AC/DC 模块更新

COMSOL Multiphysics® 6.0 版本为“AC/DC 模块”的用户引入了增强的电机建模功能、多层材料的全耦合感应加热,以及对磁场,仅电流 接口的频域建模功能。请阅读以下内容,进一步了解这些更新及其他新增功能。

“旋转机械,磁”接口的 Arkkio 扭矩计算特征

旋转电机的转子和定子之间通常有一个圆柱型气隙,其中会由于交变电磁场产生力和扭矩。旋转机械,磁 接口中新增的 Arkkio 扭矩计算 特征可以分析气隙中的磁场,并且能够在二维和三维中轻松地计算施加在转子和定子上的总扭矩。此外,新版本还提供一些对电机设计非常重要的后处理物理量,其中包括气隙中的径向力密度、方位力密度、径向磁通密度和方位磁通密度。Arkkio 扭矩计算 特征需要“AC/DC 模块”,您可以在以下教学案例中查看这一特征的应用演示:


同步电机,定子上有三相绕组,转子上有表面贴装式永磁体。

磁场接口的周期对

磁场 接口中新增的周期对 特征简化了直线机器(如电机、发电机、执行器和传感器)二维模型的建模。假设设备具有周期性,而不是对整个设备进行建模:通常包含一个或多个单元,忽略端部效应。此特征需要“AC/DC 模块”,您可以在新增的直线电机二维模型教学案例中查看相关的应用演示。


同步直线电机,静止部件上有三相绕组,运动部件上有永磁体。

磁力学多物理场接口

新版本新增了两个物理场接口,用于分析耦合的磁和机械效应:磁力学 接口和磁力学,无电流 接口。当您添加这样的接口后,模型中会添加两个物理场接口:固体力学 以及磁场磁场,无电流。此外,还新增了磁机械力 多物理场耦合。这些接口可以在添加物理场 树中的电磁学和力学 分支下找到。您可以在新增的铁板的磁力变形教学案例中查看这一功能的应用演示。

请注意,除了“AC/DC 模块”外,这些接口还需要“MEMS 模块”、“结构力学模块”或“声学模块”。


交流接触器的动态特性。交流接触器是一种特殊的开关,由输送交流电流的线圈激活。

“旋转机械,磁”接口的磁致伸缩

磁致伸缩材料在磁场的影响下表现出自由应变特性,这种效应会导致变压器发出低沉的嗡嗡声等问题。磁致伸缩 多物理场耦合以前仅适用于固体力学磁场 接口,现在也可用于连接固体力学旋转机械,磁 物理场接口。它可以在三维、二维和二维轴对称模式下使用。您可以在现有的非线性磁致伸缩换能器教学案例中查看磁致伸缩的应用演示。

请注意,除了“AC/DC 模块”外,这种多物理场耦合还需要“MEMS 模块”、“结构力学模块”或“声学模块”。


同步永磁电机的定子由于磁致伸缩而变形(不考虑齿槽力,位移未经过缩放)。

“磁场,仅电流”接口的频域支持

磁场,仅电流 接口旨在高效计算三维复杂电路的集总电感矩阵和电阻矩阵,现已扩展为包含频域支持。这是使用新增的带初始化的频域源扫描 研究步骤完成的。它可以用来计算开路导体产生的磁场的部分贡献,例如印刷电路板 (PCB) 上常见的磁场。您可以在现有的 PCB 线圈的电感矩阵计算教学案例中查看这一研究步骤的应用演示。

与 COMSOL Multiphysics® 5.6 版本中引入的稳态源扫描 相比,其主要区别在于频域解包含集肤效应和邻近效应,这样就可以提取低频到中频(在电容效应尚未占主导地位的范围内)的电感矩阵。此外,电阻和电感矩阵的自动化后处理也得到了显著改进。请注意,磁场,仅电流 接口及其研究类型需要“AC/DC 模块”。

12 个 PCB 线圈的电感矩阵模型,其中显示磁通密度。 使用频域源扫描 提取 12 个 PCB 线圈的电感矩阵。

终端、导体和集总端口的按连通性拆分选项

新增的按连通性拆分 选项在以下位置的终端 节点的上下文菜单中可用:例如,静电磁场和电场 接口;磁场,仅电流 接口中的导体 节点;以及磁场 接口中的集总端口

当模型包含多个导电域时,此选项非常有用,其中一些域相互接触,而另一些域与其他域绝缘。这种情况在 PCB 或触摸屏中很常见。为此类设备提取电阻、电感和电容矩阵时,您通常需要获取每个单独的“导体”(或包含所有导电域的选择的每个绝缘部分),为每个导体指定一个终端端口 特征,然后执行扫描。通过这个新功能,您可以向模型中添加单个终端 特征,获得包含所有导体的单个选择,然后选择按连通性拆分,为每个导体自动生成单独的终端 特征,这将大大加快您的工作流程。

此功能需要“AC/DC 模块”,您可以在 PCB 线圈的电感矩阵计算电容式位置传感器的有限元建模教学案例中查看相关的应用演示。

磁场接口的多层过渡边界条件

在中低频下,磁场 接口中新增的多层过渡边界条件 可用于模拟复合电磁屏蔽材料,例如,包含镍铁高导磁率合金层和铜层的材料,或电路板上的镀金铜。在较高频率下,此特征甚至可以用于模拟射频超材料和抗反射涂层,不过对于这些应用,通常您可能会在“RF 模块”或“波动光学模块”中使用更加专业的建模功能来实现。此特征一般与全局材料 节点中的多层材料材料 节点中的多层材料链接 一起使用。此外,与扩展的电磁热,多层壳 多物理场耦合一起使用时,多层过渡边界条件 支持层堆叠中的全耦合感应加热。请注意,多层过渡边界条件 特征需要“AC/DC 模块”。

多层过渡边界条件的全耦合电磁热

电磁热,多层壳 多物理场耦合已得到扩展,现在支持二维和三维中频域-稳态和频域-瞬态研究类型的磁场 接口中的多层过渡边界条件多层过渡边界条件 采用每个层的可能与温度相关的层平均材料属性,并使用它们计算电磁场在层堆叠中的传播和功率损耗,然后将层平均热源反馈到热仿真中。您可以将其与固体传热 接口中的薄层 特征一起使用,研究层堆叠中的温度分布。例如,典型用例包括多层复合材料的感应焊接。请注意,电磁热,多层壳 多物理场耦合需要“传热模块”或“AC/DC 模块”。


含有金属层和聚合物层的膜受到外部电磁场的作用。感应电流使多层材料升温。

各种接口的对称平面特征

新增的对称平面 特征可用于以下物理场接口:静电电流磁场磁场,无电流静电电流 的对称平面为电场提供了对称和反对称条件。对于磁场磁场,无电流 接口,您可以分别为磁通密度 B 和 磁场 H 设置对称类型。您可以在多个教学案例中查看这一新特征的应用演示:

电介质的德拜色散模型

新版本为介电材料新增了阻尼模型。在电荷守恒 下,当材料类型设置为固体 时,现在可以使用色散 介电材料模型。在色散 子节点中,您可以在德拜多极德拜 色散模型之间进行选择。此功能可用于频域和瞬态分析。请注意,此材料模型需要“AC/DC 模块”或“MEMS 模块”。

线性旋度单元的新代数多重网格预条件器

辅助空间代数多重网格 (ASAMG) 预条件器是辅助空间麦克斯韦 (AMS) 求解器的一个实现方式。对于“AC/DC 模块”,它现在可以作为磁场 接口默认求解器配置中的备用预配置求解器,可以用于当该接口的离散化在三维中设置为线性 时的求解。请注意,在三维中,磁场 接口需要“AC/DC 模块”。

“模型开发器”的特写视图,其中突出显示“辅助空间 AMG”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示电机三维模型。 磁场 接口的离散化设置为线性 时,软件中会显示“辅助空间 AMG”预条件器。

电机几何零件库

新版本新增了一个几何零件库,专门用于在二维中对旋转电机进行建模。它包含三个内部永磁转子和一个外部定子,配有线圈。转子设计完全参数化,包括以下类型:嵌入式磁体嵌入式磁体(V 形构型)表面贴装式磁体。以下教学案例中使用了这些几何零件:

绘制默认绘图功能改进

作为 COMSOL Multiphysics® 5.6 版本中默认绘图改进的扩展,“AC/DC 模块”中的绘制默认绘图现在采用新增的颜色表和绘图特征,如流线多切面 绘图。新增的 Prism 颜色表经过专门设计,用于具有奇异趋势的矢量场模,如电场模磁通密度模。多切面和流线图相结合,可以指示场强和方向。对于使用标量势公式的物理场接口,即静电电流磁场和电场磁场,无电流,添加了使用对称 Dipole 颜色表的额外绘图组。

“模型开发器”的特写视图,其中突出显示“多切面”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示导线模型。 新增的默认绘图对应于磁场 接口(磁通密度模)。

后处理中的 Touchstone 导出支持

静电电流磁场 接口可以通过端口或终端扫描生成 S 参数矩阵。除了软件早期版本中的旧 Touchstone 导出功能外,这些物理场接口现在还支持后处理期间可用的 Touchstone 导出功能。

电路改进

新版本对电路 接口进行了许多修复和扩展,包括支持导入和导出互感 SPICE 元素 K,更稳定、更通用的SPICE 导入。请注意,许多产品都支持此接口,包括“AC/DC 模块”、“MEMS 模块”、“等离子体模块”、“RF 模块”、“半导体模块”和“电池模块”。

新增的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.0 版本的“AC/DC 模块”引入了多个新的教学案例。