JP2005122983A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 漏洩磁束の発生を効果的に防止できる誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】 被加熱体を加熱コイル１１で誘導加熱する誘導加熱装置１に、加熱コイルが被加熱体を加熱する向きの反対側にフェライト１３を配置し、強磁性体の金属からなるシールド材１４でフェライトを覆う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被加熱体を誘導加熱する誘導加熱装置に関する。

誘導加熱装置は、加熱コイルに数ｋ〜１００ｋＨｚ程度の高周波電流を流すことにより発生される高周波磁界中に導電性物質である金属を置くと渦電流が発生することを利用し、この渦電流によるジュール熱で鉄等の金属からなる被加熱体の加熱を行うようにしたものである。

このため、誘導加熱装置は、バーナ等の加熱に比べて火を使用しないことから安全性に優れている。また、誘導加熱装置は、短時間で被加熱体を加熱できる上、電流制御により特定部位の加熱も可能となることから、熱間シートバーの加熱装置（例えば、特許文献１参照）、複写機における転写ロールの加熱装置（例えば、特許文献２参照）、電磁調理器（例えば、特許文献３，４参照）等に広く使用されている。
特開平２−６００９号公報 特開２００２−４０８３９公報 特公昭５８−３７６７６号公報 特開２０００−４８９４４公報

その一方で、誘導加熱装置は、加熱コイルから発生する高周波磁界を利用して被加熱体を加熱するため、本質的に誘導加熱装置から磁束が漏洩することは避けられず、人体や電子機器への悪影響が懸念されている。特に近年、鉄鋼プロセスラインは電子化及びコンパクト化が進み、ラインの近傍に電子計算機等の電子機器が配置される場合があり、漏洩磁束の発生を抑制したいという要望が高まっていた。

因みに、電磁調理器の分野においては、漏洩磁束の発生を抑制するために種々の技術が提案されている。例えば、加熱コイルの周囲にアルミニウム等の非磁性金属からなるシールド環を設けることにより、加熱コイルが発生する磁力線と反対の磁場を発生させ、磁力線をシールド環の中に封じ込める技術や、加熱コイルと電源部とを磁束の通過を妨げない非磁性の金属性材料で覆う技術が提案されている。

しかし、電磁調理器分野における前者の技術は、加熱コイルの加熱コイル面と被加熱体の被加熱面との相対位置がずれた場合に、シールド環の外に漏れる磁束が増加するという問題を有していた。また、後者の技術では、電源部から発生する電磁波に関しては効果的にシールドできるものの、加熱コイルからの磁束はシールドされていないため、漏洩磁束は大きいという問題があった。

本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、漏洩磁束の発生を効果的に防止できる誘導加熱装置を提供しようとするものである。

本発明は、被加熱体を加熱コイルで誘導加熱する誘導加熱装置において、加熱コイルの加熱面の反対面側に配置されたフェライトを有し、強磁性体の金属からなるシールド材を加熱コイル及びフェライトを覆うように設けたものである。
また本発明は、被加熱体を加熱コイルで誘導加熱する誘導加熱装置において、加熱コイルの加熱面の反対面側に配置されたフェライトと、加熱コイルの外周を所定の間隔を開けて囲うように配置された導電性金属からなる防磁リングを有し、強磁性体の金属からなるシールド材を防磁リングの外縁から加熱コイル及びフェライトを覆うようにしたものである。
この発明において、シールド材の縁部を、被加熱体と対向するように折り曲げたものであることが望ましい。
また、この発明において、シールド材の中央部は加熱コイル方向に突起していることが望ましい。
さらに、この発明において、シールド材は、加熱コイルの中心軸に対し点対称となっていることが望ましい。

本発明は、かかる手段を講じたことにより、漏洩磁束の発生を効果的に防止できる誘導加熱装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
なお、この実施の形態は、熱間シートバーの誘導加熱装置に本発明を適用した場合である。一般に、鉄鋼用熱間圧延ラインでは、加熱した板状のスラブを粗圧延機により薄厚の熱間シートバーに圧延し、これを仕上圧延機により所望の製品の厚さまでさらに圧延を行うが、この粗圧延から仕上圧延の加工工程間で熱間シートバーの保有する熱の一部が大気中に放熱され、熱間シートバーの温度分布が均一でなくなるので、仕上圧延機入側に誘導加熱装置を設けて熱間シートバーを誘導加熱し、温度分布を均一に保つようにしている。本実施の形態は、この仕上圧延機入側に設けられた誘導加熱装置に本発明を適用した場合である。

図１は本実施の形態における誘導加熱装置の図２におけるＢ−Ｂ矢視断面の概略図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面の概略図である。本実施の形態では、鉄鋼用熱間圧延ラインを搬送される板状被加熱体（熱間シートバー）３を上下から挟み込むように、一対の誘導加熱装置１，２が対峙して設けられている。誘導加熱装置１と誘導加熱装置２は同一構成である。そこで本実施の形態では、説明の便宜上、誘導加熱装置１について説明し、誘導加熱装置２については、同一部分に同一符号を付して詳細な説明を省略する。

誘導加熱装置１は、電線が“口”形状に巻回された加熱コイル１１と、この加熱コイル１１の加熱コイル面１２とは反対面側に放射状に取り付けられた複数の棒状のフェライト１３と、シールド材１４とから構成されている。誘導加熱装置１における加熱コイル１１の加熱コイル面１２と、誘導加熱装置２における加熱コイル１１の加熱コイル面１２とは対向して配置されており、その間を搬送される板状被加熱体３の幅方向略全域を上下から加熱するようになっている。なお、図１において、矢印Ｃは板状被加熱体３の搬送方向を示している。

シールド材１４は、強磁性体の金属を材料としている。強磁性体としては、加工性と飽和磁化の観点から鉄系の材料であることが望ましく、純鉄，電磁鋼板，冷延鋼板，熱延鋼板，亜鉛メッキ鋼板等をシールド材の材料として使用するこができる。シールド材１４は、Ｓｉ＝０．１％，板厚２ｍｍの鋼板を縦１ｍ，横１．６ｍ，深さ５０ｃｍに深しぼり加工し、加工時の歪みを除去するために７５０℃×２ｈｒの歪み取り焼鈍を行っている。また、シールド材１４は加熱コイル１１の中心軸に対して点対象となるように加工している。このシールド材１４は、２図に示すように、開口側を板状被加熱体３に向けフェライト１３を覆うようにするとともに開口側の先端部が加熱コイル１１の外周から所定の距離離れた位置に設置している。なお、加熱コイル１１とシールド材１４との間にフェライトを設けることにより、加熱コイル１１から被加熱物と反対側に発生する高周波磁界の大部分をフェライト１３で吸収し加熱コイル１１に戻すことができるため、シールド材１４を加熱コイル１１側に近づけて設置することができる。

このように構成された本実施の形態においては、一対の誘導加熱装置１，２の各加熱コイル１１に図示しない高周波電源から高周波電流を流すと、両加熱コイル１１間に高周波磁界が発生する。この高周波磁界中を、鉄鋼用熱間圧延ラインを搬送される板状被加熱体（熱間シートバー）３が通過すると、板状被加熱体３に渦電流が発生し、この渦電流によるジュール熱で板状被加熱体３が加熱される。

このとき、加熱コイル１１から発生され、板状被加熱体３の板面方向に被加熱物中を通過した磁束の大部分は、加熱コイル１１から所定の距離離れた位置にあるシールド材１４の開口側の先端部からシールド材１４の内周面の中心方向へ流れ、その中心部から加熱コイル１１の中心部を通過して再び板状被加熱体３の被加熱面に当たるように流れていく。このように、シールド材１４により加熱コイル１１から発生する磁束をコイル中心方向へ集中させることができる。

表１は、シールド材１４を取り付けない場合（シールド材無し）、シールド材１４を上述のように取り付けた場合（シールド材有り）における漏洩磁束を測定した測定結果を示している。磁束の測定は、シールド材１４から上方に１ｍの位置で行ったものである。また、加熱コイルに流れる電流の周波数は１０ｋＨｚである。

表１に示すように、シールド材１４を取り付けない場合に比べ、シールド材を取り付けた場合の方が漏洩磁束が大幅に低下している。したがって、強磁性体の金属であるシールド材１４を設置することにより漏洩磁束は低下する。

このように本実施の形態によれば、強磁性体の金属からならシールド材１４を、開口側を板状被加熱体３に向けフェライト１３を覆うようにするとともに開口側の先端部が加熱コイル１１の外周から所定の距離離れた位置に設置し、拡散した磁束をシールド材１４によりコイル中心方向に戻すことにより、漏洩磁束を防止するとともに板状被加熱体３の加熱効率を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、シールド材１４は加熱コイル１１の中心軸に対して点対象となるように加工しているため、拡散した磁束をシールド材１４を介して効率良く加熱コイル１１の中央部に集めることができる。

さらに、本実施の形態によれば、加熱コイル１１とシールド材１４との間にフェライト１３を設けることにより、加熱コイル１１から被加熱物と反対側に発生する高周波磁束の大部分をフェライト１３で吸収し加熱コイル１１に戻すことができるため、シールド材１４を加熱コイル１１側に近づけて配置することができる。したがって、漏洩磁束を防止する構成が少ないスペースで実現できる。

また、この実施の形態では、鉄鋼用熱間圧延ラインの仕上圧延機入側に設けられた誘導加熱装置に本発明を適用した場合を示したが、本発明を適用可能な誘導加熱装置は、これに限定されるものではない。

図３は、ロール加熱装置２０の誘導加熱装置２１に本発明を適用した場合である。ロール加熱装置２０は、ワークロール２２と外周に沿って搬送される熱延鋼板，冷延鋼板等の被加熱体２３を、誘導加熱装置２１によりワークロール２２と搬送される鋼帯を同時に誘導加熱するものである。この誘導加熱装置２１に、強磁性体の金属からなるシールド材１４を設けている。

シールド材１４は、Ｓｉ＝０．１％，板厚１ｍｍの鋼板を縦１ｍ，横１．２ｍ，深さ３０ｃｍに深しぼり加工し、加工時の歪みを除去するために７５０℃×２ｈｒの歪み取り焼鈍を行っている。また、シールド材１４は、開口側をワークロール２２側に向けフェライト１３を覆うようにするとともに開口側の先端部が加熱コイル１１の外周から所定の距離離れた位置となるように設置している。また、シールド材１４は加熱コイル１１の中心軸に対して点対象となるように加工している。

表２は、シールド材１４を取り付けない場合、シールド材１４を取り付けた場合における漏洩磁束を測定した測定結果を示している。磁束の測定は、シールド材１４から１０ｃｍの位置で行ったものである。

表２に示すように、シールド材１４を取り付けない場合に比べ、シールド材１４を取り付けた場合の方が漏洩磁束が低下している。したがって、ロール加熱装置２０の誘導加熱装置２１においても前記実施の形態と同様な効果を奏することができる。因みに、図に示した構成の誘導加熱装置２１の構成は、複写機の定着ローラを加熱する誘導加熱装置としても適用することができる。

図４は、電磁調理器３０の誘導加熱装置３１に本発明を適用した場合である。電磁調理器３０は、トッププレート３２の上に置かれた鉄製の鍋等の被加熱体３３をトッププレート３２の下方に設けられた誘導加熱装置３１によって誘導加熱するものである。

この実施の形態の誘導加熱装置３１は、電線が“口”形状に巻回された加熱コイル１１と、この加熱コイル１１の加熱コイル面１２とは反対側の面に放射状に取り付けられた複数の棒状のフェライト１３と、加熱コイル１１の外周を所定の間隔を開けて囲うように、かつ一方の端部が加熱コイル１１の加熱コイル面１２と略同一位置に配置された防磁リング１５と、シールド材１４とから構成されている。

シールド材１４は、Ｓｉ＝０．１％，板厚０．５ｍｍの鋼板を外径１５ｃｍ，深さ３ｃｍに深しぼり加工し、加工時の歪みを除去するため７５０℃×２ｈｒの歪み取り焼鈍を行っている。また、シールド材１４は、開口側をトッププレート３２側に向け、その先端部が防磁リング１５の外縁に位置し、その防磁リング１５の外縁からフェライト１３を覆うように設置している。また、シールド材１４は加熱コイル１１の中心軸に対して点対象となるように加工している。

表３は、シールド材１４を取り付けない場合、シールド材１４を取り付けた場合における漏洩磁束を測定した測定結果を示している。磁束の測定は、電磁調理器３０のトッププレート３２前面の縁から１ｃｍの位置で行ったものである。

表３に示すように、シールド材１４を取り付けない場合に比べ、シールド材１４を取り付けた場合の方が漏洩磁束が低下している。したがって、電磁調理器３０の誘導加熱装置２１においても防磁リング１５で吸収できずに外部に漏洩した磁束に対して前記実施の形態と同様な効果を奏することができる。

図５は、図４を参照して説明した前記電磁調理器３０のシールド材１４の縁部を、被加熱体３３と対向するように加熱コイル１１の外側へ折り曲げたものである。すなわち、シールド材１４を深しぼり加工する際に、被加熱体３３に対向する幅１ｃｍの折返し部１４ａを有するように成形したものである。このように折返し部１４を設けることにより、被加熱体３３を通って加熱コイル１１に戻る磁束を効果的に還流させることができる。

表４は、このシールド材１４を取り付けない場合、折返し部１４ａを有するシールド材１４を取り付けた場合における漏洩磁束を測定した測定結果を示している。磁束の測定は、電磁調理器３０のトッププレート３２の前面の縁から１ｃｍの位置で行ったものである。

表４に示すように、シールド材１４を取り付けない場合に比べ、折返し部１４ａを有するシールド材１４を取り付けた場合の方が漏洩磁束が１／２程度低下している。また、折返し部３１ａを有しないシールド材１４を取り付けた場合と比較しても測定した磁束は低下している。したがって、折返し部１４ａを有するシールド材１４を設置することにより、さらに、漏洩磁束の発生を効果的に防止できる。なお、鉄鋼スラブの誘導加熱装置１，２、ロール加熱装置の誘導加熱装置２１のように、他の誘導加熱装置のシールド材１４に折返し部１４ａを設けても同様に漏洩磁束の発生を効果的に防止できるのは勿論である。

図６は、図４を参照して説明した前記電磁調理器３０のシールド材１４の縁部を被加熱体と対向するように加熱コイル１１の外側へ折り曲げるとともにシールド材１４の中央部を加熱コイル１１方向に突起させたものである。すなわち、シールド材１４を深しぼり加工する際に、被加熱体３３に対向する幅１ｃｍの折返し部１４ａを有するように成形した後、シールド材１４の中央部に１ｃｍの高さの突起部１４ｂを有するように成形したものである。この突起部１４ｂの中心は、略シールド材１４の点対称の位置となるように設けられている。このように突起部１４ｂを設けることにより被加熱体３３を通って加熱コイル１１に戻る磁束をさらに効果的に還流させることができ、漏洩磁束を防止するとももに、被加熱体３３を効率良く熱することができる。

表５は、このシールド材１４を取り付けない場合、折返し部１４ａ及び突起部１４ｂを有するシールド材１４を取り付けた場合における漏洩磁束を測定した測定結果を示している。磁束の測定は、電磁調理器３０のトッププレート３２の前面の縁から１ｃｍの位置で行ったものである。

表５に示すように、シールド材１４を取り付けない場合に比べ、折返し部１４ａ及び突起部１４ｂを有するシールド材１４を取り付けた場合の方が漏洩磁束が２／５程度に低下しており、また、折返し部１４ａのみを有するシールド材１４と比較しても測定した磁束は低下している。したがって、突起部１４ｂを有するシールド材１４を設けることにより、さらに、漏洩磁束の発生を効果的に防止できる。なお、鉄鋼スラブの誘導加熱装置１，２、ロール加熱装置の誘導加熱装置２１のように、他の誘導加熱装置のシールド材１４に突起部１４ｂを設けても同様に漏洩磁束の発生を効果的に防止できるのは勿論である。

図７は、シールド材１４の突起部１４ｂの中心がシールド材１４の点対称の位置Ｘからずらした位置Ｙが突起の中心となるように成形したものである。すなわち、シールド材１４を深しぼり加工する際に、被加熱体３３に対向する幅１ｃｍの折返し部１４ａを有するように成形した後、シールド材１４を点対称の位置Ｘから１ｃｍ程度ずらして位置Ｙが中心となるように突起部１４ｂを成形したものである。

表６は、シールド材１４を取り付けない場合、点対称の位置Ｘから１ｃｍ程度ずらして位置Ｙが中心となる突起部１４ｂを有するシールド材１４を取り付けた場合における漏洩磁束を測定した測定結果を示している。この磁束の測定は、電磁調理器３０のトッププレート３２の前面の縁から１ｃｍの位置で磁束を測定している。

表７に示すように、折返し部１４ａ及びシールド材１４の中央部に突起部１４ｂを有するシールド材１４を取り付けた場合と比較して、突起部１４ｂをシールド材１４の中央部からずらしたシールド材１４を取り付けた場合は、漏洩磁束が大きくなってシールド能力が低下しており、折返し部１４ａのみを有するシールド材１４を取り付けた場合と同程度になっている。したがって、シールド材１４の中央部からずらして突起部１４ｂを設けても、設けない場合とシールド能力が略かわらないため、シールド材１４の中央部に突起部１４ｂを設けることが有効である。また、突起部１４ｂの高さは１ｃｍに限られるものではなく、加熱コイル１１の開口部分に突起部１４ｂを有するものであれば効果が発揮できる。

なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化でき、また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を変形できるものである。

本発明の一実施の形態における誘導加熱装置の平面図。 図１におけるＡ−Ａ矢視断面の概略図。 本発明をロール加熱装置に適用した実施形態を示す模式図。 本発明を電磁調理器に適用した実施形態を示す模式図。 シールド材の他の例を示す図。 シールド材の他の例を示す図。 シールド材の他の例を示す図。

符号の説明

１，２，２１，３１…誘導加熱装置
３，２３，３３…被加熱体
１１…加熱コイル
１３…フェライト
１４…シールド材
１４ａ…折返し部
１４ｂ…突起部
１５…防磁リング

Claims (5)

1. 被加熱体を加熱コイルで誘導加熱する誘導加熱装置において、
   前記加熱コイルの加熱面と反対面側に配置されたフェライトを有し、
   強磁性体の金属からなるシールド材を前記加熱コイル及び前記フェライトを覆うように設けたことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 被加熱体を加熱コイルで誘導加熱する誘導加熱装置において、
   前記加熱コイルの加熱面と反対面側に配置されたフェライトと、
   前記加熱コイルの外周を所定の間隔を開けて囲うように配置された導電性金属からなる防磁リングとを有し、
   強磁性体の金属からなるシールド材を前記防磁リングの外縁から前記加熱コイル及び前記フェライトを覆うように設けたことを特徴とする誘導加熱装置。
3. シールド材の縁部を、被加熱体と対向するように折り曲げたことを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置。
4. シールド材の中央部は加熱コイル方向に突起していることを特徴とする請求項１，２または３のいずれか１に記載の誘導加熱装置。
5. シールド材は、加熱コイルの中心軸に対し点対称となっていることを特徴とする請求項１，２，３または４のいずれか１に記載の誘導加熱装置。

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