アルミの高周波誘導加熱、低周波誘導加熱

Question

アルミのパイプ（径の種類がたくさんあります）を誘導加熱により膨張させて焼きバメをするのですが、現状は低周波で実施しておりいます。しかしながら高周波ではもっと効率があがらないか？と問われるとどのように説明したらよいかわからず、なんともいえないのです。そこで、下記に現状答えられる内容を纏めましたのでご確認頂き、ご教授いただけると助かります。

「高周波のほうが表皮効果が高く、低周波と比較して製品表面からすばやく加熱できるので、おそらく加熱時間については高周波のほうが優位性がある。また製品の放熱を考慮すると、低周波では、高周波と比較して最高到達温度も落ちることになると思われる。しかし、アルミを高周波加熱する場合は、コイルに製品をかなり接近させる必要がある。よって、径の種類がたくさんある場合、径に応じたコイルが必要になるので、作業効率やコイルのセッティングの面を考慮すると生産効率が落ちる。
よって目標温度がそれほど高温でなく、現状で目的に達しているのであれば、低周波で十分対応できているという捉え方ができる。
追記として、高周波は、電源効率が低周波と比較して落ちるという面もある。」

というくらいの説明になります。

ただ、大きな問題なのですが、高周波の場合はなぜコイルと製品を接近させなければならないか説明できません（そのようなことをどこかで聞いたことがありましたが）。

宜しくお願い致します。

Accepted Answer

＞高周波の場合はなぜコイルと製品を接近させなければならないか説明できません

アルミのように非磁性体のワークピースを誘導加熱する場合、磁性体による
磁束の集中がないので、周波数に拘わらず励起コイルとワークの距離が近い
方が加熱効率が上げることができるのは間違いないようです。

また、励起コイルを一定電流で駆動した場合、ワークピースに最もよくエネ
ルギーを伝達できる周波数が存在し、その周波数は、ワークピースがつくる
１ターンのコイルと、１ターンコイルの抵抗値によって決まるようです。

最もよくエネルギーを伝達できる周波数を正確に計算することは困難ですが、
ワークピースの形状・寸法が分かれば、加熱効率のよい周波数について、
およその値を試算することは可能と思います。

上記は、磁性体を使わないことを前提としましたが、アルミパイプの内側に
磁性体を入れた状態で磁界を印加すれば、効率のよい誘導加熱が可能になり
ます。「電縫管」「溶接」「インピーダー」などをキーワードに検索して
みて下さい。溶接するパイプの中に、水冷式の磁性体（インピーダー）を
入れて、効率よく加熱・溶接する方法について情報を得ることができると
思います。

Answer

http://www.spc.co.jp/products/ih/information.html
　　高周波誘導加熱による金属の周波数と電流の浸透深さ

25℃常温においては　　鉄＜アルミ　　それが800℃に赤熱すると逆に鉄が大きくなる。

アルミは
・比透磁率が１と小さく、磁束を引寄せないからコイルを近づける必要（鉄芯トランスとの違い）
・抵抗が低く電流を多く流す必要

を回避するため、表皮効果が大きくなるよう周波数を上げる。
本件、芯無のパイプを高周波化する効果？、加熱を急ぐ必要？　電流を上げることでも出来るのでは

[参考サイト]
　　加熱効率は非常に悪く、鉄並みの加熱時間を実現しようとすると、加熱出力ＵＰ及び用途に
　　応じた周波数とワークに応じた最適形状の加熱出力コイルが必要になります。

訂正
低周波誘導加熱とは、一般には50Hz/60Hzを指すようで、私は高周波誘導加熱の低いほうと誤解しました。

そうなら数KHz程度でも差が大きく、効果あると思います。
家庭用IHは20KHz、アルミ鍋が使えるとするのは60KHz程度で電源装置は高くなりますが

低周波誘導加熱とは対象がデカイイメージ。それなら時間を問題にすることもないのでは。消費電力、効率も。。。。

小物ならサイクルタイムを問題にする意義はあるでしょう。
冒頭に示した島田理化などに話を持ち掛けると具体的金額で答えが出るのでは。算合わなく逃げても何ら問題ありません。

Answer

固有振動数
http://sumai.panasonic.jp/ihcook/faq/a_03.html

うちのはアルミなべに対応してない

アルミの高周波誘導加熱と低周波誘導加熱の効率比較