誘導加熱は徐々に、いくつかの産業で従来の加熱システムに取って代わりつつある。なんといっても、無公害で、局所的で、一貫性があり、正確な加熱が可能だからだ。しかし、ほとんどの人は、誘導コイルの設計が加熱効率に影響することを知りません。この記事では、誘導加熱コイル設計の基本について説明します。さらに、どのような種類の誘導コイルがあるのかについてもご紹介します。しかし、まずは誘導加熱コイルがどのように機能するのかを知りましょう。

誘導加熱コイルはどのように機能するのか？

コイルは誘導加熱装置の最も重要な部分である。その設計と品質によって、ワークピースの加熱効率が決まります。誘導コイルは、コイルの形をした銅管です。銅管の巻き数によって、コイルはヘリカルコイルまたはソレノイド巻きコイルと呼ばれます。電源がコイルを通過すると、電磁場が発生する。これはAC（交流）の流れによって起こる。この交流電磁界は、被加工物に誘導電流を発生させる。そしてこの電流は、二乗R損失のために熱を発生させる。どれだけの電流が被加工物を通過するかは、コイルの電磁界強度に依存する。このエネルギー伝達は、渦電流効果または変圧器効果と呼ばれる。

誘導コイルの種類

人々は誘導加熱のために様々なコイルを使用してきた。これらのコイルは、異なる加熱動作と用途を持っています。ここでは、一般的な誘導コイルの種類について説明します。

シングルターンコイル

シングルターンコイルはソリッドインダクターとも呼ばれる。このコイルは狭い帯域でワークを加熱する。これとは別に、コイルはワークの長さをスキャンすることができます。

内部コイル

内部コイルはそのユニークなデザインで知られている。このコイルは穴の内面を加熱することができる。コイルの設計により、穴の表面からの全体的な距離が短くなり、最適な熱が穴に届きやすくなる。

多回転ヘリカルコイル

マルチ・ターン・ヘリカル・コイルまたはソレノイド・コイルは、複数のターンを特徴とするよく知られた誘導コイルである。これらのターンは加熱パターンの長さを表します。

マルチポジション・ヘリカルコイル

マルチポジションヘリカルコイルは、完全な加熱プロセスに適しています。このコイルは任意のポジション数を持つことができる。とはいえ、最大8つのポジションが実用的です。

カーブド・チャンネル・コイル

これらのコイルは回転テーブル上で使用される。オペレーターが多段階の組立工程を1ステップで済ませるのに役立ちます。

パンケーキコイル

このコイルは、ワークを片側からだけ加熱する必要がある場合に使用される。一般的に、表面が平らな金属に適している。また、パンケーキコイルは、中心から狭い帯状の部分を加熱することができます。

ヘアピン・コイル

ヘアピンコイルは、単回転コイルと多回転コイルがある。一般的には、細長い部品を加熱するのに役立ちます。オペレーターは、動く鉄やアルミニウムを加熱するためにも使用します。コイルの種類はお分かりいただけたと思います。誘導加熱コイルの設計の基本について学びましょう。

誘導加熱コイルを設計する際に留意すべきこと

誘導加熱コイルの設計は、誘導加熱プロセスの効果に役割を果たします。その結果、その部品を選択する際に最適な選択をすることが非常に重要です。

チューブの選択

コイルのチューブは導電性の高い銅でなければならない。少なくとも0.32cmの外径を持つ銅管は、水冷を容易にする。とはいえ、高出力を必要とする用途では、直径を5.1cmまで大きくすることもできる。

コイルターン数

マルチターンコイルは、単発の大口径加熱に最適です。このコイルは、複数のターンを持つことで、コイル全体の比率を高めている。しかし、コイルの直径が4倍から8倍を超えると、均一な加熱が難しくなります。

シングルターンコイル

シングルターンコイルは、直径の細いバンドを加熱するのに適している。シングルターンコイルの高さと直径は、サイズによって若干異なります。

コイルリードの設計

ワークコイル・リードの設計と構造が、コイルの性能に大きな影響を与える。コイルにはタンク回路がある。タンクコンデンサーとコイルをつなぐリード線はすべてインダクタンスを持っています。コイル加熱部のインダクタンスが高ければ、リード線のインダクタンスの影響を打ち消すことができる。

コイル・ブレーシング

コイルのブレースは、誘導コイルを設計する際に考慮すべきもう一つの重要な要素である。コイル・ブレーシングは、起磁力が不要な動きをしないようにします。コイルとワークに電流が流れると、起磁力が発生します。誘導加熱中は、この力が制御不能になることがあります。そのため、ブレースは非常に重要です。

カップリング距離

カップリングとは、誘導コイルと被加工物の間のギャップを表す用語である。プログレッシブ加熱の場合、カップリング距離は0.19cmが望ましい。しかし、ワークピースが磁性材料の場合、カップリング距離は0.25～0.38インチが望ましい。コイルとワークのギャップが小さい場合をタイト・カップリング、大きい場合をルーズ・カップリングと呼ぶ。

コイル成形

ほとんどのメーカーは、数回曲げるごとにコイル・チューブをアニールする。コイルの変形を防ぐためだ。チューブは真っ赤になるまで加熱される。その後、水で急冷する。この工程により、製造中にコイルが破断するのを防ぐことができる。

コイル曲げ成形に使用する工具

完璧な誘導加熱コイルの設計を保証するために、多くのツールが使用されます。以下に、重要なものをいくつか紹介しよう。

キャリパー

ノギスは、メーカーが誘導加熱コイルのさまざまな寸法を測定するのに役立つ測定ツールです。さらに、コイルの厚さを測定することもできます。

フィーラーゲージ

フィーラゲージは、コイル成形時に使用されるもう一つの重要なツールです。エンジニアが誘導加熱コイルターンのギャップ幅を決定するのに役立ちます。この測定器は、近接するもの同士の間隔を測定します。

測定ロッド

エンジニアは測定棒を使ってコイルの調査エリアの長さを測る。

角度定規

角度ゲージとしても知られる角度定規は、ワークピースの内側と外側の角度を測定するのに役立つ測定ツールです。

流量計

流量計は、誘導コイルを設計する際に使用されるもう一つの重要な機器である。コイルには電流が流れるため、多くの熱が発生する。そのため、銅管内を流れる冷却水の助けを借りてコイルを冷却します。流量計は、冷却水の圧力と流量が適切かどうかを検出するのに役立ちます。銅管の直径に見合ったものでなければなりません。流量が適切でないと、熱を効果的に抑えることができず、焼損の原因になります。その他

電気メーター

電気メーターは、電流が適切に流れているかどうかを検知するのに役立ちます。誘導加熱コイルをコネクタに取り付けるには、ろう付けが必要です。そのため、電流が正常に流れているかどうかを確認することが重要です。

誘導ろう付け機

エンジニアは、銅のインダクタンス・コイルを接合するために、誘導ろう付け機を利用している。

インダクションコイルの取り付け

その設計と同様に、誘導コイルの適切な設置は極めて重要である。誘導コイルが正しく取り付けられていないと、数時間のダウンタイムを引き起こす可能性がある。コイルの取り付けや交換は、メーカーのマニュアルに従うことが望ましい。誘導加熱装置のコイルを交換する際には、以下の点に注意してください。

  • メインスイッチと冷却水がオフになっていることを確認する。
  • インダクターの下に容器を置き、漏れた冷却水を回収する。
  • コネクターの爪のナットを緩めて、スラストパーツを慎重に外す。
  • インダクターを引き抜き、新しいコイルを取り付ける。
  • コイルと同軸トランスをタイトフィットさせる。

注：ナットとワッシャーは必ず真鍮製を使用してください。誘導加熱コイルは、誘導加熱装置の最も重要な部分です。そのため、誘導加熱コイルの設計には多くの考慮が必要です。そこで、誘導加熱コイル、その設計、機能、種類などについての詳細なガイドです。私たちは、これが主題に関する十分な知識を与えることを願っています。

詳細はこちら：
カスタムインダクションコイルサービス
誘導コイルと銅管のメンテナンス