誘導加熱は、金属または他の導電性 多くの現代製造工程のために、誘導加熱は速度、一貫性および制御の魅力的な組合せを提供する。
誘導加熱の基本原則は1920年代から理解され、製造に適用されてきました。第二次世界大戦中には、金属エンジン部品を硬化させるための迅速で信頼性の高いプロセスのための緊急の戦時要件を満たすために急速に開発されました。 最近では、リーン製造技術に焦点を当て、品質管理の向上に重点を置いて、誘導技術の再発見につながり、正確に制御されたすべての固体誘導電源の開発この加熱方法は何がユニークなのですか？
最も一般的な加熱方法では、トーチまたは直火が金属部分に直接適用されます。 しかし、誘導加熱では、熱は実際には電流を循環させることによって部品自体の中に「誘導」されます。
誘導加熱は、無線周波数（RF）エネルギーのユニークな特性に依存しています-赤外線とマイクロ波エネルギー以下の電磁スペクトルのその部分。 熱は電磁波を介して製品に伝達されるため、部品が火炎と直接接触することはなく、インダクタ自体が熱くならず（図1参照）、製品の汚染はありません。 適切に設定すると、プロセスは非常に再現性があり、制御可能になります。
誘導加熱はどのように機能しますか
誘導加熱はどのように正確に機能しますか？ それは電気の原則の基本的な理解を持っているのに役立ちます。 交流電流が変圧器の一次側に印加されると、交流磁場が生成される。 ファラデーの法則によれば、変圧器の二次側が磁場内にある場合、電流が誘導される。
図2に示す基本的な誘導加熱セットアップでは、ソリッドステートRF電源がインダクタ(多くの場合、銅コイル)にAC電流を送り、加熱される部品(ワークピース)がインダクタの内部に配置されます。 インダクタは一次変圧器として機能し、加熱される部品は二次短絡になります。 金属部品がインダクタ内に配置され、磁場に入ると、部品内に循環渦電流が誘導されます。
図3に示すように、これらの渦電流は金属の電気抵抗率に対して流れ、部品とインダクタとの間に直接接触することなく正確で局所的な熱を生 この加熱は、磁性部品と非磁性部品の両方で発生し、ジュールの最初の法則（導体を通過する電流によって生成される熱の関係を表す科学的公式）を参照して、”ジュール効果”と呼ばれることが多い。
二次的に、磁気部品内にヒステリシス–磁気部品がインダクタを通過するときに生成される内部摩擦によって追加の熱が生成されます。 磁性材料は、インダクタ内の急速に変化する磁場に対して当然のことながら電気抵抗を提供します。 この抵抗は内部摩擦を生成し、それが熱を生成する。
材料を加熱する過程で、したがって、インダクタと部品との間に接触はなく、燃焼ガスも存在しない。 熱されるべき材料は電源から隔離される設定に置くことができる;液体で水中に沈められて、隔離された物質によって、気体大気または真空で覆われ
考慮すべき重要な要因
特定のアプリケーションのための誘導加熱システムの効率は、いくつかの要因に依存します: 部品自体の特性、インダクタの設計、電源の容量、およびアプリケーションに必要な温度変化量。
部品の特性
金属またはプラスチック
まず、誘導加熱は導電性材料、通常は金属でのみ直接動作します。 プラスチックおよび他の非導電性材料は、多くの場合、非導電性材料に熱を伝達する導電性金属サセプタを最初に加熱することによって間接的に
磁気または非磁性
磁性材料を加熱する方が簡単です。 磁性体は、渦電流によって誘起される熱に加えて、ヒステリシス効果（上記）と呼ばれるものを介して熱を生成します。 この効果は、磁性材料がその磁気特性を失う温度である”キュリー”点を超える温度では発生しなくなります。 磁性材料の相対抵抗は、100〜500の「透磁率」スケールで評価され、非磁性材料は1の透磁率を有するが、磁性材料は500の高い透磁率を有することができる。
厚いまたは薄い
導電性材料では、加熱効果の約85％が部品の表面または”皮膚”に発生し、加熱強度は表面からの距離として減少するincreases.So 小さいか薄い部品は特により大きい部品がずっと熱される必要があれば、一般に大きく厚い部品よりすぐに熱します。
研究は交流の頻度と浸透の暖房の深さ間の関係を示しました:頻度が高いほど、部品の暖房は浅くなります。 100から400のkHzの頻度はすぐに大きい部品の小さい部品か表面/皮を熱するために理想的な比較的高エネルギー熱を作り出す。 深く、鋭い熱のために、5から30のkHzのより低い頻度のより長い暖房周期は最も有効であるために示されていました。
抵抗率
あなたは鋼と銅の二つの同じサイズの部分を加熱するためにまったく同じ誘導プロセスを使用する場合、結果はかなり異なっています。
どうして？ 鋼は、炭素、錫、タングステンとともに、高い電気抵抗率を有する。 これらの金属は電流の流れに強く抵抗するので、熱はすぐに蓄積します。 銅、黄銅およびアルミニウムのような低い抵抗の金属は熱するために時間がかかります。 抵抗率は温度とともに増加するので、非常に熱い鋼片は冷たい鋼片よりも誘導加熱を受けやすくなります。
インダクタ設計
誘導加熱に必要な変化する磁場は、交流電流の流れによって発達するのはインダクタ内にあります。 そのため、インダクタの設計はシステム全体の最も重要な側面の1つです。 うまく設計されたインダクタは、部品に適切な加熱パターンを提供し、誘導加熱電源の効率を最大化しながら、部品の挿入と取り外しを容易にします。
電源容量
特定の部分を加熱するために必要な誘導電源のサイズを簡単に計算することができます。 まず、ワークピースにどのくらいのエネルギーを転送する必要があるかを決定する必要があります。 これは、加熱される材料の質量、材料の比熱、および必要な温度の上昇に依存する。 伝導、対流、放射による熱損失も考慮する必要があります。
必要な温度変化の程度
最後に、特定のアプリケーションのための誘導加熱の効率は、必要な温度変化の量に依存します。 温度変化の広い範囲は収容することができます;経験則として、より多くの誘導加熱力が一般に温度変化のある程度を高めるのに利用されています。