JP3741768B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は均熱加熱する誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にビレットの加熱や、ロールの表面焼き入れ、炭素ブロックの黒鉛化処理など、被加熱材を均熱加熱する従来の誘導加熱装置としては、例えば図３に示すようにソレノイド状に巻回された複数の加熱コイル１ａ、１ｂ…１ｆを重ねて円筒状に配置し、これら各加熱コイル１ａ、１ｂ…１ｆを電源２に夫々並列に接続し、この重ね合わせて形成した円筒状コイル３の内側に被加熱材４をセットして誘導加熱するようになっている。
【０００３】
この場合、被加熱材４の長さは円筒状コイル３の全長より短く、上下両端の加熱コイル１ａ、１ｆは、被加熱材４の両端から外れて配置され、中間部の加熱コイル１ｂ…１ｅから発生する磁束だけが有効に被加熱材４と鎖交するようにセットする。このように両端の加熱コイル１ａ、１ｆを被加熱材４の両端から外して配置することにより、インピーダンスの違いから両端の加熱コイル１ａ、１ｆには中間の加熱コイル１ｂ…１ｅより大きな電流が流れて、強い磁束が発生し、被加熱材４の両端の放熱分を補うようにエッジ効果により局部的に加熱され、被加熱材４が全体として均熱加熱されるようになっている。
【０００４】
また従来の構造では、上下の加熱コイル１ａ、１ｆの端部から、被加熱材４の両端までの距離をＬ₁ 、Ｌ₂ とし、各加熱コイル１ａ、１ｂ…１ｆに流れる電流をＩ₁ 、Ｉ₂ 、Ｉ₃ 、Ｉ₄ 、Ｉ₅ 、Ｉ₆ とし全電流をＩ₀ とすると、Ｌ₁ ≒Ｌ₂ の条件では、Ｉ₁ ＝Ｉ₆ ＞Ｉ₂ 、Ｉ₃ 、Ｉ₄ 、Ｉ₅ Ｉ₂ ≒Ｉ₃ ≒Ｉ₄ ≒Ｉ₅ Ｉ₀ ＝Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ＋Ｉ₃ ＋Ｉ₄ ＋Ｉ₅ ＋Ｉ₆ なる関係が成立する。
【０００５】
しかしながら、被加熱材４が円筒状コイル３の内側で上下にずれてセットされるとＬ₁ ≠Ｌ₂ となり、両端の加熱コイル１ａ、１ｆを流れる大電流のバランスが崩れて、Ｉ₁ ≠Ｉ₆ となる。例えばＬ₁ ＜Ｌ₂ の場合、Ｉ₁ ＜Ｉ₆ となり上部の加熱コイル１ａを流れる電流Ｉ₁ が小さくなって発生する磁束も小さくなり、被加熱材４の上端のエッジ効果が少なくなって均熱加熱ができず、品質が不均一になる問題があった。また従来の構成では、各加熱コイル１ａ、１ｂ…１ｆが電源２に夫々並列に接続されているので接続構造が複雑となり、しかも大電力を流す時に接続部を流れる電流が大きくなり過ぎるため印加電力に限界があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記欠点を除去し、被加熱材が円筒状コイルの内側で中心から多少ずれてセットされても、被加熱材の両端をほぼ均一に局部加熱して全体として均熱加熱を行なって品質の均一化を図ると共に、構造を簡素化して、大電力印加を可能にした誘導加熱装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の誘導加熱装置は、被加熱材の両端を外れて配置された両端の加熱コイルを、被加熱材の外周に対向して配置された中間の加熱コイルの両側から挟むように分離して直列に接続し、この直列に接続された両端の加熱コイルと中間の加熱コイルを夫々電源に並列に接続したことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項１記載の誘導加熱装置は、両端の加熱コイルは上下に分離されて直列に接続されているので全体として１個のコイルと同様の作用をなし、発生する磁束の強さも等しくなる。このため被加熱材が円筒状コイル内の中心からずれてセットされても、両端の加熱コイルは直列に接続されているので、流れる電流は等しく、発生する磁束も同一となってエッジ効果が等しくなり、被加熱材の両端をほぼ均一に加熱することができる。
【０００９】
更に請求項２記載の誘導加熱装置は、中間の加熱コイルを複数個に分離し、これらを電源に並列に接続したことを特徴とするもので、これは中間の加熱コイルが分割されているので、コイルの管径を小さくできコイル巻き作業が容易である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図１を参照して詳細に説明する。円筒状コイル３は、ソレノイド状に巻回された上端の加熱コイル５ａと中間の加熱コイル６および下端の加熱コイル５ｂとを３段に重ねて形成されている。両端の加熱コイル５ａ、５ｂは上下に分離され、被加熱材４に対向して磁束Фが鎖交する中間の加熱コイル６を両側から挟むように上下に配置されて直列に接続されている。また直列に接続された両端の加熱コイル５ａ、５ｂと中間の加熱コイル６は夫々電源２に並列に接続されている。
【００１１】
この誘導加熱装置では、円筒状コイル３内に被加熱材４を挿入して、中間部の加熱コイル６と対向するように被加熱材４をセットし、両端の加熱コイル５ａ、５ｂは被加熱材４の両端から外れるように配置する。この状態で電源２から加熱コイル５ａ、５ｂ、６に交流電流を流すと、ここから磁束Фが発生し、この磁束Фが被加熱材４に鎖交して誘導電流が流れて加熱される。このとき被加熱材４の両端から外れて配置された両端の加熱コイル５ａ、５ｂは、中間の加熱コイル６よりインピーダンスが小さいので、大きな電流が流れて強い磁束Фが発生し、被加熱材４の両端の放熱分を補うようにエッジ効果により局部的に加熱され、被加熱材４が全体として均熱加熱されるようになっている。
【００１２】
また両端の加熱コイル５ａ、５ｂは直列に接続されているので１個の加熱コイルと同様の作用をなし、発生する磁束Фの強さも等しい。このため、被加熱材４が仮想線で示すように円筒状コイル３内の中心から上側にずれてセットされて、Ｌ₁ ≠Ｌ₂ となっても、両端の加熱コイル５ａ、５ｂは直列に接続されているので、流れる電流はＩ₁ ＝Ｉ₃ となり、同一の磁界となってエッジ効果が等しくなり、被加熱材４の両端をほぼ均一に加熱することができる。
【００１３】
また加熱温度は磁界の強さに比例し、この磁界の強さは電流とコイル巻数の積のアンペアーターン（Ａ・Ｎ）によって決まる。また同一磁束を発生させるためにはコイル電圧Ｖをコイル巻数Ｎで割ったＶ／Ｎを同一にすれば良い。したがって中間の加熱コイル６を、図３に示す従来の複数個の中間の加熱コイル１ｂ…１ｅと同一の磁界にするためにはＶ／Ｎを調整すれば良いので、中間の加熱コイル１ｂ…１ｅを夫々電源２に並列接続する煩雑な構造が不要となる。また大電力印加時には、Ｖ／Ｎを大きくすれば良いので、コイル巻数Ｎを増やさずにコイル電圧Ｖを上げることにより、コイル電流を増やさずに印加電力を上げることもできる。
【００１４】
図２は本発明の他の実施の形態を示すもので、両端の加熱コイル５ａ、５ｂに挟まれた中間の加熱コイルを２個の加熱コイル６ａ．６ｂに分割して、これらを電源２に並列に接続したものである。この場合、中間の加熱コイル６ａ．６ｂを２分割しているので、コイルの管径を小さくすることができ製造が容易である。
【００１５】
なお上記説明では両端の加熱コイル５ａ、５ｂと中間の加熱コイル６を縦方向に重ねた場合について示したが、横方向に重ねて横長に形成した構造でも良い。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る誘導加熱装置によれば、被加熱材の両端を外れて配置された両端の加熱コイルを、被加熱材の外周に対向して配置された中間の加熱コイルの両側から挟むように分離して直列に接続され、この両端の加熱コイルと中間の加熱コイルを夫々電源に並列に接続したので、被加熱材が円筒状コイルの内側に中心からずれてセットされても、両端の加熱コイルから発生する磁束は同一となり、被加熱材の両端をほぼ均一に加熱することができる。しかも従来のように複数の加熱コイルに分割して夫々電源に並列に接続した構造に比べて、接続部分の構造が簡素化され、大電力印加も容易に行なうことができ、ビレットの加熱や、ロールの表面焼入れ、炭素ブロックの黒鉛化処理などに広く適用することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による誘導加熱装置の概略構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態による誘導加熱装置の概略構成図である。
【図３】従来の誘導加熱装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ａ 加熱コイル
１ｂ 加熱コイル
１ｆ 加熱コイル
２ 電源
３ 円筒状コイル
４ 被加熱材
５ａ 加熱コイル
５ｂ 加熱コイル
６ 中間の加熱コイル

Claims (2)

1. 被加熱材の両端を外れて配置された両端の加熱コイルを、被加熱材の外周に対向して配置された中間の加熱コイルの両側から挟むように分離して直列に接続し、この直列に接続された両端の加熱コイルと中間の加熱コイルを夫々電源に並列に接続したことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 中間の加熱コイルを複数個に分離し、これらを電源に並列に接続したことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。

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