JPH0679508B2 - 導電性物質を容器なしで融解して保持する装置 - Google Patents
導電性物質を容器なしで融解して保持する装置Info
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- JPH0679508B2 JPH0679508B2 JP1272759A JP27275989A JPH0679508B2 JP H0679508 B2 JPH0679508 B2 JP H0679508B2 JP 1272759 A JP1272759 A JP 1272759A JP 27275989 A JP27275989 A JP 27275989A JP H0679508 B2 JPH0679508 B2 JP H0679508B2
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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)
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。
置に関するものである。
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。
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 973A1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１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。
に、ドイツ特許公報36 39 973A1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１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。
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。
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。
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成する。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
中で互いに重畳である。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。
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成する。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
中で互いに重畳である。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量Ｐは
２に比例する。
位時間中に試料の単位体積当りに発生される熱量Ｐは
２に比例する。
Ｐ＝k1 ２ ここに、k1は正の比例定数、は磁束密度である。
試料の単位体積に加えられる力は Ｆ＝k2（−grad２） である。したがって、この力は弱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、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、は大きい。
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、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、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が可能である。
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が可能である。
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治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
を融解することと、試料の冷却時に試料を安定に保持す
ることができる。本発明の装置の電力効率が高いことは
本発明の主な利点である。このことは、消費可能な電力
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。
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治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
を融解することと、試料の冷却時に試料を安定に保持す
ることができる。本発明の装置の電力効率が高いことは
本発明の主な利点である。このことは、消費可能な電力
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。
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融てられる。コイルの間の空間に
試料Ｐの融解領域が設けられる。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成して、内部に冷媒を流
すこともできる。
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融てられる。コイルの間の空間に
試料Ｐの融解領域が設けられる。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成して、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ＣＨ
１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L1の第２の端子は別の第１
のコンデンサＣＨ ２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ＣＨ 1,CＨ ２とともに振動回路として構
成された閉回路を形成する。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。
１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L1の第２の端子は別の第１
のコンデンサＣＨ ２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ＣＨ 1,CＨ ２とともに振動回路として構
成された閉回路を形成する。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が第２のコンデン
サＣＰ １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ののコンデ
ンサＣＰ ２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ＣＰ 1,CＰ
２とともに別の振動回路を構成する。この振動回路の交
流電流はコイルL1とL2を逆向きに流れる。したがって、
この振動回路の電流により、コイルL1,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。
サＣＰ １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ののコンデ
ンサＣＰ ２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ＣＰ 1,CＰ
２とともに別の振動回路を構成する。この振動回路の交
流電流はコイルL1とL2を逆向きに流れる。したがって、
この振動回路の電流により、コイルL1,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。
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ＣＨ １が加熱増幅器HV1の２つの端子へ接続さ
れ、第１ののコンデンサＣＨ ２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。
デンサＣＨ １が加熱増幅器HV1の２つの端子へ接続さ
れ、第１ののコンデンサＣＨ ２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ＣＰ １は保持増幅器PV1の２
つの端子へ接続され、第２のコンデンサＣＰ ２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PV1
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。
つの端子へ接続され、第２のコンデンサＣＰ ２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PV1
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。
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.CＨ １＝ＣＨ 2,CＰ、≠IIICＰ ２。２個のコンデンサＣ
Ｐ １またはＣＰ １の一方を短絡することもできる。
Ｐ １またはＣＰ １の一方を短絡することもできる。
2.CＰ １＝ＣＰ 2,CＨ １≠ＣＨ ２。２個のコンデンサＣＨ
１またはＣＨ ２の一方を短絡することもできる。
１またはＣＨ ２の一方を短絡することもできる。
3.CＨ １＝ＣＨ 2,CＰ 1,CＰ ２ それらの前提条件は、H1＝ＣＨ ２とＣＰ １＝ＣＰ ２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ＣＨ 1,CＨ ２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ＣＰ
２には交流電流が流れない。同じことが、２個のコイル
と第２のコンデンサＣＰ 1,CＰ ２で構成された保持振動
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。
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ＣＨ 1,CＨ ２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ＣＰ
２には交流電流が流れない。同じことが、２個のコイル
と第２のコンデンサＣＰ 1,CＰ ２で構成された保持振動
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。
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
ドであるコイルの線図である。 ＣＨ 1,CＨ 2,CＰ 1,CＰ ２……コンデンサ、 HV1,HV2,PV1,PV2……増幅器、 L1,L2……コイル。
モードにあるコイルを示す線図、第３図は四極磁界モー
ドであるコイルの線図である。 ＣＨ 1,CＨ 2,CＰ 1,CＰ ２……コンデンサ、 HV1,HV2,PV1,PV2……増幅器、 L1,L2……コイル。
Claims (8)
- 【請求項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L1,L2）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（L1,L2）に電流が同じ向きに流れるよう
に２個のコイル（L1,L2）は少なくとも１つの第１のコ
ンデンサ（ＣＨ 1,CＨ 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（L1,L2）を互いに逆向きの電流が流れる
ように２個のコイル（L1,L2）が少なくとも１つの第２
のコンデンサ（ＣＰ 1,CＰ 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（HV1,HV2,PV1,PV2）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。 - 【請求項２】一方のコイル（L1）の第１の端子が第１の
コンデンサ（CH1）を介し、他方のコイル（L2）の第２
の端子（２）へ接続され、 前記一方のコイル（L1）の第２の端子（２）が別の第１
のコンデンサ（ＣＨ ２）を介して他方のコイル（L2）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。 - 【請求項３】一方のコイル（L1）の第１の端子（１）が
第２のコンデンサ（ＣＰ １）を介して他方のコイル
（L2）の第１の端子（１）へ接続され、 前記一方のコイル（L1）の第２の端子（２）が別の第２
のコンデンサ（ＣＰ ２）を介して他方のコイル（L2）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。 - 【請求項４】各第１のコンデンサ（ＣＨ 1,CＨ ２）は関
連する第１の増幅手段（HV1,HV2）の２つの端子へ接続
され、両方の第１の増幅手段（HV1,HV2）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。 - 【請求項５】各第２のコンデンサ（ＣＰ 1,CＰ ２）は関
連するる第２の増幅手段（PV1,PV2）の２つの端子へ接
続され、両方の第２の増幅手段（PV1,PV2）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。 - 【請求項６】２個の第１のコンデンサ（CH1,CH2）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。 - 【請求項７】２個の第２のコンデンサ（ＣＰ 1,CＰ 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。 - 【請求項８】両方のコイル（L1,L2）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。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3836239A DE3836239A1 (de) | 1988-10-25 | 1988-10-25 | Vorrichtung zum behaelterlosen positionieren und schmelzen von elektrisch leitenden materialien |
| DE3836239,2 | 1988-10-25 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH0355791A JPH0355791A (ja) | 1991-03-11 |
| JPH0679508B2 true JPH0679508B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=6365828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1272759A Expired - Lifetime JPH0679508B2 (ja) | 1988-10-25 | 1989-10-19 | 導電性物質を容器なしで融解して保持する装置 |
Country Status (3)
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| JP (1) | JPH0679508B2 (ja) |
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