「ELF/MAGIC」電磁界解析/電磁場解析ソフトウェア

ELF/MAGIC　電磁界解析/電磁場解析

• • 空間メッシュはいりません（空間磁場は高精度）
    有限要素法はポテンシャルを変数としています。したがって磁石やコイルなどの物体だけでなく、解析対象の空間全域に要素が必要です。
    
    一方、ELF/MAGICは磁荷などのソースを変数としています。したがってソースが存在している物体のみの要素で解析できます。空間にはソースがないので要素は不要です。
    
    メートルスケールの部品とマイクロメートルスケールの部品が混在するような解析モデルでも空間要素が不要なため、容易に解析できます。
  • 境界条件はいりません
    ELF/MAGICでは解析領域は無限遠までを含んでいます。
    したがって境界条件を指定する必要がありません。
  • 解析式による磁場の計算
    ELF/MAGICでは要素の積分は複数の点での数値積分ではなく、要素表面の解析式を使っています。
    したがって面の近くまで精度の高い計算ができます。
  • 空間磁場が高精度
    有限要素法では空間磁場の計算は、空間メッシュのポテンシャルから計算するので精度が落ちますが、ELF/MAGICでは磁場をソースから直接計算するので精度が落ちません。
    
    ソースが作る磁場の計算は解析積分式を用いています。したがって磁場は要素近傍まで高精度です。
    
    高精度の空間磁場を使って高精度の力、トルク、荷電粒子軌道解析などができます。MRI,磁気シールド、スパッタリング、センサ、ブラウン管などが精度良く解析できます。
• • 粗い要素分割でも高精度
    磁場は物体の外部で急激に小さくなっていきます。そのためポテンシャルは物体の外部で複雑な変化をします。
    
    有限要素法で使用するポテンシャルは、物体外部で大きく変化します。したがって空間部は物体内部よりも細かな要素分割が必要です。さらに、３次元の磁場は３方向に広がるので２次元の磁場よりも急激に変化しますから、３次元解析は２次元解析よりも細かな要素分割が必要です。
    
    一方、ELF/MAGICで使用するソースは、物体の内部や表面にのみ存在し、物体の外部には存在しません。たとえポテンシャルが複雑に変化する場所であっても、そこにソースが存在しなければ要素そのものが不要です。
    
    また、要素を必要とする物体内や表面でのソースの変化は緩やかです。したがってELF/MAGICでは一般に有限要素法ほど細かな要素分割を必要としません。
  • ３次元計算が高速
    有限要素法は２次元計算は高速ですが、３次元計算は時間がかかります。
    その理由は
    ・２次元ではポテンシャルは１自由度ですが３次元では３自由度です。
    ・空間部も含めて要素数が奥行き方向に増えます。
    ・マトリックスのバンド幅が増えます。
    ・２次元解析より細かい要素分割が必要です。
    
    ELF/MAGICでは変数は増えますが、もともと少ない要素で解けます。
    ・基本的な３次元要素の自由度は２次元要素の1.5倍です。
    ・奥行き方向の要素の分割数は普通はあまり多くありません。
  • 運動の取り扱いが容易
    ELF/MAGICでは空間メッシュが必要ありません。
    したがって、部品の相互の位置が変化しても、空間メッシュがねじれたりつぶれたりすることがありません。
  • 複雑な形状のコイルが容易
    ELF/MAGICでは空間メッシュが必要ありません。
    したがって、任意の形状のコイルと電流方向を自由に指定することができます。
    コイル内の磁場の変化を考える必要が無いので細かなメッシュにする必要がありません。

解析の種類

• • 静磁場解析
    時間的に変化をしない磁場を解析します。 渦電流や誘導電流は計算しません。 磁性体のB-H曲線（非線形）が扱えます。
  • 過渡応答解析
    電流が変化する場合や物体が運動する場合の計算をします。 渦電流や誘導電流を計算します。 磁性体のB-H曲線（非線形）が扱えます。 空間メッシュがないため自由な運動が扱えます。
• • 周波数応答解析
    周波数応答解析をします。 渦電流や誘導電流を計算します。 入力電流、磁化、渦電流が正弦波状に変化する場合を複素数を使って計算します。 複素透磁率を入力して短時間でインダクタンスの計算をすることもできます。

モデルの種類

• • ３次元モデル
    ３次元形状の物体の磁場解析をします。 ３次元形状のソースが作る磁場の解析積分式を使って計算します。 ELF/MAGICの基本的な解析です。
  • ２次元モデル
    Ｚ方向に無限に長い形状の物体の磁場解析をします。 ＸＹ平面に物体の断面を定義することにより、 Ｚ方向に無限に長いソースが作る磁場の解析積分式を使って計算します。
• • 軸対称モデル
    円柱、円筒など、軸対称形状の物体で軸対称磁場の場合に利用できます。 ＸＺ平面に物体の断面を定義することにより、 軸対称形状のソースを配置して解析します。

磁場解析事例　ELF/MAGIC

以下の計算時間はCore i7 6700K のPCでの計算時間 (秒)です。

• • ハルバッハ配列磁石（直線状）
    

    計算時間：1秒

    
    磁石をハルバッハ配列（直線状）に並べて空間磁場を計算した事例です。磁石の片側だけに強い磁場が得られます。
• • ハルバッハ配列磁石（リング状）
    

    計算時間：1秒

    磁石をハルバッハ配列（リング状）に並べて空間磁場を計算した事例です。