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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

表皮効果

交流電源に接続されたコイルの中に導体を置くと、導体の表面付近で渦電流が発生し、そのジュール熱で導体の表面が発熱します。
この渦電流は、導体の透磁率と電気伝導率および交流電源の周波数が高くなるほど、より表面に発生します(表皮効果)。
誘導加熱解析モデル外観図

誘導加熱モデル外観図
そこで今回は、被加熱体である導体を磁性体と非磁性体のケースに分け、このコイルの交流電源の周波数と表皮効果の関係をそれぞれF-MAG を使用してシミュレーションしてみました。 誘導加熱解析

F-MAGに読み込まれた
コイルと導体

解析結果は下図の通りです。(磁束密度分布コンター図 (単位:T))

・ 磁束密度分布コンター図 (単位:T)

誘導加熱解析 磁束密度

被加熱体:導体(磁性体)
/電流周波数 :10Hz
誘導加熱解析 磁束密度

被加熱体:導体(磁性体)
/電流周波数 :1KHz
誘導加熱解析 磁束密度

被加熱体:導体(磁性体)
/電流周波数 :10KHz
誘導加熱解析 磁束密度

被加熱体:導体(磁性体)
/電流周波数 :100KH
非磁性体は透磁率が磁性体より小さいので、その分表皮層の厚さが大きくなり、
磁束は表面近くにあまり集中しない現象が見られます。
誘導加熱解析 磁束密度

被加熱体:導体(非磁性体)
/電流周波数 :1KHz

・ 渦電流密度分布コンター図 (単位:A/m2)

誘導加熱解析 渦電流密度

被加熱体:導体(磁性体)
/電流周波数 :5KHz
誘導加熱解析 渦電流密度

被加熱体:導体(磁性体)
/電流周波数 :1KHz
誘導加熱解析 渦電流密度

被加熱体:導体 (磁性体)
/電流周波数 :100KHz
誘導加熱解析 磁束密度

被加熱体:導体(磁性体)
/電流周波数 :100KH
非磁束密度分布の場合と同じように非磁性体では、渦電流が表面近にあまり
集中せず、電流周波数が[100KHz]でも、右図の程度です。
誘導加熱解析 渦電流密度

被加熱体:導体(非磁性体)
/電流周波数 :1KHz
導体が磁性体と非磁性体の場合で発熱総量を比較すると、グラフは右図のように
なります。磁性体では磁化により磁束が発生する分だけ、その逆起電圧による
渦電流の発生量も多くなり、発熱総量も増加することがわかります。
誘導加熱解析 発熱量

※ 縦軸の発熱総量(W)は
磁性体の最大発熱総量を[1]と
した場合の対数値です。

表皮領域に渦電流が流れ発熱する現象は、高周波交流電流の電磁誘導による発熱で誘導加熱と呼ばれています。

誘導加熱シミュレーションにつきましてはこちらでご覧ください。

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