JP2012128492A - Analyzer and analysis method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To more firmly conserving energy in a coupled analysis of a magnetic field and a motion.SOLUTION: An analyzer 1 analyzes a behavior of an object to be analyzed after the object to be analyzed has been represented thereby as a particle system comprising a plurality of particles. The analyzer 1 comprises: a magnetic field calculating section 66 for calculating a magnetic field by numerically solving an equation of motion, which represents a relation to be satisfied by the magnetic field in a form of the equation of motion, of a virtual particle; and a mechanism and elasticity calculating section for calculating a motion of each particle based on the magnetic field calculated by the magnetic field calculating section 66 and errors caused by calculations performed by the magnetic field calculating section 66 so as to update a position of the each particle.

Description

本発明は、解析装置および解析方法に関する。   The present invention relates to an analysis apparatus and an analysis method.

近年、コンピュータの計算能力の向上に伴い、モータなどの電気機器の設計開発の現場では磁場解析を取り入れたシミュレーションがよく使用されるようになっている。シミュレーションを使用すると、実際にプロトタイプを製作しなくてもある程度の評価が可能となるので、設計開発のスピードが向上しうる。   In recent years, simulations incorporating magnetic field analysis are often used in the field of design and development of electric devices such as motors as computer computing power increases. When simulation is used, it is possible to evaluate to some extent without actually creating a prototype, so that the speed of design development can be improved.

例えば特許文献1には、磁場解析を実行する演算処理装置を具えるモータ解析装置が記載されている。演算処理装置は、ユーザの操作に基づく外部指令に応じて、有限要素法による静磁場解析やマクスウェルの応力法によるトルク計算を実行する。有限要素法による静磁場解析のためにメッシュ分割が行われる。メッシュ分割は、コア領域及びハウジング領域、さらには外部空気層領域についても行われる。   For example, Patent Document 1 describes a motor analysis device including an arithmetic processing device that performs magnetic field analysis. The arithmetic processing unit executes a static magnetic field analysis by a finite element method and a torque calculation by Maxwell's stress method according to an external command based on a user operation. Mesh division is performed for static magnetic field analysis by the finite element method. The mesh division is also performed on the core region and the housing region, and also on the outer air layer region.

また、繰り込み群分子動力学を使用したシミュレーションの手法が知られている(特許文献2参照)。   Further, a simulation method using renormalization group molecular dynamics is known (see Patent Document 2).

特開平11−146688号公報JP-A-11-146688 特開2006−285866号公報JP 2006-285866 A

本出願人は特願2010−128664において、例えば磁場と機構と弾性と制御とを連成して解析する手法を提案している。この手法では、ひとつのラグランジアンから導出される正準変数(太字のHip’’、太字の傍点付きHip’’)の仮想粒子の運動方程式および正準変数(太字のri’’、太字の傍点付きri’’)の粒子の運動方程式を、常微分方程式の一般的な解法のひとつである蛙跳び法によってそれぞれ数値積分を行い、連成解析を実施する。
(特願2010−128664では、仮想粒子の運動方程式を磁場の運動方程式と名づけ記述している。特願2010−128664で示す手法は、本来、仮想的な粒子を用いて、磁性体を有する系の磁場解析を行っており、仮想的な粒子を磁場と名づけている。本明細書においては、呼び名を限定し物理的により明確とするよう、仮想粒子として記載する)。
仮想粒子の運動方程式を数値積分することにより、図11(a)に示す位相空間での仮想粒子の挙動が計算され(磁場解析)、粒子の運動方程式を数値積分することにより、図11(b)に示す位相空間での粒子の挙動が計算される(機構・弾性解析)。仮想粒子の挙動、粒子の挙動を交互に計算することで、磁場・機構・弾性連成解析が行われる。運動方程式の形にして蛙跳び法を採用することにより、仮想粒子の運動方程式、粒子の運動方程式それぞれの数値計算において系のエネルギは保存されうる。
In the Japanese Patent Application No. 2010-128664, the applicant of the present application has proposed, for example, a method of analyzing magnetic field, mechanism, elasticity, and control in combination. In this approach, the canonical variables that are derived from one of the Lagrangian (bold H ip '', bold neighbors with H ip '') equation of motion and the canonical variables of virtual particles (bold r i '', bold The motion equations of the particles with r i ′ ′) with side points are numerically integrated by the jumping method, which is one of the general solutions of ordinary differential equations, and coupled analysis is performed.
(In Japanese Patent Application No. 2010-128664, the equation of motion of the virtual particle is named and described as the equation of motion of the magnetic field. The method shown in Japanese Patent Application No. 2010-128664 originally uses a virtual particle and has a magnetic material. In this specification, the virtual particle is described as a virtual particle so as to limit the name and make it more physically clear).
By numerically integrating the equation of motion of the virtual particle, the behavior of the virtual particle in the phase space shown in FIG. 11A is calculated (magnetic field analysis), and by numerically integrating the equation of motion of the particle, FIG. The behavior of the particles in the phase space shown in Fig. 2) is calculated (mechanism / elastic analysis). Magnetic field / mechanism / elastic coupled analysis is performed by calculating the behavior of virtual particles and the behavior of particles alternately. By adopting the jumping method in the form of the equation of motion, the energy of the system can be preserved in the numerical calculation of the virtual particle equation of motion and the particle equation of motion.

しかしながら、仮想粒子の運動方程式によって磁性体を有する系の磁場状態が定常に到達するまで繰り返し計算を行う場合、任意の誤差値で繰り返し計算を打ち切る必要がある。なお、繰り返し計算を行うほど誤差は減少していくが、誤差がゼロということは実質的にあり得ない。   However, when iterative calculation is performed until the magnetic field state of the system having the magnetic material reaches a steady state by the equation of motion of the virtual particles, it is necessary to terminate the calculation repeatedly with an arbitrary error value. Note that the error decreases as the iterative calculation is performed, but it is virtually impossible that the error is zero.

この打ち切り誤差のために仮想粒子の挙動の計算(磁場解析)から粒子の挙動の計算(機構・弾性解析)までのサイクルを繰り返すたびに系全体のエネルギが変動しうる。サイクルの数が多くなるほど、すなわちシミュレーションが複雑で大規模になるほど、この変動の影響が蓄積されて無視できなくなっていく。   Due to this truncation error, the energy of the entire system can fluctuate each time the cycle from the calculation of the virtual particle behavior (magnetic field analysis) to the calculation of the particle behavior (mechanism / elastic analysis) is repeated. As the number of cycles increases, that is, as the simulation becomes more complex and larger, the effects of this variation accumulate and cannot be ignored.

また、打ち切り誤差に限らず、磁場の演算で生じた誤差がサイクルを重ねるうちに蓄積され、そのエネルギ保存への影響が無視できなくなることも考えられる。   Further, not only the truncation error, but errors generated by the calculation of the magnetic field are accumulated as the cycles are repeated, and the influence on the energy conservation cannot be ignored.

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁場と機構・弾性の連成解析においてエネルギ保存をより強固なものとする解析技術の提供にある。   The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide an analysis technique that further enhances energy conservation in a coupled analysis of a magnetic field, a mechanism, and elasticity.

本発明のある態様は解析装置に関する。この解析装置は、解析対象の物体を複数の粒子からなる粒子系として記述した上で当該物体の振る舞いを解析する解析装置であって、磁性体を構成する粒子は内部に仮想粒子をもち、仮想粒子が満たすべき関係を運動方程式の形式で記述した仮想粒子の運動方程式を数値的に解き、仮想粒子の挙動から、系の磁場状態を演算する磁場演算部と、粒子の運動方程式を数値的に解くことにより粒子の挙動を演算する機構・弾性演算部と、を備える。   One embodiment of the present invention relates to an analysis apparatus. This analysis device is an analysis device that analyzes the behavior of the object after describing the object to be analyzed as a particle system composed of a plurality of particles. Numerically solve the equation of motion of the virtual particle describing the relationship that the particles should satisfy in the form of the equation of motion, and calculate the magnetic field state of the system from the behavior of the virtual particle and the equation of motion of the particle numerically A mechanism / elasticity calculation unit that calculates the behavior of the particles by solving.

この態様によると、粒子の運動方程式には、磁場解析で生じた数値誤差が復元力として含まれており、磁場解析によって生じた数値誤差は自動的に粒子の挙動に反映され、系全体のエネルギ保存が強固となる。
またこの態様によると、磁場の演算で生じた数値誤差を粒子の挙動(機構・弾性の演算)の演算に組み入れることができる。
According to this aspect, the equation of motion of the particle includes the numerical error generated by the magnetic field analysis as a restoring force, and the numerical error generated by the magnetic field analysis is automatically reflected in the behavior of the particle, and the energy of the entire system is Preservation becomes strong.
Further, according to this aspect, it is possible to incorporate numerical errors caused by the magnetic field calculation into the particle behavior (mechanism / elasticity calculation).

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements, or those obtained by replacing the constituent elements and expressions of the present invention with each other between apparatuses, methods, systems, computer programs, recording media storing computer programs, and the like are also included in the present invention. It is effective as an embodiment of

本発明によれば、磁場と機構・弾性の連成解析においてエネルギ保存をより強固なものとすることができる。   According to the present invention, energy conservation can be further strengthened in a coupled analysis of a magnetic field and a mechanism / elasticity.

実施の形態に係る解析装置の機能および構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function and structure of the analyzer which concerns on embodiment. SPMモータの構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a structure of a SPM motor. SPMモータのステータティースの1つの周囲の拡大斜視図である。It is an expansion perspective view of one circumference | surroundings of the stator teeth of an SPM motor. 図1の解析装置における一連の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a series of processes in the analyzer of FIG. コイルの説明図である。It is explanatory drawing of a coil. 直方体導体とローカル座標との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a rectangular parallelepiped conductor and a local coordinate. 円弧状柱状導体とローカル座標との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an arc-shaped columnar conductor and a local coordinate. 図4に示される処理の一部の詳細を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing details of a part of the processing shown in FIG. 4. 磁性体に対応する粒子(立方体要素)およびその内部の仮想粒子の説明図である。It is explanatory drawing of the particle | grains (cubic element) corresponding to a magnetic body, and the virtual particle inside it. 復元力を導入する場合としない場合とでの系全体のエネルギの推移を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows transition of the energy of the whole system with the case where a restoring force is introduce | transduced and the case where it is not. 図11(a)、(b)は、仮想粒子および粒子がそれぞれ運動する位相空間を説明するための説明図である。FIGS. 11A and 11B are explanatory diagrams for explaining a phase space in which virtual particles and particles move respectively.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付する場合がある。また、適宜重複した説明は省略する。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same code | symbol may be attached | subjected to the same or equivalent component, member, and process which are shown by each drawing. Moreover, the description which overlaps suitably is abbreviate | omitted.

実施の形態に係る解析装置では、モータなどの現実の物体に対して、磁場と機構・弾性の連成シミュレーションが行われる。解析対象を粒子の集合体とし、特に、機構・弾性解析に関しては粒子の運動方程式(分子動力学)、磁性体の磁場解析に関しては磁性体を構成する粒子内の仮想粒子の運動方程式を用いて連成計算が実施される。この連成計算において解析装置は、仮想粒子の運動方程式による磁場解析で発生した数値誤差を粒子の運動方程式に復元させる。これにより系全体のエネルギ保存がより強固となり、高精度な連成解析が可能となる。   In the analysis apparatus according to the embodiment, a coupled simulation of a magnetic field, a mechanism, and elasticity is performed on an actual object such as a motor. The object of analysis is an aggregate of particles. Especially, for the mechanism / elastic analysis, the equation of motion of the particle (molecular dynamics) is used, and for the magnetic field analysis of the magnetic material, using the equation of motion of the virtual particles in the particles constituting the magnetic material. Coupled calculations are performed. In this coupled calculation, the analysis apparatus restores the numerical error generated in the magnetic field analysis by the virtual particle motion equation to the particle motion equation. As a result, the energy conservation of the entire system becomes stronger, and a highly accurate coupled analysis becomes possible.

仮想粒子の運動方程式による磁場解析で発生する数値誤差は少なくとも、反復解法で本来は無限に繰り返す反復を中途で打ち切ったときに発生する近似解と厳密解の差である打ち切り誤差と、離散化近似を行って得た問題の解と元の連続問題の解との差に対応する離散化誤差と、を含む。以下では、仮想粒子の運動方程式による磁場解析で発生する数値誤差のうち打ち切り誤差を取り扱う場合を考える。なお、他の実施の形態では、打ち切り誤差以外の他の数値誤差が取り扱われてもよい。   The numerical error that occurs in the magnetic field analysis using the virtual particle equation of motion is at least a truncation error that is the difference between the approximate solution and the exact solution that occur when the iterative solution is terminated indefinitely. And a discretization error corresponding to the difference between the solution of the problem obtained by performing the above and the solution of the original continuous problem. In the following, let us consider a case in which a truncation error is handled among numerical errors generated in a magnetic field analysis using a virtual particle equation of motion. In other embodiments, numerical errors other than the truncation error may be handled.

図1は、実施の形態に係る解析装置1の機能および構成を示すブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウエア的には、コンピュータのCPU(central processing unit)をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。   FIG. 1 is a block diagram showing functions and configuration of an analysis apparatus 1 according to the embodiment. Each block shown here can be realized by hardware such as a computer (CPU) (central processing unit) and other elements and mechanical devices, and software can be realized by a computer program or the like. Here, The functional block realized by those cooperation is drawn. Therefore, it is understood by those skilled in the art who have touched this specification that these functional blocks can be realized in various forms by a combination of hardware and software.

解析装置1は、解析対象の物体を複数の粒子からなる粒子系として当該物体の振る舞いを解析する。ここでの粒子系としては、特に繰り込まれた粒子系が使用される。繰り込みについては、特許文献2に詳しい。
解析装置1は、制御部3と、記憶装置5と、メディア入出力部6と、入力部7と、表示部9と、プリンタポート11と、を備え、これらの部材はバス13を介して互いに接続されている。
The analysis device 1 analyzes the behavior of an object to be analyzed as a particle system composed of a plurality of particles. As the particle system here, a particularly brought-in particle system is used. The renormalization is detailed in Patent Document 2.
The analysis device 1 includes a control unit 3, a storage device 5, a media input / output unit 6, an input unit 7, a display unit 9, and a printer port 11, and these members are connected to each other via a bus 13. It is connected.

制御部3は、CPU、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等で構成され、記憶手段としての記憶装置5に格納されたプログラムに従って、バス13を介して接続された各装置を駆動制御する。   The control unit 3 includes a CPU, a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like, and controls each device connected via the bus 13 in accordance with a program stored in the storage device 5 as a storage unit. Drive control.

記憶装置5は、初期条件を有する情報である入力情報を有している。メディア入出力部6は、フロッピー(登録商標)ディスク、CD、DVD等のメディアとの間で情報の入出力を行う装置である。入力部7は、キーボード、マウス等の入力装置であり、表示部9はディスプレイ等の表示機器である。プリンタポート11には出力装置としてのプリンタ12等が接続される。   The storage device 5 has input information that is information having initial conditions. The media input / output unit 6 is a device for inputting / outputting information to / from a medium such as a floppy (registered trademark) disk, CD, or DVD. The input unit 7 is an input device such as a keyboard and a mouse, and the display unit 9 is a display device such as a display. A printer 12 as an output device is connected to the printer port 11.

制御部3は、粒子モデル生成部60と、繰り込み部62と、相互作用演算部64と、磁場演算部66と、機構・弾性演算部68と、制御パラメータ更新部70と、終了判定部72と、を含む。各部の詳細は後述する。   The control unit 3 includes a particle model generation unit 60, a retraction unit 62, an interaction calculation unit 64, a magnetic field calculation unit 66, a mechanism / elasticity calculation unit 68, a control parameter update unit 70, and an end determination unit 72. ,including. Details of each part will be described later.

以下では、解析装置1による解析対象の物体としてモータ、特に永久磁石モータ(Permanent Magnet Motor)の一種であるSPMモータ31(Surface Permanent Magnet Motor)を採用する場合を説明する。   Below, the case where the motor, especially the SPM motor 31 (Surface Permanent Magnet Motor) which is a kind of permanent magnet motor is employed as the object to be analyzed by the analysis apparatus 1 will be described.

SPMモータ31の構成の概略を図2および図3を参照して説明する。
図2に示すように、SPMモータ31は、回転子(移動子)であるロータ33と、固定子であるステータ35と、を有している。ロータ33は、鉄等の磁性体である円柱状のロータコア37を有し、ロータコア37の表面には永久磁石39が設けられている。ロータコア37の軸中心には棒状のロータシャフト41が設けられている。
An outline of the configuration of the SPM motor 31 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, the SPM motor 31 includes a rotor 33 that is a rotor (moving element) and a stator 35 that is a stator. The rotor 33 includes a cylindrical rotor core 37 that is a magnetic body such as iron, and a permanent magnet 39 is provided on the surface of the rotor core 37. A rod-shaped rotor shaft 41 is provided at the axial center of the rotor core 37.

ステータ35は、磁性体である歯状のステータティース43と、ステータティース43の外側に設けられた円筒状の磁性体であるコアバック44と、コアバック44の外側に設けられた円筒状のフレーム46と、を含む。   The stator 35 includes a tooth-like stator teeth 43 that is a magnetic body, a core back 44 that is a cylindrical magnetic body provided outside the stator teeth 43, and a cylindrical frame that is provided outside the core back 44. 46.

図2および図3に示すように、ステータティース43には、金属等の導電体であるコイル45が巻きつけられている。なお、実際のSPMモータ31ではコイル45は仕様に応じたターン数でステータティース43に巻きつけられて束となっているが、本実施の形態では、図2および図3に描かれているように、コイル一本一本をモデル化せず、コイルの束を1つの導体として扱う。   As shown in FIGS. 2 and 3, a coil 45 that is a conductor such as a metal is wound around the stator teeth 43. In the actual SPM motor 31, the coil 45 is wound around the stator teeth 43 with the number of turns according to the specification to form a bundle, but in this embodiment, it is depicted in FIGS. 2 and 3. In addition, a coil bundle is handled as one conductor without modeling each coil.

このような構造のSPMモータ31は、永久磁石39の磁場、およびコイル45に電流を流すことにより発生する磁場によって、ロータ33、ステータ35が磁化する。磁性体の磁気エネルギの偏差によりSPMモータ31は駆動する。   In the SPM motor 31 having such a structure, the rotor 33 and the stator 35 are magnetized by the magnetic field of the permanent magnet 39 and the magnetic field generated by passing a current through the coil 45. The SPM motor 31 is driven by the deviation of the magnetic energy of the magnetic material.

そのため、SPMモータ31の解析を行うためにはコイル45、永久磁石39がロータ33、ステータ35を構成する磁性体上に作る磁場ベクトルを計算し、これら磁性体の磁化現象を解析する必要がある。   Therefore, in order to analyze the SPM motor 31, it is necessary to calculate the magnetic field vector that the coil 45 and the permanent magnet 39 form on the magnetic bodies constituting the rotor 33 and the stator 35, and to analyze the magnetization phenomenon of these magnetic bodies. .

図4は、実施の形態に係る解析装置1における一連の処理を示すフローチャートである。以下の手順において、磁性体とは、ロータ33、ステータ35を構成する磁性体と永久磁石39を指し示し、磁化曲線を表す関数によってこれらは区別される。導体とは、例えばコイル45である。   FIG. 4 is a flowchart showing a series of processes in the analysis apparatus 1 according to the embodiment. In the following procedure, the magnetic material refers to the magnetic material constituting the rotor 33 and the stator 35 and the permanent magnet 39, and these are distinguished by a function representing a magnetization curve. The conductor is, for example, a coil 45.

(ステップS202)
解析装置1は、SPMモータ31の形状に関する情報や材料の特徴(材料定数など)を含む初期条件を取得し、記憶装置5に入力情報として記憶する。この初期条件は例えばメディア入出力部6を介してCD−ROM等の記録媒体から読み込んだものであってもよい。さらに、あらかじめ上記初期条件が入力情報として記憶されている場合は、ステップS202は不要である。
(Step S202)
The analysis device 1 acquires initial conditions including information on the shape of the SPM motor 31 and characteristics of the material (such as material constants) and stores them in the storage device 5 as input information. This initial condition may be read from a recording medium such as a CD-ROM via the media input / output unit 6, for example. Furthermore, when the initial conditions are stored as input information in advance, step S202 is not necessary.

初期条件は、SPMモータ31の3次元構造(形状、座標点)、質量密度、磁性体の磁化曲線を表す関数、導体の電流密度ベクトル、を含む。SPMモータ31の3次元構造の情報とは例えばCAD等のデータである。電流密度ベクトルは、コイル45の作る磁場ベクトルを計算する際に必要になる。磁性体の磁化曲線を表す関数は磁化ベクトルを計算する際に必要になる。   The initial conditions include the three-dimensional structure (shape, coordinate point) of the SPM motor 31, the mass density, the function representing the magnetization curve of the magnetic material, and the current density vector of the conductor. The information on the three-dimensional structure of the SPM motor 31 is data such as CAD. The current density vector is necessary when calculating the magnetic field vector formed by the coil 45. A function representing the magnetization curve of the magnetic material is required when calculating the magnetization vector.

(ステップS204)
粒子モデル生成部60は、記憶装置5が記憶する初期条件からSPMモータ31の粒子モデルを生成する。粒子モデル生成部60は、まず、初期条件に含まれる3次元構造の情報から、SPMモータ31をN個の粒子に分割し(Nは2以上の整数)、各粒子の位置ベクトルを計算し,記憶装置5に記憶する。次に、粒子モデル生成部60は、磁性体を構成する各粒子内の仮想粒子の位置ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する。N個の粒子は粒子系Sを構成する。粒子は、原子、分子単位であってもよいし、粒子の位置を重心とする多面体要素であってもよい。仮想粒子の詳細については後述する。
(Step S204)
The particle model generation unit 60 generates a particle model of the SPM motor 31 from the initial conditions stored in the storage device 5. First, the particle model generation unit 60 divides the SPM motor 31 into N particles (N is an integer of 2 or more) from the information of the three-dimensional structure included in the initial condition, and calculates the position vector of each particle. Store in storage device 5. Next, the particle model generation unit 60 calculates the position vector of the virtual particle in each particle constituting the magnetic body and stores it in the storage device 5. N particles constitute the particle system S. The particle may be an atomic or molecular unit, or may be a polyhedral element having the position of the particle as the center of gravity. Details of the virtual particles will be described later.

粒子の数Nおよび位置ベクトルは初期条件に含まれる3次元構造およびあらかじめ記憶装置5に記憶されている多面体要素の形状により計算される。また、磁性体を構成する各粒子の重心と表面で構成された多面体要素を仮想粒子とする。以下ではSPMモータ31の磁性体に対応する粒子は、粒子の位置を重心とする立方体要素であるとし、仮想粒子は、粒子の重心と各表面で構成される五面体であるとする。つまり,ひとつの粒子は6つの仮想粒子を内包する。仮想粒子の位置の計算に関しては、ステップS102の解説において詳細を述べる。   The number N of particles and the position vector are calculated based on the three-dimensional structure included in the initial condition and the shape of the polyhedral element stored in the storage device 5 in advance. Further, a polyhedral element constituted by the center of gravity and the surface of each particle constituting the magnetic body is assumed to be a virtual particle. In the following, it is assumed that the particles corresponding to the magnetic body of the SPM motor 31 are cubic elements whose center of gravity is the position of the particles, and the virtual particles are pentahedrons composed of the center of gravity of the particles and each surface. That is, one particle contains six virtual particles. Details of the calculation of the position of the virtual particle will be described in the explanation of step S102.

また、導体であるコイル45に対応する粒子は、以下のように決定する。
図5は、コイル45の説明図である。図5(a)は、コイル45の拡大斜視図であり、図5(b)は、コイル45をローカル導体に分割した例を示す図である。図6は、直方体導体とローカル座標との関係を示す図である。図7は、円弧状柱状導体とローカル座標との関係を示す図である。
Moreover, the particle | grains corresponding to the coil 45 which is a conductor are determined as follows.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the coil 45. FIG. 5A is an enlarged perspective view of the coil 45, and FIG. 5B is a diagram illustrating an example in which the coil 45 is divided into local conductors. FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a rectangular parallelepiped conductor and local coordinates. FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between the arc-shaped columnar conductor and the local coordinates.

粒子モデル生成部60は、初期条件に含まれる3次元構造の情報から、図5(a)に示されるコイル45を図5(b)に示すようにローカル導体(直方体導体45a、45bと円弧状柱状導体45c、45d)に分割し、それぞれの導体が作る磁場ベクトルを計算するための係数を計算し、記憶装置5に記憶する。   From the three-dimensional structure information included in the initial conditions, the particle model generation unit 60 converts the coil 45 shown in FIG. 5A to a local conductor (rectangular conductors 45a and 45b and an arc shape as shown in FIG. 5B). Dividing into columnar conductors 45c and 45d), a coefficient for calculating a magnetic field vector created by each conductor is calculated and stored in the storage device 5.

まず、ローカル導体が直方体導体45aの場合について説明する。
なお、ローカル導体が直方体導体45bの場合は、ローカル導体が直方体導体45aの場合と同様であるため、説明を省略する。
First, the case where the local conductor is a rectangular parallelepiped conductor 45a will be described.
In addition, since it is the same as that of the case where a local conductor is the rectangular parallelepiped conductor 45a when a local conductor is the rectangular parallelepiped conductor 45b, description is abbreviate | omitted.

ローカル導体が直方体導体45aの場合は、粒子モデル生成部60は、図6に示すように、ローカル座標系(x,y,z)を適用する。このローカル座標系においてはローカル導体(直方体導体45a)の重心を原点Oとし、直方体導体45aの寸法はx方向に2a、y方向に2b、z方向に2cの長さを持つものとする。また原点Oに粒子は位置するものとする。 When the local conductor is a rectangular parallelepiped conductor 45a, the particle model generation unit 60 applies a local coordinate system (x s , y s , z s ) as shown in FIG. What this in the local coordinate system to the center of gravity of the local conductor (rectangular conductor 45a) and the origin O s, dimensions of rectangular conductor 45a is having a length of x s direction 2a, y s direction 2b, z s directions 2c And And shall particles is located at the origin O s.

粒子モデル生成部60は、初期条件に含まれるコイル45の3次元構造を読み込み、ローカル導体(直方体導体45a)の寸法であるa、b、cと粒子位置ベクトルとを計算し記憶装置5に記憶する。   The particle model generation unit 60 reads the three-dimensional structure of the coil 45 included in the initial conditions, calculates the dimensions a, b, and c of the local conductor (cuboid conductor 45a) and the particle position vector, and stores them in the storage device 5. To do.

次に、ローカル導体が円弧状柱状導体45cの場合について説明する。
なお、ローカル導体が円弧状柱状導体45dの場合は、ローカル導体が円弧状柱状導体45cの場合と同様であるため、説明を省略する。
Next, a case where the local conductor is an arc-shaped columnar conductor 45c will be described.
Note that the case where the local conductor is the arc-shaped columnar conductor 45d is the same as the case where the local conductor is the arc-shaped columnar conductor 45c, and a description thereof will be omitted.

ローカル導体が円弧状柱状導体45cの場合は、粒子モデル生成部60は、図7に示すようにローカル座標系(x,y,z)を適用する。このローカル座標系においては原点Oは円弧の中心軸上に存在し、かつ円弧状柱状導体45cの高さ方向(図7のz方向)に対して円弧状柱状導体45cが対称となる点に存在するものとする。 When the local conductor is the arc-shaped columnar conductor 45c, the particle model generation unit 60 applies the local coordinate system (x c , y c , z c ) as shown in FIG. Origin O c are present on an arc of the central axis, and that the arcuate columnar conductor 45c are symmetrical with respect to the height direction of the arcuate columnar conductor 45c (z c direction in FIG. 7) in this local coordinate system Shall exist.

また、x,y,zは、x−y平面でみると、+x軸を基点とし、円弧状柱状導体45cの円弧が+z軸からみて反時計回りになるようして決定する。円弧状柱状導体45cの内径と外径の平均値をRとし、径方向の厚さを2r、z方向の高さを2zとする。 Moreover, x c, y c, z c , when viewed in x c -y c plane, + x c-axis as a base point, and so the arc of the arcuate columnar conductor 45c is + when viewed from the z c-axis counterclockwise decide. The average value of the inner diameter and the outer diameter of the arcuate columnar conductor 45c and R c, 2r the thickness in the radial direction a, the z c direction height and 2z b.

電流は+x軸を基点として、+zから見て反時計回りの方向への角度をθとし、電流はこの方向に一様な電流密度jで流れているものとする。粒子は円筒座標系で(R、θ/2、0)に位置するものとする。 Current as a base point a + x c-axis, + when viewed from the z c the angle a θ of the counter-clockwise direction, current is assumed to flow in a uniform current density j in this direction. It is assumed that the particles are located at (R c , θ / 2, 0) in the cylindrical coordinate system.

粒子モデル生成部60は、初期条件に含まれるコイル45の3次元構造を読み込み、ローカル導体(円弧状柱状導体45c)の寸法であるr、z、θ、Rおよび粒子位置ベクトルを計算し記憶装置5に記憶する。
なお、粒子モデル生成部60は磁性体、導体の別なく同じように粒子を設定してもよい。
Particle model generation unit 60 reads the three-dimensional structure of a coil 45 contained in the initial condition, the dimension of the local conductor (arcuate columnar conductor 45c) r a, z b, θ, calculate R c and particle position vector And stored in the storage device 5.
The particle model generation unit 60 may set particles in the same manner regardless of the magnetic material and the conductor.

(ステップS206)
繰り込み部62は、特許文献2で説明されている繰り込み群分子動力学の手法を使用して粒子系Sを繰り込み処理し、繰り込まれた粒子系S’を生成する。以下では、第1の繰り込み因子をα、第2の繰り込み因子をγ=0、第3の繰り込み因子δ=2、空間の次元数d=3とする。特許文献2によると、粒子系Sのパラメータと繰り込まれた粒子系S’のパラメータとの間には、
の関係が成り立つ。また、本発明者による独自の考察(後述)によると、
の関係が成り立つ。以下の解説で述べる物理量は、すべて繰り込まれた粒子系S’における量とする。
(Step S206)
The renormalization unit 62 performs a renormalization process on the particle system S using the method of renormalization group molecular dynamics described in Patent Document 2, and generates a regenerated particle system S ′. In the following, it is assumed that the first renormalization factor is α, the second renormalization factor is γ = 0, the third renormalization factor δ = 2, and the dimension number d of the space is d = 3. According to Patent Document 2, between the parameters of the particle system S and the regenerated particle system S ′,
The relationship holds. Moreover, according to the original consideration by the inventor (described later),
The relationship holds. The physical quantities described in the following explanation are all the quantities in the brought-in particle system S ′.

(ステップS208)
相互作用演算部64は、粒子間の相互作用による相互作用ポテンシャルエネルギφ’を演算する。相互作用ポテンシャルエネルギφ’の演算については特許文献2に詳しい。特に本実施の形態では、相互作用ポテンシャルエネルギφ’は弾性を考慮した形を有する。
(Step S208)
The interaction calculation unit 64 calculates the interaction potential energy φ ′ due to the interaction between particles. The calculation of the interaction potential energy φ ′ is detailed in Patent Document 2. In particular, in the present embodiment, the interaction potential energy φ ′ has a shape that takes elasticity into consideration.

(ステップS210)
磁場演算部66は、磁性体を構成する粒子内の仮想粒子が満たすべき関係を運動方程式の形式で記述した仮想粒子の運動方程式を数値的に解くことにより、粒子位置ベクトル上の磁場を演算する。その際、磁場演算部66は、所定の定常的な状態に達するまで仮想粒子の運動方程式に基づく演算を反復的に行う。詳細は後述する。
(Step S210)
The magnetic field calculation unit 66 calculates the magnetic field on the particle position vector by numerically solving the equation of motion of the virtual particle describing the relationship to be satisfied by the virtual particle in the particles constituting the magnetic material in the form of the equation of motion. . At that time, the magnetic field calculation unit 66 repeatedly performs a calculation based on the equation of motion of the virtual particles until a predetermined steady state is reached. Details will be described later.

(ステップS212)
機構・弾性演算部68は、相互作用演算部64によって演算された相互作用ポテンシャルエネルギφ’と磁場演算部66によって演算された粒子の位置ベクトル上の磁場に基づき各粒子の運動方程式を数値積分し、各粒子の位置、速度を更新する。次に更新された粒子の位置を基に仮想粒子の位置を更新する。なお、粒子の運動方程式は,磁場解演算における誤差に起因した復元力の項を有する。詳細は後述する。
(Step S212)
The mechanism / elasticity calculation unit 68 numerically integrates the equation of motion of each particle based on the interaction potential energy φ ′ calculated by the interaction calculation unit 64 and the magnetic field on the particle position vector calculated by the magnetic field calculation unit 66. Update the position and speed of each particle. Next, the position of the virtual particle is updated based on the updated position of the particle. The particle equation of motion has a term of restoring force due to an error in the magnetic field solution calculation. Details will be described later.

(ステップS214)
制御部3は、ユーザからの出力指示の有無を確認する。
(ステップS216)
制御部3は、ユーザからの出力指示がある場合(ステップS214のY)、繰り込まれた粒子系S’にステップS206に対応するリスケーリングを施す。
(ステップS218)
制御部3は、リスケーリングの結果得られる粒子の位置ベクトル、力ベクトル、磁化ベクトル、粒子の位置ベクトル上の磁場ベクトル、磁束密度ベクトルなどを,プリンタポート11を介してプリンタ12より出力する。
(Step S214)
The control unit 3 confirms whether there is an output instruction from the user.
(Step S216)
When there is an output instruction from the user (Y in Step S214), the control unit 3 performs rescaling corresponding to Step S206 on the particle system S ′ that has been brought forward.
(Step S218)
The control unit 3 outputs the particle position vector, force vector, magnetization vector, magnetic field vector on the particle position vector, magnetic flux density vector, and the like obtained from the rescaling from the printer 12 via the printer port 11.

(ステップS220)
終了判定部72は、ユーザからの出力指示がない場合(ステップS214のN)、所定の終了条件(時間、移動量等)を満たしているかを判断する。終了判定部72は、終了条件が満たされている場合は(ステップS220のY)、解析を終了する。
制御部3は、終了条件が満たされていない場合は(ステップS220のN)、処理をステップS208に戻す。すなわち、制御部3は、更新された各粒子の位置、速度を使用して、再度相互作用ポテンシャルエネルギφ’や磁場を演算する。
(Step S220)
When there is no output instruction from the user (N in Step S214), the end determination unit 72 determines whether a predetermined end condition (time, movement amount, etc.) is satisfied. When the termination condition is satisfied (Y in step S220), the termination determination unit 72 terminates the analysis.
When the termination condition is not satisfied (N in Step S220), the control unit 3 returns the process to Step S208. That is, the control unit 3 calculates the interaction potential energy φ ′ and the magnetic field again using the updated position and velocity of each particle.

なお、制御パラメータ更新部70は、終了条件が満たされていない場合であって(ステップS220のN)ユーザからの求めがある場合は、繰り込まれた粒子系S’の外部から与えられる制御パラメータであって、各粒子に作用する磁場に影響を及ぼす制御パラメータ、例えば電流密度ベクトルを更新する。磁場演算部66は更新された電流密度ベクトルを使用して磁場を演算する。   Note that the control parameter update unit 70 is a case where the termination condition is not satisfied (N in Step S220), and when there is a request from the user, the control parameter given from the outside of the transferred particle system S ′. Then, control parameters that affect the magnetic field acting on each particle, such as a current density vector, are updated. The magnetic field calculation unit 66 calculates a magnetic field using the updated current density vector.

ステップS210およびステップS212について以下に詳述する。
図8は、図4のステップS210およびステップS212の詳細を示すフローチャートである。
Steps S210 and S212 will be described in detail below.
FIG. 8 is a flowchart showing details of step S210 and step S212 of FIG.

(ステップS102)
磁場演算部66は、コイルの寸法および電流密度ベクトルを用いて、ビオ・サバールの法則を積分することにより得られる解析解により、通電されたコイルが磁性体に対応する粒子内の仮想粒子位置ベクトル上に作る磁場ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する。
(Step S102)
The magnetic field calculation unit 66 uses a coil size and a current density vector to calculate a virtual particle position vector in a particle in which the energized coil corresponds to the magnetic substance by an analytical solution obtained by integrating Bio-Savart's law. The magnetic field vector created above is calculated and stored in the storage device 5.

図9は、磁性体に対応する粒子と、仮想粒子の説明図である。粒子の形状は立方体としている。図9では、立方体要素を2次元表示した場合の形状の一例が示される。
ここで、粒子の位置ベクトル(立方体要素の重心)を(太字の)r’とし、粒子(立方体要素)表面の中点をq’点とする。粒子位置と粒子表面で構成された五面体要素を仮想粒子とし,粒子位置とq’点との中間点p’点を仮想粒子の位置とする。太字のn’q’は中点q’が属する要素境界面の法線ベクトル、ΔS’q’は中点q’が属する仮想粒子の表面積である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of particles corresponding to a magnetic body and virtual particles. The shape of the particles is a cube. FIG. 9 shows an example of a shape when a cubic element is displayed two-dimensionally.
Here, the position vector of the particle (the center of gravity of the cube element) is (bold) r g ′, and the midpoint of the particle (cube element) surface is the q ′ point. A pentahedral element composed of a particle position and a particle surface is defined as a virtual particle, and an intermediate point p ′ between the particle position and the q ′ point is defined as a virtual particle position. Bold n ′ q ′ is the normal vector of the element boundary surface to which the middle point q ′ belongs, and ΔS ′ q ′ is the surface area of the virtual particle to which the middle point q ′ belongs.

図8に戻る。
まず、ローカル導体が直方体導体45aの場合について説明する。
なお、ローカル導体が直方体導体45bの場合は、ローカル導体が直方体導体45aの場合と同様であるため、説明を省略する。
Returning to FIG.
First, the case where the local conductor is a rectangular parallelepiped conductor 45a will be described.
In addition, since it is the same as that of the case where a local conductor is the rectangular parallelepiped conductor 45a when a local conductor is the rectangular parallelepiped conductor 45b, description is abbreviate | omitted.

ローカル導体が直方体導体45aの場合は、図6で定義されるローカル座標系(x’,y’,z’)を適用する。
次に、任意の点であるP点の位置ベクトルをローカル座標系(x’,y’,z)に変換する。
When the local conductor is a rectangular parallelepiped conductor 45a, the local coordinate system (x s ′, y s ′, z s ′) defined in FIG. 6 is applied.
Next, the position vector of point P, which is an arbitrary point, is converted into the local coordinate system (x s ′, y s ′, z s ).

通電された直方体導体がP点に作る磁場ベクトルは、以下に示す式(1)〜(3)で記載される。   Magnetic field vectors created at the point P by the energized rectangular parallelepiped conductor are described by the following equations (1) to (3).

ここで、(太字の)rps’はローカル座標系(x’,y’,z’)でのP点の位置ベクトルであり、xps’,yps’,zps’はx’,y’,z’方向の値である。πは円周率である。Hx’s’、Hy’s’、Hz’s’はローカル座標系(x’,y’,z’)における磁場ベクトルの各成分である。j’は電流密度である。 Here, r ps ′ (in bold) is a position vector of the P point in the local coordinate system (x s ′, y s ′, z s ′), and x ps ′, y ps ′, z ps ′ are x s', y s', is the value of z s' direction. π is the circumference ratio. H x ′s ′, H y ′s ′, and H zs ′ are each component of the magnetic field vector in the local coordinate system (x s ′, y s ′, z s ′). j ′ is the current density.

また、x’,y’,z’はx’,y’,z’方向の積分の上限、下限を表しており、式(4)に示す関係が成立する。 X i ′, y j ′, z k ′ represent the upper and lower limits of integration in the x s ′, y s ′, z s ′ direction, and the relationship shown in Expression (4) is established.

ここで、a’,b’,c’は直方体導体の寸法である。   Here, a ', b', and c 'are dimensions of the rectangular parallelepiped conductor.

次に、ローカル導体が円弧状柱状導体45cの場合について説明する。
なお、ローカル導体が円弧状柱状導体45dの場合は、ローカル導体が円弧状柱状導体45cの場合と同様であるため、説明を省略する。
Next, a case where the local conductor is an arc-shaped columnar conductor 45c will be described.
Note that the case where the local conductor is the arc-shaped columnar conductor 45d is the same as the case where the local conductor is the arc-shaped columnar conductor 45c, and a description thereof will be omitted.

ローカル導体が円弧状柱状導体45cの場合は、図7で定義されるローカル座標系(x’,y’,z’)を適用する。
ローカル座標系(x’,y’,z’)に変換後のP点の位置ベクトルを以下の式(5)に示すように円筒座標系(太字の)rpc’=(Rpc’、φpc’、Zpc’)に変換する。
通電された円弧状柱状導体45cがP点に作る磁場ベクトルは、以下の式(6)〜(11)で表される。
Local conductors when arcuate columnar conductors 45 c, to apply the local coordinate system defined in Figure 7 (x c ', y c ', z c ').
The position vector of the point P after conversion to the local coordinate system (x c ′, y c ′, z c ′) is expressed as a cylindrical coordinate system (bold) r pc ′ = (R pc ', Φ pc ', Z pc ').
A magnetic field vector formed at the point P by the energized circular columnar conductor 45c is expressed by the following equations (6) to (11).

ここで、Hrc’、Htc’、Hzc’は円筒座標系での磁場ベクトルの各成分である。j’は電流密度である。r’、θ’、z’は円弧状柱状導体45cの寸法であり、R’は円弧の内径と外径の平均値である。sgnはZ’の符号であり、R’、Z’は積分の上限、下限を表しており、式(12)に示す関係が成立する。 Here, H rc ′, H tc ′, and H zc ′ are each component of the magnetic field vector in the cylindrical coordinate system. j ′ is the current density. r a ′, θ ′, and z b ′ are dimensions of the arc-shaped columnar conductor 45c, and R c ′ is an average value of the inner diameter and the outer diameter of the arc. sgn is the sign of Z k ′, R j ′ and Z k ′ represent the upper and lower limits of integration, and the relationship shown in Expression (12) is established.

以上が任意の点Pにコイル45が作る磁場ベクトルの計算手順である。
磁場演算部66は、繰り込まれた粒子系S’における、磁性体に対応するすべての仮想粒子の位置p’点の位置ベクトルを読み込む。
なお、ステップS212おいて粒子および仮想粒子の位置ベクトルが更新され記憶装置5に記憶されている場合は、磁場演算部66はその値を読み込む。
The above is the calculation procedure of the magnetic field vector created by the coil 45 at an arbitrary point P.
The magnetic field calculation unit 66 reads the position vectors of the positions p ′ of all the virtual particles corresponding to the magnetic substance in the renormalized particle system S ′.
If the position vectors of the particles and virtual particles are updated and stored in the storage device 5 in step S212, the magnetic field calculation unit 66 reads the values.

次に、磁場演算部66は、図9のp’点の位置ベクトルをローカル座標系(x’,y’,z’)に変換し、直方体導体45aの寸法と、電流密度ベクトルとを読み込み、式(1)〜(4)に基づいて磁場ベクトルを計算する。 Next, the magnetic field calculation unit 66 converts the position vector of the point p ′ in FIG. 9 into the local coordinate system (x s ′, y s ′, z s ′), and the dimensions of the rectangular parallelepiped conductor 45a, the current density vector, And calculate the magnetic field vector based on the equations (1) to (4).

次に、磁場演算部66は、式(1)〜(4)で計算された磁場ベクトルをグローバル座標系(x’,y’,z’)に変換し、変換後の磁場ベクトルを記憶装置5に記憶する。
これにより、通電された直方体導体45aが、p’点に作る磁場ベクトルが求められる。
Next, the magnetic field calculation unit 66 converts the magnetic field vector calculated by the equations (1) to (4) into the global coordinate system (x ′, y ′, z ′), and stores the converted magnetic field vector in the storage device 5. To remember.
As a result, a magnetic field vector generated at the point p ′ by the energized rectangular parallelepiped conductor 45a is obtained.

さらに磁場演算部66は、p’点の位置ベクトルをローカル座標系(x’,y’,z’)に変換し、さらに円筒座標系(太字の)rpc’=(Rpc’、φpc’、Zpc’)に変換する。 Further, the magnetic field calculation unit 66 converts the position vector of the point p ′ to the local coordinate system (x c ′, y c ′, z c ′), and further, the cylindrical coordinate system (bold) r pc ′ = (R pc ′). , Φ pc ′, Z pc ′).

次に磁場演算部66は、円弧状柱状導体45cの寸法r’、θ’、z’およびR’を読み込み、また、磁場演算部66は電流密度ベクトルを読み込む。 Next, the magnetic field calculation unit 66 reads the dimensions r a ′, θ ′, z b ′, and R c ′ of the arc-shaped columnar conductor 45c, and the magnetic field calculation unit 66 reads the current density vector.

磁場演算部66は式(6)〜(12)に基づいて磁場ベクトルを計算する。
次に、磁場演算部66は、計算された磁場ベクトルを直交座標系に変換し、さらにグローバル座標系(x’,y’,z’)に変換し記憶装置5に記憶する。
これにより、通電された円弧状柱状導体45cがp’点に作る磁場ベクトルが求められる。
The magnetic field calculation unit 66 calculates a magnetic field vector based on the equations (6) to (12).
Next, the magnetic field calculation unit 66 converts the calculated magnetic field vector into an orthogonal coordinate system, further converts it into a global coordinate system (x ′, y ′, z ′), and stores it in the storage device 5.
As a result, a magnetic field vector created at the point p ′ by the energized circular columnar conductor 45c is obtained.

(ステップS104)
磁場演算部66は、永久磁石39が磁性体に対応する粒子内の仮想粒子の位置に作る磁場ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する。
(Step S104)
The magnetic field calculation unit 66 calculates a magnetic field vector created at the position of the virtual particle in the particle corresponding to the magnetic material by the permanent magnet 39 and stores it in the storage device 5.

(ステップS106)
磁場演算部66は、ステップS102で計算した磁場ベクトルとステップS104で計算した磁場ベクトルとの和を計算し、記憶装置5に記憶する。
(Step S106)
The magnetic field calculation unit 66 calculates the sum of the magnetic field vector calculated in step S102 and the magnetic field vector calculated in step S104, and stores it in the storage device 5.

(ステップS108)
磁場演算部66は、磁性体に対応する粒子内の仮想粒子位置ベクトルと、粒子(立方体要素)の位置、形状により、磁性体に対応する仮想粒子の運動方程式の係数を計算し記憶装置5に記憶する。
(Step S108)
The magnetic field calculation unit 66 calculates the coefficient of the equation of motion of the virtual particle corresponding to the magnetic body based on the virtual particle position vector in the particle corresponding to the magnetic body and the position and shape of the particle (cube element), and stores them in the storage device 5. Remember.

磁場演算部66は、磁性体に対応する粒子および仮想粒子の位置ベクトルを読み込む。
なお、ステップS212おいて粒子および仮想粒子の位置ベクトルが更新され記憶装置5に記憶されている場合は、磁場演算部66はその値を読み込む。
The magnetic field calculation unit 66 reads the position vectors of particles and virtual particles corresponding to the magnetic material.
If the position vectors of the particles and virtual particles are updated and stored in the storage device 5 in step S212, the magnetic field calculation unit 66 reads the values.

磁場演算部66は、粒子の位置ベクトルと粒子(立方体要素)の形状から、仮想粒子表面のq’点の位置ベクトルと仮想粒子表面の法線ベクトル(太字の)n’を計算し、記憶装置5に記憶する。   The magnetic field calculation unit 66 calculates the position vector of the q ′ point on the virtual particle surface and the normal vector (in bold) n ′ of the virtual particle surface from the particle position vector and the shape of the particle (cubic element), and the storage device Store in 5.

次に、磁場演算部66は、磁性体に対応する粒子内の仮想粒子表面積ΔS’、および仮想粒子の体積ΔV’を計算し、記憶装置5に記憶する。   Next, the magnetic field calculation unit 66 calculates the virtual particle surface area ΔS ′ and the virtual particle volume ΔV ′ in the particle corresponding to the magnetic material, and stores them in the storage device 5.

次に、磁場演算部66は、磁性体に対応する粒子内の仮想粒子の運動方程式から拘束条件を考慮せずに時間刻み幅δt’後の仮想粒子の挙動(正準変数の値)を計算し、記憶装置5に記憶する。   Next, the magnetic field calculation unit 66 calculates the behavior (value of the canonical variable) of the virtual particle after the time step δt ′ without considering the constraint condition from the equation of motion of the virtual particle in the particle corresponding to the magnetic substance. And stored in the storage device 5.

磁性体に対応する(N’−w)個の粒子のラグランジアンを式(13)〜式(15)で表される形とする。wは自然数であり、繰り込まれた粒子系S’においてコイル45に対応する粒子の数である。   The Lagrangian of (N′−w) particles corresponding to the magnetic material is assumed to have a shape represented by the formulas (13) to (15). w is a natural number, and is the number of particles corresponding to the coil 45 in the transferred particle system S ′.

ここで、式(13)において、α’は仮想質量、太字のr’は位置ベクトル、太字のH’および太字の傍点付きH’は正準変数、太字のM’は磁化ベクトル、太字のHext’は外部からの印加磁場ベクトル、χ’は磁気感受率、μ0’は真空の透磁率、λ’はラグランジュの未定定数、πは円周率、s’は粒子内の仮想粒子数である。 Here, in Expression (13), α ′ is a virtual mass, bold r ′ is a position vector, bold H ′ and bold H ′ with a cantilever are canonical variables, bold M ′ is a magnetization vector, bold Hext 'Is an externally applied magnetic field vector, χ' is magnetic susceptibility, μ 0 'is vacuum permeability, λ' is Lagrange's undetermined constant, π is pi, s' is the number of virtual particles in the particle .

また、各物理量の添え字ip’は繰り込まれた粒子系におけるi番目の粒子内のp’番目の仮想粒子、添え字jq’は繰り込まれた粒子系におけるj番目の粒子内のq’番目の仮想粒子の物理量を示す。   The subscript ip ′ of each physical quantity is the p′-th virtual particle in the i-th particle in the renormalized particle system, and the subscript jq ′ is q ′ in the j-th particle in the renormalized particle system. Indicates the physical quantity of the second virtual particle.

式(13)において、m’は粒子の質量、v’は速度、φ’(r’−r’)はi番目の粒子とj番目の粒子の相互作用ポテンシャルエネルギである。添え字i、jはそれぞれ、i、j番目の粒子の物理量を示す。 In equation (13), m ′ is the mass of the particle, v ′ is the velocity, and φ ′ (r i ′ −r j ′) is the interaction potential energy between the i th particle and the j th particle. Subscripts i and j indicate physical quantities of the i and j-th particles, respectively.

次に、正準変数を(太字の)Hip’’、(太字の傍点付き)Hip’’とし、式(13)〜式(15)で示されるラグランジアンをラグランジュの運動方程式に代入すると、仮想粒子の運動方程式は式(16)のように記載できる。 Next, the canonical variables (in bold) H ip 'when', (with bold neighbor) H ip 'and' substitutes the Lagrangian of the formula (13) to (15) to the Lagrange equation of motion, The equation of motion of the virtual particle can be described as in equation (16).

ここで、式(16)の右辺第3項は、ラグランジュの未定定数を通して拘束条件(磁化ベクトルの発散は0)を課している。
式(16)の右辺第4項は外部からの印加磁場ベクトルが変化したときにすばやく追従させるための減衰項であり、γ’は減衰定数である。
Here, the third term on the right side of Equation (16) imposes a constraint condition (the divergence of the magnetization vector is 0) through Lagrange's undetermined constant.
The fourth term on the right side of Equation (16) is an attenuation term for quickly following when the externally applied magnetic field vector changes, and γ ′ is an attenuation constant.

式(16)の右辺第3項に示される拘束条件を含んだ運動方程式を解くにあたり、本実施形態では、一般化された拘束条件の導入法であるSHAKE法を採用する。
拘束条件を考慮せずに蛙跳び法により式(16)を離散化すると以下の式(17)、式(18)、(19)になる。
In solving the equation of motion including the constraint condition shown in the third term on the right side of Equation (16), the present embodiment adopts the SHAKE method, which is a generalized constraint condition introduction method.
If equation (16) is discretized by the jumping method without considering the constraint condition, the following equations (17), (18), and (19) are obtained.

ここで、δt’は磁化現象の収束計算を行う上で用いる時間刻み幅である。
添え字のnは任意の整数であり、nδt’における物理量、n−1/2は(n−1/2)δt’における物理量、n+1/2は(n+1/2)δt’における物理量、n+1は(n+1)δt’における物理量に対応している。
Here, δt ′ is a time step size used for calculating the convergence of the magnetization phenomenon.
The subscript n is an arbitrary integer, a physical quantity at nδt ′, n−1 / 2 is a physical quantity at (n−1 / 2) δt ′, n + 1/2 is a physical quantity at (n + 1/2) δt ′, and n + 1 is This corresponds to the physical quantity at (n + 1) δt ′.

磁場演算部66は、既に計算され記憶装置5に記憶されているp’点、q’点の位置ベクトルを読み込む。   The magnetic field calculation unit 66 reads the position vectors of the points p ′ and q ′ that have already been calculated and stored in the storage device 5.

次に、磁場演算部66は、ステップS106で既に計算され記憶装置5に記憶されているコイル45および永久磁石39が、磁性体に対応する粒子内の仮想粒子位置p’点に作る磁場ベクトルを外部からの印加磁場ベクトルとして読み込む。
さらに、磁場演算部66は、既に計算され記憶装置5に記憶されている、磁性体に対応する仮想粒子の表面積、法線ベクトルおよび体積を読み込む。
また、磁場演算部66はあらかじめ記憶装置5に記憶されている減衰定数、仮想質量、時間刻み幅を読み込む。
Next, the magnetic field calculation unit 66 generates a magnetic field vector generated at the virtual particle position p ′ point in the particle corresponding to the magnetic material by the coil 45 and the permanent magnet 39 that are already calculated in step S106 and stored in the storage device 5. Read as an externally applied magnetic field vector.
Further, the magnetic field calculation unit 66 reads the surface area, normal vector, and volume of the virtual particles corresponding to the magnetic material, which are already calculated and stored in the storage device 5.
Further, the magnetic field calculation unit 66 reads the attenuation constant, the virtual mass, and the time step size stored in advance in the storage device 5.

次に、磁場演算部66はあらかじめ記憶装置5に記憶されている仮想粒子の正準変数((太字の)Hip’’、(太字の傍点付き)Hip’’)の初期値を読み込む。
なお、磁場演算部66は後述するステップS110において仮想粒子の正準変数が更新されている場合は、その値を読み込む。
なお、磁化ベクトルは、初期条件に含まれる磁化曲線を表す関数と(太字の)Hip’’とを使用して計算される。
Next, the magnetic field calculation unit 66 reads the initial values of the canonical variables of virtual particles ((bold) Hip ′ ′, (with bold side points) Hip ′ ′) stored in the storage device 5 in advance.
In addition, when the canonical variable of the virtual particle is updated in step S110 described later, the magnetic field calculation unit 66 reads the value.
The magnetization vector is calculated using a function representing a magnetization curve included in the initial condition and (in bold) Hip ′ ′.

磁場演算部66は、式(17)、式(18)、式(19)を、磁性体に対応する粒子内の仮想粒子に対して計算し、計算された正準変数((太字の)Hip’’、(太字の傍点付き)Hip’’)の値を記憶装置5に記憶する。 The magnetic field calculation unit 66 calculates Equation (17), Equation (18), and Equation (19) for the virtual particles in the particles corresponding to the magnetic material, and calculates the canonical variable (in bold) H ip 'stores the value in the storage device 5', (with bold neighbor) H ip '').

(ステップS110)
磁場演算部66は、ステップS108で計算し記憶装置5に記憶されている、(太字の)Hip’’に拘束条件を加え、計算された(太字の)Hip’’を、記憶装置5に記憶する。
(Step S110)
Field calculating unit 66 is stored in the calculation and the storage device 5 in step S108, (bold) H ip '' to the constraints added, were calculated (bold) H ip 'a', the storage device 5 To remember.

以下に示す式(20)、式(21)に従って仮想粒子に拘束条件を加える。   A constraint condition is added to the virtual particles according to the following formulas (20) and (21).

磁場演算部66は、ステップS108で計算され記憶装置5に記憶されている磁性体に対応する粒子内の仮想粒子の正準変数の値を読み込む。
磁場演算部66は、あらかじめ記憶装置5に記憶されている仮想質量、時間刻み幅、減衰定数を読み込む。
磁場演算部66は、磁性体に対応する各粒子内の仮想粒子に対して式(20)、式(21)に基づく計算を行い、計算された(太字の)Hip’’を記憶装置5に記憶する。
The magnetic field calculation unit 66 reads the value of the canonical variable of the virtual particle in the particle corresponding to the magnetic body calculated in step S108 and stored in the storage device 5.
The magnetic field calculation unit 66 reads the virtual mass, the time step size, and the attenuation constant that are stored in advance in the storage device 5.
The magnetic field calculation unit 66 performs calculations based on the equations (20) and (21) for the virtual particles in each particle corresponding to the magnetic material, and stores the calculated (bold) H ip ′ ′ in the storage device 5. To remember.

(ステップS112)
次に、磁場演算部66はステップS110で求めた(太字の)Hip’’が拘束条件を満たしているかを判断し、満たしていれば次のステップに進み、満たしていなければステップS110に戻る。
(Step S112)
Next, the magnetic field calculation unit 66 determines whether or not the (bold) Hip ′ ′ obtained in step S110 satisfies the constraint condition, and if satisfied, proceeds to the next step, and if not satisfied, returns to step S110. .

具体的には磁場演算部66は、ステップS110で計算し記憶装置5に記憶されている磁性体に対応する粒子内の仮想粒子各々の(太字の)Hip’’から計算される磁化ベクトルを用いて式(22)に基づく計算を行う。 Specifically, the magnetic field calculation unit 66 calculates the magnetization vector calculated from Hip ′ ′ of each virtual particle in the particle corresponding to the magnetic body calculated in step S110 and stored in the storage device 5 (bold). The calculation based on the equation (22) is performed.

err’は磁性体に対応する粒子の内、i番目の粒子の拘束条件に対する誤差値である。 err i ′ is an error value with respect to the constraint condition of the i-th particle among the particles corresponding to the magnetic material.

磁化ベクトル(太字の)M’は、ステップS110において計算され記憶装置5に記憶されている(太字の)Hip’’を磁場演算部66が読み込み、これと初期条件に含まれる磁化曲線を表す関数とを使用することで計算される。 The magnetization vector (bold) M ′ is calculated in step S110 and stored in the storage device 5 (bold) Hip ′ ′ by the magnetic field calculation unit 66 and represents the magnetization curve included in the initial condition. It is calculated by using the function.

法線ベクトル(太字の)n’には、既に計算され記憶装置5に記憶されているものを磁場演算部66は読み込み代入する。   For the normal vector (bold) n ′, the magnetic field calculation unit 66 reads and substitutes what has already been calculated and stored in the storage device 5.

磁場演算部66は、すべての粒子に対して、誤差の値が式(23)を満たさなければステップS110に戻る。   If the error value does not satisfy Expression (23) for all particles, the magnetic field calculation unit 66 returns to Step S110.

式(23)においてA’は誤差判別値であり、あらかじめ記憶装置5に任意の値が記憶されている。 In Expression (23), A 1 ′ is an error determination value, and an arbitrary value is stored in the storage device 5 in advance.

(ステップS114)
磁場演算部66は、仮想粒子の運動方程式に基づく反復的な演算を打ち切るか否かを判定するための所定の打ち切り条件が満たされるか否かを判定する。ここでは打ち切り条件として、磁性体の磁化現象が定常状態に到達したか否かという基準が使用される。
磁性体に対応する粒子内の仮想粒子が定常状態に到達したか否かは、以下の式(24)により判定される。
(Step S114)
The magnetic field calculation unit 66 determines whether or not a predetermined truncation condition for determining whether or not to repeat the repetitive calculation based on the motion equation of the virtual particle is satisfied. Here, the criterion of whether or not the magnetization phenomenon of the magnetic material has reached a steady state is used as the truncation condition.
Whether or not the virtual particle in the particle corresponding to the magnetic body has reached a steady state is determined by the following equation (24).

’は仮想粒子が定常状態に到達したかを判断するための誤差判定値であり、任意に設定されうる。 A 2 ′ is an error determination value for determining whether the virtual particle has reached a steady state, and can be set arbitrarily.

磁場演算部66は、あらかじめ記憶装置5に記憶されているA’、μ0’を読み込む。
また、磁場演算部66は、ステップS110で計算され記憶装置5に記憶されている、(太字の)Hip’’を読み込む。
The magnetic field calculation unit 66 reads A 2 ′ and μ 0 ′ stored in advance in the storage device 5.
Further, the magnetic field calculation unit 66 reads (in bold) Hip ′ ′ calculated in step S110 and stored in the storage device 5.

次に、磁場演算部66は式(24)を計算し、式(24)を満たしていれば次のステップに進み、満たしていなければステップS108に戻る。   Next, the magnetic field calculation unit 66 calculates Expression (24). If Expression (24) is satisfied, the process proceeds to the next step, and if not satisfied, the process returns to Step S108.

なお、式(24)が満たされ次のステップに進む、すなわち磁場演算部66における反復計算が打ち切られたときの
は、上記打ち切り条件のもとでの打ち切り誤差であり、大抵の場合ゼロでない有限値である。
ステップS210は、ステップS102,ステップS104、ステップS106、ステップS108、ステップS110、ステップS112、ステップS114、を含む。
It should be noted that the expression (24) is satisfied and the process proceeds to the next step, that is, when the iterative calculation in the magnetic field calculation unit 66 is terminated.
Is a truncation error under the above truncation conditions, and is often a non-zero finite value.
Step S210 includes step S102, step S104, step S106, step S108, step S110, step S112, and step S114.

(ステップS116)
機構・弾性演算部68は、SPMモータ31に対応するすべての粒子の位置での磁場ベクトル、磁化ベクトル、磁束密度ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する。すなわち、機構・弾性演算部68は、磁性体に対応するすべての粒子の位置での磁場ベクトル、磁化ベクトル、磁束密度ベクトルと、コイル45に対応するすべての粒子の位置での磁場ベクトル、磁束密度ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する。
(Step S116)
The mechanism / elasticity calculation unit 68 calculates the magnetic field vector, the magnetization vector, and the magnetic flux density vector at the positions of all the particles corresponding to the SPM motor 31 and stores them in the storage device 5. That is, the mechanism / elasticity calculation unit 68 performs the magnetic field vector, magnetization vector, and magnetic flux density vector at all particle positions corresponding to the magnetic material, and the magnetic field vector and magnetic flux density at all particle positions corresponding to the coil 45. The vector is calculated and stored in the storage device 5.

(磁性体に対応する粒子)
磁性体に対応する粒子の位置での磁場ベクトルは、仮想粒子より以下の式(25)で表される。
(Particles corresponding to magnetic materials)
The magnetic field vector at the position of the particle corresponding to the magnetic body is expressed by the following equation (25) from the virtual particle.

ここで、(太字の)ex’’=(1,0,0)、(太字の)ey’’=(0,1,0)、(太字の)ez’’=(0,0,1)である。
磁性体に対応する粒子の磁化ベクトルは、粒子の位置ベクトル上の磁場ベクトルと磁化曲線を表す関数とを使用して求めることができる。
Where (bold) e x ' ' = (1, 0, 0), (bold) e y ' ' = (0, 1, 0), (bold) e z ' ' = (0, 0 , 1).
The magnetization vector of the particle corresponding to the magnetic material can be obtained using a magnetic field vector on the particle position vector and a function representing a magnetization curve.

磁性体に対応する粒子の位置での磁束密度ベクトルは、式(26)で表される。   The magnetic flux density vector at the position of the particle corresponding to the magnetic body is expressed by Expression (26).

ここで、太字のB’は磁束密度ベクトルである。   Here, B ′ in bold is a magnetic flux density vector.

機構・弾性演算部68は、既に計算されている、磁性体に対応する粒子内の(太字の)Hip’’を記憶装置5から読み込む。 The mechanism / elasticity calculation unit 68 reads, from the storage device 5, the already calculated Hip ′ ′ (bold) in the particle corresponding to the magnetic material.

次に、機構・弾性演算部68は、既に計算され記憶装置5に記憶されている法線ベクトルを読み込み、式(25)に基づいて磁性体に対応する粒子の位置での磁場ベクトルを計算し記憶装置5に記憶する。   Next, the mechanism / elasticity calculation unit 68 reads the normal vector already calculated and stored in the storage device 5, and calculates the magnetic field vector at the position of the particle corresponding to the magnetic body based on the equation (25). Store in the storage device 5.

さらに、機構・弾性演算部68は、このステップで計算された磁場ベクトルと初期条件に含まれる磁化曲線を表す関数とを使用して、磁性体に対応する粒子の磁化ベクトルを計算し記憶装置5に記憶する。   Further, the mechanism / elasticity calculation unit 68 calculates the magnetization vector of the particle corresponding to the magnetic body by using the magnetic field vector calculated in this step and the function representing the magnetization curve included in the initial condition, and the storage device 5. To remember.

次に機構・弾性演算部68は、このステップで計算された磁場ベクトルと磁化ベクトルを式(26)に代入し、磁性体に対応する粒子の位置での磁束密度ベクトルを計算し記憶装置5に記憶する。
なお、真空の透磁率はあらかじめ記憶装置5に記憶されているものを制御部3が読み込む。
Next, the mechanism / elasticity calculation unit 68 substitutes the magnetic field vector and the magnetization vector calculated in this step into the equation (26), calculates the magnetic flux density vector at the position of the particle corresponding to the magnetic material, and stores it in the storage device 5. Remember.
The control unit 3 reads the vacuum permeability stored in the storage device 5 in advance.

(コイルに対応する粒子)
コイル45に対応する粒子の位置での磁場ベクトルは式(27)、式(28)で記載される。
(Particle corresponding to coil)
The magnetic field vector at the position of the particle corresponding to the coil 45 is described by equations (27) and (28).

式(27)の右辺第一項は、磁性体に対応する粒子内の仮想粒子がコイル45に対応する粒子の位置に作る磁場ベクトルを記述する項であり、式(28)で表される。
式(27)の右辺第二項は、コイル45に対応する粒子がコイル45に対応する粒子の位置に作る磁場ベクトルであり式(1)〜(12)で表される。
The first term on the right side of the equation (27) is a term describing a magnetic field vector created at the position of the particle corresponding to the coil 45 by the virtual particle in the particle corresponding to the magnetic body, and is represented by the equation (28).
The second term on the right side of the equation (27) is a magnetic field vector generated at the position of the particle corresponding to the coil 45 by the particle corresponding to the coil 45, and is represented by equations (1) to (12).

機構・弾性演算部68は、繰り込まれた粒子系S’におけるコイル45に対応する粒子の位置ベクトルを記憶装置5より読み込む。
なお、ステップS120においてコイル45に対応する粒子の位置ベクトルが更新されている場合は、機構・弾性演算部68はその値を読み込む。
The mechanism / elasticity calculation unit 68 reads, from the storage device 5, the particle position vector corresponding to the coil 45 in the retreated particle system S ′.
If the position vector of the particle corresponding to the coil 45 has been updated in step S120, the mechanism / elasticity calculation unit 68 reads the value.

機構・弾性演算部68は計算され記憶装置5に記憶されている磁性体に対応する粒子の数と仮想粒子数、および仮想粒子表面のq’点の位置ベクトルと表面積を読み込む。
また、機構・弾性演算部68はこのステップまでに計算され記憶装置5に記憶されている、磁性体に対応する粒子内の仮想粒子の磁化ベクトルを読み込む。
さらに、機構・弾性演算部68はコイル45の寸法および電流密度ベクトルを読み込む。
The mechanism / elasticity calculation unit 68 reads the number of particles and the number of virtual particles corresponding to the magnetic material calculated and stored in the storage device 5, and the position vector and surface area of the q ′ point on the surface of the virtual particle.
Further, the mechanism / elasticity calculation unit 68 reads the magnetization vector of the virtual particle in the particle corresponding to the magnetic material, which has been calculated up to this step and stored in the storage device 5.
Further, the mechanism / elasticity calculation unit 68 reads the dimensions of the coil 45 and the current density vector.

その後、機構・弾性演算部68は式(27)、式(28)および式(1)〜(12)に従い、コイル45に対応する粒子の位置での磁場ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する。   Thereafter, the mechanism / elasticity calculation unit 68 calculates the magnetic field vector at the position of the particle corresponding to the coil 45 in accordance with the equations (27), (28), and (1) to (12), and stores them in the storage device 5. To do.

機構・弾性演算部68は、コイル45に対応する粒子の位置での磁束密度ベクトル(太字の)B’を、すでに計算されているコイル45に対応する粒子の位置での磁場ベクトルに真空の透磁率を掛けて計算し記憶装置5に記憶する。なお、真空の透磁率は、あらかじめ記憶装置5に記憶されている。 The mechanism / elasticity calculation unit 68 converts the magnetic flux density vector (bold) B i ′ at the position of the particle corresponding to the coil 45 into a magnetic field vector at the position of the particle corresponding to the coil 45 that has already been calculated. Multiply the permeability and calculate and store in the storage device 5. The vacuum permeability is stored in the storage device 5 in advance.

このように、制御部3は、仮想粒子の運動方程式を解くことにより磁性体の磁化現象を解析する。そのため、有限要素法のように空間全域をメッシュ分割する必要がなく、磁性体を有する系に対して十分な精度で効率よく磁場解析を行うことができる。
また、運動方程式を解くため、行列を扱わず、計算に必要なメモリ量は粒子数に比例する。
In this way, the control unit 3 analyzes the magnetization phenomenon of the magnetic material by solving the motion equation of the virtual particles. Therefore, it is not necessary to divide the entire space into meshes unlike the finite element method, and the magnetic field analysis can be efficiently performed with sufficient accuracy for a system having a magnetic body.
In addition, since the equation of motion is solved, a matrix is not handled and the amount of memory necessary for the calculation is proportional to the number of particles.

(ステップS118)
機構・弾性演算部68はSPMモータ31に対応する全ての粒子に働く力ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する。機構・弾性演算部68は、相互作用演算部64によって演算された相互作用ポテンシャルエネルギφ’から導かれる粒子に働く弾性力と、磁場演算部66によって演算された磁場から導かれる当該粒子に働く磁気力と、磁場演算部66における反復的な演算の打ち切り誤差に基づく復元力と、を足し合わせて当該粒子に働く合計の力とする。
(Step S118)
The mechanism / elasticity calculation unit 68 calculates a force vector acting on all particles corresponding to the SPM motor 31 and stores it in the storage device 5. The mechanism / elasticity calculating unit 68 is an elastic force acting on the particles derived from the interaction potential energy φ ′ calculated by the interaction calculating unit 64 and a magnetic force acting on the particles derived from the magnetic field calculated by the magnetic field calculating unit 66. The force and the restoring force based on the repetitive calculation truncation error in the magnetic field calculation unit 66 are added to obtain a total force acting on the particle.

(磁性体に対応する粒子)
正準変数を太字のr’、太字の傍点付きr’とし、式(13)のラグランジアンをラグランジュの運動方程式に代入する。すると、磁性体に対応する粒子の運動方程式は式(29)のように記載できる。
(Particles corresponding to magnetic materials)
Let the canonical variables be bold r i ′ and bold r i ′ with side points, and the Lagrangian of equation (13) is substituted into the Lagrangian equation of motion. Then, the equation of motion of the particle corresponding to the magnetic material can be described as in Expression (29).

式(29)の右辺第1項は、相互作用演算部64によって演算された相互作用ポテンシャルエネルギφ’から導かれる粒子に働く力である。特に相互作用ポテンシャルエネルギφ’が弾性を考慮して決定されている場合、この力は弾性力に相当する。式(29)の右辺第2項は、磁場演算部66によって演算された磁場から導かれる粒子に働く磁気力である。式(29)の右辺第3項は、磁場演算部66における反復的な演算の打ち切り誤差に基づく復元力である。仮に打ち切り誤差がゼロになった場合、右辺第3項において
となるので復元力はゼロとなる。
式(29)は、磁性体に対応する粒子には弾性力と磁気力と復元力とを足し合わせた力が働くことを示す。
The first term on the right side of Equation (29) is the force acting on the particle derived from the interaction potential energy φ ′ calculated by the interaction calculation unit 64. In particular, when the interaction potential energy φ ′ is determined in consideration of elasticity, this force corresponds to an elastic force. The second term on the right side of Equation (29) is the magnetic force acting on the particles derived from the magnetic field calculated by the magnetic field calculation unit 66. The third term on the right side of Expression (29) is a restoring force based on the truncation error of the repetitive calculation in the magnetic field calculation unit 66. If the truncation error is zero, in the third term on the right side
Therefore, the restoring force is zero.
Equation (29) shows that the force corresponding to the elastic force, magnetic force and restoring force acts on the particles corresponding to the magnetic substance.

(コイルに対応する粒子)
コイル45に対応する粒子のうち、i番目の粒子の位置ベクトルを太字のr’、その位置ベクトルでの電流の単位ベクトルを太字のt’、磁束密度ベクトルを太字のB’、電流の流れる方向のコイルの長さをL’とすると、コイル45に対応する粒子の内、i番目の粒子に働く力ベクトルは以下の式(30)で記載される。
(Particle corresponding to coil)
Of the particles corresponding to the coil 45, i-th position vector of a particle bold the r i ', t i the unit vector bold current at that position vector', the magnetic flux density vector bold B i ', current Assuming that the length of the coil in the flowing direction is L i ′, the force vector acting on the i-th particle among the particles corresponding to the coil 45 is expressed by the following equation (30).

(ステップS120)
機構・弾性演算部68は、粒子の運動方程式を数値的に解くことにより、各粒子の位置ベクトル、速度ベクトルを更新する。
ステップS212は、ステップS116、ステップS118、ステップS120、を含む。
(Step S120)
The mechanism / elasticity calculation unit 68 updates the position vector and velocity vector of each particle by numerically solving the equation of motion of the particle.
Step S212 includes step S116, step S118, and step S120.

本実施の形態に係る解析装置1によると、仮想粒子の運動方程式による磁場解析において生じた誤差を粒子の運動方程式に復元力として含ませている。これは具体的には、式(13)のラグランジアンの右辺第1項の外側[]の中の第2項に起因する。これにより、磁場解析において生じた誤差による系全体のエネルギへの影響を、復元力の形で機構・弾性解析側で補償できる。その結果、磁場・機構・弾性の連成解析において系全体のエネルギ保存をより強固なものにすることができる。   According to the analysis apparatus 1 according to the present embodiment, errors generated in the magnetic field analysis by the virtual particle motion equation are included in the particle motion equation as a restoring force. Specifically, this is caused by the second term in the outer side [] of the first term on the right side of the Lagrangian of Expression (13). Thereby, the influence on the energy of the entire system due to an error generated in the magnetic field analysis can be compensated on the mechanism / elasticity analysis side in the form of restoring force. As a result, the energy conservation of the entire system can be made stronger in the coupled analysis of the magnetic field, mechanism, and elasticity.

図10は、復元力を導入する場合としない場合とでの系全体のエネルギの推移を示す説明図である。図10の横軸は図4のステップS208、S210、S212を合わせて1ステップと見た場合のステップ数を示し、このステップ数が増大するにつれてシミュレーションも進んでいく。図10の縦軸は解析対象の系全体のエネルギを示す。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing the transition of the energy of the entire system when the restoring force is introduced and when it is not introduced. The horizontal axis in FIG. 10 indicates the number of steps when the steps S208, S210, and S212 in FIG. 4 are regarded as one step, and the simulation progresses as the number of steps increases. The vertical axis in FIG. 10 indicates the energy of the entire system to be analyzed.

図10の一点鎖線90は、復元力を導入しない場合の系全体のエネルギの推移を示す。この場合、磁場解析において生じた誤差を単純に切り捨ててしまう結果、ステップ数が増大するにつれて系全体のエネルギは真の値Eから離れてゆく。 An alternate long and short dash line 90 in FIG. 10 shows the transition of energy of the entire system when no restoring force is introduced. In this case, as a result of simply truncating the error generated in the magnetic field analysis, the energy of the entire system moves away from the true value E 0 as the number of steps increases.

図10の実線96は、復元力を導入する本実施の形態の場合の系全体のエネルギの推移を示す。この場合、系全体のエネルギはステップ数が増大しても真の値Eの周りに存在する。 A solid line 96 in FIG. 10 shows the transition of energy of the entire system in the case of the present embodiment in which the restoring force is introduced. In this case, the energy of the entire system exists around the true value E 0 even if the number of steps increases.

また、本実施の形態に係る解析装置1では、磁場演算部66は定常的な状態に達するまで仮想粒子の運動方程式に基づく演算を反復的に行い、機構・弾性演算部68は磁場演算部66における反復的な演算の打ち切り誤差に基づく復元力を使用して粒子の運動を演算する。したがって、反復的に仮想粒子の運動方程式に基づく演算を行うことによって磁場解析がなされている場合に、その打ち切り誤差による系全体のエネルギのドリフトを抑止することができる。   In the analysis apparatus 1 according to the present embodiment, the magnetic field calculation unit 66 repeatedly performs a calculation based on the motion equation of virtual particles until a steady state is reached, and the mechanism / elasticity calculation unit 68 includes a magnetic field calculation unit 66. The motion of the particle is computed using the restoring force based on the truncation error of the iterative computation at. Therefore, when the magnetic field analysis is performed by repeatedly performing the calculation based on the equation of motion of the virtual particle, the energy drift of the entire system due to the truncation error can be suppressed.

また、本実施の形態に係る解析装置1によると、相互作用演算部64における弾性解析、磁場演算部66における磁場解析、機構・弾性演算部68における機構解析、制御パラメータ更新部70における制御解析、が連成されている。したがって、解析対象の物体に対する高精度かつエネルギ保存が強化されたシミュレーションが可能となる。   Further, according to the analysis apparatus 1 according to the present embodiment, the elastic analysis in the interaction calculation unit 64, the magnetic field analysis in the magnetic field calculation unit 66, the mechanism analysis in the mechanism / elasticity calculation unit 68, the control analysis in the control parameter update unit 70, Are coupled. Therefore, it is possible to perform a simulation with high accuracy and enhanced energy conservation for the object to be analyzed.

以上、実施の形態に係る解析装置1の構成と動作について説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素や各処理の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The configuration and operation of the analysis apparatus 1 according to the embodiment have been described above. This embodiment is an exemplification, and it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to each component and combination of processes, and such modifications are within the scope of the present invention.

上記では、磁性体に対応する粒子のラグランジアンから導出される仮想粒子の運動方程式を解くことで磁性体の磁化現象を計算した場合について説明したが、本発明は、何等、これに限定されることなく、方程式であればラグランジアンから導出されたもの以外のものであってもよい。   In the above description, the case where the magnetization phenomenon of the magnetic material is calculated by solving the equation of motion of the virtual particle derived from the Lagrangian of the particle corresponding to the magnetic material is described. However, the present invention is not limited to this. Instead, it may be an equation other than that derived from Lagrangian.

また、上記では本実施の形態をSPMモータ31の解析に使用したが、本発明は、何等、これに限定されることなく、磁性体が配置された空間における任意の点の磁場を解析するものであれば、例えばリニアモータ等のSPMモータ31以外のモータ、あるいは磁性体で空間を囲む磁気シールドにおいて、磁性体でシールドされた空間内の解析に用いても良い。   In the above description, the present embodiment is used for the analysis of the SPM motor 31. However, the present invention is not limited to this, and the present invention analyzes a magnetic field at an arbitrary point in a space where a magnetic body is arranged. If so, for example, a motor other than the SPM motor 31 such as a linear motor or a magnetic shield surrounding the space with a magnetic material may be used for analysis in the space shielded with the magnetic material.

以下、粒子系Sのパラメータと繰り込まれた粒子系S’のパラメータとの間の関係について、本発明者が独自に行った考察を説明する。
第1の繰り込み因子をα、第2の繰り込み因子をγ、第3の繰り込み因子をδ、空間の次元数をdとした場合、特許文献2によると、
となる。
In the following, considerations made independently by the present inventor regarding the relationship between the parameters of the particle system S and the renormalized parameters of the particle system S ′ will be described.
When the first renormalization factor is α, the second renormalization factor is γ, the third renormalization factor is δ, and the number of dimensions of the space is d, according to Patent Document 2,
It becomes.

(磁場の繰り込み)
N個の原子上にスピン(核磁気モーメント)μ(i=1、2、…、N)があるバルクを考える。バルク内部の核スピンμが遠方に作る磁気誘導は、
と表される。これを粗視化すると、
となる。
(Magnetic field renormalization)
Consider a bulk with spin (nuclear magnetic moment) μ i (i = 1, 2,..., N) on N atoms. Magnetic induction produced by the nuclear spin μ i inside the bulk is
It is expressed. When this is coarse-grained,
It becomes.

以下に示されるように磁気モーメントを繰り込む。
繰り込まれた磁束密度は、
と表される。
Retract the magnetic moment as shown below.
The magnetic flux density brought in is
It is expressed.

磁束密度と同様に磁場を繰り込むと、
であり、繰り込まれた磁化は、
である。粗視化された磁気モーメントm=Σμに働く力は、
であり、以下に示されるようにスケールされる。
As with the magnetic flux density, when a magnetic field is applied,
The renormalized magnetization is
It is. The force acting on the coarse-grained magnetic moment m = Σμ i is
And scaled as shown below.

粗視化された電荷の流れjが作る磁束密度は、
である。粗視化された磁気モーメントmと電流密度jの作る磁束密度との相互作用は、
であるから、電流密度は以下に示されるようにスケールされる。
The magnetic flux density produced by the coarse-grained charge flow j is
It is. Interaction between the magnetic flux density to make the coarse-grained and magnetic moments m i and the current density j is
Thus, the current density is scaled as shown below.

以上を纏めると、
となる。
In summary,
It becomes.

1 解析装置、 3 制御部、 5 記憶装置、 6 メディア入出力部、 7 入力部、 9 表示部、 11 プリンタポート、 12 プリンタ、 13 バス、 60 粒子モデル生成部、 62 繰り込み部、 64 相互作用演算部、 66 磁場演算部、 68 機構・弾性演算部、 70 制御パラメータ更新部、 72 終了判定部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Analysis apparatus, 3 Control part, 5 Storage device, 6 Media input / output part, 7 Input part, 9 Display part, 11 Printer port, 12 Printer, 13 Bus | bath, 60 Particle model production | generation part, 62 Renormalization part, 64 Interaction calculation Unit, 66 magnetic field calculation unit, 68 mechanism / elasticity calculation unit, 70 control parameter update unit, 72 end determination unit.

Claims (5)

解析対象の物体を複数の粒子からなる粒子系として記述した上で当該物体の振る舞いを解析する解析装置であって、
磁場が満たすべき関係を運動方程式の形式で記述した仮想粒子の運動方程式を数値的に解くことにより磁場を演算する磁場演算部と、
前記磁場演算部において生じた数値誤差に起因する力を含んだ粒子の運動方程式を数値的に解くことにより、各粒子の位置、速度を更新する機構・弾性演算部と、を備えることを特徴とする解析装置。
An analysis device that analyzes the behavior of an object after describing the object to be analyzed as a particle system composed of a plurality of particles,
A magnetic field calculation unit for calculating a magnetic field by numerically solving a motion equation of a virtual particle describing a relationship to be satisfied by the magnetic field in the form of a motion equation;
A mechanism / elasticity calculation unit that updates the position and velocity of each particle by numerically solving the equation of motion of the particle including a force caused by a numerical error generated in the magnetic field calculation unit, Analysis device to do.
前記機構・弾性演算部は、前記磁場演算部における反復的な演算の打ち切り誤差を含めて各粒子の運動を演算することを特徴とする請求項1に記載の解析装置。   The analysis apparatus according to claim 1, wherein the mechanism / elasticity calculation unit calculates a motion of each particle including a truncation error of repetitive calculation in the magnetic field calculation unit. 粒子間の相互作用による相互作用ポテンシャルエネルギを演算する相互作用演算部をさらに備え、
前記機構・弾性演算部は、前記相互作用演算部によって演算された相互作用ポテンシャルエネルギから導かれる粒子に働く第1の力と、前記磁場演算部によって演算された磁場から導かれる当該粒子に働く第2の力と、前記磁場演算部における反復的な演算の打ち切り誤差に基づく第3の力と、を足し合わせて当該粒子に働く合計の力とすることを特徴とする請求項2に記載の解析装置。
It further comprises an interaction calculator that calculates the interaction potential energy due to the interaction between the particles,
The mechanism / elasticity calculation unit includes a first force acting on the particle derived from the interaction potential energy calculated by the interaction calculation unit and a first force acting on the particle derived from the magnetic field calculated by the magnetic field calculation unit. 3. The analysis according to claim 2, wherein the force of 2 and the third force based on the truncation error of the repetitive calculation in the magnetic field calculation unit are added to obtain a total force acting on the particle. apparatus.
解析対象の物体を複数の粒子からなる粒子系として記述した上で当該物体の振る舞いを解析する解析方法であって、
磁場が満たすべき関係を運動方程式の形式で記述した仮想粒子の運動方程式を数値的に解くことにより磁場を演算するステップと、
演算された磁場と磁場の演算で生じた誤差とに基づき各粒子の運動を演算し、各粒子の位置、速度を更新するステップと、を含むことを特徴とする解析方法。
An analysis method for analyzing the behavior of the object after describing the object to be analyzed as a particle system composed of a plurality of particles,
Calculating the magnetic field by numerically solving the equation of motion of the virtual particle describing the relationship to be satisfied by the magnetic field in the form of the equation of motion;
Calculating the motion of each particle based on the calculated magnetic field and the error caused by the calculation of the magnetic field, and updating the position and velocity of each particle.
解析対象の物体を複数の粒子からなる粒子系として記述した上で当該物体の振る舞いを解析する機能をコンピュータに実現させるコンピュータプログラムであって、
磁場が満たすべき関係を運動方程式の形式で記述した仮想粒子の運動方程式を数値的に解くことにより磁場を演算する機能と、
演算された磁場と磁場の演算で生じた誤差とに基づき各粒子の運動を演算し、各粒子の位置、速度を更新する機能と、を前記コンピュータに実現させることを特徴とするコンピュータプログラム。
A computer program that allows a computer to realize a function of analyzing the behavior of an object after describing the object to be analyzed as a particle system composed of a plurality of particles,
A function to calculate the magnetic field by numerically solving the equation of motion of the virtual particle describing the relationship to be satisfied by the magnetic field in the form of the equation of motion,
A computer program for causing the computer to realize a function of calculating the motion of each particle based on the calculated magnetic field and an error caused by the calculation of the magnetic field, and updating the position and velocity of each particle.
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