JPH0355791A - 導電性物質を容器なしで融解して保持する装置 - 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、導電性物質を容器なしで融解して保持する装
置に関するものである。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕

垂直方向に距離をおいて配置され、高周波交流電流がそ
れぞれ逆向きに流される２個のコイルの間で金属または
合金を非接触で融解することが知られている。コイルは
、試料を融解領域内に保持するための保持コイルとして
の機能と、磁気誘導により試料中に渦電流を発生させる
ことにより試料を加熱する機能との二重の機能を有する
。無重力状態に置かれ、したがって時間的に一定の外力
を受けない試料は、両方のコイルの磁界中の、組合わさ
れた両方の磁界の最も弱い点に固定され、または小さい
機械的衝撃でその点へ戻される。しかし、そうしている
と、金属試料は磁束密度値、したがって渦電流により発
生される熱が最少である領域に配置されることになる。

高周波電流がコイルを逆向きに、同相で流れ、そのため
に四極磁界を生ずるコイル装置の加熱効率は非常に低く
、一方、保持力は比較的大きい。

大きい保持力ばかりでなく、強い加熱効果も得るために
、ドイツ特許公報３６　３９　９７３Ａ　ｌには、保持
磁界を発生するコイルに加えて、融解領域を囲み、より
高い周波数の高周波電流を流される少なくとも工個の別
のコイルを設けることが記載されている。その別のコイ
ルは、試料の非接触誘導加熱用の加熱コイルとして作用
する。このコイルにより発生される磁界の強さは、保持
磁界により保持されている試料の領域において最大であ
るから、このコイルを流れる交流電流の電力は試料中で
融解熱へ変えられる。しかし、保持磁界を発生する２個
のコイルが加熱コイルに非常に接近していると、加熱コ
イルとそれぞれの保持コイルの間の領域にかなり高い磁
界の強さが生ずることになるのが欠点である。そうする
と保持コイルが加熱コイルにより試料自体とほとんど同
じ位に加熱される。その熱は冷却せねばならず、それは
損失となる。一方、加熱コイルは保持コイルの磁界の大
きな部分を試料から遮るから、保持コイルの効率が大幅
に低下するために、保持コイルへ供給される電力のかな
りの部分も無用な熱に変ることになる。

本発明の目的は、試料の保持と融解を低い熱消費および
高い効率で行えるようにする、導電性物質を容器なしで
保持し、融解する装置を得ることである。

〔課題を解決するための手段および作用〕この目的は特
許請求の範囲の請求項（１）に記載の諸特徴により達成
される。

本発明の装置は、試料の保持と、加熱および融解を行い
、各場合に直列接続される２個のコイルだけで動作する
。両方のコイルは、共振周波数が異なる２種類の発振動
回路の共通部分を構或する。

一方の振動回路の電流は２個のコイルを同じ向きに流れ
、他方の振動回路の電流は２個のコイルを逆向きに流れ
る。両方の電流はコイル中で互いに重畳できる。両方の
振動回路は２個のコイルを共通に有するが、コンデンサ
は共用しない。第１の振動回路は加熱振動回路を構成し
、第２の振動回路は保持振動回路を構成する。加熱振動
回路の高周波交流電流はコイル中に高周波双極磁界を生
じ、その高周波双極磁界の試料の領域内での磁界の強さ
は高いから試料のために大きい熱を生じる。保持振動回
路の高周波交流電流により、高周波四極磁界がコイル中
に生ずる。その磁界は弱いが、磁界の強さの傾きは急で
ある。その磁界は試料に大きい力を加えるが、試料中に
発生させる熱は非常に少ない。重畳された２つの磁界の
低周波うなり（浮動）作用をなくすために、２つの振動
回路の共振周波数は互いに非常に大きく異ならせるべき
である。２つの振動回路の電流が互いに全く作用し合わ
ないか、希望する範囲でだけ作用するように、両方の振
動回路コンデンサの構成と容量が選択される。したがっ
て、この装置の使用者が加熱効率と保持力を互いに独立
に調節できるように、両方の振動回路においては別々の
増幅器により電流の強さを別々に制御できる。

本発明は下記の事実を基にして行われたものである。単
位時間中に試料の単位体積当りに発生される熱ｆｆｉＰ
はＢ２に比例する。

Ｐ−ｋｉ　Ｂ２ ここに、ｋ１は正の比例定数、Ｂは磁束密度である。

試料の単位体積に加えられる力Ｆは Ｆ　＝　ｋ２（−ｇｒａｄＢ２　） である。したがって、この力は磁束密度の傾きに比例す
る。ｋ２は正の比例定数である。双極磁界では試料の領
域においてＰは大きく、Ｆは小さいのに対して、四極磁
界ではその領域におけるＰは小さく、Ｆは大きい。

２つの振動回路の周波数が異なる周波数の電流により、
双極磁界と四極磁界を選択可能な関係で相互に重ね合わ
せることができ、振動回路の一方が動作を停止するとい
うような極端な場合には、純粋な双極磁界または純粋な
四極磁界で動作させることか可能である。

本発明の装置は、小さい重力の下で導電性物質の融解と
冷却の少なくとも一方を行うのにとくに適する。本発明
の装置の主な用途は宇宙船内での冶金学的試験を行うこ
とである。るつぼの壁は融けている物質が凝固する際の
結晶核になるから、試料をそれの融解温度よりはるかに
低い温度まで、試料が凝固することなく、冷却すること
が目的であるならば、試料とるつぼの壁等の接触を避け
ることが極めて重要である。本発明の装置により、試料
を融躬することと、試料の冷却時に試料を安定に保持す
ることができる。本発明の装置の電カ効率が高いことは
本発明の主な利点である。このことは、消費可能な電カ
量が制限される宇宙船内での用途ではとくに重要である
。

〔実施例〕

第１図に示す装置は２個の平行なコイルＬ１、Ｌ２を有
する。それらのコイルの軸線は一致し、かつそれらのコ
イルは互いに軸線方向に隔てられる。コイルの間の空間
に試料Ｐの融解領域が設け？れる。試料Ｐはコイルの発
生磁界により浮遊状態で保持され、かつ横方向に動かな
いようにされる。図示を簡単にするために、コイルＬ１
とＬ２はただ１回の巻線で示しているが、複数の巻線で
ももちろん良い。コイルはパイプで構或して、内部に冷
媒を流すこともできる。

一方のコイルＬ１の第１の端子１が第１のコンデンサＣ
Ｈ１を介して他方のコイルＬ２の第２の端子２へ接続さ
れる。更に、その一方のコイルＬの第２の端子は別の第
１のコンデンサＣＩ１２を介して他方のコイルＬ２の第
１の端子１へ接続される。

このようにして、コイルＬ１とＬ２は第１のコンデンサ
ＣＩ■”＋１２とともに振動回路として構成された閉回
路を形戊する。この回路は加熱回路として機能する。こ
の振動回路を流れる交流電流は２個のコイルＬ１とＬ２
において同じ向きであるから、試料Ｐを加熱する第２図
に示す双極磁界を生ずる。

更に、一方のコイルＬ１の第１の端子１か第２のコンデ
ンサＣＰ１を介して他方のコイルＬ２の第１の端子１へ
接続され、一方のコイルＬ１の第２の端子２が第２のコ
ンデンサＣＰ２を介して他方のコイルＬ２の第２の端子
Ｃ２へ接続される。コイルＬ１とＬ２は第２のコンデン
サＣＰｉ”Ｐ２とともに別の振動回路を構或する。ごの
振動回路の交流電流はコイルＬ１とＬ２を逆向きに流れ
る。したかって、この振動回路の電流により、コイルＬ
１，Ｌ２が生ずる磁界は第３図に示す四極磁界で、この
磁界により試料Ｐは保持される。

無重力状態の下で、その四極磁界によりコイルの間の中
心に試料Ｐを保持するためには、両方のコイルは、可能
な最高限度まで、同じ磁気誘導度と同じ電気抵抗値を持
たなければならない。このことは、両方のコイルの構造
が同一でなければならないことを意味する。

加熱回路中での電力損失を補償するために、第１のコン
デンサＣＨｌが加熱増幅器ＨＶＩの２つの端子へ接続さ
れ、第１のコンデンサＣＨ２が別の加熱増幅器ＨＶ２の
２つの端子へ接続される。両方の加熱増幅器は交流増幅
器であって、帰還素子を介して加熱回路内の振動により
共通に駆動される。

同様に、第２のコンデンサＣＰ１は保持増幅器ＰＶ１Ｉ
）２つノ端子へ接続され、第２のコンデンサＣＰ２は保
持増幅器ＰＶ２の２つの端子へ接続される。保持コンデ
ンサＰ■１とＰＶ２は保持振動回路中の電力損失を補償
するように機能し、保持回路中の振動により帰還素子を
介して共通に駆動される。

２つの振動回路中の電流が互いに作用し合うことを阻止
し、それらの振動回路を独立に制御できるようにし、か
つ２つの振動回路の相互作用を制御するためには、下記
の前提条件の１つを満さねばならない。

１゜ＣＨｌ″″ＣＩ２”Ｉ’Ｊ′ＣＰ２　　２個′）″
′デンサＣ，１またはＣ，１の一方を短絡することもで
きる。

２・ＣＰ１−ＣＰ２゜ＣＨｌ”　ＣＩ１２　　　２個（
７）　：Ｉ　：／デンサＣＨ１またはＣＨ２の一方を短
絡することもできる。

３・ＣＨｌ”　ＣＨ２　”　Ｐｉ””　ＣＰ２それらの
前提条件は、Ｈ１−ｃＨ２とｃＰｌ’＝ｃＰ２の少なく
とも一方を満たさなければならないことも意味する。と
くに、前提条件３の場合には、２つの振動回路の相互独
立性が直ちに明らかである。

同一構造の２個のコイルＬ１，Ｌ２と第１のコンデンサ
ＣＩ｛１、ＣＨ２により構成された加熱振動回路中で電
流が振動すると、それら２個のコンデンサの容量が同じ
であるから、一方のコイルＬ１の第２の端子２における
電圧は他方のコイルの第２の端子２における電圧に常に
等しいこと、一方のコイルＬ１の第１の端子１における
電圧が他方のコイルＬ２の第１の端子１における電圧に
常に等しいことをそれは意味する。したがって、保持振
動回路に属する第２のコンデンサｃＰ２には交流電流か
流れない。同じことが、２個のコイルと第２のコンデン
サＣＰｉ”Ｐ２て構或された保持振動回路にもあてはま
る。したがって、２つの振動回路の電流は互いに作用し
合うことなしにそれぞれの共振周波数で振動する。その
ために、保持磁界の強さと、加熱磁界の強さを互いに独
立に設定および制御できる。試料を機械的に振動させる
ことがある重畳されたそれら２つの磁界の低周波発振を
阻止するために、２つの振動回路の共振周波数は互いに
十分異ならせねばならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の電気回路図、第２図は双極磁界
モードにあるコイルを示す線図、第３図は四極磁界モー
ドにあるコイルの線図である。 ＣＩｌｌ　”Ｈ２　”ＰＬ　”Ｐ２゜゜゜″′デ′サ゛
ＨＶ１　，ＨＶ２　，ＰＶ＋　，ＰＶ２　−−−増幅器
、Ｌ１，Ｌ２・・・コイル。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）融解領域の両側に配置され、高周波電流が流れる
   ２個の（コイルＬ＿１、Ｌ＿２）のコイル装置を備え、
   導電性物質を容器なしで融解して保持する装置において
   、 ２個のコイル（Ｌ＿１、Ｌ＿２）に電流が同じ向きに流
   れるように２個のコイル（Ｌ＿１、Ｌ＿２）は少なくと
   も１つの第１のコンデンサ（Ｃ＿Ｈ＿１、Ｃ＿Ｈ＿２）
   とともに接続されて第１の振動回路を構成し、２個のコ
   イル（Ｌ＿１、Ｌ＿２）を互いに逆向きの電流が流れる
   ように２個のコイル（Ｌ＿１、Ｌ＿２）が少なくとも１
   つの第２のコンデンサ（Ｃ＿Ｐ＿１、Ｃ＿Ｐ＿２）とと
   もに接続されて第２の振動回路を構成し、 振動回路中の電力損失を補償するために２つの各振動回
   路は増幅手段（ＨＶ＿１、ＨＶ＿２、ＰＶ＿１、ＰＶ＿
   ２）へ接続されることを特徴とする導電性物質を容器な
   しで融解して保持する装置。
2. （２）一方のコイル（Ｌ＿１）の第１の端子が第１のコ
   ンデンサ（ＣＨ＿１）を介し、他方のコイル（Ｌ＿２）
   の第２の端子（２）へ接続され、前記一方のコイル（Ｌ
   ＿１）の第２の端子（２）が別の第１のコンデンサ（Ｃ
   ＿Ｈ＿２）を介して他方のコイル（Ｌ＿２）の第１の端
   子へ接続されることを特徴とする請求項（１）記載の導
   電性物質を容器なしで融解して保持する装置。
3. （３）一方のコイル（Ｌ＿１）の第１の端子（１）が第
   ２のコンデンサ（Ｃ＿Ｐ＿１）を介して他方のコイル（
   Ｌ＿２）の第１の端子（１）へ接続され、前記一方のコ
   イル（Ｌ＿１）の第２の端子（２）が別の第２のコンデ
   ンサ（Ｃ＿Ｐ＿２）を介して他方のコイル（Ｌ＿２）の
   第２の端子（２）へ接続されることを特徴とする請求項
   （１）記載の導電性物質を容器なしで融解して保持する
   装置。
4. （４）各第１のコンデンサ（Ｃ＿Ｈ＿１、Ｃ＿Ｈ＿２）
   は関連する第１の増幅手段（ＨＶ＿１、ＨＶ＿２）の２
   つの端子へ接続され、両方の第１の増幅手段（ＨＶ＿１
   、ＨＶ＿２）は共通に駆動されることを特徴とする請求
   項（２）記載の導電性物質を容器なしで融解して保持す
   る装置。
5. （５）各第２のコンデンサ（Ｃ＿Ｐ＿１、Ｃ＿Ｐ＿２）
   は関連する第２の増幅手段（ＰＶ＿１、ＰＶ＿２）の２
   つの端子へ接続され、両方の第２の増幅手段（ＰＶ＿１
   、ＰＶ＿２）は共通に駆動されることを特徴とする請求
   項（３）記載の導電性物質を容器なしで融解して保持す
   る装置。
6. （６）２個の第１のコンデンサ（ＣＨ＿１、ＣＨ＿２）
   は等しい容量を有することを特徴とする請求項（２）記
   載の導電性物質を容器なしで融解して保持する装置。
7. （７）２個の第２のコンデンサ（Ｃ＿Ｐ＿１、Ｃ＿Ｐ＿
   ２）は等しい容量を有することを特徴とする請求項（３
   ）記載の導電性物質を容器なしで融解して保持する装置
   。
8. （８）両方のコイル（Ｌ＿１、Ｌ＿２）は構造が同一で
   あることを特徴とする請求項（１）記載の導電性物質を
   容器なしで融解して保持する装置。