CN202282878U

CN202282878U - 感应发热辊装置

Info

Publication number: CN202282878U
Application number: CN2011204420795U
Authority: CN
Inventors: 北野良夫; 冈本幸三; 弘田成之; 吉村直义
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2021-11-09

Abstract

本实用新型提供一种感应发热辊装置，可以与辊主体的转动速度无关地设定发热温度，并且可以使辊主体的温度均匀，其特征在于，在以转动自如的方式被支承的辊主体(2)内部，将磁通产生机构(3)与所述辊主体(2)同轴地配置，所述磁通产生机构(3)具有圆筒形铁芯(31)和缠绕在该圆筒形铁芯(31)外周上的感应线圈(32)。

Description

感应发热辊装置

技术领域

本实用新型涉及感应发热辊装置。

背景技术

以往，在例如对塑料薄膜、纸、布、无纺布、合成纤维、金属箔等薄片材料或织物材料、线(丝)材等连续材料进行连续热处理的工序等中，如专利文献1所示，使用辊主体被加热的热辊装置。

该热辊装置包括辊主体、配置在该辊主体内部的磁铁以及驱动该磁铁相对于辊主体转动的驱动机构，在因所述磁铁的转动产生的交变磁场内，辊主体被感应加热。

可是，在该热辊装置中，由于来自磁铁的磁通在半径方向上贯通辊主体的侧周壁，所以与辊主体交链的磁通数量随时间的变化与辊主体的转速密切相关。因此，由于由交链磁通数量随时间的变化所决定的感应电流按照辊主体的转动速度改变，所以存在不能与辊主体的转动速度无关地对由所述感应电流决定的辊主体的发热温度进行设定的问题。此外，为了使辊主体的发热温度均匀，需要沿辊主体的整个内侧周面配置磁铁，但在辊主体的结构方面实现该点是困难的。因此存在辊主体的发热温度会产生不均匀的问题。

专利文献1：日本专利公开公报特开平5-121157号

实用新型内容

于是，鉴于所述的问题，本实用新型的主要目的是提供一种感应发热辊装置，可以与辊主体的转动速度无关地设定发热温度，并且使辊主体的温度均匀。

即，本实用新型的感应发热辊装置，在以转动自如的方式被支承的辊主体内部，将磁通产生机构与所述辊主体同轴地配置，所述磁通产生机构具有圆筒形铁芯和缠绕在该圆筒形铁芯外周上的感应线圈。

按照所述的感应发热辊装置，由于与辊主体同轴地配置由圆筒形铁芯和感应线圈构成的磁通产生机构，所以由该磁通产生机构产生的磁通沿转动轴方向通过辊主体的侧周壁，从而在辊主体上产生感应电流，通过该感应电流使辊主体产生焦耳热。因此，可以与辊主体的转动速度无关地设定发热温度，并且可以使辊主体的温度均匀。

作为用于把磁通产生机构配置在辊主体内部的具体结构，优选的是，通过支承构件支承所述磁通产生机构，所述支承构件设置在所述圆筒形铁芯的轴向两端部的至少一端上。

为了提高磁通产生机构中的感应线圈的占空系数，优选的是，所述感应线圈是将扁线以扁立绕法缠绕而成的扁立缠绕线圈(エツジワイズコイル)。

为了使辊主体的侧周壁温度更均匀，优选的是，在所述辊主体的侧周壁的内部，设置有封入了气液两相的热介质的密闭空间。

铁芯存在能够使用的最高温度的限度。即，铁芯有居里点(非磁化温度)，随着越接近该温度，相对磁导率越接近1，作为铁芯的性能降低，难以使辊发热，所以辊能够使用的最高温度受到限制。此外存在下述问题：当感应线圈也在高温下使用时，从电线的氧化和绝缘材料的耐热性的角度考虑，也会使感应线圈的寿命变短，由于防止电线氧化的措施和必须提高绝缘材料的耐热性，会导致成本提高。为了解决所述的问题，优选的是，冷却介质流动的流路配置在所述铁芯的内周一侧或外周一侧。

优选的是，所述感应线圈是具有中空结构的导体(中空线圈导体)，使冷却介质在所述中空线圈导体的中间空间内流动。由此，导体自身被冷却，可以避免其温度升高。此外，铁芯通过被冷却的导体而快速冷却。由此可以高效地冷却感应线圈和铁芯。

优选的是，所述辊主体以转动自如的方式支承在机座上，在配置在所述辊主体内部的所述磁通产生机构的两端部上设置支承构件，轴承介于所述支承构件和所述辊主体之间。由此，可以通过辊主体支承磁通产生机构的负荷，并且可以在保持使磁通产生机构静止的状态下使辊主体转动。

为了对辊主体的温度进行管理，优选的是，具有插入所述辊主体的侧周壁的内部的温度传感器。为了通过简单的结构把来自设在作为转动件的辊主体上的温度传感器的检测信号向固定一侧输出，优选的是，具有温度输出机构，该温度输出机构以非接触的方式把来自所述温度传感器的检测信号从所述辊主体一侧传送到固定一侧，所述温度输出机构把所述辊主体的温度向固定一侧输出。

此外，可以考虑在固定一侧设置用于检测辊主体的温度的温度传感器，而不设置所述温度输出机构，在这种情况下，优选的是，通过把温度传感器插入在所述辊主体的轴向端面上形成的、且沿着圆周方向的槽中，来检测所述辊主体的温度。

为了防止因感应线圈的过度升温导致的烧损，优选的是，设置检测所述感应线圈温度的温度传感器，对感应线圈的温度进行管理。

按照所述结构的本实用新型，可以与辊主体的转动速度无关地设定发热温度，并且可以使辊主体的温度均匀。

附图说明

图1是本实用新型一个实施方式的感应发热辊装置的剖视图。

图2是详细表示支承构件和感应线圈的剖视图。

图3是详细表示支承构件和感应线圈的剖视图。

图4是变形实施方式的感应发热辊装置的剖视图。

图5是变形实施方式的感应发热辊装置的剖视图。

图6是变形实施方式的感应发热辊装置的剖视图。

图7是表示感应线圈的变形例的剖视图。

图8是表示检测辊主体的表面温度的变形例的剖视图。

图9是表示检测感应线圈温度的剖视图。

附图标记说明

100…感应发热辊装置

2…辊主体

21…侧周壁

21A…密闭空间

3…磁通产生机构

31…圆筒形铁芯

32…感应线圈

52…机座

6…支承构件

7…轴承

T1…辊一侧温度传感器

8…温度输出机构

2M…槽

T2…固定一侧温度传感器

T3…线圈用温度传感器

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型的感应发热辊装置的一个实施方式进行说明。

本实施方式的感应发热辊装置100例如用于塑料薄膜、纸、布、无纺布、合成纤维、金属箔等薄片材料或织物材料、线(丝)材等的连续热处理工序等中，如图1所示，感应发热辊装置100包括：中空圆筒形的辊主体2，以转动自如的方式被支承；以及磁通产生机构3，容纳在所述辊主体2内。

辊主体2是金属制的，为圆筒形，具有在内部配置磁通产生机构3的中空部，轴颈41安装在辊主体2的两端部。轴颈41与中空的驱动轴42构成一体，驱动轴42通过滚动轴承等轴承51，以转动自如的方式被支承在机座52上。辊主体2利用由例如电动机(图中没有表示)等从外部提供的驱动力转动。

此外，在辊主体2的侧周壁21上，在周向上等间隔地形成有多个密闭空间(封套室)21A，所述封套室21A沿长边方向(中心轴方向)延伸，封入气液两相的热介质，各封套室21A内的端部与环形孔21B连续，各封套室21A是相互连通的。利用封入所述封套室21A内的气液两相的热介质的潜热输送，使辊主体2的表面温度均匀。此外，多个封套室21A也可以不相互连通，而是相互独立地形成，也可以把多个封套室21A分成多组，通过连通槽等连通各个组的封套室21A之间。

此外，在辊主体2上设置有辊一侧温度传感器T1，该辊一侧温度传感器T1例如由热电偶构成，用于检测辊主体2的温度。在本实施方式中，在辊主体2中，在封套室21A和辊主体2的外周面之间贯穿有细孔，通过把辊一侧温度传感器T1插入该细孔，把辊一侧温度传感器T1设置在辊主体2上。此外，附图标记“L1”是用于把来自辊一侧温度传感器T1的信号取到外部的引线。

磁通产生机构3包括圆筒形的圆筒形铁芯31以及感应线圈32，该感应线圈32由绕在该圆筒形铁芯31外侧周面上的导体构成。

在圆筒形铁芯31的两端部分别安装有支承构件6。作为在圆筒形铁芯31的两端部形成支承构件6的方法，可以考虑如图2所示，通过插入圆筒形铁芯31的内部并保持该圆筒形铁芯31的线圈框架CH来形成支承构件6，或者如图3所示，在圆筒形铁芯31的两端部一体地形成支承构件6。

如图1所示，该支承构件6分别穿过驱动轴42的内部，通过滚动轴承等轴承7以相对于驱动轴42转动自如的方式被支承。由此，磁通产生机构3在辊主体2内部以悬空状态被支承。

感应线圈32是把扁线以扁立绕法缠绕而构成的扁立缠绕线圈。此外，图2是一层构成的扁立缠绕线圈，图3是两层构成的扁立缠绕线圈。除此以外，感应线圈32也可以是三层以上构成的扁立缠绕线圈。引线L2连接在感应线圈32上，在该引线L2上连接有用于施加交流电压的交流电源(图中没有表示)。

利用这样的磁通产生机构3，在感应线圈32上施加交流电压时，会产生交变磁通，该交变磁通通过辊主体2的侧周壁21。因为该交变磁通通过辊主体2的侧周壁21，所以在靠近辊主体2的侧周壁21的内周产生感应电流，通过该感应电流，辊主体2的整个侧周壁21产生焦耳热。

此外，如图1所示，本实施方式的感应发热辊装置100具有温度输出机构8，该温度输出机构8把来自插入辊主体2的侧周壁21内部的辊一侧温度传感器T1的检测信号，以非接触的方式从辊主体一侧(转动一侧)传送到固定一侧，从而把辊主体2的表面温度向固定一侧输出。

温度输出机构8是使用旋转变压器构成的，温度输出机构8包括：转子线圈81，构成固定在驱动轴42的一个端部上的旋转变压器；以及定子线圈82，构成以与所述转子线圈81相对的方式固定在支承构件6的一个端部上的旋转变压器。定子线圈82连接在插座83上，通过与该插座83连接的插头，通过外部引线L3与外部电连接。该外部引线L3连接在温度控制装置(图中没有表示)上，该温度控制装置通过控制所述交流电源把辊主体2的表面温度控制成所希望的温度。

按照所述结构的本实施方式的感应发热辊装置100，由于与辊主体2同轴地配置了由圆筒形铁芯31和感应线圈32构成的磁通产生机构3，所以通过由该磁通产生机构3产生的磁通沿转动轴方向通过辊主体2的侧周壁21，从而在辊主体2中产生感应电流，通过该感应电流，辊主体2产生焦耳热。因此，可以与辊主体2的转动速度无关地设定发热温度，并且可以使辊主体2的温度均匀。

此外，本实用新型不限于所述实施方式。例如，在所述实施方式中，对于辊主体的两端部被支承的双支承方式(両持ち型)的感应发热辊装置进行了说明，但也可以适用于以转动自如的方式仅两点支承一个轴颈的感应发热辊装置。此外，如图4所示，也可以适用于所谓的单支承方式(片持ち型)的感应发热辊装置100。

该单支承方式的感应发热辊装置100包括：有底圆筒形的辊主体2，在底部中央部具有轴嵌合部2a；电动机M，具有转动轴M1，该转动轴M1插入辊主体2的中间空间内部，并且前端部与辊主体2的轴嵌合部2a嵌合连接；轴承座(机座)12，具有凸缘部12a和圆筒部12b，凸缘部12a固定有电动机M的外壳MH，圆筒部12b沿辊主体2的中间空间内延伸，通过轴承11支承转动轴M1；以及磁通产生机构3，沿辊主体2的内周面固定在轴承座12的凸缘部12a上，使辊主体2发热。在该单支承方式的感应发热辊装置中，把构成旋转变压器的转子线圈81固定在转动轴M1的后端部上，把构成旋转变压器的定子线圈82以与所述转子线圈81相对的方式固定在外壳MH的后端面上。

此外，如图5所示，也可以在圆筒形铁芯31的内周一侧设置内侧配管9，该内侧配管9形成冷却介质流动的流路。在圆筒形铁芯31的内周面上，以环状的方式设置有多个内侧配管9，把各内侧配管9通过连接管10a相互连接。此外，在位于左右最外侧的内侧配管9上分别连接有冷却介质供给配管10b，该冷却介质供给配管10b用于分别使水、油、气体等冷却介质在内侧配管9中循环。例如，如果从连接在最右侧的内侧配管9上的冷却介质供给配管10b提供冷却介质，则在最右侧的内侧配管9中转一周后，通过连接管10a流入左侧的下一个内侧配管9中。在该内侧配管9中转一周后，通过连接管10a流入左侧的下一个内侧配管9中。反复在所述的内侧配管9中流动后，流入最左侧的最后的内侧配管9中的冷却介质通过连接在该最左侧的内侧配管9上的冷却介质供给配管10b，排出到辊主体2外部。此外，也可以把多个内侧配管9设置成沿圆筒形铁芯31的中心轴方向延伸，通过连接管10a把各内侧配管9的例如中心轴方向的端部相互连接。在此，可以考虑在辊主体2的内周面上，例如在周向上等间隔地设置多个内侧配管9。这样的话，可以冷却圆筒形铁芯31，并可以解决圆筒形铁芯31的性能降低等问题。此外，除了设置多个内侧配管以外，也可以把一个内侧配管9螺旋状地配置在圆筒形铁芯31的内周面上。

此外，如图6所示，也可以在圆筒形铁芯31的外周一侧设置外侧配管16，该外侧配管16形成水、油、气体等冷却介质流动的流路。该外侧配管16设置在圆筒形铁芯31和感应线圈32之间，沿圆筒形铁芯31的中心轴方向设置，并且在圆筒形铁芯31的周向上，例如等间隔地设置多个外侧配管16。此外，也可以在圆筒形铁芯31的外周面上，在周向上以环状的方式设置多个外侧配管16。

此外，如图7所示，感应线圈32由具有中空结构的导体13(中空线圈导体)构成，可以使水、油、气体等冷却介质在中空线圈导体13的中间空间14内流动。此外，在图7中，附图标记“15”是使相邻的导体13之间绝缘的绝缘材料。由此，可以冷却导体自身，避免其温度升高。此外，圆筒形铁芯31通过被冷却的导体可以快速冷却。由此，可以高效地冷却感应线圈32和圆筒形铁芯31。

如图8所示，也可以通过把固定一侧温度传感器T2插入在辊主体2的轴向端面上形成的、沿着周向的环形槽2M中，来检测辊主体2的表面温度。此时，由于固定一侧温度传感器T2被固定在固定一侧(机座一侧)，所以可以不需要温度输出机构。在图8中表示了固定一侧温度传感器T2适用于单支承方式的感应发热辊装置的情况，但也可以适用于双支承方式的感应发热辊装置。

如图9所示，也可以设置检测感应线圈32温度的线圈用温度传感器T3。在此，线圈用温度传感器T3除了设置在图9所示的感应线圈32的外表面上以外，也可以设置在感应线圈32的内部(具体地说设置在导线之间)、或者设置在感应线圈32和圆筒形铁芯31之间、或者沿着圆筒形铁芯31的内部或内周面设置。此外，通过设置通向辊主体2外部的保护管(图中没有表示)，并在该保护管内部插入线圈用温度传感器T3，把该线圈用温度传感器T3设置在所述的任意部位，从而使线圈用温度传感器T3插拔自如，可以容易地更换线圈用温度传感器T3。由此，可以对感应线圈32的温度进行管理，从而可以防止因感应线圈32的过度升温导致的烧损。

除此以外，本实用新型不限于所述实施方式，当然在不脱离本实用新型宗旨的范围内可以进行各种变形。

Claims

1.一种感应发热辊装置，其特征在于，在以转动自如的方式被支承的辊主体内部，将磁通产生机构与所述辊主体同轴地配置，所述磁通产生机构具有圆筒形铁芯和缠绕在该圆筒形铁芯外周上的感应线圈。

2.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，通过支承构件支承所述磁通产生机构，所述支承构件设置在所述圆筒形铁芯的轴向两端部的至少一端上。

3.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，所述感应线圈是将扁线以扁立绕法缠绕而成的扁立缠绕线圈。

4.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，在所述辊主体的侧周壁的内部，设置有封入了气液两相的热介质的密闭空间。

5.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，冷却介质流动的流路配置在所述铁芯的内周一侧。

6.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，冷却介质流动的流路配置在所述铁芯的外周一侧。

7.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，所述感应线圈是中空线圈导体，使冷却介质在所述中空线圈导体的中间空间内流动。

8.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，所述辊主体以转动自如的方式支承在机座上，在配置在所述辊主体内部的所述磁通产生机构的两端部上设置支承构件，轴承介于所述支承构件和所述辊主体之间。

9.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，

所述感应发热辊装置包括：

温度传感器，插入在所述辊主体的侧周壁的内部；以及

温度输出机构，以非接触的方式把来自所述温度传感器的检测信号从所述辊主体一侧传送到固定一侧，

所述温度输出机构把所述辊主体的温度向固定一侧输出。

10.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，通过把温度传感器插入在所述辊主体的轴向端面上形成的、且沿着圆周方向的槽中，来检测所述辊主体的温度。

11.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，具有检测所述感应线圈温度的温度传感器。