概要

ギャップ要素は、導体の薄い絶縁層や磁性体の空気ギャップを模擬するために用います。導体の絶縁層にギャップ要素を用い同時に面流入電流ソース（SUFCUR）を用いる場合には制限があります。導体に対するギャップ要素およびSUFCURはともに電気スカラポテンシャルを利用するためです。 ギャップ要素とSUFCURを用いますと、閉じたバルク導体ループに電圧を加えることができます。例題を通じてギャップ要素の使い方を説明します。ギャップ要素は静磁場、定常磁場、過渡磁場解析に共通に使用できます。

解説

磁気回路中に薄い空気ギャップがある場合、通常の有限要素で解析すると非常に薄い要素が必要となり、その結果ICCG法の収束が悪くなります。この場合、ギャップをギャップ要素で近似すると解析が容易になります。 Fig.1の様なモデルを考えます。モデルは1/4で対称条件を用います。コイルは、表面定義電流1（SDEFCOIL）を用いています。ギャップ面を面要素で定義します。ギャップ面は、空気領域に要素一層分はみ出した形で定義する必要があります。ギャップ面を表す要素に対し、固有の物性番号をつけておき、ファイルinput（input.1mm）を定義します。面要素物性はTYPE=2、導電率0,比透磁率1とし、ギャップ厚さをm単位で入力します。体積要素はギャップが無いものとして定義します。体積要素の両側は別物性を定義しておきます。 メッシュは、pre_geom2D.neuと2D_to_3Dにより入力します。Fig.1における矢印分布はSDEFCOILにより与えられるソース電流分布です。 Fig.2に結果の磁束密度分布を示します。Fig.3に節点電磁力分布を示します。電磁力はギャップに向かい合う面に吸引力として現れます。List1にファイルoutputにおける電磁力出力を示します。 今の場合ｚ方向電磁力が意味を持ちます。節点電磁力を物性毎に合計した値が出力されます。Total値は誤差として現れる空気部分の節点力を含みます。今の場合、上側ヨークとコイルの合計と下側ヨークの電磁力が作用反作用で一致するはずですが、その違いは誤差と考えて下さい。 Fig.4に普通の要素を用いた場合と、ギャップ要素を使った場合のギャップ間の吸引力の比較を示します。普通の要素を使うときはギャップに1層の厚さのある6面体要素を入れます。ギャップ間隔が小さいときに良く一致していることが解ります。例えば0.1mmギャップの時、普通の要素を用いた場合ICCG法の繰り替えし数が274回に対し、ギャップ要素を用いると93回に減少し計算時間が少なくて済みます。

Fig.1 磁気回路中の
空気ギャップモデル

Fig.2 磁束密度分布
（ギャップ厚さ1mmの時）

Fig.3 節点電磁力分布

Fig.4 吸引力の普通の要素を使った場合とギャップ要素を使った場合の比較

List.1 Outputファイルの出力

************************************************************************************************* * Step No. 1 Time 1.000e+000 sec * ************************************************************************************************* *** Sources ********************************************************* ID No. Amplitude(Current) Voltage Flux 1 1.00000e+000 9.18172e+000 5.98899e+000 *** Power Sources *************************************************** ID No. Current Voltage 1 1.00000e+000 9.18172e+000 *** Force to nodes (N) and torque(Nm) ********************************************** No. Fx(N) Fy(N) Fz(N) Mx(Nm) My(Nm) Mz(Nm) MAT No. 1 -1.4649e+000 4.8527e+000 -4.2339e+002 -5.7877e+000 5.2652e+001 5.0360e-001 ⇐　上側ヨーク MAT No. 4 9.1931e-001 3.0684e+000 4.2342e+002 5.2252e+000 -5.2691e+001 1.9368e-001 ⇐　下側ヨーク MAT No. 2 -1.0194e+000 1.5350e+000 -1.5078e-001 -1.9104e-001 -1.0869e-001 1.0596e-001 ⇐　コイル Total -1.7092e+000 9.4518e+000 2.1467e-012 -7.6207e-001 -1.6326e-001 7.8708e-001