JP3565595B2 - Induction heating coil - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は誘導加熱コイルに関し、特に有限長の軸材又はパイプ等、長尺の被加熱物を静止加熱する場合に適用して有用なものである。
【0002】
【従来の技術】
誘導加熱は、円筒状に巻回した加熱コイルにより、その内部空間に挿入する導体である被加熱物に誘導電流を流してこの被加熱物を加熱する加熱方法である。
【0003】
この誘導加熱に用いる従来技術に係る誘導加熱コイルを図3に示す。同図に示すように、コイル導体1は、その外周に絶縁材2を巻回した状態で耐熱絶縁材であるセラミックスリーブ等の円筒3に、その軸方向に亘り均等に巻回してあり、絶縁材2の外周に外周絶縁材4を巻回することにより固定してある。このとき、コイル導体1は、一般に、冷却水を流通させるための通水孔を中空部として有している。すなわち、コイル導体1は、例えば角形の銅パイプで形成する。
【0004】
被加熱物5は、円筒3の内部空間に挿入した状態でコイル導体1に高周波電流を流し、この被加熱物5に誘導電流を流すことにより加熱する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記誘導加熱コイルにおいては、特に被加熱物5が有限長の軸材又はパイプ等の長尺物で、これを静止加熱する場合には、この被加熱物5の長手方向の温度分布が、図4に示すように、両端部で低く、中央部で高いという凸形の分布となり、均一な加熱を行なうことができない。これは、図3に示す誘導加熱コイルは、軸方向で隣接するコイル導体1間の間隔g0 が一定であり、磁束が密となる中央部でより大きい誘導電流が流れるからである。
【0006】
このような加熱の不均一を改善するものとして図5に示すような誘導加熱コイルが提案されている。同図に示すように、この誘導加熱コイルは、中央部で隣接するコイル導体1の間に環状の絶縁部材であるスペーサ6を介在させ、中央部におけるコイル導体1間には、両端部におけるコイル導体1間の間隔g1 に対して大きい間隔g2 を確保することにより、中央部におけるコイルの巻回密度を両端部よりも小さくしたものである。この誘導加熱コイルによれば、図6に示すように、被加熱物5の長手方向の温度分布はほぼ均一となる。
【0007】
ところが、図5に示す誘導加熱コイルにおいては、被加熱物5のスペーサ6に対応する部位が加熱されず、他の部位との温度差を生じるばかりでなく、スペーサ6がコイル導体1を流通する冷却水の冷却作用を受けにくいので、温度上昇による機械的強度、絶縁性等の特性劣化を生起し、寿命が短かくなるという新たな問題を惹起する。また、上記特性劣化に伴ない体積収縮も生起し、この場合にはコイル導体1及び絶縁材2の固定が不充分となりコイル振動が生じ易くなる。
【0008】
本発明は、上記従来技術に鑑み、特別にスペーサ等を用いることなく被加熱物を均一に加熱することができる誘導加熱コイルを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する第1の発明の構成は、
外周に絶縁材を巻回したコイル導体を耐熱絶縁材の円筒の軸方向に亘り巻回して構成した誘導加熱コイルにおいて、
前記コイル導体が冷却水を流通させるための通水孔となる中空部を有するとともに、
中央部の巻回密度が小さく、しかも軸方向の中心に関する左右両側の巻回密度が等しくなるように、幅が異なる複数種類のコイル導体を組合せるとともに、絶縁材の厚さで規定される隣接するコイル導体間の間隔が同じになるように構成したことを特徴とする。
【0011】
第2の発明は、
第1の発明において、コイル導体の幅が変化する部位に温度センサを埋設したことを特徴とする。
【0012】
第3の発明は、
第1又は第2の発明において、耐熱絶縁材はキャスタブルセメントの円筒部材の内周に円筒状のセラミックスリーブを挿入して構成したものであることを特徴とする。
【0013】
【作用】
上記構成の本発明によれば、被加熱物を、その長手方向に沿い温度分布が一定となるように均一に加熱することができる。
【0014】
特に、第2の発明によれば、コイル温度の計測に際し、加熱の均一性に最も影響を与えることなく、この計測を行い得る。
【0015】
第3の発明によれば、キャスタブルセメントの割れ片の脱落を防止することができる。
【0016】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【0017】
図1は本実施例に係る誘導加熱コイルを示す縦断面図である。同図に示すように、コイル導体11は、その外周に絶縁材12を巻回した状態で耐熱絶縁材であるキャスタブルセメントの円筒13に、その軸方向に亘り巻回してあり、絶縁材12の外周に外周絶縁材14を巻回することにより固定してある。
【0018】
本実施例におけるコイル導体11は、図2に特にこの部分を抽出して示すように角形の銅パイプで形成してあり、冷却水を流通させるための通水孔となる中空部11aを有するものである。
【0019】
絶縁材12としては、エポキシ系レジン含浸ガラス繊維等のテープが好適である。また、外周絶縁材14は一般に樹脂を塗布したシートを複数回巻回して固化したものである。
【0020】
さらに、本実施例におけるコイル導体11は、w1 <w2 なる関係を有する幅狭と幅広の二種類の角銅パイプで構成してあり、幅広のものを中央部に、幅狭のものを両端部に、中心に対し左右対称となるように巻回してある。かくして、巻回密度が小さい中央部の疎巻き部Iの両側に巻回密度が大きい密巻き部IIが形成されるとともに、軸方向で隣接するコイル導体1間の間隔g3 はコイル全体に亘って同一になるように形成されている。
【0021】
円筒状のセラミックスリーブ15は、円筒13の内周に挿入してあり、この円筒13とともに耐熱絶縁材を構成する。このとき、セラミックスリーブ15はキャスタブルセメントの円筒13の割れ片の脱落防止をなす。
【0022】
温度センサ16はセラミックスリーブ15の温度を検出するもので、コイル導体11の幅の変化部位に挿入し、円筒13を貫通してその先端部がセラミックスリーブ15の外周面に相対向している。このときの温度センサ16はファイバ式放射線温度計を採用しており、したがって誘導障害を受けることはない。また、温度センサ16の挿入部分はコイル導体11の幅の変化部位における幅広,幅狭のコイル導体11の接続部の空間、若しくは幅広側に切欠きを設けることにより得られる空間で形成することができる。
【0023】
かかる誘導加熱コイル11は断面矩形のフレーム(図示せず)に収納されて誘導加熱炉の構成要素となるが、このとき押しネジ17a,17b,17c,17dでコイル導体11を絶縁材12とともに両端側から中央部に向けて押圧することによりコイル導体1間の隙間を除去して固定する。すなわち、押しネジ17a,17b,17c,17dはその一部分がフレーム側の雌ネジ部(図示せず)に螺合しており、これらを回転することにより先端が誘導加熱コイルの中心に向けて移動する。また、誘導加熱コイルはその円周方向に亘り等間隔に配設した複数個のジャッキボルト(図示せず)によりフレームに固定する。すなわち、各ジャッキボルトはフレーム側の雌ネジ部(図示せず)に螺合して径方向に移動可能となっており、その先端が外周絶縁材14の外周面に当接することにより当該誘導加熱コイルを支持するように構成してある。
【0024】
上記実施例によれば、誘導加熱コイルの中央部が疎巻き部I、両端部が密巻き部IIとなっており、しかも図5に示す従来技術に示すようにスペーサ6を必要としないため、被加熱物5は、図5の場合よりもさらに良好に均一に加熱される。同時にコイル導体1間のギャップg3 は一定となっているので冷却水による各部の冷却も均等に行なわれる。したがって、特定部分が集中的に劣化するということはない。
【0025】
なお、上記実施例において、コイル導体1は幅広と幅狭の二種類を用いたが、さらに被加熱物5の均一加熱を達成すべく三種類以上を組合せても良い。この場合でもより中央部がより幅広になるように組合せる。
【0026】
【発明の効果】
以上実施例とともに具体的に説明したように、本発明によれば、被加熱物の加熱の均一性を達成し得る。この際、誘導加熱コイルの特定部分の冷却が不充分になるということはなく、全体が均一に冷却されるので、特定部分の熱劣化という現象を生じることはなく、体積収縮等による隙間の発生ということもないのでコイル振動を低減し、同時に長寿命化も達成し得る。
【0027】
特に、絶縁材を薄くしてコイル導体の冷却水で絶縁部材を冷却することができるので、被加熱物からの熱影響を除去して機械的強度及び絶縁性も高く、長期に亘って保持し得る。
【0028】
温度センサは幅広,幅狭の境界部分に挿入したので均熱性を良好に保持し得、またセラミックスリーブにより円筒の割れ片脱落を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す縦断面図。
【図2】図1のコイル導体を絶縁材とともに抽出して示す斜視図。
【図3】従来技術に係る誘導加熱コイルを示す縦断面図。
【図4】図3に示す誘導加熱コイルの加熱による被加熱物の長手方向の温度分布を示す特性図。
【図5】従来技術に係る他の誘導加熱コイルを示す縦断面図。
【図6】図5に示す誘導加熱コイルの加熱による被加熱物の長手方向の温度分布を示す特性図。
【符号の説明】
11 コイル導体
11a 中空部
12 絶縁材
13 円筒
14 外周絶縁材
15 セラミックスリーブ
16 温度センサ
w1 ,w2 (コイル導体1の)幅
g3 (コイル導体1間の)間隔[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an induction heating coil, and is particularly useful when applied to a case where a long object to be heated, such as a shaft member or a pipe having a finite length, is heated statically.
[0002]
[Prior art]
Induction heating is a heating method of heating an object to be heated by passing an induction current through the object to be heated, which is a conductor inserted into the internal space, by a heating coil wound in a cylindrical shape.
[0003]
FIG. 3 shows an induction heating coil according to the prior art used for this induction heating. As shown in FIG. 1, the
[0004]
The object to be heated 5 is heated by passing a high-frequency current through the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the induction heating coil, in particular, when the object to be heated 5 is a long object such as a shaft member or a pipe having a finite length, and when the object is heated statically, the temperature distribution in the longitudinal direction of the object to be heated 5 As shown in FIG. 4, the distribution becomes convex in which the distribution is low at both ends and high at the center, and uniform heating cannot be performed. This induction heating coil shown in FIG. 3 is the spacing g 0 between the
[0006]
An induction heating coil as shown in FIG. 5 has been proposed to improve such uneven heating. As shown in the figure, in this induction heating coil, a
[0007]
However, in the induction heating coil shown in FIG. 5, a portion corresponding to the
[0008]
An object of the present invention is to provide an induction heating coil that can uniformly heat an object to be heated without using a special spacer or the like in view of the related art.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The structure of the first invention for achieving the above object is as follows.
In an induction heating coil configured by winding a coil conductor having an insulating material wound around the outer periphery thereof in the axial direction of a cylindrical heat-resistant insulating material,
The coil conductor has a hollow portion serving as a water passage hole for flowing cooling water,
Combine a plurality of types of coil conductors with different widths so that the winding density at the center is low, and the winding density on both the left and right sides with respect to the center in the axial direction is equal, The distance between the coil conductors is the same.
[0011]
The second invention is
The first invention is characterized in that a temperature sensor is embedded in a portion where the width of the coil conductor changes.
[0012]
The third invention is
In the first or second invention, the heat-resistant insulating material is characterized in that a cylindrical ceramic sleeve is inserted into the inner periphery of a cylindrical member of castable cement.
[0013]
[Action]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention of the said structure, a to-be-heated object can be uniformly heated so that a temperature distribution may become constant along the longitudinal direction.
[0014]
In particular, according to the second aspect , when measuring the coil temperature, this measurement can be performed without having the most influence on the uniformity of heating.
[0015]
According to the third invention, it is possible to prevent the broken pieces of the castable cement from falling off.
[0016]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an induction heating coil according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
[0018]
The
[0019]
As the
[0020]
Further, the
[0021]
The cylindrical
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
According to the above embodiment, the center portion of the induction heating coil is the loosely wound portion I, and both ends are the densely wound portion II, and furthermore, as shown in the prior art shown in FIG. The object to be heated 5 is heated even more uniformly than in the case of FIG. At the same time the gap g 3 between the
[0025]
In the above embodiment, two types of the
[0026]
【The invention's effect】
As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, uniformity of heating of the object to be heated can be achieved. At this time, the cooling of the specific portion of the induction heating coil does not become insufficient, and the entire portion is cooled uniformly, so that the phenomenon of thermal deterioration of the specific portion does not occur, and a gap due to volume shrinkage or the like is generated. Therefore, the coil vibration can be reduced, and at the same time, the life can be extended.
[0027]
In particular, since the insulating member can be thinned and the insulating member can be cooled with the cooling water of the coil conductor, the heat effect from the object to be heated is removed, the mechanical strength and the insulating property are high, and the insulating member is held for a long time. obtain.
[0028]
Since the temperature sensor is inserted at the boundary between the wide and the narrow, it is possible to maintain good heat uniformity, and it is also possible to prevent the cylindrical piece from falling off by the ceramic sleeve.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing the coil conductor of FIG. 1 together with an insulating material.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an induction heating coil according to the related art.
4 is a characteristic diagram showing a longitudinal temperature distribution of an object to be heated by heating an induction heating coil shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing another induction heating coil according to the related art.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a longitudinal temperature distribution of an object to be heated by heating the induction heating coil shown in FIG. 5;
[Explanation of symbols]
11 (between the coil conductors 1) the coil conductor 11a
Claims (3)
前記コイル導体が冷却水を流通させるための通水孔となる中空部を有するとともに、
中央部の巻回密度が小さく、しかも軸方向の中心に関する左右両側の巻回密度が等しくなるように、幅が異なる複数種類のコイル導体を組合せるとともに、絶縁材の厚さで規定される隣接するコイル導体間の間隔が同じになるように構成したことを特徴とする誘導加熱コイル。In an induction heating coil configured by winding a coil conductor having an insulating material wound around the outer periphery thereof in the axial direction of a cylindrical heat-resistant insulating material,
The coil conductor has a hollow portion serving as a water passage hole for flowing cooling water,
Combine a plurality of types of coil conductors with different widths so that the winding density at the center is low, and the winding density on both the left and right sides with respect to the center in the axial direction is equal, An induction heating coil characterized in that the intervals between coil conductors are the same.
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