AC/DC モジュール

低周波電磁気と電気機械部品のシミュレーション

定常低周波レンジの電磁システムとプロセスの解析には, 強力で柔軟なシミュレーションツールが必要です. COMSOL Multiphysics® プラットフォームの AC/DC モジュールアドオンには, 幅広いモデリング機能と EMI/EMC および電磁場解析のためのマックスウェル方程式を解く数値解法を提供します.

COMSOL® ソフトウェアのマルチフィジックス機能によって, 電磁気モデル上の熱伝導, 構造力学, 音響など他の物理的効果の影響を調べることができます.

COMSOL へお問い合わせ
銅製コイルとレインボーコアで可視化された3次元永久磁石モーターモデル.

電流

DC (直流), 過渡, または AC (交流) 電流をモデル化することにより, 抵抗性および導電性機器を効率的に解析できます. 定常低周波条件下で, 磁場が無視できる場合, 正確な結果を得るには電流のモデリングで十分です. オームの法則に基づく計算は, 電位を解くことによって非常に効率的になります. 結果として生じる電位場に基づいて, 抵抗, コンダクタンス, 電界, 電流密度, および電力損失といったさまざまな量を計算できます.

AC/DC モジュールでは, 定常, 周波数領域, 時間領域, 小信号解析のいずれも可能です. 時間領域と周波数領域では, 容量変化の影響を考慮することもできます.

静電気

静電気力計算を使用して, 容量性機器と電気絶縁体を解析します. このアプローチは, 電流が流れておらず, 電界が電位と電荷分布によって決定される誘電体に適用できます. 電位を解く方法として, 有限要素法 (FEM) と境界要素法 (BEM) があり, これらを組み合わせることで有限要素-境界要素のハイブリッド法を用いることができます. 計算された電位場に基づいて, 静電容量マトリックス, 電場, 電荷密度, 静電エネルギーといった量を計算できます.

静磁気

静磁場, 寄生インダクタンス, およびコイル, 導体, 磁石にかかる力を計算します. さまざまな非線形磁性材料を含む広範な材料データベースから選択するか, 独自の非線形材料を定義することができます. また, 電流か磁性材料, またはその両方が存在する, といった条件に応じてさまざまな定式化が可能です.

有限要素法 (FEM) と境界要素法 (BEM) はどちらも, 電流がない場合の静磁気に使用できます. また, これらを組み合わせて有限要素-境界要素のハイブリッド法を使用することも可能です.

最も一般的なケースである, 電流と磁性材料の両方が存在する場合, ベクトル場の定式化により, 電位と入力電流を定義し, 電流密度分布, 磁場, 磁力, 電力損失, 相互インダクタンスを計算します.

コイルのモデル化には, 各ワイヤー内の正確な電流分布を計算する明示的な方法と, 巻数の多いコイルに非常に有効な均質化された方法があります. 複雑な形状のコイルも, コイルの電流分布を計算することによって自動的に処理されます.

電磁場

ケーブル, ワイヤー, コイル, ソレノイド, およびその他の誘導性デバイスをモデリングする際, 導電性材料を流れる電流が磁場を生成します. 通常, 誘導効果の大きい時変磁場では, 電場と磁場の間に双方向の結合があり, このような場合, ベクトル場の定式化が必要です. これは一般的には, 表皮厚がデバイスのサイズとほぼ同じであるが, 波長がはるかに大きい場合です.

周波数領域, 小信号解析, および時間領域におけるモデリングは, 2D および3D でサポートされます. 超伝導体のような非線形性の強い E-J 特性を持つ材料の時間領域磁気モデリングに特に適した特殊な定式化が利用可能です.

 

回転機械

回転機械の機能がビルトインされているので, モーターや発電機のモデル化は容易になります. たとえば, 磁石内で発生する渦電流損失を求めれば, 誘導モーターまたは永久磁石モーターの動作を調べることができます. 電磁場における運動のシミュレーションに使用されるモデルでは, 磁力とトルク, 誘導電流, 機械的負荷とばねの構成の影響下で, 剛体または柔軟なボディダイナミクスを調べることができます.

汎用のメッシュ移動機能により, 線形運動のモデル化が可能になります. これは, 磁力スイッチ, ソレノイド, 一般的なアクチュエーターといった, プランジャーに関連する部品の動作を理解するために重要です.

電気回路

電圧/電流源, 抵抗, コンデンサー, インダクター, 半導体デバイスなどの回路の電流と電圧をモデル化するための集中系を作成します. 電気回路モデルは, 2D および3D の分散フィールドモデルに接続することもできます. さらに, 回路トポロジは, SPICE ネットリストでエクスポートおよびインポートできます.

AC/DC モジュールの特徴と機能

AC/DC モジュールには今ページで紹介しているさまざまな性能に特化した機能が備わっています.

コイルノードが強調表示され, グラフィックウィンドウに3D インダクタモデルが表示されたモデルビルダーのクローズアップ図.

組込みユーザーインターフェース

AC/DC モジュールには, 上記の電磁気学の各分野に対応したユーザーインターフェースが組み込まれており, 特定のモデリング目的のバリエーションを提供します. これらのインターフェースでは, ドメイン方程式, 境界条件, 初期条件, 事前定義されたメッシュ, 定常および過渡解析のソルバー設定を持つ事前定義されたスタディ, および事前定義されたプロットと計算値がセットで定義されます.

また, 異なるインターフェースを接続し, 簡単にモデル化する機能もあります. これは, インダクター, コイル, モーターに便利です.

グラフィックウィンドウでの電源トランスモデルのコイル設定とシミュレーション結果のクローズアップ図.

コイル

コイルを簡単にモデル化し, 電流や電圧などの集中した量を電流密度や電界といった分布した量に変換するための特殊な機能が組み込まれています. 単一導体および均質化されたマルチターンコイルは, 完全な3D, 2D, または2D の軸対称モデルで定義できます. パーツライブラリには様々な形状のコイルと磁気コアを揃えました. これにより, トランスフォーマー, インダクター, モーター, アクチュエーターなどを解析する際のモデル設定を迅速に行うことができます.

静電気, 境界要素ノードが強調表示され, グラフィックウィンドウに調整可能なコンデンサモデルが表示されたモデルビルダーのクローズアップ図.

無限または大規模なドメイン

無限または大規模なドメインを正確にモデル化するためには, 電場と磁場の両方で利用できる無限要素を使用します. 静電気および静磁気のモデリングでは, 大規模なドメインや無限のドメインをモデリングするための代替方法として境界要素法 (BEM) が利用できます. さらに, 境界要素法 (BEM) と有限要素法 (FEM) ベースのフィジックスインターフェースを組み合わせて, 境界要素法 (BEM) ‐ 有限要素法 (FEM) のハイブリッド解法によるシミュレーションを実行できます.

層状シェルの電流ノードが強調表示され, グラフィックスウィンドウに加熱回路の電位が表示されたモデルビルダーのクローズアップ図.

薄い構造と積層材料

非常に薄い構造物のモデリングには, 直流, 静電気, 静磁気, および誘導の各シミュレーションで利用できるシェル定式化を使用します. さらに, 複数の層を持つ積層シェルの直流をモデル化するための特殊な機能があります. 電磁シェルモデリングにより, CAD モデルの薄い個体の厚さを表面の物理的特性に置き換えることができ, より効率的な解析が可能になります.

アンペールの法則の設定のクローズアップビューと, グラフィックスウィンドウのベクトルヒステリシスモデルの磁束密度の1D プロット.

非線形材料

強磁性体, フェリ磁性体, B-H 曲線, H-B 曲線を含む大規模な材料データベースから選択できます.

材料は, 空間的に変化したり, 異方性があったり, 時間的に変化したり, 損失があったり, 複素数の値を持っていたり, 不連続であったりします. 少しの追加作業で, シミュレーションの範囲を簡単に広げることができます. 数式やルックアップテーブル, あるいはその両方を組み合わせて, 独自の材料を定義できます. 完全な異方性ヒステリシスは, 準静的パラメトリックモデリングと完全な過渡解析のための Jiles-Atherton 材料モデルによってサポートされてます. 独自の材料モデルを C コードでコンパイルし, 外部材料としてリンクすることも可能です.

損失計算ノードがハイライトされ, グラフィックウィンドウに3D モーターモデルが表示されたモデルビルダのクローズアップ図.

モーターとトランスフォーマーの損失のモデリング

モーターやトランスフォーマーの効率や性能を予測するためには, 積層鉄心やヨークの損失をモデル化することが重要です.

特に, 積層鉄 (電磁鋼) の場合, マクロスケールのジュール加熱または誘導加熱では損失の原因となる効果を完全に説明できないため, 実証的電磁損失モデルが重要となります. 一方で, ラミネートを個別にモデル化することは, 多くの場合, 非現実的です.

AC/DC モジュールには, いくつかのよく知られた実証的損失計算モデルが含まれています. これらのモデルは, 忠実度の高いモデルにかかるわずかな計算量で, 非常に優れた損失推定値を得ることができます. これには, 磁気ヒステリシスと渦電流の影響, および損失に寄与する他の現象が含まれます.

静止音源スイープの設定とインダクタンスマトリックスのシミュレーション結果をグラフィックウィンドウでクローズアップした図.

寄生インダクタンスとパラメーター抽出

プリント回路基板 PCB の寄生インダクタンスを求めるための特殊な計算方法が利用可能で, これは3D の大きなインダクタンス行列に対して, 特に効率的です. 磁場(電流のみ)インターフェースは, 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され, モデリングの複雑さを軽減します.

磁気ベクトルポテンシャルは, すべての領域が非磁性であるという仮定の下, 電流によって生成される磁場を計算するための従属変数として使用されます. つまり, 各領域の相対的な透磁率が一様に1であることを仮定しています. このインターフェースを固定ソーススイープ機能とともに使用すると, 1回のシミュレーションで多くの端子をスイープできます.

低周波電磁気学とマルチフィジックス

電磁気部品は, 複数の物理現象に影響を与え, また影響を受けます. COMSOL Multiphysics® では, これはシングルフィジックスの問題をモデリングするのと変わりません.

温度分布を示すバスバーアセンブリの詳細図.

ジュール加熱と抵抗加熱1

固体, 流体, シェル, および積層シェルでのジュール加熱 (抵抗加熱とも呼ばれる).

3つの通電コイルを通過する鋼鉄ビレットの温度分布の詳細図.

誘導加熱

誘導加熱によるインライン誘導加熱器のモデル化, および金属加工.

銅管内を落下する磁石の詳細図.

電磁力とトルク

有限要素法と境界要素法に基づく, 電磁応力, 力, およびトルクの計算.

変位量の大きさを示すスピーカドライバの詳細図.

ローレンツ力

電気音響トランスデューサーなどなどのモデリングに, 体積構造荷重として使用される電流誘導ローレンツ力.

接点スイッチを通過する電流の流れと温度分布の詳細図.

電気接触抵抗

接触させた金属片の間に流れる電流. 熱接触2 と機械的接触3とを合わせたもの.

強誘電体のヒステリシスを示す1次元プロット.

強誘電性

時間的に変化する分極をモデル化するために用いられる強誘電体の機能.

応力と磁場を示す磁歪トランスデューサの詳細図.

磁歪4

磁場にさらされたときの磁性材料の形状の変化で, ソナーやトランスフォーマーのノイズにとって重要.

温度分布を示すプラズマトーチのモデルの詳細図.

誘導結合プラズマ5

半導体のプロセスで使用される誘導結合プラズマ.

粒子の軌道と電位を示すアインゼルレンズモデルの詳細図.

荷電粒子トレーシング6

電磁力による荷電粒子または磁性粒子の運動.

連続的に粒子を分離する DEP フィルター装置の詳細図.

誘電泳動6

電界勾配による中性粒子の運動.

  1. AC/DC モジュールは必要ありません.
  2. 伝熱モジュールが必要です.
  3. さらに, MEMS モジュールまたは構造力学モジュールのいずれかが必要です.
  4. さらに, 音響モジュール, MEMS モジュール, 構造力学モジュールのいずれかが必要です.
  5. さらにプラズマモジュールが必要
  6. さらに粒子追跡モジュールが必要

COMSOL Multiphysics® でサードパーティ製のソフトウェアを使用する

MATLAB® ソフトウェアを使用すると, MATLAB® スクリプトと関数を使用して COMSOL Multiphysics® のシミュレーションを簡単に実行できます. LiveLink™ for MATLAB® インターフェース製品を使用すると, MATLAB® 環境内で COMSOL® の操作に直接アクセスし, 既存の MATLAB® コードと調和させることができます.

CAD モデルや電子回路のレイアウトの電磁気特性を簡単に解析できるように, COMSOL は主要な CAD システムのための ECAD インポートモジュール, CADインポートモジュール, デザインモジュール, LiveLink™ 製品を製品群の一部として提供しています.

また, LiveLink™ for Excel® により, Microsoft® Excel® スプレッドシートのデータと COMSOL Multiphysics® 環境で定義したパラメーターを同期することができます.

どのビジネスもシミュレーションニーズもそれぞれ違います. COMSOL Multiphysics® ソフトウェアがお客様のご要望を満たすかどうかをきちんと評価するために, 我々にご連絡ください. 我々のセールス担当と話をすれば各個人に向いたお勧めや, しっかり文書化されたモデルなどをお送りすることができ, 最大限の評価結果を引き出すことができます. 最終的にどのライセンスオプションがあなたの要望にとって最適かを選択することができます.

"COMSOL へコンタクト" ボタンを押し, あなたの連絡先詳細と特別なコメントや質問があればそれを記入して, 送信していただくだけで済みます. 1営業日以内に我々のセールス担当者から返事が届きます.

次のステップ:
ソフトウェア
デモをリクエスト