JP6077676B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents
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Description
本発明は、Ｃ型インダクタ式の誘導加熱装置に関するものである。
熱間圧延ラインにおける圧延材その他の被加熱材料を加熱するために誘導加熱装置が使用されている。被加熱材料の中央部に比べて温度が低下する被加熱材料の両端部を加熱する１対のＣ型インダクタが用いられる。
Ｃ型インダクタ式誘導加熱装置は、被加熱材の端部の狭い部分のみを加熱する鉄心奥行きの短い加熱幅のインダクタ形状をしている。この方式の移動式Ｃ型インダクタは、加熱位置を様々な板幅の端部位置に合わせるため、１対のＣ型インダクタ用移動台車と、モータ制御装置と位置検出器と制御装置によって構成されている。
移動式Ｃ型インダクタ誘導加熱装置は、材料幅が変化する度にＣ型インダクタの移動台車が移動するため、台車移動中は加熱できない。そのため連続材の場合、台車移動中は被加熱材料の未加熱部が発生する懸念がある。
また、被加熱材料搬送時に材料の横ズレが発生することがあるが、被加熱材料のズレ量によってＣ型インダクタの加熱ラップ幅が変化することから、左右のインダクタの加熱電力の差異が発生し、左右の被加熱材料端部に温度不均一の異常加熱を発生することがある。
また、搬送材が加熱コイルおよび開脚鉄心に接触し破損する事故が発生することがある。
従来の移動式Ｃ型インダクタでは、被加熱材料が貫通する開口部が狭いため、加熱コイルおよび開脚鉄心をおのおの交換するスペースがなく、移動式Ｃ型インダクタ全体を交換していた。そのため、交換の用品費用と人件費は高価で、交換時間も長かった。さらに、移動機構と制御装置と調整費用が必要となる為、装置価格が高価となっていた。
そこで、本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、材料幅の変化があっても未加熱部を発生させず、材料のズレが発生しても、左右の材料端部での温度不均一の異常加熱を発生させず、インダクタ交換時間を低減し、移動機構と制御装置などの装置価格を低減する高効率で安価な誘導加熱装置を提供するものである。
本発明の一態様によれば、固定式Ｃ型インダクタを被加熱材料の幅方向両端部に対に配置した誘導加熱装置であって、前記固定式Ｃ型インダクタは、２個のインダクタヘッドと１組のＣ型鉄心構造物とから構成され、前記インダクタヘッドは、本体鉄心と、この本体鉄心を側面から支持する非磁性の本体鉄心当板とから成る本体鉄心構造物と、被加熱材の搬送方向に沿って、幅狭材料から幅広材料まで端部熱幅以上の鉄心ラップ幅を確保する鉄心幅を有する開脚鉄心と、この開脚鉄心を支持する非磁性の開脚鉄心当板とから成る開脚鉄心構造物と、磁束を被加熱材料に鎖交させて加熱する加熱コイルとから構成され、前記Ｃ型鉄心構造物は、Ｃ型鉄心とこのＣ型鉄心を側面から支持する非磁性金属のＣ型鉄心当板とから構成される。
本発明によれば、材料幅の変化があっても未加熱部を発生させず、材料のズレが発生しても、左右の材料端部での温度不均一の異常加熱を発生させず、インダクタ交換時間を低減し、移動機構と制御装置などの装置価格を低減する高効率で安価な誘導加熱装置を実現することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る誘導加熱装置の全体構成を示す概略図である。本実施形態に係る誘導加熱装置は、１対の開脚鉄心奥行幅ＷＣ３の設置スペースを取って左右に設置した２組の固定式Ｃ型インダクタ１２を有している。図１に示すように、本発明の実施形態に係る誘導加熱装置は、大別すると、本体鉄心構造物１、開脚鉄心構造物２、固定式Ｃ型インダクタ１２から構成されている。
図１は、本発明の実施形態に係る誘導加熱装置の全体構成を示す概略図である。本実施形態に係る誘導加熱装置は、１対の開脚鉄心奥行幅ＷＣ３の設置スペースを取って左右に設置した２組の固定式Ｃ型インダクタ１２を有している。図１に示すように、本発明の実施形態に係る誘導加熱装置は、大別すると、本体鉄心構造物１、開脚鉄心構造物２、固定式Ｃ型インダクタ１２から構成されている。
本体鉄心構造物１は、本体鉄心１Ａと、本体鉄心１Ａを側面から支持する非磁性の本体鉄心当板１Ｂとから構成されている。
開脚鉄心構造物２は、幅狭材料７から幅広材料８まで加熱可能な開脚鉄心２Ａと、開脚鉄心２Ａを支持する非磁性の開脚鉄心当板２Ｂとより構成されている。開脚鉄心２Ａと開脚鉄心当板２Ｂは、加熱コイル３と直交する方向に積層しており、加熱コイル３と開脚鉄心２Ａの加熱ロスを低減する。非磁性金属の開脚鉄心当板２Ｂは、加熱コイル３と平行になる開脚鉄心２Ａの側面外側に配置し、開脚鉄心２Ａの近傍加熱を防止しながら鉄心を支持している。図１に示すように、開脚鉄心２Ａは、幅狭材料７から幅広材料８まで端部加熱幅ＷＨ１以上の鉄心ラップ幅を確保する開脚鉄心奥行幅ＷＣ１となっている。
固定式Ｃ型インダクタ１２は、２個のインダクタヘッド１２Ａと、１個のＣ型鉄心構造物４から構成されている。
本実施形態におけるＣ型インダクタ１２は、被加熱材料の幅方向両端部に対に配置され、加熱コイル３から発生する磁束Φを被加熱材料に鎖交させることにより、渦電流Ｉが流れ、これに対する被加熱材料の抵抗によりジュール熱を発生させて、被加熱材料の両端部を加熱するものである。そして、本実施形態においてはＣ型インダクタ１２を被加熱材料の幅方向に移動せずに、幅の狭い被加熱材料から幅の広い被加熱材料まで、端部を加熱することが可能となっている。
インダクタヘッド１２Ａは、本体鉄心構造物１と、開脚鉄心構造物２と、加熱コイル３から構成されている。
Ｃ型鉄心構造物４は、Ｃ型鉄心４Ａと、Ｃ型鉄心４Ａを側面から支持する非磁性のＣ型鉄心当板４Ｂから構成されている。Ｃ型鉄心当板４Ｂは、Ｃ型鉄心４Ａを保持するとともに、絶縁をとるものである。Ｃ型鉄心当板４Ｂの材質としては、例えば、ステンレスや銅が好適である。ステンレスは、強度が強く、シールド効果がある。銅は、自らが誘導加熱する。
図２は、開脚鉄心の各部の寸法関係を説明する図である。図１及び図２に示すように、インダクタヘッド１２Ａを移動せずに、幅の狭い材料から幅の広い材料まで、端部を加熱することが可能となっている。端部の加熱幅は、ユーザの仕様によって定まり、例えば昇温レンジは２５℃〜１００℃程度である。
開脚鉄心奥行幅ＷＣ１と１対の開脚鉄心空間幅ＷＣ２は、下記の幅狭材板幅Ｗ１と幅広材板幅Ｗ２と端部加熱幅ＷＨ１から決定される。
（１）開脚鉄心奥行幅ＷＣ１＝ (１対の開脚鉄心奥行幅ＷＣ３−１対の開脚鉄心空間幅ＷＣ２）/２
（２）幅狭材ラップ寸法ＷＷ１＝(幅狭材板幅Ｗ１−１対の開脚鉄心奥行幅ＷＣ３)/２ ＞端部加熱幅ＷＨ１
（３）幅広材ラップ寸法ＷＷ２＝(幅広材板幅Ｗ２−１対の開脚鉄心奥行幅ＷＣ３)/２ ＞端部加熱幅ＷＨ１
また、本実施形態におけるＣ型インダクタ１２は、加熱コイル３と直交する方向に積層した開脚鉄心２Ａと開脚鉄心当板２Ｂとより構成している。これにより、加熱コイル３と開脚鉄心２Ａの加熱ロスを低減することができる。
（２）幅狭材ラップ寸法ＷＷ１＝(幅狭材板幅Ｗ１−１対の開脚鉄心奥行幅ＷＣ３)/２ ＞端部加熱幅ＷＨ１
（３）幅広材ラップ寸法ＷＷ２＝(幅広材板幅Ｗ２−１対の開脚鉄心奥行幅ＷＣ３)/２ ＞端部加熱幅ＷＨ１
また、本実施形態におけるＣ型インダクタ１２は、加熱コイル３と直交する方向に積層した開脚鉄心２Ａと開脚鉄心当板２Ｂとより構成している。これにより、加熱コイル３と開脚鉄心２Ａの加熱ロスを低減することができる。
上述してきたように、本実施形態では、被加熱材料の最大板幅、最小板幅に対して余裕があるように鉄心の寸法を管理する。
本実施形態によれば、材料幅の変化があっても未加熱部を発生させず、材料のズレが発生しても、左右の材料端部での温度不均一の異常加熱を発生させることがない。さらに、交換頻度の多い開脚鉄心構造物２、本体鉄心構造物１と、加熱コイル３をインダクタヘッド１２Ａの構造物にまとめ、さらに、固定式Ｃ型インダクタ１２は、交換頻度の多い２個のインダクタヘッド１２Ａと１個のＣ型鉄心構造物４より構成し、損傷部が交換しやすい構造を採用しているので、インダクタの交換時間を低減することができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、固定式Ｃ型インダクタを分離可能な機構とするものである。
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、固定式Ｃ型インダクタを分離可能な機構とするものである。
図３は、第２の実施形態に係る誘導加熱装置の全体構成を示す概略図である。図３に示すように、第２の実施形態における固定式Ｃ型インダクタ１２は、Ｌ字形鉄心当板のあるインダクタヘッド１２Ａと、Ｌ字形鉄心当板のあるＣ型鉄心構造物４を突合せ、Ｌ字形部をボルト１４とナット１５にて固定した分離可能な本体鉄心分離機構５を具備している。突合せする位置、すなわち分離させる位置は、Ｃ型インダクタ１２に流れる磁束が一定となる位置とするのが好適である。
第２の実施形態における固定式Ｃ型インダクタ１２では、インダクタヘッド１２Ａを固定式Ｃ型インダクタ１２から、Ｌ字形部のボルト１４を外せばインダクタヘッド１２Ａは、容易に交換可能でるので、メンテナンスの時間および費用が大幅に低減される。
第２の実施形態によれば、インダクタの交換部分をより容易に短時間で交換可能となる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、左右のインダクタの磁束の向きを同一にするように構成された２組の固定式インダクタを並列設置し、１つの交流誘導加熱電源に接続するものである。
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、左右のインダクタの磁束の向きを同一にするように構成された２組の固定式インダクタを並列設置し、１つの交流誘導加熱電源に接続するものである。
図４は、第３の実施形態に係る誘導加熱装置の全体構成を示す概略図である。図４に示すように、第３の実施形態における固定式Ｃ型インダクタ１２では、交流誘導加熱電源９に４つの加熱コイル３を結線し、流れる電流１０の向きを同一にするように接続する。
材料ラップ寸法は、幅狭材ラップ寸法ＷＷ１から幅広材ラップ寸法ＷＷ２まで変化するが、幅狭材ラップ寸法ＷＷ１を端部加熱幅ＷＨ１よりも大きく設計する。
上下左右の４つの加熱コイル３から発生する磁束１１の向きを同一方向にしているので、被加熱材料を流れる誘導電流１６は、板幅方向全体に流れ、特に被加熱材料両端に集中的に流れる大きな１つの電流を形成する。
図５は、従来の移動式Ｃ型インダクタと第３の実施形態に係る固定式Ｃ型インダクタ１２における加熱温度分布を対比して説明する図である。図５に示すように、従来の移動式Ｃ型インダクタの昇温カーブは、被加熱材料とラップ寸法が一定の為、被加熱材料の中央部は加熱せず、被加熱材料の端部のみ加熱する。また、端部の加熱幅ＷＨ１は一定である。
一方、第３の実施形態における固定式Ｃ型インダクタ１２は、幅の狭い材板幅Ｗ１から幅の広い材板幅Ｗ２まで変化した場合、誘導電流９は、十分長い開脚鉄心奥行幅ＷＣ１のため、幅狭材ラップ寸法ＷＷ１で材料の端部を集中的に加熱し、材料中央部も加熱する端部加熱幅ＷＨ１を確保することができる。
第３の実施形態における固定式Ｃ型インダクタ１２は、上下左右の４つの加熱コイル３から発生する磁束１１の向きを同一方向にする為、誘導電流１６は、被加熱材料の板幅方向全体に流れ、特に被加熱材料の両端に集中的に流れ、被加熱材料の中央部も加熱しながらも端部加熱幅ＷＨ１を確保する緩やかな昇温カーブを実現出来、加熱効率を向上させる。また、材料ズレが起こっても、Ｃ型インダクタ１２の加熱ラップ幅は大きく変化しない為、左右のインダクタの加熱電力の大きな差異が発生せず、左右の被加熱材料の端部温度不均一による異常加熱を発生する現象は低減する。
本発明の実施形態によれば、材料幅の変化があっても未加熱部を発生させず、材料のズレが発生しても、左右の材料端部での温度不均一の異常加熱を発生させず、インダクタ交換時間を低減し、移動機構と制御装置などの装置価格を低減する高効率で安価な誘導加熱装置を実現することが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１・・・本体鉄心構造物
１Ａ・・・本体鉄心
１Ｂ・・・本体鉄心当板
２・・・開脚鉄心構造物
２Ａ・・・開脚鉄心
２Ｂ・・・開脚鉄心当板
３・・・加熱コイル
４・・・Ｃ型鉄心構造物
４Ａ・・・Ｃ型鉄心
４Ｂ・・・Ｃ型鉄心当板
５・・・本体鉄心分離機構
６・・・ブスバー
７・・・幅広板材
８・・・幅狭板材
９・・・交流誘導加熱電源
１０・・・電流
１１・・・磁束
Ｗ１・・・幅狭材板幅
Ｗ２・・・幅広材板幅
ＷＷ１・・・幅狭材ラップ寸法
ＷＷ２・・・幅広材ラップ寸法
ＷＣ１・・・開脚鉄心奥行幅
ＷＣ２・・・１対開脚鉄心空間幅
ＷＣ３・・・１対開脚鉄心奥行幅
ＷＨ１・・・端部加熱幅
１２・・・固定型Ｃ型インダクタ
１２Ａ・・・インダクタヘッド
１３・・・ 移動型Ｃ型インダクタ
１４・・・ボルト
１５・・・ナット
１Ａ・・・本体鉄心
１Ｂ・・・本体鉄心当板
２・・・開脚鉄心構造物
２Ａ・・・開脚鉄心
２Ｂ・・・開脚鉄心当板
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４・・・Ｃ型鉄心構造物
４Ａ・・・Ｃ型鉄心
４Ｂ・・・Ｃ型鉄心当板
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６・・・ブスバー
７・・・幅広板材
８・・・幅狭板材
９・・・交流誘導加熱電源
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１１・・・磁束
Ｗ１・・・幅狭材板幅
Ｗ２・・・幅広材板幅
ＷＷ１・・・幅狭材ラップ寸法
ＷＷ２・・・幅広材ラップ寸法
ＷＣ１・・・開脚鉄心奥行幅
ＷＣ２・・・１対開脚鉄心空間幅
ＷＣ３・・・１対開脚鉄心奥行幅
ＷＨ１・・・端部加熱幅
１２・・・固定型Ｃ型インダクタ
１２Ａ・・・インダクタヘッド
１３・・・ 移動型Ｃ型インダクタ
１４・・・ボルト
１５・・・ナット
Claims (9)
- 固定式Ｃ型インダクタを被加熱材料の幅方向両端部に対に配置した誘導加熱装置であって、
前記固定式Ｃ型インダクタは、２個のインダクタヘッドと１組のＣ型鉄心構造物とから構成され、
前記インダクタヘッドは、本体鉄心と、この本体鉄心を側面から支持する非磁性の本体鉄心当板とから成る本体鉄心構造物と、
被加熱材の搬送方向に沿って、幅狭材料から幅広材料まで端部熱幅以上の鉄心ラップ幅を確保する鉄心幅を有する開脚鉄心と、この開脚鉄心を支持する非磁性の開脚鉄心当板とから成る開脚鉄心構造物と、
磁束を被加熱材料に鎖交させて加熱する加熱コイルとから構成され、
前記Ｃ型鉄心構造物は、Ｃ型鉄心とこのＣ型鉄心を側面から支持する非磁性金属のＣ型鉄心当板とから構成されることを特徴とする誘導加熱装置。 - 前記開脚鉄心の各部の寸法関係は、前記インダクタヘッドを移動せずに、幅の狭い材料から幅の広い材料まで、前記被加熱材料の端部を加熱可能に設定することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。
- 前記非磁性の本体鉄心当板の材質は、ステンレス又は銅であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の誘導加熱装置。
- 前記非磁性の開脚鉄心当板の材質は、ステンレス又は銅であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
- 前記開脚鉄心と前記開脚鉄心当板は、前記加熱コイルと直交する方向に積層したものである特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
- 前記インダクタヘッドの本体鉄心当板は、Ｌ字形の本体鉄心当板であり、
前記Ｃ型鉄心構造物のＣ型鉄心当板は、Ｌ字形のＣ型鉄心当板であり、
前記インダクタヘッドと、前記Ｃ型鉄心構造物を突合せ、前記Ｌ字形部を固定した分離可能な本体鉄心分離機構を備えることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。 - 前記突合せて分離させる位置は、前記固定式Ｃ型インダクタに流れる磁束が一定となる位置であることを特徴とする請求項６記載の誘導加熱装置。
- 前記Ｌ字形部は、ボルトとナットにて固定することを特徴とする請求項６記載の誘導加熱装置。
- 前記一対の加熱コイルの巻き方向を同一にし、前記一対のインダクタの磁束の向きを同一にするように構成された２組の前記固定式Ｃ型インダクタを並列設置し、１つの交流誘導加熱電源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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