JP3693708B2 - 誘導発熱ローラ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、誘導発熱ローラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の熱処理用等に供される誘導発熱ローラ装置には、３相交流で誘導発熱駆動されるものがある。図６はその３相交流で誘導発熱駆動される誘導発熱ローラ装置の断面図を示すもので、ロール６１の中空内部に鉄心６２にコイル（誘導コイル）６３を巻回した電磁誘導機構６０を配置し、誘導コイル６３に交流の電源を印加して鉄心６２を励磁させ、その磁束により回転するロール６１の内周壁に電流を誘起させ、この電流によってロール６１をジュール発熱させるように構成されている。
【０００３】
この場合、電磁誘導機構６０は、３相交流を用いることから、各相毎に誘導コイル６３を形成して（図示の場合３個）ロール６１の軸方向に直列に配置し、各誘導コイル６３間に各々磁気的ループを形成するための磁性円板６４を挿入して構成されている。つまり、図示の場合３個の電磁誘導機構６０により構成されている。また、ロール６１の周壁の肉厚内部に多数の中空孔６５を設け、その内部に気液２相の熱媒体を減圧封入し、この熱媒体の蒸発潜熱による均熱作用で、ローラ６１の外側表面温度を均一化するようにしている。
【０００４】
ところで、このように構成されるこの種の誘導発熱ローラ装置では、各々の電磁誘導機構６０により発生する磁束によって、ロール６１の周壁内径部に発生する電流による発熱分布は各電磁誘導機構６０と対峙する中央部付近で最も高くなり、隣接の電磁誘導機構６０間と対峙する部分で低くなり、この発熱量の凹凸に応じて、ロール６１の表面温度に係わりなく、ロール６１の半径方向の熱膨脹差（サーマルクラウン）が発生することがある。すなわち、ロール６１の表面に凹凸が発生することがある。
【０００５】
この発熱分布の不均一を解消するために、多数の提案がなされており、なかでも特開平１−２６５４８６号公報において、誘導コイルをロールの軸方向に沿って細分化して多数の電磁誘導機構として配置し、それぞれに単相または３相電源に対して並列に接続することが提案されており、この提案は、サーマルクラウンの発生を防止することに寄与するものと考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、誘導コイルをロールの軸方向に沿って細分化、すなわち電磁誘導機構を細分化すると、各々の電磁誘導機構の長さと外径の比（Ｌ／Ｄ）が小さくなり、ロールとの磁気的結合が低下し、各電磁誘導機構間に磁性円板を装着して磁気的ループを構成したとしても隣接する電磁誘導機構に対して磁束が漏洩する。
【０００７】
特に大きな電気容量（換言すると大きな熱容量）を必要とするローラ装置では、通常図６に示すような構成をなし、３相交流で誘導発熱駆動されるものであり、この場合、隣接する電磁誘導機構間の漏洩磁束のため、主磁束と漏洩磁束とが相互干渉を起こし、力率の低下や力率のアンバランスが発生し、その結果、電気容量のアンバランスを生ずることになる。この電気容量のアンバランスは、またロール内周壁での発熱量のアンバランスにもつながり、発熱量の凹凸がサーマルクラウンとして発生することになる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされてもので、誘導発熱ローラ装置において、電磁誘導機構間の磁束の相互干渉を減じ、力率の低下やアンバランスを防止し、電気容量のアンバランスを減じて、ロールのサーマルクラウンを防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、表面部の肉厚内部に周方向適宜の間隔で、軸方向に延び内部に気液二相の熱媒体を減圧封入した複数のジャケット室を有するロールと、前記ロールの中空内部にあって前記ロールの軸方向に順次直列に配置された4個以上の複数の電磁誘導機構と、前記複数の電磁誘導機構に供給する４相以上の多相電源とからなるとともに、前記複数の電磁誘導機構の配置順と前記多相電源の相順とを一致させて前記複数の電磁誘導機構と前記多相電源とを、隣接する電磁誘導機構に印加する電源の位相角の差を９０度以下にして接続してなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置とすることによって達成することができる。
【００１０】
また、本発明の上記目的は、表面部の肉厚内部に周方向適宜の間隔で、軸方向に延び内部に気液二相の熱媒体を減圧封入した複数のジャケット室を有するロールと、前記ロールの中空内部にあって前記ロールの軸方向に順次直列に配置された4個以上の複数の電磁誘導機構と、前記複数の電磁誘導機構と同数の相を有する多相電源とからなるとともに、前記複数の電磁誘導機構の配置順と前記多相電源の相順とを一致させて前記複数の電磁誘導機構と前記多相電源とを、隣接する電磁誘導機構に印加する電源の位相角の差を９０度以下にして接続してなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置とすることによって達成することができる。
【００１１】
【作用】
本発明の上記構成は、主磁束と漏洩磁束とが相互干渉を起こし、発熱量のアンバランスを発生する原因が、隣接する電磁誘導機構に印加する電源の位相角の差に依存し、隣接する電磁誘導機構に印加する電源の位相角の差を９０度以下にすると、その差を小さくするほど主磁束と漏洩磁束の相互干渉があったとしても、そのベクトル和は小さくならず、これにより発熱量のアンバランスの発生が抑制されることを究明した結果に基づくものである。
【００１２】
したがって、本発明の上記構成によれば、複数の電磁誘導機構の配置順にみて、各電磁誘導発熱機構が発生する磁束の位相差は、励磁電源の位相差と同一であるため、４相以上の多相電源であれば、その位相角差は９０度以下となり、隣接する電磁誘導機構間で主磁束と漏洩磁束の相互干渉があったとしても、そのベクトル和は小さくならず、特に電源の相数が増加すればするほど、漏洩磁束の影響度は少なくなり、換言するとベクトル和の変化量が小さくなり、力率の低下やアンバランスが低減され、電気容量のアンバランスも小さくでき、ローラ表面のサーマルクラウンの発生も低減される。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図１ないし図５を参照して説明する。図１は、本発明の実施例の誘導発熱ローラ装置の断面図、図２は、図１の誘導発熱ローラ装置の横断面概略図、図３は、電磁誘導機構が形成する閉磁路を示す断面図、図４は、図１の誘導発熱ローラ装置に適用する電源回路図、図５は、図１の誘導発熱ローラ装置の電磁誘導機構の線番号を示す図である。
【００１４】
図１ないし図３において、１は外表面に被加熱物を当接して加熱するロールで、架台４の軸受５によって回転可能に支持されている。そして図示しない適当な回転源によって回転されるようになっている。
【００１５】
ロール１の表面部の肉厚内部には、軸方向にロール１の幅に跨って連通するジャケット室３が形成され、このジャケット室３はロール１の周方向に適宜の間隔を設けて複数形成され、各ジャケット室３はそれぞれ独立であっても良いが、この実施例では、図示していないが適宜例えば２本置きに互いに連通するように形成されている。また、各ジャケット室３には、図示していないが気液２相の熱媒体が減圧封入されている。
【００１６】
ロール１の中空内部には、複数（この実施例では１２個）の誘導コイル２がロール１の軸方向に間に磁性円板９を挾んで順次直列に配置され、各誘導コイル２を単位としてこの実施例では１２個の電磁誘導機構７が配置されて軸受８によって支持されている。
【００１７】
１０は、各電磁誘導機構７に電力を供給する電源供給用リード線で、この電源供給用リード線１０は、各電磁誘導機構７のそれぞれから個別に導出され、電磁誘導機構７の配置順が明確にわかるよう、図５に示すように線番号が付されている。図５は、図１の誘導コイル２を端部例えば右端から順次取り出して並べたものを示していて、各誘導コイル２の両端から引き出された電源供給用リード線のそれぞれに図示のような番号が付されている。
【００１８】
そして、各誘導コイル２の両端から引き出された電源供給用リード線のそれぞれに誘導コイル２の配置順、すなわち電磁誘導機構７の配置順に所定の位相角の差（この実施例では３０度）を有する多相の電源の相順にしたがって接続される。その接続は、多相電源の相順と電源供給用リード線に付されている線番号とを照らして行う。
【００１９】
この実施例では、電磁誘導機構７を１２個有するので、３０度の位相角の差を有する１２相の電源が必要となるが、１２相の電源は、例えばＵ、Ｖ、Ｗ相の３相の電源から、図４に示す結線を有する変圧器を介して容易に得ることができる。
【００２０】
この結線では、変圧器の端子のそれぞれからｕ１ｖ１（位相角０度）、ｕ３ｖ３（位相角３０度）、ｗ２ｕ２（位相角６０度）、ｗ４ｕ４（位相角９０度）、ｖ１ｗ１（位相角１２０度）、ｖ３ｗ３（位相角１５０度）、ｕ２ｖ２（位相角１８０度）、ｕ４ｖ４（位相角２１０度）、ｗ１ｕ１（位相角２４０度）、ｗ３ｕ３（位相角２７０度）、ｖ２ｗ２（位相角３００度）、ｖ４ｗ４（位相角３３０度）の電源が得られる。この電源と、図５に示す誘導コイル２の電源供給用リード線番号とは、ｕ１ｖ１（１１−１２）、ｕ３ｖ３（２１−２２）、ｗ２ｕ２（３１−３２）、ｗ４ｕ４（４１−４２）、ｖ１ｗ１（５１−５２）、ｖ３ｗ３（６１−６２）、ｕ２ｖ２（７１−７２）、ｕ４ｖ４（８１−８２）、ｗ１ｕ１（９１−９２）、ｗ３ｕ３（１０１−１０２）、ｖ２ｗ２（１１１−１１２）、ｖ４ｗ４（１２１−１２２）と接続される。なお、括弧内が線番号である。
【００２１】
このようにして、電磁誘導機構７に電源が接続されて電力が供給されると、各電磁誘導機構７は、図３の一点鎖線で示すようにそれぞれ誘導コイル２の回りに交番磁束を発生する。この交番磁束は、磁性円板９を介してロール１の内周壁を流れ、ロール１にこの交番磁束と交叉する電流（誘導電流）がロール１の周方向に発生し、この電流によるジュール熱によりロール１は発熱する。
【００２２】
この場合、隣接する電磁誘導機構７が発生する磁束の位相角の差が３０度と小さく、したがって、隣接する電磁誘導機構７の両者により発生する磁束が相互に干渉することが殆どなくなり、磁束の相互干渉により発生する力率の低下や力率のアンバランスが抑制される。
【００２３】
また、ロール１の誘導電流による発熱は、ジャケット室３に減圧封入されている気液２相の熱媒体を加熱し、この加熱によって気液２相の熱媒体１２は気化、蒸発し、これによって発生した蒸気は、ジャケット室３内を適宜に移動し低温状態にあるジャケット室１の内壁に触れて凝縮する。その時潜熱を放出してその部の温度を上昇させる。また、凝縮した熱媒体は再び液相部に戻り、以下これを繰り返し、ロール１の表面全域に亘って均一の温度分布が得られる。
【００２４】
なお、この実施例では、電磁誘導機構を１２個に細分化し、細分化した電磁誘導機構と同数の１２相の多相電源を用いてこの電源の相順と各電磁誘導機構の配列順と合わせてあるが、例えば電源を４相にして相順を繰り返し接続しても同様の作用効果を享受することができる。すなわち、隣接する電磁誘導機構間の位相差が９０度以内にすると同様の作用効果を享受することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、複数の電磁誘導機構の配置順にみて、各電磁誘導機構が発生する磁束の位相差は、励磁電源の位相差と同一であるため、４相以上の多相電源であれば、その位相角差は９０度以下となり、隣接する電磁誘導機構間で主磁束と漏洩磁束の相互干渉があったとしても、そのベクトル和は小さくならず、特に電源の相数が増加すればするほど、漏洩磁束の影響度は少なくなり、換言するとベクトル和の変化量が小さくなり、力率の低下やアンバランスが低減され、電気容量のアンバランスも小さくでき、ローラ表面のサーマルクラウンの発生も低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の誘導発熱ローラ装置の縦断面図である。
【図２】図１の誘導発熱ローラ装置の横断面概略図である。
【図３】電磁誘導機構が形成する閉磁路を示す断面図である。
【図４】図１の誘導発熱ローラ装置に適用する電源の例を示す回路図である。
【図５】図１の誘導発熱ローラ装置の電磁誘導機構の線番号を示す図である。
【図６】従来の誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【符号の説明】
１ ロール
２ 誘導コイル
３ ジャケット室
４ 架台
５、８ 軸受
７ 電磁誘導機構
９ 磁性円板
１０ 電源供給用リード線

Claims (2)

1. 表面部の肉厚内部に周方向適宜の間隔で、軸方向に延び内部に気液二相の熱媒体を減圧封入した複数のジャケット室を有するロールと、前記ロールの中空内部にあって前記ロールの軸方向に順次直列に配置された4個以上の複数の電磁誘導機構と、前記複数の電磁誘導機構に供給する４相以上の多相電源とからなるとともに、前記複数の電磁誘導機構の配置順と前記多相電源の相順とを一致させて前記複数の電磁誘導機構と前記多相電源とを、隣接する電磁誘導機構に印加する電源の位相角の差を９０度以下にして接続してなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置。
2. 表面部の肉厚内部に周方向適宜の間隔で、軸方向に延び内部に気液二相の熱媒体を減圧封入した複数のジャケット室を有するロールと、前記ロールの中空内部にあって前記ロールの軸方向に順次直列に配置された4個以上の複数の電磁誘導機構と、前記複数の電磁誘導機構と同数の相を有する多相電源とからなるとともに、前記複数の電磁誘導機構の配置順と前記多相電源の相順とを一致させて前記複数の電磁誘導機構と前記多相電源とを、隣接する電磁誘導機構に印加する電源の位相角の差を９０度以下にして接続してなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置。

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