JPS6349869B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属板端部を加熱する誘導加熱イン
ダクターに関するものである。

金属板端部の部分加熱用として効率の良いトラ
ンスバースフラツクスによる誘導加熱が最近注目
され多用される傾向にあり、種々のインダクター
が提案されている。ところで第１図に本願発明者
の１人等が先に出願（特願昭55−96392号）した
端部加熱用の４脚２巻線式インダクターを用いる
金属板端部加熱の概念図を示す。

第１図において、インダクターのコア１は例え
ば珪素鋼板を積層したものである。このコア脚部
を磁極と称し、中の２つを主磁極２と、両端を補
助磁極２′と呼んでいる。主磁極２にはコイル３
が巻いてあり、これらの磁極とコイルでインダク
ター７を構成している。インダクター７を被加熱
金属板５を挾んで、対向して設け第１図に示す極
性になるよう接続し、コイル３に交番電流を流す
と、これによる起磁力により磁界が生じ、磁束４
及び磁極４′が誘導される。これらの磁束４，
４′が被加熱金属板５を貫通することにより、渦
電流が該金属板５内に発生し、その渦電流損によ
り該金属板５が加熱される。而して、インダクタ
ー７のコイル効率はコア１の形状に大きく左右さ
れる。

ところで従来のインダクター７の形状決定手法
として若干の提案がなされているが、その大略は
主磁極２，２間の間隔ｄ、主磁極２と補助磁極
２′の間隔ｂを問わず、等間隔にする等、適当に
きめ、試行錯誤で寸法を種々変えて所要コイル効
率が得られるまで試作実験して実機寸法を決定し
ていた。然しながら被加熱金属板製造ラインの機
械設備との取合い等により、インダクター７の長
さが制限されることが多く、従つてインダクター
７のコア１の長さＬが条件により種々変ることに
なる。又、高速で移動する被加熱金属板５の反
り、上下動等によるインダクター７との接触損傷
を防止するため、適当なエアーギヤツプを設ける
必要がある。即ち上下のインダクターコア１間ギ
ヤツプＧがラインの使用条件により種々変わるこ
とになる。従つて、制約条件としてインダクター
７のコア１の長さＬおよび上下のインダクター７
のコア１間ギヤツプＧが与えられると、その都度
試作実験して実機寸法を決めざるを得ない状態で
あつた。そのため実機化までに長期間を要し、そ
の為の費用も大きかつた。また、その実機寸法が
必らずしもコイル効率が最適値であるとは限らな
かつた。

この発明は前述の問題を解決することを目的と
し、トランスバースフラツクスヒーテイング型イ
ンダクターにおいて、別途外部条件で制約される
インダクターコア１の長さＬ，被加熱金属板５の
厚みｔおよび上下のインダクターコア間ギヤツプ
Ｇからその条件下で効率が最大となるように主磁
極間隔ｄを簡単な式から求め、それを基準に他の
寸法を決めるインダクター形状の簡便な決定方法
およびインダクターの最適形状を提供するもので
ある。

この発明の一実施例を熱間圧延に適用した場合
について図面を参照して説明する。

熱間圧延工程において粗圧延機で圧延されてか
ら仕上圧延機で圧延される金属板の端部は、巾方
向中央部に比較して温度降下が大である。このた
め粗大混粒による品質低下，ロールの偏摩耗によ
る作業性の低下等で好ましくないので、その対策
として金属板端部は第１図に示す如く誘導加熱に
より加熱する。

本願発明者らは第１図に示すインダクター７の
コイル効率を向上させるために、該インダクター
７の形状を種々変えて各種実験を行つた。これに
つき第２図を参照して詳述する。この第２図は第
１図に示す態様において各磁極間隔を等間隔とし
たインダクター７であり、コア１の磁極形状を分
りやすくするためコイル３の図示を省略し、図中
には各磁極の或る瞬間におけるＮ極Ｓ極の極性と
各磁極間の磁束の流れを示す。磁束量は矢印の線
の本数で表わしている。また第２の図においてａ
は補助磁極２′の巾、ｃは主磁極２の巾、ｄは主
磁極２，２間の間隔、ｂは主磁極２と補助磁極
２′の間隔である。ｈはスロツト深さである。Ｈ
はコア１の高さ、Ｌはコア１の長さ、およびＷは
コア１の厚みである。Ｇは上下インダクターのコ
ア１間ギヤツプ、ｇはコア１と被加熱金属板５の
ギヤツプである。

ところで、コアの長さＬが一定のもとで、主磁
極２，２間の間隔ｄを変えてコイル３に電流を通
したときのコイル効率を調査したところ、第３図
に示す如く、コアの長さＬと主磁極２，２間の間
隔ｄとの比ｄ／Ｌによつてコイル効率が大きく変
ることが見出され、コイル効率を所定以上とする
には前記ｄ／Ｌを考慮してコア１の形状を決定す
ることが重要であることをつきとめた。第３図に
示される現象は次のように考えられる。すなわ
ち、磁束４及び磁極４′特に磁束４が主として被
加熱金属板５の加熱に寄与する主磁束である。実
際には磁束４および磁束４′以外に漏洩磁束６お
よび６′が存在し、その一部は被加熱金属板５の
表層付近を長手方向に通過し該金属板５の加熱に
寄与するが、大部分は該金属板５の加熱に寄与し
ない磁極間の漏洩磁束である。さて、インダクタ
ーコア１の長さＬ，上下インダクターコア１間ギ
ヤツプＧ及び起磁力等の条件が同じ場合、コアの
長さＬに占める主磁極間隔ｄの大小によつて各磁
束分布が変化する。例えば、主磁極間隔ｄが第２
図から第４図のように大きくなると、磁気抵抗が
距離に比例して増大するので漏洩磁束６が減少
し、他方の漏洩磁束６′は間隔ｂが小さくなるの
で磁気抵抗が減少する故に増加する。いま、主磁
極間隔ｄをΔdだけ大きくしてd′＝ｄ＋Δdとなつ
た場合、コア１の全長Ｌが一定なので主磁極２
（Ｎ極）と補助磁極２′（Ｓ極）の間隔ｂはΔd／２だ け小さくなる。即ち、前記間隔ｂの変化をΔbと
すると、 Δd＝2Δb となる。磁気抵抗は磁極間の距離に比例して増減
するから主磁極間の漏洩磁束６の減少の方が主磁
極２と補助磁極間漏洩磁束６′の増加よりも大き
い。言いかえれば全体的にみて漏洩磁束６に対す
る磁気抵抗が増加するため漏洩磁束６が減少し、
その代りに被加熱金属板５の加熱に寄与する主磁
束４が増加することになり、したがつてコイル効
率が高くなると考えられる。

然し、上下インダクターコア間ギヤツプＧに比
べて主磁極２と補助磁極２′間の間隔ｂがある限
度を越えて小さくなると、磁気抵抗の減少のため
漏洩磁束６′が急激に増加し、主磁束４が逆に減
少してくるためコイル効率も低下してくる。この
様子は第２図→第４図→第５図と順次に図面を参
照して比較して見ることにより理解できるであろ
う。

以上のことから被加熱金属板５を効率的に加熱
する主磁極間隔ｄとコア長さＬの比ｄ／Ｌに適値
が存在すると考えられる。

また第３図において、破線で示したものは最大
コイル効率ηcMAXを表すバランス点である。ま
た上下インダクターコア間ギヤツプＧを種々変化
させると第２図の，，のような曲線が得ら
れた。以上のことから発明者らは第３図の各曲線
はｙ＝−Ａ（ｘ−Ｂ）²＋Ｃの形の２次式で近似で
きるとの知見を得、次式を導いた。即ち、 ηc＝−（Ｇ／Ｌα₁＋β₁）｛ｄ／Ｌα₂ −（Ｇ／Ｌα₃＋β₂）｝²＋（γ−Ｇ／Ｌα₄）……
(1) また(1)式を変形すると次式が得られる。

ただし ηc：コイル効率 Ｌ：インダクターコアの長さ Ｇ：上下インダクターコア間ギヤツプ ｄ：インダクターコ主磁極間隔 α₁，α₂，α₃，α₄，β₁，β₂：定数 γ：被加熱金属板板厚ｔによつてきまる定数 前述のｙ＝−Ａ（ｘ−Ｂ）²＋Ｃにおいてｘ＝Ｂ
でｙは最大値Ｃの値をとることが分る。従つて(1)
式においてｄ／Ｌα₂＝（Ｇ／Ｌα₃＋β₂）即ちｄ＝Ｌ
／α₂ （Ｇ／Ｌα₃＋β₂）のときコイル効率ηcは最大値とな
り その値は、 ηc（MAX）＝γ−Ｇ／Ｌα₄ である。

以上から本願発明によると、インダクターコア
１の長さＬ，被加熱金属板５の厚みｔおよび上下
インダクターコア間ギヤツプＧが条件として与え
られれば、その値を(1)式に代入し、インダクター
コイル効率コアの長さＬにおける最大コイル効率
を与える主磁極間隔ｄが求められる。

本願発明のインダクター７における前記主磁極
間の間隔ｄとコアの長さＬとの最適比ｄ／Ｌは0.20 〜0.27である。その理由は前記ｄ／Ｌが0.20未満お よび0.27超になるとコイル効率の低下が大となり
所定のコイル効率が得られないからである。イン
ダクターコア１の他の形状決定にさいしては、例
えば主磁極の巾ｃはインダクターの所要容量，使
用電圧，周波数及び被加熱金属板５の所要加熱巾
によつてきまるインダクターコアの厚みＷ及びコ
イル３の巻数等より主磁極２の磁束密度を所要値
に選ぶことにより決定される。また補助磁極２′
の巾ａおよびインダクターコア１の高さＨも同様
に適切な磁束密度を得るように選定されるもであ
るが、特に補助磁極２′の巾ａは磁束密度からい
えば主磁極の巾ｃの1/4〜1/3で充分である。しか
し極端に狭くならないよう加工性も考慮して決定
されるべきである。更にスロツト深さｈはコイル
３のスロツト内に占める所要寸法から決められ
る。

コイル効率を高めるインダクターのコア１の形
状は、主磁極の巾ｃおよび補助磁極の巾ａを単独
に定めるのではなく、その比が重要であり、補助
磁極の巾ａと主磁極の巾ｃの比ａ／ｃを0.28〜0.40 にすればよい。この比ａ／ｃが小さくなるとコイル 効率が低下し、さらに補助磁極２′の製作が難し
くなるので下限を0.28とする。またこの比ａ／ｃが 大きくなりすぎると磁束４が減少しコイル効率が
低くなるので、上限を0.40とする。また主磁極２
と補助磁極２′の間隔ｂと、主磁極間の間隔ｄも
それぞれ単独に定めるのではなく、その比ｂ／ｄを 適正にするとコイル効率が向上する。従つて主磁
極２と補助磁極２′の間隔ｂと、主磁極間の間隔
ｄの比ｂ／ｄを0.42〜0.58とする。この比ｂ／ｄの値が 適正範囲より小さくても、また大きくても、コイ
ル効率が低下するので下限を0.42と、上限を0.58
とした。

以上の如くして形状が定められたインダクター
７はコイル効率が高く、効率的に被加熱金属板を
誘導加熱せしめる作用がある。

またコア１の長さＬに対する主磁極の巾ｃの比
ｃ／Ｌは0.18〜0.22とし、スロツト深さｈと主磁極 間の間隔ｄとの比ｈ／ｄは0.50〜0.68とし、コアの 高さＨはスロツト深さｈと主磁極の巾ｃから定め
てＨ＝ｈ＋ｃ（1.0〜1.2）とするとよい。

本発明は以上の如くであるから、インダクター
の設置場所により定まるインダクターの長さ，被
加熱金属板の厚さおよび上下のインダクターコア
間ギヤツプに応じて、コイル効率が所定以上とな
る最適形状の４脚２巻線式インダクターが得られ
る。また本発明による形状をもつインダクターコ
ア１はコイル効率が高く、省エネルギーに寄与す
る。さらに本発明によると被加熱金属板製造ある
いは通板ラインの諸条件に対応可能であり、従来
法で大きなウエイトを占めていた試作実験及びそ
の費用が不要となる上、工期が大巾に短縮できる
等の効果がある。

本発明は熱延金属板のみに限定適用されるもの
ではなく各種金属片の加熱例えば加工部分の歪取
り加熱に適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図はトランスバースフラツクスヒーテイン
グ型４脚２巻線式インダクターによる金属板の端
部加熱を示す斜視図、第２図は第１図の各磁極間
隔を等しくしたものにおいて、コイルを省略して
各磁極間の磁束の流れを見やすくした側面図、第
３図は主磁極間隔ｄとコイル効率ηcとの関係を
示すグラフである。第４図及び第５図は第２図と
の比較において主磁極間隔ｄを順次大きくした場
合に各磁極間の磁束分布が変化する様子を示す側
面図である。 １……コア、２……主磁極、２′……補助磁極、
３……コイル、４……主磁束、４′……主磁束の
バイパス、５……金属板、６……主磁極間漏洩磁
束、６′……主磁極と補助磁極間漏洩磁束、φ…
…磁束、Ｎ……磁極のＮ極、Ｓ……磁極のＳ極、
Ｌ……インダクターコアの全長、Ｗ……インダク
ターコアの厚み、ａ，ｇ……補助磁極の巾、ｂ，
b′，b″，ｆ，f′，f″……主磁極と補助磁極の間隔、
ｃ，ｅ……主磁極の巾、ｄ，d′，d″……主磁極間
隔、ｈ……スロツト深さ、Ｈ……インダクターコ
アの高さ、g₀……インダクターコアと被加熱金属
板のギヤツプ、Ｇ……上下インダクターコア間の
ギヤツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コイルを巻回した主磁極をインダクターコア
   の長さ方向の中間部に少なくとも２個設け、コイ
   ルを巻回しない補助磁極をインダクターコアの長
   さ方向の両端部にそれぞれ設けたトランスバース
   フラツクスヒーテイングインダクターにおいて、
   インダクターコアの長さをＬ，主磁極間の間隔を
   ｄ，主磁極の幅をｃ，主磁極と補助磁極の間隔を
   ｂ，補助磁極の幅をａとするとき、 ｄ／Ｌ＝0.20〜0.27， ａ／ｃ＝0.28〜0.40、および ｂ／ｄ＝0.42〜0.58 としたことを特徴とするトランスバースフラツク
   スヒーテイングインダクター。