例題11 コイルアンテナ+共振用コンデンサの磁界分布解析

本例題について

  • LF帯(130kHz付近)におけるコイルアンテナ+共振用コンデンサの磁界分布を計算する解析例を示します。

  • 磁束密度分布、回路電流、インダクタンスなどを計算します。

  • 外部回路連成解析機能を利用します。
    外部回路の中に共振用のコンデンサを配置しています。

  • 表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。
     

 

解析空間

項目

条件

解析空間

3次元

モデル単位

mm

 

解析条件

項目

条件

ソルバ

磁場解析[Luvens]

解析の種類

過渡解析

解析オプション

[インダクタンスを計算する]にチェック

  

過渡解析タブを以下のように設定しています。

入力が周波数130[kHz]の正弦波ですので、その波形を十分再現するため、130[kHz]の1周期分を12分割した時間ステップとして4周期分計算します。

タブ設定

設定項目

条件

過渡解析

時間ステップ

自動

No.

ステップ数

出力間隔

時間ステップ[s]

1

12*4

1

1.0/(12*130e3)

 

 

 

外部回路図は以下の通りです。

1次コイル(FEM1)側にAC電源を配置しています。

1次コイルと2次コイル(FEM2)はモデル側で結合しています。

LC直列共振させるためのコンデンサを1次コイル、2次コイルの双方に接続しています。

モデル図

1次コイル(Coil1)と2次コイル(Coil2)をループコイルで定義しています。

 

ボディ属性および材料の設定

ボディ No./ボディタイプ

ボディ属性名

材料名

5/Solid

Coil1

008_銅(Cu)※

4/Solid

Coil2

008_銅(Cu)※

※材料データベースを利用

 

ボディ属性は以下のように設定しています。

それぞれのコイルを外部回路上のFEMコイル素子と紐づけしています。

ボディ属性名

タブ

設定

Coil1

電流

波形:外部回路連成交流

回路上の切る名:FEM_Coil_1

巻数: 100[Turn]

方向:ループコイル/磁場方向指定

磁場方向ベクトル:X=0、Y=0、Z=1

Coil2

電流

波形:外部回路連成交流

回路上の切る名:FEM_Coil_2

巻数: 100[Turn]

方向:ループコイル/磁場方向指定

磁場方向ベクトル:X=0、Y=0、Z=1

境界条件

設定なし

解析結果

0.25641e-5[s]での磁束密度分布を示します。

 

回路電流波形を示します。

電圧源(cos波)に対し、1次コイルの電流(青色の波形)はsin波になってπ/2位相がずれていることが分かります。

1次コイルの電流と2次コイルの電流は逆位相になっていることが分かります。

 

インダクタンスの計算結果を示します。

自己インダクタンス[H]  相互インダクタンス[H]

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