JP2008257927A - トランスバース方式誘導加熱コイル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】搬送される金属板材1の片面側の板幅方向に延設されたコイル導体Aと、もう片面側の板幅方向に延設されたコイル導体Bを備え、双方のコイル導体に相互に反対方向の交番電流を流して、前記金属板材の板厚方向に交番磁界を貫通させて、前記金属板材を誘導加熱するトランスバース方式誘導加熱コイルであって、双方のコイル導体の平面形状はいずれも山部と谷部が交互に連続する波形状であり、双方のコイル導体の波の中心線が重なるように、かつ、双方のコイル導体の波の位相が反転するように、双方のコイル導体を前記金属板材1を挟んで対向して配置したトランスバース方式誘導加熱コイル2。
【選択図】図1
Description
ソレノイド方式は、巻回状に形成した誘導加熱コイルの中に金属板材を通過させて、誘導加熱コイル内に発生させた交番磁界を金属板材の長手方向に貫通させて、その磁界の作用で金属板材を加熱する方式である。
一方、トランスバース方式は、一般的には、金属板材を挟むように対向して配置した誘導加熱コイルの間に金属板材を通過させて、誘導加熱コイル内に発生させた交番磁束を金属板材の板厚方向に貫通させて、その磁界の作用で金属板材を加熱する方式である。
当該装置または方法の原理については、非磁性遮蔽板をエッジ部に重ねて遮蔽することによってエッジ部の温度を板中央部よりも確実に低温にした後、今度はエッジ部のみをエッジヒータによって加熱することから、エッジ部が過熱するオーバーヒートを生じることなく、板幅方向の温度分布を確実に均一にできるというものである。また、非磁性遮蔽板は金属板材との重ね幅を調整できるので、搬送される金属板材の板幅寸法が変化したとしても、誘導加熱コイルを交換することなく、非磁性遮蔽板の重ね幅を調整するのみで対応できるというものである。
しかしながら、当該装置または方法においては、金属板材との重ね幅が調整可能な非磁性遮蔽板およびエッジヒータの設置が必要となるから設備構成が複雑となり、さらに、板中央部を加熱した後にエッジ部を加熱するという段階的な加熱を行うことから制御も複雑となった。また、当該段階的な加熱は、金属板材の反りや形状変化の要因となった。
当該装置の原理については、補助導体の配置を調整することによって誘起された誘導電流を分散して流すことができるので、すなわち、誘導電流がエッジ部に集中して流れることを回避できるので、エッジ部のオーバーヒートを防止できるとともに板幅方向の温度分布を均一にできるというものである。また、補助導体は自在に移動できるので、搬送される金属板材の板幅寸法が変化したとしても、主導体および補助導体を交換することなく、補助導体の設置位置を調整するのみで対応できるというものである。
しかしながら、当該装置においては補助導体の配置を調整することによって誘導電流の流れ自体を制御するので、補助導体をどの位置に配置すべきかの決定が難しく、板幅方向の温度分布が均一となる位置に補助導体を配置できるようになるには多くの経験と熟練を要した。
当該装置の原理については、誘導加熱コイルを板幅方向に分割して構成することによって、当該複数の加熱コイルの周波数・電流位相を個別に電力制御することができるので、分割された各加熱コイル毎にパワー分配することが可能となり、これにより搬送される金属板材の板幅寸法が変化したとしても、板幅方向の温度分布を均一にできるというものである。
しかしながら、当該装置においては少なくともエッジ側加熱コイルと中央側加熱コイルとに分割して誘導加熱コイルを構成するので装置構成が複雑となるとともに、当該分割された複数の誘導加熱コイルの周波数・電流位相を同期させる必要があるので制御も複雑となった。
当該装置の原理については、誘導加熱コイル内に発生させた交番磁束は、金属板材のエッジ部近傍に配置した磁性体を集中的に通過するため、エッジ部を貫通する交番磁束が減少し、誘起された誘導電流がエッジ部に集中して流れることを回避できるので、エッジ部のオーバーヒートを生じることなく板幅方向の温度分布を均一にできるというものである。また、前記磁性体は自在に移動できることから、搬送される金属板材の板幅寸法が変化したとしても、前記磁性体の配置を調整するのみで対応できるというものである。
しかしながら、当該装置においては磁性体の配置を調整することによってエッジ部を貫通する交番磁束の磁束密度自体を制御するので、磁性体をエッジ部近傍のどの位置に配置すべきかの決定が難しく、板幅方向の温度分布が均一となる位置に磁性体を配置できるようになるには多くの経験と熟練を要した。
しかしながら、搬送される金属板材の板幅寸法が変化して板幅寸法の異なる金属板材を誘導加熱する場合には、上記いずれの誘導加熱装置または誘導加熱方法においても、エッジ部近傍に配置した非磁性遮蔽板、補助導体、磁性体等の配置を調整するか、あるいは、分割されたコイル毎の電力調整が必要であり、しかも当該磁性体等の配置調整や電力調整は複雑なものであった。
すなわち、現段階においては、金属板材の板幅寸法の変化に対して自動的に対応することのできる誘導加熱装置、誘導加熱方法、および誘導加熱コイルは皆無である。
平面形状が山部と谷部が交互に連続する波形状のコイル導体を2本用意し、図1に示すように、一方のコイル導体Aを金属板材1の片面側の板幅方向に、他方のコイル導体Bを金属板材のもう片面側の板幅方向に延設する。この際に、双方のコイル導体A、Bは、波の中心線が重なるように、かつ、双方のコイル導体の波の位相が反転するように金属板材1を挟んで対向して配置する。そして、双方のコイル導体に相互に反対方向の交番電流icを流す。
さらには、図3に示すように、搬送される金属板材1の板幅寸法が変化しても、形成された各々の誘導加熱コイルが相互に独立した誘導電流路を生成するので、何らの調整を施すことなく、エッジ部にオーバーヒートを生じることなく板幅方向の温度分布を均一にできるということである。
平面形状が山部と谷部が交互に連続する波形状のコイル導体を2本用意し、図4に示すように、一方のコイル導体Aを金属板材1の片面側の板幅方向に、他方のコイル導体Bを金属板材の同一面側、すなわち、コイル導体Aと同じ面側の板幅方向に延設する。この際に、双方のコイル導体A、Bは、波の中心線が重なるように、かつ、双方のコイル導体の波の位相が反転するように金属板材1の片面側に重ねて配置する。そして、双方のコイル導体A、Bに相互に反対方向の交番電流icを流す。
さらには、図6に示すように、搬送される金属板材1の板幅寸法が変化しても、形成された各々の誘導加熱コイルが相互に独立した誘導電流路を生成するので、何らの調整を施すことなく、エッジ部にオーバーヒートを生じることなく板幅方向の温度分布を均一にできるということである。
平面形状が山部と谷部が交互に連続する波形状のコイル導体を2本用意し、図7に示すように、一方のコイル導体Aを金属板材1の片面側の板幅方向に、他方のコイル導体Bを金属板材の同一面側、すなわち、コイル導体Aと同じ面側の板幅方向に延設する。この際に、双方のコイル導体A、Bは、波の中心線が重なるように、かつ、双方のコイル導体の波の位相が反転するように金属板材の片面側に重ねて配置する。
さらに、平面形状が山部と谷部が交互に連続する波形状のコイル導体を2本用意し、一方のコイル導体Cを金属板材のもう片面側の板幅方向に、他方のコイル導体Dを金属板材の同一面側、すなわち、コイル導体Cと同じ面側の板幅方向に延設する。この際に、コイル導体Cについては、コイル導体Aの波の中心線と重なるように、かつ、波の位相が一致するように金属板材を挟んで対向して配置する。コイル導体Dについては、コイル導体Bの波の中心線と重なるように、かつ、波の位相が一致するように金属板材を挟んで対向して配置する。
そして、コイル導体Aとコイル導体Bには相互に反対方向の、コイル導体Cにはコイル導体Aと同一方向の、コイル導体Dにはコイル導体Bと同一方向の交番電流icを流す。
さらには、図9に示すように、搬送される金属板材1の板幅寸法が変化しても、形成された各々独立の誘導加熱コイルが相互に独立した誘導電流路を生成するので、何らの調整を施すことなく、エッジ部にオーバーヒートを生じることなく板幅方向の温度分布を均一にできるということである。
(ロ)本発明に係るトランスバース方式誘導加熱コイルは、形成された各々の誘導加熱コイルが相互に独立した誘導電流路を生成するので、搬送される金属板材の板幅寸法が変化しても、何らの調整を施すことなく、エッジ部にオーバーヒートを生じることなく板幅方向の温度分布を均一にすることができる。
図1は本発明に係るトランスバース方式誘導加熱コイル2の第1の形態を示す模式図であり、(a)は金属板材の反対側を透視した平面図、(b)は(a)図のX1−X1線断面図である。
図1に示すように、本発明に係るトランスバース方式誘導加熱コイル2は、平面形状が山部と谷部が交互に連続する波形状のコイル導体を少なくとも2本備え、一方のコイル導体Aは金属板材1の片面側の板幅方向に、そして他方のコイル導体Bは金属板材のもう片面側の板幅方向に延設される。また、双方のコイル導体A、Bは、波の中心線が重なるように、かつ、双方のコイル導体の波の位相が反転するように金属板材1を挟んで対向して配置される。ここで、波の位相が反転するとは、前記波の中心線を軸としてコイル導体Aを反転させたときにコイル導体Bの位相と一致することをいう。
すなわち、本発明に係るトランスバース方式誘導加熱コイル2の第1の形態は、本発明者が得た第1の技術的知見に基づいて完成されたものであり、その形態としては、前記波形状のコイル導体を金属板材1を挟んで対向して配置したトランスバース方式誘導加熱コイル2に関するものである。
なお、図1(b)に記載の記号○の中の小さな●は、コイル導体内を流れる交番電流icが紙面の裏面側から表面側に向かって流れることを、記号○の中の×は、コイル導体内を流れる交番電流icが紙面の表面側から裏面側に向かって流れることを示している。
このため、誘導電流路4を生成するコイル導体Aの山部とコイル導体Bの谷部、および誘導電流路4´を生成するコイル導体Aの谷部とコイル導体Bの山部のそれぞれの部分は、金属板材1の板厚方向に交番磁界を貫通させて、金属板材1を誘導加熱する独立した誘導加熱コイルということができる。
例えば、図1〜図2に例示した本発明に係るトランスバース方式誘導加熱コイル2は、金属板材1の板幅方向に相互に独立した誘導加熱コイルを4つ形成して、当該形成された各々独立の4つの誘導加熱コイルが、金属板材1の板厚方向に各々独立の交番磁界を貫通させて、金属板材1を誘導加熱するトランスバース方式誘導加熱コイル2ということができる。
また、図11においては、上流側から初段、三段および五段目に配置されるコイル導体の板幅方向の位相が一致するように、同様に、上流側から二段、四段および六段目に配置されるコイル導体の板幅方向の位相が一致するようにコイル導体の組11を配置しているが、当該コイル導体の組11の配置はこれに限定されるものではなく、例えば、初段〜六段目に配置されるコイル導体の板幅方向の位相がすべての段において異なるように、各段に配置されるコイル導体の板幅方向の位相をシフトしてもよい。
すなわち、上記説明した本発明に係るトランスバース方式誘導加熱コイル2の第1の形態(以下、第1の形態と表記する。)が、前記波形状のコイル導体を金属板材1を挟んで対向して配置するのに対し、これから説明する本発明に係るトランスバース方式誘導加熱コイル2の第2の形態(以下、第2の形態と表記する。)は、前記波形状のコイル導体を金属板材1の片面側に重ねて配置するものである。
ここで、金属板材1の片面側に重ねて配置するとは、コイル導体Aとコイル導体Bの間に間隙を設けてコイル導体Aとコイル導体Bが接しないように重ねて配置する場合と、前記間隙を設けないで双方のコイル導体が接するように重ねて配置する場合の双方を含み、いずれの配置であってもよい。また、コイル導体Aとコイル導体Bが交差する波の中心線上の部分を鞍状に形成して、当該鞍状部分において一方のコイル導体が他方のコイル導体を跨ぐようにしてもよい。
当該生成された誘導電流路4と誘導電流路4´は、図5に示すように金属板材1の板幅方向に交互に連続して隣り合うが、金属板材1内に誘起された誘導電流iwの循環する向きが相互に反対方向であるので、相互に独立したものとなる。
このため、誘導電流路4を生成するコイル導体Aの山部とコイル導体Bの谷部、および誘導電流路4´を生成するコイル導体Aの谷部とコイル導体Bの山部のそれぞれの部分は、金属板材1の板厚方向に交番磁界を貫通させて、金属板材1を誘導加熱する独立した誘導加熱コイルということができる。
例えば、図4〜図5に例示した第2の形態は、金属板材1の板幅方向に相互に独立した誘導加熱コイルを4つ形成して、当該形成された各々独立の4つの誘導加熱コイルが、金属板材1の板厚方向に各々独立の交番磁界を貫通させて、金属板材1を誘導加熱するトランスバース方式誘導加熱コイル2ということができる。
第1の形態におけるコイル導体の組11が、金属板材1の片面側の板幅方向に延設されたコイル導体Aと、もう片面側の板幅方向に延設されたコイル導体Bからなるコイル導体の組11を指すのに対して、第2の形態におけるコイル導体の組11が、金属板材1の片面側の板幅方向に延設されたコイル導体Aと、同一面側の板幅方向に延設されたコイル導体Bからなるコイル導体の組11を指す点において両者は異なる。
しかし、第2の形態においても第1の形態と同様に、1本のコイル導体Aと1本のコイル導体Bからなるコイル導体の組11を金属板材1の上流側から下流側に向かって2段配置することにより、板幅方向の温度分布をより均一にすることができる。また、第2の形態においても第1の形態と同様に、コイル導体の組11を金属板材1の上流側から下流側に向かって複数段配置することにより、金属板材の温度上昇速度を細かく設定することができる。
図7に示すように、本発明に係るトランスバース方式誘導加熱コイル2の第3の形態(以下、第3の形態と表記する。)は、前記波形状のコイル導体を少なくとも4本備えた形態である。そして、4本のコイル導体のうちのコイル導体Aは金属板材1の片面側の板幅方向に、コイル導体Bは金属板材の同一面側、すなわち、コイル導体Aと同じ面側の板幅方向に延設される。この際に、双方のコイル導体A、Bは、波の中心線が重なるように、かつ、双方のコイル導体の波の位相が反転するように金属板材の片面側に重ねて配置される。
さらに、コイル導体Cは金属板材のもう片面側の板幅方向に、コイル導体Dは金属板材の同一面側、すなわち、コイル導体Cと同じ面側の板幅方向に延設させる。この際に、コイル導体Cについては、コイル導体Aの波の中心線と重なるように、かつ、波の位相が一致するように金属板材1を挟んで対向して配置される。コイル導体Dについては、コイル導体Bの波の中心線と重なるように、かつ、波の位相が一致するように金属板材を挟んで対向して配置される。換言すると、コイル導体C、Dは、波の中心線が重なるように、かつ、双方のコイル導体の波の位相が反転するように金属板材1のもう片面側に重ねて配置される。
ここで、金属板材1のもう片面側に重ねて配置するとは、コイル導体Cとコイル導体Dの間に間隙を設けてコイル導体Cとコイル導体Dが接しないように重ねて配置する場合と、前記間隙を設けないで双方のコイル導体が接するように重ねて配置する場合の双方を含み、いずれの配置であってもよい。また、コイル導体Cとコイル導体Dが交差する波の中心線上の部分を鞍状に形成して、当該鞍状部分において一方のコイル導体が他方のコイル導体を跨ぐようにしてもよい。
なお、金属板材の反対側を透視した平面図である図7(a)、図8、および図9においては、コイル導体Cがコイル導体Aと重なるので、また、コイル導体Dがコイル導体Bと重なるので、コイル導体Cとコイル導体Dの図示を省略している。
当該生成された誘導電流路4と誘導電流路4´は、図8に示すように金属板材1の板幅方向に交互に連続して隣り合うが、金属板材1内に誘起された誘導電流iwの循環する向きが相互に反対方向であるので、相互に独立したものとなる。
このため、誘導電流路4を生成するコイル導体A、Cの山部とコイル導体B、Dの谷部、および誘導電流路4´を生成するコイル導体A、Cの谷部とコイル導体B、Dの山部のそれぞれの部分は、金属板材1の板厚方向に交番磁界を貫通させて、金属板材1を誘導加熱する独立した誘導加熱コイルということができる。
例えば、図7〜図8に例示した第3の形態は、金属板材1の板幅方向に相互に独立した誘導加熱コイルを4つ形成して、当該形成された各々独立の4つの誘導加熱コイルが、金属板材1の板厚方向に各々独立の交番磁界を貫通させて、金属板材1を誘導加熱するトランスバース方式誘導加熱コイル2ということができる。
第1の形態におけるコイル導体の組11が、金属板材1の片面側の板幅方向に延設されたコイル導体Aと、もう片面側の板幅方向に延設されたコイル導体Bからなるコイル導体の組11を指すのに対して、第3の形態におけるコイル導体の組11が、金属板材1の片面側の板幅方向に延設されたコイル導体A、Bと、もう片面側の板幅方向に延設されたコイル導体C、Dからなるコイル導体の組11を指す点において両者は異なる。
しかし、第3の形態においても第1の形態と同様に、4本のコイル導体A〜Dからなるコイル導体の組11を金属板材1の上流側から下流側に向かって2段配置することにより、板幅方向の温度分布をより均一にすることができる。また、第3の形態においても第1の形態と同様に、コイル導体の組11を金属板材1の上流側から下流側に向かって複数段配置することにより、金属板材の温度上昇速度を細かく設定することができる。
また、本発明に係るトランスバース方式誘導加熱コイル2は、金属板材1が水平方向に搬送される設備のほか、金属板材1が鉛直方向、斜め方向に搬送される設備においても上記効果を発揮するので、本発明に係るトランスバース方式誘導加熱コイル2の産業上利用性は極めて甚大である。
3、3´ 領域 4、4´ 誘導電流路
5 鉄心 7 接続導体
8 交番電源 10 搬送用ロール
11 コイル導体の組
A、B、C、D コイル導体
ic 交番電流 iw 誘導電流
S 金属板材の搬送方向
U 誘導加熱コイルの長さ W 金属板材の板幅
Claims (3)
- 搬送される金属板材の片面側の板幅方向に延設されたコイル導体と、
もう片面側の板幅方向に延設されたコイル導体を備え、
双方のコイル導体に相互に反対方向の交番電流を流して、前記金属板材の板厚方向に交番磁界を貫通させて、前記金属板材を誘導加熱するトランスバース方式誘導加熱コイルであって、
双方のコイル導体の平面形状はいずれも山部と谷部が交互に連続する波形状であり、
双方のコイル導体の波の中心線が重なるように、かつ、双方のコイル導体の波の位相が反転するように、双方のコイル導体を前記金属板材を挟んで対向して配置したトランスバース方式誘導加熱コイル。
- 搬送される金属板材の片面側の板幅方向に延設されたコイル導体と、
同一面側の板幅方向に延設されたコイル導体を備え、
双方のコイル導体に相互に反対方向の交番電流を流して、前記金属板材の板厚方向に交番磁界を貫通させて、前記金属板材を誘導加熱するトランスバース方式誘導加熱コイルであって、
双方のコイル導体の平面形状はいずれも山部と谷部が交互に連続する波形状であり、
双方のコイル導体の波の中心線が重なるように、かつ、双方のコイル導体の波の位相が反転するように、双方のコイル導体を前記金属板材の片面側に重ねて配置したトランスバース方式誘導加熱コイル。
- 金属板材の片面側に重ねて配置した請求項2に記載のコイル導体を前記金属板材の片面側ともう片面側に備え、
片面側ともう片面側のコイル導体に同一方向の交番電流を流して、前記金属板材の板厚方向に交番磁界を貫通させて、前記金属板材を誘導加熱するトランスバース方式誘導加熱コイルであって、
片面側ともう片面側のコイル導体の波の中心線が重なるように、かつ、片面側ともう片面側のコイル導体の波の位相が一致するように、片面側ともう片面側のコイル導体を前記金属板材を挟んで対向して配置した請求項2に記載のトランスバース方式誘導加熱コイル。
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