JP2935087B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は誘導加熱装置に関し、特
に所定の流れ方向に送られるストリップ（薄板）を電磁
誘導により連続して加熱する誘導加熱装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】この種の誘導加熱装置として、幅に較べ
て長さの長いストリップを電磁誘導を用いて加熱するも
のがある。このような誘導加熱装置はストリップの幅方
向にストリップと対向するようにストリップの片側又は
両側に配設された電磁石を備え、この電磁石は交流電流
によって付勢されている。この誘導加熱装置では、スト
リップの幅方向に一様に加熱できることが望ましい。こ
の種の誘導加熱装置は、ストリップの進行方向に磁力線
（磁束）を発生させてストリップを加熱する誘導加熱装
置（以下、ＬＦＸ型誘導加熱装置と呼ぶ）と、ストリッ
プの垂直方向に磁力線を発生させてストリップを加熱す
る誘導加熱装置（以下、ＶＦＸ型誘導加熱装置と呼ぶ）
との２つに分類される。

【０００３】従来から、ストリップの板幅方向の温度分
布を均一に加熱する、ＶＦＸ型誘導加熱装置が種々提案
されている。

【０００４】特公昭６３−２７８３６号公報（以下、先
行技術１と呼ぶ）には、ストリップの板幅方向に、互い
に並列に且つストリップと対向するように配列された複
数個の磁極セグメントと、各磁極セグメントをストリッ
プの厚み方向に、他の磁極セグメントとは独立に移動さ
せるための駆動機構と、複数個の磁極セグメントを取り
囲むように配設された複数個の磁極セグメントに共通な
コイルと、ストリップ幅方向に出没自在に設けられ、磁
極セグメントからの磁場を調整する非磁性金属の磁気遮
蔽材料とを有する「電磁誘導加熱装置」が開示されてい
る。

【０００５】次に、図７を参照して、上記先行技術１に
開示された、従来のＶＦＸ型誘導加熱装置について説明
する。図示のＶＦＸ型誘導加熱装置は、磁束を生成する
主コイル１と、この主コイル１に高周波電流を流すため
の高周波電源装置（図示せず）と、主コイル１が巻回さ
れた主鉄芯２と、ストリップ（被処理材）９のエッジ部
の磁束密度を調整する磁気遮蔽材料（Ｆ／Ｍ）１０とか
ら構成されている。主コイル１と主鉄芯２との組み合わ
せによって、主インダクタが構成される。主鉄芯２はス
トリップ９を挟んで互いに対向して配置された１対から
成る。主鉄芯２は主コイル１の生成する磁束密度を大き
くし、かつ漏れ磁束を抑制し、ストリップ９の加熱効率
を高めるためのものである。

【０００６】ストリップ９は、図７中、例えば上方から
下方へ連続して移動しながら、ＶＦＸ型誘導加熱装置に
供給される。薄板状の導電性を有するストリップ９に、
垂直な方向成分をもつ交番磁束を印加すると、それを打
ち消すようにストリップ９中に誘導電流（渦電流）が生
じ、そのジュール熱でストリップ９が発熱する。この現
象を利用して、ＶＦＸ型誘導加熱装置はストリップ９を
加熱する。ＶＦＸ型誘導加熱装置を通過した後のストリ
ップ９の幅方向（板幅方向）の温度分布（出側温度分
布）は、同装置内部でのストリップ９平面上に生じる渦
電流によるジュール熱分布を、ストリップ９の進行方向
（板長方向）に積分したものとなる。

【０００７】発生した渦電流は、電磁界の境界条件にし
たがい、ストリップ９のエッジ部（板エッジ部）に集中
する性質がある。そのため、出側温度分布は板エッジ部
が加熱されたものとなる。

【０００８】上記板エッジ部の温度上昇を抑制して、均
一な出側温度分布を得るために、上記先行技術１では主
鉄芯２を板幅方向にいくつかの磁極セグメントに分割
し、各磁極セグメントを駆動機構（図示せず）によりス
トリップ９の垂直方向に個別に可動としている。これに
より、ストリップ９を挟んで対向する主鉄芯２間距離
（鉄芯ギャップ）を個別に変更することができ、ストリ
ップ９に印加する磁束密度を幅方向に調整することがで
きる。これにより、出側温度分布が調整される。

【０００９】更に、磁気遮蔽材料１０は電気抵抗率の小
さい物質（例えば銅）で作成されており、磁気遮蔽材料
１０内部に渦電流を生成させることで、対向する磁気遮
蔽材料１０に挟まれている空間において、主コイル１と
主鉄芯２のつくる磁束を遮蔽し、上記空間内の磁束密度
を減衰させる作用をする。磁気遮蔽材料１０は板幅方向
に可動で、ストリップ９と磁気遮蔽材料１０の重複する
長さ（Ｆ／Ｍ挿入量）を変更できる。これにより、板エ
ッジ部での印加磁束密度を、Ｆ／Ｍ挿入量が大きいとき
小さく、Ｆ／Ｍ挿入量が小さいとき大きく調整できる。
したがって、出側温度分布の特に板エッジ部の温度を調
整することができる。

【００１０】また、特開平１−２０４３８５号公報（以
下、先行技術２と呼ぶ）には、１個のスロットを有した
板（ストリップ）幅より長い鉄心を持った第１のインダ
クタ（主インダクタ）と、板幅方向に移動可能に設けら
れ板材の両端部を加熱する第２のインダクタ（補助イン
ダクタ）とを備えた「誘導加熱装置」が開示されてい
る。

【００１１】特開昭６３−１９０２８１号公報（以下、
先行技術３と呼ぶ）には、主コイル部（主インダクタ）
と平板（ストリップ）の長手方向に延在する補助コイル
部（補助インダクタ）によって構成される誘導加熱装置
において、主コイル部における昇温不足部分をその不足
する温度に対応して補助コイル部を傾斜調整するように
した「平板の誘導加熱方法とその装置」が開示されてい
る。

【００１２】特開昭６３−１１９１８７号公報（以下、
先行技術４と呼ぶ）には、被加熱材（ストリップ）の流
れ方向に所定のピーク点を中心として左右対称に発熱分
布が低減する複数個のインダクタを板幅にわたって配置
することにより、温度分布を均一にできる「トランスバ
ース磁束を利用した鋼板の誘導加熱方法」が開示されて
いる。

【００１３】特公平４−４９２３３号公報（以下、先行
技術５と呼ぶ）には、電流分布が帯状金属（ストリッ
プ）のエッジ部で拡散する第１のインダクタ（主インダ
クタ）と、電流分布がエッジ部に集中するタイプの第２
のインダクタ（補助インダクタ）とを組み合わせ、第１
のインダクタの回転位置を調整するようにし、第１のイ
ンダクタでのエッジ部電流密度の拡散度合を変えられる
ようにした「トランスバース磁束を利用した帯状金属の
誘導加熱装置」が開示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図７に示した従来のＶ
ＦＸ型誘導加熱装置において、出側温度分布の板エッジ
部温度を、ストリップ９の中央（板中央）付近の温度と
等しくなるように、Ｆ／Ｍ挿入量を調整すると、板エッ
ジ部より少々内側に温度の低い領域（以下、低温領域と
称する）が発生する。更に、低温領域の温度低下量と領
域幅は、ストリップ９の板厚、電気抵抗率等により変化
する。

【００１５】上記低温領域に対応する位置の鉄芯ギャッ
プを小さくして、低温領域の温度を上昇させることもで
きる。しかしながら、鉄芯ギャップが狭すぎると、板反
りや振動のためにストリップ９が主鉄芯２に接触して、
ストリップ９に傷をつけてしまうという虞がある。

【００１６】更に、低温領域は板エッジ部に近く、鉄芯
ギャップを小さくすることで、板エッジ部の磁束密度を
増加させ、磁気遮蔽材料１０で調整した板エッジ部温度
をかえって上昇させる。この理由で、板エッジ部と板エ
ッジ部より少々内側の領域との双方の温度を調整するこ
とができなかった。

【００１７】図７に示す従来のＶＦＸ型誘導加熱装置内
で生起する渦電流は、ストリップ９の平面で図８（ａ）
に示すように循環する。板中央付近ａで板幅方向に流れ
ている渦電流は、板エッジ部より少々内側の位置ｂで板
長手方向に向きを変える。この位置ｂでは、渦電流の密
度が稀薄になる。前述したように、出側温度分布は渦電
流によって生じるジュール熱分布を板長手方向に積分し
たものとなる。そのため、渦電流の板幅方向成分が加熱
に寄与する板中央付近ａと、渦電流の板長手方向成分が
加熱に寄与する板エッジ部ｃとの間に、温度分布の低温
領域ｂが発生する。図８（ｂ）にストリップ９の昇温パ
ターンを示す。図８（ｂ）において、縦軸に昇温値を、
横軸にストリップ９の幅方向位置を示す。

【００１８】以上に述べたように、高精度に均一な出側
温度分布を得るには、図７に示した従来のＶＦＸ型誘導
加熱装置では、板エッジ部とその少々内側の領域との渦
電流分布を十分に調整することができない。

【００１９】したがって、本発明の目的は、ストリップ
の両端部より少々内側の領域に生起する渦電流分布を制
御し、ストリップの幅方向に極めて均一な加熱を行わせ
ることができる誘導加熱装置を提供することにある。

【００２０】尚、先行技術２に開示された「誘導加熱装
置」は、第１のインダクタによるストリップの両端部に
おける加熱不足を第２のインダクタによって加熱補償す
るだけであって、本発明のように、ストリップの両端部
より少し内側の所における温度降下部を温度補償するも
のとは異なる。

【００２１】先行技術３に開示された「平板の誘導加熱
方法とその装置」は、平板（ストリップ）の長さ方向に
延在した補助コイル部を、主コイル部に対して平板の走
行方向の上流側、下流側或いは主コイル部の間に傾斜し
て設置したものである。補助コイル部が平板の長さ方向
に延在しているため、それによって平板が加熱し過ぎる
という虞がある。また、補助コイル部は主コイル部に対
して片側或いは間にのみ配置されるので、平板の温度を
精度良く調整できない。

【００２２】先行技術４に開示された「トランスバース
磁束を利用した鋼板の誘導加熱方法」は、被加熱材の流
れ方向に所定のピーク点を中心として左右対称に発熱分
布が低減する複数個のインダクタを板幅にわたって配置
したものであり、本発明のように、ストリップの両端部
より少し内側の所における温度降下部を温度補償するも
のとは異なる。

【００２３】先行技術５に開示された「トランスバース
磁束を利用した帯状金属の誘導加熱装置」は、電流分布
が帯状金属のエッジ部で拡散する第１のインダクタと、
電流分布がエッジ部に集中するタイプの第２のインダク
タとのを組み合わせを開示するのみで、本発明のよう
に、ストリップの両端部より少し内側の所における温度
降下部を温度補償するものとは異なる。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明による誘導加熱装
置は、予め定められた流れ方向に送られるストリップを
電磁誘導により加熱する誘導加熱装置において、前記ス
トリップ流れ方向に、主インダクタを間に挟んでその両
側に補助インダクタを並設し、この補助インダクタは前
記ストリップの両エッジ部に分離して設けられると共に
ストリップの幅方向にＮ極とＳ極からなる２つの磁極を
作るようした１対のもので、前記主インダクタの端部の
磁極と該磁極に隣接する補助インダクタのストリップエ
ッジ側の磁極とが互いに反対の極性となるように、前記
主インダクタと前記補助インダクタとにコイルが結線さ
れており、前記補助インダクタの各々は前記ストリップ
をスポット状に加熱することを特徴とする。

【００２５】

【作用】補助インダクタにより、板エッジ部の温度上昇
とそれより少々内側領域の温度低下とを同時に抑制す
る。補助インダクタによってストリップをスポット状に
加熱するので、ストリップの加熱し過ぎを抑制できる。

【００２６】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２７】図１に本発明の一実施例によるＶＦＸ型誘
導加熱装置の構造を示す。図２に、説明を分かり易くす
る為、ストリップとその表側の要素を取り除いた様子を
示す。尚、図１及び図２において、同一要素には同一参
照符号を付している。

【００２８】図示のＶＦＸ型誘導加熱装置は、主コイル
１と主鉄芯２とから成る主インダクタの他に、補助コイ
ル３１，３２と補助鉄芯４とから成る補助インダクタを
備え、補助インダクタをストリップ９の上下、左右、表
裏に、計８個設置している。図１及び図２において、補
助鉄芯４の二つの磁極の内、板幅方向のストリップ９の
内側に設置されている補助コイルに符号３１を付し、同
じく外側に設置されている補助コイルに符号３２を付し
ている。したがって、以下においては、補助コイル３
１，３２をそれぞれ内側補助コイルおよび外側補助コイ
ルと呼ぶことにする。

【００２９】主鉄芯２は、図１及び図２に示されるよう
に、板幅方向にいくつかの磁極セグメントに分割されて
おり、ＶＦＸ型誘導加熱装置は、磁極セグメントを個別
にストリップ９に対して垂直方向に移動できる機構（図
示せず）を有している。ＶＦＸ型誘導加熱装置は、補助
インダクタを板幅方向に８組個別に移動できる機構（図
示せず）を有している。ＶＦＸ型誘導加熱装置は、補助
鉄芯４をストリップ９に対して垂直方向に移動できる機
構（図示せず）を有している。補助コイル３１，３２は
板幅方向に可動なため、機械的に柔軟性のある導体（例
えば、ケーブル）５により、主コイル１と直列に接続さ
れ、高周波電源装置６に結合されている。

【００３０】本発明では、各コイルに供給される電流の
方向が重要であり、ある瞬間における主コイル１に供給
される電流の向きは、板長手方向に伴って、例えば、時
計回り、反時計回りというように、交互に反転していな
ければならない。一方、同じ瞬間に内側補助コイル３１
に供給されている電流は、同コイルに最も近い主コイル
１の回転方向と同じであり、外側補助コイル３２に供給
されている電流は内側補助コイル３１の向きと反対でな
ければならない。

【００３１】ストリップ９を挟んで対向するコイルは、
それに流す電流の方向がストリップ９を対称面として鏡
面関係となるように、鉄芯に巻回されていなければなら
ない。上記コイルの巻き方向を容易に理解できるよう
に、便宜上、図１及び図２中に、ある瞬間での磁極の名
称を「Ｎ」，「Ｓ］なる符号でもって、主鉄芯２及び補
助鉄芯４に付加している。

【００３２】上述したように、各コイルに供給される高
周波電流は、同一の位相である必要があるので、本実施
例では、各コイルを直列に接続して同一の高周波電源装
置６より供給している。この代わりに、位相が同期する
様に制御された個別の高周波電源装置を使用して、各コ
イルに供給しても良い。

【００３３】ストリップ９は、図１中例えば上から下に
移動しながら連続して本ＶＦＸ型誘導加熱装置に供給さ
れる。

【００３４】上記第１の実施例では、主コイル１の数並
びに鉄芯２の磁極数を、ストリップ９の表裏表面それぞ
れ二つずつとしているが、この数はいくらであっても良
い。また、上記第１の実施例では、図１のように補助鉄
芯４として「コ」の字型形状のものをしているが、図３
のように曲面部を設定しても構わない。更に、上記第１
の実施例では説明図が煩雑になることを回避して、磁気
遮蔽材料（Ｆ／Ｍ）２０を排除して説明したが、従来に
おいて使用していたＦ／Ｍを設置しても構わない。

【００３５】次に、図１及び図４を参照して、上記第１
の実施例の動作について説明する。８組の補助インダク
タを、それぞれ、板幅方向移動機構（図示せず）によ
り、適性な位置に調整すると、図４に示すような渦電流
がストリップ９中に生じる。

【００３６】図４中のａの位置において、従来主コイル
１のつくる磁極により、板エッジ部に集中していた渦電
流は、その一部が補助コイル３２のつくる磁極によっ
て、板エッジ部より内側に押しやられる。これによっ
て、板エッジ部の温度上昇を抑制できる。

【００３７】更に、内側補助コイル３１と外側補助コイ
ル３２のつくる磁極によって、板長手方向の渦電流が集
中する箇所が、図４中ｂの位置に新たに生じる。ｂ部の
渦電流による発熱量が、従来温度低下を引き起こしてい
た領域と板幅方向で一致し、それを補うように動作す
る。

【００３８】また、補助鉄芯４の移動機構により、図４
中のｂ部の発熱量と発熱領域幅を同時に調整でき、板
厚、電気抵抗率等の物理諸元の異なる種々のストリップ
９の加熱に対応できる。

【００３９】以上に述べたように、本発明による内側補
助コイル３１，外側補助コイル３２及び補助鉄芯４から
成る補助インダクタにより、板エッジ部の温度上昇とそ
れより少々内側領域の温度低下とを同時に抑制すること
ができ、図４（ｂ）に示すように、高精度に均一な出側
温度分布が得られる。

【００４０】図５を参照して、補助インダクタの移動／
回転機構１１について説明する。図５（ｂ）の矢印Ａで
示されるように、補助インダクタは移動／回転機構１１
によりストリップ９の幅方向に移動される。また、図５
（ｃ）に示されるように、補助インダクタは移動／回転
機構１１により回転可能な構造となっている。ここで、
移動／回転機構１１としては、例えば、ねじ送り機構と
スライド機構よりなる移動機構１１Ａとウォームとウォ
ームホイールよりなる回転機構１１Ｂとの組み合わせか
ら成るものを使用できる。

【００４１】このような構成により、ストリップ９に流
れる渦電流は、図６（ａ）に示す如く流れ、電流密度の
高い部分は図６（ａ）の斜線で示す位置となる。さら
に、図５に示した移動／回転機構１１によりこの位置を
自由に調整することができる。図６（ｂ）に、補助イン
ダクタによるストリップ９の加熱による温度分布を示
す。従って、主インダクタのみによるストリップ９の加
熱による温度分布（図８（ｂ））と補助インダクタのみ
によるストリップ９の加熱による温度分布（図６
（ｂ））との組み合わせによって、ストリップ９の温度
分布を均一にすることができる。

【００４２】以上、本発明について好ましい実施例によ
って説明したが、本発明はこれに限定せず、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲で種々の変形・変更が可能である。
例えば、上記実施例では、主・補助両インダクタをスト
リップの両面に対向して配置しているが、主・補助両イ
ンダクタをストリップの片面にのみ配置しても良い。更
に、補助インダクタを主インダクタに対しストリップの
長手方向に位置調整可能に設けるものでよい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、板エッジ
部とその少々内側の領域の渦電流分布を調整して、均一
な出側温度分布を得ることができる。本発明では、加熱
領域が板長手方向に短いという従来のＶＦＸ型誘導加熱
装置のもつ特徴を損なうことなく、ストリップの急速加
熱が可能である。短い板長方向加熱領域にて均一な出側
温度分布が得られるので、加熱によるストリップの歪み
も最小限に抑えることができる。更に、従来、磁気遮蔽
材料（Ｆ／Ｍ）が行っていた板エッジ部の温度調整作用
を、本発明では補助インダクタにて実現しているので、
従来Ｆ／Ｍ内部に生じる渦電流による、ストリップを加
熱するのに寄与していないＦ／Ｍ自身の発熱分、即ち、
無駄な電力消費がなくなり、高い加熱効率が得られる。
更に、Ｆ／Ｍを設置するにしても、Ｆ／Ｍは、誘導加熱
装置構造物等を発熱させる、ストリップを加熱するのに
寄与しない漏れ磁束を遮蔽する作用を行う様、ストリッ
プの外側に設定されるので、従来に比べて高い加熱効率
を得ることができる。本発明に係る補助インダクタはス
トリップをスポット状に加熱するので、例えば、先行技
術３のように補助インダクタがストリップの長さ方向に
延在しているものに比較して、ストリップの加熱し過ぎ
を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による誘導加熱装置の構成を
示す斜視図である。

【図２】図１に示す誘導加熱装置中、ストリップとその
表側の要素を取り除いた様子を示す斜視図である。

【図３】本発明に係る誘導加熱装置に使用される補助イ
ンダクタの変形例を示す斜視図である

【図４】図１に示した誘導加熱装置にてストリップ中に
生じる渦電流と温度分布を示す図である。

【図５】本発明に係る誘導加熱装置に使用される補助イ
ンダクタの移動／回転機構を示す図である。

【図６】図５に示した補助インダクタのみによってスト
リップ中に生じる渦電流と温度分布を示す図である。

【図７】従来の誘導加熱装置の構成を示す斜視図であ
る。

【図８】図７に示した誘導加熱装置にてストリップ中に
生じる渦電流と温度分布を示す図である。

【符号の説明】

１ 主コイル ２ 主鉄芯 ３１，３２ 補助コイル ４ 補助鉄芯 ５ 補助コイルを結合する導体 ６ 高周波電源装置 ９ ストリップ（被処理材） １１ 移動／回転機構

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め定められた流れ方向に送られるスト
   リップを電磁誘導により加熱する誘導加熱装置におい
   て、前記ストリップ流れ方向に、主インダクタを間に挟
   んでその両側に補助インダクタを並設し、この補助イン
   ダクタは前記ストリップの両エッジ部に分離して設けら
   れると共にストリップの幅方向にＮ極とＳ極からなる２
   つの磁極を作るようした１対のもので、前記主インダク
   タの端部の磁極と該磁極に隣接する補助インダクタのス
   トリップエッジ側の磁極とが互いに反対の極性となるよ
   うに、前記主インダクタと前記補助インダクタとにコイ
   ルが結線されており、前記補助インダクタの各々は前記
   ストリップをスポット状に加熱することを特徴とする誘
   導加熱装置。