マグネットの設計

30年以上の磁石設計の中心

30年以上にわたって、多くの科学者やエンジニアは、要求性能を最大限に達成すべくマグネットシステムの設計・最適化にOperaの有限要素法を使ってきました。モータから最先端の荷電粒子物理の実証研究まで、多くの科学や技術がマグネット性能に頼っています。Operaは、信頼できる精度、使いやすさ、ルーチン化された大規模で複雑なシュミレーションの処理機能によって、あらゆるタイプのマグネット対して最も主流の有限要素法ツールとしての立場を博しています。

機能と結果は何ですか?

Quench in a LTS magnet with an HTS insert

設計者のための主な機能:

・先進的有限要素法を使った2次元、3次元デバイスの評価
・電磁場、熱解析で、完全な非線形や直行異方性の部分的マテリアル定義
・完全な異方性の構造マテリアル定義
・測定と比較できる精度
・様々な設計を迅速にテスト
・実条件下でのテスト(例えば、全ての通常運転から異常時を通して解析)
・電源と負荷
・熱解析と応力解析
・磁気ヒステリシス

主な結果出力:

・フィールドの分布図
・フィールドの均一性、勾配
・フーリエ解析係数
・ルジャンドル多項式
・コイルの最大磁場
・漂遊磁界/シールド効果(EMC/EMI)
・粒子ビーム軌道
・パルスマグネットの動的性能
・力と損失-コイル、ヨーク、シールド
・機械的負荷による変形と圧力
・クールダウン プレ・ストレス
・クエンチ拡散
・保護回路の性能
・巻き線間/層間電圧
・固有振動数とQファクター

Operaは、粒子加速器、イオンビームデバイス、MRI/NMR、その他多くのマグネットデバイスに対するマグネット設計の科学コミュニティで広く使われています。アプリケーションで使うことを目的としたソフトウェアは、長年にわたって進化し続け、今日では電磁場に熱、応力解析を加えた解析が可能な包括的なマルチフィジックスシミュレーションを提供しています。また、ソフトウェアは電磁場内での荷電粒子の軌道を計算できます。

MRI/NMRのアプリケーションでは、イメージ画像生成部で非常に高い精度が要求されるため、特にこのソフトウェアが必要とされています。Operaは、この要求を念頭において開発され、結果としてMRI/NMR装置メーカーは、超電導マグネットの設計、クエンチシミュレーション、マグネットのシールド設計にOperaを使用しています。今日では電磁場に熱、応力解析を加えた解析が可能な包括的なマルチフィジックスシミュレーションを提供しています。

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Operaを選ぶ理由

現実の条件に対して、99%の精度

永久磁石、抵抗磁石、超伝導磁石の高精度フィールド計算

新規ライセンスに対しては、Operaを習得するために1年間無料サポート

イメージングアプリケーションとアクセラレータマグネット技術の最先端に取り組んでいる専門家の経験に頼る

一貫性のある正確さと使いやすさ

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オペラは1984年以来電磁気設計の最前線に立っています

よくある質問

[efaccordion id=”01″] [efitems title=”加速器のマグネットでは、荷電粒子ビームの軌道コントロールや収束に磁場を使います。Operaにおいて磁場の品質を迅速に評価するツールは何ですか。また、粒子ビームの挙動を見ることができますか。” text=”Operaのポスト処理に、フィールドの均質や空間での変化率の特性付けを行うツールが用意されています。2極、4極、さらに多極のマグネットに対する特性は、円周、ないしはその一部に対するフーリエ係数として計算することが通例です。また、球面上のフィールドの均一性も計算することができます。どの点でもフィールドの値を計算でき、Operaは、マグネット内やマグネットの開口部からでた個々の荷電粒子や粒子システムの軌道を直接計算することができます。結果は様々な方法で表示できますが、主な出力は以下の通りです。
・モデル上での3Dの軌道表示
・主座標面に投影
・任意の2D平面でインターセプト
・電流、パワー密度マップ”] [efitems title=”
Operaはパルスマグネットをモデルできますか。特にコンダクタ内の電流分布を知りたいのですが。また、積層構造はどのように計算しますか。” text=”Operaは、巻線に対して、ユーザ指定のパルスによる電流、電圧で過渡的シミュレーションができます。シミュレーションは表皮効果や近接効果を捉えることができます。積層構造のマグネットに対して、Operaは”パック”構造のバルクモデル(マグネットのヨークなど)として扱うことができ、個々の積層をモデル化する必要がありません。設計者は、積層のパック率と積層面の方向だけを指定するだけです。”] [efitems title=”Operaは、マグネットの超電導コイル内のどのような物理現象を捉えることができますか。” text=”超電導マグネットは、ほとんどの場合標準のコイルモデルを使って精度よくモデル化することができます。しかし、Operaは必要に応じて、超電導の詳細な物理現象をモデル化するために包括的な機能を備えています。例えば、マイスナー効果による超電導電流によるシールド、マグネット電流の通電・遮断によるヒステリシス効果など。Operaでの超電導コイル解析で最も精巧なモデリングは、クエンチシミュレーションです。Opera-3dのクエンチシミュレーションは、過渡的に熱と電磁場を連成して方程式を解きます。また、電源/保護回路を接続した完全なコイルをモデリングすることができ、保護回路の有効性を検証することができます。シミュレーションでは、コイルのフォーマーやサポート材で発生する渦電流による熱計算を含めることができます。Operaは、1つのコイルモデルやシステムの全コイルに対してクエンチをシミュレーション出来ますが、また、LTやHTの個々の超電導線をモデル化することもできます。”] [/efaccordion]

[efaccordion id=”01″] [efitems title=”NMRやMRIマグネットのシュミレーションの精度は?” text=”通常、超電導NMR/MRIマグネットは、イメージ画像領域のフィールドの均一性をPPMで測定する非常に高い精度が求められた専用のコイルモデルによって構成されています。この精度のレベルは、磁気的に敏感なHigh-QNMR共鳴に依存するアプリケーションでは必須です。このような高い精度を達成したことによって、Operaは全世界中の超電導NMR/MRIマグネットの設計では第一位のシミュレーションソフトウェアとしての業績を誇っています。”] [efitems title=”超電導のMRIソレノイドコイルを設計していますが、マグネットの均一性に対して、部屋のシールドや鉄筋の小さな影響を調べる必要があります” text=”Opera-3dの静磁場解析モジュール(TOSCAとして知られています)で使われている方式は、このタイプの摂動問題を非常に高い精度で解くことができます。シールドされていないソレノイドのフィールドは、Biot-Savart式から100万分の1の精度で計算できます。シールドと鉄筋によるわずかな中心磁場の摂動は、通常1000分の1のオーダーで、Operaの精度で十分に適用できます。”] [efitems title=”MRI施設のシールドの有効性を検証することができますか。” text=”はい、できます。Operaは、全体モデル内に高いフィールドが含まれていても、シールド空間の比較的小さい漏洩フィールドを非常に精度よく計算できます。ポスト処理では、同フィールドの面を簡単に表示でき、例えば、5Gaussフィールド面を3D表示できます。”] [/efaccordion]