JP4176276B2 - 誘導発熱ローラ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導発熱ローラ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように誘導発熱ロール装置は、回転するロールの内部に、鉄心と、これに巻装された誘導コイルとからなる誘導発熱機構を備えている。この構成の一例を図6によって説明すると、1はロールで、架台2に対して軸受3によって回転可能に支持され、図示しない回転源によって回転駆動される。4はロール1の肉厚部分に形成されてあるジャケット室で、内部に気液二相の熱媒体が封入されてある。
【0003】
ロール1の中空内部には、複数の誘導コイル5とこれが巻装されてある鉄心6とによって誘導発熱機構7が構成されてある。8は各誘導コイル間に介在している磁性円板、9は誘導発熱機構7を支持する支持ロッドで、これは軸受10を介してロール1に連なるジャーナル11の内部に支持されている。12は誘導コイル5のリード線で、支持ロッド9内を通って外部に導出され、外部の交流電源に接続されている。
【0004】
ところで誘導コイルの励磁に三相電源を利用することが行われている。これは三相電源が身近にあることに基づくものであるが、周知のように三相電源のU,V,W相の相電圧の位相差120度であるから、誘導コイルを3個用意し、そのそれぞれに前記相電圧のそれぞれを印加するとき、隣合う誘導コイルの間に対峠するロールの2個所において他の個所よりも表面温度が低くなることが知られている。
【0005】
この温度低下を減少させるためには、隣合う誘導コイルに印加される電圧の位相差を小さくすればよいことに着目し、三相電圧を一次電圧とし、4相以上の多相の二次電圧を発生する多相変圧器を用意し、この二次電圧のそれぞれを、4個以上用意された誘導コイルのそれぞれに印加するようにした構成が、既に提案されている(特開平9−7754号公報参照。)。
【0006】
これによれば、隣合う誘導コイルに印加される電圧の位相差は120度より小さくすることができるので、三相電圧をそのまま誘導コイルに印加する場合よりも、ロール表面における局部的な温度低下を減少させることができる。しかしこの構成では多相変圧器を使用する必要があるので、製作費が高騰し、また多相変圧器を設置するための据付場所も必要となる欠点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、三相電源を電源とし、ロールの中空内部に配置される複数の誘導コイルのうちの隣合う誘導コイルのそれぞれに、互いに位相差が小さい多相の交流電圧のそれぞれを印加するにあたり、多相変圧器を使用することなく、誘導コイル同志の接続のみによって、三相電源から位相差の小さい交流電圧の印加を可能にすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転するロールと、前記ロールの中空内部にあって、ロールの軸方向に沿って順次直列に並んで配置された誘導発熱機構のための6(N+1)(ただしNは1以上の整数)個の誘導コイルを、前記誘導コイルを励磁する三相電源とからなり、前記誘導コイルを、三相電源の線路電圧により励磁されるデルタ結線された第1のグループの誘導コイルと、相回転方向に沿って前記第1のグループの各誘導コイルの間に配置されてあって、三相電源の電圧を180度移相した電圧により励磁されるデルタ結線された第2のグループの誘導コイルと、第1および第2のグループの誘導コイルの間に配置される第3および第4のデルタ結線されたグループの誘導コイルとに分ち、第3および第4のグループの誘導コイルには、相回転方向に沿って隣合う他の誘導コイルの励磁電圧に対して60度/(N+1)の位相差をもつように、前記第1および第2のグループの誘導コイルの分電圧を合成した電圧によって励磁することを特徴とする。
【0009】
すべての誘導コイルには、順次60度/(N+1)の位相差の電圧が印加されるので、多相変圧器の二次電圧をそれぞれ印加したのと同じことになる。そしてそのために誘導コイル同志の接続のみによって実施しているので、多相変圧器を必要とはしない。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の実施態様を図によって説明する。図6に示すように誘導コイル5を12個用意し、これをデルタ結線した場合、隣合う誘導コイルに印加される電圧の位相差は、本発明においては30度となる。この場合の三相電源に対する誘導コイルの接続関係を示したのが図1である。
【0011】
図1において、A1〜A3は、U,V,W相の三相電源の各相間にデルタ結線されてある、第1のグループの誘導コイル、B1〜B3は、同じ三相電源から取り出されてあり、U,V,W相の電圧に対して180度移相された電圧が取り出されるように、U,V,Wの各相に接続された相であるX,Y,Z相の各相間に接続されてある、第2のグループの誘導コイルである。
【0012】
C1〜C3は、第1のグループの誘導コイルのうちの隣合う誘導コイル間に接続されている第3のグループの誘導コイル、D1〜D3は、第2のグループの誘導コイルのうちの隣合う誘導コイル間に接続されている第4のグループの誘導コイルである。
【0013】
これを詳細に説明すると、誘導コイルC1は、誘導コイルA1,A2のタップu,v間に、誘導コイルC2は、誘導コイルA2,A3のタップv,w間に、誘導コイルC3は、誘導コイルA3,A1のタップw,u間にそれぞれ接続されている。同様に、誘導コイルD1は、誘導コイルB1,B2のタップx,y間に、誘導コイルD2は、誘導コイルB2,B3のタップy,z間に、誘導コイルD3は、誘導コイルB3,B1のタップz,x間にそれぞれ接続されている。
【0014】
このように接続された第3および第4の各誘導コイルには、これが接続されている第1および第2の誘導コイルの分電圧を合成した電圧が印加される。この場合この合成印加電圧により、隣合う誘導コイルに印加される電圧の位相差が30度となるように、タップu,v,w,x,y,zを設定する。図1に示す結線図についての地形図を示したのが図2であり、またこれを三角形UVWと、三角形XYZとについて分離し、位相差をθとして一般的に示したのが図3であり、更に位相差θを30度として示したのが図4である。
【0015】
これらから理解されるように、三角形UVWにおいて、UVに対するuvの傾角、VWに対するvwの傾角、WUに対するwuの傾角はそれぞれ30度となるし、同様に三角形XYZにおいて、XYに対するxyの傾角、YZに対するyzの傾角、ZXに対するzxの傾角もそれぞれ30度となる。
【0016】
したがって、誘導コイルA1,C1,B3,D3,A2,C2,B1,D1,A3,C3,B2,D2を、図5に示す順序で、ロール1の中空内部に並べておいて、その並べた順番どおりにUV間,uv間,ZX間,zx間,VW間,vw間,XY間,xy間,WU間,wu間,YZ間,yz間の各電圧を印加すれば、隣合う誘導コイルの印加電圧の位相差は30度となる。なおこの順序の始発点はどこであってもよく、また順序の向きは逆であってもよい。
【0017】
ここでU,V,W相の線間電圧をEとし、Uu間の電圧をE1、uV間の電圧をE2、uv間の電圧をE3とすると、
E=E1+E2
E1=E2sin30°
であるから、
E1=E/3
E2=2E/3
また
E3=E2cos30°
=(2E/3)×cos30°
【0018】
すなわち誘導コイルA1に印加される電圧Eに対して、タップu,vの位置を選定して前記電圧E1,E2,E3が各誘導コイルに印加されるようにすれば、誘導コイルA1,C1に印加される電圧の位相差が30度となる。他の誘導コイルについても全く同様にして、各タップw,x,y,zの位置を選定すれば、隣合う誘導コイルに印加される電圧の位相差は30度となる。なお各誘導コイルによるロール1の加熱温度がすべて同じとなるように、各誘導コイルのロール面長当りのアンペアターンが同じとなるように、たとえば巻数、コイル幅、抵抗などが設定されてある。
【0019】
図7〜図9は、Nを3とした場合の構成について示している。したがって誘導コイルの数は24個、隣合う誘導コイルにおける電圧の位相差が15度となる構成である。U,V,W相ならびにX,Y,Z相については図1の場合と同じである。図4に対応する図7の地形図にも示してあるように、各誘導コイルA1〜A3およびB1〜B3にはタップu1〜u3,v1〜v3,w1〜w3,x1〜x3,y1〜y3,z1〜z3が引き出されている。
【0020】
そして三角形UVWにおいて、UVに対するu1v1の傾角、VWに対するv1w1の傾角、WUに対するwuの傾角はそれぞれ−15度、UVに対するu2v2の傾角、VWに対するv2w2の傾角、WUに対するw2u2の傾角はそれぞれ15度、UVに対するu3v3の傾角、VWに対するv3w3の傾角、WUに対するw3u3の傾角はそれぞれ30度となるようにする。
【0021】
同様に三角形XYZにおいて、XYに対するx1y1の傾角、YZに対するy1z1の傾角、ZXに対するz1x1の傾角を−15度、XYに対するx2y2の傾角、YZに対するy2z2の傾角、ZXに対するz2x2の傾角を15度、XYに対するx3y3の傾角、YZに対するy3z3の傾角、ZXに対するz3x3の傾角を30度となるようにする。
【0022】
第1のグループの誘導コイルA1〜A3ならびに第2のグループの誘導コイルB1〜B3はUVW相の相間ならびにXYZ相の相間に接続される。第3のグループは三つのグループからなり、そのうちの最初のグループの誘導コイルC1〜C3は、u3v3間、v3w3間、w3u3間に接続され、次のグループの誘導コイルC21〜C23は、u2v2間、v2w2間、w2u2間に接続され、次のグループの誘導コイルC31〜C33は、u1v1間、v1w1間、w1u1間に接続される。
【0023】
第4のグループも三つのグループからなり、そのうちの最初のグループの誘導コイルD1〜D3は、x3y3間、y3z3間、z3x3間に接続され、次のグループの誘導コイルD21〜D23は、x1y1間、y1z1間、z1x1間に接続され、次のグループの誘導コイルD31〜D33は、x2y2間、y2z2間、z2x2間に接続される。
【0024】
この24個の誘導コイルを、図9に示すように誘導コイルC31から誘導コイルD2の順序でロール1の中空内部に並べておいて、その並べた順番どおりに、各誘導コイルに図8に示すタップ間の電圧を印加すれば、隣合う誘導コイルの印加電圧の位相差は15度となる。なおこの順序の始発点はどこであってもよく、また順序の向きは逆であってもよい。
【0025】
ここでU,V,W相の線間電圧をEとし、U−u3間の電圧をE1、u3−V間の電圧をE2とすると、
E=E1+E2
E1=E2×sin30°
であるから、
E1=E/3
E2=2E/3
である。またu3−v3間の電圧をE3とすれば、
E3=2Ecos30°/3
となる。
【0026】
またU−u1間、U−v1間およびu1−v1間の各電圧をE4,E5,E6とすれば、正弦定理から、
E4/sin15°=E5/sin105°=E6/sin60°
ここで
E5=E−E4
であるから、
E4/sin15°=(E−E4)/sin105°
これを整理すれば、
E4=Esin15°/(2sin60°cos45°)
同様に、
E5=Esin105°/(2sin60°cos45°)
E6=E/(2cos45°)
【0027】
すなわち誘導コイルA1に印加される電圧Eに対して、各タップu,vの位置を選定して前記電圧E1〜E6を設定すれば、誘導コイルに印加される電圧の位相差が15度となる。他の誘導コイルについても全く同様にして、各タップw,x,y,zの位置を選定すれば、隣合う誘導コイルに印加される電圧の位相差は15度となる。なお各誘導コイルによるロール1の加熱温度がすべて同じとなるように、各誘導コイルのロール面長当りのアンペアターンが同じとなるように、たとえば巻数、コイル幅、抵抗などが設定されてある。
【0028】
以上述べた例はNが1および3であり、したがって隣合う誘導コイルの電圧の位相差が30度および15度となる構成であったが、これに限られるものではなく、Nが1以上の整数であれば適用できることはいうまでもない。たとえばNが2であれば、誘導コイル数は18、位相差を20度とすることができる。
【0029】
次に誘導コイルを三相電源に対してスター結線とした場合の実施態様を説明する。これはスター結線(中性点をNeする。)された3(N+1)個の誘導コイルを使用する。図10に示すように、三相電源のUVW相に第1のグループの誘導コイルを接続し、この相に対して180度移相して得られるXYZ相に、第2のグループの誘導コイルを接続する。第1のグループの誘導コイルの間に第2のグループの誘導コイルを配置する。
【0030】
このように並べられた第1および第2の誘導コイルの間に、第3のグループの誘導コイルを配置する。この誘導コイルには隣の第1または第2の誘導コイルに印加される電圧に対して位相差がθ{=360°/3(N+1)}の電圧を印加する。Nを3とし、したがつて誘導コイルの数を12とし、および位相差θを30度とした場合の地形図を図11に示す。
【0031】
第3のグループの誘導コイルに印加される電圧Ne−u,Ne−z,Ne−v,Ne−x,Ne−w,Ne−yは、隣合う第1および第2のグループの誘導コイルに印加される電圧の中間点と中性点Neとの間の電圧と第1および第2のグループの誘導コイルに重ね巻きした補助コイルの電圧とを合成した電圧として求められる。この中間点をU1,Z1,V1,X1,W1,Y1とすれば、NeとU1との間の電圧に対して、U1とuとの間の電圧の位相差は60度となる。
【0032】
図12に12個の誘導コイルをローラの内部に並べて配置する場合において、その順序どおりに並べた結線状態を示す。A1〜A3は第1のグループの誘導コイル、B1〜B3は第2のグループの誘導コイル、C11〜C13およびC21〜C23は第3のグループの誘導コイルである。ここでは補助コイルS11〜S13およびS21〜S23を用意する。
【0033】
補助コイルS11〜S13は誘導コイルA1〜A3に、補助コイルS21〜S23は誘導コイルB1〜B3にそれぞれ重ね巻きされ、それぞれ同相の電圧が誘起される。このため誘導コイルC11〜C13およびC21〜C23には、これに隣合う第1または第2のグループの誘導コイルに印加される電圧に対して30度の位相差の合成された電圧が印加されるようになる。
【0034】
ここで三相入力電圧をE,U−Ne間の電圧をE1,U−U1の電圧をE2,U1−Ne間の電圧をE3,u−Ne間の電圧をE4とすれば、
E1=E2+E3=E4=E/√3
u−U1間の電圧をE5とすれば、
E3=E5=E4/(2cos30°)=E/(2√3cos30°)
また
E2={1−(1/2cos30°)}×E/√3
他の相においても同様である。したがってこれらの電圧の値を満足するようなU1,Z1,V1,X1,W1,Y1の位置を設定すればよい。
【0035】
本発明の更に別の実施態様を説明する。これはスター結線された三つの相のうちの一つの相の電圧を180度移相し、それぞれ位相差が60度の三個の電圧を得る。更に相回転方向に沿って隣合う相の電圧を合成して、互いに位相差θが
θ=180°/{3(N+1)}
となる電圧を得るようにしてある。
【0036】
図13はその構成のための地形図を示し、スター接続されているUVW相の三相において、そのうちの一相、図の例ではW相を反転することにより180度移相して−W相とする。そして各相に誘導コイルA1,A2,A3を接続し、相回転方向に沿って配列する。また相回転方向に沿って隣合うU−(−W)間、(−W)−V間、V−U間に誘導コイルB1,B2,B3を配置し、これも相回転方向に沿って配列する。
【0037】
そして誘導コイルB1,B2,B3には、隣合う他の誘導コイルの分電圧を合成して得た、位相差θが180°/{3(N+1)}の電圧を加える。図12,図13は位相差θを30度とした例を示すもので、したがってここでは、6個の誘導コイルを使用している。
【0038】
この構成において入力電圧をE,中性点Neと、各U,u,−W,−w,V,vの間の電圧をE1とすれば、中性点NeとU1との間の電圧E2は
E2=E1/2cos30°=E/(2√3cos30°)
電圧E2はuとU1との間の電圧にも等しい。
またUとU1との間の電圧をE3とすれば、
E3=E1−E2=E{1−1/(2cos30°}/√3
これらの電圧を満足するU1,V1,W1の位置を設定すればよい。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ロール内に順次直列に配列される複数の誘導コイルを三相電源を利用して励磁するにあたり、隣合う誘導コイルの励磁電圧の位相差を60度未満とするのに、誘導コイル間で合成された電圧を利用しているので、従来のような多相変圧器を使用する必要はなくなり、したがって構成が簡単となり、かつ多相変圧器のための据付個所も不要となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施態様を示す配線図である。
【図2】図1における地形図である。
【図3】図2を分離して示した地形図である。
【図4】図2における位相差を30度とした地形図ある。
【図5】図1の誘導コイルを相回転方向に沿って並べた配線図である。
【図6】誘導発熱ロール装置の断面図である。
【図7】位相差を15度とした地形図である。
【図8】位相差を15度とした場合の配線図である。
【図9】図8の誘導コイルを相回転方向に沿って並べた配線図である。
【図10】本発明の他の実施態様を示した地形図である。
【図11】図10における位相差を30度とした場合の地形図である。
【図12】図10における誘導コイルを相回転方向に沿って並べた配線図である。
【図13】本発明の他の実施態様を示した地形図である。
【図14】図13における誘導コイルを相回転方向に沿って並べた配線図である。
【符号の説明】
1 ロール
7 誘導発熱機構
A1〜A6 第1のグループの誘導コイル
B1〜B3 第2のグループの誘導コイル
C1〜C1 第3のグループの誘導コイル
D1〜D3 第4のグループの誘導コイル
U,V,W 三相電源
X,Y,Z 180度移相された電圧線路
Claims (3)
- 回転するロールと、前記ロールの中空内部にあって、前記ロールの軸方向に沿って順次直列に並んで配置された誘導発熱機構のための6(N+1)(ただしNは1以上の整数)個の誘導コイルと、前記誘導コイルを励磁する三相電源とからなり、前記誘導コイルを、前記三相電源の線路電圧により励磁されるデルタ結線された第1のグループの誘導コイルと、相回転方向に沿って前記第1のグループの各誘導コイルの間に配置されてあって、前記三相電源の電圧を180度移相した電圧により励磁されるデルタ結線された第2のグループの誘導コイルと、前記第1および第2のグループの誘導コイルの間に配置される第3および第4のデルタ結線されたグループの誘導コイルとに分ち、前記第3および第4のグループの誘導コイルには、相回転方向に沿って隣合う他の誘導コイルの励磁電圧に対して60度/(N+1)の位相差をもつように、前記第1および第2のグループの誘導コイルの分電圧を合成した電圧によって励磁してなる誘導発熱ローラ装置。
- 回転するロールと、前記ロールの中空内部にあって、前記ロールの軸方向に沿って順次直列に並んで配置された誘導発熱機構のための3(N+3)(ただしNは1以上の整数)個の誘導コイルと、前記誘導コイルを励磁する三相電源とからなり、前記誘導コイルを、前記三相電源の線路電圧により励磁されるスター結線された第1のグループの誘導コイルと、相回転方向に沿って前記第1のグループの各誘導コイルの間に配置されてあって、前記三相電源の電圧を180度移相した電圧により励磁されるスター結線された第2のグループの誘導コイルと、前記第1および第2のグループの誘導コイルの間に配置される第3および第4のスター結線されたグループの誘導コイルとに分ち、前記第3および第4のグループの誘導コイルには、相回転方向に沿って隣合う他の誘導コイルの励磁電圧に対して360度/{3(N+3)}の位相差をもつように、前記第1および第2のグループの誘導コイルの分電圧を合成した電圧によって励磁してなる誘導発熱ローラ装置。
- 回転するロールと、前記ロールの中空内部にあって、前記ロールの軸方向に沿って順次直列に並んで配置された誘導発熱機構のための3(N+1)(ただしNは1以上の整数)個の誘導コイルと、前記誘導コイルを励磁する三相電源とからなり、前記誘導コイルを、スター結線されてあって、前記三相電源のうちの二相の間の電圧により励磁される第1のグループの誘導コイルと、相回転方向に沿って前記第1のグループの誘導コイルの間に配置されあって、前記三相電源のうちの他の一相の線路電圧を180度移相した電圧により励磁される第2のグループの誘導コイルと、前記第1及び第2のグループの誘導コイル間に配置される第3のグループのスター結線された誘導コイルとに分ち、前記第3のグループの誘導コイルには、相回転方向に沿って隣合う他の誘導コイルの励磁電圧に対して、180度/{3(N+1)}の位相差をもつように、前記第1および第2のグループの誘導コイルの分電圧を合成した電圧によって励磁してなる誘導発熱ローラ装置。
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