JP2015173062A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル銅管の加熱や、銅損原因となる磁束分の低減を抑制し、かつ被加熱材端部の加熱効率を損なうことのない誘導加熱装置を提供する。【解決手段】Ｃ型鉄心構造物で構成される固定式Ｃ型インダクタを被加熱材の幅方向両端部に対に配置する誘導加熱装置であって、Ｃ型インダクタ１は、被加熱材５の搬送方向に沿って、被加熱材が通過する開口部３が形成された本体鉄心部と、開口部に連なり、開口部を挟んで上下に形成された鉄心脚部４と、開口部を挟んで上下の鉄心脚部に巻回され、磁束を被加熱材に鎖交させて加熱する加熱コイル２とから構成され、加熱コイルを、巻径が開口部に対向する面の端部側に徐々に広がるように巻回した。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｃ型インダクタ式の誘導加熱装置に関するものである。

鉄鋼用熱間圧延ラインでは、被加熱材を予め所定の温度に加熱後、連続的に搬送するうえで、粗圧延機にて粗バーと呼ばれる状態に成形し、さらに、仕上圧延機で所望の板厚や板幅を有する薄板に成形される。

薄板に成形する過程で、被加熱材の幅方向端部の温度が次第に降下していく問題がある。温度が降下して全体に温度が不均一のまま圧延すると、品質が一定せず、幅方向端部の硬度が高くなって、被加熱材が割れるなどの問題が発生する。

そこで、被加熱材の幅方向端部の温度低下に対して、幅方向端部の昇温を目的として誘導加熱装置の一つであるエッジヒータが導入されている。

エッジヒータのインダクタは、基本的にＣ型鉄心とそれに巻回されたコイル銅管で形成される。Ｃ型鉄心の開口部を挟んで上下の鉄心脚部に夫々コイル銅管を巻回し、開口部に粗バーを代表とする被加熱材の端部を通過させて、ここを上下に貫通する磁束により誘起される渦電流に基づくジュール熱を被加熱材端部に発生させることで誘導加熱する。

エッジヒータのインダクタを用いた誘導加熱装置は、磁路に大きなギャップがなく、Ｃ型鉄心の内部に磁束が通過するループが形成されるため加熱効率が優れている。

しかしながら、係る構成のインダクタにおいては、粗バーを代表とする被加熱材についてはキュリー点を超えた非磁性体であるため、上下の鉄心脚部の間の開口部を通過する磁束がその中間で大きく外側に膨らむ傾向がある。

このため、最も加熱する必要のある被加熱材の端部を通過する磁束が外側に膨らんで、被加熱材の端部を通らず無効となる磁束が多くなり、結果として加熱効率の低下原因となる。

そこで、改善案として、Ｃ型鉄心の開口部を挟んで上下の鉄心脚部に、夫々加熱コイルを巻回したインダクタの、上下の鉄心脚部の被加熱材が通過する開口部に対向する面の端部側に、Ｃ型鉄心の内側に向かって開口部の間隔が広くなる傾斜面を夫々形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。Ｃ型鉄心の内側に向かって開口部間隔が広くなったことから、大部分の磁束は上下の鉄心脚部の間隔が狭い平行面間を通過する構造とすることとなり、磁束が膨らまずに集中し、被加熱材端部を効率よく加熱可能としている。

また、Ｃ型鉄心の開口部を挟んで上下の鉄心脚部に、夫々加熱コイルを巻回したインダクタの、被加熱材の端部が通過する前記開口部に対向して、Ｃ型鉄心の内側に非磁性材料で形成された磁気シールド材を設けることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

磁気シールド材で発生した渦電流を打ち消す方向に逆方向の電流が流れ、逆方向の磁束が発生することを利用して上下の加熱コイルから発生した漏洩磁束を開口部側に押し戻す作用が働いて、磁束が被加熱材の端部に集中して貫通し、この部分を局部的に効率よく加熱可能とする。

実開平６−７１９３号公報 実開平６−７１９４号公報

しかしながら、上記のように、磁束を被加熱材端部に集中させることによる加熱効率の向上を図ることだけでは、磁束が外部に膨らんでコイル銅管を擦るように通過することで生じるコイル銅管の加熱や、銅損原因となる磁束分の低減が抑制しきれないという問題があった。

そこで、本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、コイル銅管の加熱や、銅損原因となる磁束分の低減を抑制し、かつ被加熱材端部の加熱効率を損なうことのない誘導加熱装置を提供するものである。

本発明の一態様によれば、Ｃ型鉄心構造物で構成される固定式Ｃ型インダクタを被加熱材の幅方向両端部に対に配置する誘導加熱装置であって、前記Ｃ型インダクタは、被加熱材の搬送方向に沿って、被加熱材が通過する開口部が形成された本体鉄心部と、前記開口部に連なり、前記開口部を挟んで上下に形成された鉄心脚部と、前記開口部を挟んで上下の前記鉄心脚部に巻回され、磁束を被加熱材に鎖交させて加熱する加熱コイルとから構成され、前記加熱コイルを、巻径が前記開口部に対向する面の端部側に徐々に広がるように巻回したことを特徴とする。

本発明によれば、コイル銅管の加熱や、銅損原因となる磁束分の低減を抑制し、かつ被加熱材端部の加熱効率を維持することができる。

本発明の第１の実施形態に係る誘導加熱装置を示す正面図である。 開口部からの最近接部におけるコイル銅管、および、開口部からの最遠部におけるコイル銅管を説明する図である。 コイル銅管長さの組合せと銅損との関係を解析した一例を示すグラフである。 コイル銅管長さの組合せと加熱効率との関係を解析した一例を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る誘導加熱装置を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る誘導加熱装置を示す正面図である。図１に示すように、電磁鋼板を積層してＣ型鉄心１が形成され、このＣ型鉄心１の開口部３を挟んで上下の鉄心脚部４に夫々コイル銅管２が巻回されてインダクタが形成されている。コイル銅管２は、加熱コイルであり、開口部３に被加熱材５の端部を通過させ、Ｃ型鉄心１の内部に上下に貫通してループを形成する磁束６で誘導加熱する。

Ｃ型インダクタを用いた誘導加熱装置は、磁束６の通路に大きなエアーギャップがなく、加熱効率が優れている。

Ｃ型インダクタは、被加熱材５がキュリー点を超えた非磁性体であるため、上下の鉄心脚部４の間の開口部３を通過する磁束６の中間で大きく膨らむ傾向がある。

そこで、本実施形態に係る誘導加熱装置においては、巻回されたコイル銅管２について、その巻径が上下の鉄心脚部４の被加熱材５が通過する開口部３に対向する面の端部側に徐々に広がるように巻回している。

図１中、被加熱材５に最近接のコイル銅管２Ａ、被加熱材５に最遠部となるコイル銅管２Ｂに示すように、巻回したコイル銅管２は、鉄心脚部４の外側では鉄心脚部４に略接近しているが、鉄心脚部４の内側では徐々に鉄心脚部４から離間している。そして、鉄心脚部４の開口部３近傍で、最も離間している。

図１に示す例では、コイル銅管２の断面は８本見えているが、これに限定されることはなく、例えば二重に巻回してもよい。

図２は、開口部３からの最近接部におけるコイル銅管２Ａ、および、開口部３からの最遠部におけるコイル銅管２Ｂを説明する図である。図２において、最近接コイル銅管２Ａの中心線とＣ型鉄心１の中心線間の距離をＡ、最遠部コイル銅管２Ｂの中心線とＣ型鉄心１の中心線間の距離をＢとする。図２に示すように、本実施形態に係るコイル銅管２は、開口部３からの最遠部である鉄心脚部４の根元部分において、鉄心脚部４に最も近接している。一方、開口部３からの最近接部である鉄心脚部４の先端部分において、鉄心脚部４から最も離間している。

図３は、コイル銅管長さの組合せと銅損との関係を解析した一例を示すグラフである。横軸は、上記した距離の比率Ａ／Ｂを表し、縦軸は、コイル銅管２加熱に拠る銅損の規格値からの乖離の割合を表す。図３から、比率Ａ／Ｂの値が１よりも大きくなるにしたがい、銅損規格値からの乖離の割合が大きくなることがわかる。そして、比率Ａ／Ｂの値が１．２５付近で、銅損規格値からの乖離の割合は略変化が止まる傾向がみてとれる。

図４は、コイル銅管長さの組合せと加熱効率との関係を解析した一例を示すグラフである。横軸は、上記した距離の比率Ａ／Ｂを表し、縦軸は、被加熱材５端部の加熱効率の規格値からの乖離の割合を表す。図４から、比率Ａ／Ｂの値が１よりも大きくなるにしたがい、加熱効率の規格値からプラス方向、あるいはマイナス方向にわずかにズレが生じているが、概ね安定していることがみてとれる。

図３、図４から、鉄心脚部４の開口部３近傍で、コイル銅管２Ａが最も離間している、すなわち、開口部３に位置する被加熱材に最近接しているコイル銅管２Ａが鉄心脚部４から離れれば、加熱効率を損なうこと無く銅損低減を実現することが明らかである。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態に係る誘導加熱装置を示す正面図である。図５に示すように、第２の実施形態では、Ｃ型鉄心１の開口部３を挟んで上下の鉄心脚部４に、夫々加熱コイルであるコイル銅管２を巻回したＣ型インダクタの、上下の鉄心脚部４の被加熱材が通過する開口部３に対向する面の端部側に、Ｃ型鉄心１の内側に向かって開口部３の間隔が広くなる傾斜面４ａを夫々形成している。

開口部３に面する上下の鉄心脚部４の端部側に傾斜面４ａが夫々形成され、Ｃ型鉄心１の内側に向かって開口部３の間隔が広くなっているので、磁束６は上下の鉄心脚部４の間隔が狭い平行面の間を通過しやすくなる。このため、磁束６が膨らまずに集中して、最も加熱を必要とする被加熱材５の端部を貫通する磁束６の密度が高くなる。

＜変形例＞
コイル銅管２は、開口部３の近傍においてC型鉄心１と離間すればよいので、最近接コイル銅管２Ａのみ、鉄心脚部４から離間していれば、加熱効率を損なうこと無く、銅損低減を図ることができる。

本発明の実施形態によれば、インダクタ開口部３における磁束６の通過部分の膨らみを回避させる構成を形成することができるので、エッジヒータ起因によるコイル銅管２の加熱低減（銅損低減）が可能となり、かつ、加熱効率を損なうことなく被加熱材５へ加熱エネルギーの投入が可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１・・・Ｃ型鉄心
２・・・コイル銅管
２Ａ・・・被加熱材最近接コイル銅管
２Ｂ・・・被加熱材最遠部コイル銅管
３・・・開口部
４・・・鉄心脚部
５・・・被加熱材
６・・・磁束

Claims (3)

1. Ｃ型鉄心構造物で構成される固定式Ｃ型インダクタを被加熱材の幅方向両端部に対に配置する誘導加熱装置であって、
   前記Ｃ型インダクタは、被加熱材の搬送方向に沿って、被加熱材が通過する開口部が形成された本体鉄心部と、前記開口部に連なり、前記開口部を挟んで上下に形成された鉄心脚部と、前記開口部を挟んで上下の前記鉄心脚部に巻回され、磁束を被加熱材に鎖交させて加熱する加熱コイルとから構成され、
   前記加熱コイルを、巻径が前記開口部に対向する面の端部側に徐々に広がるように巻回したことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記加熱コイルは、前記鉄心脚部の外側では前記鉄心脚部に略接近しているが、前記鉄心脚部の内側では徐々に前記鉄心脚部から離間し、前記鉄心脚部の前記開口部近傍で、最も離間していることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。
3. 前記鉄心脚部は、前記開口部に対向する面の端部側に、Ｃ型鉄心の内側に向かって前記開口部の間隔が広くなる傾斜面を形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の誘導加熱装置。

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