渦電流は、主に電磁誘導によって変化する磁場にさらされたときに、導電性材料内に誘導される円形の電流である。誘導ヒーターでは、コイルを通過する交流電流（AC）によって渦電流が発生し、ターゲット材料を貫通する変動磁場が形成される。材料の抵抗は、ジュール熱によって渦電流を熱に変換し、正確で効率的な加熱を可能にする。このプロセスは、周波数、電力、共振を最適化する回路によって制御されるため、誘導ヒーターは以下のような産業用途で重宝されている。 化学蒸着リアクター .
キーポイントの説明
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渦電流の定義
- 渦電流は、変化する磁場にさらされたときに導電性材料（金属など）内に誘導される電流のループである。
- これはファラデーの誘導の法則から生じるもので、時間的に変化する磁場によって起電力（EMF）が発生し、材料に電流が流れる。
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誘導ヒーターにおける発生
- コイルと交流（AC）： 誘導ヒーターは、高周波交流（例では182 kHz）により通電されるコイル（インダクター）を使用します。交流はコイルの周囲に急速に振動する磁場を作ります。
- 電磁誘導： 導電性材料（金属工作物など）をコイルの近くに置くと、変化する磁場によって材料表面に渦電流が誘導される。
- ジュール加熱： これらの電流は材料の抵抗に遭遇し、電気エネルギーを熱に変換する（H = I²R）。これが核となる加熱メカニズムである。
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回路部品の役割
- 共振LCタンク： コイルとコンデンサーが特定の周波数（例えば182kHz）に同調した共振回路を形成する。これにより、エネルギー伝達効率が最大化される。
- パワーエレクトロニクス（IGBT/MOSFET）： コイルの高周波発振を維持するため、トランジスタが電流を高速に切り替える。
- 制御システム： マイクロコントローラーとセンサー（熱電対など）が電力と周波数を調整し、正確な温度制御を実現します。
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用途と効率
- インダクションヒーターは、金属硬化、ろう付け、化学蒸着リアクターなどの工業プロセスで使用されます。 化学蒸着リアクター 局所的でコンタミのない加熱が重要な化学気相成長リアクター。
- 利点としては、迅速な加熱、エネルギー効率（周囲への熱損失が最小限）、コイルとターゲット材料の直接接触がないことなどが挙げられる。
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設計上の考慮点
- 材料特性： 導電率と透磁率は渦電流強度に影響する。強磁性材料はヒステリシス損失が加わるため、より効率的に発熱する。
- 周波数の選択： 高い周波数（kHz-MHz）は表面レベルの加熱（表皮効果）を発生させ、低い周波数はより深く浸透します。
これらの原理を理解することで、機器の購入者は、電力、周波数、制御機能のバランスをとりながら、特定の材料とプロセスの要件に合わせた誘導加熱装置を選択することができます。
まとめ表
| 主な側面 | 詳細 |
|---|---|
| 渦電流の定義 | 変化する磁場によって導電性物質に誘導される円形の電流。 |
| 発生メカニズム | 交流コイルで振動磁界を発生させ、表面電流を誘導する。 |
| 加熱原理 | ジュール加熱は、渦電流を材料抵抗による熱に変換する。 |
| 重要部品 | 共振LCタンク、パワーエレクトロニクス（IGBT/MOSFET）、制御システム。 |
| 産業用アプリケーション | 金属硬化、ろう付け、CVDリアクター-局所的で汚染のない加熱。 |
| 効率要因 | 材料の導電率、周波数の選択（表皮効果と深部浸透）。 |
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