JPH07501647A - 誘導加熱装置 - 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】 誘導加熱装置 本発明は誘導加熱装置、詳しくは均一幅の細長い金属製加工物を加熱するための 誘導加熱装置に関する。イギリス特許第ＧＢ−Ａ−１５４６３６７号は、磁極片 が加工物の長手方向と交差する方向に延び、当該磁極片と結合された巻線が交流 電源によって励磁されるようにした誘導加熱装置が開示されている。誘導加熱装 置では、加熱される加工物の幅方向に均一な温度プロフィルを得ることの困難性 が生じる。従来、そのような均一温度プロフィルを得る試みとして、加工物の幅 方向の単位幅当たりに生じる磁束密度を制御しようとすることが行われた。イギ リス特許第ＧＢ−Ａ−１５４６３６７号では、単位幅当たりの磁束は、極片の適 当な形状、構造又は装置により制御され、あるいはそれらの極片に取り付けられ た付加物を使用することにより制御されている。

誘導加熱装置の他の形態が提案され、イギリス特許第ＧＢ−Ａ−７１２０６６号 に記載されている。ここでは、磁極片が加工物の長さ方向に沿って長手方向に延 びている結果、加工物の大表面に電流が誘導され、幅方向よりもむしろ長手方向 に流れる。この装置は、長手方向の二つの電流により加工物の両端で完結する電 流ループが横方向に流れることにより生じる熱歪曲を回避するのに役立つ。しか しながら、長手方向に延びる極片は、加工物の幅方向の交互磁極を伴い、幅方向 における長手方向の渦電流の周期的な分布を伴う。このような渦電流の周期的な 空間分布により、加工物の幅方向に加熱効率の変化が生じることは明らかである 。

イギリス特許第ＧＢ−Ａ−７１２０６６号は、加工物の幅方向に隣接する磁極間 の間隔が十分に小さくて例えば１から２ｃｍ５であれば、それは問題にならない と示唆している。しかしながら、磁極間隔が小さいために、その装置の磁気効率 は極めて低いであろう。さらに、この従来の明細書は、「特に小さな極ピッチを 使用する必要がない」装置を提案している。その装置では、加工物の幅は実質的 に正確に磁極ピッチの偶数に等しい。そして、ストリップの幅方向における完全 に均一な加熱は、インダクタの巻線を励磁して加工物の幅方向に正弦及び余弦の 両方の磁場分布を与えることによって得られることを述べている。これは、巻線 を二つの異なった周波数で、あるいは同一周波数ではあるが直角位相で励磁する ことによって達成される。

どの実用的な装置もイギリス特許第ＧＢ−Ａ−７１２０６６号に開示された概念 からは生じていないのは次の理由によるものとされている。実施例に開示された 簡単な巻線装置は、加工物の幅方向に要求された正弦及び余弦波形を得るために 、加工物における渦電流の発生を適切に制御していない。この従来技術の明細書 では、磁場分布を有効にする不連続性を与える加工物のエツジ効果が考慮されて いない。最も基本的には、加工物の幅方向に正確に均一な熱の入力を生成するこ とは、実際にはめったに要求されない。特に、もし加工物が有効な厚さを有して いるならば、エツジからの熱損失が増加し、その結果エツジにおける熱入力を僅 かに増加することが要求される。また、誘導加熱装置は一般に連続ストリップを 加熱するのに利用されるが、ストリップが加熱装置に入って出てゆくにときに、 ストリップの幅方向に均一な熱入力を維持することに困難性がある。装置の両端 におけるこの不均一加熱は、加工物が装置の長手方向に沿って進むにつれて、熱 入力の不均一性の程度によって補償される。

後に明らかとなるが、イギリス特許第ＧＢ−Ａ−７１２０６６号に開示された装 置は、加工物の幅方向の熱入力の所望の不均一性を生成するために使用すること はできない。

本発明の一つの特徴によると、所定の幅Ｗを有する細長い金属製の加工物を加熱 する誘導加熱装置が提供され、その装置は、加工物の幅Ｗ方向の空間プロフィル を備えた大きさを有する時間的に変化する磁場を生成する磁場生成手段を有し、 前記加工物の幅Ｗ方向の空間プロフィルは、それぞれ、実質的に、Ｊ（ｘ）Ｃｏ ｓφ（ｘ）と（ｔｃ　Ｊ　（ｘ）　Ｓｉｎφ（ｘ）である加工物の幅方向分布を 有する、時間平均された長手方向の渦電流分布にそれぞれ相当し、 ここで、Ｘは、中心線からの加工物の幅方向距離であり、Ｊ　（ｘ）は、加工物 に生成される熱エネルギーの幅Ｗ方向の所望のプロフィルＰ　（ｘ）を生み出す のに要求される、中心線から距離Ｘの位置における加工物に誘導される電流密度 の大きさに比例し、には、前記余弦渦電流分布に相当する磁場が生成される時間 に対する、前記正弦渦電流分布に相当する磁場が生成される時間の比であり、φ （ｘ）は、実質的に、 −ｗｙｘｆ””Ｊ　（ｘ）ｅｊ−”’ｄｘ＝０であるように選択されたＸの関数 であり、前記磁場生成手段は、Ｊが不均一であるときに、前記相当渦電流分布を 備えた磁場を生成するようになっている。

余弦および正弦渦電流分布に相当する磁場が同時に生成されるときには、に＝１ であり、またＪ　（ｘ）は加熱プロフィルＰ　（ｘ）を生み出すのに要求される 、前記誘導される電流密度の大きさに等しい。前記場が交互に生成されるときに は、Ｊ　（ｘ）は前記大きさの１／ｆ（に＋１）倍である。

前記積分方程式は、実際に、加工物の幅方向の電流密度の積分が余弦成分および 正弦成分の両方に対してゼロでなければならないという要求を表している。余弦 渦電流の空間分布の大きさＪ　（ｘ）は、加工物に生成される加熱エネルギー（ Ｐ、、Ｊ２）の所望のプロフィルＰ　（ｘ）を生み出すために、Ｘの関数である ように選択される。以後より良く理解されるように、不均−Ｊの選択は、積分方 程式は満足されるように、関数φ（ｘ）の選択を強制する。　実際には、加工物 の幅方向のいかなる磁場プロフィルに対しても、長手方向の流れる渦電流の幅方 向の積分値がゼロでなければならないことは明らかである。しかしながら、関数 φを注意深く選択しなければ、要求されるＪ　ＣｏｓφとｆにＪ　Ｓｉｎφの形 状の渦電流分布を生み出すことができない。

本発明においては、磁場生成手段は、Ｊが不均一、例えばＸにについて変化する ときでも、要求された渦電流分布を生成するために、適切な磁場が生成されよう になっている。

本発明の原理のよりよき理解のために、以下の説明および添付図面が参照される べきである。

長手方向渦電流分布の正弦および余弦成分は、種々の方法で生成される磁場のよ って達成される。ある実施例では、前記磁場生成手段は、異なった励磁周波数で 、同時にそれぞれの磁場を生成する。これにより、二つの静的磁場分布が、要求 された相当する余弦および正弦渦電流分布とともに生成される。

この代わり、前記磁場生成手段は、同一の励磁周波数であるが直角位相で、同時 にそれぞれの磁場を生成してもよい。この装置は、加工物の幅方向に進行する正 弦曲線波形を生み出すという効果を有している。

他の実施例では、前記磁場生成手段は、時間的に連続して、それぞれの磁場を生 成してもよい。これにより、二つの磁場成分の間の相互影響の可能性が回避され る。連続磁場と対応する渦電流分布が十分に早（時間的に交互に生じるとすると 、加工物の時間的に平均された加熱効果は、実質的に均一であり、あるいは所望 のプロフィルを少なくとも有する。この連続的又は交互の磁場生成装置は、比に でそれぞれ異なった時間周期の間、二つの成分磁場を生成することを含めること ができ、その結果各成分磁場の大きさが比ｆにを与えるように変化することが理 解されるべきである。これにより、余弦電流分布を生み出す磁場は、正弦電流分 布を生み出す磁場に比べて、より小さな大きさを有するが、より長い時間周期の 間生成される。

成分磁場を生成する前述の装置に関して、前記磁場生成手段は、加工物の同一領 域で、それぞれの磁場を生成してもよい。

代案として、前記磁場生成手段は、同一の励磁周波数および位相であるが、磁場 が相互に影響しないように加工物の領域を離れた位置で、同時にそれぞれの磁場 を生成してもよい。これにより、平均加熱プロフィルＰが、加工物の中に十分な 温度状態をもって、加工物の中に生成され、あるいは加工物が進行して加工物の 各部分が一つの領域から他の領域に進み、連続して両方の成分磁場を体験する。

ある実施例では、反対側の広い両面における磁場が互いに影響しない十分な厚さ を有する加工物を加熱するために、 前記それぞれ両方の磁場は、加工物の一方の広い面に生成され、前記磁場生成手 段は、加工物の他方の広い面に、加工物の長さ方向に沿った同一の位置において 、さらなる磁場を生成するように配置され、前記さらなる磁場は、一方の面に前 記それぞれの磁場とともに同時に生成されて、その一方の面に生み出される渦電 流と反対位相である、加工物の幅方向の渦電流分布を得るようになっている。こ の装置によって、加工物の幅方向の特別な位置Ｘにおける長手方向渦電流は、加 工物の一方の面を一方の方向に流れ、そして他方の面を他方の方向に（同じ大き さで）流れる。これにより、渦電流が二つの広い面の間で加工物の厚さを貫通し て流れるとき、加熱装置の各端部における加工物の熱歪曲が減少する。

二つの磁場成分が加工物の異なった位置で同時に生成される好ましい実施例では 、これらの位置は、加工物に沿って長手方向に配置されている。この代わり、こ れらの領域は、磁場が互いに影響しない十分な厚さを有する加工物の反対側にあ ってもよい。最初に述べたケースは、装置が、前記磁場生成手段を通り越して、 加工物を長手方向に移動させる搬送手段を含むときに、特に都合がよい。

前記磁場生成手段は、 加工物に対して長手方向に整列されるとともに加工物の幅方向に並列状態に配置 された電流コンダクタと、前記コンダクタを時間的に変化する電流の電源に選択 的に接続する手段とからなり、 これによりコンダクタ中に電流が選択されて前記それぞれの磁場を生み出すよう にするのが好ましい。前記選択的に接続する手段は、選択されたコンダクタを直 列に接続するようになっていてもよい。前記選択的に接続する手段は、選択され たコンダクタの組の端を互いに接続するようになっているのが望ましい。このよ うにして、コイルピッチ、すなわち各単相巻線の前進および復帰コンダクタの間 の距離が調整され、選択される。

さらに好ましくは、前記選択的に接続する手段は、前記コンダクタ内を流れる電 流を調整するための調整手段を含む。この設備は、コンダクタによって生成され る磁場を適切に描いて、加工物の幅、材料等の範囲に対して、前述の加熱プロフ ィルの要求を満たすことの助けとなる。

前記時間的に変化する複数の電源は、異なった大きさの電流の電源からなってい てもよい。さらに、前記複数の電源は、異なった周波数の電源からなっていても よい。特に、進行波形および電流分布を生み出すためには、前記複数の電源は、 同一周波数であるが直角位相の電源からなっていてもよい。

本発明の他の特徴においては、所定の幅を有する細長い金属製の加工物を加熱す る誘導加熱装置が提供され、この装置は、加工物の幅Ｗ方向の空間プロフィルを 備えた大きさを有する時間的に変化する磁場を生成する磁場生成手段を有し、 前記加工物の幅Ｗ方向の空間プロフィルは、それぞれ、実質的に、Ｊ（ｘ）Ｃｏ ｓφ（ｘ）とｆにＪ（ｘ）Ｓｉｎφ（ｘ）である加工物の幅方向分布を有する、 時間平均された長手方向の渦電流分布にそれぞれ相当し、 ここで、Ｘは、中心線からの加工物の幅方向距離であり、Ｊ　（ｘ）は、加工物 に生成される熱エネルギーの幅Ｗ方向の所望のプロフィルＰ　（ｘ）を生み出す のに要求される、中心線から距離Ｘの位置における加工物に誘導される電流密度 の大きさに比例し、には、前記余弦渦電流分布に相当する磁場が生成される時間 に対する、前記正弦渦電流分布に相当する磁場が生成される時間の比であり、φ （ｘ）は、実質的に、 一−ｙｚｆ　””２Ｊ　（ｘ）　ｅ　””’　ｄ　ｘ＝０であるように選択され たＸの関数であり、前記磁場生成手段は、時間的に連続して前記それぞれの磁場 を生成するようになっている。

本発明のさらに他の特徴においては、所定の幅を有する細長い金属製の加工物を 加熱する誘導加熱装置が提供され、この装置は、加工物の幅Ｗ方向の空間プロフ ィルを備えた大きさを有する時間的に変化する磁場を生成する磁場生成手段を有 し、 前記加工物の幅Ｗ方向の空間プロフィルは、それぞれ、実質的に、Ｊ（ｘ）Ｃｏ ｓφ　（ｘ）　と　Ｊ（ｘ）Ｓｉｎφ　（Ｘ）である加工物の幅方向分布を有す る、時間平均された長手方向の渦電流分布にそれぞれ相当し、 ここで、Ｘは、中心線からの加工物の幅方向距離であり、Ｊ　（ｘ）は、加工物 に生成される熱エネルギーの幅Ｗ方向の所望のプロフィルＰ　（ｘ）を生み出す のに要求される、中心線から距離Ｘの位置における加工物に誘導される電流密度 の大きさであり、 φ（ｘ）は、実質的に、 一−ｙｄ−”Ｊ　（Ｘ）６１−＋ｌ１ｄＸ＝Ｑであるように選択されたＸの関数 であり、前記磁場生成手段は、同一の励磁周波数および位相であるが、磁場が相 互に影響しないように加工物の領域を離れた位置で、同時にそれぞれの磁場を生 成するようになっている。

前述の好ましい実施態様および実施例の適当な一つが、本発明の前記二つの特徴 に適用されてもよい。

以下、次の添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の特徴を具体化した誘導加熱装置の一部の概略斜視図である。

図２（ａ）は、インダクタの幅方向に進む磁場波形を生成する誘導加熱装置の端 面図である。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の装置によって生成される磁場波形を示すグラフであ る。

図３（ａ）から３（ｄ）は、図４（ａ）から４（ｄ）とともに、固定磁場プロフ ィルが生成される本発明の特徴を示す。

図５（ａ）および５（ｂ）は、図３，４の装置で生じる正弦曲線磁場分布によっ て生成される加工物の幅方向の電流および電力の分布を示す。

図６（ａ）から６（ｅ）は、図３，４の装置の一例を示し、この装置には補償磁 場プロフィルのための分離した主巻線が同一の磁気コアに介在している。

図７は、図６の実施例の巻線を励磁するために分配された電源装置を示す。

図８および９は、不均一な熱エネルギー人力を生成することが望まれるときに、 加工物の幅方向の電流密度プロフィルの図形的表示である。

図１０（ａ）から１０（ｅ）は、正弦および余弦の磁場プロフィルの交互選択を 可能にする他の巻線装置を図示する。

図１１（ａ）から１１（Ｃ）は、図１０の巻線装置が磁場プロフィルを調整して 異なる幅の極ピッチを得るのにどのように使用されるかを示す。

図１２は、本発明の特徴を具体化した装置のテスト結果の図形的表示を与えてい る。

図１３は、エツジ効果とその矯正を示す。

図１４．１５および１６は、エツジ矯正装置を詳細に示す。

図１７と１８は、所望の磁場プロフィルを生成するためのコンダクタのスイッチ ングおよび制御装置を示す。

本発明を完全に理解するためには、本発明の全ての本質的特徴を含まないが本発 明がどのように実用化されるかを示すのに役立つ誘導加熱装置の例を記載すると 都合がよい。

そこで、図１を参照すると、上部インダクタおよび下部インダクタのそれぞれの コア部材１．２からなる誘導加熱装置が図示されている。この実施例では、上部 および下部インダクタは実質的に平行な面内に延び、かつ、それらの間に加熱さ れる金属製のストリップ５が通過する隙間４が形成されるように離隔している。

インダクタは、コア１と２の対向する面に形成されたスロット３に配置される電 気巻線（図１には図示しない）を有する。この種の誘導加熱装置では公知である が、電気巻線は、時間的に変化する磁場を生成するように励磁され、金属製スト リップに渦電流を誘導して抵抗加熱を起こす。さらにこの種の装置では一般的で あるが、加熱されるストリップは通常均一な幅を有し、加熱装置を通って長手方 向に例えば矢印６の方向に進行する間に加熱される。他の装置、例えばスラブ加 熱用の装置では、スラブの全長がこの種の装置の中に収容される一方、十分な長 さのインダクタの間に静止する。

コア１と２は、時間的に変化する磁場を与えるように配置されている。当該磁場 は、ストリップ５の長手方向に沿ってほぼ一定である大きさを有するが、ストリ ップの幅方向に空間プロフィルを有し、幅方向に分布された連続した対向磁極を 有効に与えている。

図２は、磁場の空間プロフィルが引き起こされて、加熱されるストリップの幅方 向に進行する装置を説明する目的で示す。この装置では、空間プロフィルはほぼ 正弦曲線である。図２（ａ）では、上部および下部コア１と２はそれぞれ多相巻 線７．８を備えているように示され、その巻線は、ストリップの幅方向に矢印９ 方向に向かって進行する磁気波形を生成するように、多相電源により励磁される 。巻線７と８の構成、およびその多相電源への接続は、電動回転機の分野で公知 の技術を利用することができる。

図２（ｂ）は、巻線７と８によって生成される空間的磁気波形のある瞬間におけ る波形を示す。これは、磁場の強度又は磁束密度の波形をほぼ正弦曲線として示 し、図中の最大点と最小点で瞬間的に反対の磁極を与える。この波形はスト１ル ソブの幅Ｗ方向に矢印に向かって進行する。

図示された装置では、巻線７と８は、瞬間的な磁場分布波形の隣接する最大値と 最小値の間にストリップの幅方向に間隔（又はピッチ）λが与えられるように配 置され励磁される。このピッチλは次式を満足するように選択される。

ｗ＝２ｎλ ここで、Ｗは加熱されるストリップ５の憧、ｎは整数である。この装置に関して 、ストリップの幅方向の磁場の正弦曲線分布と、それに対応するストリップの長 手方向渦電流の正弦曲線分布とを供給することは、ストリップの中に誘導される 全渦電流と一致することが分かる。その渦電流はストリップの長手方向の一方の 方向に流れ、反対方向に誘導された全渦電流と厳密に等しい。これに対し、もし ピッチλが上式を満足しないように選択されると、一方の方向に誘導される電流 が他方の方向に誘導される電流と同じであるという要求によって、スト１ルソブ を横切る電流密度に歪曲が生じる。これにより、ストリップの幅方向における加 熱エネルギーの分布に歪曲が生じる。

ｗ＝２ｎλとなるようにλを選択すると、ストリップの幅方向に渦電流密度の均 一な大きさの正弦曲線分布を維持することができるので、ストリップの幅方向に 均一な加熱エネルギーの生成が容易になる。そして、均一加熱が上述の装置にお いて達成され、渦電流分布波形はストリップを横切って進行する。上述の進行波 形の渦電流分布は、同一の励磁周期であるが直角位相を有する固定した余弦波お よび正弦波の電流分布と一致する。

上述の装置では、渦電流分布の正弦曲線波形がストリップの幅方向に進行する結 果、加熱効率が均一になる。これに対し、もし波形がストリップの幅方向に静止 していると、ストリップへの加熱エネルギー人力もまた、ストリップの幅方向に それと対応する空間分布を有し、それは渦電流分布波形の二乗に等しい。前述の 後者の装置はこの効果をどのように補償するかを説明している。

実際には、ストリップ５の幅方向の各位置における磁場は、巻線７と８の励磁電 流によるだけでな（、ストリップ５それ自体の存在により生じる。このため、磁 場がストリップの両方のエツジのごく近傍で歪曲し、その歪曲が渦電流とストリ ップ内部の加熱エネルギーの分布を生じさせる。したがって、これが問題になる ときには、磁場プロフィルの好ましくない歪曲を打ち消すためのエツジ矯正手段 を各エツジに設けて、ストリップの全幅にわたって所望のプロフィルが維持され るようにしてもよい。このエツジ矯正手段の例が図２（ａ）の１０と１１に示さ れ、それは上部および下部インダクタの全長にわたってストリップ５のエツジに 沿って延びるフェライトコア１２と１３からなっている。励磁巻線１４と１５が 、これらのコア１２と１３の回りに縦に巻回されて、励磁された時に、コア１２ と１３に二つの主インダクタ間で垂直に広がる磁場を生成するようになっている 。

実際には、エツジ矯正コイル１０と１１の巻線１４と１５への励磁電圧は、進行 する磁気波形の周期を通してエツジ効果に対して適切に補償するために、主巻線 ７と８への電圧と位相が一致している。この歪曲矯正を達成する技術については 以後にさらに詳細に説明するが、そのような技術は図２に示す装置にも適用可能 である。

いま図３．４および５を参照すると、これらは、加熱されるストリップの幅方向 に固定磁場プロフィルが生成される装置を示している。これらの図は、補足し合 う正弦および余弦プロフィルの組合わせにより、たとえそれらのプロフィルがス トリップに対して静止していても、どのようにして所望の熱エネルギープロフィ ル（本実施例では均一プロフィル）が生成されるようにするかを示している。

図３（ａ）は、装置の長手方向を通して見た断面の一部であり、スロット３を備 えた対向面を有する主インダクタの上部および下部コア１と２を示す。スロット ３に位置する巻線２０が示されている。この装置は積層軟鉄で形成されたコア１ と２に適切である。

図から分かるように、加熱される細長い加工物すなわちストリップ５は、上部お よび下部インダクタの間の隙間４の中を通過する。スロット３は加工物５の移動 方向（ｚ）に延び、電流は巻線２０の中を前記方向に流れる。

全ての巻線は単相交流電源によって励磁される。そして、図３（ｂ）に示す静止 した周期の空間プロフィルを備え、加工物の幅Ｗ方向に変化する大きさを有する 、時間的に変化する磁場を与えるように、巻線２０が配置され、あるいは巻線へ の電圧が制御される。図から分かるように、この分布は、ストリップ５の幅方向 に間隔λだけ離れた最大の磁場の大きさを有する２点、すなわち２極２１と２２ があることを意味する。磁極２２は磁極２１と反対の位相が与えられ、どの時点 でも磁極２１と反対の磁場極性を有していることが分かる。

図３（Ｃ）は、巻線２０によって生成される磁場の影響によって金属製ストリッ プ５に生じる電流分布をアンペア毎平方メートルで示す。この分布は、ストリッ プ５の両エツジに磁場の歪曲がないか、さもなければそのような歪曲が矯正され ていることを示している。さらに、この磁場は、磁極２１と２２の間隔λが次式 を満足していることを示している。

ｗ＝２ｎλ ここで、ｎは整数である。従って、進行磁場の実施例に関して述べたように、渦 電流分布がストリップのエツジで歪曲される必要がない。

図３（Ｃ）に見られるように、電流分布は実質的に正弦曲線変化を有する。その 空間分布は、Ｊ　＠Ｃｏｓ　（πＸ／λ）で与えられ、ここで１０は巻線２０の 磁場によって加工物５に誘導されるピーク電流密度である。これはさらに、電流 密度の時間に対する正弦曲線変化を考慮すると、Ｊ　ｏＣｏｓ　（πＸ／λ）　 Ｃｏｓ　（ωｔ）に修正され、ここでωは電源の角周波数である。ワット毎立方 メートルの単位の誘導される電力は、電流の二乗に比例するので、図３（ｄ）に 示すように、Ｊｏ２ρωｓ２　（πＸ／λ）　Ｃｏ５２（ωｔ）で表され、ここ でρは加工物５の抵抗である。

図３　（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）から分かるように、加工物の幅Ｗと磁極ビ・ ツチλの間の特定の関係、および磁場Ｂの正弦曲線的空間変化のため、誘導され た電流はそれ自身動かないし、加工物５の両方の工・ソジには電流の収束がなＧ Ａ０磁場における正弦曲線的空間変化は、後にさらに詳細に説明するように、加 工物の両方のエツジにおいて、磁場修正エツジ矯正手段によって加工物の幅方向 に直角に維持される。この結果、加工物５の熱移動を無視すると、瞬間的な熱ノ くターンは、図３（ｄ）に示すように、加工物５に誘導された必要エネルギーの 正確に半分に一致する。これにより、加熱領域に、加工物５の幅方向に正弦曲線 的に変化する温度プロフィルが生じる。このパターンは、加工物が静止してしＸ る力）ある０は２方向に移動していても実質的に変化しない。

図４（ａ）は、図３と類似の装置を示すが、それは加工物５に対して磁極ピ・ソ チの半分（すなわちλ／２）に等しい距離だけ側方に移動した巻線２０を備えて いる。もちろん物理的移動の必要がないことが好ましい。電気的に同一の効果を 生じることを必要とされるものは、生成された電磁極が指示された位置にあるよ うに、第１の組が点在した第２の組の巻線を設けることである（そのような形状 は図６に示されている）。

図４（ｂ）は、加工物５の位置から分かるように、磁極の新し０位置を示し、そ の位置から、ある極は完全に加工物５の幅内にあるが、他の極は分割され、「半 極」が加工物の各サイドエツジに現れていることが分かる。

図４（Ｃ）は、図４（ａ）の装置の極及び半極の下における加工物５の電流分布 を単位Ａｍ−２で示し、この場合、大きさはＪ。Ｓｉｎ　（πＸ／λ）　Ｃｏｓ 　（ωｔ）で与えられる。また、加工物５の幅方向の正弦曲線分布は、後に説明 するよう１こ、加工物のいずれかのエツジにおける磁場制御によって保証される 。誘導される単位Ｗｍ−”の電力は前述したように電流の二乗に比例し、したが って図４（ｄ）に示すように、 Ｊｏ２ρ５ｉｎ２（πＸ／λ）　ＣＯ５２（ωｔ　）で表される。

図４の装置は、加工物５に誘導されるべき全必要エネルギーのうち互いに補足す る半分を提供することができるということが理解されるであろう。加熱領域は、 前述したように、加工物の幅方向に正弦曲線的に変化する温度プロフィルを有す る。しかしながら、この場合、加熱される半分は、図３の装置で加熱されない領 域である。したがって、異なった巻線形態によって与えられる空間的加熱分布の 相補的性質から生じる任意の点Ｘにおける全熱入力は、Ｊ　６２ρＣｏ５２（π ｘ／λ）　Ｃｏｓ”ωｔ＋Ｊｇ”ρＳｉｎ”　（πｘ／λ）　ＣＯ５２（Ｌ）　 ｔ＝ＰｏＣｏｓ”ωｔ　Ｗｍ−３ ここで、Ｐ０＝Ｊ０”ρ となるので、Ｘの影響を受けない。

この結果の利益を得るためには、余弦および正弦電流分布を生成する電界がお互 いに影響し合わないことが絶対必要である。図５（ａ）は、余弦および正弦の巻 線が同時に励磁された場合における加工物の幅方向の電流分布（図中Ｓｉｎ＋Ｃ ｏｓの符号が付された曲線）を示す。図５（ｂ）は、対応する電力分布を（Ｓｉ ｎ＋Ｃｏ５）の符号が付された曲線で示し、それは幅方向に明らか１こ大きく不 均一になっている。

前述の第１の組が点在した第２の組の巻線を備えた実施例では、加工物は同一領 域において、同一の時間周期の間、短時間（＝１０ｍｓ）の電力の突発を受ける 。したがって、これにより、幅方向に均一に分布された熱入力が加工物全体に提 供される。前述のように、一つのコアの二組の巻線に関して、余弦および正弦巻 線を同時に共通の周波数および位相で励磁することは許されない。したがって、 巻線を単一の電源に連続して接続するか、各巻線に対してオンオフ可能な別個の 電源を使用することが必要である。各巻線は同一時間の間、励磁される。そして 、その励磁時間、およびいずれの巻線も励磁されていない期間は、とりわけ、加 熱される加工物内の熱移動、望まれる温度均一性の程度、連続的に移動する加工 物が加熱される場合にはその加工物の移動速度に依存する。

均一加熱を与える他の方法は、二つの加熱インダクタを前後して設けることであ る。その一方は余弦電流生成基を提供するように形成され巻回され、他方は正弦 電流分布場を提供するように形成され巻回される。この場合、両方のインダクタ は連続的に励磁される。

もし、正弦巻線と余弦巻線の二組の巻線が異なった周波数で励磁されると、両者 はたとえ同一コアに巻回されていても同時に励磁される。したがって、二つの場 によって誘導される熱の総量がなお空間的に補償し合うのを保証するために、二 つの巻線によって生成される場の相対的な強さを調整することに注意しなければ ならない。

イギリス特許第ＧＢ−Ａ−１５４６３６７号の記載の横方向の磁束誘導加熱は、 排他的ではないが、１ＫＨｚ以下の周波数で大いに使用される。この場合、イン ダクタとして溝付きの積層された鉄製コア構造の使用が適している。しかしなが ら、本発明の装置は、フェライト又はもっとエキシチックな磁性材料が使用され た場合、高周波数（３−２０ＫＨｚ）で使用される。

余弦巻線と正弦巻線が同一フェライトコアに交互に重ねられた複合インダクタの 一例が図６（ａ）に示されている。この図は、インダクタ全体のうち、二つの幅 広の磁極を有する典型的なモジュールの巻線のレイアウトを図式的に示している 。上部および下部のフェライトコア２５と２６に設けられた四角の箱２３は余弦 巻線を表し、丸い箱２４は正弦巻線を表す。

両巻線に対するエアギャップＭＭＦ図は、加工物５に誘導される電流密度Ｊ８の 空間分布とともに、それぞれ図６（ｂ）と図６（Ｃ）に示されている。結果とし て熱の相補的性質が生じることは明らかである。

エアギャップＭＭＦの正弦曲線分布を改良するために、凸極の巻線の最も中心寄 りのコイルが他よりも少ない電流が流れるように配置することが望ましい。

余弦巻線２３のコイルｒｃＪとｒｆＪが残りの部分よりも半分だけ多い電流が流 れるのを保証するために必要な電気接続は、図６（ｄ）および図６（ｅ）に別の 方法で表されている。余弦巻線および正弦巻線の残りの部分は、上部および下部 のインダクタのコアに空間的に適切に分配された同一の回路モジュールから形成 されている。

電気機械の設計で良く知られているように、極モジュールの中のコイルは全て直 列であるか、並列であるか、あるいは異なった電源から供給される。それは、単 に、アンペアコンダクタの適切な分布がエアギャップに生成されることを保証す ることの問題である。

余弦および正弦巻線がお互いに影響するのを防止する多（の方法がある。これら のうち最も簡単な方法には、各巻線を連続的に単一の電源に接続することがある 。必要とするスイッチは、最も実用的な目的にはサイリスクスイッチである。

電源が静インバータであると、二つの相互に排除する出力を生成するインバータ 回路にスイッチを組み込むことが便利である。

上述の誘導加熱装置の適用性は、前述の横磁束法の場合のように、比較的薄い加 工物には限定されない。スラブの加熱に使用されるときには、２０ＭＷ以上の能 力が期待される。このような場合において、インダクタと電源の両方をモジュー ラ法で形成することは明らかに明瞭な利点である。分散形電源の概念の例は、図 ７に概略示され、図６の装置に関係している。単一のインバータ電源に共に直列 並列配置（図６（ｅ）参照）で接続された巻線の代わりに、各巻線コイルに別個 に給電する多数のインバータ（ＩＩ　ＩＱ、１．−Ｌ）がある。全てのインバー タは、遠隔マスターコントローラの指令により動作する。そのコントローラに、 任意の一時点で励起する特定のインバータを決定し、前記励起インバータ間の同 期性を保証する。

以上の議論は、均一な加熱分布を得る目的のために、周期的な場の大きさと、ス トリップの幅方向の電流分布プロフィルとが、均一である装置に関係している。

これらの装置は、基本原理を説明するのに有益であった。本発明の実施例を具体 化する展開はその基本原理に基づいている。しかしながら、実際には、ストリッ プの幅方向の正確に均一な加熱効果が生じることは望ましくないし、有益でもな い。要求されることは、ストリップの幅方向における大いに予期され、かつ、制 御された不均一な加熱効果を得ることである。これによって確実な効果が補償さ れる。その結果、均一なあるいは要求された不均一な温度処理を保証するのに要 求されるように、ストリップの全体的な温度プロフィルが正確に制御されるのが 保証される。例えば、前述したように、誘導加熱装置の各端部における渦電流の 閉ループは、ストリップが装置に入るときおよび離れるときに、加熱効果の実質 的な歪曲を引き起こす。加熱装置の長さ方向に沿ってストリップの幅方向の熱エ ネルギー人力を適切に合わせることにＪ：って、これらのエンド効果が正確に補 償される。

いま説明する本発明の実施例によって取り上げられる問題は、不均一加熱が要求 されるときに前述した式ｗ＝２ｎλによる磁場プロフィルと渦電流分布とを利用 することが不適当であるということである。

図８を見ると、これは、おそら（ｗ＝２ｎλの要求を満足する加工物の渦電流の 理論的分布を示す。しかしながら、この図では、要求される加熱プロフィルＰは 加工物の中心線から幅方向の距離Ｘの関数である。Ｐ　（ｘ）は中心線に対して 対象に描かれているが、加工物のエツジに向かって増加する熱エネルギーを要求 している。対応する線が、加工物に誘導される時間平均した全渦電流密度Ｊ　（ ｘ）に対して図示され、ＰＣｘ−１２であることが分かる。

実線で図示された余弦渦電流プロフィルを考慮すると、ある問題が生じる。余弦 分布に対する加工物の幅方向の電流密度の積分値はゼロに等しくない。したがっ て、図８に図示された余弦分布は実際には達成できない。実際には、図示された 形の余弦電流分布を生成するように意図された磁場分布とともに、達成される実 際の電流分布は５０で示される破線のようになる。加工物の工・ンジにおける最 大電流密度が所望の値よりも小さいだけでなく、加工物の中央領域の電流密度が 増加される。さらに重要なことは、電流密度波形のゼロクロス点が、正弦電流分 布波形と同じ加工物の幅方向の位置に存在しないように、右側に移動している。

したがって、実際に達成される二つの電流分布は、もはや正弦および余弦の同一 の関数を構成しないし、互いに補足し合って熱エネルギー人力に対する所望のＪ ２（Ｘ）を生成することもない。

図９は、加工物の渦電流波形が、どのようにして適応されて不均一な加熱エネル ギープロフィルＰを与えるかを示している。最初に余弦波形５１を考慮すると、 この波形の空間的波長が僅かに増加し、その結果ゼロの誘導電流密度に対して、 ゼロクロス点５２が僅かに右側、図では中央線と加工物のサイドエツジとの間の 中間位ｆｉｔ　（ｘ＝ｗ／　４）の右側に移動している。したがって、波形の隣 接する最大値と最小値の間の間隔またはピッチλは、ｗ／２よりも大きい。λが ｗ／２を越える量は、ゼロクロス点５２と加工物の隣接するエツジとの間の電流 密度の積分値が、ゼロクロス点５２と加工物の中心線との間の電流密度の積分値 と等しくなるように選択される。次に、波形のλは、たとえ余弦波形の大きさが Ｘの関数として対称的に変化する、実際には加工物の中心線からエツジに向かっ て増加するとしても、加工物を直角に横切る電流密度がなおゼロであることを満 足するように選択される。

余弦波形に対するλを適当な値に選択すると、比較的真っすぐに進み、同じ値の λを備えるとともにＪ　（ｘ）に相当する適当な大きさを有する正弦波形を形成 する。

二つの互いに補い合う電流密度を表す二つの波形は、Ｊ　（ｘ）　＝Ｃｏｓφ（ ｘ） Ｊ　（ｘ）　＝Ｓｉｎφ（ｘ） で表される。

この例において、関数φ（Ｘ）はπＸ／λであり、ここでλは図に示すようにＷ ／２より大きな値を有するように選択される。この例におけるλの値、さらに一 般的には関数φ（ｘ）の選択は、加工物の幅を直角に横切る電流密度の積分値が ゼロであることを満足するように行われる。これは、次式で表される。

−−ｙ２ｆ−／２Ｊ　（ｘ）　ｅ　’φ”’ｄｘ＝０　（１）明確に言うと、前 述の二つの余弦および正弦電流密度波形からの熱エネルギー人力は次式で与えら れる。

Ｐ　（ｘ）＝Ｊ２（ｘ）　（Ｃｏｓ２φ（ｘ）　十Ｃｏ５２φ（Ｘ））したがっ て、要求された通り、 Ｊ（または加工物に現れる平均加熱エネルギー）が加工物の幅方向に均一である ことが望まれるときであっても、誘導加熱装置の磁場発生手段が対応する余弦お よび正弦渦電流分布を生じる場を発生するように配置されることは、本発明の重 要な特徴である。前述したように、これを達成するために、関数φ（Ｘ）は注意 深く選択さねなければならない。加工物の中心線に対して対称である単純で不均 一なＪ（又はＰ）を得るためには、φがＸの一次関数であることが十分であり、 これにより空間電流分布の波形は一定のピッチすなわち半波長、ここではλを有 する。しかしながら、Ｊ又はＰの所望の非線形性を与えるためには、Ｗは２ｎλ に等しくないであろう。ここで、ｎは正の整数である。もし、ｗ＝２ｎλであれ ば、磁場がエツジ効果によって歪曲しないと仮定すると、加工物の幅方向のＪ又 はＰに対して一定値のみを生み出すことができる。

さらに、不均一なＪを生み出すためには、磁場発生手段は、大きさが変化する空 間波形を有する加工物の幅方向の磁場プロフィルを引き出すことができな（プれ ばならない。

以下、磁場発生手段のコイル巻線およびスイッチの配置のいくつかの例を説明す るが、それらは不均一なＪの対して要求される磁場を生み出すことができる０ま ず、再度図７を参照すると、図示された装置は、各イン／く一夕の出力電圧／電 流、およびこれに加えてそれに接続されるコイルの数およびその選択を、マスタ ーコントローラから別個に制御できるように修正してよい。インノく一夕を選択 されたコイルに接続するのに要求されるスイッチング装置は、図に示されて（Ｘ ない。しかしながら、この主の装置は、アンペア回数がインダクタの幅方向のＬ ）ずれにおいても完全に制御されるのが好ましく、これにより磁場プロフィルが 生み出され、不均一なＪを生成するのに要求される上述の渦電流分布が与えられ る。

実際には、インダクタの幅方向のアンペア回数の分布を決定する方法は次の通り である。まず、加工物に対する理想熱入カプロフィルが決定される。これは、加 工物の形状、加工物からの概算熱損失、加工物が誘導加熱装置に出入りするとき の熱入力に対する歪曲、およびその他のファクターに依存する。この熱入カプロ フィル（Ｐ　（ｘ）　）から、理想平均電流密度プロフィルを計算することがで きる。もし、加工物の伝導率が加工物の幅方向に均一であるように採られると、 電流密度プロフィルＪ　（ｘ）はＰ　（ｘ）の平方根に比例する。

次に、加工物の長さ方向に沿って流れる正味電流がないという要求を満足する、 お互いに補足し合うプロフィル、 Ｊ　（ｘ）＝Ｃｏｓφ　（ｘ）　と　Ｊ　（ｘ）＝Ｓｉｎφ　（ｘ）を与える関 数φ（Ｘ）を選択することによって、お互いに補足し合う余弦及び正弦電流密度 プロフィルが決定される。

単純な対称的関数Ｊに対しては、φはＸの一次関数である。すなわち、φ＝πＸ ／λ＋α であり、ここでαは定数である。

次に、式（１）は、 ０＝−ｗ７□ｆ””Ｊ　（ｘ）　（Ｃｏｓπｘ／λＣｏｓ　ａ　−３ｉｎ　ｙｒ 　ｘ　／λＳｉｎαｌ　ｄｘ　（２）および、 ０　＝　−１４／２　ｆ　＝／２Ｊ　（ｘ　）　ｌＣｏ５πＸ／λＳｉｎα−３ ｉｎ７ｒｘ／λＣｏｓα１ｄｘ（３）となる。

Ｊ　（ｘ）は対称であるので、 −ｗ７２ｆ　””Ｊ　（ｘ）　Ｓｉｒ＋πＸ／λ　ｄｘは常にゼロである。

したがって、式（２）および式（３）は、０＝−Ｗｙ２ｆ”２Ｊ　（ｘ）　Ｃｏ ５７ｒｘ／λ　ｄ　ｘ　（４）となる。

これは、Ｊの対称関数に対しては、αは他の点に適合するように選択されるか、 ゼロであってもよい。式（４）は、任意の単純な対称関数Ｊを与えることにより λに対して解くことができる。

解を示す図が図９に与えられ、ここでλは約０．５５ｗである。λに対しては、 いくつかの解が存在し、一般に、 λ＝ｗ／２ｎ±δ。

で表され、ここで、δ７は整数ｎ毎に異なる。

関数φを決定すると、二つの互いに補足し合う場に対する理想渦電流密度分布が Ｊ　（ｘ）　＝Ｃｏｓφ（ｘ）　と　Ｊ　（ｘ）　＝Ｓｉｎφ（ｘ）とから計算 される。

次に、その合成磁場を計算することが必要であり、その磁場は電流密度の空間的 分布を引き起こすために存在しなければならない。この計算された合成磁場は、 誘導加熱装置のインダクタの巻線に流れる電流、および加工物それ自身に誘導さ れる電流による。加工物に誘導される電流は既に計算することができたので、こ れらの電流によって生み出される磁場もまた計算することができる。

そして、後者の磁場を予め計算された合成磁場から減じ、そしてインダクタによ って生み出される磁場分布に到達することができる。これから、計算されたイン ダクタ場を引き出すためにインダクタの幅方向の各位置において与えられる電流 又はアンペア回数の分布を計算することができる。

磁場発生手段は、異なった周波数又は位相で同時に、あるいは時間的に交互に、 これらの場を生み出すために制御される。

磁場が時間的に交互に生み出されると、各磁場の継続時間は同一ではなく、に＝ １．／１．の比になる。ここで、ｔ、は正弦磁場の継続時間、ｔ、は余弦磁場の 継続時間である。次に、正弦および余弦渦電流分布の大きさの時間平均は、余弦 分布に対してはＪ（ｘＬ正弦分布に対してはｆにＪ　（ｘ）であるべきである。

各分布が余弦分布に対しては（に＋１）Ｊ　（ｘ）　、正弦分布に対しては（（ に＋１）／ｆに）　Ｊ　（Ｘ）で存在しているときには、これらの値は実際の大 きさを伴う。

これらの分布によって分散される加熱電力は、（に＋１）　２Ｊ　２（ｘ）　Ｃ ｏ５２φ（ｘ）（（に＋１）２／に）　Ｊ　２（ｘ）　５ｉｎ２φ（ｘ）に相当 する。これらに対応する時間平均電力は、（／Ｃ＋１）　Ｊ２（Ｘ）　ＣＯ５２ φ（ｘ）（に＋１）Ｊ２（ｘ）Ｓｉｎ２φ（ｘ）である。次に、その合計は、 （に＋１）Ｊ”（ｘ） である。したがって、Ｊ　（ｘ）は、所望の加熱プロフィルＰ　（ｘ）を生み出 すのに要求される誘導電流密度の大きさの１／ｆ（に＋１）倍である。

冬場に対する繰返し期間ｔ、が１．＋１ｃに等しくない場合（すなわち、その時 間の一部の間に場が同時に生成されるか、さもなければいずれの場も生成されな い時間間隔がある場合）には、前記計算は、Ｊ　（ｘ）が所望の加熱プロフィル Ｐ（Ｘ）を生み出すのに要求される誘導電流密度の大きさの４（ｔｃ／ｌ、）で あることを示す。

誘導加熱装置の同一のインダクタから所望の磁場プロフィルを生み出すために、 有効ピッチ（又は磁場の隣接する最大と最小の間の間隔）を変更して異なる関数 φおよび特に異なるλの値に適合させることができることが重要である。これを 達成するために従来の二層連続コイル巻線を使用した装置について説明する。こ のような二層巻線装置は三相モータ構造においては普通である。

二層−次巻線の典型的な２極モジユールが図１０（ｂ）および１０（ａ）に概略 的に示されている。全てのコイルは同一ピッチの５つの「スロツト」　（スロッ トの無い装置では「ステーション」）を有している。コイル６の始端とコイル１ の終端は例えば上部インダクタの上で同一のＸ方向位置を共有している。下部イ ンダクタについての条件は同一であるか、動作原理に依存して正確に反対極性を 有している。各コイルは、一連のサイリスクスイッチによってセンタータップ単 相ＡＣ電源に接続されている。一方のパスバー（母線）にコイル１−６が接続さ れ、他方のバスバーにコイル７−１２が接続されて、２極モジュラ−巻線は図１ ０（Ｃ）に示すＭＭＦ空間波形２７を生み出す。もし、コイル１−３と７−９が 、図１０（ｄ）と１０（ｅ）に示すように、反対側のバスノく−に切り換えられ ると、ＭＭＦ波形２８が生成される。

このスイッチング方式を適切に同期させることによって、同一の１２の基本コイ ルから正弦および余弦分布を連続的に合成し続けることができる。図１０に示す 見本のスイッチング型式では、巻線は例えば５ｃｍの磁極ピ・ソチを有する磁場 を生み出すことが分かる。

図１１は、図１０と同一の１２のコイルが異なったスイッチング型式によって「 再接続」されて、巻線に５ｃｍの磁極ピッチを与えている。連続したコイルに印 加される電圧を変化させることによって、中間サイズの極ピッチを合成すること ができる。

本発明を具体化した装置において加熱量が空間的にどのように変化するかを示す ために、典型的な一組のテスト結果が図１２に示されている。この場合の加工物 は１．５ｍｍのステンレス鋼製ストリップであった。

インダクタから加工物が現れるＺ方向においてエンド効果があることが図１２の プロフィルから明らかである。綿密に生成された温度プロフィルを保存するより もむしろエネルギーロスを最小にするような方法で電流のパス（道）が自然に閉 じる場合に、これが生じる。そのような分布は図１３に示されているが、それは 明らかに局部の温度プロフィルに影響を及ぼす。これは、図１２の例えば点Ｐに おいて特に顕著である。この効果を減少するために、追加電圧がインダクタの外 側の加工物に誘導され、この結果電流の自然なパスが修正されて、容認できる均 一加熱が生じる。この概念は図１３に示されている。

加工物力叶分に厚い場合には、単に下部インダクタに関する磁場を上部インダク タに対して逆にすることによって、これらのエンド効果を減少することができる 。この対向極の反転により、加工物の上側を流れて底面に戻る渦電流が生じる。

この形式は、連続ストリップ加工物とは対照的に、有限長さの加工物に対して特 に好ましい。

前述したことであるが、正弦および余弦の両方の磁場は、それらが加工物の異な った領域で電流を誘導するならば、同一の周波数で同時に励磁されてもよい。

前述の実施例では、その磁場は加工物の長さに沿って異なった領域に作用し、こ れにより加工物が装置を貫通して進行する間に加工物に印加される全加熱力は集 約されて幅方向の所望のプロフィルを与える。

十分な厚さを有する加工物の場合、正弦および余弦電流生成磁場を同時に加工物 の両側に作用させることができる。上部および下部インダクタのよって生成され る磁場は加工物の厚さの半分以上は侵入しないということが制限ファクターであ る。この装置により、正弦および余弦加熱分布がそれぞれ加工物の上面および下 面に生じ、加工物の熱移動によって、加工物の幅方向に所望の全体加熱プロフィ ルが生じる。

前述したことであるが、加工物が電気的に薄い例えばステンレス鋼でない限り、 加熱される加工物のサイドエツジにおけるエツジ効果に対して矯正することが有 益である。何の矯正もない場合には、磁場プロフィルはエツジ領域で歪曲され、 これにより加工物を流れる意図された電流プロフィルの未矯正歪曲が生じる。エ ツジ矯正の一つの原理は、無限幅の類似の加工物の内部からの比較材料片を連結 するものと確実に同一の磁束分布によって、有限幅の加工物がその全幅方向に連 結されるような配置を達成することである。

エツジ矯正がどのように達成されるかを理解するためには、φ＝２πｎｘ／ｗ（ すなわちｗ＝２ｎλ）の余弦電流発生磁場と正弦電流発生磁場をエツジ矯正する 単純な（トリビアルな）場合を考慮することがもっとも容易である。余弦電流発 生磁場は、加工物の両エツジに最大電流値を有する幅方向の電流プロフィルを生 成するようなものである。これと比較すると、正弦電流発生磁場は加工物のエツ ジにゼロ電流を有する。

図１４はそのような単純な余弦電流磁場の理想解を示す。上部および下部コア３ ２と３３のそれぞれの上部および下部巻線３０と３１によって加熱される加工物 ５の面Ｆ内のエツジには、フェライトブロック３４がエツジＦにできるだけ接近 し、上部および下部コア３２と３３のギャップを埋めるように配置されている。

フェライトブロック３４は無限に近い磁気浸透性（透磁性）を有するので、巻線 によって生成される磁場の磁束線は、面Ｆに沿ったフェライトブロック３４の面 に垂直に現れる。これは、この位置における無限に幅広い理想の余弦曲線磁場プ ロフィルの境界条件（すなわち、加工物の幅内の面■と面にの間の中間に現れる 磁場）に相当する。

これと比較すると、図１５は、単純な正弦電流発生磁場の場合におけるエツジ矯 正を示している。ここで、加工物の幅方向の正弦曲線磁場分布の理想的な場合に は、面Ｇ内のエツジにおける磁束線は加工物の面に正確に垂直である。均等の磁 場形状を生成するためには、平面Ｇにエツジが存在する場合に、フェライトブロ ック３４の回りに加工物５の面に実質的に平行に巻線を設けて、図に示すように 追加の磁場を生成する。この目的のために、巻線を収容することができるように 、フェライトブロック３４を加工物のエツジから僅かに移動させる必要がある。

しかしながら、巻線３５をフェライトブロック３４の回りに配線してその中に電 流を流すようにアレンジしすることができ、これにより平面Ｇに沿った磁場が生 成される。これは、もしストリップやインダクタが無限幅を有していたならばこ の面に生じたであろう磁場（すなわち、加工物の幅内のに面に現れる磁場）に相 当する。

交互に正弦および余弦磁場を生成する点在したあるいは切り換えられる巻線の場 合、適当な矯正を与えるために、矯正巻線３５は同期してオンオフ切り換えされ る。

巻線３５を収容するためにフェライトブロック３４が加工物のエツジから僅かに 移動されることから、余弦電流分布の矯正に僅かな誤差が生じる。図１６は、加 工物のいずれかのエツジのエアギャップに配置された追加コイル３６によって、 前記誤差がどのように矯正されるかを示している。これらのコイルを適切に励磁 すると、主巻線から余弦磁場が生成されている間に、加工物のエツジにおける面 Ｆに正確に垂直な磁束線を備えた所望の磁場プロフィルが回復される。

追加コイル３６は、正弦磁場の矯正中に、再びオフに切り換えられる。

加工物の両方のエツジにおいてそれに相当する矯正が行われることが好ましい。

また、主巻線によって生成された磁場プロフィルの波形の中間位置にエツジが配 置されている場合、対応する装置およびコイルは、加工物のエツジを含む面上の 境界条件が維持されるように、設計してもよい。さらに、前述のような進行波形 磁場の場合、進行磁場の周期の間、境界条件が維持されるように、時間的に変化 する矯正磁場をエツジに設けてもよい。

不均一なＪに対して要求されるような広範囲の磁場を合成することができるよう に、インダクタに可能な限り完全な柔軟性を与えるためには、加工物に平行な面 内に広がるずらりと並んだ電気コンダクタを備えたインダクタを形成することが 好ましい。スイッチング装置は、コンダクタのいずれか一つを交流電源にいずれ の方向にも接続することができることが要求される。さらに、加工物の幅方向の 単位幅（Ｘ）当たりにコンダクタによって与えられるアンペア回数を調整する手 段がなければならない。これは、例えば、隣接するコンダクタに並列に瞬時に接 続してアンペア回数を局部的に増加することにより、また局部的なアンペア回数 を減少することが要求される場合には電源に交差して接続されるコンダクタの数 を減少することによって達成される。加工物の幅方向のある位置のコンダクタが 他の位置のコンダクタと並列に接続される場合には、インダクタの端に戻る帰還 電流を流すことがもちろん好ましい。低位又はゼロ磁場を生成することが要求さ れる位置において対向電流が流れる隣接するコンダクタに、全ての利用可能なコ ンダクタを相互に接続することができる。

前記装置の代わりに、又は前記装置に加えて、さらに所望の磁場プロフィルを合 成する目的で、個々のコンダクタに沿って流れる電流のレベルを調整するための 手段を設けてもよい。

個々のコンダクタに対するスイッチングおよび制御装置の概念が図１７に図示さ れている。ここで、交流電源５０は、共通バスパー５３と、正弦および余弦バス パー５４と５５のうちのいずれかとの間に、サイリスクスイッチ５１と５２によ って、接続されている。サイリスタ５１と５２は余弦と正弦渦電流分布に相当す る磁場の生成を交番するように制御される。

図１７の他の部分は、加工物に渦電流の正弦分布を形成するための磁場を生成す るインダクタの個々のコンダクタ５６に対するスイッチング装置を示す。各コン ダクタ５６は、正弦バス５４と共通バス５３の間に、スイッチング装置５７によ って接続されている。図１７に示された右側のコンダクタ５６とスイッチング装 置５７を見ると、ａとｅで識別されたスイッチ５７の接点により、コンダクタ５ ６のいずれかの端を共通バス５３に接続ことができる。接点すとｆにより、正弦 バス５４をコンダクタ５６のいずれかに接続することができる。ターミナルＣと ｇにより、コンダクタ５６のいずれかの端を調整可能なインダクタ５８を介して 正弦バス５４に接続することができ、これによりコンダクタ５６に流れる電流を 調整することができる。ターミナルｄにより、コンダクタ５６の一端を隣接する コンダクタ５６の反対側の端部に接続することができる。隣接するコンダクタの 隣接する端部を互いに接続するための類似の接点を設けてもよい。

図示されたスイッチング装置は、インダクタおよびそれに対応する加工物の幅方 向の所望の磁場分布を合成することに完全な柔軟性を与えることができる。この スイッチおよびコンダクタの対応する組合わせを、余弦磁場分布を生成するため に、余弦バス５５に接続することが必要であることが理解されるべきである。

インダクタのコンダクタに対するより簡単なスイッチングおよび制御装置が、図 １８に示されている。ここでは、コイル６０は、いかなる直列の相互接続も必要 のない十分に高いインピーダンスを有することが仮定されている。図示された装 置において、各コンダクタ６０は、サイリスクスイッチ６１．６２．６３および ６４によって、共通のＡＣ電源６７からの電源バス６５と６６の間にいずれかの 極性で接続されている。各場合において、コンダクタ６０に供給される電流は、 図１８の左手に図示されたように可変トランス６８によって、あるいは同図の右 手に図示されたように直列に接続されたインダクタンス６９によって調整するこ とができる。

この装置によって、各インダクタにおけるＡＣ電源の極性と大きさは、瞬間的か つ重要に、独立して制御される一方、インダクタに負荷がかかる。正弦および余 弦フロフィルは両方共に、このシステムにより、単に適切なスイッチパターンを 選択することによって、同一のコンダクタ６０から生成することができる。

要約すると、本発明の前述の実施例により、適切な余弦および正弦渦電流分布を 加工物に生成して、加工物の幅方向の所望の不均一な全渦電流密度分布を与える ことができる。これは、前述の装置では、適切なスイッチングおよび／または電 流制御手段を設けることを保証することによって達成され、これによりインダク タから供給されるアンペア回数が前述の設計基準および原理に従って加工物の幅 方向に適切に描かれる。

前述の単純な例では、−次間数φから合成することができる対称的な不均一加熱 プロフィルが考慮された。しかしながら、一般には、適切な計算と関数φの選択 によって、もっと複雑で特に非対称の加熱プロフィルを合成することができる。

その場合、関数φはＸの非線形関数であってもよい。生成される加熱プロフィル の形状に対する制限は、要求される磁場プロフィルが実際に合成される範囲であ る。例えば、シャープな空間遷移または不連続を有する磁場プロフィルを生成す ることは実行不可能である。適当な修正を加えた前述の装置が所望の不均一な加 熱入力プロフィルを加工物に与えるために使用されてもよい。これは、幅方向に 不均一な厚さを有する加工物、および／または例えば実質的な温度勾配によって 幅方向に変化する電気伝導度を有する処理材を加熱するときに、大いに望ましい 。

特表千７−５０１６４７　（１０） ／うｊ／ 、Ａ７６″ｉ ／　り　！　７６　ダ　７ＪＪ　π〃　／りｌＡ９局θ・　／ノ３．ｙ６／７． ／、９澄〃ｉ〆　！ｊ４ｆ、５６７　／　、９　π〃〆り

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．所定の幅Ｗを有する細長い金属製の加工物を加熱する誘導加熱装置において 、加工物の幅Ｗ方向の空間プロフィルを備えた大きさを有する時間的に変化する 磁場を生成する磁場生成手段を有し、 前記加工物の幅Ｗ方向の空間プロフィルは、それぞれ、実質的に、▲数式、化学 式、表等があります▼ である加工物の幅方向分布を有する、時間平均された長手方向の渦電流分布にそ れぞれ相当し、 ここで、Ｘは、中心線からの加工物の幅方向距離であり、Ｊ（Ｘ）は、加工物に 生成される熱エネルギーの幅Ｗ方向の所望のプロフィルＰ（Ｘ）を生み出すのに 要求される、中心線から距離Ｘの位置における加工物に誘導される電流密度の大 きさに比例し、κは、前記余弦渦電流分布に相当する磁場が生成される時間に対 する、前記正弦渦電流分布に相当する磁場が生成される時間の比であり、φ（Ｘ ）は、実質的に、 ▲数式、化学式、表等があります▼ であるように選択されたＸの関数であり、前記磁場生成手段は、Ｊが不均一であ るときに、前記相当渦電流分布を備えた磁場を生成するようになっていることを 特徴とする誘導加熱装置。
2. ２．前記磁場生成手段は、異なった励磁周波数で、同時にそれぞれの磁場を生成 する請求項１に記載の装置。
3. ３．前記磁場生成手段は、同一の励磁周波数であるが直角位相で、同時にそれぞ れの磁場を生成する請求項１に記載の装置。
4. ４．前記磁場生成手段は、時間的に連続して、それぞれの磁場を生成する請求項 １に記載の装置。
5. ５．前記それぞれの磁場は、交互に生成される請求項１の記載の装置。
6. ６．前記磁場生成手段は、加工物の同一領域で、それぞれの磁場を生成する請求 項２から５のいずれかに記載の装置。
7. ７．前記磁場生成手段は、同一の励磁周波数および位相であるが、磁場が相互に 影響しないように加工物の領域を離れた位置で、同時にそれぞれの磁場を生成す る請求項１に記載の装置。
8. ８．反対側の広い両面における磁場が互いに影響しない十分な厚さを有する加工 物を加熱するために、 前記それぞれ両方の磁場は、加工物の一方の広い面に生成され、前記磁場生成手 段は、加工物の他方の広い面に、加工物の長さ方向に沿った同一の位置において 、さらなる磁場を生成するように配置され、前記さらなる磁場は、一方の面に前 記それぞれの磁場とともに同時に生成されて、その一方の面に生み出される渦電 流と反対位相である、加工物の幅方向の渦電流分布を得るようにした請求項２か ら６に記載の装置。
9. ９．前記領域は、加工物に沿って長手方向に配置されている請求項７に記載の装 置。
10. １０．前記領域は、磁場が互いに影響しない十分な厚さを有する加工物の反対側 にある請求項７に記載の装置。
11. １１．前記磁場生成手段を通り越して、加工物を長手方向に移動させる搬送手段 を含む、請求項１から１０のいずれかに記載の誘導加熱装置。
12. １２．前記磁場生成手段は、 加工物に対して長手方向に整列されるとともに加工物の幅方向に並列状態に配置 された電流コンダクタと、前記コンダクタを時間的に変化する電流の電源に選択 的に接続する手段とからなり、 これによりコンダクタ中に電流が選択されて前記それぞれの磁場を生み出すよう にした請求項１から１１のいずれかに記載の誘導加熱装置。
13. １３．前記選択的に接続する手段は、選択されたコンダクタを直列に接続するよ うになっている請求項１２に記載の誘導加熱装置。
14. １４．前記選択的に接続する手段は、選択されたコンダクタの組の端を互いに接 続するようになっている請求項１３に記載の誘導加熱装置。
15. １５．前記選択的に接続する手段は、前記コンダクタ内を流れる電流を調整する ための調整手段を含む請求項１２から１４のいずれかに記載の誘導加熱装置。
16. １６．前記磁場生成手段は、時間的に変化する電流の複数の電源に接続され、ま た前記選択的に接続する手段は、前記コンダクタを前記電源に選択的に接続する ようになっている請求項１２から１５のいずれかに記載の誘導加熱装置。
17. １７．前記複数の電源は、異なった大きさの電流の電源からなる請求項１６に記 載の誘導加熱装置。
18. １８．前記複数の電源は、異なった周波数の電源からなる請求項１６に記載の誘 導加熱装置。
19. １９．前記複数の電源は、同一周波数であるが直角位相の電源からなる請求項１ ５から１７のいずれかに記載の誘導加熱装置。
20. ２０．所定の幅Ｗを有する細長い金属製の加工物を加熱する誘導加熱装置におい て、 加工物の幅Ｗ方向の空間プロフィルを備えた大きさを有する時間的に変化する磁 場を生成する磁場生成手段を有し、 前記加工物の幅Ｗ方向の空間プロフィルは、それぞれ、実質的に、▲数式、化学 式、表等があります▼ である加工物の幅方向分布を有する、時間平均された長手方向の渦電流分布にそ れぞれ相当し、 ここで、Ｘは、中心線からの加工物の幅方向距離であり、Ｊ（Ｘ）は、加工物に 生成される熱エネルギーの幅Ｗ方向の所望のプロフィルＰ（Ｘ）を生み出すのに 要求される、中心線から距離Ｘの位置における加工物に誘導される電流密度の大 きさに比例し、κは、前記余弦渦電流分布に相当する磁場が生成される時間に対 する、前記正弦渦電流分布に相当する磁場が生成される時間の比であり、φ（Ｘ ）は、実質的に、 ▲数式、化学式、表等があります▼ であるように選択されたＸの関数であり、前記磁場生成手段は、時間的に連続し て前記それぞれの磁場を生成するようになっていることを特徴とする誘導加熱装 置。
21. ２１．所定の幅Ｗを有する細長い金属製の加工物を加熱する誘導加熱装置におい て、 加工物の幅Ｗ方向の空間プロフィルを備えた大きさを有する時間的に変化する磁 場を生成する磁場生成手段を有し、 前記加工物の幅Ｗ方向の空間プロフィルは、それぞれ、実質的に、▲数式、化学 式、表等があります▼ である加工物の幅方向分布を有する、時間平均された長手方向の渦電流分布にそ れぞれ相当し、 ここで、Ｘは、中心線からの加工物の幅方向距離であり、Ｊ（Ｘ）は、加工物に 生成される熱エネルギーの幅Ｗ方向の所望のプロフィルＰ（Ｘ）を生み出すのに 要求される、中心線から距離Ｘの位置における加工物に誘導される電流密度の大 きさであり、 φ（Ｘ）は、実質的に、 ▲数式、化学式、表等があります▼ であるように選択されたＸの関数であり、前記磁場生成手段は、同一の励磁周波 数および位相であるが、磁場が相互に影響しないように加工物の領域を離れた位 置で、同時にそれぞれの磁場を生成するようになっていることを特徴とする誘導 加熱装置。