PHICOILについて


　EMSolutionにおきましては，要素内にソース電流を 分布させる機能として，従来ELMCUR（内部電流ソース），SDEFCOIL（表面定義電流ソース）およびSUFCUR（面流入電流ソース）を提供してきました。ELMCURは，基本的には各要 素の要素面を通過する電流量を指定するもので，要素配列が規則的でないとデータ量が膨大となります。SDEFCOILは四角断面のコイルのみに使用でき，コイルを取り囲む４面を面要素で定義しなければなら ず，入力が容易でありません。また，SUFCURは，静解析では使用できず，電流分布は固定されません。

上のような欠点を補うものとしてPHICOILを提供します。PHICOILは，導体内に電気スカラポテンシャルを配置し，その勾配より電流密度を定義します。電気 スカラポテンシャルに対して，一定の導電率を持つ導体内の定常電流場を解きます。コイル定義には，コイル導体の物性番号と，電流流入面の面要素物性番号を 入力します。SDEFCOILやSUFCURと同様に面の定義が必要ですが，SDEFCOILよりはかなり入力が容易になると思われます。SUFCURの直流版と言えます が，電流分布は変化しないものとします。ただし，電流方向に曲率を持ったコイルですとコイルの内半径側に電流密度が偏りますので，注意が必要です。PHICOILは従来のELMCUR, SDEFCOILやSUFCURと同様に，回路( CIRCUIT, NETWORK )に組み込むことができます。

Fig.1に適用例を示します。この例ではx=0およびy=0面はBn=0の鏡面対称となっています。この対称面上に電流流入面を定義します。面を定義していない 対称面に電流が流出します。Fig.1には電流密度分布を表示していますが，コイル内で電流分布が偏り，1.5倍程度の差が生じていま す。この様な四角断面でSDEFCOILの定義が容易な場合は，SDEFCOILを使用されることが薦められます。面要素の向きは自由です。面は必ず解析領域の境界に定 義してください。

Fig.1 PHICOILの適用例

PHICOILで電流の偏りを少なくするには，Fig.2のように，コイル断面を別物性の部分に分け，それぞれをPHICOILで定義することが 考えられます。ここでは流入面もそれぞれ別物性で定義しましたが，同じ物性で定義しても問題ありません。この結果，今の場合，電流分布の差は１％以下に なっています。

Fig.2.多層に分割して定義したPHICOIL


周期境界条件の 場合も同様に定義できます。周期の一方の端面に流入面を定義します。この端面の周期境界面（一周期移動した面）に連なるコイル要素は同じ物性番号を持つ必 要があります。例えば，Fig.3のように２本のヘリカルコイルが対向して配置され，半周期の周期性を考え，解析する場合 を考えます。この時，周期対称条件(PERIODICITY=0)を用いますと，Fig.4のように２本のコイルに同方向の電流が流れます。また，周期反対称性(PERIODICITY=1)を 用いますと，Fig.5の様に，逆方向の電流となります。コイル端面のメッシュが対称面で一致することが重要で す。また，この場合，電流流入面の定義が一面であることにも注意してください。



Fig.3二本のヘリカルコイル を周期対称条件を用いて解析する場合


Fig.4 周期対称条件(PERIODICITY=0)の 場合の電流分布


Fig.5 周期反対称条件(PERIODICITY=1)の 場合の電流分布

本機能は，EMSolution r9.7.3より近日リリース予定です。コイル定義でお困りの 方は，ご一考ください。



PHICOILのinput入力方法

PHICOILの入力には，従来のELMCUR等と同様にSOURCEの中の一つのシリーズ要素として入力してください。CURRENTは単位電流(コイル素線に１Ａ流れたときの 電流値でターン数とする)，SIGMAはコイル導体の平均導電率(回路計算をする時に用いられる)でSDEFCOILの場合と同様です。

Fig.1の例

*PHICOIL  *SERIES_NO * NO_PARTS * IN_ROTOR *

PHICOIL      1       　　   1       　0

* MAT_ID * S_MAT_ID_IN * CURRENT *  SIGMA  *

   3         101        1500.      5.e7

Fig.2の例

*PHICOIL  *SERIES_NO * NO_PARTS * IN_ROTOR *

PHICOIL      1            3          0

* MAT_ID * S_MAT_ID_IN * CURRENT *  SIGMA  *

   101         201         500.     5.e7

   102         202         500.     5.e7

   103         203         500.     5.e7

Fig.3の例

*PHICOIL  *SERIES_NO * NO_PARTS * IN_ROTOR *

PHICOIL      1          1         0

* MAT_ID * S_MAT_ID_IN * CURRENT *  SIGMA  *

   1         101         1500.       5.e7

使用データ（Fig.1の例）

    input, 2D_to_3D, pre_geom2D.neu