誘導加熱は、主に導電性材料の加熱に用いられる方法である。
これらの材料は主に金属と一部の半導体である。
誘導コイルから発生する電磁場を利用して材料を加熱する。
加熱できる材料には、鋼鉄、銅、真鍮、グラファイト、金、銀、アルミニウム、炭化物などがある。
熱は、渦電流や、磁性材料ではヒステリシス損失によって材料内部で発生する。
誘導加熱について知っておくべき4つのポイント
1.金属と半導体
誘導によって加熱される主な材料は、その電気伝導性から金属である。
これには、鉄、銅、真鍮、金、銀、アルミニウムなど幅広い金属が含まれます。
また、あまり一般的ではありませんが、半導体もこの方法で加熱することができます。
2.磁性材料
電気伝導性に加え、鉄のような磁性材料は磁気ヒステリシス損失によりさらに加熱されます。
これは、渦電流の流れに対する抵抗だけでなく、磁化と減磁の過程で失われるエネルギーによっても材料が加熱されることを意味する。
3.加熱のメカニズム
渦電流:導電性材料を高速の交番磁場中に置くと、材料内に渦電流が誘導される。
この渦電流は材料の抵抗を通して流れ、ジュール熱によって熱を発生させます。
ヒステリシス損失:磁性材料では、交番磁界による磁化と減磁の繰り返しによっても熱が発生します。
これはヒステリシス損失として知られ、材料全体の加熱に寄与する。
4.加熱に影響する要因
材料の厚みと大きさ:小さくて薄い材料は、大きくて厚い材料よりも早く加熱される。
これは、渦電流によって発生した熱が、より簡単に浸透し、より小さな材料の体積全体を加熱することができるためである。
電流の周波数:誘導加熱に使用される交流電流の周波数は、熱の浸透の深さに影響します。
周波数が高いほど浸透深度は低くなり、薄い材料や表面層の加熱に適しています。
材料の抵抗率:抵抗率の高い材料は、渦電流の流れに対する抵抗が大きいため、発熱が速くなります。
誘導加熱システムの設計上の注意点
誘導加熱システムの設計は、材料の導電率、磁気特性、サイズなどの特性を考慮する必要があります。
インダクターは、効率的で安全な動作を保証するために、加熱される材料の挿入と取り外しが容易にできるように設計されなければならない。
電源の容量は、材料の比熱、質量、必要な温度上昇に基づいて計算しなければならない。
要約すると、誘導加熱は、導電性材料、特に金属や一部の半導体を加熱するための多目的で効率的な方法です。
このプロセスは、渦電流と磁性材料ではヒステリシス損失によって内部で熱を発生させるため、直接接触することなく迅速かつ制御された加熱が可能です。
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