JPS623554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加熱される金属製品の大きな面に対
してほぼ垂直に整向され一定であるが調節可能な
強度の磁場を発生する少なくとも１つの誘導装置
を含み、同誘導装置が上記の金属製品の上記の大
きな面に対して垂直な軸の周りで回転する様に仕
込れておりかつ少なくとも２つの磁極を有し、同
磁極が上記の大きな面に対して平衡に整向されて
面を有しかつ誘導装置が回転する時に環状領域を
掃く、長手方向に進行する平担で矩形の金属製品
の磁気誘導に依る加熱装置に係る。

従来、熱間で加工される金属製品を加熱するた
めに一定であるが調節可能な強度の磁場を発生す
る回転誘導装置を使用することが知られている
（フランス特許916287及び1387653参照）。磁極は
永久磁石、電磁石、又は永久磁石と電磁石の組合
せに依り構成される。誘導装置は耐火性及び導磁
性の材料より成るトンネルの外側におかれ、同ト
ンネルの内部を加熱される金属製品が進行する。
しかしながらこの既知の磁気誘導に依る加熱装置
は塊鉄の様な金属製品を加熱するためにはほとん
ど用いられなかつた、即ち塊鉄は圧延装置のいく
つかの圧下段階を過ぎてはいるが仕上段階はまだ
過ぎていない。事実経験に依れば既知の加熱装置
では加熱される金属製品の横方向に規則的な温度
断面を得ることが困難であることが判明した。こ
の問題は、加熱される金属材料が広い範囲で変化
する巾を有することを考えればますます複雑であ
る。

即ち本発明の目的は、金属製品の巾の範囲の如
何に係わらず長手方向に進行する金属製品の横方
向の加熱の均一性を改善する磁気誘導に依る加熱
装置を提供するにある。

上記の目的を達成するために本発明に依る磁気
誘導加熱装置は、各極の極面が湾曲三角形の形状
を有し同三角形は誘導装置の回転軸の方向に向い
た頂点と上記の頂点を通過し上記の軸に対して垂
直な直線に対して対称的な２つの凹側部と上記の
軸上に中心を有する円弧上の凸側部とを有し同凸
側部の曲率半径が極の極面に依り掃かれる環状領
域の外側の半径にほぼ等しいことを特徴とする。

以下本発明を添付の実施例に関する図面に就き
詳細に説明する。

第１図に示され本発明が適用される磁気誘導に
依る従来の加熱装置は例えば２つの誘導装置１及
び２を含み同装置は加熱される金属製品３例えば
塊鉄の大きな面の上側及び下側にそれぞれ設けら
れており上記の塊鉄は図面の面に対し垂直な方向
に即ち長手方向に連続的に移動される。第１図に
示されている様に２つの誘導装置のそれぞれはい
くつかの磁極例えば２つの磁極４を有している。
所望の加熱強度及び誘導装置１及び２の近くの周
囲温度に依り極４は永久磁石、コイルに直流電流
が供給される極（電磁石）又は直流電流が供給さ
れるコイルを有する永久磁石に依つて構成され
る。電磁石又はコイルを有する永久磁石を使用す
る場合には直流電流の強度は既知の方法で調節さ
れ磁石に依り生じる磁場の強度従つて加熱される
金属製品３の中に発生するフーコー電流に依り生
じる発熱強度を調節する。通常極４の断面は円形
である（この形状は与えられた導体の長さに従つ
てコイルを有する極の場合のジユール損失に対す
る最大磁束に相当する。） 誘導装置１及び２の少なくとも１つは図１には
示されていない既知の方法で垂直軸Ｚの周りで回
転駆動され他の誘導装置は同じ駆動方法あるいは
第１の誘導装置に依り生じる磁場に依り同期して
回転駆動される。誘導装置１及び２の回転速度は
通常金属製品３の前進速度よりも大である。この
回転運動の際金属製品３の大きな面に対して位置
する極４の極面は第４図に示されている様に円形
領域５を掃く。この領域５は加熱される金属製品
３の上の誘導装置の作用領域に大体一致する。製
品３が不動の場合にはフーコー電流のジユール効
果に依りもたらされる熱エネルギーは円形領域５
の中に於て比較的均一である。しかしながら金属
製品３は移動するので製品３の長手方向中央軸心
から距離ｄに位置する任意の点Ｐにもたらされる
熱エネルギーは誘導装置の円形作用領域５の中に
於ける点Ｐの停留期間に比例しこの停留期間自体
は第２図に示されている部分ABの長さに比例す
る。第２図の下部に金属製品３の横方向に於てこ
の様な加熱装置に依り得られる加熱断面Ｃが示さ
れている。第２図に示された加熱断面Ｃよりわか
る様に第１図に示され円形作用領域５の外径の寸
法を有する加熱装置は加熱される金属製品３の巾
に相当し製品３が前進する際に同製品の巾全体に
亘つて均一な加熱をすることが出来ない。実際の
場合ほぼ均一な加熱を行うために円形作用領域５
の外径が加熱される金属製品３の最大の巾よりも
大きな寸法を有する加熱装置が用いられ加熱断面
Ｃの中央部分で操作される。即ち加熱される金属
製品３の巾に対して大きな寸法の加熱装置が用い
られる。これらの条件に於て誘導装置に依り発生
する磁束は加熱のために全部は使用されない。即
ち回転の際に磁極が製品３の長手方向の側を越え
る時に加熱される金属製品３の上に作用しない。
このために効率は落る。

本発明に依り、作用領域の直径が移動し加熱さ
れる金属製品の最大の巾よりわずかに大きな寸法
を有し良好な効率で巾全体に亘りほぼ均一に上記
の製品を加熱する加熱装置を提供することに依り
上記の困難は回避される。本発明に依りこの結果
は第１図の如く設けられ例えば電磁石で構成され
た磁極が湾曲三角形の形状の極面を有する１つ又
は２つの誘導装置を用いることに依り得られる。
第３図は等しい形状の極性が交代している４つの
磁極４を有する本発明に依る誘導装置の正面図で
ある。各磁極４は例えば横断面が円形の磁核６を
有し同磁核の周りに直流電流が供給される（図に
は示されていない）励磁コイルが設けられてい
る。各磁核には極冠又は極片７が設けられており
同片は核６の構成部分を形成するか又は加熱され
る金属製品の隣接核の端に固定されている。各極
冠７は加熱される金属製品の大きな面に平行で平
らな極面を有する。第３図に示されている様に各
極冠７の極面は湾曲三角形の形状を有し同三角形
は誘導装置の回転軸Ｚの方向に向いた頂点８、頂
点８を通り軸Ｚに垂直な直線に対して対称的な２
つの凹側部９及び１０、軸Ｚ上に中心を有する円
弧でその曲率半径が極面に依り掃れる円形領域５
の外径Ｒにほぼ等しい凸側部を有する。

既載の湾曲三角形の形状の極面に依り、円形極
面を有する又は既知の加熱装置に用いられた方形
の磁極に依るよりも更に均一な横方向の加熱断面
をうることが出来る。これは以下の如く説明出来
る。第１の近似に於て有限長及び巾の作用を無視
すれば、加熱される金属製品の任意の点Ｐに於て
回転する誘導装置の依り生じる表面力は単に上記
の点から誘導装置の回転軸Ｚ迄の距離ｒの函数で
ある。その巾の２分の１が０とＲ（Ｒは誘導装置
の最大作用半径、即ち磁極４に依り掃かれる外
径）の間にある移動する金属材料を均一に加熱す
るために表面力は上記の距離ｒの増加函数（第４
図）でなければならずこの函数は以下の関係式に
依り表現される。

ここに於てk₁は常数である。

事実上記の過程より軸0Y（第５図）から距離
ｄだけ部分ABにそつて移動する点Ｐに於て生じ
る平均エネルギーEm(d)は以下に比例する。

Em(d)＝∫^ｙＡ _ｙＢｆ（ｒ）dy (2) 此処に： ｒ＝√²＋² (3) ｙ_A＝√²−²＝−ｙ_B (4) 即ち 巾方向に於て均一な加熱を得るためには距離ｄ
に於て生じる平均エネルギーEmがこの距離ｄに
従属してはいけない。

Em(d)＝常数 (6) 関係式(5)及び(6)の解は関係式(1)により依り満さ
れる。事実関係式(1)及び(3)を用いれば関係式(5)は
以下の如くに書れる。

これより これより Em(d)＝2k₁〔Arc sin1 −Arc sin0〕＝常数 (9) 即ちEmはｄに独立である。

第４図には−Ｒと＋Ｒとの間に含まれているｒ
に対して関係式(1)に依り定義される函数ｆ（ｒ）
の代表的な曲線を示す。この曲線より2Rに等し
い即ち誘導装置の環状作用領域の直径に等しい巾
を有する金属製品の巾全体に亘つて均一な加熱を
得るためには生じる表面力が理論的に上記の環状
領域の周辺に於て無限値を有しなければならない
がこれは当然実際上実現不可能である。実際に於
ては加熱される金属製品の最大の巾に対して、作
用半径Ｒが上記の最大の巾の1/2よりわずかに大
きくかつ距離ｒに対して生じる表面力の変化の大
表的な曲線が第４図の曲線に類似の傾向を有する
がＲの近くのｒの値に対する力の有限な値を有す
る様に誘導装置の寸法を定めれば充分であろう。

磁場が誘導装置の各極４のもとで一様でかつ加
熱される金属材料が誘導装置の作用領域に限定さ
れておりかつ誘導作用が無視出来るものと仮定す
るならば、誘導装置が回転する際の極座標ｒ，α
（第３図、第５図）の点Ｐに於ける磁場の時間に
於ける変化は第６図に示された正負交代の一連の
凸凹に依り示される。各凸凹は点Ｐの前の極４の
通過と巾に相当しこの巾は点Ｐが存在する距離ｒ
に於ける各極４の弧θ（第３図）の長さに相当す
る。点Ｐに於ける磁場Ｂの波のこの形状はフーリ
エ級数に分解され以下の関係式で表現される。

簡単なために点Ｐに於て生じる表面力が磁場の
基本成分の振巾の自乗に比例するものとすれば以
下の関係式で表現される。

ここに於てk₂は比例常数でA₀は磁場の基本成
分の振巾である。A₀は関係式(10)に於てＰ＝０と
おけば得られる即ち 即ち関係式(11)は以下の様になる。

これより ここに於て 関係式（14）より従つて、誘導装置の中心０よ
り距離ｒにある各磁極４の弧θの長さは距離ｒの
増加函数でありこれより極面のそれぞれの側部９
及び１０の凹の形状が得られる（第３図）。上記
の関係式より、加熱される金属製品の巾に対して
縁の作用を無視して、加熱する金属材料の巾全体
に亘り均一な加熱が得られる極面の理論的形状が
定められる。誘導装置の回転速度、極の数及び形
状、加熱される金属製品の物理的特徴、及び間隙
の値に関連する縁の作用は複雑である。縁の作用
は金属製品の巾に対して計算に依り求められる理
論的形状を反復変更して考慮に入れられる。作製
を簡単にするために極冠７のそれぞれの極面に対
して、湾曲三角形の形状を用い同三角形の凹の側
部９及び１０が上記の方法で得られた理想的断面
に近い断面を有する円弧でかつ凸の側部１１が極
４に依り掃かれる環状領域の外側の半径にほぼ等
しい円弧で、この外側の半径自体加熱される金属
製品の最大の巾1/2より僅かに大きくされる。更
に湾曲三角形の形状の各極面は特に頂点８及び回
転誘導装置の中心０を通る直線に対して対称的で
回転質量を具合よく平衡させる。更に第３図に示
されている様に各湾曲三角形の頂点８の頭は特に
切断されていて対向している極４の間で磁束が逃
げるのを防いでいる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の誘導加熱装置の横断面を示す。
第２図は第１図の加熱装置に依る、加熱する金属
製品上の環状作用領域並びに金属製品の横方向に
得られる加熱の断面を示す。第３図は本発明に依
る加熱装置の磁極面の形状を示す。第４図は金属
製品の巾全体に亘り均一な加熱を得るために誘導
装置の回転軸迄の距離に関連して、加熱装置に依
り加熱される金属製品の中に発生する表面力の変
化の理想的法則を示す。第５図は第４図の法則を
得る方法の説明図である。第６図は加熱装置の誘
導装置の回転軸の距離に対する時間の経過中の磁
場の変化を示す図である。 １，２……誘導装置、３……加熱される金属製
品、４……磁極、５……環状領域、６……磁核、
７……極冠、８……頂点、９，１０……凹側部、
１１……凸側部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱される金属製品３の大きな面に対してほ
   ぼ垂直に整向され一定であるが調節可能な強度の
   磁場を発生する少なくとも１つの誘導装置１，２
   を含み、同誘導装置が上記の金属製品の上記の大
   きな面に対して垂直な軸Ｚの周りで回転する様に
   組込れておりかつ少なくとも２つの磁極４を有
   し、同磁極が上記の大きな面に対して平衡に整向
   された面を有しかつ誘導装置が回転する時に環状
   領域５を掃く、長手方向に進行する平担で矩形の
   金属製品の磁気誘導に依る加熱装置に於て、 各極４の極面が湾曲三角形の形状を有し同三角
   形は誘導装置１，２の回転軸Ｚの方向に向いた頂
   点８と、上記の頂点８を通過し上記の軸Ｚに対し
   て垂直な直線に対して対称的な２つの凹側部９，
   １０と、上記の軸Ｚ上に中心を有する円弧上の凸
   側部１１とを有し同凸側部の曲率半径Ｒが極４の
   極面に依り掃かれる環状領域５の外側の半径にほ
   ぼ等しいことを特徴とする加熱装置。 ２ 凹側部９，１０が円弧の形状を有することを
   特徴とする特許請求の範囲の１に記載の加熱装
   置。 ３ 頂点８の頭部が切断されていることを特徴と
   する特許請求の範囲の１又は２に記載の加熱装
   置。 ４ 湾曲三角形の形状の極面が問題の極４の極冠
   ７の極面であることを特徴とする、各極４がコイ
   ル並びに極冠７が設けられた核６を有する特許請
   求の範囲の１より３迄のいずれかに記載の加熱装
   置。