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誘導加熱は、もはや単なる工業用語ではなく、自動車から航空宇宙まで、あらゆる分野で使用されている精密ツールです。 誘導加熱には、ジュール効果によって熱を発生させる電流を誘導する電磁界という複雑なマルチフィジックスが関与しています。シミュレーションにより、エンジニアはハードウェアのプロトタイプを作成する前に、コイル形状や材料特性などの設計パラメータを最適化できるため、時間とコストの両方を節約できます。
このブログでは、ANSYSの2つの強力なシミュレーションワークフローを使用して誘導加熱をモデル化する方法を紹介します。検討するモデルを以下に示します。このモデルには、交流電流が流れるコイルと、コイルの隣にある導電性のディスクが含まれています。ディスクの内部では渦電流が発生するため、ディスクが加熱されます。ディスクの定常温度をANSYSでモデル化します。
アプローチ 1：ANSYS システムカップリングを使用して Maxwell と機械熱をリンクする
このアプローチでは、1つのMaxwellモデルと1つのMechanical Thermalモデル（Workbench内）を準備し、System Couplingを使用してそれらをリンクする必要があります。
ステップ1: Maxwellモデルの準備
ディスクの温度依存性材料を定義することができます。
材料をすべて設定したら、温度を設定する必要があります。必ず “Include Temperature Dependence “と “Enable Feedback “にチェックを入れてください。
Maxwellモデルにシステムカップリングセットアップを追加する必要があります。これが完了したら、Maxwell モデルを保存して閉じることができます。Maxwell モデルフォルダには、.scp ファイルが作成され、後で使用されます。
ステップ 2: Workbench で機械熱モデルを準備する
Mechanicalモデルには、ディスクのジオメトリのみを含める必要があります。Maxwell からの損失は、Mechanical Thermal のディスクにマッピングされます。境界条件は以下のように設定します（自然対流のみ）。
ユーザーはシステム・カップリング領域を追加し、その領域にディスク本体を割り当てる必要があります。
システムカップリング領域が割り当てられた後、ユーザは、モデルが保存されているフォルダにシステムカップリング ファイルを書き込む必要があります。Maxwell モデルの準備と同様に、.scp ファイルも Mechanical モデルのフォルダに作成されます。これで、モデルを保存して閉じることができます。
ステップ 3: システムカップリングによる Maxwell と Mechanical のリンク
System Coupling は，異なるモデルをリンクしてマルチフィジックスシミュ レーションを実行できる ANSYS のツールです．事前に作成した .scp ファイルを System Coupling Setup に追加する必要があります．
サイド 1 が AEDT、サイド 2 が Mechanical です。
次にすべきことは、2つのDataTransferを追加することである。1つは温度を転送するもので、もう1つは損失を転送するものです。System Couplingのモデル・セットアップの詳細については、以下のビデオを参照してください。すべてのセットアップが完了したら、System Couplingモデルを解くと、2ウェイカップリング解析が行われます。
ステップ4：結果の確認
温度結果はMaxwellまたはMechanicalのいずれかで表示することができます。
Maxwellモデルの結果：
Mechanicalモデル（Workbench）の結果：温度分布はMaxwellのものと同じ。
アプローチ2：ANSYS Electronics Desktop（AEDT）内でMaxwellとMechanical Thermalをリンクする
このアプローチでは、ユーザーは1つのインターフェースを使用するだけです：AEDTです。AEDTはMaxwellとMechanical Thermalの両方のシミュレーションをサポートします。
ステップ1: AEDTでターゲットメカニカルデザインを作成する
Maxwellモデルを作成した後、ターゲット設計を作成する必要があります。
その後、Mechanical Thermalモデルが自動的に作成されます。境界条件とマッピングされた損失はすでに追加されています。
ステップ2: 2ウェイカップリングの追加
2ウェイカップリングを追加する必要があります。その後、メカニカルモデルを解析することができます。
ステップ3：結果の確認
結果は、MaxwellモデルとMechanicalモデルの両方で確認できます。
ソースMaxwellモデルからの結果：
ターゲットMechanicalモデルからの結果：温度分布はMaxwellモデルからのものと同じであり、またSystem Couplingアプローチから得られた結果に非常に近い。
どちらのアプローチも非常に正確な結果を得ることができます。この特定の例では、ユーザーは1つのインターフェースに集中すればよいので、AEDT内のカップリングはより簡単です。一方，System Coupling ツールは，ANSYS Maxwell と Fluent をカップリングできる非常に強力なツールです．
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