JP5897847B2 - 誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法および設計支援用シミュレーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、突起部を有する薄肉の金属製の部材表面を均一に加熱するための高周波誘導加熱用のコイル（以下、誘導加熱コイル）の設計を支援するシミュレーション方法および設計支援用シミュレーション装置に関する。

金属製の部材（以下、ワークという）を銅製のコイルを用いて加熱する誘導加熱は、大小様々なサイズのワークに対して行われている。
ところで、ワークを均一に加熱する上で重要なことは、誘導加熱コイルの設計である。すなわち、誘導加熱コイルを、ワークの形状などに応じて適切に設計しなければ、ワークを均一に加熱することが難しい。このようなワーク形状に対応した誘導加熱コイルの形状は、これまでは、ベテラン設計者が過去の経験などを踏まえて試行錯誤しながら設計することが多かった。このため、誘導加熱コイルに関する経験や知識が少ない者がコイル設計に従事した場合、設計作業に時間やコストが嵩み、さらにコイルの試作回数も増大してコストがさらに増大するという問題があった。

そこで、本出願人は、誘導加熱コイルを設計するためのシミュレーション方法を提案している（特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の方法は、スリット付きの複雑形状の平板表面を有するワークを効率的に加熱する誘導加熱コイルを設計するためのシミュレーション方法であり、そのようなワークであれば適切な誘導加熱コイルを容易に設計することができる。

特開２０１０−５５４２７号公報

しかしながら、前記特許文献１の方法では、特許文献１の図８に示す平板ワークに適した誘導加熱コイルを設計するものであり、対象が限定されるという問題点があった。
特に、突起部を有するワークのように、立体的なワークを均一に加熱するための誘導加熱コイルは、平板ワーク用とは大きく相違し、設計が非常に難しいという問題があった。特に、突起部を有する薄肉のワークは、均一に加熱することが難しいため、ベテラン設計者であっても試行錯誤を繰り返して誘導加熱コイル形状を設計しなければならず、設計作業に時間やコストが嵩むという問題があった。

本発明の目的は、突起部を有するワークを均一に加熱するための誘導加熱コイルを容易に設計することができる誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法および設計支援用シミュレーション装置を提供することにある。

本発明の誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法は、突起部を有する被加熱部材を、前記突起部に沿って配置した誘導加熱コイルで加熱する場合の前記誘導加熱コイルの設計を支援するためにコンピュータで実行する設計支援用シミュレーション方法であって、前記被加熱部材のＣＡＤデータをコンピュータに読み込むＣＡＤデータ読込工程と、前記誘導加熱コイルの標準モデルをコンピュータに読み込む標準モデル読込工程と、前記ＣＡＤデータの突起部に沿って、前記標準モデルの誘導加熱コイルを配置して加熱した際の被加熱部材の温度分布をコンピュータでシミュレーションするシミュレーション実行工程と、前記シミュレーション実行工程で求めた被加熱部材の温度分布結果が目標とする温度範囲内になったかを判定する判定工程と、前記判定工程で目標とする温度範囲から外れたと判定された場合に、前記温度分布結果に基づいて、前記誘導加熱コイルおよび磁束を収束させる部材であるコアを設計する誘導加熱コイル設計工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＣＡＤデータ読込工程で読み込んだ被加熱部材（ワーク）のＣＡＤデータと、標準モデル読込工程で読み込んだ誘導加熱コイルの標準モデルとを用い、シミュレーション実行工程でワークの加熱処理をシミュレーションしてワークの温度分布を求める。
次に、このワークの温度分布結果が、あらかじめ設定された目標とする温度範囲内に該当するか否かを判定工程で判定する。そして、判定工程で目標温度範囲外と判定された場合は、その温度分布結果に基づいて誘導加熱コイル設計工程で誘導加熱コイルおよびコアを設計する。
このため、本発明では、標準モデルでシミュレーションした温度分布結果を参照して誘導加熱コイル、コアを設計し直すことができる。特に、突起部を有するワークにおいては、突起部の先端はコイルを近接配置しにくいため温度も上昇し難い。一方、突起部の先端以外はコイルを近接配置できるので、温度が上昇しやすい。たとえば、ワークの平面から突起部が上方に突出している場合、前記突起部の先端（上面）は温度が上昇し難い。これに対し、前記突起の先端（上面）からワーク平面（突起部の基端部）までの間に形成される突起部の側面や、前記ワークの平面は、コイルを近接配置できるので、温度が上昇しやすい。特に、突起部の肉厚寸法が小さい場合、容易に温度が上昇する。以上のため、ワークの温度分布にばらつきが生じる。
本発明は、誘導加熱コイルの標準モデルを用いた場合の温度分布をシミュレーションしてから誘導加熱コイル設計工程を実行する。このため、コイル設計時にワークにおいてどこが温度上昇し難いのかなどを把握できるので、コイルおよびコアの設計を適切に行える。

本発明において、前記誘導加熱コイル設計工程は、前記シミュレーション実行工程で求めた被加熱部材の温度分布結果において、目標温度範囲に比べて所定値以上温度が低い低温部がある場合は、被加熱部材の低温部に磁束を収束させるコアを配置し、被加熱部材の低温部以外にはコアは配置せずに誘導加熱コイルのターン数および配置位置を設定することが好ましい。

本発明によれば、標準モデルでのシミュレーション結果で、目標温度範囲に比べて所定値以上（例えば下限値の５０％以上）温度が低い低温部がある場合、誘導加熱コイルのターン数を増やしたりするだけでは、目標温度範囲に収めることが難しい。そこで、本発明では、加熱効率に大きく影響するコアの配置を前記低温部に磁束を収束させる場合のみに限定することで、低温部の加熱効率を大幅に向上させ、温度を目標温度範囲に上昇させることができる。
一方、低温部以外の場所は前記低温部に比べて加熱しやすい場所であるため、コアを設けずに誘導加熱コイルのターン数や配置位置を設定することで、目標温度範囲に加熱することができる。例えば、コアを無くした状態でも目標温度範囲よりも温度が高い場所は、誘導加熱コイルのターン数を少なくし、ターン間隔をあけることで、磁束を少なくして目標温度範囲に収めることができる。また、コアを無くした状態では目標温度範囲よりも温度が低い場所は、ターン数を増やし、ターン間隔を詰めた誘導加熱コイルとすることで、磁束を多くして目標温度範囲に収めることができる。
この際、コイルの断面形状やサイズも合わせて選定するように構成してもよい。コイルのターン数や配置位置に加えて、コイルの断面形状やサイズも選定すれば、より適切なコイル設計が可能となる。

本発明において、前記誘導加熱コイル設計工程は、有限要素法などによる磁場解析を行い、その解析によって得られる前記被加熱部材の渦電流分布および発熱分布に基づいて前記コアのサイズおよび形状を設計することが好ましい。

コアは磁束を集中させるために用いるが、そのサイズや形状を有限要素法などによる磁場解析によって得られるワークの渦電流分布および発熱分布に基づいて設計すれば、加熱し難い場所を効果的に加熱できるコアを容易に設計できる。さらに、磁場解析は、温度分布をシミュレーションする場合のように時間的なファクターを考慮する必要がなく、誘導加熱コイルのターン数や配置位置を決めれば解析できるため、コアを迅速に設計できる。
このコアの設計時に、コアの種類の選定を同時に行ってもよい。例えば、異方性コアおよび無方向性コアの選択や、コアの透磁率の大きさの設定（磁束の集中のしやすさ）なども行えば、コアをより適切に設計することができる。

本発明において、前記シミュレーション実行工程は、前記誘導加熱コイル設計工程で誘導加熱コイルおよびコアが設計された場合、その設計された誘導加熱コイルおよびコアを前記ＣＡＤデータの突起部に沿って配置して加熱した際の被加熱部材の温度分布をコンピュータでシミュレーションし、前記判定工程で、前記シミュレーション実行工程で求めた被加熱部材の温度分布結果が目標とする温度範囲内になった場合に、そのシミュレーションで用いられた誘導加熱コイルおよびコアを標準モデルとして記憶する標準モデル記憶工程を備えることが好ましい。

本発明によれば、シミュレーション結果に基づいて誘導加熱コイル設計工程で誘導加熱コイルおよびコアを設計した場合、それを用いて再度シミュレーションを実行する。このシミュレーション結果のワークの温度分布結果が目標温度範囲内になった場合は、そのモデルを標準モデルとして記憶する。このため、次回、突起部を有する他のワークのコイルを設計する場合には、前回記憶された新たな標準モデルに基づいてシミュレーションを実行できる。このため、突起部を有するワークに適した標準モデルをベースにしているため、新たなワークに最適なコイルやコアの設計を容易にかつ迅速に行うことができる。

本発明において、前記標準モデル読込工程は、標準モデルが設定されていない場合、前記ＣＡＤデータ読込工程で読み込まれたＣＡＤデータに基づいて、誘導加熱コイルを等間隔に配置した標準モデルを作成して読み込むことが好ましい。

本発明によれば、突起部を有するワーク用の誘導加熱コイルを初めて設計する場合に、ワークのＣＡＤデータに基づいて、コイルの標準モデルを容易に作成できる。このため、作業者が予め標準モデルを用意しておく必要が無く、設計作業性を向上できる。

本発明の誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション装置は、突起部を有する被加熱部材を、前記突起部に沿って配置した誘導加熱コイルで加熱する場合の前記誘導加熱コイルの設計を支援するためのシミュレーションを実行する設計支援用シミュレーション装置であって、前記被加熱部材のＣＡＤデータを読み込むＣＡＤデータ読込部と、前記誘導加熱コイルの標準モデルを読み込む標準モデル読込部と、前記ＣＡＤデータの突起部に沿って、前記標準モデルの誘導加熱コイルを配置して加熱した際の被加熱部材の温度分布をシミュレーションするシミュレーション実行部と、前記シミュレーション実行部で求めた被加熱部材の温度分布結果が目標とする温度範囲内になったかを判定する判定部と、前記判定部で目標とする温度範囲から外れたと判定された場合に、前記温度分布結果に基づいて、前記誘導加熱コイルおよびコアを設計する誘導加熱コイル設計部と、を備えることを特徴とする。

この誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション装置においても、前記誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法と同様の作用効果が得られる。

本発明の誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション装置を示すブロック図。 本発明の誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法を示すフローチャート。 ワークおよび誘導加熱コイルの標準モデルを示す断面図。 設計された誘導加熱コイルおよびコアを示す断面図。 他のワーク用の誘導加熱コイルおよびコアの標準モデルを示す断面図。 本発明の変形例の誘導加熱コイルおよびコアを示す断面図。 本発明の他の変形例の誘導加熱コイルおよびコアを示す断面図。

以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション装置１の構成を示すブロック図である。
設計支援用シミュレーション装置１は、ＲＡＭで構成される記憶部１０と、ＣＰＵ等の制御手段を備えたコンピュータで構成されている。そして、コンピュータでソフトウェアを実行することにより実現されるＣＡＤデータ読込部２、標準モデル読込部３、シミュレーション実行部４、判定部５、誘導加熱コイル設計部６を備えている。
さらに、設計支援用シミュレーション装置１は、キーボードやマウスなどの入力装置７と、液晶ディスプレイなどの表示装置８とを備えている。

そして、設計支援用シミュレーション装置１は、作業者の操作に基づいて、図２に示すシミュレーション方法を実行する。
すなわち、ＣＡＤデータ読込部２は、作業者が入力装置７を用いて指定した被加熱部材（ワーク）のＣＡＤデータを読み込んで記憶部１０に記憶するＣＡＤデータ読込工程Ｓ１を実行する。ＣＡＤデータの読込は、ワークの設計コンピュータからネットワークを介して読み込んでもよいし、ＵＳＢメモリなどの記憶媒体を介して読み込んでもよい。
図３には、ワーク２０の突起部２２の一例の断面図が示されている。このワーク２０は、金属製のワークである。突起部２２は、側面部２２１と、側面部２２１の上端間に設けられる上面部２２２とを備える。
そして、ワーク２０の肉厚は、例えば５ｍｍ以下の薄肉とされている。このため、突起部２２の側面部２２１間には空間２３が形成され、この空間２３は図示を略すが突起部２２の下端側で開口している。

標準モデル読込部３は、誘導加熱コイルの標準モデルを読み込む標準モデル読込工程Ｓ２を実行する。
具体的には、設計支援用シミュレーション装置１によって、ワーク２０の設計シミュレーションを初めて実行する場合は、誘導加熱コイルの初期設定の標準モデルを読み込む。
ワーク２０に対する誘導加熱コイルの初期設定の標準モデル例を図３に示す。この標準モデルでは、誘導加熱コイル３１と、コア３２とが設定される。一般的なワーク内面加熱用の誘導加熱コイルは、ワークの内側に配置して加熱するものであり、本発明では、ワーク２０の内部に誘導加熱コイル３１を配置している。
このため、初期モデルでは、誘導加熱コイル３１内にコア３２を配置することでワーク２０に磁束が集中するように構成し、加熱効率を向上させた。コア３２は、側面部２２１に沿って２本設けられている。

誘導加熱コイル３１は、上面部２２２に沿って設けられた銅製の角管３１１と、この角管３１１に接続される銅製の丸管３１２とで構成される。丸管３１２は、コア３２の周囲に等間隔で渦巻状に巻かれている。
なお、角管３１１を用いているのは、上面部２２２の幅寸法が小さいため、複数本のコイルを巻いて上面部２２２に沿って配置することがコイルの加工上難しいためである。そこで、丸管３１２に比べて面積が大きな角管３１１を用い、１本でも上面部２２２に加える磁束を大きくできるようにしたものである。

次に、シミュレーション実行部４は、シミュレーション実行工程Ｓ３を実行する。シミュレーション実行工程Ｓ３では、ＣＡＤデータ読込部２で読み込んだワークのＣＡＤデータと、標準モデル読込部３で読み込んだ誘導加熱コイル３１、コア３２の標準モデルとを用い、さらに作業者が入力装置７から入力した加熱条件である電源周波数、電圧値（電流値または電力値でもよい）、温度、加熱時間、輻射係数などを用いて、有限要素法などによる磁場−熱の連成解析を行う。これにより、加熱終了時のワーク２０の温度分布がシミュレーションで求められる。シミュレーション実行部４は、シミュレーション結果を表示装置８に表示する。なお、電源周波数は、主にワークの肉厚寸法に応じて設定すればよい。

次に、判定部５は、ワーク２０において予め設定された均一加熱領域（加熱範囲）の温度分布のばらつきをチェックし、ワーク２０における前記均一加熱領域全体が目標温度範囲に含まれてほぼ均一な温度に加熱されているかを判定する判定工程Ｓ４を実行する。この判定条件は、作業者が予め設定しておくことができる。例えば、均一加熱領域としてワーク２０の突起部２２全体を指定し、突起部２２の目標温度範囲条件を２００〜２４０℃に設定している場合、判定部５はシミュレーションで求められた突起部２２全体の温度分布が前記条件範囲に含まれていれば、温度分布が均一であると判定する。また、シミュレーション結果は表示装置８に表示されるため、作業者も突起部２２全体が均一な温度に加熱されているかを直接確認することもできる。
なお、通常の誘導加熱処理では、ワークを１０００℃前後程度まで加熱することが一般的であるが、本実施形態は、ワーク２０の表面に塗布された接着剤や塗装材を乾燥させるためなどの目的で加熱するものであり、目標温度範囲も誘導加熱処理では低い２００〜２４０℃に設定している。
また、前記均一加熱領域や目標温度範囲は、上記の例に限定されず、ワーク２０の種類や突起部２２の形状、加熱目的などに応じて適宜設定すればよい。

判定工程Ｓ４で温度分布が均一でないと判定された場合、誘導加熱コイル設計部６は、前記シミュレーション結果に基づいて、誘導加熱コイル設計工程Ｓ５を実行する。
具体的には、図３の標準モデルでは、２００〜２４０℃を突起部２２の均一加熱温度の目標範囲としていたが、突起部２２の上面部２２２は４０℃程度までしか温度が上昇しなかった。一方、突起部２２の側面部２２１は、上面部２２２から下端側に向かうにしたがって温度が上昇し、その中間部分で約２４０℃であった。
すなわち、突起部２２の側面部２２１は高い温度に上昇しているが、上面部２２２の温度が上昇せず、目標温度範囲の下限値に比べて所定値（例えば下限値の５０％）以上低い温度であった。このため、上面部２２２は、本発明の低温部となる。

そこで、誘導加熱コイル設計部６は、図４に示すように、新たな誘導加熱コイル３１Ａおよびコア３２Ａからなるモデルを作成する。すなわち、コア３２Ａは、低温部である上面部２２２に近接する位置のみに配置される。この際、コア３２Ａを上面部２２２に近接させるため、コア３２Ａの上面に溝を形成し、角管３１１を配置した。コア３２Ａを上面部２２２に近接する位置のみに設置したのは、上面部２２２を通る磁束を増やして上面部２２２の温度を上昇させるためである。
一方で、側面部２２１は、突起先端の上面部２２２に比べて加熱しやすいため、側面部２２１に磁束を加えるコアは設けていない。このため、誘導加熱コイル３１Ａのターン数を増やすことで温度低下を防止した。
この誘導加熱コイル設計部６による新たなモデル作成は、基本的な変更ルールを設定しておき、自動化してもよいし、作業者が入力装置７を利用して変更できるようにしてもよい。この際、特に磁場解析を行って、空間部位の磁束密度やベクトルポテンシャルと、ワーク２０の各部位の電流分布または発熱分布を分析し、誘導加熱コイル３１Ａのターン数や配置位置、コア３２Ａのサイズや配置位置を設計すればよい。さらに、誘導加熱コイル３１Ａの断面形状やサイズ、コア３２Ａの選定（異方性コア、無方向性コアの選択や、透磁率の設定）も合わせて設定してもよい。

次に、シミュレーション実行部４は、誘導加熱コイル設計部６で設計された新たなモデルに基づいてシミュレーション実行工程Ｓ３を再度実行する。そして、判定部５は、設定された均一加熱領域（本実施形態では突起部２２全体）で、温度分布が均一になったかを再度判定する（Ｓ４）。

判定工程Ｓ４で温度分布が均一でないと判定された場合は、誘導加熱コイル設計工程Ｓ５、シミュレーション実行工程Ｓ３、判定工程Ｓ４を繰り返し実行する。
一方、判定工程Ｓ４で温度分布が均一であると判定された場合は、誘導加熱コイル設計部６は、その際の誘導加熱コイル３１Ａ、コア３２Ａを、新たな標準モデルとして記憶部１０に記憶する標準モデル記憶工程Ｓ６を実行する。

このため、ＣＡＤデータ読込工程Ｓ１で、図５に示すような新たなワーク２０Ｂを読み込んでシミュレーションする場合には、標準モデル読込工程Ｓ２では、同様な形状のワーク２０に対するシミュレーション処理の標準モデル記憶工程Ｓ６で記憶された標準モデルを読み込む。
例えば、図５のワーク２０Ｂは、上面部２２２Ｂの幅寸法が前記ワーク２０と異なるが、他の構成は類似している。このため、標準モデル読込工程Ｓ２では、図４の標準モデルを読み込み、ワーク２０Ｂに合わせて微調整した誘導加熱コイル３１Ｂおよびコア３２Ｂを設定する。すなわち、ワーク２０Ｂは、上面部２２２Ｂの幅寸法が大きくなっているので、コア３２Ｂの幅寸法も大きくされている。また、コア３２Ｂの幅寸法が大きくなったことに伴い、コア３２Ｂの上面にも角管３１１を配置している。

このような標準モデルに対してシミュレーション実行工程Ｓ３、判定工程Ｓ４を実行し、ワーク２０Ｂの均一加熱領域で温度分布が均一でなければ、誘導加熱コイル設計工程Ｓ５を行い、シミュレーション実行工程Ｓ３、判定工程Ｓ４を再度実行する。
一方、ワーク２０Ｂの均一加熱領域で温度分布が均一であれば、その際の誘導加熱コイル３１Ｂ、コア３２Ｂを新たな標準モデルとして記憶する標準モデル記憶工程Ｓ６を行う。

以上のような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態によれば、ワーク２０の突起部２２を均一に加熱するための誘導加熱コイルを設計する際に、標準モデルでシミュレーションした温度分布結果を参照して誘導加熱コイル３１Ａ、コア３２Ａを設計することができる。
このため、ワーク２０の突起部２２において、どこが加熱しやすく、どこが加熱しにくいかを判断でき、誘導加熱コイル３１Ａおよびコア３２Ａの設計を適切に行える。例えば、前記実施形態のワーク２０では、突起部２２の上面部２２２が加熱しにくく、温度が上昇しないことをシミュレーションで把握できる。
そこで、誘導加熱コイル設計部６は、低温部である上面部２２２に磁束を集中させるためにコア３２Ａをこの上面部２２２に対向する部分のみに配置し、側面部２２１に対向する部分は誘導加熱コイル３１Ａのターン数を増やしてコアが無くても目標温度範囲に達するように設計できる。
従って、ワーク２０の突起部２２に最適な誘導加熱コイル３１Ａおよびコア３２Ａを設計できる。

コア３２Ａは磁束を集中させるために用いるが、そのサイズや形状を磁場解析結果に基づいて設計しているので、加熱しにくい場所を効果的に加熱できるコアを容易に設計できる。さらに、磁場解析は、温度分布をシミュレーションする場合のように時間的なファクターを考慮する必要がなく、誘導加熱コイルのターン数や配置位置を決めれば解析できるため、コア３２Ａを迅速に設計できる。

前記実施形態では、誘導加熱コイル設計部６で設計した誘導加熱コイル３１Ａ、コア３２Ａで行ったシミュレーション結果で突起部２２の温度分布結果が目標温度範囲内になった場合は、そのモデルを標準モデルとして記憶部１０に記憶している。このため、次回、突起部を有する他のワーク２０Ｂの誘導加熱コイル３１Ｂやコア３２Ｂを設計する場合には、前回記憶された新たな標準モデルに基づいてシミュレーションを実行できる。このため、突起部を有するワークに適した標準モデルをベースにしているため、新たなワークに最適なコイルやコアの設計を容易にかつ迅速に行うことができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。
第２実施形態は、誘導加熱コイル設計部６が、ワーク２０用のコア３２Ｃの形状を磁場解析結果に基づいて行ったものである。
すなわち、前記実施形態では、コア３２Ａ、３２Ｂの断面形状は矩形状であった。これに対し、本実施形態は、コア３２Ｃの断面形状を、コア３２Ｃの図面左側面３２５の高さ寸法を、右側面３２６の高さ寸法よりも長く設計する。このため、コア３２Ｃの断面形状は左右対称ではなく、台形状に設計されている。

コア３２Ｃがこのような形状に設計された理由は、磁場解析結果に基づく。すなわち、図６のワーク２０は、上面部２２２の幅寸法が狭いため、上面部２２２に近接配置されるコイルとして角管３１１を上面部２２２の幅方向中央に１本のみ配置しなければならかった。
一方、角管３１１に接続された丸管３１２は、突起部２２の内部をコイル状に巻かれている。このため、丸管３１２を流れる電流は、突起部２２の右側の側面部２２１に沿って設けられた丸管３１２と、左側の側面部２２１に沿って設けられた丸管３１２とで逆方向になる。電流が流れることで発生する磁束線の方向も左右の丸管３１２で逆方向となるため、左右の丸管３１２の中央部（突起部２２の幅方向中央部）では磁束線が打ち消しあって、磁束密度が０になる境界線４０が存在する。ただし、突起部２２の上端側では、角管３１１が幅方向中央に設けられているので、角管３１１によって発生する磁束線が存在する。従って、前記磁束密度が０になる境界線４０は、角管３１１で発生する磁束線の影響で、角管３１１の下方から角管３１１の電流方向と逆方向の丸管３１２側に曲がっている。本実施形態では、図面左側の丸管３１２が角管３１１と逆方向の電流であるため、境界線４０も図面左側に曲がっている。
この磁束密度が０の部分では、ワーク２０を加熱することができない。そこで、本実施形態では、コア３２Ｃの厚さ寸法（高さ寸法）を境界線４０が曲がる方向、つまり角管３１１と逆方向の電流が流れる丸管３１２側を大きくし、コア３２Ｃによって境界線４０部分にも磁束が流れるようにすることで、その部分を他の部分と同様に加熱できるようにしたものである。

なお、コア３２Ｃとしては、角管３１１と逆方向の電流が流れる丸管３１２側の厚さ寸法が大きくなればよいので、台形状に限定されず、例えば、図７に示すコア３２Ｄのような、左側面３２５の厚さ寸法が右側面３２６よりも大きな段付形状としてもよい。

本実施形態によれば、誘導加熱コイル設計部６は、コア３２Ｃ，３２Ｄの形状設計を磁場解析に基づいて行うため、上面部２２２の幅寸法が小さいために、上面部２２２に近接するコイルを前記幅方向に１本しか配置できない場合でも、ワーク２０を均一に加熱できるコア３２Ｃ，３２Ｄを容易に設計できる。

〔本発明の変形例〕
なお、本発明は前記実施形態の構成に限らない。
たとえば、突起部を有するワーク用の誘導加熱コイルを初めて設計する場合、記憶部１０に作業者が設計した標準モデルを記憶しておいてもよいが、設計支援用シミュレーション装置１がワークのＣＡＤデータに基づいて、コイルの標準モデルを自動的に作成してもよい。この場合、作業者が予め標準モデルを用意しておく必要が無く、設計作業性を向上できる。
この自動作成される標準モデルは、図３に示すモデルと同様に、誘導加熱コイル３１を等間隔に配置したものにすればよい。

また、記憶部１０に記憶される誘導加熱コイルやコアの標準モデルは、標準モデル記憶工程Ｓ６によって更新されるようにしてもよいが、ワーク２０、２０ＢのＣＡＤデータと対応する誘導加熱コイル３１Ａ、３１Ｂやコア３２Ａ、３２Ｂの標準モデルを、記憶部１０に別々に記憶してもよい。この場合、標準モデル読込工程Ｓ２は、新たなワークのＣＡＤデータを読み込んだ際に、記憶されている複数のワーク２０、２０ＢのなかでそのＣＡＤデータに最も近いワークの標準モデルを読み込むようにすればよい。

さらに、突起部を有するワーク用の誘導加熱コイルとしては、前記実施形態のように突起部の内部に配置されるものに限らず、突起部の外部に配置されるものでもよい。この場合も、突起部の外部加熱用のコイルの標準モデルを作成しておき、設計支援用シミュレーション装置１によってコイルの設計を行えばよい。

１…設計支援用シミュレーション装置、２…ＣＡＤデータ読込部、３…標準モデル読込部、４…シミュレーション実行部、５…判定部、６…誘導加熱コイル設計部、７…入力装置、８…表示装置、１０…記憶部、２０、２０Ｂ…ワーク、２２…突起部、２２１…側面部、２２２、２２２Ｂ…上面部、２３…空間、３１、３１Ａ、３１Ｂ…誘導加熱コイル、３１１…角管、３１２…丸管、３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ…コア。

Claims (6)

1. 突起部を有する被加熱部材を、前記突起部に沿って配置した誘導加熱コイルで加熱する場合の前記誘導加熱コイルの設計を支援するためにコンピュータで実行する設計支援用シミュレーション方法であって、
   前記被加熱部材のＣＡＤデータをコンピュータに読み込むＣＡＤデータ読込工程と、
   前記誘導加熱コイルの標準モデルをコンピュータに読み込む標準モデル読込工程と、
   前記ＣＡＤデータの突起部に沿って、前記標準モデルの誘導加熱コイルを配置して加熱した際の被加熱部材の温度分布をコンピュータでシミュレーションするシミュレーション実行工程と、
   前記シミュレーション実行工程で求めた被加熱部材の温度分布結果が目標とする温度範囲内になったかを判定する判定工程と、
   前記判定工程で目標とする温度範囲から外れたと判定された場合に、前記温度分布結果に基づいて、前記誘導加熱コイルおよび磁束を収束させる部材であるコアを設計する誘導加熱コイル設計工程と、
   を備えることを特徴とする誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法。
2. 請求項１に記載の誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法において、
   前記誘導加熱コイル設計工程は、前記シミュレーション実行工程で求めた被加熱部材の温度分布結果において、目標温度範囲に比べて所定値以上温度が低い低温部がある場合は、被加熱部材の低温部に磁束を収束させるコアを配置し、被加熱部材の低温部以外にはコアは配置せずに誘導加熱コイルのターン数および配置位置を設定する
   ことを特徴とする誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法において、
   前記誘導加熱コイル設計工程は、磁場解析を行い、その解析によって得られる前記被加熱部材の渦電流分布および発熱分布に基づいて前記コアのサイズおよび形状を設計する
   ことを特徴とする誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法において、
   前記シミュレーション実行工程は、前記誘導加熱コイル設計工程で誘導加熱コイルおよびコアが設計された場合、その設計された誘導加熱コイルおよびコアを前記ＣＡＤデータの突起部に沿って配置して加熱した際の被加熱部材の温度分布をコンピュータでシミュレーションし、
   前記判定工程で、前記シミュレーション実行工程で求めた被加熱部材の温度分布結果が目標とする温度範囲内になった場合に、そのシミュレーションで用いられた誘導加熱コイルおよびコアを標準モデルとして記憶する標準モデル記憶工程を備える
   ことを特徴とする誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法において、
   前記標準モデル読込工程は、標準モデルが設定されていない場合、前記ＣＡＤデータ読込工程で読み込まれたＣＡＤデータに基づいて、誘導加熱コイルを等間隔に配置した標準モデルを作成して読み込む
   ことを特徴とする誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション方法。
6. 突起部を有する被加熱部材を、前記突起部に沿って配置した誘導加熱コイルで加熱する場合の前記誘導加熱コイルの設計を支援するためのシミュレーションを実行する設計支援用シミュレーション装置であって、
   前記被加熱部材のＣＡＤデータを読み込むＣＡＤデータ読込部と、
   前記誘導加熱コイルの標準モデルを読み込む標準モデル読込部と、
   前記ＣＡＤデータの突起部に沿って、前記標準モデルの誘導加熱コイルを配置して加熱した際の被加熱部材の温度分布をシミュレーションするシミュレーション実行部と、
   前記シミュレーション実行部で求めた被加熱部材の温度分布結果が目標とする温度範囲内になったかを判定する判定部と、
   前記判定部で目標とする温度範囲から外れたと判定された場合に、前記温度分布結果に基づいて、前記誘導加熱コイルおよびコアを設計する誘導加熱コイル設計部と、
   を備えることを特徴とする誘導加熱コイルの設計支援用シミュレーション装置。

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