連成解析 誘導加熱による歯車の焼入れ

図１に解析対象を示します。



時間変動する電流を流し、歯車の発熱密度分布及び温度分布を求めます。 比透磁率は温度に依存する(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。

●使用したモジュール
「PHOTO-EDDYjωとTHERMOの連成」
本モジュールは発熱ファイルを介さず自動で解析することができます。






　　　　　　　　　　　　　　　　図１．概要図




図２、図３に解析で使用したメッシュデータを示します。



　　　　　　　図２．メッシュ図 全体　　　　　　　　　　　　　　　 図３．メッシュ図 解析対象

１．磁場解析(PHOTO-EDDYjω)

○電気・磁気特性

空気	比透磁率	1.0	電気伝導率	0.0[S/m]
コイル	比透磁率	1.0	電気伝導率	0.0[S/m]
金属	比透磁率	温度依存（下図）	電気伝導率	5.0×106[S/m]

　　　　　　　　　　　　　　　図４．比透磁率の温度依存性
　　　　　　　　　　　　　　　　　※１仮想的な物性値としています。

○入力条件

電流値	2000[A]
周波数	100[kHz]

2．熱伝導解析(PHOTO-THERMO)

○熱特性
　　空気、コイル

熱伝導率	0.0256[W/mK]
比熱	1000[J/kgK]
質量密度	1.161[kg/m3]

　　金属

熱伝導率	50[W/mK]
比熱	461[J/kgK]
質量密度	7800[kg/m3]

○入力条件

発熱温度	磁場解析の結果を使用
時刻ステップ	5.0秒間(0.25秒ピッチ、20ステップ)

　　　　　　　　　　(a)実部　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b)虚部
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図５.磁束密度[T]



　　　　　(a) 温度依存性あり(強連成) 　　　　　　　　　　(b) 温度依存性なし(弱連成)※1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図６．発熱密度分布[W/m³]

　　　　　　　　　　　　※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。



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図７．発熱量[W]の時間変化

※１：1ステップ目のみ発熱を計算※２：温度による物性値の変化が生じたときに発熱を計算 各ステップで使用されている発熱量がプロットされています。毎ステップにおいて発熱が計算 されているわけではありません。


　　　　　　(a) 温度依存性あり(強連成)　　　　　　　　　　 (b) 温度依存性なし(弱連成)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図８．温度分布[℃]