1WebLibrarySystem

WebLibrarySystem でのデバイス形状の設定から回路シミュレーションまでの流れを図 1 に示す。
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Figure 1: WebLibrarySystem 操作概要

1. デバイス構造の設定を行う
デバイス構造設定には 2 つの方法がある。
(a) 3D CAD を用いる方法
3D CAD で構造を決定後、デバイスをコンポーネントに分割する。コンポーネントの特徴的形状パラメータとコンポーネント間の接続関係が1

記述されたファイルが作成される。このファイルを WebLibrarySystemにアップロードする。

(b) Web 画面で設定を行う方法
デバイスを構成するコンポーネントのタイプを選択し、形状を指定する。コンポーネント間の接続関係を設定する。
2. デバイス構造の確認・編集を行うデバイスの構造の設定が 3D CAD を用いた場合もアップロードしたファイルの内容が Web の画面に表示される。形状パラメータの変更や接続関係の変更が可能である。
3. 電気・機械パラメータ抽出を行う等価回路で表したときの回路素子のパラメータを計算するのに必要な電気・機械パラメータの抽出を行う。
4. 電気・機械パラメータ抽出結果の確認・編集を行う
電気・機械パラメータの抽出結果は Web 画面に表示される。抽出された値の変更が可能である。また、回路素子のパラメータを計算するのに必要であるが電気・機械パラメータ抽出では計算されずに、ユーザが入力すべき値も存在するので、それらの値を設定する。
5. 周辺回路の設定を行う
駆動電源や周辺回路素子の設定を行う。
6. 出力、解析条件の設定を行う
回路シミュレーションに関して以下の設定を行う。
(a) 解析条件設定
交流解析か過渡解析かの選択
交流解析であれば解析周波数区間、過渡解析であれば解析時間の設定(b) 出力設定
コンポーネントごとに出力したい物理量を選択
7. ネットリストのダウンロードまたは回路シミュレーション実行の指示を行う(a) ネットリストのダウンロード
ネットリストのダウンロードを行う。ネットリストは SPICE3 に準拠した形式である。必要に応じてネットリストを編集し、ユーザの環境での回路シミュレーションが可能である。
(b) 回路シミュレーションの実行
Web 機能から回路シミュレーションを実行する。
8. 回路シミュレーション結果の表示を行う
Web 機能から回路シミュレーションを実行した場合、実行が正常に終了す
ると出力指定された物理量の中からグラフ表示するものを選択し、グラフ描画が可能である。
図 2 のような静電型櫛歯アクチュエータを例に利用方法を示す。
等価回路ジェネレータの起動画面を図 3 に示す。

2

Figure 2: 静電型櫛歯アクチュエータデバイス構造

Figure 3: 起動画面

1.1

デバイス構造の設定を行う

まず、解析するデバイス可動部の運動方向を設定する。図 4 の「運動方向の設定」で考慮する運動方向にチェックを入れる。

1. 3D CAD を用いる方法起動画面で「読込」ボタンを押すと図 6 に示す画面が表示される。
「参照...」ボタンを押すとファイル選択画面が起動するので、作成した .ecp ファイルを選択する。
読み込みを行うと、使用されるコンポーネントが「コンポーネント設定」部分へ、コンポーネント間の接続関係が「幾何接続設定」部分へ追加表示される (図 7)。
2. Web 画面で設定を行う方法(a) まず、デバイスを表す「モデル名」を入力する (図 8)。
(b) 次に、デバイスを構成するコンポーネントの登録を図 9 に示す「コンポーネント設定」部分で行う。
「タイプ」でコンポーネントタイプを選3

Figure 4: 運動方向

Figure 5: 読み込みボタン

択し、そのコンポーネントを識別する ID を「ID」に入力する。
「設定」
ボタンを押すと設定したコンポーネントが画面に追加表示される (図10) 選択できるコンポーネントタイプは、• 2 端子櫛歯• 静電型並行平板

4

Figure 6: 「パラメータファイルの読込」画面

Figure 7: 「パラメータファイルの読込」画面• ユニモルフ圧電駆動梁• 磁気駆動梁• 音響平行平板アクチュエータ• 穴あき管路
• 空洞5

• 細管
• 梁バネ
• O 型バネ• ダブルフォールデットバネ 1• ダブルフォールデットバネ 2• 剛体平板
• 剛体フレーム• アンカーである。この例では、1 つの 2 端子櫛歯、4 つの梁バネ、3 つのアンカーで構成される。

Figure 8: モデル名設定(c) 次に、コンポーネントの形状を設定する。図 11 に示すように設定したコンポーネントそれぞれに「編集」ボタンがある。このボタンを押下すると図 12 のような「パラメータ編集」画面が表示される。この画面で形状パラメータを入力する。形状パラメータの定義は、同じ画面のコンポーネント種類のリンクをクリックすると表示される。値の入力が終了したら「保存終了」ボタンを押す。
必要な電気機械特性パラメータがすでにあり、形状の検討を行う必要がない場合には、設定しなくてもよい。その場合には、1.3 は行わない。
(d) 次に、コンポーネント間の接続関係を設定する。コンポーネントごとに幾何節点が定義されており、この幾何節点で他のコンポーネントとの接続を行う。定義は、「コンポーネント一覧」部の「種類」列に表示されるリンク (図 13) をクリックすると確認することができる (図 14)。
図 15 に示す「幾何接続設定」部で登録されたコンポーネントがリストに表示されるので、接続するコンポーネントを選択する。コンポーネ
6

Figure 9: 「パラメータファイルの読込」画面

Figure 10: 「パラメータファイルの読込」画面

ントを選択すると、そのコンポーネントが持つ幾何節点がリストに表示されるので選択する。
「設定」ボタンを押すと、設定された内容は図16 のように「コンポーネントの接続情報」部に表示される。

7

Figure 11: コンポーネント形状編集

Figure 12: 「パラメータ編集」画面

1.2

デバイス構造の確認・編集を行う

デバイスの構造の設定が 3D CAD を用いた場合にもアップロードしたファイルの内容が Web の画面に表示される。形状パラメータの変更や接続関係の変更が可能である。

• コンポーネントの形状確認・編集
図 11 に示すように設定したコンポーネントそれぞれに「編集」ボタンがあ8

Figure 13: 幾何節点表示

Figure 14: 幾何節点定義る。このボタンを押下すると図 12 のような「パラメータ編集」画面が表示される。この画面で形状パラメータを確認、編集する。編集が終了したら「保存終了」ボタンを押す。

• 接続関係の確認・編集
コンポーネント間の接続関係は、図 17 に示す「図の表示」で接続関係をネッ
9Figure 15: 幾何接続設定

Figure 16: コンポーネントの接続情報

トワーク図として参照することができる (図 18)。また、図 16 の「コンポーネントの接続情報」部でも確認することができる。左側のテーブルはコンポーネント同士の接続点にどのコンポーネントが接続しているかを表したものである。右側のテーブルは、あるコンポーネントにどのコンポーネントが接続しているかを表したものである。接続関係の変更を行うには、図15 の幾何接続設定で新たな接続を設定したり、図 16 の「コンポーネントの10接続情報」部すでに設定した接続の削除を行う。

Figure 17: 図の表示

Figure 18: 図の表示

11

1.3

電気・機械パラメータ抽出を行う「コンポーネント一覧」と「コンポーネントの接続情報」が完成した後、等価回路で表したときの回路素子のパラメータを計算するのに必要な電気・機械パラメータの抽出を行う。図 18 に示す「コンポーネント一覧」下部の「パラメータ抽出」
ボタンを押すと抽出が実行される。
必要な電気機械特性パラメータがすでにあり、形状の検討を行う必要がない場合には、実行しない。

Figure 19: パラメータ抽出

1.4

電気・機械パラメータ抽出結果の確認・編集を行う

電気・機械パラメータの抽出結果の確認は、図 11 に示す「編集」ボタンで可能である。図 20 に 2 端子櫛歯の抽出結果例を示す。形状パラメータ、抽出された値の変更が可能である。パラメータ抽出後に形状パラメータを変更した場合には、再度パラメータ抽出を行う必要がある。
パラメータ抽出結果には、回路素子のパラメータを計算するのに必要であるが電気・機械パラメータ抽出では計算されずに、ユーザが入力すべき値も存在する。
この例では浮遊容量である。この値を設定し、「保存終了」ボタンを押してこの画面を終了する。

1.5

周辺回路の設定を行う

図 21 の「周辺回路設定」部で駆動電源や周辺回路素子の設定を行う。設定できる素子タイプは以下の通りである。

• 電圧源

12

Figure 20: パラメータ抽出結果表示

• 電流源
• 外力
• 音源
• 音響平行平板アクチュエータ電圧源• 圧電ユニモルフ電圧源• 磁気カンチレバー電流源• インダクタ• キャパシタ• 抵抗「接続情報」では、素子が接続する節点を指定する。外力の場合は、接続する節点はひとつのみであり、その節点に対して極性を設定する。音響平行平板アクチュ
エータ電圧源、圧電ユニモルフ電圧源、磁気カンチレバー電流源は、特別に用意した電源である。接続する節点を指定せずに、利用可能で、自動が該当するコンポーネントを検索し、そのコンポーネントに電源を接続する。
「設定」ボタンを押すと、「周辺回路の接続情報」部に設定内容が表示される (図22)。登録した回路素子パラメータを設定するには、該当素子の「編集」ボタンを押すと設定画面が表示される。電源の場合の設定画面を図 23 に示す。交流振幅と交流位相を設定する。外力の場合は、振幅、位相に加えて外力の作用方向を指定する。インダクタ、キャパシタ、抵抗の場合はインダクタンス、キャパシタンス、抵抗値をそれぞれ設定する。
登録した回路素子を削除する場合には、該当素子の「削除」ボタンを押す。

13

Figure 21: 周辺回路設定

Figure 22: 周辺回路設定

1.6出力、解析条件の設定を行う

回路シミュレーションに関して解析条件と出力の設定を図 24 で行う。

1. 解析条件設定
まず、交流解析か過渡解析かの選択をリストからおこなう。選択の後、「制御パラメータ」の「編集」ボタンを押下すると、解析方法に応じた設定画面
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Figure 23: 周辺回路設定が表示される。この例では、交流解析を選択する。交流解析の制御パラメー
タ編集画面を図 25 はに示す。交流解析であれば、周波数のスイープ方法、解析周波数区間における解析点数、開始周波数、最終周波数の設定を行う。
過渡解析であれば時間増分、最終時刻の設定を行う。

2. 出力設定
出力の設定がないと、Web 上での回路シミュレーション実行はエラーとなる。ネットリストをダウンロードして手持ちの回路シミュレータで実行する場合には、必要に応じて設定する。
「出力設定」の「編集」ボタンを押すと「出力制御設定」画面が表示される。コンポーネントごとに出力可能な物理量が決まっているので、まず、リストからコンポーネントを選択する。そのコンポーネントに関して出力可能な物理量がリストに表示されるので、出力したい物理量を選択する。
「設定」ボタンを押すと設定内容が画面に追加される。
コンポーネントごとの出力可能な物理量を以下に示す。
• 2 端子櫛歯櫛歯間の相対速度• 静電平行平板
平板間の相対速度• ユニモルフ圧電駆動梁
自由端の速度• 音響平行平板振動板の速度• 磁気駆動梁
自由端の速度15• 電流源
2 端子間の電位差• 電圧源
電圧源を流れる電流• 外力
作用点に生じる速度
設定を取り消す場合には、「削除」ボタンを押す。
この例では、2 端子櫛歯コンポーネントに対し「櫛歯間の相対速度」と電圧源に対し「電圧源を流れる電流」を設定する。

Figure 24: 出力、解析条件設定

1.7

ネットリストのダウンロードまたは回路シミュレーション実行の指示を行う

図 26 に示すボタンでネットリストのダウンロードまたは回路シミュレーション実行を行う。

1. ネットリストのダウンロード「ネットリストのダウンロード」のボタンを押すと、ダウンロード画面が表示される。開くか保存が可能である。画面の指示に従いファイルの保存を行う。
2. 回路シミュレーションの実行「計算実行」ボタンで Web 機能から回路シミュレーションを実行する。

16

Figure 25: 交流解析制御パラメータ編集画面

Figure 26: ダウンロードまたは回路シミュレーション実行

1.8

回路シミュレーション結果の表示を行う

Web 機能から回路シミュレーションを実行し、正常に終了すると実行結果画面が表示される。図 27 にこの例の結果画面を示す。選択した物理量に対し、
• 絶対値

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• 実部
• 虚部
• 位相が得られる。画面上でのグラフ表示と数値データのダウンロードが可能である。
数値データはカンマ区切り形式 (csv) で出力する。

Figure 27: 実行結果画面

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