JP4275305B2 - 誘導発熱ローラ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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ラ装置は、回転するローラの内部に、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８によって説明すると、１はローラで、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はローラ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】
ローラ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を介してローラ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は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ラの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、ローラ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】
これを解決するために、本発明者により図１５に示すような構成がさきに提案された。これは誘導コイル５を１２個用意し、これを４個のグループに分ける。第１のグループの３個の誘導コイルｍ、ｄ、ｈは、三相電源のＵ，Ｖ，Ｗ相の各タップｕ，ｖ，ｗ間にデルタ結線され、第２のグループの３個の誘導コイルａ，ｅ，ｉは、同じくタップｕ，ｖ，ｗ間にスター結線される。第３のグループの３個の誘導コイルｂ，ｆ，ｊは、三相電源のＵ，Ｖ，Ｗ相の電圧を１８０度移相した三相電圧の各タップｘ，ｙ，ｚ間にデルタ結線され、第４のグループの３個の誘導コイルｃ，ｇ，ｋは、同じくタップｘ，ｙ，ｚ間にスター結線される。なおＮ１，Ｎ２はスター結線の中性点である。
【０００８】
このような接続関係においては、第１および第２のグループの各誘導コイルに印加される電圧の位相差はそれぞれ１２０度であるが、第１および第２のグループの各誘導コイルは共通のタップｕ，ｖ．ｗに接続されているので、誘導コイルｍ，ａに印加される電圧の位相差は３０度となる。以下同様に同じタップに接続されている第１及び第２のグループの誘導コイルに印加される電圧の位相差は、それぞれ３０度となる。第３および第４のグループの誘導コイルについても同じことが言える。各誘導コイルの印加電圧の位相差の関係を示したのが図１６の地形図である。
【０００９】
したがって例えば、誘導コイルａ〜ｍ、ａ〜ｆあるいはａ〜ｋをローラ１の内部に順次並べて、三相電圧で励磁したとすると、隣合う誘導コイルの励磁電圧の位相差は３０度となる。これにより従来構成よりも隣合う誘導コイルの励磁電圧の位相差を小さくすることができ、したがつて隣合う誘導コイルの間に対峠するローラ１の表面温度の低下を抑制することができる。しかしこの位相差が３０度よりも更に小さければ、前記した表面温度の低下はさらに抑制される。
【００１０】
【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、ローラの中空内部に配置される複数の誘導コイルを励磁するに当り、隣合う誘導コイルの励磁電圧の位相差を、３０度よりも小さくすることを可能とし、これにより隣合うローラの間に対峠するローラの表面温度の低下をさらに抑制することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転するローラと、前記ローラの中空内部にあって、前記ローラの軸方向に沿って順次並んで配置された誘導発熱機構のための複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、前記三相電源の位相を変換する位相変換変圧器とからなり、前記誘導コイルを、デルタ結線される誘導コイルとスター結線される誘導コイルとによって、印加される電圧の位相差がそれぞれ３０度となる複数の誘導コイルを１グループとするｎ個（ｎは２以上の数であって、３０を割り切ることができる数）のグループに分ち、前記各グループの誘導コイルを、前記三相電源および前記位相変換変圧器に接続することによって位相差が順次３０／ｎ度ずつずれた電圧により順次励磁するようにし、前記ひとつのグループの各誘導コイルの相回転方向に沿う隣りに順次次のグループの各誘導コイルを並べて配置したことを特徴とする。
【００１２】
第１のグループの１番目の誘導コイルの隣り（相回転方向に沿う隣り。以下同様。）には、第２のグループの１番目の誘導コイルが並べられる。すなわち各グループの第１番目の誘導コイルは順次隣合うようにして並べられる。最後のグループの第１番目の誘導コイルの隣には、第１のグループの２番目の誘導コイルを並べる。更にその隣りに第２のグループの２番目の誘導コイルが並べられる。以下同様にして各グループのすべての誘導コイルを順番に並べる。
【００１３】
このように各誘導コイルを並べた場合は、同一グループの誘導コイルに印加される電圧の位相差は３０度である。そして前記のように誘導コイルを並べたときは、隣合う別のグループの誘導コイルに印加される電圧の位相差は３０／ｎ度となる。例えば２グループとした場合は１５度、３グループとした場合は１０度となる。このようにして３０度より小さい位相差の電圧をもって隣合う誘導コイルを励磁することが可能となる。
【００１４】
【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１５に示す１２個の誘導コイルを対象とし、これから隣合う誘導コイルの位相差が３０度となる６個の誘導コイルａ〜ｆを選ぶ。選ばれた誘導コイルの接続図を示したのが図２である。これを整理すると、図３のように示すことができる。またこの６個の誘導コイルをローラ１の内部に相方向に沿って配置して示したのが図４である。この図３，図４に示す接続構成を基本構成（１グループ）とする。
【００１５】
図５に示す第１の実施の形態では、この基本構成を２個用意する。そのうちのひとつにおける６個の誘導コイルａ１〜ｆ１を第１のグループとする。また他の一つにおける６個の誘導コイルａ２〜ｆ２を第２のグループとする。第１のグループには、三相電源の各相Ｕ，Ｖ，Ｗからの電圧を直接印加して励磁するようにする。
【００１６】
三相電源の各相Ｕ，Ｖ，Ｗを入力とする位相変換変圧器２０を用意する。この位相変換変圧器２０により、三相電源Ｕ，Ｖ，Ｗの電圧より３０／ｎ度、この第１の実施形態では、グループ数が２であり、ｎ＝２の場合であるから、１５度遅れた位相の三相の電圧を出力する。その出力タップをＵ１，Ｖ１，Ｗ１とする。位相変換された電圧は、第２のグループの誘導コイルａ２〜ｆ２に印加して励磁するようにする。
【００１７】
これら誘導コイルをローラ１の内部に並べて配置するのであるが、まず第１のグループの１番目の誘導コイルａ１の隣りには、第２のグループの１番目の誘導コイルａ２が並べられる。この例ではｎが２であるので、誘導コイルａ２の隣りに第１のグループの２番目の誘導コイルｂ１が並べられる。その隣りには第２のグループの２番目の誘導コイルｂ２が並べられる。以下同じようにしてすべての誘導コイルを配置する。
【００１８】
このようにして並べた状態を示したのが図１である。このように配置して三相電源によって各誘導コイルを励磁すれば、例えば誘導コイルａ１，ｂ１の励磁電圧の位相差は３０度であるが、その間に誘導コイルａ１より１５度位相が遅れた電圧が印加される誘導コイルａ２が配置されるので、誘導コイルａ１，ａ２に印加される電圧の位相差は１５度となる。以下同様である。これによって隣合う誘導コイルの間と向かいあうローラ表面の温度低下は極力小さくなり、ローラ表面の温度分布は均一化されるようになる。
【００１９】
なおここで使用する位相変換変圧器２０は、その構成から理解されるように、入力側、出力側にそれぞれ３個のタップを設けるだけのもので足りる。これに代えて冒頭に述べたように多相変圧器を用いて、１５度ずつの位相差をもつ電圧を出力させて、１２個の誘導コイルを励磁しようとするのには、出力側に２４個のタップを備えなければならない。したがって本発明において使用する位相変換変圧器ではその構成が簡単ですむ。
【００２０】
このような構成の位相変換変圧器２０はよく知られているが、その一例を示したのが図６である。Ｕ，Ｖ，Ｗ相の三相電源にスター結線されたコイル２１〜２３に中間タップＵ0，Ｖ0，Ｗ0を設け、ここから隣の相と同相の電圧が印加される補助コイル２４〜２６を接続する。コイル２１のタップＵ0までの電圧と補助コイル２６との電圧を加えた電圧を、図５のタップＵ１からとりだす。取り出された電圧はＵ相の電圧に対して１５度の位相差をもつ。以下同様にしてＶ，Ｗ相の電圧に対して１５度の位相差をもつ電圧を、タップＶ１，Ｗ１から取り出す。以下同様である。
【００２１】
この構成におけるベクトル図を示したのが図７である。これから理解されるように、Ｕ相の電圧に対するタップＵ１の電圧の位相差θ2が４５度となるようにタップＵ0を設定すれば、Ｕ相の電圧に対して１５度の位相差θ1の電圧がタップＵ１から取り出すことができる。他の相についても同様である。なお位相差θ2が５０度、４０度であれば、タップＵ１から位相差θ1が１０度、２０度の電圧が得られることはいうまでもない。
【００２２】
図５に示す構成はひとつのグループに属する誘導コイルの数を６としたが、図９に示す構成は、これを５とした場合の構成である。これは図５における誘導コイルｆ１，ｆ２を除去したものである。これでも各グループの誘導コイルの励磁電圧の位相差は３０度であり、位相変換変圧器２０により１５度ずれた位相差の電圧を第２のグループに印加している。図１０は図９における各誘導コイルのロール内での配置順序を示すもので、図１に対応したものである。
【００２３】
以上の各例は二つのグループを利用したものであったが、図１１は三つのグループを利用したものである。これは図５の構成に、他のグループと同じ構成の誘導コイルａ３〜ｆ３からなる第３のグループを加える。また位相変換変圧器２０からは、３０／３度すなわち１０度だけ位相がずれた三相電圧をタップＵ１，Ｖ１，Ｗ１から、また、これより更に１０度だけ位相がずれた三相電圧をタップＵ２，Ｖ２，Ｗ２から出力する。したがってタップＵ１，Ｖ１，Ｗ１からの電圧に対して、タップＵ２，Ｖ２，Ｗ２からの電圧は２０度の位相差となる。
【００２４】
図１１の位相変換変圧器２０の構成の一例を図１２に、またそのベクトル図を図１３に示す。各相のコイル２１〜２３から補助コイル２４〜２６を、タップＵ01，Ｖ01，Ｗ01より引き出し、更に別の補助コイル２７〜２９を、タップＵ02，Ｖ02，Ｗ02より引き出す。各タップの位置を選定して、タップＵ１〜Ｗ１，Ｕ２〜Ｗ２の電圧が、Ｕ〜Ｗ相の電圧に対して１０度、２０度の位相差となるようにする。
【００２５】
これらの誘導コイルをローラ内に第１のグループから順番に並べて配置して示したのが図１４である。第１のグループの誘導コイルに印加される電圧の位相差は３０度であるが、第１のグループと第２のグループの誘導コイルに印加される電圧の位相差は１０度、同様に第２のグループと第３のグループの誘導コイルに印加される電圧の位相差も１０度である。
【００２６】
第１のグループの誘導コイルの間に第２および第３のグループの誘導コイルが並ぶので、したがって隣合う誘導コイルに印加される電圧の位相差は１０度となる。この構成では第１の実施の形態よりも位相差が小さくなるので、隣合う誘導コイルの間に対峠するローラの表面温度の低下はさらに抑制されることになる。
【００２７】
なお前述の説明から理解されるように、ｎが大きくなればそれだけ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ることができる。すなわちｎが２以上の数であって、３０を割り切ることができる数、すなわち前記した例の他に、たとえば４，５，６，８，１０，１５，３０，４０，５０，６０とした場合は、位相差は７．５度，６度，５度，３．７５度，３度，２度，１度，０．７５度，０．６度，０．５度とすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ローラ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１５度あるいはそれ以下とすることができるので、従来のような多相変圧器を使用する必要なく、ローラの表面温度の均一化を図ることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様を示す配置図である。
【図２】本発明における基本構成の結線図である。
【図３】図２の結線図を変形した結線図である。
【図４】基本構成の誘導コイルを相回転方向に沿って並べた配置図である。
【図５】図１の配線図を変形した結線図である。
【図６】位相変換変圧器の一例を示す結線図である。
【図７】図６のベクトル図である。
【図８】誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す結線図である。
【図１０】図９の実施例の配置図である。
【図１１】本発明の更に他の実施例を示す結線図である。
【図１２】図１１の実施例における位相変換変圧器の結線図である。
【図１３】図１２のベクトル図である。
【図１４】図１１の実施例の配置図である。
【図１５】従来構成の結線図である。
【図１６】図１５の構成のベクトル図である。
【符号の説明】
１ ローラ
７ 誘導発熱機構
ａ１〜ｆ１ 第１のグループの誘導コイル
ａ２〜ｆ２ 第２のグループの誘導コイル
Ｕ，Ｖ，Ｗ 三相線路
２０ 位相変換変圧器
Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１ 位相変換変圧器の出力タップ
Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２ 位相変換変圧器の出力タップ

Claims (1)

1. 回転するローラと、前記ローラの中空内部にあって、前記ローラの軸方向に沿って順次並んで配置された誘導発熱機構のための複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、前記三相電源の位相を変換する位相変換変圧器とからなり、前記誘導コイルを、デルタ結線される誘導コイルとスター結線される誘導コイルとによって、印加される電圧の位相差がそれぞれ３０度となる複数の誘導コイルを１グループとするｎ個（ｎは２以上の数であって、３０を割り切ることができる数）のグループに分ち、前記各グループの誘導コイルを、前記三相電源および前記位相変換変圧器に接続することによって位相差が順次３０／ｎ度ずつずれた電圧により順次励磁するようにし、前記ひとつのグループの各誘導コイルの相回転方向に沿う隣りに順次次のグループの各誘導コイルを並べて配置してなる誘導発熱ローラ装置。

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