Design of Induction Heating Coil for Uniform Temperature Distribution using Electromagnetic-Thermal 2-Way Coupling Method

제조 산업에서 고주파 열처리는 빠른 가열 속도로 기존 열처리 방식을 대체하고 있다. 하지만 고주파 열처리는 코일의 형상 설계에 따라 가열 대상의 온도 분포가 불균일해질 우려가 있어 가열 대상의 균일한 온도 분포를 위한 코일설계가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 설계 변수로 코일의 형태, 권선 수 그리고 내경을, 목적함수로는 온도 분포를 설정하고, 전자기장-열 2-way 연성 해석을 이용하여 온도 분포에 관한 연구를 수행하였다. 각 설계 변수로 파라미터스터디를 진행하여 설계 변수가 목적함수에 미치는 영향을 확인하였고, 파라미터 스터디를 통해 설계 변수 중 권선 수가 온도 분포에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 파라미터 내에서 온도 분포가 균일한 최적의 코일 형상을 설계하였다. 이를 검증하기 위해 실제 코일을 제작하여 실험을 통해 확인하였다. 확인 결과, 해석과 실험 간 오차가 0.43 %로 매우 근사한 결과가 도출되었으며 이를 통해 제품 표면 온도 분포가 균일하게 나타나는 코일 형상을 제시하였다.