JP5713572B2 - Magnetic field analysis device, magnetic field analysis method, and coupled analysis device - Google Patents

Magnetic field analysis device, magnetic field analysis method, and coupled analysis device Download PDF

Info

Publication number
JP5713572B2
JP5713572B2 JP2010047041A JP2010047041A JP5713572B2 JP 5713572 B2 JP5713572 B2 JP 5713572B2 JP 2010047041 A JP2010047041 A JP 2010047041A JP 2010047041 A JP2010047041 A JP 2010047041A JP 5713572 B2 JP5713572 B2 JP 5713572B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
equation
motion
vector
particle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010047041A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011180092A (en
Inventor
修司 宮崎
修司 宮崎
森田 洋
洋 森田
幸貴 山下
幸貴 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2010047041A priority Critical patent/JP5713572B2/en
Publication of JP2011180092A publication Critical patent/JP2011180092A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5713572B2 publication Critical patent/JP5713572B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Description

本発明は、磁場解析装置および磁場解析方法に関する。   The present invention relates to a magnetic field analysis apparatus and a magnetic field analysis method.

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.

特開平11−146688号公報JP-A-11-146688

しかし、静磁場解析は時間的な変動を考慮しないから、駆動状態のモータの電磁気的挙動を必ずしも十分に反映することができない。その結果、解析の精度も不十分となりがちである。また、演算の所要時間は短いことが実用上好ましい。   However, since the static magnetic field analysis does not consider temporal variation, the electromagnetic behavior of the driven motor cannot always be sufficiently reflected. As a result, the accuracy of analysis tends to be insufficient. In addition, it is practically preferable that the time required for calculation is short.

そこで、本発明は、高速かつ高精度に解析結果を得ることのできる磁場解析装置及び磁場解析方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic field analysis apparatus and a magnetic field analysis method that can obtain an analysis result at high speed and with high accuracy.

本発明の一態様によれば、物体を含む系における磁場を解析するための磁場解析装置が提供される。この装置は、物体を多数の粒子に分割し、各粒子に作用する磁場が満たすべき関係を粒子ごとに運動方程式の形式で記述した磁場の運動方程式を数値的に解くことにより前記物体に作用する磁場を演算する磁場演算部を備える。前記磁場の運動方程式には調整可能なパラメタが導入されており、前記磁場演算部は、前記物体の磁化曲線の非線形性が数値解の収束性に与える影響を緩和するよう前記パラメタを調整する。   According to one aspect of the present invention, a magnetic field analyzer for analyzing a magnetic field in a system including an object is provided. This device works on the object by dividing the object into a large number of particles and numerically solving the equation of motion of the magnetic field describing the relationship to be satisfied by the magnetic field acting on each particle in the form of an equation of motion for each particle. A magnetic field calculation unit for calculating a magnetic field is provided. An adjustable parameter is introduced into the equation of motion of the magnetic field, and the magnetic field calculation unit adjusts the parameter so as to alleviate the influence of the nonlinearity of the magnetization curve of the object on the convergence of the numerical solution.

この態様によれば、運動方程式を数値的に解くので、有限要素法に基づく周知の磁場解析法とは異なり逆行列の演算が不要である。このため、少ない計算資源で精度よく磁場解析を実行することができる。また、磁化曲線の非線形性が数値解の収束性に与える影響を緩和するように調整可能パラメタが調整されるので、磁気飽和に伴う数値解の収束遅れを低減することができる。   According to this aspect, since the equation of motion is numerically solved, unlike the known magnetic field analysis method based on the finite element method, the calculation of the inverse matrix is unnecessary. For this reason, magnetic field analysis can be performed accurately with few calculation resources. Moreover, since the adjustable parameter is adjusted so as to reduce the influence of the nonlinearity of the magnetization curve on the convergence of the numerical solution, the convergence delay of the numerical solution due to magnetic saturation can be reduced.

本発明の他の態様は、磁場解析方法である。この方法は、磁化曲線が非線形である材料を含む物体に作用する磁場が満たすべき関係を運動方程式の形式で記述した磁場の運動方程式を数値的に解く磁場演算ステップと、前記磁場の運動方程式に導入されている調整可能パラメタを、前記磁化曲線の非線形性が数値解の収束性に与える影響を緩和するように調整する調整ステップと、備える。   Another aspect of the present invention is a magnetic field analysis method. In this method, a magnetic field calculation step for numerically solving a motion equation of a magnetic field in which a magnetic field acting on an object including a material whose magnetization curve is nonlinear is to be satisfied is described in the form of a motion equation, and the motion equation of the magnetic field is An adjustment step of adjusting the introduced adjustable parameters so as to reduce the influence of the nonlinearity of the magnetization curve on the convergence of the numerical solution.

本発明の一実施例は、この磁場解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであってもよいし、このプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。   An embodiment of the present invention may be a program for causing a computer to execute the magnetic field analysis method, or a computer-readable recording medium on which the program is recorded.

本発明の他の態様は、連成解析装置である。この装置は、物体を構成する各粒子に作用する磁場が満たすべき関係を粒子ごとに運動方程式の形式で記述した磁場の運動方程式に基づき磁場を演算する磁場解析演算部と、演算された磁場に基づき前記物体の運動を演算する機構解析演算部と、を備える。   Another aspect of the present invention is a coupled analysis device. This device includes a magnetic field analysis calculation unit that calculates a magnetic field based on a motion equation of a magnetic field that describes the relationship to be satisfied by the magnetic field acting on each particle constituting the object in the form of a motion equation for each particle, and the calculated magnetic field. And a mechanism analysis calculation unit that calculates the motion of the object based on the above.

本発明の他の態様は、第1の物理量と、該第1の物理量と非線形の関係をもつ第2の物理量とを有する物体の特性を解析するための解析装置である。この装置は、運動方程式の形式で記述された第1の物理量が満たすべき関係式を数値的に解く数値演算部を備え、前記関係式は、第2の物理量に依存する項と、第2の物理量に依存しない項と、を含み、第2の物理量に依存しない項の係数が第2の物理量に依存する項に連動するよう定義されている。   Another aspect of the present invention is an analysis device for analyzing characteristics of an object having a first physical quantity and a second physical quantity having a nonlinear relationship with the first physical quantity. The apparatus includes a numerical operation unit that numerically solves a relational expression to be satisfied by the first physical quantity described in the form of a motion equation, the relational expression including a term that depends on the second physical quantity, A term that does not depend on the physical quantity, and the coefficient of the term that does not depend on the second physical quantity is defined to be linked to the term that depends on the second physical quantity.

本発明によれば、高速かつ高精度に磁場解析を行うことができる。   According to the present invention, magnetic field analysis can be performed at high speed and with high accuracy.

本発明の一実施形態に係る磁場解析装置のハードウェア構成を示す図である。It is a figure which shows the hardware constitutions of the magnetic field analyzer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る磁場解析装置の記憶装置を示す図である。It is a figure which shows the memory | storage device of the magnetic field analyzer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る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 the SPM motor which concerns on one Embodiment of this invention. 図3の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。FIG. 4 is an enlarged perspective view of the periphery of one of the stator teeth of the SPM motor of FIG. 3. 本発明の一実施形態に係る磁場解析装置を用いた磁場の解析の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the analysis of the magnetic field using the magnetic field analyzer which concerns on one Embodiment of this invention. 図6(a)はコイルの拡大斜視図であって、図6(b)はコイルをローカル導体に分割した例を示す図である。FIG. 6A is an enlarged perspective view of the coil, and FIG. 6B is a diagram showing an example in which the coil is divided into local conductors. 本発明の一実施形態に係る直方体導体とローカル座標の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rectangular parallelepiped conductor which concerns on one Embodiment of this invention, and a local coordinate. 本発明の一実施形態に係る円弧状柱状導体とローカル座標の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the circular-arc-shaped columnar conductor which concerns on one Embodiment of this invention, and a local coordinate. 本発明の一実施形態に係る磁性体の磁場計算に用いる要素の説明図である。It is explanatory drawing of the element used for the magnetic field calculation of the magnetic body which concerns on one Embodiment of this invention. 磁性体(例えば鉄)の磁化曲線の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the magnetization curve of a magnetic body (for example, iron). 本発明の一実施形態に係る磁場演算処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the magnetic field calculation process which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による磁場演算の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the magnetic field calculation by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による磁場演算の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the magnetic field calculation by one Embodiment of this invention.

以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.

まず、図1を参照して、本実施形態に係る磁場解析装置1のハードウェア構成を説明する。   First, a hardware configuration of the magnetic field analysis apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

なお、図1のハードウェア構成は例示であり、これに限定されないのは当然である。   It should be noted that the hardware configuration in FIG. 1 is an example, and is not limited to this.

図1に示すように、磁場解析装置1は制御部3、記憶装置5、メディア入出力部6、入力部7、表示部9、プリンタポート11等がバス13を介して互いに接続されている。   As shown in FIG. 1, the magnetic field analysis apparatus 1 includes a control unit 3, a storage device 5, a media input / output unit 6, an input unit 7, a display unit 9, a printer port 11, and the like connected to each other via a bus 13.

制御部3は、CPU(Central Processing Unit)、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 (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like, and is connected via the bus 13 according to a program stored in the storage device 5 as a storage unit. Each of the devices is driven and controlled.

図2に示すように、記憶装置5には、磁場解析装置1の各構成部分を駆動制御するための制御プログラム15、本発明を実施するための磁場解析プログラム17が格納されている。   As shown in FIG. 2, the storage device 5 stores a control program 15 for driving and controlling each component of the magnetic field analysis device 1, and a magnetic field analysis program 17 for carrying out the present invention.

磁場解析プログラム17は、解析条件を有する情報である入力情報21と、入力情報21と磁場の運動方程式に基づいて磁場を演算し力学系の運動方程式を演算する演算プログラム19とを有している。   The magnetic field analysis program 17 includes input information 21 that is information having analysis conditions, and an arithmetic program 19 that calculates a magnetic field based on the input information 21 and the motion equation of the magnetic field and calculates a dynamic equation of motion. .

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。   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.

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。   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.

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。   A printer 12 as an output device is connected to the printer port 11.

次に、磁場解析装置1を用いた磁場の解析の手順について図3〜9を参照して説明する。   Next, a procedure for analyzing a magnetic field using the magnetic field analyzer 1 will be described with reference to FIGS.

ここでは永久磁石モータ(Permanent Magnet Motor)の一種である、SPMモータ31(Surface Permanent Magnet Motor)の磁場解析を例にして説明する。   Here, a magnetic field analysis of an SPM motor 31 (Surface Permanent Magnet Motor), which is a kind of permanent magnet motor, will be described as an example.

まず、SPMモータ31の構成の概略を図3および図4を参照して説明する。   First, an outline of the configuration of the SPM motor 31 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図3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を有している。   As shown in FIG. 3, the SPM motor 31 has a rotor 33 as a rotor (moving element) and a stator 35 as a stator.

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。   The rotor 33 has 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.

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。   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、コアバック44の外側に設けられた円筒状のフレーム46から構成されている。   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 46 that is provided outside the core back 44. Has been.

図3および図4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。   As shown in FIGS. 3 and 4, a coil 45 that is a conductor such as metal is wound around the stator teeth 43.

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、本実施形態では、図3および図4に描かれているように、コイル一本一本をモデル化せず、コイルの束を一つの導体として扱う。   In the actual SPM motor 31, the coil 45 is wound around the stator teeth 43 with the number of turns according to the specifications to form a bundle, but in this embodiment, as illustrated in FIGS. 3 and 4. The 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ーの偏差により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の磁場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 perform the magnetic field analysis of 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 body constituting the rotor 33 and the stator 35, and to analyze the magnetization phenomenon of these magnetic bodies. is there.

次に、解析の手順について図5〜図9を参照して説明する。   Next, the analysis procedure will be described with reference to FIGS.

なお、以下の手順においてはSPMモータ31を、複数に要素分割して要素ごとの粒子の集合体とし、剛体モデルとして扱っているが、本発明はこれに限定されることはなく、粒子を用いずに要素ごとの剛体モデルとして扱ってもよい。   In the following procedure, the SPM motor 31 is divided into a plurality of elements to form an aggregate of particles for each element, and is handled as a rigid model. However, the present invention is not limited to this, and particles are used. Instead, it may be handled as a rigid model for each element.

また、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。   In the following procedure, the magnetic material indicates 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.

まず、磁場解析装置1の制御部3は磁場解析プログラム17を起動し、解析したいSPMモータ31の解析条件としての三次元構造(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記憶装置5の入力情報21として記憶する(図5のステップ101)。   First, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 activates the magnetic field analysis program 17 and functions representing the three-dimensional structure (shape, coordinate point), mass density, and magnetization curve of the magnetic material as analysis conditions of the SPM motor 31 to be analyzed. The current density vector of the conductor is stored as input information 21 of the storage device 5 (step 101 in FIG. 5).

これらの物理量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込んだものであってもよい。   These physical quantities may be read from a recording medium such as a CD-ROM via the media input / output unit 6, for example.

また、SPMモータ31の三次元構造の情報とは例えばCAD等のデータである。   The information of the three-dimensional structure of the SPM motor 31 is data such as CAD.

さらに、あらかじめ上記物理量が入力情報21として記憶されている場合は、上記ステップは不要である。   Further, when the physical quantity is stored in advance as the input information 21, the above step is not necessary.

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。   The current density vector is necessary when calculating the magnetic field vector formed by the coil 45.

さらに、磁性体の磁化曲線を表す関数は磁化ベクトル(太字の)Mを計算する際に必要になる。   Furthermore, a function representing the magnetization curve of the magnetic material is required when calculating the magnetization vector (bold) M.

以上が図5のステップ101の詳細である。   The above is the details of step 101 in FIG.

次に、磁場解析装置1の制御部3は、入力情報21の有する三次元構造の情報から、磁性体をN個の粒子(粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素(本実施例では立方体要素))に分割し、粒子の位置ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する(図5のステップ102)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 determines that the magnetic material is N particles (a polyhedral element whose center is the position vector of the particle (cubic element in this embodiment) from the information of the three-dimensional structure included in the input information 21. )), And the particle position vector is calculated and stored in the storage device 5 (step 102 in FIG. 5).

ここで、Nは任意の整数であり、粒子の数Nおよび位置ベクトルは入力情報21の有する三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。   Here, N is an arbitrary integer, and the number N of particles and the position vector are calculated based on the three-dimensional structure of the input information 21 and the shape of the polyhedral element stored in the storage device 5 in advance.

以上が図5のステップ102の詳細である。   The above is the details of step 102 in FIG.

次に、制御部3は、入力情報21の有する三次元構造の情報から、導体(図6(a)に示すコイル45)を図6(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(図5のステップ103)。   Next, the control unit 3 determines that the conductor (coil 45 shown in FIG. 6A) is a local conductor (rectangular conductors 45a and 45b) as shown in FIG. And arc-shaped columnar conductors 45c and 45d), the coefficient for calculating the magnetic field vector created by each conductor is calculated and stored in the storage device 5 (step 103 in FIG. 5).

ここで、図5のステップ103について、具体的に説明する。   Here, step 103 in FIG. 5 will be specifically described.

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。   First, the case where the local conductor is a rectangular parallelepiped conductor 45a will be described.

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。   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、制御部3は、図7に示すように、ローカル座標系(x,y,z)を適用する。 When the local conductor is a rectangular parallelepiped conductor 45a, the control unit 3 applies a local coordinate system (x s , y s , z s ) as shown in FIG.

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。 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

また原点Oに粒子は位置するものとする。 And shall particles is located at the origin O s.

制御部3は、ステップ101より入力情報21として記憶装置5に記憶されている導体の三次元構造と電流密度ベクトルを読み込み、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を計算し記憶装置5に記憶する。   The control unit 3 reads the three-dimensional structure of the conductor and the current density vector stored in the storage device 5 as the input information 21 from step 101, and a, b, c that are the dimensions of the local conductor (cuboid conductor 45a) and the particles The position vector is calculated and stored in the storage device 5.

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。   Next, a case where the local conductor is an arc-shaped columnar conductor 45c will be described.

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。   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、制御部3は、図8に示すようにローカル座標系(x,y,z)を適用する。 When the local conductor is the arc-shaped columnar conductor 45c, the control unit 3 applies the local coordinate system (x c , y c , z c ) as shown in FIG.

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8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。 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. 8) 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。 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.

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。 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。 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.

粒子は円筒座標系で(R、θ/2、0)に位置するものとする。 It is assumed that the particles are located at (R c , θ / 2, 0) in the cylindrical coordinate system.

制御部3は、ステップ101より入力情報21として記憶装置5に記憶されている導体の三次元構造と電流密度ベクトルを読み込み、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。 The control unit 3 reads the three-dimensional structure of the conductor and the current density vector stored in the storage device 5 as the input information 21 from step 101, and the dimensions r a and z b of the local conductor (arc-shaped columnar conductor 45c). , Θ, R c and the particle position vector are calculated and stored in the storage device 5.

さらに、あらかじめ上記物理量が入力情報21として記憶されている場合は、上記ステップは不要である。   Further, when the physical quantity is stored in advance as the input information 21, the above step is not necessary.

以上が図5のステップ103の詳細である。   The above is the details of step 103 in FIG.

次に、磁場解析装置1の制御部3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を構成するN個の粒子の位置ベクトルと、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、磁性体を構成する粒子の磁場の運動方程式の係数を計算し記憶装置5に記憶する(図5のステップ104)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis device 1 stores the position vector of N particles constituting the magnetic body calculated up to this step and stored in the storage device 5 and stored in the storage device 5 in advance. The coefficient of the equation of motion of the magnetic field of the particles constituting the magnetic body is calculated according to the shape of the polyhedral element and stored in the storage device 5 (step 104 in FIG. 5).

ここで、図5のステップ104について、具体的に説明する。   Here, step 104 in FIG. 5 will be specifically described.

分割した多面体要素(本実施形態では立方体要素)を2次元表示すると図9に示す形状となる。   When the divided polyhedral elements (cubic elements in this embodiment) are displayed two-dimensionally, the shape shown in FIG. 9 is obtained.

ここで、粒子の位置ベクトルを(太字の)r、粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素の要素境界面の中点をq点とし、粒子の位置ベクトルとq点との中間点にp点を定義する。 Here, r g is the particle position vector (bold), q is the midpoint of the element boundary surface of the polyhedral element centered on the particle position vector, and p is the midpoint between the particle position vector and q point. Define points.

制御部3は、ステップ102において計算し記憶装置5に記憶している磁性体を構成する粒子(粒子を重心とする多面体要素(本実施形態では立方体要素))の位置ベクトルを読み込む。   The control unit 3 reads the position vector of the particles (polyhedral elements (cubic elements in the present embodiment) having the center of gravity of the particles) constituting the magnetic body calculated in step 102 and stored in the storage device 5.

なお、ステップ113において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、制御部3はその値を読み込む。   If the particle position vector is updated and stored in the storage device 5 in step 113, the control unit 3 reads the value.

制御部3は、粒子の位置ベクトルと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から、磁性体を構成するすべての粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内のp点とq点の位置ベクトルと要素境界面への法線ベクトル(太字の)nを計算し、記憶装置5に記憶する。   From the particle position vector and the shape of the polyhedron element stored in the storage device 5 in advance, the control unit 3 calculates the points p and q in the polyhedron element whose center of gravity is the position vector of all particles constituting the magnetic body. The position vector and the normal vector (bold) n to the element boundary surface are calculated and stored in the storage device 5.

次に、制御部3は、磁性体を構成する粒子を重心とする多面体要素の境界面積ΔS、および粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素の境界面の頂点と粒子位置を頂点とする多面体要素体積ΔVを計算し、記憶装置5に記憶する。   Next, the control unit 3 includes a polyhedral element having the boundary area ΔS of the polyhedral element having the particle constituting the magnetic body as the center of gravity, and the vertex of the boundary surface of the polyhedral element having the particle position vector as the center of gravity and the particle position as the vertex. The volume ΔV is calculated and stored in the storage device 5.

以上が図5のステップ104の詳細である。   The above is the details of step 104 in FIG.

次に、磁場解析装置1の制御部3は、ステップ103で記憶装置5に記憶されているコイルの寸法およびこのステップまでに記憶装置5に記憶されている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45が、磁性体を構成する粒子上に作る磁場ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する(図5のステップ105)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 uses the size of the coil stored in the storage device 5 in step 103 and the current density vector stored in the storage device 5 up to this step to perform bio-savart. Based on the analytical solution obtained by integrating the above law, the energized coil 45 calculates the magnetic field vector formed on the particles constituting the magnetic material and stores it in the storage device 5 (step 105 in FIG. 5).

ここで、図5のステップ105について、具体的に説明する。   Here, step 105 in FIG. 5 will be specifically described.

ここでは、任意の位置ベクトルが図4における磁性体としてのステータティース43のある点Pであると仮定した場合に、通電されたコイル45がP点の位置ベクトル上に作る磁場ベクトルを計算する手順を例に説明する。   Here, when it is assumed that an arbitrary position vector is a point P where the stator teeth 43 as a magnetic body in FIG. 4 are present, a procedure for calculating a magnetic field vector generated by the energized coil 45 on the position vector of the P point. Will be described as an example.

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。   First, the case where the local conductor is a rectangular parallelepiped conductor 45a will be described.

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。   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7に示すようにローカル座標系(x,y,z)を適用する。 When the local conductor is a rectangular parallelepiped conductor 45a, the local coordinate system (x s , y s , z s ) is applied as shown in FIG.

このローカル座標系はステップ103で説明している。   This local coordinate system is described in step 103.

次に、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。 Next, the position vector of the point P 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。
Here, r ps (bold) is the position vector of the point P in the local coordinate system (x s , y s , z s ), and x ps , y ps , z ps are x s , y s , z s. Direction value.
π is the circumference ratio.

xs、Hys、Hzs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。
H xs , H ys , 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 , and z k represent the upper and lower limits of integration in the x s , y s , and z s directions, 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 a 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。   Next, a case where the local conductor is an arc-shaped columnar conductor 45c will be described.

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。   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8に示すようにローカル座標系(x,y,z)を適用する。 When the local conductor is the arc-shaped columnar conductor 45c, the local coordinate system (x c , y c , z c ) is applied as shown in FIG.

このローカル座標系はステップ103において説明している。   This local coordinate system is described in step 103.

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。 The position vector of the P point after being converted to the local coordinate system (x c , y c , z c ) is expressed by the cylindrical coordinate system (bold) r pc = (R pc , φ pc , Z pc ).

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。   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。
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.

、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。 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。 sgn is the sign of the Z k, R j, Z k is the upper limit of the integration represents the lower limit, the relationship shown in equation (12) holds.

以上が任意の点Pにコイルが作る磁場ベクトルの計算手順である。   The above is the calculation procedure of the magnetic field vector created by the coil at an arbitrary point P.

磁場解析装置1の制御部3は、ステップ104で既に計算され記憶装置5に記憶されている磁性体を構成するすべての粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内部のp点の位置ベクトルを読み込む。   The control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 reads the position vector of the p point inside the polyhedron element having the center of gravity as the position vector of all particles constituting the magnetic body already calculated in step 104 and stored in the storage device 5. .

次に、制御部3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、ステップ103で計算され記憶装置5に記憶されている直方体導体45aの寸法と、ステップ101より入力情報21として記憶装置5に記憶されている電流密度ベクトルを読み込み、式(1)〜(4)に基づいて磁場ベクトルを計算する。 Next, the control unit 3 converts the position vector of the point p into the local coordinate system (x s , y s , z s ), and calculates the dimensions of the rectangular parallelepiped conductor 45 a calculated in step 103 and stored in the storage device 5. From step 101, the current density vector stored in the storage device 5 as the input information 21 is read, and the magnetic field vector is calculated based on the equations (1) to (4).

なお、電流密度ベクトルがステップ116で更新され記憶装置5に記憶されている場合は、制御部3はその値を読み込む。   When the current density vector is updated in step 116 and stored in the storage device 5, the control unit 3 reads the value.

次に、制御部3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。   Next, the control unit 3 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.

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。   Thereby, the magnetic field vector which the energized rectangular parallelepiped conductor 45a produces in p point is calculated | required.

さらに制御部3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 control unit 3 converts the position vector of the point p into 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 ). Convert to

次に制御部3は、ステップ103で計算し記憶装置5に記憶している円弧状柱状導体45cの寸法r、θ、zおよびRを読み込み、また、制御部3はステップ101で入力情報21として記憶装置5に記憶されている電流密度ベクトルを読み込む。 Next, the control unit 3 reads the dimensions r a , θ, z b and R c of the arc-shaped columnar conductor 45 c calculated in step 103 and stored in the storage device 5, and the control unit 3 inputs in step 101. A current density vector stored in the storage device 5 as information 21 is read.

なお、電流密度ベクトルがステップ116で更新され記憶装置5に記憶されている場合は、制御部3はその値を読み込む。   When the current density vector is updated in step 116 and stored in the storage device 5, the control unit 3 reads the value.

制御部3は式(6)〜(12)に基づいて磁場ベクトルを計算する。   The controller 3 calculates a magnetic field vector based on the equations (6) to (12).

次に、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。   Next, the calculated magnetic field vector is converted into an orthogonal coordinate system, further converted into a global coordinate system (x, y, z), and stored in the storage device 5.

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。   As a result, a magnetic field vector created at the point p by the energized circular columnar conductor 45c is obtained.

以上が、図5のステップ105の詳細である。   The above is the details of step 105 in FIG.

次に、磁場解析装置1の制御部3は、演算プログラム19を用いて磁性体を構成する粒子の磁場の運動方程式から束縛を考慮せずに仮想時間刻みδt後の磁場ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する(図5のステップ106)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 uses the calculation program 19 to calculate the magnetic field vector after the virtual time step δt without considering the constraint from the motion equation of the magnetic field of the particles constituting the magnetic body, and stores it. It memorize | stores in the apparatus 5 (step 106 of FIG. 5).

ここで、図5のステップ106について、具体的に説明する。   Here, step 106 in FIG. 5 will be specifically described.

磁性体を構成するN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。   The Lagrangian of the N particles constituting the magnetic material is assumed to have a shape represented by the equations (13) to (15).

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は磁場ベクトル、太字の傍点付きHは磁場ベクトルの時間微分、太字のMは磁化ベクトル、太字のnは粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素境界面の法線ベクトル、太字のHextは外部からの印加磁場ベクトル、ΔSは粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素の要素境界面の面積、ΔVは粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素境界面の頂点と粒子位置を頂点とする多面体要素体積、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は粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素の要素境界面数である。 Here, in Expression (13), α is a virtual mass, bold r is a position vector, bold H is a magnetic field vector, bold bold H is a time derivative of the magnetic field vector, bold M is a magnetization vector, and bold n Is the normal vector of the polyhedral element boundary surface centered on the particle position vector, bold hex is the externally applied magnetic field vector, ΔS is the area of the element boundary surface of the polyhedral element centered on the particle position vector, ΔV is Polyhedral element boundary surface with the particle position vector as the center of gravity and polyhedral element volume with the particle position as the vertex, χ is the magnetic susceptibility, μ 0 is the permeability of vacuum, λ is the Lagrange's undetermined constant, π is the circumference The rate, s, is the number of element boundary faces of a polyhedral element whose center of gravity is the particle position vector.

また、各物理量の添え字ipはi番目の粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内でのp点の物理量、添え字jqはj番目の粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内でのq点の物理量を示す。   The subscript ip of each physical quantity is the physical quantity of the p point in the polyhedron element whose center is the position vector of the i-th particle, and the subscript jq is the polyhedron element whose center is the position vector of the j-th particle. The physical quantity of q point is shown.

p点、q点はステップ104において説明している。   The points p and q are described in step 104.

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、磁場の運動方程式は式(16)のように記載できる。 Next, the canonical variables (in bold) H ip, and (bold with neighbors) H ip, and substituting Lagrangian of formula (13) to (15) to the Lagrange equation of motion, the motion equation of the magnetic field Can be described as in equation (16).

ここで、式(16)の右辺第2項は、ラグランジュの未定定数を通して束縛(磁化ベクトルの発散は0)を課している。   Here, the second term on the right side of Equation (16) imposes a constraint (the divergence of the magnetization vector is 0) through Lagrange's undetermined constant.

式(16)の右辺第3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。   The third 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2項に示される束縛を含んだ運動方程式を解くにあたり、本実施形態では、一般化された束縛の導入法であるSHAKE法を採用する。   In solving the equation of motion including the constraint shown in the second term on the right side of Expression (16), the present embodiment employs the SHAKE method, which is a generalized constraint introduction method.

束縛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。   When equation (16) is discretized by the jumping method without considering the constraint, 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仮想時間刻みである。   Here, δt is a virtual time step used for calculating the convergence of the magnetization phenomenon.

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おける物理量に対応している。   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 (n + 1). This corresponds to the physical quantity at δt.

磁場解析装置1の制御部3は、ステップ104において既に計算され記憶装置5に記憶されている粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内のp点、q点の位置ベクトルを読み込む。   The control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 reads the position vectors of the p point and the q point in the polyhedron element whose center of gravity is the particle position vector already calculated in step 104 and stored in the storage device 5.

次に、制御部3は、ステップ105で既に計算され記憶装置5に記憶されているコイルが磁性体を構成する粒子を重心とする多面体要素内部の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。   Next, the control unit 3 generates a magnetic field vector generated at the point p inside the polyhedron element whose center of gravity is the particle constituting the magnetic body, which is already calculated in step 105 and stored in the storage device 5. Read as a vector.

さらに、制御部3は、ステップ104で既に計算され、記憶装置5に記憶されている、磁性体を構成する粒子の要素境界面積、法線ベクトルおよび粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素境界面の頂点と粒子位置を頂点とする多面体要素体積を読み込む。   Further, the control unit 3 calculates the polyhedral element boundary surface having the centroid of the element boundary area, normal vector, and particle position vector of the particles constituting the magnetic body, which are already calculated in step 104 and stored in the storage device 5. The volume of a polyhedron element whose vertex is the particle position is read.

また、制御部3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、仮想時間刻みを読み込む。   Further, the control unit 3 reads the attenuation constant, virtual mass, and virtual time increment stored in advance in the storage device 5.

次に、制御部3はあらかじめ記憶装置5に記憶されている磁場ベクトル、磁場ベクトルの時間微分の初期値を読み込む。   Next, the control unit 3 reads the magnetic field vector stored in advance in the storage device 5 and the initial value of the time differentiation of the magnetic field vector.

なお、制御部3は後述するステップ107において磁場ベクトル、磁場ベクトルの時間微分が更新されている場合は、その値を読み込む。   In addition, the control part 3 reads the value, when the magnetic field vector and the time differentiation of the magnetic field vector are updated in step 107 mentioned later.

なお、磁化ベクトルは、ステップ101より入力情報21として記憶装置5に記憶されている磁化曲線を表す関数に磁場ベクトルを代入することで計算される。   Note that the magnetization vector is calculated by substituting the magnetic field vector into a function representing the magnetization curve stored in the storage device 5 as the input information 21 from step 101.

制御部3は、式(17)、式(18)、式(19)を、磁性体を構成する粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内の全てのp点に対して計算し、計算された磁場ベクトルを記憶装置5に記憶する。   The control unit 3 calculates the equations (17), (18), and (19) for all p points in the polyhedral element whose center of gravity is the position vector of the particles constituting the magnetic body. The stored magnetic field vector is stored in the storage device 5.

以上が、図5のステップ106の詳細である。   The details of step 106 in FIG. 5 have been described above.

次に、磁場解析装置1の制御部3はステップ106で計算し記憶装置5に記憶されている、磁性体を構成する粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内のp点の磁場ベクトルに束縛力を加え、計算された磁場ベクトルを、記憶装置5に記憶する(図5のステップ107)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis device 1 is bound to the magnetic field vector at the point p in the polyhedron element having the center of gravity as the position vector of the particles constituting the magnetic material, which is calculated in step 106 and stored in the storage device 5. A force is applied, and the calculated magnetic field vector is stored in the storage device 5 (step 107 in FIG. 5).

ここで、図5のステップ107について、具体的に説明する。   Here, step 107 in FIG. 5 will be specifically described.

磁性体を構成する粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内のp点の磁場ベクトルに以下に示す式(20)、式(21)に従って束縛力を加える。   A binding force is applied to the magnetic field vector at the point p in the polyhedron element with the position vector of the particle constituting the magnetic body as the center of gravity according to the following equations (20) and (21).

ここで、太字のHは磁場ベクトル、αは仮想質量、δtは仮想時間刻み、γは減衰定数、Nは磁性体を構成する粒子数、sは磁性体を構成する粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素の面数であり、添え字のiは磁性体を構成する粒子の内、i番目の粒子の位置ベクトル上での物理量、ipは磁性体を構成する粒子の内、i番目の粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内のp点の物理量、iqは磁性体を構成する粒子の内、i番目の粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内のq点の物理量、添え字のnは任意の整数であり、nδtにおける物理量、n+1は(n+1)δtおける物理量に対応している。   Here, bold H is a magnetic field vector, α is a virtual mass, δt is a virtual time step, γ is an attenuation constant, N is the number of particles constituting the magnetic body, s is a position vector of the particles constituting the magnetic body, and the center of gravity. The subscript i is the physical quantity on the position vector of the i-th particle among the particles constituting the magnetic body, and ip is the i-th particle among the particles constituting the magnetic body. The physical quantity of point p in the polyhedron element whose center is the position vector of, iq is the physical quantity of point q in the polyhedron element whose center of gravity is the position vector of the i-th particle among the particles constituting the magnetic body, n is an arbitrary integer, and corresponds to a physical quantity at nδt, and n + 1 corresponds to a physical quantity at (n + 1) δt.

磁場解析装置1の制御部3は、演算プログラム19を用いて、ステップ106で計算され記憶装置5に記憶されている磁性体を構成する粒子を重心とする多面体要素内のp点の磁場ベクトルを読み込む。   The control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 uses the calculation program 19 to calculate the magnetic field vector at the point p in the polyhedron element with the particle constituting the magnetic body calculated in step 106 and stored in the storage device 5 as the center of gravity. Read.

制御部3は、あらかじめ記憶装置5に記憶されている仮想質量、仮想時間刻み、減衰定数を読み込む。   The control unit 3 reads the virtual mass, virtual time step, and attenuation constant stored in advance in the storage device 5.

制御部3は、磁性体を構成する粒子各々に対して式(20)、式(21)に基づく計算を行い、計算された磁場ベクトルを記憶装置5に記憶する。   The control unit 3 performs a calculation based on Expression (20) and Expression (21) for each particle constituting the magnetic body, and stores the calculated magnetic field vector in the storage device 5.

以上が、図5のステップ107の詳細である。   The above is the details of step 107 in FIG.

次に、磁場解析装置1の制御部3はステップ107で求めた磁場ベクトルが束縛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107に戻る(図5のステップ108)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 determines whether or not the magnetic field vector obtained in step 107 satisfies the constraint condition, and if satisfied, proceeds to the next step, and if not satisfied, returns to step 107 (FIG. 5 step 108).

具体的には制御部3は、ステップ107で計算し記憶装置5に記憶されている磁性体を構成する粒子各々の磁場ベクトル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 control unit 3 performs the calculation based on the equation (22) using the magnetization vector calculated from the magnetic field vector of each of the particles constituting the magnetic body calculated in step 107 and stored in the storage device 5. .

ここで、添え字のn+1は(n+1)δtおける物理量に対応している。   Here, the subscript n + 1 corresponds to the physical quantity at (n + 1) δt.

errは磁性体を構成する粒子の内、i番目の粒子の束縛条件に対する誤差値である。 err i is an error value for the binding condition of the i-th particle among the particles constituting the magnetic material.

磁化ベクトル(太字の)Mはステップ107において計算され記憶装置5に記憶されている磁場ベクトルを制御部3が読み込み、ステップ101より入力情報21に記憶されている磁化曲線を表す関数に代入することで計算される。   The magnetization vector (bold) M is calculated in step 107 and the magnetic field vector stored in the storage device 5 is read by the control unit 3 and substituted in the function representing the magnetization curve stored in the input information 21 from step 101. Calculated by

法線ベクトル(太字の)nには、ステップ104において既に計算され記憶装置5に記憶されているものを制御部3は読み込み代入する。   For the normal vector (bold) n, the control unit 3 reads and substitutes the one already calculated in step 104 and stored in the storage device 5.

制御部3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107に戻る。   If the error value does not satisfy the equation (23) for all particles, the control unit 3 returns to Step 107.

式(23)においてAは任意の誤差判別値であり、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 arbitrary error determination value, and an arbitrary value is stored in the storage device 5 in advance.

以上が図5のステップ108の詳細である。   The above is the details of step 108 in FIG.

次に、磁場解析装置1の制御部3は、磁性体の磁化現象が定常状態に到達したかを判断し、条件を満たしていれば次のステップに進む。(図5のステップ109)
ここで、図5のステップ109について、具体的に説明する。
Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 determines whether the magnetization phenomenon of the magnetic material has reached a steady state, and proceeds to the next step if the condition is satisfied. (Step 109 in FIG. 5)
Here, step 109 in FIG. 5 will be specifically described.

磁性体を構成する粒子が定常状態に到達したかは、以下の式(24)により判断される。 Whether the particles constituting the magnetic material have reached a steady state is determined by the following equation (24).

ここで、太字のHは磁場ベクトル、μ0は真空の透磁率、Nは磁性体を構成する粒子の粒子数、sは磁性体を構成する粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素の面数であり、添え字のipは磁性体を構成する粒子の内、i番目の粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内のp点での物理量である。 Here, the bold letter H is the magnetic field vector, μ 0 is the magnetic permeability of the vacuum, N is the number of particles constituting the magnetic body, and s is the number of faces of the polyhedral element whose center of gravity is the position vector of the particles constituting the magnetic body. The subscript ip is a physical quantity at the point p in the polyhedron element whose center of gravity is the position vector of the i-th particle among the particles constituting the magnetic body.

さらに、添え字のnは任意の整数であり、nδtにおける物理量、n―1は(n―1)δt、n+1は(n+1)δtおける物理量に対応している。   Further, the subscript n is an arbitrary integer, which corresponds to a physical quantity at nδt, n−1 corresponds to (n−1) δt, and n + 1 corresponds to a physical quantity at (n + 1) δt.

また、Aは磁性体の磁場ベクトルが定常状態に到達したかを判断するための任意の誤差判定値である。 A 2 is an arbitrary error determination value for determining whether the magnetic field vector of the magnetic material has reached a steady state.

磁場解析装置1の制御部3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。 The control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 reads A 2 and μ 0 stored in advance in the storage device 5.

また、制御部3は、ステップ107で計算され記憶装置5に記憶されている、磁性体を構成する粒子を重心とする多面体要素内のp点の磁場ベクトルを読み込む。   Further, the control unit 3 reads the magnetic field vector at the point p in the polyhedron element having the center of gravity of the particles constituting the magnetic body, which is calculated in step 107 and stored in the storage device 5.

次に、制御部3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106に戻る。   Next, the control unit 3 calculates Expression (24), and proceeds to the next step if Expression (24) is satisfied, and returns to Step 106 if not satisfied.

以上が図5のステップ109の詳細である。 The above is the details of step 109 in FIG.

次に、磁場解析装置1の制御部3は、磁性体を構成するすべての粒子の位置ベクトル上の磁場ベクトル、磁化ベクトル、磁束密度ベクトルと、コイルを構成するすべての粒子の位置ベクトル上の磁場ベクトル、磁束密度ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する(図5のステップ110)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 performs the magnetic field vector, the magnetization vector, the magnetic flux density vector on the position vector of all particles constituting the magnetic body, and the magnetic field on the position vector of all particles constituting the coil. The vector and the magnetic flux density vector are calculated and stored in the storage device 5 (step 110 in FIG. 5).

以下にステップ110を具体的に説明する。   Step 110 will be specifically described below.

(磁性体を構成する粒子)
磁性体を構成する粒子の位置ベクトル上の磁場ベクトルは以下の式(25)で表される。
(Particles constituting magnetic material)
The magnetic field vector on the position vector of the particles constituting the magnetic body is expressed by the following equation (25).

ここで、(太字の)ex=(1,0,0)、(太字の)e=(0,1,0)、(太字の)e=(0,0,1)である。 Here, (bold) e x = (1,0,0), (bold) e y = (0,1,0), (bold) e z = (0,0,1).

太字のHは磁場ベクトル、太字のnは法線ベクトルであり、添え字iは磁性体を構成する粒子の内、i番目の粒子の位置ベクトル上での物理量を表し、添え字ipは磁性体を構成する粒子の内、i番目の粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内のp点の物理量である。   The bold letter H is a magnetic field vector, the bold letter n is a normal vector, the suffix i represents the physical quantity on the position vector of the i-th particle of the particles constituting the magnetic body, and the suffix ip is the magnetic body. Is a physical quantity of p point in the polyhedron element whose center of gravity is the position vector of the i-th particle.

磁性体を構成する粒子の磁化ベクトルは、磁場ベクトルを磁化曲線を表す関数に代入することで求まる。   The magnetization vector of the particles constituting the magnetic material can be obtained by substituting the magnetic field vector into a function representing the magnetization curve.

磁性体を構成する粒子の位置ベクトル上での磁束密度ベクトルは、式(26)で表される。   The magnetic flux density vector on the position vector of the particles constituting the magnetic body is expressed by Expression (26).

ここで、太字のBは磁束密度ベクトル、太字のHは磁場ベクトル、太字のMは磁化ベクトルであり、添え字のiは磁性体を構成する粒子の内、i番目の粒子の位置ベクトル上での物理量を指し示す。   Here, the bold letter B is the magnetic flux density vector, the bold letter H is the magnetic field vector, the bold letter M is the magnetization vector, and the suffix i is the position vector of the i-th particle among the particles constituting the magnetic body. Indicates the physical quantity.

μ0は真空の透磁率である。 μ 0 is the vacuum permeability.

磁場解析装置1の制御部3は、ステップ110までで計算されている、磁性体を構成する粒子を重心とする多面体要素内のp点での磁場ベクトルを記憶装置5から読み込む。   The control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 reads the magnetic field vector at the point p in the polyhedron element with the particle constituting the magnetic body as the center of gravity calculated up to step 110 from the storage device 5.

次に、制御部3は、ステップ104で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)に基づいて磁性体を構成する粒子の位置ベクトル上での磁場ベクトルを計算し記憶装置5に記憶する。   Next, the control unit 3 reads the normal vector already calculated in step 104 and stored in the storage device 5, and calculates the magnetic field vector on the position vector of the particles constituting the magnetic body based on the equation (25). Calculate and store in the storage device 5.

さらに、制御部3は、このステップで計算された磁場ベクトルを、ステップ101より入力情報21として記憶装置5に記憶されている磁化曲線を表す関数に代入し、磁性体を構成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 control unit 3 substitutes the magnetic field vector calculated in this step into a function representing the magnetization curve stored in the storage device 5 as the input information 21 from step 101, and the magnetization vector of the particles constituting the magnetic body. Is calculated and stored in the storage device 5.

次に制御部3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、磁性体を構成する粒子の位置ベクトル上の磁束密度ベクトルを計算し記憶装置5に記憶する。   Next, the control unit 3 substitutes the magnetic field vector and the magnetization vector calculated in this step into Expression (26), calculates the magnetic flux density vector on the position vector of the particles constituting the magnetic body, and stores it in the storage device 5. .

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。   The control unit 3 reads the vacuum permeability stored in the storage device 5 in advance.

(コイルを構成する粒子)
コイルを構成する粒子の位置ベクトル上の磁場ベクトルは式(27)、式(28)で記載される。
(Particulate particles)
The magnetic field vector on the position vector of the particles constituting the coil is described by Expression (27) and Expression (28).

ここで、太字のrは位置ベクトル、太字のHは磁場ベクトル、Nは磁性体を構成する粒子の数、sおよびΔSは磁性体を構成する粒子を重心とする多面体要素の境界面数と境界面積、太字のMは磁化ベクトル、太字のnは法線ベクトルであり、添え字のiはコイルを構成する粒子の内、i番目の粒子の位置ベクトル上での物理量、jは磁性体を構成する粒子の内、j番目の粒子の位置ベクトル上での物理量であり、jqは磁性体を構成する粒子の内、j番目の粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素のq点での物理量を指し示す。   Here, the bold letter r is a position vector, the bold letter H is a magnetic field vector, N is the number of particles constituting the magnetic body, s and ΔS are the number of boundary faces and boundaries of the polyhedron element having the particle constituting the magnetic body as the center of gravity. Area, bold M is a magnetization vector, bold n is a normal vector, subscript i is a physical quantity on the position vector of the i-th particle among the particles constituting the coil, and j is a magnetic material Jq is the physical quantity on the position vector of the j-th particle, and jq is the physical quantity at the point q of the polyhedron element whose center of gravity is the position vector of the j-th particle among the particles constituting the magnetic body. Point to.

式(27)の右辺第一項は、磁性体を構成する粒子がコイルを構成する粒子の位置ベクトル上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。   The first term on the right side of Equation (27) is a term describing a magnetic field vector created on the position vector of the particles constituting the coil by the particles constituting the magnetic material, and is represented by Equation (28).

式(27)の右辺第二項は、コイルを構成する粒子がコイルを構成する粒子の位置ベクトル上に作る磁場ベクトルであり式(1)〜(12)で表される。   The second term on the right side of the equation (27) is a magnetic field vector formed on the position vector of the particles constituting the coil by the particles constituting the coil, and is represented by equations (1) to (12).

磁場解析装置1の制御部3は、ステップ103において計算し記憶装置5に記憶されているコイルを構成する粒子の位置ベクトルを記憶装置5より読み込む。   The control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 reads the position vector of the particles constituting the coil calculated in step 103 and stored in the storage device 5 from the storage device 5.

なお、ステップ113においてコイルを構成する粒子の位置ベクトルが更新されている場合は、制御部3はその値を読み込む。   In addition, when the position vector of the particle | grains which comprise a coil is updated in step 113, the control part 3 reads the value.

次に、制御部3はステップ102より計算され記憶装置5に記憶されている磁性体を構成する粒子の数と多面体要素の面数、および粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内のq点の位置ベクトルと多面体要素境界面積を読み込む。   Next, the control unit 3 calculates the number of particles constituting the magnetic body and the number of faces of the polyhedron element calculated from step 102 and stored in the storage device 5, and q points in the polyhedron element having the particle position vector as the center of gravity. Read the position vector and polyhedral element boundary area.

また、制御部3はこのステップで計算され記憶装置5に記憶されている、磁性体を構成する粒子の磁化ベクトルを読み込む。   Further, the control unit 3 reads the magnetization vector of the particles constituting the magnetic body, which is calculated in this step and stored in the storage device 5.

さらに、制御部3はステップ103において計算され記憶装置5に記憶されているコイルの寸法およびステップ101で入力情報21として記憶装置5に記憶されている電流密度ベクトルを読み込む。   Further, the control unit 3 reads the coil size calculated in step 103 and stored in the storage device 5 and the current density vector stored in the storage device 5 as the input information 21 in step 101.

なお、ステップ116において電流密度ベクトルが更新されている場合は、制御部3はその値を読み込む。   If the current density vector is updated in step 116, the control unit 3 reads the value.

その後、制御部3は式(27)、式(28)および式(1)〜(12)に従い、コイルを構成する粒子の位置ベクトル上での磁場ベクトルを計算し、記憶装置5に記憶する。   Thereafter, the control unit 3 calculates the magnetic field vector on the position vector of the particles constituting the coil in accordance with the equations (27), (28), and (1) to (12), and stores them in the storage device 5.

制御部3は、コイルを構成する粒子の位置ベクトル上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を構成する粒子の位置ベクトル上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。 The control unit 3 converts the magnetic flux density vector (bold) B i on the position vector of the particles constituting the coil into the magnetic field vector on the position vector of the particles constituting the coil that has already been calculated, and the vacuum permeability. Multiply and store in the storage device 5.

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 magnetic permeability of the vacuum is stored in the storage device 5 in advance.

以上が、ステップ110の詳細である。   The details of step 110 have been described above.

このように、制御部3は、磁場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。   Thus, the control unit 3 analyzes the magnetization phenomenon of the magnetic material by solving the motion equation of the magnetic field.

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。   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.

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 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.

次に、磁場解析装置1の制御部3はSPMモータ31を構成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(図5のステップ111)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 calculates a force vector acting on all the particles constituting the SPM motor 31 and stores it in the storage device 5 (step 111 in FIG. 5).

以下に図5のステップ111を具体的に説明する。   The step 111 in FIG. 5 will be specifically described below.

(磁性体を構成する粒子に働く力ベクトル)
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。
(Force vector acting on particles constituting magnetic material)
The canonical variables bold r i, and bold neighbor with r i, substituting the Lagrangian of the formula (13) in the equation of motion of the Lagrangian.

すると、磁性体を構成する粒子に働く力は式(29)のように記載される。   Then, the force acting on the particles constituting the magnetic material is described as shown in Expression (29).

ここで、μ0は真空の透磁率、太字のHは磁場ベクトル、太字のMは磁化ベクトル、太字のrは位置ベクトル、ΔVは粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素境界面の頂点と粒子位置を頂点とする多面体要素体積、Nは磁性体を構成する粒子数であり、添え字のi、jは磁性体を構成する粒子の内、i番目、j番目の粒子の物理量を指し示し、添え字のipは磁性体を構成する粒子の内、i番目の粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素内のp点の物理量を指し示す。 Here, μ 0 is the vacuum permeability, bold H is the magnetic field vector, bold M is the magnetization vector, bold r is the position vector, and ΔV is the vertex of the polyhedral element boundary surface and the particle centered on the particle position vector. The polyhedral element volume with the position at the apex, N is the number of particles constituting the magnetic body, and the subscripts i and j indicate the physical quantities of the i-th and j-th particles among the particles constituting the magnetic body. The letter ip indicates the physical quantity of the point p in the polyhedron element whose center of gravity is the position vector of the i-th particle among the particles constituting the magnetic body.

また、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。 Φ (r i −r j ) is an interaction potential energy between the i-th particle and the j-th particle.

本実施形態ではSPMモータを剛体(粒子間の相対距離が不変)とする。   In this embodiment, the SPM motor is a rigid body (relative distance between particles is unchanged).

剛体モデルとすると、磁性体を構成する粒子に働く力は式(30)のように記載される。   Assuming that the model is a rigid model, the force acting on the particles constituting the magnetic material is described as in equation (30).

磁場解析装置1の制御部3は、ステップ110までにおいて計算され記憶装置5に記憶されている磁性体を構成する粒子を重心とする多面体要素内のp点での磁場ベクトルを読み込む。   The control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 reads the magnetic field vector at the point p in the polyhedron element with the particle constituting the magnetic body calculated up to step 110 and stored in the storage device 5 as the center of gravity.

制御部3は、p点での磁場ベクトルを、ステップ101より入力情報21として記憶装置5に記憶されている磁化曲線を表す関数に代入することによりp点での磁化ベクトルを計算し記憶装置5に記憶する。   The control unit 3 calculates the magnetization vector at the p point by substituting the magnetic field vector at the p point into a function representing the magnetization curve stored in the storage device 5 as the input information 21 from step 101 to calculate the storage device 5. To remember.

また、制御部3は、ステップ104で計算され記憶装置5に記憶されている磁性体を構成する粒子の位置ベクトルを重心とする多面体要素境界面の頂点と粒子位置を頂点とする多面体要素体積を読み込む。   Further, the control unit 3 calculates the polyhedral element volume having the vertex of the polyhedral element boundary surface having the gravity center as the position vector of the particle constituting the magnetic body calculated in step 104 and stored in the storage device 5 and the vertex of the particle position. Read.

次に、制御部3は、磁性体を構成する粒子を重心とする多面体要素内のp点の磁場ベクトルの偏微分を計算し、その値に基づいて、式(30)より力ベクトルを計算し記憶装置5に記憶する。   Next, the control unit 3 calculates the partial differentiation of the magnetic field vector at the point p in the polyhedral element with the particle constituting the magnetic body as the center of gravity, and calculates the force vector from the equation (30) based on the value. Store in the storage device 5.

(コイルを構成する粒子に働く力ベクトル)
コイルを構成する粒子のうち、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、コイルを構成する粒子の内、i番目の粒子に働く力ベクトルは以下の式(31)で記載される。
(Force vector acting on the particles constituting the coil)
Of the particles constituting the coil, the position vector of the i-th particle is bold r i , the current unit vector at that position vector is bold t i , the magnetic flux density vector is bold B i , and the current flow direction When the length of the coil and L i, of the particles constituting the coil, the force vector acting on the i-th particle is described by the following equation (31).

磁場解析装置1の制御部3は、ステップ103において計算され記憶装置5に記憶されているコイルを構成する粒子の位置ベクトルを読み込む。   The control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 reads the position vector of the particles constituting the coil calculated in step 103 and stored in the storage device 5.

なお、ステップ113においてコイルを構成する粒子の位置ベクトルが更新されている場合は制御部3はその値を読み込む。   If the position vector of the particles constituting the coil has been updated in step 113, the control unit 3 reads the value.

また、制御部3はステップ103において計算され記憶装置5に記憶されているコイルの寸法を読み込む。   Further, the control unit 3 reads the dimensions of the coil calculated in step 103 and stored in the storage device 5.

次に、制御部3は、ステップ101より入力情報21として記憶装置5に記憶されているコイルの電流密度ベクトルを読み込む。   Next, the control unit 3 reads the current density vector of the coil stored in the storage device 5 as the input information 21 from step 101.

なお、制御部3は、ステップ116においてコイルの電流密度ベクトルが更新されている場合はその値を用いる。   Note that if the current density vector of the coil is updated in step 116, the control unit 3 uses the value.

制御部3は、式(31)に基づいて、コイルを構成する粒子に働く力ベクトルを計算し記憶装置5に記憶する。   The control unit 3 calculates a force vector acting on the particles constituting the coil based on the equation (31) and stores the force vector in the storage device 5.

以上が、図5のステップ111の詳細である。   The above is the details of step 111 in FIG.

次に、磁場解析装置1の制御部3は、ステップ111で計算した可動部(移動子)を構成する粒子に働く力ベクトルから、可動部(移動子)の回転量、角速度、並進量、並進速度を計算し、記憶装置5に記憶する(図5のステップ112)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analyzer 1 calculates the rotation amount, angular velocity, translation amount, translation of the movable unit (moving element) from the force vector acting on the particles constituting the moving part (moving element) calculated in step 111. The speed is calculated and stored in the storage device 5 (step 112 in FIG. 5).

以下に図5のステップ112を具体的に説明する。   The step 112 in FIG. 5 will be specifically described below.

剛体の並進運動の運動方程式は式(32)で表される。   The equation of motion of the translational motion of the rigid body is expressed by equation (32).

ここで、mtotは可動部(移動子)の質量、太字のrは可動部(移動子)において任意に定めた代表点の位置ベクトル、太字のFは可動部(移動子)を構成する粒子に働く力ベクトル、Nは可動部(移動子)を構成する粒子数である。 Here, m tot constitutes the mass of the movable portion (movable element), the position vector of the representative point arbitrarily determined in bold r c is the movable portion (movable element), bold F movable portion (slider) The force vector acting on the particles, N, is the number of particles constituting the movable part (moving element).

次に、任意の固定点の周りの回転運動の運動方程式は式(33−1)、式(33−2)、式(33−3)で表される。   Next, the equation of motion of the rotational motion around an arbitrary fixed point is expressed by Equation (33-1), Equation (33-2), and Equation (33-3).

ここで、I、I、Iは剛体の主慣性モーメント、ω、ω、ωは慣性主軸座標系での角速度、N、N、Nは慣性主軸座標系でのトルクである。 Here, I 1 , I 2 , and I 3 are the main inertia moment of the rigid body, ω 1 , ω 2 , and ω 3 are the angular velocities in the inertial principal axis coordinate system, and N 1 , N 2 , and N 3 are the inertial principal axis coordinate systems. Torque.

本実施例のSPMモータ31のロータ33はロータシャフト41を通じてある回転軸に固定されている。   The rotor 33 of the SPM motor 31 of this embodiment is fixed to a certain rotating shaft through the rotor shaft 41.

固定された回転軸をz軸とすると、ロータ33の運動は以下のように計算される。   Assuming that the fixed rotation axis is the z-axis, the motion of the rotor 33 is calculated as follows.

ロータ33はロータシャフト41を通じてz軸に固定されているため、z軸周りの回転運動の運動方程式を解くことで、ロータ33の運動は計算される。   Since the rotor 33 is fixed to the z-axis through the rotor shaft 41, the motion of the rotor 33 is calculated by solving the motion equation of the rotational motion around the z-axis.

z軸周りのロータ33の回転運動の運動方程式は式(34)で表される。   The equation of motion of the rotational motion of the rotor 33 around the z-axis is expressed by equation (34).

ここで、Iはロータ33の慣性モーメント、ωはz方向の角速度、Nはz方向のトルクである。 Here, I z is the moment of inertia of the rotor 33, ω z is the angular velocity in the z direction, and N z is the torque in the z direction.

式(34)を蛙飛び法で離散化すると、以下の式(35)、式(36)を得る。   When the equation (34) is discretized by the flying method, the following equations (35) and (36) are obtained.

ここで、θzはz軸周りの回転量であり、dtは微小時間刻み幅である。   Here, θz is a rotation amount around the z axis, and dt is a minute time step.

また、添え字のn−1/2、n、n+1/2、n+1はそれぞれ(n―1/2)dt、ndt、(n+1/2)dt、(n+1)dt秒での物理量に対応している。   The subscripts n−1 / 2, n, n + 1/2, and n + 1 correspond to physical quantities in (n−1 / 2) dt, ndt, (n + 1/2) dt, and (n + 1) dt, respectively. Yes.

時間刻み幅は記憶装置5にあらかじめ任意の値が記憶されているものを制御部3が読み込む。   The control unit 3 reads the time step width in which an arbitrary value is stored in the storage device 5 in advance.

回転量、角速度の初期値は記憶装置5にあらかじめ任意の値が記憶装置5に記憶されている。   Initial values of the rotation amount and the angular velocity are stored in the storage device 5 in advance in the storage device 5.

なお、すでにステップ112においてロータ33の回転量、角速度が更新されている場合はその値を用いる。   If the rotation amount and angular velocity of the rotor 33 have already been updated in step 112, those values are used.

制御部3は、ステップ101より入力情報21として記憶装置5に記憶されているロータ33の三次元構造と質量密度により慣性モーメントを計算する。   The controller 3 calculates the moment of inertia based on the three-dimensional structure and mass density of the rotor 33 stored in the storage device 5 as the input information 21 from step 101.

さらに、制御部3は、ロータ33を構成する粒子の位置ベクトルと、ステップ111で計算し記憶装置5に記憶されているロータ33を構成する粒子に働く力ベクトルに基づいて、式(35)、式(36)を計算し、dt秒後のロータ33の回転量と角速度を計算し記憶装置5に記憶する。   Further, the control unit 3 uses the position vector of the particles constituting the rotor 33 and the force vector acting on the particles constituting the rotor 33 calculated in step 111 and stored in the storage device 5, based on the equation (35), Equation (36) is calculated, and the rotation amount and angular velocity of the rotor 33 after dt seconds are calculated and stored in the storage device 5.

以上が、図5のステップ112の詳細である。   The above is the details of step 112 in FIG.

次に、磁場解析装置1の制御部3はステップ112で計算した微小時間後の回転量や重心の移動量を基に、移動子を構成している粒子の位置ベクトルを計算し、記憶する(図5のステップ113)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 calculates and stores the position vector of the particles constituting the moving element based on the rotation amount after a minute time and the movement amount of the center of gravity calculated in step 112 ( Step 113 in FIG.

次に、磁場解析装置1の制御部3は必要に応じてSPMモータ31を構成する粒子の位置ベクトル、力ベクトル、磁場ベクトル、磁束密度ベクトル、磁化ベクトルをプリンタポート11を介してプリンタ12より出力する(図5のステップ114)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analyzer 1 outputs the position vector, force vector, magnetic field vector, magnetic flux density vector, and magnetization vector of the particles constituting the SPM motor 31 from the printer 12 via the printer port 11 as necessary. (Step 114 in FIG. 5).

次に、磁場解析装置1の制御部3は所定の終了条件(時間、移動量等)を満たしているかを判断し、満たしている場合は解析を終了し、満たしていない場合はステップ116に進む(図5のステップ115)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 determines whether or not a predetermined end condition (time, amount of movement, etc.) is satisfied. If it is satisfied, the analysis ends, and if not, the process proceeds to step 116. (Step 115 in FIG. 5).

次に、磁場解析装置1の制御部3は必要に応じてコイル45に流れる電流密度ベクトルを更新し、ステップ104に戻る(図5のステップ116)。   Next, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 updates the current density vector flowing in the coil 45 as necessary, and returns to Step 104 (Step 116 in FIG. 5).

以上が本実施形態に係る磁場解析の手順である。   The above is the magnetic field analysis procedure according to the present embodiment.

このように、本実施形態によれば、磁場解析装置1がSPMモータ31の磁場解析を元に、移動子であるロータ33の移動量を求めている。   As described above, according to the present embodiment, the magnetic field analysis device 1 obtains the movement amount of the rotor 33 that is a moving element based on the magnetic field analysis of the SPM motor 31.

そのため、本実施形態では磁場と運動の相互作用を演算でき、磁場解析と機構の連成が可能となる。   Therefore, in this embodiment, the interaction between the magnetic field and the motion can be calculated, and the magnetic field analysis and the mechanism can be coupled.

また、本実施形態では、コイル45に流れる電流密度ベクトルを更新しながら解析を行うことができる。   In the present embodiment, the analysis can be performed while updating the current density vector flowing in the coil 45.

そのため、コイルに通電する電流を変化させながら解析を行うことができ、従来よりもさらに精度良く磁場解析を行うことができる。   Therefore, the analysis can be performed while changing the current flowing through the coil, and the magnetic field analysis can be performed with higher accuracy than in the past.

上記した実施形態では、本発明を磁性体を構成する粒子のラグランジアンから導出される磁場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、運動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-described embodiment, the case where the magnetization phenomenon of the magnetic material is calculated by solving the motion equation of the magnetic field derived from the Lagrangian of the particles constituting the magnetic material has been described. Without being limited thereto, any equation other than that derived from Lagrangian may be used as long as it is an equation of motion.

また、上記した実施形態では本発明をSPMモータ31の磁場解析に使用したが、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磁場解析に用いても良い。   In the above-described embodiment, the present invention is used for the magnetic field analysis of the SPM motor 31. However, the present invention is not limited to this, and the magnetic field at an arbitrary point in the space where the magnetic body is arranged is analyzed. 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 magnetic field analysis in the space shielded with the magnetic material.

上述のように本発明の一実施形態によれば、物体に作用する磁場についての磁場解析と、その磁場により生じる物体の運動についての機構解析との連成解析をするための連成解析装置が提供される。すなわち、この連成解析装置は、磁場解析演算部と、機構解析演算部と、を備える。一実施例においては、制御部3は、磁場解析演算部と、機構解析演算部と、を備えてもよい。磁場解析演算部は、物体を構成する各粒子に作用する磁場が満たすべき関係を粒子ごとに運動方程式の形式で記述した磁場の運動方程式に基づき磁場を演算する。機構解析演算部は、演算された磁場に基づき物体の運動を演算し、物体の各粒子の位置を更新する。磁場解析演算部はさらに、更新された各粒子の位置に基づいて磁場を再計算する。このようにして磁場解析と機構解析とを粒子ごとに繰り返すことにより、連成解析が可能である。なお以下では便宜上、磁場解析演算部を磁場演算部とも称し、機構解析演算部を位置演算部とも称する。   As described above, according to one embodiment of the present invention, there is provided a coupled analysis device for performing coupled analysis of magnetic field analysis on a magnetic field acting on an object and mechanism analysis on motion of the object generated by the magnetic field. Provided. That is, the coupled analysis device includes a magnetic field analysis calculation unit and a mechanism analysis calculation unit. In one embodiment, the control unit 3 may include a magnetic field analysis calculation unit and a mechanism analysis calculation unit. The magnetic field analysis calculation unit calculates a magnetic field based on a motion equation of a magnetic field in which a relationship to be satisfied by a magnetic field acting on each particle constituting the object is described in the form of a motion equation for each particle. The mechanism analysis calculation unit calculates the motion of the object based on the calculated magnetic field, and updates the position of each particle of the object. The magnetic field analysis calculation unit further recalculates the magnetic field based on the updated position of each particle. Thus, coupled analysis is possible by repeating magnetic field analysis and mechanism analysis for each particle. Hereinafter, for convenience, the magnetic field analysis calculation unit is also referred to as a magnetic field calculation unit, and the mechanism analysis calculation unit is also referred to as a position calculation unit.

ここで磁場演算部は、上述のように、物体を多数の粒子に分割し、各粒子に作用する磁場が満たすべき関係を粒子ごとに運動方程式の形式で記述した磁場の運動方程式を数値的に解くことにより物体に作用する磁場を演算する。解析対象物体は磁化曲線が非線形である材料を含んでもよく、例えば磁性体を解析対象物体としてもよい。本願発明者は、いわゆる解析力学の手法を用いて、物体の各粒子に作用する磁場の支配方程式を運動方程式の形式で記述することに成功した。上述の一実施例においては、上記の式(13)に定義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ことにより、式(16)のように各粒子に作用する磁場を運動方程式の形式で記述している。   Here, as described above, the magnetic field calculation unit divides the object into a large number of particles, and numerically expresses the equation of motion of the magnetic field describing the relationship to be satisfied by the magnetic field acting on each particle in the form of the equation of motion for each particle. The magnetic field acting on the object is calculated by solving. The analysis target object may include a material whose magnetization curve is non-linear. For example, a magnetic material may be used as the analysis target object. The present inventor succeeded in describing the governing equation of the magnetic field acting on each particle of the object in the form of the equation of motion using a so-called analytical mechanics method. In the above-described embodiment, by substituting the Lagrangian defined in the above equation (13) into the Lagrangian equation of motion, the magnetic field acting on each particle is described in the form of the equation of motion as in equation (16). doing.

磁場演算部は、磁場の運動方程式を数値的に解くことにより、物体に作用する磁場を求める。具体的には例えば、磁場演算部はまず、離散化された磁場の運動方程式に磁場及びその時間微分の初期値を代入し、微小時間経過後の磁場及びその時間微分を求める。ここで、微小時間とは磁場の収束計算を行うために用いられる仮想的な時間であってもよい。つまりこの仮想時間は実際の経過時間とは異なる。磁場演算部は、演算された微小時間経過後の磁場が収束判定基準を満たすか否かを判定する。収束判定条件は、一実施例においては式(24)で与えられる。磁場演算部は、収束判定基準が満たされるまで、離散化された磁場の運動方程式を繰り返し演算することにより磁場の数値解を求める。   A magnetic field calculation part calculates | requires the magnetic field which acts on an object by solving the equation of motion of a magnetic field numerically. Specifically, for example, the magnetic field calculation unit first substitutes the initial value of the magnetic field and its time derivative into the discretized motion equation of the magnetic field to obtain the magnetic field and its time derivative after a lapse of a minute time. Here, the minute time may be a virtual time used for performing the convergence calculation of the magnetic field. In other words, this virtual time is different from the actual elapsed time. The magnetic field calculation unit determines whether the calculated magnetic field after a lapse of a minute time satisfies a convergence criterion. The convergence determination condition is given by Expression (24) in one embodiment. The magnetic field calculation unit obtains a numerical solution of the magnetic field by repeatedly calculating the discretized motion equation of the magnetic field until the convergence criterion is satisfied.

この方法によれば、有限要素法に基づく周知の解析法とは異なり逆行列の演算が不要であるので、少ない計算資源で磁場解析を実行することができるという点で好ましい。また、この方法は、高精度の解析結果を、有限要素法のように解析対象物体とその周囲の空間とを含む系全体をメッシュ分割することなく得られるという点でも好ましい。   According to this method, unlike the known analysis method based on the finite element method, the calculation of the inverse matrix is unnecessary, which is preferable in that the magnetic field analysis can be executed with a small amount of calculation resources. This method is also preferable in that a highly accurate analysis result can be obtained without dividing the entire system including the object to be analyzed and its surrounding space into meshes as in the finite element method.

一実施例においては、上述の連成解析がモータの磁場解析に利用される。本願発明者の検証によると、モータの磁場解析に要求される高精度のレベルに収束判定条件を設定したときに、演算終了までの所要時間が比較的長くなる場合があることがわかった。この収束の遅れは、解析対象物体における磁気飽和に起因すると考えられる。すなわち、磁化曲線の非線形性が磁場の数値解の収束性に影響している。   In one embodiment, the above coupled analysis is used for the magnetic field analysis of the motor. According to the verification by the present inventor, it has been found that when the convergence determination condition is set to a high accuracy level required for the magnetic field analysis of the motor, the time required until the end of the calculation may be relatively long. This convergence delay is considered to be caused by magnetic saturation in the object to be analyzed. In other words, the nonlinearity of the magnetization curve affects the convergence of the numerical solution of the magnetic field.

図10は、磁性体(例えば鉄)の磁化曲線の一例を模式的に示す図である。図10の横軸は磁場Hを示し、縦軸は磁化Mを示す。図10に示されるように、磁場Hが小さいときには磁化Mは磁場Hに比例する。磁場Hが大きくなるにつれて、磁化Mと磁場Hとの比例定数(いわゆる磁気感受率)は徐々に小さくなっていく。磁場Hが小さい場合の比例定数は(例えば図中の点A)、磁場Hが大きい場合(図中の点B)の比例定数の1000倍程度の大きさとなり得る。このように、磁性体の磁化曲線は非線形である。   FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an example of a magnetization curve of a magnetic material (for example, iron). The horizontal axis in FIG. 10 indicates the magnetic field H, and the vertical axis indicates the magnetization M. As shown in FIG. 10, when the magnetic field H is small, the magnetization M is proportional to the magnetic field H. As the magnetic field H increases, the proportionality constant (so-called magnetic susceptibility) between the magnetization M and the magnetic field H gradually decreases. The proportionality constant when the magnetic field H is small (for example, point A in the figure) can be about 1000 times the proportionality constant when the magnetic field H is large (point B in the figure). Thus, the magnetization curve of the magnetic material is non-linear.

磁場の運動方程式には、磁場及びその時間微分項だけではなく、磁化に依存する磁化依存項が含まれる。ある粒子についての磁場の運動方程式における磁化依存項は例えば、他の粒子の磁化に起因して当該粒子に作用する磁場を表す項である。このような相互作用を表す項は、例えば式(14)に示されるように、磁化Mを陽に含む。したがって、式(16)に示される磁場の運動方程式は、収束計算を進めるにつれて非線形に変化する項を含むと言える。収束計算の磁場の初期値は通常小さい値(例えばゼロ)にとるから、式14のH(rip)は、収束計算の当初に比べて完了時には1000分の1程度の小さい値となり得る。方程式におけるこの大きな非線形性によって数値解の収束に遅れが生じると考えられる。 The equation of motion of the magnetic field includes not only the magnetic field and its time derivative term but also a magnetization dependent term that depends on the magnetization. The magnetization dependence term in the equation of motion of the magnetic field for a certain particle is, for example, a term representing a magnetic field that acts on the particle due to the magnetization of another particle. The term representing such an interaction explicitly includes the magnetization M as shown in, for example, the equation (14). Therefore, it can be said that the equation of motion of the magnetic field shown in Expression (16) includes a term that changes nonlinearly as the convergence calculation proceeds. Since the initial value of the magnetic field for the convergence calculation is usually a small value (for example, zero), H (r ip ) in Expression 14 can be a value about 1/1000 smaller at the time of completion compared to the beginning of the convergence calculation. This large nonlinearity in the equation is thought to delay the convergence of the numerical solution.

磁場の運動方程式には、任意に設定することが許容される調整可能パラメタを導入することができる。例えば式(16)に示される磁場の運動方程式においては、仮想質量α及び減衰定数γは調整可能パラメタである。パラメタの設定作業を簡単にすることを重視する場合には、これらの調整可能パラメタを一定値に設定してもよい。この場合、収束計算中に調整可能パラメタは不変である。一方、磁場演算部は、収束計算中に調整可能パラメタを変化させてもよい。   An adjustable parameter that can be arbitrarily set can be introduced into the equation of motion of the magnetic field. For example, in the equation of motion of the magnetic field shown in Equation (16), the virtual mass α and the damping constant γ are adjustable parameters. If importance is attached to simplifying the parameter setting operation, these adjustable parameters may be set to constant values. In this case, the adjustable parameters are unchanged during the convergence calculation. On the other hand, the magnetic field calculation unit may change the adjustable parameter during the convergence calculation.

磁場の運動方程式は一般に、束縛を考慮に入れなければ、2階の線形常微分方程式の形式をとる。この形式は、1自由度の振動の基礎方程式と共通である。よって、磁場の運動方程式の収束特性は、振動の基礎方程式の減衰特性に対応する。このことから、振動の方程式の各項の係数に応じて減衰特性が変化することに準じて、磁場の運動方程式の調整可能パラメタを変更することにより所望の収束特性に調整することが可能である。   The equation of motion of the magnetic field generally takes the form of a second-order linear ordinary differential equation unless constraints are taken into account. This form is common to the fundamental equation of vibration with one degree of freedom. Therefore, the convergence characteristic of the motion equation of the magnetic field corresponds to the damping characteristic of the fundamental equation of vibration. From this, it is possible to adjust to the desired convergence characteristic by changing the adjustable parameter of the motion equation of the magnetic field according to the fact that the damping characteristic changes according to the coefficient of each term of the equation of vibration. .

そこで、本発明の一実施形態においては、磁場演算部は、磁場の運動方程式に導入されている調整可能パラメタを、磁化曲線の非線形性が数値解の収束性に与える影響を緩和するように調整してもよい。磁場演算部は、磁化依存項による数値解の収束性への影響を抑えるように調整可能パラメタを変化させてもよい。一実施例においては、磁場演算部は、収束判定基準を満たすか否かを判定する収束判定処理において収束判定基準が満たされていないと判定したときに、調整可能パラメタを変化させる係数調整処理を実行してもよい。上述の実施例においては、制御部3は、誤差の値が誤差判別値Aを超えると判定した場合に(図5のステップ109のNo)、仮想質量α及び減衰定数γを調整する係数調整ステップを実行してもよい。 Therefore, in one embodiment of the present invention, the magnetic field calculation unit adjusts the adjustable parameter introduced in the equation of motion of the magnetic field so as to reduce the influence of the nonlinearity of the magnetization curve on the convergence of the numerical solution. May be. The magnetic field calculation unit may change the adjustable parameter so as to suppress the influence of the magnetization dependence term on the convergence of the numerical solution. In one embodiment, the magnetic field calculation unit performs a coefficient adjustment process for changing the adjustable parameter when it is determined that the convergence determination criterion is not satisfied in the convergence determination process for determining whether or not the convergence determination criterion is satisfied. May be executed. In the above-described embodiment, when the control unit 3 determines that the error value exceeds the error determination value A 2 (No in Step 109 in FIG. 5), the coefficient adjustment that adjusts the virtual mass α and the attenuation constant γ. Steps may be performed.

ある物体の粒子に作用する磁場Hの運動方程式は一般に、式(37)で表される。ここで、係数Cは磁場Hの2階時間微分項の係数を表し、係数Cは磁場Hの1階時間微分項の係数を表し、係数Cは磁場Hの項の係数を表す。係数C、C、Cはいずれも解析者が調整することのできるパラメタである。一方、係数FNLは、磁場Hと磁化Mとの比例定数に依存する。Hは外部からの印加磁場を表す。 The equation of motion of the magnetic field H acting on the particles of a certain object is generally expressed by equation (37). Here, the coefficient C M denotes the coefficient of second order time derivative term of the magnetic field H, the coefficient C D represents the coefficient of first-order time derivative term of the magnetic field H, factor C K represents the coefficient of the term of the magnetic field H. The coefficients C M , C D , and C K are all parameters that can be adjusted by the analyst. On the other hand, the coefficient F NL depends on the proportionality constant between the magnetic field H and the magnetization M. H 0 represents an externally applied magnetic field.

よって、調整可能なパラメタである係数C、Cを磁化曲線に基づいて調整することにより、磁化曲線の非線形性が数値解の収束性に与える影響を排除することができる。すなわち、磁場Hの時間微分項の係数C及びCを、式(38)に示されるように磁化依存係数FNLを用いてC’FNL及びC’FNLと定義する。磁化依存係数FNLの時間変化率が十分に小さければ、磁化曲線の非線形性が数値解の収束性に与える影響を事実上排除することができる。 Therefore, by adjusting the coefficients C M and C D that are adjustable parameters based on the magnetization curve, it is possible to eliminate the influence of the nonlinearity of the magnetization curve on the convergence of the numerical solution. That is, the coefficients C M and C D of the time differential term of the magnetic field H are defined as C M 'F NL and C D ' F NL using the magnetization dependence coefficient F NL as shown in the equation (38). If the time change rate of the magnetization dependence coefficient F NL is sufficiently small, the influence of the nonlinearity of the magnetization curve on the convergence of the numerical solution can be virtually eliminated.

式(38)の磁場の項及びその時間微分項には、磁場Hに対し非線形に変化する共通パラメタFNLが導入されている。つまり、共通の磁化依存係数FNLをもたない運動方程式(39)の収束特性に、式(38)に示される磁場の運動方程式の収束特性は実質的に等しくなる。 A common parameter F NL that changes nonlinearly with respect to the magnetic field H is introduced into the magnetic field term and the time derivative term of the equation (38). That is, the convergence characteristic of the equation of motion of the magnetic field shown in the equation (38) is substantially equal to the convergence property of the equation of motion (39) having no common magnetization dependence coefficient FNL .

式(39)の磁場H及びその時間微分項の係数C’、C’、及びCはいずれも磁化Mに依存せず、解析者が任意に設定することのできるパラメタである。よって、式(38)において磁化依存係数FNLが毎回の収束計算ごとに変化しても、係数C’、C’、及びCから定まる一定の収束特性を得ることができる。なおこの場合、所望の収束特性をもたらすよう係数C’、C’、及びCを予め設定することが好ましい。 Magnetic field H and the coefficient C M of the time derivative term of equation (39) ', C D' , and C K are both independent on the magnetization M, it is a parameter that can be analyzed user to arbitrarily set. Therefore, even if the magnetization dependence coefficient F NL changes for each convergence calculation in the equation (38), a constant convergence characteristic determined from the coefficients C M ′, C D ′, and C K can be obtained. In this case, it is preferable to set the coefficients C M ′, C D ′, and CK in advance so as to provide desired convergence characteristics.

なお本発明は、磁化曲線の非線形性の影響を磁場の運動方程式の収束特性から排除する実施例には限られない。基礎方程式の変数の係数がその変数に対して非線形に変化する場合における運動方程式型の数値解法にも適用可能である。例えばいわゆる大変形解析にも適用可能であろう。   The present invention is not limited to the embodiment that excludes the influence of the nonlinearity of the magnetization curve from the convergence characteristics of the motion equation of the magnetic field. The present invention can also be applied to a numerical equation method of motion equation type when the coefficient of a variable of a basic equation changes nonlinearly with respect to the variable. For example, it may be applicable to so-called large deformation analysis.

一実施例においては、第1の物理量と、該第1の物理量と非線形の関係をもつ第2の物理量とを有する物体の特性を解析するための解析装置が提供される。例えば上述の実施例では第1の物理量及び第2の物理量はそれぞれ磁場及び磁化に対応する。この解析装置は、運動方程式の形式で記述された第1の物理量が満たすべき関係式を数値的に解く数値演算部を備える。この関係式は、第2の物理量に依存する項と、第2の物理量に依存しない項と、を含み、第2の物理量に依存しない項の係数が第2の物理量に依存する項に連動するよう定義されている。一実施例においては、第1の物理量及びその時間微分項のそれぞれの係数には第2の物理量に連動する連動部分が共通に導入されていてもよい。   In one embodiment, an analysis device is provided for analyzing characteristics of an object having a first physical quantity and a second physical quantity having a non-linear relationship with the first physical quantity. For example, in the above-described embodiment, the first physical quantity and the second physical quantity correspond to the magnetic field and the magnetization, respectively. This analysis apparatus includes a numerical operation unit that numerically solves a relational expression that the first physical quantity described in the form of the equation of motion should satisfy. This relational expression includes a term that depends on the second physical quantity and a term that does not depend on the second physical quantity, and the coefficient of the term that does not depend on the second physical quantity is linked to a term that depends on the second physical quantity. Is defined as In one embodiment, an interlocking portion interlocking with the second physical quantity may be commonly introduced in each coefficient of the first physical quantity and its time derivative term.

また、一実施例においては、調整可能パラメタは、磁場の運動方程式を数値的に解く過程で導出される値を用いて定義されていることが好ましい。つまり、磁場演算部は、磁場演算処理において算出された値を用いて係数調整処理を実行してもよい。このようにすれば、磁場の運動方程式を解く過程で得られた計算済みの値を流用して調整可能パラメタを調整することができる。調整可能パラメタの設定のために新たな演算をする必要がなくなるので、計算コストを低減することができる。よって、収束演算の所要時間を短くすることもできる。   Moreover, in one Example, it is preferable that the adjustable parameter is defined using the value derived | led-out in the process of solving the equation of motion of a magnetic field numerically. That is, the magnetic field calculation unit may execute the coefficient adjustment process using the value calculated in the magnetic field calculation process. In this way, the adjustable parameter can be adjusted using the calculated value obtained in the process of solving the motion equation of the magnetic field. Since it is not necessary to perform a new operation for setting the adjustable parameter, the calculation cost can be reduced. Therefore, the time required for the convergence calculation can be shortened.

そこで、一実施例においては、調整可能パラメタは、他の粒子の磁化に起因して当該粒子に作用する磁場を表す項に連動して調整されてもよい。式(16)を解くことにより磁場を求める上述の実施例においては例えば、仮想質量αipを式(40)及び式(41)により可変量として定義する。係数kipは磁場の運動方程式に存在するH(rip)の項を用いて定義されているから、調整可能パラメタの設定のために新たな演算をする必要がない。なお係数αは解析者が任意に設定することのできるパラメタである。 Thus, in one embodiment, the adjustable parameter may be adjusted in conjunction with a term representing a magnetic field acting on the particle due to the magnetization of the other particle. In the above-described embodiment in which the magnetic field is obtained by solving Expression (16), for example, the virtual mass α ip is defined as a variable amount by Expression (40) and Expression (41). Since the coefficient k ip is defined by using the term of H (r ip ) existing in the equation of motion of the magnetic field, it is not necessary to perform a new calculation for setting the adjustable parameter. The coefficient α 0 is a parameter that can be arbitrarily set by the analyst.

この仮想質量αipにより、磁化曲線の非線形性の影響が磁場の運動方程式の収束特性から排除されることを説明する。上述のようにSHAKE法を適用して式(16)を解くことを考慮すると、式(16)の右辺第2項は0に収束するから、式(42)のように表される。 It will be described that the influence of the nonlinearity of the magnetization curve is excluded from the convergence characteristic of the motion equation of the magnetic field by the virtual mass α ip . Considering solving the equation (16) by applying the SHAKE method as described above, the second term on the right-hand side of the equation (16) converges to 0, and is expressed as the equation (42).

式(14)及び式(41)から、H(rip)は式(43)で表される。 From the equations (14) and (41), H (r ip ) is represented by the equation (43).

式(40)及び式(43)を式(42)に代入することにより、磁場の運動方程式は式(44)で表される。式(44)の磁場の項及びその時間微分項には、磁場Hに対し非線形に変化する共通パラメタ(1−kip)が導入されている。よって、磁場の運動方程式(44)の収束特性は、共通パラメタ(1−kip)を有しない式(45)の収束特性に実質的に等しくなる。よって、磁気飽和に起因して係数kip(式(16)で言えばH(rip))が収束計算中に変化しても、磁場の運動方程式(44)の収束特性は変化しない。係数α、γを予め設定することにより、所望の収束特性を実現することができる。 By substituting Equation (40) and Equation (43) into Equation (42), the equation of motion of the magnetic field is expressed by Equation (44). A common parameter (1-k ip ) that changes nonlinearly with respect to the magnetic field H is introduced into the magnetic field term and the time derivative term of the equation (44). Therefore, the convergence characteristic of the motion equation (44) of the magnetic field is substantially equal to the convergence characteristic of the expression (45) that does not have the common parameter (1-k ip ). Therefore, even if the coefficient k ip (H (r ip ) in the equation (16)) changes during the convergence calculation due to magnetic saturation, the convergence characteristic of the magnetic field equation of motion (44) does not change. By setting the coefficients α 0 and γ in advance, desired convergence characteristics can be realized.

なお、上述のパラメタの更新は、磁場解析の対象物体が磁気感受率の異なる物質を含む場合にも有効であると考えられる。例えば物体が磁石と鉄とを含む場合にも有効である。物質が異なることによる粒子ごとの磁気感受率の違いは、磁気飽和が生じているか否かによる磁気感受率の違いと同様に上記の磁場の運動方程式において取り扱われているからである。   It should be noted that the above-described parameter update is also effective when the target object of the magnetic field analysis includes substances with different magnetic susceptibility. For example, it is also effective when the object includes a magnet and iron. This is because the difference in magnetic susceptibility for each particle due to different materials is handled in the above-mentioned equation of motion of the magnetic field, similarly to the difference in magnetic susceptibility depending on whether or not magnetic saturation occurs.

図11は、本発明の一実施形態に係る磁場演算処理を説明するためのフローチャートである。図11に示されるように、磁場解析装置1の制御部3はまず、磁場の運動方程式を作成する(S10)。一実施例においては、制御部3は、図5に示されるステップ101乃至105を実行することにより磁場の運動方程式(16)を作成する。ここで、仮想質量αipは式(40)及び式(41)により可変量として定義されている。 FIG. 11 is a flowchart for explaining magnetic field calculation processing according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, the control unit 3 of the magnetic field analysis apparatus 1 first creates a motion equation of a magnetic field (S10). In one embodiment, the control unit 3 creates the motion equation (16) of the magnetic field by executing steps 101 to 105 shown in FIG. Here, the virtual mass α ip is defined as a variable amount by the equations (40) and (41).

次に制御部3は、磁場の運動方程式に基づいて磁場を演算する(S11)。一実施例においては、制御部3は、図5に示されるステップ106乃至108を実行することにより、磁場の運動方程式(16)に基づいて磁場を演算する。制御部3は、演算された磁場が収束判定基準を満たすか否かを判定する(S12)。収束判定基準は例えば図5に示すステップ109と同様であり、制御部3は、誤差が誤差判別値を満たすか否かを判定する。   Next, the control part 3 calculates a magnetic field based on the equation of motion of a magnetic field (S11). In one embodiment, the control unit 3 calculates the magnetic field based on the equation of motion (16) of the magnetic field by executing steps 106 to 108 shown in FIG. The controller 3 determines whether or not the calculated magnetic field satisfies the convergence criterion (S12). The convergence determination criterion is the same as that in step 109 shown in FIG. 5, for example, and the control unit 3 determines whether or not the error satisfies the error determination value.

制御部3は、収束判定基準が満たされていないと判定した場合には(S12のNo)、調整可能パラメタを更新して(S13)、磁場の運動方程式に基づく磁場演算を再度行う(S11)。制御部3は、収束判定基準が満たされるまで、調整可能パラメタの更新と磁場演算とを繰り返す。制御部3は、調整可能パラメタとして仮想質量αipを更新する。すなわち、制御部3は係数kipを更新する。 When determining that the convergence criterion is not satisfied (No in S12), the control unit 3 updates the adjustable parameter (S13), and performs the magnetic field calculation based on the magnetic field equation of motion again (S11). . The control unit 3 repeats the update of the adjustable parameter and the magnetic field calculation until the convergence criterion is satisfied. The control unit 3 updates the virtual mass α ip as an adjustable parameter. That is, the control unit 3 updates the coefficient k ip .

制御部3は、収束判定基準が満たされたと判定した場合には(S12のYes)、演算された磁場に基づいて解析対象物体の運動を演算する(S14)。一実施例においては、制御部3は、図5に示されるステップ110乃至114を実行する。次に制御部3は、所定の終了条件が満たされているか否かを判定し(S15)、満たされていると判定した場合には解析を終了する(S15のYes)。制御部3は、終了条件が満たされていないと判定した場合には(S15のNo)、運動による解析対象物体の新たな位置に基づいて再度磁場を演算する。このようにして、制御部3は、物体に作用する磁場とそれによる物体の運動との連成解析を実行する。   When determining that the convergence criterion is satisfied (Yes in S12), the control unit 3 calculates the motion of the analysis target object based on the calculated magnetic field (S14). In one embodiment, the control unit 3 executes steps 110 to 114 shown in FIG. Next, the control unit 3 determines whether or not a predetermined end condition is satisfied (S15), and ends the analysis when it is determined that the predetermined end condition is satisfied (Yes in S15). When it is determined that the termination condition is not satisfied (No in S15), the control unit 3 calculates the magnetic field again based on the new position of the object to be analyzed by the motion. In this way, the control unit 3 executes a coupled analysis between the magnetic field acting on the object and the movement of the object caused thereby.

図12及び図13は、本発明の一実施形態による磁場演算の例を示す図である。図12は仮想質量αipを一定値に固定した場合の磁場Hと仮想時間δtとの関係を示し、図13は上述のように係数kipを用いて仮想質量αipを更新しながら収束計算をしたときの磁場Hと仮想時間δtとの関係を示す。図12及び図13の磁場演算の例は、1次元に配列された10個の粒子からなる物体に対して行ったものである。粒子1及び粒子10が物体の両端である。図12の演算結果に比べて図13の演算結果は磁場が短時間で定常状態に達していることがわかる。仮想質量αipを更新しながら収束計算を行うことにより、磁場の運動方程式の数値解の磁気飽和に伴う収束の遅れを低減することができる。 12 and 13 are diagrams showing examples of magnetic field calculation according to an embodiment of the present invention. FIG. 12 shows the relationship between the magnetic field H and the virtual time δt when the virtual mass α ip is fixed to a constant value. FIG. 13 shows the convergence calculation while updating the virtual mass α ip using the coefficient k ip as described above. Shows the relationship between the magnetic field H and the virtual time δt. The example of the magnetic field calculation in FIGS. 12 and 13 is performed on an object composed of 10 particles arranged in one dimension. Particles 1 and 10 are both ends of the object. Compared to the calculation result of FIG. 12, the calculation result of FIG. 13 shows that the magnetic field has reached a steady state in a short time. By performing the convergence calculation while updating the virtual mass α ip , it is possible to reduce the convergence delay due to the magnetic saturation of the numerical solution of the motion equation of the magnetic field.

1 磁場解析装置、 3 制御部、 5 記憶装置、 7 入力部、 9 表示部、 11 プリンタポート、 12 プリンタ、 13 バス、 31 SPMモータ、 33 ロータ、 35 ステータ、 37 ロータコア、 39 永久磁石、 41 ロータシャフト、 43 ステータティース、 44 コアバック、 45 コイル、 46 フレーム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic field analyzer, 3 Control part, 5 Storage device, 7 Input part, 9 Display part, 11 Printer port, 12 Printer, 13 Bus | bath, 31 SPM motor, 33 Rotor, 35 Stator, 37 Rotor core, 39 Permanent magnet, 41 Rotor Shaft, 43 stator teeth, 44 core back, 45 coils, 46 frames.

Claims (10)

物体を含む系における磁場を解析するための磁場解析装置であって、
物体を多数の粒子に分割し、各粒子に作用する磁場が満たすべき関係を粒子ごとに運動方程式の形式で記述した磁場の運動方程式を数値的に解くことにより前記物体に作用する磁場を演算する磁場演算部を備え、
前記磁場の運動方程式には調整可能なパラメタが導入されており、
前記磁場演算部は、前記物体の磁化曲線の非線形性が数値解の収束性に与える影響を緩和するよう前記パラメタを調整することを特徴とする磁場解析装置。
A magnetic field analyzer for analyzing a magnetic field in a system including an object,
Divide the object into a large number of particles, and calculate the magnetic field acting on the object by numerically solving the motion equation of the magnetic field describing the relationship that the magnetic field acting on each particle should satisfy in the form of the equation of motion for each particle With a magnetic field calculator,
Adjustable parameters are introduced into the equation of motion of the magnetic field,
The magnetic field analysis device, wherein the magnetic field calculation unit adjusts the parameter so as to alleviate the influence of the nonlinearity of the magnetization curve of the object on the convergence of the numerical solution.
前記磁場の運動方程式は、磁場の項及びその時間微分項を含み、
前記パラメタは、前記時間微分項の係数を含み、当該係数は、前記磁化曲線に基づいて調整されることを特徴とする請求項1に記載の磁場解析装置。
The equation of motion of the magnetic field includes a magnetic field term and its time derivative term,
The magnetic field analysis apparatus according to claim 1, wherein the parameter includes a coefficient of the time derivative term, and the coefficient is adjusted based on the magnetization curve.
前記磁場の運動方程式は、他の粒子の磁化に起因して当該粒子に作用する磁場を表す項を含み、前記パラメタは、当該項に連動して調整されることを特徴とする請求項1または2に記載の磁場解析装置。   2. The equation of motion of the magnetic field includes a term representing a magnetic field acting on the particle due to magnetization of another particle, and the parameter is adjusted in conjunction with the term. The magnetic field analysis apparatus according to 2. 前記パラメタは、前記磁場の運動方程式を数値的に解く過程で導出される値を用いて定義されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の磁場解析装置。   The magnetic field analysis apparatus according to claim 1, wherein the parameter is defined using a value derived in a process of numerically solving the equation of motion of the magnetic field. 演算された磁場に基づいて前記物体の各粒子の位置を更新する位置演算部をさらに備え、
前記磁場演算部は、更新された各粒子の位置に基づいて磁場を再計算することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の磁場解析装置。
A position calculator that updates the position of each particle of the object based on the calculated magnetic field;
The magnetic field analysis device according to claim 1, wherein the magnetic field calculation unit recalculates the magnetic field based on the updated position of each particle.
磁化曲線が非線形である材料を含む物体に作用する磁場が満たすべき関係を運動方程式の形式で記述した磁場の運動方程式を数値的に解く磁場演算ステップと、
前記磁場の運動方程式に導入されている調整可能パラメタを、前記磁化曲線の非線形性が数値解の収束性に与える影響を緩和するように調整する調整ステップと、備えることを特徴とする磁場解析方法。
A magnetic field calculation step for numerically solving the equation of motion of the magnetic field describing the relationship to be satisfied by the magnetic field acting on the object including the material whose magnetization curve is nonlinear, in the form of the equation of motion;
An adjusting step for adjusting an adjustable parameter introduced in the equation of motion of the magnetic field so as to mitigate the influence of nonlinearity of the magnetization curve on the convergence of the numerical solution, and a magnetic field analysis method comprising: .
請求項6に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。   A program for causing a computer to execute the method according to claim 6. 請求項7に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the program according to claim 7 is recorded. 物体を構成する各粒子に作用する磁場が満たすべき関係を粒子ごとに運動方程式の形式で記述した磁場の運動方程式に基づき磁場を演算する磁場解析演算部と、
演算された磁場に基づき前記物体の運動を演算する機構解析演算部と、を備え、
前記磁場解析演算部は、前記磁場の運動方程式の調整可能なパラメタを、前記物体の磁化曲線の非線形性が該運動方程式の数値解の収束性に与える影響を緩和するよう調整することを特徴とする連成解析装置。
A magnetic field analysis calculation unit that calculates the magnetic field based on the equation of motion of the magnetic field in which the relationship that the magnetic field acting on each particle constituting the object should satisfy in the form of the equation of motion for each particle;
A mechanism analysis calculation unit that calculates the motion of the object based on the calculated magnetic field,
The magnetic field analysis calculation unit adjusts the adjustable parameter of the equation of motion of the magnetic field so as to reduce the influence of nonlinearity of the magnetization curve of the object on the convergence of the numerical solution of the equation of motion. Coupled analysis device.
第1の物理量と、該第1の物理量と非線形の関係をもつ第2の物理量とを有する物体の特性を解析するための解析装置であって、
運動方程式の形式で記述された第1の物理量が満たすべき関係式を数値的に解く数値演算部を備え、
前記関係式においては、第1の物理量の項及びその時間微分項のそれぞれの係数が、第2の物理量に連動する部分であって各項に共通の部分と任意に設定可能なパラメタとの積で表されることを特徴とする解析装置。
An analysis device for analyzing characteristics of an object having a first physical quantity and a second physical quantity having a nonlinear relationship with the first physical quantity,
A numerical operation unit for numerically solving a relational expression to be satisfied by the first physical quantity described in the form of the equation of motion;
Wherein in the equation, each of the coefficients of the first physical quantity of claims and their time differential term, the product of the common part and optionally settable parameters in each term a part linked to the second physical quantity in the represented analyzer according to claim Rukoto.
JP2010047041A 2010-03-03 2010-03-03 Magnetic field analysis device, magnetic field analysis method, and coupled analysis device Active JP5713572B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010047041A JP5713572B2 (en) 2010-03-03 2010-03-03 Magnetic field analysis device, magnetic field analysis method, and coupled analysis device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010047041A JP5713572B2 (en) 2010-03-03 2010-03-03 Magnetic field analysis device, magnetic field analysis method, and coupled analysis device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011180092A JP2011180092A (en) 2011-09-15
JP5713572B2 true JP5713572B2 (en) 2015-05-07

Family

ID=44691729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010047041A Active JP5713572B2 (en) 2010-03-03 2010-03-03 Magnetic field analysis device, magnetic field analysis method, and coupled analysis device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5713572B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105259522A (en) * 2015-10-15 2016-01-20 衢州华友钴新材料有限公司 Method for detecting the magnetism of weakly-magnetic mineral
JP7264841B2 (en) * 2020-02-20 2023-04-25 住友重機械工業株式会社 Magnetic field analysis method, magnetic field analysis device, and program

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4827427B2 (en) * 2005-03-30 2011-11-30 キヤノン株式会社 Particle behavior analysis apparatus, control method, and program

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011180092A (en) 2011-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6249912B2 (en) Analysis device
Pilat Analytical modeling of active magnetic bearing geometry
CN112749518A (en) Computer system for simulating physical process
JP5713572B2 (en) Magnetic field analysis device, magnetic field analysis method, and coupled analysis device
JP5236600B2 (en) Magnetic field analyzer and method of operating magnetic field analyzer
JP6618417B2 (en) Analysis apparatus and analysis method
JP5839473B2 (en) Analysis device
Zier et al. Simulating cold shear flows on a moving mesh
JP2011244623A (en) Coupled analysis system, analysis system and coupled analysis method
JP5236599B2 (en) Magnetic field analyzer and method of operating magnetic field analyzer
Bethge et al. FloBaRoID—A software package for the identification of robot dynamics parameters
JP5546439B2 (en) Analysis apparatus and analysis method
JP5236601B2 (en) Magnetic field analyzer and method of operating magnetic field analyzer
JP5570307B2 (en) Analysis apparatus and analysis method
JP5460181B2 (en) Magnetic field analyzer and method of operating magnetic field analyzer
JP2012043141A (en) Analyzer, analysis program and analysis method
JP5546440B2 (en) Analysis apparatus and analysis method
CN113283152B (en) Adjustment method and driving method of driving electric signal, driving circuit and electronic equipment
WO2021166946A1 (en) Estimation apparatus, vibration sensor system, method executed by estimation apparatus, and program
WO2019171660A1 (en) Magnetic field analysis device, analysis method, and program
JP2011047785A (en) Device and method for analysis of magnetic field
Trabelsi et al. Evaluation of the effectiveness of the interval computation method to simulate the dynamic behavior of subdefinite system: application on an active suspension system
JP7264841B2 (en) Magnetic field analysis method, magnetic field analysis device, and program
JP4072329B2 (en) Magnetic particle behavior analysis apparatus and behavior analysis method
JP5842992B2 (en) Simulation program, simulation method, and simulation apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120517

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130724

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132

Effective date: 20130917

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140805

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140905

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150310

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150310

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5713572

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S802 Written request for registration of partial abandonment of right

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R311802

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250