JP2005122986A - Induction heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄等の被加熱体を誘導加熱する誘導加熱装置に関する。 The present invention relates to an induction heating apparatus that induction-heats an object to be heated such as iron.
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。 The induction heating device utilizes the fact that an eddy current is generated when a metal, which is a conductive material, is placed in a high-frequency magnetic field generated by flowing a high-frequency current of several k to 100 kHz through a heating coil. A heated object made of a metal such as iron is heated by Joule heat.
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、鉄鋼スラブの加熱装置(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。
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。 On the other hand, the induction heating device heats the object to be heated using the high-frequency magnetic field generated from the heating coil, so that it is inevitable that magnetic flux leaks from the induction heating device. There are concerns about the negative effects of. In particular, in recent years, steel process lines have been digitized and made compact, and electronic devices such as computers may be arranged near the lines, and there has been a growing demand for suppressing the generation of leakage magnetic flux.
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。 Incidentally, in the field of the electromagnetic cooker, various techniques have been proposed in order to suppress the generation of leakage magnetic flux. For example, by providing a shield ring made of a non-magnetic metal such as aluminum around the heating coil, a magnetic field opposite to the magnetic lines generated by the heating coil is generated, and the magnetic lines are enclosed in the shield ring. Techniques have been proposed for covering the power supply unit with a non-magnetic metallic material that does not obstruct the passage of magnetic flux.
しかし、前者の技術では、シールド環の外部へ漏洩する磁束があり、さらなる磁束漏洩の低下が求められていた。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。 However, in the former technique, there is a magnetic flux that leaks to the outside of the shield ring, and further reduction in magnetic flux leakage has been demanded. In the latter technique, although electromagnetic waves generated from the power supply unit can be effectively shielded, the magnetic flux from the heating coil is not shielded, so that there is a problem that the leakage magnetic flux is large.
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、磁束漏洩をより一層効果的に抑制できる誘導加熱装置を提供しようとするものである。 This invention is made | formed based on such a situation, The place made into the objective is providing the induction heating apparatus which can suppress magnetic flux leakage more effectively.
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、加熱コイルの上部に導電性非磁性金属を適切に配置することによって漏洩磁束が低下することに鑑み、加熱コイルの加熱コイル面上の一部に導電性非磁性金属板を配置したものである。 The present invention relates to an induction heating apparatus that induction-heats an object to be heated with a heating coil. In view of the fact that a magnetic flux leakage is reduced by appropriately disposing a conductive nonmagnetic metal above the heating coil, the heating coil of the heating coil A conductive nonmagnetic metal plate is disposed on a part of the surface.
また本発明は、加熱コイルの加熱コイル面上に、複数の導電性非磁性金属板を前記加熱コイルの周方向に間隔を開けて整列配置する。 According to the present invention, a plurality of conductive nonmagnetic metal plates are arranged on the heating coil surface of the heating coil so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction of the heating coil.
本発明において、各導電性非磁性金属板の形状は、矩形,円形等が適用される。 In the present invention, the shape of each conductive nonmagnetic metal plate is rectangular, circular, or the like.
また、各導電性非磁性金属板の板厚は、加熱コイルの周方向に中央部を両端部よりも厚くすることが望ましい。 Moreover, as for the plate | board thickness of each electroconductive nonmagnetic metal plate, it is desirable to make a center part thicker than the both ends in the circumferential direction of a heating coil.
さらに、各導電性非磁性金属板は、加熱コイルの中心に対して点対象となるように加熱コイル面に整列配置することが好ましい。 Furthermore, it is preferable that each conductive non-magnetic metal plate is aligned on the heating coil surface so as to be pointed with respect to the center of the heating coil.
本発明は、かかる手段を講じたことにより、磁束漏洩をより一層効果的に抑制できる誘導加熱装置を提供できる。 The present invention can provide an induction heating device capable of suppressing magnetic flux leakage more effectively by taking such means.
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、鉄鋼業における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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, this embodiment is a case where this invention is applied to the induction heating apparatus of the hot sheet bar in the steel industry. Generally, in a hot rolling line for steel, a heated plate-like slab is rolled into a thin hot sheet bar by a roughing mill, and this is further rolled to a desired product thickness by a finishing mill. Part of the heat held by the hot sheet bar is dissipated into the atmosphere between the roughing and finishing rolling processes, and the temperature distribution of the hot sheet bar is not uniform. The hot sheet bar is induction heated to keep the temperature distribution uniform. In the present embodiment, the present invention is applied to an induction heating apparatus provided on the entrance side of the finishing mill.
図1は本実施の形態における誘導加熱装置の平面図であり、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。
FIG. 1 is a plan view of the induction heating apparatus in the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic view of a cross section taken along the line AA in FIG. In the present embodiment, a pair of
図3は誘導加熱装置1の底面図である。図1〜図3に示すように、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の加熱コイル面とは反対側の面に放射状に取り付けられた複数のフェライト棒12と、金属筒13と、絶縁シート14と、複数の導電性非磁性金属板(以下、単に金属板と称する)15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Bは板状被加熱体3の搬送方向を示している。
FIG. 3 is a bottom view of the
加熱コイル11の加熱コイル面上には、図3に示すように、複数個(図では8個)の円形状をなす金属板15が絶縁シート14を介して加熱コイル11の周方向に間隔を空けて整列配置されている。各金属板15により、加熱コイル11の加熱コイル面は、その面積の約50%が覆われる。各金属板15は、ステンレス,プラスチック等の導電性非磁性金属によって成形されている。各金属板15は、加熱コイル11の中心点に対して点対象となるように等間隔で配置されており、各々が電気的に絶縁された状態になっている。
On the heating coil surface of the
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。
In the present embodiment configured as described above, a high-frequency magnetic field is generated between the
このとき、加熱コイル11の加熱コイル面上に配置された各金属板15には、図4に示すように、加熱コイル11を流れる電流Pとは逆方向の誘導電流Qが発生する。この誘導電流Qによって加熱コイル11から発生する高周波磁界とは逆向きの磁界が発生するので、高周波磁界が弱められる。ただし、1つの金属板15内では電流が閉ざされた状態となるので、各金属板15では、それぞれその中央部を流れる誘導電流Qとは逆向きの誘導電流P1,P2がその外周部を流れる。この誘導電流P1,P2によって、高周波磁界の弱まりが抑制される。
At this time, as shown in FIG. 4, an induced current Q in the direction opposite to the current P flowing through the
図5において、実線H1は、加熱コイル11の加熱コイル面上に金属板15を配置しないときの磁界の強さ分布を示しており、破線H2は、複数の金属板15を配置したときの同磁界の強さ分布を示している。金属板15を配置しない場合には、加熱コイル11の中央部に強い高周波磁界が発生する。高周波磁界は被加熱体3に渦電流を発生させる上で重要であるが、局所的に強いと外部への漏洩磁束が増加する。
In FIG. 5, the solid line H <b> 1 indicates the magnetic field strength distribution when the
これに対して、本実施の形態のように導電性かつ非磁性を有する複数の金属板15を加熱コイル11の加熱コイル面上に配置すると、前述したように各金属板15に逆方向の誘導電流Qと正方向の誘導電流P1,P2が流れるので、磁束を均一に発生させることが可能となり、磁界分布が広帯域(ブロードバンド)となる。これにより、加熱コイル11の中央部における磁界のピーク強さは低下するものの、磁界の強さの積分値は金属板15を配置しない場合と略等しいので、加熱効率が低下することはない。しかも、磁界のピーク強さが抑制されるので、外部に漏洩する磁束が低減される。
On the other hand, when a plurality of conductive and
ところで、本実施の形態では、加熱コイル11の周囲に金属筒13を設けている。金属筒13は、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の加熱コイル面よりも被加熱体の被加熱面側に位置するように配置された略四角柱状の筒体131と、この筒体131の被加熱面側である一方の端部に設けられ、該端部より筒体131の内側と外側にそれぞれ一定の幅で延びる平坦面を有した環状平板部材132と、前記筒体131の被加熱面側とは反対側である他方の端部に設けられ、該端部より筒体131の内側に一定量突出するように延伸された環状部材133とから構成されている。筒体131,環状平板部材132及び環状部材133は、いずれも導電性金属によって成形されている。なお、筒体131,環状平板部材132及び環状部材133は一体成形してもよいし、別々に成形し接着して金属筒13を形成してもよい。
By the way, in the present embodiment, the
金属筒13は、筒体131の中心軸が加熱コイル11の中心軸と同軸となるように配置されている。また、環状平板部材132の筒体内側に延びる平坦面の端部が加熱コイル面の鉛直上に重ならないように、かつ、その筒体外側に延びる平坦面の端部が鉄鋼用熱間圧延ラインを搬送される板状被加熱体3の端部よりも十分外側に位置するように、環状平板部材132の幅が設定されている。また、加熱コイル面と板状被加熱体3との距離が離れすぎないように、筒体131の高さと環状平板部材132の厚みが設定されている。さらに、前記フェライト棒12の端部が前記環状部材133の先端と略接するように、環状部材133の幅が設定されている。
The
ここに、金属筒13は、環状平板部材132を上にした状態で縦方向に切断すると、その切断面が“τ”形状になる。なお、金属筒13の形状は“τ”型に限定されるものではなく、環状部材133を省略した“T”型や筒体131を省略した“−”型であってもよい。
Here, when the
このように、本実施の形態では、導電性非磁性体からなる金属板15に加えて、加熱コイル11の外周を所定の間隔を開けて囲うように導電性金属からなる筒体131を設け、この筒体131の一方の端部が加熱コイル11の加熱コイル面よりも板状被加熱体3側に位置するように配置するとともに、この筒体131の一方の端部に、該端部より筒体131の内側と外側にそれぞれ延びる平坦面を有した導電性金属からなる環状平板部材132を設けている。したがって、板状被加熱体3の被加熱面に当たって拡散した磁束を環状平板部材132の平坦部で漏れなく吸収することができ、漏洩磁束をさらに効果的に抑制できる効果を奏する。
Thus, in the present embodiment, in addition to the
しかも、環状平板部材132の平坦部で吸収され、筒体131を介してフェライト棒12に戻される磁束は効果的に加熱コイル11の中心部に戻されるので、この点からも加熱効率の低下を防止できる効果を奏する。
In addition, since the magnetic flux absorbed by the flat portion of the annular
なお、前記実施の形態では、金属板15の数を8個の場合を図示したが、金属板15の数は8個に限定されるものではなく、2個以上の金属板を加熱コイル面上に間隔を空けて整列配置することにより、漏洩磁束低減の効果を奏することができる。この場合において、金属板15により加熱コイル面の面積を覆う比率は、約50%に限定されるものではない。また、金属板15の形状は円形に限定されるものではなく、例えば四角形(正方形,長方形),五角形,六角形等であってもよい。
In the above embodiment, the case where the number of the
加熱コイル面上に絶縁シート14を介して矩形をなす4個の金属板15を間隔を空け、かつ加熱コイル11の中心点に対して点対象に整列配置した誘導加熱装置1の他の実施形態を図6に示す。この他の実施形態においても、図7に示すように、加熱コイル11に電流Pが流れると、各金属板15の中央部に電流Pとは逆方向の誘導電流Qが発生し、各金属板15の両端部に電流Pと同一方向の誘導電流P1,P2が発生するので、前記実施の形態と同様な作用効果を奏する。
Another embodiment of the
また、図8に示すように、矩形をなす第1の導電性非磁性金属板15aの上面幅方向略中央部に、上記第1の導電性非磁性金属板15aと長さが等しく幅が短い矩形をなす第2の導電性非磁性金属板15bを接着して、中央部が肉厚の金属板15´を成形する。そして、この金属板15´を、図9に示すように、加熱コイル面上に絶縁シート14を介して複数(図では4個)整列配置する。このとき、加熱コイル11の周方向に金属板15´の肉厚部が整列するように各金属板15´を間隔を空けて配置する。こうすることにより、各金属板15´の中央部に発生する誘導電流Qよりも、両端部に発生する誘導電流P1,P2の電流密度が大きくなるので、外部に漏洩する磁束をより効果的に低減できるとともに、加熱効率をさらに高めることができるようになる。
Further, as shown in FIG. 8, the first conductive
なお、第1の金属板15aと第2の金属板15bとを貼り合わせて中央部が肉厚の金属板15´を成形したが、1つの部材で中央部が肉厚の金属板15´を成形し、図9に示すように用いても同様な効果を奏することができる。また、金属板15´の形状も矩形に限定されるものではなく、例えば円形をなす金属板の中央部を肉厚としてもよい。
The
また、前記実施の形態では、加熱コイル11の加熱コイル面上に絶縁シート14を介して各金属板15を配置したが、加熱コイル11を形成する電線はその外周が絶縁物で被膜されているので、絶縁シート14を省略することも可能である。
Moreover, in the said embodiment, although each
ところで、前記実施の形態では、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。 By the way, in the said embodiment, although the case where this invention was applied to the induction heating device provided in the finishing rolling mill entrance side of the hot rolling line for steel was shown, the induction heating device which can apply the present invention, It is not limited to this.
図10は、ロール加熱装置40の誘導加熱装置41に本発明を適用した場合である。ロール加熱装置40は、ワークロール42の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43を、誘導加熱装置41によりワークロール42の外周から誘導加熱するものである。この誘導加熱装置41においても、加熱コイル11の加熱コイル面上に複数の円形または矩形等の導電性非磁性金属板15を間隔を空けて整列配置することによって、漏洩磁束の低減を図ることができる。
FIG. 10 shows a case where the present invention is applied to the induction heating device 41 of the
因みに、図10に示した構成の誘導加熱装置41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。 Incidentally, the induction heating device 41 having the configuration shown in FIG. 10 can also be applied as an induction heating device for heating the fixing roller of the copying machine.
図11は、電磁調理器50の誘導加熱装置51に本発明を適用した場合である。電磁調理器50は、トッププレート52の上に置かれた鉄製の鍋等の被加熱体53をトッププレート52の下方に設けられた誘導加熱装置51によって誘導加熱するものである。この誘導加熱装置51においても、加熱コイル11の加熱コイル面上に複数の円形または矩形等の導電性非磁性金属板15を間隔を空けて整列配置することによって、漏洩磁束の低減を図ることができる。
FIG. 11 shows a case where the present invention is applied to the
1,2,41,51…誘導加熱装置
3,43,53…被加熱体
11…加熱コイル
12…フェライト棒
13…金属筒
131…筒体
132…環状平板部材
133…環状部材
14…絶縁シート
15,15´…金属板
1, 2, 41, 51 ...
Claims (5)
前記加熱コイルの加熱コイル面上の一部に導電性非磁性金属板を配置したことを特徴とする誘導加熱装置。 In an induction heating apparatus for induction heating an object to be heated with a heating coil,
An induction heating apparatus, wherein a conductive nonmagnetic metal plate is disposed on a part of the heating coil surface of the heating coil.
前記加熱コイルの加熱コイル面上に、複数の導電性非磁性金属板を前記加熱コイルの周方向に間隔を開けて整列配置したことを特徴とする誘導加熱装置。 In an induction heating apparatus for induction heating an object to be heated with a heating coil,
An induction heating apparatus, wherein a plurality of conductive non-magnetic metal plates are aligned on the heating coil surface of the heating coil at intervals in the circumferential direction of the heating coil.
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---|---|---|---|
JP2003355301A JP2005122986A (en) | 2003-10-15 | 2003-10-15 | Induction heating device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007294207A (en) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Toshio Wakamatsu | High-frequency induction heating apparatus and its heating method |
JP2008281287A (en) * | 2007-05-11 | 2008-11-20 | Toshio Wakamatsu | Electric continuous water heater |
-
2003
- 2003-10-15 JP JP2003355301A patent/JP2005122986A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007294207A (en) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Toshio Wakamatsu | High-frequency induction heating apparatus and its heating method |
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