COMSOL Multiphysics^® 5.6 リリースハイライト

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AC/DC モジュールアップデート

AC/DC モジュールのユーザー向けに, COMSOL Multiphysics^® バージョン5.6では, 新しい磁場 (電流のみ) インターフェースが加わりました. 経験的損失モデル, および既存の電気回路インターフェースに対するさまざまな改善を提供します. これらおよびその他の AC/DC モジュールのアップデートについては, 以下で詳しく説明します.

インダクタンス行列計算のための新しいフィジックスインターフェース

新しい磁場 (電流のみ)インターフェースは, プリント回路基板 (PCB)で一般的に見られるような3Dの複雑な回路の集中インダクタンス行列を効率的に計算するように設計されています. これは, 非ソレノイド導体としても知られている開放導体によって生成された磁場からの部分的な寄与を計算するために使用できます. 開いた導体を処理する機能により, 相互インダクタンス行列を解く必要があるユーザーのモデリングの複雑さが大幅に軽減されます.

磁気ベクトルポテンシャルを従属変数として使用し, すべての領域が非磁性である (つまり1の均一な比透磁率を持っている) という仮定の下で, 電流によって生成される磁場を計算します. この新しい定式化では, 導体電流が無発散である必要はありません. 自由空間では, ビオ・サバール積分の値を返します. 固定および固定ソーススイープスタディステップをサポートします. 後者は, 多くの端子をスイープする効率的な方法です. このインターフェースは新しい Inductance Matrix Calculation of PCB Coils チュートリアルモデルと, 更新された Magnetic Field of a Helmholtz Coil モデルに使われています.

An array of copper PCB coils showing the magnetic flux density norm in a dark blue to white color gradient and magnetic fields as arrows.

磁場 (電流のみ)インターフェースを使用してコイルスイープを受ける PCB コイルの誘導結合アレイ. 得られたL行列を使用して, PCB の集中回路表現を構築できます.

モーターと変圧器の積層コアとヨークの損失モデル

新しい損失計算機能は, 経験的モデル (Steinmetz, Bertotti, またはユーザー定義) を使用して, 磁気ヒステリシス, 渦電流, および電気モーターや変圧器などの (積層) コアまたはヨークのその他の影響によって引き起こされる鉄損を計算します. 銅などの材料のフォールバックオプションとして, サイクル平均抵抗損失を提供できます.

モデルビルダーでは, 損失計算はアンペールの法則ノード, ドメインコイルノード, ファラデーの法則ノード, および磁束保存ノードのサブノードとして使用できます. 時間依存と周波数領域の両方のスタディに利用できます. 時間依存スタディの場合, 損失計算機能は, 周波数損失スタディステップ専用の時間と組み合わせて使用するように設計されています. このスタディステップでは, 時間依存解に存在するさまざまな高調波を特定し, それらを周波数依存の経験的損失モデルの1つに挿入します. 次の更新されたモデルでこの新機能を確認できます:

The COMSOL Multiphysics version 5.6 UI showing the Loss Calculation settings with the Steinmetz loss model selected and a PM motor model in the Graphics window.

固定子ヨークの積層鉄のサイクル (平均周波数依存) 損失を決定するために使用される経験的損失モデル Steinmetz. さまざまな高調波を個別に分析できます.

固有周波数解析の幅広いサポート

固有周波数スタディが AC/DC モジュールのインターフェース: 電流, 電流 (シェル), 電流 (積層シェル), 電気回路, 静電気, 磁場で利用できるようになりました. 磁場インターフェースの完全波動キャビティモード解析のサポートに加えて電気回路を含むモデルの固有周波数解析が実行できるようになりました. この固有周波数解析サポートは主に AC/DC モジュールのために開発されていますが, 影響のあるフィジックスのうちの一つをもつ他のモジュールでも利用できます.

The COMSOL Multiphysics version 5.6 UI showing the Model Builder, Global Evaluation settings with the Data and Expressions sections expanded, and a probe plot for the eigenfrequency analysis of an RLC circuit.

単純RLC回路の共振ピーク. 固有周波数とQ値が解析され, 解析値と比較されています.

新しく強化された電気回路インターフェースの機能

時間依存スタディでは電気回路インターフェースにはイベントベースのスイッチ機能が装備されています. これにより回路内の特定の接続の瞬時オン・オフスイッチをモデル化できます. スイッチは電流制御, 電圧制御またはユーザー定義のブール式によって制御できます.

さらにパラーメーター化サブ回路定義が追加されています. サブ回路インターフェースと組み合わせることで, より小さな回路を含む独自のビルディングブロックを作成し, より大きな回路内の複数のパラメーター化されたバリアントを使用することができます. 最後に状態, イベントおよびソルバーのマシナリーが改善され, 特に非線形 (半導体) デバイスの過渡的なモデリングがより堅牢になりました.

回路の改良点は主に AC/DC モジュール用に開発されていますが, 電気回路インターフェースへのアクセスを提供する他のモジュールもメリットを得られます. これらの新しい機能は以下の更新されたモデルで見ることができます:

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磁気フィジックスインターフェースの新しいデフォルトプロット

新しいデフォルトのプロットは, 磁場をサポートするフィジックスインターフェース: 磁場, 磁場 (電流なし), 回転機械, 磁気マルチフィジックスインターフェース用に特別に開発されました. 磁束密度の基準は, 場の方向を示す流線または等高線とともに, マルチスライスまたはサーフェスプロットとしてプロットされます. 2D および 2D 軸対称モデルでは, 流線は発散のない磁場を示します. 可能な場合は常に, 等高線が閉じており, 等高線密度が局所磁束密度に正比例するという意味で, 流線よりも正確な面外磁場ベクトルポテンシャルの等高線プロットが含まれています. 3D では, 流線はスライス面に投影された後, 磁場に従います. 結果として得られるパターンは, 必ずしも発散がないわけではありませんが, 3D 場がどのように見えるかを明確で直感的に示します. この新しいプロット機能は次のモデルで見ることができます:

A topology optimized magnetic circuit model showing the magnetic flux density norm in a Volume plot in white to dark blue color gradient.

磁気回路モデルのトポロジ最適化のスピーカーに見られる新しいデフォルトのプロット.

A 2D generator model showing the magnetic flux density norm in a Surface plot in white to dark blue color gradient.

2D 発電機モデルにおけるモーターとジェネレーターに見られる新しいデフォルトのプロット.

静電気における強誘電体材料モデル

静電気インターフェースの電荷保存機能のために, 誘電体材料モデルのリストが強誘電体材料オプションで拡張されました. 強誘電体材料モデルは, JilesAtherton 磁気ヒステリシスモデルの誘電等価物です. 時間変化磁化の代わりに, 時間変化分極をモデル化します. この機能は, 強誘電体材料の新しい Hysteresis in Ferroelectric Material チュートリアルモデルで使われています.

この材料モデルは, 非線形圧電特性を示す強誘電体材料の分析を目的とした, 新しい強誘電性マルチフィジックスインターフェースの静電部分です. 強誘電体材料オプションは, AC/DCモジュールに含まれています. ただし, 強誘電体弾性マルチフィジックスインターフェースには, MEMS モジュールまたは構造力学モジュールのいずれかが追加で必要です.

The COMSOL Multiphysics version 5.6 UI showing the Charge Conservation feature settings with the Constitutive Relation D-E and Ferroelectric Material Properties sections expanded and a hysteresis curve to the right.

使用された材料モデルと結果のヒステリシス曲線の両方を示す強誘電体材料のヒステリシスチュートリアルモデルのスクリーンショット.

Bomatecの磁性材料

AC/DC材料ライブラリは, Bomatecの磁性材料で拡張されています. これには, すべてのNdFeB標準グレード (通常, M, H, SH, UH, EH, AH, BH, /S, M/S, H/S, SH/S, UH/S, EH/S, AH/S, BH/S, H/ST, SH/ST, UH/ST, EH/ST, AH/ST, BH/ST); NdFeB (接着, 射出成形, 押し出し); フェライト (等方性, 異方性, 射出成形); SmCo (射出成形); SmFeN (射出成形); SmCo5グレード; Sm2Co17グレード; アルニコ (鋳造および焼結).

材料には, 比誘電率 , 反跳透磁率, 残留磁束密度ノルムなどの電磁特性と, 熱伝導率 , 密度 , 定圧での熱容量などの熱モデリングに関連するいくつかの特性が含まれます.

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強化された機能：傾斜カットのコイル

コイルドメイン機能 (単一導体モデルと均質化されたマルチターンケースの両方) には, 傾斜カットのサポートが装備されています. 傾斜カット設定を使用すると, コイルジオメトリの決定に使用される制約を緩和できます (ローカルではなく平均で入力/出力境界制約を適用します). 電流 (またはワイヤ)の自然な方向が入力または出力の法線に対してある角度にある場合は, 制約を緩和する必要があります. 典型的な例は, ねじれた三相ケーブル, または完全に分解されたリッツ線またはミリケン導体の場合のように, 入力/出力境界が周期性平面を表すらせんコイルです. この新機能は, 更新された Cable Tutorial Series チュートリアルモデルで使われています.

The COMSOL Multiphysics version 5.6 UI showing the Input settings with the slanted cut option selected for a submarine cable model whose results appear in the Graphics window.

三相ケーブルモデルで示される傾斜カット設定.

The COMSOL Multiphysics version 5.6 UI showing the Input settings with the slanted cut option selected for a spiral wire model whose results appear in the Graphics window.

傾斜カット設定が現在の方向に与える影響は, 右のワイヤーに示されています.

より高速なケーブル解析：新しいチュートリアルモデル

ケーブルチュートリアルシリーズが更新され、短いねじり周期性を計算しています. これは, 完全に求解された3Dねじりケーブルモデルに必要な計算量を, 大規模なクラスターシステムでの数時間からラップトップでの約1分に減らすことができる一種の周期性です. 使用される周期性の背後にあるロジックが詳細に説明されています. これには, 2つ以上のレイ長が含まれる場合, 完全に分解されたミリケン導体を備えたケーブル, より線スクリーン, またはダブルアーマーなどが含まれます.

ねじり螺旋の理論と適切なメッシュが数値研究の最新の開発に従って使用されています. また, 大規模な絶縁海底ケーブルとアンビリカルケーブル, EV 充電ケーブル, 完全に分解されたリッツ線, および架空送電線で使用される裸のケーブルの両方に適用されます. さらに, このシリーズでは, ケーブルシステムの抵抗性, 容量性, 誘導性, および熱特性, およびさまざまなボンディングスキーム, シングルポイントボンディング, ソリッドボンディング, およびクロスボンディング) について説明します. この新機能は Cable Tutorial Series チュートリアルモデルで使われています.