(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
６個の誘導コイルを横方向に配列し、各誘導コイルに三相交流電源から配列順に３０度位相の異なる電圧を印加してなる誘導コイル列を単位とし、その単位のｘ単位（ただし、ｘは１以上の整数）を横方向に順次配列してなる誘導発熱装置であって、１個の誘導コイルを前記ｘ単位配列の最前段に付加し、その付加した１個の誘導コイルと前記単位配列の最後段に位置する１個の誘導コイルを並列に接続して電流制御手段を介して前記三相交流電源に接続してなることを特徴とする誘導発熱装置。
【請求項２】
ｘ単位配列の最前段に付加した１個の誘導コイルと前記単位配列の最後段に位置する１個の誘導コイルを、それぞれ電流制御手段を介して並列に接続して三相交流電源に接続してなることを特徴とする請求項１に記載の誘導発熱装置。
【請求項３】
横方向に配列した誘導コイルをローラの中空内に設置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導発熱装置。
【請求項４】
横方向に配列した誘導コイルを、披処理物を中空内部に収納するローラの外周に設置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導発熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導発熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導発熱装置の一つとして、誘導発熱ローラ装置がある。図５はこのような誘導発熱ローラ装置の一例の構成を示すもので、ローラ１は、機台２に対して軸受３によって回転可能に支持され、図示しないモータなどによって回転駆動される。４はローラ１の肉厚部分に形成されてあるジャケット室で、内部に気液二相の熱媒体が封入されてある。
【０００３】
ローラ１の中空内部には、鉄心６に巻装した、この例では６個の誘導コイル５からなる誘導発熱機構７が配置され、各誘導コイル５はローラ１の軸心方向にほぼローラ１の端部から端部にまたがって並べられている。８は各誘導コイル５間に介在している磁性円板、９は誘導発熱機構７を支持する支持ロッドで、これは軸受１０を介してローラ１に連なるジャーナル１１の内部に支持されている。５ａは誘導コイル５のリード線で、支持ロッド９内を通って外部に導出され、外部の交流電源に接続されている。
【０００４】
このように構成した誘導発熱ローラ装置では、各誘導コイル５に交流電流を通流すると交番磁束が発生し、この交番磁束によりローラ１に誘導電流が発生し、その誘導電流でローラ１はジュール発熱し、その熱でローラ１の表面に当接して搬送する帯状の被処理物を熱処理する。この場合、被処理物を均一に熱処理する必要があるが、誘導コイルによる磁束量に伴う発熱は、一つ誘導コイルの長手方向の中央部で多く、端部にいくほど少なくなる山形の分布となる。
【０００５】
そこで、多くの誘導コイルを並べ、各誘導コイルを単相の交流電源にそれぞれ並列に接続し、各誘導コイルで発生する磁束の方向を同一にすると、各誘導コイルで発生する発熱量の多い山の頂部の間隔を縮めることができる。これによりローラ１の長手方向における温度の均一化を図り、加えてジャケット室４の内部に密封した気液二相の熱媒体の潜熱の移動でより一層その温度の均一化を図っている。
【０００６】
ところで、誘導コイル、特に複数の誘導コイルを用いる誘導発熱ローラ装置や複数の誘導発熱ローラ装置を用いる場合においては、その誘導コイルに印加する電源として、使い勝手のよい電力会社から一般に供給されてくる三相交流電源を利用することが望まれている。しかし、三相交流電源では、周知のように三相各相Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗの電源電圧には１２０度の位相差があり、この位相差で各誘導コイルを配列しても磁束の山の発生時点が大きく異なり前述の単相の交流電源を用いたときのような均一性は得られない。
【０００７】
そこで、この位相差を小さくすることが考えられる。そのために、６個の誘導コイルを用い、それを３個づつに分け、その一つをデルタに接続して三相各相Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗの電源に接続（デルタ結線）し、残りの一つをスターに接続して三相各相Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗの電源に接続（スター結線）する。そして、スター結線した誘導コイルとデルタ結線した誘導コイルとを交互に配列すると各誘導コイルに位相差３０度の電圧を印加することができる。
【０００８】
しかし、スター結線した誘導コイルとデルタ結線した誘導コイルとを交互に配列するといっても、上記のような誘導発熱装置では、任意の時点において６個の誘導コイルが発生する磁束の向を同一とする必要がある。図６は、任意の時点において６個の誘導コイルが発生する磁束の向を同一とする配線を示すもので、ａ〜ｆは６個の誘導コイルでａ〜ｆは横方向の配列順を示している。誘導コイルａは一端（以下、図５における左端を言う。）をＥｕ相電源に他端（以下、図５における右端を言う）を中性点Ｎに接続し、誘導コイルａの隣の誘導コイルｂは一端をＥｗ相電源に、他端をとＥｕ相電源に接続され、Ｅｕ相電源に接続している端部は誘導コイルａに対して逆転、つまり極性を反転しており、この反転によって磁束の向が同一となる。
【０００９】
以下同様に、誘導コイルｃは一端を誘導コイルｂと同様にＥｗ相電源に他端を中性点Ｎに接続し、誘導コイルｄは一端をＥｖ相電源に、他端をＥｗ相電源に接続され、誘導コイルeは一端を誘導コイルｄと同様にＥｖ相電源に他端を中性点に接続し、誘導コイルｆは一端をＥｕ相電源に接続し、他端をＥｖ相電源に接続されている。このようにして６個の誘導コイルをａからｆの順に配列すると任意の時点において６個の誘導コイルが発生する磁束の向を同一とし、図７のベクトルで示すように隣り合う誘導コイルに印加する電圧の位相差を３０度とすることができる。
【００１０】
そして、図７に示すベクトル図で理解されるように、誘導コイルを増加する場合には、図７の点線で示す部分に増加する誘導コイルを配置すればよい（すべての点線部分に誘導コイルを配置すれば１２個の誘導コイルに位相差を３０度の電圧を印加することができる。）。また、１個の誘導コイルを追加することも可能である。その場合の例を図４に示す。図４に示す例ではＥｕ相電源と中性点Ｎに接続した誘導コイルｇが増加分であり、この誘導コイルｇは誘導コイルｆの次に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−８３６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、誘導発熱装置の被発熱体であるローラに要求される特性はローラ表面の均一温度分布であるが、ローラの両端部には被処理物がかからない無効長部分があり、この無効長部分は熱が奪われないために温度が上昇する場合や低下する場合があり、この温度変化は被処理物の熱処理に悪影響するため、ローラの両端部に位置する誘導コイルに流す電流を制御する必要がある。しかし、前記のような三相交流電源に各誘導コイルを直接接続して位相差３０度の電圧を印加できるように配列した構成では、多相変圧器を必要としない大きいメリットがあるが、ローラの両端部に位置する誘導コイルに流す電流を個別に制御することができないという問題があった。
【００１３】
発明が解決しようとする課題は、三相交流電源に各誘導コイルを直接接続して位相差３０度の電圧を印加できるように配列した誘導発熱装置において、その配列の両端部に位置する誘導コイルに流す電流を個別に制御できるようにする点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明は、６個の誘導コイルを横方向に配列し、各誘導コイルに三相交流電源から配列順に３０度位相の異なる電圧を印加してなる誘導コイル列を単位とし、その単位のｘ単位（ただし、ｘは１以上の整数）を横方向に順次配列してなる誘導発熱装置であって、１個の誘導コイルを前記ｘ単位配列の最前段に付加し、その付加した１個の誘導コイルと前記単位配列の最後段に位置する１個の誘導コイルを並列に接続して電流制御手段を介して前記三相交流電源に接続してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、６個の誘導コイルを横方向に配列し、各誘導コイルに三相交流電源から配列順に３０度位相の異なる電圧を印加してなる誘導コイル列を単位とし、その単位のｘ単位（ただし、ｘは１以上の整数）を横方向に順次配列してなる誘導発熱装置であって、１個の誘導コイルを前記ｘ単位配列の最前段に付加し、その付加した１個の誘導コイルと前記単位配列の最後段に位置する１個の誘導コイルを並列に接続して電流制御手段を介して前記三相交流電源に接続するので、従来と同様の多相変圧器を必要としない大きいメリットがあるばかりでなく、両側の端部に位置する誘導コイルは、三相交流電源の同一相間の電圧を印加するので、中間部に位置する誘導コイルに影響を与えることなく、個別に電流を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る誘導コイルの結線図である。
【図２】図１に示す誘導コイルの配線図である。
【図３】本発明の実施例に係る誘導発熱装置の断面図である。
【図４】従来の誘導コイルの結線図である。
【図５】誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図６】従来の誘導コイルの結線図である。
【図７】スター・デルタ結線における電圧ベクトル図である。
【実施例】
【００１７】
本発明の実施例に係る誘導発熱装置について、図１および図２を参照して説明する。なお、三相交流の配線系統の各配線をＥｕ相電源、Ｅｖ相電源、Ｅｗ相電源という。図１は三相交流電源と誘導コイルの結線状態を示し、図２はその誘導コイルを横方向に配列した配線状態を示すもので、この図１および図２において、１２、１３、１４はサイリスタや可飽和リアクトルなどの電流制御手段、１５はローラなどの誘導発熱体、ａ〜ｆおよびｈは誘導コイルである。
【００１８】
誘導コイルａ〜誘導コイルｆの６個の誘導コイルは、電流制御手段１２、１３、１４を除けば図６に示す三相交流電源との接続状態と同じである。そして誘導コイルｈはＥｕ相電源とＥｖ相電源間に接続されている。
【００１９】
そして、本実施例では、図２に示すように誘導発熱体１５の幅方向に沿って、誘導コイルｈ、誘導コイルａ、誘導コイルｂ、誘導コイルｃ、誘導コイルｄ、誘導コイルｅ、誘導コイルｆと順に一列（複数列であっても良い。）に配列されている。以下、この配列状態で各誘導コイルの図示左側端部を一端と言い、右側端部を他端と言う。誘導発熱体１５の一方の端部に位置する誘導コイルｈは、一端が電流制御手段１３を介してＥｕ相電源に接続され、他端はＥｖ相電源に接続されている。また、他方の端部に位置する誘導コイルｆは、一端が電流制御手段１２を介してＥｕ相電源に接続され、他端をＥｖ相電源に接続されている。つまり、誘導コイルｈと誘導コイルｆは逆並列にＥｕ相電源とＥｖ相電源に接続されている。この接続により中間部に位置する他の誘導コイルａ〜ｅに通流する電流に影響を与えることなく個別に制御することができる。なお、誘導コイルｈと誘導コイルｆに通流する電流を同じくする場合には、電流制御手段１２と１３を一つとすることができる。
【００２０】
誘導発熱体１５の中間部に位置する誘導コイルａ〜ｅは、誘導コイルａと誘導コイルｅおよび誘導コイルｃの他端を共通に接続し、誘導コイルａの一端と誘導コイルｂの他端とを接続して電流制御手段１４ａを介してＥｕ相電源に接続する。その誘導コイルｂの一端と誘導コイルｃの一端および誘導コイルｄの他端を接続して電流制御手段１４ｃを介してＥｗ相電源に接続する。その誘導コイルｄの一端と誘導コイルeの一端を接続して電流制御手段１４ｂを介してＥｖ相電源に接続する。
【００２１】
このように各誘導コイルを配線することにより、図１から明らかなように誘導コイルｈに印加する電圧とその隣に位置する誘導コイルａに印加する電圧との位相差を３０度とすることができる。また、誘導コイルｈと誘導コイルｆに通流する電流を制御しても、他の誘導コイルａ〜ｅに通流する電流に大きな影響を与えることはない。このことは誘導コイルｈと誘導コイルｆに通流する電流を制御することとは別に、他の誘導コイルａ〜ｅに通流する電流を制御することもできる。すなわち、誘導発熱体１５の中間部分の温度を所定の温度に制御し、誘導発熱体１５の両側の端部の温度をその所定の温度に対し高温または低温とすることができる。
【００２２】
誘導発熱体１５は、図５に示す誘導コイルの列をローラの中空内部に設置するものに限らず、板状や棒状であっても、また、図３に示すような内部に熱処理物を収納するローラの外周に設置するものであってもよい。この図３において、１６は容器状のローラ本体、１７はモータなどに連結される回転軸、１８はインボリュウトコアなどの薄い珪素鋼板を筒状に積層した磁束通路筒である。ローラ本体１６は回転軸１７を固定した反対側は開口し、その開口は内部に熱処理物を収納して蓋１６ａで閉塞される。図２に示す誘導コイルｈ、ａ〜ｆの列はローラ本体１６の外周を囲繞し、その外周を磁束通路筒１８が囲繞する。すなわち、誘導コイルｈ、ａ〜ｆで発生した磁束はローラ本体１６および磁束通路筒１８を流れ、ローラ本体１６は誘導発熱する。
【００２３】
以上の例は、三相交流電源にスターおよびデルタ結線した誘導コイル６個に１個の誘導コイルを追加し、誘導コイル列の両側の端部に位置する誘導コイルに流れる電流を、その誘導コイル列の中間部に位置する誘導コイルに流す電流とは切り離して制御できるようにするものであるが、この６個の誘導コイルの数は６個に限られるものではなく、６個の整数倍としてもよい。たとえば、１２個の誘導コイルを配列し、１個の誘導コイルを追加する場合には、６個づつスターおよびデルタ結線に結線、つまり図１に示す点線部分のすべてに誘導コイルを挿入すればよい。このように６個づつスターおよびデルタに結線した１２個の誘導コイルを順次３０度位相の異なる電圧が印加されるように横方向に配列したものは、図２に示す誘導コイルａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの配列を繰り返して横方向に配列したものと等価となる。
すなわち、６個の誘導コイルを横方向に配列し、各誘導コイルに三相交流電源から配列順に３０度位相の異なる電圧を印加してなる誘導コイル列を単位とし、その単位の整数倍を横方向に順次配列し、その配列の最前段に、図２に示すと同様に、単位配列における最後段に位置する誘導コイルｆと並列に接続した１個の誘導コイルを設置すればよい。
【符号の説明】
【００２４】
ａ〜ｆ、ｈ  誘導コイル
Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗ  三相交流の各相電源
１２、１３、１４  電流制御手段
１５  誘導発熱体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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