渦電流理論と応用
渦電流とは
レンツの法則によれば、変動する磁場にさらされた導体ループには誘起電圧が生じ、その結果、変化を引き起こす方向に対して電流が流れます。この場合、導体の閉ループではなく、導体の本体（例えばフィラメントや磁性材料または非磁性材料のスラブ）に磁場の変化が与えられると、適切な閉路で電流が流れます。
これらの電流は、湖や海で観察される小さな渦巻きの渦から名付けられた「渦電流」と呼ばれます。これらの渦電流ループは有益な場合もあれば望ましくない場合もあります。
これらはトランスコアなどの材料で不必要な高熱損失を引き起こす一方で、誘導加熱、冶金、溶接、ブレーキングなどの様々な工業プロセスで応用されています。この記事では、渦電流現象の理論と応用について述べています。
トランスでの渦電流損失
トランスコア内の磁場の流れは、ファラデーの法則とレンツの法則によりコアに誘起電圧を生じさせ、図のようにコア内に渦電流を生じさせます。トランスコアの一部を考えると、巻線電流i(t)によって生じる磁場B(t)がコア内で渦電流ieddyを生じさせます。
渦電流による損失は以下の通りです：
ここで、ke = 材料のサイズに依存し、抵抗率に反比例する定数、
f = 起励源の周波数、
Bm = 磁場のピーク値、
τ = 材料の厚さ。
上記の式は、渦電流損失が磁束密度、周波数、材料の厚さに依存し、材料の抵抗率に反比例することを示しています。
トランスでの渦電流損失を減らすためには、コアは薄いプレート（層状板）を積み重ねて形成され、各プレートは絶縁またはバーニッシュ処理されており、渦電流の流れは各プレートの非常に小さな断面積に制限され、他のプレートからは絶縁されます。これにより、電流の流れのパスが最小限に抑えられます。これは下の図に示されています：
材料の抵抗率を上げるために、冷間圧延粒方位指向鋼（CRGO鋼）がトランスコアに使用されます。
渦電流の特性
これらは導体材料内部にのみ誘導されます。
これらは亀裂、腐食、エッジなどの欠陥によって歪められます。
渦電流は深さとともに衰減し、表面で最も強度があります。
渦電流の応用
磁気浮上: 反発型の浮上であり、現代の高速マグレブ列車で摩擦のない輸送に応用されています。移動する列車に設置された超伝導磁石によって生じる変動する磁束が、列車が浮上する静止した導体シートに渦電流を生じさせます。渦電流は磁場と相互作用して浮上力を生じさせます。
ハイパーサーミア癌治療: 渦電流加熱が組織加熱に使用されます。導体チューブ内に近接するワイヤ巻線によって誘導される渦電流は、コンデンサと組み合わせてタンク回路を形成し、これが高周波源に接続されます。
渦電流ブレーキ: 渦電流損失による運動エネルギーの熱への変換は、産業で多くの応用があります：
列車のブレーキ。
ローラーコースターのブレーキ。
電動ノコギリやドリルの緊急停止。
誘導加熱: 高周波電磁石を使用して導体本体内に渦電流を誘導することで、電気的に加熱するプロセスです。主な応用は、誘導調理、金属を溶点まで加熱する誘導炉、溶接、ブラジングなどです。
渦電流可変速度ドライブ: フィードバック制御器を使用すると、渦電流結合速度ドライブを実現できます。金属成形、コンベヤー、プラスチック加工などに応用されています。
金属探知機: 岩や土壌内に金属が存在するかを渦電流誘導によって検出します。
データ処理アプリケーション: 渦電流による非破壊検査は、金属構造物の組成と硬度の調査に使用されます。
速度計と接近センシングアプリケーション
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