WO2025022937A1 - Heating device, aluminum melting device, and die heating device - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a heating device, an aluminum melting device, and a mold heating device.
- Aluminum die casting is a casting method in which molten metal such as an aluminum alloy is injected into a mold and shaped under pressure, making it possible to mass-produce high-precision, high-quality castings.
- the raw aluminum alloy is first melted to form molten metal, which is then injected into a mold (metal mold, sand mold) to obtain the molded product.
- Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 listed below describe technology related to induction heating devices that use superconducting magnets. The descriptions in these documents are incorporated as part of the present specification.
- the present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and has an object to provide a heating device, an aluminum melting device, and a mold heating device that can achieve appropriate induction heating.
- the heating device of the present invention heats an object to be heated, including metal, by applying a magnetic field to a working area, which is an area where the object to be heated is heated, using a superconducting coil made of wound superconducting wire, and is characterized in that it is equipped with a magnetic field generating source that moves relative to the working area, and that the magnetic field generating source suppresses leakage magnetic field that leaks to the outside from the magnetic field generated by the magnetic field generating source, and is equipped with a magnetic shield that moves at the same speed as the superconducting coil.
- the present invention makes it possible to achieve appropriate induction heating.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the heating device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a schematic perspective view of a superconducting coil.
- FIG. 13 is a schematic perspective view of a superconducting coil in Modification 1-1.
- FIG. 2 is a schematic plan view of the superconducting coil.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a superconducting coil in a 1-2 modified example.
- FIG. 13 is a schematic perspective view of a superconducting coil in a 1-3 modified example.
- FIG. 13 is a schematic perspective view of a main part of a 1-4th modified example.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a superconducting coil in a 1-5th modified example.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a superconducting coil in a 1-6th modified example.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a superconducting coil in Modification Example 1-7.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a heating device according to a second embodiment.
- FIG. 11 is a schematic perspective view of a superconducting coil in a second embodiment.
- FIG. 11 is a schematic side view of a superconducting coil in a second embodiment.
- FIG. 11 is a schematic perspective view of a superconducting coil applied to a heating device of a third embodiment.
- FIG. 13 is a schematic side view of four stages of superconducting coils in a heating device according to a third embodiment.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a heating device according to a fourth embodiment.
- FIG. 2 is a schematic perspective view of a magnetic field generating source.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a heating device according to a fifth embodiment.
- FIG. 13 is a schematic diagram of a vacuum die casting apparatus according to a sixth embodiment.
- Heating can be achieved by utilizing the strong magnetic field of a superconducting magnet by applying the technology described in Non-Patent Document 1.
- This method involves inserting and rotating an aluminum billet in a strong DC magnetic field created by a superconducting magnet, and by moving the metal (aluminum billet) in the magnetic field, an induced current is generated in the metal, and heating is performed by using this current.
- the rotation frequency can be reduced due to the high magnetic field strength, and uniform heating is possible by allowing the magnetic field to penetrate into the inside of the billet without being affected by the skin effect. Furthermore, most of the energy input to mechanically rotate the aluminum billet can be converted into heat generation in the aluminum billet. This reduces Joule loss and greatly improves efficiency. In this way, heating methods using a strong superconducting magnetic field are attracting attention because they contribute to low carbonization.
- the embodiment described below provides a heating device using a superconducting magnet with a small leakage magnetic field.
- a magnetic circuit (yoke) is formed using a magnetic material, and the speed of this magnetic circuit is matched to the speed of the moving superconducting magnet. This makes it possible to realize an induction heating device with a rotating superconducting magnet that has a small leakage magnetic field.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heating device 100 according to a first embodiment.
- the heating device 100 is a rotary magnet type heating device, and includes a rotary magnet 20, a vessel 30, and a motor 40.
- the rotary magnet 20 includes a magnetic field generating source 24, a power shaft portion 25, an insulating load support 26, and an insulating layer 28.
- the vessel 30 functions as a cryostat, and includes a housing 32 and an insulating layer 34.
- the motor 40 drives the rotary magnet 20 to rotate.
- the magnetic field generating source 24 includes a superconducting coil 7, an iron magnetic pole 8, and a return yoke 9.
- the power shaft section 25 is formed in an approximately cylindrical shape, and a part of its internal space, which is an approximately cylindrical space, becomes a working area SP for heating the metallic object to be heated 12.
- An insulating layer 28 is provided between the power shaft section 25 and the magnetic field generating source 24 and the insulating load support 26.
- FIG. 2 is a schematic perspective view of the superconducting coil 7.
- the superconducting coil 7 includes windings 161 and 162.
- the winding 161 is generally called a saddle coil, and has a shape in which a rectangular frame is curved approximately halfway around a cylindrical circumferential surface (not shown). In other words, the superconducting wire is wound around this shape.
- the winding 162 is formed in the same shape as the winding 161, and is disposed opposite the winding 161.
- the shape of the superconducting coil 7 is arbitrary, and for example, it can be configured with racetrack coils facing each other on either side of the working area SP.
- the magnetic field generated outside the coil is used, so the utilization efficiency of the coil (magnetomotive force) is poor. Therefore, it is preferable to use a saddle-type coil as shown in Figure 2, although the winding work becomes more complicated.
- the return yoke 9 is formed in a substantially cylindrical shape so as to surround the superconducting coil 7 and the iron pole 8, and is disposed coaxially with the power shaft section 25.
- the return yoke 9 has a function of returning the magnetic flux generated by the superconducting coil 7 to the superconducting coil 7 so as to minimize leakage to the outside.
- the iron pole 8 protrudes from the return yoke 9 to the inner periphery and passes through the hollow portion of the superconducting coil 7.
- the magnetic field generating source 24 is formed in a substantially cylindrical shape that surrounds the outer periphery of the power shaft section 25.
- the thermally insulated load support 26 is attached to the power shaft portion 25 and supports while insulating the magnetic field source 24. This allows the rotary magnet 20, which includes the magnetic field source 24, the power shaft portion 25, and the thermally insulated load support 26, to rotate relative to the vessel 30.
- the object to be heated 12 is placed into the working area SP from one end side of the power shaft section 25 (for example, the upper end side in the figure).
- the object to be heated 12 is then heated and melted by the rotating magnet 20, and the molten object to be heated 12 is removed from the other end side of the power shaft section 25 (the lower end side in the same figure). This allows the heating device 100 to continuously melt the object to be heated 12.
- rotation axis L1 and conveying axis L2 the rotation axis of the power shaft unit 25
- L1 first axis
- conveying axis L2 second axis
- the rotation axis L1 and the conveying axis L2 are aligned, but they do not necessarily have to be aligned.
- the rotation axis L1 and the conveying axis L2 are approximately parallel to each other.
- the magnetic field source 24 generates a magnetic field in a direction roughly perpendicular to the transport axis L2.
- the positional relationship of the magnetic field source 24 with respect to the object to be heated 12 changes, which induces eddy currents inside the metallic object to be heated 12, heating the object to be heated 12.
- a rotating magnetic field is applied to the working area SP, and an induced current that shields this rotating magnetic field is induced inside the object to be heated 12.
- the object to be heated 12 is then heated from within by Joule heating due to the electrical resistance of the object to be heated 12.
- the frequency f becomes too high, the skin depth ⁇ becomes small, so that eddy currents flow almost exclusively on the surface of the heated object 12. Therefore, although it depends on the material and shape of the heated object 12, it is desirable to set the frequency f to 10 [Hz] or less.
- the rotation speed of the rotating magnet 20 that realizes the frequency f is 60 ⁇ f/p [rpm].
- the current induced inside the heated object 12 is proportional to the rate of change (dB/dt) of the magnetic field B (not shown), it is desirable to increase the rate of change (dB/dt) in order to heat the heated object 12.
- a superconducting magnet In order to induce a current in the heated object 12 large enough to heat it, it is preferable to increase the amplitude of the fluctuating magnetic field, and a superconducting magnet is used to obtain this magnetic field.
- Superconducting magnets must be operated at a temperature well below the critical temperature of the superconducting material (the temperature at which superconducting properties are expressed), and are usually housed inside a vacuum insulated container (cryostat) and cooled and operated using a refrigerator or refrigerant.
- the heat insulating load support 26 is configured to be zigzag using a material with low thermal conductivity such as alumina FRP or stainless steel.
- the magnetomotive force of the superconducting coil 7 is effectively utilized, and the magnetic field strength in the working area SP can be increased. Furthermore, the magnetic shielding effect of the return yoke 9 makes it possible to reduce the leakage magnetic field of the heating device 100. In this way, by including the return yoke 9 in the magnetic field generating source 24 and moving it integrally with the superconducting coil 7, the return yoke 9 is not subjected to a fluctuating magnetic field.
- the housing 32 of the container 30 includes a cylindrical portion 32a formed in a substantially cylindrical shape and a pair of annular portions 32b formed in an annular shape.
- the cylindrical portion 32a is formed in a substantially cylindrical shape so as to surround the outer periphery of the magnetic field generating source 24.
- a pair of annular portions 32b are joined to both ends of the cylindrical portion 32a, and the power shaft portion 25 of the rotary magnet 20 is inserted into the hollow portion of the annular portions 32b.
- the heat insulating layer 34 is formed so as to cover the inner surfaces of the cylindrical portion 32a and the annular portions 32b.
- the rotating magnet 20 includes the superconducting coil 7
- a cryostat is required that can rotate the superconducting coil 7 while cooling it and keeping it cool.
- the container 30 functions as a cryostat.
- an insulating vacuum layer, insulating foam, or the like can be used as the insulating layer 34 formed on the container 30. In this way, the insulating layer 34 provided on the container 30 and the insulating layer 28 provided on the power shaft section 25 reduce the intrusion of heat from the outside into the inside of the container 30.
- the inside of the container 30 is filled with a refrigerant gas (not shown) such as helium gas, and the superconducting coil 7 is cooled via this refrigerant gas.
- a refrigerant gas such as helium gas
- the cooling method is not particularly limited. For example, it is possible to directly introduce the cooling gas from a port (not shown) provided in the stationary container 30.
- a refrigerator (not shown) is attached to the container 30 and the refrigerant gas is cooled via a heat exchanger.
- a rotatable seal is enclosed between the power shaft section 25 and the container 30 (not shown). It is preferable to use a magnetic fluid as a seal between the container 30 filled with refrigerant gas and the power shaft section 25. However, depending on the dimensions of the seal and the rotation speed, it is also possible to use an elastomer seal.
- the operation method of the superconducting coil 7 is preferably a persistent current mode operation.
- the persistent current mode operation is one of the operation (excitation) methods of the superconducting coil 7, in which the superconducting coil 7 and the excitation circuit (not shown) are made of superconducting wires, and a superconducting closed circuit is formed including the connection part and operated. That is, this operation method utilizes the fact that the current inputted into the superconducting closed circuit does not decay so much that it can be considered to flow forever.
- PCS persistent current switch
- the persistent current switch When inputting or outputting a current into or from the superconducting closed circuit, the persistent current switch is in a normal conducting state to input or output the current. After that, once a current is inputted into the superconducting closed circuit, the current continues to flow forever, so there is no need to supply a current from an outside source.
- the excitation circuit for the superconducting coil 7 is omitted.
- This excitation circuit is, for example, an excitation cable laid along the power shaft section 25, and supplies current to the superconducting coil 7.
- the power supply can be disconnected. Therefore, it is advisable to connect an external power supply to the rotating magnet 20 while it is stationary, and remove the power supply after exciting the superconducting coil 7.
- the method of operation of the superconducting coil 7 is not limited to the persistent current mode operation, and the rotating magnet 20 may be operated by constantly supplying current from an external power source when rotating. In this case, it is recommended to install a slip ring (not shown) on the power shaft portion 25 to supply current.
- ⁇ Methods for reducing leakage magnetic fields> In order to deploy the rotating magnet type heating device 100 at a manufacturing site, it is preferable to reduce the leakage magnetic field. If the heating device 100 is brought into a manufacturing site without limiting the leakage magnetic field, an accident may occur in which the surrounding magnetic material is attracted. In addition, the fluctuating leakage magnetic field may generate eddy currents in the surrounding metal, causing it to heat up. Therefore, it is preferable to provide a magnetic shield to reduce the leakage magnetic field. As a form of the magnetic shield, it is possible to place a ferromagnetic material around the periphery of the superconducting coil 7 so that the magnetic flux created by the superconducting coil 7 is closed. This is called a passive shield. It is also possible to place an electromagnet, i.e., a shield coil, on the outside of the coil so that the magnetic field created by the superconducting coil 7 is opposite to the magnetic field created outside the coil. This is called an active shield.
- a passive shield When applying a passive shield, a generally continuous piece of iron is placed so that the magnetic flux leaking outside the superconducting coil 7 is closed, but the shape of the shield is arbitrary.
- the shield is preferably installed so that it moves (rotates) at the same speed as the rotating superconducting coil 7. This is because, if the passive shield is stationary and exposed to the fluctuating magnetic field caused by the rotating superconducting coil 7, the passive shield will be heated by this fluctuating magnetic field.
- the passive shield may be installed either inside the vessel 30, i.e., in the low temperature region, or outside in the room temperature region. However, it is preferable that the shield moves synchronously so as not to sense changes in the magnetic field generated by the rotating superconducting coil 7.
- the simplest implementation is to configure the passive shield so as to be supported integrally with the superconducting coil 7 and the power shaft section 25. In the configuration shown in FIG. 1, an iron pole 8 and a return yoke 9 are provided for the superconducting coil 7, which function as a passive shield to reduce leakage magnetic fields and to enhance the magnetic field in the working region SP.
- the heating device 100 of the present embodiment is not only useful for melting the object to be heated 12 but can also be used for various other purposes, for example, as described below. The same applies to the modified examples and other embodiments described later.
- Aluminum billet heater The rotating superconducting magnet type heating device 100 of this embodiment can apply a rotating strong magnetic field to the object to be heated 12, thereby making it possible to heat the object to be heated 12 rapidly and uniformly, and can be applied as a billet heater for aluminum extrusion molding.
- the rotating superconducting magnet type heating device 100 of this embodiment can move the magnetic field generating source 24 even when the object to be heated 12 itself is not moving. This makes it possible to avoid a state in which the object to be heated 12 becomes unable to be heated even if it softens due to a rise in temperature and is deformed by centrifugal force, and it is possible to melt the object to be heated 12. This makes it possible to directly supply molten aluminum to a die casting machine, etc.
- the rotating superconducting magnet type heating device 100 can also be used as a mold heater or a sand mold heater.
- the object to be heated 12 may be transported along the transport axis L2, or the object to be heated 12 may simply extend along the transport axis L2 without being transported.
- the fifth embodiment (see FIG. 18) described below has a magnetic field generating source on one side, which provides excellent access to the work area. This allows the heated object 12 to be heated efficiently.
- the fifth embodiment in particular can be used in aluminum casting processes that use metal molds and sand molds.
- a manufacturing process can be provided that is high quality and has an excellent yield, even for products with complex shapes.
- the configuration of the superconducting coil 7 is not limited to that shown in FIG. 2, and various modified examples are applicable.
- 3 is a schematic perspective view of a superconducting coil 7b in the modified example 1-1.
- a superconducting coil 7b is used instead of the superconducting coil 7, but the other configurations are the same as those in the first embodiment (see FIG. 1).
- the superconducting coil 7b includes windings 165 and 166 called "CCT (canted cosine theta) coils.” These are formed by winding a superconducting wire obliquely around a cylindrical shape (no reference number) shown by a dashed line.
- FIG. 4 is a schematic plan view of superconducting coil 7b in the 1-1 modified example.
- the open arrows (without a symbol) indicate the direction of the magnetic field formed by the windings 165, 166.
- a dipole magnetic field that is also used for beam transportation and the like is formed in the portion where the windings 165, 166 overlap.
- the object to be heated 12 can be urged in the direction of the rotation axis L1, and the object to be heated 12 can be transported along the rotation axis L1.
- ⁇ Modification 1-2> 5 is a schematic cross-sectional view of a superconducting coil 7c in the modified example 1-2.
- a superconducting coil 7c is used instead of the superconducting coil 7, but the other configurations are the same as those in the first embodiment (see FIG. 1).
- the superconducting coil 7c is formed by winding a superconducting wire in an annular shape, and its winding central axis L3 (third axis) is inclined and intersects with the rotation axis L1 and the transport axis L2. Assuming that the object 12 to be heated is subjected to magnetic field fluctuations due to the movement of the rotating magnet 20 (see FIG. 1), there is less need to impose restrictions on the magnetic field distribution shape and the direction of the magnetic field.
- a strict magnetic field distribution like that of a two-pole magnet for beam transport is not necessarily required, and there is no need to combine two obliquely wound coils (CCT coils) as shown in Figure 4. Therefore, as shown in Figure 5, a magnetic field oblique to the rotation axis L1 may be formed using a single obliquely wound coil, superconducting coil 7c.
- the magnetic field at the center of superconducting coil 7b is oriented perpendicular to rotation axis L1 and transport axis L2.
- the magnetic field is strengthened by overlapping windings 165, 166, the magnetic flux in the direction of rotation axis L1 cancels each other out, so the magnetic field is weaker at the end of superconducting coil 7b.
- the magnetic flux cancels out, so the utilization efficiency of the coil magnetomotive force is reduced.
- FIG. 6 is a schematic perspective view of a superconducting coil 7a in the first modified example.
- the superconducting coil 7a is provided along the rotation axis L1 and includes three superconducting coils 7c arranged in parallel. Each of these superconducting coils 7c is similar to that shown in Fig. 5.
- the winding central axes L3 (see Fig. 5) of these superconducting coils 7c are inclined obliquely with respect to the rotation axis L1, similar to that of Fig. 5.
- the superconducting coil 7a is used instead of the superconducting coil 7, but the other configurations are similar to those of the first embodiment (see Fig. 1).
- the generated magnetic field can be strengthened in comparison with the superconducting coil 7c shown in FIG.
- the iron pole 8 and the return yoke 9 are provided for the superconducting coil 7, which reduces the leakage magnetic field and strengthens the magnetic field in the working region SP.
- the superconducting coil 7a shown in Fig. 6 is applied, a configuration suitable for this is desired.
- ⁇ Modification 1-4> 7 is a schematic perspective view of a main part of the 1-4th modified example.
- the main part includes the superconducting coil 7a and the passive shield 50 in the 1-3th modified example.
- the superconducting coil 7a and the passive shield 50 are applied instead of the superconducting coil 7, but the other configurations are the same as those in the first embodiment (see FIG. 1).
- the passive shield 50 is formed in a substantially cylindrical shape, and the superconducting coil 7a is inserted on its inner periphery.
- the leakage magnetic field from the superconducting coil 7a is to be reduced by only a passive shield 50 (magnetic shield), a large amount of iron is required to construct the passive shield 50. Depending on the application of the heating device 100, this may be too heavy to be tolerated. In that case, it is better to apply an active shield in which a coil (not shown) is placed to create a magnetic field in the opposite direction to the magnetic field created outside the working area by the superconducting coil 7a. Methods for constructing an active shield are generally well known and will not be described in detail here, but any active shield can be used in this modified example.
- ⁇ Modification 1-5> 8 is a schematic cross-sectional view of a superconducting coil 61 in Modification 1-5.
- a superconducting coil 61 is used instead of the superconducting coil 7, but the other configuration is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1).
- the superconducting coil 61 includes two opposing main coils 17 and shield coils 18 disposed on both sides thereof. Both the main coils 17 and the shield coils 18 are racetrack coils.
- a rotary magnet 20 applied to the heating device 100 is a magnetic field generation source that generates a magnetic field transverse to the conveying axis L2 (see FIG. 1).
- one magnet configuration method that can efficiently generate a magnetic field, easily configure a magnet, and provide a magnetic shielding effect is a magnet configuration method with coils arranged as shown in Figure 8.
- the working area SP is the area surrounded by the main coil 17 and shield coil 18.
- the main coil 17 and shield coil 18 are shown in cross-sectional shape with the transverse section of the coil arrangement as the cutting surface.
- the white arrow (without a symbol) indicates the direction of the magnetic field.
- two opposing main coils 17 apply a magnetic field to the working area SP.
- the shield coils 18 arranged on either side apply a magnetic field in the opposite direction to the main coils 17 to the external space. This allows the shield coils 18 to act as an active shield, blocking out leakage magnetic fields.
- the shield coils 18 are arranged to the side of the working area SP, and the current on the working area SP side of the shield coils 18 creates a magnetic field in the working area SP that is in the same direction as the main coils 17.
- the magnet configuration shown in Figure 8 can be realized with a simple racetrack coil rather than a three-dimensional coil such as a saddle coil. This makes it easy to manufacture the magnet, while the current close to the working area SP of each coil generates an effective magnetic field for the working area SP, making it the most efficient configuration. Furthermore, by balancing the amount of magnetic flux in the main coil 17 and the amount of magnetic flux in the shield coil 18, the sum of the magnetic moments of the superconducting coil 61 as viewed from a distance can be made zero, making it possible to reduce the leakage magnetic field.
- ⁇ Modification 1-6> 9 is a schematic cross-sectional view of a superconducting coil 62 in Modification 1-6.
- a superconducting coil 62 is used instead of the superconducting coil 7, but the other configuration is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1).
- the superconducting coil 62 includes two opposing main coils 17 and shield coils 18 arranged on both sides thereof.
- the main coils 17 and the shield coils 18 are both configured in the same manner as shown in Fig. 8.
- the superconducting coil 62 includes a rectangular frame-shaped yoke 92 (magnetic shield) and a pair of magnetic poles 82 formed integrally with the yoke 92.
- the shield coil 18 functions as an active shield. Furthermore, the yoke 92 and the magnetic pole 82 function as a passive shield. In this way, by using an active shield and a passive shield together, a magnetic field can be generated in the working area SP at low cost.
- ⁇ Modification No. 1-7> 10 is a schematic cross-sectional view of a superconducting coil 63 in Modification 1-7.
- a superconducting coil 63 is used instead of the superconducting coil 7, but the other configuration is similar to that of the first embodiment (see FIG. 1).
- the superconducting coil 63 includes a pair of main coils 17 , an octagonal frame-shaped yoke 93 (magnetic shield), and a pair of magnetic poles 83 formed integrally with the yoke 93 .
- the configuration shown in FIG. 9 required a total of four coils, but the configuration shown in FIG. 10 can generate a magnetic field in the working area SP using two coils, i.e., the main coil 17.
- the amount of iron used in the yoke 92 can be reduced compared to the yoke 93 in FIG. 10, making it possible to reduce the overall weight.
- the configuration shown in FIG. 10 can reduce the number of coils. Therefore, it is advisable to select the optimal configuration depending on the required size and magnetic field strength of the working area SP, the allowable weight of the rotating magnet 20 (see FIG. 1), the allowable amount of leakage magnetic field, etc.
- the heating device 150 is a rotary magnet type heating device, and similar to the heating device 100 of the first embodiment (see FIG. 1), includes a rotary magnet 20, a container 30, and a motor 40.
- the rotary magnet 20 includes a magnetic field generating source 24, a power shaft portion 25, and a heat-insulating load support 26.
- the container 30 includes a housing 32 and a heat-insulating layer 34.
- the motor 40 drives the rotary magnet 20 to rotate.
- the magnetic field generating source 24 also includes a superconducting coil 7-1 (first coil), a superconducting coil 7-2 (second coil), an iron pole 8, and a return yoke 9.
- the power shaft section 25 is formed in a roughly cylindrical shape, and a roughly cylindrical space that is part of the internal space thereof becomes a working area SP that heats the metallic object to be heated 12.
- a pair of superconducting coils 7-1 and 7-2 are applied in addition to the iron pole 8 and the return yoke 9 (magnetic shield). That is, the superconducting coils 7-1 and 7-2 are configured so that the magnetic fields are directed in opposite directions so that the sum of the magnetic moments of the rotating magnet 20 becomes zero.
- FIG. 12 is a schematic perspective view of superconducting coils 7-1 and 7-2 in the second embodiment.
- the superconducting coils 7-1 and 7-2 respectively include windings 161 and 162.
- the configurations of the windings 161 and 162 are similar to those in the first embodiment (see FIG. 2).
- the superconducting coils 7-1 and 7-2 are arranged such that their central axes coincide with the rotation axis L1 (see FIG. 11).
- FIG. 13 is a schematic side view of superconducting coils 7-1 and 7-2 in the second embodiment.
- the open arrows (without symbols) indicate the direction of the magnetic field generated by the superconducting coils 7-1 and 7-2.
- the directions of the magnetic fields generated by the superconducting coils 7-1 and 7-2 are both perpendicular to the rotation axis L1 and opposite to each other. That is, the excitation circuit (not shown) in this embodiment is configured to generate a magnetic field with the direction shown in the figure. Since the directions of the magnetic fields generated by the superconducting coils 7-1 and 7-2 are opposite to each other, the sum of the magnetic moments is zero. Therefore, when viewed from a distance (a point at infinity), this is equivalent to there being no magnetic field source, and the leakage magnetic field can be reduced.
- heating devices 150 of the second embodiment are connected in cascade.
- a plurality of cascaded heating devices 150 are referred to herein as a "heating device assembly.”
- the heating device assembly heats the object 12, which is a metal material, quickly and uniformly by gradually increasing the temperature of the object 12. That is, the object 12 can be continuously fed into one end of the heating device assembly, and the molten object 12 can be continuously removed from the other end.
- the temperature of the heated object 12 increases as it moves inside the heating device assembly.
- the higher the temperature the higher the resistance temperature coefficient.
- the amount of heat generated increases in proportion to the square of the rate of change of the magnetic field (dB/dt), and decreases in inverse proportion to the electrical resistance of the heated object 12. Therefore, in order to maintain the amount of heat generated, it is preferable to increase the rate of change of the magnetic field as the temperature of the heated object 12 increases.
- the above-mentioned formula (1) for calculating the skin depth ⁇ includes the product of the electrical conductivity ⁇ , i.e., the reciprocal of the electrical resistance, and the frequency f.
- the skin depth ⁇ does not change.
- the amount of heat generated by the heated object 12 increases in proportion to the square of the rotation speed of the magnetic field. Therefore, in a heating device assembly, it is preferable to increase the rotation speed of the heating device 150 located further downstream. This allows the heating device assembly to heat and melt the heated object 12 in a short period of time.
- the same reference numerals are used to designate parts corresponding to those in the other embodiments described above, and the description thereof may be omitted.
- the overall configuration of the heating device in the third embodiment is similar to that in the second embodiment (see FIG. 11).
- two stages of superconducting coils 7-1 and 7-2 are applied as superconducting coils in the direction of the rotation axis L1
- four stages of superconducting coils are applied.
- the superconducting coils 7-1 and 7-2 similar to those in the second embodiment are applied to the two upstream stages of the four stages.
- two stages of superconducting coils 7d-1 (first coil) and 7d-2 (second coil) shown in FIG. 14 are applied to the downstream side.
- FIG. 14 is a schematic perspective view of superconducting coils 7d-1 and 7d-2 applied to a heating device 160 of the third embodiment.
- the superconducting coils 7d-1 and 7d-2 each have windings 181, 182, 183, and 184. These windings are saddle-shaped coils, and have a shape in which a rectangular frame is curved about 1/4 of the way around the cylindrical circumferential surface (not shown). These windings are arranged at equal intervals along the cylindrical circumferential surface. In other words, the number of poles of the superconducting coils 7d-1 and 7d-2 is "4".
- FIG. 15 is a schematic side view of four stages of superconducting coils 7-1, 7-2, 7d-1, and 7d-2 in a heating device 160 of the third embodiment.
- the object to be heated 12 (see FIG. 11) is inserted from the left side of the superconducting coil 7-1 in FIG. 15. Then, the molten object to be heated 12 is discharged to the right side of the superconducting coil 7d-2.
- the number of poles of the upstream superconducting coils 7-1 and 7-2 is set to "2"
- the number of poles of the downstream superconducting coils 7d-1 and 7d-2 is set to "4", thereby changing the magnetic field at different speeds.
- the rate of change of the magnetic field is increased toward the downstream.
- the number of poles of the superconducting coils is not limited to the above, and various combinations of the number of poles can be applied as long as the number of poles increases toward the downstream side.
- FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a heating device 170 according to the fourth embodiment.
- the heating device 170 is a rotary magnet type heating device, and includes magnetic field generating sources 120A and 120B, which are a pair of upper and lower rotary magnets, a magnetic field generating source support 130, a frame 140, and a motor 40.
- the magnetic field generating source support 130 is formed in a substantially cylindrical shape and supports the magnetic field generating sources 120A and 120B.
- the magnetic field generating sources 120A and 120B are rotatably supported at the upper and lower ends of the magnetic field generating source support 130 via conical roller bearings (not shown).
- the motor 40 rotates the magnetic field generating sources 120A and 120B at the same speed.
- the frame 140 includes legs 141 and supports the magnetic field generating source support 130.
- the rotation axis L1 is an axis that passes through the center of the magnetic field generating sources 120A and 120B.
- the transport axis L2 is an axis that is approximately perpendicular to the rotation axis L1.
- the direction of the transport axis L2 is from the front side to the back side, but this is not limited to this, and another axis that is approximately perpendicular to the rotation axis L1 can be the transport axis L2.
- the magnetic field generating sources 120A and 120B will be described in detail later, but the magnetic field generating sources 120A and 120B generate a magnetic field in the direction indicated by the white arrows (no symbol).
- the working area SP is a flat area sandwiched between the magnetic field generating sources 120A and 120B as illustrated.
- the heated object 12 is inserted into the heating device 170 along the transport axis L2, and the heated object 12 is heated.
- the rotation axis L1 and the transport axis L2 are approximately parallel.
- the heated object 12 is an elongated object such as a cylinder, or when the difference in size between the long and short axes of the cross-sectional shape of the heated object 12 is not large, it is preferable to apply the configurations of the first to third embodiments.
- the heated object 12 is flat, for example as shown in FIG. 16, or when the difference in size between the long and short axes of the cross-sectional shape of the heated object 12 is large, it is preferable to apply the heating device 170 of this embodiment. This is because the shape of the working area SP can be ensured to be close to the shape of the heated object 12.
- FIG 17 is a schematic perspective view of magnetic field generating source 120.
- magnetic field generating source 120 is applied as magnetic field generating sources 120A and 120B in Figure 16.
- Magnetic field generating source 120 comprises an iron yoke 99 (magnetic shield), magnetic poles 88a, 88b, 88c and 88d, and superconducting coils 77a (first coil), 77b (second coil), 77c (first coil) and 77d (second coil).
- Iron yoke 99 is formed in an approximately disk shape, and magnetic poles 88a, 88b, 88c and 88d are formed in a disk or cylinder shape protruding from four equal positions around the circumference of iron yoke 99.
- Superconducting coils 77a, 77b, 77c, and 77d are made by winding superconducting wire in an annular shape around the circumferential surfaces of magnetic poles 88a, 88b, 88c, and 88d, respectively.
- FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a heating device 180 according to the fifth embodiment.
- the heating device 180 is a rotary magnet type heating device, and includes a magnetic field generation source 120A, a magnetic field generation source support 132, a frame 142, and a motor 40.
- the magnetic field generation source support 132 is formed in a substantially cylindrical shape and supports the magnetic field generation source 120A. That is, the magnetic field generation source 120A is rotatably supported at the upper end of the magnetic field generation source support 132 via a conical roller bearing (not shown).
- the motor 40 drives the magnetic field generation source 120A to rotate.
- the frame 142 supports the magnetic field generation source support 132.
- the heating device 180 according to the fifth embodiment is similar to the heating device 170 according to the fourth embodiment with the magnetic field generating source 120B removed.
- the magnetic field generating source 120A is provided on only one side of the magnetic field generating source support 132, so a high degree of freedom is obtained in the installation method of the heating device 180 (the positional relationship between the working area SP and the magnetic field generating source 120A).
- the heating device 180 it is possible to heat the object 12 to be heated by moving the heating device 180 itself.
- FIG. 19 is a schematic diagram of a vacuum die casting apparatus 200 according to the sixth embodiment.
- the vacuum die casting apparatus 200 includes an injection sleeve 211, a plunger 212, a holding furnace 213, a hot water supply pipe 214, a lifting table 215, a coating device 220, an ejection device 230, a mold cavity 250, metal rods 272, 274, mold heating devices 282, 284, and an aluminum melting device 286.
- the mold cavity 250 includes a fixed mold 256 and a movable mold 258, which are molds for metal products (not shown), a fixed platen 252 that mounts and supports the fixed mold 256, and a movable platen 254 that mounts and supports the movable mold 258.
- the injection sleeve 211 is formed in a roughly cylindrical shape and is attached to the fixed mold 256 so as to communicate with the opposing surfaces of the fixed mold 256 and the movable mold 258.
- the plunger 212 is formed in a roughly cylindrical shape and moves back and forth within the injection sleeve 211.
- the metal rods 272, 274 are formed in a cylindrical shape, with one end of each embedded in the fixed mold 256 and the movable mold 258, and the other end protruding from the fixed platen 252 and the movable platen 254.
- the mold heating devices 282, 284 are heating devices according to any of the first to fifth embodiments described above, and heat the metal rods 272, 274, respectively, to heat the fixed mold 256 and the movable mold 258.
- the holding furnace 213 is disposed below the injection sleeve 211 and contains molten metal M.
- the upper end of the supply pipe 214 is connected to a supply port 211a formed in the injection sleeve 211.
- the lower end 214a of the supply pipe 214 is immersed in the molten metal M in the holding furnace 213.
- the aluminum melting device 286 is a heating device according to any one of the first to fifth embodiments described above, and melts the heated object 12, which is aluminum or an aluminum alloy, to produce molten metal M, which is then poured into the holding furnace 213.
- the vacuum pump 240 is connected to the cutoff valve 242 via a pipe 244.
- the cutoff valve 242 is connected to the mold cavity 250. This allows the vacuum pump 240 to reduce the pressure inside the mold cavity 250 to a vacuum state and suck the molten metal M in the holding furnace 213 into the injection sleeve 211.
- the holding furnace 213 is placed on a lifting platform 215, and the level of the molten metal M is kept constant by raising and lowering the lifting platform 215.
- the supply pipe 214 is made of ceramic with a BN coating on the inside to prevent reaction with the molten metal M, and the lower end 214a is orifice-shaped.
- the outer periphery of the supply pipe 214 is surrounded by a heater (not shown), which keeps the supply pipe 214 close to the temperature of the molten metal M.
- the application device 220 includes an arm 222 and a nozzle 221, and applies a release agent made of a water-free synthetic oil to the mold cavity 250.
- the spraying device 230 includes a powder lubricant tank 231 and a nozzle 232, and sprays the powder lubricant onto the injection sleeve 211.
- the heating devices 100, 150, 160, 170, 180 heat the heated object 12 by applying a magnetic field to the working area SP, which is an area where the heated object 12 containing metal is heated, using superconducting coils 7, 7a, 7b, 7c, 7-1, 7-2, 7d-1, 7d-2, 61, 62, 63, 77a, 77b, 77c, 77d wound with superconducting wire, and are provided with a magnetic field generating source 24, 120 that moves relative to the working area SP, and the magnetic field generating source 24, 120 suppresses leakage magnetic field generated by the magnetic field generating source 24, 120 that leaks to the outside, and is provided with a magnetic shield (9, 50, 92, 93, 99) that moves at the same speed as the magnetic field generating source 24, 120.
- a magnetic shield (9, 50, 92, 93, 99
- the superconducting coil operates in a persistent current mode, and it is even more preferable that the motion of the magnetic field generating source 24, 120 is a rotational motion about the first axis (L1). This allows a changing magnetic field to be continuously applied to the working area SP.
- the heated object 12 extends or is transported along the second axis (L2), and it is more preferable that the first axis (L1) and the second axis (L2) are approximately parallel. This makes it easier to handle the heated object 12, for example, when the heated object 12 is a long object.
- the superconducting coils 7a, 7b, and 7c are formed by winding superconducting wire around the third axis (L3) as the central axis of winding, and it is even more preferable that the magnetic field generating source (24) includes superconducting coils 7a, 7b, and 7c whose third axis (L3) and first axis (L1) are not perpendicular to each other. This causes the object to be heated 12 to be biased in the direction of the first axis (L1), and the object to be heated 12 can be transported by the superconducting coils 7a, 7b, and 7c.
- the superconducting coil 7c in which the third axis (L3) and the first axis (L1) are not perpendicular to each other, is provided in multiple locations along the first axis (L1). This makes it possible to strengthen the magnetic field generated by the superconducting coil (7c).
- the superconducting coils 7-1, 7-2, 7d-1, 7d-2, 77a, 77b, 77c, and 77d include a first coil (7-1, 7d-1, 77a, and 77c) that generates a first magnetic field, and a second coil (7-2, 7d-2, 77b, and 77d) that generates a magnetic field in the opposite direction to the first magnetic field.
- the superconducting coils 7-1, 7-2, 7d-1, 7d-2, 77a, 77b, 77c, and 77d include multiple coils that change the magnetic field at different speeds in response to the movement of the magnetic field generating source 24. This allows the heated object 12 to be heated more appropriately depending on the state of the heated object 12.
- the heated object 12 extends or is transported along the second axis (L2), and it is more preferable that the first axis (L1) and the second axis (L2) are substantially perpendicular to each other. This makes it easier to handle the heated object 12, for example, when the heated object 12 is flat.
- the magnetic field generating sources 120A and 120B are arranged opposite each other across the working area SP and are provided in multiple locations so as to move at the same speed. This allows the magnetic field between the magnetic field generating sources 120A and 120B to rotate stably.
- the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various modifications are possible.
- the above-mentioned embodiment is exemplified to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the configurations described.
- the control lines and information lines shown in the figure show those that are considered necessary for explanation, and do not necessarily show all the control lines and information lines necessary on the product. In reality, it may be considered that almost all the configurations are connected to each other. Possible modifications of the above-mentioned embodiment are, for example, as follows.
- a motor 40 is provided outside the magnetic field generating source 24, 120 to rotate the magnetic field generating source 24, 120.
- a coil (not shown) that generates a rotating magnetic field may be provided in the container 30 or the magnetic field generating source support 130, 132, thereby generating a rotational force in the return yoke 9 or iron yoke 99 of the magnetic field generating source 24, 120.
- the magnetic field generating sources 24 and 120 rotate, but they may also reciprocate.
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Abstract
Description
本発明は、加熱装置、アルミニウム溶融装置および金型加熱装置に関する。 The present invention relates to a heating device, an aluminum melting device, and a mold heating device.
今日、軽量で耐食性に優れるアルミニウムまたはアルミニウム合金は様々の製品において構造材料として利用されている。複雑な3次元形状を形成する方法としては鋳造による方法に利点があり、精密な製品を作るためにはアルミダイキャスト鋳造が利用される。アルミダイキャストとは、アルミニウム合金などの溶融金属を金型に注入し圧力をかけて成形する、鋳造方法の一つであり、高精度な優れた鋳物を大量に生産することが可能である。アルミダイキャストを始めとする鋳造方法では、原料となるアルミ合金を一旦溶融させて湯とし、型(金型、砂型)に注入して成形品を得る。 Today, aluminum and aluminum alloys, which are lightweight and highly corrosion-resistant, are used as structural materials in a variety of products. Casting has the advantage of being a method for forming complex three-dimensional shapes, and aluminum die casting is used to create precision products. Aluminum die casting is a casting method in which molten metal such as an aluminum alloy is injected into a mold and shaped under pressure, making it possible to mass-produce high-precision, high-quality castings. In casting methods such as aluminum die casting, the raw aluminum alloy is first melted to form molten metal, which is then injected into a mold (metal mold, sand mold) to obtain the molded product.
これらの鋳造プロセスにおいては、原料の溶融や金型等の予熱などにおいて加熱が必要であり、ガス、電気などを利用して加熱が行われるが、アルミニウム圧延業界においてもカーボンニュートラルへ向けた取り組みが行われており、CO2排出量削減のため加熱プロセスにおける高効率化が要望されている。アルミ押し出しプロセスのアルミビレットの予熱のためにビレットヒータがあり、予熱のために燃焼ガスや高周波誘導加熱などによる方法が一般に行われている。 In these casting processes, heating is required to melt the raw materials and preheat the dies, etc., and is done using gas or electricity, but the aluminum rolling industry is also working towards becoming carbon neutral, and there is a demand for more efficient heating processes to reduce CO2 emissions. Billet heaters are used to preheat aluminum billets in the aluminum extrusion process, and methods such as combustion gas and high-frequency induction heating are commonly used for preheating.
しかし、被加熱物体を表面から炙る燃焼ガスを用いた加熱方法では、均一な加熱が難しい。また、高周波誘導加熱方式ではガスと同様に表面側が温められる傾向が生じ、高周波磁場を発生させるためのコイル(電磁石)および導体でのジュール損失が大きくなる。そこで、下記特許文献1および非特許文献1には、超電導磁石を用いた誘導加熱装置に関する技術が記載されている。これら文献の記述は本願明細書の一部として包含される。
However, it is difficult to achieve uniform heating with heating methods that use combustion gas to heat the surface of the object to be heated. Also, with high-frequency induction heating, the surface tends to heat up just like with gas, resulting in large Joule losses in the coil (electromagnet) and conductor used to generate the high-frequency magnetic field. For this reason,
ところで、上述した技術において、一層適切な誘導加熱を実現したいという要望がある。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、適切な誘導加熱を実現できる加熱装置、アルミニウム溶融装置および金型加熱装置を提供することを目的とする。
However, in the above-mentioned technology, there is a demand for realizing more appropriate induction heating.
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and has an object to provide a heating device, an aluminum melting device, and a mold heating device that can achieve appropriate induction heating.
上記課題を解決するため本発明の加熱装置は、金属を含む被加熱物体を加熱する領域である作業領域に対して、超電導線材を巻回した超電導コイルによって磁場を印加することによって前記被加熱物体を加熱するとともに、前記作業領域に対して運動する磁場発生源を備え、前記磁場発生源は、前記磁場発生源が発生した磁場のうち外部に漏洩する漏洩磁場を抑制するとともに、前記超電導コイルと同一速度で運動する磁気シールドを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the heating device of the present invention heats an object to be heated, including metal, by applying a magnetic field to a working area, which is an area where the object to be heated is heated, using a superconducting coil made of wound superconducting wire, and is characterized in that it is equipped with a magnetic field generating source that moves relative to the working area, and that the magnetic field generating source suppresses leakage magnetic field that leaks to the outside from the magnetic field generated by the magnetic field generating source, and is equipped with a magnetic shield that moves at the same speed as the superconducting coil.
本発明によれば、適切な誘導加熱を実現できる。 The present invention makes it possible to achieve appropriate induction heating.
[実施形態の概要]
非特許文献1に記載された技術を応用すると、超電導磁石の強い磁場を利用した加熱が実現できる。この方法は超電導磁石が作る強い直流磁場中にアルミビレットを挿入し回転させるもので、磁場中で金属(アルミビレット)を運動させることによって金属中に誘導電流を発生させ、その電流で加熱を行なうものである。
[Overview of the embodiment]
Heating can be achieved by utilizing the strong magnetic field of a superconducting magnet by applying the technology described in
超電導の直流磁場の中でアルミビレットを回転させる方式では、磁場強度が大きいために回転周波数を小さくすることができ、表皮効果の影響を受けずにビレット内部まで磁場を侵入させることによって均一な加熱ができる。さらに、アルミビレットを機械的に回転させるために投入されたエネルギーのほとんどを、アルミビレットの発熱に転化されることができる。これにより、ジュール損失を減少させ、効率を大幅に改善することができる。このように、超電導の強い磁場を用いた加熱方法は低炭素化に寄与することから着目されている。 In the method of rotating an aluminum billet in a superconducting DC magnetic field, the rotation frequency can be reduced due to the high magnetic field strength, and uniform heating is possible by allowing the magnetic field to penetrate into the inside of the billet without being affected by the skin effect. Furthermore, most of the energy input to mechanically rotate the aluminum billet can be converted into heat generation in the aluminum billet. This reduces Joule loss and greatly improves efficiency. In this way, heating methods using a strong superconducting magnetic field are attracting attention because they contribute to low carbonization.
しかし、超電導体の作る固定された直流磁場の中で被加熱物体を加熱するためには、被加熱物体を回転させる必要があることから加熱物体の形状は制限を受けることとなる。また、被加熱物体を回転させる必要があるから被加熱物体が溶融すると遠心力による変形や回転力そのものを与えられないこととなる。従って、任意の形状の物体を加熱するためには被加熱物体を固定し、磁石側を回転させる必要がある。例えば、特許文献1に記載された技術を応用すると、被加熱物体の周囲を超電導磁石が回転し磁場を印加することができると考えられる。
However, in order to heat an object to be heated in a fixed DC magnetic field created by a superconductor, the object must be rotated, which places restrictions on the shape of the object to be heated. In addition, because the object to be heated must be rotated, if the object to be heated melts, it will be deformed by centrifugal force and the rotational force itself cannot be applied. Therefore, in order to heat an object of any shape, it is necessary to fix the object to be heated and rotate the magnet side. For example, by applying the technology described in
超電導磁石のような強い磁場発生源を生産プロセスへ導入するためには、その漏洩磁場を漏らさないことが好ましい。そのためには磁性体によるパッシブな磁気シールドや逆向き磁場を発生させるシールドコイルのような手段を講じることが考えられる。特許文献1の技術を応用すると、超電導磁石が外部に作る漏れ磁場を利用し、超電導磁石の外部に設置したコイルによって超電導磁石への駆動力を与えることが可能であると考えられる。仮に、超電導磁石を回転させるための電磁石によってシールド効果を得るためには、超電導磁石が作る磁場と同程度の強い磁場を発生させる必要がある。これは被加熱物体への磁場を弱めることになるから現実的ではない。また、外側コイルにはヨークが設置されていてこのヨークによって磁場をシールドできるようにも見える。しかし、超電導コイルが作る強力な回転磁場をこのヨークが受けることになり、大きな発熱が生じる。
In order to introduce a strong magnetic field source such as a superconducting magnet into a production process, it is preferable to prevent the leakage magnetic field from leaking. To achieve this, measures such as a passive magnetic shield using a magnetic material or a shield coil that generates a reverse magnetic field can be considered. By applying the technology of
そこで、後述する実施形態は、漏洩磁場の小さい超電導磁石を用いた加熱装置を提供するものである。後述する実施形態では、漏洩磁場を低減するために、磁性体による磁気回路(ヨーク)を構成し、この磁気回路と運動する超電導磁石の速度とを一致させる。これにより、漏洩磁場の小さい超電導磁石回転型の誘導加熱装置を実現することができる。 The embodiment described below provides a heating device using a superconducting magnet with a small leakage magnetic field. In the embodiment described below, in order to reduce the leakage magnetic field, a magnetic circuit (yoke) is formed using a magnetic material, and the speed of this magnetic circuit is matched to the speed of the moving superconducting magnet. This makes it possible to realize an induction heating device with a rotating superconducting magnet that has a small leakage magnetic field.
[第1実施形態]
〈第1実施形態の全体構造〉
図1は、第1実施形態による加熱装置100の模式的断面図である。
加熱装置100は回転磁石型の加熱装置であり、回転磁石20と、容器30と、モータ40と、を備えている。回転磁石20は、磁場発生源24と、動力シャフト部25と、断熱荷重支持体26と、断熱層28と、を備えている。また、容器30は、クライオスタットとして機能するものであり、筐体32と、断熱層34と、を備えている。
[First embodiment]
Overall Structure of the First Embodiment
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
The
モータ40は、回転磁石20を回転駆動する。また、磁場発生源24は、超電導コイル7と、鉄磁極8と、リターンヨーク9と、を備えている。動力シャフト部25は、略円筒状に形成され、その内部空間の一部である略円柱状の空間は、金属製の被加熱物体12を加熱する作業領域SPになる。また、動力シャフト部25と、磁場発生源24および断熱荷重支持体26との間には、断熱層28が設けられている。
The
<回転磁石20>
(超電導コイル7)
図2は、超電導コイル7の模式的な斜視図である。
超電導コイル7は、巻線161,162を備えている。巻線161は、一般的に鞍型コイルと呼ばれるものであり、長方形枠を円筒周面(図示せず)に沿って、約半周分湾曲させた形状を備えている。すなわち、この形状に沿って超電導線材を巻回したものである。また、巻線162は、巻線161と同形状に形成され、巻線161に対向して配置されている。
<
(Superconducting coil 7)
FIG. 2 is a schematic perspective view of the
The
但し、超電導コイル7の形態は任意であって、例えばレーストラックコイルを作業領域SPを挟むようにして対向させて構成可能である。このようなレーストラックコイルを対向させる方式ではコイルの外部に作られた磁場を利用することになるため、コイル(起磁力)の利用効率が悪くなる。従って、図2に示したように、巻線作業が煩雑になるものの、鞍型コイルを適用することが好ましい。
However, the shape of the
(鉄磁極8およびリターンヨーク9)
図1に戻り、リターンヨーク9は、超電導コイル7および鉄磁極8を囲むように略円筒状に形成され、動力シャフト部25と同軸を成すように配置されている。リターンヨーク9は、超電導コイル7が作る磁束を、なるべく外部に漏らさないように、超電導コイル7に帰還させる機能を有する。鉄磁極8は、リターンヨーク9から内周側に突出し、超電導コイル7の中空部分を挿通している。これにより、磁場発生源24は、動力シャフト部25の外周を囲む略円筒状に形成されている。
(
Returning to Fig. 1, the
(断熱荷重支持体26)
断熱荷重支持体26は、動力シャフト部25に装着され、磁場発生源24を断熱しつつ支持する。これにより、磁場発生源24と、動力シャフト部25と、断熱荷重支持体26と、を備える回転磁石20は、容器30に対して相対的に回転することが可能になっている。
(Adiabatic Load Support 26)
The thermally insulated
加熱装置100を用いて、被加熱物体12を溶融する場合には、動力シャフト部25の一端側(例えば図中の上端側)から作業領域SPに被加熱物体12を投入する。そして、回転磁石20によって、被加熱物体12を加熱および溶融し、動力シャフト部25の他端側(同、下端側)から、溶融した被加熱物体12を取り出すとよい。これにより、加熱装置100は、被加熱物体12を連続的に溶融することができる。
When using the
(回転軸L1および搬送軸L2)
ここで、動力シャフト部25の回転軸をL1(第1の軸)と呼び、動力シャフト部25に被加熱物体12を挿入する動線を搬送軸L2(第2の軸)と呼ぶ。図示の例において、回転軸L1と搬送軸L2とは一致しているが、両者は必ずしも一致する必要はない。但し、本実施形態において、回転軸L1と搬送軸L2とは、略平行になる。
(Rotation axis L1 and conveying axis L2)
Here, the rotation axis of the
磁場発生源24は、搬送軸L2に対して、概ね直交する方向の磁場を発生する。回転磁石20が回転すると、被加熱物体12に対して磁場発生源24の位置関係が変化し、これによって金属製の被加熱物体12の内部に渦電流を誘起させ、被加熱物体12を加熱する。すなわち、回転軸L1を中心に磁場発生源24が回転運動をすると、作業領域SPには回転磁場が印加されることになり、この回転磁場を遮蔽するような誘導電流が被加熱物体12内部に誘起される。そして、被加熱物体12の電気抵抗によるジュール発熱によって被加熱物体12はその内部から加熱される。
The
(回転磁石20の回転速度)
次に、回転磁石20の回転速度について説明する。
一般的に、変動磁場を金属体に印加する場合、印加磁場が変化する周波数fと、金属体の特性(導電率σ、比透磁率μr)と、に応じて変動磁場が金属体内部に侵入する深さが変化する。金属体内部に侵入した変動磁場の強度が印加された外部変動磁場強度の「1/e」(eはネイピア数=0.2718…)となる深さを表皮深さδと呼び、下式(1)で表される。下式(1)において、μ0は真空中の透磁率である。
(Rotational speed of the rotating magnet 20)
Next, the rotation speed of the
Generally, when a fluctuating magnetic field is applied to a metal body, the depth to which the fluctuating magnetic field penetrates into the metal body changes depending on the frequency f at which the applied magnetic field changes and the properties of the metal body (electrical conductivity σ, relative permeability μr ). The depth at which the strength of the fluctuating magnetic field that has penetrated into the metal body is "1/e" (e is Napier's number = 0.2718...) of the strength of the applied external fluctuating magnetic field is called the skin depth δ, and is expressed by the following formula (1). In the following formula (1), μ0 is the magnetic permeability in a vacuum.
周波数fが高くなり過ぎると、表皮深さδが小さくなるため、被加熱物体12の、ほぼ表面にのみ渦電流が流れることになる。そこで、被加熱物体12の材料や形状にもよるが、周波数fは、10[Hz]以下とすることが望ましい。ここで、回転磁石20の極対数をpとした場合に、周波数fを実現する回転磁石20の回転速度は、60・f/p[rpm]になる。一方、被加熱物体12の内部に誘起される電流は、磁場B(図示せず)の変化速度(dB/dt)に比例するため、被加熱物体12を加熱するためには変化速度(dB/dt)を大きくすることが望ましい。
If the frequency f becomes too high, the skin depth δ becomes small, so that eddy currents flow almost exclusively on the surface of the
加熱するために十分に大きな電流を被加熱物体12に誘起させるためには、変動磁場の振幅を大きくすることが好ましく、その磁場を得るために超電導磁石が適用される。超電導磁石は、超電導材料の臨界温度(超電導特性が発現する温度)よりも十分に低い温度で運転することが必要であり、通常は真空断熱容器(クライオスタット)の内部に収められ、冷凍機や冷媒を利用して冷却・運転される。
In order to induce a current in the
(断熱荷重支持体26)
動力シャフト部25は常温(室温)領域にあり超電導コイル7は極低温状態が維持される必要があるため、動力シャフト部25と超電導コイル7の間には十分な断熱距離が必要となる。そのため断熱荷重支持体26は、アルミナFRPやステンレスなどの熱伝導の小さな材料を用いてつづら折りになるように構成されている。
(Adiabatic Load Support 26)
Since the
本実施形態においては、鉄磁極8と、リターンヨーク9と、を設けたことにより、超電導コイル7の起磁力が有効に利用され、作業領域SPにおける磁場強度を高くすることができる。さらに、リターンヨーク9による磁気シールド効果によって加熱装置100の漏洩磁場を小さく抑制することが可能となる。このように、リターンヨーク9を磁場発生源24に含ませて超電導コイル7と一体で運動させることにより、リターンヨーク9は変動磁場を受けることがない。
In this embodiment, by providing the iron
その結果、リターンヨーク9には、ほとんど電流が誘起されず、誘起電流による発熱も極めて小さくなる。このように、漏洩磁場の小さな回転型の加熱装置100を実現するためには、リターンヨーク9の回転速度と、と磁場の発生源である超電導コイル7の回転速度と、が一致していることが最も好ましい。
As a result, almost no current is induced in the
<容器30>
容器30の筐体32は、略円筒状に形成された円筒部32aと、円環状に形成された一対の円環部32bと、を備えている。円筒部32aは、磁場発生源24の外周側を囲うように略円筒状に形成されている。円筒部32aの両端には一対の円環部32bが接合され、これら円環部32bの中空部には回転磁石20の動力シャフト部25が挿通されている。断熱層34は、円筒部32aおよび円環部32bの内面を覆うように形成されている。
<
The
回転磁石20は超電導コイル7を含むため、超電導コイル7の冷却および冷温維持可能としながら回転可能な、クライオスタットが必要である。上述したように、本実施形態においては、容器30がクライオスタットの機能を果たす。容器30に形成される断熱層34としては、断熱真空層や、断熱フォーム等を適用することができる。このように、容器30に設けられた断熱層34と、動力シャフト部25に設けられた断熱層28と、により、容器30の内部への外部からの熱侵入を低減する。
Since the rotating
容器30の内部にはヘリウムガス等の冷媒ガス(図示せず)が充填され、この冷媒ガスを介して超電導コイル7が冷却される。具体的な冷却方法としては、様々なものが考えられ、冷却方法は特に限定されるものではない。例えば、静止した容器30に設けられたポート(図示せず)から直接的に冷却ガスを導入することが考えられる。また、別の例として、容器30に冷凍機(図示せず)を装着し、熱交換器を介して冷媒ガスを冷却する方法も考えられる。
The inside of the
冷媒ガスが封入され静止した容器30に対して、回転磁石20が回転することから、動力シャフト部25と容器30との間には、回転可能なシールが封入されている(図示せず)。このような冷媒ガスを封入した容器30と動力シャフト部25との間のシールとしては、磁性流体を用いたものを適用すると好ましい。但し、シールの寸法および回転速度によっては、弾性体シールを適用することも可能である。
Since the rotating
<超電導コイル7の運転方法(励磁方法)>
超電導コイル7の運転方法は永久電流モード運転が望ましい。永久電流モード運転とは、超電導コイル7の運転(励磁)方法の一つであり、超電導コイル7および励磁回路(図示せず)を超電導線材で構成し、接続部も含めて超電導の閉回路を構成して運転する方法である。すなわち、この運転方法は、超電導閉回路に投入した電流が永久に流れるとみなせるほど、電流の減衰がおきないことを利用した運転方法である。超電導閉回路に電流を投入するためには、図示せぬ永久電流スイッチ(PCS:persistent current switch)を適用することが好ましい。超電導閉回路への電流の出し入れの際にはこの永久電流スイッチを常電導状態にて電流の出し入れを行う。その後、一度電流が超電導閉回路に投入されたならば永久的に電流が流れ続けるため、外部からの電流の供給は不要になる。
<Method of operating the superconducting coil 7 (method of exciting the coil)>
The operation method of the
図1において、超電導コイル7に対する励磁回路は図示を省略する。この励磁回路は、例えば動力シャフト部25に沿って励磁用のケーブルを敷設したものであり、超電導コイル7に電流供給するものである。永久電流モード運転では、超電導コイルに一度電流を供給したならば、電源は切り離すことが可能である。従って、回転磁石20は、静止させた状態で外部電源を連結し、超電導コイル7を励磁した後に電源を取り外すとよい。
In FIG. 1, the excitation circuit for the
これにより、回転状態の磁場発生源24に対して特別な電流導入回転端子などを設ける必要はない。但し、超電導コイル7の運転方法は永久電流モード運転に限定されるものでなく、回転磁石20の回転時に常に外部電源から電流を供給して運転してもよい。この場合には動力シャフト部25にスリップリング(図示せず)を設置して電流を供給するとよい。
As a result, there is no need to provide a special current-introducing rotating terminal for the rotating magnetic
<漏洩磁場低減方法>
回転磁石型の加熱装置100を製造現場に配備するためには漏洩磁場を低減することが好ましい。仮に、漏洩磁場を小さく制限することなく、加熱装置100を製造現場に持ち込むと、周辺の磁性体を吸着するような事故が発生し得る。また、変動漏洩磁場が周囲の金属に対して渦電流を発生させて加熱させることがある。従って、漏洩磁場を低減するための磁気シールドを備えることが好ましい。磁気シールドの形態としては、超電導コイル7の作る磁束が閉じるように強磁性体を超電導コイル7の外周に配置することが考えられる。これをパッシブシールドと呼ぶ。また、超電導コイル7がその外部に作る磁場と逆向きの磁場を作るようにコイルの外側に電磁石すなわちシールドコイルを配置することも考えられる。これをアクティブシールドと呼ぶ。
<Methods for reducing leakage magnetic fields>
In order to deploy the rotating magnet
パッシブシールドを適用する場合は、超電導コイル7の外側に漏れた磁束が閉じるように概連続した鉄を配置することとなるが、その形状は任意である。このシールドの設置方法としては、回転する超電導コイル7に対して同一速度で運動(回転)するように設置することが好ましい。これは、パッシブシールドが静止している場合には、回転する超電導コイル7によって変動磁場にさらされると、この変動磁場によってパッシブシールドが加熱されるためである。
When applying a passive shield, a generally continuous piece of iron is placed so that the magnetic flux leaking outside the
パッシブシールドの設置される位置は容器30の内側、すなわち低温領域、もしくは外側の室温領域のどちらに配置されてもよい。但し、回転する超電導コイル7の作る磁場の変化を感じないように、シールドは同期して運動することが好ましい。最も簡単な実装は、超電導コイル7や動力シャフト部25と一体支持されるようにパッシブシールドを構成することである。
図1に示した構成では、超電導コイル7に対し鉄磁極8およびリターンヨーク9が設けられているため、これらがパッシブシールドとして機能し、漏洩磁場を低減するとともに、作業領域SPの磁場を増強する役割を果たしている。
The passive shield may be installed either inside the
In the configuration shown in FIG. 1, an
<本実施形態の他の用途>
本実施形態の加熱装置100は、被加熱物体12を溶融するのみならず、例えば以下のように種々の用途に適用できる。なお、後述する変形例および他の実施形態についても同様である。
・アルミビレッドヒータ:本実施形態による回転超電導磁石型の加熱装置100は、回転強磁場を被加熱物体12に印加できることから、被加熱物体12を急速にかつ均一に加熱することが可能であり、アルミ押し出し成形用のビレットヒータに適用することが可能である。
<Other uses of this embodiment>
The
Aluminum billet heater: The rotating superconducting magnet
・アルミ溶融用ヒータ:本実施形態による回転超電導磁石型の加熱装置100は、被加熱物体12が静磁場中を運動する加熱方式とは異なり、被加熱物体12体が運動しない場合であっても、磁場発生源24を運動させることができる。これにより、被加熱物体12が温度上昇することによって軟化して遠心力によって変形しても加熱不能となる状態を避けることができ、被加熱物体12を溶融させることが可能である。これにより、ダイキャストマシンなどに、アルミ溶湯を直接的に供給することが可能である。
- Aluminum melting heater: Unlike heating methods in which the object to be heated 12 moves in a static magnetic field, the rotating superconducting magnet
・金型ヒータ、砂型ヒータ:本実施形態による回転超電導磁石型の加熱装置100は、金型ヒータまたは砂型ヒータとしても適用可能である。この場合、搬送軸L2に沿って、被加熱物体12を延在させておくとよい。換言すれば、加熱装置100においては、搬送軸L2に沿って被加熱物体12を搬送してもよく、搬送軸L2に沿って被加熱物体12を搬送することなく、単に延在させてもよい。
- Mold heater, sand mold heater: The rotating superconducting magnet
特に後述する第5実施形態(図18参照)のものは、片側の磁場発生源を備えることにより、特に作業領域へのアクセスが優れている。これにより、被加熱物体12を効率的に加熱することが可能になる。これにより、特に第5実施形態のものは、例えば金型や砂型を利用するアルミ鋳造プロセスにおいて利用することができる。また、これまで加熱手段のなかった砂型に対しても、注ぎ込んだ溶湯に対して加熱を行うことが可能であることから、複雑な形状の製品であっても品質良く、かつ、歩留まりに優れた製造プロセスを提供できる。
In particular, the fifth embodiment (see FIG. 18) described below has a magnetic field generating source on one side, which provides excellent access to the work area. This allows the
<第1-1変形例>
超電導コイル7の構成は、図2に示したものに限られず、種々の変形例のものが適用可能である。
図3は、第1-1変形例における超電導コイル7bの模式的な斜視図である。本変形例においては、超電導コイル7に代えて超電導コイル7bが適用されるが、他の構成は第1実施形態のもの(図1参照)と同様である。
超電導コイル7bは、「CCT(canted cosine theta;長傾斜-余弦-θ)コイル」と称される巻線165,166を備えている。これらは、破線で示す円筒形状(符号なし)に沿って、超電導線材を斜めに巻回したものである。
<Modification 1-1>
The configuration of the
3 is a schematic perspective view of a
The
図4は、第1-1変形例における超電導コイル7bの模式的な平面図である。
図4において、白抜きの矢印(符号なし)は、巻線165,166が形成する磁場の方向を示している。図示のように、超電導コイル7bの平面視において、巻線165,166が重なる部分には、ビーム輸送用等にも用いられる2極磁場が形成される。これにより、ビーム輸送等と同様の原理により、被加熱物体12を回転軸L1の方向に付勢し、回転軸L1に沿って被加熱物体12を搬送することができる。
FIG. 4 is a schematic plan view of
In Fig. 4, the open arrows (without a symbol) indicate the direction of the magnetic field formed by the
<第1-2変形例>
図5は、第1-2変形例における超電導コイル7cの模式的な断面図である。本変形例においては、超電導コイル7に代えて超電導コイル7cが適用されるが、他の構成は第1実施形態のもの(図1参照)と同様である。
超電導コイル7cは、超電導線材を円環状に巻回したものであり、その巻回中心軸L3(第3の軸)は、回転軸L1および搬送軸L2に対して傾斜して交差している。回転磁石20(図1参照)の運動によって被加熱物体12が磁場変動を受けることを前提とすると、磁場分布形状や磁場の向きというものに、制約を設ける必要が小さくなる。
<Modification 1-2>
5 is a schematic cross-sectional view of a
The
すると、ビーム輸送用の2極磁石のように厳密な磁場分布は必ずしも必要なくなるため、図4に示したように斜め巻きコイル(CCTコイル)コイルを2つ組み合せる必要もなくなる。従って、図5に示すように、一つの斜め巻きコイルである超電導コイル7cを用いて、回転軸L1に対して斜めの磁場を形成してもよい。
In this case, a strict magnetic field distribution like that of a two-pole magnet for beam transport is not necessarily required, and there is no need to combine two obliquely wound coils (CCT coils) as shown in Figure 4. Therefore, as shown in Figure 5, a magnetic field oblique to the rotation axis L1 may be formed using a single obliquely wound coil,
再び図4を参照すると、超電導コイル7bの中心部の磁場の向きは、回転軸L1および搬送軸L2に対して直交する。また、巻線165,166の重ね合わせによって磁場は増強されるものの、回転軸L1の方向の磁束は互いに打ち消し合うことから、超電導コイル7bの端部側では、磁場が小さくなる。このように、二つの巻線165,166をクロスさせて回転磁石20を構成すると、磁束の打ち消しが生じることから、コイル起磁力の利用効率が低くなる。
Referring again to FIG. 4, the magnetic field at the center of
これに対して、図5に示したように、一つの斜め巻きコイルである超電導コイル7cを適用することにより、図4のような磁束の打ち消しは発生しない。これによって、コイル起磁力の利用効率を高めることができ、磁場を作用させる作業領域SP(図1参照)を大きくすることができる。
In contrast, as shown in Figure 5, by using a
<第1-3変形例>
図6は、第1-3変形例における超電導コイル7aの模式的な斜視図である。
図6において、超電導コイル7aは、回転軸L1に沿って設けられ、平行に配置された3個の超電導コイル7cを備えている。これら個々の超電導コイル7cは、図5に示したものと同様である。そして、これら超電導コイル7cの巻回中心軸L3(図5参照)は、図5のものと同様に、回転軸L1に対して斜めに傾斜している。本変形例においては、超電導コイル7に代えて超電導コイル7aが適用されるが、他の構成は第1実施形態のもの(図1参照)と同様である。
<Modification 1-3>
FIG. 6 is a schematic perspective view of a
In Fig. 6, the
超電導コイル7aを適用することにより、図5に示した超電導コイル7cと比較して、発生する磁場を増強できる。
ところで、上述したように、図1に示した構成では、超電導コイル7に対し鉄磁極8およびリターンヨーク9が設けられているため、これによって漏洩磁場を低減するとともに、作業領域SPの磁場を増強することができる。しかし、図6に示した超電導コイル7aを適用する場合には、これに適した構成が望まれる。
By using the
As described above, in the configuration shown in Fig. 1, the
<第1-4変形例>
図7は、第1-4変形例の要部の模式的な斜視図である。当該要部には、第1-3変形例における超電導コイル7aと、パッシブシールド50と、を含む。本変形例においては、超電導コイル7に代えて超電導コイル7aおよびパッシブシールド50が適用されるが、他の構成は第1実施形態のもの(図1参照)と同様である。
図7において、パッシブシールド50は、略円筒状に形成され、その内周側に超電導コイル7aが挿入されている。この構成では、作業領域内、すなわち超電導コイル7aの内側の領域に1.5~3.0Tの磁場を発生させながら、磁石中心から約2m離れた地点での漏洩磁場を5ガウス以下とすることが可能である。
<Modification 1-4>
7 is a schematic perspective view of a main part of the 1-4th modified example. The main part includes the
7, the
超電導コイル7aからの漏洩磁場を、パッシブシールド50(磁気シールド)のみによって低減しようとすると、パッシブシールド50を構成するために大量の鉄を必要とする。これは、加熱装置100の用途によっては、重量が大きくなり過ぎて許容できないことがある。その場合は、超電導コイル7aが作業領域の外側に作る磁場に対して、逆向きの磁場を作るコイル(図示せず)を配置する、アクティブシールドを適用するとよい。アクティブシールドの構成方法は一般によく知られておりここでは詳細については説明しないが、本変形例では任意のアクティブシールドを利用することができる。
If the leakage magnetic field from the
<第1-5変形例>
図8は、第1-5変形例における超電導コイル61の模式的な断面図である。本変形例においては、超電導コイル7に代えて超電導コイル61が適用されるが、他の構成は第1実施形態のもの(図1参照)と同様である。
図8において、超電導コイル61は、二つの対向するメインコイル17と、その両脇に配置されたシールドコイル18と、を備えている。メインコイル17およびシールドコイル18は、何れもレーストラックコイルである。
図1に示したように、加熱装置100に適用される回転磁石20は、搬送軸L2(図1参照)に対して横向きの磁場を発生させる磁場発生源である。
<Modification 1-5>
8 is a schematic cross-sectional view of a
8, the
As shown in FIG. 1, a
この種の磁場発生源において、効率良く磁場を発生させ、簡便に磁石を構成でき、かつ、磁気シールド効果を持たせる磁石構成方法の一つが、図8のようなコイル配置とする磁石構成方法である。作業領域SPは、これらメインコイル17およびシールドコイル18に囲まれた領域になる。図8において、メインコイル17およびシールドコイル18は、コイルの配置の横断面を切断面とする断面形状で示している。また、白抜きの矢印(符号なし)は磁場の向きを示している。
In this type of magnetic field source, one magnet configuration method that can efficiently generate a magnetic field, easily configure a magnet, and provide a magnetic shielding effect is a magnet configuration method with coils arranged as shown in Figure 8. The working area SP is the area surrounded by the
図8において、二つの対向するメインコイル17が作業領域SPに磁場を印加している。両脇に配置したシールドコイル18は、外部空間に対してメインコイル17とは逆向きの磁場を印加する。これにより、シールドコイル18は、アクティブシールドとして、漏洩磁場を遮蔽する効果を奏する。シールドコイル18は作業領域SPに対して横の位置に配置されており、シールドコイル18の作業領域SP側の電流は、作業領域SPにおいて、メインコイル17と同じ向きの磁場を作る。
In FIG. 8, two opposing
図8に示す磁石構成は、鞍型コイルのような3次元形状のコイルではなく簡便なレーストラックコイルで実現できる。このため、磁石の製作が容易でありながら、それぞれのコイルの作業領域SPに近い電流は、作業領域SPに対して有効な磁場を発生していることから最も効率のよい構成である。そして、メインコイル17の磁束量とシールドコイル18の磁束量をバランスさせることにより、超電導コイル61を遠方から見た磁気モーメントの総和をゼロとすることができるから、漏洩磁場を低減することが可能である。
The magnet configuration shown in Figure 8 can be realized with a simple racetrack coil rather than a three-dimensional coil such as a saddle coil. This makes it easy to manufacture the magnet, while the current close to the working area SP of each coil generates an effective magnetic field for the working area SP, making it the most efficient configuration. Furthermore, by balancing the amount of magnetic flux in the
<第1-6変形例>
図9は、第1-6変形例における超電導コイル62の模式的な断面図である。本変形例においては、超電導コイル7に代えて超電導コイル62が適用されるが、他の構成は第1実施形態のもの(図1参照)と同様である。
図9において、超電導コイル62は、二つの対向するメインコイル17と、その両脇に配置されたシールドコイル18と、を備えている。これらメインコイル17およびシールドコイル18は、何れも図8に示したものと同様の構成されている。さらに、超電導コイル62は、矩形枠状のヨーク92(磁気シールド)と、ヨーク92に対して一体形成された一対の磁極82と、を備えている。
<Modification 1-6>
9 is a schematic cross-sectional view of a
9, the
メインコイル17およびシールドコイル18の機能は、第1-5変形例のもの(図8参照)と同様である。図8において説明したように、シールドコイル18はアクティブシールドとして機能する。さらに、ヨーク92および磁極82は、パッシブシールドとして機能する。このように、アクティブシールドおよびパッシブシールドを併用することにより、作業領域SPに対して、低コストで磁場を発生させることができる。
The functions of the
また、図8に示した構成に対して、ヨーク92および磁極82を付加することにより、磁気シールド効果のみならず、磁束を有効に活用できる。すなわち、ヨーク92および磁極82において、鉄の磁化を利用することによって作業領域SPの磁場強度を増強することができる。
Furthermore, by adding the
<第1-7変形例>
図10は、第1-7変形例における超電導コイル63の模式的な断面図である。本変形例においては、超電導コイル7に代えて超電導コイル63が適用されるが、他の構成は第1実施形態のもの(図1参照)と同様である。
図10において、超電導コイル63は、一対のメインコイル17と、八角形枠状のヨーク93(磁気シールド)と、ヨーク93に対して一体形成された一対の磁極83と、を備えている。
<Modification No. 1-7>
10 is a schematic cross-sectional view of a
In FIG. 10, the
図9に示した構成では、合計4個のコイルが必要であったが、図10に示す構成では、2個のコイル、すなわちメインコイル17によって作業領域SPに磁場を発生させることができる。図9に示した構成では、図10におけるヨーク93と比較して、ヨーク92に用いる鉄を削減することができ、全体の重量を小さくすることができる。一方、図10に示した構成では、コイルの数を少なくすることができる。そこで、必要となる作業領域SPの大きさや磁場強度、回転磁石20(図1参照)に許容される重量、漏洩磁場の許容量等に応じて、最適な構成を選択するとよい。
The configuration shown in FIG. 9 required a total of four coils, but the configuration shown in FIG. 10 can generate a magnetic field in the working area SP using two coils, i.e., the
[第2実施形態]
〈第2実施形態の全体構造〉
図11は第2実施形態による加熱装置150の模式的断面図である。なお、以下の説明において、上述した第1実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
加熱装置150は回転磁石型の加熱装置であり、第1実施形態の加熱装置100(図1参照)と同様に、回転磁石20と、容器30と、モータ40と、を備えている。回転磁石20は、磁場発生源24と、動力シャフト部25と、断熱荷重支持体26と、を備えている。また、容器30は、筐体32と、断熱層34と、を備えている。
[Second embodiment]
Overall structure of the second embodiment
11 is a schematic cross-sectional view of a
The
モータ40は、回転磁石20を回転駆動する。また、磁場発生源24は、超電導コイル7-1(第1のコイル)と、超電導コイル7-2(第2のコイル)と、鉄磁極8と、リターンヨーク9と、を備えている。動力シャフト部25は、略円筒状に形成され、その内部空間の一部である略円柱状の空間は、金属製の被加熱物体12を加熱する作業領域SPになる。
The
〈超電導コイル7-1,7-2〉
第2実施形態においては、加熱装置150の外部に漏れる漏洩磁場を低減するために、鉄磁極8およびリターンヨーク9(磁気シールド)に加えて、一対の超電導コイル7-1,7-2を適用している。すなわち、超電導コイル7-1,7-2は、回転磁石20としての磁気モーメントの総和をゼロとするように、磁場の方向が逆向きになるように構成されている。
<Superconducting coils 7-1, 7-2>
In the second embodiment, in order to reduce the leakage magnetic field leaking to the outside of the
図12は、第2実施形態における超電導コイル7-1,7-2の模式的な斜視図である。
超電導コイル7-1,7-2は、それぞれ巻線161,162を備えている。これら巻線161,162の構成は、第1実施形態のもの(図2参照)と同様である。そして、超電導コイル7-1,7-2は、これらの中心軸が回転軸L1(図11参照)に一致するように配置されている。
FIG. 12 is a schematic perspective view of superconducting coils 7-1 and 7-2 in the second embodiment.
The superconducting coils 7-1 and 7-2 respectively include
図13は、第2実施形態における超電導コイル7-1,7-2の模式的な側面図である。
図13において、白抜きの矢印(符号なし)は、超電導コイル7-1,7-2が形成する磁場の向きを示している。図示のように、超電導コイル7-1,7-2が形成する磁場の向きは、何れも回転軸L1に対して直交し、かつ、逆向きになっている。すなわち、図示のような向きの磁場を発生させるように、本実施形態における励磁回路(図示せず)が構成されている。超電導コイル7-1,7-2が発生する磁場の向きが逆向きのため、磁気モーメントの総和はゼロになる。従って、遠方(無限遠点)から見ると、磁場発生源が無いことと等価であり、漏洩磁場を小さくすることができる。
FIG. 13 is a schematic side view of superconducting coils 7-1 and 7-2 in the second embodiment.
In Fig. 13, the open arrows (without symbols) indicate the direction of the magnetic field generated by the superconducting coils 7-1 and 7-2. As shown in the figure, the directions of the magnetic fields generated by the superconducting coils 7-1 and 7-2 are both perpendicular to the rotation axis L1 and opposite to each other. That is, the excitation circuit (not shown) in this embodiment is configured to generate a magnetic field with the direction shown in the figure. Since the directions of the magnetic fields generated by the superconducting coils 7-1 and 7-2 are opposite to each other, the sum of the magnetic moments is zero. Therefore, when viewed from a distance (a point at infinity), this is equivalent to there being no magnetic field source, and the leakage magnetic field can be reduced.
<第2-1変形例>
ここで、図示は省略するが、第2実施形態の加熱装置150を縦続接続する変形例について説明する。
縦続接続された複数の加熱装置150を、ここでは「加熱装置集合体」と呼ぶ。加熱装置集合体は、段階的に被加熱物体12の温度を上昇させてゆくことにより、高速かつ均一に金属材料である被加熱物体12を加熱するものである。すなわち、加熱装置集合体の一端から被加熱物体12を連続的に投入し、溶融した被加熱物体12を他端から連続的に取り出すことができる。
<Modification No. 2-1>
Here, although not shown, a modified example in which the
A plurality of cascaded
被加熱物体12は、加熱装置集合体の内部を移動するに伴って温度が上昇する。そして、一般的な金属材料では、温度が高くなるほど、抵抗温度係数が高くなる。加熱装置集合体においては、磁場の変化速度(dB/dt)の2乗に比例して発熱量が増加し、被加熱物体12の電気抵抗に反比例して発熱量が減少する。そのため、発熱量を維持するためには、被加熱物体12の温度上昇とともに磁場の変化速度を上昇させることが好ましい。上述した表皮深さδを計算する式(1)には、導電率σすなわち電気抵抗の逆数と、周波数fとの積が含まれている。
The temperature of the
従って、電気抵抗の増加分だけ周波数を増加させたとしても、表皮深さδは変化しない。そして、被加熱物体12の発熱量は、磁場の回転速度の2乗に比例して増加する。従って、加熱装置集合体においては、下流に位置する加熱装置150ほど、回転速度を高くすることが好ましい。これにより、加熱装置集合体として、短時間で、被加熱物体12を加熱し溶融させることができる。
Therefore, even if the frequency is increased by the amount of increase in electrical resistance, the skin depth δ does not change. The amount of heat generated by the
[第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
第3実施形態における加熱装置の全体構成は、特に図示しないが、第2実施形態のもの(図11参照)と同様である。但し、第2実施形態において、回転軸L1方向の超電導コイルとして、2段の超電導コイル7-1,7-2を適用したが、本実施形態においては、4段の超電導コイルを適用する。4段のうち上流側の2段に、第2実施形態と同様の超電導コイル7-1,7-2が適用される。そして、本実施形態においては、さらに、図14に示す2段の超電導コイル7d-1(第1のコイル),7d-2(第2のコイル)が下流側に適用される。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment will be described. In the following description, the same reference numerals are used to designate parts corresponding to those in the other embodiments described above, and the description thereof may be omitted.
Although not shown in the figure, the overall configuration of the heating device in the third embodiment is similar to that in the second embodiment (see FIG. 11). However, while in the second embodiment, two stages of superconducting coils 7-1 and 7-2 are applied as superconducting coils in the direction of the rotation axis L1, in this embodiment, four stages of superconducting coils are applied. The superconducting coils 7-1 and 7-2 similar to those in the second embodiment are applied to the two upstream stages of the four stages. Furthermore, in this embodiment, two stages of
図14は、第3実施形態の加熱装置160に適用される超電導コイル7d-1,7d-2の模式的な斜視図である。
超電導コイル7d-1,7d-2は、それぞれ、巻線181,182,183,184を備えている。これら巻線は鞍型コイルであり、長方形枠を円筒周面(図示せず)に沿って、約1/4周分湾曲させた形状を備えている。そして、これら巻線は、円筒周面に沿って、等間隔に配置されている。換言すれば、超電導コイル7d-1,7d-2の極数は「4」になる。
FIG. 14 is a schematic perspective view of
The superconducting coils 7d-1 and 7d-2 each have windings 181, 182, 183, and 184. These windings are saddle-shaped coils, and have a shape in which a rectangular frame is curved about 1/4 of the way around the cylindrical circumferential surface (not shown). These windings are arranged at equal intervals along the cylindrical circumferential surface. In other words, the number of poles of the
図15は、第3実施形態の加熱装置160における4段の超電導コイル7-1,7-2,7d-1,7d-2の模式的な側面図である。被加熱物体12(図11参照)は、図15において超電導コイル7-1の左側から挿入される。そして、溶融された被加熱物体12は、超電導コイル7d-2の右側へ排出される。
FIG. 15 is a schematic side view of four stages of superconducting coils 7-1, 7-2, 7d-1, and 7d-2 in a
ここで、上流側の超電導コイル7-1,7-2の極数を「2」とし、下流側の超電導コイル7d-1,7d-2の極数を「4」とした理由を説明する。上述の第2-1変形例で述べたように、第2実施形態の加熱装置150を縦続接続して加熱装置集合体を構成した場合、下流に位置する加熱装置150ほど、回転速度を高くすることが好ましい。しかし、このように、複数の加熱装置に対して異なる回転速度を与えるためには、それぞれの加熱装置に対して駆動力を与えるためのモータ40(図11参照)やその制御装置が必要になる。
The reason why the number of poles of the upstream superconducting coils 7-1, 7-2 is set to "2" and the number of poles of the downstream
モータ40等の駆動装置を共通としつつ、下流に向かうほど磁場B(図示せず)の変化速度(dB/dt)を上げるためには、超電導コイルの極数を増加させることが好ましいと考えられる。そこで、本実施形態においては、上流側の超電導コイル7-1,7-2の極数を「2」とし、下流側の超電導コイル7d-1,7d-2の極数を「4」とし、これによって異なる速度で磁場を変化させている。すなわち、下流に向かうほど磁場の変化速度を上昇させている。なお、超電導コイルの極数は上述したものに限定されず、下流側に向かうほど極数が大きくなるようにすれば、種々の極数の組合せを適用可能である。
In order to increase the rate of change (dB/dt) of the magnetic field B (not shown) toward the downstream while using a common driving device such as the
[第4実施形態]
次に、第4実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図16は、第4実施形態による加熱装置170の模式的断面図である。
加熱装置170は回転磁石型の加熱装置であり、上下一対の回転磁石である磁場発生源120A,120Bと、磁場発生源支持体130と、フレーム140と、モータ40と、を備えている。磁場発生源支持体130は、略円筒状に形成され、磁場発生源120A,120Bを支持する。すなわち、磁場発生源120A,120Bは、磁場発生源支持体130の上下端において、円錐コロ軸受け(図示せず)を介して、回転自在に支持されている。モータ40は、磁場発生源120A,120Bを同一の速度で回転駆動する。フレーム140は脚部141を備え、磁場発生源支持体130を支持する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. In the following description, the same reference numerals are used to designate parts corresponding to those in the other embodiments described above, and the description thereof may be omitted.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a
The
本実施形態において、回転軸L1は、磁場発生源120A,120Bの中心を貫く軸になる。一方、搬送軸L2は、回転軸L1に対して略直交する軸になる。なお、図示の例において、搬送軸L2の向きは、手前側から奥側に向かう向きであるが、これに限られるものではなく、回転軸L1に略直交する他の軸を搬送軸L2にすることができる。磁場発生源120A,120Bの詳細については後述するが、磁場発生源120A,120Bは、白抜きの矢印(符号なし)で示す方向の磁場を発生させる。そして、本実施形態における作業領域SPは、図示のように、磁場発生源120A,120Bの間に挟まれた、平板状の領域になる。加熱装置170には、搬送軸L2に沿って、被加熱物体12が挿入され、被加熱物体12が加熱される。
In this embodiment, the rotation axis L1 is an axis that passes through the center of the magnetic
上述した第1~第3実施形態においては、回転軸L1および搬送軸L2は略平行であった。被加熱物体12が円柱状等の長尺状の物である場合や、被加熱物体12の断面形状における長軸と短軸との寸法の差が大きくない場合には、第1~第3実施形態の構成を適用することが好ましい。一方、例えば図16に示すように被加熱物体12が平板状である場合や、被加熱物体12の断面形状における長軸と短軸との寸法の差が大きい場合には、本実施形態による加熱装置170を適用することが好ましい。これは、被加熱物体12の形状に近い作業領域SPの形状が確保できるためである。
In the first to third embodiments described above, the rotation axis L1 and the transport axis L2 are approximately parallel. When the
図17は、磁場発生源120の模式的斜視図である。なお、磁場発生源120は、図16において磁場発生源120A,120Bとして適用されるものである。磁場発生源120は、鉄ヨーク99(磁気シールド)と、磁極88a,88b,88c,88dと、超電導コイル77a(第1のコイル),77b(第2のコイル),77c(第1のコイル),77d(第2のコイル)と、を備えている。鉄ヨーク99は略円盤状に形成され、磁極88a,88b,88c,88dは、鉄ヨーク99の周回4等分位置から突出した円盤状または円柱状に形成されている。超電導コイル77a,77b,77c,77dは、それぞれ、磁極88a,88b,88c,88dの周面に沿って、円環状に超電導線材を巻回したものである。
Figure 17 is a schematic perspective view of magnetic
[第5実施形態]
次に、第5実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図18は、第5実施形態による加熱装置180の模式的断面図である。
加熱装置180は回転磁石型の加熱装置であり、磁場発生源120Aと、磁場発生源支持体132と、フレーム142と、モータ40と、を備えている。磁場発生源支持体132は、略円筒状に形成され、磁場発生源120Aを支持する。すなわち、磁場発生源120Aは、磁場発生源支持体132の上端において、円錐コロ軸受け(図示せず)を介して、回転自在に支持されている。モータ40は、磁場発生源120Aを回転駆動する。フレーム142は、磁場発生源支持体132を支持する。
[Fifth embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described. In the following description, the same reference numerals are used to designate parts corresponding to those in the other embodiments described above, and the description thereof may be omitted.
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a
The
このように、第5実施形態による加熱装置180は、第4実施形態による加熱装置170から磁場発生源120Bを取り去った構成に近い。第5実施形態においては、磁場発生源支持体132に対して片側にのみ磁場発生源120Aを設けたため、加熱装置180の設置方法(作業領域SPと磁場発生源120Aの位置関係)について、高い自由度が得られる。例えば、加熱装置180自体を移動させて被加熱物体12を加熱することも可能である。また、例えば、床面に加熱装置180を配置し、その上部空間を作業領域SPとするなど、様々な形態で加熱装置180を利用することが可能になる。
In this way, the
[第6実施形態]
次に、第6実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図19は第6実施形態による真空ダイカスト装置200の模式図である。
真空ダイカスト装置200は、射出スリーブ211と、プランジャ212と、保持炉213と、給湯管214と、昇降台215と、塗布装置220と、噴出装置230と、金型キャビティ250と、金属棒272,274と、金型加熱装置282,284と、アルミニウム溶融装置286と、を備えている。
Sixth Embodiment
Next, a sixth embodiment will be described. In the following description, the same reference numerals are used to designate parts corresponding to those in the other embodiments described above, and the description thereof may be omitted.
FIG. 19 is a schematic diagram of a vacuum
The vacuum die casting
金型キャビティ250は、金属製品(図示せず)の金型である固定型256および可動型258と、固定型256を装着し支持する固定プラテン252と、可動型258を装着し支持する可動プラテン254と、を備えている。また、射出スリーブ211は、略円筒状に形成され、固定型256と可動型258との対向面に連通するように、固定型256に装着されている。プランジャ212は略円柱状に形成され、射出スリーブ211内を前後進する。
The
金属棒272,274は、円柱状に形成され、各々の一端は固定型256および可動型258に埋設され、他端は固定プラテン252および可動プラテン254から突出している。金型加熱装置282,284は、上述した第1~第5実施形態のうち何れかによる加熱装置であり、各々金属棒272,274を加熱することにより、固定型256および可動型258を加熱する。
The
保持炉213は、射出スリーブ211の下方に配置され、金属材料を溶融した溶湯Mを収容する。給湯管214の上端は、射出スリーブ211に形成された給湯口211aに連通している。また、給湯管214の下端214aは、保持炉213内の溶湯Mに没入されている。アルミニウム溶融装置286は、上述した第1~第5実施形態のうち何れかによる加熱装置であり、アルミニウムまたはアルミニウム合金である被加熱物体12を溶融して溶湯Mとし、保持炉213に注入する。
The holding
真空ポンプ240は、パイプ244を介してカットオフバルブ242に接続されている。カットオフバルブ242は、金型キャビティ250に連通する。これにより、真空ポンプ240は、金型キャビティ250内を真空状態に減圧して保持炉213内の溶湯Mを射出スリーブ211内に吸引する。
The
保持炉213は昇降台215上に載置されており、昇降台215を上下することにより溶湯Mの湯面が一定に保たれる。給湯管214は、溶湯Mとの反応を防止するために内面にBNコーティングを施したセラミック製であり、下端214aはオリフィス状である。給湯管214の外周はヒータ(図示せず)で包囲されており、給湯管214を溶湯Mの温度近くに保持している。
The holding
塗布装置220は、アーム222と、ノズル221と、を備え、金型キャビティ250に対して、水分を含まない化学合成油からなる離型剤を塗布する。また、噴出装置230は、粉体潤滑剤タンク231と、ノズル232と、を備え、射出スリーブ211に対して、粉体潤滑剤を噴出する。
The
[実施形態の効果]
以上のように上述した実施形態によれば、加熱装置100,150,160,170,180は、金属を含む被加熱物体12を加熱する領域である作業領域SPに対して、超電導線材を巻回した超電導コイル7,7a,7b,7c,7-1,7-2,7d-1,7d-2,61,62,63,77a,77b,77c,77dによって磁場を印加することによって被加熱物体12を加熱するとともに、作業領域SPに対して運動する磁場発生源24,120を備え、磁場発生源24,120は、磁場発生源24,120が発生した磁場のうち外部に漏洩する漏洩磁場を抑制するとともに、磁場発生源24,120と同一速度で運動する磁気シールド(9,50,92,93,99)を備える。
[Effects of the embodiment]
According to the above-described embodiment, the
これにより、磁気シールド(9,50,92,93,99)に流れる磁束の大きさを略一定にできるため、磁気シールドに誘起される電流を抑制することができ、誘起電流による発熱を抑制できる。 This allows the magnitude of the magnetic flux flowing through the magnetic shield (9, 50, 92, 93, 99) to be approximately constant, suppressing the current induced in the magnetic shield and suppressing heat generation due to the induced current.
また、超電導コイルは永久電流モード運転を行うものであり、磁場発生源24,120が行う運動は、第1の軸(L1)を中心とする回転運動であると一層好ましい。これにより、作業領域SPに対して、変化する磁場を持続的に印加し続けることができる。
Furthermore, the superconducting coil operates in a persistent current mode, and it is even more preferable that the motion of the magnetic
また、被加熱物体12は、第2の軸(L2)に沿って延在しまたは搬送されるものであり、第1の軸(L1)と第2の軸(L2)とは、略平行であると一層好ましい。これにより、例えば被加熱物体12が長尺物である場合に、被加熱物体12の取り扱いが容易になる。
Furthermore, the
また、超電導コイル7a,7b,7cは、第3の軸(L3)を巻回中心軸として超電導線材を巻回したものであり、磁場発生源(24)は、第3の軸(L3)と第1の軸(L1)とが直交しない超電導コイル7a,7b,7cを含むと一層好ましい。これにより、被加熱物体12が第1の軸(L1)の方向に付勢され、超電導コイル7a,7b,7cによって被加熱物体12を搬送することができる。
Furthermore, the
また、第3の軸(L3)と第1の軸(L1)とが直交しない超電導コイル7cは、第1の軸(L1)に沿って複数設けられていると一層好ましい。これにより、超電導コイル(7c)が発生する磁場を増強できる。
Moreover, it is more preferable that the
また、第2実施形態~第5実施形態のように、超電導コイル7-1,7-2,7d-1,7d-2,77a,77b,77c,77dは、第1の磁場を発生する第1のコイル(7-1,7d-1,77a,77c)と、第1の磁場とは逆方向の磁場を発生する第2のコイル(7-2,7d-2,77b,77d)と、を備えると一層好ましい。これにより、遠方(無限遠点)から見ると、磁場発生源が無いことと等価にすることができ、漏洩磁場を小さくすることができる。 Furthermore, as in the second to fifth embodiments, it is even more preferable that the superconducting coils 7-1, 7-2, 7d-1, 7d-2, 77a, 77b, 77c, and 77d include a first coil (7-1, 7d-1, 77a, and 77c) that generates a first magnetic field, and a second coil (7-2, 7d-2, 77b, and 77d) that generates a magnetic field in the opposite direction to the first magnetic field. This makes it possible to make it equivalent to having no magnetic field source when viewed from a distance (a point at infinity), and to reduce the leakage magnetic field.
また、第3実施形態のように、超電導コイル7-1,7-2,7d-1,7d-2,77a,77b,77c,77dは、磁場発生源24の運動に対して、異なる速度で磁場を変化させる複数のものを含むと一層好ましい。これにより、被加熱物体12の状態に応じて、被加熱物体12を一層適切に加熱することができる。
Furthermore, as in the third embodiment, it is even more preferable that the superconducting coils 7-1, 7-2, 7d-1, 7d-2, 77a, 77b, 77c, and 77d include multiple coils that change the magnetic field at different speeds in response to the movement of the magnetic
また、第4~第6実施形態のように、被加熱物体12は、第2の軸(L2)に沿って延在しまたは搬送されるものであり、第1の軸(L1)と第2の軸(L2)とは、略直交すると一層好ましい。これにより、例えば被加熱物体12が平板状である場合に、被加熱物体12の取り扱いが容易になる。
Furthermore, as in the fourth to sixth embodiments, the
また、第4実施形態のように、磁場発生源120A,120Bは、作業領域SPを挟んで対向配置され、同一の速度で運動するように複数設けられていると一層好ましい。これにより、磁場発生源120A,120Bの間の磁場を安定して回転させることができる。
Furthermore, as in the fourth embodiment, it is even more preferable that the magnetic
[変形例]
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
[Modification]
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various modifications are possible. The above-mentioned embodiment is exemplified to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the configurations described. In addition, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. In addition, it is possible to delete a part of the configuration of each embodiment, or to add or replace other configurations. In addition, the control lines and information lines shown in the figure show those that are considered necessary for explanation, and do not necessarily show all the control lines and information lines necessary on the product. In reality, it may be considered that almost all the configurations are connected to each other. Possible modifications of the above-mentioned embodiment are, for example, as follows.
(1)上記各実施形態においては、磁場発生源24,120を回転させるために、磁場発生源24,120の外部にモータ40を設けた。しかし、容器30または磁場発生源支持体130,132に回転磁界を発生させるコイル(図示せず)を設け、これによって磁場発生源24,120のリターンヨーク9や鉄ヨーク99に回転力を生じさせるようにしてもよい。
(1) In each of the above embodiments, a
(2)また、上記実施形態における磁場発生源24,120の運動は回転運動であったが、例えばこれらを往復運動させてもよい。
(2) In the above embodiment, the magnetic
7,7a,7b,7c,61,62,63 超電導コイル
7-1,7d-1,77a,77c 超電導コイル(第1のコイル)
7-2,7d-2,77b,77d 超電導コイル(第2のコイル)
9 リターンヨーク(磁気シールド)
12 被加熱物体
24,120 磁場発生源
50 パッシブシールド(磁気シールド)
92,93,99 ヨーク(磁気シールド)
100,150,160,170,180 加熱装置
120,120A,120B 磁場発生源
282,284 金型加熱装置
286 アルミニウム溶融装置
L1 回転軸(第1の軸)
L2 搬送軸(第2の軸)
L3 巻回中心軸(第3の軸)
SP 作業領域
7, 7a, 7b, 7c, 61, 62, 63 Superconducting coils 7-1, 7d-1, 77a, 77c Superconducting coils (first coils)
7-2, 7d-2, 77b, 77d Superconducting coil (second coil)
9 Return yoke (magnetic shield)
12 object to be heated 24, 120
92, 93, 99 Yoke (magnetic shield)
100, 150, 160, 170, 180
L2 conveying axis (second axis)
L3: winding central axis (third axis)
SP Working Area
Claims (11)
前記磁場発生源は、前記磁場発生源が発生した磁場のうち外部に漏洩する漏洩磁場を抑制するとともに、前記超電導コイルと同一速度で運動する磁気シールドを備える
ことを特徴とする加熱装置。 The heating device heats an object to be heated, including a metal, by applying a magnetic field to the working area, which is an area where the object to be heated includes a metal, using a superconducting coil having a superconducting wire wound therearound, and the heating device is provided with a magnetic field generating source that moves relative to the working area;
A heating device characterized in that the magnetic field generating source is provided with a magnetic shield that suppresses leakage magnetic field from the magnetic field generated by the magnetic field generating source that leaks to the outside and moves at the same speed as the superconducting coil.
前記磁場発生源が行う運動は、第1の軸を中心とする回転運動である
ことを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。 The superconducting coil is operated in a persistent current mode,
2. The heating device according to claim 1, wherein the motion of the magnetic field generating source is a rotational motion about a first axis.
前記第1の軸と前記第2の軸とは、略平行である
ことを特徴とする請求項2に記載の加熱装置。 the object to be heated extends or is conveyed along a second axis;
The heating device according to claim 2 , wherein the first axis and the second axis are substantially parallel to each other.
ことを特徴とする請求項3に記載の加熱装置。 4. The heating device according to claim 3, wherein the superconducting coil is formed by winding a superconducting wire around a third axis as a central winding axis, and the magnetic field generating source includes the superconducting coil in which the third axis and the first axis are not perpendicular to each other.
ことを特徴とする請求項4に記載の加熱装置。 The heating device according to claim 4 , wherein the superconducting coil, the third axis of which is not perpendicular to the first axis, is provided in plurality along the first axis.
第1の磁場を発生する第1のコイルと、
前記第1の磁場とは逆方向の磁場を発生する第2のコイルと、を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。 The superconducting coil comprises:
a first coil generating a first magnetic field;
The heating device according to claim 1 , further comprising: a second coil generating a magnetic field in a direction opposite to that of the first magnetic field.
前記磁場発生源の運動に対して、異なる速度で磁場を変化させる複数のものを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。 The superconducting coil comprises:
The heating device according to claim 1 , further comprising a plurality of magnetic field generating sources that change the magnetic field at different speeds in response to the movement of the magnetic field generating source.
前記第1の軸と前記第2の軸とは、略直交する
ことを特徴とする請求項2に記載の加熱装置。 the object to be heated extends or is conveyed along a second axis;
The heating device according to claim 2 , wherein the first axis and the second axis are substantially perpendicular to each other.
ことを特徴とする請求項8に記載の加熱装置。 The heating device according to claim 8 , wherein a plurality of the magnetic field generating sources are provided so as to be opposed to each other across a working area and move at the same speed.
ことを特徴とするアルミニウム溶融装置。 An aluminum melting apparatus comprising the heating device according to any one of claims 1 to 9.
ことを特徴とする金型加熱装置。 A mold heating device comprising the heating device according to any one of claims 1 to 9.
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| JPS6151882A (en) * | 1984-08-20 | 1986-03-14 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | Superconductive magnet |
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2024
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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