Case

解析事例

コイルの周波数特性解析

コイルの周波数特性解析サムネイル画像
 

 コイルの周波数特性解析の事例を紹介します。
解析対象は幅 7mm、厚さ2.5mmの矩形ワイヤーを上に示すように、20回巻きしたコイルです。
材質は銅です。物性値として、電気抵抗率 1.673 × 10-8 (ohm m) を入力しています。

 本事例では、計算資源を多く使わずに、より精密に解析するために、1/4モデルの計算も実施しました。フルモデルで80万要素、1/4モデルで60万要素、共に四面体1次要素と三角柱1次要素を使用して、モデル化しています。
  • jmag21_1-1
    【フルモデル】
  • jmag21_4-1
    【1/4モデル】
下図に示す回路を設定しました。磁場解析の場合、解析結果は下図のような回路構成に従います。
  • jmag21_2
  • jmag21
  • jmag21_5
解析結果

 表1、2にインピーダンス、抵抗、インダクタンスの計算結果を示します。 

  • jmag21_6
    【表1 1/4モデル解析結果】
  • jmag21_7
    【表2 フルモデル解析結果】

 図1にインダクタンスの周波数特性を示します。実験結果も合わせて示します。
実験結果と良い一致を示しています。 

  • jmag21_8

 図2に抵抗の周波数特性を示します。実験結果も合わせて示します。
実験結果と良い一致を示しています。 

  • jmag21_9
インピーダンスの周波数特性を図3に示します。
抵抗成分では、解析結果と実験結果はやや異なる場合も見られましたが、抵抗成分は絶対値が小さいため、インピーダンスの大きさにはほとんど寄与していません。そのため、インピーダンスの、実験結果との誤差は20 (Hz)では10%を超えますが、それ以外では、5%以内に収まっており、グラフでは、ほぼ一致した結果が得られています。
  • jmag21_100

 同時に、図4、5に示すような評価も、JMAGでは可能です。

 

図4右上に示す、コイルを分割する半透明プレート断面における、コイル断面の磁束密度(実効値)分布を示します。表示レンジは磁束密度最大値から、その1/100の大きさまでを対数で表示しています。低周波では、コイル内部がほぼ一様に、最大磁束密度の分布となっていますが、高周波側ではコイル内側、上下端付近に最大の磁束密度分布が見られます。

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  • jmag21_14

 図5に電流密度分布図を示します。表示レンジは電流密度最大値から、その1/100の大きさまでを対数で表示しています。周波数が低い場合、電流はコイルにほぼ一様に流れていることが確認できます。一方、高周波の場合、導線の表皮部分に電流が流れる様子がわかります。 

 
  • jmag21_15
  • jmag21_16
  • jmag21_17

 

 

 

 

 

 

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