JP2009522752A

JP2009522752A - 可変パラメーターを有するストリップ材料のための誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2009522752A
Application number: JP2008550345A
Authority: JP
Inventors: ジャン・ロヴェンス; ミシェル・フォンテーヌ
Original assignee: Inductotherm Corp
Current assignee: Inductotherm Corp
Priority date: 2006-01-09
Filing date: 2007-01-05
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-01-05
Also published as: KR20080092414A; US20070187395A1; JP5117400B2; WO2007081802A2; WO2007081802A3; EP1974589A2; CN101371618A; CN101371618B; RU2008132811A; AU2007205141A1

Abstract

ストリップ材料の１つ以上のパラメーターが変化して負荷回路のインピーダンスに影響を及ぼすに際し、ソレノイド誘導コイルの１つ以上のセクションが該ソレノイド誘導コイルを通過するストリップ材料の表面に関して移動され、他方、容量性素子を介してソレノイド誘導コイルに電力を提供する電源の出力周波数が、電源の負荷回路が実質的に共振周波数下に動作し続けるように変化される。

Description

本発明は、２００６年１月９日付で出願された米国仮出願特許番号第60/757,353号の利益を主張するものである。本発明は、特に、ストリップ材料の幅寸法又はその他のパラメーターが変化して負荷回路の電気抵抗値が変わる用途におけるストリップ材料の電磁誘導加熱に関する。

ＡＣ電源に接続した可撓性のソレノイド誘導コイル（以下、コイルとも称する）を使用してこのコイルを通過する工作物を誘導加熱することができる。可撓性のコイルは、特に、工作物の断面の寸法形状が変化する場合に使用し、コイルと、コイルを通過している工作物の断面との間との距離を一定に維持するようにコイルを撓ませる。例えば工作物が、シャフト（工作物）に沿って相互離間する不整形の各カム（工作物の特徴部）を配置したカムシャフトである場合、可撓性のコイルを好適な直線動作アクチュエーターに取り付けてコイルを動的に変化、例えば、円形から楕円形に変化させ、コイルを通過する工作物の特徴部の断面形状に適合させる。

連続ストリップ材料を電磁誘導加熱する場合、図１に示すように、ＡＣ電源１１２から給電されるソレノイドコイルにストリップ材料を通過させ得る。同調コンデンサの容量（Ｃ_TUNE）、ソレノイドコイルのインピーダンス（Ｌ_COIL）、主電源回路と磁気カップリングさせたストリップ材料９０の抵抗値、は実質的な負荷回路抵抗となる。ある用途では、コイルは幅寸法の変化するストリップ材料を収受する必要があり、幅寸法の異なる材料の幾つかのロールが、個別の又は連続するロールとして通過するように端部位置で相互に溶接した状態でコイルに順次送給され得る。ストリップ材料に誘起される電力は、ストリップ材料の電気抵抗値にＡＣ電源の供給電流の二乗をかけた値に実質上等しい。ストリップ材料の幅寸法が大きくなるに従いストリップ材料の抵抗値は大きくなる。電力供給量はコイルに供給する電流の二乗にストリップ材料の抵抗値を掛けた値に等しいので、抵抗値が増えても供給電流が変わらないと供給電力が直線的に増大し、結局は製品製造量（つまり、単位時間測定量、例えば時間（ｈｒ）当たりのトン数（Ｔ）でのストリップ材料の重量）も図２ａにグラフで表すように増大する。供給電力が特定水準に達した後は製品製造量を一定に維持することが望ましい用途がある。図２ｂでは、ストリップ材料の幅寸法がｗ₁からｗ₂に増大する間は製品製造量（電力量）はｙ₁からｙ₂に直線的に増大するが、ストリップ材料の幅寸法が更に増大しても製品製造量はｙ₂のままで変化していない。このように製品製造量を一定化させるためには負荷抵抗値を一定に保つ必要がある。

米国仮出願特許番号第60/757,353号

解決しようとする課題は、ストリップ材料の幅寸法が変化する際に、負荷回路給電用の電源の出力周波数を変調させて負荷回路を実質的に共振周波数下に作動させつつ、ストリップ材料と、ストリップ材料の誘導加熱用のソレノイドコイルとの間の距離を変化させて、幅寸法の異なる被誘導加熱ストリップ材料の製造量を選択的に一定化させることである。
解決しようとする他の課題は、誘導加熱回路給電用の電源の出力周波数を変調させて当該誘導加熱回路を実質的に共振周波数下に作動させつつ、ストリップ材料と、ストリップ材料の誘導加熱用のソレノイドコイルとの間の距離を変化させて、誘導加熱回路の電気的インピーダンスに影響する１つ以上の異なるパラメーターを有する被誘導加熱ストリップ材料の製造量を選択的に一定化させることである。

本発明の１様相によれば、ストリップ材料の少なくとも１つのパラメーターが変化する際に誘導加熱用の負荷回路のインピーダンスが変化される、ストリップ材料の誘導加熱処理のための装置及び方法が提供される。本発明の装置には、負荷回路給電用のＡＣ電源が含まれる。負荷回路には、容量性素子と、少なくとも１つの可撓性セクションを有するソレノイド誘導コイルと、コイルの可撓性セクションを移動させるための少なくとも１つの手段と、が含まれる。ストリップ材料は、負荷回路と磁気カップリングされるようにコイルを貫いて移動し、少なくとも１つの可撓性セクションが移動して負荷インピーダンスを変化させる。少なくとも１つの可撓性セクションが移動する際に、電源の出力周波数が、負荷回路が実質的に共振周波数下に連続動作するように変調される。
本発明のその他の様相は本明細書及び付随する請求の範囲に記載する通りのものである。

ストリップ材料の幅寸法が変化する際に、負荷回路給電用の電源の出力周波数を変調させて負荷回路を実質的に共振周波数下に作動させつつ、ストリップ材料と、ストリップ材料の誘導加熱用のソレノイド誘導コイルとの間の距離を変化させて、幅寸法の異なる被誘導加熱ストリップ材料の製造量を選択的に一定化させるさせる誘導加熱装置が提供される。
解決しようとする他の課題は、誘導加熱用の負荷回路給電用の電源の出力周波数を変調させて当該誘導加熱用の負荷回路を実質的に共振周波数下に作動させつつ、ストリップ材料と、ストリップ材料を誘導加熱するソレノイド誘導コイルとの間の距離を変化させて、誘導加熱用の負荷回路の電気的インピーダンスに影響する１つ以上の異なるパラメーターを有する被誘導加熱ストリップ材料の製造量を選択的に一定化させる誘導加熱装置が提供される。

同じ参照番号は同じ構成要素を示す図面を参照するに、図３〜図５には本発明の誘導加熱装置の１実施例が示され、図３には電源１２がソレノイド誘導コイル（以下、コイル）１４にＡＣ電力を供給する状況が例示されている。ストリップ材料１６ａ（点線で輪郭を示す）をコイルに通し、電源からコイルにＡＣ電流をコイルを流してストリップ材料に磁界をカップリングさせ、ストリップ材料を誘導加熱する。ストリップ材料の少なくとも１つの表面と１つ以上のコイルセクションとの間の距離、例えば図３のｄ₁を選択的に変化させるべくコイルの１つ以上のセクションを移動させる手段を設ける。この手段には、図示されるようなアクチュエーター２０その他好適な装置である手動機構が含まれ得る。アクチュエーターは例えば、電気又は液圧駆動式のリニアアクチュエーターであり得る。

電源１２は可変周波数のＡＣ電力を出力し、家庭用電源用の差込口の付いたＤＣ整流器から給電されるＡＣインバーターであり得る。同調コンデンサ１８がソレノイド誘導コイル１４と共に共振負荷回路を形成し、一次負荷回路と磁気カップリングすることによってストリップ材料１６ａと等価のインピーダンスを有する。同調コンデンサと、誘導コイルとから構成され、磁気カップリングにより負荷回路に反映され結合付加インピーダンスＺ_loadと総称されるストリップ材料のインピーダンスを有する負荷回路が、実質的に共振周波数下に動作するように電源の出力周波数を選択する。
図３では、幅寸法がｗ₁であるストリップ材料１６ａが図示されるような第１位置でコイルにより誘導加熱されている。この物理的状況下に生じる第１負荷回路インピーダンスＺ_load1では電源は、実質的に共振周波数下に動作させる出力周波数ｆ₁で負荷回路を動作させる。

図４では、図３に示すストリップ材料１６ａのｗ₁よりも大きい幅寸法ｗ₃を有するストリップ材料１６ｂがコイル１４を通過しつつ誘導加熱されている。仮に負荷回路の同調コンデンサとコイルのインダクタンスとが同じであれば、磁気カップリングによって一次負荷回路に反映されるストリップ材料のインピーダンスが増大することから、負荷回路のインピーダンスは第２負荷回路インピーダンスＺ_load2に変化する。電源の出力電流が同じであれば付加電力は図２ａにグラフで表わすように増大し続け、ストリップ材料の製造量も増大し続ける。

図５に示すような本発明の誘導加熱装置では、コイル１４の１つ以上のセクションをストリップ材料の表面から、図３に示す距離ｄ₁よりも長い距離ｄ₂離れた第２位置に移動させて、磁気カップリングにより一次負荷回路に反映されるストリップ材料のインピーダンスを低下させるアクチュエーター２０を使用する。コイル１４を好適に移動させ、電源の出力周波数を好適に変化（変調）させることで、例えば、幅寸法ｗ₂及びｗ₄の各ストリップ材料間での付加電力量及び製造量が、図２ｂにグラフで表わすように一定に維持され得る。例えば、本発明の誘導加熱装置によれば、電源１２の出力周波数を図５に示す位置でのコイルとの共振周波数であるｆ₂に変化させ得る。

これに限定しないが、コイルの実位置を検出又は瞬間負荷電力を電気的に検出するような好適なフィードバック手段を使用して、電源の出力周波数をコイルの位置変化に応じた共振周波数で負荷回路を駆動するように調節することができる。負荷回路への供給電力を制御するプログラムを実行するコンピューターを、コイルの動きや電源の出力周波数をストリップ材料の幅寸法の変化に応じて制御する好適な入出力装置と共に使用することができる。

上述した本発明の実施例において、ストリップ材料の幅寸法の変化は、そうした変化によって負荷回路の電気的インピーダンスを変化させる１つのパラメーターを表わす。他のそうしたパラメーターには、例えば、ストリップ材料の組成や、ストリップ材料上でソレノイド誘導コイルを通過する任意のコーティング組成がある。本発明のその他の実施例では誘導加熱装置を、上述したようなコイルの位置変化や電源の出力周波数変調により、１つ以上のそうしたパラメーターのある範囲の変化に応じて付加電力や被誘導加熱ストリップ材料の製造量を増減させるために使用し得る。

ソレノイド誘導コイル１４は各位置間を移動し得るような可撓性の単一のコイルを含み得る。本発明の他の実施例ではコイルは多数のセクションを含み得、その１つ以上のセクションが可撓性を有し且つそうした可撓性のコイルセクションをある位置から別の位置に移動させるための手段を備えるものであり得る。コイル１４は、これに限定しないが、少なくとも１つのコイルセクションが負荷インピーダンスを変化させるように移動可能である限りにおいて、多数のコイルの如きその他構成のものを含み得る。本発明の非限定例では、移動し、対向するコイルセクションを例示したが、本発明の他の実施例ではストリップ材料の周囲に必ずしも対称的に配置されない１つ以上の可動のコイルセクションを有する構成のものが含まれる。

以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。

ストリップ材料を誘導加熱するための従来装置の概略図である。被加熱ストリップ材料の幅寸法が増大するに従う、従来装置における被誘導加熱ストリップ材料の付加誘導電力及び製造量の増大状況を示すグラフである。本発明の誘導加熱装置を使用した場合における付加誘導電力及び製造量が、被加熱ストリップ材料の幅寸法が選択値に増大されるに従い増大され、次いで、ストリップ材料の幅寸法が更に増大された範囲では一定に維持される状況を例示するグラフである。第１幅ｗ₁を有するストリップ材料を誘導加熱するために使用する本発明の誘導加熱装置の１例における断面図である。図３のストリップの幅寸法よりも大きい第２幅ｗ₃を有するストリップ材料を誘導加熱するために使用する本発明の誘導加熱装置の１例における、誘導コイルの１つ以上の可撓性セクションを調整する以前における断面図である。第２幅ｗ₃を有するストリップ材料を誘導加熱するために使用する本発明の誘導加熱装置の１例における、一次負荷回路の抵抗値を低減させるように誘導コイルの１つ以上の可撓性セクションを調整した後における断面図である。

符号の説明

１２、１１２電源
１４ソレノイド誘導コイル
１６ａ、９０ストリップ材料
１８同調コンデンサ
２０アクチュエーター

Claims

容量性素子と、ソレノイド誘導コイルと、該ソレノイド誘導コイルを貫いて移動するストリップ材料とを含む負荷回路に電力を供給するＡＣ電源を含み、前記ストリップ材料が該ＡＣ電源からのＡＣ電流によって確立される磁界により負荷回路と磁気カップリングされる、ストリップ材料を誘導加熱するための誘導加熱装置であって、
ストリップ材料の１つ以上のパラメーターが変化する際に、ソレノイド誘導コイルの少なくとも１つ以上のセクションを移動させて負荷回路の電気的インピーダンスを選択的に変化させる手段と、
ソレノイド誘導コイルの少なくとも１つ以上のセクションが移動される際に、負荷回路に供給される電力を実質的に共振周波数に維持するようにＡＣ電源の出力周波数を変調させる手段と、
を含む誘導加熱装置。
ストリップ材料の１つ以上のパラメーターが、ストリップ材料の幅寸法と、ストリップ材料の組成と、ストリップ材料を誘導加熱する以前に該ストリップ材料に被着したコーティングの組成と、を含む請求項１の誘導加熱装置。
ソレノイド誘導コイルの少なくとも１つ以上のセクションを移動するための手段が少なくとも１つのパワーアクチュエーターを含む請求項１の誘導加熱装置。
少なくとも１つのパワーアクチュエーターと、ＡＣ電源の出力周波数を変調するための手段とが、プロセス処理システムによって制御される請求項３の誘導加熱装置。
ソレノイド誘導コイルの少なくとも１つ以上のセクションの位置をプロセス処理システムに入力するための１つ以上の位置センサを更に含む請求項４の誘導加熱装置。
プロセス処理システムに瞬間負荷電力を入力するための１つ以上の電力センサを更に含む請求項４の誘導加熱装置。
ソレノイド誘導コイルの少なくとも１つ以上のセクションの位置をプロセス処理システムに入力するための１つ以上の位置センサと、プロセス処理システムに瞬間負荷電力を入力するための１つ以上の電力センサを更に含む請求項４の誘導加熱装置。
ストリップ材料を誘電加熱するための方法であって、
容量性素子によってＡＣ電源に接続されて負荷回路を形成するソレノイド誘導コイルにストリップ材料を通すこと、
ストリップ材料の、負荷回路のインピーダンスを変更させる１つ以上のパラメーターが変化するのに応じて、ソレノイド誘導コイルの少なくとも１つ以上のセクションと、ソレノイド誘導コイルとの間の距離を選択的に変更すること、
負荷回路の動作周波数を実質的に共振周波数に維持するために電源の出力周波数を変調させること、
を含む方法。
ソレノイド誘導コイルの少なくとも１つ以上のセクションの位置を検出すること、検出したセクション位置をプロセス処理システムに入力すること、検出したセクション位置に応じて変化した出力周波数の信号をプロセス処理システムから電源に出力させて、電源の出力周波数を実質的に共振周波数に維持するように電源の周波数を変調させること、を更に含む請求項８の方法。
負荷回路の瞬間負荷電力を検出すること、検出した瞬間負荷電力をプロセス処理システムに入力すること、検出した瞬間負荷電力に応じて変化した出力周波数の信号をプロセス処理システムから出力させて、電源の出力周波数を実質的に共振周波数に維持するように電源の周波数を変調させること、を更に含む請求項８の方法。
ソレノイド誘導コイルの少なくとも１つ以上のセクションの位置を検出すること、負荷回路の瞬間負荷電力を検出すること、検出したセクション位置及び瞬間負荷電力をプロセス処理システムに入力すること、検出したセクション位置及び瞬間負荷電力に応じて変化した出力周波数の信号をプロセス処理システムから出力させて、電源の出力周波数を実質的に共振周波数に維持するように電源の周波数を変調させること、を更に含む請求項８の方法。
連続的なストリップ材料の単位時間当たりの被誘導加熱重量を、該連続的なストリップ材料の１つ以上の重量変化パラメーターが変化する際に一定に維持する方法であって、
容量性素子によってＡＣ電源に接続されて誘導加熱用の負荷回路を形成するソレノイド誘導コイルにストリップ材料を通すこと、
連続的なストリップ材料の１つ以上の重量変化パラメーターの変化に応じて、ソレノイド誘導コイルの１つ以上のセクションと、連続的なストリップ材料の表面との間の距離を選択的に変化させること、
負荷回路の周波数を実質的に共振周波数に維持するように電源の出力周波数を変調させること、
を含む方法。
ソレノイド誘導コイルの少なくとも１つ以上のセクションの位置を検出すること、検出したセクション位置をプロセス処理システムに入力すること、検出したセクション位置に応じて変化した出力周波数の信号をプロセス処理システムから電源に出力させて、電源の出力周波数を実質的に共振周波数に維持するように電源の周波数を変調させること、を更に含む請求項１２の方法。
負荷回路の瞬間負荷電力を検出すること、検出した瞬間負荷電力をプロセス処理システムに入力すること、検出した瞬間負荷電力に応じて変化した出力周波数の信号をプロセス処理システムから電源に出力させて、電源の出力周波数を実質的に共振周波数に維持するように電源の周波数を変調させること、を更に含む請求項１２の方法。
ソレノイド誘導コイルの少なくとも１つ以上のセクションの位置を検出すること、負荷回路の瞬間負荷電力を検出すること、検出したセクション位置及び瞬間負荷電力をプロセス処理システムに入力すること、検出したセクション位置及び瞬間負荷電力に応じて変化した出力周波数の信号をプロセス処理システムから出力させて、電源の出力周波数を実質的に共振周波数に維持するように電源の周波数を変調させること、を更に含む請求項１２の方法。