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電界 有限要素法 過渡応答

PTCレジンヒータの電流分布解析事例

PTCレジンヒータの電流分布解析をF-VOLTで解析しました。
PTCレジンヒータは、PTCレジンの温度が上昇するとその固有抵抗値が上がって電流が制限され、ある温度以上には上昇しないという特長を持っています。
F-VOLTでは、電気伝導率の温度依存性を考慮することができますので、今回はその機能を利用して計算しました。

今回解析しましたモデルの外観図は図1と図2の通りです。

PTCレジンヒータ電流分布解析モデル

図1 PTCレジンヒータの外観図
  PTCレジンヒータ電流分布解析モデル

図2 PTC樹脂の外観図

PTCレジンヒータの温度と電気伝導率の関係は図3の通りです。

電気伝導率

図3 温度と電気伝導率のグラフ

今回は、PTC樹脂(抵抗率の温度依存)の電気伝導率を30℃、60℃、100℃の3ケースについて解析しました。
その結果求めた発熱量をプロットすると、図4のようなグラフになりました。

温度と発熱のグラフ

図4 温度と発熱のグラフ

各温度での電界分布コンター図と電流密度分布コンター図は、以下の通りです。

PTCレジンヒータ電流分布解析 電場分布

図5 電界分布コンタ図(30℃)(単位:V/m)
PTCレジンヒータ電流分布解析 電流密度分布

図6 電流密度分布コンタ図(30℃)(単位:A/㎡)
PTCレジンヒータ電流分布解析 発熱密度

図7 電界分布コンタ図 (30℃)(単位:V/m)
PTCレジンヒータ電流分布解析 発熱密度

図8 発熱密度分布コンタ図(60℃)(単位:W/m3)
PTCレジンヒータ電流分布解析 電流密度分布

図9 電流密度分布コンタ図(60℃)(単位:A/㎡)
PTCレジンヒータ電流分布解析 発熱密度

図10 発熱密度分布コンタ図(60℃(単位:W/m3)
PTCレジンヒータ電流分布解析 電場分布

図11 電界分布コンタ図(90℃)(単位:V/m)
PTCレジンヒータ電流分布解析 電流密度分布

図12 電流密度分布コンタ図(90℃)(単位:A/㎡)
PTCレジンヒータ電流分布解析 発熱密度

図13 発熱密度分布コンタ(90℃) (単位:W/m3)

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