WO2024048787A1 - 磁場装置および溶湯駆動方法 - Google Patents

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WO2024048787A1
WO2024048787A1 PCT/JP2023/032123 JP2023032123W WO2024048787A1 WO 2024048787 A1 WO2024048787 A1 WO 2024048787A1 JP 2023032123 W JP2023032123 W JP 2023032123W WO 2024048787 A1 WO2024048787 A1 WO 2024048787A1
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magnetic field
rotating body
field device
magnets
magnet
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PCT/JP2023/032123
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English (en)
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Inventor
謙三 高橋
Original Assignee
株式会社 ヂーマグ
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
    • B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D27/00—Stirring devices for molten material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K44/00—Machines in which the dynamo-electric interaction between a plasma or flow of conductive liquid or of fluid-borne conductive or magnetic particles and a coil system or magnetic field converts energy of mass flow into electrical energy or vice versa
    • H02K44/02—Electrodynamic pumps
    • H02K44/06—Induction pumps

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic field device and a molten metal driving method, and more specifically, the present invention relates to a magnetic field device and a molten metal driving method, and more specifically, the present invention has a plurality of magnets with different polarities fixed to a rotating body, and changes from the maximum magnetic flux of one magnetic pole to the maximum magnetic flux of the other magnetic pole in a short time.
  • the present invention relates to a magnetic field device that causes a large change in magnetic flux, and a molten metal driving method using the magnetic field device.
  • Patent Documents 1 and 2 describe magnetic field devices in which four permanent magnets are fixed at 90 degree intervals on a rotating body. These permanent magnets have magnetic poles on their upper and lower surfaces, and adjacent permanent magnets are magnetized to have different polarities.
  • the magnetic field device is arranged below the vortex chamber.
  • a magnetic field device is arranged above a molten metal driving tank arranged on the side of a main bath.
  • This magnetic field device includes a rotating body 20 that rotates around a rotating shaft 50, and two rectangular parallelepiped permanent magnets 30 and 40 fixed on the rotating body 20.
  • the magnet 30 is magnetized so that the upper surface becomes the north pole and the lower surface becomes the south pole.
  • the magnet 40 is magnetized so that the upper surface becomes the south pole and the lower surface becomes the north pole.
  • the magnetic field lines coming out of the magnet 30 penetrate the molten metal in the furnace or vortex chamber, and the magnetic flux that penetrated the molten metal enters the magnet 40.
  • the lines of magnetic force that penetrate the molten metal move. This generates an eddy current in the molten metal, causing the molten metal to rotate in the same direction as the rotation direction of the magnet.
  • Magnetic field devices using such permanent magnets have advantages such as lower power consumption and less heat generation than devices using electromagnets.
  • the force that drives the molten metal depends on the magnetic force of the permanent magnet, so it is advantageous to use a rare earth magnet with strong magnetic force, such as a neodymium magnet.
  • a rare earth magnet which are raw materials for rare earth magnets, may be difficult to procure due to international circumstances.
  • a ferrite magnet which is relatively inexpensive and easily available, but because of its weak magnetic force, it has been difficult to obtain a sufficient molten metal driving force with the conventional configuration.
  • the present invention has been made based on the above recognition, and aims to provide a magnetic field device capable of efficiently driving molten metal with a large driving force, and a method of driving molten metal using the magnetic field device.
  • the magnetic field device includes: a rotating body that is rotationally driven around a central axis; a first magnet fixed on the rotating body and having an upper surface magnetized to a north pole; a second magnet fixed on the rotating body and having an upper surface magnetized to an S pole; The first magnet and the second magnet are arranged to face each other so as to form a groove portion whose length is longer than its width.
  • the groove portion may pass through the center of the rotating body.
  • the groove portion may extend from one end of the rotating body to the other end of the rotating body.
  • the width of the groove may be 1/10 or less of the length of the groove.
  • the rotating body may be provided with no magnets other than the first and second magnets.
  • the rotating body may have a disk shape
  • the groove portion may pass through the center of the rotating body
  • the first and second magnets may have a substantially semicircular shape.
  • the first and second magnets may be bar-shaped magnets arranged in parallel with the center of the rotating body in between.
  • the lengths of the first and second magnets may be approximately equal to the diameter of the rotating body.
  • the magnetic field device includes: a rotating body that is rotationally driven around a central axis; a first magnet fixed on the rotating body and having an upper surface magnetized to a north pole; a second magnet fixed on the rotating body and having an upper surface magnetized to an S pole; The first magnet and the second magnet are arranged so as to contact each other and form a boundary line.
  • the boundary line may pass through the center of the rotating body.
  • the boundary line may extend from one end of the rotating body to the other end of the rotating body.
  • the first and second magnets may be substantially semicircular magnets or rod-shaped magnets.
  • the rotating body may be provided with no magnets other than the first and second magnets.
  • the first magnet and the second magnet may be ferrite magnets.
  • the molten metal stirring method according to the present invention includes: The magnetic field device according to the first or second aspect of the present invention is installed so that the magnetic lines of force of the first and second magnets penetrate the molten metal in the furnace or the vortex chamber, The molten metal is stirred by rotating the rotating body.
  • the present invention it is possible to provide a magnetic field device that can efficiently drive molten metal with a large driving force, and a method of driving molten metal using the magnetic field device.
  • FIG. 2 is a plan view (upper side) and a side view (lower side) of the magnetic field device according to the first embodiment. It is a graph showing the time change of the magnetic flux at a certain point above the magnetic field device when the magnetic field device (rotating body) is rotated.
  • FIG. 7 is a plan view (upper side) and a side view (lower side) of a magnetic field device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view (upper side) and a side view (lower side) of a magnetic field device according to a third embodiment.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a first example of a molten metal drive system using a magnetic field device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a second example of a molten metal drive system using a magnetic field device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing a conventional magnetic field device.
  • FIG. 1 shows a plan view (upper side) and a side view (lower side) of a magnetic field device 1 according to this embodiment.
  • the magnetic field device 1 includes a rotating body 2, a magnet 3, a magnet 4, and a rotating shaft 5.
  • the rotating body 2 is disk-shaped in this embodiment, and has a mounting surface 2a on which the magnets 3 and 4 are fixed.
  • a rotating shaft 5 is provided at the center of the rotating body 2.
  • the rotating shaft 5 is rotationally driven by a motor (not shown), whereby the rotating body 2 rotates around a central axis perpendicular to the mounting surface 2a.
  • the rotating body 2 is made of carbon steel (SS material), for example.
  • the mounting surface 2a does not necessarily have to be a flat surface, and may be, for example, a surface with unevenness or a curved surface provided with recesses in which the magnets 3 and 4 can be stored.
  • planar shape of the rotating body 2 is not limited to a circle, but may be a polygon, a star, a rectangle, an ellipse, or the like.
  • the rotating shaft 5 is provided at the center of gravity of the rotating body 2.
  • the rotating body 2 does not necessarily have to be plate-shaped.
  • the rotating body 2 may be a cylindrical body, and the magnets 3 and 4 may be fixed to the bottom surface (top surface) thereof.
  • the magnets 3 and 4 are fixed on the mounting surface 2a of the rotating body 2.
  • the magnets 3 and 4 may be covered with a non-magnetic cover (not shown).
  • the upper surface of the magnet 3 is magnetized to the north pole, and the lower surface is magnetized to the south pole.
  • the upper surface of the magnet 4 is magnetized as an S pole, and the lower surface is magnetized as an N pole.
  • the "upper surface” refers to the surface facing the molten metal to be driven, and does not necessarily mean the upper surface in the vertical direction.
  • the magnets 3 and 4 are permanent magnets such as ferrite magnets. Since ferrite magnets are relatively inexpensive and lightweight, the cost of the magnetic field device 1 can be reduced and the weight of the magnetic field device can be reduced. Furthermore, since sintered magnets such as ferrite magnets have a high coercive force Hc, they can send lines of magnetic force far away. Therefore, the height of the magnets 3 and 4 can be suppressed, and the height of the magnetic field device 1 can be reduced.
  • the types of magnets are not particularly limited, and the magnets 3 and 4 may be magnets using rare earths such as neodymium magnets.
  • the magnets 3 and 4 are approximately semicircular.
  • the magnets 3 and 4 except for the groove G, cover the mounting surface 2a of the rotating body 2.
  • the magnets 3 and 4 may be a single permanent magnet having a substantially semicircular shape, or may be constructed by pasting together a plurality of rectangular magnets into a substantially semicircular shape. .
  • the magnet 3 and the magnet 4 are arranged to face each other so as to form a groove G.
  • the length L1 of the groove G is longer than the width W.
  • the groove G extends from one end of the rotating body 2 to the other end. The longer the groove G extends (that is, the longer the strings of the semicircular magnets 3 and 4 are), the wider the range of magnetic flux changes above the magnetic field device 1 when the rotating body 2 rotates. can do.
  • the groove G does not need to be formed exactly to the end of the rotating body 2 as long as it is formed as a groove in which the length L1 is longer than the width W.
  • the groove G passes through the center (center of gravity) of the rotating body 2.
  • the length of the groove portion G is maximized, and the range of magnetic flux changes when the rotating body 2 rotates can be widened.
  • the "center" of the rotating body is not limited to the center point of the rotating body, but may be a region (center region) including the center point. Further, the groove G may pass through a region other than the "center”.
  • the width W of the groove G will be described in detail later, it is desirable that it is small in order to increase the time rate of change (d ⁇ /dt) of the magnetic flux passing through the molten metal.
  • the width W is 1/10 or less of the length L1.
  • a non-magnetic member such as a protrusion of the rotating body 2
  • a rib (not shown) having the same size as the groove G may be provided on the rotating body 2, and the magnets 3 and 4 may be fixed so as to be in contact with the rib.
  • FIG. 2 is a graph showing temporal changes in the magnetic flux ⁇ at a fixed point P above the magnetic field device 1.
  • FIG. 2 shows the temporal change in magnetic flux in the conventional magnetic field device. It is assumed that the width (magnetic pole width) of the magnets 30 and 40 of the conventional magnetic field device is the same as the width W of the groove G.
  • Time 0 indicates the state shown in FIG. 1, in which point P is located above the central region of the magnet 3.
  • the magnetic flux + ⁇ m of the magnet 3 is passing through the point P.
  • the magnetic flux at point P is approximately + ⁇ m until time t1 .
  • time t1 one end of the groove G (the straight part of the semicircular magnet 3) reaches the point P.
  • time t2 the other end of the groove G (the straight part of the semicircular magnet 4) reaches the point P.
  • the magnetic flux passing through point P changes greatly from + ⁇ m to - ⁇ m between time t 1 and time t 2 .
  • time from time t 1 to time t 2 is based on the width W of the groove G. That is, under the condition that the rotational speed of the rotating body 2 is constant, the time from time t 1 to time t 2 becomes shorter as the width W of the groove G becomes smaller. As a result, the rate of change of magnetic flux over time increases.
  • the magnetic flux at point P is approximately ⁇ m .
  • the groove G (the lower part of the groove G in the plan view of FIG. 1) reaches the point P.
  • Time t3 is the time when magnet 4 leaves point P.
  • the magnetic flux passing through point P changes greatly from - ⁇ m to + ⁇ m from time t 3 to time t 4 .
  • the groove G leaves the point P and the magnet 3 reaches the point P.
  • the state returns to the same state as time 0 (the positional relationship shown in FIG. 1).
  • times t 5 , t 6 , t 7 and t 8 of the second period correspond to times t 1 , t 2 , t 3 and t 4 of the first period, respectively.
  • the time in the middle between time t4 and time t5 corresponds to time 0.
  • the magnetic flux passing through the point P from time t 1 to time t 2 changes from + ⁇ m to ⁇ m .
  • the magnetic flux passing through point P during the time from time t 3 to time t 4 changes from ⁇ m to + ⁇ m . Therefore, the time rate of change d ⁇ /dt of the magnetic flux penetrating the molten metal present above the magnetic field device during the time when the groove G passes the point P is expressed by equation (1).
  • d ⁇ /dt 2 ⁇ m /T...(1)
  • T is the time for the groove G to pass the point P, for example, the time t 2 -t 1 or the time t 4 -t 3 .
  • an induced electromotive force V emf is generated in the molten metal at point P, which is proportional to the time rate of change of the magnetic flux in equation (1).
  • An induced current flows in the molten metal due to this induced electromotive force V emf , and a secondary magnetic field (magnetic field) is generated around the induced current.
  • the generated magnetic field and the magnetic field (primary magnetic field) of the magnetic field device 1 repel or attract each other, thereby driving the molten metal.
  • the time change in magnetic flux is caused by only one of the magnets 30 and 40, as shown by the dotted line in FIG. That is, the time change in magnetic flux is caused by a single magnet. Therefore, the amount of change in magnetic flux is ⁇ m .
  • the magnetic flux is changed in the groove G formed by the magnets 3 and 4, so the amount of change in magnetic flux over time is 2 ⁇ m , which is larger than that of the conventional magnetic field device. can do. That is, in the magnetic field device 1, a time change in magnetic flux is caused by magnets with different polarities, and the magnetic flux changes greatly from + ⁇ m to - ⁇ m (or from - ⁇ m to + ⁇ m ). This increases the induced electromotive force V emf . As a result, the eddy current generated in the molten metal increases, and the driving force for the molten metal can be increased.
  • the width W of the groove G is the same as the width of the magnets 30 and 40 of the conventional magnetic field device, according to this embodiment, the amount of change in magnetic flux over time is approximately doubled, so the molten metal driving force is reduced by approximately 2 times. Can be doubled. Furthermore, if the width W is halved, the molten metal driving force can be increased approximately four times.
  • the molten metal driving force can be significantly improved. Therefore, even when using magnets with relatively weak magnetic force such as ferrite magnets, or even when using relatively small amounts of magnets with strong magnetic force, it is not possible to drive the molten metal in the furnace or vortex chamber with a sufficiently large driving force. can.
  • the rotating body 2 is not provided with any magnets other than the two magnets 3 and 4.
  • the lines of magnetic force coming out of the N pole on the top surface of the magnet 3 can fly high upwards and then return to the S pole on the top surface of the magnet 4, allowing the lines of magnetic force to penetrate more of the molten metal.
  • a magnet is provided in addition to the magnets 3 and 4, a portion of the magnetic lines of force coming out from the N pole of the magnet 3 are directed toward other magnets, so that the magnetic flux above the rotating body 2 is reduced. Therefore, in this embodiment, the rotating body 2 is not provided with any magnets other than the two magnets 3 and 4.
  • magnets other than magnets 3 and 4 may be moved to the rotating body. 2 may be provided.
  • the content described in this paragraph also applies to the second and third embodiments described below.
  • the groove G is not limited to the linear shape as described above, but may have a bent shape in which a plurality of linear grooves are connected, for example.
  • the groove G may have a curved line such as an S-shape, a wavy shape, a meandering shape, or a combination of a curved line and a straight line.
  • the width of the groove G may not be constant over the entire length.
  • the width of the groove G may become narrower from the center of the rotating body 2 toward the ends.
  • the width of the groove G may be narrowed in an intermediate region between the center and the end of the rotating body 2.
  • a magnetic field device according to a second embodiment.
  • One of the differences between the second embodiment and the first embodiment is the shape of the magnet.
  • a semicircular magnet is used, whereas in the second embodiment, a bar-shaped magnet is used.
  • the magnetic field device 1A according to the second embodiment will be described below, focusing on the differences from the first embodiment.
  • the magnetic field device 1A includes a rotating body 2, rod-shaped magnets 3A and 4A, and a rotating shaft 5.
  • the rotating body 2 and rotating shaft 5 are the same as in the first embodiment, so their explanation will be omitted.
  • the upper surface of the magnet 3A is magnetized to the north pole, and the lower surface is magnetized to the south pole.
  • the upper surface of the magnet 4A is magnetized as an S pole, and the lower surface is magnetized as an N pole.
  • the magnets 3A and 4A have an elongated, substantially rectangular parallelepiped shape, their upper and lower surfaces are magnetic poles, making them similar to normal bar magnets (one end is magnetized to the north pole and the other end is magnetized to the south pole). .) is different.
  • magnets 3A and 4A are arranged in parallel on the rotating body 2 so as to form a groove G.
  • the length L2 of the groove G is longer than the width W.
  • the groove G passes through the center of the rotating body 2 and extends from one end of the rotating body 2 to the other end. That is, the length L2 of the magnets 3A and 4A is approximately equal to the diameter of the rotating body 2. As a result, the length of the groove G is maximized, and the range of magnetic flux changes when the rotating body 2 rotates can be widened.
  • the width W of the groove G will be described in detail later, it is desirable that the width W is small in order to increase the time rate of change (d ⁇ /dt) of the magnetic flux passing through the molten metal.
  • the width W is 1/10 or less of the length L2.
  • the magnet 3A and the magnet 4A are permanent magnets such as ferrite magnets.
  • the width of the magnets 3A, 4A is ensured to such an extent that a required magnetic field strength can be obtained, and is, for example, larger than the width W of the groove G as shown in FIG.
  • the magnets 3 and 4 may be magnets using rare earths, such as neodymium magnets.
  • the rod-shaped magnets 3A and 4A are arranged in parallel to form the groove G.
  • the molten metal can be driven more efficiently. Can be done.
  • the second embodiment uses bar-shaped magnets
  • the amount of magnets used can be reduced compared to the first embodiment, which uses semicircular magnets. Therefore, the manufacturing cost of the magnetic field device can be further reduced.
  • the amount of magnets used is reduced, further weight reduction can be achieved. As a result, it is possible to reduce the cost of transporting the magnetic field device from the manufacturing factory to the place where it will be used, and the cost and effort required for installation work.
  • a magnetic field device according to a third embodiment.
  • One of the differences between the third embodiment and the first and second embodiments is the presence or absence of grooves.
  • the two magnets are arranged so that a groove is formed, whereas in the third embodiment, the two magnets are arranged in contact with each other, so no groove is formed.
  • the magnetic field device 1B according to the third embodiment will be described below, focusing on the differences from the first and second embodiments.
  • the magnetic field device 1B includes a rotating body 2, rod-shaped magnets 3A and 4A, and a rotating shaft 5.
  • the rotating body 2 and rotating shaft 5 are the same as in the first embodiment, so their explanation will be omitted.
  • the magnet 3A and the magnet 4A are arranged so as to contact each other and form a boundary line BL.
  • the boundary line BL corresponds to the limit when the width of the groove portion G described in the first and second embodiments is narrowed.
  • the boundary line BL causes the magnetic flux penetrating the molten metal located above the boundary line BL to change extremely sharply from + ⁇ m to - ⁇ m (or from - ⁇ m to + ⁇ m ) when the rotating body 2 is driven to rotate.
  • the molten metal can be driven more efficiently than the second embodiment. That is, if the type and size of magnets are the same, a larger molten metal driving force can be obtained.
  • the boundary line BL passes through the center of the rotating body 2 and extends from one end of the rotating body 2 to the other end. That is, the length L2 of the magnets 3A and 4A is approximately equal to the diameter of the rotating body 2. This makes it possible to widen the range of magnetic flux changes as much as possible when the rotating body 2 rotates.
  • the magnets 3A and 4A are arranged so as to contact each other and form the boundary line BL.
  • the time rate of change d ⁇ /dt of the magnetic flux when the rotating body 2 is rotated can be made larger than the groove portion G described in the first and second embodiments. Therefore, the molten metal driving force can be increased compared to the first and second embodiments.
  • the molten metal can be transferred more efficiently. Can be driven.
  • the third embodiment uses bar-shaped magnets, the amount of magnets used can be reduced compared to the first embodiment, which uses semicircular magnets. Therefore, the manufacturing cost of the magnetic field device can be further reduced and the weight can be further reduced.
  • the magnets used in this embodiment to form the boundary line BL are not limited to bar-shaped magnets.
  • substantially semicircular magnets as described in the first embodiment may be used. In this case, parts of the two substantially semicircular magnets corresponding to the strings come into contact to form the boundary line BL.
  • boundary line BL is not limited to the linear shape as described above, but may have a bent shape in which a plurality of linear grooves are connected, for example.
  • the boundary line BL may be a curve such as an S-shape, a wavy shape, a meandering shape, or a combination of a curve and a straight line.
  • the boundary line is not limited to the case where the entire area of the side surfaces of the magnets 3A and 4A contact each other to form a boundary line as described above, but a boundary line may be formed by a partial area of the side surfaces coming into contact with each other.
  • a boundary line is not formed in the recess, but the side surfaces contact each other in a region other than the recess, and a boundary line is formed.
  • molten metal stirring system 100 With reference to FIG. 5, a molten metal stirring system 100 will be described as a first example of a molten metal driving system using the magnetic field device 1.
  • the molten metal stirring system 100 includes a molten metal stirring device 110 and a furnace 120 disposed above the molten metal stirring device 110.
  • the furnace 120 is a furnace that stores the molten metal M, and is, for example, a holding furnace or a melting furnace.
  • the molten metal stirring device 110 includes the above-described magnetic field device 1, a drive device 9 that is connected to the rotating shaft 5 and rotates the rotating body 2, and a casing 111 made of a refractory material that houses the magnetic field device 1 and the drive device 9. has.
  • the magnetic field device 1 may be a magnetic field device 1A or 1B.
  • the drive device 9 is a motor, it may also be a prime mover.
  • the magnetic field device 1 is arranged below the furnace 120 so that the mounting surface 2a of the rotating body 2 (the upper surface of the magnets 3 and 4) faces the bottom wall of the furnace 120. As a result, as shown in FIG. It penetrates the bottom wall from top to bottom and enters the S pole on the top surface of the magnet 4. As the rotating body 2 is rotationally driven by the drive device 9, the magnetic field that penetrates the molten metal M moves. Thereby, the molten metal M is rotated in the same direction as the rotating body 2 and stirred.
  • the magnetic flux penetrating the molten metal changes rapidly and greatly, so even if a magnet with relatively weak magnetic force such as a ferrite magnet is used, the molten metal M cannot be sufficiently absorbed. can be stirred with a large driving force.
  • the magnetic field device 1 may be placed above or to the side of the furnace 120.
  • the magnetic field device 1 is placed so that the mounting surface 2a of the rotating body 2 faces the surface of the molten metal M.
  • the magnetic field device 1 is placed so that the mounting surface 2a of the rotating body 2 faces the side wall of the furnace.
  • a molten metal stirring system 100A will be described as a second example of a molten metal driving system using the magnetic field device 1.
  • a molten metal pump is configured using the magnetic field device 1. Note that descriptions of the same components as those of the molten metal stirring system 100 will be omitted as appropriate.
  • the molten metal stirring system 100A includes a furnace 120 and a molten metal pump 130 disposed within the furnace 120.
  • the molten metal pump 130 is arranged so that at least the lower part (pump chamber PR) is immersed in the molten metal M in the furnace 120.
  • the molten metal pump 130 includes a magnetic field device 1, a drive device 9 connected to the rotating shaft 5 and rotationally driving the rotating body 2, and a housing 131 made of a refractory material and housing the magnetic field device 1 and the drive device 9.
  • the magnetic field device 1 may be a magnetic field device 1A or 1B.
  • the magnetic field device 1 and the drive device 9 are housed in the upper part of the housing 131.
  • the drive device 9 is installed on an installation wall 131c provided within the housing 131.
  • a through hole is provided in the installation wall 131c, and the rotating shaft 5 is inserted through this through hole.
  • the magnetic field device 1 has a mounting surface 2a of the rotating body 2 (the N pole of the magnet 3 and the S pole of the magnet 4) facing the isolation wall 131d in a storage space provided between the installation wall 131c and the isolation wall 131d. It is placed in a suspended state.
  • a pump chamber PR is provided at the bottom of the housing 131.
  • the pump chamber PR communicates with the outside via the suction port 131a and the discharge port 131b.
  • the molten metal in the pump chamber PR is rotated and accelerated by the moving magnetic field of the magnetic field device 1, and then the discharge port 131b provided along the tangential direction of the rotation. It is forcefully discharged to the outside.
  • the molten metal in the furnace 120 is sucked into the pump chamber PR from the suction port 131a.
  • the magnetic flux penetrating the molten metal in the pump chamber PR changes rapidly and greatly due to the groove G (or boundary line BL) of the magnetic field device 1.
  • the molten metal in the pump chamber PR can be rotated with a sufficiently large driving force, and as a result, the molten metal pump 130 discharges The amount can be increased.

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Abstract

［課題］効率良く大きな駆動力で溶湯を駆動可能な磁場装置、および当該磁場装置を用いた溶湯駆動方法を提供する。 ［解決手段］実施形態の磁場装置１は、中心軸の周りに回転駆動される回転体２と、回転体２上に固定され、上面がＮ極に磁化された磁石３と、回転体２上に固定され、上面がＳ極に磁化された磁石４と、を備え、磁石３と磁石４は幅よりも長さの方が長い溝部Ｇを形成するように対向配置されている。

Description

磁場装置および溶湯駆動方法
　本発明は、磁場装置および溶湯駆動方法に関し、より詳しくは、回転体に固定された異種極の複数の磁石を有し、一方の磁極の最大磁束から他方の磁極の最大磁束まで短時間で変化させて大きな磁束変化を引き起こす磁場装置、および当該磁場装置を用いた溶湯駆動方法に関する。
　従来、磁石を回転駆動させて溶湯を駆動する磁場装置が知られている。特許文献１および２には、回転体の上に４つの永久磁石を９０度間隔で固定した磁場装置が記載されている。これらの永久磁石は、上下面側が磁極とされており、且つ、隣り合う永久磁石は互いの極性が異なるように磁化されている。特許文献１では、磁場装置は渦室の下方に配置されている。特許文献２では、メインバスの側方に配置された溶湯駆動槽の上方に磁場装置が配置されている。
　図７を参照して従来の磁場装置を説明する。この磁場装置は、回転軸５０の周りに回転する回転体２０と、この回転体２０の上に固定された２つの直方体状の永久磁石３０および４０とを備えている。磁石３０は上面がＮ極に、下面がＳ極になるように磁化されている。磁石４０は上面がＳ極に、下面がＮ極になるように磁化されている。
　磁石３０から出た磁力線は、炉または渦室内の溶湯を貫き、溶湯を貫通した磁束が磁石４０に入る。回転体２０が回転することにより溶湯を貫通する磁力線が移動する。これにより、溶湯に渦電流が発生し、溶湯は磁石の回転方向と同じ方向に回転することになる。このような永久磁石を利用した磁場装置は、電磁石を用いるものに比べて消費電力や発熱が少ない等の利点がある。
特許第５７６６５７２号 特許第５８１３６９３号
　従来の磁場装置において、溶湯を駆動する力は永久磁石の磁力に依存するため、ネオジム磁石等の磁力が強い希土類磁石を用いることが有利である。しかし、希土類磁石の原料となるレアアースは、国際情勢等により調達することが困難な場合がある。他方、比較的安価で入手し易いフェライト磁石を用いることが考えられるが、磁力が弱いため従来の構成では十分な溶湯駆動力を得ることが困難であった。
　本発明は、上記認識に基づいてなされたものであり、効率良く大きな駆動力で溶湯を駆動可能な磁場装置、および当該磁場装置を用いた溶湯駆動方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様に係る磁場装置は、
　中心軸の周りに回転駆動される回転体と、
　前記回転体上に固定され、上面がＮ極に磁化された第１の磁石と、
　前記回転体上に固定され、上面がＳ極に磁化された第２の磁石と、を備え、
　前記第１の磁石と前記第２の磁石は、幅よりも長さの方が長い溝部を形成するように対向配置されている。
　また、前記磁場装置において、
　前記溝部は前記回転体の中心を通るようにしてもよい。
　また、前記磁場装置において、
　前記溝部は前記回転体の一方の端から前記回転体の他方の端まで延在するようにしてもよい。
　また、前記磁場装置において、
　前記溝部の幅は、前記溝部の長さの１／１０以下であるようにしてもよい。
　また、前記磁場装置において、
　前記回転体には、前記第１および第２の磁石以外に磁石が設けられていないようにしてもよい。
　また、前記磁場装置において、
　前記回転体は円盤形状であり、前記溝部は前記回転体の中心を通り、前記第１および第２の磁石は略半円形であるようにしてもよい。
　また、前記磁場装置において、
　前記第１および第２の磁石は、前記回転体の中心を挟んで平行配置された棒状の磁石であるようにしてもよい。
　また、前記磁場装置において、
　前記第１および第２の磁石の長さは、前記回転体の直径に略等しいようにしてもよい。
　本発明の第２の態様に係る磁場装置は、
　中心軸の周りに回転駆動される回転体と、
　前記回転体の上に固定され、上面がＮ極に磁化された第１の磁石と、
　前記回転体の上に固定され、上面がＳ極に磁化された第２の磁石と、を備え、
　前記第１の磁石と前記第２の磁石は、互いに接触して境界線を形成するように配置されている。
　また、前記磁場装置において、
　前記境界線は前記回転体の中心を通るようにしてもよい。
　また、前記磁場装置において、
　前記境界線は前記回転体の一方の端から前記回転体の他方の端まで延在するようにしてもよい。
　また、前記磁場装置において、
　前記第１および第２の磁石は略半円形磁石または棒状の磁石であるようにしてもよい。
　また、前記磁場装置において、
　前記回転体には、前記第１および第２の磁石以外に磁石が設けられていないようにしてもよい。
　また、前記磁場装置において、
　前記第１の磁石および前記第２の磁石はフェライト磁石であるようにしてもよい。
　本発明に係る溶湯撹拌方法は、
　本発明の第１または第２の態様に係る磁場装置を、前記第１および第２の磁石の磁力線が炉または渦室内の溶湯を貫通するように設置し、
　前記回転体を回転させることにより前記溶湯を撹拌する。
　本発明によれば、効率良く大きな駆動力で溶湯を駆動可能な磁場装置、および当該磁場装置を用いた溶湯駆動方法を提供できる。
第１の実施形態に係る磁場装置の平面図（上側）および側面図（下側）である。 磁場装置（回転体）を回転させたときの、磁場装置上方のある点における磁束の時間変化を示すグラフである。 第２の実施形態に係る磁場装置の平面図（上側）および側面図（下側）である。 第３の実施形態に係る磁場装置の平面図（上側）および側面図（下側）である。 実施形態に係る磁場装置を用いた溶湯駆動システムの第１の例の一部断面図である。 実施形態に係る磁場装置を用いた溶湯駆動システムの第２の例の一部断面図である。 従来の磁場装置を示す平面図である。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、同等の機能を有する構成要素に同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各構成要素の厚みと平面寸法との関係、各構成要素間の厚みの比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件および物理的特性、並びにそれらの程度を特定する、たとえば、「平行」、「直交」、「等しい」等の用語や寸法、物理的特性の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
　以下、磁場装置１の３つの実施形態についてそれぞれ説明する。（第１の実施形態）
　図１を参照して、第１の実施形態に係る磁場装置について説明する。図１は、本実施形態に係る磁場装置１の平面図（上側）および側面図（下側）を示している。
　磁場装置１は、回転体２と、磁石３と、磁石４と、回転軸５とを備えている。
　回転体２は、本実施形態では円盤形状であり、磁石３および磁石４が固定される載置面２ａを有している。回転体２の中心には回転軸５が設けられている。回転軸５はモータ（図示せず）により回転駆動され、それにより、回転体２は載置面２ａと直交する中心軸の周りに回転する。なお、回転体２は、たとえば、炭素鋼（ＳＳ材）から構成される。
　なお、載置面２ａは必ずしも平面でなくてもよく、たとえば、凹凸を有する面または曲面に、磁石３および磁石４を格納可能な凹部が設けられたものであってもよい。
　また、回転体２の平面形状は円形に限らず、多角形、星形、矩形、楕円形などであってもよい。円形以外の形状の場合、回転軸５は回転体２の重心に設けられる。
　また、回転体２は必ずしも板状でなくてもよい。たとえば、回転体２は、円柱体であり、その底面（上面）に磁石３および磁石４が固定されてもよい。
　本実施形態では、図１に示すように、磁石３および磁石４は、回転体２の載置面２ａ上に固定されている。磁石３および磁石４は非磁性のカバー（図示せず）で被覆されていてもよい。磁石３は上面がＮ極に、下面がＳ極に磁化されている。磁石４は上面がＳ極に、下面がＮ極に磁化されている。なお、「上面」は駆動対象の溶湯に対向する面のことであり、必ずしも鉛直方向上側の面を意味するものではない。
　磁石３および磁石４は、フェライト磁石等の永久磁石である。フェライト磁石は比較的安価で軽量であるため、磁場装置１のコストを低減するとともに磁場装置の軽量化を図ることができる。また、フェライト磁石等の焼結磁石は、保磁力Ｈｃが高いため、磁力線を遠くに飛ばすことができる。したがって、磁石３，４の高さを抑えることができ、磁場装置１を低背化することができる。なお、本発明において磁石の種類は特に限定されるものでなく、磁石３および磁石４は、ネオジム磁石等のレアアースを用いた磁石であってもよい。
　図１に示すように、本実施形態において、磁石３および磁石４は略半円形である。磁石３および磁石４は、溝部Ｇを除いて、回転体２の載置面２ａを覆っている。
　なお、磁石３，４は、１枚の略半円形状の永久磁石であってもよいし、あるいは、複数の矩形の磁石を貼り合わせて略半円形状に構成されたものであってもよい。
　磁石３および磁石４は、溝部Ｇを形成するように対向配置されている。溝部Ｇは幅Ｗよりも長さＬ１の方が長い。本実施形態では、溝部Ｇは、回転体２の一方の端から他方の端まで延在する。溝部Ｇが長く延在するほど（すなわち、半円形の磁石３および磁石４の弦の長さが長いほど）、回転体２が回転する際、磁場装置１の上方において磁束変化の及ぶ範囲を広くすることができる。
　なお、溝部Ｇは、幅Ｗよりも長さＬ１の方が長い溝として形成されていれば、厳密に回転体２の端まで形成されていなくてもよい。
　図１に示すように、溝部Ｇは回転体２の中心（重心）を通る。これにより、溝部Ｇの長さが最大化され、回転体２の回転時において磁束変化の及ぶ範囲を広くすることができる。なお、本願において回転体の「中心」は、回転体の中心点に限らず、中心点を含む領域（中心領域）であってもよい。また、溝部Ｇは「中心」以外の領域を通ってもよい。
　溝部Ｇの幅Ｗは、詳しくは後述するが、溶湯を通る磁束の時間変化率（ｄφ／ｄｔ）を大きくするために、小さいことが望ましい。たとえば、幅Ｗは長さＬ１の１／１０以下である。
　なお、溝部Ｇの内部に、非磁性体の部材（回転体２の突起など）が存在してもよい。たとえば、溝部Ｇと同じ大きさのリブ（図示せず）が回転体２上に設けられ、磁石３，４が当該リブに接するように固定されてもよい。
　＜磁力の時間変化＞
　次に、図２を参照して、磁場装置１（回転体２）を回転させたときの磁束の時間変化について説明する。図２は、磁場装置１上方の固定された点Ｐにおける磁束φの時間変化を示すグラフである。ここでは、回転体２が一定の回転速度で反時計回り（図１の回転方向ＲＤ）に回転する場合を例に説明する。なお、回転体２が時計回りに回転する場合でも磁束の時間変化は同様になる。また、図２の点線は従来の磁場装置における磁束の時間変化を示している。従来の磁場装置の磁石３０，４０の幅（磁極幅）は溝部Ｇの幅Ｗと同じであるとしている。
　時刻０は図１の状態を示しており、この状態において点Ｐは磁石３の中央領域の上方に位置する。このとき、磁石３の磁束＋Φｍが点Ｐを通過している。その後、時刻ｔ１までの間、点Ｐの磁束はほぼ＋Φｍである。時刻ｔ１において、溝部Ｇの一方端（半円形の磁石３の直線部分）が点Ｐに達する。また、時刻ｔ２において、溝部Ｇの他方端（半円形の磁石４の直線部分）が点Ｐに達する。図２に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に点Ｐを通る磁束は＋Φｍから－Φｍまで大きく変化する。
　なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は溝部Ｇの幅Ｗに基づく。すなわち、回転体２の回転速度が一定の条件において、溝部Ｇの幅Ｗが小さくなるにつれて時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は短くなる。その結果、磁束の時間変化率は大きくなる。
　その後、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、点Ｐの磁束はほぼ－Φｍである。時刻ｔ３において溝部Ｇ（図１の平面図における溝部Ｇの下側部分）が点Ｐに達する。時刻ｔ３は、磁石４が点Ｐから離れる時刻である。図２に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間に点Ｐを通る磁束は－Φｍから＋Φｍまで大きく変化する。時刻ｔ４において溝部Ｇは点Ｐを離れ、磁石３が点Ｐに達する。その後、時刻ｔ４と時刻ｔ５の真ん中の時刻において、時刻０と同じ状態（図１に示す位置関係）に戻る。
　上記から分かるように、点Ｐを通る磁束は上記の変化を周期的に繰り返す。図２において、第２周期の時刻ｔ５、ｔ６、ｔ７およびｔ８は、第１周期の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３およびｔ４にそれぞれ対応する。時刻ｔ４と時刻ｔ５の真ん中の時刻が時刻０に対応する。
　上記のように、磁場装置１の上方において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間に点Ｐを通る磁束は、＋Φｍから－Φｍまで変化する。同様に、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間に点Ｐを通る磁束は、－Φｍから＋Φｍまで変化する。よって、溝部Ｇが点Ｐを通過する時間に、磁場装置の上方に存在する溶湯を貫通する磁束の時間変化率ｄφ／ｄｔは、式（１）で表される。
　　　　　ｄφ／ｄｔ＝２Φｍ／Ｔ　　　・・・（１）
　ここで、Ｔは、溝部Ｇが点Ｐを通過する時間であり、たとえば、時間ｔ２－ｔ１または時間ｔ４－ｔ３である。
　レンツの法則により、点Ｐにおいて溶湯には、式（１）の磁束の時間変化率に比例する誘導起電力Ｖｅｍｆが発生する。この誘導起電力Ｖｅｍｆにより溶湯中に誘導電流が流れ、誘導電流の周りに二次磁場（磁界）が発生する。発生した磁場と磁場装置１の磁場（一次磁場）とが反発または吸引することで溶湯が駆動される。
　従来の磁場装置（図７）の場合、図２の点線に示すように、磁束の時間変化は、磁石３０および磁石４０のいずれか一方のみにより引き起こされる。すなわち、磁束の時間変化は単体の磁石により引き起こされる。このため、磁束の変化量はΦｍとなる。
　これに対し、本実施形態の磁場装置１では、磁石３と磁石４が形成する溝部Ｇにおいて磁束を変化させるようにしたので、磁束の時間変化量は２Φｍとなり、従来の磁場装置よりも大きくすることができる。すなわち、磁場装置１では、磁束の時間変化は異種極の磁石により引き起こされ、磁束は＋Φｍから－Φｍまで（または、－Φｍから＋Φｍまで）大きく変化する。これにより、誘導起電力Ｖｅｍｆが大きくなる。その結果、溶湯に発生する渦電流が大きくなり、溶湯駆動力を大きくすることができる。
　たとえば、溝部Ｇの幅Ｗが従来の磁場装置の磁石３０，４０の幅と同じ場合、本実施形態によれば、磁束の時間変化量が約２倍になることから、溶湯駆動力を約２倍にすることができる。さらに、幅Ｗを半分の大きさにすれば、溶湯駆動力を約４倍にすることができる。
　このように本実施形態によれば、溶湯駆動力を大幅に向上させることができる。したがって、フェライト磁石等の比較的磁力の弱い磁石を用いる場合、あるいは磁力の強い磁石を比較的少量用いる場合であっても、十分に大きな駆動力で炉または渦室等の溶湯を駆動することができる。
　なお、図１に示すように、回転体２には、２つの磁石３および磁石４以外に磁石が設けられていない。これにより、磁石３の上面のＮ極から出た磁力線が上方に高く飛んでから磁石４の上面のＳ極に戻るようにでき、より多くの溶湯を磁力線が貫通するようにすることができる。これに対し、磁石３および磁石４以外に磁石を設けた場合、磁石３のＮ極から出た磁力線の一部が他の磁石に向かうため、回転体２の上方の磁束が減少する。したがって、本実施形態では、回転体２には２つの磁石３および磁石４以外に磁石が設けられていない。ただし、磁場装置１と駆動対象の溶湯とが比較的近い位置にある場合や、複数の溝部を設けることで効率的な溶湯駆動が可能な場合は、磁石３および磁石４以外の磁石を回転体２に設けてもよい。本段落の記載内容は、以下に説明する第２および第３の実施形態についても当てはまる。
　なお、溝部Ｇは、上記のような直線形状に限らず、たとえば、複数の直線状の溝部が連結した屈曲形状であってもよい。その他、溝部Ｇは、Ｓ字状、波形形状、蛇行形状等の曲線、あるいは、曲線と直線の組み合わせの形状であってもよい。
　また、溝部Ｇの幅は長さ全体にわたって一定でなくてもよい。たとえば、回転体２の中心から端部にいくにつれて溝部Ｇの幅が狭くなるようにしてもよい。あるいは、回転体２の中心と端部との中間領域において溝部Ｇの幅が狭くなるようにしてもよい。
（第２の実施形態）
　次に、図３を参照して、第２の実施形態に係る磁場装置を説明する。第２の実施形態と第１の実施形態との間の相違点の一つは磁石の形状である。第１の実施形態では半円形状の磁石を使用したのに対し、第２の実施形態では棒状の磁石を使用する。以下、第１の実施形態との相違点を中心に第２の実施形態に係る磁場装置１Ａを説明する。
　磁場装置１Ａは、図３に示すように、回転体２と、棒状の磁石３Ａおよび４Ａと、回転軸５とを備えている。回転体２と回転軸５は第１の実施形態と同じであるので説明を省略する。
　磁石３Ａは上面がＮ極に、下面がＳ極に磁化されている。磁石４Ａは上面がＳ極に、下面がＮ極に磁化されている。なお、磁石３Ａ，４Ａは細長い略直方体状であるが、上面および下面が磁極になっている点で、通常の棒磁石（一端がＮ極に磁化され、他端がＳ極に磁化されている。）とは異なる。
　図３に示すように、回転体２上に磁石３Ａと磁石４Ａが溝部Ｇを形成するように平行に配置されている。溝部Ｇは幅Ｗよりも長さＬ２の方が長い。
　図３に示すように、溝部Ｇは、回転体２の中心を通り、回転体２の一方の端から他方の端まで延在する。すなわち、磁石３Ａ，４Ａの長さＬ２は、回転体２の直径に略等しい。これにより、溝部Ｇの長さが最大化され、回転体２の回転時において磁束変化の及ぶ範囲を広くすることができる。
　溝部Ｇの幅Ｗは、詳しくは後述するが、溶湯を通る磁束の時間変化率（ｄφ／ｄｔ）を大きくするために、小さいことが望ましい。たとえば、幅Ｗは長さＬ２の１／１０以下である。
　磁石３Ａおよび磁石４Ａは、フェライト磁石等の永久磁石である。なお、磁石３Ａ，４Ａの幅は所要の磁場強度が得られる程度に確保されており、たとえば、図３に示すように溝部Ｇの幅Ｗ以上である。なお、磁石３および磁石４は、ネオジム磁石等のレアアースを用いた磁石であってもよい。
　上記のように、第２の実施形態では、溝部Ｇを形成するように棒状の磁石３Ａおよび磁石４Ａを平行に配置している。これにより、第１の実施形態の場合と同様に、回転体２を回転させたときの磁束変化量を大きくすることができ、その結果、溶湯駆動力を大きくすることができる。
　また、第２の実施形態では、磁石３Ａ，４Ａの外側端部（溝部Ｇを形成する端部の反対側の端部）においても磁束の変化を引き起こすため、より効率的に溶湯を駆動することができる。
　さらに、第２の実施形態では棒状の磁石を用いるため、半円形の磁石を用いる第１の実施形態に比べて磁石の使用量を減らすことができる。よって、磁場装置の製造コストをさらに低減することができる。加えて、磁石の使用量が減るため、さらなる軽量化を図ることができる。その結果、磁場装置を製造工場から使用される場所に輸送するコストや設置工事に要するコストや手間を低減することができる。
（第３の実施形態）
　次に、図４を参照して、第３の実施形態に係る磁場装置を説明する。第３の実施形態と第１および第２の実施形態との間の相違点の一つは溝部の有無である。第１および第２の実施形態では２つの磁石を溝部が形成されるように配置したのに対し、第３の実施形態では２つの磁石を接触配置するため溝部が形成されない。以下、第１および第２の実施形態との相違点を中心に第３の実施形態に係る磁場装置１Ｂを説明する。
　磁場装置１Ｂは、図４に示すように、回転体２と、棒状の磁石３Ａおよび４Ａと、回転軸５とを備えている。回転体２と回転軸５は第１の実施形態と同じであるので説明を省略する。
　磁石３Ａと磁石４Ａは、互いに接触して境界線ＢＬを形成するように配置されている。本実施形態において、図４に示すように、略直方体状の２つの磁石３Ａおよび磁石４Ａは互いの側面が接触するように配置されている。境界線ＢＬは、第１および第２の実施形態で説明した溝部Ｇの幅を狭くしていった場合の極限に相当する。境界線ＢＬは、回転体２が回転駆動された際に、境界線ＢＬの上方に存在する溶湯を貫く磁束を＋Φｍから－Φｍまで（あるいは－Φｍから＋Φｍまで）極めて急峻に変化させる。
　したがって、第３の実施形態によれば、第２の実施形態に比べてさらに効率良く溶湯を駆動することができる。すなわち、磁石の種類および大きさが同じならば、より大きな溶湯駆動力を得ることができる。
　境界線ＢＬは、回転体２の中心を通り、回転体２の一方の端から他方の端まで延在する。すなわち、磁石３Ａ，４Ａの長さＬ２は、回転体２の直径に略等しい。これにより、回転体２の回転時において磁束変化の及ぶ範囲を可及的に広くすることができる。
　上記のように、第３の実施形態では、互いに接触して境界線ＢＬを形成するように磁石３Ａおよび磁石４Ａを配置している。これにより、第１および第２の実施形態で説明した溝部Ｇよりも、回転体２を回転させたときの磁束の時間変化率ｄφ／ｄｔを大きくすることができる。そのため、第１および第２の実施形態に比べて溶湯駆動力を大きくすることができる。
　また、第３の実施形態では、磁石３Ａ，４Ａの外側端部（すなわち、境界線ＢＬを形成する端部と反対側の端部）においても磁束の変化を引き起こすため、より効率的に溶湯を駆動することができる。
　さらに、第３の実施形態では棒状の磁石を用いるため、半円形の磁石を用いる第１の実施形態に比べて磁石の使用量を減らすことができる。よって、磁場装置の製造コストをさらに低減し、さらなる軽量化を図ることができる。
　なお、境界線ＢＬを形成する本実施形態で使用する磁石は棒状の磁石に限られない。たとえば、棒状の磁石３Ａ，４Ａに代えて、第１の実施形態で説明したような略半円形の磁石を用いてもよい。この場合、２つの略半円形の磁石の弦に相当する部分が接触して境界線ＢＬを形成する。
　また、境界線ＢＬは、上記のような直線形状に限らず、たとえば、複数の直線状の溝部が連結した屈曲形状であってもよい。その他、境界線ＢＬは、Ｓ字状、波形形状、蛇行形状等の曲線、あるいは、曲線と直線の組み合わせの形状であってもよい。
　また、上記のように磁石３Ａと磁石４Ａの側面の全領域が互いに接触して境界線を形成する場合に限られず、側面の一部の領域が接触して境界線が形成されてもよい。たとえば、磁石３Ａと磁石４Ａの側面の一部に凹部が設けられる場合、凹部において境界線は形成されないが、凹部以外の領域で互いの側面が接触し境界線が形成される。
＜溶湯撹拌システム１００＞
　図５を参照して、磁場装置１を用いた溶湯駆動システムの第１の例として溶湯撹拌システム１００を説明する。
　溶湯撹拌システム１００は、溶湯撹拌装置１１０と、溶湯撹拌装置１１０の上に配置された炉１２０とを備えている。炉１２０は、溶湯Ｍを貯留する炉であり、たとえば保持炉、溶解炉である。
　溶湯撹拌装置１１０は、前述の磁場装置１と、回転軸５に接続され回転体２を回転駆動する駆動装置９と、磁場装置１および駆動装置９を格納し、耐火物からなる筐体１１１とを有する。なお、磁場装置１は、磁場装置１Ａまたは１Ｂであってもよい。駆動装置９はモータであるが、原動機であってもよい。
　磁場装置１は、回転体２の載置面２ａ（磁石３，４の上面）が炉１２０の底壁と対向するように炉１２０の下方に配置されている。これにより、図１に示すように、磁石３の上面のＮ極から出た磁力線ＭＬは炉１２０の底壁を下から上に貫通して炉１２０内の溶湯Ｍを通った後、炉１２０の底壁を上から下に貫通して磁石４の上面のＳ極に入る。回転体２が駆動装置９により回転駆動されることで、溶湯Ｍを貫通する磁場が移動する。それにより、溶湯Ｍは回転体２と同じ方向に回転され撹拌される。
　前述のように、溝部Ｇ（または境界線ＢＬ）において、溶湯を貫く磁束は急激に大きく変化するため、フェライト磁石等の磁力が比較的弱い磁石を用いた場合であっても、溶湯Ｍを十分に大きな駆動力で撹拌することができる。
　なお、本願発明に係る磁場装置を利用した溶湯撹拌システムは上記の例に限られない。たとえば、磁場装置１は、炉１２０の上方や側方に配置されてもよい。磁場装置１が炉の上方に配置される場合、回転体２の載置面２ａが溶湯Ｍの湯面に対向するように磁場装置１は配置される。また、磁場装置１が炉の側方に配置される場合、回転体２の載置面２ａが炉の側壁に対向するように磁場装置１は配置される。
＜溶湯撹拌システム１００Ａ＞
　次に、図６を参照して、磁場装置１を用いた溶湯駆動システムの第２の例として溶湯撹拌システム１００Ａを説明する。本例では、磁場装置１を用いて溶湯ポンプが構成される。なお、溶湯撹拌システム１００と同じ構成要素については適宜説明を省略する。
　溶湯撹拌システム１００Ａは、炉１２０と、炉１２０内に配置された溶湯ポンプ１３０とを備えている。溶湯ポンプ１３０は、炉１２０内の溶湯Ｍに、少なくとも下部（ポンプ室ＰＲ）が浸るように配置される。
　溶湯ポンプ１３０は、磁場装置１と、回転軸５に接続され回転体２を回転駆動する駆動装置９と、磁場装置１および駆動装置９を格納し、耐火物からなる筐体１３１とを有する。なお、磁場装置１は、磁場装置１Ａまたは１Ｂであってもよい。
　筐体１３１の上部には、磁場装置１および駆動装置９が格納されている。この例では、駆動装置９は筐体１３１内に設けられた設置壁１３１ｃ上に設置されている。設置壁１３１ｃには貫通孔が設けられており、この貫通孔に回転軸５が挿通されている。磁場装置１は、設置壁１３１ｃと隔離壁１３１ｄとの間に設けられた収納空間に、回転体２の載置面２ａ（磁石３のＮ極および磁石４のＳ極）が隔離壁１３１ｄと対向するように吊り下げられた状態で配置される。
　筐体１３１の下部には、ポンプ室ＰＲが設けられている。ポンプ室ＰＲは、吸入口１３１ａおよび吐出口１３１ｂを介して外部と連通している。
　回転体２が駆動装置９により回転駆動されると、ポンプ室ＰＲ内の溶湯は、磁場装置１の移動磁場によって回転しながら加速され、その後、回転の接線方向に沿って設けられた吐出口１３１ｂから勢いよく外部に吐出される。溶湯の吐出に応じて、吸入口１３１ａから炉１２０内の溶湯がポンプ室ＰＲに吸入される。前述のように磁場装置１の溝部Ｇ（または境界線ＢＬ）によってポンプ室ＰＲ内の溶湯を貫く磁束は急激に大きく変化する。このため、フェライト磁石等の磁力が比較的弱い磁石を用いた場合であっても、ポンプ室ＰＲ内の溶湯を十分に大きな駆動力で回転駆動させることができ、その結果、溶湯ポンプ１３０の吐出量を増大させることができる。
　上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
１，１Ａ，１Ｂ　磁場装置
２，２０　回転体
３，４，３Ａ，４Ａ，３０，４０　磁石
５，５０　回転軸
９　駆動装置
１００　溶湯撹拌システム
１１０　溶湯撹拌装置
１１１　筐体
１２０　炉
１３０　溶湯ポンプ
１３１　筐体
１３１ａ　吸入口
１３１ｂ　吐出口
１３１ｃ　設置壁
１３１ｄ　隔離壁
Ｇ　溝部
ＢＬ　境界線
Ｌ１，Ｌ２　長さ
Ｍ　溶湯
ＭＬ　磁力線
ＰＲ　ポンプ室
ＲＤ　回転方向
Ｗ　幅

Claims (15)

  1. 　中心軸の周りに回転駆動される回転体と、
    　前記回転体上に固定され、上面がＮ極に磁化された第１の磁石と、
    　前記回転体上に固定され、上面がＳ極に磁化された第２の磁石と、を備え、
    　前記第１の磁石と前記第２の磁石は、幅よりも長さの方が長い溝部を形成するように対向配置されている、磁場装置。
  2. 　前記溝部は前記回転体の中心を通る、請求項１に記載の磁場装置。
  3. 　前記溝部は前記回転体の一方の端から前記回転体の他方の端まで延在する、請求項１に記載の磁場装置。
  4. 　前記溝部の幅は、前記溝部の長さの１／１０以下である、請求項１に記載の磁場装置。
  5. 　前記回転体には、前記第１および第２の磁石以外に磁石が設けられていない、請求項１に記載の磁場装置。
  6. 　前記回転体は円盤形状であり、前記溝部は前記回転体の中心を通り、前記第１および第２の磁石は略半円形である、請求項１に記載の磁場装置。
  7. 　前記第１および第２の磁石は、前記回転体の中心を挟んで平行配置された棒状の磁石である、請求項１に記載の磁場装置。
  8. 　前記第１および第２の磁石の長さは、前記回転体の直径に略等しい、請求項７に記載の磁場装置。
  9. 　中心軸の周りに回転駆動される回転体と、
    　前記回転体の上に固定され、上面がＮ極に磁化された第１の磁石と、
    　前記回転体の上に固定され、上面がＳ極に磁化された第２の磁石と、を備え、
    　前記第１の磁石と前記第２の磁石は、互いに接触して境界線を形成するように配置されている、磁場装置。
  10. 　前記境界線は前記回転体の中心を通る、請求項９に記載の磁場装置。
  11. 　前記境界線は前記回転体の一方の端から前記回転体の他方の端まで延在する、請求項９に記載の磁場装置。
  12. 　前記第１および第２の磁石は略半円形磁石または棒状の磁石である、請求項９に記載の磁場装置。
  13. 　前記回転体には、前記第１および第２の磁石以外に磁石が設けられていない、請求項９に記載の磁場装置。
  14. 　前記第１の磁石および前記第２の磁石はフェライト磁石である、請求項１～１３のいずれかに記載の磁場装置。
  15. 　請求項１または請求項９に記載の磁場装置を、前記第１および第２の磁石の磁力線が炉または渦室内の溶湯を貫通するように設置し、
    　前記回転体を回転させることにより前記溶湯を撹拌する、溶湯撹拌方法。
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JP2004254437A (ja) * 2003-02-20 2004-09-09 Yamaha Motor Co Ltd 磁性流体を用いた冷却装置
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