SUFCUR（面流入電流ソース）を使った解析

面流入電流ソース（SUFCUR）は、バルク導体のある面に電圧を加え電流を流した場合を模擬します。バルク導体に電流が流れると表皮効果が現れ、周波数により導体内の電流密度分布が変化し、コイルとしてみた場合そのインピーダンスが変化してきます。 前のモデルでコイルを1ターンのバルク導体考えて解析を行います。
今の場合は、流入面と流出面が異なり、Bn=0の面にありますが、閉じたループで流入面と流出面が同じ場合ついては、ギャップ要素を用いた解析」の閉ループでの面流入電流ソース（SUFCUR）で説明します。
電流が流入する面（電源の正側の電圧が加わる面）を指定する必要があります。今、その面をFig.1の面Aとします。電流の流出する面は面Bとなりますが、対称部分も考えますと一周する電流路になります。面A、BはBn=0の面に定義する必要があります。面Aに面要素を張り、面を定義し、その物性番号を14とします。面の向きはSUFCURとしてはどちら向きでもいいのですが、通過電流を計算する面と共用するために、導体から見て外向き（右ねじ）に定義します。 今の場合も面Aは線要素からz方向に拡張して作ります。pre_geom2D.neuと2D_to_3Dにそのためのデータを用意します。ファイルinputでコイル領域、流入面等を指定します。ここでは、A-φを用いていますが、A法より収束が早いためです。低周波の場合や、SUFCURを用いたとき、ICCG法の収束が良くなります。

出力ファイルoutputの一部をList.1に示します。前の通常のコイルをELMCURで解析した場合と同様に電源から見たインピーダンスを求めますと、

R+jωL=（0.0476377+j0.110901）/3000（Ω）=15.88+j36.97（μΩ）

となりますが、コイルに直列に加えている抵抗5μΩありますのでコイル自体（銅導体中の渦電流の効果を含む）のインピーダンスは10.88+j36.97（μΩ）となります。 前の場合と比べるため、3000Turn換算（3000の自乗倍）にしますと、97.9+j332（Ω）となります。表皮効果のため、抵抗は大きくなり、インダクタンス成分は小さくなります。
また、全体平均発熱は6.1196*8（全領域）=48.95Wとなりますが、この値は、上の抵抗値からI²R/2=3000²/2*10.88^-6=48.96Wと等しいはずで、ほとんど満足されており、矛盾無く解けていることが分かります。 面通過電流値は、設定通りコイル電流の半分と等しくなっています。符号が違うのは面の向きが逆のためです。（通過電流面は導体から外向きに定義する必要があります。） Fig.2に位相0度における電流密度分布を示します。また、Fig.3に発熱密度分布を示します。コイル電流および発熱が内側によっていることが分かります。

Fig.2　電流密度分布（位相 0度）		Fig.3　発熱密度分布（位相 0度、W/m3）

渦電流を含む解析

表面インピーダンス法による渦電流解析

SUFCUR（面流入電流ソース）を使った解析

過渡解析との熱発熱の比較