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誘導加熱解析事例

磁場/磁界 有限要素法 周波数応答

外場機能を用いたRFIDカードの磁性シートの効果に関する解析

RFIDカードの近傍に金属が設置されていた場合、外部一次コイルによってカード
内の回路に発生する起電力は、金属からの減磁効果により著しく低下します。
この減磁効果を抑えるためカード表面に磁性シートを装着した場合、起電力に
どのような変化が生じるかPHOTO-EDDYjωで解析を行いました。

今回の解析モデルの概要図は下記図1~6の通りです。

RFIDカードの断面図 RFIDカードの回路
図1:RFID カードの断面図 図2:RFID カードの回路(※)
RFIDカードの回路 RFIDカード
図3:RFID カードの回路(※) 図4:RFID カードの全体
※ 回路は閉じた導線として簡易化しています。
RFIDカード外観図 RFIDカード外観図
図5:金属とRFID カード 図6:金属とRFID カード(断面図)

一般的にはRFIDカードがリーダ・ライタの方向に移動しますが、今回は解析を容易
にするために、RFIDカードに対してリーダ・ライタ側の一次コイルが並進すると仮定し、
各位置で回路に発生する起電力を計算しました。
この時、各時刻でRFIDカードと一次コイルの相対的な位置が変化してしまうため、
位置毎にメッシュを作成する必要がありますが、外場機能を利用することで、一次
コイルとRFID カードのメッシュを別々に作成しても(節点を共有していなくても)計算
が可能です。
これによりメッシュを何度も作成する手間を省くことができます。

なお、外場機能につきましては技術情報のコーナーで詳しくご紹介しておりますので、
そちらをご覧ください。    外場併用法へ 外場併用法はこちらへ

一次コイルとRFID カードの位置関係は図7の通りです。

RFIDカード外観図

図7:一次コイルとRFID カードの位置関係

リーダ・ライタ側の一次コイルの初期位置をRFIDカードの中心位置からX方向に
[-1.05m]の位置に配置します。
リーダ・ライタ側の一次コイルは[+15cm/sec]の速度で移動させ、RFIDカードの中心
位置まで1秒間隔で7秒間の解析を行いました。

比較のため以下3パターンについて解析を行いました。
   ケース1 : カード近傍に金属無し、磁性体シートが無しの場合
   ケース2 : カード近傍に金属有り、磁性体シートが無しの場合
   ケース3 : カード近傍に金属有り、磁性体シートが有りの場合

リーダ・ライタ側の一次コイルには、周波数[13.56MHz] の[50mA]の電流を入力しま
した。


解析結果は図8~9のようになりました。

今回は周波数応答解析を行っています
ので、実部は t = 0(入力と同相)の時、
虚部は t = -T/4の時の計算結果を
表しています。
外場機能を用いたRFIDカードの磁性シートの効果に関する解析 起電力

図8: RFID カード回路に発生する起電力(実部)のグラフ
外場機能を用いたRFIDカードの磁性シートの効果に関する解析 起電力

図9: RFID カード回路に発生する起電力(虚部)のグラフ

ケース1に比べ、ケース2およびケース3の誘導起電力は、近傍の金属の減磁効果
により著しく低下していることがわかります。

しかし、ケース3では磁性シートを装着することにより、金属側からの渦電流による
磁束線を磁性シートが吸収するため、ケース2に比べ、実部で[1.64倍]、虚部で
[1.37倍]の誘導起電力を求めることができました。

今回は外場機能を用いることにより、一次コイルの位置変更や、電流、周波数、
RFIDの物性値等の変更作業が簡単にでき、繰り返し必要な再計算の手間をかなり
省くことができました。

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