JPH0915277A - インピーダンス演算方法及びインピーダンス演算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電磁部品のインピーダンスの計算方法及びその
装置において、従来に比べて低コストで、計算時間が短
く、解析のためのデータも扱いやすくすること。 【解決手段】軸対称三次元磁界解析法が適用できるよう
に、電磁部品に対して２種類のモデル化を行い（ステッ
プＳ１）、材料特性を示すデータ、巻線に印加される交
流電圧及び所定の境界条件等の各種条件データを作成し
（ステップＳ２）、２種類のモデルに対して、それぞれ
軸対称磁界解析と電気回路解析との連成解析を行い、印
加電圧Ｅに対する回路を流れる電流Ｉを求め、（数１）
に従って、それぞれの回路のインピーダンスを求め（ス
テップＳ３）、それらのインピーダンスから（数３）に
従い、補正を行った電磁部品のインピーダンスを計算す
る（ステップＳ４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、電磁部品
のインピーダンスを計算することに利用出来る、インピ
ーダンス演算方法、及びインピーダンス演算装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、誘導加熱の原理は、例えば、
調理器や炊飯器等に応用されている。誘導加熱を応用し
た調理器は、例えば、加熱プレートや加熱コイル等から
構成される誘導加熱構造と、その誘導加熱構造に高周波
電力を供給するための高周波インバータ回路等から構成
される。そして、その設計段階では、誘導加熱構造の加
熱特性を高めることと、誘導加熱構造と高周波インバー
タ間のインピーダンスマッチングを保つことが同時に要
求される。そのため、誘導加熱構造を囲む空間に生じる
高周波磁界を制御して、加熱プレートの加熱特性を向上
させる方法として、磁界解析方法が利用されていた。

【０００３】この様に磁界解析法を利用してインピーダ
ンスを計算する、従来の基本的な方法について、次に述
べる。

【０００４】即ち、磁界に関するポアソンの方程式と解
析領域中の巻線を励磁する交流電圧源を含む電気回路方
程式を連立させた方程式を解くことによって、印加電圧
Ｅに対する回路に流れる電流Ｉを得る。（数１）で示さ
れるように、インピーダンスＺは電流Ｉと印加電圧Ｅで
表わされる。

【０００５】

【数１】

【０００６】Ｚ＝Ｅ／Ｉ 炊飯器の加熱構造等の電磁部品の大部分の構成要素は、
回転体形状（即ち、同一の軸対称形状）である。尚、本
明細書において、回転体形状とは、平面図形が、同一平
面上に在る一つの直線を軸として回転して生じる立体の
形状を意味するものとする。又、この回転体形状の部材
は、その軸に対して軸対称の形状であるとも言える。

【０００７】従って、電磁部品が、回転体形状のみから
構成される場合は、コンピュータによる計算が比較的容
易な軸対称磁界解析法によりインピーダンスが計算され
ていた。

【０００８】しかし、そのような電磁部品の構成要素の
内、一部にでも回転体形状でない部品が含まれている場
合は、従来の軸対称磁界解析法が、原理的に適用できな
いので、構成要素の形状を忠実に反映できる方法とし
て、三次元磁界解析法を利用してインピーダンスを計算
していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術では、以下に述べるような課題が存在し
ている。

【００１０】即ち、従来の三次元磁界解析法を利用した
方法は、軸対称磁界解析法に比べて、より多くの計算時
間を必要とする。又、三次元磁界解析の大次元連立方程
式を解くためには、スーパコンピュータクラスの非常に
高額な計算機が必要である。また、抵抗の解析精度に密
接な関係がある、導体を流れるうず電流分布を三次元磁
界解析で精度良く考慮するためには、解析データの作成
時に技術的な知識と労力を要する。なお、抵抗はインピ
ーダンスの実部に相当するものである。

【００１１】一方、軸対称磁界解析方法を利用すれば、
１台数百万円のエンジニアリングワークステーションで
数分〜十数分のうちに結果を得ることができる。しか
も、軸対称あるいは二次元解析用のデータ作成法はほぼ
確立されているので、十分な解析精度を保証できる解析
データを、簡単に作成することができる。

【００１２】そのため、電磁部品のインピーダンスの計
算において、軸対称でない構成要素の形状の影響を十分
に反映でき、しかも計算時間が短く、解析データも扱い
易い軸対称磁界解析法が利用できる方法が求められてい
た。

【００１３】本発明は、このような従来の課題を考慮
し、従来に比べて、低コストで、計算時間が短く、解析
のためのデータも扱いやすい、解析対象のインピーダン
ス演算方法及びその演算装置を提供することを目的とす
るものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、実質上回転体形状の部材と非回転体形状の部材とを
含む、インピーダンスの解析対象の中から選び出された
前記回転体形状の部材のみにより構成される第１の解析
モデルについて、インピーダンスの解析を行い、前記非
回転体形状の部材を含み、前記回転体形状の部材の回転
軸に一致する回転軸を有する回転体と前記回転体形状の
部材により構成される第２の解析モデルについて、イン
ピーダンスの解析を行い、これら第１の解析モデル及び
第２の解析モデルについての解析結果を利用して、前記
解析対象のインピーダンスを計算するインピーダンス演
算方法である。

【００１５】請求項２記載の本発明は、前記回転体形状
の部材には、巻線が含まれており、前記非回転体形状の
部材には、巻線が含まれていないンピーダンス演算方法
である。

【００１６】請求項３記載の本発明は、前記第１のモデ
ルについての解析結果と前記第２のモデルについての解
析結果との中間値を前記インピーダンスの計算結果とす
るインピーダンス演算方法である。

【００１７】請求項４記載の本発明は、前記インピーダ
ンスの計算に際し、前記回転軸に一致する回転軸を有す
る回転体に対する前記非回転体形状の部材の体積比率を
用いるインピーダンス演算方法である。

【００１８】請求項５記載の本発明は、前記インピーダ
ンスの計算に際し、体積比率ｋ＝（前記非回転体形状の
部材の体積）／（前記回転軸に一致する回転軸を有する
回転体の体積）とし、前記第１の解析モデルの解析結果
であるインピーダンスをＺ１とし、前記第２の解析モデ
ルの解析結果であるインピーダンスをＺ２として、前記
解析対象のインピーダンスをＺとした場合、Ｚ＝ｋ×Ｚ
２＋（１−ｋ）×Ｚ１という計算式を用いて、前記計算
を行うインピーダンス演算方法である。

【００１９】請求項６記載の本発明は、実質上回転体形
状の部材と非回転体形状の部材とを含む、インピーダン
スの解析対象の中から選び出された前記回転体形状の部
材のみにより構成される第１の解析モデルについて、イ
ンピーダンスの解析を行う第１解析手段と、前記非回転
体形状を含み、前記回転体形状の部材の回転軸に一致す
る回転軸を有する回転体と前記回転体形状の部材により
構成される第２の解析モデルについて、インピーダンス
の解析を行う第２解析手段と、これら第１及び第２の解
析手段による解析結果を利用して、前記解析対象のイン
ピーダンスを計算する演算手段とを備えたインピーダン
ス演算装置である。

【００２０】請求項７記載の本発明は、前記回転体形状
の部材には、巻線が含まれており、前記非回転体形状の
部材には、巻線が含まれていないインピーダンス演算装
置である。

【００２１】請求項８記載の本発明は、前記演算手段
は、前記第１のモデルについての解析結果と前記第２の
モデルについての解析結果との中間値を前記インピーダ
ンスの計算結果とするインピーダンス演算装置である。

【００２２】請求項９記載の本発明は、前記演算手段
は、前記インピーダンスの計算に際し、前記回転軸に一
致する回転軸を有する回転体に対する前記非回転体形状
の部材の体積比率を用いるインピーダンス演算方法であ
る。

【００２３】請求項１０記載の本発明は、前記演算手段
は、前記インピーダンスの計算に際し、体積比率ｋ＝
（前記非回転体形状の部材の体積）／（前記回転軸に一
致する回転軸を有する回転体の体積）とし、前記第１の
解析モデルの解析結果であるインピーダンスをＺ１と
し、前記第２の解析モデルの解析結果であるインピーダ
ンスをＺ２として、前記解析対象のインピーダンスをＺ
とした場合、Ｚ＝ｋ×Ｚ２＋（１−ｋ）×Ｚ１という計
算式を用いて、前記計算を行うインピーダンス演算装置
である。

【００２４】請求項１記載の本発明では、実質上回転体
形状の部材と非回転体形状の部材とを含む、インピーダ
ンスの解析対象の中から選び出された前記回転体形状の
部材のみにより構成される第１の解析モデルについて、
インピーダンスの解析を行い、前記非回転体形状の部材
を含み、前記回転体形状の部材の回転軸に一致する回転
軸を有する回転体と前記回転体形状の部材により構成さ
れる第２の解析モデルについて、インピーダンスの解析
を行い、これら第１の解析モデル及び第２の解析モデル
についての解析結果を利用して、前記解析対象のインピ
ーダンスを計算する。

【００２５】請求項２記載の本発明では、前記回転体形
状の部材には、巻線が含まれており、前記非回転体形状
の部材には、巻線が含まれていない。

【００２６】請求項３記載の本発明では、前記第１のモ
デルについての解析結果と前記第２のモデルについての
解析結果との中間値を前記インピーダンスの計算結果と
する。

【００２７】請求項４記載の本発明では、前記インピー
ダンスの計算に際し、前記回転軸に一致する回転軸を有
する回転体に対する前記非回転体形状の部材の体積比率
を用いる。

【００２８】請求項５記載の本発明では、前記インピー
ダンスの計算に際し、体積比率ｋ＝（前記非回転体形状
の部材の体積）／（前記回転軸に一致する回転軸を有す
る回転体の体積）とし、前記第１の解析モデルの解析結
果であるインピーダンスをＺ１とし、前記第２の解析モ
デルの解析結果であるインピーダンスをＺ２として、前
記解析対象のインピーダンスをＺとした場合、Ｚ＝ｋ×
Ｚ２＋（１−ｋ）×Ｚ１という計算式を用いて、前記計
算を行う。

【００２９】請求項６記載の本発明では、第１解析手段
が、実質上回転体形状の部材と非回転体形状の部材とを
含む、インピーダンスの解析対象の中から選び出された
前記回転体形状の部材のみにより構成される第１の解析
モデルについて、インピーダンスの解析を行い、第２解
析手段が、前記非回転体形状を含み、前記回転体形状の
部材の回転軸に一致する回転軸を有する回転体と前記回
転体形状の部材により構成される第２の解析モデルにつ
いて、インピーダンスの解析を行い、演算手段が、これ
ら第１及び第２の解析手段による解析結果を利用して、
前記解析対象のインピーダンスを計算する。

【００３０】請求項７記載の本発明では、前記回転体形
状の部材には、巻線が含まれており、前記非回転体形状
の部材には、巻線が含まれていない。

【００３１】請求項８記載の本発明では、前記演算手段
は、前記第１のモデルについての解析結果と前記第２の
モデルについての解析結果との中間値を前記インピーダ
ンスの計算結果とする。

【００３２】請求項９記載の本発明では、前記演算手段
は、前記インピーダンスの計算に際し、前記回転軸に一
致する回転軸を有する回転体に対する前記非回転体形状
の部材の体積比率を用いる。

【００３３】請求項１０記載の本発明では、前記演算手
段は、前記インピーダンスの計算に際し、体積比率ｋ＝
（前記非回転体形状の部材の体積）／（前記回転軸に一
致する回転軸を有する回転体の体積）とし、前記第１の
解析モデルの解析結果であるインピーダンスをＺ１と
し、前記第２の解析モデルの解析結果であるインピーダ
ンスをＺ２として、前記解析対象のインピーダンスをＺ
とした場合、Ｚ＝ｋ×Ｚ２＋（１−ｋ）×Ｚ１という計
算式を用いて、前記計算を行う。

【００３４】以上のことから、例えば、解析対象のイン
ピーダンス演算における演算時間が短くなり、演算処理
が低コストで行えて、解析のためのデータも扱いやすく
なる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
図面を用いて説明する。 （１）本発明の実施の形態の説明に先立って、先ず、本
発明における着眼点について述べる。

【００３６】先ず最初に、発明者は、解析対象の中に、
回転体形状の部材と非回転体形状の部材とが存在する場
合、その解析対象のインピーダンスの真値は、次のよう
な関係にある点に着目した。

【００３７】即ち、解析対象から非回転体形状の部材を
取り除いて、回転体形状の部材のみの構成にした場合
（Ｃａｓｅ Ｂ）のインピーダンスの値と、非回転体形
状の部材を含み、しかも上記回転体形状の部材の回転軸
に一致する回転軸を有する仮想の回転体形状の部材を考
え、その仮想的に考えた回転体と現実の回転体とを含む
ものを新たな解析対象とした場合（Ｃａｓｅ Ａ）のイ
ンピーダンスの値との間に、本来の解析対象のインピー
ダンスが、必ず存在するという点である。

【００３８】上記説明の具体的例として、従来の軸対称
磁界解析法を用いて、図８に示す炊飯器のフェライトコ
ア５の形状と、解析対象のインピーダンスとの関係を調
べた結果を図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す。従って、図
８に示す炊飯器の場合の、現実のインピーダンスは、図
１（Ａ）、１（Ｂ）に示す、ケースＡと、ケースＢの間
の、斜線を施したところに存在する。尚、インピーダン
スＺは、抵抗ＲとインダクタンスＬとにより（数２）で
表される。

【００３９】

【数２】

【００４０】Ｚ＝Ｒ＋ｊωＬ 但し、ｊは虚数単位であり、ωは角周波数である。

【００４１】次に、発明者は、解析対象のインピーダン
スの変化は、非回転体の現実の体積の変化に関係するの
ではないかと考えた。言うまでもなく、解析対象のイン
ピーダンスの変化と関係が有るかもしれないと思われる
要因としては、例えば、非回転体の重量や、比重、形
状、あるいは半径方向の寸法等、他に幾つもある。この
ような多数ある要因の中で、発明者は、解析対象のイン
ピーダンスの変化に関して、非回転体の現実の体積の変
化に着眼したのである。

【００４２】更に、発明者は、インピーダンスの変化量
は、非回転体の現実の体積の変化量に比例するという仮
説を立てた。この仮説に従えば、インピーダンスは、補
正係数ｋを用いて、（数３）のような線形補間式で表せ
る。この補正係数ｋは、上述したケースＡの場合で説明
したところの、仮想的に考えた回転体の体積を分母と
し、非回転体形状の部材の実際の体積を分子とする、体
積比率として表される係数である。尚、上述の様に仮想
的に考えた回転体は、実際の非回転体の材料と、同一の
材料であるものとする。又、この仮想的に考えた回転体
の構成方法については、更に、解析対象のモデル化とし
て、具体的な例を元にして後述する。

【００４３】

【数３】

【００４４】 Ｚ＝ｋ×Ｚ２＋（１−ｋ）×Ｚ１， ０≦ｋ≦１ 但し、体積比率ｋを（非回転体形状の部材の実際の体
積）／（上述の様に仮想的に考えた回転体の体積）、ケ
ースＢの場合のインピーダンス（本発明の、第１の解析
モデルの解析結果であるインピーダンスに対応する）を
Ｚ１、ケースＡの場合のインピーダンス（本発明の、第
２の解析モデルの解析結果であるインピーダンスに対応
する）をＺ２、そして、本来の解析対象のインピーダン
スをＺとする。

【００４５】ここで、発明者は、上記仮説の有効性すな
わち、上記線形補間による計算方法の有効性を確かめる
ために、次のような検証をおこなった。

【００４６】図２（Ａ）は、本検証のために用いる、ス
テンレス鋼の回転体形状の板状部材２０３と、回転体形
状の加熱コイル２０２と、非回転体形状のフェライトコ
ア２０１とから構成される、解析用モデルの側面図を示
す。又、図２（Ｂ）は、同モデルの内、フェライトコア
２０１についての平面図と垂直断面図を示す。

【００４７】ここでは、図８に示した炊飯器の形状に関
わりなく、説明を一般化するために、解析対象の形状を
一般的な単純形状にしている。但し、各構成要素の材料
特性は、図８に示す炊飯器のものと同一とした。この材
料特性は、（表１）に示す。又、ｋの値のみを変化させ
るため、解析対象に供給する電力の周波数は、５０Ｈｚ
に固定した。

【００４８】

【表１】

【００４９】図２（Ｂ）に示す様に、フェライトコア２
０１を構成する４本のコア２０１ａ，２０１ｂ，２０１
ｃ，２０１ｄの円周方向の幅２０１ｗを増減させること
で、フェライトコア２０１の体積を変化させる。尚、図
２（Ｂ）は、４本のコアが、同一半径のセクター形状で
ある場合を示している。

【００５０】これにより、ｋの値を０から１まで変化さ
せることが出来る。即ち、４本のコア２０１ａ〜２０１
ｄの幅２０１ｗを全て０とした場合、ｋ＝０となり、そ
れらの幅２０１ｗを全て最大にした場合、即ち、フェラ
イトコア２０１は、回転体形状（中央に孔を有する円筒
状のドーナツ形状）となりｋ＝１となる。

【００５１】図３（Ａ）、図３（Ｂ）に、フェライトコ
ア２０１の体積を変化させた場合の、即ち、体積比率ｋ
を０，０．２，０．４，０．６，０．８，１．０と変化
させた場合の、解析対象のインピーダンスを示す。

【００５２】図３（Ａ）、図３（Ｂ）において、黒丸で
表した点は、三次元磁界解析法を用いて、インピーダン
スを計算した結果であり、これらを実線で結んでいる。
これらの値は、ほぼ真値であると考えてよい。又、同図
において上記（数３）を用いて、インピーダンスを計算
した結果を、点線で表している。同図において、斜線部
分が、真値と（数３）による演算結果との差を表してお
り、両者の誤差が極めて小さいことがわかる。

【００５３】これにより、上述した、インピーダンスの
変化量は、非回転体の現実の体積の変化量に比例すると
いう仮説の有効性、即ち、（数３）の有効性が確認出来
た。 （２）次に、本発明の原理である解析対象のモデル化
と、上記（数３）を用いたインピーダンスの演算方法に
ついて述べる。

【００５４】理解を容易にするため、図面を参照しなが
ら、モデル化を行った２種類の解析モデル（モデル１、
モデル２）と、インピーダンスの演算方法を順に説明す
る。

【００５５】図４〜図６は、本発明のインピーダンス演
算方法にかかる一実施の形態である、電磁部品を回転体
形状（軸対称形状）にモデル化するモデル化方法を説明
する図である。

【００５６】この電磁部品は、図４に示すように、巻線
等により構成される回転体形状の構成要素Ｐ１と、及び
回転体空間内（軸対称空間内）に、その回転体の周方向
に所定の間隔をおいて単数あるいは複数個配置された構
成要素P2とから構成されるものとする。この構成要素Ｐ
２は、非回転体形状の部材である。

【００５７】（２−１）本発明の第１の解析モデルに対
応する、モデル１の作成について図５を参照しながら説
明する。

【００５８】このモデル化は、上述したケースＢの場合
に対応している。

【００５９】即ち、解析対象の電磁部品から非回転体形
状の部材である構成要素Ｐ２を取り除いて、回転体形状
の部材のみの構成にしたものをモデル１と決める。尚、
ここでは、電磁部品の形状を一般的な形状で説明するた
めに、Ｐ１が単純な円筒形状である場合について説明し
ているが、実際には、このＰ１の形状即ち、モデル１の
形状は、現実の形状そのものを忠実に表した形状として
考える。

【００６０】（２−２）次に、本発明の第２の解析モデ
ルに対応する、モデル２の作成について図６を参照しな
がら説明する。

【００６１】このモデル化は、上述したケースＡの場合
に対応している。

【００６２】即ち、非回転体形状の部材Ｐ２を含み、し
かも上記回転体形状の部材Ｐ１の回転軸に一致する回転
軸を有する仮想の回転体形状の部材Ｐ３を考え、その仮
想的に考えた回転体Ｐ３と現実の回転体形状の部材Ｐ１
とを含むものを、モデル２として決める。但し、仮想的
に考えた回転体形状の部材Ｐ３は、実際の非回転体形状
の部材Ｐ２の材料と、同一の材料であるものとする。

【００６３】（２−３）次に、（数３）を用いたインピ
ーダンスの補正方法について述べる。

【００６４】P3に対するP2の体積比率k（ｋ＝Ｐ２の体
積／Ｐ３の体積）と、モデル１及びモデル２のインピー
ダンスZ1、Z2を用いて、（数３）に従って、本来の構成
要素であるP1及びP2から構成される電磁部品のインピー
ダンスZを近似的に算出する。 本実施の形態のインピ
ーダンス演算方法の動作を図７に示すフローチャートを
用いて説明する。

【００６５】まず、上述したモデル１、及びモデル２を
有限要素で分割し、その分割により得られた節点及び要
素のデータを作成する（ステップＳ１）。つぎに、材料
特性を示すデータ、巻線に印加される交流電圧及び所定
の境界条件等の各種条件データを作成する（ステップＳ
２）。つぎに、モデル１及びモデル２に対して、それぞ
れ軸対称磁界解析と電気回路解析との連成解析を行い、
印加電圧に対する回路を流れる電流を求め、（数１）に
従って、モデル１とモデル２のそれぞれのインピーダン
スを求める（ステップＳ３）。

【００６６】最後に、それら求めたインピーダンスＺ１
とＺ２と、そして、体積比率ｋの値とを用いて（数３）
に従い、本来の形状の電磁部品のインピーダンスＺを算
出する（ステップＳ４）。

【００６７】尚、ステップＳ１で行う、各構成要素のモ
デル化の処理は、オペレータ自身が行ってもよい。ある
いは、各構成要素の形状データを画像処理技術などを利
用して、自動的に入力し、その入力された形状データか
ら、各構成要素が非回転体形状であるか、回転体形状で
あるかを自動的に判別し、上記モデル化を自動的に行う
ことが出来るモデル化手段を構成してももちろんよい。

【００６８】又、ステップＳ３等の動作は、本発明の第
１解析手段及び第２解析手段の動作に対応する。又、ス
テップＳ４の動作は、本発明の演算手段の動作に対応す
る。 （３）つぎに、上記実施の形態のインピーダンス演算方
法を、実機である誘導加熱構造に適用した計算結果と、
実際に実験を行ってインピーダンス測定した実験結果と
の比較を行ったので、それについて説明する。

【００６９】図８に、解析対象である誘導加熱構造の断
面構造を示す。この加熱構造は、回転体形状の巻線（二
重コイル）６と鍋４、及び、それら回転体形状の回転軸
を中心として放射状に配置された８本のフェライトコア
５から構成される。図９に示す通り、このフェライトコ
ア５は、非回転体形状の部材である。鍋４は、アルミニ
ウムとステンレスの二層から成り、フェライト及びステ
ンレスの磁気飽和がない場合を仮定して、フェライト及
びステンレスの比透磁率をそれぞれ600、100とした線形
解析を行う。各種材料の特性は、（表１）に示す通りで
ある。巻線６には、正弦波交流電圧を印加した。この場
合、体積比率ｋは、ｋ＝０．１５２３７である。

【００７０】図１０及び図１１に、20kHz 〜200kHzに渡
って周波数を変化させたときの、実験による抵抗Ｒとイ
ンダクタンスＬの実測値と、（数３）を用いた計算によ
る抵抗RとインダクタンスLの、それぞれの周波数特性を
示す。又、それぞれの値を（表２）、（表３）に示す。
尚、（表２）、（表３）は、フォートランで用いられる
表現形式で記載した。従って、例えば（表２）の中の、
２ｅ＋１とあるのは、２×１０⁺¹を意味するものであ
る。

【００７１】又、比較例として、ｋ＝１とした場合の、
インピーダンスの計算値も同時に示す。図１０，図１１
に示す様に、演算結果７は実験結果８に極めて良く対応
していることがわかる。又、比較例による演算結果１２
と比べても、（数３）による演算結果７が、如何に高精
度の値を示しているかがわかる。これにより、本手法の
妥当性が確認できた。

【００７２】

【表２】

【００７３】

【表３】

【００７４】尚、ここでの実験方法に関して言えば、正
弦波交流電圧源の代わりに、インピーダンスアナライザ
を取り付け、インピーダンスの計測を行った。

【００７５】図１２は、上記実施の形態のインピーダン
ス演算方法を実現するためのインピーダンス演算装置の
構成を示すブロック図である。

【００７６】１は上述のようにモデル化を行った電磁部
品及びその周囲の空気領域を有限要素で分割した節点及
び要素のデータ、材料特性を示すデータ、巻線に印加さ
れる交流電圧及び所定の境界条件等の各種情報を入力す
るためのキーボード、マウス等の入力手段である。２は
その入力手段１から入力された各データを記憶するＲＡ
Ｍ、磁気ディスク等の記憶手段である。３は、記憶手段
２に記憶された各データから、軸対称磁界解析法及び
（数１）及び（数３）に従って、インピーダンスを計算
する演算手段である。

【００７７】以上のような構成要素より構成されたイン
ピーダンス計算装置における、その構成要素相互の関係
と、動作を説明する。

【００７８】即ち、キーボード、マウス等の入力手段１
により、モデル化を行った節点及び要素のデータ、材料
特性を示すデータ、巻線に印加される交流電圧及び所定
の境界条件等の各種情報を入力し、ＲＡＭ、磁気ディス
ク等の記憶手段２によりデータを記憶させる。即ち、入
力手段１により、上述したステップＳ１〜ステップＳ２
にて作成した各種データが入力される。演算手段３は、
記憶手段２のデータを取り出して、軸対称磁界解析法、
及び（数１）及び（数３）によってインピーダンスを計
算する。即ち、演算手段３は、上述したステップＳ３及
びステップＳ４等の動作を含む手段である。尚、上述し
た様に、モデル化の処理を行うモデル化手段４０を入力
手段１と記憶手段２の間に接続して、オペレータによる
入力作業を軽減する構成としてもよい。

【００７９】以上の様に、本実施の形態は、巻線を含む
回転体形状（軸対称形状）の構成要素P1と、回転体空間
（軸対称空間）内に含まれ、かつ、その周方向に所定の
間隔をおいて単数あるいは複数配置される非回転体形状
（非軸対称形状）の構成要素P2とが混在する電磁部品の
インピーダンスを計算する場合、軸対称磁界解析法を適
用できるようにしたものである。即ち、本実施の形態で
は、P1のみから構成されるモデル１と、P2が含まれる回
転体空間内（軸対称空間内）をP2と同質の材料で隙間な
く一様に埋めたと仮定する回転体形状の構成要素P3及び
P1から構成されるモデル２との、２種類のモデル化を行
う。そして、それぞれのモデルのインピーダンスと、P3
に対するP2の体積比率（Ｐ２の体積／Ｐ３の体積）か
ら、本来のP1及びP2から構成される電磁部品のインピー
ダンスを近似的に計算することが出来るものである。

【００８０】以上述べたように、従来のインピーダンス
計算装置では、計算コストが高い三次元解析による結果
から電磁部品のインピーダンスを求めていたが、本発明
では、電磁部品のインピーダンスとその構成要素の体積
に密接な関係があることに着目し、三次元磁界解析法に
比べて格段に計算時間が短く、かつ解析のためのデータ
作成の容易な軸対称磁界解析法が適用できるように電磁
部品のモデル化を行い、電磁部品のインピーダンスの計
算に関して、低コスト化及び高精度化を実現させたとい
う実用効果大なるものである。

【００８１】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、従来に比べて低コストで、計算時間が短く、解
析のためのデータも扱いやすいという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はケース（Ａ）、及びケース（Ｂ）の場
合における、解析対象のインピーダンスの内、抵抗Ｒの
変化を示す図である。（ｂ）はケース（Ａ）、及びケー
ス（Ｂ）の場合における、解析対象のインピーダンスの
内、インダクタンスＬの変化を示す図である。

【図２】（ａ）は、本検証のために用いる、解析用モデ
ルの側面図である。（ｂ）は、図２（ａ）に示す解析用
モデルの内、フェライトコア２０１についての平面図と
垂直断面図である。

【図３】（ａ）は、図２（ａ）に示す解析用モデルのフ
ェライトコア２０１の体積比率ｋを変化させた場合につ
いて、三次元磁界解析法により得られた解析用モデルの
インピーダンスの計算結果と、本発明の（数３）を利用
して得られた同モデルのインピーダンスの計算結果との
内、抵抗Ｒの変化を示す図である。（ｂ）は、図２
（ａ）に示す解析用モデルのフェライトコア２０１の体
積比率ｋを変化させた場合について、三次元磁界解析法
により得られた解析用モデルのインピーダンスの計算結
果と、本発明の（数３）を利用して得られた同モデルの
インピーダンスの計算結果との内、インダクタンスＬの
変化を示す図である。

【図４】本発明にかかる一実施の形態のインピーダンス
計算方法における軸対称三次元磁界解析法を適用するた
めの電磁部品のモデル化を説明するための概念図であ
る。

【図５】同実施の形態における図４の電磁部品に対する
第一のモデル化（モデル１）を説明するための概念図で
ある。

【図６】同実施の形態における図４の電磁部品に対する
第二のモデル化（モデル２）を説明するための概念図で
ある。

【図７】同実施の形態のインピーダンス計算方法のフロ
ーチャートである。

【図８】同実施の形態のインピーダンス計算方法の計算
精度を検証するための誘導加熱構造の断面図である。

【図９】同実施の形態のインピーダンス計算方法の計算
精度を検証するための誘導加熱構造のコアのみの平面図
である。

【図１０】同実施の形態の実験と計算による抵抗Ｒの周
波数特性を示す図である。

【図１１】同実施の形態の実験と計算によるインダクタ
ンスＬの周波数特性を示す図である。

【図１２】同実施の形態のインピーダンス計算方法を実
施するためのインピーダンス計算装置のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 入力手段 ２ 記憶手段 ３ 演算手段 ４ 鍋 ５ フェライトコア ６ 二重コイル ４０ モデル化手段 Ｐ１ 巻線を含む回転体形状（軸対称形状）の構成要
素 Ｐ２ 非回転体形状（非軸対称形状）の構成要素

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実質上回転体形状の部材と非回転体形状
   の部材とを含む、インピーダンスの解析対象の中から選
   び出された前記回転体形状の部材のみにより構成される
   第１の解析モデルについて、インピーダンスの解析を行
   い、 前記非回転体形状の部材を含み、前記回転体形状の部材
   の回転軸に一致する回転軸を有する回転体と前記回転体
   形状の部材により構成される第２の解析モデルについ
   て、インピーダンスの解析を行い、 これら第１の解析モデル及び第２の解析モデルについて
   の解析結果を利用して、前記解析対象のインピーダンス
   を計算することを特徴とするインピーダンス演算方法。
2. 【請求項２】 前記回転体形状の部材には、巻線が含ま
   れており、前記非回転体形状の部材には、巻線が含まれ
   ていないことを特徴とする請求項１記載のインピーダン
   ス演算方法。
3. 【請求項３】 前記第１のモデルについての解析結果と
   前記第２のモデルについての解析結果との中間値を前記
   インピーダンスの計算結果とすることを特徴とする請求
   項１記載のインピーダンス演算方法。
4. 【請求項４】 前記インピーダンスの計算に際し、前記
   回転軸に一致する回転軸を有する回転体に対する前記非
   回転体形状の部材の体積比率を用いることを特徴とする
   請求項１記載のインピーダンス演算方法。
5. 【請求項５】 前記インピーダンスの計算に際し、体積
   比率ｋ＝（前記非回転体形状の部材の体積）／（前記回
   転軸に一致する回転軸を有する回転体の体積）とし、前
   記第１の解析モデルの解析結果であるインピーダンスを
   Ｚ１とし、前記第２の解析モデルの解析結果であるイン
   ピーダンスをＺ２として、前記解析対象のインピーダン
   スをＺとした場合、Ｚ＝ｋ×Ｚ２＋（１−ｋ）×Ｚ１と
   いう計算式を用いて、前記計算を行うことを特徴とする
   請求項１記載のインピーダンス演算方法。
6. 【請求項６】 実質上回転体形状の部材と非回転体形状
   の部材とを含む、インピーダンスの解析対象の中から選
   び出された前記回転体形状の部材のみにより構成される
   第１の解析モデルについて、インピーダンスの解析を行
   う第１解析手段と、 前記非回転体形状を含み、前記回転体形状の部材の回転
   軸に一致する回転軸を有する回転体と前記回転体形状の
   部材により構成される第２の解析モデルについて、イン
   ピーダンスの解析を行う第２解析手段と、 これら第１及び第２の解析手段による解析結果を利用し
   て、前記解析対象のインピーダンスを計算する演算手段
   と、を備えたことを特徴とするインピーダンス演算装
   置。
7. 【請求項７】 前記回転体形状の部材には、巻線が含ま
   れており、前記非回転体形状の部材には、巻線が含まれ
   ていないことを特徴とする請求項６記載のインピーダン
   ス演算装置。
8. 【請求項８】 前記演算手段は、前記第１のモデルにつ
   いての解析結果と前記第２のモデルについての解析結果
   との中間値を前記インピーダンスの計算結果とすること
   を特徴とする請求項６記載のインピーダンス演算装置。
9. 【請求項９】 前記演算手段は、前記インピーダンスの
   計算に際し、前記回転軸に一致する回転軸を有する回転
   体に対する前記非回転体形状の部材の体積比率を用いる
   ことを特徴とする請求項６記載のインピーダンス演算方
   法。
10. 【請求項１０】 前記演算手段は、前記インピーダンス
    の計算に際し、体積比率ｋ＝（前記非回転体形状の部材
    の体積）／（前記回転軸に一致する回転軸を有する回転
    体の体積）とし、前記第１の解析モデルの解析結果であ
    るインピーダンスをＺ１とし、前記第２の解析モデルの
    解析結果であるインピーダンスをＺ２として、前記解析
    対象のインピーダンスをＺとした場合、Ｚ＝ｋ×Ｚ２＋
    （１−ｋ）×Ｚ１という計算式を用いて、前記計算を行
    うことを特徴とする請求項６記載のインピーダンス演算
    装置。