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誘導加熱解析事例

連成 有限要素法 周波数応答 過渡応答

磁界・熱伝導連成解析(強連成)

交流電源に接続されたコイルの中に金属等の導体を置くと、コイルと導体は
離れているにもかかわらず導体の表面に渦電流が発生し、そのジュール熱に
より発熱します。
この渦電流は、磁界が時間的に変動することにより発生しますが、磁界は
導体の比透磁率の影響を受けます。この比透磁率が温度の影響を受ける
(温度依存性)場合の解析をF-MAGで行いました。
これまで比透磁率の温度依存性を考慮した強連成解析は手動でしかできま
せんでしたが、F-MAGでは、このプロセスが自動化され、この強連成解析
が簡単にできるようになりました。
磁界・熱伝導連成解析モデル外観
磁界・熱伝導連成解析モデル外観
渦電流解析では、金属(歯車)の比透磁率の温度依存性を右図のように
設定し、コイルには2000[A]/100[kHz]の電流を印加しました。
熱伝導解析では、渦電流解析により計算された発熱密度を荷重とし、
0.25秒間隔で5秒間、20ステップの計算を行い、温度の時間的な変化
を求めました。
比透磁率
解析結果以下の通りです。
磁界・熱伝導連成解析 磁束密度分布

図1. 磁束密度分布[T] 実部
磁界・熱伝導連成解析 磁束密度分布

図2. 磁束密度分布[T] 虚部
磁界・熱伝導連成解析 発熱密度分布

図3. 発熱密度分布[W/m3]
温度依存性あり(強連成)
磁界・熱伝導連成解析 発熱密度分布

図4. 発熱密度分布[W/m3]
温度依存性なし(弱連成)*1
*1 最初に計算された発熱密度が最終ステップまで使用されます。

磁界・熱伝導連成解析 発熱量
図5. 発熱量[W]の時間変化

*1 : 1ステップ目のみ発熱を計算

*2 : 温度による比透磁率の変化が生じたときだけ発熱を計算しなおしています。
   すべてのステップにおいて発熱を計算しているわけではありません。

磁界・熱伝導連成解析 温度分布

図6. 温度分布[℃]
温度依存性あり(強連成
磁界・熱伝導連成解析 温度分布

図7. 温度分布[℃]
温度依存性なし(弱連成)

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