JPH04229589A - 加熱金属要素用の電磁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属部品を加熱する
ための新規な装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属部品に熱を発生させるための基本的
な機構、システム又は方法はほんの少ししかないことが
知られている。直接炎、浸せき（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）
、放射、抵抗加熱を含む従来の加熱を用いることができ
、金属の加熱は電気の流れによって生じ、熱は機械的な
応力又は摩擦によって作られる。これらの中には、熱が
磁界の使用によって発生される誘導加熱が含まれている
。誘導加熱の分野で良く知られているように、金属の加
工品は交流が供給されるコイルの中に置かれ、加工品と
コイルとは誘導電流が金属に存在するように磁界によっ
て結合される。この誘導電流が電気的抵抗加熱と同様の
抵抗損失によって金属を加熱する。通常、コイルは加熱
されるので、加工品の加熱をできるだけ効率的にするた
めに冷却する必要がある。誘導電流の密度は加工品の表
面で最大であり、表面からの距離の増大とともに減少す
る。この現象は表皮効果として知られており、これが重
要なのは、全エネルギの大部分が誘導され加熱に利用さ
れるのはこの深さのみであるからである。典型的な表皮
厚さは低周波数の分野では３−４インチである。全ての
誘導加熱の分野では、加熱は渦電流のために表面で始ま
り、加工品の本体へ熱が伝導される。磁界を利用する他
の金属加熱法は移転磁束（ｔｒａｎｓｆｅｒｆｌｕｘ）
加熱と呼ばれる。この方法は、比較的薄い金属片の加熱
に共通に使用されており、誘導コイルの再配置によって
磁束熱を移転し、磁束は通常の誘導加熱の場合のように
加工品の周囲ではなく加工品に垂直に加工品を通過する
。加工品を通過する磁束は金属片の面内で循環する磁束
線を誘導し、これによって、同じ渦電流損失及び加工品
の加熱を生じる。

【０００３】直流を使用する別の誘導加熱法は「工業加
熱マガジン」１９９０年５月号、第２４ページのグレン
・Ｒ・ムーアの論文に記載されている。この新たな加熱
法においては、直流が利用され、加工品に関する磁界の
回転ではなく加工品の回転のために、加工品の軸方向に
電流が流れる。また、この方法は金属スラブを加熱する
ことができるものとしても記載されており、移転磁束加
熱の直流法である。この方法も、前記の論文に記載され
ているような直流磁界の浸透を決定する方法と表皮効果
とを利用している。

【０００４】しかしながら、これらの加熱システムのい
づれも、磁界において又は直接炎及びその関連方法にお
いて伝導率を変化させることなく外部から加工品を均一
に加熱することはできない。

【０００５】したがって、従来技術の欠点を克服する新
規な磁界技術を利用すること、及び、加工品をその断面
全体にわたって均一に加熱する効率を改善することが望
ましい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、金
属加工品をその断面及び長さ全体にわたって均一に加熱
する方法を提供することである。この発明の他の目的は
、こうした加熱を、伝導を利用することなく、コイルで
の及び部品の表皮効果での最小の熱損失で達成すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明のこれらの及び
その他の目的は新規な磁界システムによって達成され、
この新規な磁界システムは、これによって発生された磁
界の中に置かれた金属部品の均一な加熱を許容し達成す
る。磁界は磁気ループによって発生され、この磁気ルー
プは複数の薄い板と加工品を置くことができるエアーギ
ャップとを含む。次いで、加工品は囲まれ、磁気ループ
の一部となる。システムによって発生された磁界は加工
品を通過し、ループの残りの部分を通過する。この磁界
システムは５０−６０サイクルで最も良く動作するが、
これは、このシステムが全ての商用設備での利用可能な
コンセントによって分配される通常の電力を利用するこ
とができることを意味する。

【０００８】また、この発明は、磁気ループのエアーギ
ャップ内に置かれた非磁性金属をも均一に加熱する。多
数の実験を行った結果、規則的な部品及び不規則的な部
品の断面全体が所望の温度まで均一に上昇され、しかも
これらの部品が迅速に加熱されたことがわかった。

【０００９】

【実施例】　　図１に示すように、磁気ループシステム
が１０に示されている。この磁気ループ１０は磁気ルー
プ薄片構造へと形成される複数の金属片から成る。磁気
片１１は何らかの高透磁率材料が使用されるが好適な実
施例においては高透磁率けい素鋼である。金属片１１は
該金属片に取付けられるか付着された絶縁体１２を有す
る。この絶縁は通常は金属片の製造者によりされるが、
どのような周知の方法で達成されても良い。如何なる良
好な絶縁材料でも使用され得る。金属片１１は最大１．
０ミリメートルの厚さを有し、製造され得る最も薄い可
能なシートの最小厚さを有しても良い。高透磁率材料の
シートが薄ければ薄いほどシステムの性能は良くなる。 最大効率の材料は０．０００１ミリメートルかまたはよ
り薄いものである。しかし、それは現在商業的に利用で
きない。新規なシステムにおいて、磁気ループは金属片
１１用に０．３０ミリメートルで構成された。これらの
金属片１１は図１に示されるような通常は方形の形で所
望の形状に形成される。片はそれからエポキシまたはゴ
ムのり１３を有する真空室に置かれ、そこでそれは絶縁
体１２の一部になる。真空が室の中に生成され、そして
全ての外部の材料は除去される。それからエポキシまた
はゴムのりは真空が除かれた時に片にボンデイングする
。これはこの磁気ループを製作する現在最も周知な方法
である。しかし、薄片を製作するためにを片と共に結合
するため金属片、絶縁体そして幾分のゴムのりそして／
または機械的手段を使用することは満足のいくものであ
る。

【００１０】図１に示されるように、２つのコアエリア
１５がある。このコアエリアは正方形から矩形、円形ま
たは円筒形に至る大きさまたは形状であっても良い。コ
アエリアは加熱されるべき加工品に外側に適合するよう
に選択されて良い。もし、大きな加工品が加熱されるな
らば、大きなコアエリア１５が使用されるべきである。 磁界システム即ちループは、磁力線が加工品を介して直
接にコアから他方のコアへ通過するように２つのコア間
に加工品が確実に含まれる時に最大効率で動作する。コ
アエリア１５は加工品に適合するために移動されても良
い。最適の実施となるコイルの長さと該コイルの密度ま
たは重量の間にはひとつの関係がある。現在まで、危険
な関係が唯一経験的に見いだされた。加えて、各コア１
５の上にはコイル１４が巻かれている。コイル巻きの形
状は均一の加熱には危険である。コイルの巻数および寸
法は、システム中の発生された表皮効果および損失によ
り誘導加熱を妨げるために危険である。また、コアの面
の間の距離に関係するコアの巻数と高さが重要であるこ
とが見いだされた。

【００１１】図１に示されるように、コアエリア１５は
、コアから異なる大きさを有する薄片エリア１７へコア
システム１０内の磁力の伝達のためにある。この薄片エ
リアはＡＢの二乗根に等しい。ＡおよびＢはコアエリア
１５の長さと幅である。システム内の薄片のエリアにお
けるこの変更は、加工品を介してコアの間で増加した磁
気伝達を生じる。しかし、この大きさを変更することは
必要なく、そして完全なコアシステム薄片は、加熱が十
分に通じてないけれど、コアエリアと同じ大きさであり
得る。

【００１２】Ａ／Ｃ接続が１６に示され、コイルに接続
されている。コイルは並列または直列１９にワイヤによ
り接続される。動作において交流電流が図示されてない
交流電流源から接続１６に供給され、該電流は６０サイ
クルまたは特定エリアのラインのどのような周波数でも
ある。この交流電圧はコイル１４を渡って供給されるの
で磁力線はコアエリア１５に生成されそしてループ１０
を介して２つのコア間に注がれる。磁束はワイヤの電流
またはパイプの液流に合ったアナログである。磁気動力
は磁束流の発生器でこの特定の瞬間では均一コア密度の
コアは平方メートル当たりのウエーバ数の測定可能な磁
束密度を有する。交流電流がコイル１４に供給される時
に、コア中に磁気強度を生じて正および負の値の間を交
代する。これは通常ヒステリシスループと呼ばれる磁化
曲線上に供給される。鉄合金は磁化され、そして磁気ド
メインと呼ばれる微小領域に組織される。各ドメインの
原子の電子は原子核の回りに回転しそして自らの軸の回
りをスピンする。支配的な動きは電子スピンにより生成
され、そしてドメインの各原子の正味の磁気運動は同じ
方向に組織される。交流電流がコイルに供給されるそし
て加工品がその間に置かれる時に、加工品のドメインの
境界は原子核等の回転の結果として引張される。この結
果が加工品内に摩擦または機械的熱の発生となる。磁気
ドメインは通常均一に材料全体に配列されており、そし
て磁束は断面を均一に横断しているので熱は均一に加工
品に発生される。この磁界が加工品を均一に加熱するた
めに、ループ材料は被加熱材料よりも高い透磁性がある
ことが必要である。５（直径の５倍）スチールブロック
は中央および表面上に注入された熱結合を有する。挿入
された加工品とともに周囲のエリアへの有効な熱損失を
最小にするために、加工品はループの中に置かれ、そし
て加工品の完全な断面が急速に（約４分以内に）そして
均一に５００度Ｃの温度に設定される。加熱効果は、加
熱される金属の融解温度以下のあらゆる望ましい温度ま
で継続することができる。特定の加工品を加熱するため
に要求される時間は加工品の大きさおよび磁界の強さの
関数である。

【００１３】磁界ループのコア部分は、その材料のヒス
テリシスループの最大の大きさが磁界の方向の変化中に
越えないように該材料が選択されているので加熱されな
い。一層小さいヒステリシスループを有する加工品部分
は各交流サイクル中に磁力によって超過され、そして加
工品の加熱を生成する。

【００１４】この同様な磁界加熱装置はまた、金属が磁
性材料のドメインの動作と同様な動作によって整列され
ている結晶構造を有する限り非磁性材料に作用する。結
晶構造は、該構造がその融点かまたはその近くまで整列
されるであろう。アルミニュウムの結晶構造に同様な効
果がそれが突き入れられ時にみられる。熱は結晶構造の
強力な機械的な転覆により発生される。

【００１５】好ましい実施例の別の面で変更が本発明の
趣旨および範囲から逸脱するこのなく、当業者に可能で
あろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の磁気システムの１例である。

【図２】図２は薄片の詳細を示す２−２線に沿った図１
の断面図である。

【符号の説明】

１０　　磁気ループシステム　　　　　　　１１　　金
属片１２　　絶縁体　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　１４　　コイル１５　　コアエリア

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　間に開空間を有する２つの直面する端
   部に開かれた磁気ループを含み、前記磁気ループは複数
   の平行な高透磁率導電材料の薄いプレートを含み、該プ
   レートは互いに密接に離間されかつ絶縁されており、複
   数のコアエリアのそれぞれが前記直面する端部のそれぞ
   れに隣接しかつ前記ループの直面する端部のエリアより
   もエリアにおいて大きいプレートの平面に直角の面を有
   する第２の複数の平行な高透磁率導電材料の薄いプレー
   トを含み、導電性巻線で形成された複数の巻線のそれぞ
   れは前記直面する端に隣接する前記コアエリアのそれぞ
   れに巻回されかつ交流電流原に接続されて該交流電流原
   の周波数で前記ループの磁界を反転することを特徴とす
   る加熱金属用の装置。
2. 【請求項２】　　前記複数のプレートのそれぞれは１．
   ００ｍｍから０．０００１ｍｍの間の厚さを有する請求
   項１に記載の加熱金属用の装置。
3. 【請求項３】　　前記コアエリアの直面する端の間の前
   記開空間の寸法は前記コアエリアのそれぞれの面の最小
   の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の
   加熱金属用の装置。
4. 【請求項４】　　前記コアエリアのひとつは他のコアエ
   リアに対して直角に移動可能であり、前記コアエリアの
   面の間の開空間の寸法を調整することを特徴とする請求
   項１に記載の加熱金属用の装置。
5. 【請求項５】　　前記ループのプレートの各直面する端
   部のエリアは前記コアエリアの面の一つのエリアの二乗
   根に等しいか大きいエリアを有することを特徴とする請
   求項１に記載の加熱金属用の装置。
6. 【請求項６】　　前記巻線はコアの誘導加熱が最小にな
   るような巻線の巻数と巻線の幅と長さと間の関係を有す
   ることを特徴とする請求項１に記載の加熱金属用の装置
   。