JP2934313B2 - 誘導加熱コイル - Google Patents

誘導加熱コイル

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JP2934313B2 JP3510739A JP51073991A JP2934313B2 JP 2934313 B2 JP2934313 B2 JP 2934313B2 JP 3510739 A JP3510739 A JP 3510739A JP 51073991 A JP51073991 A JP 51073991A JP 2934313 B2 JP2934313 B2 JP 2934313B2
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    • H05B6/02Induction heating
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に電磁誘導加熱に関する。特に主とし
て上昇した温度で変形されるべき平らな金属製品の移動
する端部の加熱に応用される。この操作には圧延機のロ
ールの間に通すことにより平らにされ、及び/又は広げ
られたりする前に、加熱され又は最加熱される必要のあ
る鉄鋼産業の製品が含まれる。
この加熱は以下構成される装置によって典型的に供給
される。即ち、 エアギャップを含んでいる磁気回路と、 前記エアギャップを介して加熱されるべき製品を移動
させるための搬送手段と、 該エアギャップに近接した前記磁気回路を囲繞するコ
イルと、 典型的にコンデンサのバッテリを備えておりかつ一般
的に100Hzから1000Hzの間、典型的には約250Hzの作動周
波数で共振する回路を構成するために前記巻線に接続さ
れている容量性システムと、 この作動周波数で共振回路に電流を送る発電機とであ
る。
容量性システムの存在は、発電機によって供給された
電流よりもかなり高い電流がコイルを通過させるのを可
能とする。従って発電機は、前記装置によって実際に消
費される有効電力のみを供給し、例えばこの量の10倍の
「無効」電力は該容量性システムによって供給される。
加熱されるべき製品は、しばしば高速度で移動してお
り、かつ広いギャップを提供するのを必要とさせる不規
則性を特徴とするかもしれない。さらに製品温度は、し
ばしばコイル及びその近くの電子工業的備品を保護する
ために熱絶縁層がこのギャップのいずれかの側に準備さ
れなければならない類いのものである。結果として磁気
回路のエアギャップは大きくなければならず、これによ
りコイルの領域内の磁束の高い漏れを生じる。この漏れ
磁束の一部は製品を加熱するために無益でありかつコイ
ル導体へと電流を誘導して導体の相当な不要加熱を生じ
る。
不要加熱を減少させること、及び該装置のエネルギ効
率を増加させること、即ち加熱されるべき製品に誘導電
流によって出された加熱電力に対する前記発電機によっ
て供給された有効電極の比率について以下のことが知ら
れている。即ち、 加熱コイルをできるだけコンパクトに作ることと、 コイルの電気導体のために、導体の電気抵抗率及び作
動周波数を具備し、十分に細分割された形態を用いるこ
と、即ち各導体の金属質量における誘導電流の発生を減
少させるために導体に十分に小さな横断面寸法を提供
し、このため多重導体が、並列のグループに分けられか
つ一つのグループの全ての導体に共通の二つの端子に該
多重導体が接合されている該多重導体の二つの端部を除
いたところで互いから絶縁されていることと、 二つの導体と該グループの二つの該端子とを備えてい
る閉ループ内を流れることもある誘導電流を減少させる
ために、同グループ内に導体を交差することと、 使用可能な高加熱電力がコンパクトコイルによって印
加されることを可能とするため、冷却回路を用いてコイ
ルを強力に冷却することとである。
この理由から、一つの公知の加熱コイルは機能につい
て以下説明されるようにこのコイル及び本発明によるコ
イルに共通ないくつかの特徴を備えている。これらの共
通な特徴は以下のように構成されている。即ち、 強磁性コアと、 交流電流を受け取るように構成された二つの電気端子
と、 前記電気端子の間に並列に接続されている電気導体の
グループであって、前記グループが前記強磁性コアの周
りの巻線の形態を取っており、前記導体が該グループの
それぞれの導体によって囲繞された種々の交流磁束をほ
ぼ均等化すべく該グループ内に交差されており、さらに
前記交差が該導体の交差領域内の該導体の交差変形によ
って達成されるグループと、 前記導体と熱接触している前記コアの周りの冷却パイ
プと、 前記冷却パイプ内の冷却液を循環させるための油圧継
手とである。
米国特許第4 176 237号は液体金属のための誘導電気
炉について記述している。この誘導電気炉はコイルの二
つの電気端子の間に並列に接続されている導体を備えた
誘導加熱コイルを具備している。各該導体は、冷却チュ
ーブと、前記チューブの壁と熱接触しているストランド
間で分かれている該導体によって搬送された電流と、ま
た不要電流ループの形成を減少させるため、その内部で
導体及びストランドを交差する特に顕著な変形が条件と
されている強力変形領域を含んでいる該導体の長さ部分
とを備えている。
この種の公知のコイルは、そのコンパクトさ、その経
費、及びこれらの公知のコイルがそれらの構成要素を成
す加熱装置のエネルギ効率に関して、なお所望されるべ
き多くを残している。
本発明の一つの目的は、誘導加熱装置のエネルギ損失
を減少させるコンパクトな加熱コイルの単純な製造法を
可能とすることにある。
本発明によれば、該コイルの各導体によって搬送され
た電流は、誘導体が特に強力な変形を受けている交差又
はねじれ部分においてさえ、該導体の冷却チューブと熱
接触しているストランド間で分かれており、さらに該導
体は該コイルの電気端子の間の少なくとも一つの半回転
ねじりを特徴としている。
本発明がいかにして実行されるかについては、一つの
図以上に表されている場合、同じ構成要素が同じ参照番
号によって識別されている添付の線図に関してのみ以下
の非限定的な例によって記述されている。
図1は、二つのコイルを組み入れた本発明による端部
加熱装置を示す図である。
図2は、前記装置の電気回路図である。
図3は、図1によるコイルの立面図の全体図である。
図4は、図3によるコイルの底面図である。
図5は、コイルの下部の部分的に切断された斜視図で
ある。
図6は、平らに広げられた前記下部のコイルの一つの
バーを示す図である。
図7は、該バーの導体の横断面図を示す図である。
図1では、端部加熱装置は圧延機の入口側の鉄及び鋼
鉄ワークに用いられる。厚い鋼板1の形態をとっている
平らな製品は、矢印Vの端面図によって示されているご
とく図面の平面に対して垂直な方向に搬送ローラ2上を
移動する。
この製品は磁気回路4のエアギャップ3を高速度で通
過し、この磁気回路の二つの端部は二つの同一加熱コイ
ル7及び8の強磁性コア5及び6を構成している。
前記コイルは絶縁層8Aその他により熱から保護されて
いる。
鋼板1が該磁気回路の一端に当たりかつ損傷を与える
こともある突出欠陥を特徴とする場合、磁気回路は、デ
バイス10がエアギャップ3のサイズを一時的に増加させ
るのを可能とするため軸9の周りに蝶番で取り付けられ
ている。
図2では、コイル7及び8が互いに直列に接続されて
おり、発電機12の端子間で容量性システム11と並列に接
続されている。これは250Hzの作動周波数で交流電流電
圧を供給する。コイル7及び8並びに容量性システム11
によって形成された共振回路はこの周波数に同調され
る。
コイル7の種々の有利な特性は第3図〜第7図に関し
て記述される。頂部、底部、上、下、上方、下方等の言
葉は、コイルが種々の加熱装置における重力の場に関し
て有するかもしれない種々の向きとは無関係に、コイル
の異なる部分の間を区別するために純粋に用いられてい
ると理解されるのが良い。
コイルは以下のように構成され、即ち、 強磁性材料から典型的に作られ、またコイル軸Aに沿
って伸びているコア5と、 250Hzの作動周波数で交流電流を受け取る二つの電気
端子20及び22と、 前記二つの電気端子の間に並列に接続されておりかつ
コア5の周りで巻線された電気導体のグループであっ
て、該導体は、該グループの種々の導体によって囲まれ
た種々の交流磁束をほぼ均等化すべく該グループ内に交
差され、この実施例は、「交差」の変形が前記導体の
「交差」領域内の該導体の各々に適用されるのを必要と
する該グループとである。該導体を冷却するためにコイ
ルはさらに以下のように構成され、即ち、 前記導体各々の中へ組み込まれる冷却チューブTと、 前記冷却パイプ内の冷却液を循環させるための油圧継
手24、26とを含む。
本発明によると、各チューブTは、少なくともその一
部分が前記チューブの長手方向に伸びている熱接触表面
28を構成している外部表面を有している。この外部表面
は、作動周波数でこの材料へ誘導される電流を限定する
ほどの十分な電気抵抗率、及びその横断面寸法を有して
いる材料から作られている。
B1〜B12の複数の電流搬送ストランドは、チューブT
の長手方向に伸びている。これらストランドは、前記チ
ューブの材料の電気抵抗率よりも低い電気抵抗率を有す
る導電性の材料から作られている。各ストランドが、該
チューブの横断面寸法よりも少なく、またより低い所定
抵抗率を付与された場合は、作動周波数で該ストランド
へ誘導される電流を限定すべく選択された横断面寸法を
有している。さらには該導体内で該ストランドの交差を
達成するため、二つの電気端子の間で前記チューブの周
りで少なくとも一つの半回転を実行する。
いくつかのストランドは少なくともストランドB1、B
2、B3の第1層に属している。これらストランドは、電
気的接触せずに熱接触を達成するように前記チューブの
熱接触表面28に印加される。
電気絶縁手段30は、領域ZT1のごとき前記交差領域に
おいてさえも前記熱接触表面と継続的な熱接触をしてい
る該ストランドを維持するために十分に機械的に強力で
あるところの接続手段30、32とともに、電気端子間でス
トランドを少なくとも互いから絶縁させるために提供さ
れている。このため各導体C1その他は公知の種類の物質
30を備え、該物質は、以下「内部樹脂」として参照さ
れ、さらに電気的に絶縁体であり、機械的に強力であり
かつチューブT及びストランドB1〜B12に強力に接着す
るように選択されている。電気的に絶縁体でありかつ機
械的に強力な帯状板32は、チューブTとストランドB1〜
B12と内部樹脂30を備えているアセンブリを囲んでい
る。この帯状板はそれ自体、内部樹脂30とは異なること
が可能な公知の種類の樹脂で含浸されている。
チューブTは、該チューブの幅方向に伸びている二つ
の主表面28、36と、該チューブの厚さの方向のこの幅よ
り小さな二つの横表面38、40とを有する実質的に矩形の
平らなプロファイルを有している。二つの前記主表面の
各々は、前記熱接触表面の一つを構成している。第1層
B1〜B3内のストランドB1及びB2のごとき少なくとも二つ
のストランドは、該チューブTの二つの主表面の各々と
熱接触している。これらのストランドは該チューブの幅
方向に互いからオフセットしている。前記導体C1その他
導体の少なくとも一つのねじれは、該導体に特定のねじ
れ領域ZV1その他領域内で形成され、かつ該導体の長さ
部分の限定された画分にわたって伸びている。このねじ
れは、二つの主表面28、36の各々が漸進的に他に代わる
ように、チューブTの軸42の周りを回る該導体の半回転
ねじりである。このようにストランドB1〜B12はこの導
体内で交差されている。この例では、チューブTは青銅
から作られ、ストランドB1〜B12は純銅から作られてい
る。
ストランドB1その他の各々は、前記チューブTの幅に
平行な該ストランドの幅方向に伸びている二つの主表面
44、46を有する平らな実質的に矩形の断面を有してい
る。ストランドはまた、該ストランドの幅よりも小さく
かつ該チューブの厚みに平行な該ストランドの厚み方向
に伸びている二つの横表面48、50を有している。該スト
ランドのいくつかは、それぞれがチューブTの二つの主
表面28、36に適用されるストランドB1〜B3及びB7〜B9か
らなる二つの第1層を構成している。他のストランド
は、該チューブの前記二つの主表面と、前記二つの第1
層を介した二つの第2層との間の間接的熱接触を得るべ
き方法で、該二つの第1層上に重畳されたB4〜B6及びB1
0〜B12からなる二つの前記第2層を構成している。
前記の第1層及び第2層の各々は、二つ以上5つ以下
の同じ数のストランドを備えている。この数は図3〜図
6に示されているように好ましくは3つに等しい。
各導体グループはバー52を構成し、導体C1〜C5がその
内部で前記コイル軸Aに平行な軸方向連続性を形成す
る。
コイル7は、各々がコイル軸Aを囲んでいる二つの円
形の端部部分間で前記軸方向に伸びている。これらの部
分の一つは前記電気端子20、22を備えており、上部分ZA
を構成している。他は下部分ZBを構成している。この場
合、垂直変位の二つの可能な方向があり、即ち前記上部
分から前記下部分への下向き方向及び反対である上向き
方向である。バー52は第1電気端子20から始動し、コイ
ル軸Aの周囲の前向き方向54及び下向き方向で回転す
る。こうして、バー52は第1の直径を有する外部巻線56
を形成する。この巻線内の第1導体C1は前記バーの底部
にある。第2導体C2は前記第1導体の上にあり、終りか
ら2番目の導体C4の上の該バーの頂部に位置している最
後の導体C5まで同様である。このバーは、該第1導体C1
がコイルの下部分ZBに到達するまで前記巻線内で回転し
かつ降下する。次いで第1導体は、該導体が同じバー52
によって形成される内部巻線58を接合させるべく、前記
導体の交差領域ZT1内の交差変形を受ける。この内部巻
線は、第1直径よりも小さな第2直径を有しており、バ
ー52は、前記前向き方向のコイル軸Aの周りを回転する
につれて巻線内部で上昇する。
外部巻線内の第2導体C2は、コイルの下部分に順番に
到達する。次いでこの第2導体は、第1導体の交差領域
から前記前向き方向に角度的にオフセットしているそれ
自体の交差領域ZT2において同様の交差変形を受ける。
この変形は、該第2導体が第1導体C1の下を通過する時
に、該第2導体を内部巻線58に接合させ、最終導体C5が
コイルの下部分ZBに到達するまで以下同様である。次い
で最終導体C5は最後から2番目の導体C4の交差領域ZT4
から同じ方向に角度的にオフセットしている交差領域ZT
5で同様の交差変形を受ける。この交差変形は、該最終
導体C5が前記の最後から2番目の導体の下を通過する時
に該導体C5を内部巻線に接合させる。この結果、第1導
体C1はバー52の頂部で内部巻線58内に位置しており、第
2導体は該第1導体の下に位置しており、該バーの底部
にある最終導体C5まで以下同様に位置している。最終導
体C5は、該巻線内でコイルの上部分ZA内の第2電気端子
22まで回転しかつ上昇する。
実施例によって記述されているコイル内には、バー内
に5本の導体があり、チューブ及び各導体のストランド
の厚みは軸方向に方向付けられている。ねじれ領域ZV1
〜ZV5は、軸Aの周りに規定角度の連続を形成するため
に交差領域ZT1〜ZT5に横に並んで配置されている。
本発明の一つの目的はこの種の誘導加熱コイルの製造
方法である。この方法は以下の公知の動作を備え、即
ち、 変形可能な電気導体C1〜C5から構成される一つの導体
グループ52の製造と、 変形可能な冷却パイプTの製造と、 強磁性コア5の製造と、 比較的適度な巻線変形の前記導体への印加を含んでい
る、前記コアの周りの前記導体グループの巻線と、 前記導体を該グループ内で交差させ、また前記交差
が、前記巻線動作を伴いかつ前記導体に局部的に印加さ
れる相対的に顕著な交差変形によって達成されること
と、 前記コアの周りに前記冷却パイプを巻くことと、 電気端子20、22を前記グループの導体端部に取り付け
られることと、 前記冷却パイプの端部に油圧継手24、26を取り付ける
こととからなる。
この方法は、一つの導体グループ52と冷却パイプとを
製造する動作の組合わせは以下の動作形態をとって実行
されるという事実を特徴とし、 前記冷却パイプを構成しかつチューブの長手方向に伸
びている熱接触表面28を少なくともその一部が構成して
いる外部表面を有しており、また所定の電気抵抗率を有
する材料から作られているチューブTの製造と、 該チューブの横断面寸法よりも小さな横断面寸法を有
しており、該チューブ材料の電気抵抗率よりも低い電気
抵抗率を有する材料から作られている電流搬送用ストラ
ンドB1〜B12の形成と、 前記ストランドと、相互間、又は該ストランドと該チ
ューブとの間に電気接触を生じることなく、該チューブ
と該ストランドとの間に継続的な熱接触を供給する接続
手段30、32による前記ストランドの前記チューブへの接
続であって、これによって一つの導体C1及びその他の導
体が得られ、また該接続手段が、たとえ前記交差変形が
前記導体に付加される時でさえも前記熱接触の継続性を
維持するほどに十分に機械的に強力であるべく選択され
ている該接続とが含まれる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05B 6/00 - 6/10 H05B 6/14 - 6/44

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コイル(7)の二つの電気端子(20、22)
    の間に並列に接続された導体を備える誘電加熱コイルで
    あって、各導体(C1)が冷却チューブ(T)を有してお
    り、該導体を流れる電流が前記チューブの壁と熱接触し
    ているストランド(B1...B12)に分割され、該導体の全
    長に顕著に変形された特別の変形領域が含まれており、
    望ましくない電流ループの形成を減少させるために導体
    及びストランドが交差しており、各ストランドの、該チ
    ューブの壁に対する相対的な位置と該導体の断面におけ
    る相互の相対的な位置とが、該導体の全長にわたって前
    記特別の変形領域(ZT1、ZV1)においても実質的に不変
    であり、さらに各ストランド間での交差が、該導体のね
    じれ領域を構成する少なくとも1つの前記顕著に変形さ
    れた領域における該導体の少なくとも一つの半回転のね
    じれの形態により得られることを特徴とする誘導加熱コ
    イル。
  2. 【請求項2】誘導加熱コイルの製造方法であって、以下
    の操作、即ち、 チューブの長手方向に伸びており、少なくともその一部
    が熱接触表面28を構成する外部表面を有しており、所定
    の電気抵抗率を有する材料から作られている冷却チュー
    ブ(T)の製造と、 前記チューブの断面寸法よりも小さな断面寸法を有して
    おり、該チューブの材料の電気抵抗率よりも低い電気抵
    抗率を有する材料から作られている電流搬送ストランド
    (B1〜B12)の形成と、 導体(C1)を構成するために、各ストランド間、及び相
    互間又は該ストランドと該チューブとの間に電気的接触
    を生じさせることなく、該チューブと該ストランドとの
    間に連続的な熱的接触を提供する接続手段(30、32)に
    よって該ストランドを該チューブに接続させることと、 複数の前記導体(C1、C5)から構成される導体のグルー
    プ(52)の製造と、 前記導体が比較的軽度の巻線変形を受けるべく該導体を
    コイル状に巻くことと、 前記導体を前記グループ内で交差させ、かつ各導体内で
    前記ストランドを交差させ、前記交差が、前記巻線を伴
    い且つ該導体に局部的に付加された相対的に顕著な変形
    によって得られることと、 電気端子(20、22)を前記導体のグループの端部に取り
    付けることと、 前記冷却チューブの端部に液体継手24、26を取り付ける
    こととを含み、 前記導体内に前記ストランド(B1〜B12)を交差させる
    前記操作が、該導体(C1)をその軸(42)の周りに少く
    とも半回転だけねじることによって実行され、更に前記
    接続手段は、前記相対的に顕著な変形が前記導体に与え
    られる際にも前記熱的接触の連続性を維持するのに十分
    な機械的強度を有していることを特徴とする誘導加熱コ
    イルの製造方法。
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