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外場コイルを使用した穴あき導体の渦電流解析

外場コイルを使用した穴あき導体の渦電流解析

概要

外場コイル機能を用いて、穴あき導体に生じる渦電流を FEM・外場コイル・測定値の三者で比較した事例です。
外場コイルを利用することで、コイル位置を変えながら渦電流分布を効率的に評価できる点が特徴です。
FEM との比較や測定値との整合性も確認しており、外場コイル機能の有効性を分かりやすく理解できます。

PHOT-Seriesの特徴として、外場コイル/磁石が利用できます。
今回は、同じ解析対象について、有限要素法(FEM)によるコイルと外場コイルを使用した場合の解析結果をご紹介します。
解析対象として、穴あき導体の上にコイルを配置した、Team Workshop Problem7を採用しました。この問題は検証用として広く使用されています。
図１−１に概要図を示します。
この問題には測定値がありますので、FEM、外場コイル及び測定値の３条件で比較します。
また外場コイルを使用しますとコイルの移動させた解析が容易に行えます。上記の解析ケースに加えて、この問題を応用し、コイルを移動させた解析も実施しました。

穴あき導体の概要図

　　　　　　　　　　　　　図１−１．概要図

使用ソフトウェア：PHOTO-EDDYjω

解析条件

図２−１にメッシュ図を示します。これは外場コイルを使用したときのメッシュ分割図です。

穴あき導体のメッシュ図

　　　　　　　　図２−１．メッシュ図導体のみ(外場コイル用)

周波数：200[Hz]
電流値：2742[AT]
導体の電気伝導率：3.526×10⁷[S/m]

解析結果

穴あき導体の磁束密度[T] 外場コイル使用

　　　　　　　　図３−１．磁束密度[T]　絶対値　外場使用

穴あき導体の磁束密度[T] FEM使用

　　　　　　　　図３−２．磁束密度[T]　絶対値　FEM

穴あき導体の渦電流密度[A/m^2] 外場コイル使用

　　　　　　　　図３−３．渦電流密度[A/m²]　絶対値　外場使用

穴あき導体の渦電流密度[A/m^2] FEM使用

　　　　　　　　　図３−４．渦電流密度[A/m²]　絶対値　FEM

次に図３−５にて定義される計算点の磁束密度のグラフを図３−６に示します。

測定点の位置関係

　　　　　　　　　　　　図３−５．計算点

　　

測定点における外場コイル、FEM、測定値との比較

　　　　　　　　　　　図３−６．磁束密度Z成分のグラフ(比較)

外場とFEMの結果は、グラフが重なっています。測定値との比較も良好です。
次に、コイルを移動させた場合の解析結果をアニメーションで示します。

穴あき導体の磁束密度[T] 外場コイルを移動させたときのアニメ

　　　　　　　　　図３−７．磁束密度(絶対値) アニメーション

穴あき導体の渦電流密度[A/m^2] 外場コイルを移動させたときのアニメ

　　　　　　　　　図３−８．渦電流密度(絶対値)アニメーション

外場機能のご紹介

外場機能は、以下のコラム([技術情報]-[光台通信])でご紹介しています。
　その4.　外場機能について−１−
　その5.　外場機能について−２−
　その6.　外場機能について−３−
　その7.　外場機能について−４−
　その8.　外場機能について−５−
　その13.　外場機能について−６−

解析ソフト導入・受託解析のご相談

本事例のような渦電流解析やコイル位置による磁場変化の評価でお困りでしたら、ぜひご相談ください。
弊社では、自社開発ソフト「PHOTO-Series」の提供に加え、専門エンジニアによる受託解析も承っております。開発元ならではの技術力とサポート体制で、お客様の課題解決を支援いたします。

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