JP4372329B2

JP4372329B2 - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP4372329B2
Application number: JP2000303307A
Authority: JP
Inventors: 学園部; 哲嗣土斐崎; 公治向山
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp; Kitashiba Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp; Kitashiba Electric Co Ltd
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2020-10-03
Also published as: JP2002110335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は連続的に搬送されてくる被加熱材を誘導加熱するＣ形インダクターに関し、特にアークスポットの発生防止機構を改良したものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鉄鋼圧延ラインなどでは被加熱材を予め所定の温度に加熱してから連続的に搬送し、複数台の圧延ミルで順次圧延しながら薄板に成形していく。この圧延過程で、被加熱材が搬送される間に放熱して温度が次第に低下してくる。このような状態で圧延すると品質上、問題があるため仕上げ圧延に入る前に再度加熱して全体の温度を均一に上昇させてから圧延している。
【０００３】
この加熱方法としては、ソレノイドコイルで形成された全体加熱装置（粗バーヒーター）を通過させて被加熱材の全体の温度を上げると共に、特に端部側の温度が中央部に比べて降下するため両端部をＣ形インダクター（エッジヒーター）で局部的に加熱して、温度を均一にしてから圧延している。またこの逆にＣ形インダクターで被加熱材の両端部を加熱してから全体加熱装置を通過させて被加熱材の温度を均一に上げて圧延することも行なわれている。
【０００４】
被加熱材の両端側を局部的に加熱するＣ形インダクター１Ａ、１Ｂは図６および図７に示すように、Ｃ形鉄心２の開口部４を挟んで上下の鉄心脚部３、３に夫々加熱コイル５ａ、５ｂを巻回した構成となっている。このＣ形インダクター１Ａ、１Ｂの開口部４に帯板状の被加熱材６の長手方向に沿った両端側を通過させて電源７から加熱コイル５、５に電流を流すことにより上下方向に磁束Φを発生させる。
【０００５】
この磁束Φを被加熱材６に鎖交させることにより図７に示すように渦電流Ｉａ、Ｉｂが流れ、被加熱材６の抵抗によりジュール熱を発生させて被加熱材６の両端側を局部的に加熱するようになっている。
【０００６】
この誘導加熱装置では、被加熱材６がテーブルローラ９に支持されて搬送され、このテーブルローラ９はローラスタンド１０を介してアース接続されているので、電流がテーブルローラ９を通してアースに電流が流れないように、加熱コイル５、５の巻回方向を逆向きにして、発生する渦電流Ｉａ、Ｉｂの方向を逆向きにすることにより相殺して、軸方向の電流、すなわちアース電流の発生を防止していた。
【０００７】
また１つの電源７から２台のＣ形インダクター１Ａ、１Ｂに電源を供給して、加熱コイル５と被加熱材６との位置関係、すなわちラップ量をそれぞれ変えることにより供給する電力を調整する場合には、発生する渦電流Ｉａ、Ｉｂがアンバランスになるためアース電流となる軸方向の電流が発生する問題がある。
【０００８】
このようにテーブルローラ９を介してアースに電流が流れると、被加熱材６とテーブルローラ９との接触点でスパークを発生し、印加電力のレベルが高い場合には被加熱材６にアークスポットが発生して製品不良となる問題があった。
【０００９】
このためテーブルローラ９を支持するローラスタンド１０に電気絶縁材を挟み込んで床に設置し、アースに流れる電流を遮断する方法も採られているが、数百ｍの範囲にわたってローラスタンド１０に絶縁処理を行なうことは、設備の導入に多大の費用がかかる問題があった。また絶縁処理を行なっても運転中に飛散した冷却水や水蒸気、油や酸化スケールなどが絶縁材の表面に付着するとテーブルローラ９が絶縁不良となりアークスポットが発生する問題もあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、被加熱材からテーブルローラを介してアースに電流が流れないようにして、スパークによるアークスポットの発生を防止し、高品質の製品を製造することができる誘導加熱装置を提供するものである。
【００１１】
【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、Ｃ形鉄心の開口部を挟んで上下の鉄心脚部にそれぞれ加熱コイルを巻回して、被加熱材の長手方向に沿った両側に、前記加熱コイルを逆向きに巻回して配置されたＣ形インダクターと、このＣ形インダクターの前後に設けられて被加熱材を搬送支持するテーブルローラと、このテーブルローラと前記Ｃ形インダクターとの間に設置され、搬送される被加熱材の全体を囲むリング状の鉄心と、このリング状の鉄心に巻回された誘導コイルと、両側に配置された前記各Ｃ形インダクターから発生する磁束により被加熱材に生じる逆向きの渦電流の差を検出する軸電流検出装置と、この検出した軸電流に応じて、前記Ｃ形インダクターの加熱コイルに流れる電流と同位相の逆電流を、前記リング状の鉄心に巻回された誘導コイルに供給する軸電流防止装置とからなり、前記軸電流検出装置が、被加熱材の長手方向に沿った両側にそれぞれ配置されたＣ形インダクターの加熱コイルの位置を検出する位置検出装置と、検出した位置の差を演算する位置差分演算装置とから構成され、Ｃ形インダクターと被加熱材のラップ量の差から軸電流を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項２記載の誘導加熱装置は、Ｃ形鉄心の開口部を挟んで上下の鉄心脚部にそれぞれ加熱コイルを巻回して、被加熱材の長手方向に沿った両側に、前記加熱コイルを逆向きに巻回して配置されたＣ形インダクターと、このＣ形インダクターの前後に設けられて被加熱材を搬送支持するテーブルローラと、このテーブルローラと前記Ｃ形インダクターとの間に設置され、搬送される被加熱材の全体を囲むリング状の鉄心と、このリング状の鉄心に巻回された誘導コイルと、両側に配置された前記各Ｃ形インダクターから発生する磁束により被加熱材に生じる逆向きの渦電流の差を検出する軸電流検出装置と、この検出した軸電流に応じて、前記Ｃ形インダクターの加熱コイルに流れる電流と同位相の逆電流を、前記リング状の鉄心に巻回された誘導コイルに供給する軸電流防止装置とからなり、前記軸電流検出装置が、被加熱材の長手方向に沿った両側に配置されたＣ形インダクターの加熱コイルにそれぞれ供給される電力を検出する電力検出器と、この検出した供給電力量の差を演算する電力量差分演算装置とから構成され、加熱コイルへの供給電力量の差から軸電流を検出することを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項３記載の誘導加熱装置は、請求項１または２において、軸電流防止装置が、Ｃ形インダクターの加熱コイルに供給される電流と逆向きの電流に変換する極性切換器と、リング状の鉄心に巻回された誘導コイルに接続する変圧器と、この変圧器に接続されたタップ切替器と、このタップを軸電流に応じて切替制御する制御装置とからなることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項４記載の誘導加熱装置は、請求項１または２において、軸電流防止装置が、Ｃ形インダクターの加熱コイルに供給される電流と逆向きの電流に変換する極性切換器と、リング状の鉄心に巻回されたコイルに接続して軸電流に応じて電圧を調整するインバータとからなることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図１ないし図３を参照して詳細に説明する。この誘導加熱装置のＣ形インダクター１Ａ、１Ｂは図１に示すように、Ｃ形鉄心２の開口部４を挟んで上下の鉄心脚部３、３に夫々加熱コイル５ａ、５ｂを巻回した構成となっている。またＣ形インダクター１Ａ、１Ｂの前後に設置されるテーブルローラ９はローラスタンド１０に支持されており、ここまでの構造は従来と同様である。
【００１６】
このＣ形インダクター１Ａ、１Ｂとテーブルローラ９との間には、搬送される被加熱材６の全体を囲むリング状の鉄心１１が設置され、この鉄心１１には誘導コイル１２が巻回されている。またＣ形インダクター１Ａ、１Ｂの背面側には図２に示すように、加熱コイル５ａ、５ｂの位置を検出する位置検出装置１３ａ、１３ｂが設けられて加熱コイル５ａ、５ｂと被加熱材６とのラップ量を検出するようになっている。また加熱コイル５ａ、５ｂはコンデンサー１４ａ、１４ｂを介して１台の電源７に接続されている。
【００１７】
図３は軸電流防止装置１５を設けた電源回路を示すもので、コンデンサー１４ｂに極性切替器１６を介して変圧器１７が接続され、この変圧器１７にタップ切替器１８が設けられている。更にこの変圧器１７の二次側は負荷切替器２１を介して、前記鉄心１１に取付けた誘導コイル１２に接続されている。また２０は位置差分演算装置２０で、これは前記Ｃ形インダクター１Ａ、１Ｂに取付けた位置検出装置１３ａ、１３ｂに接続されている。更にこの位置差分演算装置２０は制御装置１９を介して前記タップ切替器１８に接続されている。
【００１８】
上記構成の誘導加熱装置は、両側の加熱コイル５ａ、５ｂと被加熱材６とのラップ量を変えて供給電力を調整する場合、図２に示すように被加熱材６に誘起される渦電流Ｉａ、Ｉｂの大きさが異なる。また加熱コイル５ａ、５ｂは互いに逆方向に巻回されているので、渦電流Ｉａ、Ｉｂの流れも逆方向となり、この差により軸方向の電流が生じる。一方、加熱コイル５ａ、５ｂと被加熱材６とのラップ量は位置検出装置１３ａ、１３ｂで検出し、この検出値を位置差分演算装置２０に出力し、ここでラップ量の差に応じた軸電流を検出する。
【００１９】
次にこの軸電流の大きさに応じて制御装置１９からタップ切替器１８に切替え信号が出力される。この結果、加熱コイル５ｂに供給する電流と同位相の電流が、極性切替器１６で逆方向に変換されて変圧器１７を通してタップ切替器１８により所定の電圧に変換され、更に負荷切替器２１を通って鉄心１１に巻回された誘導コイル１２に供給される。
【００２０】
このようにリング状の鉄心１１に巻回された誘導コイル１２に電流が流れると磁束が発生して、鉄心１１の内側を通過する被加熱材６に誘導電流が誘起される。この誘導電流は、ラップ量の差に応じて被加熱材６に生じた軸電流と逆向きで、大きさが等しいので互いに打ち消し合って、テーブルローラ９に流れる電流、つまりアース電流を０にしてアークスポットの発生を防止することができる。
【００２１】
図４は本発明の他の実施の形態を示すもので、この軸電流防止装置１５は、加熱コイル５ａ、５ｂに接続したコンデンサー１４ａ、１４ｂにそれぞれ電力計２２ａ、２２ｂを接続し、これを電力量差分演算装置２３に接続し、更にこの電力量差分演算装置２３を制御装置１９を介してタップ切替器１８に接続したものである。
【００２２】
上記構成の誘導加熱装置において、被加熱材６に誘起される渦電流Ｉａ、Ｉｂの大きさは、両側の加熱コイル５ａ、５ｂに供給される電力量に応じて決まる。このため加熱コイル５ａ、５ｂに接続したコンデンサー１４ａ、１４ｂからの供給電力を電力計２２ａ、２２ｂで検出し、この検出値を電力量差分演算装置２３に出力して、ここで電力量の差に応じた軸電流を検出する。次にこの軸電流の大きさに応じて制御装置１９からタップ切替器１８に切替え信号が出力される。
【００２３】
この結果、加熱コイル５ａに供給する電流と同位相の電流が、極性切替器１６で逆方向に変換された後、変圧器１７を通してタップ切替器１８により所定の電圧に変換され、負荷切替器２１を通って鉄心１１に巻回された誘導コイル１２に供給されると、リング状鉄心１１の内側を通過する被加熱材６に軸電流と逆向きで、大きさの等しい誘導電流が誘起されて互いに打ち消し合ってアース電流を０にすることができる。
【００２４】
図５は本発明の他の実施の形態を示すもので、この軸電流防止装置１５は、搬送される被加熱材６の全体を囲むリング状の鉄心１１、２６が設置され、この一方の鉄心１１には誘導コイル１２が、他方の鉄心２６には検出コイル２７が巻回されている。
【００２５】
リング状の鉄心１１に巻回された誘導コイル１２は負荷切替器２１を介してインバータ２５に接続され、更にこれは極性切替器１６を介してコンデンサー１４ｂに接続されている。また他方の鉄心２６に巻回された検出コイル２７は、軸電流防止装置１５の制御装置１９に接続され、更にこの制御装置１９は前記インバータ２５に接続されている。
【００２６】
上記構成の誘導加熱装置は、被加熱材６に誘起される渦電流Ｉａ、Ｉｂの大きさの差から軸電流が流れると、これを囲むように設けたリング状の鉄心２６に巻回した検出コイル２７に軸電流の大きさに応じた誘導電流が生じ、この誘導電流を制御装置１９に出力する。
【００２７】
次にこの検出された軸電流の大きさに応じて制御装置１９からインバータ２５に制御信号が出力される。この結果、加熱コイル５ａに供給する電流と同位相の電流が、極性切替器１６で逆方向に変換されてインバータ２５により所定の電圧に変換される。この変換された電圧は負荷切替器２１を通って鉄心１１に巻回された誘導コイル１２に供給され、ここから発生する磁束により被加熱材６に、軸電流と逆向きで、大きさの等しい誘導電流が誘起されて互いに打ち消し合ってアース電流を０にすることができる。
【００２８】
【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、被加熱材に誘起される逆方向の渦電流の差により生じる軸方向の電流を検出して、この軸電流の大きさに応じて、極性切替器で逆方向に変換した電圧を、リング状の鉄心に巻回された誘導コイルに流して磁束を発生させ、この内側を通過する被加熱材に軸電流と逆向きで、大きさが等しい誘導電流を誘起させて互いに打ち消して、テーブルローラに流れる電流を０にしてアークスポットの発生を防止することにより、高品質の製品を製造することができる。更に軸電流防止装置にインバータを設けたものは装置の小型化を図ることができる。
【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斜視図である。
【図２】図１の誘導加熱装置を示す平面図である。
【図３】図１の誘導加熱装置に設けた軸電流防止回路を示す回路図である。
【図４】本発明の他の実施の形態による、誘導加熱装置に設けた軸電流防止回路を示す回路図である。
【図５】本発明の異なる他の実施の形態による、誘導加熱装置に設けた軸電流防止回路を示す回路図である。
【図６】従来の誘導加熱装置を示す斜視図である。
【図７】図６の誘導加熱装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１ＡＣ形インダクター
２Ｃ形鉄心
３鉄心脚部
４開口部
５ａ加熱コイル
６被加熱材
７電源
９テーブルローラ
１１鉄心
１２誘導コイル
１３ａ位置検出装置
１５軸電流防止装置
１６極性切替器
１７変圧器
１８タップ切替器
１９制御装置
２０位置差分演算装置
２２ａ電力計
２３電力量差分演算装置
２５インバータ
２６リング状の鉄心
２７検出コイル

Claims

Ｃ形鉄心の開口部を挟んで上下の鉄心脚部にそれぞれ加熱コイルを巻回して、被加熱材の長手方向に沿った両側に、前記加熱コイルを逆向きに巻回して配置されたＣ形インダクターと、このＣ形インダクターの前後に設けられて被加熱材を搬送支持するテーブルローラと、このテーブルローラと前記Ｃ形インダクターとの間に設置され、搬送される被加熱材の全体を囲むリング状の鉄心と、このリング状の鉄心に巻回された誘導コイルと、両側に配置された前記各Ｃ形インダクターから発生する磁束により被加熱材に生じる逆向きの渦電流の差を検出する軸電流検出装置と、この検出した軸電流に応じて、前記Ｃ形インダクターの加熱コイルに流れる電流と同位相の逆電流を、前記リング状の鉄心に巻回された誘導コイルに供給する軸電流防止装置とからなり、前記軸電流検出装置が、被加熱材の長手方向に沿った両側にそれぞれ配置されたＣ形インダクターの加熱コイルの位置を検出する位置検出装置と、検出した位置の差を演算する位置差分演算装置とから構成され、Ｃ形インダクターと被加熱材のラップ量の差から軸電流を検出することを特徴とする誘導加熱装置。
Ｃ形鉄心の開口部を挟んで上下の鉄心脚部にそれぞれ加熱コイルを巻回して、被加熱材の長手方向に沿った両側に、前記加熱コイルを逆向きに巻回して配置されたＣ形インダクターと、このＣ形インダクターの前後に設けられて被加熱材を搬送支持するテーブルローラと、このテーブルローラと前記Ｃ形インダクターとの間に設置され、搬送される被加熱材の全体を囲むリング状の鉄心と、このリング状の鉄心に巻回された誘導コイルと、両側に配置された前記各Ｃ形インダクターから発生する磁束により被加熱材に生じる逆向きの渦電流の差を検出する軸電流検出装置と、この検出した軸電流に応じて、前記Ｃ形インダクターの加熱コイルに流れる電流と同位相の逆電流を、前記リング状の鉄心に巻回された誘導コイルに供給する軸電流防止装置とからなり、前記軸電流検出装置が、被加熱材の長手方向に沿った両側に配置されたＣ形インダクターの加熱コイルにそれぞれ供給される電力を検出する電力検出器と、この検出した供給電力量の差を演算する電力量差分演算装置とから構成され、加熱コイルへの供給電力量の差から軸電流を検出することを特徴とする誘導加熱装置。
軸電流防止装置が、Ｃ形インダクターの加熱コイルに供給される電流と逆向きの電流に変換する極性切換器と、リング状の鉄心に巻回された誘導コイルに接続する変圧器と、この変圧器に接続されたタップ切替器と、このタップを軸電流に応じて切替制御する制御装置とからなることを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置。
軸電流防止装置が、Ｃ形インダクターの加熱コイルに供給される電流と逆向きの電流に変換する極性切換器と、リング状の鉄心に巻回されたコイルに接続して軸電流に応じて電圧を調整するインバータとからなることを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置。