DE102012214265A1

DE102012214265A1 - Induktionsheizvorrichtung

Info

Publication number: DE102012214265A1
Application number: DE102012214265A
Authority: DE
Inventors: Toru Tonomura; Yasuhiro Fujimoto
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2013-08-14
Also published as: KR101983388B1; KR20130093458A; CN103249191B; CN202738152U; CN103249191A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung, mit der eine leitfähige Platte über seine gesamte seitliche Richtung gleichmäßig erhitzt werden kann. Genauer gesagt sind flache Spulen 3 und 4, die in ihrem Innern einen Magnetpfad aufweisen, oberhalb und unterhalb der leitfähigen Platte B angeordnet und das erhitzen die leitfähige Platte B, an der rechten und linken Endwand von Magnetmetallbehältern 5, und 6, durch die ein umlaufender Magnetpfad der flachen Spulen 3 und 4 verläuft, sind umlaufende Spulen 9 und 10 vorgesehen, und der Magnetpfad dieser umlaufenden Spulen 9 und 10 verläuft durch die beiden Randbereiche der leitfähigen Platte B.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Induktionsheizvorrichtungen zum induktiven Erhitzen von Metallbändern, Metallblechen und dergleichen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Herkömmlicherweise werden Metallbänder, Metallblechen und dergleichen mit Induktionsheizvorrichtungen des Solenoidspulen-Typs (engl. „solenoid coil type“) oder des Querspulen-Typs (engl. „transverse coil type“) induktiv erhitzt.
Allerdings ist es bei diesen Induktionsheizvorrichtungen notwendig, einen magnetischen Kreis mit relativ niedrigem magnetischen Widerstand vorzusehen, wenn das Metallblech mit einer Stromquelle mit einer mittlereren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz induktiv erhitzt werden soll. Je größer der magnetische Widerstand ist, desto niedriger ist der Leistungsfaktor, und desto schlechter ist die Heizeffizienz.
Ferner gibt es beim induktiven Erhitzen von Metallblechen mit herkömmlichen Induktionsheizvorrichtungen das Problem, dass der Temperaturanstieg an den beiden Randbereichen in der Richtung senkrecht zur Transportrichtung des Metallblechs (im Folgenden auch „seitliche Richtung“) unterdrückt wird und auf einer niedrigen Temperatur bleibt. Insbesondere ist es bei Induktionsheizvorrichtungen nach dem Hydraulik-Druckverfahren, bei welchen der zu erhitzende Gegenstand vorgeschoben wird, während er hydraulisch unter Druck gesetzt wird, schwierig, den Magnetfluss, der von Spulen außerhalb der Bereiche der Dichtungsanordnungen der Hydraulik erzeugt wird, zirkulär verlaufen zu lassen, so dass das Problem auftritt, dass die Temperatur des Metallblechs außerhalb der Bereiche der Dichtungsanordnungen der Hydraulik niedrig bleibt.
STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JP H04-147596A

ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Dementsprechend ist es eine hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu überwinden und eine Induktionsheizvorrichtung zu schaffen, mit welcher leitfähige Platten, wie z.B. Metallbleche, über ihre gesamte Ausdehnung gleichmäßig erhitzt werden können.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Eine erfindungsgemäße Induktionsheizvorrichtung dient zum induktiven Erhitzen einer leitfähigen Platte bei einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, und umfasst einen Transportweg, auf dem die leitfähige Platte transportiert werden kann; eine erste flache Spule, die oberhalb des Transportwegs angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zum Transportweg verläuft; eine zweite flache Spule, die unterhalb des Transportwegs angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zum Transportweg verläuft; ein erstes (äußeres) umlaufendes Magnetpfadteil bzw. Magnetpfadbauteil, welches um die erste flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der ersten flachen Spule erzeugten Magnetfluss rechts und links außerhalb des Transportwegs führt; ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die zweite flache Spule angeordnet ist, welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der zweiten flachen Spule erzeugten Magnetfluss rechts und links außerhalb des Transportwegs führt, und welches mit dem ersten umlaufenden Magnetpfadteil verbunden ist; wobei das erste umlaufende Magnetpfadteil und das zweite umlaufende Magnetpfadteil derart angeordnet sind, dass der von der ersten und der zweiten flachen Spule erzeugte Magnetfluss durch den rechten und den linken Randbereich der auf dem Transportweg transportierten leitfähigen Platte verläuft. Hierbei sind der rechte und der linke Randbereich der leitfähigen Platte die beiden Randbereiche der leitfähigen Platte in seitlicher Richtung.
Mit dieser Anordnung zirkuliert der von der ersten und der zweiten flachen Spule erzeugte Magnetfluss vom Magnetpfad im Innern der Spule durch den umlaufenden bzw. peripheren Magnetpfad, so dass in der sich zwischen der ersten und der zweiten flachen Spule befindlichen leitfähigen Platte ein Induktionsstrom induziert und die leitfähige Platte erhitzt werden kann. Insbesondere, da das erste und das zweite umlaufende Magnetpfadteil den umlaufenden Magnetpfad rechts und links außerhalb des Transportwegs fortsetzen bzw. verlängern und das erste und das zweite umlaufende Magnetpfadteil miteinander verbunden sind, können nicht nur der rechte und der linke Randbereich der leitfähigen Platte genauso wie der mittlere Bereich erhitzt werden, sondern auch der magnetische Widerstand des umlaufenden Magnetpfads kann verringert werden. Ferner können durch Anpassung der Abmessungen des ersten und des zweiten umlaufenden Magnetpfadteiles auch die Abmessungen des Transportwegs in der horizontalen Richtung (nach rechts und links) geeignet eingestellt werden.
Eine andere erfindungsgemäße Induktionsheizvorrichtung dient zum induktiven Erhitzen einer leitfähigen Platte bei einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, und umfasst eine erste flache Spule, die oberhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft; eine zweite flache Spule, die unterhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft; ein erstes umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die erste flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der ersten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt; ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die zweite flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der zweiten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt; eine erste umlaufende Spule, die konzentrisch zur ersten flachen Spule um das erste umlaufende Magnetpfadteil oder um einen Magnetmetallbehälter angeordnet ist, der um das erste umlaufende Magnetpfadteil angeordnet ist; eine zweite umlaufende Spule, die konzentrisch zur zweiten flachen Spule um das zweite umlaufende Magnetpfadteil oder um einen Magnetmetallbehälter angeordnet ist, der um das zweite umlaufende Magnetpfadteil angeordnet ist; wobei der von der ersten und der zweiten umlaufenden Spule erzeugte Magnetfluss durch den rechten und den linken Randbereich der leitfähigen Platte verläuft.
Mit dieser Anordnung kann der mittlere Bereich der leitfähigen Platte mit der ersten und der zweiten flachen Spule erhitzt werden. Da ferner die erste und die zweite umlaufende Spule um das erste und das zweite umlaufende Magnetpfadteil oder den entsprechenden Magnetmetallbehälter vorgesehen sind, können die rechten und linken Randbereiche der leitfähigen Platte durch den von der ersten und der zweiten umlaufenden Spule erzeugten Magnetfluss erhitzt werden. Ferner ist es möglich, die Temperaturverteilung in der seitlichen Richtung der leitfähigen Platte zu kontrollieren, indem die Stromstärke durch die erste und die zweite flache Spule sowie die Stromstärke durch die erste und die zweite umlaufende Spule eingestellt wird.
Eine andere erfindungsgemäße Induktionsheizvorrichtung dient zum induktiven Erhitzen einer leitfähigen Platte bei einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, und umfasst eine erste flache Spule, die oberhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft; eine zweite flache Spule, die unterhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft; ein erstes umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die erste flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der ersten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt; ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die zweite flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der zweiten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt; Eisenkernteile, welche jeweils an der rechten bzw. linken äußeren Wand des ersten umlaufenden Magnetpfadteils oder eines um das erste umlaufende Magnetpfadteil angeordneten Magnetmetallbehälters und des zweiten umlaufenden Magnetpfadteils oder eines um das zweite umlaufende Magnetpfadteil angeordneten Magnetmetallbehälters anliegen; und umlaufende Spulen, die um die Eisenkernteile gewickelt sind; wobei die Eisenkernteile derart angeordnet sind, dass der von den umlaufenden Spulen erzeugte Magnetfluss durch den linken bzw. rechten Randbereich der leitfähigen Platte geführt ist.
Mit dieser Anordnung kann der mittlere Bereich der leitfähigen Platte mit der ersten und der zweiten flachen Spule erhitzt werden. Da ferner Eisenkernteile vorgesehen sind, welche jeweils an dem ersten oder zweiten umlaufenden Magnetpfadteil oder an dem jeweiligen Magnetmetallbehälter anliegen bzw. diesen berühren, und umlaufende Spulen um diese Eisenkernteile gewickelt sind, kann der von den umlaufenden Spulen erzeugte Magnetfluss durch die ersten und zweiten umlaufenden Magnetpfadteile oder Magnetmetallbehälter und die rechten und linken Randbereiche der leitfähigen Platte geführt werden, so dass die rechten und linken Randbereiche der leitfähigen Platte erhitzt werden können. Ferner ist es möglich, die Temperaturverteilung in der seitlichen Richtung der leitfähigen Platte zu kontrollieren, indem die Stromstärke durch die erste und die zweite Flache Spule sowie die Stromstärke durch die umlaufenden Spule eingestellt wird.
In den obigen Induktionsheizvorrichtungen ist es vorteilhaft, um die horizontale Temperaturverteilung (nach links und rechts) in der leitfähigen Platte noch besser auszugleichen, dass die erste flache Spule und die zweite flache Spule in mehrere flache Teilspulen aufgeteilt sind, und diese flachen Teilspulen nach links und rechts gegeneinander verschoben angeordnet sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die erste flache Spule und die zweite flache Spule in zwei flache Teilspulen gleicher Anordnung und gleicher Form geteilt sind, und die Mittenachse der einen flachen Teilspule derart angeordnet ist, dass sie den Wickelradius der Wickelspule der anderen flachen Teilspule in zwei gleiche Teile teilt.
Eine weitere erfindungsgemäße Induktionsheizvorrichtung dient zum induktiven Erhitzen einer leitfähigen Platte bei einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, und umfasst eine erste flache Spule, die oberhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft; eine zweite flache Spule, die unterhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft; ein erstes umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die erste flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der ersten flachen Spule erzeugten Magnetfluss außerhalb der leitfähigen Platte führt; ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die zweite flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der zweiten flachen Spule erzeugten Magnetfluss außerhalb der leitfähigen Platte führt, und das mit dem ersten umlaufenden Magnetpfadteil verbunden ist; wobei das erste umlaufende Magnetpfadteil und das zweite umlaufende Magnetpfadteil derart angeordnet sind, dass der von der ersten und der zweiten flachen Spule erzeugte Magnetfluss durch einen Randbereich der leitfähigen Platte verläuft.
Eine weitere erfindungsgemäße Induktionsheizvorrichtung dient zum induktiven Erhitzen einer leitfähigen Platte bei einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, und umfasst eine erste flache Spule, die oberhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft; eine zweite flache Spule, die unterhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft; ein erstes umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die erste flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der ersten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt; ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die zweite flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der zweiten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt; Eisenkernteile, welche jeweils an den der rechten bzw. linken äußeren Wand des ersten umlaufenden Magnetpfadteils oder eines um das erste umlaufende Magnetpfadteil angeordneten Magnetmetallbehälters und des zweiten umlaufenden Magnetpfadteils oder eines um das zweite umlaufende Magnetpfadteil angeordneten Magnetmetallbehälters anliegen; und umlaufende Spulen, die um die Eisenkernteile gewickelt sind; wobei die Eisenkernteile derart angeordnet sind, dass der von der äußeren Spule erzeugte Magnetfluss durch einen Randbereich der leitfähigen Platte geführt ist.
Um die erhitzte leitfähige Platte von der ersten und der zweiten flachen Spule thermisch zu isolieren und unter Nutzung der thermisch isolierenden Anordnung die leitfähige Platte zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Induktionsheizvorrichtung ferner aufweist: ein erstes Hitzeschildteil, welches zwischen der ersten flachen Spule und der leitfähigen Platte angeordnet ist, und die Hitze von der leitfähigen Platte blockt; und ein zweites Hitzeschildteil, welches zwischen der zweiten flachen Spule und der leitfähigen Platte angeordnet ist, und die Hitze von der leitfähigen Platte blockt; wobei das erste Hitzeschildteil und das zweite Hitzeschildteil die leitfähige Platte von oben und von unten halten. Somit ist ein separater Haltemechanismus zum Halten der leitfähigen Platte, der zusätzlich zu den Hitzeschildteilen vorgesehen ist, obsolet, und der Aufbau der Vorrichtung kann vereinfacht werden. Um die thermische Isolierung und sicheres Halten sicherzustellen ist es dabei vorteilhaft, wenn das erste Hitzeschildteil und das zweite Hitzeschildteil die leitfähige Platte halten, indem sie den gesamten Umfang der leitfähigen Platte abdecken.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Mit der vorliegenden Erfindung kann einer Verringerung der Temperatur in den Randbereichen in Flächenrichtung einer leitfähigen Platte, wie z.B. eines Metallblechs, unterdrückt werden, und die Temperaturverteilung in Flächenrichtung der leitfähigen Platte kann ausgeglichen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Schnittansicht, senkrecht zur Transportrichtung, einer Induktionsheizvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Schnittansicht, senkrecht zur Transportrichtung, einer Induktionsheizvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
3 ist eine teilweise angeschnittene Vorderansicht einer herkömmlichen Induktionsheizvorrichtung nach dem Hydraulik-Druckverfahren.
4 zeigt den Leistungsfaktor als Funktion der Frequenz, wenn Stahl SUS 420 mit 1.6 mm Dicke und 300 mm Breite unter Verwendung der herkömmlichen Induktionsheizvorrichtung nach dem Hydraulik-Druckverfahren induktiv erhitzt wird.
5 ist ein Diagramm, das die Anordnung von Temperatursensoren zeigt, wenn Stahl SUS 420 mit 1.6 mm Dicke und 300 mm Breite unter Verwendung der Induktionsheizvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform induktiv erhitzt wird.
6 ist ein Diagramm, das den Anstieg der Temperatur an der Position b4 zeigt, wenn Stahl SUS 420 mit 1.6 mm Dicke und 300 mm Breite unter Verwendung der Induktionsheizvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform induktiv erhitzt wird.
7 zeigt eine Analyse der Temperaturen an den Positionen a und an den Positionen b sowie die durchschnittliche Temperaturverteilung an den Positionen a und b in der Induktionsheizvorrichtung der zweiten Ausführungsform, wenn lediglich die flachen Spulen durchstromt werden.
8 zeigt eine Analyse der Temperaturen an den Positionen a und an den Positionen b sowie die durchschnittliche Temperaturverteilung an den Positionen a und b in der Induktionsheizvorrichtung der zweiten Ausführungsform, wenn sowohl die flachen Spulen als auch die umlaufenden Spulen durchstromt werden.
9 ist eine Schnittansicht, senkrecht zur Transportrichtung, einer Induktionsheizvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
10 ist eine Schnittansicht, längs der Transportrichtung, einer Induktionsheizvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
11 ist eine Draufsicht, die die flache Spule der Induktionsheizvorrichtung gemäß einer modifizierten Ausführungsform zeigt.
12 ist eine Draufsicht, die die flache Spule der Induktionsheizvorrichtung gemäß einer modifizierten Ausführungsform zeigt.
13 ist eine Draufsicht, die die flache Spule der Induktionsheizvorrichtung gemäß einer modifizierten Ausführungsform zeigt.
14 zeigt einen Längsschnitt durch eine Induktionsheizvorrichtung des Batchverarbeitungstyps gemäß einer modifizierten Ausführungsform.
15 zeigt einen Längsschnitt durch eine Induktionsheizvorrichtung des Batchverarbeitungstyps gemäß einer modifizierten Ausführungsform.
16 zeigt einen Querschnitt durch eine Induktionsheizvorrichtung des Batchverarbeitungstyps gemäß einer modifizierten Ausführungsform.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Induktionsheizvorrichtung erläutert.
Erste Ausführungsform
Eine Induktionsheizvorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform erhitzt eine leitfähige Platte, wie z.B. ein dünnes Metallblech, durch kontinuierliches induktives Heizen bei einer mittleren Frequenz von 50 Hz–1000 Hz. Die leitfähige Platte kann beispielsweise ein plattenförmiges oder blechartiges Metall, wie z.B. Aluminium, sein. Dabei sind Aluminiumbleche und dergl. mit herkömmlichen Induktionsheizvorrichtungen mittlerer Frequenz nur schwer induktiv zu erhitzen.
Genauer gesagt weist die Vorrichtung, wie in 1 dargestellt, einen Transportweg 2, eine erste flache Spule 3, eine zweite flache Spule 4, ein erstes umlaufendes Magnetpfadteil 5, und ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil 6 auf. Über den Transportweg 2 wird ein Metallblech W transportiert. Die erste flache Spule 3 ist oberhalb dieses Transportwegs 2 angeordnet, und weist in ihrem Innern einen Magnetpfad auf, der im rechten Winkel zum Transportweg 2 verläuft. Die zweite flache Spule 4 ist unterhalb dieses Transportwegs 2 angeordnet, und weist in ihrem Innern einen Magnetpfad auf, der im rechten Winkel zum Transportweg 2 verläuft. Das erste umlaufende Magnetpfadteil 5 ist um die erste flache Spule 3 angeordnet und bildet einen umlaufenden Magnetpfad, der den von der ersten flachen Spule 3 erzeugten magnetischen Fluss links und rechts außerhalb des Transportwegs 2 führt. Das zweite umlaufende Magnetpfadteil 6 ist um die zweite flache Spule 4 angeordnet und bildet einen umlaufenden Magnetpfad, der den von der zweiten flachen Spule 4 erzeugten magnetischen Fluss links und rechts außerhalb des Transportwegs 2 führt.
Die erste flache Spule 3 und die zweite flache Spule 4 haben denselben Aufbau und dieselbe Form, und haben in der Draufsicht eine im Wesentlichen rechteckige Form. Im Innern der flachen Spulen 3 und 4 ist jeweils ein Eisenkern 31 bzw. 41 angeordnet, der den Magnetpfad im Kern bzw. im Innern der Spule bildet. Die Abmessungen der flachen Spulen 3 bzw. 4 in der seitlichen Richtung, die senkrecht zu der Transportrichtung verläuft, sind in etwa gleich oder größer als die Abmessungen des Transportwegs 2 in der seitlichen Richtung. Mit dieser Anordnung sind die Abmessungen der flachen Spulen 3 bzw. 4 in der seitlichen Richtung größer als die Abmessungen des auf dem Transportweg 2 transportierten Metallblechs W in seitlicher Richtung. Ferner ist zwischen der ersten und zweiten flachen Spule 3 bzw. 4 und dem Transportweg 2 jeweils eine isolierende Platte 7 angeordnet, so dass ein Kurzschluss zwischen den Spulen 3 bzw. 4 und dem Metallblech W verhindert wird. Durch diese isolierende Platte 7 wird die obere bzw. untere Wand (obere bzw. untere Grenze) des Transportweges 2 gebildet.
Das erste umlaufende Magnetpfadteil 5 und das zweite umlaufende Magnetpfadteil 6 sind jeweils um die erste flache Spule 3 und die zweite flache Spule 4 angeordnet. Genauer gesagt ist das erste umlaufende Magnetpfadteil 5 ein Spulenaufnahmebehälter aus einem magnetischen Metall, in welchem die erste flache Spule 3 aufgenommen ist, indem es die obere Wand, die vorderen und hinteren Seitenwände (die Seitenwände, die in der Richtung entlang der Transportrichtung angeordnet sind), und die linken und rechten Seitenwände (die Seitenwände, die in der Richtung orthogonal zur Transportrichtung angeordnet sind) abdeckt, und bildet einen im Wesentlichen hohlen Quader, der nach unten geöffnet ist. Ferner ist das zweite umlaufende Magnetpfadteil 6 ein Spulenaufnahmebehälter aus einem magnetischen Metall, in welchem die zweite flache Spule 4 aufgenommen ist, indem es die untere Wand, die vorderen und hinteren Seitenwände, und die linken und rechten Seitenwände abdeckt, und bildet einen im Wesentlichen hohlen Quader, der nach oben geöffnet ist.
In dieser Ausführungsform ist in dem ersten und zweiten umlaufenden Magnetpfadteil 5 bzw. 6 jeweils ein Schlitz S zur Vermeidung von Kurzschlussströmen ausgebildet, um die Bildung von Hitze im ersten bzw. zweiten umlaufenden Magnetpfadteil 5 bzw. 6 zu verhindern. Des Weiteren kann zur Vermeidung von Hitzebildung im ersten bzw. zweiten umlaufenden Magnetpfadteil 5 bzw. 6 auf dem ersten bzw. zweiten umlaufenden Magnetpfadteil 5 bzw. 6 auch ein isolierendes dünnes magnetisches Material, wie z.B. Silizium-Stahl, gebildet sein. Falls das erste und zweite umlaufende Magnetpfadteil 5, 6 zur unterstützenden Erhitzung oder dergleichen aktiv erhitzt werden, dann ist es auch denkbar, einen massiven Magnetkörper oder einen Magnetkörper mit angepasster Tiefe des Schlitzes bzw. der Schlitze zu verwenden.
Ferner sind die linken und rechten Seitenwände 51 und 52 des ersten umlaufenden Magnetpfadteils 5 weiter außen als der Transportweg 2 angeordnet, und in der vorliegenden Ausführungsform bilden diese linken und rechten Seitenwände 51 und 52 die linke und rechte Seitenwand (linke und rechte Grenze) des Transportwegs 2. Dementsprechend sind die linken und rechten Seitenwände 61 und 62 des zweiten umlaufenden Magnetpfadteils 6 weiter außen als der Transportweg 2 angeordnet, und diese linken und rechten Seitenwände 61 und 62 bilden die linke und rechte Seitenwand (linke und rechte Grenze) des Transportwegs 2 für Metalbleche. Somit bestimmen in der vorliegenden Ausführungsform die linke und rechte Seitenwand 51, 52 des ersten umlaufenden Magnetpfadteils 5 sowie die linke und rechte Seitenwand 61, 62 des zweiten umlaufenden Magnetpfadteils 6 die Abmessungen des Transportwegs 2 in seitlicher Richtung.
Die unteren Kanten der linken und rechten Seitenwand 51, 52 des ersten umlaufenden Magnetpfadteils 5 schließen sich an die obere Kante der linken und rechten Seitenwand 61, 62 des zweiten umlaufenden Magnetpfadteils 6 an. Dadurch, dass das erste umlaufende Magnetpfadteil 5 und das zweite umlaufende Magnetpfadteil 6 aneinander anschließen bzw. miteinander verbunden sind, wird der magnetische Widerstand des Magnetpfades, entlang dessen der von der ersten und zweiten flachen Spule 3, 4 erzeugte Magnetfluss verläuft, verringert, und der Leistungsfaktor wird erhöht, so dass die Heizeffizienz verbessert wird.
Mit dieser Induktionsheizvorrichtung 100 wird der von den flachen Spulen 3, 4 erzeugte Magnetfluss von den Magnetpfaden der Spulenkerne, die durch die Eisenkerne 31, 41 gebildet sind, die im Innern der Spule angeordnet sind, durch den umlaufenden Magnetpfad geführt, der durch die umlaufenden Magnetpfadteile 5, 6 gebildet ist. Somit wird im Metallblech W zwischen der ersten flachen Spule 3 und der zweiten flachen Spule 4 ein Induktionsstrom induziert und das Metallblech W wird erhitzt. Da die linke und rechte Seitenwand 51, 52 des ersten umlaufenden Magnetpfadteils 5 sowie die linke und rechte Seitenwand 61, 62 des zweiten umlaufenden Magnetpfadteils 6 sich bis außerhalb des Metallblechs W erstrecken, verläuft der von der ersten und zweiten flachen Spule 3, 4 verursachte Magnetpfad durch den linken und rechten Randbereich des Metallblechs W, so dass der linke und rechte Randbereich des Metallblechs W zuverlässig erhitzt werden können.
Zweite Ausführungsform
Eine Induktionsheizvorrichtung 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel setzt einen zu behandelnden isolierenden Gegenstand W mit einem paar oberer und unterer Metallbänder B einem Druck aus, und erhitzt diese Metallbänder B induktiv mit einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, wodurch auch der isolierende Gegenstand W erhitzt wird. In 2 sind Merkmale, die solchen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Genauer gesagt, umfasst die Induktionsheizvorrichtung 100, wie in 2 dargestellt das Paar oberer und unterer Metallbänder B (zum Beispiel dünnen Metallbleche aus Edelstahl SUS 400), eine erste flache Spule 3, eine zweite flache Spule 4, einen ersten Spulenaufnahmebehälter 5, einen zweiten Spulenaufnahmebehälter 6 und eine Druckerzeugungsanordnung 8. Das Paar oberer und unterer Metallbänder B bildet den Transportweg 2, auf dem der zu erhitzende Gegenstand W transportiert wird. Die erste flache Spule 3 ist oberhalb der Metallbänder B angeordnet, und weist in ihrem Innern einen Magnetpfad auf, der im rechten Winkel zu den Metallbändern B verläuft. Die zweite flache Spule 4 ist unterhalb der Metallbänder B angeordnet, und weist in ihrem Innern einen Magnetpfad auf, der im rechten Winkel zu den Metallbändern B verläuft. Der erste Spulenaufnahmebehälter 5 ist um die erste flache Spule 3 angeordnet und bildet einen umlaufenden Magnetpfad, der den von der ersten flachen Spule 3 erzeugten magnetischen Fluss führt. Der zweite Spulenaufnahmebehälter 6 ist um die zweite flache Spule 4 angeordnet und bildet einen umlaufenden Magnetpfad, der den von der zweiten flachen Spule 4 erzeugten magnetischen Fluss führt. Die Druckerzeugungsanordnung 8 übt über das Paar oberer und unterer Metallbänder B Druck auf den zu erhitzenden Gegenstand W aus.
Die Druckerzeugungsanordnung 8 umfasst einen ersten Hydraulik-Behälter 81, einen zweiten Hydraulik-Behälter 82, Hydraulik-Dichtungen 83 und 84, und ein Hydraulik-Öl 85. Der erste hydraulische Behälter 81, der aus einem magnetischen Metall gefertigt ist, enthält den ersten Spulenaufnahmebehälter 5. Der zweite hydraulische Behälter 82, der aus einem magnetischen Metall (z.B. SS400) gefertigt ist, enthält den zweiten Spulenaufnahmebehälter 6. Die Hydraulik-Dichtungen 83 bzw. 84 sind jeweils zwischen dem ersten und ersten bzw. zweiten Hydraulik-Behälter 81 bzw. 82 und den Metallbändern B angeordnet. Das Hydraulik-Öl 85 ist in den ersten und zweiten Hydraulik-Behälter 81, 82 gefüllt. Falls der Induktionsheizvorrichtung 100 also ein Hydraulikdruckmechanismus hinzugefügt wird, dann resultiert eine Anordnung mit den Hydraulik-Behältern 81, 82 außerhalb der Spulenaufnahmebehälter 5, 6, sowie den Hydraulik-Dichtungen 83 und 84 um einen hohen hydraulischen Druck aufzubauen, wobei die Abmessungen der Spulenaufnahmebehälter 5 und 6 in seitlicher Richtung kleiner sind als die Abmessungen der Metallbänder in seitlicher Richtung. Aus diesem Grund, werden die Bereiche in den Metallbändern B, die rechts und links von den Hydraulik-Dichtungen 83, 84 hervorstehen, nicht erhitzt und der Anstieg der Temperatur an den rechten und linken Randbereichen der Metallbänder B bleibt ausgenommen gering.
Allerdings weist die Induktionsheizvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform weiterhin eine erste umlaufende Spule 9 und eine zweite umlaufende Spule 10 auf. Die erste umlaufende Spule 9 ist außerhalb des ersten Spulenaufnahmebehälters 5 konzentrisch um die erste flache Spule 3 gewickelt, und die zweite umlaufende Spule 10 ist außerhalb des zweiten Spulenaufnahmebehälters 6 konzentrisch um die zweite flache Spule 4 gewickelt.
Genauer gesagt, ist die erste umlaufende Spule 9 am bzw. um den Umfang des ersten Hydraulik-Behälters 81 angeordnet ist, der am bzw. um den Umfang des ersten umlaufenden Magnetpfadteils 5 angeordnet ist, und die zweite umlaufende Spule 10 ist am bzw. um den Umfang des zweiten Hydraulik-Behälters 82 angeordnet, der am bzw. um den Umfang des zweiten umlaufenden Magnetpfadteils 6 angeordnet ist. Die erste umlaufende Spule 9 ist konzentrisch zur ersten flachen Spule 3 um den Umfang des ersten Hydraulik-Behälters 81 gewickelt vorgesehen, und die zweite umlaufende Spule 10 ist konzentrisch zur zweiten flachen Spule 4 um den Umfang des zweiten Hydraulik-Behälters 82 gewickelt vorgesehen.
Ferner ist um die erste umlaufende Spule 9 herum ein erstes Abdeckteil 11 aus magnetischem Metall vorgesehen, welches die Oberseite und die seitlich umlaufende Seite der ersten umlaufenden Spule 9 abdeckt, und um die zweite umlaufende Spule 10 herum ist ein zweites Abdeckteil 12 aus magnetischem Metall vorgesehen, welches die Unterseite und die seitlich umlaufende Seite der zweiten umlaufenden Spule 10 abdeckt. Das erste Abdeckteil 11 und das zweite Abdeckteil 12 sind jeweils am ersten Hydraulik-Behälter 81 und am zweiten Hydraulik-Behälter 82 vorgesehen. Das erste Abdeckteil 11 und das zweite Abdeckteil 12 sind mit Schlitzen S zur Verhinderung von Hitzeerzeugung versehen.
Durch das erste und das zweite Abdeckteil 11, 12 wird ein Magnetpfad gebildet, der den von der ersten und zweiten umlaufenden Spule 9, 10 erzeugten Magnetfluss über die Seitenwand des ersten Hydraulik-Behälters 81 und die Seitenwand des zweiten Hydraulik-Behälters 82 zu den linken und rechten Randbereichen der Metallbänder B führt. Dadurch können die linken und rechten Randbereiche der Metallbänder B zuverlässig erhitzt werden.
Es sollte beachtet werden, dass es auch möglich ist, dass sich der freie Rand (der untere Rand der Seitenwand) des ersten Abdeckteils 11 und der freie Rand (der obere Rand der Seitenwand) des zweiten Abdeckteils 12 sich gegenseitig berühren, und somit der magnetische Widerstand des Magnetpfades, durch den der von den ersten und zweiten umlaufenden Spulen 9, 10 erzeugte Magnetfluss verläuft, verringert wird, was den Leistungsfaktor erhöht, so dass die Heizeffizienz verbessert wird.
4 zeigt den Leistungsfaktor als Funktion der Frequenz, wenn Stahl SUS 420 mit 1.6 mm Dicke und 300 mm Breite unter Verwendung der in 3 abgebildeten herkömmlichen nach dem Hydraulik-Druckverfahren operierenden Induktionsheizvorrichtung induktiv erhitzt wird. Wie aus 4 ersichtlich ist, bleibt der Leistungsfaktor bei Frequenzen ab 500 Hz im Wesentlichen gleich, und beim induktiven Erhitzen von Metallbändern (insbesondere SUS 420) sind mittlere Frequenzen angemessen.
Als nächstes werden die Versuchsergebnisse vorgestellt, für den Fall, dass Stahl SUS 420 mit 1.6 mm Dicke und 300 mm Breite unter Verwendung der Induktionsheizvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform induktiv erhitzt wird. Es sollte beachtet werden, dass in diesem Versuch für die mittleren Eisenkerne der flachen Spulen zwei Involuteneisenkerne verwendet werden (Eisenkerne, die zylindrisch aufgebaut sind, wobei eine Vielzahl magnetischer Stahlbleche mit einem gekrümmten Abschnitt, der in Form eine Involuten (bzw. Evolventen) gekrümmt ist, aufeinander gestapelt sind). Die Positionen, an denen Temperatursensoren angeordnet sind, sind in 5 dargestellt.
6 zeigt den Anstieg der Temperatur an der Temperatursensorposition b4 bei Verwendung der Induktionsheizvorrichtung der zweiten Ausführungsform. Dabei wird an die flachen Spulen eine Wechselspannung von 200 V (bei einer Frequenz von 540 Hz) angelegt, und an die umlaufenden Spulen wird eine Wechselspannung von 300 V (bei einer Frequenz von 540 Hz) angelegt.
7 zeigt eine Analyse der Temperaturen an den Positionen a und an den Positionen b sowie die durchschnittliche Temperaturverteilung an den Positionen a und b in der Induktionsheizvorrichtung der zweiten Ausführungsform wenn nur die flachen Spulen durchstromt werden. Dabei wurde an die flachen Spulen ein Wechselstrom von 200V (bei einer Frequenz von 540 Hz) angelegt. In diesem Falle betrug der Unterschied zwischen der höchsten Temperatur und der tiefsten Temperatur in der durchschnittlichen Temperaturverteilung entlang der seitlichen Richtung der Metallbänder 70,8°C.
Ferner zeigt 8 eine Analyse der Temperaturen an den Positionen a und an den Positionen b sowie die durchschnittliche Temperaturverteilung an den Positionen a und b in der Induktionsheizvorrichtung der zweiten Ausführungsform, wenn sowohl die flachen Spulen als auch die umlaufenden Spulen durchstromt sind. Dabei wurde an die flachen Spulen ein Wechselstrom von 200V (bei einer Frequenz von 540 Hz) angelegt, und an die umlaufenden Spulen wird ein Wechselstrom von 300V (bei einer Frequenz von 540 Hz) angelegt. In diesem Falle betrug der Unterschied zwischen der höchsten Temperatur und der tiefsten Temperatur in der durchschnittlichen Temperaturverteilung entlang der seitlichen Richtung der Metallbänder 17,1°C. Dies zeigt, dass die Temperaturverteilung entlang der seitlichen Richtung der Metallbänder ausgeglichen werden kann, indem nicht nur die flachen Spulen sondern auch die umlaufenden Spulen durchstromt werden.
Mit der Induktionsheizvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die Temperaturverteilung entlang der seitlichen Richtung der Metallbänder B zu kontrollieren, indem die Stromstärke durch die flachen Spulen 3, 4 und die Stromstärke durch die umlaufenden Spulen 9, 10 eingestellt wird.
Dritte Ausführungsform
Die Induktionsheizvorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform setzt, wie auch die zweite Ausführungsform, einen zu erhitzenden isolierenden Gegenstand W mit einem Paar oberer und unterer Metallbänder B einem Druck aus, und erhitzt diese Metallbänder B induktiv mit einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, wodurch auch der isolierende Gegenstand W erhitzt wird. In 9 und 10 sind Merkmale, die solchen des ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Allerdings hat die Induktionsheizvorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform, wie in 9 und 10 dargestellt, anders als beim Aufbau der umlaufenden Spulen 9, 10 und der Abdeckungsteile 11, 12 der zweiten Ausführungsform, Eisenkernteile 13 und um diese Eisenkernteile 13 gewickelte umlaufende Spulen 14, wobei die Eisenkernteile 13 im Anschluss bzw. anliegend an die rechten und linken Seitenwände des ersten Hydraulik-Behälters 81 und des zweiten Hydraulik-Behälters 82 vorgesehen sind.
Diese Eisenkernteile 13 sind Eisenkerne des sogenannten „Cut Core“ Typs (geschnittene bzw. geschichtete Kerne), wobei die Schnittflächen auf einer Seite flächig an der Seitenwand des ersten Hydraulik-Behälters 81 anliegen, und die Schnittflächen auf der anderen Seite flächig an der Seitenwand des zweiten Hydraulik-Behälters 82 anliegen. Ferner sind, wie in 10 dargestellt, mehrere dieser Eisenkernteile 13 und der umlaufenden Spulen 14 (in 10 rechts und links jeweils vier) rechts und links entlang der Transportrichtung des zu erhitzenden Gegenstands W angeordnet.
Mit diesen Eisenkernteilen 13 wird ein Magnetpfad gebildet, der den von den umlaufenden Spulen 14 erzeugten Magnetfluss über die Seitenwand des ersten Hydraulik-Behälters 81 und die Seitenwand des zweiten Hydraulik-Behälters 82 zu den rechten und linken Randbereichen der Metallbänder B führt. Somit können die rechten und linken Randbereiche der Metallbänder B zuverlässig erhitzt werden.
Um die Hitzeerzeugung in den ersten und zweiten Hydraulik-Behältern 81, 82 zu unterdrücken und den erhitzten Anteil an den rechten und linken Randbereichen der Metallbänder B zu erhöhen, sind Schlitze S von geeigneter Tiefe in den Wänden der ersten und zweiten Hydraulik-Behälter 81 und 82, die mit den Eisenkernteilen in Kontakt stehen, vorgesehen, was Kurzschlussströme verringert.
Wie auch im zweiten Ausführungsbeispiel, ist es möglich, die Temperaturverteilung entlang der seitlichen Richtung der Metallbänder B zu kontrollieren, indem die Stromstärke durch die flachen Spulen 3, 4 und die Stromstärke durch die umlaufenden Spulen 14 eingestellt wird.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Zum Beispiel sind im zweiten Ausführungsbeispiel umlaufende Spulen 9 und 10 sowie Abdeckteile 11 und 12 vorgesehen, wobei von einer hydraulisch Druck erzeugenden induktiven Heizvorrichtung ausgegangen wurde, es ist jedoch ebenso möglich, die umlaufenden Spulen 9 und 10 sowie die Abdeckteile 11 und 12 in der ersten Ausführungsform vorzusehen. In diesem Fall weist die induktive Heizvorrichtung 100 keine Hydraulik-Behälter 81, 82 auf, so dass die umlaufenden Spulen 9 und 10 um die ersten und zweiten umlaufenden Magnetpfadteile 5 und 6 vorgesehen sind, und die ersten und zweiten Abdeckteile 11 und 12 an den ersten und zweiten umlaufenden Magnetpfadteile 5 und 6 vorgesehen sind.
Ferner sind in der dritten Ausführungsform Eisenkernteile 13 und umlaufende Spulen 14 vorgesehen, wobei von einer hydraulisch Druck erzeugenden induktiven Heizvorrichtung ausgegangen wurde, es ist jedoch ebenso möglich, dass die Eisenkernteile 13 und die umlaufenden Spulen 14 in der ersten Ausführungsform vorgesehen sind. In diesem Fall weist die induktive Heizvorrichtung 100 keine Hydraulik-Behälter 81, 82 auf, so dass die Eisenkernteile 13 jeweils in Kontakt mit den Seitenwänden der ersten und zweiten umlaufenden Magnetpfadteile 5 und 6 vorgesehen sind.
Des Weiteren ist es auch möglich, dass, wie in 11 gezeigt, die erste flache Spule 3 und die zweite flache Spule 4 in mehrere flache Teilspulen aufgeteilt sind, wobei diese flachen Teilspulen nach links und rechts versetzt angeordnet sind. 11 zeigt den Fall, dass die flachen Spulen 3, 4 in zwei flache Teilspulen C1, C2 aufgeteilt sind, die dieselbe Anordnung und dieselbe Form aufweisen. Wie auch die flachen Spulen 3, 4 haben diese zwei flachen Teilspulen C1 und C2 eine von oben betrachtet im Wesentlichen rechteckige Form, und in ihrem Innern sind die Eisenkerne C11, C12 angeordnet, die den Magnetpfad in der Kernmitte bilden. Ferner sind diese zwei flachen Teilspulen C1 und C2 derart angeordnet, dass ihre Mittenachsen in dieselbe Richtung weisen, und die Mittenachse der einen flachen Teilspule C1 ist derart angeordnet, dass sie den Wickelradius der Wickelspule der anderen flachen Teilspule C2 in zwei gleiche Teile teilt. Das heißt, wenn 2S die seitliche Ausdehnung der mittleren Eisenkerne C11 und C12 in den flachen Teilspulen C1 und C2 ist, und D der Wickelradius der Wickelspule der flachen Teilspulen C1 und C2 ist, dann sind die zwei Mittenachsen so angeordnet, dass sie um D/2 + S gegeneinander verschoben sind. Hierdurch kann die Temperaturverteilung nach rechts und links im Metallblech noch besser ausgeglichen bzw. homogenisiert werden.
Ferner ist es auch möglich, dass, wie in 12 gezeigt, die erste flache Spule 3 und die zweite flache Spule 4 jeweils in mehrere flache Teilspulen C aufgeteilt sind, Spuleneinheiten Cx aus mindestens einer flachen Teilspule C, die in einer seitlichen Richtung senkrecht zur Transportrichtung angeordnet ist, in mehreren Stufen entlang der Transportrichtung angeordnet sind, und in mindestens einer der Spuleneinheiten Cx, die flachen Teilspulen C der Spuleneinheit Cx derart angeordnet sind, dass sie von der leitfähigen Platte W aus Metallblech oder dergleichen in seitlicher Richtung nach außen hervorstehen. Genauer gesagt können die flachen Teilspulen C von zwei benachbarten Spuleneinheiten Cx seitlich versetzt zueinander angeordnet sein.
In 12 sind die erste flache Spule 3 und die zweite flache Spule 4 in vier flache Teilspulen C1 bis C4 derselben Form aufgeteilt, und Spuleneinheiten Cx1 und Cx2, in welchen jeweils zwei flache Teilspulen C1 und C2 bzw. C3 und C4 in der zur Transportrichtung orthogonalen seitlichen Richtung angeordnet sind, sind in zwei Stufen entlang der Transportrichtung angeordnet. Dabei ist der rechte Teil der flachen Teilspule C1 auf der rechten Seite der in Transportrichtung stromaufwärts gelegenen Spuleneinheit Cx1 so angeordnet, dass er vom rechten Rand der leitfähigen Platte W nach rechts hervorsteht. Ferner ist der linke Teil der flachen Teilspule C4 auf der linken Seite der in Transportrichtung stromabwärts gelegenen Spuleneinheit Cx2 so angeordnet, dass er vom linken Rand der leitfähigen Platte W nach links hervorsteht.
Falls nun 2S die seitliche Ausdehnung der mittleren Eisenkerne der flachen Teilspule C1 bis C4 ist, und D der Wickelradius der Wickelspule der flachen Teilspulen C1 und C2 ist, dann wird die meiste Hitze an der Position erzeugt, an der der Abstand von der Mitte der flachen Teilspulen C1 bis C4 „D/2 + S“ beträgt.
Folglich ist die Anordnung derart, dass der linke oder rechte seitliche Rand der leitfähigen Platte W in mindestens einer der Spuleneinheiten Cx auf dem Transportweg die Position „D/2 + S“ einer der flachen Teilspulen C der Spuleneinheiten Cx durchläuft. Somit kann dieser linke oder rechte Rand der leitfähigen Platte W mit hoher Effizienz erhitzt werden. In der 12 durchläuft der rechte Rand der leitfähigen Platte W die Position „D/2 + S“ der flachen Teilspule C1, und der linke Rand der leitfähigen Platte W durchläuft die Position „D/2 + S“ der flachen Teilspule C4. Mit anderen Worten, der seitliche Versatz der stromaufwärts gelegenen Spuleneinheit Cx1 und der stromabwärts gelegenen Spuleneinheit Cx2 beträgt D/2 + S.
Ferner ist der Betrag, um den die flache Teilspule C am rechten Rand der leitfähigen Platte (Teilspule C1 in 12) hervorsteht, gleich dem Betrag, um den die flache Teilspule C am linken Rand der leitfähigen Platte (Teilspule C4 in 12) hervorsteht. Somit kann erreicht werden, dass die Temperatur am rechten Rand der leitfähigen Platte W im Wesentlichen gleich der Temperatur am linken Rand ist.
Durch diese Anordnung der flachen Teilspulen C1 bis C4 können die beiden seitlichen Ränder der leitfähigen Platte W genauso wie die Mitte der leitfähigen Platte W erhitzt werden, und die Temperaturverteilung in der seitlichen Richtung der leitfähigen Platte W kann ausgeglichen bzw. gleichförmig gemacht werden.
Es sollte beachtet werden, dass anders als in 12, auch drei oder mehr Spuleneinheiten Cx in Transportrichtung angeordnet werden können, und die Spuleneinheiten Cx jeweils auch nur eine flache Teilspule C oder drei oder mehr flache Teilspulen C umfassen können. Dabei kann der Versatz der flachen Teilspulen C der benachbarten Spuleneinheiten Cx angepasst werden, um die Temperaturverteilung der leitfähigen Platte W in seitlicher Richtung auszugleichen. 13 zeigt den Fall, dass Spuleneinheiten Cx aus drei flachen Spulen C in drei Stufen angeordnet sind. In 13 ist der seitliche Versatz zwischen der stromaufwärts gelegenen Spuleneinheit Cx1 und der stromabwärts gelegenen Spuleneinheit Cx3 gleich D/2 + S, und die dazwischen gelegene Spuleneinheit Cx2 und ist mit einem dazwischen gelegenen seitlichen Versatz von D/4 + S/2 angeordnet.
Falls die Spuleneinheiten Cx zwei oder mehr flache Teilspulen C enthalten, dann kann der magnetische Fluss eingestellt werden, indem der Strom durch die einzelnen flachen Teilspulen C gesteuert wird, und somit kann die Temperaturverteilung der leitfähigen Platte W in seitlicher Richtung gesteuert werden.
Ferner müssen die flachen Teilspulen C der Spuleneinheiten Cx nicht notwendigerweise dieselbe Form aufweisen, sondern es können auch flache Teilspulen unterschiedlicher Größe miteinander kombiniert werden, um die Temperaturverteilung in seitlicher Richtung auszugleichen bzw. zu vereinheitlichen.
Darüber hinaus wurden Ausführungsformen einer Induktionsheizvorrichtung des Inline-Typs bzw. Transportverarbeitungs-Typs beschrieben, bei denen eine leitfähige Platte während des Transports bearbeitet wird, die Erfindung kann jedoch ebenso auf Induktionsheizvorrichtungen des Batchverarbeitungs-Typs angewendet werden, bei denen die leitfähigen Bleche einzeln induktiv erhitzt werden.
In diesem Fall umfasst die Induktionsheizvorrichtung, wie in 14 dargestellt, eine erste flache Spule 3, eine zweite flache Spule 4, ein erstes umlaufendes Magnetpfadteil 5, und ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil 6. Die erste flache Spule 3 ist oberhalb der leitfähigen Platte W angeordnet, und weist in ihrem Innern einen Magnetpfad auf, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte W verläuft. Die zweite flache Spule 4 ist unterhalb der leitfähigen Platte W angeordnet, und weist in ihrem Innern einen Magnetpfad auf, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte W verläuft. Das erste umlaufende Magnetpfadteil 5 ist um die erste flache Spule 3 angeordnet und bildet einen umlaufenden Magnetpfad, der den von der ersten flachen Spule 3 erzeugten magnetischen Fluss außerhalb der leitfähigen Platte W führt. Das zweite umlaufende Magnetpfadteil 6 ist um die zweite flache Spule 4 angeordnet und bildet einen umlaufenden Magnetpfad, der den von der zweiten flachen Spule 4 erzeugten magnetischen Fluss außerhalb der leitfähigen Platte W führt. Das zweite umlaufende Magnetpfadteil 6 ist mit dem ersten umlaufenden Magnetpfadteil 5 verbunden. Durch das erste umlaufende Magnetpfadteil 5 und das zweite umlaufende Magnetpfadteil 6 wird eine Anordnung geschaffen, bei der der von der ersten und der zweiten flachen Spule 3, 4 erzeugte Magnetfluss durch die Randbereiche in Flächenrichtung (bzw. die Fläche definierenden Richtungen) der leitfähigen Platte W tritt. Es sollte beachtet werden, dass in 14, das erste umlaufende Magnetpfadteil 5 und das zweite umlaufende Magnetpfadteil 6 einen Quader bilden, so dass wenn ein in der Draufsicht rechtwinkliges leitfähiges Blech W induktiv erhitzt wird, dann können die vier seitlichen Randbereiche (der umlaufende Rand) genauso wie der mittlere Bereich der leitfähigen Platte erhitzt werden, und die Temperaturverteilung in Flächenrichtung kann ausgeglichen bzw. homogenisiert werden.
Hierbei ist zwischen der ersten flachen Spule 3 und der leitfähigen Platte W ein erstes Hitzeschildteil D1 angeordnet, welches die von der leitfähigen Platte W ausgehende Hitze blockt, und zwischen der zweiten flachen Spule 4 und der leitfähigen Platte W ist ein zweites Hitzeschildteil D2 angeordnet, welches die von der leitfähigen Platte W ausgehende Hitze blockt. Das erste Hitzeschildteil D1 ist in dem gesamten Raum angeordnet, der von der isolierenden Platte 7 an der Unterseite der ersten flachen Spule 3 und den vier Seitenwänden (vordere und hintere sowie linke und rechte Seitenwand) umschlossen ist. Ferner ist das zweite Hitzeschildteil D2 in dem gesamten Raum angeordnet, der von der isolierenden Platte 7 an der Oberseite der zweiten flachen Spule 4 und den vier Seitenwänden (vordere und hintere sowie linke und rechte Seitenwand) umschlossen ist. Die leitfähige Platte W wird von oben und unten von dem ersten Hitzeschildteil D1 und dem zweitem Hitzeschildteil D2 gehalten. Genauer gesagt wird die leitfähige Platte W gehalten, indem sein gesamter Umfang vom ersten Hitzeschildteil D1 und dem zweitem Hitzeschildteil D2 abgedeckt wird. Somit ist ein separater Haltemechanismus zum Halten der leitfähigen Platte, der zusätzlich zu den Hitzeschildteilen D1 und D2 vorgesehen ist, obsolet, und der Aufbau der Vorrichtung kann vereinfacht werden. Ferner wird die leitfähige Platte W gehalten, indem ihr gesamter Umfang vom ersten Hitzeschildteil D1 und dem zweitem Hitzeschildteil D2 abgedeckt wird, so dass sie zuverlässig gehalten und wärmeisoliert werden kann.
Wie in 15 und 16 gezeigt, kann die Induktionsheizvorrichtung des Inline-Typs bzw. Transportverarbeitungs-Typs der dritten Ausführungsform auch als Batchverarbeitungs-Typ ausgelegt werden. In diesem Fall sind jeweils mehrere der Eisenkernteile 13 und der umlaufenden Spulen 14 an den vier Seitenwänden (vordere und hintere sowie linke und rechte Seitenwand) des ersten Behälters 151, der um das erste umlaufende Magnetpfadteil 5 angeordnet ist, sowie des zweiten Behälters 152, der um das zweite umlaufende Magnetpfadteil 6 angeordnet ist, vorgesehen. Auch in diesem Fall wird die leitfähige Platte W von dem ersten Hitzeschildteil D1 und dem zweiten Hitzeschildteil D2 gehalten. Es sollte beachtet werden, dass es auch möglich ist, dass der erste und der zweite Behälter 151, 152 fehlen, und die Eisenkernteile 13 derart vorgesehen sind, dass sie jeweils an den Seitenwänden der ersten und zweiten umlaufenden Magnetpfadteile 5, 6 anliegen. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und es sind verschiedene Variationen der Grundidee denkbar.
Bezugszeichenliste

100: Induktionsheizvorrichtung
W: leitfähige Platte (Metallblech)
2: Transportweg
3: erste flache Spule
4: zweite flache Spule
5: erstes umlaufendes Magnetpfadteil (erster magnetischer Metallbehälter)
6: zweites umlaufendes Magnetpfadteil (zweiter magnetischer Metallbehälter)
7: isolierende Platte
8: Druckerzeugungsanordnung
9: erste umlaufende Spule
10: zweite umlaufende Spule
11: erstes Abdeckteil
12: zweites Abdeckteil
13: Eisenkernteil
14: umlaufende Spule
C1: flache Teilspule
C2: flache Teilspule

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 04-147596 A [0005]

Claims

Induktionsheizvorrichtung zum induktiven Erhitzen einer leitfähigen Platte bei einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, aufweisend: einen Transportweg, auf dem die leitfähige Platte transportiert werden kann, eine erste flache Spule, die oberhalb des Transportwegs angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zum Transportweg verläuft, eine zweite flache Spule, die unterhalb des Transportwegs angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zum Transportweg verläuft, ein erstes umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die erste flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der ersten flachen Spule erzeugten Magnetfluss rechts und links außerhalb des Transportwegs führt, ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die zweite flache Spule angeordnet ist, welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der zweiten flachen Spule erzeugten Magnetfluss rechts und links außerhalb des Transportwegs führt, und welches mit dem ersten umlaufenden Magnetpfadteil verbunden ist, wobei das erste umlaufende Magnetpfadteil und das zweite umlaufende Magnetpfadteil derart angeordnet sind, dass der von der ersten und der zweiten flachen Spule erzeugte Magnetfluss durch den rechten und den linken Randbereich der auf dem Transportweg transportierten leitfähigen Platte verläuft.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste flache Spule und die zweite flache Spule in mehrere flache Teilspulen aufgeteilt sind, und diese flachen Teilspulen nach links und rechts gegeneinander verschoben angeordnet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste flache Spule und die zweite flache Spule in zwei flache Teilspulen gleicher Anordnung und gleicher Form geteilt sind, und die Mittenachse der einen flachen Teilspule derart angeordnet ist, dass sie den Wickelradius der Wickelspule der anderen flachen Teilspule in zwei gleiche Teile teilt.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste flache Spule und die zweite flache Spule in mehrere flache Teilspulen aufgeteilt sind, Spuleneinheiten aus mindestens einer flachen Teilspule, die in einer seitlichen Richtung senkrecht zur Transportrichtung angeordnet ist, in mehreren Stufen entlang der Transportrichtung angeordnet sind, und in mindestens einer der Spuleneinheiten, die flachen Teilspulen der Spuleneinheit derart angeordnet sind, dass sie von der leitfähigen Platte in seitlicher Richtung nach außen hervorstehen.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 4, wobei in der von der leitfähigen Platte in seitlicher Richtung nach außen hervorstehenden flachen Teilspule, der seitliche Rand der leitfähigen Platte eine Position durchläuft, die den Wickelradius der Wickelspule in der flachen Teilspule in zwei gleich Teile teilt.
Induktionsheizvorrichtung zum induktiven Erhitzen einer leitfähigen Platte bei einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, aufweisend: eine erste flache Spule, die oberhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft, eine zweite flache Spule, die unterhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft, ein erstes umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die erste flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der ersten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt, ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die zweite flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der zweiten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt, eine erste umlaufende Spule, die konzentrisch zur ersten flachen Spule um das erste umlaufende Magnetpfadteil oder um einen Magnetmetallbehälter angeordnet ist, der um das erste umlaufende Magnetpfadteil angeordnet ist, eine zweite umlaufende Spule, die konzentrisch zur zweiten flachen Spule um das zweite umlaufende Magnetpfadteil oder um einen Magnetmetallbehälter angeordnet ist, der um das zweite umlaufende Magnetpfadteil angeordnet ist, wobei der von der ersten und der zweiten umlaufenden Spule erzeugte Magnetfluss durch den rechten und den linken Randbereich der leitfähigen Platte verläuft.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste flache Spule und die zweite flache Spule in mehrere flache Teilspulen aufgeteilt sind, und diese flachen Teilspulen nach links und rechts gegeneinander verschoben angeordnet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die erste flache Spule und die zweite flache Spule in zwei flache Teilspulen gleicher Anordnung und gleicher Form geteilt sind, und die Mittenachse der einen flachen Teilspule derart angeordnet ist, dass sie den Wickelradius der Wickelspule der anderen flachen Teilspule in zwei gleiche Teile teilt.
Induktionsheizvorrichtung zum induktiven Erhitzen einer leitfähigen Platte bei einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, aufweisend: eine erste flache Spule, die oberhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft, eine zweite flache Spule, die unterhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft, ein erstes umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die erste flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der ersten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt, ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die zweite flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der zweiten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt, Eisenkernteile, welche jeweils an der rechten bzw. linken äußeren Wand des ersten umlaufenden Magnetpfadteils oder eines um das erste umlaufende Magnetpfadteil angeordneten Magnetmetallbehälters und des zweiten umlaufenden Magnetpfadteils oder eines um das zweite umlaufende Magnetpfadteil angeordneten Magnetmetallbehälters anliegen, und umlaufende Spulen, die um die Eisenkernteile gewickelt sind, wobei die Eisenkernteile derart angeordnet sind, dass der von den umlaufenden Spulen erzeugte Magnetfluss durch den linken bzw. rechten Randbereich der leitfähigen Platte geführt ist.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste flache Spule und die zweite flache Spule in mehrere flache Teilspulen aufgeteilt sind, und diese flachen Teilspulen nach links und rechts gegeneinander verschoben angeordnet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste flache Spule und die zweite flache Spule in zwei flache Teilspulen gleicher Anordnung und gleicher Form geteilt sind, und die Mittenachse der einen flachen Teilspule derart angeordnet ist, dass sie den Wickelradius der Wickelspule der anderen flachen Teilspule in zwei gleiche Teile teilt.
Induktionsheizvorrichtung zum induktiven Erhitzen einer leitfähigen Platte bei einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, aufweisend: eine erste flache Spule, die oberhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft, eine zweite flache Spule, die unterhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft, ein erstes umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die erste flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der ersten flachen Spule erzeugten Magnetfluss außerhalb der leitfähigen Platte führt, ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die zweite flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der zweiten flachen Spule erzeugten Magnetfluss außerhalb der leitfähigen Platte führt, und das mit dem ersten umlaufenden Magnetpfadteil verbunden ist, wobei das erste umlaufende Magnetpfadteil und das zweite umlaufende Magnetpfadteil derart angeordnet sind, dass der von der ersten und der zweiten flachen Spule erzeugte Magnetfluss durch einen Randbereich der leitfähigen Platte verläuft.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 12, ferner aufweisend: ein erstes Hitzeschildteil, welches zwischen der ersten flachen Spule und der leitfähigen Platte angeordnet ist, und die Hitze von der leitfähigen Platte blockt, und ein zweites Hitzeschildteil, welches zwischen der zweiten flachen Spule und der leitfähigen Platte angeordnet ist, und die Hitze von der leitfähigen Platte blockt, wobei das erste Hitzeschildteil und das zweite Hitzeschildteil die leitfähige Platte von oben und von unten halten.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das erste Hitzeschildteil und das zweite Hitzeschildteil die leitfähige Platte halten, indem sie den gesamten Umfang der leitfähigen Platte abdecken.
Induktionsheizvorrichtung zum induktiven Erhitzen einer leitfähigen Platte bei einer mittleren Frequenz von 50 Hz bis 1000 Hz, aufweisend: eine erste flache Spule, die oberhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft, eine zweite flache Spule, die unterhalb der leitfähigen Platte angeordnet ist und in deren Innern ein Magnetpfad vorgesehen ist, der im rechten Winkel zur leitfähigen Platte verläuft, ein erstes umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die erste flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der ersten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt, ein zweites umlaufendes Magnetpfadteil, welches um die zweite flache Spule angeordnet ist, und welches einen umlaufenden Magnetpfad bildet, der den von der zweiten flachen Spule erzeugten Magnetfluss führt, Eisenkernteile, welche jeweils an der rechten bzw. linken äußeren Wand des ersten umlaufenden Magnetpfadteils oder eines um das erste umlaufende Magnetpfadteil angeordneten Magnetmetallbehälters und des zweiten umlaufenden Magnetpfadteils oder eines um das zweite umlaufende Magnetpfadteil angeordneten Magnetmetallbehälters anliegen, und umlaufende Spulen, die um die Eisenkernteile gewickelt sind, wobei die Eisenkernteile derart angeordnet sind, dass der von der äußeren Spule erzeugte Magnetfluss durch einen Randbereich der leitfähigen Platte geführt ist.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 15, ferner aufweisend: ein erstes Hitzeschildteil, welches zwischen der ersten flachen Spule und der leitfähigen Platte angeordnet ist, und die Hitze von der leitfähigen Platte blockt, und ein zweites Hitzeschildteil, welches zwischen der zweiten flachen Spule und der leitfähigen Platte angeordnet ist, und die Hitze von der leitfähigen Platte blockt, wobei das erste Hitzeschildteil und das zweite Hitzeschildteil die leitfähige Platte von oben und von unten halten.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 16, wobei das erste Hitzeschildteil und das zweite Hitzeschildteil die leitfähige Platte halten, indem sie den gesamten Umfang der leitfähigen Platte abdecken.