OpenModelicaミニ講習会

OpenModelicaミニ講習会
Motorサンプル
オープンCAE学会
西剛伺

ミニ講習会の内容
モータのサンプル（Modelica.Thermal.HeatTransfer.Examples.Motor）を用いて，
OpenModelicaの使用方法基礎を学ぶ．
１．Motorサンプルを使ってみる
２．Modelicaのコンポーネントについて
３．自分でMotorサンプルを作ってみる
2016/2/20 OpenModelicaミニ講習会－オープンCAE勉強会＠関東（流体など） 2

ミニ講習会参加のための事前準備
OpenModelicaをインストールしたPCを持参してください．
（PCなしでも参加可能ですが，内容の大半がハンズオンであるため．）
OpenModelicaは，以下のページからダウンロード可能です．
https://www.openmodelica.org/
Downloadのリンクからインストール
する環境（OS）を選ぶと，ダウンロー
ドページに移動します．
※ ミニ講習会の内容は，Windows
版OpenModelica v1.9.3で動作確認
しています．
32016/2/20 OpenModelicaミニ講習会－オープンCAE勉強会＠関東（流体など）

4
サンプルの内容を調べるには
ドキュメントビューアイ
コンをクリックすると，
ドキュメントブラウザ
に説明が表示される．
本講習会ではHeatTransfer
のモータサンプルを題材に
しますが，使い方に慣れた
ら，さまざまなサンプルを試
してみてください．

Motorサンプルを使ってみる

Motorサンプルを開く
１．OpenModelica Connection Editor（OMEdit）を起動する．
２．ウィンドウ内左側にあるライブラリブラウザのModelica ->
Thermal -> Heat Transfer -> Examples -> Motorをダブルクリッ
クすると，以下のサンプルが開く．

Motorサンプルの構成
Gc = hA
Tw
TA
熱伝達 Q = Gc(Tw-TA)
発熱
熱コンダクタンス
Q = G・ΔT
7
銅損鉄損
巻線の
熱容量
鉄心の
熱容量
熱伝導

Motorサンプルを使ってみる
３．トップメニューのシミュレーション -> シミュレートを選択すると，以下のようなウィン
ドウが開いてコンパイルが開始される．
４．コンパイルが正常に終了すると，コンパイルが 100% に到達し，
Simulation process finished successfully.というメッセージが表示される．
8
使用するPCにも依りますが，コンパイルとシミュレーションの完了には数分か
かります．その間に，少しModelicaのコンポーネントについて学びましょう！

Modelicaのコンポーネントについて

Gc = hA
Tw
TA
熱伝達 Q = Gc(Tw-TA)
発熱
熱コンダクタンス
Q = G・ΔT
10
銅損鉄損
巻線の
熱容量
鉄心の
熱容量
熱伝導

Modelica.Thermal.HeatTransferの構成
Modelica.Thermal.HeatTransferはサンプル（Examples）の他，以下のコンポーネント
が含まれる．主に使用するのはComponents（伝熱経路），Sensors（モニタ），
Sources（境界条件）．

Modelica.Thermal.HeatTransfer
－ Components & Sources
伝熱経路を構築するにはComponentsとSourcesが必要．
熱抵抗 [K/W]
熱容量 [J/K]
熱コンダクタンス [W/K]
伝熱量 [W]を入力として受ける
熱伝達（熱コンダクタンス入力=hA [W/K]）
熱伝達（熱抵抗入力=1/hA [k/W]）
熱放射（要確認）
複数の伝熱経路を接続
固定伝熱量 [W]
固定温度 [K]
温度 [K]を入力として受ける

－ Sensors
Sensorsは温度もしくは伝熱量を確認するのに利用する．
条件付き固定伝熱量センサ [W] ※
温度センサ [K]
温度差センサ [K]
伝熱量センサ [W]
※ useFixedTemperatureがfalseのとき，伝熱量センサと同じ．
useFixedTemperatureがtrueのとき，伝熱量（Q_flow）を
ゼロとし，センサ温度を293.15 [K]にセット．

－温度表示
Sources，Sensorsに含まれるブロックでは，温度単位はK（ケルビン）なので，それ以
外の温度単位を使用したい場合には，Celsius等にある同じアイコンのコンポーネン
トを使用する．
degC（摂氏）表示
degF（華氏）表示
degRk（蘭氏）表示
Ｋ（ケルビン）表示
Ｋ（ケルビン）表示

Motorサンプルの結果を確認する
５．ウィンドウ内右側の変数ブラウザでTcore（鉄心の温度）とTwinding（巻線の温度）
のチェックボックスをオンにすると，グラフにこれらの温度がプロットされる．

Modelica.Blocks.Sources
－定数とコンビタイムテーブル
Blocksには，さまざまな入出力コンポーネントがある．
定数
コンビ
タイム
テーブル

定数
17
コンビタイムテーブル

鉄損と銅損を確認する
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６．ウィンドウ内右側の変数ブラウザで， Tcore（鉄心の温度）とTwinding のチェック
ボックスをオフにし，coreLossesのQ_flow（鉄損）とwindingLossesのQ_flow（銅損）
のチェックボックスをオンにすると，グラフにこれらの値がプロットされる．
鉄損は一定値
銅損は600秒を1周期として，0〜
360秒は100W，360〜600 秒は
1000Wと変動している．

コンビタイムテーブルのパラメータ
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コンビタイムテーブル
７．ウィンドウ内右下にある「モデリング」タブを
選択すると，Motorサンプルが再表示され
る．
８．Motorサンプルのコンビテーブルを右クリッ
クし，右クリックメニューのパラメータを選択
すると，「コンポーネントパラメータ」が表示
される．

コンビタイムテーブルの設定
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tableに設定値が入って
いる．改行して見やすく
すると・・・
[0, 100, 500;
360, 100, 500;
360, 1000, 500;
600, 1000, 500]
つまり，右のようなテーブルになる．
ExtrapolationでPeriodicが選択され
ているので，これを周期的に繰り返す．

シミュレーション時間等の設定は？
21
９．ウィンドウ内左側のライブラリブラウザで，
Motorサンプルを右クリックし，右クリックメ
ニューの「シミュレーションのセットアップ」
を選択すると，「シミュレーションのセット
アップ」が表示される．

TemperatureSensorの記述

自分でMotorサンプルを作ってみる

Modelicaクラスを新規作成
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１．ファイル -> Modelicaクラス
新規作成を選択すると，
「新規Modelicaクラス作成」
が表示される．
２．名前を付け，[OK]ボタンを
クリックすると，ライブラリブ
ラウザにクラスが表示され
る（以下のキャプチャ画面
では，myModelという名前
にしている）．

「熱伝導」部分の作成
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最初に「熱伝導」部分を作りま
す．
３．使用するコンポーネントをド
ラッグアンドドロップすると，
「モデリング」タブ内に配置
できる．下の黒枠内のコン
ポーネントを配置しましょう．
ドラッグアンドドロップ

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４．向きを変えたいコンポーネントがある場合には，
コンポーネント上で右クリック，右クリックメニュー
の回転や反転を選択することで，好みの向きにコ
ンポーネントの表示を変更する．
５．コンポーネント同士を接続する．接続したい一方の
コンポーネントの■もしくは□をドラッグし，別の場
所でドロップした後，もう一方のコンポーネ
ントの■もしくは□の上でクリックすること
でコンポーネント同士をコネクタでつなぐ．
※ 特定点を通るようにコネクタを配線したい場
合には，もう一方のコンポーネントにつなぐ前
に通過させたい場所でクリックする．

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６．各コンポーネントに値を設定する．
コンポーネントをダブルクリックする
と，パラメータウィンドウが開く．
以下のように，コンポーネントに値
を設定しましょう．
heatCapacitor1 : C = 2500 [J/K]
heatCapacitor2 : C = 25000 [J/K]
thermalConductor1 : G = 10 [W/K]

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７．各コンポーネントに名前を付ける．
コンポーネントを右クリックし，右クリックメ
ニューで属性を選択すると，属性ウィンド
ウが開く．
以下のコンポーネントの名前をそれぞれ
変更しましょう．
heatCapacitor1 → winding
heatCapacitor2 → core
thermalConductor1 → winding2core
temperatureSensor1 → Twinding
temperatureSensor2 → Tcore

「熱伝導」部分の作成ーモデルのチェック
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８．モデルに誤りがないかチェックする．
トップメニューのシミュレーション -> モデルチェックを
クリックするか，右図のモデルチェックアイコンをクリッ
クして，モデルチェックを実行しましょう．
（ある程度の規模のモデルを作成する際，入力ミスがあると
どこがエラーの原因か分かりにくくなる．こまめにモデル
チェックを実行することで早めに入力ミスを修正するようにし
ましょう．）
エラーがなければ，以下のようなメッセージが表示される．

「熱伝達」部分の作成
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次に、「熱伝達」部分を作ります．
９． Convection コンポーネントを配置し，
winding2coreと接続する（※1）．続いて，
FixedTemperatureコンポーネントを配置し，
先に配置済みの convection1 と接続する
（※1）．
※1 必要に応じて、配置したコンポーネントを回転もしくは反転させ、見やすくしておきましょう。
※2 分からなくなったら，「熱伝導」部分の作成の手順を確認しましょう。
１０．（Blocks.Sourcesの下にある）Constantコンポーネントを配置
し，先に配置済みのconvection1と接続する（▼と▽をコネクタ
で接続する）（※2）．
１１．fixedTemperature1とconstに以下の値を設定する．
fixedTemperature1 : T = Tamb
const : k = 25

「熱伝達」部分の作成
32
１２．以下のコンポーネントの名前をそれぞれ変更する．
convection1 → convection
fixedTemperature1 → environment
const → convectionConstant
ここまでで，以下のようになっているはずです．

「熱伝達」部分の作成－モデルのチェック
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１３．モデルに誤りがないかモデルチェックをかけてチェックする．
すると，メッセージブラウザに以下のようなエラーが表示されるはずです．
※ 分からなくなったら，「熱伝導」部分の作成の手順を確認しましょう。
エラーの記述Variable Tamb not
found in scope mvModel.による
と，Tambが定義されていないよう
である．
environment コンポーネントに
Tambを設定したにもかかわらず，
Tambを定義していませんでした．
Modelica では，定義済みの型
（SIunits）が用意されており，それ
を利用することで簡単に変数を利
用できる．

変数の宣言
１４．Text Viewアイコンをクリックすると，Modelicaのプログラムが表示さ
れる．
１５．プログラムの冒頭”model”の次の行に，以下の行を挿入する．
１６．再度モデルチェックを実行する．
今度はエラーが出ないはずです．
parameter Modelica.SIunits.Temperature Tamb(displayUnit = "degC") =
293.15 "Ambient temperature";
※ 分からなくなったら，「熱伝導」部分の作成の手順を確認しましょう．

「発熱」部分の作成
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最後に，「発熱」部分を作ります．
１７．ダイヤグラムビューアイコンをクリックして，再びコンポーネント
配置画面に戻る．
１８．（Blocks.Sourcesの下にある）CombiTimeTableコンポーネント
を配置する．
※ 分からなくなったら，「熱伝導」部分の作成の手順を確認しましょう．

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１９．combiTable1コンポーネントに値を設定する．
コンポーネントをダブルクリックすると，パラメータウィンドウが開く．パラメー
タウィンドウが開いたら，以下の２つの欄に値を入力する．
table [0, 100, 500; 360, 100, 500; 360, 1000, 500; 600, 1000, 500]
extrapolation Modelica.Blocks.Types.Extrapolation.Periodic
（periodicを選択しても良い．）

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２０．PrescribedHeatFlowコンポーネントを２つ配置する．
（winding側に置くものをprescribedHeatFlow1 ，core側に置く
ものをprescribedHeatFlow2とする．）
２１．CombiTimeTableコンポーネントをprescribedHeatFlow1と
prescribedHeatFlow2に接続する（▽と▼をコネクタで接続します）（※1）．この
とき，以下のような配列の接続ウィンドウが開くので，prescribedHeatFlow1の
場合には1を，prescribedHeatFlow2の場合には2を入力し、OKボタンを押す．
２２．prescribedHeatFlow1をwindingに，２つ目prescribedHeatFlow2をcoreに接
続する（□と■をコネクタで接続する）（※1）．
※1 必要に応じて，配置したコンポーネントを回転もしくは反転させ，見やすくしておきましょう．
※2 分からなくなったら，「熱伝導」部分の作成の手順を確認しましょう．

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２３．以下のコンポーネントの名前をそれぞれ変更する．
ここまでで，以下のようになって
いるはずです．
２４．再度モデルチェックを実行
し，エラーが出ないないこと
を確認する．
combiTimeTable1 → lossTable
prescribedHeatFlow1 → windingLosses
prescribedHeatFlow2 → coreLosses

シミュレーション時間の設定と実行
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２５．トップメニューのシミュレーション -> シミュ
レーションのセットアップをクリックするか，
右図のシミュレーションのセットアップアイコ
ンをクリックすると，「シミュレーションのセッ
トアップ」が表示される．
２６．終了時刻を7200に変更したら，シ
ミュレートボタンを押す．
２７．グラフをプロットし，Motorサンプル
と同じ結果になっているか確認する．
以上で，ミニ講習会は終了です．

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