JP2005251117A - Simulation method, design support apparatus, computer program and recording medium - Google Patents

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JP2005251117A JP2004064488A JP2004064488A JP2005251117A JP 2005251117 A JP2005251117 A JP 2005251117A JP 2004064488 A JP2004064488 A JP 2004064488A JP 2004064488 A JP2004064488 A JP 2004064488A JP 2005251117 A JP2005251117 A JP 2005251117A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To run a simulation for the characteristic of a design object, in consideration of fluctuation of size or characteristic possessed by the design object or the component member of the design object, or manufacturing fluctuation or the like in the manufacturing process of the design object. <P>SOLUTION: The design object is approximated by a model having one or more parameters, a design value related to the design of the design object and a plurality of different values different from the design value are set, respectively for the one or more parameters, the design value and the plurality of different values are allocated to a plurality of levels, on the basis of an orthogonal table related to an experimental design, a plurality of characteristic values are calculated, an approximation expression related to the characteristic values of the model is derived from the plurality of calculated characteristic values, and on the basis of values of variables related to fluctuation from the design value that occurs in the manufacturing process, the characteristic values of the model are calculated by using the approximation expression. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、設計対象物の特性値、例えば永久磁石モータのコギングトルクを解析モデルを用いて算出するシミュレーション方法、設計支援装置、前記特性値をコンピュータに算出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が記録されている記録媒体に関し、特に、設計値のばらつきが解析モデルの特性に与える影響を考慮して特性値を算出するシミュレーション方法、設計支援装置、コンピュータプログラム、及び記録媒体に関する。   The present invention relates to a simulation method for calculating a characteristic value of a design object, for example, a cogging torque of a permanent magnet motor, using an analysis model, a design support apparatus, a computer program for causing a computer to calculate the characteristic value, and the computer program In particular, the present invention relates to a simulation method, a design support apparatus, a computer program, and a recording medium that calculate a characteristic value in consideration of the influence of variations in design values on characteristics of an analysis model.

従来、設計対象物の製造において、設計対象物の特性値を、複数のパラメータを有する解析モデルで近似し、算出するシミュレーション方法が利用されている。例えば、永久磁石モータのコギングトルクを極小化すべく、永久磁石モータのコギングトルクを有限要素法(FEM)を用いてシミュレーションする方法が利用されている(特許文献1、特許文献2)。コギングトルクとは、永久磁石モータの磁石が生成する磁場ポテンシャルが、回転軸周りに対して変化するために生じるトルクむらであり、高精度の等速回転、低震動、低騒音を妨げる原因となる。シミュレーション方法を用いた場合、実際に設計対象物を製造することなく、設計対象物の特性を推定することができ、最適な形状、寸法、材質を特定することができる。   Conventionally, in the manufacture of a design object, a simulation method for approximating and calculating a characteristic value of the design object with an analysis model having a plurality of parameters is used. For example, in order to minimize the cogging torque of the permanent magnet motor, a method of simulating the cogging torque of the permanent magnet motor using a finite element method (FEM) is used (Patent Document 1, Patent Document 2). Cogging torque is uneven torque that occurs because the magnetic field potential generated by the magnet of a permanent magnet motor changes with respect to the rotation axis, and causes high-precision constant speed rotation, low vibration, and low noise. . When the simulation method is used, the characteristics of the design object can be estimated without actually manufacturing the design object, and the optimum shape, size, and material can be specified.

ところが、シミュレーション方法により特定した最適なパラメータ値に基づいて実際に設計対象物を製造した場合であっても、設計対象物によっては、所望する特性が得られないことが多々あった。つまり、実際に製造される際の、設計対象物、あるいは該設計対象物の構成部材が有する寸法若しくは特性のばらつき、又は設計対象物の製造工程における製造ばらつきが、設計対象物の特性に大きな影響を及ぼし、所望する特性値を有する設計対象物が得られないという問題があった。   However, even when the design object is actually manufactured based on the optimum parameter value specified by the simulation method, the desired characteristics are often not obtained depending on the design object. In other words, variations in the dimensions or characteristics of the design object or the constituent members of the design object during actual manufacture, or manufacturing variations in the manufacturing process of the design object greatly affect the characteristics of the design object. There is a problem that a design object having a desired characteristic value cannot be obtained.

例えば、永久磁石モータのコギングトルクが10mN・m以下となるようにシミュレーションし、設計した場合であっても、実際に製造される永久磁石モータのコギングトルクの値が100mN・mを超えるような特性のばらつきが生じることがあった。   For example, even if the simulation is performed so that the cogging torque of the permanent magnet motor is 10 mN · m or less, the cogging torque value of the actually manufactured permanent magnet motor exceeds 100 mN · m. Variations sometimes occurred.

この問題を受け、製造工程における設計値からのばらつきを考慮して設計対象物の特性値を算出するシミュレーション方法が提案されている(特許文献3)。特許文献3に係るシミュレーション方法は、実験計画法により複数の水準、例えば3水準を設定し、3水準の直交表L9 に設計値と、設計値からのばらつきに係る変動値、例えば公差を割り当て、直交表L9 に基づいて、解析モデルの特性を算出する方法である。該方法によれば、設計値が変動した場合における設計対象物の特性を推定することが可能となる。
特開2003−141183号公報 特開平8−101261号公報 特開2002−99579号公報
In response to this problem, a simulation method has been proposed in which the characteristic value of a design object is calculated in consideration of variations from the design value in the manufacturing process (Patent Document 3). The simulation method according to Patent Document 3 sets a plurality of levels, for example, three levels by an experimental design method, and assigns design values and variation values, for example, tolerances, related to variations from the design values to the three-level orthogonal table L 9. based on the orthogonal table L 9, a method of calculating the characteristics of the analytical model. According to this method, it is possible to estimate the characteristics of the design object when the design value fluctuates.
JP 2003-141183 A JP-A-8-101261 JP 2002-99579 A

ところが、特許文献3に係る方法において所望する特性を得るためには、変動値を繰り返し変更し、再度、特性値を有限要素法等によって解析する必要があるため、シミュレーションに多大な時間を要するという問題があった。   However, in order to obtain the desired characteristics in the method according to Patent Document 3, it is necessary to repeatedly change the fluctuation value and analyze the characteristic value again by the finite element method or the like. There was a problem.

また、各パラメータ値の変動が、設計対象物の特性に与える影響を比較考量せず、闇雲に有限要素法による解析を繰り返すため、極めて非効率的であるという問題があった。   In addition, there is a problem that it is extremely inefficient because the analysis by the finite element method is repeated in the dark clouds without comparing the influence of the variation of each parameter value on the characteristics of the design object.

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、モデルの特性値に係る近似式を導出し、該近似式を用いて、設計対象物、あるいは該設計対象物の構成部材が有する寸法若しくは特性のばらつき、又は該設計対象物の製造工程における製造ばらつきを考慮に入れた設計対象物の特性値を算出することにより、製造工程において設計値からのばらつきが生じた場合であっても、所望する特性を設計対象物が確保するような設計値及び公差を特定することが可能となるシミュレーション方法、設計支援装置、前記算出をコンピュータに行わ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が記録された記録媒体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and derives an approximate expression related to a characteristic value of a model, and uses the approximate expression to determine the dimensions of a design object or a component of the design object. Alternatively, even if variations from the design value occur in the manufacturing process by calculating the characteristic value of the design object taking into account the variation in characteristics or the manufacturing variation in the manufacturing process of the design object, A simulation method, a design support apparatus, a computer program for causing a computer to perform the calculation, and a record in which the computer program is recorded, which can specify design values and tolerances that allow a design object to secure desired characteristics The purpose is to provide a medium.

また、実験計画法に係る直交表に基づいて近似式を導出することにより、近似式で算出する特性値の統計的誤差を小さくすることが可能となるシミュレーション方法、設計支援装置、前記算出をコンピュータに行わ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が記録されている記録媒体を提供することを他の目的とする。   In addition, by deriving an approximate expression based on the orthogonal table related to the design of experiment, a simulation method, a design support apparatus, and a computer that perform the calculation can reduce the statistical error of the characteristic value calculated by the approximate expression. It is another object of the present invention to provide a computer program to be executed and a recording medium in which the computer program is recorded.

更に、算出する特性値が所望する特性範囲内に収まるまで繰り返し特性値を算出することにより、所望する特性を有する設計対象物の設計値及び変動値を特定することが可能となるシミュレーション方法、設計支援装置、前記特定をコンピュータに行わ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が記録されている記録媒体を提供することを他の目的とする。   Furthermore, by repeatedly calculating the characteristic value until the calculated characteristic value falls within the desired characteristic range, it is possible to specify a design value and a variation value of the design object having the desired characteristic. It is another object of the present invention to provide a support device, a computer program for causing a computer to perform the identification, and a recording medium on which the computer program is recorded.

更にまた、所望する特性を得るために変動値を変更する場合、各パラメータが設計対象物の特性に与える影響を考慮することにより、設計対象物が所望する特性を有するような設計値及び変動値を効率的に特定することが可能となるシミュレーション方法、設計支援装置、前記特定をコンピュータに行わ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が記録されている記録媒体を提供することを他の目的とする。   Furthermore, when changing the variation value in order to obtain a desired characteristic, the design value and the variation value such that the design object has the desired characteristic by considering the influence of each parameter on the characteristic of the design object. It is another object of the present invention to provide a simulation method, a design support apparatus, a computer program for causing a computer to perform the specification, and a recording medium on which the computer program is recorded.

更にまた、シミュレーションする設計対象物を永久磁石モータとすることにより、製造工程における設計値からのばらつきを考慮して永久磁石モータの特性を算出することが可能となるシミュレーション方法を提供することを他の目的とする。   Furthermore, by providing a permanent magnet motor as a design object to be simulated, a simulation method is provided that enables calculation of the characteristics of the permanent magnet motor in consideration of variations from design values in the manufacturing process. The purpose.

更にまた、シミュレーションする特性を、永久磁石モータが有するコギングトルクに関するものとすることにより、製造工程における設計値からのばらつきを考慮してコギングトルクに係る特性値を算出することが可能となるシミュレーション方法を提供することを他の目的とする。   Furthermore, the simulation method can calculate the characteristic value related to the cogging torque in consideration of the variation from the design value in the manufacturing process by setting the characteristic to be simulated to be related to the cogging torque of the permanent magnet motor. For other purposes.

更にまた、製造工程における設計値からのばらつきを考慮するパラメータとして、コギングトルクに大きな影響を与える永久磁石に係る値、例えば寸法、厚み等を設定することにより、実際に製造される永久磁石モータの特性をより高精度に推定することが可能となるシミュレーション方法を提供することを他の目的とする。   Furthermore, by setting values related to permanent magnets that have a large influence on cogging torque, such as dimensions and thickness, as parameters that take into account variations from design values in the manufacturing process, Another object is to provide a simulation method capable of estimating characteristics with higher accuracy.

本発明に係るシミュレーション方法は、設計対象物を1又は複数のパラメータを有するモデルで近似し、前記1又は複数のパラメータに前記設計対象物の設計に係る設計値及び該設計値と異なる複数の異値夫々を設定し、前記設計値及び/又は前記異値から前記モデルの特性値を複数算出するシミュレーション方法において、算出した複数の特性値に基づき前記モデルの特性値に係る近似式を導出し、前記設計対象物の前記設計値からのばらつきに係る変動値を設定し、前記近似式及び前記変動値により前記モデルの特性値を算出することを特徴とする。   The simulation method according to the present invention approximates a design object with a model having one or a plurality of parameters, and a design value related to the design of the design object and a plurality of different values different from the design value for the one or more parameters. In a simulation method for setting a plurality of values and calculating a plurality of characteristic values of the model from the design values and / or the different values, an approximate expression related to the characteristic values of the model is derived based on the calculated characteristic values, A variation value related to variation from the design value of the design object is set, and a characteristic value of the model is calculated from the approximate expression and the variation value.

本発明に係るシミュレーション方法は、実験計画法に係る複数の水準を設定し、前記複数の水準に前記設計値及び/又は前記複数の異値を割り当て、前記複数の特性値を、前記複数の水準に係る直交表に基づいて算出することを特徴とする。   The simulation method according to the present invention sets a plurality of levels according to an experiment design method, assigns the design value and / or the plurality of different values to the plurality of levels, and sets the plurality of characteristic values to the plurality of levels. It is calculated based on the orthogonal table concerning.

本発明に係るシミュレーション方法は、前記設計対象物に係る特性範囲を設定し、前記近似式により算出した特性値が前記特性範囲内にあるか否かを判定し、前記特性値が前記特性範囲内にないと判定した場合、前記特性範囲内にないと判定した特性値に係る変動値と相異なる変動値を設定し、設定した相異なる変動値及び前記近似式により前記特性値を更に算出することを特徴とする。   The simulation method according to the present invention sets a characteristic range related to the design object, determines whether or not the characteristic value calculated by the approximate expression is within the characteristic range, and the characteristic value falls within the characteristic range. If it is determined that the characteristic value is not within the characteristic range, a variation value different from the variation value related to the characteristic value determined to be not within the characteristic range is set, and the characteristic value is further calculated using the set different variation value and the approximate expression. It is characterized by.

本発明に係るシミュレーション方法は、前記直交表に基づいて算出した前記複数の特性値を分散分析し、分散分析した結果に基づき、前記相異なる変動値を設定することを特徴とする。   The simulation method according to the present invention is characterized in that the plurality of characteristic values calculated based on the orthogonal table are subjected to an analysis of variance, and the different variation values are set based on a result of the analysis of variance.

本発明に係るシミュレーション方法において、前記設計対象物は、永久磁石を備える永久磁石モータであることを特徴とする。   In the simulation method according to the present invention, the design object is a permanent magnet motor including a permanent magnet.

本発明に係るシミュレーション方法において、前記特性値は、前記永久磁石モータのコギングトルクに係る特性値であることを特徴とする。   In the simulation method according to the present invention, the characteristic value is a characteristic value related to a cogging torque of the permanent magnet motor.

本発明に係るシミュレーション方法において、前記パラメータは、前記永久磁石の設計に係る値に対応するパラメータであることを特徴とする。   In the simulation method according to the present invention, the parameter is a parameter corresponding to a value related to a design of the permanent magnet.

本発明に係る設計支援装置は、設計対象物を1又は複数のパラメータを有するモデルで近似する手段と、前記1又は複数のパラメータに対する前記設計対象物の設計に係る設計値及び該設計値と異なる複数の異値夫々を受け付ける受付手段と、前記設計値及び/又は前記異値から前記モデルの特性値を複数算出する算出手段とを備える設計支援装置において、前記算出手段は、算出した複数の特性値に基づき前記モデルの特性値に係る近似式を導出する手段を有し、前記受付手段は、前記設計対象物の前記設計値からのばらつきに係る変動値を受け付ける手段を有し、前記算出手段は、前記近似式及び前記変動値により前記モデルの特性値を算出すべくなしてあることを特徴とする。   The design support apparatus according to the present invention is different from means for approximating a design object with a model having one or more parameters, a design value related to the design of the design object for the one or more parameters, and the design value. In a design support apparatus, comprising: a receiving unit that receives each of a plurality of different values; and a calculation unit that calculates a plurality of characteristic values of the model from the design values and / or the different values. Means for deriving an approximate expression related to the characteristic value of the model based on a value, and the accepting means comprises means for accepting a variation value related to a variation of the design object from the design value, and the calculating means Is characterized in that a characteristic value of the model is calculated from the approximate expression and the variation value.

本発明に係る設計支援装置において、前記算出手段は、実験計画法に係る複数の水準を設定する手段と、前記複数の水準に前記設計値及び/又は前記複数の異値を割り当てる手段とを有し、前記複数の特性値を、前記複数の水準に係る直交表に基づいて算出すべくなしてあることを特徴とする。   In the design support apparatus according to the present invention, the calculation means includes means for setting a plurality of levels according to an experiment design method, and means for assigning the design value and / or the plurality of different values to the plurality of levels. The plurality of characteristic values should be calculated based on an orthogonal table related to the plurality of levels.

本発明に係る設計支援装置は、前記設計対象物に係る特性範囲の設定を受け付ける手段と、前記近似式により算出した特性値が前記特性範囲内にあるか否かを判定する判定手段とを備え、前記算出手段は、前記判定手段が前記特性範囲内にないと判定した場合、前記直交表に基づいて算出した前記複数の特性値を分散分析する分散分析手段と、該分散分析手段により分散分析した結果に基づき、前記特性範囲内にないと判定した特性値に係る変動値と相違なる変動値を設定する設定手段とを有し、該設定手段により設定した相異なる変動値及び前記近似式により前記特性値を更に算出すべくなしてあることを特徴とする。   The design support apparatus according to the present invention includes means for accepting setting of a characteristic range relating to the design object, and determination means for determining whether or not the characteristic value calculated by the approximate expression is within the characteristic range. The calculation means, when the determination means determines that it is not within the characteristic range, an analysis of variance for analyzing the plurality of characteristic values calculated based on the orthogonal table, and an analysis of variance by the analysis of variance means And setting means for setting a fluctuation value that is different from the fluctuation value related to the characteristic value determined not to be within the characteristic range, and according to the different fluctuation values set by the setting means and the approximate expression. The characteristic value is further calculated.

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、設計対象物を1又は複数のパラメータを有するモデルで近似させるステップと、コンピュータに、前記1又は複数のパラメータに対する前記設計対象物の設計に係る設計値及び/又は該設計値と異なる複数の異値から前記モデルの特性値を複数算出させるステップとを有するコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、算出させた複数の特性値に基づき前記モデルの特性値に係る近似式を導出させるステップと、コンピュータに、前記設計対象物の前記設計値からのばらつきに係る変動値及び前記近似式により前記モデルの特性値を算出させるステップとを有することを特徴とする   A computer program according to the present invention includes a step of causing a computer to approximate a design object with a model having one or a plurality of parameters, a computer having a design value related to the design of the design object with respect to the one or more parameters, and And / or a computer program having a step of calculating a plurality of characteristic values of the model from a plurality of different values different from the design value, the approximate expression relating to the characteristic value of the model based on the plurality of characteristic values calculated by the computer And a step of causing a computer to calculate a characteristic value of the model by a variation value related to a variation of the design object from the design value and the approximate expression.

本発明に係るコンピュータプログラムにおいて、前記複数の特性値を算出させるステップは、コンピュータに、実験計画法に係る複数の水準に前記設計値及び/又は前記複数の異値を割り当てさせるステップと、コンピュータに、前記複数の特性値を、前記複数の水準に係る直交表に基づいて算出させるステップとを有することを特徴とする。   In the computer program according to the present invention, the step of calculating the plurality of characteristic values includes causing the computer to assign the design value and / or the plurality of different values to the plurality of levels related to the experiment design method, and And calculating the plurality of characteristic values on the basis of orthogonal tables according to the plurality of levels.

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、前記近似式により算出させた特性値が、前記設計対象物に係る特性範囲内にあるか否かを判定させるステップと、コンピュータに、前記特性値が前記特性範囲内にないと判定された場合、前記直交表に基づいて算出させた前記複数の特性値を分散分析させるステップと、コンピュータに、分散分析させた結果に基づき、前記特性範囲内にないと判定された特性値に係る変動値と相違なる変動値を設定させるステップと、コンピュータに、設定させた相異なる変動値及び前記近似式により前記特性値を更に算出させるステップとを有することを特徴とする。   The computer program according to the present invention includes a step of causing a computer to determine whether or not a characteristic value calculated by the approximate expression is within a characteristic range related to the design object; If it is determined that it is not within the characteristic range, the step of analyzing the plurality of characteristic values calculated based on the orthogonal table, and the computer is not within the characteristic range based on the result of the analysis of variance A step of setting a variation value different from the variation value related to the determined characteristic value; and a step of causing the computer to further calculate the characteristic value by using the set different variation value and the approximate expression. To do.

本発明に係る記録媒体は、前記コンピュータプログラムが記録されているコンピュータでの読取りが可能な記録媒体であることを特徴とする。   The recording medium according to the present invention is a recording medium readable by a computer in which the computer program is recorded.

第1発明、第8発明、第11発明、及び第14発明にあっては、実際に製造を予定している設計対象物の寸法若しくは特性、又は該設計対象物の構成部材の寸法若しくは特性に対応する設計値と、設計値と異なる複数の異値とからモデルの特性値を複数算出し、算出した複数の特性値から特性値を近似計算するための近似式を統計的に導出する。前記近似式は、設計値及び異値の範囲内において、モデルの特性値を近似計算することができる。そして、設計値からの変動値、つまり設計対象物、あるいは該設計対象物の構成部材が有する寸法若しくは特性のばらつき、又は設計対象物の製造工程における製造ばらつき等に係る値に基づいて、前記近似式を用いて特性値を算出することにより、上述した種々のばらつきを考慮した設計対象物の特性を簡易且つ速やかにシミュレーションすることが可能となる。例えば、ある設計値及び公差を設定して、モデルの特性をシミュレーションすることにより、製造工程における設計値からのばらつきが生じた場合であっても、製造される設計対象物が所望する特性を確保するような設計値及び公差を製造前にあらかじめ特定することが可能となる。   In the first invention, the eighth invention, the eleventh invention, and the fourteenth invention, the size or characteristic of the design object that is actually scheduled to be manufactured, or the dimension or characteristic of the component of the design object. A plurality of characteristic values of the model are calculated from the corresponding design values and a plurality of different values different from the design values, and an approximate expression for approximately calculating the characteristic values from the calculated plurality of characteristic values is statistically derived. The approximate expression can approximately calculate the characteristic value of the model within the range of the design value and the different value. Based on a variation value from a design value, that is, a value related to a design object, a variation in dimensions or characteristics of a component of the design object, or a manufacturing variation in a manufacturing process of the design object, the approximation is performed. By calculating the characteristic value using the equation, it is possible to easily and quickly simulate the characteristic of the design object in consideration of the above-described various variations. For example, by setting certain design values and tolerances and simulating model characteristics, even if there are variations from the design values in the manufacturing process, the desired characteristics of the manufactured design object are secured. Such design values and tolerances can be specified in advance before manufacturing.

第2発明、第9発明、第12発明、及び第14発明にあっては、実験計画法による水準を設定し、該水準に係る直交表に基づいて、近似式を推定するため、統計的誤差の小さい近似式を導出することが可能となる。従って、前記近似式を用いることにより、統計的誤差の小さい特性値を算出することができる。   In the second invention, the ninth invention, the twelfth invention, and the fourteenth invention, a statistical error is determined in order to set a level by an experimental design and estimate an approximate expression based on an orthogonal table related to the level. It is possible to derive an approximate expression having a small value. Therefore, a characteristic value with a small statistical error can be calculated by using the approximate expression.

第3発明、第10発明、第13発明、及び第14発明にあっては、設計対象物に係る特性範囲、例えば実際に製造する設計対象物に求められている特性を設定し、算出する特性値が特性範囲内に収まるまで、変動値を変更し、近似計算を繰り返す。従って、所望する特性を実現する設計対象物の設計値及び変動値、例えば公差を特定することが可能となる。なお、近似式を用いて、繰り返し特性値を算出するため、近似式を用いない場合に比べて、より速やかに所望する変動値を特定することが可能となる。   In the third invention, the tenth invention, the thirteenth invention, and the fourteenth invention, a characteristic range relating to a design object, for example, a characteristic that is set and calculated for a characteristic required for a design object that is actually manufactured. The variation value is changed and the approximate calculation is repeated until the value falls within the characteristic range. Therefore, it is possible to specify design values and variation values, for example, tolerances, of a design object that achieves desired characteristics. In addition, since the repeated characteristic value is calculated using the approximate expression, it is possible to specify the desired fluctuation value more quickly than in the case where the approximate expression is not used.

第4発明、第10発明、第13発明、及び第14発明にあっては、直交表により分散分析し、分散分析の結果に基づいて変動値を変更するパラメータを決定する。つまり、分散分析によって、各パラメータの変動が、特性値の変動に及ぼす影響力を特定することができる。従って、所望の特性範囲内に収まる変動値を、より効率的に特定することが可能となる。   In the fourth invention, the tenth invention, the thirteenth invention, and the fourteenth invention, an analysis of variance is performed using an orthogonal table, and a parameter for changing the variation value is determined based on the result of the analysis of variance. That is, the influence of each parameter variation on the characteristic value variation can be identified by analysis of variance. Therefore, it is possible to more efficiently specify a fluctuation value that falls within a desired characteristic range.

第5発明にあっては、設計対象物が永久磁石モータであるため、設計値のばらつきを考慮した永久磁石モータの特性値を算出することが可能となる。   In the fifth invention, since the design object is a permanent magnet motor, it is possible to calculate the characteristic value of the permanent magnet motor in consideration of variations in design values.

第6発明にあっては、近似式を用いて推定する特性が、永久磁石モータのコギングトルクに関する特性であるため、設計値のばらつきを考慮した永久磁石モータのコギングトルクに係る特性値を算出することが可能となる。   In the sixth aspect of the invention, since the characteristic estimated using the approximate expression is a characteristic related to the cogging torque of the permanent magnet motor, the characteristic value related to the cogging torque of the permanent magnet motor is calculated in consideration of variations in design values. It becomes possible.

第7発明にあっては、他のパラメータに比べ、コギングトルクの変動に大きな影響を与えると考えられる永久磁石の設計に係る値をパラメータとするため、コギングトルク等、永久磁石モータに関する特性をより正確にシミュレーションすることが可能となる。   In the seventh invention, since the parameter is a value related to the design of the permanent magnet that is considered to have a large influence on the fluctuation of the cogging torque compared to other parameters, the characteristics relating to the permanent magnet motor, such as the cogging torque, are further improved. It becomes possible to simulate accurately.

第1発明、第8発明、第11発明、及び第14発明にあっては、製造工程における設計値からのばらつきを考慮して、設計対象物の特性値を、有限要素法等の解析手段を繰り返し用いることなく簡易且つ速やかに算出することが可能となり、所望の特性を有する設計対象物を製造するために必要な設計値及び公差を特定することが可能となる。   In the first invention, the eighth invention, the eleventh invention, and the fourteenth invention, in consideration of the variation from the design value in the manufacturing process, the characteristic value of the design object is determined by an analysis means such as a finite element method. It becomes possible to calculate easily and quickly without repeated use, and it is possible to specify design values and tolerances necessary for manufacturing a design object having desired characteristics.

第2発明、第9発明、第12発明、及び第14発明にあっては、統計的誤差の小さい特性値を算出することが可能となる。   In the second invention, the ninth invention, the twelfth invention, and the fourteenth invention, it is possible to calculate a characteristic value having a small statistical error.

第3発明、第10発明、第13発明、及び第14発明にあっては、所望する特性を有する設計対象物の設計値及び変動値を、簡易且つ速やかに特定することが可能となる。   In the third invention, the tenth invention, the thirteenth invention, and the fourteenth invention, it is possible to easily and quickly specify the design value and the variation value of the design object having the desired characteristics.

第4発明、第10発明、第13発明、及び第14発明にあっては、所望する特性を満たす変動値を、効率的に特定することがきる。   In the fourth invention, the tenth invention, the thirteenth invention, and the fourteenth invention, it is possible to efficiently specify a variation value that satisfies a desired characteristic.

第5発明にあっては、永久磁石モータの特性を、設計値の製造工程におけるばらつきを考慮して算出することが可能となる。   In the fifth invention, it is possible to calculate the characteristics of the permanent magnet motor in consideration of variations in the manufacturing process of the design value.

第6発明にあっては、永久磁石モータのコギングトルクに関する特性を、製造工程におけるばらつきを考慮して算出することが可能となる。   In the sixth aspect of the invention, it is possible to calculate the characteristics relating to the cogging torque of the permanent magnet motor in consideration of variations in the manufacturing process.

第7発明にあっては、コギングトルク等、永久磁石モータに関する特性を、製造工程におけるばらつきを考慮して、より正確にシミュレーションすることが可能となる。   In the seventh invention, characteristics relating to the permanent magnet motor, such as cogging torque, can be more accurately simulated in consideration of variations in the manufacturing process.

本発明に係るシミュレーション方法を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図1は、設計対象物の一例である永久磁石モータの略示断面図である。図2は、永久磁石モータが備える永久磁石の一つを示す正面図である。図1中、1は筒状のステータであり、内側に27個のティース1aを有している。ティース1a夫々にはコイル(不図示)が捲着されている。ステータ1の中心部には、ロータ2が回転可能に支持されている。ロータ2は、円柱状のロータコア2aを備え、ロータコア2aの外周面には円弧状断面を有する6個の永久磁石2bが、ロータコア2aの周方向に等配され、固定されている。   A simulation method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing embodiments thereof. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a permanent magnet motor which is an example of a design object. FIG. 2 is a front view showing one of the permanent magnets provided in the permanent magnet motor. In FIG. 1, 1 is a cylindrical stator and has 27 teeth 1a inside. A coil (not shown) is attached to each of the teeth 1a. A rotor 2 is rotatably supported at the center of the stator 1. The rotor 2 includes a columnar rotor core 2a, and six permanent magnets 2b having an arc-shaped cross section are equally arranged and fixed on the outer circumferential surface of the rotor core 2a in the circumferential direction of the rotor core 2a.

以下、図1に示した永久磁石モータの特性のうちコギングトルクについて、製造工程におけるばらつきを考慮してシミュレーションする方法について説明する。初めに、永久磁石モータのコギングトルクを有限要素法により解析するために、永久磁石モータをティース1aの形状、ロータコア2aの寸法、永久磁石2bの寸法等の複数のパラメータを有するモデルで近似する。   Hereinafter, a method for simulating cogging torque among the characteristics of the permanent magnet motor shown in FIG. 1 in consideration of variations in the manufacturing process will be described. First, in order to analyze the cogging torque of the permanent magnet motor by the finite element method, the permanent magnet motor is approximated by a model having a plurality of parameters such as the shape of the teeth 1a, the dimensions of the rotor core 2a, and the dimensions of the permanent magnet 2b.

次いで、公知の磁場解析により、コギングトルクを極小化するパラメータの値、即ち設計値を特定する。そして、特定した設計値を複数のパラメータ夫々に設定する。   Next, a parameter value for minimizing the cogging torque, that is, a design value is specified by a known magnetic field analysis. Then, the specified design value is set for each of a plurality of parameters.

次いで、複数のパラメータの内、特にコギングトルクに影響する要因と考えられるパラメータを抽出する。実施の形態においては、図2に示した永久磁石2bの外径R、径方向の厚みLm、外径の弦の幅W、内径の中心と外径の中心との幅x、磁極の配向方向に係る値Lθ、Lθx、図1に示したロータコア2aの周方向における、永久磁石2bの配置位置のずれに係る値εを抽出した。一般に、永久磁石2bの寸法又は特性は、コギングトルクに大きく影響すると考えられている。   Next, a parameter that is considered to be a factor affecting the cogging torque is extracted from the plurality of parameters. In the embodiment, the outer diameter R, the radial thickness Lm, the outer diameter chord width W, the inner diameter center-to-outer diameter width x, and the magnetic pole orientation direction of the permanent magnet 2b shown in FIG. The values Lθ, Lθx, and the value ε related to the displacement of the arrangement position of the permanent magnet 2b in the circumferential direction of the rotor core 2a shown in FIG. In general, it is considered that the size or characteristics of the permanent magnet 2b greatly affects the cogging torque.

次いで、実験計画法に係る水準の数、例えば3水準設定し、下記表1に示すように、各水準に設計値と設計値と異なる2つの異値とをパラメータ毎に割り当てる。   Next, the number of levels related to the experimental design method, for example, three levels is set, and as shown in Table 1 below, a design value and two different values different from the design value are assigned to each level for each parameter.

Figure 2005251117
Figure 2005251117

表1においては、例えばパラメータLmの水準1に値Lm1 を、水準2に値Lm2 、水準3に値Lm3 を割り当てている。値Lm1 乃至値Lm3 は、パラメータLmの設計値及び2つの異値である。2つの異値は、永久磁石モータの製造実績を参考にして設定すれば良い。つまり、製造工程において生じる設計対象物のばらつきによって変化し得るパラメータ値をバランス良く設定すれば良い。同様にして、パラメータW、R、x、Lθ、Lθx、ε夫々の水準iに値Wi 、Ri 、xi 、Lθi 、Lθxi 、εi (i=1、2、3)を設定する。 In Table 1, for example, a value Lm 1 is assigned to level 1 of parameter Lm, a value Lm 2 is assigned to level 2 , and a value Lm 3 is assigned to level 3. The values Lm 1 to Lm 3 are the design value of the parameter Lm and two different values. The two different values may be set with reference to the production results of the permanent magnet motor. That is, it is only necessary to set parameter values that can change due to variations in design objects that occur in the manufacturing process in a well-balanced manner. Similarly, the parameters W, R, setting x, Lθ, Lθx, the value in level i of epsilon each W i, R i, x i , Lθ i, Lθx i, ε i the (i = 1, 2, 3) To do.

次いで、表2に示す直交表L27にパラメータと各水準とを割り当てる。 Next, parameters and levels are assigned to the orthogonal table L 27 shown in Table 2.

Figure 2005251117
Figure 2005251117

そして、直交表L27に基づいて、各モデル、即ちNo1〜No27夫々のコギングトルクの値T1 乃至T27を有限要素法により算出する。例えば、モデルNo1の場合、パラメータLm、W、R、x、Lθ、Lθx、ε夫々に水準1の値を設定し、コギングトルクの値T1 を有限要素法により算出する。 Then, based on the orthogonal table L 27 , the cogging torque values T 1 to T 27 of each model, that is, No. 1 to No. 27 are calculated by the finite element method. For example, in the case of model No. 1, values of level 1 are set for the parameters Lm, W, R, x, Lθ, Lθx, and ε, and the cogging torque value T 1 is calculated by the finite element method.

次いで、各モデル毎に算出した27のコギングトルクの値T1 乃至T27を標本として、複数のパラメータに係るコギングトルクの近似式を導出する。本実施の形態においては、各パラメータの交互作用は小さいため、交互作用を考慮せず、各パラメータに関して1次の近似式を仮定する。近似式は、次式によって表される。 Next, using the 27 cogging torque values T 1 to T 27 calculated for each model as samples, an approximate expression of the cogging torque relating to a plurality of parameters is derived. In the present embodiment, since the interaction of each parameter is small, a first-order approximate expression is assumed for each parameter without considering the interaction. The approximate expression is represented by the following expression.

Figure 2005251117
Figure 2005251117

ここで、β0 乃至β7 は、偏回帰係数である。次に、前記偏回帰係数βi(i=0〜7)の値を、直交表に基づいて算出した特性値T1 乃至T27を標本として、数式1を重回帰分析して推定する。 Here, β 0 to β 7 are partial regression coefficients. Next, the value of the partial regression coefficient β i (i = 0 to 7) is estimated by performing multiple regression analysis of Formula 1 using the characteristic values T 1 to T 27 calculated based on the orthogonal table as samples.

次いで、パラメータの変動値、つまり製造工程において発生する設計対象物のばらつきに係る値、例えば適当な公差を設定し、パラメータの設計値が前記公差を有している場合のコギングトルクの値を、前記導出した近似式を用いて算出する。従って、永久磁石モータの設計値及び設計値の公差により、コギングトルクの値の変動範囲を推定することができる。ここでは、コギングトルクの値を所定値以下に抑えることを目的としているため、コギングトルクの最大値Tmaxを算出すれば十分である。   Next, a variation value of the parameter, that is, a value related to the variation of the design object generated in the manufacturing process, for example, an appropriate tolerance is set, and the value of the cogging torque when the design value of the parameter has the tolerance, Calculation is performed using the derived approximate expression. Therefore, the variation range of the cogging torque value can be estimated from the design value of the permanent magnet motor and the tolerance of the design value. Here, since the purpose is to suppress the value of the cogging torque to a predetermined value or less, it is sufficient to calculate the maximum value Tmax of the cogging torque.

次いで、永久磁石モータに係る特性範囲、即ち許容されるコギングトルクの許容最大値Tpを設定し、設計値及び公差を有する永久磁石モータのコギングトルクが前記特性範囲内にあるか否かを判定する。つまり、コギングトルクの最大値Tmaxが許容最大値Tp以下にあるか否かを判定する。   Next, a characteristic range related to the permanent magnet motor, that is, an allowable cogging torque allowable maximum value Tp is set, and it is determined whether or not the cogging torque of the permanent magnet motor having a design value and tolerance is within the characteristic range. . That is, it is determined whether or not the maximum value Tmax of the cogging torque is equal to or less than the allowable maximum value Tp.

最大値Tmaxが許容最大値Tpを超えていると判定した場合、算出されるコギングトルクの最大値Tmaxが許容最大値Tp以下になるまで、繰り返し公差等の変動値を変更し、コギングトルクの値を算出する。ここで、変動値を変更するパラメータの選択について説明する。変動値を変更する場合、複数のパラメータの内、コギングトルクの変動に与える影響が大きいパラメータの公差を変更したとき、より効果的にコギングトルクを極小化することができる。そこで、直交表L27に基づき、各パラメータについて分散分析し、各パラメータの値の変化がコギングトルクの値の変化に与える影響を調べる。図3は、各パラメータの水準に対するコギングトルクの値を示すグラフである。横軸は各パラメータの水準、縦軸は各水準におけるコギングトルクの平均値である。従って、水準の変化に対するコギングトルク値の変化が大きいパラメータは、分散が大きく、変動値がコギングトルクに与える影響が大きいと推定できる。例えば、図3から、パラメータε、W、xの変動がコギングトルクの変動に与える影響が大きいと推定される。従って、パラメータε、W、xの変動値を変更して、コギングトルクの値を繰り返し算出すると良い。 When it is determined that the maximum value Tmax exceeds the allowable maximum value Tp, the variation value such as the tolerance is repeatedly changed until the calculated maximum value Tmax of the cogging torque becomes equal to or less than the allowable maximum value Tp, and the value of the cogging torque Is calculated. Here, selection of a parameter for changing the variation value will be described. When changing the fluctuation value, the cogging torque can be minimized more effectively when the tolerance of a parameter having a large influence on the fluctuation of the cogging torque among the plurality of parameters is changed. Therefore, based on the orthogonal table L 27, and analysis of variance for each parameter, examine the effect of changes in the value of each parameter has on the change in the value of the cogging torque. FIG. 3 is a graph showing the value of the cogging torque with respect to the level of each parameter. The horizontal axis represents the level of each parameter, and the vertical axis represents the average value of cogging torque at each level. Therefore, it can be estimated that a parameter having a large change in cogging torque value with respect to a change in level has a large variance and a large influence of the fluctuation value on the cogging torque. For example, it can be estimated from FIG. 3 that the influence of fluctuations in parameters ε, W, and x on fluctuations in cogging torque is large. Therefore, it is preferable to repeatedly calculate the cogging torque value by changing the variation values of the parameters ε, W, and x.

図4は、本発明に係る設計支援装置を模式的に示したブロック図である。設計支援装置は、例えばパーソナルコンピュータ、又はワークステーション等である。図4中、30はCPUで構成される制御部であり、バス31に接続している。バス31には、制御部30が後述する各種ハードウェアを制御するために必要な制御プログラムを記憶しているROM32、及び一時記憶用のRAM33が接続している。また、バス31に接続している記憶部34、例えばハードディスクは、本発明に係るコンピュータプログラムを記憶しており、制御部30が、前記コンピュータプログラムを起動して、所定のプログラム部分をRAM33に展開し、コンピュータプログラムに係る処理を実行することにより、設計支援装置として動作する。   FIG. 4 is a block diagram schematically showing a design support apparatus according to the present invention. The design support apparatus is, for example, a personal computer or a workstation. In FIG. 4, reference numeral 30 denotes a control unit composed of a CPU, which is connected to the bus 31. Connected to the bus 31 are a ROM 32 storing a control program necessary for the control unit 30 to control various hardware described later, and a RAM 33 for temporary storage. A storage unit 34, for example, a hard disk, connected to the bus 31 stores a computer program according to the present invention. The control unit 30 activates the computer program and develops a predetermined program part in the RAM 33. And it operates as a design support apparatus by executing processing related to a computer program.

図4中、35はキーボード、マウス等からなる入力部であり、設計対象物を特定するためのパラメータの値、設計支援装置の動作指示等の入力を行う。表示部36は、制御部30の処理結果を表示するCRT又は液晶ディスプレイである。読出部37は、本発明に係るコンピュータプログラムを記録しているCD−ROM、DVD等の記録媒体4から、前記コンピュータプログラムを読み出すディスクドライブである。読出部37から読み出されたコンピュータプログラムは、記憶部34によって記憶される。   In FIG. 4, reference numeral 35 denotes an input unit composed of a keyboard, a mouse, and the like, which inputs parameter values for specifying a design object, operation instructions for the design support apparatus, and the like. The display unit 36 is a CRT or a liquid crystal display that displays the processing result of the control unit 30. The reading unit 37 is a disk drive that reads the computer program from the recording medium 4 such as a CD-ROM or DVD that records the computer program according to the present invention. The computer program read from the reading unit 37 is stored in the storage unit 34.

本発明に係る設計支援装置が実行する処理手順を具体的に説明する。図5は、本発明に係る設計支援装置の処理手順を示したフローチャートである。制御部30は、まず、設計対象物を1又は複数のパラメータを有するモデルで近似する処理を行う(ステップS1)。ここでは、図1に示した永久磁石モータを有限要素法によって解析するためのモデルを生成する。   A processing procedure executed by the design support apparatus according to the present invention will be specifically described. FIG. 5 is a flowchart showing the processing procedure of the design support apparatus according to the present invention. First, the control unit 30 performs a process of approximating the design object with a model having one or a plurality of parameters (step S1). Here, a model for analyzing the permanent magnet motor shown in FIG. 1 by the finite element method is generated.

次いで、制御部30は、入力部35を介して永久磁石モータの設計値及び設計値と異なる2つの異値の設定を受け付け、受け付けた設計値及び2つの異値夫々を3水準に割り当てる(ステップS2)。設計値及び2つの異値夫々を各水準に割り当てた状態を下記の表3に示す。   Next, the control unit 30 receives the design value of the permanent magnet motor and two different values different from the design value via the input unit 35, and assigns the received design value and each of the two different values to the three levels (steps). S2). Table 3 below shows the design values and the two different values assigned to each level.

Figure 2005251117
Figure 2005251117

表3に示すように、パラメータLmに設計値3.0を水準2に割り当て、異値2.9及び3.1夫々を水準1及び水準3に割り当てている。表3において、ハッチングされたマスに表示されている値が設計値であり、白地のマスに表示されている値が異値である。同様にして、パラメータW、R、x、ε、Lθ、Lθx夫々に設計値及び異値を割り当てる。   As shown in Table 3, the design value 3.0 is assigned to the parameter Lm to the level 2, and the different values 2.9 and 3.1 are assigned to the level 1 and the level 3, respectively. In Table 3, the values displayed on the hatched cells are design values, and the values displayed on the white cells are different values. Similarly, design values and different values are assigned to the parameters W, R, x, ε, Lθ, and Lθx, respectively.

次いで、表2に示した直交表L27に基づき、モデルNo1乃至No27夫々のコギングトルクの値T1 乃至T27を、制御部30が有限要素法により算出する(ステップS3)。そして、算出したコギングトルクの値T1 乃至T27に基づき、8つのパラメータに関するコギングトルクの近似式を導出する(ステップS4)。近似式として数式1を仮定した場合に推定される偏回帰係数β0 乃至β7 を、下記の表4に示す。 Next, based on the orthogonal table L 27 shown in Table 2, the control unit 30 calculates the cogging torque values T 1 to T 27 of the models No 1 to No 27 by the finite element method (step S3). Then, based on the calculated cogging torque values T 1 to T 27 , approximate equations for the cogging torque for the eight parameters are derived (step S4). Table 4 below shows partial regression coefficients β 0 to β 7 estimated when Equation 1 is assumed as an approximate expression.

Figure 2005251117
Figure 2005251117

次いで、設計対象物の所望する特性範囲の設定を受け付ける(ステップS5)。コギングトルクの極小化を目的とする場合、コギングトルクの許容最大値Tp、即ち許容されるコギングトルクの最大値、例えば9mN・mの入力を受け付ける。そして、設計値の公差の設定を受け付ける(ステップS6)。例えば、下記の表5に示すような設定値及び公差の入力を受け付ける。   Next, the setting of the desired characteristic range of the design object is accepted (step S5). In order to minimize the cogging torque, an allowable maximum value Tp of the cogging torque, that is, an allowable maximum value of the cogging torque, for example, 9 mN · m is received. And the setting of the tolerance of a design value is received (step S6). For example, input of set values and tolerances as shown in Table 5 below is accepted.

Figure 2005251117
Figure 2005251117

次いで、公差を有する場合のコギングトルクの値、特に最大値Tmaxを算出する(ステップS7)。表5に示した設計値及び公差を設定した場合、最大値Tmaxが、9.19mN・mと算出される。そして、最大値Tmaxが、許容最大値値Tp以下か否かを判定する(ステップS8)。前記最大値Tmaxが許容最大値Tp以下であると判定した場合(ステップS8:YES)、処理を終了する。前記最大値Tmaxが許容最大値Tp以上である場合(ステップS8:NO)、処理をステップS6に戻す。例えば、許容最大値Tpが9mN・mである場合、Tmax=9.19は許容最大値Tp以上であるため、制御部30は処理をステップS6に戻し、再度公差の設定を受け付ける。   Next, a cogging torque value, particularly a maximum value Tmax, when there is a tolerance is calculated (step S7). When the design value and tolerance shown in Table 5 are set, the maximum value Tmax is calculated as 9.19 mN · m. Then, it is determined whether or not the maximum value Tmax is equal to or less than the allowable maximum value Tp (step S8). If it is determined that the maximum value Tmax is less than or equal to the allowable maximum value Tp (step S8: YES), the process is terminated. If the maximum value Tmax is greater than or equal to the allowable maximum value Tp (step S8: NO), the process returns to step S6. For example, when the allowable maximum value Tp is 9 mN · m, Tmax = 9.19 is equal to or greater than the allowable maximum value Tp, so the control unit 30 returns the process to step S6 and accepts the tolerance setting again.

ここで、設計支援装置の使用者は、表5に示した公差の内、図3からコギングトルクを大きくする要因と考えられるパラメータW、及びεの公差を設定し直すと良い。例えば、パラメータWの公差を±0.05と設定し、パラメータεの公差を+0.1/−0と設定した場合、制御部30は、ステップS7においてコギングトルクの最大値Tmaxを6.86mN・mと算出し、ステップS8において、許容最大値Tp=9mN・m以下と判定する(ステップS8:YES)。   Here, among the tolerances shown in Table 5, the user of the design support apparatus may reset the tolerances of the parameters W and ε that are considered to be factors that increase the cogging torque from FIG. For example, when the tolerance of the parameter W is set to ± 0.05 and the tolerance of the parameter ε is set to + 0.1 / −0, the control unit 30 sets the maximum cogging torque value Tmax to 6.86 mN · in step S7. m is calculated, and it is determined in step S8 that the allowable maximum value Tp is equal to or less than 9 mN · m (step S8: YES).

従って、ステップ8において、許容最大値Tp以下と判定された場合の設計値及び公差に基づいて永久磁石モータを設計し、製造することにより、永久磁石モータを構成する部品の寸法又は特性のばらつき、あるいは製造工程におけるばらつきが生じた場合であっても所望の特性を確保可能な永久磁石モータを効率良く製造することができ、製造コストを低減することができる。   Accordingly, in Step 8, by designing and manufacturing the permanent magnet motor based on the design value and tolerance when it is determined that the allowable maximum value Tp or less, variation in the dimensions or characteristics of the parts constituting the permanent magnet motor, Or even if it is a case where the dispersion | variation in a manufacturing process arises, the permanent magnet motor which can ensure a desired characteristic can be manufactured efficiently, and manufacturing cost can be reduced.

本発明に係るシミュレーション方法、設計支援装置、コンピュータプログラム、及び記録媒体によれば、製造工程における設計対象物の寸法又は形状のばらつきまで考慮した設計対象物の特性をシミュレーションすることが可能となる。つまり、実際に製造される永久磁石モータが有するコギングトルクのばらつきを推定することが可能となる。従って、所望する特性を有する永久磁石モータを製造するために必要な設計値及び公差を特定することが可能となる。   According to the simulation method, the design support apparatus, the computer program, and the recording medium according to the present invention, it is possible to simulate the characteristics of the design object in consideration of variations in the size or shape of the design object in the manufacturing process. That is, it is possible to estimate the variation in cogging torque of a permanent magnet motor that is actually manufactured. Therefore, it is possible to specify design values and tolerances necessary for manufacturing a permanent magnet motor having desired characteristics.

また、所望する特性を得るために公差を変更する場合、コギングトルクを大きくする要因として特にパラメータW、ε、xを選択しているため、闇雲に公差を変更する場合に比べ、より効率的に所望する特性を有する永久磁石モータの設計値及び公差を特定することが可能となる。   Also, when changing the tolerance to obtain the desired characteristics, the parameters W, ε, and x are selected as factors that increase the cogging torque, so it is more efficient than changing the tolerance to the dark clouds. It becomes possible to specify design values and tolerances of a permanent magnet motor having desired characteristics.

更に、コギングトルクの値に大きく影響すると考えられる永久磁石の寸法等を変動させるパラメータとしているため、実際に製造されるコギングトルクの特性をより正確に推定することが可能となり、また公差の設定を適切に行うことが可能となる。   In addition, because it is a parameter that fluctuates the size of the permanent magnet, which is considered to have a significant effect on the value of the cogging torque, it is possible to estimate the characteristics of the cogging torque that is actually manufactured more accurately and to set tolerances. It becomes possible to carry out appropriately.

なお、本実施の形態にあっては、各パラメータに関して1次の近似式を用いて特性値を算出しているが、これに限るものでは無く、次式によって表されるような2次の近似式を用いても良い。   In the present embodiment, the characteristic value is calculated using a first-order approximation formula for each parameter. However, the present invention is not limited to this, and a second-order approximation represented by the following formula is used. An expression may be used.

Figure 2005251117
Figure 2005251117

ここで、nはパラメータ数、βi 及びβj k (i=0〜n、j、k=1〜n)は偏回帰係数、xi (i=1〜n)はパラメータである。特に、各パラメータに関する2次の相互作用、及び交互作用の一部を考慮し、次式によって表されるような近似式を仮定しても良い。 Here, n is the number of parameters, β i and β jk (i = 0 to n, j, k = 1 to n) are partial regression coefficients, and x i (i = 1 to n) are parameters. In particular, an approximate expression represented by the following expression may be assumed in consideration of a second-order interaction regarding each parameter and a part of the interaction.

Figure 2005251117
Figure 2005251117

数式3の偏回帰係数βi、βj k は、重回帰分析により推定することができる。重回帰分析により導出した近似式によれば、表5に示した設計値及び公差から、コギングトルクの最大値は10.60mN・mと算出される。また、実施の形態で示したようにパラメータW、εの公差を変更した場合、コギングトルクの最大値は6.81mN・mと算出される。 The partial regression coefficients β i and β jk in Equation 3 can be estimated by multiple regression analysis. According to the approximate expression derived by the multiple regression analysis, the maximum value of the cogging torque is calculated as 10.60 mN · m from the design values and tolerances shown in Table 5. Further, when the tolerances of the parameters W and ε are changed as shown in the embodiment, the maximum value of the cogging torque is calculated as 6.81 mN · m.

図6は、コギングトルクの計算値と近似式による推定値との相関関係を示したグラフである。数式1に係る相関係数は0.57であり、数式3に係る相関係数は0.97である。従って、数式1の近似式に比べ、数式3の近似式の方が格段に推定の精度が高く、より正確に永久磁石モータのコギングトルクに関する特性を推定し、正確な設計を行うことが可能となる。   FIG. 6 is a graph showing a correlation between a calculated value of cogging torque and an estimated value based on an approximate expression. The correlation coefficient according to Equation 1 is 0.57, and the correlation coefficient according to Equation 3 is 0.97. Therefore, compared with the approximate expression of Expression 1, the approximate expression of Expression 3 has much higher estimation accuracy, and it is possible to estimate the characteristics related to the cogging torque of the permanent magnet motor more accurately and perform an accurate design. Become.

一方、数式1の近似式であっても、相関係数は0.57と比較的高いため、コギングトルクの値を適当な精度で推定することが可能である。実際、上述したように数式1で算出したコギングトルクの値は、数式3で算出した値と近い値となっている。従って、シミュレーションする場合、設計に必要な精度とシミュレーション時間とを比較考量し、適当な近似式を選択すれば良い。   On the other hand, even the approximate expression of Equation 1 has a relatively high correlation coefficient of 0.57, so that the cogging torque value can be estimated with appropriate accuracy. Actually, as described above, the value of the cogging torque calculated by Expression 1 is close to the value calculated by Expression 3. Therefore, when simulating, it is only necessary to compare the accuracy required for the design and the simulation time and select an appropriate approximate expression.

一方、本実施の形態にあっては、コギングトルクをシミュレーションしているが、これに限るものでは無く、永久磁石モータが有する他の特性をシミュレーションするものであっても良い。   On the other hand, in this embodiment, the cogging torque is simulated, but the present invention is not limited to this, and other characteristics of the permanent magnet motor may be simulated.

また、永久磁石モータの特性を算出しているが、これに限るものでは無く、他の設計対象物であっても良い。   Further, although the characteristics of the permanent magnet motor are calculated, the present invention is not limited to this, and other design objects may be used.

更に、コギングトルクの絶対値を算出しているが、これに限るものでは無く、ベクトル量であるトルク、又は永久磁石モータのステータ又はロータに働く圧力、テンソル量である応力等を算出するものであっても良い。この場合、近似式の偏回帰係数を多変量重回帰分析し、推定することにより近似式を導出すると良い。   Furthermore, although the absolute value of cogging torque is calculated, the present invention is not limited to this, and it calculates torque that is a vector amount, pressure acting on a stator or rotor of a permanent magnet motor, stress that is a tensor amount, and the like. There may be. In this case, it is preferable to derive the approximate expression by performing multivariate multiple regression analysis on the partial regression coefficient of the approximate expression and estimating it.

更にまた、近似式を実験計画法に係る直交表に基づいて導出しているが、これに限るものでは無く、設計値及び異値を満遍無く割り当て、導出した複数の特性値を用いて近似式を導出しても良い。   Furthermore, although the approximate expression is derived based on the orthogonal table related to the experimental design method, the present invention is not limited to this, and design values and different values are assigned uniformly and approximated using a plurality of derived characteristic values. An expression may be derived.

更にまた、設計値及び/又は異値は、設計値及び異値と、設計値又は異値とを意味している。従って、設計値及び/又は異値夫々からモデルの特性値を複数算出するとは、設計値と異値とから特性値を算出する場合、異値から特性値を算出する場合、設計値から特性値を算出する場合夫々を意味する。   Furthermore, the design value and / or different value means the design value and different value and the design value or different value. Therefore, calculating a plurality of model characteristic values from design values and / or different values means calculating characteristic values from design values and different values, calculating characteristic values from different values, and calculating characteristic values from design values. Means each.

設計対象物の一例である永久磁石モータの略示断面図である。It is a schematic sectional drawing of the permanent magnet motor which is an example of a design target object. 永久磁石モータが備える永久磁石の一つを示す正面図である。It is a front view which shows one of the permanent magnets with which a permanent magnet motor is provided. 各パラメータの水準に対するコギングトルクの値を示すグラフである。It is a graph which shows the value of the cogging torque with respect to the level of each parameter. 本発明に係る設計支援装置を模式的に示したブロック図である。It is the block diagram which showed typically the design support apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る設計支援装置の処理手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the process sequence of the design support apparatus which concerns on this invention. コギングトルクの計算値と近似式による推定値との相関関係を示したグラフである。It is the graph which showed the correlation with the calculated value of cogging torque, and the estimated value by an approximate expression.

符号の説明Explanation of symbols

1 ステータ
1a ティース
2 ロータ
2a ロータコア
2b 永久磁石
4 記録媒体
30 制御部
31 バス
32 ROM
33 RAM
34 記憶部
35 入力部
36 表示部
37 読出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stator 1a Teeth 2 Rotor 2a Rotor core 2b Permanent magnet 4 Recording medium 30 Control part 31 Bus 32 ROM
33 RAM
34 storage unit 35 input unit 36 display unit 37 reading unit

Claims (14)

設計対象物を1又は複数のパラメータを有するモデルで近似し、前記1又は複数のパラメータに前記設計対象物の設計に係る設計値及び該設計値と異なる複数の異値夫々を設定し、前記設計値及び/又は前記異値から前記モデルの特性値を複数算出するシミュレーション方法において、
算出した複数の特性値に基づき前記モデルの特性値に係る近似式を導出し、
前記設計対象物の前記設計値からのばらつきに係る変動値を設定し、
前記近似式及び前記変動値により前記モデルの特性値を算出する
ことを特徴とするシミュレーション方法。
The design object is approximated by a model having one or a plurality of parameters, a design value related to the design of the design object and a plurality of different values different from the design value are set in the one or a plurality of parameters, and the design In a simulation method for calculating a plurality of characteristic values of the model from values and / or the different values,
Deriving an approximate expression related to the characteristic value of the model based on the calculated characteristic values,
Set a variation value related to variation from the design value of the design object,
A characteristic value of the model is calculated from the approximate expression and the variation value.
実験計画法に係る複数の水準を設定し、
前記複数の水準に前記設計値及び/又は前記複数の異値を割り当て、
前記複数の特性値を、前記複数の水準に係る直交表に基づいて算出する
請求項1に記載のシミュレーション方法。
Set multiple levels for the design of experiments,
Assigning the design value and / or the plurality of different values to the plurality of levels,
The simulation method according to claim 1, wherein the plurality of characteristic values are calculated based on an orthogonal table according to the plurality of levels.
前記設計対象物に係る特性範囲を設定し、
前記近似式により算出した特性値が前記特性範囲内にあるか否かを判定し、
前記特性値が前記特性範囲内にないと判定した場合、前記特性範囲内にないと判定した特性値に係る変動値と相異なる変動値を設定し、
設定した相異なる変動値及び前記近似式により前記特性値を更に算出する
請求項1又は請求項2に記載のシミュレーション方法。
Set a characteristic range related to the design object,
Determine whether the characteristic value calculated by the approximate expression is within the characteristic range;
When it is determined that the characteristic value is not within the characteristic range, a variation value different from the variation value related to the characteristic value determined not to be within the characteristic range is set,
The simulation method according to claim 1, wherein the characteristic value is further calculated by using different set fluctuation values and the approximate expression.
前記直交表に基づいて算出した前記複数の特性値を分散分析し、
分散分析した結果に基づき、前記相異なる変動値を設定する
請求項3に記載のシミュレーション方法。
Analyzing the plurality of characteristic values calculated based on the orthogonal table;
The simulation method according to claim 3, wherein the different variation values are set based on a result of analysis of variance.
前記設計対象物は、
永久磁石を備える永久磁石モータである
請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載のシミュレーション方法。
The design object is
It is a permanent magnet motor provided with a permanent magnet, The simulation method as described in any one of Claims 1 thru | or 4.
前記特性値は、
前記永久磁石モータのコギングトルクに係る特性値である
請求項5に記載のシミュレーション方法。
The characteristic value is
The simulation method according to claim 5, wherein the simulation value is a characteristic value related to cogging torque of the permanent magnet motor.
前記パラメータは、
前記永久磁石の設計に係る値に対応するパラメータである
請求項5又は請求項6に記載のシミュレーション方法。
The parameter is
The simulation method according to claim 5, wherein the parameter corresponds to a value related to a design of the permanent magnet.
設計対象物を1又は複数のパラメータを有するモデルで近似する手段と、前記1又は複数のパラメータに対する前記設計対象物の設計に係る設計値及び該設計値と異なる複数の異値夫々を受け付ける受付手段と、前記設計値及び/又は前記異値から前記モデルの特性値を複数算出する算出手段とを備える設計支援装置において、
前記算出手段は、
算出した複数の特性値に基づき前記モデルの特性値に係る近似式を導出する手段を有し、
前記受付手段は、
前記設計対象物の前記設計値からのばらつきに係る変動値を受け付ける手段
を有し、
前記算出手段は、
前記近似式及び前記変動値により前記モデルの特性値を算出すべくなしてある
ことを特徴とする設計支援装置。
Means for approximating the design object with a model having one or a plurality of parameters; and accepting means for receiving a design value relating to the design of the design object for the one or more parameters and a plurality of different values different from the design value And a design support device comprising a calculation means for calculating a plurality of characteristic values of the model from the design value and / or the different value,
The calculating means includes
Means for deriving an approximate expression related to the characteristic value of the model based on the plurality of calculated characteristic values;
The accepting means is
Means for receiving a variation value related to variation from the design value of the design object;
The calculating means includes
The design support apparatus is characterized in that a characteristic value of the model is calculated from the approximate expression and the variation value.
前記算出手段は、
実験計画法に係る複数の水準を設定する手段と、
前記複数の水準に前記設計値及び/又は前記複数の異値を割り当てる手段と
を有し、
前記複数の特性値を、前記複数の水準に係る直交表に基づいて算出すべくなしてある
請求項8に記載の設計支援装置。
The calculating means includes
Means for setting a plurality of levels related to the design of experiments;
Means for assigning the design value and / or the plurality of different values to the plurality of levels,
The design support apparatus according to claim 8, wherein the plurality of characteristic values are calculated based on an orthogonal table related to the plurality of levels.
前記設計対象物に係る特性範囲の設定を受け付ける手段と、
前記近似式により算出した特性値が前記特性範囲内にあるか否かを判定する判定手段と
を備え、
前記算出手段は、
前記判定手段が前記特性範囲内にないと判定した場合、前記直交表に基づいて算出した前記複数の特性値を分散分析する分散分析手段と、
該分散分析手段により分散分析した結果に基づき、前記特性範囲内にないと判定した特性値に係る変動値と相違なる変動値を設定する設定手段と
を有し、
該設定手段により設定した相異なる変動値及び前記近似式により前記特性値を更に算出すべ
くなしてある
請求項9に記載の設計支援装置。
Means for accepting setting of a characteristic range relating to the design object;
Determination means for determining whether or not the characteristic value calculated by the approximate expression is within the characteristic range; and
The calculating means includes
If the determination means determines that it is not within the characteristic range, an analysis of variance means for analyzing the variance of the plurality of characteristic values calculated based on the orthogonal table;
Setting means for setting a variation value different from the variation value related to the characteristic value determined not to be within the characteristic range based on the result of the analysis of variance by the analysis of variance means;
The design support apparatus according to claim 9, wherein the characteristic value is further calculated based on different variation values set by the setting unit and the approximate expression.
コンピュータに、設計対象物を1又は複数のパラメータを有するモデルで近似させるステップと、コンピュータに、前記1又は複数のパラメータに対する前記設計対象物の設計に係る設計値及び/又は該設計値と異なる複数の異値から前記モデルの特性値を複数算出させるステップとを有するコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、算出させた複数の特性値に基づき前記モデルの特性値に係る近似式を導出させるステップと、
コンピュータに、前記設計対象物の前記設計値からのばらつきに係る変動値及び前記近似式により前記モデルの特性値を算出させるステップと
を有することを特徴とするコンピュータプログラム。
A step of causing a computer to approximate a design object with a model having one or more parameters; and a computer having a design value related to the design of the design object with respect to the one or more parameters and / or a plurality of different design values. And calculating a plurality of characteristic values of the model from different values of
Causing the computer to derive an approximate expression related to the characteristic value of the model based on the calculated plurality of characteristic values;
A computer program comprising: causing a computer to calculate a characteristic value of the model based on a variation value related to a variation of the design object from the design value and the approximate expression.
前記複数の特性値を算出させるステップは、
コンピュータに、実験計画法に係る複数の水準に前記設計値及び/又は前記複数の異値を割り当てさせるステップと、
コンピュータに、前記複数の特性値を、前記複数の水準に係る直交表に基づいて算出させるステップと
を有する請求項11に記載のコンピュータプログラム。
The step of calculating the plurality of characteristic values includes:
Causing the computer to assign the design value and / or the plurality of different values to a plurality of levels according to an experiment design method;
The computer program according to claim 11, further comprising: causing the computer to calculate the plurality of characteristic values based on orthogonal tables according to the plurality of levels.
コンピュータに、前記近似式により算出させた特性値が、前記設計対象物に係る特性範囲内にあるか否かを判定させるステップと、
コンピュータに、前記特性値が前記特性範囲内にないと判定された場合、前記直交表に基づいて算出させた前記複数の特性値を分散分析させるステップと、
コンピュータに、分散分析させた結果に基づき、前記特性範囲内にないと判定された特性値に係る変動値と相違なる変動値を設定させるステップと、
コンピュータに、設定させた相異なる変動値及び前記近似式により前記特性値を更に算出させるステップと
を有する請求項12に記載のコンピュータプログラム。
Causing the computer to determine whether or not the characteristic value calculated by the approximate expression is within a characteristic range related to the design object;
When the computer determines that the characteristic value is not within the characteristic range, a step of performing an analysis of variance of the plurality of characteristic values calculated based on the orthogonal table;
A step of causing a computer to set a variation value different from the variation value related to the characteristic value determined not to be within the characteristic range based on the result of analysis of variance;
The computer program according to claim 12, further comprising: causing the computer to further calculate the characteristic value by using different set variation values and the approximate expression.
請求項11乃至請求項13の少なくともいずれか一つに記載のコンピュータプログラムが記録されているコンピュータでの読取りが可能な記録媒体。
14. A recording medium readable by a computer on which the computer program according to claim 11 is recorded.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008226173A (en) * 2007-03-15 2008-09-25 Furukawa Electric Co Ltd:The Product reliability analysis device, method, and program
JP2010219330A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Ricoh Elemex Corp Primary coil and secondary coil of contactless energy transmission device, method of determining coil conditions of contactless energy transmission device
JP2010219331A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Ricoh Elemex Corp Contactless energy transmission device, electronic clock, charging device, and method of determining core form of the contactless energy transmission device
JP2010220409A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Ricoh Elemex Corp Primary side core of non-contact energy transmission device, primary side core determination method of non-contact energy transmission device, and charger of electronic clock for non-contact charging
JP2012125131A (en) * 2010-12-06 2012-06-28 Hyundai Motor Co Ltd Motor control device for hybrid vehicles

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008226173A (en) * 2007-03-15 2008-09-25 Furukawa Electric Co Ltd:The Product reliability analysis device, method, and program
JP2010219330A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Ricoh Elemex Corp Primary coil and secondary coil of contactless energy transmission device, method of determining coil conditions of contactless energy transmission device
JP2010219331A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Ricoh Elemex Corp Contactless energy transmission device, electronic clock, charging device, and method of determining core form of the contactless energy transmission device
JP2010220409A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Ricoh Elemex Corp Primary side core of non-contact energy transmission device, primary side core determination method of non-contact energy transmission device, and charger of electronic clock for non-contact charging
JP2012125131A (en) * 2010-12-06 2012-06-28 Hyundai Motor Co Ltd Motor control device for hybrid vehicles

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