ける巻回態様受付手段と、
前記巻線空間受付手段が受け付けた巻線空間の位置及び大きさと、前記巻回態様受付手段が受け付けた巻回態様とに基づいて、コア断面に略平行な複数の素線断面を表現した素線形状モデルを生成する手段と、
生成された二次元の素線形状モデル、及びコア形状モデルに基づいて、コア形状及び素線形状を複数の多角形の組み合わせで表現した電磁部品の解析モデルを生成する手段と
を備えることを特徴とする解析モデル生成装置。
【請求項９】
前記素線の断面形状は丸線、角線及び撚線の断面形状の少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項８に記載の解析モデル生成装置。
【請求項１０】
前記巻回態様受付手段は、
並列結線される素線の数を受け付ける手段を備える
ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の解析モデル生成装置。
【請求項１１】
巻線空間受付手段は、
巻線軸方向及び／又は巻線軸に対して接離する方向に並置されるべき複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付ける手段と、
受け付けた複数の巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付ける手段と
を備えることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか一つに記載の解析モデル生成装置。
【請求項１２】
前記巻回態様受付手段が一の巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付けた場合、受け付けた変更の内容に応じて、他の巻線空間の位置及び大きさを変更する手段を備える
ことを特徴とする請求項１１に記載の解析モデル生成装置。
【請求項１３】
前記巻線空間受付手段は、
巻線空間が互いに離隔するように、複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付けるようにしてある
ことを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれか一つに記載の解析モデル生成装置。
【請求項１４】
前記電磁部品は変圧器であることを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載の解析モデル生成装置。
【請求項１５】
コンピュータに、コアに巻線を巻回してなる電磁部品の数値解析に用いる解析モデルを、三次元のコア形状を表現したコア形状モデルに基づいて生成させるコンピュータプログラムであって、
コンピュータに、三次元のコア形状モデルに基づいて、巻線軸に略平行なコア断面を表現した二次元のコア形状モデルを生成させる手順と、
コンピュータに、二次元のコア形状モデルが表現するコア断面に対して、巻線が配されるべき巻線空間の位置及び大きさと、巻線空間に配されるべき巻線を構成する素線の巻数、巻線軸に対して接離する方向に積層巻回される素線の層数、並びに該素線の断面形状及び寸法を含む巻回態様とに基づいて、コア断面に略平行な複数の素線断面を表現した素線形状モデルを生成させる手順と、
コンピュータに、生成された二次元の素線形状モデル、及びコア形状モデルに基づいて、コア形状及び素線形状を複数の多角形の組み合わせで表現した電磁部品の解析モデルを生成させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能に記録したことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアに巻線を巻回してなる電磁部品の数値解析に用いる解析モデルを、三次元のコア形状を表現したコア形状モデルに基づいて生成する解析モデル生成方法、解析モデル生成方法を実施する解析モデル生成装置、コンピュータを前記解析モデル生成装置として機能させるコンピュータプログラム、該コンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能に記録した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコン、ゲーム機等の電気機器に用いられる電源アダプタの小型化が要求されている。電源アダプタの大型化の主要因は変圧器にあり、変圧器の小型化が求められている。スイッチング電源用の変圧器は、スイッチング周波数を高周波化することで小型化可能であるが、スイッチング周波数が高くなる程、漏れ磁束、表皮効果、近接効果による渦電流損失が大きくなる。渦電流損失を抑え、且つ小型化が可能な変圧器を設計するためには、変圧器の動作を詳細に把握した上で、改良を繰り返す必要がある。
【０００３】
変圧器の設計は、例えばＣＡＤ（ Computer Aided Design）を用いて行われており、特に三次元ＣＡＤによれば、変圧器の組立手順、変圧器を構成するコア、巻線等の三次元形状、寸法、位置関係を含めた総合的な設計が可能である。設計された変圧器は、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、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。計算機を用いて変圧器の性能を数値解析するＣＡＥ（Computer Aided Engineering）は、変圧器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、変圧器の開発コストを低減させることができる。
【０００４】
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、ＣＡＤを用いて作成された変圧器の形状モデルを複数の多角形又は多面体の要素の組み合わせで表現したメッシュを生成することで、解析モデルを生成し、生成した解析モデルについて数値解析を行う手法である。
ただ、三次元のメッシュを生成し、数値解析を行う方法は、膨大な計算時間、例えば数時間から数日を要する上、解析モデルの生成にも時間を要するため、二次元で解析モデルを生成し、数値解析を行う手法も用いられている。例えば、変圧器を構成する三次元のコア形状を特定の切断面で切断して得られるコア断面を抽出し、コア断面を含む二次元平面上で巻線の仕様をモデル化し、数値解析を行う方法がある。
【特許文献１】特開２０００−２８６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、変圧器の動作、例えば巻線を構成する素線間の近接効果、素線の電流密度分布等を詳細に把握するためには、巻線の細部の仕様も反映させた詳細な解析モデルを生成する必要があるため、三次元の素線形状モデルはもちろん、二次元の素線形状モデルを用いる場合であっても、解析モデルの生成に手間を要し、変圧器を効率的に設計改良できないという問題があった。
【０００６】
例えば、二次元の素線形状モデルにおいては、素線の断面が周回毎に現れるため、素線の各断面の位置を一つ一つ指定することによって、巻線の仕様を二次元でモデル化することができるが、素線が１０本の導線を撚った撚線で構成され、該巻線巻線の巻数が数十回であるような場合、二次元平面上で素線の各断面の位置を１００箇所以上指定する必要があり、解析モデルの生成に手間を要していた。設計変更を行う場合も同様であり、素線の各断面の位置を指定し直す必要があり、手間を要する。
上述の問題は、変圧器の解析モデルを生成する場合のみならず、コアに巻線を巻回してなる電磁部品の解析モデルを生成する場合一般に生ずる。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、巻線が配されるべき巻線空間の位置及び大きさと、巻線空間における素線の巻回態様とを受け付け、受け付けた巻線空間及び巻回態様に基づいて、電磁部品の解析モデルを生成することにより、従来の解析モデル生成方法に比して、より少ない手順で巻線の仕様を受け付け、コア及び素線を含む電磁部品の詳細な解析モデル、特に素線の巻回態様を詳細に反映させた解析モデルを簡単に生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる解析モデル生成方法、解析モデル生成装置、コンピュータを該解析モデル生成装置として機能させるコンピュータプログラム及び該コンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能に記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は、巻線空間における素線の巻数、巻線軸に対して接離する方向に積層巻回される素線の層数、及び該素線の種類の少なくとも一つを受け付けるように構成することにより、従来の解析モデル生成方法に比して、巻線空間における素線の巻数、層数、素線の種類を反映させた電磁部品の詳細な解析モデルを簡単に生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる解析モデル生成方法及び解析モデル生成装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、素線の種類として丸線、角線及び撚線の少なくとも一つを受け付けることにより、従来の解析モデル生成方法に比して、巻線空間における素線の種類として丸線、角線及び撚線を反映させた電磁部品の詳細な解析モデルを簡単に生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる解析モデル生成方法及び解析モデル生成装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、並列結線される素線の数を受け付けることにより、巻線空間における並列結線の態様を反映させた電磁部品の詳細な解析モデルを生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる解析モデル生成方法及び解析モデル生成装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、巻線軸方向及び／又は巻線軸に対して接離する方向に並置されるべき複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付け、更に受け付けた各巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付けるように構成することにより、電磁部品の解析モデルにおいて前記方向に並置されるべき複数の巻線空間を簡単に指定することができ、かつ使用者に素線を意識させることなく該巻線空間の相対位置及び大きさを自由に変更することができる解析モデル生成方法及び解析モデル生成装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、一の巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付けた場合、受け付けた変更の内容に応じて、他の巻線空間の位置及び大きさを変更するように構成することにより、使用者に素線を意識させることなく電磁部品の解析モデルにおいて並置された一の巻線空間に連動させて他の巻線空間の位置及び大きさを自由に変更することができる解析モデル生成方法及び解析モデル生成装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、巻線空間が互いに離隔するように複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付けることにより、所定の法規又は規格等を使用者に意識させることなく、複数の巻線を有する電磁部品の詳細な解析モデルを生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる解析モデル生成方法及び解析モデル生成装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、従来の解析モデル生成方法に比して、コアに巻線を巻回してなる変圧器の詳細な解析モデルを簡単に生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる解析モデル生成方法及び解析モデル生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る解析モデル生成方法は、コアに巻線を巻回してなる電磁部品の数値解析に用いる解析モデルを、三次元のコア形状を表現したコア形状モデルに基づいて生成する解析モデル生成方法において、三次元のコア形状モデルに基づいて、巻線軸に略平行なコア断面を表現した二次元のコア形状モデルを生成する手順と、二次元のコア形状モデルが表現するコア断面に対して、巻線が配されるべき巻線空間の位置及び大きさと、巻線空間に配されるべき巻線を構成する素線の巻数、巻線軸に対して接離する方向に積層巻回される素線の層数、並びに該素線の断面形状及び寸法を含む巻回態様とを受け付ける手順と、受け付けた巻線空間の位置及び大きさと、巻回態様とに基づいて、コア断面に略平行な複数の素線断面を表現した素線形状モデルを生成する手順と、生成された二次元の素線形状モデル、及びコア形状モデルに基づいて、コア形状及び素線形状を複数の多角形の組み合わせで表現した電磁部品の解析モデルを生成する手順とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る解析モデル生成方法は、前記素線の断面形状は丸線、角線及び撚線の断面形状の少なくとも一つを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る解析モデル生成方法は、素線の巻回態様を受け付ける手順は、並列結線される素線の数を受け付ける手順を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る解析モデル生成方法は、巻線空間の位置及び大きさを受け付ける手順は、巻線軸方向及び／又は巻線軸に対して接離する方向に並置されるべき複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付ける手順と、受け付けた複数の巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付ける手順とを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る解析モデル生成方法は、一の巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付けた場合、受け付けた変更の内容に応じて、他の巻線空間の位置及び大きさを変更する手順を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る解析モデル生成方法は、巻線空間の位置及び大きさを受け付ける手順は、巻線空間が互いに離隔するように、複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付ける手順を含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る解析モデル生成方法は、前記電磁部品は変圧器であることを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る解析モデル生成装置は、コアに巻線を巻回してなる電磁部品の数値解析に用いる解析モデルを、三次元のコア形状を表現したコア形状モデルに基づいて生成する解析モデル生成装置において、三次元のコア形状モデルに基づいて、巻線軸に略平行なコア断面を表現した二次元のコア形状モデルを生成する手段と、二次元のコア形状モデルが表現するコア断面に対して、巻線が配されるべき巻線空間の位置及び大きさを受け付ける巻線空間受付手段と、巻線空間に配されるべき巻線を構成する素線の巻数、巻線軸に対して接離する方向に積層巻回される素線の層数、並びに該素線の断面形状及び寸法を含む巻回態様を受け付ける巻回態様受付手段と、前記巻線空間受付手段が受け付けた巻線空間の位置及び大きさと、前記巻回態様受付手段が受け付けた巻回態様とに基づいて、コア断面に略平行な複数の素線断面を表現した素線形状モデルを生成する手段と、生成された二次元の素線形状モデル、及びコア形状モデルに基づいて、コア形状及び素線形状を複数の多角形の組み合わせで表現した電磁部品の解析モデルを生成する手段とを備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る解析モデル生成装置は、前記素線の断面形状は丸線、角線及び撚線の断面形状の少なくとも一つを含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る解析モデル生成装置は、前記巻回態様受付手段は、並列結線される素線の数を受け付ける手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明に係る解析モデル生成装置は、巻線空間受付手段は、巻線軸方向及び／又は巻線軸に対して接離する方向に並置されるべき複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付ける手段と、受け付けた複数の巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付ける手段とを備えることを特徴とする。
【００２８】
本発明に係る解析モデル生成装置は、前記巻回態様受付手段が一の巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付けた場合、受け付けた変更の内容に応じて、他の巻線空間の位置及び大きさを変更する手段を備えることを特徴とする。
【００２９】
本発明に係る解析モデル生成装置は、前記巻線空間受付手段は、巻線空間が互いに離隔するように、複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付けるようにしてあることを特徴とする。
【００３０】
本発明に係る解析モデル生成装置は、前記電磁部品は変圧器であることを特徴とする。
【００３１】
本発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、コアに巻線を巻回してなる電磁部品の数値解析に用いる解析モデルを、三次元のコア形状を表現したコア形状モデルに基づいて生成させるコンピュータプログラムであって、コンピュータに、三次元のコア形状モデルに基づいて、巻線軸に略平行なコア断面を表現した二次元のコア形状モデルを生成させる手順と、コンピュータに、二次元のコア形状モデルが表現するコア断面に対して、巻線が配されるべき巻線空間の位置及び大きさと、巻線空間に配されるべき巻線を構成する素線の巻数、巻線軸に対して接離する方向に積層巻回される素線の層数、並びに該素線の断面形状及び寸法を含む巻回態様とに基づいて、コア断面に略平行な複数の素線断面を表現した素線形状モデルを生成させる手順と、コンピュータに、生成された二次元の素線形状モデル、及びコア形状モデルに基づいて、コア形状及び素線形状を複数の多角形の組み合わせで表現した電磁部品の解析モデルを生成させる手順とを含むことを特徴とする。
【００３２】
本発明に係る記録媒体は、前記コンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能に記録したことを特徴とする。
【００３３】
本発明にあっては、三次元のコア形状モデルに基づいて、巻線軸に略平行なコア断面を表現した二次元のコア形状モデルを生成する。そして、二次元のコア断面に対して、巻線が配されるべき巻線空間の位置及び大きさを受け付ける。また、巻線空間に配されるべき巻線を構成する素線の巻回態様を受け付ける。次いで、受け付けた巻線空間の位置及び大きさ、並びに巻回態様に基づいて、コア断面に略平行な複数の素線断面を表現した二次元の素線形状モデルを生成し、生成された二次元の素線形状モデル、及びコア形状モデルに基づいて、電磁部品の解析モデルを生成する。なお、解析モデルの生成に用いるコア形状モデルは、二次元又は三次元のいずれのコア形状モデルであっても良い。
従って、二次元のコア断面に対する複数の素線断面を一つ一つ受け付ける場合に比して、より少ない手順で巻線の仕様を受け付け、素線の巻回態様を詳細に反映させた電磁部品の解析モデルを生成することができる。
【００３４】
本発明にあっては、素線の巻数、巻線軸に対して接離する方向に積層巻回される素線の層数、及び該素線の種類の少なくとも一つに基づいて素線形状モデルを生成する。従って、複数の素線断面夫々の位置、断面形状等を一つ一つ受け付ける場合に比して、より少ない手順で特定の素線の巻数、層数、又は素線の種類で規定される巻線の仕様を受け付け、当該素線の巻回態様を詳細に反映させた電磁部品の解析モデルを生成することができる。
【００３５】
本発明にあっては、素線の種類として丸線、角線及び撚線の少なくとも一つを受け付けて、素線形状モデルを生成する。従って、複数の素線断面夫々の断面形状、寸法等を一つ一つ受け付ける場合に比して、より少ない手順で素線の断面形状が規定される巻線の仕様を受け付け、当該素線の巻回態様を詳細に反映させた電磁部品の解析モデルを生成することができる。
【００３６】
本発明にあっては、並列結線される巻線の数を受け付け、素線形状モデルを生成する。従って、巻線空間における素線の並列結線の態様を反映させた電磁部品の詳細な解析モデルを生成することができる。
【００３７】
本発明にあっては、巻線軸方向及び／又は巻線軸に対して接離する方向に並置されるべき複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付け、更に受け付けた巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付ける。従って、複数の巻線空間を簡単に指定することができ、かつ該巻線空間の相対位置及び大きさを自由に変更することができる。
なお、巻線軸方向及び／又は巻線軸に対して接離する方向は、巻線軸方向及び巻線軸に対して接離する方向、又は巻線軸方向若しくは巻線軸に対して接離する方向を意味する。
【００３８】
本発明にあっては、一の巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付けた場合、受け付けた変更内容に応じて、他の巻線空間の位置及び大きさも変更される。例えば、一の巻線空間を移動させた場合、他の巻線空間も連動して移動する。
【００３９】
本発明にあっては、巻線空間が互いに離隔するように、複数の巻線空間の位置及び大きさを受け付けるため、巻線空間同士が接触又は重複することは無い。従って、所定の法規又は規格等を使用者に意識させることなく、巻線の配置及び仕様に集中させて、電磁部品の解析モデルを生成することができ、設計変更を行うことができる。
なお、必ずしも全ての巻線空間が互いに離隔している必要は無く、少なくとも２つの巻線空間が離隔するように複数の巻線空間を受け付けるように構成すれば良い。
【００４０】
本発明にあっては、変圧器を構成する巻線の仕様を受け付け、素線の巻回態様を詳細に反映させた変圧器の解析モデルを生成する。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、従来の解析モデル生成方法に比して、より少ない手順で巻線の仕様を受け付け、コア及び素線を含む電磁部品の詳細な解析モデル、特に素線の巻回態様を詳細に反映させた解析モデルを簡単に生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる。
【００４２】
本発明によれば、従来の解析モデル生成方法に比して、巻線空間における素線の巻数、層数、素線の種類を反映させた電磁部品の詳細な解析モデルを簡単に生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる。
【００４３】
本発明によれば、従来の解析モデル生成方法に比して、巻線空間における素線の種類として丸線、角線及び撚線を反映させた電磁部品の詳細な解析モデルを簡単に生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる。
【００４４】
本発明によれば、巻線空間における並列結線の態様を反映させた電磁部品の詳細な解析モデルを生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる。
【００４５】
本発明によれば、使用者に素線を意識させることなく電磁部品の解析モデルにおいて巻線軸方向及び／又は巻線軸に対して接離する方向に並置されるべき複数の巻線空間を簡単に指定することができ、かつ該巻線空間の相対位置及び大きさを自由に変更することができる。
【００４６】
本発明によれば、使用者に素線を意識させることなく電磁部品の解析モデルにおいて並置された一の巻線空間に連動させて他の巻線空間の位置及び大きさを自由に変更することができる。
【００４７】
本発明によれば、所定の法規又は規格等を使用者に意識させることなく、複数の巻線を有する電磁部品の詳細な解析モデルを生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる。
【００４８】
本発明によれば、従来の解析モデル生成方法に比して、素線の巻回態様を詳細に反映させた変圧器の解析モデルを簡単に生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
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。
図１は、本発明の実施の形態に係る解析モデル生成装置の構成を示すブロック図である。図中１は、本発明の実施の形態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、変圧器を構成するコアの形状を表現した三次元のコア形状モデルを生成する三次元ＣＡＤ装置の機能と、有限要素法により変圧器の性能を数値解析する解析装置の機能とを兼ね備えており、コンピュータを用いて構成されている。解析モデル生成装置１は、演算を行うＣＰＵ１１と、演算に伴って発生する一時的な情報を記憶するＲＡＭ１２と、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の外部記憶装置１３と、ハードディスク等の内部記憶装置１４とを備えている。ＣＰＵ１１は、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体２から本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラム２０を外部記憶装置１３にて読み取り、読み取ったコンピュータプログラム２０を内部記憶装置１４に記憶させる。内部記憶装置１４は、コンピュータプログラム２０と共に、コアデータベース、ボビンデータベース、素線データベース、その他、変圧器の数値解析に必要な各種データを記憶している。コアデータベースは、三次元ＣＡＤで作成された三次元のコア形状モデル、所定の規格に準拠した三次元のコア形状モデル、コア形状毎に規定された巻線軸Ａ等を格納している。ボビンデータベースは、変圧器を構成するボビンの形状を表現した三次元のボビン形状モデルを格納している。素線データベースは、変圧器の巻線を構成する素線の形状に関する情報を格納している。ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２にコンピュータプログラム２０をロードし、ロードしたコンピュータプログラム２０に基づいて、本発明の実施の形態に係る解析モデル生成方法に係る処理を実施する。具体的には、ＣＰＵ１１は、変圧器の数値解析に用いる解析モデルの生成、解析モデルに基づく数値解析等の処理を実行する。
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１５と、液晶ディスプレイ又はＣＲＴディスプレイ等の出力装置１６とを備えており、データの入力を初めとする使用者からの操作を受け付ける構成となっている。
更に、解析モデル生成装置１は、通信インタフェース１７を備え、通信インタフェース１７に接続されている外部のサーバコンピュータ３から本発明に係るコンピュータプログラム２０をダウンロードし、ＣＰＵ１１にて処理を実行する形態であってもよい。
【００５０】
図２及び図３は、本発明に係る解析モデル生成方法を実施するＣＰＵ１１の処理手順を示すフローチャートである。解析モデル生成装置１のＣＰＵ１１は、解析モデルの生成及び数値解析の開始指示を入力装置１５にて受け付けた場合、内部記憶装置１４が記憶しているコンピュータプログラム２０をＲＡＭ１２へロードし、ロードしたコンピュータプログラム２０に従って、以下の処理を実行する。ＣＰＵ１１は、変圧器の仕様として、電源から変圧器に供給される電流又は電圧に係る電源情報を入力装置１５にて受け付け、ＲＡＭ１２に記憶させる（ステップＳ１１）。電源情報は、変圧器を構成する１次巻線へ供給される電流又は電圧の最大値、電流又は電圧の実効値、電流又は電圧が正弦波であるかパルス波であるかの波形情報、周波数等の情報を含んでいる。
【００５１】
次いで、ＣＰＵ１１は、変圧器を構成するコア形状の選択を受け付けるためのコア形状選択画面４を出力装置１６にて表示し、コア形状を入力装置１５にて受け付ける（ステップＳ１２）。
【００５２】
図４は、コア形状選択画面４の構成例を示す模式図である。コア形状選択画面４は、横方向に二分割された二つのフレーム、ＯＫボタン４４、キャンセルボタンを有し、一方のフレームには内部記憶装置１４が記憶しているコアデータベースのツリー構造を示すコアデータベース表示画面４１が配され、他方のフレームには仮選択されたコア形状に関する詳細情報を示すコア詳細情報表示画面４２が配されている。
コアデータベース表示画面４１に表示されるツリー構造は、例えば「ユーザ」フォルダ、「インポート」フォルダ、「テンプレート」フォルダ、「コア提供メーカ」フォルダ等を含む。「ユーザ」フォルダは、使用者が用意した三次元のコア形状モデルを格納しており、使用者は過去に作成したコア形状モデルを再利用することができる。「インポート」フォルダは、三次元ＣＡＤ装置にて作成され、インポートされた三次元のコア形状モデルを格納している。「コア提供メーカ」フォルダは、特定のコア提供メーカが取り扱うコアのコア形状モデルを格納している。「テンプレート」フォルダは、所定の規格に準拠して予め用意された三次元のコア形状モデルを格納している。例えば、ＥＥ、ＥＥＲ、ＰＱ、ＥＰＣ、ＥＩ、ＲＥ、ＵＵ、ＵＩ型のコア形状モデルが格納されている。使用者は「テンプレート」フォルダに格納されたコア形状モデルを用いて寸法調整を行い、直ちに変圧器の設計を開始することができる。
コア詳細情報表示画面４２は、例えばコア形状を三次元的に表した斜視図と、コア形状を二次元的に表した正面図、側面図等と、コア形状を規定する寸法を数値表記したコア寸法テーブル４３とを含む。
【００５３】
使用者は、入力装置１５を操作することによって、コアデータベースに格納された一のコア形状モデルを仮選択することができる。仮選択されたコア形状モデルのファイル名、例えば「ＥＥ４」は明暗が逆転して表示され、仮選択されたコア形状モデル、例えばＥＥ型のコア形状モデルの三次元形状、二次元形状、コア寸法テーブル４３が表示される。また、使用者はコア寸法テーブル４３に表示された数値を変更又は数値を入力することによって、コア形状の寸法を編集し、ＯＫボタン４４を選択することで、コア形状モデルを本選択することができる。
【００５４】
ステップＳ１２で三次元のコア形状が選択された場合、ＣＰＵ１１は、選択されたコア形状を表現するコア形状モデルを内部記憶装置１４からＲＡＭ１２に読み出す（ステップＳ１３）。
【００５５】
以下、コア形状の一例としてＥＥ型のコア形状が選択された場合を説明する。図５は、ＥＥ型のコアの斜視図である。ＥＥ型のコア５は断面Ｅ字状をなす２つのコア半体５１、５１からなり、各コア半体５１、５１が向かい合うように配されて変圧器のコア５を構成している。図中の破線で示した矢印は、図示しない巻線７が巻回されるべき巻線軸Ａを示している。
【００５６】
図６は、ＥＥ型のコア５を用いた変圧器の一例を示す模式図である。図６（ａ）は変圧器の模式的分解正面図、図６（ｂ）は変圧器の模式的正面図、図６（ｃ）は、図６（ｂ）のVI−VI線断面図である。変圧器は、コア５に巻線７を巻回して構成されている。より詳細には、コア５に挿嵌可能なボビン６に巻線７を構成する素線７ａを巻回し、素線７ａが巻回されたボビン６をコア５に挿嵌することで変圧器が構成されている。
【００５７】
ステップＳ１３の処理を終えた場合、ＣＰＵ１１は、巻線軸Ａを決定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１２で選択されたコア形状が規格に準拠するものである場合、ＣＰＵ１１は、予め内部記憶装置１４が記憶している巻線軸ＡをＲＡＭ１２に読み出すことで、巻線軸Ａを決定する。ステップＳ１２で選択されたコア形状が規格外である場合、ＣＰＵ１１は、巻線軸Ａの選択を受け付けるための巻線軸選択画面（不図示）を出力装置１６にて表示し、巻線軸Ａを入力装置１５にて受け付けることで、巻線軸Ａを決定する。通常、ＣＰＵ１１は、互いに直行する３本の巻線軸Ａ候補を出力装置１６にて提示し、入力装置１５にて巻線軸Ａを受け付ける。
【００５８】
次いで、ＣＰＵ１１は、ボビンの選択を受け付けるためのボビン選択画面８及びステップＳ１２で選択されたコアに挿嵌可能なボビンを出力装置１６にて提示し、使用者が所望するボビンを入力装置１５にて受け付ける（ステップＳ１５）。
【００５９】
図７は、ボビン選択画面８の構成例を示す模式図である。ボビン選択画面８は、ボビンの種類を受け付けるボビン受付部８１と、ボビンの寸法を受け付けるボビン寸法受付部８２と、ボビンの側断面を表示するボビン側断面表示画面８３と、ボビンの巻線軸Ａ断面を表示するボビン軸断面表示画面８４と、ＯＫボタン８５とを有する。
ボビン受付部８１は、例えばボビン選択画面８の上部に配され、複数のボビンの名称を表示して受け付けるプルダウンメニューを有している。プルダウンメニューには、ステップＳ１２で選択されたコア形状を有するコアに挿嵌可能な形状及び寸法を有するボビンが表示される。具体的には、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１３でＲＡＭ１２に読み出したコア形状モデルと、ステップＳ１４で受け付けた巻線軸Ａとに基づいて、巻線が巻回されるコアの断面寸法を算出し、内部記憶装置１４が記憶している複数のボビン夫々の内径寸法をＲＡＭ１２に読み出し、コアの断面寸法及びボビンの内径寸法を比較し、比較結果に基づいてコアに挿嵌可能なボビンを特定し、特定されたボビンの名称を出力装置１６にてメニュー表示する。
【００６０】
ボビン寸法受付部８２は、例えばボビン受付部８１の下方に配されたテキスト入力フィールドである。
【００６１】
使用者は、入力装置１５を操作することによって、ボビン受付部８１のプルダウンメニューから所望のボビンを選択することができ、ボビン寸法受付部８２のテキスト入力フィールドに数値を入力することによって、ボビンの寸法を編集することができる。また、選択されたボビンの形状を視覚的に確認することができる。ボビンの選択及び寸法調整を終えた場合、使用者はＯＫボタン８５を操作することで所望のボビンの種類及び寸法を確定することができる。
【００６２】
図８は、複数種類のボビンを巻線軸Ａ方向から見た模式図である。図８（ａ）は、短辺が湾曲した軸断面略長方形のトラック型ボビン、図８（ｂ）は、軸断面が円形の円筒型ボビン、図８（ｃ）は、軸断面略長方形の角型ボビン、図８（ｄ）は頂点にアールを有する軸断面略長方形のフィレット付角型ボビンを示している。
【００６３】
ステップＳ１５の処理を終え場合、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２が記憶している三次元のコア形状モデルに基づいて、二次元のコア形状モデルを生成するための切断面を決定し（ステップＳ１６）、決定した切断面と、ＲＡＭ１２が記憶しているコア形状モデルとに基づいて二次元のコア形状モデルを生成する（ステップＳ１７）。なお、生成された二次元のコア形状モデルは、ＲＡＭ１２又は内部記憶装置１４に格納される。
【００６４】
図９は、切断面の決定方法を概念的に説明するための説明図である。図９（ａ）は、変圧器を巻線軸Ａに略垂直な面で切断して得られる断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のIX−IX線断面図である。但し、作図の便宜上、巻線は図示していない。まず、ＣＰＵ１１は、図９（ａ）に示すように、ステップＳ１４で決定した巻線軸Ａに略平行であり、且つステップＳ１５で選択されたボビンの表面、即ち素線が巻回される面に略垂直な垂直面Ｂを選択し、ＲＡＭ１２に読み出した三次元のコア形状モデル及びボビンの形状に基づいて、コアウィンドウＷの面積を算出し、算出した面積を記憶する。コアウィンドウＷは、図９（ｂ）に示すように、ボビンが挿嵌されたコアを垂直面Ｂで切断して得られる二次元平面において、巻線を配することが可能な空間部分を意味する。コアウィンドウＷの面積は、例えば、巻線ボビンの巻線軸Ａ方向の距離と、巻線軸Ａから離隔する方向におけるボビン及びコア間の距離とを乗算して得られる。
次いで、ＣＰＵ１１は、ボビンの表面全周に亘って垂直面Ｂを選択し、コアウィンドウＷの面積を算出したか否かを判定する。否と判定した場合、ＣＰＵ１１は、垂直面Ｂを巻線の巻回方向へ移動させ、同様にコアウィンドウＷの面積を算出する処理を繰り返す。ボビンの表面全周に亘って垂直面Ｂの選択及びコアウィンドウＷの面積を算出したと判定した場合、ＣＰＵ１１は、コアウィンドウＷの面積が最小になる垂直面Ｂを特定し、特定した垂直面Ｂを切断面として決定する。
【００６５】
図１０は、二次元のコア形状モデルの一例を示す模式図である。三次元のコア形状モデルを切断面で切断して得られる断面形状は、巻線軸Ａに関して対称であるため、ＣＰＵ１１は、対称をなす一方の断面形状を二次元のコア形状モデルとして生成する。
【００６６】
ステップＳ１７の処理を終えた場合、ＣＰＵ１１は、二次元のコア形状モデルを表示して巻線の仕様を受け付けるための巻線仕様受付画面９を出力装置１６にて表示する（ステップＳ１８）。
【００６７】
図１１は、巻線仕様受付画面９の構成例を示す模式図である。巻線仕様受付画面９は、右上に配された巻線仕様表示画面９１と、左上に配された空間選択受付部９２と、下方に配されたテーブル表示画面９３と、巻線仕様を確定するためのＯＫボタン９４とを有している。
巻線仕様表示画面９１には、コア断面の一部がボビン空間と共に表示される。また、巻線仕様表示画面９１には、後述するように１次巻線が配されるべき１次巻線空間、２次巻線が配されるべき２次巻線空間、絶縁層が配されるべき絶縁空間が矩形枠画像で表示され、巻線仕様表示画面９１上で各空間の位置及び大きさを編集することができる。
【００６８】
空間選択受付部９２は、１次巻線が配されるべき１次巻線空間の位置及び大きさを受け付けるための１次巻線ボタン９２ａと、２次巻線が配されるべき２次巻線空間の位置及び大きさを受け付けるための２次巻線ボタン９２ｂと、絶縁バリア、絶縁テープ等が配されるべき絶縁空間の位置及び大きさを受け付けるための絶縁層ボタン９２ｃと、既に配置された各空間を選択し、各スペースの上下左右の順番を入れ替えるための選択ボタン９２ｄとを有している。
【００６９】
テーブル表示画面９３は、受け付けた１次巻線空間、２次巻線空間及び絶縁空間の大きさ、各１次巻線空間及び２次巻線空間に配されるべき巻線を構成する素線の巻回態様を示した巻線仕様テーブル９３ａを有する。巻線仕様テーブル９３ａは、空間毎に「名前」項目と、各空間が１次巻線空間、２次巻線空間及び絶縁空間のいずれであるかを示す「タイプ」項目と、各空間の図１１における横方向の幅、即ち巻線軸Ａ方向の長さを示す「高さ」項目と、各空間の図１１における縦方向の幅、即ち巻線軸Ａに対して接離する方向の長さを示す「幅」項目と、素線の種類を示す「ワイヤタイプ」項目と、巻線軸Ａに対して接離する方向に積層巻回される素線の層数を示す「層数」項目と、並列結線される素線の数を示す「並列数」、素線の巻回数を示す「巻数」項目とを有している。
【００７０】
ステップＳ１８の処理を終えた場合、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて１次巻線空間、２次巻線空間及び絶縁空間を受け付ける（ステップＳ１９）。
【００７１】
図１２は、ステップＳ１９のサブルーチンの手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて１又は複数の１次巻線空間の位置及び大きさ、又は既に配置された１次巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付ける（ステップＳ３１）。次いで、ＣＰＵ１１は、１次巻線空間の配置矛盾の有無を判断する（ステップＳ３２）。例えば、第１巻線空間が、他の２次巻線空間、絶縁空間又は巻線と重複しないか否かを判定する。配置矛盾が無いと判定した場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、１次巻線が他の２次巻線と所定距離以上離隔しているか否かを判定する（ステップＳ３３）。所定距離は、例えば法規によって定められる距離である。内部記憶装置１４は、１次巻線及び２次巻線夫々の電圧に応じた所定距離に関する情報を記憶しており、ＣＰＵ１１は、前記情報と、１次巻線及び２次巻線の電位差とに基づいて前記所定距離を特定する。所定距離未満であると判定した場合（ステップＳ３３：ＮＯ）、又は配置矛盾があると判定した場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、各空間の位置又は大きさを変更する（ステップＳ３４）。例えば、ＣＰＵ１１は、１次巻線の大きさを変更することで、配置矛盾を解消し、また他の２次巻線との距離が所定距離以上になるようにすることができる。また、他の２次巻線との距離が所定距離以上になるように、該２次巻線の位置又は大きさを変更するようにしても良い。更に、１次巻線空間の移動に連動するように２次巻線空間の位置を変更するようにしても良い。例えば、１次巻線空間の移動方向と同方向へ、同距離、２次コイル空間を移動させるようにする。更にまた、１次巻線空間が配置済みの他の２次巻線の方向へ移動し、所定面積以上重複した場合、１次巻線空間と２次巻線空間の位置を交換するように構成しても良い。なお、上述の１次巻線空間、２次巻線空間及び絶縁空間の位置及び大きさの変更方法は、一例であり、その他種々の変更方法を採用しても良い。
【００７２】
ステップＳ３４の処理を終えた場合、又は他の２次巻線と所定距離以上離隔していると判定した場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、１次巻線と同様、１又は複数の２次巻線の位置及び大きさ、又は既に配置された１次巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付ける（ステップＳ３５）。
【００７３】
次いで、ＣＰＵ１１は２次巻線空間の配置矛盾の有無を判断する（ステップＳ３６）。配置矛盾が無いと判定した場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、２次巻線が他の１次巻線と所定距離以上離隔しているか否かを判定する（ステップＳ３７）。所定距離未満であると判定した場合（ステップＳ３７：ＮＯ）、又は配置矛盾があると判定した場合（ステップＳ３６：ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、各空間の位置又は大きさを変更する（ステップＳ３８）。
【００７４】
ステップＳ３８の処理を終えた場合、又は他の１次巻線と所定距離以上離隔していると判定した場合（ステップＳ３７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、１又は複数の絶縁空間の位置及び大きさ、又は既に配置された１次巻線空間の位置及び大きさの変更を受け付ける（ステップＳ３９）。次いで、ＣＰＵ１１は、絶縁空間の配置矛盾の有無を判断する（ステップＳ４０）。配置矛盾があると判定した場合（ステップＳ４０：ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、各空間の位置又は大きさを変更する（ステップＳ４１）。配置矛盾が無いと判定した場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、又はステップＳ４１の処理を終えた場合、ＣＰＵ１１はサブルーチンの処理を終える。
【００７５】
図１３及び図１４は、１次巻線空間、２次巻線空間及び絶縁空間の受付手順を示した巻線仕様受付画面９の構成例を示す模式図である。使用者は入力装置１５、例えばマウスを操作して２次巻線ボタン９２ｂをクリックし、巻線仕様表示画面９１上にドラッグすることにより、２次巻線空間の作成を指示することができ、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて２次巻線の作成を受け付け、図１３に示すように、２次巻線空間を表す矩形枠画像を出力装置１６にて表示する。矩形枠画像の適宜箇所、例えば矩形枠画像の内部の略中央部には２次巻線が配される空間であることを示す「Ｓ１」の文字が表示される。そして、ＣＰＵ１１は、出力装置１６にて、巻線仕様テーブル９３ａにおける「ワイヤタイプ」項目の近傍に、素線の種類、寸法等の詳細を設定するための素線設定ボタン９３ｂを表示する。
また、使用者は、入力装置１５を操作して２次巻線空間の矩形枠画像の中央部分をクリックし、ドラッグすることにより２次巻線空間の移動方向及び移動量を指定することができ、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて２次巻線空間の移動方向及び移動量、即ち移動後の位置を受け付け、変更された位置に２次巻線空間を表す矩形枠画像を出力装置１６にて表示する。
更に、使用者は、入力装置１５を操作して２次巻線空間の矩形枠画像の縁部分をクリックし、ドラッグすることにより２次巻線空間の大きさを指定することができ、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて２次巻線の大きさ変更を受け付け、変更された大きさに応じた寸法を有する２次巻線空間の矩形枠画像を表示する。
更にまた、使用者は、入力装置１５を操作して巻線仕様テーブル９３ａの「高さ」項目、「幅」項目に、２次巻線空間の寸法を入力することによって、２次巻線空間の大きさを詳細に指定することができ、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて２次巻線の大きさを入力装置１５にて受け付け、受け付けた大きさに応じた寸法を有する２次巻線空間の矩形枠画像を表示する。例えば、図１３に示すように、ＣＰＵ１１は、２次巻線が配される空間として、高さが２０ｍｍ、幅１ｍｍの２次巻線空間を受け付ける。
【００７６】
ＣＰＵ１１は、同様に入力装置１５にて１次巻線空間又は絶縁空間の位置及び大きさを入力装置１５にて受け付け、図１４に示すように、１次巻線空間又は絶縁空間を表す矩形枠画像を出力装置１６にて表示する。なお、１次巻線空間、２次巻線空間及び絶縁空間を表す矩形枠画像は、互いに異なる色が付されており、使用者が各空間を視覚的に識別できるように構成されている。また、１次巻線空間を示す矩形枠画像の適宜箇所には、１次巻線であることを示す「Ｐ１」の文字が付されている。更に、図１４に示すように、複数の１次巻線空間、２次巻線空間を受け付ける場合、第２の１次巻線空間を示す矩形枠画像には「Ｐ２」の文字が、第２の２次巻線空間を示す矩形枠画像には「Ｓ２」の文字が付されている。
なお、上述の１次巻線空間の作成及び受け付け方法は一例であり、他の方法で１次巻線空間の位置及び大きさを受け付けても良い。
【００７７】
ステップＳ１９のサブルーチンの処理を終えた場合、ＣＰＵ１１は、素線の巻回態様を入力装置１５にて受け付ける（ステップＳ２０）。
【００７８】
図１５は、ステップＳ２０のサブルーチンの手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は、素線設定ボタン９３ｂの操作を入力装置１５にて受け付けた場合、素線設定画面１０を出力装置１６にて表示し、入力装置１５にて素線の種類及び素線の断面形状を受け付ける（ステップＳ５１）。次いで、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて素線の寸法を受け付け（ステップＳ５２）、更に素線の絶縁被膜厚を受け付ける（ステップＳ５３）。
【００７９】
図１６は、素線設定画面１０の構成例を示す模式図である。素線設定画面１０は、左側に配された登録素線一覧１０１と、右側の上方に配された素線名受付部１０２と、素線型受付部１０３と、素線寸法受付部１０４と、絶縁被膜厚受付部１０５と、素線軸断面表示画面１０６と、ＯＫボタン１０７を有している。
登録素線一覧１０１は、過去に使用して登録された素線の名称を表示する。使用者は、一覧表示された名称のいずれか一つを入力装置１５にて選択することで、過去に使用した素線を再利用することができる。素線名受付部１０２は、例えば特定の素線の名称が入力されるテキストフィールドである。素線型受付部１０３は、複数種類の素線、例えば丸線、角線、撚線の中から特定の素線を選択するためのプルダウンメニューである。なお、丸線は軸断面が円形の導線を有する素線、角線は軸断面が矩形の導線を有する素線、撚線は撚られた複数の導線を有する素線である。素線寸法受付部１０４及び絶縁被膜厚受付部１０５は例えばテキストフィールドである。
使用者は、素線型受付部１０３から所望の線種を選択することができ、素線寸法受付部１０４及び絶縁被膜厚受付部１０５に所望の寸法を入力することによって、素線及び絶縁被膜厚を編集することができる。素線が丸線又は撚線である場合、素線の直径を受け付ける。例えば、導線部分の直径０．９ｍｍ、絶縁被膜厚０．１ｍｍを受け付ける。素線が角線である場合、素線の２辺の寸法を受け付ける。なお、絶縁被膜厚を受け付ける際、絶縁被膜の数を受け付け、複数の絶縁被膜夫々の絶縁被膜厚を受け付けるように構成しても良い。そして、使用者は、ＯＫボタン１０７を選択することで、素線設定画面１０で選択されている素線を本選択することができる。
【００８０】
なお、使用者は、入力装置１５にて追加ボタンを操作することで、編集後の素線の登録を指示することができ、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて編集後の素線の登録を受け付けた場合、素線を規定する各種情報を内部記憶装置１４に記憶させることができる。そして、使用者は、入力装置１５にて登録素線一覧１０１から所望の素線を選択することができ、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて登録素線の選択を受け付けた場合、受け付けた素線を規定する情報を内部記憶装置１４から読み出し、登録済みの素線を規定する情報を出力装置１６にて表示する。
【００８１】
次いで、ＣＰＵ１１は、選択された素線が撚線であるか否かを判定する（ステップＳ５４）。撚線であると判定した場合（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて撚線のピッチを受け付け（ステップＳ５５）、素線の撚数を受け付ける（ステップＳ５６）。
【００８２】
ステップＳ５６の処理を終えた場合、又は撚線でないと判定した場合（ステップＳ５４：ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて素線の巻数を受け付ける（ステップＳ５７）。
なお、素線の巻数を受け付ける際、ＣＰＵ１１は素線の寸法と、素線が巻回される１次巻線空間又は２次巻線空間の寸法とに基づいて、１次巻線空間又は２次巻線空間と素線情報との間に矛盾が無いか否かを判定し、矛盾がある場合、出力装置１６にて警告を表示するように構成されている。また、巻回態様に応じて、当該素線が巻回される１次巻線空間又は２次巻線空間の寸法を変更するように構成しても良い。
次いで、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて巻線軸Ａに対して接離する方向に積層巻回される素線の層数を受け付ける（ステップＳ５８）。また、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて並列結線される素線の数を受け付け（ステップＳ５９）、処理を終える。
【００８３】
具体的には、使用者は、ステップＳ５７〜５９の処理で巻線仕様テーブル９３ａの「層数」項目、「並列数」項目及び「巻数」項目に数値入力して素線の層数、並列数及び巻数を指定することができ、ＣＰＵ１１は入力装置１５にて前記巻数、並列数及び巻数を受け付ける。
【００８４】
ステップＳ２０の処理を終えた場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１９で受け付けた１次巻線空間、２次巻線空間の位置及び大きさと、ステップＳ２０で受け付けた素線の巻回態様とに基づいて、二次元の素線形状モデルを生成する（ステップＳ２１）。素線形状モデルは、コア断面に略平行な複数の素線断面夫々の形状、位置、及び大きさを二次元的に表現したモデルである。
【００８５】
図１７は、素線形状モデルの画像を含む巻線仕様受付画面９の構成例を示す模式図である。１次巻線空間に配されるべき１次巻線を構成する素線の種類が丸線、層数が１、並列数が１、巻数が１０である場合、図１７に示すように巻線軸Ａ方向に１本の素線が同ピッチで１０回、層数１でボビンに巻回されたときに表れる素線断面がコア断面と共に表示される。つまり、円形の素線断面が横方向に１０個並んだ素線形状モデルが生成され、表示される。
図１７に示すように、ステップＳ２１で生成した二次元の素線形状モデルを表示することにより、使用者は素線の巻回態様を視覚的に確認することができる。
【００８６】
図１８は、他の巻回態様における素線形状モデルの一例を示す模式図である。図１８（ａ）の左図は、１次巻線空間における素線の種類が丸線、層数が２、並列数が１、巻数が１０の巻回態様を使用者が入力装置１５にて指定し、ＣＰＵ１１が該巻回態様を入力装置１５にて受け付けた場合に生成される素線形状モデルの一部を示す模式図、図１８（ａ）の右図は並列数が１の並列結線状態、つまり直列結線状態を示す概念的図である。
図１８（ｂ）の左図は、１次巻線空間における素線の種類が丸線、層数が１、並列数が２、巻数が１０の巻回態様を使用者が入力装置１５にて指定し、ＣＰＵ１１が該巻回態様を入力装置１５にて受け付けた場合に生成される素線形状モデルの一部を示す模式図、図１８（ｂ）の右図は並列結線状態を示す概念的図である。
【００８７】
図１９は、各空間の巻回態様が設定された巻線仕様受付画面９の構成例を示す模式図である。図１９に示す例では、第１の２次巻線空間にて素線が１０回巻回され、第１及び第２の１次巻線空間にて素線が夫々１０回巻回され、第２の２次巻線空間にて素線が５回巻回された素線形状モデルが表示されている。
【００８８】
次いで、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて巻線仕様の確定を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ２２）、巻線仕様の確定を受け付けていないと判定した場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、処理をステップＳ１８に戻す。巻線仕様が確定したと判定した場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、変圧器に接続される回路を表現した回路モデル、例えばフライバックコンバータ、プッシュプルコンバータ、フォーワードコンバータ等を入力装置１５にて受け付け（ステップＳ２３）、受け付けた回路モデルに１次巻線及び２次巻線を接続する（ステップＳ２４）。
使用者は、入力装置１５にて所望の回路モデルを指定するのみで、変圧器に前記回路モデルを接続してなる変圧器のモデルを簡単に生成することができる。
【００８９】
そして、ＣＰＵ１１は、二次元又は三次元のコア形状モデルと、二次元の素線形状モデルとに基づいて、変圧器の解析モデル、つまりコア形状及び素線形状を複数の多角形の組み合わせで表現したメッシュを生成する（ステップＳ２５）。
なお、メッシュの生成方法は周知慣用技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００９０】
次いで、ＣＰＵ１１は、生成された変圧器の解析モデルを用いて変圧器の性能を数値解析する（ステップＳ２６）。例えば、変圧器の電磁界解析を行い、コア及び素線周辺の磁場、素線を流れる電流密度等を算出する。数値解析の手法は特に限定されない。
【００９１】
そして、ＣＰＵ１１は、その計算の結果、例えば磁場分布、電流分布を示すコンター図、計算結果テーブル、グラフ等を出力装置１６にて表示し（ステップＳ２７）、処理を終える。なお、計算結果を表示する際、各素線間の電圧から、所定の法規制を満たすか否かを判定し、判定結果を出力装置１６にて出力するように構成しても良い。
【００９２】
このように構成された実施の形態に係る解析モデル生成方法、解析モデル生成装置１、コンピュータプログラム２０及び記録媒体２にあっては、従来の解析モデル生成方法に比して、より少ない手順で巻線の仕様を受け付け、素線の巻回態様を詳細に反映させた変圧器の解析モデルを簡単に生成することができ、解析モデルの設計変更も容易に行うことができる。
具体的には、巻線空間における素線の巻数、層数、素線の種類を反映させた変圧器の仕様をより少ない手順で受け付け、該変圧器の解析モデルを簡単に生成することができる。また、素線の種類として丸線、角線及び撚線を反映させた変圧器の解析モデルを簡単に生成することができる。
また、ステップＳ３１，３５，３９の処理により、巻線軸Ａ方向及び該巻線軸に対して接離する方向に並置されるべき複数の１次巻線空間、２次巻線空間及び絶縁空間の配置及び大きさを簡単に指定することができ、かつ使用者に素線を意識させることなく該１次巻線空間、２次巻線空間及び絶縁空間の相対位置及び大きさを自由に変更することができる。
更に、ステップＳ３４，３８，４１の処理により、使用者に素線を意識させることなく一の１次巻線空間、２次巻線空間又は絶縁空間に連動させて他の１次巻線空間、２次巻線空間又は絶縁空間の位置及び大きさを自由に変更することができる。
従って、使用者は、素線を意識することなく第１巻線空間、第２巻線空間及び絶縁空間の相対位置関係の設計変更、つまり各空間の相対位置、大きさ等に係る設計変更を短時間で繰り返すことができ、効率的に解析結果を設計作業にフィードバックすることができる。また、素線の巻回態様の設計変更も短時間で繰り返すことができ、効率的に解析結果を設計作業にフィードバックすることができる。複数の巻線の相対位置、素線の巻回態様を詳細に反映させた解析モデルを用いて電磁界解析することにより、例えばトランスを構成する素線内の電流分布の要因を特定し易くなり、小型且つ低損失のトランス設計を効果的に支援することができる。
【００９３】
また、並列結線された素線の数を簡単に指定することができ、変圧器の解析モデルを生成することができる。
【００９４】
更に、使用者は、所定の法規又は規格等を意識することなく、１次巻線空間、２次巻線空間、及び絶縁空間の相対位置関係に集中して、変圧器の解析モデルを生成、該解析モデルの設計変更を行うことができる。
【００９５】
なお、上述の実施の形態にあっては、素線の巻数、層数等を受け付けて、素線形状モデルを生成するように構成してあるが、素線の他の巻回方法を受け付けて、素線形状モデルを生成するように構成しても良い。例えば、出力装置１６にて巻線仕様受付画面９に、密巻きボタン、スペース巻きボタンを表示させ、ＣＰＵ１１は入力装置１５にて密巻き、スペース巻き等の巻回方法を受け付けるように構成しても良い。
【００９６】
図２０は、密巻き及びスペース巻きした場合の二次元の素線形状モデルを概念的に示す模式図である。図２０（ａ）は、密巻きされた二次元の素線形状モデルを示している。密巻きの場合、巻線軸Ａ方向において素線が密着するようにボビンに巻回されるため、１次巻線空間又は２次巻線空間の寸法、素線の寸法、及び絶縁被膜厚に基づいて、素線の巻数を定めることができる。例えば、１次巻線空間又は２次巻線空間の巻線軸Ａ方向の寸法が１０ｍｍ、丸型の素線の直径が０．９ｍｍ、絶縁被膜厚保が０．１ｍｍである場合、素線の巻数は１０となり、図２０（ａ）に示すような素線形状を特定することができる。
図２０（ｂ）は、スペース巻きされた二次元の素線形状モデルを示している。スペース巻きの場合、巻線軸Ａ方向において素線が等間隔に所定距離隔てて離隔するようにボビンに巻回される。また、二次元空間における素線間の距離を受け付けるように構成しても良い。制御部は、素線間の距離、１次巻線空間又は２次巻線空間の寸法、素線の寸法、及び絶縁被膜厚に基づいて、素線の巻数を定めることができる。例えば、１次巻線空間又は２次巻線空間の巻線軸Ａ方向の寸法が９ｍｍ、丸型の素線の直径が０．９ｍｍ、絶縁被膜厚保が０．１ｍｍ、素線間の距離が１ｍｍである場合、素線の巻数は５となり、図２０（ｂ）に示すような素線形状を特定することができる。
【００９７】
また、上述の実施の形態にあっては、素線の層数が複数である場合において各層の素線同士の位置関係を受け付けない構成であるが、各層の素線同士の位置関係を受け付けるように構成しても良い。例えば、出力装置１６にて巻線仕様受付画面９に、対向配置ボタン、ずらし配置ボタン等を表示させ、ＣＰＵ１１は入力装置１５にて各層の素線同士の位置関係を受け付けるように構成しても良い。
【００９８】
図２１は、素線を対向配置及びずらし配置した場合の二次元の素線形状モデルを概念的に示す模式図である。図２１（ａ）は、各層の素線同士が巻線軸Ａに対して略垂直な方向において対向配置した場合の二次元の素線形状モデルを示している。図２１（ｂ）は、各層の素線同士が巻線軸Ａに対して略垂直な方向に位置しないようにずらし配置した場合の二次元の素線形状モデルを示している。なお、各層の素線をずらす距離は、特に限定されない。また、素線のずれ量を受け付けるように構成しても良い。
使用者は、入力装置１５にて対向配置ボタン又はずらし配置ボタンを操作することにより、図２１（ａ），（ｂ）に示すような素線形状モデルの作成を指示することができ、ＣＰＵ１１は、入力装置１５にて前記指示を受け付け、図２１に示すような二次元の素線形状モデルを生成する。従って、解析モデル生成装置１は、より少ない手順で図２１に示すような巻線仕様を受け付けて二次元の素線形状モデルを生成し、変圧器の数値解析を実行することができる。
【００９９】
なお、上述の実施の形態及び変形例にあっては、１次巻線空間、２次巻線空間及び絶縁層の各空間の位置及び大きさを個別に受け付けるように構成してあるが、一の空間を移動させた場合、他の空間も連動するように各空間の相対位置を拘束しながら、各空間の位置及び大きさを受け付けるように構成しても良い。
【０１００】
また、１次巻線空間又は２次巻線空間を設定した後に、素線の巻回態様を受け付けるように構成されているが、先に素線の巻回態様を受け付け、該巻回態様に応じた寸法を有する１次巻線空間又は２次巻線空間を提示し、次いで１次巻線空間又は２次巻線空間の位置及び大きさを受け付け、素線形状モデルを生成するように構成しても良い。
【０１０１】
更に、実施の形態にあっては、一例として変圧器の解析モデルを生成する場合を説明したが、コアに巻線を巻回してなる電磁部品、例えばリアクトル、誘導機、各種モータ、電磁リレー等の解析モデルの生成に本発明を適用しても良い。
【０１０２】
なお、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。本発明の範囲は、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。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の実施の形態に係る解析モデル生成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る解析モデル生成方法を実施するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る解析モデル生成方法を実施するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】コア形状選択画面の構成例を示す模式図である。
【図５】ＥＥ型のコアの斜視図である。
【図６】ＥＥ型のコアを用いた変圧器の一例を示す模式図である。
【図７】ボビン選択画面の構成例を示す模式図である。
【図８】複数種類のボビンを巻線軸方向から見た模式図である。
【図９】切断面の決定方法を概念的に説明するための説明図である。
【図１０】二次元のコア形状モデルの一例を示す模式図である。
【図１１】巻線仕様受付画面の構成例を示す模式図である。
【図１２】ステップＳ１９のサブルーチンの手順を示すフローチャートである。
【図１３】１次巻線空間、２次巻線空間及び絶縁空間の受付手順を示した巻線仕様受付画面の構成例を示す模式図である。
【図１４】１次巻線空間、２次巻線空間及び絶縁空間の受付手順を示した巻線仕様受付画面の構成例を示す模式図である。
【図１５】ステップＳ２０のサブルーチンの手順を示すフローチャートである。
【図１６】素線設定画面の構成例を示す模式図である。
【図１７】素線形状モデルの画像を含む巻線仕様受付画面の構成例を示す模式図である。
【図１８】他の巻回態様における素線形状モデルの一例を示す模式図である。
【図１９】各空間の巻回態様が設定された巻線仕様受付画面の構成例を示す模式図である。
【図２０】密巻き及びスペース巻きした場合の二次元の素線形状モデルを概念的に示す模式図である。
【図２１】素線を対向配置及びずらし配置した場合の二次元の素線形状モデルを概念的に示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  解析モデル生成装置
２  記録媒体
３  サーバコンピュータ
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＡＭ
１３  外部記憶装置
１４  内部記憶装置
１５  入力装置
１６  出力装置
１７  通信インタフェース
２０  コンピュータプログラム
【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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【図２１】
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