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透磁率の影響は鉄パイプとアルミパイプで異なるのか？
- ベアリングヒーターでは、鉄パイプとアルミパイプを置くことで加熱状況に違いが生じます。
- 鉄とアルミは透磁率が異なるため、発生する電流値も異なりますが、貫通穴に磁束がいったりきたりする場合では透磁率は意味をなさないでしょう。
- 透磁率は鉄パイプとアルミパイプの発熱量には影響しません。発熱量はそれぞれの抵抗値のみに依存します。しかし、内部に丸鉄や丸アルミ材を置く場合は透磁率による違いが発熱量に影響します。
- 電気設計
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やってることは IH調理器と同じです http://www.tdk.co.jp/techmag/knowledge/200501/ 抜粋 IH調理器の中には、渦巻状のコイルが入っています。 ここに高周波の電流を流すと、「電磁誘導の法則」にしたがって、コイルの周辺に磁力線が発生します。 磁力線が金属でできたなべ底を通過する時に、鍋の内部に無数の「渦（うず）電流」を発生させます。 渦電流が流れる時、鍋底の電気抵抗で熱が発生します。 結局のところジュ－ル熱なので 抵抗値が高いほうが 有利です しかし周波数帯を変えることによって温めることは可能です 抜粋 磁性体の鍋しか使えなかったころのIH調理器のインバーターは、 2万ヘルツの電流を取り出していましたが、 アルミや銅の鍋でも加熱ができるようにするためには、 6万ヘルツ程度の電流を取り出せばよい IHで加熱できる場所は渦電流がかかっている局所的なので 熱伝導率や熱放射率 を考えると アルミは 効率が悪いのですが 与えるコイル形状は比較的自由にできるので 全体に電磁誘導を行わせるようような工夫をすれば その差はなくなります 局所的に温まる例 高周波焼き入れ http://www.fukunetsu.co.jp/business/03/
>下記のようなベアリングヒーターですが リンクされてません 恐らく↓かな http://www.stjcorp.jp/product/bearing_heaters/detail02/ >鉄パイプとアルミパイプの発熱量の違いはそれぞれの抵抗値だけに依存されるのでしょうか？ 透磁率や抵抗率もですが それよりも熱伝導率の方が影響が大きいと思う アルミはすぐに冷えちゃうんで なかなか熱くならない https://www.osaka-kyoiku.ac.jp/~masako/exp/netuworld/seisitu/ritu.html アルミは誘導加熱可能らしい http://www.oet.co.jp/ih_genri.html 但し、高価らしい？ http://www.spc.co.jp/products/ih/information.html http://www.fbi-award.jp/sentan/jusyou/2003/pana/index.html http://www.sinfo-eng.co.jp/jigyo/system/billet/ アルミニウム加熱の場合（加熱温度450°C） ５００ｋｗ ２ｔｏｎ／ｈ
お礼
ご回答ありがとうございます。 参考にさせて頂きます。
http://www.fa-mart.co.jp/stjcorp/02.を開こうとすると、 “お探しのページは移転または削除されました。”のメッセージが出ます。 今一度、図をアップしなおして頂くようにお願いします。
お礼
ご回答ありがとうございます。 まずURLですが、以下のとおりです。失礼致しました。 http://www.fa-mart.co.jp/stjcorp/02.html 添付されたものと同様です。 ご指摘のとおり、先の質問と関係あります。 先の問題については、問題があった際、私が立ち会っておらず、また私がその後立ち合い調査しましたが、同じような事象が発生せず終いで、とりあえず様子見となっています。失礼いたしました。 ですが、私が立ち会っている中で、別の問題が発生しました。 そこでまず今回の質問に至ったのです。。 装置としては、下記URLの図におけるトランスと同様なものです。 http://www.geocities.jp/spwks280/test-4237.html ただし「二次側と記載されているコイル側が一次側」となっており、 「二次側と記載されているコイル側にアルミパイプ状のもの」を配置して加熱するという方式です。 コイルの長さを500?とした場合、パイプ状のものは様々な高さ寸法のものがあります（350まで）。しかしながら、長さにより加熱分布が異なるのです。 大概はコイル中心部に位置する箇所付近から昇温されていきますが、とある中間くらいの長さのものがパイプの端から昇温されるという事象が起こっています（長いものや短いものは中心部から昇温）。 そこで何が原因として考えられるか考えておりました。 ベアリングヒーターをみてみると、電磁鋼板の中心に置かれていないにも関わらず（引掛けているので偏芯してますよね）、おそらく均等加熱されていると思われ、これは私が質問で記載したように、ベアリングが一巻のコイルと同じとみなされる為、交番磁束により誘起される電流が特に偏りなく発生するためかと考えました。 装置についても同じようなことが当てはまると考えましたが、実際に上記のような問題があることから、コイルの外側に発生する磁束がアルミを貫通することにより発生する渦電流が何かしら関係があるのかと思ったのです。アルミは透磁率が低いから誘導加熱に不向きと言われているわけですから、金属事態に直接鎖交する磁束が関係するのかと。。 まずは私の知識不足ということで、トランスと同様な加熱装置において、加熱のメカニズムをはっきり認識したいわけです。私が思う以下の二点の事象による加熱が起こるのでしょうか？ ?パイプ内径部を通過する交番磁束により誘起される電流による加熱 ?コイルの外側の交番磁束が直接アルミパイプを貫通することにより誘起される電流による加熱 ※そもそも誘導加熱が目的ならば、コイル内径部に鉄心が１本あればよいのではないかとも思われるのですが。。やはり図のように「日」と横にしたような鉄心が必要なのですかね。。 長々となり申し訳ありません。 雑文で申し訳ありませんが何となく伝わっていれば幸いです。 ご丁寧なご回答ありがとうございます。 仰ることはよく理解できます。 それであつかましいのですが、あと何点かお聞きしたいことがありまして、明日またこちらに記載させて頂ければと思っております。 何卒宜しくお願い致します。 取り急ぎご連絡まで お世話になります。 よろしければ是非以下の点についてご教授頂ければと思います。 尚、先日お伝えさせて頂きましたように、下記のような装置となります。 『http://www.geocities.jp/spwks280/test-4237.html ただし「二次側と記載されているコイル側が一次側」となっており、 「二次側と記載されているコイル側にアルミパイプ状のもの」を配置して加熱するという方式です。』 （1）誘導加熱中、アルミパイプは1巻きとみなせるので、大電流が流れていると思いますが、仮にパイプがテーパ形状等になっていると、径の小さい箇所の全周が短くなるのでその部分の抵抗が低い分、より発熱するなどということがあり得るのでしょうか？ （2）誘導加熱中に製品に触ると危険かと思っており、手で製品を触ると人体を通して大地に電流が流れるのかと思っていたのですが、さしたる問題はありません。なぜでしょうか？ （3）仮にコイル高さを500mm、アルミパイプ長さを200mmとした場合、アルミパイプとコイルの高さ方向の中心を合わせた場合と、高さ方向の中心を大きくずらした場合ですと結合係数は変化するものでしょうか？電磁鋼板が1本通っているので、どこに配置しても安定しているのではないか？と思っているのですが。きちんと解析をしないとわからないとは思うのですが、考え方としてはどう捉えるべきかと。 コイル高さ中心位置に近いポイントから加熱されやすい傾向にあるのですが、長さや径によって、加熱ポイントがコイル高さ中心からずれる場合があります。 漏れの影響もあるかと思うのですが、装置を上から見た場合、アルミパイプを大きく偏芯して置いた場合でも全体の加熱バランスは変わりません。漏れによるアルミへの鎖交磁束の影響だと、偏芯した場合には円周方向に随分バラツキがでるのではないかと思ったのですが。 （4）アルミに電流が流れることによって発生する磁束（アルミによる磁束）により、コイルの磁束が幾分か打ち消されるかと思います。パイプの径や長さの違いによりアルミによる磁束の強さも異なると思いますので、ヒステリシスにも影響がでるのではないかと考えています。これによりアルミを加熱する磁束密度が高さ方向にいろいろ変化し、最大加熱ポイントがコイル中心からずれたりするのではないかと考えるのですが如何でしょうか？ さして情報がないなかでいろいろと質問させて頂きました。 もしよろしければ見解をお聞かせ頂けると幸いです。 何卒宜しくお願い致します。、 ＞鉄芯に近い内周に1次巻線（励起巻線）を施し、その外周に同軸状にパイプ 状のワークピースを配置する構造と考えて宜しいでしょうか？ ⇒おっしゃる通りです。 ・a)についてですが、連続で使用する前と後であっても、少しはあるかもしれませんが明らかな差はないという状況です。ご指摘される通り、コイルが熱を持った条件では効率が随分低下すると懸念してはいたのですが。 ・ｂ）についても５?程度のギャップがある装置もありますが、ギャップがない装置と効率に明確な差異がありません。技術書面には少々のギャップであっても磁気抵抗がかなり増加するとあるのですが。。 ・ｃ）についてですが、鎖交磁束による加熱を考えると、アルミであると透磁率がもろに効いてしまい、効率が悪くなってしまわないでしょうか？ ・（１）やはり径が小さいほうが加熱されやすいですよね。それでも傾向としては、径が大きくてもコイル中心高さ付近が最も温度があがりやすいですね。 ・（２）計算では10000アンペアくらいの電流になるのですが、たしかに電圧は２V程度でした。大電流であっても電圧が低いと流れない・・・いまだに感覚がつかめないのですが、おっしゃるとおりですよね。 ・（３）やはり漏れ磁束ですよね。しかし一度コイル付近にアルミの試験ピース（パイプではな５０?角のピース）を置いて加熱を試みたのですが、まったく加熱されませんでした。漏れがあれば鎖交磁束により少しは加熱されるかと思ったのですが。パイプを置くことにより何か作用して、漏れが発生するのか？と考えたりもしましたが、このあたりは解析しないと難しそうですね。 ・（４）ヒステリシスについてはまだ理解不足と思います。ただ、アルミ形状によりヒステリシスループの曲線も変化し、それにより鉄心内の磁束の発生具合も様々となり、磁束密度が高くなる位置がいろいろ変化する可能性があるのか？と考えたのですが、少しずれているかもですね。 アルミ自体は常磁性体なのでヒステリシスは確かにないですよね。 ご見解を頂き非常にありがたく思います。 よろしければ再度ご見解頂ければと思います。甘えすぎて申し訳ございません。 いつも大変お世話になります。 ｂ）の件ですが、これは装置メーカーに製作してもらいました。現在は廃業されており、仕様書もないのでコイルもどう巻かれているかも不明です（絶縁紙で覆われているため）。 ギャップについてですが、磁束漏れがかなり影響あるというのが一般的だとは思うのですが。詳細な構造説明いただきありがとうございます。 ｃ）についてですが、仰る通り大きめの鉄材でも置いてみたらよいですね。しかし以前、適当なピースなど置いたら飛んでいく危険性があると言われたことがあります。50角のアルミピースだと全く飛んでいくどころか、温度変化はまったくありませんでした。漏れがあれば少々でも上がるとおもったのですが あと何度も申し訳ありませんが再度質問なのですが。。 前々回に下記ご説明を頂きました。 『２次コイルを形成する抵抗値によって、ワークに 投入される電力が変化し、その様子をグラフに描くと、上に凸のカーブ となります。グラフの左側では、抵抗値が大きくなるほど加熱電力が 大きくなるのに対し、グラフの右側では抵抗値が大きくなるほど加熱 電力が減少します。』 これは単純に最大電力となる抵抗値が存在するということだと思いますが、 技術書にも載っている一般的な理論だと思いますが、詳細説明された何か良い資料はご存知ですか？（きちんと学習したい為）。いろいろ探していたのですが、見つからずでして。。 詳細を学習したい理由としては以下の事象がある為です。 異形のパイプをテーパで繋げているようなアルミパイプを加熱する場合があるのですが、小径部φ400はテーパ部含めて巾60mm程度です、大径部φ500は巾はいろいろありますが（200～350）、中間あたりの巾となる250～300のものだけ小径部が大径部より加熱が早まります。200～250、300～350は大径部が早く加熱されます。これはまさに、上記のご説明頂いた内容のように、抵抗と電力のバランスの問題かと考えました。 お手数ですがご回答、ご見解お聞かせ頂けると助かります。 お世話になります。 こちらからたくさん質問させて頂きましたが、すべてご丁寧にご回答頂き、本当にありがとうございました（返信おそくなり大変申し訳ないです）。 一人で悩んでいたところでしたので、本当に助かりましたし、非常に勉強になりました。 また機会があるときは、是非宜しくお願い致します。
補足
凸のカーブのグラフはインピーダンス整合のことですね！ 検索不足でした。申し訳ありません。 http://fnorio.com/0053power_supply1/power_supply1.htm これについては十分理解できます。 あれから考察してみました。一読頂くとありがたいです。 ⇒異径のパイプですと、ある分割基準線を決めて抵抗値の異なる2つの導体があるとします（この場合、並列回路になるかと思いますが）。 小径部が先に加熱される中間長さの異径パイプについて、大径部と小径部の体積が同じ位置となる箇所を分割基準線とします。 体積が同じなので、大径部と小径部の全体的な抵抗も近似するとみなした場合、小径部のほうが磁束に近いのでより加熱されやすくなることもあるのか？（小径部が早く加熱されるときが最大電力）などと考えました。 大径部の長さが短くなったり長くなったりすると、大径部の抵抗と電流値が変化し（大径部の加熱が早まる条件になる）、この結果小径部の加熱が減少する・・・ 無理やりかと思いましたが、的が外れていますでしょうか・・・？ ※上で小径部はテーパ部含めて巾60と記載しましたが、巾160の誤りでした。
お礼
ご回答ありがとうございます。 IHの場合はまさに鍋を加熱するので、鍋材質の透磁率が大きく関わってきますよね。 鍋がアルミだとなかなか加熱されないですよね。 ベアリングヒーターのような装置ですと、やはり透磁率が関係しないように思えるのです。 もう少し学習します！