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  5. 解析事例


誘導加熱による歯車の焼入れ

(比透磁率の温度依存性を考慮)

時間変動する電流を流し、歯車の発熱密度
分布および温度分布を「PHOTO-EDDYjωと
THERMOの連成
」で解析しました。

今回は比透磁率を、温度に依存する(強連
成)場合と依存しない(弱連成)場合について
解析を行いました。
誘導加熱による歯車の焼入れ解析モデル外観
図1 解析モデル外観図
これまで「PHOTO-EDDYjω」と「PHOTO-
THERMO
」による連成解析で比透磁率の温
度依存性を考慮するためには、「PHOTO-
THERMO」から出力された発熱ファイルデー
タを「PHOTO-EDDYjω」が読み込む必要が
ありましたが、「PHOTO-EDDYjωとTHERMO
の連成」ではこのプロセスが自動化されまし
たので、発熱ファイルを介さずに自動で解析
することができます。
誘導加熱による歯車の焼入れ解析 メッシュ
図2 メッシュ図(全体)
今回解析しました解析モデルは、図1の通り
です。
誘導加熱による歯車の焼入れ解析 メッシュ
図3 メッシュ図(解析対象)
渦電流解析では、金属(歯車)の比透磁率の
温度依存性を図4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。
比透磁率意
図4 比透磁率の温度依存性
(仮想的な物性値としています。)

解析結果は以下の通りです。

誘導加熱による歯車の焼入れ解析 磁束密度 誘導加熱による歯車の焼入れ解析 磁束密度
図5 磁束密度[T] 実部 図6 磁束密度[T] 虚部
誘導加熱による歯車の焼入れ解析 発熱密度 誘導加熱による歯車の焼入れ解析 発熱密度
図7 発熱密度分布[W/m3]
温度依存性あり(強連成)
図8 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。

発熱量 グラフ

図9. 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。

誘導加熱による歯車の焼入れ解析 温度分布 誘導加熱による歯車の焼入れ解析 磁束密度
図10 温度分布[℃]
温度依存性あり(強連成)
図6 磁束密度[T] 虚部

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