JPH0822887A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的な移動機構があっても小型で、板幅方
向の温度分布の均一化と板幅変化時の効率確保を達成す
る。 【構成】 帯板１の板幅方向に複数個の磁極３，４を形
成して個別に励磁し、また、帯板１の板幅方向に沿って
設けられた励磁コイル５の端に逆励磁コイル２０を設け
た構造を有すると共に励磁の制御部を備えたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、常磁性薄板の誘導加熱
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】銅、アルミニウム、ステンレス（３０４
系）、磁気変態温度（約１０００℃）以上での鋼材等か
らなる常磁性薄板（帯板）の誘導加熱にあっては、加熱
周波数（通常１０ｋＨｚ以下）における渦電流の浸透深
さが板厚より極めて大きいことが多く、ソレノイド型コ
イルにより作られる帯板進行方向に平行な交番磁束での
加熱効率は極めて悪く、実用的でない。このため、常磁
性薄板の誘導加熱では、帯板進行方向でなく帯板の表裏
方向（板厚方向）の交番磁束により、板幅方向に渦電流
を発生させるいわゆる横断磁束による加熱法が用いられ
る。

【０００３】ここで、従来の横断磁束による誘導加熱装
置の構成を図６に示し、加熱原理を図７に示す。帯板で
ある薄板１にギャップ２を有して対向する磁極３，４
は、板幅方向の長さを有し、板幅方向の長方形の励磁コ
イル５により励磁され、薄板１に板厚方向の交番磁束６
を発生し、この磁束６により薄板１には、渦電流７が流
れ、そのジュール発熱により、薄板１が加熱される。励
磁コイル５には、板進行方向に隣接する磁極対３，４
（３ａ，４ａと３ｂ，４ｂ…）の発生する磁束６（６
ａ，６ｂ…）が、それぞれ交互に反対向きとなるよう、
励磁巻線５に流れる交流電流の極性が決定される。これ
により、薄板１に流れる渦電流７（７ａ，７ｂ…）は、
磁極ピッチ８に対応する区間で閉ループを作ることで、
加熱に必要な電流密度が確保される。

【０００４】上記、従来の横断磁束による薄板誘導加熱
装置では、板幅端部の過熱に伴う板幅方向温度分布不均
一という課題があった。すなわち、図７において、閉ル
ープを構成して、薄板１を流れる渦電流７（７ａ，７ｂ
…）は、板中央部では板幅方向に、また板端部では板進
行方向に流れ、薄板１の走行における昇温過程で板進行
方向での加熱領域の長い板端部が中央部に比べ過熱され
る。このため、これまで、従来の横断磁束による薄板誘
導加熱装置の課題である板幅端部の過熱を緩和し、板幅
方向温度分布を均一化する技術が数例提案されている。

【０００５】図８は従来の提案例であり、励磁コイル５
内にあって薄板１と対向して磁極セグメント３０を有
し、この磁極セグメント３０は板幅方向に複数のセグメ
ントに分割され、板幅端部の磁極セグメントを板から離
し、磁極間ギャップを大とすることで板幅中央部に比べ
板幅端部への作用磁束を低減することで端部の過熱の緩
和を狙ったものである。

【０００６】また、従来の他の提案例として示す図９で
は、薄板の板幅方向に対して磁極３の方向を傾斜させる
ことにより、薄板１に流れる渦電流も板幅方向に対して
傾斜させ板幅方向の温度分布の均一化と同時に板幅変化
時の効率確保を狙ったものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の横断磁束による
薄板誘導加熱による板幅方向温度分布の均一化を狙った
例においては、図８，図９に示す例は両方共重量の大き
な鉄心を移動・調整する構造であるため、移動装置が大
きくなり、加熱装置全体の寸法・重量が大きくなってし
まう。また、図８の提案例では、磁極セグメント３０を
摺動させて移動が行なわれることから、隣接する磁極セ
グメント３０間に摺動に必要な絶縁物や空隙が必要にな
り、この結果、磁束の集中による局部加熱の恐れが生じ
る。更に、図９の提案例では磁極鉄心を板幅方向に対し
て傾斜させることから、板進行方向に余分のスペースが
必要となる。

【０００８】本発明は、重量物の移動機構を有すること
なくまた余分なスペースを必要とせずに、板幅方向の温
度分布の均一化ならびに板幅変化時の効率確保を達成す
る誘導加熱装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、（１）長さ方向に進行する帯板の表裏方向に磁
束を通す誘導加熱装置において、上記帯板の幅方向に沿
って複数個の電磁石を形成する励磁コイルを備え、この
それぞれの励磁コイルの通電を制御する制御部を備え、
たことを特徴とし、（２）長さ方向に進行する帯板の表
裏方向に主磁束を通す誘導加熱装置において、上記帯板
の幅方向に沿って設けられて電磁石を形成する励磁コイ
ルを備え、この励磁コイルによる主磁束に対して逆方向
の磁束を発生させる逆励磁コイルを上記帯板幅方向端部
付近に備え、この逆励磁コイルを板幅方向に移動する機
構を備え、たことを特徴とする。

【００１０】

【作用】板幅方向に複数個の磁極を配置する場合には、
板の進行方向のみならず板幅方向にも磁極が分割される
ことになり、この分割された磁極を板幅位置に応じて制
御をすることにより、板幅端部の過熱を抑えることがで
き、また、板幅方向に励磁コイルを備えると共に板幅端
部に逆励磁コイルを備えることにより逆方向励磁による
板幅端部の過熱が防止でき板の温度均一化が図れる。

【００１１】

【実施例】ここで、図１〜図５を参照して本発明の実施
例を説明する。この図において、図６，図７と同一部分
には同符号を付す。図１において、長手方向に移動する
帯板１に横断磁束を与えるべく、ギャップ２を介して帯
板１の表裏に磁極３，４が対応して配置される。この磁
極３，４は各々励磁コイル５が巻回されて個別に磁束が
通る電磁石となっている。磁極３，４は、図１（ｂ）に
示すように帯板１の板幅に対して充分小さく形成され、
このため板幅方向に多数個配置されると共に長さ方向に
沿っても多数個配置される。つまり、磁極３，４は帯板
１の進行方向と幅方向とに多数個分割配置される。

【００１２】磁極３，４を構成するための励磁コイル５
は、図２に示すように板幅方向につき同一位置にある磁
極群ごとにグループ化されている。すなわち、板幅方向
Ｎ列（図１（ｂ）では７列）の群に磁極がグループ化さ
れる。そして、各群につき長手方向に隣り合う励磁コイ
ル５は、逆向きの磁束６を発生するように接続される。
また、隣り合うグループ間での隣りの励磁コイル５間で
も、逆向きの磁束６を発生するように配置・接続され
る。この結果、電磁接触器１２を介して高周波電源１０
に接続された各グループの励磁コイル５によって、図３
に示す方向の磁束が通り、この磁束のまわりに矢印方向
の渦電流が生ずる。

【００１３】この結果、ある磁極に着目してその磁極の
板幅方向及び長手方向に隣り合う励磁コイル５による磁
束は、上記磁極での磁束と全て逆向きとなる。なお、各
グループの電磁接触器１２は帯板１の板幅に応じて投入
され、板幅を外れるグループの磁極の励磁コイル５には
通電されないようその電磁接触器１２が開放される。こ
うして、帯板１の全体に渦電流が小グループを描いて流
れ、板幅端部に渦電流が集中せず温度分布を均一化でき
る。また、帯板１の幅を外れた磁極鉄心は励磁されなく
なるので、不要磁束の発生に伴う電圧上昇や加熱効率の
低下が防止できる。

【００１４】なお、図３に示す磁束の方向すなわち渦電
流の極性は、図２に示すコイル接続状態により決まり、
また同一グループの開閉は電磁接触器１２のオン・オフ
状態にて決まることになり、制御部（図示省略）によっ
て電磁接触器１２のオン・オフ制御を行なうことによ
り、板幅より外れたグループの磁極の非励磁のみなら
ず、過熱の傾向にあるグループの非励磁を行なうこと
で、一層の温度の均一化を図ることができる。また、図
２に示す同一グループの隣り合う磁極の励磁は逆方向と
なるよう構造的に決まるが、各磁極の励磁コイルを制御
部に接続してコンピュータ制御によって各磁極の励磁制
御をすることにより、渦の大きさを変えることでも、温
度分布の均一化を図ることができる。こうして、本実施
例では従来の常磁性薄板の横断磁束による誘導加熱での
課題であった、温度分布の均一化ならびに板幅変化時の
効率確保を装置の移動調整を伴わず電気的制御のみで可
能となる。

【００１５】図４，図５は、本発明の他の実施例であり
帯板１の長さ方向に板幅にわたる長さの励磁コイル５が
配列されている。この励磁コイル５の板幅方向両端部に
は、励磁コイル５による主磁束と反対向きの磁束を生ず
る逆励磁コイル２０が配置され、この逆励磁コイル２０
には、主磁束を作る励磁コイル５の電流を通電する。す
なわち、磁極ピッチ８ごとに帯板端に対応して磁極３，
４の間のギャップ２には、逆励磁コイル２０が長さ方向
に配列され、この逆励磁コイル２０は、励磁コイル５と
直列に接続されて励磁コイル５と同じ電流が主磁束と反
対方向の磁束を発生するように流される。そして、この
逆励磁コイル２０は、駆動棒２１を介してシリンダ２２
により板幅に応じて移動可能な構造となっている。

【００１６】帯板１が狭幅材である場合には、板の端で
なく板幅を外れた空隙部に逆励磁コイル２０が位置すれ
ば、空隙部の磁気抵抗を大きくし効率確保を同時に解決
できることになる。

【００１７】こうして、閉ループを構成して、帯板１を
流れる渦電流は、板中央部では板幅方向に、また板端部
では板進行方向に流れ帯板１の走行における昇温過程で
板進行方向での加熱領域の長い板端部が中央部に比べ過
熱されるが、帯板の幅端部及び狭幅材加熱時の板のない
空隙部を覆う逆励磁コイル２０に主磁束を作るための励
磁電流を直列に、磁束発生方向が逆になる方向に流すこ
とにより、帯板端部の磁束が低減され、端部の過熱緩和
に伴い温度分布が均一化される。また、空隙部での逆方
向の磁束の存在は磁気抵抗の増加となり帯板に作用する
磁束の確保ならびにインピーダンスの確保が図られ狭幅
材での効率低下が防止される。尚、逆励磁コイルには、
水冷銅管を使用することにより、その抵抗率が小さいこ
とから、逆励磁コイルの発熱量は小さく装置の加熱効率
を左右することはない。

【００１８】以上本実施例においても温度分布の均一
化、ならびに板幅変化時の効率確保ができる。

【００１９】上記二実施例では主として常磁性帯板の焼
鈍時及び熱間圧延前や蒸着前の板加熱用途に用いられる
が、強磁性の帯板であっても板厚が比較的薄い例えば
０．１〜１０ｍｍ程度の板の加熱にも好適である。ま
た、加熱周波数としては５００Ｈｚ〜２ｋＨｚで、強磁
性の薄板の場合には２ｋＨｚ程度にすることにより、反
発力が生じて磁極に薄板がくっつくことはない。なお、
磁極と帯板との接触を防ぐには加熱装置出入口に夫々ピ
ンチロールやフローティング式の帯板支持装置を設けれ
ばよい。磁極鉄心間のギャップが狭いものが必要となる
ときは、第１実施例の構造（図１）が第２実施例の構造
（図４）より好ましい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、板
幅端部の渦電流の集中を防止することにより、板幅方向
温度分布を均一化でき、板幅両端部での不要磁束の発生
が防止され電圧上昇や加熱効率の低下が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の構成図。

【図２】励磁コイルの接続図。

【図３】帯板への磁束と渦電流の模式図。

【図４】他の実施例の構成図。

【図５】駆動装置を含む構成図。

【図６】従来の加熱装置の構成図。

【図７】加熱原理図。

【図８】一従来例の構成図。

【図９】他の従来例の構成図。

【符号の説明】

１ 帯板（薄板） ２ ギャップ ３，４ 磁極 ５ 励磁コイル １０ 高周波電源 １２ 電磁接触器 ２０ 逆励磁コイル ２１ 駆動棒 ２２ シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三原 一正 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者 藤岡 宏規 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長さ方向に進行する帯板の表裏方向に磁
   束を通す誘導加熱装置において、 上記帯板の幅方向に沿って複数個の磁極を形成する励磁
   コイルを備え、 このそれぞれの励磁コイルの通電を制御する制御部を備
   え、 たことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 【請求項２】 長さ方向に進行する帯板の表裏方向に主
   磁束を通す誘導加熱装置において、 上記帯板の幅方向に沿って設けられて電磁石を形成する
   励磁コイルを備え、 この励磁コイルによる主磁束に対して逆方向の磁束を発
   生させる逆励磁コイルを上記帯板幅方向端部付近に備
   え、 この逆励磁コイルを板幅方向に移動する機構を備え、 たことを特徴とする誘導加熱装置。