JP2003187950A - シングルターン型誘導加熱コイル - Google Patents
シングルターン型誘導加熱コイルInfo
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Abstract
も設備費の低減が図れ、コイルの保守・点検が容易で、
かつ、鋼帯をキュリー点以上に加熱できるシングルター
ン型誘導加熱コイルを提供する。 【解決手段】 金属帯板と、金属帯板の表面および裏面
と所定間隔を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が
金属帯板の両端より外側に位置する表面側の第1の導体
部および裏面側の第2の導体部と、金属帯板の幅方向の
端部の外側で金属帯板の板厚方向に延びて、前記第1の
導体部および前記第2の導体部の各一端を接続する第3
の導体部とを備えたシングルターン型誘導加熱コイルで
あって、第1の導体部および第2の導体部をそれぞれ1
本ずつ(2本以上)増設し、2本(3本以上)の第1の
導体部および前記第2の導体部の各開放端を、前記金属
帯板の長手方向に延びる第4の導体部で接続し、第1の
導体部と第2の導体部とを金属帯板の長手方向に互いに
シフトした位置に設置することを特徴とするシングルタ
ーン型誘導加熱コイル。
Description
熱用コイル、特にシングルターンコイルに関する。
イルを被加熱物の周囲に配置し、交番磁界により誘起さ
れる渦電流のジュール熱により物体を加熱する方法であ
る。誘導加熱には、交番磁界を被加熱物に垂直に交差さ
せるトランスバース方式と、コイルで被加熱物を巻くよ
うに配置して、交番磁界を被加熱物に平行に印加するソ
レノイド方式の2通りがあり、目的によって選択され
る。金属帯板の加熱の場合、板幅方向に均一な加熱が必
要なことから、ソレノイド方式が適している。また、ソ
レノイド方式には、1つの電源に対して、複数回コイル
を巻くマルチターン方式と、1回だけ巻くシングルター
ン方式がある。
び特開平7−252628号公報に開示されたソレノイ
ド方式のシングルターンコイルを用いる金属帯板の誘導
加熱装置を示した図である。この誘導加熱装置は、金属
帯板1の表面2および裏面3と所定の間隔を空けて、金
属帯板1の幅方向に延び両端が金属帯板の幅方向より外
側に位置する表面側の導体部4および裏面側の導体部
5、この表面側の導体部4および裏面側の導体部5の一
端を、金属帯板1の幅方向の、片方の端部の外側で金属
帯板1の板厚方向に延びる導体部6にて接続してなるシ
ングルターン型誘導加熱コイル7, このコイル7の表面
側の導体部4および裏面側の導体部5の他端に交流を印
加える交流電源装置Sを備えている。しかし、この従来
技術では、加熱後の鋼板形状の悪化を防止するために加
熱速度を抑えるべく、有効加熱長さを長くするために複
数のシングルターン型誘導加熱コイルを金属帯板の進行
方向に配置して金属帯板の誘導加熱炉を構成する場合に
は、コイル数に相当する電源装置が必要であり設備費が
高価になるという問題点があった。
熱コイルでは、金属帯板の断面方向から見て、金属帯板
両端面外側のコイル端部は閉塞されるため、コイルを電
源と共に金属帯板の搬送ラインから外側に出すことがで
きず、コイルの保守・点検が困難であった。さらに、従
来のソレノイド方式のシングルターンコイルを用いる誘
導加熱装置は、金属帯板1が、例えば磁性体の鋼帯であ
る場合、キュリー点(約750℃)以上の加熱が困難で
あり、650℃以下の低温領域での加熱にしか適用でき
ないという問題点があった。さらに、金属帯板1が、例
えばアルミ, SUS等の非磁性体である場合、加熱する
こと自体が困難であった。磁性体帯板のキュリー点以上
の加熱が困難な理由は、キュリー点付近の温度になると
渦電流の電流浸透深さが大きくなり、板幅方向断面の表
層部を一周している渦電流の表裏相殺が発生し、渦電流
が流れなくなるからである。また、非磁性体帯板を加熱
すること自体が困難になる理由は、常温レベルから渦電
流の電流浸透深さが大きく、板幅方向断面の表層部を一
周している渦電流の表裏相殺が発生し、渦電流が流れな
いからである。
な従来技術の問題点を解決し、加熱速度を抑えるべく有
効加熱長を長くしても設備費の低減が図れ、コイルの保
守・点検が容易で、かつ、鋼帯をキュリー点以上に加熱
できるシングルターン型誘導加熱コイルを提供すること
を課題とする。
ろは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容であ
る。 (1)金属帯板と、前記金属帯板の表面および裏面と所
定間隔を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が前記
金属帯板の両端より外側に位置する表面側の第1の導体
部および裏面側の第2の導体部と、前記金属帯板の幅方
向の端部の外側で金属帯板の板厚方向に延びて、前記第
1の導体部および前記第2の導体部の各一端を接続する
第3の導体部とを備えたシングルターン型誘導加熱コイ
ルであって、前記第1の導体部および前記第2の導体部
をそれぞれ1本ずつ増設し、2本の前記第1の導体部お
よび前記第2の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長
手方向に延びる第4の導体部で接続し、前記第1の導体
部と第2の導体部とを前記金属帯板の長手方向に互いに
シフトした位置に設置することを特徴とするシングルタ
ーン型誘導加熱コイル。
よび裏面と所定間隔を存して、金属帯板の幅方向に延び
て両端が前記金属帯板の両端より外側に位置する表面側
の第1の導体部および裏面側の第2の導体部と、前記金
属帯板の幅方向の端部の外側で金属帯板の板厚方向に延
びて、前記第1の導体部および前記第2の導体部の各一
端を接続する第3の導体部とを備えたシングルターン型
誘導加熱コイルであって、前記第1の導体部および前記
第2の導体部と前記金属帯板の長手方向に平行に、前記
第1の導体部および前記第2の導体部をそれぞれ2本以
上増設し、3本以上の前記第1の導体部および前記第2
の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長手方向で左右
交互に延びる第4の導体部で接続し、前記第1の導体部
と第2の導体部とを前記金属帯板の長手方向に互いにシ
フトした位置に設置することを特徴とするシングルター
ン型誘導加熱コイル。
導体部の増設本数がそれぞれ3本以上の奇数本であり、
それぞれ4本以上の偶数本の前記第1の導体部および前
記第2の導体部の開放端を、前記第4の導体部で接続す
ることを特徴とする請求項2に記載のシングルターン型
誘導加熱コイル。 (4)前記第1の導体部および前記第2の導体部の前記
金属帯板の表面および裏面との対向面を除く外周を、高
透磁率および高抵抗率の材料よりなるコアで被覆するこ
とを特徴とする(1)乃至(3)に記載のシングルター
ン型誘導加熱コイル。 (5)前記高透磁率および高抵抗率の材料がフェライト
であることを特徴とする(4)に記載のシングルターン
型誘導加熱コイル。
図9を用いて詳細に説明する。(第1の実施形態)図1
は、本発明における金属帯板の表面および裏面に設置す
る第1および第2の導体部をそれぞれ2本の導体とした
実施形態を示す図である。電源装置Sから供給される電
流は、導体9,11,4,6,5,12,10を経由して電源
装置Sに通電される。ここに、導体9および導体4が本
発明における第1の導体部に相当し、導体5および導体
10が本発明における第2の導体部に相当する。また、
導体6が本発明における第3の導体部に相当し、導体1
1および導体12が本発明における第4の導体部に相当
する。このように、第1および第2の導体が2本の導体
により構成されていることにより、電源装置Sをコイル
ごとに設置することなく、金属帯板1の長手方向の有効
加熱長を長くすることができ、加熱速度を抑制すること
により、加熱後の金属帯板1の形状悪化を防止すること
ができる。また、金属帯板1の幅方向の片側のコイル端
部が開放されているため、コイルを電源と共に、金属帯
板1の搬送ラインより外側に搬出することができ、コイ
ルの保守・点検・整備が容易である。
および導体5に対して、金属帯板1の長手方向にシフト
した位置に設置されている。これにより、金属帯板1の
板幅方向断面の表層部を一周している渦電流の表裏相殺
の発生を防止できることから鋼板においてはキュリー点
以上の加熱が可能となり、また、アルミやSUSなどの
非磁性体の加熱もできる。図3は、図1の電源装置S側
から見た断面図であり、図4は逆側から見た断面図であ
る。金属帯板表面の導体9および導体4が、裏面の導体
10および導体5に対して帯板の長手方向に図中のWだ
けシフトしている様子がわかる。また、第3の導体部に
相当する導体6がL字形状になっており、これによりシ
フトされた導体4と導体5を金属帯板の板厚方向に接続
している。
る金属帯板の表面および裏面に設置する第1および第2
の導体部をそれぞれ3本の導体とした実施形態を示す図
である。電源装置Sから供給される電流は、導体14,
11,9,11,4,6,5,12,10,12,15を経由し
て電源装置Sに通電される。ここに、導体14,導体9
および導体4が本発明における第1の導体部に相当し、
導体5,導体10および導体15が本発明における第2
の導体部に相当する。また、導体6が本発明における第
3の導体部に相当し、導体11および導体12が本発明
における第4の導体部に相当する。このように、第1お
よび第2の導体部が3本の導体により構成されているこ
とにより、電源装置Sをコイルごとに設置することな
く、金属帯板1の長手方向の有効加熱長を長くすること
ができ、加熱速度を抑制することにより、加熱後の金属
帯板1の形状悪化を防止することができる。
が、導体15,導体10および導体5に対して、金属帯
板1の長手方向にシフトした位置に設置されている。こ
れにより、金属帯板1の板幅方向断面の表層部を一周し
ている渦電流の表裏相殺の発生を防止できることから鋼
板においてはキュリー点以上の加熱が可能となり、ま
た、アルミやSUSなどの非磁性体の加熱もできる。図
5は、図2の電源装置S側から見た断面図であり、図6
は逆側から見た断面図である。金属帯板表面の導体1
4,導体9および導体4が、裏面の導体15, 導体10
および導体5に対して帯板の長手方向に図中のWだけシ
フトしている様子がわかる。また、第3の導体部に相当
する導体6がL字形状になっており、これによりシフト
された導体4と導体5を金属帯板の板厚方向に接続して
いる。
る金属帯板の表面および裏面に設置する第1および第2
の導体部をそれぞれ4本の導体とした実施形態を示す図
である。電源装置Sから供給される電流は、導体17,
11,14,11,9,11,4,6,5,12,10,12,1
5,12,18を経由して電源装置Sに通電される。ここ
に、導体17,導体14,導体9および導体4が本発明に
おける第1の導体部に相当し、導体5,導体10,導体1
5および導体18が本発明における第2の導体部に相当
する。
部に相当し、導体11および導体12が本発明における
第4の導体部に相当する。このように、第1および第2
の導体が4本の導体により構成されていることにより、
電源装置Sをコイルごとに設置することなく、金属帯板
1の長手方向の有効加熱長を長くすることができ、加熱
速度を抑制することにより、加熱後の金属帯板1の形状
悪化を防止することができる。また、金属帯板1の幅方
向の片側のコイル端部が開放されているため、コイルを
電源と共に、金属帯板1の搬送ラインより外側に搬出す
ることができ、コイルの保守・点検・整備が容易であ
る。この効果は、第1および第2の導体部をそれぞれ4
本以上の偶数本の導体とした場合にも同様の効果が得ら
れる。さらに、導体17,導体14,導体9および導体4
が、導体18,導体15,導体10および導体5に対し
て、金属帯板1の長手方向にシフトした位置に設置され
ている。これにより、金属帯板1の板幅方向断面の表層
部を一周している渦電流の表裏相殺の発生を防止できる
ことから鋼板においてはキュリー点以上の加熱が可能と
なり、また、アルミやSUSなどの非磁性体の加熱もで
きる。
図であり、図9は逆側から見た断面図である。金属帯板
表面の導体17,導体14,導体9および導体4が、導体
18,導体15,導体10および導体5に対して帯板の長
手方向に図中のWだけシフトしている様子がわかる。ま
た、第3の導体部に相当する導体6がL字形状になって
おり、これによりシフトされた導体4と導体5を金属帯
板の板厚方向に接続している。なお、上記の第1乃至第
3の実施形態に共通する加熱用の導体は以下の実施形態
が好ましい。加熱用の導体は、電気抵抗が小さく、入手
し易さを考慮して、断面が四角形の中空水冷の銅パイプ
が好ましい。
め)、加熱効率を向上させるために、金属帯板の表面側
および裏面側の導体4,5,9,10,14,15,17,1
8の金属帯板1の表面2および裏面3の対向面を除く外
周3面を比透磁率2500と高く、高抵抗率のフェライ
トコア21で直接被覆することが好ましい。このように
構成したシングルターンコイルによれば、交流電源装置
Sにより、交流電源を流すとコイルが発生する交番時間
の磁気回路抵抗をフェライトコア21により小さくで
き、磁束密度を大きくでき、金属帯板1に発生する渦電
流を大きくできる。このため金属帯板1を所定温度まで
加熱するのに要する時間(加熱時間)を短縮できる。ま
たフェライトよりなるコア中を前記交番磁界が通過する
が、フェライトは高抵抗率材料でもあることから渦電流
は形成されず、これによるコア温度上昇はない。さらに
フェライトは高抵抗率材料であるからコアをコイルに被
覆する際に電気絶縁層を設ける必要がなく、密に接触し
て被覆できる。誘導加熱された金属帯板1からコアへの
輻射熱もコイル損傷防止のために設けられる中空水冷コ
イル構造によって、良好に伝達抜熱することが好まし
い。これにより、コア損傷防止のための格別の冷却機構
を要しない。
ついて以下に詳細に説明する。図1に示す、コイル導体
幅W=6mm、コア幅h=3.5mm、コイル間ギャッ
プG=6mmのシングルターンコイルを用いて、常温の
鋼帯の連続加熱を行った。使用した鋼帯は、板幅70m
m、板厚t=0.23mmのものを、通板速度V=20
0mm/sで通板した。また、電源周波数fについて
は、実用されている最も高周波数の200KHzで鋼帯
の連続加熱を行った。その際、加熱直後(図3の位置
a)の幅方向のセンター部、最エッジ部、エッジから1
0mm部の温度を測定した。その結果を表1に示す。な
お、鋼帯のキュリー点温度は750℃である。比較のた
めに、従来のシングルターンコイルを用いて、コイル導
体幅W=6mm、コア幅h=3.5mm、コイル間ギャ
ップG=6mmのシングルターンコイルを用いて、前記
と同一の条件で鋼帯の連続加熱を行い、加熱直後(図3
の位置a)の温度を測定したその結果を表1に示す。
方向均一にキュリー点以上に加熱することができること
がわかる。一方、比較例1の加熱温度はキュリー点温度
未満となっている。次に、記と同じ条件で、SUS帯の
連続加熱を行い、加熱直後(図3の位置a)の温度を測
定した。その結果を表2に示す。
のような非磁性金属帯を幅方向均一に加熱することがで
きることがわかる。一方、比較例2は、全く加熱できて
いない。
有効加熱長を長くしても電源装置を追加する必要がない
ため設備費の低減が図れ、金属帯板の板幅方向の断面方
向において導体が閉鎖されておらず、一端が開放されて
いるためコイルの保守・点検が容易なシングルターン型
誘導加熱コイルを提供することができる。しかも、金属
帯板の表裏面で導体を長手方向にシフトさせることによ
り鋼帯をキュリー点以上に加熱でき、さらにSUSなど
の非磁性体も加熱できるなど、産業上有用な、著しい効
果を奏する。
易い従来のガス加熱炉と比較して、以下の効果がある。
設置スペースが従来のガス加熱炉の10分の1程度でよ
い。ガス加熱炉での加熱効率は、温度が低い範囲(例え
ば鋼板温度が100℃前後)では、0.3程度であり、
温度が高い範囲(例えば鋼板温度が800℃)では0.
1程度である。これに比べて、本発明のシングルターン
型誘導加熱コイルによれば、加熱温度の高低に関係なく
加熱効率が0.6〜0.7程度であるため加熱長さを低
減できる。熱応答性が良いため、操業が行い易い。例え
ば、鋼板の種類の切り替え等を行う場合には、ガス加熱
炉の場合は炉の温度設定を変更するのに30分程度の時
間が必要であるが、本発明のシングルターン型誘導加熱
コイルによれば、投入電力設定を変更するだけでほとん
ど設定変更直後に炉温の変更が行える。
設置する第1および第2の導体部をそれぞれ2本の導体
とした実施形態を示す図である。
設置する第1および第2の導体部をそれぞれ3本の導体
とした実施形態を示す図である。
図1の電源装置S側から見た断面図である。
図1の電源装置Sの逆側から見た断面図である。
図2の電源装置S側から見た断面図である。
図2の電源装置Sの逆側から見た断面図である。
設置する第1および第2の導体部をそれぞれ4本の導体
とした実施形態を示す図である。
図7の電源装置S側から見た断面図である。
図7の電源装置Sの逆側から見た断面図である。
示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 金属帯板と、 前記金属帯板の表面および裏面と所定間隔を存して、金
属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の両端より
外側に位置する表面側の第1の導体部および裏面側の第
2の導体部と、 前記金属帯板の幅方向の端部の外側で金属帯板の板厚方
向に延びて、前記第1の導体部および前記第2の導体部
の各一端を接続する第3の導体部とを備えたシングルタ
ーン型誘導加熱コイルであって、 前記第1の導体部および前記第2の導体部をそれぞれ1
本ずつ増設し、2本の前記第1の導体部および前記第2
の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長手方向に延び
る第4の導体部で接続し、 前記第1の導体部と第2の導体部とを前記金属帯板の長
手方向に互いにシフトした位置に設置することを特徴と
するシングルターン型誘導加熱コイル。 - 【請求項2】 金属帯板と、 前記金属帯板の表面および裏面と所定間隔を存して、金
属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の両端より
外側に位置する表面側の第1の導体部および裏面側の第
2の導体部と、 前記金属帯板の幅方向の端部の外側で金属帯板の板厚方
向に延びて、前記第1の導体部および前記第2の導体部
の各一端を接続する第3の導体部とを備えたシングルタ
ーン型誘導加熱コイルであって、 前記第1の導体部および前記第2の導体部と前記金属帯
板の長手方向に平行に、前記第1の導体部および前記第
2の導体部をそれぞれ2本以上増設し、3本以上の前記
第1の導体部および前記第2の導体部の各開放端を、前
記金属帯板の長手方向で左右交互に延びる第4の導体部
で接続し、 前記第1の導体部と第2の導体部とを前記金属帯板の長
手方向に互いにシフトした位置に設置することを特徴と
するシングルターン型誘導加熱コイル。 - 【請求項3】前記第1の導体部および前記第2の導体部
の増設本数がそれぞれ3本以上の奇数本であり、それぞ
れ4本以上の偶数本の前記第1の導体部および前記第2
の導体部の開放端を、前記第4の導体部で接続すること
を特徴とする請求項2に記載のシングルターン型誘導加
熱コイル。 - 【請求項4】前記第1の導体部および前記第2の導体部
の前記金属帯板の表面および裏面との対向面を除く外周
を、高透磁率および高抵抗率の材料よりなるコアで被覆
することを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載のシ
ングルターン型誘導加熱コイル。 - 【請求項5】前記高透磁率および高抵抗率の材料がフェ
ライトであることを特徴とする請求項4に記載のシング
ルターン型誘導加熱コイル。
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