JPH031477A - 低周波電磁誘導加熱器 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、低周波誘導加熱を用いた加熱器に関する。

［従来の技術］ 発電所や工場などでは、蒸気や温水の熱源としては、石
油、石炭、天然ガスなどを用い、これを燃焼させること
が一般的に行なわれている。

また石油、石炭、天然ガスなどを燃焼して加熱できない
ような、製造工場などの生産工程では、電気を用いた抵
抗式ヒーターを用いている。例えば鉄道車両や電車車両
の車軸と車輪の合体結合、ベアリングのインナーケース
などにおいては、軸となる丸棒に金属製の中空円板体を
嵌合させるが、このとき中空円板体を加熱し、中空部を
熱膨張させ、丸棒に嵌合することが行われている。この
ような加熱は、電気を用いる必要がある。

さらに別の加熱方式としては、低周波電磁誘導加熱器が
知られている（実開昭５６−８６７８９号公報、特公昭
５８−３９５２５号公報など）。

［発明が解決しようとする課題］ ところが抵抗式ヒーターは、抵抗加熱されたニクロム線
ヒーター、またはシーズヒーターを用いるので、電気容
量の増加とヒーターの局部的加熱に伴う熱歪みの増加が
大きく、実用化に困難性を伴う。すなわち電気容量をか
なり大きなものとしても、被加熱体を加熱するのに時間
がかかり、電力ロスが大きく、コストが高いものとなり
、しかも局部加熱に伴う被加熱体の歪みなどが発生しや
すい。

さらに別の加熱方式である実開昭５６−８６７８９号公
報、特公昭５８−３９５２５号公報などの低周波電磁誘
導加熱器は、電磁振動により大きな音を発生したり、電
磁振動により装置が破壊したりするという本質的な問題
点を有していた。さらに別の例としては変圧器を応用し
たものもあるが、加熱効率が悪く、加熱時間が数十分必
要で、しかも被加熱体の取り付け・取り外しが用意でな
く、実用的な問題が多かった。

本発明は、三相交流電源を用いて結線方法を特定なもの
とし、被加熱体を常に連続してコイル側に吸引させるこ
とにより、電磁振動の発生を防止し、しかも被加熱体の
取り付け・取り外しが容易で、そのうえ安定かつ安全に
操作でき、かつ熱効率に優れた低周波誘導加熱器を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明は下記の構成からなる。

すなわち本発明は、被加熱体を接触した状態で加熱する
ための電磁誘導加熱器であって、該加熱器は少なくとも
６個の誘導コイルで形成され、該誘導コイルは円周状に
配置されているとともに、隣接する一組の誘導コイルは
三相交流電源のいずれか一の電源から電力供給を受け、
実質的に対称の位置にある誘導コイルへ電流を流す結線
としたことを特徴とする低周波電磁誘導加熱器である。

前記において好ましくは、電磁誘導コイルが６個からな
り、結線方式が三相ダブルデルタ結線である。

本発明において特徴的なことは、加熱器は少なくとも６
個の誘導コイルで形成され、該誘導コイルは円周状に配
置されているとともに、隣接する一組の誘導コイルは三
相交流電源のいずれか一の電源から電力供給を受け、実
質的に対称の位置にある誘導コイルへ電流を流す結線と
したことである。このような特異な結線方式としたこと
により、被加熱体を常に電磁吸引しつつ加熱できるので
、磁束密度を大幅に上げることができ、しかも電磁振動
音を発生せず、きわめて優れた加熱効率を達成すること
ができる。

本発明の被加熱体は、誘導コイル面と接触でき、かつ金
属材料などの磁束を通過させる材料であればいかなるも
のでもよい。より具体的には、誘導コイルの端面を平坦
なものとした場合、被加熱体の接触面が平坦であればい
かなるものでもよく、従って加熱する場合は単にコイル
の上に載せるだけでよく、取り外す場合もきわめて容易
に取り外しできる。

［作用］ 次に図面を用いて本発明の一実施態様をより詳細に説明
する。

第１図は本発明の要部である結線図を示す。６個の誘導
コイルを円周状に配置し、その各々にＡ１〜Ａ６と番号
をつけると、隣接するＡ１とＡ２を三相電源のうちのＵ
相に結線し、隣接するＡ３とＡ４を三相電源のうちのＶ
相に結線し、同じく隣接するＡ５とＡ６を三相電源のう
ちのＷ相に結線する。そして実質的に対称の位置にある
誘導コイルへ電流を流す結線を行う。すなわちＡ１とＡ
４を、Ａ２とＡ５を、Ａ３とＡ６を各々結線する。

このようにすると第８図（Ａ）のように電磁力による吸
引力が連続して発生し、被加熱体（−例として鉄板）を
引っ張り続けるので、低周波交流電源を用いていても振
動音の発生を防ぐことができる。第８図（Ａ）の０点は
吸引力がゼロになる点を示す。第８図（Ｂ）は三相交流
電流の波形を示す。すなわち、ある時間の瞬間のＵ、Ｖ
、Ｗ各相の電流波形を示す。ここで第８図（Ａ）と第８
図（Ｂ）との関係を説明すると、第８図（Ａ）の吸引力
の波形は、第８図（Ｂ）の波形の同じ時間軸の延長上に
描かれている。そして本発明の特定の結線による装置の
吸引力は第８図（Ｂ）の、０点を中心にする一側の波形
が＋側の波形に合成され、結果として第８図（Ａ）のよ
うな吸引力となる。

なお本発明において誘導コイルの巻き方向は、交流電源
を使用することから、いかなる方向に巻いてもよい。

第２図は本発明の原理図である。脚鉄心３に誘導コイル
を巻き、継鉄心４の上に配置させる。被加熱体として鉄
板を用いた場合、鉄板１には、磁束路ができ、この回り
の厚み方向に渦電流が発生して、鉄板１が中心部から加
熱される状態を示している。そして中心部がない場合、
例えば第６図に示す被加熱体のときであっても、磁束金
属の部分を通過するので中空部周辺から加熱される。な
お第６図については実施例で説明する。

第３図は本発明の加熱器の端子６の方向から見た側面図
である。このＣ−Ｃ断面図が第４図である。端子６が３
個あるのは、前記の通り三相電源から電流を取るためで
ある。第５図は第３図のＡ−Ａ断面図である。脚鉄心３
に誘導コイルを巻き、継鉄心４の上に配置させる。そし
てこれを樹脂モールドで充填させる。第７図は第５図の
Ｂ−Ｂ断面図である。被加熱体として中空状のインナー
レース１を用いたものである。

本発明の装置においては、−次側の誘導コイルに、たと
えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用周波数の２００■、
２５Ａの交流電流を流すと、変圧器の原理により二次側
の鉄板にはたとえば０．５Ｖ、１０．０ＯＯＡの電流が
流れる。低電圧、大きな電流は加熱にとって最も重要で
あり、本発明はこの原理を兄事に応用している。また鉄
板１にはきわめて低い電圧しか流れないので、人体に接
触しても感電などは起こらない。

本発明において好ましくは、電磁誘導コイルが６個から
なり、三相ダブルデルタ結線である。第８図に示したと
おり、吸引力を最も発揮しやすい結線方式だからである
。

本発明において被加熱体の一例である鉄板１は、磁束が
通る厚さであればいかなる厚さでもよい。

たとえば１〜１０ｃｍ程度のものであるが、これに限ら
れない。そして鉄板１の下に脚鉄心３の上に巻いた誘導
コイル２が少なくとも６個配置されている。誘導コイル
は６個以上であれば９個とか１２個等いかなる数でもよ
いが、配線の容易性からすると６個が好ましい。６個は
ほぼ円周状に配置させることが好ましいが、配置の方法
はこれに限らない。要は磁束が鉄板１上を通る配置であ
ればいかなる配置でもよい。

被加熱体は誘導コイル２に密接して配置する。

磁束を通りやすくするためである。なお磁束が通る状態
であれば鉄板１と脚鉄心３との間にはポリイミドフィル
ム等の耐熱フィルムを緩衝材としていれてもよい。脚鉄
心３、継鉄心４は磁束を通しやすいものであればいかな
るものでもよい。好ましい具体例としては、ケイ素鋼板
を巻いた継鉄心である。脚鉄心、及び継鉄心の太さは磁
気飽和に達しない磁束密度に保てる程度であり、好まし
くは２万ガウス以下に保つような断面積を有することで
ある。

次に本発明において好ましくは、三相交流電源が商用周
波数であることである。経済的に最も使いやすいからで
ある。ここで商用周波数とは、各国で異なるが、わが国
においては５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。また三相交
流電源を用いるのは、吸引力を連続して発生させ、維持
できるからである。

本発明において温度コントロールは、電流値（アンペア
）によって容易にできる。すなわち電流値と温度は一定
の関係にあるので、コントロールはきわめて容易である
。さらに被加熱体の温度制御も容易で、設定に合った温
度設定ができる。

その理由は、被加熱体自体が熱源になるからである。か
かる点従来の、加熱体と被加熱体との温度差を設けなけ
ればならないという加熱の概念かまった（異なるもので
ある。

なお本発明の加熱器には、温度検出機や、過熱防止器、
リミットスイッチなど適宜設けることができる。

［実施例］ 以下実施例により詳細に説明する。ただし本発明は実施
例に限定されるものではない。

実施例１ 第６図に示すベアリングインナーレース（外径２９０ｍ
ｍ、内径１３０ｍｍ、厚さ３５ｍｍ、材質は鉄）を、第
７図のように配置し、２５℃から１００℃まで昇温した
。電力は２００Ｖの三相、１４Ａとした。この結果第９
図に示すように中心の内径周辺部ｐｉでは約１６０秒で
１００℃を越えた。１６０秒の点で温度カーブが寝てい
るのは、ここでサーミスタが働き電気入力が切れたから
である。そして中間部Ｐ２、および外径周辺部Ｐ３でも
約２００秒で１００℃に達した。内径周辺部ＰＩの昇温
曲線が中間部Ｐ２、および外径周辺部Ｐ３に比べて高い
のは、中心部のほうが磁束密度が高いからと思われる。

また鉄の場合、線熱膨張係数α＝１．２Ｘ１０’である
ので、温度差が７５℃あると９０μｍ　（０，０９ｍｍ
）膨脹する。

したがって本被加熱体はこの膨脹により、軸芯棒に嵌合
させることができた。

従来技術の変圧器を応用した誘導加熱においては３０分
以上かかっていたので、本発明の加熱器は約１０分の１
の時間で加熱できたことになる。

本発明は上記以外の被加熱体にも応用でき、ボイラー、
蒸器、鍋、釜等、あるいはその他の金属製物品を加熱す
るのに有効に利用できる。

［発明の効果コ 本発明は三相交流電源を用いて特別な結線方法を採用し
たので、被加熱体を常に連続してコイル側に吸引させ、
電磁振動の発生を防止し、しかも被加熱体の取り付け・
取り外しが容易で、そのうえ安定かつ安全に操作でき、
熱効率がきわめて優れた低周波誘導加熱器を提供するこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

第１〜７図は本発明の加熱器の一実施態様を示す。第８
図（Ａ）（Ｂ）は本発明の加熱器の電磁吸引力を示す。 第９図は本発明の実施例の昇温曲線を示す。 １：被加熱体　　　　２：電磁誘導コイル３：脚鉄心　
　　　　４：継鉄心 ５：樹脂モールド　　６：端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加熱体を接触した状態で加熱するための電磁誘
   導加熱器であって、該加熱器は少なくとも６個の誘導コ
   イルで形成され、該誘導コイルは円周状に配置されてい
   るとともに、隣接する一組の誘導コイルは三相交流電源
   のいずれか一の電源から電力供給を受け、実質的に対称
   の位置にある誘導コイルへ電流を流す結線としたことを
   特徴とする低周波電磁誘導加熱器。
2. （２）電磁誘導コイルが６個からなり、結線方式が三相
   ダブルデルタ結線である請求項第１項の低周波電磁誘導
   加熱器。