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WO2017168639A1 - 誘導加熱装置および誘導加熱方法 - Google Patents

誘導加熱装置および誘導加熱方法 Download PDF

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WO2017168639A1
WO2017168639A1 PCT/JP2016/060426 JP2016060426W WO2017168639A1 WO 2017168639 A1 WO2017168639 A1 WO 2017168639A1 JP 2016060426 W JP2016060426 W JP 2016060426W WO 2017168639 A1 WO2017168639 A1 WO 2017168639A1
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WO
WIPO (PCT)
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coil
conductor plate
induction heating
plate
magnetic field
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2016/060426
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English (en)
French (fr)
Inventor
健司 梅津
勉 植木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to PCT/JP2016/060426 priority patent/WO2017168639A1/ja
Priority to CA3012808A priority patent/CA3012808C/en
Priority to EP16896858.4A priority patent/EP3439430B1/en
Priority to BR112018014751-6A priority patent/BR112018014751B1/pt
Application filed by Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp filed Critical Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Priority to KR1020187022568A priority patent/KR102196842B1/ko
Priority to EP23179129.4A priority patent/EP4243571A3/en
Priority to CN201680083337.0A priority patent/CN108781484B/zh
Priority to US16/069,453 priority patent/US10880958B2/en
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    • H05B6/02—Induction heating
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to an induction heating apparatus and an induction heating method.
  • a conductive plate such as a strip-shaped steel plate is continuously heated using an induction heating device.
  • the induction heating device applies an alternating magnetic field (AC magnetic field) generated from a coil to a conductor plate, generates Joule heat based on eddy currents induced in the conductor plate by electromagnetic induction, and generates the Joule heat.
  • the conductor plate is heated.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of an LF type induction heating apparatus. Specifically, FIG. 12 is a diagram illustrating a state where the LF induction heating apparatus 1200 is viewed from above. Incidentally, the XYZ coordinates shown in each figure indicate the relationship of the orientation in each figure. The origin of the XYZ coordinates in each figure is the same (the origin of the XYZ coordinates is not limited to the position shown in each figure). In addition, it is assumed that the belt-shaped conductor plate S to be heated is passed in the positive direction of the Y axis (the direction of the white arrow in FIG. 12). The above is the same in other drawings.
  • the solenoid coil 1210 is wound in a direction substantially perpendicular to the sheet passing direction of the conductor plate S so as to surround the strip-shaped conductor plate S. Therefore, in the LF type induction heating apparatus 1200, the path of the current flowing through the solenoid coil 1210 and the conductor plate S to be passed through are linked.
  • An example of the direction of the current flowing through the solenoid coil 1210 is the direction of the arrow line shown in the solenoid coil 1210 of FIG.
  • the inside of the solenoid coil passes in a state where the conductor plates are linked. For this reason, when there is a conductor plate inside the solenoid coil, the solenoid coil cannot be temporarily retracted (so-called retract). For example, when the conductor plate is broken upstream of the induction heating device, the conductor plate is passed through the induction heating device while fluttering. If it does so, there exists a possibility that a conductor plate may contact a coil and a coil etc. may be damaged. In many cases, the coil itself becomes an obstacle to the return operation when the conductor plate is passed through the line when the operation is resumed.
  • Patent Document 2 discloses a technique in which a partial region of the coil is used as a door portion, and the door portion can be opened and closed with respect to the coil body. If the technique described in Patent Document 2 is used, retracting is possible even with an LF induction heating device by moving the coil in the horizontal direction after opening the door portion with respect to the coil body.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a TF type induction heating apparatus. Specifically, FIG. 13 is a diagram showing a state where the TF induction heating apparatus 1300 is seen from above. As shown in FIG. 13, in the TF induction heating apparatus 1300, two coils 1310 and 1320 are arranged above and below the conductor plate S via the plate surface of the strip-like conductor plate S. The two coils 1310 and 1320 are wound in a direction substantially parallel to the plate surface of the conductor plate S. Therefore, in the TF type induction heating apparatus 1300, the path of the current flowing through the two coils 1310 and 1320 and the conductor plate S to be passed through do not interlink.
  • An example of the direction of the current flowing in the coils 1310 and 1320 is the direction of the arrow line shown in the coils 1310 and 1320 in FIG.
  • An alternating current in the same direction is passed through the two coils 1310 and 1320, and an alternating magnetic field is applied to the plate surface of the conductor plate S substantially perpendicularly (such a magnetic field is referred to as a transverse magnetic field (TF)).
  • TF transverse magnetic field
  • alternating magnetic fields in the same direction are generated from the coils 1310 and 1320.
  • the conductor plate S can be heated to a higher temperature as the transverse magnetic field is larger.
  • Patent Document 3 discloses a technique for shifting two single-turn induction heating coils arranged with a conductor plate sandwiched in the direction of the conductor plate by the coil width.
  • the two single-turn induction heating coils described in Patent Document 3 have the same role as the coils 1310 and 1320. However, as described above, the direction of the alternating current flowing through the coils 1310 and 1320 is the same. On the other hand, the directions of alternating currents flowing through the two single-turn induction heating coils described in Patent Document 3 are opposite.
  • the edge portion is generally overheated. Therefore, in the TF type induction heating apparatus, as shown in FIG. 13, the positions of the conductor plates 1330 to 1330 are between the coils 1310 and 1320 and the conductor plate S and are opposite to both edge portions of the conductor plate S. 1360 is arranged (see Patent Document 4).
  • Patent Document 5 discloses a technique for arranging a coil instead of a conductor plate.
  • Primary coils are arranged above and below the conductor plate via the conductor plate.
  • the primary coil is a heating coil and has the same role as the coils 1310 and 1320.
  • a plurality of secondary coils are provided between the conductor plate and the primary coil.
  • the plurality of secondary coils have a role of reducing the eddy current itself flowing through the conductor plate by weakening the primary magnetic flux in the vicinity of the edge portion of the conductor plate among the primary magnetic flux generated from the primary coil.
  • a plurality of secondary coils can be moved along the plate surface direction of the conductor plate.
  • the present invention has been made in view of the problems as described above, and without adding a special configuration, the temperature distribution in the width direction of the conductor plate is made as uniform as possible, and the coil is temporarily disposed. It aims at providing the induction heating apparatus which implement
  • An induction heating device is an induction heating device that induction-heats a conductor plate in a passing plate, and a first coil that generates a magnetic field in the thickness direction of the conductor plate when an alternating current flows, and an alternating current And a second coil that generates a magnetic field in the plate thickness direction of the conductor plate, and the first coil and the second coil are positioned so as to sandwich the conductor plate, and the first coil
  • the positions of the second coils in the direction of passage of the conductor plate are substantially the same, and the alternating currents are opposite to each other in the thickness direction of the conductor plate from the first coil and the second coil.
  • the eddy current is generated inside the conductor plate by the reverse magnetic field, and the conductor plate is induction-heated by the eddy current.
  • the induction heating method of the present invention includes a first coil that generates a magnetic field in the thickness direction of the conductor plate when an alternating current flows, and a second coil that generates a magnetic field in the thickness direction of the conductor plate when an alternating current flows.
  • a coil, and the first coil and the second coil are positioned so as to sandwich the conductor plate, and the positions of the first coil and the second coil in the plate passing direction of the conductor plate are substantially
  • An induction heating method for inductively heating the conductor plate in the passing plate using the same induction heating apparatus wherein the alternating current causes the first coil and the second coil to move in the plate thickness direction of the conductor plate.
  • Magnetic fields opposite to each other are generated, an eddy current is generated inside the conductive plate by the reverse magnetic field, and the conductive plate is induction-heated by the eddy current.
  • induction heating that achieves both uniform temperature distribution in the width direction of the conductor plate as much as possible and temporarily retracts the coil.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an induction heating system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a YZ section of the induction heating apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating an example of the direction of a magnetic field generated when an alternating current flows through the first coil and the second coil.
  • FIG. 4 is a diagram conceptually illustrating an example of a state in which a magnetic field generated by an alternating current flowing through the first coil and the second coil enters the inside of the conductor plate.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an induction heating system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a YZ section of the induction heating apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating an example of the direction of a magnetic field generated when an alternating current flows through the first coil and the second coil.
  • FIG. 4 is a diagram conceptually illustrating an example of a
  • FIG. 5A is a diagram conceptually illustrating an example of an eddy current when it is assumed that an eddy current based on the magnetic field generated by the first coil and an eddy current based on the magnetic field generated by the second coil exist independently. is there.
  • FIG. 5B is a diagram conceptually illustrating an example of an eddy current generated in the conductor plate.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the distribution of the surface temperature of the conductor plate in the width direction.
  • FIG. 7 is a diagram conceptually showing an example of the relationship between the position of the conductor plate in the thickness direction and the current density of eddy current flowing in the conductor plate.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a first modification of the configuration of the induction heating system.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a second modification of the configuration of the induction heating system.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a third modification of the configuration of the induction heating system.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a YZ cross section of a UF type induction heating apparatus according to a third modification.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of an LF type induction heating apparatus.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a TF type induction heating apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the induction heating system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a state in which the induction heating apparatus 100 is viewed from above.
  • the induction heating device 100 of the present embodiment is described as being distinguished from the LF induction heating device and the TF induction heating device, and hence is referred to as a UF (Ulterior-Flux) induction heating device as necessary.
  • UF Ultra-Flux
  • the conductor plate S is, for example, a steel plate.
  • the conductor plate S is not limited to a steel plate.
  • a conductor plate such as a non-magnetic metal plate or a ferromagnetic metal plate can be used as a heating target.
  • the surface of the metal plate may be plated, or a plurality of metal plates may be bonded together.
  • the thickness of the conductor plate S is not particularly limited.
  • a conductor plate (thin plate) having a thickness of 1 [mm] or less can be heated.
  • the direction of the Y axis in FIG. 1 is not particularly limited, and may be, for example, a direction horizontal to the ground or a direction perpendicular to the ground.
  • the induction heating system includes a UF type induction heating device 100 and an AC power source 200.
  • the UF induction heating device 100 includes a first coil 110, a second coil 120, a first core 130, and a second core 140.
  • the AC power source 200 is electrically connected to the first coil 110 and the second coil 120.
  • the first coil 110 and the second coil 120 are coils having the same material, shape, and size.
  • the first coil 110 and the second coil 120 are made of metal such as copper, for example.
  • the first coil 110 is a coil wound in a direction substantially parallel to the plate surface of the conductor plate S.
  • a surface so-called coil surface
  • a portion to be wound does not come into contact with one surface (front surface) of the two plate surfaces of the conductor plate S and the conductor plate S.
  • they are arranged so as to face each other with a gap therebetween.
  • the second coil 120 is a coil wound in a direction substantially parallel to the plate surface of the conductor plate S.
  • a surface (so-called coil surface) constituted by a portion to be wound does not contact the conductor plate S with the other surface (back surface) of the two plate surfaces of the conductor plate S.
  • they are arranged so as to face each other with a gap therebetween.
  • the upper end surface and the lower end surface of the first coil 110 and the second coil 120 when viewed along the plate passing direction of the conductor plate S (the Y-axis direction in the example shown in FIG. 1) are planes. Furthermore, this surface is substantially parallel to the plate surface of the conductor plate S.
  • first coil 110 and the second coil 120 are arranged at positions that are substantially facing each other across the conductor plate S. That is, the positions of the first coil 110 and the second coil 120 in the Y-axis direction (direction of the conductor plate S) are substantially the same. In the example shown in FIG. 1, the interval between the first coil 110 and the conductor plate S and the interval between the second coil 120 and the conductor plate S are the same. In the example shown in FIG. 1, the number of turns of the first coil 110 and the second coil 120 is both 1 [turn]. As described above, in the example illustrated in FIG. 1, the positions of the first coil 110 and the second coil 120 other than the position in the Z-axis direction are substantially the same position.
  • the first coils 110 and 120 can be realized with the same configuration as the coils 1310 and 1320 shown in FIG.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a YZ cross section of the UF type induction heating apparatus 100.
  • the YZ cross section shows the UF type induction heating apparatus 100 along the plane (YZ plane) determined by the plate passing direction (Y axis direction) and the plate thickness direction (Z axis direction) of the conductor plate S. It is a cross section when cut at the center position in the width direction (X-axis direction) of the conductor plate S.
  • the first core 130 and the second core 140 are cores having the same material, shape, and size.
  • the first core 130 and the second core 140 are made of a soft magnetic material such as ferrite, for example.
  • the first core 130 is disposed at a position that is a magnetic path of the magnetic flux generated from the first coil 110.
  • the second core 140 is disposed at a position that is a magnetic path of the magnetic flux generated from the second coil 120.
  • the first core 130 is recessed in accordance with the shape of the region extending in the width direction (X-axis direction) of the first coil 110 with respect to the rectangular parallelepiped shape. Has a formed shape.
  • the first coil 110 when the first coil 110 is disposed in the recess, the surface of the first coil 110 facing the conductor plate S, and the first core 130, The concave portion of the first core 130 is formed so that the surface facing the conductor plate S is substantially flush with the surface.
  • the second core 140 has a shape in which a concave portion is formed in accordance with the shape of the region extending in the width direction (X-axis direction) of the second coil 120 with respect to the rectangular parallelepiped shape. Further, when the second coil 120 is disposed in the recess, the surface of the second coil 120 facing the conductor plate S and the surface of the second core 140 facing the conductor plate S are substantially flush with each other. As a result, the concave portion of the second core 140 is formed.
  • a magnetic field is applied to the conductor plate S so that the magnetic field between the first core 130 and the conductor plate S and the magnetic field between the second core 140 and the conductor plate S are opposite to each other.
  • the shape of the first coil 110 and the second coil 120 is not limited to the shape shown in FIG.
  • the surface of the first coil 110 facing the conductor plate S and the surface of the first core 130 facing the conductor plate S may not be substantially flush.
  • the second coil 120 and the second core 140 an insulation process is performed between the first coil 110 and the first core 130. Insulation is also applied between the second coil 120 and the second core 140.
  • the first coil 110 and the second coil 120 have a hollow shape.
  • the first coil 110 and the second coil 120 have a hollow rectangular shape in cross section perpendicular to the direction in which the alternating current flows. Cooling water is poured into this hollow portion. With this cooling water, the first coil 110 and the second coil 120 can be cooled with water, and the heat generation of the first coil 110 and the second coil 120 can be suppressed from increasing.
  • the conductor plate S is passed through so that the entire region in the width direction (X-axis direction) is located between the first core 130 and the second core 140. That is, the conductor plate S is in a state where the end portion (edge portion) in the width direction is positioned inside the end portions in the width direction (X-axis direction) of the first core 130 and the second core 140. It passes between the coil 110 and the second coil 120.
  • the length in the width direction (X-axis direction) of the UF induction heating apparatus 100 is Predetermined.
  • one end 111 of the first coil 110 is electrically connected to one terminal 201 of the two output terminals of the AC power supply 200.
  • the other end 112 of the first coil 110 is electrically connected to the other terminal 202 of the two output terminals of the AC power supply 200.
  • the one end 121 located opposite to the other end 112 of the first coil 110 in the Z-axis direction is one of the two output terminals of the AC power supply 200.
  • the terminal 201 is electrically connected.
  • the other end 122 located opposite to the one end 111 of the first coil 110 in the Z-axis direction is the other of the two output terminals of the AC power supply 200.
  • the terminal 202 is electrically connected.
  • the first coil 110 and the second coil 120 are arranged such that the winding directions of the first coil 110 and the second coil 120 (when viewed from the AC power supply 200) are opposite to each other.
  • the AC power source 200 is connected in parallel. Therefore, when an alternating current is passed from the alternating current power supply 200, as shown in FIG. 1, the alternating current flowing in the mutually opposing regions of the first coil 110 and the second coil 120 (when viewed from the same viewpoint at the same time). The directions are opposite to each other (see the arrow lines shown in the first coil 110 and the second coil 120 in FIG. 1).
  • the arrow lines shown in the first coil 110 and the second coil 120 in FIG. 1 indicate that the direction of the alternating current flowing through the first coil 110 is clockwise when the UF induction heating device 100 is viewed from above. (Clockwise) indicating that the direction of the alternating current flowing through the second coil 120 is counterclockwise (leftward).
  • the alternating currents flowing from the AC power supply 200 to the first coil 110 and the second coil 120 differ only in the direction (when viewed from the same viewpoint at the same time), and the magnitude and frequency (at the same time) Are the same.
  • the waveform of the alternating current is, for example, a sine wave.
  • the waveform of the alternating current is not limited to a sine wave, and can be the same waveform that can be used in a general induction heating apparatus.
  • the direction of the alternating current flowing in the region where the first coil 110 and the second coil 120 face each other (at the same time) is changed to “the first coil 110 and the second coil 120 as needed”.
  • the direction of the alternating current of the coil 120 is referred to.
  • FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating an example of the direction of a magnetic field generated when an alternating current flows through the first coil 110 and the second coil 120.
  • FIG. 3 similarly to FIG. 1, the hollow portions of the first coil 110 and the second coil 120 are not shown.
  • 3 shows an example of the direction of the magnetic field when an alternating current is flowing in the directions of the arrows shown in the first coil 110 and the second coil 120 in FIG.
  • the thickness of the conductor plate S is shown to be thicker than other figures.
  • the directions of the magnetic fields H1 and H2 in the region to be reversed are opposite to each other.
  • the eddy current Ie1 flows on one surface (upper surface) of the conductor plate S and the eddy current Ie2 flows on the other surface (lower surface) in opposite directions. Details of the eddy currents Ie1 and Ie2 will be described later with reference to FIGS. 4, 5A, and 5B.
  • the UF induction heating apparatus 100 of the present embodiment also has a current path flowing through the first coil 110 and the second coil 120 and a conductor plate that is passed through. S does not interlink.
  • the direction of the alternating current flowing in the coils 1310 and 1320 is set to the same direction.
  • two single-turn induction heating coils are provided. The conductor width is shifted by the coil width.
  • the directions of the alternating currents flowing through the first coil 110 and the second coil 120 are opposite to each other, and the Y axes of the first coil 110 and the second coil 120 are reversed.
  • the positions in the direction (direction of passing the conductor plate S) are made substantially the same. The idea of doing so is due to the following findings that the present inventors have found for the first time.
  • the conductor plate can be heated to a high temperature by increasing the magnitude of the magnetic field generated by the two coils. Therefore, flowing an alternating current through the coils so as to cancel the magnetic fields generated by the two coils leads to a reduction in the effect of the TF type induction heating device.
  • the present inventors set the first coil 110 and the second coil 120 in a state in which the positions of the first coil 110 and the second coil 120 in the Y-axis direction (direction of the plate of the conductor plate S) are substantially the same.
  • the frequency of the alternating current that flows through the first coil 110 and the second coil 120 even if the conductor plate S is disposed between the first coil 110 and the second coil 120 even if the direction of the alternating current that flows through the first coil 110 and the second coil 120 is reversed.
  • the magnetic fields H1 and H2 generated by the alternating current flowing through the first coil 110 and the second coil 120 are not canceled out, and the eddy current based on the magnetic fields H1 and H2 is set. Has been found to occur inside the conductor plate S.
  • FIG. 4 is a diagram conceptually illustrating an example of how the magnetic fields H1 and H2 generated by the alternating current flowing through the first coil 110 and the second coil 120 enter the inside of the conductor plate S.
  • the distribution of current generated in the conductor by electromagnetic induction has a property of being offset to the surface by the skin effect, and this tendency becomes stronger as the frequency is higher.
  • ⁇ [M] is represented by the following formula (1).
  • ⁇ is the resistivity [ ⁇ ⁇ m] of the conductor
  • ⁇ is the magnetic permeability [H / m] of the conductor
  • ⁇ s is The relative permeability [ ⁇ ] and f of the conductor are the frequency f [Hz].
  • the values of the magnetic permeability ⁇ (relative magnetic permeability ⁇ s ) and the resistivity ⁇ are values mainly at the target heating temperature of the conductor plate S.
  • the inventors Based on the equation (1), the inventors adjust the frequency of the alternating current (f in equation (1)) that flows through the first coil 110 and the second coil 120, thereby adjusting the first coil 110 and the first coil 110.
  • the conductor plate S is disposed between the first coil 110 and the second coil 120 in a state where the positions of the two coils 120 in the Y-axis direction (direction of the conductor plate S) are substantially the same, and the first coil 110 and It has been found that the magnetic field generated by the alternating current flowing through the first coil 110 and the second coil 120 is not canceled in the conductor plate S even if the directions of the alternating current flowing through the second coil 120 are reversed. .
  • the present inventors have found the following ranges. That is, the present inventors have found that it is preferable to determine the frequency of the alternating current flowing through the first coil 110 and the second coil 120 (f in the formula (1)) within a range that satisfies the following formula (2). It was. ⁇ ⁇ d / 2 (2)
  • d is the thickness [m] of the conductor plate S.
  • the first coil 110 and the second coil are set so that the current penetration depth ⁇ in the conductor plate S is 1 ⁇ 2 times or less the plate thickness d [m] of the conductor plate S. If the frequency of the alternating current flowing through 120 is determined, as shown in FIG. 4, the range of magnetic fields H ⁇ b> 1 and H ⁇ b> 2 generated by the alternating current flowing through the first coil 110 and the second coil 120 into the conductor plate S. Are separated. Therefore, eddy currents Ie1 and Ie2 that are opposite to each other appear separately in a region where the magnetic fields H1 and H2 enter.
  • One surface side of the conductor plate S can be heated by the eddy current Ie1, and the other surface side of the conductor plate S can be heated by the eddy current Ie2.
  • the direction of the eddy currents Ie1 and Ie2 shown in FIG. 4 is an example, and as shown in FIG. 5B described later, there is a region where the direction of the eddy currents Ie1 and Ie2 is opposite to the direction shown in FIG.
  • the upper limit value of the frequency of the alternating current flowing through the first coil 110 and the second coil 120 is not particularly limited, and is appropriately set according to the application.
  • a frequency as low as possible may be selected within a range that satisfies the equation (1).
  • a high frequency may be selected according to the thickness from the surface of the region to be heated (the range in the thickness direction from the surface as the range to be heated). The smaller the is, the higher the frequency should be selected).
  • FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams for explaining an example of eddy current generated inside the conductor plate S.
  • FIG. 5A shows that the eddy current based on the magnetic field H1 generated by the alternating current flowing in the first coil 110 and the eddy current based on the magnetic field H2 generated by the alternating current flowing in the second coil 120 are independent. It is a figure which shows notionally an example of the eddy current at the time of assuming that it exists.
  • FIG. 5B is a diagram conceptually showing an example of eddy current generated inside the conductor plate S. In FIG. 5A and FIG. 5B, only the area
  • FIGS. 5A and 5B an eddy current generated when an alternating current flows through the first coil 110 and the second coil 120 in the direction shown in FIG. 1 is shown as an example. That is, the direction of the magnetic field H1 generated by the alternating current flowing through the first coil 110 is the negative direction of the Z axis. Further, the direction of the magnetic field H2 generated by the alternating current flowing through the second coil 120 is the positive direction of the Z axis. Further, in FIGS. 5A and 5B, it is assumed that an alternating current having a frequency f satisfying the expression (1) flows in the first coil 110 and the second coil 120.
  • the eddy current I1 based on the magnetic field H1 generated by the alternating current flowing through the first coil 110 flows in a direction that cancels the magnetic field H1 (see FIG. 5A).
  • the eddy current I2 based on the magnetic field H2 generated by the alternating current flowing through the second coil 120 flows in a direction that cancels the magnetic field H2 (see FIG. 5A).
  • FIG. 5A in a region away from the end portion (edge portion) in the width direction (X-axis direction) of the conductor plate S, there is a conductor (constituting the conductor plate S) around it (the plate passing direction ( In the Y-axis direction), the conductor plate S is continuously present). Therefore, of the eddy currents I1 and I2, eddy currents in this region remain separated and exist without being mixed with each other.
  • the eddy current actually generated in the conductor plate S exists in a region (plane) perpendicular to the plate passing direction (Y-axis direction) of the conductor plate S. Only eddy current. That is, no eddy current is generated along the end portion (edge portion) in the width direction (X-axis direction) of the conductor plate S.
  • the eddy current Ie1 is applied to one surface (upper surface) of the conductor plate S and the other surface.
  • Eddy currents Ie2 flow in opposite directions on the lower surface.
  • Eddy currents Ie1 and Ie2 (loops) opposite to each other are generated in two regions having an interval.
  • the present inventors like the TF induction heating device, although the magnetic field (transverse magnetic field) is generated in the direction perpendicular to the plate surface of the conductor plate S from the 110 and the second coil 120, the passage of the conductor plate S is the same as in the LF induction heating device. It was found that eddy currents Ie1 and Ie2 flow in a region (plane) perpendicular to the direction (Y-axis direction).
  • the eddy currents Ie1 and Ie2 do not flow along the longitudinal direction (Y-axis direction) at the end portion (edge portion) in the width direction (X-axis direction) of the conductor plate S. Therefore, unlike the TF type induction heating device, the edge portion is not overheated. Therefore, the temperature distribution in the width direction (X-axis direction) of the conductor plate S can be made substantially uniform. Moreover, the directions of the eddy currents Ie1 and Ie2 flowing through the conductor plate S are opposite to each other.
  • first coil 110 and the second coil 120 can be realized by the same coil as the TF type induction heating device. Therefore, similarly to the TF type induction heating device, for example, the UF type induction heating device 100 can be temporarily retracted (retracted) simply by moving the first coil 110 and the second coil 120.
  • Examples of the retracting method include the following methods.
  • a first method there is a method in which the first coil 110 and the second coil 120 are moved in the horizontal direction until the UF induction heating device 100 does not face the plate surface of the conductor plate S.
  • the first coil 110 and the second coil 120 can be moved in the same direction. That is, the first coil 110 and the second coil 120 are moved in the positive direction or the negative direction of the X axis.
  • first coil 110 and the second coil 120 can be moved in different directions. That is, the first coil 110 is moved in the negative direction of the X axis, and the second coil 120 is moved in the positive direction of the X axis. Alternatively, the first coil 110 may be moved in the positive direction of the X axis, and the second coil 120 may be moved in the negative direction of the X axis. In the first method described above, only one of the first coil 110 and the second coil 120 may be moved.
  • the UF type induction heating device 100 moves the first coil 110 and the second coil 120 in the vertical direction (height direction) to a position where there is no possibility of contact with the conductor plate S. It is done. Specifically, the first coil 110 is moved in the positive direction of the Z axis, and the second coil 120 is moved in the negative direction of the Z axis. In the second method described above, only one of the first coil 110 and the second coil 120 may be moved.
  • the first coil 110 and the second coil 120 can be rotated in the horizontal plane (in the XY plane of FIG. 1).
  • the direction of the rotation axis is the direction of the Z axis.
  • the direction of rotation when rotating in the horizontal plane (in the XY plane of FIG. 1) may be the same or different between the first coil 110 and the second coil 120.
  • the first coil 110 and the second coil 120 can be rotated in a vertical plane (in the XZ plane of FIG. 1).
  • the direction of the rotation axis when performed in the vertical plane (in the XZ plane of FIG. 1) is the Y-axis direction.
  • the direction of rotation in the case of performing in the vertical plane (in the XZ plane of FIG. 1) may be a direction away from the conductor plate S by the first coil 110 and the second coil 120, respectively.
  • only one of the first coil 110 and the second coil 120 may be rotated.
  • the UF induction heating apparatus 100 may be temporarily retracted (retracted) by a combination of at least two of the first to third methods described above.
  • a control device for moving the UF induction heating device 100 is also included in the configuration of the dielectric heating system.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example (measured value) of the distribution of the surface temperature of the conductor plate in the width direction (X-axis direction).
  • a steel plate was used as the conductor plate.
  • the distance from the center is a distance from the center position in the width direction (X-axis direction) of the steel plate when measured along the width direction (X-axis direction) of the steel plate.
  • the center position in the width direction (X-axis direction) of the steel sheet is set to 0 (zero).
  • the present inventors have the direction of the alternating current passed through the first coil 110 and the second coil 120. Were measured in the same direction as in the TF type induction heating apparatus. In these measurements, the measurement conditions other than the direction of the alternating current flowing through the first coil 110 and the second coil 120 were the same.
  • the penetration depth ⁇ of the current (at the target heating temperature of the steel plate) expressed by the equation (1) is 0.18 [mm].
  • a graph 601 shows the result when the direction of the alternating current flowing through the first coil 110 and the second coil 120 is reversed.
  • a graph 602 shows a result when the directions of the alternating currents flowing through the first coil 110 and the second coil 120 are the same.
  • the steel plate surface temperature rose around 200 [° C.] at the center (center position in the width direction (X-axis direction)).
  • the deviation of the steel sheet surface temperature in the width direction (X-axis direction) (a value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value) is 2. [° C.] (see graph 601).
  • the steel sheet surface temperature at the end (edge portion) in the width direction (X-axis direction) is much higher than in other regions. It became higher and exceeded 1300 [° C.] (see graph 602).
  • the first coil 110 and the second coil 120 are arranged with the first coil via the conductor plate S so that the positions in the Y-axis direction (direction of passage of the conductor plate S) are substantially the same. 110 and the second coil 120 are opposed to each other. Then, an alternating current having a frequency f at which the current penetration depth ⁇ is equal to or less than half the plate thickness d of the conductor plate S is caused to flow in the reverse direction through the first coil 110 and the second coil 120, thereby The plate S is induction-heated.
  • the UF type induction heating apparatus 100 can be composed of only a coil and a core. Therefore, like a TF type induction heating device, it is necessary to provide a special structure such as a conductor plate or a secondary coil in order to suppress overheating of the end portion (edge portion) in the width direction of the conductor plate S. Disappear. Further, it is not necessary to provide a special structure in order to suppress overheating of the end portion (edge portion) in the width direction of the conductor plate S. Therefore, it is not necessary to change the setting of the induction heating device 100 according to the width of the conductor plate S.
  • the UF type induction heating apparatus 100 a magnetic field is generated in a direction perpendicular to the plate surface of the conductor plate S, similarly to the TF type induction heating apparatus. Therefore, the 1st coil 110 and the 2nd coil 120 can be made into the same coil as a TF type induction heating device. Therefore, in the UF type induction heating apparatus 100, it is possible to easily retreat (retract) easily without providing a mechanism for separating the coils. Further, since it is not necessary to provide a mechanism for separating the coils, the burden of coil maintenance work can be reduced.
  • a TF type induction heating device coil and core
  • a reverse current is passed through the coil as described above, so that a UF type induction heater is used.
  • the heating device 100 can be realized. Therefore, when there is a TF type induction heating apparatus, the UF type induction heating apparatus 100 can be realized without greatly changing the equipment.
  • the conductor plate S exists between the first core 130 and the second core 140 in the region between the first core 130 and the second core 140.
  • a magnetic field having the same size and the opposite direction is generated in a region that is not (the region at the end in the width direction (X-axis direction) of the induction heating device 100). Accordingly, the magnetic field in the region is canceled out. Therefore, in the UF type induction heating apparatus 100, the magnetic field leaking to the periphery can be minimized, and the electromagnetic interference given to the surroundings can be suppressed to the minimum.
  • the induction heating device generates a strong magnetic field by the coil and the core when there is no conductor plate S as a load. For this reason, the inductance of the induction heating device increases. Therefore, when an alternating current starts to flow through the coil, the voltage across the coil suddenly increases. Therefore, in the state where there is no conductor plate S, it is not easy to flow an alternating current through the coil up to the rated current of the induction heating device, and thus the soundness of the power supply system may not be confirmed in advance.
  • the magnetic field is canceled and almost disappears in a region other than the region between the first coil 110 and the second coil 120.
  • the inductance of the UF type induction heating device 100 is close to 0 (zero), and even when the conductor plate S is not present, the current flows through the first coil 101 and the second coil 120 up to the rated current of the UF type induction heating device 100. Can flow. Therefore, the soundness of the power supply system can be confirmed in advance.
  • the inductance is smaller than that of a general induction heating apparatus even while the conductor plate S is heated. For this reason, compared with a general induction heating apparatus, the voltage applied to the both ends of a coil (the 1st coil 110 and the 2nd coil 120) can be made small. Therefore, the capacity of the AC power supply 200 can be suppressed. Moreover, the burden of the insulation process in the 1st coil 110 and the 2nd coil 120 is reduced. Further, troubles caused by the discharge of the first coil 110 and the second coil 120 can be suppressed.
  • the upper end surface and the lower end surface of the first coil 110 and the second coil 120 are planar when viewed along the plate-passing direction of the conductor plate S (Y-axis direction in the example shown in FIG. 1). I made it.
  • the upper end surface and the lower end surface of the first core 130 and the second core 140 when viewed along the plate passing direction of the conductor plate S were also made flat according to the first coil 110 and the second coil 120. Therefore, the heating efficiency of the UF type induction heating apparatus 100 can be increased.
  • the conductor plate S can be safely passed through and retracted. Furthermore, the magnetic field in the area
  • the case where the frequency of the alternating current flowing through the two coils 120 (f in equation (1)) is determined has been described as an example. This is preferable because the heating efficiency in the UF type induction heating apparatus 100 can be increased.
  • the frequency of the alternating current that flows through the first coil 110 and the second coil 120 is not necessarily determined in this way as long as the induction heating of the conductor plate S is possible.
  • FIG. 7 is a diagram conceptually showing an example of the relationship between the position in the thickness direction of the conductor plate S and the current density of the eddy currents Ie1 and Ie2 flowing through the conductor plate S.
  • the eddy current Ie1 flows on one surface (upper surface) of the conductor plate S by the magnetic field H1
  • the eddy current Ie2 on the other surface (lower surface) of the conductor plate S by the magnetic field H2.
  • Flows in the opposite direction to the eddy current Ie1 see the left diagram in FIG. 7).
  • the current density of the eddy currents Ie1 and Ie2 is the thickness direction of the conductor plate S as shown in the left diagram of FIG. Is not constant and decreases with distance from the surface. Therefore, as shown in the right diagram of FIG. 7, some of the eddy currents Ie1 and Ie2 are canceled out, but the remaining part is present without being canceled out. Therefore, for example, the AC current flowing through the first coil 110 and the second coil 120 is set so that the current penetration depth ⁇ in the conductor plate S is equal to or less than (or less than) the plate thickness d [m] of the conductor plate S.
  • the frequency (f in equation (1)) may be determined. That is, instead of the equation (1), a condition of ⁇ ⁇ d or ⁇ ⁇ d may be adopted.
  • the case where an alternating current is passed from the single AC power source 200 to the first coil 110 and the second coil 120 has been described as an example.
  • the number of AC power supplies is not limited to one as long as the directions of the magnetic fields generated by the AC currents flowing through the first coil 110 and the second coil 120 are opposite to each other.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a first modification of the configuration of the induction heating system. Specifically, FIG. 8 is a diagram showing a state where the induction heating apparatus 100 is looked down from above.
  • the induction heating system includes a UF type induction heating device 100, AC power supplies 210 and 220, and a control device 230.
  • the UF type induction heating apparatus 100 is the same as that shown in FIG.
  • the AC power supplies 210 and 220 are the same as the AC power supply 200 shown in FIG.
  • One end 111 of the first coil 110 is electrically connected to one terminal 211 of the two output terminals of the AC power supply 210, and the other end 112 of the first coil 110 is connected to the two output terminals of the AC power supply 210. It is electrically connected to the other terminal 212.
  • One end 121 of the second coil 120 is electrically connected to one terminal 221 of the two output terminals of the AC power supply 220, and the other end 122 of the second coil 120 is connected to the two output terminals of the AC power supply 220. It is electrically connected to the other terminal 222.
  • AC power supplies 210 and 220 operate in synchronization. That is, the AC power supplies 210 and 220 flow AC currents having the same waveform and the same frequency through the first coil 110 and the second coil 120, respectively, at the same time. However, the directions of the alternating currents (at the same time) flowing in the regions where the first coil 110 and the second coil 120 face each other are made to be opposite to each other.
  • the control device 230 controls the output timing of the AC power supplies 210 and 220 in order for the AC power supplies 210 and 220 to operate synchronously in this way. As described above, for example, two AC power supplies may be individually connected to each of the first coil 110 and the second coil 120 as long as they can be synchronized.
  • FIG. 8 illustrates an example in which two AC power supplies 210 and 220 are disposed on one end side (positive direction side of the X axis) of the end portions in the width direction of the conductor plate S. did. However, this is not always necessary.
  • the AC power supply 210 that allows current to flow through the first coil 110 is disposed on one end side (the positive direction side of the X axis) of the end portions in the width direction of the conductor plate S, and the other end side You may arrange
  • the second coil 120 shown in FIG. 8 is arranged in a state of being rotated by 180 ° in the XY plane (that is, with the Z axis as a rotation axis).
  • the case where the 1st coil 110 and the 2nd coil 120 are connected in parallel, and an alternating current is sent in parallel to the 1st coil 110 and the 2nd coil 120 from one alternating current power supply 200 is mentioned as an example. explained. However, if the directions of the magnetic fields generated by the alternating currents flowing through the first coil 110 and the second coil 120 are opposite to each other, the alternating current is supplied from the single AC power source 200 to the first coil 110 and the second coil 120. A current may flow in series.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a second modification of the configuration of the induction heating system. Specifically, FIG. 9 is a diagram showing a state where the induction heating apparatus 900 is viewed from above.
  • the induction heating system includes a UF type induction heating apparatus 900 and an AC power source 200.
  • the UF type induction heating apparatus 900 includes a first coil 910, a second coil 920, a first core 130, and a second core 140.
  • the first core 130 and the second core 140 are the same as those shown in FIG.
  • the first coil 910 and the second coil 920 are obtained by connecting the other end 112 of the first coil 110 illustrated in FIG. 1 and the one end 121 of the second coil 120 of the second coil 120.
  • the 1st coil 910 and the 2nd coil 920, the 1st coil 110, and the 2nd coil 120 are the same.
  • One end 111 of the first coil 110 is electrically connected to one terminal 211 of the two output terminals of the AC power supply 200, and the other end 122 of the second coil 110 is connected to the two output terminals of the AC power supply 200. It is electrically connected to the other terminal 212.
  • the first coil 110 and the second coil 120 can be directly connected, and an alternating current can be passed in series from the single AC power source 200 to the first coil 110 and the second coil 120.
  • the UF induction heating device 900 is temporarily retracted (retracted) in the positive direction of the X axis.
  • the case where the distance between the first coil 110 and the conductor plate S is the same as the distance between the second coil 120 and the conductor plate S has been described as an example, but the conductor plate S is heated. If it is in a position where it can, the distance between the first coil 110 and the conductor plate S and the distance between the second coil 120 and the conductor plate S do not have to be exactly the same. This is because the penetration depth ⁇ of the current in the conductor plate S does not depend on the distance between the first coil 110 and the second coil 120 and the conductor plate S.
  • the relative magnetic permeability ⁇ s of the conductor plate S rapidly decreases.
  • the relative permeability ⁇ s of the conductor plate S becomes 1 which is the same as the vacuum.
  • equation (2) may not be satisfied by equation (1). Therefore, it is necessary to confirm whether or not the temperature range (for example, the target heating temperature) of the conductor plate S is within a range in which the expression (2) is established by the expression (1).
  • the resistivity ⁇ is not rapidly changed depending on the temperature like the relative permeability, and usually does not require special consideration.
  • the width direction (X-axis direction) of the conductor plate S of the UF type induction heating device 100 (the first coil 110, the second coil 120, the first core 130, and the second core 140).
  • the case where the direction is longer than the sheet passing direction (Y-axis direction) of the conductor plate S has been described as an example.
  • the direction of the plate of the conductor plate S (Y-axis direction) is longer than the width direction of the conductor plate S (X-axis direction).
  • a UF induction heating device (first coil, second coil, first core, and second core) may be configured.
  • the first coil 110 and the second coil 120 have a shape of a cross section perpendicular to the direction in which the alternating current flows from the alternating current power supply 200 is a hollow rectangle. (See FIG. 2).
  • the shape may be other shapes such as a hollow circle or a hollow ellipse.
  • the 1st coil 110 and the 2nd coil 120 do not need to have a hollow shape.
  • the cooling method for the first coil 110 and the second coil 120 may be an air cooling method, an external water cooling method, or a combination of the cooling methods.
  • the 1st core 130 and the 2nd core 140 are used like this embodiment, the magnitude
  • the use of the first core 130 and the second core 140 is preferable because electromagnetic interference around the UF type induction heating apparatus 100 can be suppressed.
  • the first core 130 and the second core 140 are not necessarily used.
  • the core when the frequency to be used is high, the core generates heat, and therefore the core may not be used. In such a case, a UF type induction heating device is configured without using the first core 130 and the second core 140.
  • the case where the number of turns of the first coil 110 and the second coil 120 is 1 [turn] (1 turn) has been described as an example.
  • the number of turns of the first coil 110 and the second coil 120 may be 2 [times] or more.
  • the case where one UF type induction heating device 100 is arranged with respect to the conductor plate S has been described as an example.
  • the single UF induction heating device 100 cannot raise the temperature of the conductor plate S to a desired temperature.
  • there is no installation space for the UF type induction heating apparatus 100 and there is a case where the large UF type induction heating apparatus 100 cannot be arranged.
  • a plurality of UF type induction heating devices 100 may be arranged side by side in parallel with the plate direction of the conductor plate S.
  • one AC power source 200 can be connected to each UF type induction heating device 100. It is not necessary that at least one of the voltage, current, and frequency of the plurality of AC power supplies 200 is the same. Further, the number of coil turns and the core material may be changed for each induction heating device. In addition, when the capacity of the AC power supply 200 is large, the AC power supply 200 can be connected to a plurality of UF type induction heating devices 100.
  • each of the first core and the second core is provided, and a plurality of first coils and a plurality of second coils are provided on the first core and the second core, respectively, and the first coil and the second coil are respectively conductors.
  • the plates S may be arranged in parallel with the plate passing direction.
  • FIG. 10 is a diagram showing a third modification of the configuration of the induction heating system. Specifically, FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the induction heating apparatus 1000 is viewed from above. 10, the induction heating system includes a UF type induction heating apparatus 1000 and AC power sources 210 and 220.
  • the UF type induction heating apparatus 1000 includes two first coils 1110, 1130, two second coils 1120, 1140, a first core 1150, and a second core 1160.
  • the first coils 1110 and 1130 and the second coils 1120 and 1140 are the same as the first coil 110 and the second coil 120 shown in FIG.
  • the AC power supplies 210 and 220 are the same as the AC power supply 200 shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a YZ section of a UF type induction heating apparatus 1000 according to a third modification.
  • FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG.
  • the first core 1150 and the second core 1160 are cores having the same material, shape, and size.
  • the first core 1150 and the second core 1160 are formed of a soft magnetic material such as ferrite, for example, similarly to the first core 130 and the second core 140 shown in FIG.
  • the first core 1150 has a shape of a region extending in the width direction (X-axis direction) of the first coils 1110 and 1130 with respect to the rectangular parallelepiped shape. In addition, it has a shape in which a recess is formed. Also in this modified example, when the first coils 1110 and 1130 are disposed in the recesses, the surfaces of the first coils 1110 and 1130 facing the conductor plate S, and the conductor plates S of the first coils 1110 and 1130 The concave portion of the first core 1150 is formed so that the opposing surface is substantially flush.
  • the second core 1160 has a rectangular parallelepiped shape in which a recess is formed in accordance with the shape of the region extending in the width direction (X-axis direction) of the second coils 1120 and 1140.
  • the surface of the second coils 1120 and 1140 facing the conductor plate S and the surface of the second core 1160 facing the conductor plate S are formed.
  • the concave portion of the second core 1160 is formed so as to be substantially flush. However, as described above, these may not be substantially flush.
  • one end 1111 of the first coil 1110 is electrically connected to one terminal 211 of the two output terminals of the AC power supply 210.
  • the other end 1112 of the first coil 1110 is electrically connected to the other terminal 212 of the two output terminals of the AC power supply 210.
  • the one end 1121 located opposite to the other end 1112 of the first coil 1110 in the Z-axis direction is one of the two output terminals of the AC power supply 210.
  • the terminal 211 is electrically connected.
  • the other end 1122 at a position facing the one end 1111 of the first coil 1110 in the Z-axis direction is the other of the two output terminals of the AC power supply 210.
  • the terminal 212 is electrically connected.
  • One end 1131 of the first coil 1130 is electrically connected to one terminal 221 of the two output terminals of the AC power supply 220.
  • the other end 1132 of the first coil 1130 is electrically connected to the other terminal 222 of the two output terminals of the AC power supply 220.
  • the one end 1141 located opposite to the other end 1132 of the first coil 1130 in the Z-axis direction is one of the two output terminals of the AC power supply 220.
  • the terminal 221 is electrically connected.
  • the other end 1142 at the position facing the one end 1131 of the first coil 1130 in the Z-axis direction is the other of the two output terminals of the AC power supply 220.
  • the terminal 222 is electrically connected.
  • first coil 1110 and the second coil 1120 are configured so that the winding directions of the first coil 1110 and the second coil 1120 (when viewed from the AC power supply 210) are opposite to each other. Connected in parallel.
  • first coil 1130 and the second coil 1140 are connected to the AC power source 220 so that the winding directions of the first coil 1130 and the second coil 1140 (when viewed from the AC power source 220) are opposite to each other. Connected in parallel.
  • the directions of the alternating currents (at the same time) flowing through the two first coils 1110, 1130 arranged in parallel to the plate passing direction of the conductor plate S are the same and parallel to the plate passing direction of the conductor plate S.
  • the case where the directions of the alternating currents flowing in the two second coils 1120 and 1140 arranged in the same direction (at the same time) are the same is shown as an example.
  • the directions of the magnetic fields generated by the alternating current flowing in the first coil 1110 and the second coil 1120 are opposite to each other, and the directions of the magnetic fields generated by the alternating current flowing in the first coil 1130 and the second coil 1140 are reversed.
  • the direction of the alternating current flowing through the first coils 1110 and 1130 (at the same time) and the direction of the alternating current flowing through the second coils 1120 and 1140 (at the same time) May be reversed.
  • the effect of increasing the heating efficiency of the UF type induction heating device 100 can be sufficiently exerted, so that the plate direction of the conductor plate S (Y-axis direction in the example shown in FIG. 1). It is preferable to make the upper end surface and the lower end surface of the first coil 110 and the second coil 120 flat when viewed along the line.
  • the upper end surface and the lower end surface of the first coil and the second coil when viewed along the plate passing direction of the conductor plate S are not limited to flat surfaces.
  • the distance between the first coil / second coil and the conductor plate S is increased as the position is closer to the center of the conductor plate S.
  • the upper end surface and the lower end surface of the first coil and the second coil when viewed along the plate-passing direction of the conductor plate S may be smooth curved surfaces or bent surfaces. Further, for example, when viewed along the plate passing direction of the conductor plate S, the closer to the center of the conductor plate S, the shorter the distance between the first coil / second coil and the conductor plate S. Thus, you may make the upper end surface and lower end surface of a 1st coil and a 2nd coil into a smooth curved surface or a bending surface when it sees along the plate
  • the upper end surface of the core when viewed along the plate direction of the conductor plate S according to the shape of the first coil and the second coil, and The lower end surface can be a smooth curve or a bent surface.
  • at least any two of the above modifications may be combined.
  • the present invention can be used for induction heating of a conductor plate.

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Abstract

　第１コイル（１１０）と第２コイル（１２０）のＹ軸方における位置が略同じになるように、導体板Ｓを介して第１コイル１１０と第２コイル１２０を相互に対向させる。電流の浸透深さが導体板Ｓの板厚の半分以下になる周波数の交流電流を、第１コイル（１１０）および第２コイル（１２０）に逆向きに流すことにより、導体板Ｓを誘導加熱する。

Description

誘導加熱装置および誘導加熱方法
　本発明は、誘導加熱装置および誘導加熱方法に関する。
　従来から、誘導加熱装置を用いて、帯状の鋼板等の導体板を連続的に加熱することが行われている。誘導加熱装置は、コイルから発生した交番磁界（交流磁界）を導体板に印加し、電磁誘導により当該導体板に誘起される渦電流に基づくジュール熱を当該導体板に発生させ、このジュール熱により当該導体板を加熱するものである。
　このような誘導加熱装置として、ＬＦ（Longitudinal Flux）式の誘導加熱装置とＴＦ（Transverse Flux）式の誘導加熱装置とがある。
　図１２は、ＬＦ式の誘導加熱装置の構成を示す図である。具体的に図１２は、ＬＦ式の誘導加熱装置１２００をその上方から俯瞰した様子を示す図である。尚、各図に示すＸ－Ｙ－Ｚ座標は、各図における向きの関係を示すものである。各図におけるＸ－Ｙ－Ｚ座標の原点は同一である（Ｘ－Ｙ－Ｚ座標の原点は、各図に示す位置に限定されない）。また、加熱対象の帯状の導体板Ｓは、Ｙ軸の正の方向（図１２の白抜きの矢印の方向）に通板されるものとする。以上のことは、その他の図でも同じである。
　図１２に示すＬＦ式の誘導加熱装置１２００は、ソレノイドコイル１２１０を有する。ソレノイドコイル１２１０は、帯状の導体板Ｓを囲むように導体板Ｓの通板方向と略垂直な方向において巻回される。従って、ＬＦ式の誘導加熱装置１２００では、ソレノイドコイル１２１０に流れる電流の経路と、通板される導体板Ｓとが鎖交する。尚、ソレノイドコイル１２１０に流れる電流の向きの一例は、図１２のソレノイドコイル１２１０内に示す矢印線の方向である。ソレノイドコイル１２１０に交流電流を流し、導体板Ｓの長手方向に交番磁界を略平行に印加する（このような磁界を縦磁界（ＬＦ）という）。このようなＬＦ式の誘導加熱装置として、特許文献１に記載の技術がある。
　以上のように、ＬＦ式の誘導加熱装置では、ソレノイドコイルの内部を導体板が鎖交した状態で通過する。このため、ソレノイドコイルの内部に導体板がある場合、ソレノイドコイルを一時的に退避（いわゆるリトラクト）させることができない。例えば、誘導加熱装置よりも上流側で導体板が破断すると、導体板はバタつきながら誘導加熱装置に通板される。そうすると、導体板がコイルに接触し、コイル等が損傷する虞がある。また、操業再開時にラインに導体板を通すときにコイル自体が復帰作業の障害物となることが多い。
　そこで、特許文献２には、コイルの一部の領域をドア部とし、当該ドア部をコイル本体に対して開閉可能にする技術が開示されている。特許文献２に記載の技術を用いれば、ドア部をコイル本体に対して開放した後に、コイルを水平方向に移動させることにより、ＬＦ式の誘導加熱装置でも、リトラクトが可能になる。
　図１３は、ＴＦ式の誘導加熱装置の構成を示す図である。具体的に図１３は、ＴＦ式の誘導加熱装置１３００をその上方から俯瞰した様子を示す図である。
　図１３に示すように、ＴＦ式の誘導加熱装置１３００では、帯状の導体板Ｓの板面を介して、導体板Ｓの上下に２つのコイル１３１０、１３２０を配置する。２つのコイル１３１０、１３２０は、導体板Ｓの板面と略平行な方向において巻回される。従って、ＴＦ式の誘導加熱装置１３００では、２つのコイル１３１０、１３２０に流れる電流の経路と、通板される導体板Ｓとが鎖交しない。尚、コイル１３１０、１３２０に流れる電流の向きの一例は、図１３のコイル１３１０、１３２０内に示す矢印線の方向である。２つのコイル１３１０、１３２０に、同じ向きの交流電流を流し、導体板Ｓの板面に対して交番磁界を略垂直に印加する（このような磁界を横磁界（ＴＦ）という）。このとき、コイル１３１０、１３２０からは同じ向きの交番磁界が発生する。この横磁界が大きいほど、導体板Ｓを高い温度に加熱することができる。
　また、特許文献３には、導体板を挟んで配置された２つのシングルターン誘導加熱コイルを、コイル幅分だけ、導体板の通板方向にシフトさせる技術が開示されている。特許文献３に記載の２つのシングルターン誘導加熱コイルは、コイル１３１０、１３２０と同じ役割を有する。ただし、前述したように、コイル１３１０、１３２０に流す交流電流の向きは同じである。一方、特許文献３に記載の２つのシングルターン誘導加熱コイルに流す交流電流の向きは逆である。２つのシングルターン誘導加熱コイルを、コイル幅分だけ、導体板の通板方向にシフトさせることにより、２つのシングルターン誘導加熱コイルからの横磁界に起因して導体板に発生する渦電流が相殺されることを抑制する。
　また、ＴＦ式の誘導加熱装置では、導体板Ｓの幅方向における端部（以下の説明では、この部分を必要に応じてエッジ部と称する）に渦電流が集中する。このため、当該エッジ部が過加熱となるのが一般的である。そこで、ＴＦ式の誘導加熱装置では、図１３に示すように、コイル１３１０、１３２０と導体板Ｓとの間の位置であって、導体板Ｓの両エッジ部と対向する位置に導体板１３３０～１３６０を配置することが行われている（特許文献４を参照）。
　また、特許文献５には、導体板ではなく、コイルを配置する技術が開示されている。導体板を介して導体板の上下に１次コイルを配置する。１次コイルは、加熱コイルであり、コイル１３１０、１３２０と同じ役割を有する。複数の２次コイルを導体板と１次コイルとの間に設ける。複数の２次コイルは、１次コイルから発生する一次磁束のうち、導体板のエッジ部近傍の当該一次磁束を弱めて、当該導体板に流れる渦電流そのものを低減させる役割を有する。複数の２次コイルを導体板の板面方向に沿って動かすことができるようにしている。
特開平７－１５３５６０号公報 特開平６－８８１９４号公報 特開２００７－３２４００９号公報 特許４９５９６５１号公報 特開２００７－１２２９２４号公報
筈見繁治郎著、「電気加熱の特質と周波数」、電熱、日本電熱協会、１９９２年、Ｎｏ．６２、ｐ．６－７
　しかしながら、特許文献２に記載の技術では、メンテナンスのための作業負担が大きい。例えば、ドア部とコイル本体とが均一に接触していない場合、ドア部とコイル本体との接触部分の電流密度が増加したり、ドア部とコイル本体との間で放電が起こったりする。そうすると、操業の中断やドア部やコイル本体が部分的に溶けてしまう虞がある。したがって、ドア部とコイル本体との接触状態を安定させるためにメンテナンスの頻度が上がり、操業を阻害する。また、特許文献２に記載の誘導加熱装置を、例えば、めっきラインに適用すると、めっき浴からの蒸気がドア部とコイル本体との接触部分に留まる虞がある。この状態で蒸気が冷却されると、めっき浴を構成する金属がドア部とコイル本体との接触部分に付着し、放電トラブルを起こすことがある。したがって、かかる金属を除去するためのメンテナンス作業が必要になる。
　一方、特許文献３～５に記載の技術では、エッジ部の過加熱を防止するために、加熱コイルとは別の部材（導体板や２次コイル）を付加する必要がある。このため、誘導加熱装置の構造が複雑になる。さらに、特許文献５に記載の技術では、加熱対象の導体板の板幅に応じて、複数の２次コイルを移動させなければならない。したがって、複数の２次コイルを移動させるためにさらに複雑な機構が付加されることになるのが一般的である。
　本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、特別な構成を付加することなく、導体板の幅方向における温度分布を可及的に均一にすることと、コイルを一時的に退避させることとの双方を実現する誘導加熱装置を提供することを目的とする。
　本発明の誘導加熱装置は、通板中の導体板を誘導加熱する誘導加熱装置であって、交流電流が流れることにより前記導体板の板厚方向に磁界を発生させる第１コイルと、交流電流が流れることにより前記導体板の板厚方向に磁界を発生させる第２コイルと、を有し、前記第１コイルと前記第２コイルは、前記導体板を挟むように位置し、前記第１コイルおよび前記第２コイルの、前記導体板の通板方向における位置は、略同じであり、前記交流電流により、前記第１コイルおよび前記第２コイルから前記導体板の板厚方向に相互に逆向きの磁界を発生させ、前記逆向きの磁界により前記導体板の内部に渦電流を発生させ、前記渦電流により前記導体板を誘導加熱することを特徴とする。
　本発明の誘導加熱方法は、交流電流が流れることにより導体板の板厚方向に磁界を発生させる第１コイルと、交流電流が流れることにより前記導体板の板厚方向に磁界を発生させる第２コイルと、を有し、前記第１コイルと前記第２コイルが、前記導体板を挟むように位置し、前記第１コイルおよび前記第２コイルの、前記導体板の通板方向における位置が略同じである誘導加熱装置を用いて通板中の前記導体板を誘導加熱する誘導加熱方法であって、前記交流電流により、前記第１コイルおよび前記第２コイルから前記導体板の板厚方向に相互に逆向きの磁界を発生させ、前記逆向きの磁界により前記導体板の内部に渦電流を発生させ、前記渦電流により前記導体板を誘導加熱することを特徴とする。
　本発明によれば、特別な構成を付加することなく、導体板の幅方向における温度分布を可及的に均一にすることと、コイルを一時的に退避させることとの双方を実現する誘導加熱装置を提供することができる。
図１は、誘導加熱システムの構成の一例を示す図である。 図２は、実施形態の誘導加熱装置のＹ－Ｚ断面の一例を示す図である。 図３は、第１コイルおよび第２コイルに交流電流が流れることにより発生する磁界の向きの一例を概念的に示す図である。 図４は、第１コイルおよび第２コイルに交流電流が流れることにより発生する磁界が、導体板の内部に入り込む様子の一例を概念的に示す図である。 図５Ａは、第１コイルにより発生する磁界に基づく渦電流と、第２コイルにより発生する磁界に基づく渦電流とが独立して存在すると仮定した場合の渦電流の一例を概念的に示す図である。 図５Ｂは、導体板の内部に発生する渦電流の一例を概念的に示す図である。 図６は、幅方向における導体板の表面温度の分布の一例を示す図である。 図７は、導体板の板厚方向の位置と、導体板に流れる渦電流の電流密度との関係の一例を概念的に示す図である。 図８は、誘導加熱システムの構成の第１の変形例を示す図である。 図９は、誘導加熱システムの構成の第２の変形例を示す図である。 図１０は、誘導加熱システムの構成の第３の変形例を示す図である。 図１１は、第３の変形例のＵＦ式の誘導加熱装置のＹ－Ｚ断面の一例を示す図である。 図１２は、ＬＦ式の誘導加熱装置の構成を示す図である。 図１３は、ＴＦ式の誘導加熱装置の構成を示す図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。尚、各図では、説明の都合および表記の都合上、説明に必要な部分のみを必要に応じて簡略化して示す。
　図１は、誘導加熱システムの構成の一例を示す図である。具体的に図１は、誘導加熱装置１００をその上方から俯瞰した様子を示す図である。ここで、本実施形態の誘導加熱装置１００を、ＬＦ式の誘導加熱装置およびＴＦ式の誘導加熱装置と区別して表記するため、必要に応じてＵＦ（Ulterior Flux）式の誘導加熱装置と称する。後述するように、本実施形態の誘導加熱装置１００では、第１コイル１１０と第２コイル１２０との間で導体板Ｓがない領域では、交流によって磁界を生成しているにも関わらず、互いの磁界が相殺されて見えなくなるように印加される。このことから、本実施形態の誘導加熱装置１００の方式をＵＦ式と呼称することとした。
　導体板Ｓは、例えば、鋼板である。しかしながら、導体板Ｓは、鋼板に限定されない。非磁性の金属板や強磁性の金属板等の導体板を加熱対象にすることができる。金属板の表面にめっきが施されていても、複数の金属板の張り合わせであってもよい。また、導体板Ｓの厚みは、特に限定されない。例えば、１［ｍｍ］以下の厚みの導体板（薄板）を加熱対象にすることができる。尚、図１におけるＹ軸の方向は、特に限定されず、例えば、地面に対して水平な方向であっても、地面に対して垂直な方向であってもよい。
　図１において、誘導加熱システムは、ＵＦ式の誘導加熱装置１００と交流電源２００とを有する。
　ＵＦ式の誘導加熱装置１００は、第１コイル１１０と、第２コイル１２０と、第１コア１３０と、第２コア１４０とを有する。また、第１コイル１１０および第２コイル１２０には、交流電源２００が電気的に接続される。
　第１コイル１１０と第２コイル１２０は、材質、形状、および大きさが同じコイルである。第１コイル１１０と第２コイル１２０は、例えば、銅等の金属により形成される。
　第１コイル１１０は、導体板Ｓの板面と略平行な方向において巻回されるコイルである。第１のコイル１１０は、その巻回される部分で構成される面（所謂コイル面）が、導体板Ｓの２つの板面のうちの一方の面（表面）と、導体板Ｓと接触しないように間隔を有して略正対するように配置される。
　第２コイル１２０も、第１コイル１１０と同様に、導体板Ｓの板面と略平行な方向において巻回されるコイルである。第２のコイル１２０は、その巻回される部分で構成される面（所謂コイル面）が、導体板Ｓの２つの板面のうちの他方の面（裏面）と、導体板Ｓと接触しないように間隔を有して略正対するように配置される。また、導体板Ｓの通板方向（図１に示す例ではＹ軸方向）に沿って見た場合の、第１コイル１１０および第２コイル１２０の上端面および下端面は、平面である。さらに、この面は導体板Ｓの板面と略平行である。
　さらに、第１コイル１１０と第２コイル１２０は、導体板Ｓを挟んで略正対する位置に配置される。即ち、第１コイル１１０と第２コイル１２０のＹ軸方向（導体板Ｓの通板方向）における位置は略同じである。図１に示す例では、第１コイル１１０と導体板Ｓとの間隔と、第２コイル１２０と導体板Ｓとの間隔は、同じであるものとする。また、図１に示す例では、第１コイル１１０と第２コイル１２０の巻回数は、共に１［回］である。このように図１に示す例では、第１コイル１１０と第２コイル１２０の、Ｚ軸方向の位置以外の位置は略同じ位置である。第１コイル１１０、１２０は、図１３に示したコイル１３１０、１３２０と同じ構成で実現することができる。
　図２は、ＵＦ式の誘導加熱装置１００のＹ－Ｚ断面の一例を示す図である。Ｙ－Ｚ断面は、ＵＦ式の誘導加熱装置１００を、導体板Ｓの通板方向（Ｙ軸方向）と板厚方向（Ｚ軸方向）とにより定まる面（Ｙ－Ｚ平面）に沿って、導体板Ｓの幅方向（Ｘ軸方向）の中心の位置で切った場合の断面である。
　第１コア１３０および第２コア１４０は、材質、形状、および大きさが同じコアである。第１コア１３０および第２コア１４０は、例えば、フェライト等の軟磁性材料により形成される。第１コア１３０は、第１コイル１１０から発生する磁束の磁路となる位置に配置される。第２コア１４０は、第２コイル１２０から発生する磁束の磁路となる位置に配置される。
　図１および図２に示すように本実施形態では、第１コア１３０は、直方体形状に対し、第１コイル１１０の、幅方向（Ｘ軸方向）に延設される領域の形状に合わせて凹部が形成された形状を有する。本実施形態では、図１および図２に示すように、この凹部に第１コイル１１０が配置された場合に、第１コイル１１０の、導体板Ｓと対向する面と、第１コア１３０の、導体板Ｓと対向する面と、が略面一になるように、第１コア１３０の凹部が形成される。
　同様に、第２コア１４０は、直方体形状に対し、第２コイル１２０の、幅方向（Ｘ軸方向）に延設される領域の形状に合わせて凹部が形成された形状を有する。また、この凹部に第２コイル１２０が配置された場合に、第２コイル１２０の、導体板Ｓと対向する面と、第２コア１４０の、導体板Ｓと対向する面とが略面一になるように、第２コア１４０の凹部が形成される。
　尚、第１コア１３０と導体板Ｓとの間の磁界と、第２コア１４０と導体板Ｓとの間の磁界とが相互に逆向きになるように、導体板Ｓに磁界を印加させることができれば、第１コイル１１０および第２コイル１２０の形状は、図１に示す形状に限定されない。例えば、第１コイル１１０の、導体板Ｓと対向する面と、第１コア１３０の、導体板Ｓと対向する面とが略面一でなくてもよい。このことは、第２コイル１２０および第２コア１４０についても同じである。
　また、第１コイル１１０と第１コア１３０との間には絶縁処理が施される。第２コイル１２０と第２コア１４０との間にも絶縁処理が施される。
　図１では、表記の都合上、図示を省略しているが、図２に示すように、本実施形態では、第１コイル１１０および第２コイル１２０は、中空形状を有する。具体的に図２に示す例では、第１コイル１１０および第２コイル１２０の、交流電流の流れる方向に垂直な断面の形状は、中空の長方形である。この中空の部分に、冷却水を流す。この冷却水により、第１コイル１１０および第２コイル１２０を水冷し、第１コイル１１０および第２コイル１２０の発熱が大きくなることを抑制することができる。
　ここで、導体板Ｓは、その幅方向（Ｘ軸方向）の全体の領域が、第１コア１３０と第２コア１４０との間に位置するように通板される。すなわち、導体板Ｓは、その幅方向における端部（エッジ部）が、第１コア１３０と第２コア１４０の幅方向（Ｘ軸方向）の端部よりも内側に位置する状態で、第１コイル１１０と第２コイル１２０との間を通過するようにする。このようにすることができるように、ＵＦ式の誘導加熱装置１００（第１コイル１１０、第２コイル１２０、第１コア１３０、第２コア１４０）の幅方向（Ｘ軸方向）の長さが予め定められる。
　また、図１に示すように、本実施形態では、第１コイル１１０の一端部１１１は、交流電源２００の２つの出力端子の一方の端子２０１に電気的に接続される。また、第１コイル１１０の他端部１１２は、交流電源２００の２つの出力端子の他方の端子２０２に電気的に接続される。
　また、第２コイル１２０の２つの端部のうち、第１コイル１１０の他端部１１２とＺ軸方向において相互に対向する位置にある一端部１２１は、交流電源２００の２つの出力端子の一方の端子２０１に電気的に接続される。また、第２コイル１２０の２つの端部のうち、第１コイル１１０の一端部１１１とＺ軸方向において相互に対向する位置にある他端部１２２は、交流電源２００の２つの出力端子の他方の端子２０２に電気的に接続される。
　このように、本実施形態では、第１コイル１１０および第２コイル１２０は、（交流電源２００から見たときの）第１コイル１１０および第２コイル１２０の巻き方向が相互に逆向きになるように、交流電源２００に並列に接続される。
　したがって、交流電源２００から交流電流を流すと、図１に示すように、第１コイル１１０および第２コイル１２０の相互に対向する領域に流れる交流電流の（同時刻における同一の視点から見たときの）向きは、相互に逆向きになる（図１の第１コイル１１０および第２コイル１２０の内に示す矢印線を参照）。
　図１の第１コイル１１０および第２コイル１２０の内に示す矢印線は、ＵＦ式の誘導加熱装置１００を、その上方から俯瞰した場合に、第１コイル１１０に流れる交流電流の向きが時計回り（右回り）であり、第２コイル１２０に流れる交流電流の向きが反時計回り（左向き）であることを示す。
　ここで、交流電源２００から、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流は、（同時刻における同一の視点から見たときの）向きだけが異なり、（同時刻における）大きさと、周波数は、それぞれ同じである。尚、交流電流の波形は、例えば、正弦波である。ただし、交流電流の波形は、正弦波に限定されず、一般的な誘導加熱装置で使用され得る波形と同じ波形にすることができる。
　尚、以下の説明では、「第１コイル１１０および第２コイル１２０の相互に対向する領域に流れる交流電流の（同時刻における）向き」を、必要に応じて、「第１コイル１１０および第２コイル１２０の交流電流の向き」と称する。
　図３は、第１コイル１１０および第２コイル１２０に交流電流が流れることにより発生する磁界の向きの一例を概念的に示す図である。尚、図３でも、図１と同様に、第１コイル１１０および第２コイル１２０の中空部分の図示を省略する。また、図３では、図１の第１コイル１１０および第２コイル１２０内に示す矢印線の向きに交流電流が流れている場合の磁界の向きを例に挙げて示す。さらに、表記の都合上、図３では、導体板Ｓの厚みを他の図と比較して厚くして示す。
　第１コイル１１０に交流電流が流れることにより、第１コア１３０と導体板Ｓとの間の領域において、導体板Ｓの板面に対し概ね垂直な方向（即ち、導体板Ｓの板厚方向）の磁界Ｈ１が発生する。同様に、第２コイル１２０に交流電流が流れることにより、第２コア１４０と導体板Ｓとの間の領域において、導体板Ｓの板面に対し概ね垂直な方向（即ち、導体板Ｓの板厚方向）に磁界Ｈ２が発生する。本実施形態では、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流れる交流電流の向きを相互に逆向きにしているので、図３に示すように、第１コア１３０と第２コア１４０の相互に対向する領域における磁界Ｈ１、Ｈ２の向きは、相互に逆向きになる。このとき、導体板Ｓの一方の面（上面）に渦電流Ｉｅ１が、他方の面（下面）に渦電流Ｉｅ２が互いに逆向きに誘導されて流れる。渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２の詳細については、図４、図５Ａ、および図５Ｂを参照しながら後述する。
　本実施形態のＵＦ式の誘導加熱装置１００も、背景技術で説明したＴＦ式の誘導加熱装置と同様に、第１コイル１１０、第２コイル１２０に流れる電流の経路と、通板される導体板Ｓとが鎖交しない。
　ただし、ＴＦ式の誘導加熱装置では、コイル１３１０、１３２０に流れる交流電流の向きを同じ向きにする。また、特許文献３に記載の技術では、２つのシングルターン誘導加熱コイルからの横磁界に起因して導体板に発生する渦電流が相殺されないようにするために、２つのシングルターン誘導加熱コイルを、コイル幅分だけ、導体板の通板方向にシフトさせる。
　これに対し、本実施形態では、前述したように、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流れる交流電流の向きを相互に逆向きにすると共に、第１コイル１１０と第２コイル１２０のＹ軸方向（導体板Ｓの通板方向）における位置を略同じにする。このようにすることに想到したのは、本発明者らが今回初めて見出した以下の知見によるものである。
　まず、全く同じ２つのコイルに、大きさが同じ交流電流を逆向きに流し、これら２つのコイルを近接させると、互いのコイルにより発生する磁界は、大きさが同じで逆向きであることからほとんどの場所で打ち消される。
　ＴＦ式の誘導加熱装置では、導体板を貫通する磁界によって導体板に渦電流を流し、この渦電流により導体板を加熱する。このとき、ＴＦ式の誘導加熱装置では、２つのコイルに流す電流の向きを同じにする。２つのコイルの間に導体板を置き、ＴＦ方式の誘導加熱装置で採用されている周波数の電流を、当該２つのコイルに逆向きに流すと、コイルにより発生する磁界は、導体板内でも相殺される。
　したがって、導体板内に渦電流は発生せず、導体板は誘導加熱されない。ＴＦ式の誘導加熱装置では、２つのコイルにより発生する磁界の大きさを大きくすることにより、導体板を高い温度に加熱することができる。従って、この２つのコイルにより発生する磁界を打ち消すように当該コイルに交流電流を流すことは、ＴＦ式の誘導加熱装置の効果を減じることに繋がる。
　これに対し、特許文献３に記載の技術では、２つのシングルターン誘導加熱コイルに流す交流電流の向きは逆である。しかしながら、特許文献３に記載の技術では、２つのシングルターン誘導加熱コイルを、コイル幅分だけ、導体板の通板方向にシフトさせる。特許文献３では、２つのシングルターン誘導加熱コイルからの磁界により導体板に発生する渦電流が相殺されることを防止するために、このような構成を採用しているとされている。したがって、特許文献３に記載の技術は、２つのシングルターン誘導加熱コイルを、導体板の通板方向にシフトさせないと、２つのシングルターン誘導加熱コイルからの磁界により導体板に発生する渦電流が相殺されるという思想に立脚するものである。そして、特許文献３に記載の技術のように、２つのシングルターン誘導加熱コイルを、コイル幅分だけ、導体板の通板方向にシフトさせる構成では、特許文献４、５に記載の技術を適用しないと、エッジ部の過加熱が生じる。また、２つのシングルターン誘導加熱コイルは、ＬＦ式の誘導加熱装置を補助するものであり、それ単独で、導体板を所望の温度まで誘導加熱することができるものではない。
　これに対し、本発明者らは、第１コイル１１０と第２コイル１２０のＹ軸方向（導体板Ｓの通板方向）における位置を略同じにした状態で第１コイル１１０と第２コイル１２０との間に導体板Ｓを配置し、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流れる交流電流の向きを相互に逆向きにしても、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の周波数を調整すれば、導体板Ｓの内部においては、第１コイル１１０および第２コイル１２０に交流電流が流れることにより発生する磁界Ｈ１、Ｈ２が相殺されない状態になり、磁界Ｈ１、Ｈ２に基づく渦電流が導体板Ｓの内部に発生することを見出した。
　図４は、第１コイル１１０および第２コイル１２０に交流電流が流れることにより発生する磁界Ｈ１、Ｈ２が、導体板Ｓの内部に入り込む様子の一例を概念的に示す図である。
　電磁誘導によって導体内に生じる電流の分布は、表皮効果によって表面に片寄る性質があり、この傾向は周波数が高いほど強まる。非特許文献１等に記載されているように、導体における電流の浸透深さ（導体の表面から、電流密度が表面の１／ｅ（＝０．３６８）に減少する点までの深さ）δ［ｍ］は、以下の（１）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　（１）式において、ρは、導体の抵抗率［Ω・ｍ］、ωは、角周波数［ｒａｄ／ｓ］（＝２πｆ）、μは、導体の透磁率［Ｈ／ｍ］、μｓは、導体の比透磁率［－］、ｆは、周波数ｆ［Ｈｚ］である。透磁率μ（比透磁率μｓ）および抵抗率ρの値は、導体板Ｓの主として目標加熱温度における値である。
　本発明者らは、前記（１）式に基づいて、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の周波数（（１）式のｆ）を調整することにより、第１コイル１１０と第２コイル１２０のＹ軸方向（導体板Ｓの通板方向）における位置を略同じにした状態で第１コイル１１０と第２コイル１２０との間に導体板Ｓを配置し、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流れる交流電流の向きを相互に逆向きにしても、第１コイル１１０および第２コイル１２０に交流電流が流れることにより発生する磁界が導体板Ｓ内において相殺されないことを見出した。
　このような第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の周波数の好ましい範囲として、本発明者らは、以下の範囲を見出した。すなわち、本発明者らは、以下の（２）式を満たす範囲で、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の周波数（（１）式のｆ）を定めるのが好ましいことを見出した。
　δ≦ｄ／２　・・・（２）
　（２）式において、ｄは、導体板Ｓの板厚［ｍ］である。（２）式に示すように、導体板Ｓにおける電流の浸透深さδが、導体板Ｓの板厚ｄ［ｍ］の１／２倍以下になるように、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の周波数を定めれば、図４に示すように、第１コイル１１０および第２コイル１２０に交流電流が流れることにより発生する磁界Ｈ１、Ｈ２の、導体板Ｓ内に入り込む範囲が分離される。したがって、この磁界Ｈ１、Ｈ２が入り込む領域において、相互に逆向きの渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２が別々に分離して現れる。渦電流Ｉｅ１により、導体板Ｓの一方の面側を加熱することができ、渦電流Ｉｅ２により、導体板Ｓの他方の面側を加熱することができる。尚、図４に示す渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２の向きは一例であり、後述する図５Ｂに示すように、渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２の向きが図４に示す向きと逆向きの領域もある。
　一方、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の周波数の上限値は特に限定されず、用途等に応じて適宜設定される。例えば、導体板Ｓの内部全体を出来るだけ均一に誘導加熱したい場合には、（１）式を満たす範囲で、出来るだけ低い周波数を選択すればよい。一方、導体板Ｓの表面に近い領域のみを加熱したい場合には、加熱したい領域の表面からの厚みに応じて、高い周波数を選択すればよい（加熱したい範囲として、表面からの厚み方向の範囲が小さいほど、高い周波数を選択すればよい）。
　図５Ａおよび図５Ｂは、導体板Ｓの内部に発生する渦電流の一例を説明する図である。具体的に図５Ａは、第１コイル１１０に交流電流が流れることにより発生する磁界Ｈ１に基づく渦電流と、第２コイル１２０に交流電流が流れることにより発生する磁界Ｈ２に基づく渦電流とが独立して存在すると仮定した場合の渦電流の一例を概念的に示す図である。また、図５Ｂは、導体板Ｓの内部に発生する渦電流の一例を概念的に示す図である。図５Ａおよび図５Ｂでは、導体板Ｓのうち、ＵＦ式の誘導加熱装置１００の内部（第１コイル１１０および第２コイル１２０の間）にある領域付近のみを示す。
　ここで、図５Ａおよび図５Ｂでは、図１に示す向きに交流電流が第１コイル１１０および第２コイル１２０に流れている場合に発生する渦電流を例に挙げて示す。すなわち、第１コイル１１０に交流電流が流れることにより発生する磁界Ｈ１の向きは、Ｚ軸の負の方向である。また、第２コイル１２０に交流電流が流れることにより発生する磁界Ｈ２の向きは、Ｚ軸の正の方向である。さらに、図５Ａおよび図５Ｂでは、（１）式を満たす周波数ｆの交流電流が第１コイル１１０および第２コイル１２０に流れているものとする。
　すなわち、第１コイル１１０に交流電流が流れることにより発生する磁界Ｈ１に基づく渦電流Ｉ１は、磁界Ｈ１を打ち消す向きに流れる（図５Ａを参照）。また、第２コイル１２０に交流電流が流れることにより発生する磁界Ｈ２に基づく渦電流Ｉ２は、磁界Ｈ２を打ち消す向きに流れる（図５Ａを参照）。これらの渦電流Ｉ１とＩ２は、磁界Ｈ１とＨ２にそれぞれ呼応して独立に生成される。
　しかしながら、図５Ａにおいて、導体板Ｓの幅方向（Ｘ軸方向）の端部（エッジ部）の領域では、当該端部の先には（導体板Ｓを構成する）導体が存在しない（当該端部の板厚部分も表面になる）。したがって、渦電流Ｉ１、Ｉ２のうち、この領域の渦電流は、相互に混じり合って相殺され、この領域に渦電流は流れない。
　一方、図５Ａにおいて、導体板Ｓの幅方向（Ｘ軸方向）の端部（エッジ部）から離れた領域では、その周囲に（導体板Ｓを構成する）導体が存在する（通板方向（Ｙ軸方向）においては導体板Ｓが連続して存在する）。したがって、渦電流Ｉ１、Ｉ２のうち、この領域の渦電流は、分離したままとなり、相互に混じり合うことなく存在する。
　以上のことから、図５Ａに示す渦電流Ｉ１、Ｉ２のうち、実際に導体板Ｓに生じる渦電流は、導体板Ｓの通板方向（Ｙ軸方向）に垂直な領域（面）に存在する渦電流のみとなる。すなわち、導体板Ｓの幅方向（Ｘ軸方向）の端部（エッジ部）に沿う渦電流は発生しない。その結果、図５Ｂに示すように、導体板Ｓの通板方向（Ｙ軸方向）に垂直な領域（面）において、導体板Ｓの一方の面（上面）に渦電流Ｉｅ１が、他方の面（下面）に渦電流Ｉｅ２が、それぞれ相互に逆向きに流れる。その結果、図５Ｂに示すように、導体板Ｓの通板方向（Ｙ軸方向）に垂直な、導体板Ｓ内の領域（面）であって、導体板Ｓの通板方向（Ｙ軸方向）において間隔を有する２つの領域に、相互に逆向きの渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２（のループ）が生じる。
　以上のように、本発明者らは、第１コイル１１０および第２コイル１２０に対して相互に逆向きの交流電流を流した場合には、ＴＦ式の誘導加熱装置と同様に、第１コイル１１０および第２コイル１２０から導体板Ｓの板面に対して垂直な方向に磁界（横磁界）を発生させるのにも関わらず、ＬＦ式の誘導加熱装置と同様に、導体板Ｓの通板方向（Ｙ軸方向）に垂直な領域（面）において渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２が流れるという知見を得た。
　この渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２は、導体板Ｓの幅方向（Ｘ軸方向）の端部（エッジ部）を長手方向（Ｙ軸方向）に沿って流れない。したがって、ＴＦ式の誘導加熱装置のように、エッジ部が過加熱にはならない。よって、導体板Ｓの幅方向（Ｘ軸方向）における温度分布を、略均一にすることができる。しかも、導体板Ｓに流れる渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２の向きは、相互に逆向きである。これは、ＬＦ式の誘導加熱装置を、導体板Ｓの通板方向（Ｙ軸方向）に２つ配置し、それら２つのＬＦ式の誘導加熱装置のコイルに流す電流の向きを相互に逆向きとした場合に発生する渦電流と等価になる。すなわち、１つの誘導加熱装置で、２つのＬＦ式の誘導加熱装置で発生させる渦電流と等価な渦電流を発生させることができる。
　一方、特許文献３に記載の技術では、２つのシングルターン誘導加熱コイルを、導体板の通板方向にシフトさせる。したがって、図５Ａに示す渦電流Ｉ１、Ｉ２が、導体板Ｓの通板方向（Ｙ軸方向）の位置を異ならせて存在することになる。すなわち、特許文献３に記載の技術では、図５Ｂに示すような渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２は流れず、渦電流は、導体板Ｓの幅方向（Ｘ軸方向）の端部（エッジ部）を長手方向（Ｙ軸方向）に沿って流れる。このことから、前述したように、特許文献３に記載の技術では、エッジ部の過加熱が生じる。
　また、第１コイル１１０および第２コイル１２０は、ＴＦ式の誘導加熱装置と同じコイルで実現することができる。したがって、ＴＦ式の誘導加熱装置と同様に、例えば、第１コイル１１０および第２コイル１２０を移動させるだけで、ＵＦ式の誘導加熱装置１００を一時的に退避（リトラクト）させることができる。
　リトラクトの方法としては、例えば、以下の方法がある。
　第１の方法として、ＵＦ式の誘導加熱装置１００が、導体板Ｓの板面と相互に対向しなくなるまで、第１コイル１１０および第２コイル１２０を水平方向に移動させる方法が挙げられる。
　具体的には、第１コイル１１０および第２コイル１２０を同じ方向に移動させることができる。すなわち、Ｘ軸の正の方向または負の方向に第１コイル１１０および第２コイル１２０を移動させる。
　また、第１コイル１１０および第２コイル１２０を異なる方向に移動させることもできる。すなわち、第１コイル１１０をＸ軸の負の方向に移動し、第２コイル１２０をＸ軸の正の方向に移動させる。また、第１コイル１１０をＸ軸の正の方向に移動させ、第２コイル１２０をＸ軸の負の方向に移動させてもよい。
　また、以上の第１の方法において、第１コイル１１０および第２コイル１２０の何れか一方のみを移動させてもよい。
　第２の方法として、ＵＦ式の誘導加熱装置１００が、導体板Ｓと接触する虞がない位置まで、第１コイル１１０および第２コイル１２０を鉛直方向（高さ方向）に移動させる方法が挙げられる。
　具体的には、第１コイル１１０をＺ軸の正の方向に移動させ、第２コイル１２０をＺ軸の負の方向に移動させる。
　また、以上の第２の方法において、第１コイル１１０および第２コイル１２０の何れか一方のみを移動させてもよい。
　第３の方法として、ＵＦ式の誘導加熱装置１００が、導体板Ｓの板面と相互に対向しなくなるまで、第１コイル１１０および第２コイル１２０の、交流電源２００と接続されている側の所定の位置を回動軸として、第１コイル１１０および第２コイル１２０を回動させる方法がある。第１コイル１１０および第２コイル１２０の回動を、水平面内（図１のＸ－Ｙ平面内）で行うことができる。水平面内（図１のＸ－Ｙ平面内）で回動を行う場合の回動軸の方向はＺ軸の方向になる。また、水平面内（図１のＸ－Ｙ平面内）で回動を行う場合の回動の方向は、第１コイル１１０および第２コイル１２０で同じであっても、異なっていてもよい。一方、第１コイル１１０および第２コイル１２０の回動を、垂直面内（図１のＸ－Ｚ平面内）で行うこともできる。垂直面内（図１のＸ－Ｚ平面内）で行う場合の回動軸の方向はＹ軸の方向になる。また、垂直面内（図１のＸ－Ｚ平面内）で行う場合の回動の方向は、第１コイル１１０および第２コイル１２０でそれぞれ導体板Ｓから離れる方向であればよい。また、第３の方法において、第１コイル１１０および第２コイル１２０の何れか一方のみを回動させてもよい。
　その他、前述した第１の方法～第３の方法のうちの少なくとも２つの方法を組み合わせた方法でＵＦ式の誘導加熱装置１００を一時的に退避（リトラクト）させてもよい。
　以上のようにしてＵＦ式の誘導加熱装置１００を一時的に退避（リトラクト）させる場合には、ＵＦ式の誘導加熱装置１００を移動させるための制御装置も誘電加熱システムの構成に含まれる。
　図６は、幅方向（Ｘ軸方向）における導体板の表面温度の分布の一例（実測値）を示す図である。ここでは、導体板として鋼板を用いた。図６において、センターからの距離とは、鋼板の幅方向（Ｘ軸方向）に沿って測定した場合の、鋼板の幅方向（Ｘ軸方向）の中心の位置から距離である。図６では、鋼板の幅方向（Ｘ軸方向）の中心の位置を０（ゼロ）とする。また、図６では、鋼板の幅方向（Ｘ軸方向）の領域の半分の領域についてのみ示す。
　本発明者らは、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の向きを本実施形態のように逆向きにした場合と、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の向きをＴＦ式の誘導加熱装置のように同じ向きにした場合と、のそれぞれについて測定を行った。これらの測定に際し、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の向き以外の測定条件については、それぞれ同じにした。
　具体的な測定条件は、以下の通りである。
　鋼板の板厚：１．１［ｍｍ］
　鋼板の板幅：１［ｍ］
　通板速度：５５［ｍ／ｍｉｎ］
　鋼板の目標加熱温度での導電率：１．０×１０７［Ｓ／ｍ］
　鋼板の目標加熱温度での実効透磁率：８０
　電流：１００００［ＡＴ］
　電流の周波数：１０［ｋＨｚ］
　以上から、（１）式で表される（鋼板の目標加熱温度での）電流の浸透深さδは０．１８［ｍｍ］になる。
　図６において、グラフ６０１は、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の向きを逆向きにした場合の結果を示す。グラフ６０２は、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の向きを同じにした場合の結果を示す。いずれの場合においても、センター（幅方向（Ｘ軸方向）の中心の位置）では、鋼板表面温度は、２００［℃］前後上昇した。
　また、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の向きを逆向きにした場合、幅方向（Ｘ軸方向）の鋼板表面温度の偏差（最大値から最小値を減算した値）は２［℃］であった（グラフ６０１を参照）。一方、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の向きを同じにした場合、幅方向（Ｘ軸方向）の端部（エッジ部）における鋼板表面温度は、他の領域よりも遥かに高くなり、１３００［℃］を超えた（グラフ６０２を参照）。
　以上のように本実施形態では、第１コイル１１０と第２コイル１２０のＹ軸方向（導体板Ｓの通板方向）における位置が略同じになるように、導体板Ｓを介して第１コイル１１０と第２コイル１２０を相互に対向させる。そして、電流の浸透深さδが導体板Ｓの板厚ｄの半分以下になる周波数ｆの交流電流を、第１コイル１１０および第２コイル１２０に逆向きに流すことにより、通板中の導体板Ｓを誘導加熱する。
　したがって、ＵＦ式の誘導加熱装置１００は、コイルとコアのみで構成することができる。よって、ＴＦ式の誘導加熱装置のように、導体板Ｓの幅方向における端部（エッジ部）の過加熱を抑制するために導体板や２次コイルのような特別な構造体を設ける必要がなくなる。また、導体板Ｓの幅方向における端部（エッジ部）の過加熱を抑制するために特別な構造物を設ける必要がない。したがって、導体板Ｓの幅に応じて、誘導加熱装置１００のセッティングを変更する必要がなくなる。
　また、ＵＦ式の誘導加熱装置１００では、ＴＦ式の誘導加熱装置と同様に、導体板Ｓの板面に対し垂直な方向に磁界を発生させる。したがって、第１コイル１１０および第２コイル１２０を、ＴＦ式の誘導加熱装置と同様のコイルにすることができる。よって、ＵＦ式の誘導加熱装置１００では、コイルを分離するための機構を設けなくても容易に一時的に退避（リトラクト）させるすることができる。また、コイルを分離するための機構を設ける必要がないので、コイルのメンテナンス作業の負担を軽減させることができる。このように、使用する電流および周波数の条件が合えば、ＴＦ式の誘導加熱装置（コイルとコア）を流用し、前述したようにしてコイルに逆向きの電流を流すことにより、ＵＦ式の誘導加熱装置１００を実現することができる。したがって、ＴＦ式の誘導加熱装置がある場合には、その設備を大きく変更することなく、ＵＦ式の誘導加熱装置１００を実現することができる。
　以上のように本実施形態のＵＦ式の誘導加熱装置１００では、導体板Ｓの幅方向における端部（エッジ部）の過加熱を抑制したり、コイルを一時的に退避（リトラクト）させたりするために特別な構成を付加することなく、簡素な構成により、導体板Ｓの幅方向における温度分布を可及的に均一にすることと、コイルを一時的に退避させることとの双方を実現することができる。
　また、本実施形態のＵＦ式の誘導加熱装置１００では、第１コア１３０および第２コア１４０との間の領域のうち、第１コア１３０および第２コア１４０の間に導体板Ｓが存在していない領域（誘導加熱装置１００の幅方向（Ｘ軸方向）における端部の領域）において、大きさが同じで向きが逆向きの磁界が発生する。したがって、当該領域における磁界は相殺される。
　よって、ＵＦ式の誘導加熱装置１００では、その周囲に漏れる磁界を最小化することができ、周囲に与える電磁障害も最小限に抑制することができる。
　また、一般に、誘導加熱装置は、負荷である導体板Ｓがない場合、コイルおよびコアによる強い磁界を生成する。このため、誘導加熱装置のインダクタンスが大きくなる。したがって、コイルに交流電流を流し始めると、コイルの両端の電圧が急激に上昇する。よって、導体板Ｓがない状態では、誘導加熱装置の定格電流までコイルに交流電流を流すことが容易でないために、電源系統の健全性を事前に確認することができないことがある。
　これに対し、本実施形態のＵＦ式の誘導加熱装置１００では、第１コイル１１０および第２コイル１２０の間の領域以外の領域では、磁界が相殺されてほとんど消える。このため、ＵＦ式の誘導加熱装置１００のインダクタンスは０（ゼロ）に近く、導体板Ｓがない状態でも、ＵＦ式の誘導加熱装置１００の定格電流まで第１コイル１０１および第２コイル１２０に電流を流すことができる。したがって、電源系統の健全性を事前に確認することができる。
　また、本実施形態のＵＦ式の誘導加熱装置１００では、導体板Ｓの加熱中でも、一般的な誘導加熱装置に比べて、インダクタンスが小さい。このため、一般的な誘導加熱装置に比べて、コイル（第１コイル１１０および第２コイル１２０）の両端に印加する電圧を小さくすることができる。したがって、交流電源２００の容量を抑えることができる。また、と、第１コイル１１０および第２コイル１２０における絶縁処理の負担が低減される。また、第１コイル１１０および第２コイル１２０が放電することによるトラブルを抑制することができる。
　また、本実施形態では、導体板Ｓの通板方向（図１に示す例ではＹ軸方向）に沿って見た場合の、第１コイル１１０および第２コイル１２０の上端面および下端面を平面にした。また、導体板Ｓの通板方向に沿って見た場合の、第１コア１３０および第２コア１４０の上端面および下端面も、第１コイル１１０および第２コイル１２０に合わせて平面にした。従って、ＵＦ式の誘導加熱装置１００の加熱効率を高めることができる。また、導体板Ｓの通板とリトラクトを安全に行うことができる。さらに、第１コア１３０および第２コア１４０との間の領域のうち、第１コア１３０および第２コア１４０の間に導体板Ｓが存在していない領域における磁界を十分に相殺することができる。
（変形例）
　本実施形態では、導体板Ｓにおける電流の浸透深さδが、導体板Ｓの板厚ｄ［ｍ］の１／２倍（＝ｄ／２）以下になるように、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の周波数（（１）式のｆ）を定める場合を例に挙げて説明した。このようにすれば、ＵＦ式の誘導加熱装置１００における加熱効率を高めることができるので好ましい。しかしながら、導体板Ｓの誘導加熱ができる範囲であれば、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の周波数を、必ずしも、このようにして決める必要はない。
　図７は、導体板Ｓの板厚方向の位置と、導体板Ｓに流れる渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２の電流密度との関係の一例を概念的に示す図である。
　図４を参照しながら説明したように、磁界Ｈ１により、導体板Ｓの一方の面（上面）に渦電流Ｉｅ１が流れ、磁界Ｈ２により、導体板Ｓの他方の面（下面）に渦電流Ｉｅ２が渦電流Ｉｅ１と逆向きに流れる（図７の左図を参照）。渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２の浸透深さδが、導体板Ｓの厚みｄであっても、図７の左図に示すように、渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２の電流密度は、導体板Ｓの板厚方向において一定ではなく、表面から離れるほど小さくなる。したがって、図７の右図に示すように、渦電流Ｉｅ１、Ｉｅ２の一部は相殺されるが、残りの一部は相殺されずに存在する。よって、例えば、導体板Ｓにおける電流の浸透深さδが、導体板Ｓの板厚ｄ［ｍ］以下（または未満）になるように、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流す交流電流の周波数（（１）式のｆ）を定めてもよい。すなわち、（１）式に替えて、δ≦ｄまたはδ＜ｄの条件を採用してもよい。
　また、本実施形態では、１つの交流電源２００から第１コイル１１０および第２コイル１２０に交流電流を流す場合を例に挙げて説明した。しかしながら、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流れる交流電流によって発生する磁界の向きが相互に逆向きになるようにすれば、交流電源の数は１つに限定されない。
　図８は、誘導加熱システムの構成の第１の変形例を示す図である。具体的に図８は、誘導加熱装置１００をその上方から俯瞰した様子を示す図である。
　図８において、誘導加熱システムは、ＵＦ式の誘導加熱装置１００と、交流電源２１０、２２０と、制御装置２３０とを有する。
　ＵＦ式の誘導加熱装置１００は、図１に示したものと同じである。交流電源２１０、２２０は、図１に示した交流電源２００と同じである。第１コイル１１０の一端部１１１は、交流電源２１０の２つの出力端子の一方の端子２１１に電気的に接続され、第１コイル１１０の他端部１１２は、交流電源２１０の２つの出力端子の他方の端子２１２に電気的に接続される。第２コイル１２０の一端部１２１は、交流電源２２０の２つの出力端子の一方の端子２２１に電気的に接続され、第２コイル１２０の他端部１２２は、交流電源２２０の２つの出力端子の他方の端子２２２に電気的に接続される。交流電源２１０、２２０は、同期して動作する。すなわち、交流電源２１０、２２０はそれぞれ、同時刻において、同じ波形、同じ周波数の交流電流を、第１コイル１１０、第２コイル１２０に流す。ただし、第１コイル１１０および第２コイル１２０の相互に対向する領域に流れる交流電流の（同時刻における）向きは、相互に逆向きになるようにする。制御装置２３０は、交流電源２１０、２２０が、このようにして同期して動作するために、交流電源２１０、２２０における出力のタイミングを制御する。
　以上のように、例えば、２つの交流電源を、同期さえ取れるようにしておけば、第１コイル１１０および第２コイル１２０のそれぞれに１つずつ個別に接続してもよい。
　また、図８では、導体板Ｓの幅方向の端部のうち、一方の端部側（Ｘ軸の正の方向側）に２つの交流電源２１０、２２０を配置する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、導体板Ｓの幅方向の端部のうち、一方の端部側（Ｘ軸の正の方向側）に、第１コイル１１０に電流を流す交流電源２１０を配置し、他方の端部側（Ｘ軸の負の方向側）に、第２コイル１１０に電流を流す交流電源２２０を配置してもよい。この場合、図８に示す第２コイル１２０を、Ｘ－Ｙ平面において（すなわちＺ軸を回動軸として）、１８０°回動させた状態で配置する。
　また、本実施形態では、第１コイル１１０および第２コイル１２０を並列に接続し、１つの交流電源２００から第１コイル１１０および第２コイル１２０に交流電流を並列に流す場合を例に挙げて説明した。しかしながら、第１コイル１１０および第２コイル１２０に流れる交流電流によって発生する磁界の向きが相互に逆向きになるようにすれば、１つの交流電源２００から第１コイル１１０および第２コイル１２０に交流電流を直列に流してもよい。
　図９は、誘導加熱システムの構成の第２の変形例を示す図である。具体的に図９は、誘導加熱装置９００をその上方から俯瞰した様子を示す図である。
　図９において、誘導加熱システムは、ＵＦ式の誘導加熱装置９００と、交流電源２００とを有する。
　ＵＦ式の誘導加熱装置９００は、第１コイル９１０と、第２コイル９２０と、第１コア１３０と、第２コア１４０とを有する。
　第１コア１３０と第２コア１４０は、図１に示したものと同じである。
　第１コイル９１０、第２コイル９２０は、図１に示した第１コイル１１０の他端部１１２と、第２コイル１２０の第２コイル１２０の一端部１２１とが連結されたものである。その他については、第１コイル９１０、第２コイル９２０と、第１コイル１１０、第２コイル１２０は同じである。第１コイル１１０の一端部１１１は、交流電源２００の２つの出力端子の一方の端子２１１に電気的に接続され、第２コイル１１０の他端部１２２は、交流電源２００の２つの出力端子の他方の端子２１２に電気的に接続される。このように、第１コイル１１０および第２コイル１２０を直接に接続し、１つの交流電源２００から第１コイル１１０および第２コイル１２０に交流電流を直列に流すことができる。尚、図９に示す構成では、ＵＦ式の誘導加熱装置９００をＸ軸の正の方向側に一時的に退避（リトラクト）させることになる。
　また、本実施形態では、第１コイル１１０および導体板Ｓの間隔と、第２コイル１２０および導体板Ｓの間隔とを、同じにする場合を例に挙げて説明したが、導体板Ｓを加熱できる位置にあるのであれば、第１コイル１１０および導体板Ｓの間隔と、第２コイル１２０および導体板Ｓの間隔を全く同一にする必要はない。導体板Ｓにおける電流の浸透深さδは、第１コイル１１０および第２コイル１２０と、導体板Ｓとの間隔に依存しないためである。
　ただし、導体板Ｓの温度が上昇するにつれ、導体板Ｓの比透磁率μsが急激に下がる。導体板Ｓの温度がキュリー温度に達すると、導体板Ｓの比透磁率μsは真空と同じ１になる。この温度以上では（１）式によって（２）式が成立しなくなることがある。よって、導体板Ｓの温度域（例えば目標加熱温度）が、（１）式によって（２）式が成立する範囲であるかどうかを確認しておく必要がある。一方、抵抗率ρについては比透磁率のような温度に依存した急激な変化はなく、通常、特別の考慮を要しない。
　また、本実施形態では、ＵＦ式の誘導加熱装置１００（第１コイル１１０、第２コイル１２０、第１コア１３０、および第２コア１４０）の、導体板Ｓの幅方向（Ｘ軸方向）の方が、導体板Ｓの通板方向（Ｙ軸方向）よりも長い場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これとは逆に、ＵＦ式の誘導加熱装置の、導体板Ｓの通板方向（Ｙ軸方向）の方が、導体板Ｓの幅方向（Ｘ軸方向）よりも長くなるように、ＵＦ式の誘導加熱装置（第１コイル、第２コイル、第１コア、および第２コア）を構成してもよい。
　また、本実施形態では、第１コイル１１０と第２コイル１２０の形状であって、交流電源２００からの交流電流の流れる方向に垂直な断面の形状が、中空の長方形である場合を例に挙げて説明した（図２を参照）。しかしながら、かかる形状は、中空の円状や中空の楕円状等、その他の形状であってもよい。また、第１コイル１１０と第２コイル１２０は、中空形状を有していなくてもよい。また、第１コイル１１０と第２コイル１２０の冷却方式は、空冷方式であってもよいし、外部水冷方式であってもよいし、各冷却方式を組み合わせてもよい。
　また、本実施形態のように、第１コア１３０および第２コア１４０を用いれば、導体板Ｓに印加する磁界の大きさを大きくすることができ、これにより、導体板Ｓの加熱効率を向上させることができるので好ましい。また、第１コア１３０および第２コア１４０を用いれば、ＵＦ式の誘導加熱装置１００の周囲への電磁障害を抑制することができるので好ましい。しかしながら、必ずしも、第１コア１３０と第２コア１４０とを用いなくてもよい。
　また、使用する周波数が高い場合には、コアが発熱するため、コアを使用することができない場合がある。このような場合には、第１コア１３０と第２コア１４０とを用いずにＵＦ式の誘導加熱装置を構成することになる。
　また、本実施形態では、第１コイル１１０と第２コイル１２０の巻回数がそれぞれ１［回］（１ターン）である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、第１コイル１１０と第２コイル１２０の巻回数は２［回］以上であってもよい。
　また、本実施形態では、ＵＦ式の誘導加熱装置１００を導体板Ｓに対して１台配置する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、例えば、交流電源２００の容量の不足により、１台のＵＦ式の誘導加熱装置１００では、導体板Ｓを所望の温度まで昇温できない場合がある。また、ＵＦ式の誘導加熱装置１００の設置スペースがなく、大型のＵＦ式の誘導加熱装置１００を配置できない場合がある。また、導体板Ｓの温度パターンの制約があり、その温度パターンが、複数の昇温過程を要求する場合がある。そこで、ＵＦ式の誘導加熱装置１００を複数台、導体板Ｓの通板方向に平行に並べて配置してもよい。その場合、それぞれのＵＦ式の誘導加熱装置１００に１つずつ交流電源２００を接続することができる。これらの複数の交流電源２００の電圧、電流、および周波数の少なくとも何れか１つは同一である必要はない。さらに、各誘導加熱装置毎にコイルの巻回数やコアの材質を変更してもよい。また、交流電源２００の容量が大きい場合、当該交流電源２００を複数台のＵＦ式の誘導加熱装置１００に接続することもできる。
　また、第１コア、第２コアをそれぞれ１つとし、複数の第１コイル、複数の第２コイルを、それぞれ第１コアと第２コアに設け、第１コイル、第２コイルをそれぞれ、導体板Ｓの通板方向に平行に並べるようにしてもよい。
　図１０は、誘導加熱システムの構成の第３の変形例を示す図である。具体的に図１０は、誘導加熱装置１０００をその上方から俯瞰した様子を示す図である。　図１０において、誘導加熱システムは、ＵＦ式の誘導加熱装置１０００と、交流電源２１０、２２０とを有する。
　ＵＦ式の誘導加熱装置１０００は、２つの第１コイル１１１０、１１３０と、２つの第２コイル１１２０、１１４０と、第１コア１１５０と、第２コア１１６０とを有する。
　第１コイル１１１０、１１３０および第２コイル１１２０、１１４０は、図１に示した第１コイル１１０および第２コイル１２０と同じである。交流電源２１０、２２０は、図１に示した交流電源２００と同じである。
　図１１は、第３の変形例のＵＦ式の誘導加熱装置１０００のＹ－Ｚ断面の一例を示す図である。図１１は、図２に対応する図である。
　第１コア１１５０および第２コア１１６０は、材質、形状、および大きさが同じコアである。第１コア１１５０および第２コア１１６０は、図１に示した第１コア１３０、第２コア１４０と同様に、例えば、フェライト等の軟磁性材料により形成される。
　図１０および図１１に示すように、本変形例では、第１コア１１５０は、直方体形状に対し、第１コイル１１１０、１１３０の、幅方向（Ｘ軸方向）に延設される領域の形状に合わせて凹部が形成された形状を有する。本変形例でも、この凹部に第１コイル１１１０、１１３０が配置された場合に、第１コイル１１１０、１１３０の、導体板Ｓと対向する面と、第１コイル１１１０、１１３０の、導体板Ｓと対向する面と、が略面一になるように、第１コア１１５０の凹部が形成される。
　同様に、第２コア１１６０は、直方体形状に対し、第２コイル１１２０、１１４０の、幅方向（Ｘ軸方向）に延設される領域の形状に合わせて凹部が形成された形状を有する。また、この凹部に第２コイル１１２０、１１４０が配置された場合に、第２コイル１１２０、１１４０の、導体板Ｓと対向する面と、第２コア１１６０の、導体板Ｓと対向する面とが略面一になるように、第２コア１１６０の凹部が形成される。
　ただし、これらが略面一にならないようにしてもよいことは前述した通りである。
　図１０に示すように、第１コイル１１１０の一端部１１１１は、交流電源２１０の２つの出力端子の一方の端子２１１に電気的に接続される。また、第１コイル１１１０の他端部１１１２は、交流電源２１０の２つの出力端子の他方の端子２１２に電気的に接続される。
　また、第２コイル１１２０の２つの端部のうち、第１コイル１１１０の他端部１１１２とＺ軸方向において相互に対向する位置にある一端部１１２１は、交流電源２１０の２つの出力端子の一方の端子２１１に電気的に接続される。また、第２コイル１１２０の２つの端部のうち、第１コイル１１１０の一端部１１１１とＺ軸方向において相互に対向する位置にある他端部１１２２は、交流電源２１０の２つの出力端子の他方の端子２１２に電気的に接続される。
　また、第１コイル１１３０の一端部１１３１は、交流電源２２０の２つの出力端子の一方の端子２２１に電気的に接続される。また、第１コイル１１３０の他端部１１３２は、交流電源２２０の２つの出力端子の他方の端子２２２に電気的に接続される。
　また、第２コイル１１４０の２つの端部のうち、第１コイル１１３０の他端部１１３２とＺ軸方向において相互に対向する位置にある一端部１１４１は、交流電源２２０の２つの出力端子の一方の端子２２１に電気的に接続される。また、第２コイル１１４０の２つの端部のうち、第１コイル１１３０の一端部１１３１とＺ軸方向において相互に対向する位置にある他端部１１４２は、交流電源２２０の２つの出力端子の他方の端子２２２に電気的に接続される。
　このように、第１コイル１１１０および第２コイル１１２０は、（交流電源２１０から見たときの）第１コイル１１１０および第２コイル１１２０の巻き方向が相互に逆向きになるように、交流電源２１０に並列に接続される。同様に、第１コイル１１３０および第２コイル１１４０は、（交流電源２２０から見たときの）第１コイル１１３０および第２コイル１１４０の巻き方向が相互に逆向きになるように、交流電源２２０に並列に接続される。
　したがって、交流電源２１０から交流電流を流すと、図１０に示すように、第１コイル１１１０および第２コイル１１２０の相互に対向する領域に流れる交流電流の（同時刻における）向きは、相互に逆向きになる（図１の第１コイル１１１０および第２コイル１１２０の内に示す矢印線を参照）。同様に、交流電源２２０から交流電流を流すと、図１０に示すように、第１コイル１１３０および第２コイル１１４０の相互に対向する領域に流れる交流電流の（同時刻における）向きは、相互に逆向きになる（図１の第１コイル１１３０および第２コイル１１４０の内に示す矢印線を参照）。
　図１０では、導体板Ｓの通板方向に平行に並ぶ２つの第１コイル１１１０、１１３０に流れる交流電流の（同時刻における）向きが同じであり、且つ、導体板Ｓの通板方向に平行に並ぶ２つの第２コイル１１２０、１１４０に流れる交流電流の（同時刻における）向きが同じである場合を例に挙げて示した。しかしながら、第１コイル１１１０および第２コイル１１２０に流れる交流電流によって発生する磁界の向きが相互に逆向きになり、且つ、第１コイル１１３０および第２コイル１１４０に流れる交流電流によって発生する磁界の向きが相互に逆向きになるようにしていれば、第１コイル１１１０、１１３０に流れる交流電流の（同時刻における）向き、および、第２コイル１１２０、１１４０に流れる交流電流の（同時刻における）向きは逆であってもよい。
　また、前述したように、ＵＦ式の誘導加熱装置１００の加熱効率を高める等の効果を十分に発揮することができるので、導体板Ｓの通板方向（図１に示す例ではＹ軸方向）に沿って見た場合の、第１コイル１１０および第２コイル１２０の上端面および下端面を平面にするのが好ましい。しかしながら、導体板Ｓの通板方向に沿って見た場合の、第１コイルおよび第２コイルの上端面および下端面は平面に限定されない。例えば、導体板Ｓの通板方向に沿って見た場合に、導体板Ｓの中央に近い位置であるほど、第１コイル・第２コイルと導体板Ｓとの間の距離が長くなるように、導体板Ｓの通板方向に沿って見た場合の、第１コイルおよび第２コイルの上端面および下端面を、滑らかな曲面、または、屈曲面にしてもよい。また、例えば、導体板Ｓの通板方向に沿って見た場合に、導体板Ｓの中央に近い位置であるほど、第１コイル・第２コイルと導体板Ｓとの間の距離が短くなるように、導体板Ｓの通板方向に沿って見た場合の、第１コイルおよび第２コイルの上端面および下端面を、滑らかな曲面、または、屈曲面にしてもよい。以上のような第１コイルおよび第２コイルにコアを設ける場合、第１コイルおよび第２コイルの形状に合わせて、導体板Ｓの通板方向に沿って見た場合の、コアの上端面および下端面を、滑らかな曲線、または、屈曲面にすることができる。
　その他、以上の変形例の少なくとも何れか２つを組み合わせてもよい。
　尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
　本発明は、導体板の誘導加熱に利用することができる。

Claims (6)

  1. 　通板中の導体板を誘導加熱する誘導加熱装置であって、
    　交流電流が流れることにより前記導体板の板厚方向に磁界を発生させる第１コイルと、
    　交流電流が流れることにより前記導体板の板厚方向に磁界を発生させる第２コイルと、
    を有し、
    　前記第１コイルと前記第２コイルは、前記導体板を挟むように位置し、
    　前記第１コイルおよび前記第２コイルの、前記導体板の通板方向における位置は、略同じであり、
    　前記交流電流により、前記第１コイルおよび前記第２コイルから前記導体板の板厚方向に相互に逆向きの磁界を発生させ、
    　前記逆向きの磁界により前記導体板の内部に渦電流を発生させ、
    　前記渦電流により前記導体板を誘導加熱することを特徴とする誘導加熱装置。
  2. 　前記交流電流として、以下の（Ａ）式を満たす範囲の周波数ｆの交流電流を、前記第１コイルおよび前記第２コイルに流すことにより、前記第１コイルおよび前記第２コイルから前記導体板の板厚方向に相互に逆向きの磁界を発生させることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
    　（Ａ）式において、ｄは、前記導体板の板厚［ｍ］である。（Ａ）式において、δは、前記導体板における電流の浸透深さ［ｍ］であり、以下の（Ｂ）式で表される。（Ｂ）式において、ρは、前記導体板の抵抗率［Ω・ｍ］であり、ｆは、前記交流電流の周波数［Ｈｚ］であり、μｓは、前記導体板の比透磁率［－］である。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  3. 　前記第１コイルの巻回数と、前記第２コイルの巻回数は同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
  4. 　前記第１コイルから発生する磁束の磁路となる位置に配置され、前記導体板との間に磁界を発生させるための第１コアと、
    　前記第２コイルから発生する磁束の磁路となる位置に配置され、前記導体板との間に磁界を発生させるための第２コアと、
    を有し、
    　前記交流電流により、前記第１コアと前記導体板との間と、前記第２コアと前記導体板との間に、前記導体板の板厚方向に相互に逆向きの磁界を発生させ、前記逆向きの磁界により前記導体板の内部に相互に逆向きの渦電流を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の誘導加熱装置。
  5. 　前記逆向きの磁界により、前記導体板の幅方向の端部に、前記導体板の通板方向に沿う渦電流を発生させずに、前記導体板の通板方向に垂直な、前記導体板内の領域であって、前記導体板の通板方向において間隔を有する２つの領域に、相互に逆向きの渦電流を発生させることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の誘導加熱装置。
  6. 　交流電流が流れることにより導体板の板厚方向に磁界を発生させる第１コイルと、
    　交流電流が流れることにより前記導体板の板厚方向に磁界を発生させる第２コイルと、
    を有し、
    　前記第１コイルと前記第２コイルが、前記導体板を挟むように位置し、
    　前記第１コイルおよび前記第２コイルの、前記導体板の通板方向における位置が略同じである誘導加熱装置を用いて通板中の前記導体板を誘導加熱する誘導加熱方法であって、
    　前記交流電流により、前記第１コイルおよび前記第２コイルから前記導体板の板厚方向に相互に逆向きの磁界を発生させ、
    　前記逆向きの磁界により前記導体板の内部に渦電流を発生させ、
    　前記渦電流により前記導体板を誘導加熱することを特徴とする誘導加熱方法。
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