電場解析 PTCレジンヒータの電流-熱連成解析

概要

PTC(Positive Temperature Coefficient)樹脂は、温度が上昇するに伴って電気抵抗が増大する性質(温度依存性)を持っています。

この性質を利用したヒータの解析事例をご紹介します。

PTCレジンヒータ 概要図
        図1−1.PTCレジンヒータ 概要図

このヒータは、温度が上昇するとPTC樹脂の 固有抵抗が増大することによって電流が制限され、ある温度より高くなりません。

ジュール熱の計算では電界解析ソフトウェアVOLTの電流分布解析のモードを選択しました。

●解析モジュール
 電界解析ソフトウェア : PHOTO-VOLT
 熱伝導解析ソフトウェア: PHOTO-THERMO

解析条件

各時刻において熱伝導解析と電流分布解析を交互に呼び出し、温度分布に応じた電気伝導率を各時刻において、更新します。

解析対象のメッシュ分割図を図2−1に示します。

メッシュ図
        図2−1.メッシュ分割図(全体)


電流分布解析の入力は電位によって与えました。

荷重条件
           図2−2.荷重条件


  PTC特性
           図2−3.PTC特性


熱伝導解析で使用する発熱密度はVOLTで計算された各時刻における値を使用します。

熱伝導解析のときのモデル周囲の境界条件は熱伝達境界としました。

解析結果

電場分布
          図3−1.電界分布[V/m](60秒後)


発熱密度
         図3−2.発熱密度[W/m^3](60秒後)


温度分布
         図3−3.温度分布[℃](4秒後)


温度分布
         図3−4.温度分布[℃](10秒後)


温度分布
         図3−5.温度分布[℃](60秒後)


      温度分布
         図3−6.温度分布[℃] アニメーション



図3−7は電極先端の温度の時間推移のグラフです。100[℃]付近で温度が安定しています。


   温度分布
             図3−7.温度上昇特性


追加資料

解析条件、結果、実行方法などより詳しい資料をご用意致しました。

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使用したソフトウェア

電場解析ソフトウェア : PHOTO-VOLT ->
熱伝導解析ソフトウェア : PHOTO-THERMO ->

参考文献

 最新有限要素法による電気・電子機器のCAE
  伊藤昭吉、河瀬順洋共著
  森北出版株式会社