Simulation and experiment
解析・試作

時間変化

解析を行うと、所定の時間でどのくらいの温度上昇が得られるかを知ることができます。 時間ごとの温度分布を見ると、加熱される場所や熱の広がり方を視覚的に確認することが出来ます。(図2)

コイルの影響

加熱コイルの位置を変えると、加熱される場所・加熱効率などが変わります。(図3) 加熱コイルとシャフトの距離が2mmのときはコイルの近くの軸側が十分に加熱されますが、距離を4mmにすると発熱量が少なくなり、十分に温度が上がらないことが分かります。また、加熱の温度分布も変わり、熱がフランジ側に広がります。 加熱コイルとシャフトの距離を7mmにするとさらに加熱の温度分布が変わります。軸側ではなくフランジのエッジ部が最も加熱が強くなります。 

コイルとシャフトの距離4mmの場合では発熱量が下がっていましたが、入力電流を増やすことで、広い範囲を十分に温度上昇させることができます。(図4)

距離だけでなく形状でも加熱の様子は変わります。コイルパイプ径を大きくしていくと加熱される場所や加熱効率が変わります。(図5)

見えないものを見る

解析によって、被加熱物のどこに渦電流が発生しているのか、コイルのどこに電流が流れているのかを評価できます。 電流分布から、加熱コイルの位置、コイル形状の妥当性、形状変更の検討をすることができます。 先ほどの事例のコイルとシャフトの距離を変えた場合では、距離が近い方がシャフトの軸側に大きな渦電流が流れています。フランジを含めた全体の表面温度を上げるには、加熱コイルを少し離した位置の方が良いことが分かります(図6) 。ただし、加熱コイルを離すと発熱量が低下するため、投入する電力も大きくする必要があります。

加熱コイルにより生じた磁束線が非加熱物のどこを通るのかを確認することができます。 渦電流は磁束の変化を妨げるように発生するので、磁束がどこを通っているかを確認することは誘導加熱現象の理解につながります(図7)。