Nouveautés du module AC/DC

Pour les utilisateurs du module AC/DC, la version 6.0 de COMSOL Multiphysics® apporte des améliorations pour la modélisation des moteurs, du couplage fort pour le chauffage par induction dans les matériaux multicouches et le domaine fréquentiel est supporté pour l'interface Champs magnétiques, courants seuls. A découvrir ci-dessous, entre autres nouveautés.

Calcul du couple d'Arkkio pour l'interface Machines tournantes, magnétique

Les machines tournantes possèdent généralement un entrefer cylindrique entre le rotor et le stator, où les champs électromagnétiques sont échangés et où les forces et le couple sont exercés. La nouvelle fonctionnalité Calcul du couple d'Arkkio de l'interface Machines tournantes, magnétique analyse les champs dans cet entrefer et permet d'évaluer facilement le couple total exercé sur le rotor et le stator en 2D et 3D. Plusieurs quantités importantes pour la conception des moteurs sont également disponibles en post-traitement. Il s'agit notamment de la densité de force radiale, de la densité de force azimutale, de la densité de flux magnétique radiale et de la densité de flux magnétique azimutale dans l'entrefer. La fonction Calcul du couple d'Arkkio nécessite le module AC/DC et est utilisée dans les modèles suivants :


Un moteur synchrone avec un enroulement triphasé sur le stator et des aimants permanents montés en surface sur le rotor.

Paire périodique pour l'interface Champ magnétique

La nouvelle fonctionnalité Paire Périodique de l'interface Champ magnétique simplifie la modélisation des machines linéaires en 2D (machines de type moteurs, générateurs, actionneurs et capteurs). Au lieu de modéliser l'ensemble du dispositif, on suppose une périodicité: typiquement, une ou deux cellules unitaires sont incluses, en ignorant les effets de bords. Cette fonctionnalité nécessite le module AC/DC et est utilisée dans le nouveau tutoriel Moteur linéaire en 2D.


Un moteur linéaire synchrone avec un enroulement triphasé sur la partie fixe et des aimants permanents sur la partie mobile.

Interfaces multiphysiques de magnétomécanique

Deux nouvelles interfaces physique pour l'analyse du couplage entre les effets magnétiques et mécaniques ont été ajoutées : Magnétomécanique et Magnétomécanique, courants nuls. Lorsque vous ajoutez une telle interface, deux interfaces physiques sont ajoutées au modèle : Mécanique du solide et soit Champ magnétique, soit Champ magnétique, courants nuls. Le nouveau couplage multiphysique Forces magnétomécaniques est également ajouté. Ces interfaces se trouvent sous la branche Electromagnétique et Mécanique lors de l'opération Ajouter une physique. Vous pouvez voir cette fonctionnalité dans le nouveau tutoriel Déformation d'une plaque de fer par une force magnétique.

Notez qu'en plus du module AC/DC, ces interfaces requièrent le module MEMS, le module Structural Mechanics ou le module Acoustics.


Comportement dynamique d'un contacteur AC. Un contacteur AC est un type particulier d'interrupteur qui est activé par une bobine transportant un courant alternatif.

Magnétostriction pour l'interface Machines tournantes, magnétique

Les matériaux magnétostrictifs présentent une déformation libre sous l'influence d'un champ magnétique. C'est l'effet qui provoque par exemple le bourdonnement grave provenant d'un transformateur. Alors qu'il n'était auparavant disponible que pour les interfaces Mécanique du solide et Champ magnétique, le couplage multiphysique Magnétostriction peut désormais être utilisé pour connecter les interfaces physiques Mécanique du solide et Machine tournante, magnétique. Il est disponible en 3D, 2D et 2D-axisymétrique. La magnétostriction est montrée dans le tutoriel existant Transducteur magnétostrictif non linéaire.

Notez qu'en plus du module AC/DC, ce couplage multiphysique nécessite soit le module MEMS, soit le module Structural Mechanics, soit le module Acoustics.


Le stator d'un moteur synchrone à aimant permanent se déforme sous l'effet de la magnétostriction (les forces de saillances sont exclues et les déplacements ne sont pas à l'échelle).

Support du domaine fréquentiel pour l'interface Champ magnétique, courants seuls

L'interface Champ magnétique, courants seuls, conçue pour calculer efficacement les matrices d'inductance réduites et les matrices de résistance de circuits complexes en 3D, a été étendue pour inclure le support du domaine fréquentiel. Ceci est réalisé à l'aide de la nouvelle étape d'étude Balayage des sources en domaine fréquentiel avec initialisation. Elle peut être utilisée pour calculer les contributions partielles des champs magnétiques générés par des conducteurs ouverts, tels que ceux que l'on trouve couramment sur les cartes de circuits imprimés (PCB). Cette étape d'étude est utilisée dans le tutoriel existant Calcul de la matrice d'inductance de bobines d'un PCB.

La principale différence par rapport au Balayage des sources stationnaire, introduit dans COMSOL Multiphysics® en version 5.6, est que la solution dans le domaine fréquentiel tient compte des effets de peau et de proximité. Cela permet d'extraire des matrices d'inductance aux basses et moyennes fréquences (dans la gamme de fréquences où les effets capacitifs ne sont pas encore dominants). Le post-traitement automatique des matrices de résistance et d'inductance a également été considérablement amélioré. Notez que l'interface Champ magnétique, courants seuls et ses types d'études nécessitent le module AC/DC.

Un modèle de matrice d'inductance avec douze bobines PCB montrant la densité de flux magnétique. La matrice d'inductance de douze bobines de PCB est extraite à l'aide d'un balayage des sources dans le domaine fréquentiel.

Fonctionnalité de séparation par connectivité pour les terminaux, les conducteurs et pour les ports réduits

La nouvelle fonctionnalité Séparation par connectivité est disponible dans le menu contextuel pour les nœuds Terminal dans l'interface Electrostatique, l'interface Champs magnétiques et électriques, pour les nœuds Conducteur dans l'interface Champ magnétique, courants seuls et pour le Port réduit dans l'interface Champ magnétique.

Cette option est utile lorsqu'un modèle contient de nombreux domaines électriquement conducteurs, dont certains sont en contact et d'autres sont isolés du reste. Cette situation est courante pour les PCB ou les écrans tactiles. Lors de l'extraction des matrices de résistance, d'inductance et de capacitance pour un tel dispositif, vous souhaitez généralement prendre en compte chaque conducteur individuellement (ou chaque partie isolée de la sélection contenant tous les domaines conducteurs), attribuer une caractéristique Terminal ou Port à chacun d'eux, puis effectuer un balayage. Grâce à cette nouvelle fonctionnalité, vous pouvez ajouter un seul élément Terminal à votre modèle, avoir une seule sélection contenant tous les conducteurs, puis choisir l'option de Séparation par connectivité pour générer automatiquement un élément Terminal distinct pour chaque conducteur individuel. Cette option est de nature à accélérer considérablement la mise au point de la modélisation.

Cette fonctionnalité nécessite le module AC/DC et est utilisée dans les tutoriels Calcul de la matrice d'inductance des bobines d'un PCB et Modélisation d'un capteur de position capacitif par éléments finis.

Condition de transition à la frontière multicouches pour l'interface Champ magnétique

Aux basses et moyennes fréquences, la nouvelle Condition de transition à la frontière multicouches de l'interface Champ magnétique peut être utilisée pour modéliser des blindages électromagnétiques multicouches comme ceux utilisant des couches de mu-métal et de cuivre ou, par exemple, du cuivre plaqué or sur une carte de circuit imprimé. À des fréquences plus élevées, cette fonctionnalité peut même être utilisée pour modéliser des métamatériaux RF et des revêtements antireflets, bien que pour ces applications, on utilise généralement la fonctionnalité correspondante dans le module RF ou le module Wave Optics. La fonctionnalité est utilisée en combinaison avec un Matériau multicouches dans le nœud global Matériaux et un Lien de matériau multicouches dans le nœud Matériaux. Avec le couplage multiphysique étendu Chauffage électromagnétiques, coques multicouches, la Condition de transition à la frontière multicouches prend en charge le chauffage par induction entièrement couplé dans l'empilement de couches. Notez que la fonction Condition de transition à la frontière multicouches nécessite le module AC/DC.

Chauffage électromagnétique entièrement couplé pour la condition de transition à la frontière multicouches

Le couplage multiphysique Chauffage électromagnétique, coque multicouches a été étendu pour prendre en compte la Condition de transition à la frontière multicouches dans l'interface Champ magnétique pour les types d'étude fréquentiel-stationnaire et fréquentiel-temporel en 2D et 3D. La fonctionnalité de Condition de transition à la frontière multicouches prend la moyenne par couche des propriétés matériaux, potentiellement dépendantes de la température, pour chaque couche individuelle et les utilise pour calculer la propagation du champ électromagnétique et la dissipation de puissance dans l'empilement de couches. Les sources de chaleur moyennées par couche sont ensuite réinjectées dans la simulation thermique. Avec la fonctionnalité Couche mince de l'interface Transfert de chaleur dans les solides, cela vous permet d'étudier la distribution de température dans un empilement de couches. Les cas d'utilisation typiques incluent le soudage par induction de matériaux composites stratifiés, par exemple. Notez que le couplage multiphysique Chauffage électromagnétique, coque multicouches nécessite soit le module Heat Transfer, soit le module AC/DC.


Un film contenant des couches métalliques et polymères est soumis à un champ électromagnétique externe. Les courants induits provoquent un échauffement du matériau multicouches.

Fonctionnalités de plans de symétrie pour diverses interfaces

La nouvelle fonctionnalité Plan de symétrie est disponible pour les interfaces physiques suivantes : Electrostatique, Courants électriques, Champ magnétique, et Champs magnétiques, courants nuls. Les plans de symétrie pour Electrostatique et Courants électriques fournissent des conditions de symétrie et d'antisymétrie pour le champ électrique. Pour les interfaces Champ magnétique et Champs magnétiques, sans courants, le type de symétrie peut être défini pour l'induction magnétique B et le champ magnétique H, respectivement. Vous pouvez voir cette nouvelle fonctionnalité dans plusieurs tutoriels, notamment :

Modèles de dispersion pour les diélectriques

De nouveaux modèles de dispersion ont été ajoutés pour les matériaux diélectriques. Sous le noeud Conservation de la charge, lorsque le type de matériau est défini sur Solide, vous pouvez désormais utiliser le modèle de matériau diélectrique Dispersion. Dans le sous-noeud Dispersion, vous pouvez choisir entre les modèles de dispersion Debye et Debye multipolaire. Cette fonctionnalité est disponible pour l'analyse dans le domaine fréquentiel et en régime transitoire. Notez que ce modèle de matériau nécessite le module AC/DC ou le module MEMS.

Nouveau préconditionneur algébrique multigrilles pour les éléments rot linéaires

Le préconditionneur Algébrique multigrille à espace auxiliaire (ASAMG) a été implémenté pour le solveur Maxwell à espace auxiliaire (AMS). Dans le module AC/DC, il est maintenant disponible comme solveur alternatif préconfiguré par défaut pour l'interface Champ magnétique. Il est disponible lorsque la discrétisation de cette interface est définie sur Linéaire en 3D. Notez qu'en 3D, l'interface Champ magnétique nécessite le module AC/DC.

Vue rapprochée du Constructeur de modèles avec le nœud Auxiliary Space AMG en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante et un modèle de moteur 3D dans la fenêtre graphique. Le préconditionneur AMG à espace auxiliaire apparaît lorsque la discrétisation de l'interface Champ magnétique est définie sur Linéaire.

Bibliothèque de pièces pour les moteurs électriques

Une nouvelle bibliothèque de pièces géométriques a été ajoutée spécifiquement pour la modélisation des machines tournantes en 2D. Elle contient trois rotors internes à aimant permanent et un stator externe, équipé de bobines. Les géométries de rotor sont entièrement paramétrées et comprennent les types suivants : aimants intégrés, aimants intégrés (configuration en V), et aimants montés en surface. Ces pièces géométriques sont utilisées dans les tutoriels suivants:

Améliorations des graphiques par défaut

Dans le prolongement des améliorations des graphiques par défaut incluses dans la version 5.6 de COMSOL Multiphysics®, le module AC/DC utilise maintenant de nouvelles palettes de couleurs et de nouvelles fonctionnalités graphiques, comme par exemple le graphique en Lignes de courant multicoupes. Une nouvelle palette de couleurs Prisme a été conçue spécifiquement pour les normes des champs vectoriels contenant des singularités comme la norme du champ électrique ou la norme de la densité de flux magnétique. Les graphiques multicoupes et les graphiques de lignes de courant multicoupes sont combinés pour indiquer à la fois l'intensité et la direction du champ. Pour les interfaces physiques qui utilisent une formulation en potentiel scalaire — Electrostatique, Courants électriques, Champs magnétiques et électriques et Champ magnétique, courants nuls — des groupes de graphiques supplémentaires sont ajoutés qui utilisent la palette de couleurs symétrique Dipole.

Une vue rapprochée du Constructeur de modèle avec le nœud Multicoupes en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante et un modèle de conducteur dans la fenêtre graphique. Le nouveau graphique par défaut correspondant à l'interface Champ magnétique (norme de la densité du flux magnétique).

Export Touchstone en post-traitement

Les interfaces Electrostatique, Courants électriques et Champ magnétique peuvent générer des matrices de paramètres S par le biais de balayages de ports ou de terminaux. En plus de l'ancienne fonctionnalité d'export Touchstone des versions précédentes du logiciel, ces interfaces physiques supportent maintenant la fonctionnalité d'export Touchstone disponible pendant le post-traitement.

Améliorations des circuits électriques

L'interface Circuit électrique a reçu un certain nombre de corrections et d'extensions. Ces améliorations comprennent la prise en charge de l'import et de l'export de l'élément SPICE pour l'inductance mutuelle K et un import SPICE plus robuste en général. Notez que cette interface est supportée par de nombreux produits dont les modules AC/DC, MEMS, Plasma, RF, Semiconductor et Battery Design.

Nouveaux tutoriels

La version 6.0 de COMSOL Multiphysics® apporte plusieurs nouveaux tutoriels au module AC/DC.