JP2010055814A - Induction heating furnace and heating method - Google Patents

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徹 岡崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem in a heating method of carrying induction heating by changing magnetic resistance by the rotation of a magnetic member that cogging torque generated by a change of the magnetic resistance gives mechanical vibration which may cause damage to a device carrying out induction heating. <P>SOLUTION: In the induction heating furnace 100, the total strength of magnetic flux generated in an area of a space 20 does not change with time. However, out of a main surface of a heated object 16, magnetic flux reaching a local area changes with time. Thus, as mechanical vibration against a device as the whole of the induction heating furnace 100 is restrained, the heated object 16 is heated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、誘導加熱炉および加熱方法に関するものであり、より特定的には、加熱を行なう際に発生する振動を抑制した誘導加熱炉および、当該誘導加熱炉を用いた加熱方法に関するものである。   The present invention relates to an induction heating furnace and a heating method, and more particularly to an induction heating furnace that suppresses vibrations that occur during heating and a heating method using the induction heating furnace. .

熱間鍛造等において金属材料を加熱させる場合、たとえばバーナやヒータを用いて当該金属材料を直接加熱させることがある。しかし近年では、上述したバーナやヒータを用いて金属材料を直接加熱させる方式に代わり、以下に示す方法が用いられることがある。交流電流に接続されたコイル中に発生する磁束が通過する領域、すなわちコイルの内部またはコイルの長手方向の延在領域上に被加熱物である金属材料(たとえばコイルの内部に挿入させる金属棒)を非接触で配置させた状態で、コイルに交流電流を流す。このようにすれば、金属材料の表面付近の領域には、コイルに流れる交流電流により、電磁誘導効果による渦電流が発生する。したがって、渦電流が金属材料の表面付近の領域を発熱させる結果、金属材料を加熱させることができる。   When a metal material is heated in hot forging or the like, the metal material may be directly heated using, for example, a burner or a heater. However, in recent years, the following method may be used in place of the above-described method of directly heating a metal material using a burner or a heater. Metal material that is an object to be heated (for example, a metal rod inserted into the inside of the coil) in the region through which the magnetic flux generated in the coil connected to the alternating current passes, that is, the inside of the coil or the longitudinal extension region of the coil An alternating current is passed through the coil in a state where is placed in a non-contact manner. If it does in this way, the eddy current by an electromagnetic induction effect will generate | occur | produce in the area | region near the surface of a metal material by the alternating current which flows into a coil. Therefore, as a result of the eddy current generating heat in the region near the surface of the metal material, the metal material can be heated.

上述したような、コイルに交流電流を流すことにより、電磁誘導効果による渦電流を発生させる方法の他に、たとえば特開昭60−10581号公報(以下、「特許文献1」という)に開示される以下に示すような方法を用いることにより、電磁誘導効果による渦電流を発生させる方法もある。すなわち、コイルには直流電源を供給し、コイルの周囲の領域に配置させた磁気部材を回転させて、コイルを含む磁気回路全体の磁気抵抗を時間的に変化させることにより、コイルの長手方向の延在領域上に配置された、加熱させたい金属材料に渦電流を発生させて発熱させる方法である。
特開昭60−10581号公報
In addition to the method for generating an eddy current due to the electromagnetic induction effect by passing an alternating current through the coil as described above, it is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-10581 (hereinafter referred to as “Patent Document 1”). There is also a method of generating an eddy current due to the electromagnetic induction effect by using the following method. That is, a DC power source is supplied to the coil, and a magnetic member disposed in a region around the coil is rotated so that the magnetic resistance of the entire magnetic circuit including the coil is changed temporally. This is a method of generating heat by generating an eddy current in a metal material to be heated, which is disposed on the extended region.
JP-A-60-10581

しかし、特許文献1中の、第7具体例に開示されている方法においては、非励磁状態で磁気部材のような回転子を回転させることにより、磁気回路全体の磁気抵抗を変化させる。このため、磁気回路には、磁気吸引力であるコギングトルクが発生し、磁気抵抗の変化が抵抗力として、磁気回路装置全体に対して機械的振動を与えることがある。また、被加熱物が磁性を有する材料から構成される場合には、当該被加熱物の周辺の領域における磁場が変化した際に吸引力が働き、これが上述したコギングトルクと同様に、磁気回路装置全体に対して機械的振動を与えることもある。これらの機械的振動は、磁気回路装置の破損の原因となることもある。   However, in the method disclosed in the seventh specific example of Patent Document 1, the magnetic resistance of the entire magnetic circuit is changed by rotating a rotor such as a magnetic member in a non-excited state. For this reason, a cogging torque that is a magnetic attraction force is generated in the magnetic circuit, and a change in the magnetic resistance may cause a mechanical vibration to the entire magnetic circuit device as a resistance force. In addition, when the object to be heated is made of a magnetic material, an attractive force works when the magnetic field in the area around the object to be heated changes. This is similar to the above-described cogging torque, and the magnetic circuit device. Mechanical vibration may be given to the whole. These mechanical vibrations may cause damage to the magnetic circuit device.

本発明は、上述した問題に鑑みなされたものであり、その目的は、加熱を行なう際に発生する振動を抑制した誘導加熱炉および、当該誘導加熱炉を用いた加熱方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an induction heating furnace that suppresses vibrations that occur when heating is performed, and a heating method using the induction heating furnace. .

本発明の一の局面における誘導加熱炉は、直流電源と接続された固定体と、固定体が分断された領域をなす空間に配置される、主表面上の一部に磁性体材料を含む回転体と、回転体を回転させる回転駆動源とを備えている。そして、当該回転体が回転することにより、固定体が分断された領域をなす空間の領域内で局所的に磁束密度が時間的に変化される。しかし、当該空間の領域内全体においては磁束が時間的に変化しない、誘導加熱炉である。なお、主表面とは、表面のうち最も面積の大きい、主要な面を指す。   An induction heating furnace according to one aspect of the present invention includes a fixed body connected to a DC power source, and a rotation that includes a magnetic material in a part on a main surface that is disposed in a space that forms a region where the fixed body is divided. A body and a rotation drive source for rotating the rotating body. Then, when the rotating body rotates, the magnetic flux density is locally changed in time within a space area that forms an area where the fixed body is divided. However, this is an induction heating furnace in which the magnetic flux does not change with time in the entire region of the space. The main surface refers to the main surface having the largest area among the surfaces.

本発明の一の局面における誘導加熱炉においては、より特定的には、回転体の全体が、空間の領域内に収納されている。以上のような構成にすることにより、回転体が回転すれば、たとえば固定体が分断された領域をなす空間の領域内に配置された被加熱物の主表面上のある局所的な領域において、その領域が対向する、当該回転体の位相が、回転体の回転により、磁性体材料を含む領域に相当したり、磁性体材料を含まない領域に相当したり、時間的に変化する。このため、上述した被加熱物の主表面上のある領域に到達する磁束は、その局所的な領域が対向する回転体の位相に応じて変化する。具体的には、被加熱物の主表面上のある領域が対向する回転体の位相が、回転により、磁性体材料を含む領域から含まない領域へと変化したとき、あるいは磁性体を含まない領域から含む領域へと変化したとき、被加熱物の主表面上のある領域に到達する磁束が変化する。   In the induction heating furnace according to one aspect of the present invention, more specifically, the entire rotating body is accommodated in a space area. By configuring as described above, if the rotating body rotates, for example, in a certain local region on the main surface of the object to be heated arranged in the region of the space forming the region where the stationary member is divided, The phase of the rotating body facing the region corresponds to a region including the magnetic material or a region not including the magnetic material, or changes with time by the rotation of the rotating body. For this reason, the magnetic flux which reaches | attains a certain area | region on the main surface of the to-be-heated object mentioned above changes according to the phase of the rotary body which the local area | region opposes. Specifically, when the phase of the rotating body facing a certain area on the main surface of the object to be heated changes due to rotation from the area containing the magnetic material to the area not containing, or the area not containing the magnetic substance The magnetic flux reaching a certain region on the main surface of the object to be heated changes when the region changes from to the region including it.

このように、到達する磁束が変化した領域については、電磁誘導効果による渦電流が発生する。したがって、渦電流が上述した被加熱物の主表面上のある領域に発生し、表面付近の領域を発熱させる結果、金属材料を加熱させることができる。   As described above, an eddy current due to the electromagnetic induction effect is generated in the region where the reaching magnetic flux is changed. Therefore, an eddy current is generated in a certain region on the main surface of the object to be heated, and the region near the surface generates heat. As a result, the metal material can be heated.

しかしながら、回転体の一部に含まれる磁性体材料を通過する磁束は、常に固定体が分断された領域をなす空間の領域内に存在することになる。また、固定体にたとえばコイルを巻回して接続される電源は直流電源であるため、固定体の内部に発生する磁束については、向きも強度も時間的に変化しない。ゆえに、回転体が回転しても、上記空間の領域内全体においては磁束が時間的に変化しない。すなわち、固定体には、磁場の時間的変化に伴う吸引力によるコギングトルクが発生しないことから、誘導加熱炉の装置全体に対する機械的振動を抑制させることができる。その結果、誘導加熱炉の装置の破損を抑制させることができる。以上より、本発明の一の局面における誘導加熱炉を用いれば、振動を抑制させながら被加熱物を加熱させることができる。   However, the magnetic flux that passes through the magnetic material included in a part of the rotating body always exists in a space region that forms a region where the fixed body is divided. Further, since the power source connected by winding a coil, for example, around the fixed body is a DC power source, the direction and strength of the magnetic flux generated inside the fixed body do not change with time. Therefore, even if the rotating body rotates, the magnetic flux does not change with time in the entire area of the space. That is, since the cogging torque due to the attractive force accompanying the temporal change of the magnetic field is not generated in the stationary body, mechanical vibrations for the entire apparatus of the induction heating furnace can be suppressed. As a result, damage to the induction heating furnace device can be suppressed. As described above, if the induction heating furnace according to one aspect of the present invention is used, an object to be heated can be heated while suppressing vibration.

本発明の他の局面における誘導加熱炉は、直流電源と接続された固定体と、固定体が分断された領域をなす空間に配置される、主表面上の一部に磁性体材料を含む回転体と、回転体を回転させる回転駆動源とを備えている。そして、当該回転体が回転することにより、固定体が分断された領域をなす空間の領域内で局所的に磁束密度が時間的に変化される。そして、当該空間の領域内全体における磁束の時間変化率が±50%以内である、誘導加熱炉である。   An induction heating furnace according to another aspect of the present invention is a rotating body including a magnetic material in a part on a main surface, disposed in a space that forms a fixed body connected to a DC power source and a region where the fixed body is divided. A body and a rotation drive source for rotating the rotating body. Then, when the rotating body rotates, the magnetic flux density is locally changed in time within a space area that forms an area where the fixed body is divided. And it is an induction heating furnace whose time change rate of the magnetic flux in the whole area | region of the said space is less than +/- 50%.

本発明の他の局面における誘導加熱炉においては、より特定的には、たとえば回転体の一部の領域のみが、固定体が分断された領域をなす空間の領域内に収納されており、回転体の一部の領域は、空間の領域の外部にはみ出した状態となっていることがある。以上のような構成においても、回転体が回転した際に、固定体が分断された領域をなす空間の領域内における、回転体の一部に含まれる磁性体材料を通過する磁束は時間的に変化しないことが好ましい。しかし、たとえば回転体の一部の領域が、空間の領域の外部にはみ出した状態となっている場合には、回転体の回転にかかわらず常時、空間の領域内全体における磁束を一定とすることができない場合もある。この場合においても、上述したように、空間の領域内全体における磁束の時間変化率を±50%以内に抑えれば、磁束の変化により発生する吸引力によるコギングトルクにより、装置に発生する機械的振動を許容範囲内に抑えることができる。このように、本発明の他の局面における誘導加熱炉を用いれば、誘導加熱炉に発生する機械的振動を許容範囲内に抑えながら、被加熱物を加熱させることができる。   In the induction heating furnace according to another aspect of the present invention, more specifically, for example, only a partial area of the rotating body is accommodated in a space area that forms an area where the stationary body is divided, and the rotating body is rotated. Some areas of the body may protrude beyond the space area. Even in the configuration as described above, when the rotating body rotates, the magnetic flux passing through the magnetic material included in a part of the rotating body in the area of the space forming the area where the stationary body is divided is temporally Preferably it does not change. However, for example, when a part of the rotating body is in a state of protruding outside the space area, the magnetic flux in the entire space area is always constant regardless of the rotation of the rotating body. May not be possible. Even in this case, as described above, if the time change rate of the magnetic flux in the entire area of the space is suppressed to within ± 50%, the mechanical force generated in the apparatus due to the cogging torque due to the attractive force generated by the change in the magnetic flux. Vibration can be suppressed within an allowable range. As described above, when the induction heating furnace according to another aspect of the present invention is used, an object to be heated can be heated while suppressing mechanical vibration generated in the induction heating furnace within an allowable range.

上述した本発明の一の局面における誘導加熱炉および、本発明の他の局面における誘導加熱炉においては、固定体が分断された領域をなす空間を形成することにより、固定体の主表面は、たとえばC型形状を形成する。固定体が分断された領域は、Cの字の右側の、曲線が分断された領域に相当する。   In the induction heating furnace in one aspect of the present invention described above and the induction heating furnace in another aspect of the present invention, the main surface of the fixed body is formed by forming a space that forms a region where the fixed body is divided. For example, a C shape is formed. The area | region where the fixed body was divided | segmented is corresponded to the area | region where the curve was divided | segmented on the right side of C character.

また、本発明の一の局面における誘導加熱炉および、本発明の他の局面における誘導加熱炉においては、上述した固定体は、珪素鋼板を複数の層に積層することにより形成させることが好ましい。固定体を形成させる工程において、たとえば鍛造を行なったときのように、固定体の前駆材料自身が発熱することを抑制するためには、珪素鋼板を複数の層に積層することにより形成させるか、たとえばフェライトのような粉末焼結鉄芯を用いて固定体を形成させることが好ましい。   In the induction heating furnace according to one aspect of the present invention and the induction heating furnace according to another aspect of the present invention, the above-described fixed body is preferably formed by laminating silicon steel plates in a plurality of layers. In the step of forming the fixed body, for example, when forging is performed, in order to suppress the heat generation of the precursor of the fixed body itself, it is formed by laminating silicon steel sheets in a plurality of layers, For example, it is preferable to form a fixed body using a powder sintered iron core such as ferrite.

以上の本発明の一の局面における誘導加熱炉および、本発明の他の局面における誘導加熱炉においては、たとえばC型形状を形成する、固定体の一部の領域に、直流電源と接続したコイルを巻回させることにより、直流電源と固定体とを接続させることが好ましい。   In the induction heating furnace in one aspect of the present invention described above and the induction heating furnace in another aspect of the present invention, for example, a coil connected to a DC power source in a partial region of a fixed body that forms a C-shape, for example. It is preferable to connect the DC power source and the fixed body by winding the wire.

このように固定体と直流電源とを、コイルを介して接続させる。すると、コイルには直流電流が流れるため、固定体の内部における磁束は時間的に変化しない。そして、上述のように、固定体が分断された領域内の全体についても、回転体が回転しても磁束の変化はない(あるいはごく少ない)。このため、本発明による誘導加熱炉では、磁場の時間的変化に伴う吸引力によるコギングトルクが発生しないことから、誘導加熱炉の装置全体に対する機械的振動を抑制させることができる。その結果、誘導加熱炉の装置の破損を抑制させることができる。以上により、固定体の一部の領域には、直流電源と接続したコイルを巻回させることにより、直流電源と固定体とを接続させることが好ましい。   In this way, the fixed body and the DC power source are connected via the coil. Then, since a direct current flows through the coil, the magnetic flux inside the fixed body does not change with time. As described above, the magnetic flux does not change (or very small) even when the rotating body rotates in the entire region where the fixed body is divided. For this reason, in the induction heating furnace according to the present invention, no cogging torque is generated due to the attractive force that accompanies the temporal change of the magnetic field, so that mechanical vibrations for the entire apparatus of the induction heating furnace can be suppressed. As a result, damage to the induction heating furnace device can be suppressed. As described above, it is preferable to connect the DC power supply and the fixed body by winding a coil connected to the DC power supply in a part of the fixed body.

以上の本発明の一の局面における誘導加熱炉および、本発明の他の局面における誘導加熱炉においては、上述した直流電源と接続するコイルとして超電導コイルを用いることがさらに好ましい。   In the induction heating furnace according to one aspect of the present invention described above and the induction heating furnace according to another aspect of the present invention, it is more preferable to use a superconducting coil as a coil connected to the DC power source described above.

超電導コイルに直流電流を流した場合、コイルの内部に電気抵抗をほとんど発生しない。このため、超電導コイルには発熱をほとんど生じない。あるいは、超電導コイルに発生する発熱量を最小限とすることが可能である。したがって、被加熱物を加熱させるために誘導加熱炉に投入させるエネルギーのうち、超電導コイルの発熱により損失する割合が極めて少なくなる。以上により、直流電源と接続するコイルとして超電導コイルを用いることにより、被加熱物を加熱させるために誘導加熱炉に投入させるエネルギーを、高効率で回転体を回転させる回転駆動源を駆動させるためのエネルギーとして利用させることができる。また、発熱によるエネルギー損失を小さくすることができるため、超電導コイルに流れる直流電流の損失も小さくなる。その結果、超電導コイルに流れる電流により発生する磁束を高効率に固定体が分断された領域をなす空間の領域内に供給することができ、誘導加熱炉全体のランニングコストを低減させることもできる。   When direct current is passed through the superconducting coil, almost no electrical resistance is generated inside the coil. For this reason, almost no heat is generated in the superconducting coil. Alternatively, the amount of heat generated in the superconducting coil can be minimized. Therefore, of the energy input to the induction heating furnace to heat the object to be heated, the rate of loss due to heat generated by the superconducting coil is extremely small. As described above, by using a superconducting coil as a coil connected to the DC power source, the energy to be input to the induction heating furnace to heat the object to be heated is used to drive the rotary drive source that rotates the rotating body with high efficiency. It can be used as energy. Further, since the energy loss due to heat generation can be reduced, the loss of direct current flowing through the superconducting coil is also reduced. As a result, the magnetic flux generated by the current flowing in the superconducting coil can be supplied with high efficiency into the space region that forms the region where the stationary body is divided, and the running cost of the entire induction heating furnace can be reduced.

先述したように、コイルは、直流電源から供給される電流により、固定体の内部に磁束を形成するために用いる。しかしながら、コイルの位置を、固定体のうち、当該空間に近い領域に巻回させた方が、コイルに直流電流を流した際に固定体の内部に発生する磁束を効率よく当該空間の領域内に供給させることができる。この結果、効率よく被加熱物を加熱させることができる。   As described above, the coil is used to form a magnetic flux inside the fixed body by a current supplied from a DC power source. However, when the position of the coil is wound around an area of the fixed body that is close to the space, the magnetic flux generated inside the fixed body when a direct current is passed through the coil is efficiently generated in the area of the space. Can be supplied. As a result, the object to be heated can be efficiently heated.

したがって、以上に述べたコイルは、固定体が分断された領域をなす空間に対向する1対の表面の少なくともいずれか一方から300mm以内の領域内に巻回させることにより配置されることがさらに好ましい。具体的には、当該空間に対向する表面のいずれか一方から300mm以内の領域、すなわちたとえば固定体がC型形状をなす場合、主表面をなすC型形状の一方の端部から300mm以内の領域のみにコイルを巻回させてもよい。または、当該空間に対向する1対の表面のそれぞれから300mm以内の領域内に1対のコイルを巻回させることにより配置されることがより好ましい。   Therefore, it is more preferable that the coil described above is arranged by being wound in a region within 300 mm from at least one of a pair of surfaces facing a space forming a region where the fixed body is divided. . Specifically, an area within 300 mm from any one of the surfaces facing the space, that is, an area within 300 mm from one end of the C-shape forming the main surface, for example, when the fixed body has a C-shape. Only the coil may be wound. Or it is more preferable to arrange | position by winding a pair of coils in the area | region within 300 mm from each of a pair of surface facing the said space.

このように、2台のコイルが当該空間を挟むように、C型形状の両方の端部から300mm以内の領域に配置させれば、当該空間の領域内に供給させることができる磁束が2倍になる。したがって、さらに効率よく、被加熱物を加熱させることができる。   In this way, if two coils are arranged in an area within 300 mm from both ends of the C shape so that the space is sandwiched, the magnetic flux that can be supplied in the area of the space is doubled. become. Therefore, the object to be heated can be heated more efficiently.

ここまで述べた、本発明における誘導加熱炉は、固定体が分断された領域をなす空間に対して磁束を供給するために、直流電流を流すためのコイルを用いている。しかし、コイルを用いずに、誘導加熱炉を構成する固定体として、たとえばC型形状ないしU型形状をなすバルク超電導体からなる永久磁石を用いてもよい。このようにすれば、直流電源を用いなくても、永久磁石の働きにより、永久磁石の分断された領域をなす空間の領域内には常時一定の向きや強度を有する磁束が存在する。したがって、当該空間の領域内に配置される、少なくとも主表面上の一部に磁性体材料を含む回転体が回転しても、上記空間の領域内全体においては磁束が時間的に変化しない。また、たとえば永久磁石がバルク超電導体から形成されることにより、固定体に発生する発熱量を最小限とすることが可能である。以上より、空間に対して磁束を供給する手段としてバルク超電導体からなる永久磁石を用いた場合においても、コイルを用いた場合と同様の効果を奏する。   The induction heating furnace in the present invention described so far uses a coil for supplying a direct current in order to supply a magnetic flux to a space forming a region where the stationary body is divided. However, for example, a permanent magnet made of a bulk superconductor having a C shape or a U shape may be used as a fixed body constituting the induction heating furnace without using a coil. In this way, even without using a DC power supply, a magnetic flux having a constant direction and strength is always present in the region of the space forming the divided region of the permanent magnet by the action of the permanent magnet. Therefore, even when a rotating body including a magnetic material at least partially on the main surface, which is disposed in the space area, rotates, the magnetic flux does not change with time in the entire space area. Further, for example, by forming the permanent magnet from a bulk superconductor, it is possible to minimize the amount of heat generated in the fixed body. As described above, even when a permanent magnet made of a bulk superconductor is used as means for supplying magnetic flux to the space, the same effect as that obtained when a coil is used is produced.

さらに、固定体として永久磁石を用いた場合、永久磁石の分断された領域の両方の端部から密度の高い磁束が供給される。このため、永久磁石の分断された領域をなす空間の領域内における磁束は、たとえば先述したコイルを用いた場合における、固定体が分断された領域をなす空間に対向する1対の表面のそれぞれの付近の領域にコイルを巻回させた場合に相当する。したがって、固定体として永久磁石を用いた場合、この永久磁石により当該空間の領域内に供給される磁束が大きくなる。そのため、高効率で被加熱物を加熱させることができる。   Further, when a permanent magnet is used as the fixed body, a high-density magnetic flux is supplied from both ends of the divided region of the permanent magnet. For this reason, the magnetic flux in the area of the space that forms the divided area of the permanent magnet, for example, in the case of using the above-described coil, each of the pair of surfaces facing the space that forms the area where the fixed body is divided is used. This corresponds to a case where a coil is wound around a nearby region. Therefore, when a permanent magnet is used as the fixed body, the magnetic flux supplied to the space region by the permanent magnet is increased. Therefore, the object to be heated can be heated with high efficiency.

以上に述べた本発明の各局面における誘導加熱炉は、回転体と回転駆動源とを接続する回転軸が、空間の領域内における磁束の方向に沿った方向に配置されることが好ましい。このようにすれば、空間の領域内における磁束の総量をあまり変えずに局所的に磁束密度を変えることが可能となるという効果を奏する。   In the induction heating furnace in each aspect of the present invention described above, it is preferable that the rotating shaft that connects the rotating body and the rotation driving source is arranged in a direction along the direction of the magnetic flux in the space region. In this way, there is an effect that the magnetic flux density can be locally changed without changing the total amount of magnetic flux in the space region.

以上に述べた本発明の各局面における誘導加熱炉を用いた加熱方法は、回転体を回転させる工程と、被加熱物の少なくとも一部を、回転体と対向するように配置させる工程とを備える加熱方法である。このようにすれば、先述した要領で、回転体が回転した際に、被加熱物には電磁誘導効果による渦電流が発生し、振動を抑制させながら被加熱物を加熱させることができる。また、エネルギー損失低減により誘導加熱炉全体のランニングコストを低減させることもできる。   The heating method using the induction heating furnace in each aspect of the present invention described above includes a step of rotating the rotating body and a step of disposing at least a part of the object to be heated so as to face the rotating body. It is a heating method. In this way, when the rotating body rotates in the manner described above, an eddy current due to an electromagnetic induction effect is generated in the heated object, and the heated object can be heated while suppressing vibration. Moreover, the running cost of the whole induction heating furnace can be reduced by reducing energy loss.

本発明によれば、加熱を行なう際に発生する振動を抑制した誘導加熱炉および、当該誘導加熱炉を用いた加熱方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heating method using the induction heating furnace which suppressed the vibration which generate | occur | produces when heating and the said induction heating furnace can be provided.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態が説明される。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす部位には同一の参照符号が付されており、その説明は、特に必要がなければ、繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions having the same function are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless particularly necessary.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における誘導加熱炉の概略斜視図である。また図2は、図1の線分II−IIにおける概略断面図である。図1、および図2の概略断面図に示すように、誘導加熱炉100は、コイル12を介して直流電源13と接続された固定体としての固定鉄心11を土台とした構成となっている。また、固定鉄心11が分断された領域である空間20の内部には、加熱させたい被加熱物16および、被加熱物16の主表面に対向するように、少なくとも主表面上の一部に磁性体材料を含む回転体24が配置される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic perspective view of an induction heating furnace according to Embodiment 1 of the present invention. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG. As shown in the schematic cross-sectional views of FIGS. 1 and 2, the induction heating furnace 100 has a structure in which a fixed iron core 11 as a fixed body connected to a DC power source 13 via a coil 12 is a base. Further, in the space 20 that is a region where the fixed iron core 11 is divided, the object to be heated 16 to be heated and at least part of the main surface of the object to be magnetized so as to oppose the main surface of the object to be heated 16. A rotating body 24 including a body material is disposed.

図3は、回転体の主表面上を示す概略図である。図1および図3に示すように、回転体24は、たとえば一定の厚みを有する円盤状のベース体15と、磁性体材料14とからなる。回転体24をなすベース体15の材質としてはたとえば樹脂を用いるが、樹脂の代わりに、たとえば黄銅やアルミやステンレスなどの非磁性体を用いることもできる。ベース体15の主表面上の一部には、磁性体材料14を含む。磁性体材料14は、たとえば、鉄、コバルト、ニッケルを含む材料から構成されることが好ましい。この磁性体材料14は、ベース体15の主表面上に塗布(コーティング)された状態で存在してもよいし、ベース体15の一方の主表面から、一方の主表面に対向する他方の主表面まで、厚み方向に貫通するように存在してもよい。図3に示すように、上述したベース体15の主表面上の一部以外の領域については、磁性体材料14を配置しない。   FIG. 3 is a schematic view showing the main surface of the rotating body. As shown in FIGS. 1 and 3, the rotating body 24 includes a disk-shaped base body 15 having a certain thickness, for example, and a magnetic material 14. For example, a resin is used as the material of the base body 15 forming the rotating body 24. However, a nonmagnetic material such as brass, aluminum, or stainless steel can be used instead of the resin. Part of the main surface of the base body 15 includes the magnetic material 14. The magnetic material 14 is preferably made of a material containing, for example, iron, cobalt, and nickel. The magnetic material 14 may exist in a state of being coated (coated) on the main surface of the base body 15, or from one main surface of the base body 15 to the other main surface facing the one main surface. It may exist so as to penetrate to the surface in the thickness direction. As shown in FIG. 3, the magnetic material 14 is not disposed in a region other than a part on the main surface of the base body 15 described above.

図1および図2に示すように、回転体24は、固定鉄心11の内部を貫通した、回転軸19を介して、回転駆動源としてのモータ18と接続している。このモータ18が回転体24を、回転軸19を中心として主表面に沿った方向に回転させる。この回転軸19は、空間20の領域内における磁束の方向に沿った方向に配置されることが好ましい。図1および図2において、空間20の領域内における磁束の方向は、紙面の上下方向に沿った方向である。このようにすれば、先述したように、空間20の領域内における磁束の総量をあまり変えずに局所的に磁束密度を変えることが可能となるという効果を奏する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the rotating body 24 is connected to a motor 18 as a rotational drive source through a rotating shaft 19 that penetrates the inside of the fixed iron core 11. The motor 18 rotates the rotating body 24 in the direction along the main surface about the rotating shaft 19. The rotating shaft 19 is preferably arranged in a direction along the direction of magnetic flux in the region of the space 20. 1 and 2, the direction of the magnetic flux in the region of the space 20 is a direction along the vertical direction of the paper. In this way, as described above, there is an effect that the magnetic flux density can be locally changed without much changing the total amount of magnetic flux in the region of the space 20.

上述したように固定鉄心11には、固定体が分断された空間20が存在する。このため、鉛直方向に沿った方向に存在する固定鉄心11の主表面は、図1および図2に示すように、たとえばおおよそC型形状を形成していることが好ましい。   As described above, the fixed iron core 11 has the space 20 in which the fixed body is divided. For this reason, it is preferable that the main surface of the fixed iron core 11 existing in the direction along the vertical direction has, for example, an approximately C shape as shown in FIGS. 1 and 2.

図4は、固定鉄心を形成するために珪素鋼板の薄板を複数の層に積層する状態を示す概略図である。後述するように、本発明の誘導加熱炉100においては、コイル12に流れる直流電流により、固定鉄心11の内部または固定鉄心11の延在領域上における磁束は時間的に変化しない。このため、固定鉄心11には渦電流は流れないので、固定鉄心11はたとえば電磁軟鉄などを材料にして形成してもよい。   FIG. 4 is a schematic view showing a state in which a thin sheet of silicon steel sheet is laminated in a plurality of layers in order to form a fixed iron core. As will be described later, in the induction heating furnace 100 of the present invention, the magnetic flux inside the fixed iron core 11 or on the extension region of the fixed iron core 11 does not change with time due to the direct current flowing through the coil 12. For this reason, since eddy current does not flow through the fixed iron core 11, the fixed iron core 11 may be formed using, for example, electromagnetic soft iron.

ただし、実際には固定鉄心11の内部においても、特に固定体が分断された空間20に対向する表面近傍の領域においては局所的に磁束が時間的に変化することがある。したがって、図4に示すように、固定鉄心11は珪素鋼板28の薄板を複数の層に積層することにより形成させることが好ましい。なお、以下のようにして固定鉄心11を形成させてもよい。まず、固定鉄心11の中核をなす部分については安価な鉄の塊を用いて形成させる。そして、固定鉄心11が分断された空間20に対向する表面近傍の領域においては珪素鋼板28を所望の形状に加工したものを複数の層に積層させる。以上の手順により固定鉄心11を形成させてもよい。   However, in actuality, even in the fixed iron core 11, the magnetic flux may locally vary in time, particularly in a region near the surface facing the space 20 where the fixed body is divided. Therefore, as shown in FIG. 4, the fixed iron core 11 is preferably formed by laminating a thin plate of the silicon steel plate 28 in a plurality of layers. Note that the fixed iron core 11 may be formed as follows. First, a portion forming the core of the fixed iron core 11 is formed using an inexpensive iron lump. And in the area | region of the surface vicinity which opposes the space 20 where the fixed iron core 11 was parted, what processed the silicon steel plate 28 into the desired shape is laminated | stacked on a some layer. The fixed iron core 11 may be formed by the above procedure.

このC型形状を形成する空間20から水平方向に見て対向する固定鉄心11の領域には、直流電源13と接続したコイル12が巻回されている。このコイル12を介して、固定鉄心11と、直流電源13とが電磁気的に接続される。すなわち、コイル12に流れる電流は直流であるため、固定鉄心11の内部に形成される磁束はその向きや強さが一定となる。   A coil 12 connected to a DC power source 13 is wound around a region of the fixed iron core 11 that faces the space 20 forming the C-shape when viewed in the horizontal direction. The fixed iron core 11 and the DC power source 13 are electromagnetically connected via the coil 12. That is, since the current flowing through the coil 12 is a direct current, the direction and strength of the magnetic flux formed inside the fixed iron core 11 is constant.

コイル12としては、たとえば銅製のコイルを用いてもよい。しかし、銅製のコイルに直流電流を流すと、コイルが発熱することにより、コイルの電気抵抗が増加する。すると、銅製のコイルに流れる直流電流が減少するため、コイル12から発生する磁束を空間20の領域内に供給する効率が悪くなることがある。そこで、銅製のコイルを用いる場合には、コイルをたとえば冷却水で冷却させる設備を備えた水冷銅コイルを用いることが好ましい。このようにすれば、コイルの電気抵抗を低下させ、コイルに流れる直流電流を空間20に磁束を供給させるためのエネルギーとして用いることにより、ランニングコストを減少させることができる。   As the coil 12, for example, a copper coil may be used. However, when a direct current is passed through a copper coil, the coil generates heat, increasing the electrical resistance of the coil. Then, since the direct current flowing through the copper coil decreases, the efficiency of supplying the magnetic flux generated from the coil 12 into the region of the space 20 may deteriorate. Therefore, when using a copper coil, it is preferable to use a water-cooled copper coil provided with a facility for cooling the coil with cooling water, for example. If it does in this way, running cost can be reduced by reducing the electrical resistance of a coil and using the direct current which flows into a coil as energy for supplying magnetic flux to the space 20.

ただし、コイル12としては、水冷銅コイルを用いる代わりに、超電導コイルを用いることがさらに好ましい。たとえば図示しない液体窒素など、超電導コイルを臨界温度以下の温度に保持させる冷却媒体を備えたタンクの内部に配置させる。先述したように、コイル12として超電導コイルを用い、コイル12に直流電流を流した場合、コイル12の内部に電気抵抗をほとんど発生しない。このため、コイル12には発熱をほとんど発生しない。あるいは、コイル12に発生する発熱量を最小限とすることができる。以上により、直流電源13と接続するコイル12として超電導コイルを用いれば、コイル12に流れる電流により発生する磁束を高効率に空間20の領域内に供給することができる。   However, as the coil 12, it is more preferable to use a superconducting coil instead of using a water-cooled copper coil. For example, the superconducting coil such as liquid nitrogen (not shown) is disposed inside a tank provided with a cooling medium that maintains the temperature below the critical temperature. As described above, when a superconducting coil is used as the coil 12 and a direct current is passed through the coil 12, almost no electrical resistance is generated inside the coil 12. For this reason, the coil 12 hardly generates heat. Alternatively, the amount of heat generated in the coil 12 can be minimized. As described above, if a superconducting coil is used as the coil 12 connected to the DC power source 13, the magnetic flux generated by the current flowing through the coil 12 can be supplied into the region of the space 20 with high efficiency.

本発明の実施の形態1における誘導加熱炉100の構成する、空間20の領域が、たとえば高さ(固定鉄心11の両側の対向する端面間の距離)100mmであり、幅(空間20の横幅)400mm、奥行き(空間20の奥行き)500mmである場合、特にコイル12に直流電流を流す場合においては、コイル12として同一重量(200kg)の水冷銅コイルを用いた場合に比べ、超電導コイルを用いた方が、長期間使用した際の累積コストを大幅に削減できる。   The region of the space 20 that the induction heating furnace 100 according to Embodiment 1 of the present invention constitutes has, for example, a height (distance between opposing end surfaces on both sides of the fixed iron core 11) of 100 mm and a width (lateral width of the space 20). When the current is 400 mm and the depth (depth of the space 20) is 500 mm, particularly when a direct current is passed through the coil 12, a superconducting coil is used as compared with the case where a water-cooled copper coil having the same weight (200 kg) is used as the coil 12. However, the accumulated cost when used for a long time can be greatly reduced.

より具体的には、超電導コイルは水冷銅コイルに比べ、初期設備投資が高額となるが、長期間使用時のランニングコストは水冷銅コイルに比べて大幅に削減される。従って、3年以上使用した場合の累積コストを比較すれば、超電導コイルの方が、水冷銅コイルに比べて大幅に削減される。   More specifically, the superconducting coil requires a higher initial capital investment than the water-cooled copper coil, but the running cost during long-term use is greatly reduced compared to the water-cooled copper coil. Therefore, if the accumulated costs when used for 3 years or more are compared, the superconducting coil is significantly reduced compared to the water-cooled copper coil.

ここで、直流電源13からコイル12を介して固定鉄心11の内部に磁束を供給した場合を考える。コイル12には、直流電流が流れる。しかしながら、コイル12に流れる直流電流により、固定鉄心11の内部または固定鉄心11の延在領域上における磁束は時間的に変化しない。したがって、コイル12に流れる直流電流により空間20の領域内全体に発生する磁束は、時間的に変化しない。   Here, a case where magnetic flux is supplied from the DC power source 13 to the inside of the fixed iron core 11 via the coil 12 is considered. A direct current flows through the coil 12. However, the magnetic flux in the fixed iron core 11 or on the extension region of the fixed iron core 11 does not change with time due to the direct current flowing in the coil 12. Therefore, the magnetic flux generated in the entire region of the space 20 by the direct current flowing through the coil 12 does not change with time.

また、図示しない電源を用いてモータ18を駆動させることにより、回転体24を回転させる。ここで回転体24は、空間20の領域内にて、分断された固定鉄心11の両側の端面と対向する配置を保ちながら回転する。このとき、空間20の領域内には、回転体24を構成するベース体15の主表面上の一部に含まれる磁性体材料14を通過する磁束が存在することになる。   Further, the rotating body 24 is rotated by driving the motor 18 using a power source (not shown). Here, the rotating body 24 rotates in the region of the space 20 while maintaining an arrangement facing the end surfaces on both sides of the divided fixed core 11. At this time, a magnetic flux passing through the magnetic material 14 included in a part on the main surface of the base body 15 constituting the rotating body 24 exists in the space 20.

ところが、図1および図2に示すように、誘導加熱炉100においては、回転体24を構成するベース体15の全体が、空間20の領域内に収納された構成となっている。したがって、ベース体15が回転しても、常時ベース体15の全体が空間20の領域内に収納されている。また、上述したように、ベース体15は、空間20の領域内にて、分断された固定鉄心11の両側の端面と対向する配置を保ちながら回転する。このため、空間20の領域内全体に存在する、磁性体材料14による磁束は、ベース体15が回転しても、時間的に変化しない。以上より、本発明の実施の形態1における誘導加熱炉100において、空間20の領域内に発生する磁束の全体の強度については、時間的に変化しない。   However, as shown in FIGS. 1 and 2, the induction heating furnace 100 is configured such that the entire base body 15 constituting the rotating body 24 is accommodated in the region of the space 20. Therefore, even if the base body 15 rotates, the entire base body 15 is always accommodated in the region of the space 20. Further, as described above, the base body 15 rotates in the region of the space 20 while maintaining the arrangement facing the end surfaces on both sides of the divided fixed core 11. For this reason, even if the base body 15 rotates, the magnetic flux by the magnetic material 14 existing in the entire region of the space 20 does not change with time. As described above, in the induction heating furnace 100 according to Embodiment 1 of the present invention, the overall strength of the magnetic flux generated in the region of the space 20 does not change with time.

したがって、固定鉄心11には、磁場の時間的変化に伴う吸引力によるコギングトルクが発生しない。本発明の実施の形態1における誘導加熱炉100にはコギングトルクが発生しないため、誘導加熱炉100の装置全体に対する機械的振動の発生を抑制させることができる。   Therefore, no cogging torque is generated in the fixed iron core 11 due to the attractive force accompanying the temporal change of the magnetic field. Since the cogging torque is not generated in the induction heating furnace 100 according to Embodiment 1 of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of mechanical vibrations in the entire apparatus of the induction heating furnace 100.

なお、図3の回転体24においてはベース体15の主表面上における磁性体材料14は円形で、ベース体15の主表面の中心に対して対称となる位置に整然と配置させている。しかし、ベース体15の主表面上における磁性体材料14の形状や配置は任意である。誘導加熱炉100に示すように、ベース体15の全体が、空間20の領域内に収納されているため、ベース体15の主表面上における磁性体材料14の形状や配置によらず、ベース体15が回転しても、空間20の領域内全体に存在する、磁性体材料14における磁束は、時間的に変化しない。   In the rotating body 24 of FIG. 3, the magnetic material 14 on the main surface of the base body 15 is circular and is regularly arranged at positions symmetrical to the center of the main surface of the base body 15. However, the shape and arrangement of the magnetic material 14 on the main surface of the base body 15 are arbitrary. As shown in the induction heating furnace 100, since the entire base body 15 is accommodated in the region of the space 20, the base body is independent of the shape and arrangement of the magnetic material 14 on the main surface of the base body 15. Even if 15 rotates, the magnetic flux in the magnetic material 14 existing in the entire region of the space 20 does not change with time.

また、図示しない電源を用いてモータ18を駆動させることにより、回転体24を回転させる。すると、空間20の領域内にはベース体15の主表面上の一部に含まれる磁性体材料14による磁束が回転することにより、たとえば空間20の領域内に、回転体24と一定の距離を保って対向するように配置された被加熱物16の一方の(ベース体15と対向する)主表面上のある領域において、その領域が対向する、当該ベース体15の表面上の位置が、ベース体15の回転により、磁性体材料14を含む領域に相当したり、磁性体材料14を含まない領域に相当したり、時間的に変化することになる。この件に関して、以下により詳細に説明する。   Further, the rotating body 24 is rotated by driving the motor 18 using a power source (not shown). Then, the magnetic material 14 contained in a part on the main surface of the base body 15 rotates in the region of the space 20, so that, for example, a certain distance from the rotating body 24 is formed in the region of the space 20. In a certain region on one main surface (opposing the base body 15) of the object to be heated 16 disposed so as to oppose the base body 15, the position on the surface of the base body 15 where the region opposes The rotation of the body 15 corresponds to a region including the magnetic material 14, corresponds to a region not including the magnetic material 14, or changes with time. This will be described in more detail below.

図5は、回転する回転体に対向するように被加熱物を移動させる状態を示す概略図である。たとえば図3に示すように、主表面が円盤状をなすベース体15の主表面の縁部に、一定間隔をおいて同一径である円形の磁性体材料14が配置されている回転体24を用いた場合を考える。この場合、ベース体15が空間20の領域内にて、分断された固定鉄心11の両側の端面と対向する配置を保ちながら回転すれば、図5に示すように、ベース体15の主表面上には、回転により磁性体材料14が通過する軌跡である磁性体軌跡14aと、磁性体材料14の軌跡でない非磁性体軌跡14bとが存在することになる。ここへ、図5中に矢印で示すように、空間20の領域内に、ベース体15と一定の距離を保って対向する配置となるように被加熱物16を移動させる。   FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a state in which an object to be heated is moved so as to face a rotating rotating body. For example, as shown in FIG. 3, a rotating body 24 in which circular magnetic material 14 having the same diameter is arranged at regular intervals on the edge of the main surface of a base body 15 having a main surface that is disk-shaped. Consider the case of using it. In this case, if the base body 15 rotates in the region of the space 20 while maintaining the arrangement facing the both end surfaces of the divided fixed iron core 11, as shown in FIG. In this case, there are a magnetic locus 14 a that is a locus through which the magnetic material 14 passes by rotation and a non-magnetic locus 14 b that is not a locus of the magnetic material 14. Here, as shown by an arrow in FIG. 5, the object to be heated 16 is moved within the space 20 so as to be opposed to the base body 15 with a certain distance.

ここで、被加熱物16の主表面上のある局所的な領域を考えると、被加熱物16の主表面上の、ベース体15のうち磁性体軌跡14aと対向する領域に到達する磁束は、回転するベース体15の位相に応じて変化する。具体的には、被加熱物16の主表面上のある局所的な領域が、回転するベース体15の磁性体軌跡14aに対向する場合には、回転するベース体15の位相に応じて、当該局所的な領域は、ベース体15の磁性体材料14を含む領域に対向したり、磁性体材料14を含まない領域に対向したりする。ここで、当該局所的な領域が対向するベース体15の主表面上の領域が、ベース体15の回転により、磁性体材料14を含む領域から含まない領域へと変化したとき、あるいは磁性体材料14を含まない領域から含む領域へと変化したとき、被加熱物16の当該局所的な領域に到達する磁束が変化する。   Here, when a certain local region on the main surface of the object to be heated 16 is considered, the magnetic flux reaching the region of the base body 15 facing the magnetic body locus 14a on the main surface of the object to be heated 16 is It changes according to the phase of the rotating base body 15. Specifically, when a certain local region on the main surface of the object to be heated 16 is opposed to the magnetic body locus 14a of the rotating base body 15, depending on the phase of the rotating base body 15, The local region faces the region including the magnetic material 14 of the base body 15 or faces the region not including the magnetic material 14. Here, when the region on the main surface of the base body 15 opposed to the local region is changed from the region including the magnetic material 14 to the region not including the magnetic material 14 by the rotation of the base body 15, or the magnetic material. When changing from a region not including 14 to a region including 14, the magnetic flux reaching the local region of the object to be heated 16 changes.

以上に説明したように、被加熱物16の主表面のうち、磁性体軌跡14aと対向する局所的な領域に到達する磁束が時間的に変化すれば、当該局所的な領域においては、電磁誘導効果による渦電流が発生する。したがって、渦電流が被加熱物16の表面付近、特に被加熱物16のうち磁性体軌跡14aと対向する局所的な領域を発熱させる。この結果、被加熱物16を加熱させることができる。   As described above, if the magnetic flux that reaches the local region of the main surface of the object to be heated 16 that faces the magnetic locus 14a changes with time, electromagnetic induction occurs in the local region. Eddy current is generated due to the effect. Therefore, the eddy current generates heat in the vicinity of the surface of the object to be heated 16, particularly in a local region of the object to be heated 16 that faces the magnetic locus 14 a. As a result, the article to be heated 16 can be heated.

なお、図5および図1、図2においては、被加熱物16の主表面を、直方体状とし、被加熱物16を移動させることにより、被加熱物16が対向する回転体24と重なる構成としている。しかし、本発明の実施の形態1における誘導加熱炉100は、たとえば熱間鍛造に用いる金属製品を誘導加熱する用途に用いられる。したがって、金属製品(被加熱物16)の形状は必ずしも直方体状である必要はなく、たとえば円形状、帯状、矩形状など任意の形状をなす金属製品に用いられる。   5, 1, and 2, the main surface of the object to be heated 16 has a rectangular parallelepiped shape, and the object to be heated 16 is moved to overlap the rotating body 24 facing the object 16. Yes. However, the induction heating furnace 100 according to the first embodiment of the present invention is used for induction heating of metal products used for hot forging, for example. Therefore, the shape of the metal product (object to be heated 16) is not necessarily a rectangular parallelepiped shape, and is used for a metal product having an arbitrary shape such as a circular shape, a strip shape, or a rectangular shape.

また、被加熱物16は、図1〜図5において、その全体が空間20の領域内に収納される構成としている。しかし、被加熱物16については、特に回転体24が回転したときの、図5における磁性体軌跡14aの少なくとも一部と対向していれば、磁性体軌跡14aと対向する被加熱物16の領域については渦電流の発生により加熱される。したがって、本発明の実施の形態1において、被加熱物16の全体が空間20の領域内に収納されていなくてもよい。   Moreover, the to-be-heated material 16 is set as the structure accommodated in the area | region of the space 20 in FIG. However, with respect to the object to be heated 16, the region of the object to be heated 16 that faces the magnetic locus 14 a as long as it faces at least a part of the magnetic locus 14 a in FIG. 5 when the rotating body 24 rotates. Is heated by the generation of eddy current. Therefore, in the first embodiment of the present invention, the entire object to be heated 16 may not be stored in the area of the space 20.

図6は、図3の回転体の変形例として考えられる回転体の形状を示す概略図である。図6に示すように回転体25は、図3に示す回転体24のベース体15の代わりに、回転体中心部から四方に延びる接続籤17のそれぞれが存在し、それぞれの接続籤17の端部に、磁性体材料14が接続された構成となっている。ここで回転体25における磁性体材料14は、図6中においては円形としているが、たとえば円盤状であってもよいし、球形であってもよい。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the shape of a rotating body that can be considered as a modification of the rotating body of FIG. As shown in FIG. 6, the rotating body 25 has connecting rods 17 extending in four directions from the center of the rotating body, instead of the base body 15 of the rotating body 24 shown in FIG. 3, and ends of the connecting rods 17. The magnetic material 14 is connected to the part. Here, the magnetic material 14 in the rotating body 25 is circular in FIG. 6, but may be, for example, disk-shaped or spherical.

また、誘導加熱炉100に対して、図3に示す回転体24の代わりに図6に示す回転体25を用いる場合には、回転体25は、その全体が空間20の領域内に収納される大きさであることが好ましい。このようにすれば、空間20の領域内全体に存在する、磁性体材料14による磁束は、回転体25が回転しても、時間的に変化しない。以上より、本発明の実施の形態1における誘導加熱炉100において、回転体24の代わりに回転体25を用いても、空間20の領域内に発生する磁束の全体の強度については、時間的に変化しない。   Further, when the rotating body 25 shown in FIG. 6 is used for the induction heating furnace 100 instead of the rotating body 24 shown in FIG. 3, the entire rotating body 25 is accommodated in the region of the space 20. The size is preferred. In this way, the magnetic flux due to the magnetic material 14 existing in the entire area of the space 20 does not change with time even if the rotating body 25 rotates. As described above, in the induction heating furnace 100 according to the first embodiment of the present invention, even when the rotating body 25 is used instead of the rotating body 24, the overall strength of the magnetic flux generated in the region of the space 20 is temporally reduced. It does not change.

しかし、先述した回転体24を用いた場合と同様に、空間20の内部の領域にて回転体25と対向する被加熱物16の主表面上のある局所的な領域に到達する磁束は時間的に変化する。このため、当該局所的な領域においては、電磁誘導効果による渦電流が発生することにより、被加熱物16を加熱させることができる。   However, as in the case of using the rotating body 24 described above, the magnetic flux reaching a certain local area on the main surface of the object to be heated 16 facing the rotating body 25 in the area inside the space 20 is temporal. To change. For this reason, in the said local area | region, the to-be-heated material 16 can be heated by generating the eddy current by an electromagnetic induction effect.

図7は、図3の回転体の変形例として考えられる回転体の形状を示す概略図である。本発明の実施の形態1における誘導加熱炉100に用いる回転体としては、図7の回転体26のように、たとえば棒状(板状)の磁性体材料のみからなる構成とし、長軸方向の中心部分に回転軸19を接続させるための孔を設けた構造であってもよい。また、図示しないが、たとえば図7の回転体26に示す棒状(板状)の磁性体材料を2本以上(複数本)、それぞれの長軸方向の中心部分に回転軸19を接続させるための孔を設け、それぞれの長軸方向がたとえば直角など一定の角度をなすように配置した上で回転軸19と接続させた構成を有する回転体を用いてもよい。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a shape of a rotating body that can be considered as a modification of the rotating body of FIG. As the rotating body used in the induction heating furnace 100 according to Embodiment 1 of the present invention, as in the rotating body 26 of FIG. A structure in which a hole for connecting the rotating shaft 19 to the portion may be provided. Although not shown, for example, two or more (a plurality of) rod-shaped (plate-shaped) magnetic material shown in the rotating body 26 of FIG. 7 is used to connect the rotating shaft 19 to the central portion of each major axis direction. A rotating body having a configuration in which holes are provided and each major axis direction is arranged at a certain angle such as a right angle and connected to the rotating shaft 19 may be used.

以上に述べた回転体26を用いた場合においても、先述した回転体24、25を用いた場合と同様に、空間20の領域内に発生する磁束の全体の強度については、時間的に変化しない。また、空間20の内部の領域にて回転体25と対向する被加熱物16の主表面上のある局所的な領域に到達する磁束は時間的に変化する。このため、当該局所的な領域においては、電磁誘導効果による渦電流が発生することにより、被加熱物16を加熱させることができる。   Even when the rotating body 26 described above is used, the overall strength of the magnetic flux generated in the region of the space 20 does not change with time as in the case where the rotating bodies 24 and 25 described above are used. . Further, the magnetic flux that reaches a certain local area on the main surface of the object to be heated 16 that faces the rotating body 25 in the area inside the space 20 changes with time. For this reason, in the said local area | region, the to-be-heated material 16 can be heated by generating the eddy current by an electromagnetic induction effect.

(実施の形態2)
図8は、本発明の実施の形態2における誘導加熱炉に関する、図2と同様の概略断面図である。図8に示すように、本発明の実施の形態2における誘導加熱炉200は、図1、図2に示す誘導加熱炉100と基本的に同様の態様を備えている。しかし、誘導加熱炉200は、たとえば回転体として先述した回転体24を用いた場合、モータ18と接続される回転軸19だけでなく、回転体24の、回転軸19が接続されている主表面とは反対側の主表面についても、回転棒29で、固定鉄心11の一方の端面と固定されている。このようにすれば、回転体24
は両方の主表面から回転軸19ないし回転棒29で支持されることになるため、たとえば誘導加熱炉100の回転体24のように、一方の主表面から回転軸19のみで支持されている場合に比べて、回転体24の剛性を向上させることができる。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 2, regarding the induction heating furnace in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the induction heating furnace 200 according to the second embodiment of the present invention has basically the same mode as the induction heating furnace 100 shown in FIGS. However, in the induction heating furnace 200, for example, when the above-described rotating body 24 is used as the rotating body, not only the rotating shaft 19 connected to the motor 18 but also the main surface of the rotating body 24 to which the rotating shaft 19 is connected. The main surface on the opposite side is also fixed to one end surface of the fixed iron core 11 by the rotating rod 29. In this way, the rotating body 24
Is supported by the rotary shaft 19 or the rotary rod 29 from both main surfaces, so that, for example, the rotary body 24 of the induction heating furnace 100 is supported by only the rotary shaft 19 from one main surface. As compared with the above, the rigidity of the rotating body 24 can be improved.

本発明の実施の形態2における誘導加熱炉200を用いれば、被加熱物16は、図8に示すように、回転棒29と干渉しないように、空間20の領域のうち、中心付近の回転棒29が存在する領域から離れた領域にのみ配置させることができる。この場合、被加熱物16の主表面上のうち少なくとも一部が、回転体24を回転させたときの、図5に示す磁性体軌跡14aと対向することが好ましい。このようにすれば、磁性体軌跡14aと対向する被加熱物16の領域については渦電流の発生により加熱される。なお、本発明の実施の形態2においても、回転体24の代わりに、たとえば回転体25または回転体26を用いてもよい。   If induction heating furnace 200 in Embodiment 2 of the present invention is used, as shown in FIG. 8, the object to be heated 16 has a rotating rod near the center in the space 20 so as not to interfere with rotating rod 29. It can be arranged only in an area away from the area where the 29 exists. In this case, it is preferable that at least a part of the main surface of the object to be heated 16 be opposed to the magnetic locus 14a shown in FIG. 5 when the rotating body 24 is rotated. In this way, the region of the object to be heated 16 facing the magnetic locus 14a is heated by the generation of eddy current. In the second embodiment of the present invention, for example, the rotating body 25 or the rotating body 26 may be used instead of the rotating body 24.

図9は、本発明の実施の形態2において別形状の被加熱物を加熱させた場合の誘導加熱炉に関する、図2と同様の概略断面図である。図9に示すように、被加熱物16がたとえば一部が欠けた同心円状(ドーナツ形状)を有する場合や、C型形状を有する場合などは、これを回転棒29の干渉を受けずに空間20の内部の所望の箇所に配置させることができれば、誘導加熱炉200を用いて加熱させることができる好ましい形状であるといえる。または、被加熱物16がたとえば帯状や棒状の形状を有する金属材料から構成される場合には、空間20の内部の領域で被加熱物16を配置しうる領域が狭くても、回転棒29の干渉を受けずに空間20の内部の所望の箇所に被加熱物16を配置させることができる。なお、この場合においても、被加熱物16の主表面上のうち少なくとも一部が、回転体24を回転させたときの、図5に示す磁性体軌跡14aと対向することが好ましい。このようにすれば、磁性体軌跡14aと対向する被加熱物16の領域については渦電流の発生により加熱される。   FIG. 9 is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 2 relating to an induction heating furnace when another object to be heated is heated in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, when the object 16 to be heated has, for example, a concentric shape (donut shape) with a part missing, or a C-shaped shape, this is not affected by the interference of the rotating rod 29. If it can arrange | position in the desired location inside 20, it can be said that it is a preferable shape which can be heated using the induction heating furnace 200. FIG. Alternatively, when the object to be heated 16 is made of a metal material having a band shape or a rod shape, for example, even if the area where the object to be heated 16 can be arranged is narrow in the area inside the space 20, The object to be heated 16 can be arranged at a desired location inside the space 20 without receiving interference. Even in this case, it is preferable that at least a part of the main surface of the article to be heated 16 is opposed to the magnetic body locus 14a shown in FIG. 5 when the rotating body 24 is rotated. In this way, the region of the object to be heated 16 facing the magnetic locus 14a is heated by the generation of eddy current.

本発明の実施の形態2は、以上に述べた点においてのみ、本発明の実施の形態1と異なる。すなわち、本発明の実施の形態2に関して、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態1に順ずる。   The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention only in the points described above. That is, regarding the second embodiment of the present invention, the configurations, conditions, procedures, effects, and the like not described above are all in accordance with the first embodiment of the present invention.

(実施の形態3)
図10は、本発明の実施の形態3における誘導加熱炉に関する、図2と同様の概略断面図である。図10に示すように、本発明の実施の形態3における誘導加熱炉300は、図8、図9に示す誘導加熱炉200と基本的に同様の態様を備えている。しかし、図10に示す誘導加熱炉300は、たとえば回転体として先述した回転体24を用いた場合、回転体24の一部の領域のみが、空間20の領域内に収納された構成となっている。したがって、回転体24の他の一部の領域(円形の主表面の縁側の領域)は、空間20の外部にはみ出した状態となっている。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 2 relating to the induction heating furnace in the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the induction heating furnace 300 in Embodiment 3 of this invention is equipped with the aspect fundamentally the same as the induction heating furnace 200 shown in FIG. 8, FIG. However, in the induction heating furnace 300 shown in FIG. 10, for example, when the rotating body 24 described above is used as the rotating body, only a part of the area of the rotating body 24 is accommodated in the area of the space 20. Yes. Accordingly, the other part of the rotating body 24 (the region on the edge side of the circular main surface) protrudes outside the space 20.

図10の誘導加熱炉300が示すように、回転軸19および回転棒29が、固定鉄心11の両方の端面上の中心付近の領域で固定鉄心11と接続されている場合は、回転体24の磁性体材料14が、すべて空間20の領域内に収納される構成となることもある。たとえば磁性体材料14が、すべてベース体15の主表面上の、中心に近い(空間20の内部の領域内に収納される)領域に存在する場合である。この場合については、先述した誘導加熱炉200と同様の効果を奏することができる。   As shown in the induction heating furnace 300 of FIG. 10, when the rotary shaft 19 and the rotary rod 29 are connected to the fixed iron core 11 in the region near the center on both end faces of the fixed iron core 11, In some cases, the magnetic material 14 may be stored in the space 20. For example, this is the case where the magnetic material 14 is present in a region on the main surface of the base body 15 that is close to the center (stored in a region inside the space 20). In this case, the same effects as those of the induction heating furnace 200 described above can be obtained.

図11は、本発明の実施の形態3において別形状の被加熱物を加熱させた場合の誘導加熱炉に関する、図2と同様の概略断面図である。図11に示す誘導加熱炉400は、誘導加熱炉300と基本的に同様の態様を備えている。具体的には、たとえば回転体として先述した回転体24を用いた場合、回転体24の一部の領域のみが、空間20の領域内に収納された構成となっている。しかし、誘導加熱炉400の場合、回転軸19および回転棒29が、固定鉄心11の両方の端面上の中心付近から離れた領域にて固定鉄心11と接続されている。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 2, relating to an induction heating furnace when another object to be heated is heated in Embodiment 3 of the present invention. An induction heating furnace 400 shown in FIG. 11 has basically the same mode as the induction heating furnace 300. Specifically, for example, when the above-described rotating body 24 is used as the rotating body, only a part of the area of the rotating body 24 is accommodated in the area of the space 20. However, in the case of the induction heating furnace 400, the rotating shaft 19 and the rotating rod 29 are connected to the fixed iron core 11 in a region away from the vicinity of the center on both end faces of the fixed iron core 11.

以上のような構成においても、回転体24が回転した際に、空間20の領域内における、回転体24の磁性体材料14による磁束が時間的に変化しないことが好ましい。しかし、回転体24が空間20の領域内に対して対称となる位置からずれた位置に配置されているため、回転体24が回転しても、空間20の領域内全体における磁束が時間的に一定となるように磁性体材料14を配置させることは困難である。   Even in the configuration described above, it is preferable that the magnetic flux generated by the magnetic material 14 of the rotating body 24 in the region of the space 20 does not change with time when the rotating body 24 rotates. However, since the rotating body 24 is disposed at a position shifted from a position that is symmetric with respect to the area of the space 20, even if the rotating body 24 rotates, the magnetic flux in the entire area of the space 20 is temporally changed. It is difficult to arrange the magnetic material 14 so as to be constant.

しかしながら、誘導加熱炉400の構成とした場合においても、空間20の領域内全体における磁束の時間変化率を±50%以内に抑えることができるよう、磁性体材料14を配置すれば、空間20の領域内全体における磁束の変化により発生する吸引力によるコギングトルクにより、装置(誘導加熱炉400)に発生する機械的振動の大きさを許容範囲内に抑えることができる。   However, even in the case of the configuration of the induction heating furnace 400, if the magnetic material 14 is arranged so that the time change rate of the magnetic flux in the entire region of the space 20 can be suppressed within ± 50%, the space 20 The magnitude of the mechanical vibration generated in the apparatus (induction heating furnace 400) can be suppressed within an allowable range by the cogging torque due to the attractive force generated by the change of the magnetic flux in the entire region.

図12は、空間の領域内全体における磁束の時間変化率を±50%以内に抑えることができる、回転体の磁性体材料の配置の一例を示す概略図である。図12に示す回転体27は、ベース体15の主表面の縁部に近い領域に関しては、縁部に近い領域ほど、中心からの距離が一定の全周に対して磁性体材料14が施してある領域の割合が小さくなっており、縁部から中心に近づくにつれて、中心からの距離が一定の全周に対して磁性体材料14が施してある領域の割合が大きくなっている。そして、主表面の中心に近い領域にはほぼ全面に磁性体材料14が施してある。その結果、図12に示すように、回転体27の磁性体材料14全体は、ほぼ星型の形状を構成している。   FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of the magnetic material of the rotating body that can suppress the time change rate of the magnetic flux in the entire region of the space within ± 50%. In the rotating body 27 shown in FIG. 12, with respect to the region near the edge of the main surface of the base body 15, the magnetic material 14 is applied to the entire circumference having a constant distance from the center in the region closer to the edge. The ratio of a certain area is small, and as the distance from the edge approaches the center, the ratio of the area where the magnetic material 14 is applied to the entire circumference with a constant distance from the center increases. A magnetic material 14 is applied to almost the entire surface in a region near the center of the main surface. As a result, as shown in FIG. 12, the entire magnetic material 14 of the rotating body 27 has a substantially star shape.

回転体27のように、回転体の主表面をなす円形の中心からの距離に応じて磁性体材料14を備える領域の割合を単調変化させる。このようにすれば、図11の誘導加熱炉400に設置される回転体27を回転させた場合の空間20の領域内全体における磁束の時間変化率を±50%以内に抑えることができる。磁束の時間変化率を±50%以内とすれば、磁性抵抗の変化によるコギングトルクが仮に発生しても、誘導加熱炉400に発生する機械的振動は、たとえば装置を破損させるレベルに比べて十分に小さく、装置の寿命に影響しないレベルの許容範囲内に抑えることができる。以上の点においてのみ、誘導加熱炉400は誘導加熱炉300と異なる。   Like the rotating body 27, the ratio of the region including the magnetic material 14 is monotonously changed according to the distance from the center of the circle forming the main surface of the rotating body. If it does in this way, the time change rate of the magnetic flux in the whole area | region of the space 20 at the time of rotating the rotary body 27 installed in the induction heating furnace 400 of FIG. 11 can be suppressed within +/- 50%. If the time change rate of the magnetic flux is within ± 50%, even if cogging torque due to the change in magnetic resistance is generated, the mechanical vibration generated in the induction heating furnace 400 is sufficiently higher than the level at which the apparatus is damaged, for example. And can be kept within an allowable range that does not affect the lifetime of the apparatus. The induction heating furnace 400 is different from the induction heating furnace 300 only in the above points.

図13は、本発明の実施の形態3においてさらに別形状の被加熱物を加熱させた場合の誘導加熱炉に関する、図2と同様の概略断面図である。図13に示す誘導加熱炉500は、図11に示す誘導加熱炉400と、基本的に同様の態様を備える。しかし、誘導加熱炉500は、回転軸19および回転棒29が、空間20の外部(固定鉄心11の内側)に存在する。   FIG. 13 is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 2 relating to an induction heating furnace in a case where an object to be heated of another shape is heated in the third embodiment of the present invention. An induction heating furnace 500 shown in FIG. 13 has basically the same mode as the induction heating furnace 400 shown in FIG. However, in the induction heating furnace 500, the rotating shaft 19 and the rotating rod 29 exist outside the space 20 (inside the fixed iron core 11).

誘導加熱炉500のように、回転棒29が空間20の外部に存在する構成とすることにより、被加熱物16の全体が空間20の領域内に収納できる場合には、被加熱物16は回転棒29の干渉を受けることがない。そのため、誘導加熱炉500を用いた場合には、誘導加熱炉400を用いた場合に比べて、大きいサイズの被加熱物16を短時間で加熱させることができる。以上の点においてのみ、誘導加熱炉500は誘導加熱炉400と異なる。   When the entire structure of the object to be heated 16 can be accommodated in the area of the space 20 by adopting a configuration in which the rotating rod 29 exists outside the space 20 as in the induction heating furnace 500, the object to be heated 16 rotates. There is no interference from the rod 29. Therefore, when the induction heating furnace 500 is used, the heated object 16 having a larger size can be heated in a shorter time than when the induction heating furnace 400 is used. The induction heating furnace 500 is different from the induction heating furnace 400 only in the above points.

本発明の実施の形態3は、以上に述べた点においてのみ、本発明の実施の形態1または2と異なる。すなわち、本発明の実施の形態2に関して、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態1または2に順ずる。   The third embodiment of the present invention is different from the first or second embodiment of the present invention only in the points described above. That is, regarding the second embodiment of the present invention, the configurations, conditions, procedures, effects, and the like not described above are all in accordance with the first or second embodiment of the present invention.

(実施の形態4)
図14は、本発明の実施の形態4における誘導加熱炉に用いられる固定鉄心に関する、図2と同様の概略断面図である。図14における固定鉄心11は、先述した本発明の実施の形態1〜3における誘導加熱炉100、200、300、400、500のそれぞれにおける固定鉄心11と同様である。ただし、図14における固定鉄心11においては、コイル12が、固定鉄心11の一方(上側)の端面(空間20に対向する表面)から300mm以内の領域内に巻回されている。このように、固定鉄心11上においてコイル12が巻回されている位置が、本発明の実施の形態1〜3における誘導加熱炉における固定鉄心11とは異なる。
(Embodiment 4)
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 2 regarding a fixed iron core used in the induction heating furnace in the fourth embodiment of the present invention. The fixed iron core 11 in FIG. 14 is the same as the fixed iron core 11 in each of the induction heating furnaces 100, 200, 300, 400, 500 in the first to third embodiments of the present invention described above. However, in the fixed iron core 11 in FIG. 14, the coil 12 is wound in a region within 300 mm from one (upper) end surface (surface facing the space 20) of the fixed iron core 11. Thus, the position where the coil 12 is wound on the fixed iron core 11 is different from the fixed iron core 11 in the induction heating furnace in the first to third embodiments of the present invention.

先述したように、コイル12に直流電源13が供給する直流電流を流すと、コイル12の内部またはコイル12の長手方向の延在領域上には磁束が発生する。この磁束を利用して、空間20の領域内に存在する被加熱物16を加熱させる。したがって、磁束の発生源であるコイル12が、固定鉄心11のうち、磁束を供給させたい空間20に近い領域にて巻回させた方がより好ましい。それは、空間20に近い領域にコイル12を配置させた方が、コイル12に直流電流を流した際にコイル12により発生する当該磁束を効率よく空間20の領域内に供給させることができるからである。この結果、より効率よく空間20の領域内に配置させた被加熱物16を加熱させることができる。   As described above, when a DC current supplied from the DC power supply 13 is supplied to the coil 12, a magnetic flux is generated inside the coil 12 or on the extending region in the longitudinal direction of the coil 12. Using this magnetic flux, the object to be heated 16 existing in the space 20 is heated. Therefore, it is more preferable that the coil 12 which is a magnetic flux generation source is wound in a region near the space 20 in which the magnetic flux is to be supplied in the fixed iron core 11. This is because when the coil 12 is arranged in a region close to the space 20, the magnetic flux generated by the coil 12 when a direct current is passed through the coil 12 can be efficiently supplied into the region of the space 20. is there. As a result, the object to be heated 16 disposed in the region of the space 20 can be heated more efficiently.

なお、図14に示すコイル12の配置は、先述した本発明の実施の形態1〜3における誘導加熱炉100、200、300、400、500のいずれに対して採用してもよい。また、図14においては、コイル12を固定鉄心11の上側の端面から300mm以内の領域内に巻回されているが、コイル12は、固定鉄心11の下側の端面から300mm以内の領域内に巻回されていてもよい。   The arrangement of the coil 12 shown in FIG. 14 may be adopted for any of the induction heating furnaces 100, 200, 300, 400, and 500 according to the first to third embodiments of the present invention described above. In FIG. 14, the coil 12 is wound within a region within 300 mm from the upper end surface of the fixed iron core 11, but the coil 12 is within a region within 300 mm from the lower end surface of the fixed iron core 11. It may be wound.

図15は、本発明の実施の形態4における誘導加熱炉に用いられる別構成の固定鉄心に関する、図2と同様の概略断面図である。先述した図14における固定鉄心11が、固定鉄心11の一方の端面から300mm以内の領域内にコイル12が巻回されているのに対して、図15における固定鉄心11は、空間20に対向する1対の表面(両方の端面)のそれぞれから300mm以内の領域内にコイル12が巻回されている。   FIG. 15 is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 2 regarding a fixed iron core having another configuration used in the induction heating furnace in the fourth embodiment of the present invention. In the above-described fixed iron core 11 in FIG. 14, the coil 12 is wound in a region within 300 mm from one end face of the fixed iron core 11, whereas the fixed iron core 11 in FIG. 15 faces the space 20. The coil 12 is wound in a region within 300 mm from each of the pair of surfaces (both end surfaces).

このように、2台のコイル12が空間20を挟むように、C型形状の固定鉄心11の両方の端部から300mm以内の領域に配置させれば、当該空間20の領域内に供給させることができる磁束が図14の場合に比べて2倍になる。したがって、さらに効率よく、被加熱物16を加熱させることができる。   Thus, if it arrange | positions in the area | region within 300 mm from the both ends of the C-shaped fixed iron core 11 so that the two coils 12 may pinch | interpose the space 20, it will be made to supply in the area | region of the said space 20. The magnetic flux that can be generated is twice that in the case of FIG. Therefore, the article to be heated 16 can be heated more efficiently.

なお、図15に示すコイル12の配置についても、先述した本発明の実施の形態1〜3における誘導加熱炉100、200、300、400、500のいずれに対して採用してもよい。   The arrangement of the coil 12 shown in FIG. 15 may also be adopted for any of the induction heating furnaces 100, 200, 300, 400, and 500 according to the first to third embodiments of the present invention described above.

(実施の形態5)
図16は、本発明の実施の形態5における誘導加熱炉の概略斜視図である。また図17は、図16の線分XVII−XVIIにおける概略断面図である。図16、および図17の概略断面図に示す誘導加熱炉600においては、U型形状を有する永久磁石21が、先述した本発明の実施の形態1〜4における固定体としての固定鉄心11に該当する。この永久磁石21としては、たとえばバルク超電導体からなる永久磁石を用いることが好ましい。バルク超電導体を用いることにより、永久磁石21に発生する発熱量を最小限に抑えることができる。また、通常の鉄製の永久磁石を用いてもよい。固定体として用いる永久磁石21のU型形状の両側の端部付近の領域に挟まれた、図16および図17において先述した本発明の実施の形態1〜4と同様の回転体としての回転体24および、被加熱物16が配置された領域を空間20とする。この空間20は、本発明の実施の形態1〜4における各誘導加熱炉の空間20と同等の機能を備えている。
(Embodiment 5)
FIG. 16 is a schematic perspective view of an induction heating furnace in the fifth embodiment of the present invention. FIG. 17 is a schematic sectional view taken along line XVII-XVII in FIG. In induction heating furnace 600 shown in the schematic cross-sectional views of FIGS. 16 and 17, U-shaped permanent magnet 21 corresponds to fixed iron core 11 as a fixed body in Embodiments 1 to 4 of the present invention described above. To do. For example, a permanent magnet made of a bulk superconductor is preferably used as the permanent magnet 21. By using the bulk superconductor, the amount of heat generated in the permanent magnet 21 can be minimized. Ordinary iron permanent magnets may be used. Rotating body as a rotating body similar to the first to fourth embodiments of the present invention described above with reference to FIGS. 16 and 17, sandwiched between regions near both ends of the U-shape of permanent magnet 21 used as a fixed body 24 and a region where the article 16 to be heated is disposed is a space 20. This space 20 has the same function as the space 20 of each induction furnace in the first to fourth embodiments of the present invention.

磁束は、コイルに直流電流を流すことにより発生する磁束と同等の強度を有する。このため、誘導加熱炉600においては、コイルを用いる必要はない。また、永久磁石を用いているため、空間20の領域内には常時一定の向きや強度を有する磁束を存在させることができる。この意味で、空間20に対して磁束を供給する手段としてバルク超電導体からなる永久磁石21を用いた場合においても、コイルを用いた場合と同様の効果を奏する。   The magnetic flux has the same strength as the magnetic flux generated by passing a direct current through the coil. For this reason, in the induction heating furnace 600, it is not necessary to use a coil. Further, since a permanent magnet is used, a magnetic flux having a constant direction and strength can always exist in the region of the space 20. In this sense, even when the permanent magnet 21 made of a bulk superconductor is used as means for supplying the magnetic flux to the space 20, the same effect as when the coil is used is obtained.

むしろ、固定体として永久磁石21を用いれば、永久磁石21のU型形状の両方の端部(永久磁石21の分断された領域の両方の端部)から密度の高い磁束が供給される。このため、永久磁石21の分断された領域をなす、回転体24および、被加熱物16が配置された空間20における磁束は、たとえば先述した本発明の実施の形態4におけるコイル12の配置とした場合と類似した状況になる。具体的には、永久磁石21を用いて空間20に磁束を供給する状況は、実施の形態4に開示したようにコイル12を、磁束を供給させたい空間20に近い領域にて巻回させた状況に類似している。したがって、固定体として永久磁石21を用いることにより、永久磁石21が空間20の領域内全体に供給する磁束を大きくすることができる。そのため、高効率で被加熱物16を加熱させることができる。   Rather, if the permanent magnet 21 is used as the fixed body, a high-density magnetic flux is supplied from both ends of the U-shape of the permanent magnet 21 (both ends of the divided region of the permanent magnet 21). For this reason, the magnetic flux in the space 20 in which the rotating body 24 and the object to be heated 16 are arranged, which forms the divided area of the permanent magnet 21, is, for example, the arrangement of the coil 12 in the above-described fourth embodiment of the present invention. The situation is similar to the case. Specifically, the situation in which the magnetic flux is supplied to the space 20 using the permanent magnet 21 is that the coil 12 is wound in a region close to the space 20 where the magnetic flux is to be supplied as disclosed in the fourth embodiment. Similar to the situation. Therefore, by using the permanent magnet 21 as the fixed body, the magnetic flux that the permanent magnet 21 supplies to the entire area of the space 20 can be increased. Therefore, the object to be heated 16 can be heated with high efficiency.

本発明の実施の形態5は、以上に述べた点においてのみ、本発明の実施の形態1〜4と異なる。たとえば、図16および図17に示すように、空間20とする領域には、本発明の実施の形態1〜4に述べた各誘導加熱炉の空間20と同様に回転体24および被加熱物16が配置される。回転体24は永久磁石21の内部を貫通した、回転軸19を介して、回転駆動源としてのモータ18と接続している。たとえば回転体として、回転体24の代わりに、先述した回転体25、26、27を用いてもよい。   The fifth embodiment of the present invention differs from the first to fourth embodiments of the present invention only in the points described above. For example, as shown in FIG. 16 and FIG. 17, in the region to be the space 20, the rotating body 24 and the object to be heated 16 are the same as the space 20 of each induction heating furnace described in the first to fourth embodiments of the present invention. Is placed. The rotating body 24 is connected to a motor 18 as a rotational drive source through a rotating shaft 19 that penetrates the interior of the permanent magnet 21. For example, instead of the rotating body 24, the above-described rotating bodies 25, 26, and 27 may be used as the rotating body.

また、図16および図17においては、回転体24は、本発明の実施の形態1に開示した回転体24と同様に、モータ18と接続される回転軸19のみに固定されている。しかし、たとえば本発明の実施の形態2に開示したように、回転体24を、モータ18と接続される回転軸19だけでなく、回転体24の、回転軸19が接続されている主表面とは反対側の主表面についても、回転棒29で、固定鉄心11の一方の端面と固定させてもよい。   In FIGS. 16 and 17, the rotating body 24 is fixed only to the rotating shaft 19 connected to the motor 18, similarly to the rotating body 24 disclosed in the first embodiment of the present invention. However, for example, as disclosed in the second embodiment of the present invention, not only the rotating shaft 19 connected to the motor 18 but also the main surface of the rotating body 24 to which the rotating shaft 19 is connected. The main surface on the opposite side may also be fixed to one end surface of the fixed iron core 11 with the rotary rod 29.

図18は、本発明に係る誘導加熱炉を用いた加熱方法の手順を示すフローチャートである。先述した実施の形態1〜5のいずれの誘導加熱炉を用いて被加熱物16の加熱を行なう場合においても、図18に示すように、回転体を回転させる工程(S10)において先述した図6に示すように回転体24を回転させる。そして回転体24を構成するベース体15の主表面上に、図6に示すように回転により磁性体材料14が通過する軌跡である磁性体軌跡14aと、磁性体材料14の軌跡でない非磁性体軌跡14bとが存在する状態で、被加熱物を配置させる工程(S20)として、被加熱物16の少なくとも一部が、回転体24と対向するように配置させる。すると、先述した要領により、回転体24が回転した際に、被加熱物16には電磁誘導効果による渦電流が発生し、振動を抑制させながら被加熱物を加熱させることができる。また、エネルギー損失低減により誘導加熱炉全体のランニングコストを低減させることもできる。なお、上述した工程(S10)と工程(S20)とは、その順序を逆にして処理を実施してもよい。   FIG. 18 is a flowchart showing the procedure of the heating method using the induction heating furnace according to the present invention. In the case where the object to be heated 16 is heated using any of the induction heating furnaces of the first to fifth embodiments described above, as shown in FIG. 18, the step shown in FIG. 6 described above in the step of rotating the rotating body (S10) is performed. The rotating body 24 is rotated as shown in FIG. And on the main surface of the base body 15 which comprises the rotary body 24, as shown in FIG. 6, the magnetic body locus | trajectory 14a which is a locus | trajectory through which the magnetic body material 14 passes by rotation, and the nonmagnetic body which is not a locus | trajectory of the magnetic body material 14 In a state where the object to be heated is arranged (S20) in a state where the locus 14b exists, at least a part of the object to be heated 16 is arranged so as to face the rotating body 24. Then, when the rotating body 24 rotates according to the above-described procedure, an eddy current due to the electromagnetic induction effect is generated in the object to be heated 16, and the object to be heated can be heated while suppressing vibration. Moreover, the running cost of the whole induction heating furnace can be reduced by reducing energy loss. It should be noted that the steps (S10) and (S20) described above may be performed in the reverse order.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、誘導加熱時に発生する機械的振動を抑制しながら、高効率に被加熱物を加熱する技術として、特に優れている。   The present invention is particularly excellent as a technique for heating an object to be heated with high efficiency while suppressing mechanical vibration generated during induction heating.

本発明の実施の形態1における誘導加熱炉の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the induction heating furnace in Embodiment 1 of the present invention. 図1の線分II−IIにおける概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in line segment II-II of FIG. 回転体の主表面上を示す概略図である。It is the schematic which shows on the main surface of a rotary body. 固定鉄心を形成するために珪素鋼板の薄板を複数の層に積層する状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state which laminates | stacks the thin plate of a silicon steel plate in a some layer in order to form a fixed iron core. 回転する回転体に対向するように被加熱物を移動させる状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state which moves a to-be-heated material so that the rotating body which rotates may be opposed. 図3の回転体の変形例として考えられる回転体の形状を示す概略図である。It is the schematic which shows the shape of the rotary body considered as a modification of the rotary body of FIG. 図3の回転体の変形例として考えられる回転体の形状を示す概略図である。It is the schematic which shows the shape of the rotary body considered as a modification of the rotary body of FIG. 本発明の実施の形態2における誘導加熱炉に関する、図2と同様の概略断面図である。It is the same schematic sectional drawing as FIG. 2 regarding the induction heating furnace in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2において別形状の被加熱物を加熱させた場合の誘導加熱炉に関する、図2と同様の概略断面図である。It is the same schematic sectional drawing as FIG. 2 regarding the induction heating furnace at the time of heating the to-be-heated object of another shape in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における誘導加熱炉に関する、図2と同様の概略断面図である。It is the same schematic sectional drawing as FIG. 2 regarding the induction heating furnace in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3において別形状の被加熱物を加熱させた場合の誘導加熱炉に関する、図2と同様の概略断面図である。It is the same schematic sectional drawing as FIG. 2 regarding the induction heating furnace at the time of heating the to-be-heated object of another shape in Embodiment 3 of this invention. 空間の領域内全体における磁束の時間変化率を±50%以内に抑えることができる、回転体の磁性体材料の配置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of arrangement | positioning of the magnetic body material of a rotary body which can suppress the time change rate of the magnetic flux in the whole area | region of space within +/- 50%. 本発明の実施の形態3においてさらに別形状の被加熱物を加熱させた場合の誘導加熱炉に関する、図2と同様の概略断面図である。It is the same schematic sectional drawing as FIG. 2 regarding the induction heating furnace at the time of heating the to-be-heated object of another shape in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における誘導加熱炉に用いられる固定鉄心に関する、図2と同様の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing similar to FIG. 2 regarding the fixed iron core used for the induction heating furnace in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における誘導加熱炉に用いられる別構成の固定鉄心に関する、図2と同様の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing similar to FIG. 2 regarding the fixed iron core of another structure used for the induction heating furnace in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5における誘導加熱炉の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the induction heating furnace in Embodiment 5 of this invention. 図16の線分XVII−XVIIにおける概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in the line segment XVII-XVII of FIG. 本発明に係る誘導加熱炉を用いた加熱方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the heating method using the induction heating furnace which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 固定鉄心、12 コイル、13 直流電源、14 磁性体材料、14a 磁性体軌跡、14b 非磁性体軌跡、15 ベース体、16 被加熱物、17 接続籤、18 モータ、19 回転軸、20 空間、21 永久磁石、24 回転体、25 回転体、26 回転体、27 回転体、28 珪素鋼板、29 回転棒、100 誘導加熱炉、200 誘導加熱炉、300 誘導加熱炉、400 誘導加熱炉、500 誘導加熱炉、600 誘導加熱炉。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fixed iron core, 12 coils, 13 DC power supply, 14 Magnetic material, 14a Magnetic material locus, 14b Nonmagnetic material locus, 15 Base body, 16 Heated object, 17 Connection rod, 18 Motor, 19 Rotating shaft, 20 Space, 21 permanent magnet, 24 rotating body, 25 rotating body, 26 rotating body, 27 rotating body, 28 silicon steel plate, 29 rotating rod, 100 induction heating furnace, 200 induction heating furnace, 300 induction heating furnace, 400 induction heating furnace, 500 induction Heating furnace, 600 induction heating furnace.

Claims (10)

直流電源と接続された固定体と、
前記固定体が分断された領域をなす空間に配置される、主表面上の一部に磁性体材料を含む回転体と、
前記回転体を回転させる回転駆動源とを備えており、
前記回転体が回転することにより、前記空間の領域内で局所的に磁束密度が時間的に変化されるが、前記空間の領域内全体においては磁束の強度が時間的に変化しない、誘導加熱炉。
A stationary body connected to a DC power source;
A rotating body including a magnetic material in a part on the main surface, which is disposed in a space forming a region where the fixed body is divided;
A rotation drive source for rotating the rotating body,
By rotating the rotating body, the magnetic flux density is locally changed in time in the space area, but the magnetic flux intensity does not change in time in the entire space area. .
前記回転体の全体が、前記空間の領域内に収納される、請求項1に記載の誘導加熱炉。   The induction heating furnace according to claim 1, wherein the whole of the rotating body is accommodated in an area of the space. 直流電源と接続された固定体と、
前記固定体が分断された領域をなす空間に配置される、主表面上の一部に磁性体材料を含む回転体と、
前記回転体を回転させる回転駆動源とを備えており、
前記回転体が回転することにより、前記空間の領域内で局所的に磁束密度が時間的に変化され、前記空間の領域内全体における磁束の強度の時間変化率が±50%以内である、誘導加熱炉。
A stationary body connected to a DC power source;
A rotating body including a magnetic material in a part on the main surface, which is disposed in a space forming a region where the fixed body is divided;
A rotation drive source for rotating the rotating body,
By rotating the rotating body, the magnetic flux density is locally changed in time in the space area, and the time change rate of the magnetic flux intensity in the space area is within ± 50%. heating furnace.
前記回転体の一部の領域のみが、前記空間の領域内に収納される、請求項3に記載の誘導加熱炉。   The induction heating furnace according to claim 3, wherein only a partial area of the rotating body is accommodated in the area of the space. 前記空間を形成することにより、前記固定体の主表面がC型形状を形成する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の誘導加熱炉。   The induction heating furnace according to any one of claims 1 to 4, wherein a main surface of the fixed body forms a C-shape by forming the space. 前記固定体は、珪素鋼板を複数の層に積層することにより形成させる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の誘導加熱炉。   The induction heating furnace according to any one of claims 1 to 5, wherein the fixed body is formed by laminating silicon steel plates in a plurality of layers. 前記固定体の一部の領域に、前記直流電源と接続したコイルを巻回させることにより、前記直流電源と前記固定体とを接続させる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の誘導加熱炉。   The induction according to any one of claims 1 to 6, wherein the DC power supply and the fixed body are connected to each other by winding a coil connected to the DC power supply in a partial region of the fixed body. heating furnace. 前記コイルは、前記固定体の、前記空間に対向する1対の表面の少なくともいずれか一方から300mm以内の領域内に巻回させることにより配置される、請求項7に記載の誘導加熱炉。   The induction heating furnace according to claim 7, wherein the coil is arranged by being wound in a region within 300 mm from at least one of a pair of surfaces facing the space of the fixed body. 前記回転体と前記回転駆動源とを接続する回転軸が、前記空間の領域内における磁束の方向に沿った方向に配置される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の誘導加熱炉。   The induction heating furnace according to any one of claims 1 to 8, wherein a rotating shaft that connects the rotating body and the rotation drive source is disposed in a direction along a direction of magnetic flux in the space region. . 請求項1〜9のいずれか1項に記載の誘導加熱炉を用いた加熱方法であり、
前記回転体を回転させる工程と、
被加熱物の少なくとも一部を、前記回転体と対向するように配置させる工程とを備える、加熱方法。
A heating method using the induction heating furnace according to any one of claims 1 to 9,
Rotating the rotating body;
And a step of arranging at least a part of the object to be heated so as to face the rotating body.
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