誘導加熱の原理とその応用

誘導 加熱原理 1920年代から製造工程で使用されています。言われているように–必要性は発明の母であり、第二次世界大戦中、の部分を硬化させるための迅速なプロセスの必要性 金属 エンジンは、誘導加熱技術を急速に開発しました。今日、私たちはこのテクノロジーが日々の要件に適用されていることを認識しています。最近、改善された品質管理と安全な製造技術の必要性により、この技術が再び脚光を浴びています。今日のハイエンド技術により、誘導加熱を実装するための新しく信頼性の高い方法が導入されています。

誘導加熱とは何ですか？

ザ・ 動作原理 誘導加熱プロセスの概要は、電磁誘導とジュール加熱を組み合わせたレシピです。誘導加熱プロセスは、電磁誘導原理を使用して、金属内に渦電流を生成することによって導電性金属を加熱する非接触プロセスです。発生した渦電流が金属の抵抗率に逆らって流れると、ジュール熱の原理により、金属に熱が発生します。

誘導加熱

誘導加熱はどのように機能しますか？

ファラデーの法則を知ることは、誘導加熱の働きを理解するのに非常に役立ちます。ファラデーの電磁誘導の法則によれば、 指揮者 その周りに交流磁場が発生し、その強度は印加された電場の大きさに依存します。この原理は、導体内の磁場が変化したときにもその逆に機能します。

したがって、上記の原理は誘導加熱プロセスで使用されます。ここではソリッドステート RF周波数 インダクタコイルに電源を供給し、加熱する材料をコイル内部に配置します。いつ 交流電流 コイルを通過すると、ファラデーの法則に従って、コイルの周囲に交流磁場が生成されます。インダクタ内部に配置された材料がこの交流磁場の範囲内に入ると、材料内に渦電流が発生します。

ここで、ジュール加熱の原理が観察されます。これによると、電流が材料に流れると、材料に熱が発生します。そのため、誘導磁場によって材料に電流が発生すると、流れる電流によって材料内から熱が発生します。これは、非接触誘導加熱のプロセスを説明しています。

金属の誘導加熱

誘導加熱回路図

誘導加熱プロセスに使用されるセットアップは、回路に交流を供給するためのRF電源で構成されています。インダクターには銅コイルを使用し、電流を流します。加熱する材料は銅コイルの内側に配置されます。

典型的な誘導加熱のセットアップ

印加電流の強さを変えることで、加熱温度を制御できます。材料内部で生成された渦電流は、材料の電気抵抗率と反対に流れるため、このプロセスでは正確で局所的な加熱が観察されます。

渦電流の他に、磁性部品のヒステリシスにより熱も発生します。インダクタ内の変化する磁場に対して磁性材料によって提供される電気抵抗は、内部摩擦を引き起こします。この内部摩擦により熱が発生します。

誘導加熱プロセスは非接触加熱プロセスであるため、加熱される材料は、電源から離れて存在するか、液体または任意の気体環境または真空中に沈められる可能性があります。このタイプの加熱プロセスは、燃焼ガスを必要としません。

誘導加熱システムを設計する際に考慮すべき要素

がある いくつかの要因 これは、あらゆるタイプのアプリケーション向けの誘導加熱システムを設計する際に考慮する必要があります。

• 通常、誘導加熱プロセスは金属や導電性材料に使用されます。非導電性材料は直接加熱することができます。
• 磁性材料に適用されている間、熱は磁性材料の渦電流とヒステリシス効果の両方によって生成されます。
• 小さくて薄い材料は、大きくて厚い材料に比べて急速に加熱されます。
• 交流の周波数が高いほど、加熱侵入深さが低くなります。
• 抵抗率の高い材料は急速に加熱されます。
• 加熱材料が配置されるインダクタは、材料の挿入と取り外しを容易にする必要があります。
• 電源容量を計算する際には、加熱する材料の比熱、材料の質量、および必要な温度上昇を考慮する必要があります。
• 電源容量を決定する際には、伝導、対流、および輻射による熱損失も考慮に入れる必要があります。

誘導加熱式

渦電流が材料に浸透する深さは、誘導電流の周波数によって決まります。通電層の場合、有効深さは次のように計算できます。

ここで、dは深さ（cm）を示し、材料の比透磁率は次のように表されます。 µ、ρ 材料の抵抗率（オーム-cm）、fはACフィールド周波数（Hz）を示します。

誘導加熱コイルの設計

インダクタとして使用され、電力が供給されるコイルにはさまざまな形態があります。材料に誘導される電流は、コイルの巻き数に比例します。したがって、誘導加熱の有効性と効率のためには、コイルの設計が重要です。

通常、誘導コイルは水冷銅導体です。使用するコイルには、用途に応じてさまざまな形状があります。マルチターンヘリカルコイルが最も一般的に使用されます。このコイルの場合、加熱パターンの幅はコイルの巻き数によって定義されます。シングルターンコイルは、ワークピースの狭帯域または材料の先端の加熱が必要なアプリケーションに役立ちます。

マルチポジションヘリカルコイルは、複数のワークピースを加熱するために使用されます。パンケーキコイルは、材料の片面のみを加熱する必要がある場合に使用されます。内部コイルは、内部ボアを加熱するために使用されます。

誘導加熱の応用

• 誘導加熱プロセスにより、表面加熱、溶融、はんだ付けを対象とした加熱が可能です。
• 金属に加えて、液体導体と気体導体の加熱は誘導加熱によって可能です。
• 半導体産業におけるシリコンの加熱には、誘導加熱の原理が使用されます。
• このプロセスは、金属を融点まで加熱するための誘導炉で使用されます。
• これは非接触加熱プロセスであるため、真空炉はこのプロセスを利用して、酸素の存在下で加熱すると酸化する特殊な鋼や合金を製造します。
• 誘導加熱プロセスは、強磁性セラミックをドープした金属、場合によってはプラスチックの溶接に使用されます。
• キッチンで使用される誘導ストーブは、誘導加熱の原理に基づいて動作します。
• カーバイドからシャフトへの誘導加熱プロセスが使用されます。
• ボトルや医薬品の不正開封防止キャップシールには、誘導加熱プロセスが使用されます。
• プラスチック射出成形機は、誘導加熱を使用して射出のエネルギー効率を向上させます。

製造業の場合、 誘導加熱 一貫性、速度、および制御の強力なパックを提供します。これは、きちんとした、迅速で汚染のない加熱プロセスです。誘導加熱中に観察される熱損失は、レンツの法則を使用して解決できます。この法則は、誘導加熱の過程で発生する熱損失を生産的に使用する方法を示しました。誘導加熱のどのアプリケーションがあなたを驚かせましたか？