JPH0679507B2 - 導電性物質を融かして位置させる装置 - Google Patents
導電性物質を融かして位置させる装置Info
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- JPH0679507B2 JPH0679507B2 JP1246242A JP24624289A JPH0679507B2 JP H0679507 B2 JPH0679507 B2 JP H0679507B2 JP 1246242 A JP1246242 A JP 1246242A JP 24624289 A JP24624289 A JP 24624289A JP H0679507 B2 JPH0679507 B2 JP H0679507B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/22—Furnaces without an endless core
- H05B6/32—Arrangements for simultaneous levitation and heating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
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に位置させ、融解する装
置に関するものである。
置に関するものである。
（従来の技桁および発明が解決しようとする課題） 垂直方向に融てて配置され、それぞれ逆の向きに高周波
電流を流す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。コイルは二重の機能を
有する。すなわち、コイルは試料を融解領域内に保持す
る位置決めコイルとして機能するとともに、磁気誘導に
より試料中に渦電流を発生させて試料を加熱する機能を
有する。無重力状態の下に配置され、したがって時間的
に一定などのような外力も受けない試料が両方のコイル
の組合わされた磁界中の、その組合わされた磁界が最も
弱い点に固定され、または小さい磁気衝撃によりその点
へ強制的に戻される。しかし、そのようしている間に金
属試料が、磁束密度の値が最低である点、したがって渦
電流により発生される熱が最低であるような領域に配置
される。高周波電流が同相で逆向きに流れ、それにより
直交磁界を発生するコイル装置の加熱効率は非常に低
く、それに反して位置決め力は比較的大きい。
電流を流す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。コイルは二重の機能を
有する。すなわち、コイルは試料を融解領域内に保持す
る位置決めコイルとして機能するとともに、磁気誘導に
より試料中に渦電流を発生させて試料を加熱する機能を
有する。無重力状態の下に配置され、したがって時間的
に一定などのような外力も受けない試料が両方のコイル
の組合わされた磁界中の、その組合わされた磁界が最も
弱い点に固定され、または小さい磁気衝撃によりその点
へ強制的に戻される。しかし、そのようしている間に金
属試料が、磁束密度の値が最低である点、したがって渦
電流により発生される熱が最低であるような領域に配置
される。高周波電流が同相で逆向きに流れ、それにより
直交磁界を発生するコイル装置の加熱効率は非常に低
く、それに反して位置決め力は比較的大きい。
大きい位置決め力を得るばかりでなく、高い加熱効率も
得るために、ドイツ特許公報3639973A1には、位置決め
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す少くとも１個の別のコイ
ルも設ける。この別のコイルは試料を非接触加熱するた
めの加熱コイルとして機能する。このコイルにより発生
される磁界の強さは、試料のうち位置決め磁界により保
持されている領域において最大であるから、このコイル
を流れる高周波電流のエネルギーは試料内で融解熱に変
えられる。しかし、加熱コイルとそれぞれの位置決めコ
イルの間の領域における磁界がかなり強いように、位置
決め磁界を生ずる２個のコイルが加熱コイルに非常に近
く配置されることが欠点である。そのために位置決めコ
イルが試料自体とほぼ同程度まで加熱コイルにより加熱
される結果となる。その熱は冷却せねばならないから熱
が失われることになる。他方、加熱コイルは位置決めコ
イルの磁界の大部分を試料から遮り、そのために位置決
めコイルの力効率が大幅に低下するから、位置決めコイ
ルへ供給される電力のかなりの部分が無用な熱に変換さ
れることとなる。
得るために、ドイツ特許公報3639973A1には、位置決め
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す少くとも１個の別のコイ
ルも設ける。この別のコイルは試料を非接触加熱するた
めの加熱コイルとして機能する。このコイルにより発生
される磁界の強さは、試料のうち位置決め磁界により保
持されている領域において最大であるから、このコイル
を流れる高周波電流のエネルギーは試料内で融解熱に変
えられる。しかし、加熱コイルとそれぞれの位置決めコ
イルの間の領域における磁界がかなり強いように、位置
決め磁界を生ずる２個のコイルが加熱コイルに非常に近
く配置されることが欠点である。そのために位置決めコ
イルが試料自体とほぼ同程度まで加熱コイルにより加熱
される結果となる。その熱は冷却せねばならないから熱
が失われることになる。他方、加熱コイルは位置決めコ
イルの磁界の大部分を試料から遮り、そのために位置決
めコイルの力効率が大幅に低下するから、位置決めコイ
ルへ供給される電力のかなりの部分が無用な熱に変換さ
れることとなる。
したがって、本発明の目的は熱放散が少く、効率が高く
て、試料の融解および位置決めを行えるようにする装置
を得ることである。
て、試料の融解および位置決めを行えるようにする装置
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） 本発明の装置は位置決めコイルえよび加熱コイルとして
同時に機能するただ２個のコイルで動作する。両方のコ
イルに高周波電流が同相で流れると、強い高周波双極磁
界が発生され、そのために試料中に大きな熱が発生され
る。電流が逆位相でコイル中を流れたとすると、磁界の
傾きが大きくて、比較的弱い直交磁界が試料中に生ず
る。移相量を０〜180度の間で選択することにより、双
極磁界と直交磁界を重畳して発生できる。位相差が小さ
くなると、組合わされている磁界の双極磁界部分が大き
くなり、直交磁界部分が小さくなる。双磁磁界部分は主
として発熱作用を行い、直交磁界部分は主として位置決
め作用を行う。
同時に機能するただ２個のコイルで動作する。両方のコ
イルに高周波電流が同相で流れると、強い高周波双極磁
界が発生され、そのために試料中に大きな熱が発生され
る。電流が逆位相でコイル中を流れたとすると、磁界の
傾きが大きくて、比較的弱い直交磁界が試料中に生ず
る。移相量を０〜180度の間で選択することにより、双
極磁界と直交磁界を重畳して発生できる。位相差が小さ
くなると、組合わされている磁界の双極磁界部分が大き
くなり、直交磁界部分が小さくなる。双磁磁界部分は主
として発熱作用を行い、直交磁界部分は主として位置決
め作用を行う。
本発明は、単位時間および単位体積当りで発生される熱
Ｐが２に比例するという事実からスタートしたもので
ある。
Ｐが２に比例するという事実からスタートしたもので
ある。
Ｐ＝K1・２ ここに、K1は正の比例定数、は磁束密度である。
試料の単位体積当りに加えられる力は、 ＝K2（−grad２） である。したがって、この力は磁束密度の傾きに比例
し、K2は正の比例定数である。双極磁界では、試料中の
領域においてはＰは大きく、は小さく、直交磁界で
は、その領域においてはＰは小さく、は大きい。
し、K2は正の比例定数である。双極磁界では、試料中の
領域においてはＰは大きく、は小さく、直交磁界で
は、その領域においてはＰは小さく、は大きい。
周波数が同じで、位相差が可変である電流を２個のコイ
ルに流す２つの電源により双極磁界と直交磁界を重畳さ
せることができ、極端な場合には純粋な双極磁界（位相
差＝０度）または純粋な直交磁界（位相差＝180度）を
発生することが可能である。
ルに流す２つの電源により双極磁界と直交磁界を重畳さ
せることができ、極端な場合には純粋な双極磁界（位相
差＝０度）または純粋な直交磁界（位相差＝180度）を
発生することが可能である。
本発明の装置は重力が小さい状態の下で導電性物質の加
熱と冷却の少くとも一方を行うのにとくに適する。それ
の主な応用分野は宇宙船における治金学的試験を行うこ
とである。目的が試料を融解温度よりはるかに低い温度
まで凝固することなしに冷却することであるならば、融
解るつぼの壁が結晶核となるから、試料と融解るつぼの
壁の間の接触を避けることがとくに重要である。本発明
の装置により試料を融解することと、試料を冷却する場
合に試料を安定に位置させることができる。本発明の主
な利点は電気的効率が高いことである。このことは宇宙
における応用においてとくに有利である。というのは、
無駄に費される電力量が限られるからである。
熱と冷却の少くとも一方を行うのにとくに適する。それ
の主な応用分野は宇宙船における治金学的試験を行うこ
とである。目的が試料を融解温度よりはるかに低い温度
まで凝固することなしに冷却することであるならば、融
解るつぼの壁が結晶核となるから、試料と融解るつぼの
壁の間の接触を避けることがとくに重要である。本発明
の装置により試料を融解することと、試料を冷却する場
合に試料を安定に位置させることができる。本発明の主
な利点は電気的効率が高いことである。このことは宇宙
における応用においてとくに有利である。というのは、
無駄に費される電力量が限られるからである。
本発明に従って、両方の電源を共通の発振器で制御でき
ることである。これにより両方の電源を同一周波数で動
作させることができる。発振器の発振出力を移相器によ
り電源において容易に移相させることができる。移相器
はたとえば全帯域通過フィルタで構成できる。
ることである。これにより両方の電源を同一周波数で動
作させることができる。発振器の発振出力を移相器によ
り電源において容易に移相させることができる。移相器
はたとえば全帯域通過フィルタで構成できる。
２個の各コイルは対応するコンデンサとともに電力発振
回路を構成する。発振器の周波数は２つの電力発振回路
の共振周波数に一致すべきである。それぞれの共振周波
数を最もよく一致させるために両方のコイルと両方のコ
ンデンサは同じ構成とすることが好ましい。
回路を構成する。発振器の周波数は２つの電力発振回路
の共振周波数に一致すべきである。それぞれの共振周波
数を最もよく一致させるために両方のコイルと両方のコ
ンデンサは同じ構成とすることが好ましい。
（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明す
る。
る。
第１図に示す装置は２個の平行コイルL1とL2を有する。
それらのコイルの軸線は一致し、軸線方向に融てられ
る。コイルの組合わされている磁界の直交部分により吊
るされた状態に保持されている試料ＰがコイルL1とL2の
間の空間内に配置される。コイルL1はコンデンサC1へ並
列接続され、コイルL2はコンデンサC2へ並列接続され
る。コイルL1とコンデンサC1およびコイルL1とコンデン
サC2によりそれぞれ形成されている発振回路は電源10と
11へそれぞれ接続される。電源10は移相器PS1を有し、
その移相器の出力が増幅器A1を制御する。電源11は移相
器PS2を有する。この移相器の出力は増幅器A2を制御す
る。増幅器A1の出力端子がコイルL1とコンデンサC1へ接
続される。増幅器A2の出力端子がコイルL2とコンデンサ
C2へ接続される。コイルL1とL2の巻線は銅管で構成さ
れ、その銅管の中を冷媒が流れる。増幅器A1,A2の増幅
度と、移相器PS1,PS2の移相角とは個々に調節される。
それらのコイルの軸線は一致し、軸線方向に融てられ
る。コイルの組合わされている磁界の直交部分により吊
るされた状態に保持されている試料ＰがコイルL1とL2の
間の空間内に配置される。コイルL1はコンデンサC1へ並
列接続され、コイルL2はコンデンサC2へ並列接続され
る。コイルL1とコンデンサC1およびコイルL1とコンデン
サC2によりそれぞれ形成されている発振回路は電源10と
11へそれぞれ接続される。電源10は移相器PS1を有し、
その移相器の出力が増幅器A1を制御する。電源11は移相
器PS2を有する。この移相器の出力は増幅器A2を制御す
る。増幅器A1の出力端子がコイルL1とコンデンサC1へ接
続される。増幅器A2の出力端子がコイルL2とコンデンサ
C2へ接続される。コイルL1とL2の巻線は銅管で構成さ
れ、その銅管の中を冷媒が流れる。増幅器A1,A2の増幅
度と、移相器PS1,PS2の移相角とは個々に調節される。
発振器12の出力信号は移相器PS1とPS2へ共通に供給され
る。
る。
両方の発振回路L1とC1,L2とC2を流れる交流電流の間の
周波数と位相の関係を一定に保つために、電源10と11が
それらの共通発振器12により駆動される。すなわち、増
幅器A1とA2は、発振器12の周波数を持つ強制振動を電力
発振回路に生じさせる。増幅損失を最小にするために、
発振器12により与えられる周波数は電力発振回路の共振
周波数とは異ならせないか、非常に僅かだけ異ならせる
べきである。しかし、この共振周波数はコイルの間に存
在するそれぞれの試料の導電度にも依存するから、発振
器12の周波数はそれに対応して変えることができねばな
らない。
周波数と位相の関係を一定に保つために、電源10と11が
それらの共通発振器12により駆動される。すなわち、増
幅器A1とA2は、発振器12の周波数を持つ強制振動を電力
発振回路に生じさせる。増幅損失を最小にするために、
発振器12により与えられる周波数は電力発振回路の共振
周波数とは異ならせないか、非常に僅かだけ異ならせる
べきである。しかし、この共振周波数はコイルの間に存
在するそれぞれの試料の導電度にも依存するから、発振
器12の周波数はそれに対応して変えることができねばな
らない。
移相器PS1とPS2の一方を調節することにより、両方のコ
イルL1とL2の振動の間の移相差を変えることができる。
第２図は位相差がゼロであるケースを示す。同じ周波数
と同じ位相を有する同じ量の電流が両方のコイルL1とL2
を流れるから、コイルL1とL2は一時的に振動する強い双
極磁界を試料Ｐの領域内に発生する。その磁界は試料を
効率的に加熱または融解する。発生された第２図に示す
ような磁界は双極磁界である。試料Ｐの領域においては
磁束密度Ｂがとくに高いから、試料は効率的に加熱され
る。
イルL1とL2の振動の間の移相差を変えることができる。
第２図は位相差がゼロであるケースを示す。同じ周波数
と同じ位相を有する同じ量の電流が両方のコイルL1とL2
を流れるから、コイルL1とL2は一時的に振動する強い双
極磁界を試料Ｐの領域内に発生する。その磁界は試料を
効率的に加熱または融解する。発生された第２図に示す
ような磁界は双極磁界である。試料Ｐの領域においては
磁束密度Ｂがとくに高いから、試料は効率的に加熱され
る。
第３図は２個のコイルL1とL2を流れる電流の位相が180
度異なる場合を示す。この場合に発生される磁界は直交
磁界であって、試料Ｐの周辺の領域における磁束密度の
傾きが急である。したがって、この磁界は試料の位置決
めを行い、僅かな熱を発生する。第３図に示す状態は、
融けている試料を非接触で冷却する場合にとくに適す
る。
度異なる場合を示す。この場合に発生される磁界は直交
磁界であって、試料Ｐの周辺の領域における磁束密度の
傾きが急である。したがって、この磁界は試料の位置決
めを行い、僅かな熱を発生する。第３図に示す状態は、
融けている試料を非接触で冷却する場合にとくに適す
る。
０〜180度の任意の位相差が両方の磁界を重畳する。位
相差が小さくなると、組合わされている磁界の双極部分
が大きくなり、直交磁界部分が小さくなる。
相差が小さくなると、組合わされている磁界の双極部分
が大きくなり、直交磁界部分が小さくなる。
第１図は本発明に係る実施例の装置の略図、第２図は図
示の磁界を生ずる双極モードにおけるコイルの側面図、
第３図は図示の磁界を生ずる直交磁極モードにおけるコ
イルの側面図である。 10,11……電源、12……発振器、A1,A2……増幅器、PS1,
PS2……移相器、L1,L2……コイル。
示の磁界を生ずる双極モードにおけるコイルの側面図、
第３図は図示の磁界を生ずる直交磁極モードにおけるコ
イルの側面図である。 10,11……電源、12……発振器、A1,A2……増幅器、PS1,
PS2……移相器、L1,L2……コイル。
Claims (2)
- 【請求項１】融解領域の両側に配置された２個のコイル
（L,L）のコイル装置を備え、それらのコイルに同じ周
波数の高周波電流を流すことにより導電性物質を融かし
て位置させる装置において、 両方のコイル（L1,L1）は別々の電源（10,11）へ接続さ
れ、それらの電源の相対的な位相位置は０〜180度の範
囲で可変であることを特徴とする導電性物質を融かして
位置させる装置。 - 【請求項２】両方の電源（10,11）は共通の発振器（1
2）により制御され、前記電源の少くとも１つは位相器
（PS1,PS2）を含むことを特徴とする請求項（１）記載
の導電性物質を融かして位置させる装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3833255.8 | 1988-09-30 | ||
| DE3833255A DE3833255A1 (de) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | Vorrichtung zum behaelterlosen positionieren und schmelzen von elektrisch leitenden materialien |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02192688A JPH02192688A (ja) | 1990-07-30 |
| JPH0679507B2 true JPH0679507B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=6364086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1246242A Expired - Lifetime JPH0679507B2 (ja) | 1988-09-30 | 1989-09-21 | 導電性物質を融かして位置させる装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4979182A (ja) |
| JP (1) | JPH0679507B2 (ja) |
| DE (1) | DE3833255A1 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5150272A (en) * | 1990-03-06 | 1992-09-22 | Intersonics Incorporated | Stabilized electromagnetic levitator and method |
| US5319670A (en) * | 1992-07-24 | 1994-06-07 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Velocity damper for electromagnetically levitated materials |
| US5374801A (en) * | 1993-11-15 | 1994-12-20 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Plasma heating for containerless and microgravity materials processing |
| US6184508B1 (en) * | 1993-12-16 | 2001-02-06 | Shigeru Isoyama | Apparatus for joining metal pieces using induction heating |
| US5887018A (en) * | 1996-07-09 | 1999-03-23 | Wm. Marsh Rice University | Longitudinal electromagnetic levitator |
| UA89792C2 (ru) * | 2004-08-23 | 2010-03-10 | Корус Текнолоджи Бв | Устройство и метод для приведения в состояние левитации некоторого количества проводникового материала |
| US7973267B2 (en) * | 2004-08-23 | 2011-07-05 | Tata Steel Nederland Technology Bv | Apparatus and method for levitation of an amount of conductive material |
| JP5438817B2 (ja) * | 2012-11-29 | 2014-03-12 | 三井造船株式会社 | 加熱部位選択的誘導加熱装置 |
| DE102017100836B4 (de) * | 2017-01-17 | 2020-06-18 | Ald Vacuum Technologies Gmbh | Gießverfahren |
| JP7447844B2 (ja) * | 2021-02-23 | 2024-03-12 | 株式会社デンソー | 磁場発生装置およびそれを備えた磁気センサ |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2686864A (en) * | 1951-01-17 | 1954-08-17 | Westinghouse Electric Corp | Magnetic levitation and heating of conductive materials |
| US4578552A (en) * | 1985-08-01 | 1986-03-25 | Inductotherm Corporation | Levitation heating using single variable frequency power supply |
| DE3639973A1 (de) * | 1986-11-22 | 1988-06-01 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Vorrichtung zum behaelterlosen schmelzen von metallen oder legierungen |
-
1988
- 1988-09-30 DE DE3833255A patent/DE3833255A1/de active Granted
-
1989
- 1989-09-18 US US07/408,775 patent/US4979182A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-09-21 JP JP1246242A patent/JPH0679507B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4979182A (en) | 1990-12-18 |
| DE3833255C2 (ja) | 1990-08-02 |
| DE3833255A1 (de) | 1990-04-05 |
| JPH02192688A (ja) | 1990-07-30 |
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