Opera Solutions

Opera Dynamic Electromagnetic モジュールは、電磁界を利用する機器や系の、時間変化する電磁場と渦電流を計算します。この計算には、移動導体に誘導される渦電流が使われます。これには、運動によって形状が変化しない(回転円板、断面積が一定の無限管など)という意味合いがあります。
3 種類の動的解法を利用でき、それぞれ時間変化形が次のように異なります。

• [調和(Harmonic)]は、すべての場と電位が同じ周波数で振動している、定常状態の AC 電流を計算します。
• [非定常(Transient)]は、所定の方法で時間変化する駆動電流の場、境界条件、外部場によって誘導される、非定常の渦電流を計算します。
• [固定速度(Fixed Velocity)]は、モデルの形状を変化させない運動によって誘導される渦電流を計算します。電場源と駆動条件は不変です。

Opera Electromagnetic Motional モジュールは、解中の回転運動や直線運動が形状変化を引き起こす、機器内の時間変化する電磁場と渦電流を計算します。形状の部分(有限要素メッシュ)を別々に移動することができます。移動速度はユーザーが制御するか、解析の進行に応じて計算されます。この非定常解析では、導電媒体内で誘導された渦電流が、移動する磁界の効果と、モデルの電磁場源の時間変化の両方によって引き起こされたと見なします。

このモジュールは、永久磁石(PM)、誘導、スイッチト・リラクタンス、同期、同期リラクタンスなど、あらゆるタイプの電気機械の動的モデリングを含むように設計されており、整流効果、過渡応答、定常状態性能、局所非平衡効果を調査できます。

また、永久磁石を含むすべての材料内の渦電流損失も計算します。計算には、正常状態、故障状態、動的機械荷重がかかった状態の電気駆動を含めることができます。このモジュールは、各時間ステップで稼働部品(回転または平行移動)の電磁力を計算し、増分運動を適用した後に電磁場を再計算します。

このモジュールは、超伝導磁石のクエンチングを解析します。Opera Quench モジュールは、クエンチ中の超伝導磁石の温度上昇(クエンチが磁石全体に広がるときの抵抗遷移を含む)をシミュレートします。クエンチ事象をトリガーする熱は、さまざまな熱源から発生します。通常、直流方式では、極低温系が故障して系の温度が急上昇したり、試験環境の温度を意図的に急上昇させたりした場合にクエンチが起こります。シミュレーションでは、この熱は表面/ボリュームの特性として、または材料内の電流や電場による速度依存損失、抵抗損失、ヒステリシス損失として、計算に含めることができます。この場合、熱伝導率は巻線の巻き方向に大きく左右され、材料は有意の異方性を持っていることから、効率性や精度を追求するには固有のモデリング手法が必要です。

Quench Module は、クエンチ中の磁石の過度な非線形非定常挙動をモデル化するために、高度な有限要素法を使用します。熱および回路ソリューションに電磁界ソリューションを連成する(コイル内の電流を算出するための)アルゴリズムを使用することで、完全なクエンチ工程を解析できます。

Opera Thermal Analysis モジュールは、電磁加熱または外部熱源による定常または非定常の温度、熱流束、熱勾配場を計算します。導電率テンソル、比熱、熱源密度などの熱特性を位置関数として指定できます。熱特性の温度依存性が高いと、非線形解析になります。

スタンドアロン・モードでは、熱モジュールの熱入力の分布はユーザーが定義します。マルチフィジックス・シミュレーションでは、他の Opera ソリューション・モジュールが熱の分布を提供します。1 回の計算に複数の熱源(モーター内の渦電流加熱や鉄損失など)を含めることができます。熱モジュールは、モデル内の温度分布を計算します。材料特性に温度依存性がある場合は、電磁界ソリューションを変更できます。Stress Analysis モジュールは熱膨張によって生じる応力を解析します。その後の熱シミュレーションや電磁界シミュレーションでは、正確な結果を得るために生じる変形を計算できます。

Stress Solver は、2 次元または 3 次元の線形静的応力を解析できます。結果としては、変形、ひずみ、応力があります。3 次元のとき、Stress Solver は構造体の固有モード、すなわち固有値と固有ベクトルも計算します。

Opera Charged Particle モジュールは、静電場および静磁場の荷電粒子の相互作用を計算します。有限要素法を使用して、離散化モデルにおける定常状態のマクスウェル方程式を解きます。加えて、空間電荷効果、自己磁場効果、相対論的運動効果などの自己無撞着解を得られます。

Charged Particle モジュールには、エミッター・モデルの包括的なセットが用意されています。このセットには、表面からの熱電子放出および電場効果放出、表面およびボリューム内からの 2 次放出(ガス電離のモデリングに使用)、非磁化プラズマと磁化プラズマ用のモデルが含まれます。複数種の荷電粒子のそれぞれに、ユーザー定義の電荷と質量を設定することができます。

マルチフィジックス解析では、Charged Particle モジュールは粒子ビーム生成熱をシミュレートできます。