誘導加熱は、電磁誘導とジュール効果を利用して対象物の内部で熱を発生させる、導電性材料を加熱するための非常に効率的な方法です。このプロセスでは、誘導コイルを介して可変磁場を作り出し、材料に渦電流を誘導する。これらの電流は表皮効果によって表面付近に集中し、抵抗によって熱を発生させる（ジュール熱）。強磁性材料は、ヒステリシス損失による追加加熱も経験する。コイルの形状や電源などのシステム設計は、加熱効率や均一性に直接影響します。従来の加熱炉に比べ、誘導加熱はメンテナンスの軽減や装置の長寿命化などの利点があり、精密加熱用途に好ましい選択となっています。
キーポイントの説明
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電磁誘導（ファラデーの法則）
- 誘導コイル内の交流電流によって発生する時間的に変化する磁場が、導電性物質に渦電流を誘導する。
- これらの電流は、直接接触することなくエネルギー伝達を確実にするため、それ自身の反対磁界を作り出します。
- 例コイル状の導体の中に金属棒を入れ、物理的な接触なしに加熱する。
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ジュール加熱（抵抗加熱）
- 渦電流が材料の電気抵抗に遭遇し、電気エネルギーを熱に変換する。
- ここで（I）は電流、（R）は抵抗、（t）は時間である。
- この原理は、金属の硬化やろう付けのような用途では重要である。
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表皮効果
- 高周波では、渦電流が材料の表面付近に集中し、浸透深さが減少する。
- 式で支配される：(ここで、(δ)は表皮深度、(ρ)は抵抗率、(ω)は周波数、(μ)は透磁率である。
- ケースハードニングやアニーリングに有用な、表面固有の加熱を可能にする。
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ヒステリシス損失（強磁性材料）
- 磁性材料では、交番磁場が磁区の連続的な再整列を引き起こし、エネルギーを熱として放散する。
- 材料が強磁性を失うキュリー点以上の温度では減少する。
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システムコンポーネント
- 電源:交流を高周波交流（工業用10～400kHzなど）に変換する。
- 誘導コイル:カスタマイズ可能な形状（例：ヘリカル、パンケーキ）フィールド分布を制御する。
- 冷却システム:コイルの過熱を防ぎ、多くの場合、水冷式銅管を使用。
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従来の加熱を超える利点
- より速い加熱速度と正確な温度制御
- ワーク内で直接熱が発生するため、エネルギー効率が高い。
- 以下のような燃焼式システムに比べてメンテナンスコストが低い 真空炉価格 .
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アプリケーション
- 産業用:金属の溶解、鍛造、溶接
- メディカル:工具の滅菌
- 消費者:IHクッキングヒーターも同じ原理を利用しています。
これらの基本を理解することで、購入者は特定のニーズに合わせてIHシステムを評価し、周波数、電力、コイル設計などの要素をバランスさせ、性能とコストを最適化することができる。
総括表：
| 原理 | 主要メカニズム | アプリケーション |
|---|---|---|
| 電磁誘導 | 時間変化する磁場が渦電流を誘導 | 金属硬化、ろう付け |
| ジュール加熱 | 抵抗が渦電流を熱に変換 | 精密加熱、鍛造 |
| 表皮効果 | 表面付近に電流が集中 | ケース硬化、アニール |
| ヒステリシス損失 | 磁区再調整による放熱 | 強磁性体の加熱 |
| システム構成 | 電源、誘導コイル、冷却システム | 工業用、医療用、民生用 |
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