DE60008767T2

DE60008767T2 - Induktive Heizwalze

Info

Publication number: DE60008767T2
Application number: DE2000608767
Authority: DE
Inventors: Yoshio Kyoto-shi Kitano; Kozo Kyoto-shi Okamoto; Yukio Kyoto-shi Horie
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2020-12-13
Also published as: EP1215942A1; DE60008767D1; EP1215942B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Induktionsheizwalzengerät.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Wie allgemein bekannt ist, ist das Induktionsheizwalzengerät aufgebaut, indem ein mit einer Induktionsspule versehener Induktionswärmeerzeugungsmechanismus innerhalb einer Rotationswalze angeordnet wird. In einem derartigen Aufbau wird, wenn die Induktionsspule durch eine Wechselstromversorgung erregt wird, ein magnetischer Fluss entlang der Wellenmittenrichtung der Walze erzeugt, und der Magnetfluss gelangt durch einen geschlossenen magnetischen Pfad, von dem ein Abschnitt durch die Außenwand der Walze geformt wird, und durch diesen Magnetfluss wird in der Walze Strom induziert, weshalb in der Außenwand der Walze durch die Joule-Wärme aufgrund dieses Stromes Wärme erzeugt wird.
Wie aus dieser Beschreibung hervorgeht, ist, da der geschlossene Magnetpfad für den erzeugten Magnetfluss ein einzelner geschlossener Magnetpfad einschließlich der Außenwand der Walze ist, die Wechselstromversorgung zur Erregung der Induktionsspule auf eine Einzel-Phasen-Energieversorgung beschränkt. Demgegenüber ist es allgemein in Fabriken erforderlich, dass die Induktionsspule durch eine Drei-Phasen-Energiequelle erregt wird, da üblicherweise eine Drei-Phasen-Energiequelle eine Hauptenergiequelle ist.
Wenn jedoch zum Erhalt einer Einzel-Phasen-Spannung aus der Drei-Phasen-Energiequelle zwei Leitungen der Drei-Phasen-Leitungen verwendet werden und die Einzel-Phasen-Spannung aus diesen zwei Leitungen erhalten wird, und diese Spannung an jede Induktionsspule angelegt wird, wird eine Unsymmetrie (Ungleichgewicht) zwischen dem Fall von zwei Leitungen, zwischen denen die induktive Spule geschaltet ist, und den Fall von zwei Leitungen erzeugt, zwischen denen keine Induktionsspule geschaltet ist. Dementsprechend wird der Verwendungswirkungsgrad der Energiequelle verringert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist durch Patentanspruch 1 definiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einzel-Phasen-Spannung an die Walze anzulegen, ohne dass irgendeine Unsymmetrie in der Drei-Phasen-Energiequelle erzeugt wird, wenn die Drei-Phasen-Energiequelle als Energiequelle für die Walzenwärmeerzeugung verwendet wird.
In dem Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Induktionswärmeerzeugungsmechanismus mit einer Induktionsspule innerhalb einer Rotationswalze angeordnet, ist ein Umrichter vorgesehen, der eine Drei-Phasen-Energiequelle als Eingangsenergiequelle aufweist und die Einzeln-Phasen-Spannung durch die Phasenumwandlung ausgibt, und die Einzel-Phasen-Ausgangsspannung aus dem Umrichter wird an die Induktionsspule als die Erregungsspannung angelegt.
Als Umrichter kann ein Umrichter geeignet verwendet werden, der beispielsweise einen Thyristor (SCR) oder einen Transistor verwendet. Außerdem wird in jedem Umrichter zum Erhalt der Einzel-Phasen-Spannung aus der Drei-Phasen-Spannung die Drei-Phasen-Spannung einmal in die Gleichspannung umgewandelt und die Gleichspannung wird erneut umgewandelt, um die Einzel-Phasen-Spannung zu erhalten. Auf diese Weise wird, wenn die Einzel-Phasen-Spannung aus der Drei-Phasen-Spannung zur Erregung der Induktionsspule verwendet wird, keine Unsymmetrie in der Drei-Phasen-Energiequelle erzeugt, die die Eingangsenergiequelle ist.
Wenn eine Vielzahl von Induktionsspulen, die den Induktionswärmeerzeugungsmechanismus bilden, vorgesehen sind, kann die aus dem Umrichter erhaltene Einzel-Phasen-Spannung ebenfalls an jeder der Induktionsspulen als Erregungsspannung angelegt werden. In diesem Fall sind, wenn die an die Induktionsspule angelegten Einzel-Phasen-Spannungen in derselben Phase zueinander sind, die geschlossenen Magnetpfade für den durch die Induktionsspulen erzeugten Magnetfluss unabhängig voneinander, und es tritt keine gegenseitige Störung auf.
Ein Wert der Einzel-Phasen-Ausgangsspannung des Umrichters kann durch Ändern eines Zündwinkels des Thyristors geändert werden, der den Umrichter bildet. Dementsprechend kann in dem Fall, dass eine Vielzahl von Umrichter vorgesehen sind und jeweilige Einzel-Phasen-Ausgangsspannungen an den jeweiligen Induktionsspulen angelegt werden, wenn jeder Umrichter unabhängig justiert wird, die Menge des durch jede der Induktionsspulen induzierten Magnetflusses justiert werden, weshalb die Außenwandtemperatur der Walze frei entlang der Längsrichtung der Walze geändert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Schnittansicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt ein Schaltbild für ein Induktionswärmeerzeugungsmechanismus gemäß 1,
3 zeigt eine Schnittansicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 zeigt ein Schaltbild für den Induktionswärmeerzeugungsmechanismus gemäß 3,
5 zeigt eine Schnittansicht gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
6 zeigt ein Schaltbild für den Induktionswärmeerzeugungsmechanismus gemäß 5,
7 zeigt eine Schnittansicht gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
8 zeigt eine Schnittansicht gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nachstehend beschrieben. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Walzenhauptkörper, bezeichnen die Bezugszeichen 2 Lagerzapfen, die einstöckig auf dessen beiden Seiten vorgesehen sind und drehbar auf der Grundseite durch nicht-gezeigte Lager gestützt sind. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet Mantelkammern, die innerhalb der Außenwand der Walze 1 vorgesehen sind, wobei eine Vielzahl der Mantelkammern durch Bohren mittels beispielsweise eines Bohrers geformt sind, und Endabschnitte der Mantelkammern 3 kommunizieren miteinander. Innerhalb jeder Mantelkammer 3 ist ein Erwärmungsmedium einer Zwei-Phasen-Flüssiggas (two phase of gas-liquid) eingefüllt.
Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Induktionswärmeerzeugungsmechanismus, der durch eine Stützstange 5 gestützt wird. Die Stützstange 5 ist in den Lagerzapfen 2 eingesetzt, und wird durch den Lagerzapfen 2 durch ein Lager 6 gestützt. Der Induktionswärmeerzeugungsmechanismus 4 ist durch einen Eisenkern 7 und eine Induktionsspule 8 aufgebaut, die um den Eisenkern 7 gewickelt ist. Ein Energieversorgungs-Leitungsdraht 9, der mit der Induktionsspule 8 verbunden ist, verläuft durch das Innere der Stützstange 5 und wird an dessen Endabschnitt nach außerhalb der Stützstange 5 geführt.
Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Temperatursensor, der in die Außenwand des Walzenhauptkörpers 1 eingesetzt ist und wird zur Erfassung der Temperatur der Außenwand des Walzenhauptkörpers 1 verwendet und gibt ein Spannungssignal entsprechend der Temperatur aus. Dieses Spannungssignal wird zu einem Temperatursignalübertragungsmechanismus 13 über einen Signalleitungsdraht 12 gesendet. Insbesondere ist der Temperatursignalübertragungsmechanismus 13 durch einen Rotationstransformator aufgebaut, der aus einem Paar magnetisch miteinander verbundener Spulen zusammengesetzt ist.
Gemäß der Zeichnung ist ein Stator 14, der mit einer Statorspule versehen ist, durch die Stützstange 5 gestützt, und ein Rotor 15, der mit einer Rotorspule versehen ist, wird durch den Lagerzapfen 2 gestützt. Ein Signalleitungsdraht 12 ist mit der Rotorspule verbunden. Die Spannung entsprechend der Temperatur der Außenwand des Walzenhauptkörpers 11 wird zu der Rotorspule durch den Signalleitungsdraht 12 gesendet. Dann wird die Spannung zu der mit dieser Spule verbundenen Statorspule gesendet. Durch Messen dieser Spannung wird die Temperatur der Außenwand des Walzenhauptkörpers 1 erhalten. Dieser gemessene Wert wird von einem Ausgangsanschluss 16 nach außen entnommen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Drei-Phasen-Energiequelle als Energiequelle verwendet. Gemäß 2 bezeichnet das Bezugszeichen 20 die Drei-Phasen-Energiequelle, und bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen Umrichter, dessen Eingangsenergiequelle die Drei-Phasen-Energiequelle ist und der die Einzel-Phasen-Wechselspannung ausgibt. Der Umrichter 21 ist hauptsächlich durch eine Gleichrichtervorrichtung aufgebaut, um die Drei-Phasen-Spannung gleichzurichten, und eine Thyristor-Schaltung oder eine Transistor-Schaltung aufgebaut, um die Gleichspannung aus der Gleichrichtervorrichtung in die Einzel-Phasen-Wechselspannung umzuwandeln. In dem Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein beliebiger Aufbau dieser Art für den Umrichter geeignet verwendet werden.
Das Bezugszeichen 22 zeigt eine Ausgangsschaltung des Umrichters 16, und die Einzel-Phasen-Spannung wird aus dieser Schaltung ausgegeben. Die aus dieser Ausgangsschaltung 22 ausgegebene Einzel-Phasen-Spannung wird an die Induktionsspule 8 über Energieversorgungsleitungsdrähte 9 angelegt, wodurch sie erregt wird.
Ein Spannungssignal aus dem Signalleitungsdraht 12, d.h., dass aus der Statorspule des Temperatursignalübertragungsmechanismus 13 erhaltene Spannungssignal wird von einem Ausgangsanschluss 16 zu einer Temperaturjustiereinrichtung 24 zugeführt. Das Spannungssignal wird dabei mit einem eingestellten Temperaturwert des Walzenhauptkörpers 1 verglichen und ein Signal entsprechend der Differenz wird zu dem Umrichter 20 gesendet. In dem Umrichter 20 wird entsprechend diesem Signal der Zündwinkel des Thyristors justiert, und der Einzel-Phasen-Ausgangsspannungswert wird justiert. Dadurch wird die Oberflächentemperatur des Walzenhauptkörpers 1 auf den Einstellungswert justiert.
In dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird die aus der Drei-Phasen-Energiequelle 20 erhaltene Spannung dem Umrichter 21 zugeführt, und die daraus erhaltene Einzel-Phasen-Spannung wird an die Induktionsspule 8 in dem Rotationswalzenhauptkörper 1 aus der Ausgangsschaltung 22 angelegt. Dadurch wird der Magnetfluss erzeugt und wird Strom in dem Außenwandabschnitt des Walzenhauptkörpers 1 induziert, und durch diesen Strom wird in dem Walzenhauptkörper 1 Wärme erzeugt. In diesem Fall wird, obwohl der Umrichter 21 die Einzel-Phasen-Spannung ausgibt, keine Unsymmetrie auf Seiten der Drei-Phasen-Energiequelle 20 erzeugt, da der Umrichter 21 die Drei-Phasen-Spannung gleichrichtet und diese in die Einzel-Phasen-Spannung umwandelt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 3 veranschaulicht ist, ist als Induktionswärmeerzeugungsmechanismus 4 der folgende gezeigt, der derart aufgebaut ist, dass eine Vielzahl von (gemäß diesem Beispiel 6) Induktionsspulen 8, die gemeinsam diesen Eisenkern 7 verwenden, parallel um diesen langen zylindrischen Eisenkern gewickelt sind, der aufgebaut ist, indem zylindrisch lange Stahlplatten geschichtet sind, die derart gebogen sind, dass sie entlang der Involutionskurve gebogen sind (vgl. Japanisches Gebrauchsmuster Nr. 2532986). Der Energieversorgungsleitungsdraht 9 ist jeweils mit jeder der Induktionsspulen 8 verbunden.
Weiterhin weist der Umrichter 21 eine Vielzahl von Ausgangsschaltungen 22 auf, und aus jeder Ausgangsschaltung 22 wird eine Einzel-Phasen-Wechselspannung gleicher Phase ausgegeben. Diese Ausgangsspannung wird an jede Induktionsspule 8 über die Energieversorgungsleitungsdrähte 9 angelegt und erregt die Spule 8. Der restliche Aufbau unterscheidet sich von demjenigen gemäß 1 nicht besonders.
In dem Fall, dass allgemein der lange Eisenkern gemeinsam verwendet wird und der Induktionswärmeerzeugungsmechanismus durch die Wicklung 3 oder deren mehrfachen Induktionsspulen, die parallel um den Eisenkern gewickelt sind, aufgebaut ist, durchquert, wenn jede der Induktionsspulen durch die Drei-Phasen-Energiequelle erregt wird, der dadurch erzeugte Magnetfluss ebenfalls die anderen Induktionsspulen durch den gemeinsam verwendeten Eisenkern. Dadurch stören die sich in jeder Induktionsspule induzierten Magnetflüsse gegeneinander.
Wenn auf diese Weise die durch jede der Induktionsspulen induzierten Magnetflüsse einander stören, selbst wenn die V-Phase in den U-, V-, W-Phasen der Drei-Phasen-Schaltung zu einer Gegenphase gemacht wird, und die Spannung, deren Phase um 60° jeweils verschoben ist, an jede der Induktionsspulen angelegt wird, und die Phasendifferenz der an jede der Induktionsspulen angelegten Spannung verringert wird, beeinflussen die sich in jeder der Induktionsspulen induzierte Ströme gegeneinander. Insbesondere gibt es eine Tendenz, dass die Phase des Stroms, der in der Induktionsspule induziert wird, die mit der U-Phase verbunden ist, im Vergleich zu dem Strom stärker verzögert ist, der in den anderen, mit der V-Phase und der W-Phase verbundenen Induktionsspulen induziert wird, weshalb der Leistungsfaktor verringert ist. Dementsprechend wird zwischen den Phasen eine Unsymmetrie erzeugt. Selbstverständlich wird die Energieversorgungsunsymmetrie zwischen den Drei-Phasen-Leitungen ebenfalls erzeugt, weshalb der Verwendungswirkungsgrad der Energiequelle ebenfalls verringert ist.
Wenn jedoch, wie es in 3 und 4 gezeigt ist, die gleiche Einzel-Phasen-Spannung aus dem Umrichter 21 an jede der Induktionsspulen 8 angelegt wird und dadurch erregt wird, gibt es, selbst wenn der Eisenkern gemeinsam verwendet wird, keine Variation des Leistungsfaktors durch die relative Störung zueinander, da es keine Phasendifferenz in der Energiequelle zum Erregen jeder der Induktionsspulen gibt. Dadurch wird keine Unsymmetrie (Ungleichgewicht) auf Seiten der Drei-Phasen-Energiequelle und keine Unsymmetrie auf Seiten der Last erzeugt.
Der in 3 gezeigte Aufbau zeigt einen Fall, in dem ein Temperatursensor 11 angeordnet ist, und die Erregungsspannung jeder der Induktionsspulen 8 wird gleichzeitig in derselben Weise gesteuert. Dementsprechend gibt es den Vorteil, dass die Oberflächentemperatur des Walzenhauptkörpers 1 gleichförmig über dessen gesamten Oberfläche gesteuert wird. Jedoch gibt es ebenfalls einen Fall, in dem es erforderlich ist, die Oberflächentemperatur in jedem Abschnitt des Walzenhauptkörpers 1 schnell auf dessen Änderung ansprechend zu steuern, oder einen Fall, in dem es erforderlich ist, die Oberflächentemperatur in jedem Abschnitt entlang der Wellenmittenrichtung des Walzenhauptkörpers 1 auf einen teilweise unterschiedlichen Wert zu steuern, in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck des Walzenhauptkörpers 1.
Der Aufbau entsprechend einer derartigen Erfordernis ist nachstehend in 5 als drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie aus 5 hervorgeht, ist eine Vielzahl von Temperatursensoren 11 vorgesehen. Diese sind in der Außenwand des Walzenhauptkörpers 1 an Positionen angeordnet, die entgegengesetzt zu den Positionen sind, an denen jeweils die Induktionsspulen 8 angeordnet sind. Weiterhin ist, wie es in 6 gezeigt ist, dieselbe Anzahl wie die der Induktionsspulen 8 der Umrichter 21 und der Temperaturjustiereinrichtungen 24 vorgesehen. Selbstverständlich sind die Einzel-Phasen-Spannungen, die aus den Umrichtern 21 ausgegeben werden, zueinander in derselben Phase.
Die Ausgangsspannung jeder der Umrichter 21 wird an die Induktionsspulen 8 jeweils über Energieversorgungsleitungsdrähte 9 angelegt. Weiterhin wird das durch jeden Temperatursensor 11 erfasste Temperatursignal jeweils zu den Temperaturjustiereinrichtungen 24 gesendet. Die Ausgangsspannung der Umrichter 21 wird jeweils durch den Ausgang jeder Temperaturjustiereinrichtung 24 gesteuert. Der restliche Aufbau unterscheidet sich nicht besonders von demjenigen gemäß den 3 und 4. Gemäß diesem Aufbau wird in derselben Weise wie in dem Aufbau gemäß 3 keine Unsymmetrie auf Seiten der Drei-Phasen-Energieversorgung und auf Seiten der Last erzeugt.
Dann wird durch jeden Temperatursensor 11 jeweils die Temperatur entlang der Wellenmittenrichtung auf der Oberfläche des Walzenhauptkörpers 1 erfasst, und entsprechend diesem Erfassungswert wird die Ausgangsspannung jedes Umrichters 21 justiert. In diesem Fall wird in dem Fall, dass die in allen Temperaturjustiereinrichtungen 24 eingestellten Temperatureinstellungswerte dieselben sind, wenn die Temperatur auf der Oberfläche des Walzenhauptkörpers 1 teilweise geändert ist, der geänderte Abschnitt durch den Temperatursensor 11 erfasst, und der Umrichter 21 entsprechend diesem Temperatursensor wird durch die Temperaturjustiereinrichtung 24 entsprechend dem Temperatursensor 11 gesteuert.
Dementsprechend kann die Oberflächentemperatur des Walzenhauptkörpers 1 schnell auf dessen Änderung ansprechend (reagierend) wiederhergestellt werden. Wenn weiterhin der für jede der Temperaturjustiereinrichtungen 24 eingestellte Temperatureinstellungswert eine Zieltemperatur an jedem Abschnitt des Walzenhauptkörpers 1 ist, kann die Temperatur jedes Abschnitts auf dieselbe Temperatur wie der Einstellungswert gesteuert werden.
In 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der in 7 gezeigte Aufbau ist ein Aufbau, bei dem eine Vielzahl von aus Eisenkernen 7 und Induktionsspulen 8 zusammengesetzten Induktionswärmeerzeugungsmechanismen 4 entlang der Wellenmittenrichtung des Walzenhauptkörpers 1 angeordnet ist. In diesem Fall ist der Aufbau wie folgt: Wenn Joche 18 an beiden Seiten von jedem der Induktionswärmemechanismen 4 vorgesehen sind, sind die Magnetpfade in jedem der Induktionswärmeerzeugungsmechanismen 4 unabhängig voneinander, und die durch die jeden der Magnetpfade gelangenden Magnetflüsse stören sich nicht gegeneinander.
Wenn allgemein der Joch 18 auf diese Weise vorgesehen ist, kann jeder Magnetpfad theoretisch unabhängig voneinander sein, selbst wenn jede der Induktionsspulen direkt durch die Drei-Phasen-Energiequelle erregt würde, jedoch wird tatsächlich ein Streumagnetfluss erzeugt, obwohl dieser nur eine geringe Größe aufweist, und es gibt einen Fall, dass er durch andere Magnetpfade gelangt. Dementsprechend ist es sehr schwierig, eine Unsymmetrie auf Seiten der Energieversorgung und auf Seiten der Last zu beseitigen.
Wie es weiterhin in der Zeichnung gezeigt ist, können in dem Fall, dass 3 oder Vielfache von 3 Induktionswärmeerzeugungsmechanismen vorgesehen sind, wenn jede davon gleichermaßen mit den Drei-Phasen-Leitungen verbunden ist, obwohl die Unsymmetrie auf Seiten der Energieversorgung verringert werden kann, können, wenn andere Anzahlen von Induktionswärmeerzeugungsmechanismen vorgesehen werden, diese nicht gleichermaßen mit den Drei-Phasen-Leitungen verbunden werden, weshalb die Erzeugung einer Unsymmetrie wie vorstehend beschrieben nicht verhindert werden kann.
Jedoch wird selbst in einem derartigen Fall, wenn der Umrichter 21 erzeugt wird, dessen Eingang die Drei-Phasen-Spannung ist, wie es in 4 gezeigt ist, und wenn die Induktionsspule 8 jedes Induktionswärmeerzeugungsmechanismus 4 durch die Ausgangsspannung des Umrichters 21 in derselben Weise wie gemäß jedem Ausführungsbeispiel erregt wird, keine Unsymmetrie auf Seiten der Drei-Phasen-Energieversorgung und auf Seiten der Last erzeugt.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel gemäß 8 entspricht 5, und es ist eine Vielzahl von Temperatursensoren 11 sind entsprechend den Induktionswärmeerzeugungsmechanismen 4 angeordnet. In diesem Fall können in derselben Weise wie in dem Fall gemäß 6 eine Vielzahl von Umrichtern 21 und Temperaturjustiereinrichtungen 24 vorgesehen werden. Dementsprechend können die Wärmeerzeugungstemperaturen der Abschnitte des Walzenhauptkörpers 1 entsprechend jeweils den Induktionswärmeerzeugungsmechanismen 4 unabhängig voneinander in derselben Weise wie gemäß 5 gesteuert werden.
Der für die Phasenumwandlung verwendete Umrichter gemäß der vorliegenden Ausführungsbeispiele weist eine Justierfunktion auf, die beliebig die Frequenz seiner Ausgangsspannung einstellen und ändern kann. Durch Verwendung dieser Funktion wird ein weiterer Vorteil neben dem Vorteil erzielt, dass die Ein-Phasen-Energieversorgung erhalten wird. Das heißt, dass das Prinzip der Induktionswärmeerzeugung in der Induktionswärmewalzenvorrichtung darin besteht, dass ein Wechselmagnetfluss den Walzenhauptkörper durchquert und dadurch der Kurzschlussstrom, in dem der Walzenhauptkörper eine Windung (turn) ist, in der Außenwand des Walzenhauptkörpers induziert wird. Weiterhin wird, wenn dieser Magnetfluss durch die Wand (den Wanddickenabschnitt) der Außenwand des Walzenhauptkörpers hindurchläuft, Wirbelströme erzeugt. Durch die Joule-Wärme aufgrund dieser Kurzschlussströme und der Wirbelströme wird der Walzenhauptkörper erhitzt.
Im Allgemeinen ist es in dem Fall eines niederfrequenten Stroms gut bekannt, dass dessen Eindringtiefe groß wird. Dementsprechend ist die Wärmeerzeugung aufgrund des Kurzschlussstroms dominant, wenn die Frequenz des in dem Walzenhauptkörper erzeugten Stroms niedrig ist. Umgekehrt ist in dem Fall eines hochfrequenten Stroms dessen Eindringtiefe klein. Dementsprechend ist die Wärmeerzeugung aufgrund des Wirbelstroms gegenüber den anderen dominant, wenn die Frequenz des in dem Walzenhauptkörpers erzeugten Stroms hoch ist.
Dementsprechend kann eine hocheffiziente Betriebsbedingung ausgewählt werden, wenn die Frequenz der an die Induktionsspule angelegten Ein-Phasen-Ausgangsspannung des Umrichters als Erregungsspannung justiert wird und die Frequenz des durch die Induktionsspule erzeugten Wechselmagnetflusses ausgewählt wird, so dass eine Impedanzanpassung entsprechend der Wanddicke, dem inneren Durchmesser, dem Durchmesser der Induktionsspule und der Länge erhalten werden kann.
Wenn weiterhin der Walzenhauptkörper aus magnetischem Material geformt ist, kann der Walzenhauptkörper selbst als Magnetpfad agieren. Dementsprechend werden der Kurzschlussstrom und der Wirbelstrom hier erzeugt und der Walzenhauptkörper wird erwärmt. Wenn im Gegensatz dazu der Walzenhauptkörper aus einem nicht-magnetischen Material wie Edelstahl, Aluminium oder Kupfer geformt ist, führt der Walzenhauptkörper selbst keine Aktion als Magnetpfad aus, und der durch die Induktionsspulen erzeugte Wechselmagnetfluss verläuft durch den äußeren Raum der Induktionsspulen, und ein Teil davon durchquert den Walzenhauptkörper.
Der Kurzschlussstrom fließt in dem Walzenhauptkörper entsprechend dem durchquerenden Magnetfluss, wie vorstehend beschrieben, wohingegen der Magnetfluss nicht in einer derartigen Weise verläuft, dass der Magnetfluss durch die Wand (den Wanddickenabschnitt) des Walzenhauptkörpers in axialer Richtung durchdringt, sondern in derartiger Weise verläuft, dass er den Walzenhauptkörper in radialer Richtung durchquert und dann aus dem externen Raum des Walzenhauptkörpers austritt, wobei dabei der Wirbelstrom lediglich durch den Magnetfluss erzeugt wird, der den Walzenhauptkörper durchquert hat.
Dementsprechend wird in dem Fall, dass der Walzenhauptkörper aus dem nicht-magnetischen Material geformt ist, die Frequenz des durch die Induktionsspule erzeugten Wechselmagnetenflusses durch geeignetes Justieren der Ausgangsfrequenz des Umrichters hoch ausgeführt und wird die Wechselfrequenz des Magnetflusses erhöht, wobei der Wirbelstrom erhöht wird, und dann, selbst wenn der Walzenhauptkörper aus nicht-magnetischem Material hergestellt ist, bei dem es herkömmlich schwierig ist, diesen induktiv zu erwärmen, kann er effektiv induktiv erwärmt werden.
Da bei Erhöhung der Ausgangsfrequenz des Umrichters die Eindringtiefe des Stroms verringert wird und die Wärmeerzeugung aufgrund des Kurzschlussstroms verringert wird, wenn die Frequenz der an die Induktionsspule als Erregungsspannung angelegten Ein-Phasen-Ausgangsspannung des Umrichters justiert wird, und die Frequenz des durch die Induktionsspule erzeugten Wechselmagnetflusses derart ausgewählt wird, dass die Erhöhung des Wirbelstroms und die Verringerung des Kurzschlussstroms ausgeglichen werden und eine Impedanzanpassung (impedance matching) erhalten wird, können gute effiziente Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Dementsprechend ist der für dessen Verwendung geeignete Frequenzbereich etwa 10 Hz bis etwa 1 kHz.
Gemäß der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung wird, selbst wenn eine Drei-Phasen-Energieversorgung als Erregungsenergieversorgung verwendet wird und die Induktionsspule des Induktionswärmeerzeugungsmechanismus erregt wird, durch Verwendung des Umrichters und der Drei-Phasen-Ein-Phasen-Umwandlung keine Unsymmetrie auf Seiten der Drei-Phasen-Energieversorgung oder auf Seiten der Last erzeugt, weshalb die Drei-Phasen-Energieversorgung effektiv verwendet werden kann. Weiterhin können die Folgen und Wirkungen ebenfalls erzielt werden: wenn die Drei-Phasen-Energiequelle in dieser Weise verwendet wird, wird selbst wenn eine Vielzahl von Induktionswärmeerzeugungsmechanismen vorgesehen ist und die Wärmeerzeugungstemperatur der Außenwand der Walze teilweise und beliebig gesteuert wird, der Verwendungswirkungsgrad der Drei-Phasen-Energiequelle nicht verringert, und weiterhin können, wenn der Umrichter, dessen Ausgangsfrequenz frei justiert und eingestellt werden kann, verwendet wird, durch Ausfall seiner Ausgangsfrequenz eine hocheffiziente Betriebsbedingung ausgewählt werden, und selbst die Walze, die aus einem nicht-magnetischen Material geformt ist, bei dem die induktive Wärmeerzeugung herkömmlich schwierig ist, kann effektiv induktiv erwärmt werden.
Ein Umrichter, in dem eine Drei-Phasen-Energieversorgung als Eingangsenergieversorgung verwendet wird und eine Ein-Phasen-Spannung ausgegeben wird, wird bereitgestellt. Die Ein-Phasen-Ausgangsspannung des Umrichters wird an eine Induktionsspule eines innerhalb einer Rotationswalze vorgesehene Induktionswärmeerzeugungsmechanismus als Erregungsspannung angelegt. Da die durch die Phasenumwandlung durch den Umrichter erhaltene Ein-Phasen-Spannung verwendet wird, wird keine Unsymmetrie zwischen den Phasen der Drei-Phasen-Energieversorgung erzeugt, die die Eingangsenergieversorgung ist.

Claims

Induktionsheizwalzengerät mit einer Rotationswalze (1), einer Induktionswärmeerzeugungseinheit (4), die in der Rotationswalze angeordnet ist, einer Induktionsspule (8), die als ein Teil der Induktionswärmeerzeugungseinheit vorgesehen ist, einer Drei-Phasen-Wechselstromversorgungsquelle (20), die außerhalb der Heizwalze vorhanden ist, einem Umrichter (21), der außerhalb der Heizwalze vorhanden ist und dem Drei-Phasen-Leistung von der Drei-Phasen-Wechselstromversorgungsquelle (20) zugeführt wird, und der eine Ein-Phasen-Wechselspannung ausgibt, wobei die aus dem Umrichter ausgegebene Einzel-Phasen-Wechselspannung an die Induktionsspule als eine Erregungsspannung angelegt wird.
Induktionsheizwalzengerät nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl der Induktionsspulen (8) in der Wellenmittenrichtung der Walze als Teil der Induktionswärmeerzeugungseinheit angeordnet ist, wobei die aus dem Umrichter ausgegebene Einzel-Phasen-Wechselspannung den Induktionsspulen als eine Erregungsspannung angelegt wird.
Induktionsheizwalzengerät nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl der Induktionsspulen (8) in der Wellenmittenrichtung der Walze als Teil der Induktionswärmeerzeugungseinheit angeordnet ist, und eine Vielzahl von Umrichtern (21) vorgesehen ist, die jeweils eine Einzel-Phasen-Wechselspannung ausgeben, wobei die aus jedem Umrichter ausgegebene Einzel-Phasen-Wechselspannung an jeweils jede Induktionsspulen als Erregungsspannung angelegt wird.
Induktionsheizwalzengerät nach Anspruch 3, wobei die aus jedem der Umrichter ausgegebene Wechselspannung jeweils frei unabhängig justiert wird.
Induktionsheizwalzengerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausgangsfrequenz des Umrichters frei justiert wird.
Induktionsheizwalzengerät nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Ausgangsfrequenz jedes Umrichters frei justiert wird.
Induktionsheizwalzengerät nach Anspruch 1, weiterhin mit zumindest einem Temperatursensor (11), der an der Rotationswalze vorgesehen ist und ein erstes Signal entsprechend einer Temperatur der Rotationswalze ausgibt, und einer Temperaturjustiereinrichtung (24), die das erste Signal aus dem Temperatursensor mit einem eingestellten Temperaturwert der Rotationswalze vergleicht und ein zweites Signal entsprechend einer Differenz auf der Grundlage des Vergleichs zu dem Umrichter (20) ausgibt, wobei der Umrichter die Einzel-Phasen-Spannung entsprechend dem zweiten Signal justiert.