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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 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
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 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
被加熱体:導体(磁性体)
/電流周波数 :100KHz
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 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
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 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
被加熱体:導体(磁性体)
/電流周波数 :100KHz
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ご覧ください。こちら
ご覧ください。

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