C型電磁石の磁場解析

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C型電磁石の磁場解析

同一モデルをELF/MAGICとFEM(NGSolve)で解析し、精度と計算時間を比較した。
非線形の鉄心材質にコイルを巻き、ギャップ中心の磁束密度 B(T)を評価した。
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モデル条件

• 解析対象：C型電磁石（ギャップ付き鉄心）
• 鉄心：非線形 B-H 特性（下図参照）
• 励磁条件：10 ケース（2 kAT ～ 20 kAT）
• 評価量：ギャップ中心の磁束密度 B(T)
• 収束条件：許容誤差 1.0E-4
• メッシュ：粗,中,密の３種類
• 対称条件1/4

• C型電磁石 鉄心とコイル 全体形状
  

FEMメッシュ分割図

FEMの計算は外部の機関に委託して行っています。

　粗メッシュ 全体

　粗メッシュ 寄り

　中メッシュ 全体

　中メッシュ寄り

　密メッシュ 全体

　密メッシュ 寄り

ELF/MAGICメッシュ分割図

　粗メッシュ

　中メッシュ

　密メッシュ

BH曲線

計算結果

• 粗、中、密メッシュでのELF/MAGICとFEM1次要素の計算結果

  手法	メッシュ	要素数	計算時間 [秒](注１)	磁束密度[T](注２)
  ELF/MAGIC	粗	164	3	0.968924
  ELF/MAGIC	中	354	16	0.964367
  ELF/MAGIC	密	474	30	0.963296
  FEM1次要素	粗	238,451	430	0.969647
  FEM1次要素	中	325,387	629	0.964408
  FEM1次要素	密	881,471	4,989	0.963104

  (注１) 励磁条件10 ケース（2 kAT ～ 20 kAT）の合計時間（８コアのＰＣ）
  (注２) 20kATでのギャップ磁束密度[T]

• 20kATでのギャップ磁束密度 (粗、中、密メッシュ)
  
  要素数を増やしてメッシュを細かくするほど精度が良くなると考えられる。
  ELF/MAGICでは要素数を増やしてメッシュを細かくするほどギャップ磁束密度が漸減したので、FEM1次要素の粗,中,密の磁束密度に近い値になる要素数を選んで比較した。

• 2kAT～20kATでのギャップ磁束密度 (密メッシュ)
  
  密メッシュで電流値を変えてELF/MAGICとFEM1次要素を比較した。
  電流値が小さい場合も、電流値が大きくて磁性体が飽和した場合も
  磁束密度はほぼ一致した。

• 計算時間
  
  FEM1次要素は430～4989 秒、ELF/MAGICは3～30 秒。

まとめ

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