CN102100124A - 感应加热装置及感应加热方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种感应加热装置，通过电磁方式将钢板连续加热。该感应加热装置(1)具有：至少3个加热线圈(10A～10D)，沿着钢板的长度方向配置，以使钢板(2)通过内部；电感调节器(12A～12D)，配置在将各加热线圈与对该各加热线圈施加电压的电源电连接的电气路径(11)上，产生自感应，并且能够调节该自感应的自感；各电感调节器配置成至少在相邻的电感调节器之间发生相互感应。

Description

感应加热装置及感应加热方法
技术领域
本发明涉及感应加热装置及感应加热方法。
背景技术
在钢板的制造等中，例如在退火炉、镀层的合金化炉、涂装钢板的干燥等各种地方进行钢板的加热。作为该钢板的加热方法，例如有气体加热、变压器感应加热等。例如，气体加热多在退火炉中使用，变压器感应加热可以在镀层前的加热中使用，但主要在镀层的合金化炉、涂装钢板的干燥等中使用。
另一方面，作为感应加热方法，大体上划分为电磁(solenoid)方式(轴向磁通加热)和横向(transverse)方式(横截磁通加热)等。电磁方式对钢板施加沿着钢板的长度方向的磁通而加热。横向方式对钢板施加沿着贯通钢板的方向的磁通而加热。横向方式的感应加热方法通常用于非磁性体材料的加热，在钢板的加热中主要使用电磁方式的感应加热方法。作为该电磁方式的感应加热方法，以往以来已知有例如专利文献1、2那样的方法。
专利文献1的感应加热方法按照在感应加热中使用的每个加热线圈设置串联可变电容器，使流过各加热线圈中的电流量相等。但是，在该方法中，如果将例如50kHz等的高频交流电压施加在加热线圈上，则串联可变电容器中的电容性电抗值减少，为了适当地控制电流量而需要更大电容的串联可变电容器。另一方面，在将钢板加热到例如居里点附近的高温区，或使加热速度上升的情况下，需要使大电流流过加热线圈、或提高施加电压的频率等，但在该专利文献1的感应加热方法中，因为上述理由而不能施加高频电压，需要使电流量上升。进行装置整体的设计以流过大电流是困难的，例如难以将钢板加热到高温区等。
另一方面，专利文献2的感应加热方法沿着钢板的长度方向设置两台以上的单匝线圈，使最后段的加热线圈的磁化力为最前段的1倍～10倍。根据该专利文献2的感应加热方法，能够将钢板加热到居里点附近的高温区，并且降低居里点附近的升温速度的下降。另外，在钢板的加热中，升温速度的下降例如使再结晶动作及界面控制等变得模糊，导致难以形成最佳的品质，所以专利文献2的感应加热方法降低了升温速度的下降。但是，专利文献2的感应加热方法在各加热线圈与电源之间***可变电阻，并通过变更该可变电阻值，来控制各加热线圈的磁化力。因此，根据该专利文献2的感应加热方法，由于在可变电阻中产生焦耳热，所以能量损失(发热损失)较大。因此，虽然在较少的电流流过时没有问题，但由于在加热钢板的情况下例如流过4500A的大电流，所以耗费的能量损失变大，相应地必须使更大的电流流过加热线圈，希望进一步提高能量效率。此外，通过专利文献2的感应加热方法，也仅能够通过可变电阻的电阻值和流过加热线圈中的电流的频率来调节加热线圈的磁动势，所以难以完全使升温速度一定，还希望有能够进一步降低升温速度的下降的感应加热方法。
此外，在为了控制升温速度而控制最终加热温度的方法及调节升温速度的方法等其他方法中，也仅限于控制最终的加热速度及升温速度的平均值。另一方面，在以往的合金化熔融锌镀层钢板的制造工序中，合金化加热的加热炉的全长较长，例如为5～10m左右，在上述那样的控制平均值的加热方法中，即使不是居里点附近的高温区，也难以将从镀层浴温度到最终加热到达温度为止的升温速度保持为一定。为了严密地控制合金构造，将升温速度保持为一定是重要的，因此也希望有能够将升温速度保持为一定的感应加热方法。
专利文献1：日本特开2003-243137号公报
专利文献2：日本特开2005-206906号公报
专利文献3：日本特开2001-21270号公报
专利文献4：日本特开平11-257850号公报
发明内容
所以，本发明是鉴于上述问题而做出的，本发明的目的是在电磁方式的感应加热装置及感应加热方法中，在改善能量效率的同时，减少加热钢板的升温速度的变化。
为了解决上述问题，根据本发明的一个观点，提供一种感应加热装置，通过电磁方式将钢板连续加热，其特征在于，具有至少3个加热线圈，该至少3个加热线圈沿着上述钢板的长度方向配置，以使上述钢板通过内部；并且，对于各个上述加热线圈具备电感调节器，该电感调节器配置在将各个上述加热线圈与对该各个加热线圈施加电压的电源电连接的电气路径上，产生自感应，并且能够调节该自感应的自感；各个上述电感调节器配置成：至少在相邻的上述自感调节器之间发生相互感应。
另外，所谓加热线圈的个数，是指从1个电源电气性地并列分支的加热线圈的数量。
根据该结构，能够使由相邻的加热线圈产生的钢板的加热密度重叠。通过调节电感调节器的自感，能够调节对至少3个加热线圈施加的电压。此外，通过相邻的电感调节器间的互感，能够使电感调节的效果相乘。
此外，也可以是，对于钢板的长度方向的最前段的加热线圈及最后段的加热线圈所具备的电感调节器产生的自感被调节为：小于在最前段的加热线圈与最后段的加热线圈之间配置的加热线圈的电感调节器所产生的自感。
此外，也可以是，相邻的加热线圈的相互距离是加热线圈的高度方向的内侧的距离的1/10以上1/3以下；各电感调节器通过在相对于电气路径交叉的方向上形成迂回路径而构成；相邻的电感调节器之间的间隙是50mm～500mm。
此外，也可以是，各电感调节器通过使配置有该电感调节器的电气路径以大致线圈状迂回而产生自感应，并且通过变更由迂回的电气路径的大致线圈状的迂回路径包围的区域的截面积，来调节自感应的自感。
此外，也可以是，将各个上述加热线圈与上述电源连接的各个上述电气路径由一对输入输出端子构成，该一对输入输出端子从各个上述加热线圈以长条状延伸设置；上述电感调节器使上述一对输入输出端子迂回以使上述一对输入输出端子的一个和另一个相互分隔，并且变更上述迂回路径中的上述一对输入输出端子的一个与另一个之间的距离而变更由上述迂回路径包围的区域的上述截面积。
此外，各加热线圈与连接至该加热线圈的电感调节器的间隙也可以是500mm～2000mm。
此外，各加热线圈也可以是单匝线圈或双匝线圈。
此外，为了解决上述问题，根据本发明的另一观点，提供一种感应加热方法，通过电磁方式将钢板连续加热，其特征在于，沿着上述钢板的长度方向配置至少3个加热线圈，以使上述钢板通过内部；在将各个上述加热线圈与对该各个加热线圈施加电压的电源电连接的电气路径上，对于各个上述加热线圈配置产生自感应、并且能够调节该自感应的自感的电感调节器，以至少在相邻的上述电感调节器之间发生相互感应；将对于上述钢板的长度方向的最前段的上述加热线圈及最后段的上述加热线圈所具备的上述电感调节器分别产生的自感调节为：小于在上述最前段的加热线圈与上述最后段的加热线圈之间配置的上述加热线圈的上述电感调节器所产生的自感。
此外，也可以是，相邻的加热线圈的相互距离是加热线圈的高度方向的内侧的距离的1/10以上1/3以下；各电感调节器通过在相对于电气路径交叉的方向上形成迂回路径而构成；相邻的电感调节器之间的间隙是50mm～500mm。
此外，也可以是，各电感调节器通过使配置有该电感调节器的电气路径以大致线圈状迂回而产生自感应，并且通过变更由迂回的电气路径的大致线圈状的迂回路径包围的区域的截面积，来调节自感应的自感。
此外，也可以是，将各个上述加热线圈与上述电源连接的各个上述电气路径由一对输入输出端子构成，该一对输入输出端子从各个上述加热线圈以长条状延伸设置；上述电感调节器使上述一对输入输出端子迂回以使上述一对输入输出端子的一个和另一个相互分隔，并且变更上述迂回路径中的上述一对输入输出端子的一个与另一个之间的距离而变更由上述迂回路径包围的区域的上述截面积。
此外，各加热线圈与连接在该加热线圈上的电感调节器的间隙也可以是500mm～2000mm。
此外，各加热线圈也可以是单匝线圈或双匝线圈。
附图说明
图1是表示有关本发明的第1实施方式的感应加热装置的立体图。
图2是从钢板的通板方向看有关该实施方式的感应加热装置的侧视图。
图3是从上方看有关该实施方式的感应加热装置的俯视图。
图4A是在有关该实施方式的感应加热装置中、用来说明由加热线圈产生的钢板上的加热密度的说明图，是表示将相邻的加热线圈的相互距离设为加热线圈的高度方向的内侧的距离W1的1/10以上1/3以下的情况的图。
图4B是在用来与该实施方式比较的感应加热装置中、用来说明由加热线圈产生的钢板上的加热密度的说明图，是表示将线圈的导线的宽度设为一定、将相邻的加热线圈的相互距离设为超过加热线圈的高度方向的内侧距离的1/3的情况的图。
图5是在有关该实施方式的感应加热装置中、用来说明L调节器的调节方法的说明图。
图6是在有关该实施方式的感应加热装置中、表示调节了L调节器时的流过加热线圈的电流量的曲线图。
图7A是用来概略地说明有关该实施方式的感应加热装置的钢板的长度方向上的升温速度的说明图。
图7B是表示有关该实施方式的感应加热装置的钢板的长度方向上的升温速度的曲线图。
图8是表示两端全开的升温速度的曲线图。
图9是表示中央全开的升温速度的曲线图。
图10是表示相对于L调节器的面积比的加热线圈的电流比的曲线图。
图11是在有关该实施方式的感应加热装置中表示相对于交流电源的交流电压的频率的、交流电压的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的优选的实施方式。另外，在本说明书及附图中，对于实质上具有相同的功能结构的结构要素赋予相同的标号而省略重复的说明。
<感应加热装置的结构>
首先，参照图1～图3，对有关本发明的第1实施方式的感应加热装置的结构进行说明。图1是表示有关本发明的第1实施方式的感应加热装置的立体图，图2是从钢板的通板方向看有关该实施方式的感应加热装置的侧视图，图3是从上方看有关该实施方式的感应加热装置的俯视图。
有关本实施方式的感应加热装置1具有加热线圈10A～10D、电气路径11、以及L调节器12A～12D。因此，以下首先对它们的各结构进行说明。
有关本实施方式的感应加热装置1通过电磁(solenoid)方式加热沿通板方向J1通板的钢板2。所谓电磁方式(轴向磁通加热)，是在被加热体(例如钢板2)的内部产生大致朝向被加热体的长度方向(轴向、x轴方向)的磁通、通过改变该磁通而在被加热体内部产生涡电流、并通过该涡电流的焦耳热将被加热体加热的感应加热的方式。
(加热线圈)
感应加热装置1为了产生上述钢板1的长度方向的磁通，如图1及图2所示，具有包围钢板2而配置的至少3个以上加热线圈。另外，在本实施方式中，为了便于说明，对感应加热装置1具有4个加热线圈10A～10D的情况进行说明。但是，加热线圈的个数并不限定于4个，在具备4个以外的3个加热线圈的情况下，感应加热装置1的其他结构也具备对应于加热线圈的个数。
如图3所示，加热线圈10A～10D分别以使钢板1通过内部的方式包围钢板1而形成，并沿着钢板2的长度方向(x轴方向)配置。换言之，加热线圈10A～10D排列配置成：形成线圈的形成面大致平行，并且形成面的中心点位于大致同一直线上。此时，如果将各加热线圈10A～10D配置为使钢板2通过加热线圈10A～10D的线圈形成面的中心点，则能够提高加热效率。
(加热密度的重叠)
此外，加热线圈10A～10D分别配置成：相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1成为加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/10倍以上1/3倍以下。通过这样将相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1设为加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/10倍以上1/3倍以下，各加热线圈10A～10D能够将钢板2的加热速度保持为一定，能够提高加热效率。因此，根据该结构，能够在接近的加热线圈10A～10D的加热区域中修正因在居里点附近下降的钢板2的导磁率而引起的加热量的不足。
此外，根据上述结构，在各加热线圈10A～10D间发生互感，能够使该互感的影响相乘。即，能够使流过配置在端部上的加热线圈10A、10D(最前段和最后段的加热线圈)中的电流变大。这是因为，使加热线圈10A～10D接近的结果使中央的加热线圈10B、10C中的电感增加，所以相对地端部的加热线圈10A、10D的电感下降。并且，通过这样的互感，能够使最后段的加热线圈10A(及最前段的加热线圈10D)中的加热速度比其他加热线圈10B、10C中的加热速度大。由此，能够使在最后段被加热到居里点附近的钢板2的加热速度变大。
另外，如果将相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1设为小于加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/10，则在施加了高频交流电压的情况下，有可能在相邻的加热线圈10A～10D间发生放电。此外，如以下说明，对加热线圈10A～10D施加的电压除了起因于线圈本身的电位差以外，还能够通过下述的L调节器12A～12D按照各线圈调节，而在线圈间产生电位差。因此，通过该电位差也有可能发生放电。因此，相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1优选的是加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/10以上。此外，如果使相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1超过加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/3，则不能提高相邻的加热线圈10A～10D的加热效率。参照图4，概略地说明通过将该相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1设为加热线圈的高度方向的内侧的距离W1的1/3以下进行的钢板2的加热。
图4是在有关该实施方式的感应加热装置中、用来说明由加热线圈10C、10D产生的钢板上的加热密度的说明图。具体而言，图4A表示本实施方式的情况，即，将相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1设为加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/10以上1/3以下的情况。图4B表示为了与本实施方式比较而将线圈的导线的宽度设为一定，并将相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1设为超过加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/3的情况。
如图4A所示，在将相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1设为加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/10以上1/3以下的情况下，由加热线圈10D产生的加热密度(单位是“Q/m2”，以下相同)H1、和由加热线圈10C产生的加热密度H2相对于钢板2的长度方向大致成为高斯分布。因此，由于加热线圈10C、10D相邻配置成相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1为加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/10以上1/3以下，所以加热密度H1和加热密度H2峰脚重叠。因此，实际将钢板2加热的加热密度T1即使在加热线圈10D与加热线圈10C之间也保持较高的值，即能够将升温速度保持为一定。此外，如图4B所示，在将相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1设为超过加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/3的情况下，加热密度H1、H2的重叠消失，当然不能保持一定的升温温度。
另外，本实施方式中为了便于说明，如图1等所示，设加热线圈10A～10D是单匝线圈，但是，加热线圈也可以是双匝线圈。
(电气路径)
对于该加热线圈10A～10D，从交流电源3施加交流电压。作为施加该交流电压的端子，在各加热线圈10A～10D的各自上延伸设置电气路径11，对各个该电气路径11施加来自交流电源3的交流电压。换言之，电气路径11是用于将交流电源3与各加热线圈10A～10D电连接、将来自交流电源3的交流电压施加到各加热线圈10A～10D、输入输出来自交流电源3的电流的输入输出导线。
电气路径11由从加热线圈10A～10D的线圈形状的两端部分别以长条状延伸设置的一对输入输出端子111、112构成。此外，该一对输入输出端子111、112分别与连接的加热线圈10A～10D一体地形成。根据该结构，与两者分体形成的情况相比，能够降低加热线圈10A～10D与一对输入输出端子111、112的连接部位的电阻，提高强度并且使制造变得容易。但是，当然也可以将加热线圈10A～10D与一对输入输出端子111、112分体地形成。另外，在图1等中表示加热线圈10A～10D由宽幅的板部件形成的情况，该一对输入输出端子111、112也具有与加热线圈10A～10D相同的宽度。一对输入输出端子111、112通过由宽幅的板部件形成，能够提高耐电流强度而流过大电流，但一对输入输出端子111、112并不一定需要由板部件构成。
此外，一对输入输出端子111、112相互大致平行地延伸设置。并且，优选的是，一对输入输出端子111、112的每一个(即电气路径11彼此)不论连接的各加热线圈10A～10D如何，都在大致同一平面内(xy平面内)沿大致相同的方向(y轴方向)延伸设置。根据该结构，能够使感应加热装置1紧凑化(小型化)，并且能够将各加热线圈10A～10D以相同的形状形成，所以制造较容易。
(L调节器)
在各加热线圈10A～10D与交流电源3之间的电气路径11各自的电气路径上，***配置有L调节器12A～12D。
L调节器12A～12D是能够调节自感、调节电路内的电抗的电感调节器的一例，使电气路径11以大致线圈状迂回。更具体地讲，L调节器12A～12D如图2所示，使构成电气路径11的一个输入输出端子111在上方(z轴正方向)迂回、使另一个输入输出端子112在下方(z轴负方向)迂回，由此在配置了L调节器12A～12D的位置上，隔离一个输入输出端子111与另一个输入输出端子112。换言之，L调节器12A～12D使电气路径11的输入输出端子111、112分别以大致“コ”字状迂回。结果，L调节器12A～12D形成由输入输出端子111、112迂回的迂回路径121、122包围的区域S。包围该区域S的输入输出端子111、112的迂回路径121、122形成单匝线圈那样的大致线圈形成。由于具有这样的结构的L调节器12A～12D具有大致线圈状的形状，所以如果从交流电源3流出交流电流(如果施加交流电压)，则产生自感应。
参照图2，以L调节器12A为例更具体地说明L调节器12A～12D的各结构例。
L调节器12A具有立设部111C、111B、112C、112B、和连接部111M、112M。立设部111C通过将从加热线圈10A延伸设置的输入输出端子111朝向铅直方向(z轴方向)上方弯折而形成，立设部111B通过将与交流电源3连接的输入输出端子111同样弯折而形成。因此，立设部111C和立设部111B大致平行地立设。并且，连接部111M将该立设部111C与立设部111B之间电连接。该立设部111C、111B及连接部111M形成迂回路径121。
另一方面，立设部112C通过将从加热线圈10A延伸设置的输入输出端子112朝向铅直方向(z轴方向)下方弯折而形成，立设部112B通过将与交流电源3连接的输入输出端子111同样弯折而形成。因此，立设部112C和立设部112B大致平行地立设。并且，连接部112M将该立设部112C与立设部112B之间电连接。该立设部112C、112B及连接部112M形成迂回路径122。即，该迂回路径121与迂回路径121之间的空间形成区域S，通过形成该区域S，L调节器12A～12D形成大致线圈形状，产生自感应的自感。
(自感)
此外，各个L调节器12A～12D构成为能够调节各自的自感。具体而言，L调节器12A～12D通过变更由迂回路径121、122包围的区域S的截面积(向yz平面内的投影面积)、即形成大致线圈状的面的面积，能够调节自感。另外，线圈的自感例如由匝数、线圈半径、线圈长度、导线的直径、周围的导磁率(芯、即钢板2的导磁率)等决定，所以通过改变线圈的截面积、例如变更线圈半径等，能够调节线圈的电感。因此，L调节器12A～12D通过变更区域S的截面积，能够调节自感。因此，通过L调节器12A～12D，能够调节电路中的电抗、调节分别对加热线圈10A～12D施加的电压。由此，能够按照各线圈调节加热线圈10A～12D对钢板2的加热量。
参照图2，以L调节器12A为例更具体地说明用于该自感调节的截面积变更。如图2所示，在迂回路径121与迂回路径122之间平行地延伸设置的部位、即连接部111M和连接部112M配置为，能够调节分隔距离。即，连接部111M、112M可上下移动地配置，通过使该连接部111M、112M上下移动，L调节器112A调节区域S的截面积。另外，该连接部111M、112M在立设部111C、111B、112C、112B延伸设置的长度的范围内上下移动，优选的是进行上下移动以使区域S的中心点O位于输入输出端子111、112间的中心。即，连接部111M、112M上下移动，以使从连接部111M位于最下端、处于与输入输出端子111大致平行的状态(没有迂回的状态)向连接部111M的上方的移动距离大致等于从连接部112M位于最下端、处于与输入输出端子112大致平行的状态(没有迂回的状态)向连接部112M的下方的移动距离。
此外，作为这样变更L调节器12A～12D的截面积的方法，除了使连接部111M、112M上下移动而变更L调节器12A～12D的高度的方法以外，还可以是使立设部111C、111B、112C、112B平行移动而变更L调节器12A～12D的宽度的方法。但是，由于感应加热装置1与例如汇流条(Bus bar)及耦合器等连接，所以在变更宽度的方法中，需要变更这些连接位置，装置的设计上的困难性较高。另一方面，变更高度的方法在可变更的高度方面存在限制。但是，在以下说明的L调节器12A～12D间产生互感时，由于能够将L调节器12A～12D与加热线圈10A～10D之间的互感在几何学上分离，所以L调节器间的互感调节较容易。
另外，在本实施方式中，各连接部111M、112M例如通过螺栓等的连结机构与立设部111C、111B、112C、112B电连接而连结固定。
此外，虽然在结构上完全不同，并且来自其他技术领域，但作为调节电感而变更电压的技术，例如还可以举出上述专利文献3那样的电弧式电炉的电炉用变压器。但是，在该变压器中的调节中，变更三相电源的各相的端子间距离，并变更1个电路内的相间的互感，来调节电路内的电感。另一方面，有关本实施方式的感应加热装置1由于调节1个电路内的自感，所以具有完全不同的结构。进而，有关本实施方式的感应加热装置1如以下说明，利用各电路间的互感，与专利文献3相比能够使电压调节的机构紧凑化。
(互感)
此外，各L调节器12A～12D分别沿着与电气路径11的延伸设置方向交叉的方向(图1的x轴方向)配置。换言之，如图2所示，各L调节器12A～12D配置成：各L调节器12A～12D的区域S的中心点O位于大致同一直线上。更具体地讲，如图1等所示，各L调节器12A～12D沿着与加热线圈10A～12D的排列方向同样的方向配置成区域S的截面大致平行。即，各L调节器12A～12D的立设部111C彼此平行地弯折而形成。其他立设部111B、112C、112B也同样形成。此外，此时优选的是各L调节器12A～12D沿与钢板2的通板方向(x轴方向)平行的方向排列。
进而，各L调节器12A～12D分别如图3所示配置成：相邻的L调节器12A～12D彼此的间隙D2为50mm～500mm。通过如上述那样将L调节器12A～12D隔开50mm～500mm的间隙D2并列配置在同一直线上，至少在相邻的L调节器12A～12D彼此之间产生互感，能够产生相互感应。通过产生相互感应，L调节器12A～12D能够提高基于自感的调节的电路内的电感调节效果及效率。由此，能够减小L调节器12A～12D进行的自感调节的幅度。即，能够减小L调节器12A～12D的截面积等、减小感应加热装置1整体的结构，能够使装置变得紧凑。
另一方面，根据例如上述专利文献3的电压调节机构，在将电感调节约40％时需要将各相的端子间的距离变更900mm以上。该电压调节机构不仅装置的结构变大，而且需要例如与汇流条或耦合器等连接，难以应用到布局的变更困难的感应加热装置中。另一方面，有关本实施方式的感应加热装置1不仅是仅通过L调节器12A～12D的高度调节来进行自感调节而能够紧凑化，还能够通过利用互感而使L调节器12A～12D更加紧凑化。由此，有关本实施方式的感应加热装置1具有的电压调节机构与专利文献3具有的电压调节机构相比非常紧凑，能够使装置整体的结构小型化。
另外，在相邻的L调节器12A～12D彼此的间隙D2小于50mm的情况下，在施加了高频交流电压的情况下有可能在相邻的L调节器12A～12D间发生放电。此外，在相邻的L调节器12A～12D彼此的间隙超过500mm的情况下，相邻的L调节器12A～12D间的互感减少。
以下，对于该L调节器12A～12D的相对的配置位置，从互感的观点进行说明。通过如上述那样配置各L调节器12A～12D，能够将相邻的L调节器12A～12D间的互感调节为各L调节器12A～12D的自感的5～30％。另外，如果互感超过自感的30％，则相对于1个L调节器12A～12D的面积变化量，加热线圈10A～10D的电流变化量过大。即，在此情况下，L调节器12A～12D的调节变得过于敏感，为了控制升温速度，需要高精度的调节(1mm单位的调节)。因此，控制升温速度变得困难。此外，如果互感小于自感的5％，则相对于1个L调节器12A～12D的面积变化量，加热线圈10A～10D的电流变化量过小，L调节器12A～12D的紧凑化变得困难。
另外，在此情况下，L调节器12A～12D间的互感可以根据L调节器12A～12D相对于加热线圈10A～10D的面积变化的比、和流过该加热线圈10A～10D中的电流变化的比而概略地求出。即，在将电流变化的比除以面积变化的值是1.2的情况下，该值的增加量(0.2)对应于互感。因此，在该情况下，可以计算出互感是L调节器12A～12D的自感的20％。
(加热线圈与L调节器的关系)
此外，L调节器12A～12D配置成：各加热线圈10A～10D和与其连接的各L调节器12A～12D之间的间隙D3为500mm～2000mm。通过隔开该间隙D3配置L调节器12A～12D，能够更容易且稳定地进行L调节器12A～12D的电感调节。即，在该间隙D3小于500mm的情况下，由L调节器12A～12D产生的磁场干涉加热线圈10A～10D，在两者之间产生互感。因此，L调节器12A～12D的调节变得困难。另一方面，间隙D3的上限2000mm由能够确保对地间耐压的、包括加热线圈10A～10D和L调节器12A～12D的电路整体的阻抗值决定。即，在间隙D3超过2000mm的情况下，不仅装置整体的结构变大而妨碍紧凑化，而且电路整体的阻抗增加，线圈间的电位差增加而变得容易放电。
此外，也因为钢板2的大小，优选地将L调节器12A～12D的钢板2的板宽方向(y轴方向)的宽度设定为例如500～2500mm(加热线圈10A～10D的约30～50％)，将L调节器12A～12D的钢板2的板厚方向(z轴方向)的高度设定为例如100～200mm(加热线圈10A～10D的约20～200％)。换言之，L调节器12A～12D的大小优选地设定为(加热线圈的面积+L调节器的面积)/加热线圈的面积＝1～3。此外，L调节器12A～12D的钢板2的通板方向J1的宽度设定为与加热线圈10A～10D大致相同。
(L调节器的效果的例子)
以上那样构成的L调节器12A～12D能够实现装置整体的紧凑化，并且能够调节加热线圈10A～10B各自的电流量。在调节电流量时，该L调节器12A～12D不使用上述专利文献2那样的电阻，所以不发生焦耳热的产生带来的能量损失，有关本实施方式的感应加热装置1能够提高能量效率。此外，各L调节器12A～12D由于能够调节自感，所以例如容易根据钢板2的材质及板厚、板宽等调节自感而调节钢板2的加热。
(L调节器的调节方法)
进而，有关本实施方式的感应加热装置1通过调节L调节器12A～12D的面积，不仅调节自感，还调节互感，由此在居里点附近也能够保持一定的升温速度。以下，对在高温区中将升温速度保持为一定时的L调节器12A～12D的面积调节进行说明。另外，不仅是在以下说明的L调节器12A～12D的面积调节，上述各结构等当然也起作用而能够将居里点附近的升温速度保持为一定。
L调节器12A～12D如图5所示，被调节为：在分别与钢板2的长度方向的最前段的加热线圈10D、和最后段的加热线圈10A连接的L调节器12D、12A中发生的自感比在它们之间的L调节器12C、12B中发生的自感小。
更具体地讲，L调节器12A～12D被调节为：L调节器12D、12A的区域S的截面积比L调节器12C、12B的区域S的截面积小。换言之，L调节器12A～12D被调节为：L调节器12D、12A的连接部111M、112M间的分隔距离比L调节器12C、12B的连接部111M、112M间的分隔距离小。如果用L调节器12A～12D的高度说明，则L调节器12D、12A的高度比L调节器12B、12C的高度低。
如果采用这样的结构，则配置有L调节器12D、12A的电路内的电抗变得比其他电路小，结果能够在加热线圈10D、10A中流过比加热线圈10C、10B中的电流大的电流。通过这样使最前段和最后段的加热线圈10D、10A的电流量变大，能够在对应于该加热线圈10D、10A的钢板2中使加热密度变大，能够将居里点附近的钢板2的升温速度保持为一定。
(实施例)
对基于该L调节器12A～12D的调节的电流量及加热密度的变化，表示实施例。在有关本实施方式的实施例中，设加热线圈10A～10D的宽度
(图1的y轴方向的宽度)为1000mm、高度(图1的z轴方向的长度、图2的距离W1)为400mm、各加热线圈10A～10D的线圈长度为100mm、相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1为50mm(即，在此情况下，相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1为加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/8倍)。并且，L调节器12A～12D的宽度(图1的y轴方向的宽度)为400mm，并且使高度(图1的z轴方向的长度)在0mm(输入输出端子111、112间的间隙)～300mm中变化。
此时，在图6中表示调节了L调节器12A～12D的面积的结果、在对应的加热线圈10A～10D中流过的电流的变化。另外，在图6中，横轴表示各加热线圈10D、10C、10B、10A，纵轴表示流过各加热线圈的电流。并且，“全开”是指将L调节器打开的情况，即，使连接部111M位于最上端、使连接部112M位于最下端、使L调节器的区域S的截面积最大的情况。具体而言，在该实施例的情况下，表示将L调节器的高度(连接部111M、112M之间的距离)设为300mm的状态。另外，作为“全开”的相反意义的“全闭”表示将L调节器关闭的情况，即，使连接部111M位于最下端而配置在输入输出端子111的直线上、使连接部112M位于最上端而配置在输入输出端子112的直线上的情况。具体而言，在该实施例的情况下，表示将L调节器的高度设为0mm(输入输出端子111、112间的间隙)的状态。
如图6所示，在全部全开的情况下，即，在使L调节器12A～12D全开的情况下，最前段的加热线圈10A、10D的电流量增加。在此情况下，L调节器12A～12D使电气路径111迂回，通过上述说明的将加热线圈10A～10D接近配置的结果的互感的影响，能够使两端的加热线圈10A、10D的电流量增加。即，两端的加热线圈10A、10D中的电感变得比它们之间的加热线圈10B、10C中的电感小，结果能够使两端的加热线圈10A、10D的电流量增加。
另一方面，在中央全开的情况下，即，在使两端的L调节器12A、12D全闭、使它们之间的中央的L调节器12B、12C全开的情况下，最前段的加热线圈10A、10D的电流量进一步增加。在此情况下，通过在中央的L调节器12B、12C中产生的电感，流过与其连接的加热线圈10B、10C中的电流减少。并且，通过L调节器12A～12D间的互感及加热线圈10A～10D间的互感，能够使流过两端的加热线圈10A、10D中的电流量增加。
另一方面，在两端全开的情况下，即在使两端的L调节器12A、12D全开、使它们之间的中央的L调节器12B、12C全闭的情况下，该加热线圈10A～10D中的电流量的差减少，大致相同的电流流过加热线圈10A～10D中。在此情况下，通过在两端的L调节器12A、12D中产生的电感，流过与其连接的加热线圈10A、10D中的电流减少。但是，通过L调节器12A～12D间的互感及加热线圈10A～10D间的互感，能够使流过中央的加热线圈10B、10C中的电流量增加。结果，能够将在各加热线圈10A～10D中流动的电流调节为大致一定。
这样的L调节器12A～12D的高度调节带来的加热线圈10A～10D的电流量的变化，在相邻的加热线圈10A～10D的相互距离D1变更为加热线圈10A～10D的高度方向的内侧的距离W1的1/10倍以上1/3倍以下、加热线圈10A～10D的宽度变更为1000mm、1500mm、2000mm时，也能够得到同样的趋势。
在此情况下，设为中央全开时更能够使整个温度区域中的升温速度均匀。参照图7～图9对此进行说明。
(中央全开)
图7是用来概略地说明有关本实施方式的感应加热装置1的钢板2的长度方向上的升温速度的说明图，图8是表示两端全开的升温速度的曲线图，图9是表示中央全开的升温速度的曲线图。
图7A所示的、长度方向上的钢板2的位置x1、x2、x3分别表示加热线圈10A～加热线圈10D的中央、距离x1靠后方100mm(加热线圈10B的中心)、距离x3靠后方300mm(加热线圈10A的中心)。并且，图8及图9所示的测量值L1、L2、L3分别表示位置x1、x2、x3处的钢板2的温度变化。
如图8所示，在使两端全开、使流过各加热线圈10A～10D中的电流量一定的情况下，位置x3的升温速度(L3的斜率)变得比位置x1、x2的升温速度(L1、L2的斜率)小。这是因为，钢板2的温度在居里点(例如约770℃)附近(例如约650℃)的高温区域，钢板2的导磁率下降，结果升温速度下降。另一方面，如图9所示，在使中央全开、使流过两端的加热线圈10A～10D中的电流量增加的情况下，位置x3的升温速度(L3的斜率)接近于位置x1、x2的升温速度(L1、L2的斜率)的约100℃/s。因此，能够使居里点附近的温度区域中的钢板2的升温速度的下降减少。
如果在感应加热装置1的整体上概略地说明此情况下的钢板2的升温速度，则如下所述。
即，如图7B所示，在使L调节器12A～12D为两端全开、使电流一定的情况下，钢板2的入侧的加热线圈10D不能得到在加热开始时需要的加热密度而升温速度下降。另一方面，钢板2的温度达到高温区，结果出侧的加热线圈10A的导磁率下降而升温速度下降。相对于此，在使L调节器12A～12D为中央全开的情况下，虽然中央的加热线圈10B、10C中的电流量下降而升温速度减小，但两端的加热线圈10A、10D中的电流量增加，能够使升温速度增大。此时，中央的加热线圈10B、10C中的升温速度的减小只要其影响小于两端的加热线圈10A、10D中的升温速度的增大带来的效果即可。这是因为在L调节器12A～12D间相互电抗起作用。
即，在设为中央全开的情况下，能够使得两端的加热线圈10A、10D中流过比中央的加热线圈10B/10C中的电流大的电流，并且能够减小升温速度的变化。另外，为了实现这样的升温速度，在有关本实施方式的感应加热装置1中，线圈电流最高是约3000A。另一方面，例如在利用可变电阻的上述专利文献中，在将各线圈电压使用为相同的值的情况下，需要约4500A的电流。即，根据有关本实施方式的感应加热装置1，在消耗电力中能够削减约33％的能量。该削减量相当于家庭用消耗电力的约几千户的电力。此外，关于该能量削减，即使L调节器12A～12D的互感带来的效果较大，例如如专利文献1那样使用可变电阻，也难以实现这样的能量削减。
对于这一点，参照图10通过L调节器12A～12D的面积比来考察。
图10是表示对于L调节器12A～12D的面积比的加热线圈10A～10D的电流比的曲线图。
另外，在图10的横轴中，表示两端的L调节器12A、12D的面积相对于中央的L调节器12B、12C的面积的比，在纵轴中表示中央的加热线圈10B、10C的电流相对于两端的加热线圈10A、10D的电流的比。并且，在此情况下，如果设横轴为x、纵轴为y，则各测量点的近似直线用y＝1.22x-0.50表示。
如图10所示，通过变更L调节器的面积比，能够变更加热线圈的电流比。具体而言，如果使中央的L调节器12B、12C与两端的L调节器12A、12D的面积相等(如果将面积比设为1)，则流过两端的加热线圈10A、10D中的电流大于中央的加热线圈10B、10C中的电流。另一方面，如果使中央的L调节器12B、12C的面积比两端的L调节器12A、12D大(例如设面积比为0.8)，则两端的加热线圈10A、10D的电流进一步增加，成为中央的加热线圈10B、10C的电流的约2倍(电流比为约0.5)。另一方面，如果使中央的L调节器12B、12C的面积比两端的L调节器12A、12D小(例如将面积比设为1.2)，则两端的加热线圈10A、10D的电流减少，变为与中央的加热线圈10B、10C的电流大致相等(电流比约为1)。
即，如果使面积比从0.8变为1.2而增加到约1.5倍，则能够使电流从0.5增加到1.0即约2倍。即，可知通过改变L调节器12A～12D的面积，能够高效率地控制电流量。这是因为，不仅L调节器12A～12D产生自感，而且在相互之间产生互感。
(施加电压的频率)
接着，参照图11，说明对具有有关本实施方式的L调节器12A～12D的感应加热装置1施加的交流电压的频率(也称作运转频率)。图11是在有关该实施方式的感应加热装置1中、表示对于交流电源3的交流电压的频率的交流电压的曲线图。
通过加热的钢板1的升温范围/升温速度等的使用，能够决定应流过加热线圈10A～10D中的电流I。通过该电流及其频率(电压的频率)、和各线圈及汇流条等引起的线圈的电感，产生加热线圈10A～10D的线圈电压与汇流条之间的电压。对该线圈电压，在装置的容许电压或供给电压等的关系上，存在下述的(公式1)的制约。
(公式1)
线圈电压[V]＝2×π×(运转频率f[Hz])
×(线圈的电感L[H])×线圈的电流I
≤30kV
在该(公式1)的制约下，运转频率f与L×I(即线圈电压)的关系成为如图11的曲线图。
另一方面，各线圈的电感需要由对地间耐压、线圈电流I及运转频率f决定范围。因此，为了如上述那样调节L调节器12A～12D的电感，运转频率f优选地设定在例如50kHz～500kHz的范围中。在50kHz～500kHz的范围中，包括L调节器12A～12D的线圈的电感为整体的电感的99％以上，所以能够抑制作为芯的钢板2的负荷的影响，通过L调节器12A～12D调节流过各加热线圈10A～10D中的电流。
另外，在运转频率f小于50kHz时，受到作为芯的钢板2的电阻的影响，L调节器12A～12D的电流的调节效果变小。另一方面，在运转频率f超过500kHz时，对于L调节器12A～12D带来的电感的变化，对地间耐压的富余变少，L调节器12A～12D的高度调节的范围被限定在狭小的范围，难以适当地调节电流。
以上，参照附图对本发明的优选的实施方式详细地进行了说明，但本发明当然并不限定于这些例子。如果是具有本发明所属的技术领域中的通常的知识的人，在权利要求书所述的技术思想的范围内能够想到各种变更例或修正例是显而易见的，需要了解的是，这些当然也属于本发明的技术范围。
例如，在上述实施方式中，在L调节器12A～12D中，连接部111M、112M的连结机构例如是螺栓，但本发明并不限定于该例子。例如，连结机构也可以将连接部与立设部之间电连接。
例如也可以使用闩锁等。在使用闩锁等的情况下，例如能够通过马达等的驱动机构将闩锁拆下而解除连结状态，也可以通过其他驱动机构，自动地使连接部111M、112M上下移动。在此情况下，例如也可以测量各加热线圈10A～10D中的电流量及对应的位置的钢板2的温度等，而自动地使连接部111M、112M上下移动，以实现希望的升温速度等。
工业实用性
根据本发明，能够在改善能量效率的同时降低加热钢板的升温速度的变化。

Claims (13)

1.一种感应加热装置，通过电磁方式将钢板连续加热，其特征在于，
具有至少3个加热线圈，该至少3个加热线圈沿着上述钢板的长度方向配置，以使上述钢板通过内部；
并且，对于各个上述加热线圈具备电感调节器，该电感调节器配置在将各个上述加热线圈与对该各个加热线圈施加电压的电源电连接的电气路径上，产生自感应，并且能够调节该自感应的自感；
各个上述电感调节器配置成：至少在相邻的上述自感调节器之间发生相互感应。
2.如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，
对于上述钢板的长度方向上的最前段的上述加热线圈及最后段的上述加热线圈所具备的上述电感调节器分别产生的自感被调节为：小于在上述最前段的加热线圈与上述最后段的加热线圈之间配置的上述加热线圈的上述电感调节器所产生的自感。
3.如权利要求2所述的感应加热装置，其特征在于，
相邻的上述加热线圈的相互距离是上述加热线圈的高度方向的内侧的距离的1/10以上1/3以下；
各个上述电感调节器通过在相对于上述电气路径交叉的方向上形成迂回路径而构成；
相邻的上述电感调节器之间的间隙是50mm～500mm。
4.如权利要求3所述的感应加热装置，其特征在于，
各个上述电感调节器通过使配置有该电感调节器的上述电气路径以大致线圈状迂回而产生上述自感应，并且通过变更由迂回的上述电气路径的大致线圈状的迂回路径包围的区域的截面积，来调节上述自感应的自感。
5.如权利要求4所述的感应加热装置，其特征在于，
将各个上述加热线圈与上述电源连接的各个上述电气路径由一对输入输出端子构成，该一对输入输出端子从各个上述加热线圈以长条状延伸设置；
上述电感调节器使上述一对输入输出端子迂回以使上述一对输入输出端子的一个和另一个相互分隔，并且变更上述迂回路径中的上述一对输入输出端子的一个与另一个之间的距离而变更由上述迂回路径包围的区域的上述截面积。
6.如权利要求5所述的感应加热装置，其特征在于，
各个上述加热线圈与连接至该加热线圈的上述电感调节器的间隙是500mm～2000mm。
7.如权利要求6所述的感应加热装置，其特征在于，
各个上述加热线圈是单匝线圈或双匝线圈。
8.一种感应加热方法，通过电磁方式将钢板连续加热，其特征在于，
沿着上述钢板的长度方向配置至少3个加热线圈，以使上述钢板通过内部；
在将各个上述加热线圈与对该各个加热线圈施加电压的电源电连接的电气路径上，对于各个上述加热线圈配置产生自感应、并且能够调节该自感应的自感的电感调节器，以至少在相邻的上述电感调节器之间发生相互感应；
将对于上述钢板的长度方向的最前段的上述加热线圈及最后段的上述加热线圈所具备的上述电感调节器分别产生的自感调节为：小于在上述最前段的加热线圈与上述最后段的加热线圈之间配置的上述加热线圈的上述电感调节器所产生的自感。
9.如权利要求8所述的感应加热方法，其特征在于，
相邻的上述加热线圈的相互距离是上述加热线圈的高度方向的内侧的距离的1/10以上1/3以下；
各个上述电感调节器通过在相对于上述电气路径交叉的方向上形成迂回路径而构成；
相邻的上述电感调节器之间的间隙是50mm～500mm。
10.如权利要求9所述的感应加热方法，其特征在于，
各个上述电感调节器通过使配置有该电感调节器的上述电气路径以大致线圈状迂回而产生上述自感应，并且通过变更由迂回的上述电气路径的大致线圈状的迂回路径包围的区域的截面积，来调节上述自感应的自感。
11.如权利要求10所述的感应加热方法，其特征在于，
将各个上述加热线圈与上述电源连接的各个上述电气路径由一对输入输出端子构成，该一对输入输出端子从各个上述加热线圈以长条状延伸设置；
上述电感调节器使上述一对输入输出端子迂回以使上述一对输入输出端子的一个和另一个相互分隔，并且变更上述迂回路径中的上述一对输入输出端子的一个与另一个之间的距离而变更由上述迂回路径包围的区域的上述截面积。
12.如权利要求11所述的感应加热方法，其特征在于，
各个上述加热线圈与连接至该加热线圈的上述电感调节器的间隙是500mm～2000mm。
13.如权利要求12所述的感应加热方法，其特征在于，
各个上述加热线圈是单匝线圈或双匝线圈。
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