CN204578807U - 感应发热辊装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种感应发热辊装置，在所述感应发热辊装置中不需要使用测量辊主体的温度的温度检测元件，所述感应发热辊装置包括：阻抗计算部(61)，计算卷线(32)的阻抗；关系数据存储部(63)，存储表示卷线(32)的阻抗和辊主体(2)的温度的关系的关系数据；以及辊温度计算部(64)，根据从阻抗计算部(61)得到的阻抗和存储在关系数据存储部(63)中的关系数据，计算辊主体(2)的温度。

Description

感应发热辊装置
技术领域
本实用新型涉及一种感应发热辊装置。
背景技术
在感应发热辊装置中，如专利文献1所示，在作为被加热体的辊主体上安装有温度检测元件，直接测量温度。
可是，由于辊主体是转动件，所以难以安装温度检测元件的情况较多。此外，在温度检测元件安装在辊主体上的情况下，个别温度检测元件和辊主体的接触状况不同，所以有时检测温度会有误差。此外，为了把设置在辊主体上的温度检测元件输入固定侧的控制设备，需要旋转变压器等高端设备。
另外，可以考虑使用辐射式温度计等非接触式温度检测装置来检查辊主体的温度，但是由于检测精度低或受辊主体的表面辐射率(放射率)的影响，有时难以准确地检测温度。
专利文献1：日本专利公开公报特开2001-23766号
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型的主要课题在于在感应发热辊装置中不使用测量辊主体的温度的温度检测元件。
即，本实用新型提供一种感应发热辊装置，其包括：辊主体，被支撑成转动自如；磁通产生机构，设置在所述辊主体的内部，由铁心和卷绕在所述铁心上的卷线构成；以及电源电路，与所述卷线连接，并且设置有控制交流电流或交流电压的控制元件，所述感应发热辊装置的特征在于还包括：阻抗计算部，与交流电流检测部和交流电压检测部连接，根据从交流电流检测部得到的交流电流值和从交流电压检测部得到的交流电压值，计算所述卷线的阻抗，所述交流电流检测部检测流过所述卷 线的交流电流，所述交流电压检测部检测向所述卷线施加的交流电压；关系数据存储部，存储有表示所述卷线的阻抗和所述辊主体的温度的关系的关系数据；以及辊温度计算部，与所述阻抗计算部和所述关系数据存储部连接，根据从所述阻抗计算部得到的阻抗和存储在所述关系数据存储部中的关系数据，计算所述辊主体的温度。
按照这种结构，由于所述感应发热辊装置具有根据从阻抗计算部得到的阻抗和表示卷线的阻抗和辊主体的温度的关系的关系数据计算辊主体的温度的辊温度计算部，所以不需要在辊主体上设置温度检测元件，可以通过计算卷线的阻抗来计算辊主体的温度。
从阻抗计算部得到的阻抗与作为发热部的辊主体的内表面温度之间具有固定的变化特性。
对验证后的辊主体(内径Φ×表面长度L)施加额定电压时的阻抗和辊主体的内表面温度的关系为以下的近似式。
θi＝knZn+kn-1Zn-1+kn-2Zn-2+,···,+k2Z2+k1Z+k0
其中，θi是辊主体的内表面温度(℃)，Z是阻抗(＝E/I)，kn(n＝1,2,···,n)和k0是根据实测值确定的系数。
此外，稳定时的辊主体的内表面温度和辊主体的表面温度之间具有规定的关系。因此，当所述辊主体的内表面温度和表面温度的温度差为θ(℃)时，优选的是，所述辊温度计算部利用根据以下公式得到的温度差θ，对根据所述阻抗和所述关系数据得到的所述辊主体的温度进行修正。
θ＝kP/[2π/{ln(d2/d1)/λ}]
其中，d1是辊主体的内径(m)，d2是辊主体的外径(m)，λ是辊主体的平均温度的热导率(W/m·℃)，P是热流速(W/m)，在此是用辊主体的内表面的发热量(W)除以发热内表面长度(m)(与卷线宽相等)的值。此外，k是根据实测值计算出的修正系数。
另外，热导率λ随辊主体的材质和温度而变化，图4例如表示温度和碳素钢的热导率的特性。此外，在数十～数百kHz的高频率时，辊主 体的电流渗透度为数μm，但是在50～1000Hz的中频率时，能得到数mm～数十mm的电流渗透度。例如碳素钢在60Hz·500℃时电流渗透度为10mm左右。即，由于在中频率感压加热中电流渗透度深，所以发热部温度(内表面温度)和表面温度的差比高频率时小。
测量某一条件下的发热密度且到达温度的温度上升，得出辊主体的表面温度和阻抗的关系近似式，并根据所述近似式从阻抗得出辊主体的表面温度。如果发热密度变化，则壁厚t的温度差θ变化，此外，如果辊主体的到达表面温度变化，则平均温度变化，因此热导率也变化。如果通过换算式进行计算，则能够得到辊主体的表面温度，从而能够计算出由阻抗产生的辊主体的表面温度。
优选的是，在所述辊主体的侧周壁上形成有封入有气液两相的热介质的夹套室。上述夹套室通过由封入的气液两相的热介质进行的热输送，使辊主体的温度均匀，同时也使辊主体的表面温度均匀。
即，通过阻抗进行的辊主体的温度的检测是对内表面温度的平均温度进行的检测，所以因夹套室而变得均匀的辊主体的各部表面温度与对由阻抗检测出的温度进行必要的修正并换算为表面温度的值相等。
在此，优选的是，当所述辊主体的断面面积为S、所述夹套室的断面面积的总和为Sj、所述辊主体的壁厚为t时，所述辊温度计算部利用将所述辊主体的内径d1作为dj1＝d1+t{1-α(1-Sj/S)}、将所述辊主体的外径d2作为dj2＝d2-t{1-α(1-Sj/S)}而得到的温度差θ，计算所述辊主体的温度。另外，dj1是考虑了由夹套室产生的壁厚变薄部分后的虚拟内径，dj2是考虑了由夹套室产生的壁厚变薄部分后的虚拟外径。
其中，当辊主体的与转动轴垂直的断面面积为S、夹套室的与所述转动轴垂直的断面面积的总和为Sj、辊主体的壁厚为t时，以热量方式换算的壁厚tj为以下公式。
tj＝α×t(S-Sj)/S(α＞1)
其中，α是变量，该变量表示由伴随温度下降产生的热介质的压力下降导致的夹套室的功能下降比例。α-θ的关系特性由热介质的种类和夹套室内的不纯物浓度来确定。
壁厚t和以热量方式换算的壁厚tj的差异如下，
t-tj＝t-α×t(S-Sj)/S
＝t{1-α(S-Sj)/S}
＝t{1-α(1-Sj/S)}
因此，以热量方式换算的辊主体的虚拟内径dj1和虚拟外径dj2如下。
dj1＝d1+t{1-α(1-Sj/S)}
dj2＝d2-t{1-α(1-Sj/S)}
即，由于计算上的内外径比变小，因此温度差θ变小，所以温度测量误差也变小。
优选的是，感应发热辊装置还包括阻抗修正部，所述阻抗修正部利用从检测所述电源电路的电源电压的电源电压检测部得到的电源电压值，对从所述阻抗计算部得到的阻抗进行修正，所述辊温度计算部根据由所述阻抗修正部修正后的修正阻抗和所述关系数据，计算所述辊主体的温度。
一般来说，电源电压在产品出货时和用户使用时会发生变化。例如，如果规格为200V，则感应发热辊装置需要能够在190V～210V的范围内正常动作。特别是在辊主体的温度的初始升温时施加输入全电压，所以需要与受电电压值配合对阻抗值进行修正。
在此，必须根据用户使用时的电源电压V2对由出货时的电源电压V1计算出的阻抗-温度特性(所述关系数据)进行修正。
这是因为在图5所示的单相的感应发热辊(单相辊)的等效电路中，如果电源电压变化，则磁回路中的磁通密度变化，因此励磁阻抗r0、l0和壳型电抗器(辊主体的电抗器)l2变化，此外由于磁通密度变化而引起壳型磁导率(辊主体的磁导率)变化，从而导致电流渗透度变化且壳型电阻(辊主体的电阻)r2变化，由此电路阻抗也发生变化。在此，感应发热辊是指由辊主体和磁通产生机构构成的部分。
当以近似式表示辊主体的表面温度和阻抗的关系时，由输入电压变化而引起的磁通密度的变化，导致电流渗透度变化，从而产生阻抗的变 化。因此，需要对近似式的读取进行修正。
可以利用σ＝5.033√(ρ/μs×f)来计算辊主体的电流渗透度σ。公式中的ρ是电阻率，μs是相对磁导率，f是频率。在此，磁性材质的辊主体的相对磁导率随着磁通密度而变化，表示每种金属固有的特性。预先测量上述磁性材料的相对磁导率-磁通密度特性，并计算与输入电压对应的磁通密度时的电流渗透度，从而对与电流渗透度成反比的阻抗进行修正，由此读取温度。另外，图7表示辊主体的材质例如为碳素钢S45C时磁通密度和相对磁导率的关系。
此外，由于电阻率也表示每种金属与温度的固有的变化特性，所以伴随温度变化电流渗透度σ也发生变化，从而导致阻抗变化。但是，辊主体的发热部温度和阻抗的关系近似式是包含辊主体的发热部温度变化的公式，所以不需要对此进行修正。
具体地说，当所述控制元件是感应电压调整器那样的电压可变装置时，通过使向作为感应线圈的卷线输入的输入电压变化，使磁回路的磁通密度变化，此外，当所述控制元件利用半导体对电流或电压的相位角(通电角)进行控制时，如果因通电角变化而引起输入电压变化，则磁回路的磁通密度变化，而且辊主体的温度也变化，所以辊主体的电流渗透度σ变化。
输入电压的变化引起磁通密度的变化，因此磁回路的励磁特性也发生变化，所以图5的等效电路的励磁阻抗r0和l0的值也发生变化。由于所述励磁特性根据辊主体和铁心的材质表示与磁回路的磁通密度的固有关系，所以预先测量特性，对阻抗进行修正。另外，图8表示磁通产生机构的铁心是厚度为0.23mm的方向性硅钢板、辊主体的材质是碳素钢S45C的热处理材料时，由磁通产生机构产生的磁通密度和励磁电阻的关系。
此外，输入电压的变化引起磁通密度的变化，也引起图5的等效电路的壳型电抗器l2的值的变化。由于壳型电抗器l2表示与辊主体的电阻率和磁通密度相关的变化，所以预先测量特性，对阻抗进行修正。此外，电抗器l1是由辊主体的结构确定的值，需要预先进行计算。
此外，在感应发热辊装置的运转中电源电压急剧变化时，磁回路的磁通密度急剧变化而引起电流渗透度变化，所以阻抗变化，但是辊主体的温度变化产生大幅度的时间滞后。由于温度的时间滞后根据辊主体结构(材质、尺寸、重量等)的不同而不同，所以需要针对辊主体的每个种类分别确定修正式。
使用验证后的辊装置时，修正式如下。
Zn＝{1-a(E-Vin)b}Zon
其中，E是额定电源电压，Vin是控制元件输入电压，Zon是修正前的时间tn的阻抗，n是表示检测顺序的数，a和b是每个辊的常数。
将根据例如以数十微秒左右划分的时间tn期间的有效电压和有效电流计算出的Zon代入上述修正式，得出修正阻抗Zn。
接着，将根据下一划分的时间t(n+1)的有效电压和有效电流计算出的Zo(n+1)代入修正式，得出修正阻抗Z(n+1)。由此，连续进行顺序划分的每个时间的阻抗修正。
此外，所述控制元件为半导体时，电压和电流的波形形状因通电角而发生变化，但是由于变化成分别不同的形状，所以通过各个阻抗的分担电压的变化，励磁阻抗的电压变化且磁通密度变化，因此励磁阻抗和相对磁导率也变化。此时，如果确定了控制元件、通电角、负载，则由于电压和电流分别成为固定的形状，所以能够根据通电角确定修正系数。
在此，优选的是，感应发热辊装置还包括阻抗修正部，所述阻抗修正部利用所述控制元件的通电角对从所述阻抗计算部得到的阻抗进行修正，所述辊温度计算部根据由所述阻抗修正部修正后的修正阻抗和所述关系数据，计算所述辊主体的温度。
控制元件是晶闸管，并使用验证后的辊主体(内径Φ×表面长度L)时，因波形变形而产生高谐波成分变化，由此等效电路中的电抗器成分l1和l2的电压变化。因此，施加在励磁阻抗上的电压变化，磁通密度也变化。即，根据磁通密度的变化励磁阻抗和相对磁导率变化，因此需要对此影响进行修正。
对由晶闸管的相位角变化所产生的影响进行修正后的修正阻抗Z如下所示。
Z＝a×Zx
其中，如果C＝V/Vin，
则a＝anCn+an-1Cn-1+an-2Cn-2+,···,+a2C2+a1C+a0
其中，an是基于由各感应发热辊装置确定的实测值的系数，a0是常数。
此外，Zx是修正前的阻抗，Vin是晶闸管的受电电压，V是晶闸管的输出电压。
优选的是，所述阻抗修正部利用从检测所述卷线的温度的温度检测部得到的卷线温度，对从所述阻抗计算部得到的阻抗进行修正。
如果因通电而引起作为初级线圈的卷线的温度变化，则图5所示的单相的感应发热辊(单相辊)的等效电路中的r1变化，所以电路阻抗也变化，即，V/I也变化。然而，由于上述变化与辊主体的发热部温度的变化无关，所以需要对该变化部分进行修正。
虽然卷线的电阻率和温度具有与绝对温度大体成比例的关系，但是根据其材质而表示固有的变化特性。例如如果电线材质是铜，则成为以下公式的关系，所以如果将温度传感器埋设在卷线内来检测卷线温度，则能够计算r1。
r1＝kL/100S(Ω)
k＝2.1(234.5+θc)/309.5
其中，L是电线长度(m)，S是电线断面面积(mm2)，θc是卷线温度(℃)。
通常在感应发热辊中，辊主体转动，但是作为感应线圈的卷线不转动，所以将温度传感器埋设在卷线内并不困难。
此外，感应发热辊装置还可以包括：直流电压施加部，控制直流电源，间歇性地向所述卷线施加直流电压；以及电阻值计算部，根据由所 述直流电压施加部施加的直流电压和施加所述直流电压时在所述卷线内流动的直流电流，计算所述卷线电阻值，所述阻抗修正部利用从所述电阻值计算部得到的卷线电阻值，对从所述阻抗计算部得到的阻抗进行修正。
在数秒以内的短时间内向卷线施加固定的直流电压，通过用该直流电压除以在卷线内流动的直流电流，能够计算卷线电阻值。在此，因为直流电压没有感应作用，所以直流电流不会受到辊主体和铁心的影响而仅与卷线电阻值相关。另外，因为卷线温度不会急剧变化，所以即使采用周期性且短时间的测量值，也不会产生大的测量误差。
此外，间歇性地施加直流电压是指例如在从数秒到数十分钟的固定周期内具有数秒以内的施加时间。这样间隙性地施加直流电压，可以使从直流成分受到的偏磁作用变小，并且还可以将对用于感应发热的交流电路的影响抑制为最小限度。此外，感应发热辊装置的卷线通常热惯性较大，并且在通常的固定负载条件下的运转中，卷线温度的变化不会成为太大的值。因此，以从数秒到数十分钟为单位、优选以从数十秒到数分钟为单位，实施利用数秒以内的短时间的施加时间进行的温度检测，能够充分地进行辊主体的温度控制。
优选的是，利用设置在所述电源电路中的控制元件，使所述交流电流或交流电压断开或成为最小限度的状态下，所述电阻值计算部向所述卷线施加直流电压并计算卷线电阻值。
向施加有交流电压的卷线施加直流电压，并且从交流电流和直流电流叠加的电流中仅检测直流成分(直流电流)，需要复杂的检测电路。在此，在通常的感应发热辊装置中包括具有控制元件的电源电路，该控制元件对用于控制辊主体的温度的交流电流或交流电压进行控制。因此，如果仅在直流电压的施加时间利用控制元件使交流电流或交流电压断开或成为最小限度的值，则能够抑制交流电流(交流成分)的影响，从而能够容易进行直流电流(直流成分)的检测。在此，以数秒以内的短时间、且以从数秒到数十分钟的时间间隔，使交流电流或交流电压断开或成为最小限度的值，因此不会妨碍感应发热作用。
作为使交流电流或交流电压断开或成为最小限度的值的实施方式， 可以考虑在控制元件具有例如电磁接触器等开关设备时使该开关设备断开的方式，或者在控制电路部具有例如晶闸管等半导体元件(电力控制元件)时使该半导体元件的通电相位角成为最小的方式。
优选的是，所述辊温度计算部利用从功率因数检测部得到的功率因数和功率因数关系数据对所述辊主体的温度进行修正，所述功率因数检测部检测由所述辊主体和磁通产生机构构成的感应发热辊的功率因数，所述功率因数关系数据表示所述感应发热辊的功率因数和作为基准的感应发热辊的功率因数的关系。
一般来说，在感应发热辊装置中，相对一个控制装置具有多个预备的感应发热辊，即，相对一个控制装置，需要使规格相同的多个预备的感应发热辊之间具有互换性，此外也需要使辊主体和卷线的组合具有互换性。
在此，即使感应发热辊是规格相同的辊，但是作为感应线圈的卷线的完成状态会有稍许不同、或者辊主体材质的不均匀性和完成尺寸也会有稍许不同。此外，根据卷绕有卷线的铁心和辊主体的退火状况，磁导率也会不同。
根据上述不同，在图5所示的单相的感应发热辊(单相辊)中，等效电路中的全部阻抗(r1、l1、r0、l0、r2、l2)分别稍许变化。作为电路整体，全部阻抗Z变化，即，其电阻R和电抗ωL变化。
由于功率因数为所以如果R和L变化，则除了特殊点以外，功率因数也变化。此外，阻抗Z为Z＝√{R2+(ωL) 2}＝V/I，因此如果R和L变化则V/I也变化，此外即使输入电压相同，但电流I和功率因数变化，所以容量P也变化。因此，根据作为基准的近似式计算出的辊主体的表面温度会产生误差。
因此，辊主体是磁性或磁性和非磁性的复合材质，在具有磁性的温度以下(碳素钢中600℃左右以下)、磁通密度在饱和磁通密度以内时，一个辊主体的功率因数具有固定而不变化的特性(参照下表1)。该表1表示频率60Hz时的升温电气特性。
[表1]
温度(℃) 电压(V) 电流(A) 容量(kW) 功率因数 电流/电压
17 201.0 198.0 31.34 0.787 0.985
50 201.9 184.1 29.31 0.789 0.912
100 201.0 167.1 26.53 0.788 0.831
120 201.4 163.3 25.93 0.788 0.811
其中，以一个感应发热辊为基准(以下称为基准辊)，交流电压为Vr，交流电流为Ir，功率因数为有效容量为Pr。此外，向作为温度检测对象的感应发热辊(以下称为检测对象辊)施加相同的交流电压Vr时的交流电流为Ix，功率因数为有效容量为Px。
检测对象辊和基准辊的有效容量的差为ΔP时，以下公式成立。
Px＝Pr+ΔP
···式1
···式2
容量比···式3
由于容量比由电流比和功率因数比的积构成，所以如果用式3除以功率因数比，则能够得出电流比。
···式4
制作多个感应发热辊时，测量各感应发热辊的功率因数和容量，根 据式3和式4得出系数k。
图6是表示辊主体的表面温度θ(℃)和交流电压/交流电流(V/I)的关系的特性曲线图，粗虚线是基准辊的特性曲线，粗实线是检测对象辊的特性曲线。虽然希望得出检测对象辊的粗实线的θx(℃)，但是根据存储的基准辊的特性曲线只能得出Vr/Ix的θx’(℃)。
但是，由于可以认为检测对象辊的特性曲线相对于基准辊的特性曲线没有很大的特性变化，所以考虑检测对象辊的特性曲线和基准辊的特性曲线的平行移动的关系来进行计算。
首先，将根据式4得出的电流代入基准辊的特性曲线，计算基准辊的Vr/Ir时的温度θr。
在此，交流电流Ix且功率因数时，检测对象辊的容量与基准辊的容量相比仅变化式3的倍率，所以温度上升值也以相同的比率变化。
温度上升值是辊主体的温度和周围温度的差，基准辊的温度上升值为Δθr(℃)，基准辊的V/I-θ特性近似式的周围温度为θa(℃)，检测对象辊的温度上升值为Δθx(℃)时，
···式5
···式6
以下的表2是在检测对象辊(辊主体的外径190mm、内径167mm、表面长度310mm、碳素钢制)的内周上进行0.3mm和0.4mm厚度的铜涂覆而使阻抗大幅度变化时的实验数据。
No.1辊：无铜涂覆 
No.2辊：有铜涂覆、铜涂覆的厚度0.3mm
No.3辊：有铜涂覆、铜涂覆的厚度0.4mm
[表2]
No. 内周铜涂覆 容量(kW) 电流(A) 功率因数
1 无 25.8 6.98 0.711
2 0.3mm 43.3 14.15 0.859
3 0.4mm 53.8 17.84 0.872
[0104]  根据上述数据得出式3、式4的系数k，
No.1辊和No.2辊时，k＝1.24，
No.1辊和No.3辊时，k＝1.10，
No.2辊和No.3辊时，k＝0.93。
上述数据是极端的阻抗变化的状况，由于在检测对象辊中仅有稍许变化，所以ΔP与Pr相比足够小，因此不会影响ΔP≈ΔP/k、即k＝1。因此，式1～式6的近似式如下所示。
虽然制作个数为一个时不能根据实测来计算k，但是制作多个规格相同的感应发热辊时，假设k＝1，根据上式计算温度，则能够得到近似值。
按照上述结构的本实用新型，不需要在辊主体上设置温度检测元件，可以通过计算卷线的阻抗来计算辊主体的温度。
附图说明
图1是示意性表示本实施方式的感应发热辊装置的结构的图。
图2是同实施方式的控制装置的功能构成图。
图3是表示同实施方式的温度计算流程的图。
图4是表示碳素钢(S45C)的温度和热导率的关系的特性曲线图。
图5是表示单相的感应发热辊(单相辊)的等效电路的图。
图6是表示辊主体的表面温度和交流电压/交流电流的关系的特性曲 线图。
图7是表示碳素钢(S45C)的磁通密度和相对磁导率的关系的特性曲线图。
图8是表示通过由碳素钢(S45C)构成的辊主体和由方向性硅钢板构成的铁心构成的磁回路的磁通密度和励磁电阻的关系的特性曲线图。附图标记说明
100 感应发热辊装置
2   辊主体
2S  夹套室
3   磁通产生机构
32  卷线
4   控制元件
5   电源电路
6   控制装置
61  阻抗计算部
62  阻抗修正部
63  关系数据存储部
64  辊温度计算部
7   交流电流检测部
8   交流电压检测部
9   电源电压检测部
10  温度检测部
11  电力检测部
12  功率因数检测部
具体实施方式
下面，参照附图，对本实用新型的感应发热辊装置的一种实施方式进行说明。
如图1所示，本实施方式的感应发热辊装置100包括：辊主体2，被支撑成转动自如；磁通产生机构3，设置在上述辊主体2的内部，由铁 心31和卷绕在该铁心31上的卷线32构成；以及电源电路5，与卷线32连接，并且设置有控制电流或电压的控制元件4。
在辊主体2的侧周壁的壁厚内，沿周向等间隔地形成有封入有气液两相热介质的多个夹套室2S。此外，具体地说，本实施方式的控制元件4是晶闸管，利用半导体控制交流电流或交流电压的通电角。
并且，控制本实施方式的感应发热辊装置100的控制装置6具有表面温度计算功能，根据卷线32的阻抗计算辊主体2的表面温度。
具体地说，控制装置6是具有CPU、内部存储器、A/D转换器、D/A转换器、输入输出接口等的专用或通用的计算机，通过按照预先存储在内部存储器内的规定程序使所述CPU或周边设备动作，来起到如图2中所示的阻抗计算部61、阻抗修正部62、关系数据存储部63、辊温度计算部64等的功能。
以下，参照图2并参照图3的温度计算流程图，对各部分进行说明。
阻抗计算部61根据从交流电流检测部7得到的交流电流值和从交流电压检测部8得到的交流电压值，计算卷线32的阻抗Z1(＝V/I)(图3的(1))，该交流电流检测部7检测流过卷线32的交流电流I，该交流电压检测部8检测向卷线32施加的交流电压V。
阻抗修正部62根据产品出货时制作关系数据的电源电压和用户使用的电源电压的不同部分(两者的电源电压的差)，对从阻抗计算部61得到的阻抗Z1进行修正(图3的(2))。
此外，阻抗修正部62根据控制元件(晶闸管)4的通电角(相位角)，对阻抗Z1进行修正(图3的(3))。
具体地说，阻抗修正部62按照以下公式对阻抗Z1进行修正。
Z2＝a×Z1
其中，如果C＝V/Vin，
则a＝anCn+an-1Cn-1+an-2Cn-2+,···,+a2C2+a1C+a0
其中，an是基于由各感应发热辊装置确定的实测值的系数，a0是常数。
此外，Z1是修正前的阻抗，Vin是晶闸管的受电电压，V是晶闸管的输出电压。
此外，在感应发热辊装置100运转中电源电压急剧变化时，磁回路的磁通密度也急剧变化，因此辊主体的电流渗透度变化，所以阻抗变化，但是在辊主体的温度变化上产生较大的时间滞后。因此，本实施方式的阻抗修正部62根据从对电源电路5的电源电压进行检测的电源电压检测部9得到的电源电压值E，对利用上述通电角修正的Z2进行修正(图3的(4))。
具体地说，阻抗修正部62按照以下公式，对阻抗Z2进行修正。
Z3＝{1-a(E-Vin)b}Z2
其中，E是额定电源电压，Vin是控制元件输入电压，Z2是修正前的阻抗，a和b是每个辊的常数。上述修正在每个划分的时间内连续进行。
此外，阻抗修正部62根据从对卷线32的温度进行检测的温度检测部10得到的卷线温度θc(℃)，对利用上述通电角和电源电压E修正的阻抗Z3进行修正(图3的(5))。另外，温度检测部10埋设在卷线32内。
具体地说，阻抗修正部62按照以下公式，计算卷线32的电阻r1并对阻抗Z3进行修正。
r1＝kL/100S(Ω)
k＝2.1(234.5+θc)/309.5
其中，L是电线长度(m)，S是电线断面面积(mm2)，θc是卷线温度(℃)。
关系数据存储部63中存储有表示卷线32的阻抗和辊主体2的温度的关系(V/I-θ特性近似式)的关系数据。具体地说，关系数据表示卷线32的阻抗和辊主体2的内表面温度的关系。此外，当预先得出关系数据时，如上所述，根据通电角、电源电压和卷线温度对由电流检测部7的交流电流值和电压检测部8的交流电压值得出的阻抗进行修正来得到卷线32的阻抗(图3的(1)～(5))。另外，利用作为基准的感应发热 辊装置来得到上述关系数据。此外，关系数据存储部63可以设定在内部存储器的规定区域内，也可以设定在设置在所述控制装置6外部的外部存储器的规定区域内。
辊温度计算部64利用由所述阻抗修正部62修正后的修正阻抗和存储在所述关系数据存储部63中的关系数据，计算辊主体2的内表面温度(图3的(6))。
具体地说，当辊主体2的内表面温度和表面温度(外表面温度)的温度差为θ(℃)时，辊温度计算部64利用从以下公式得到的温度差θ，对内表面温度进行修正并计算表面温度(图3的(7))。
θ＝kP/[2π/{ln(d2/d1)/λ}]
其中，d1是辊主体的内径(m)，d2是辊主体的外径(m)，λ是辊主体的平均温度的热导率(W/m·℃)，P是热流速(W/m)，在此是用辊主体的内表面的发热量(W)除以发热内表面长度(m)(与卷线宽相等)的值。此外，k是根据实测值计算出的修正系数。另外，当计算热流速(W/m)时，辊温度计算部64使用从电力检测部11得到的电力值。
此外，辊温度计算部64考虑由形成在辊主体2上的夹套室2S产生的壁厚变薄部分，计算辊主体2的外表面温度。
具体地说，当辊主体2的断面面积为S、夹套室2S的断面面积的总和为Sj、辊主体2的壁厚为t时，辊温度计算部64将辊主体2的内径d1作为考虑了壁厚变薄部分的虚拟内径dj1(＝d1+t{1-α(1-Sj/S)})，将辊主体2的外径d2作为考虑了壁厚变薄部分的虚拟外径dj2(＝d2-t{1-α(1-Sj/S)})，并利用从上述温度差θ的公式得到的温度差θ，计算辊主体2的外表面温度。
此外，辊温度计算部64对作为温度检测对象的感应发热辊(检测对象辊)相对于作为基准的感应发热辊(基准辊)的仪表误差进行修正。具体地说，辊温度计算部64利用功率因数关系数据对辊主体2的外表面的温度进行修正(图3的(8))，该功率因数关系数据表示从对检测对象辊的功率因数进行检测的功率因数检测部12得到的功率因数和基准辊的功率因数的关系。
更具体地说，如果基准辊的温度上升值(辊主体的温度和周围温度的差)为Δθr(℃)、基准辊的V/I-θ特性近似式的周围温度为θa(℃)、检测对象辊的温度上升值为Δθx(℃)、基准辊的功率因数为检测对象辊的功率因数为则辊温度计算部64利用根据以下公式得到的θx(℃)，计算检测对象辊的辊主体的表面温度。
按照以上述方式构成的本实施方式的感应发热辊装置100，由于具有根据从阻抗计算部61得到的阻抗和表示卷线32的阻抗和辊主体2的温度的关系的关系数据计算辊主体2的温度的辊温度计算部64，所以不需要在辊主体2上设置温度检测元件，能够通过计算卷线32的阻抗来计算辊主体2的温度。
此外，由阻抗修正部62利用晶闸管4的通电角、电源电路5的电源电压E、卷线32的温度，对从阻抗计算部61得到的阻抗进行修正，所以能够高精度地计算出辊主体2的温度。
此外，由于辊温度计算部64根据辊主体2的内表面温度和表面温度的温度差θ计算表面温度，并且对作为温度检测对象的感应发热辊装置相对于基准辊的仪表误差进行修正，所以能够高精度地计算出辊主体2的表面温度。
另外，本实用新型并不限于所述实施方式。
例如，在所述实施方式中，阻抗修正部利用卷线32的温度对阻抗进行修正，但是辊温度计算部64也可以利用卷线32的温度，对根据阻抗和关系数据计算出的辊主体的温度进行修正。在这种情况下，修正值Δt例如为m×θc+n(其中，m、n是根据实测值计算出的系数。)。
此外，在所述实施方式中，以辊主体的内表面温度和阻抗的规定关系的近似式为基本，对该近似式进行修正而得出辊主体的表面温度，但是也可以以辊主体的表面温度或辊主体的侧壁的壁厚内温度和阻抗的规定关系的近似式为基本，根据感应发热辊装置的各种条件及其变化对表面温度产生的影响，对所述近似式进行修正而得出辊主体的表面温度。 例如，当得出辊主体的表面温度和阻抗的规定关系的近似式时，可以考虑利用辐射温度计从外部测量辊主体的表面温度。此外，对近似式进行修正时，可以考虑进行与所述实施方式的图3的(2)～(4)和(8)等同样的修正。
此外，所述实施方式的感应发热辊可以是辊主体的轴向两端部被支撑成转动自如的所谓双支撑式的感应发热辊，也可以是使转动轴与有底筒状的辊主体的底部连接并被支撑成转动自如的所谓单支撑式的感应发热辊。
此外，本实用新型并不限于所述实施方式，在不脱离本实用新型宗旨的范围内可以进行各种变形。此外，各计算过程中，当在实测值和计算值之间产生差异时，可以利用根据实测值计算出的修正系数进行修正。

Claims (6)

1.一种感应发热辊装置，其包括：
辊主体，被支撑成转动自如；磁通产生机构，设置在所述辊主体的内部，由铁心和卷绕在所述铁心上的卷线构成；以及电源电路，与所述卷线连接，并且设置有控制交流电流或交流电压的控制元件，
所述感应发热辊装置的特征在于还包括：
阻抗计算部，与交流电流检测部和交流电压检测部连接，根据从交流电流检测部得到的交流电流值和从交流电压检测部得到的交流电压值，计算所述卷线的阻抗，所述交流电流检测部检测流过所述卷线的交流电流，所述交流电压检测部检测向所述卷线施加的交流电压；
关系数据存储部，存储有表示所述卷线的阻抗和所述辊主体的温度的关系的关系数据；以及
辊温度计算部，与所述阻抗计算部和所述关系数据存储部连接，根据从所述阻抗计算部得到的阻抗和存储在所述关系数据存储部中的关系数据，计算所述辊主体的温度。
2.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，
还包括阻抗修正部，所述阻抗修正部利用从检测所述电源电路的电源电压的电源电压检测部得到的电源电压值，对从所述阻抗计算部得到的阻抗进行修正，
所述辊温度计算部根据由所述阻抗修正部修正后的修正阻抗和所述关系数据，计算所述辊主体的温度。
3.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，
所述控制元件利用半导体控制电流或电压的通电角，
所述感应发热辊装置还包括阻抗修正部，所述阻抗修正部利用所述控制元件的通电角对从所述阻抗计算部得到的阻抗进行修正，
所述辊温度计算部根据由所述阻抗修正部修正后的修正阻抗和所述关系数据，计算所述辊主体的温度。
4.根据权利要求2所述的感应发热辊装置，其特征在于，所述阻抗修正部利用从检测所述卷线的温度的温度检测部得到的卷线温度，对从所述阻抗计算部得到的阻抗进行修正。
5.根据权利要求2所述的感应发热辊装置，其特征在于，
还包括：
直流电压施加部，控制直流电源，间歇性地向所述卷线施加直流电压；以及
电阻值计算部，根据由所述直流电压施加部施加的直流电压和施加所述直流电压时在所述卷线内流动的直流电流，计算所述卷线电阻值，
所述阻抗修正部利用从所述电阻值计算部得到的卷线电阻值，对从所述阻抗计算部得到的阻抗进行修正。
6.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，所述辊温度计算部利用从功率因数检测部得到的功率因数和功率因数关系数据，对所述辊主体的温度进行修正，所述功率因数检测部检测由所述辊主体和磁通产生机构构成的感应发热辊的功率因数，所述功率因数关系数据表示所述感应发热辊的功率因数和作为基准的感应发热辊的功率因数的关系。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104780634A (zh) * 2014-01-15 2015-07-15 特电株式会社 感应发热辊装置

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6306931B2 (ja) 2014-04-23 2018-04-04 トクデン株式会社 誘導発熱ローラ装置
CN106017720B (zh) * 2016-07-28 2019-08-20 卢庆港 基于铁磁材料导磁能力变化检测的测温装置及其测温方法
US10302466B2 (en) 2017-06-29 2019-05-28 Mitutoyo Corporation Contamination and defect resistant optical encoder configuration including first and second illumination source diffraction gratings arranged in first and second parallel planes for providing displacement signals
CN107631811B (zh) * 2017-08-28 2020-06-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种辊面温度在线检测方法及其装置
WO2021165063A1 (de) * 2020-02-18 2021-08-26 Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg Galettenmantel
CN111984098B (zh) * 2020-08-28 2022-06-07 苏州浪潮智能科技有限公司 一种计算机***的散热方法、装置、设备及介质
KR102488599B1 (ko) * 2021-02-10 2023-01-13 이원오 자기 센서용 롤 구조체
CN114659653B (zh) * 2022-05-19 2022-08-02 沈阳中科瑞达科技有限公司 一种低频加热用相位差法计算绕阻值精确获取温升的方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH527934A (de) * 1970-07-23 1972-09-15 Rieter Ag Maschf Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer induktiv beheizten Fadenförderrolle für Endlosfilamente
US4795886A (en) * 1986-12-19 1989-01-03 Metcal, Inc. Temperature control in which the control parameter is the degree of imperfection in the impedance matching
US6037576A (en) * 1996-08-30 2000-03-14 Minolta Co., Ltd. Apparatus and method for detecting a condition in an inductive heating device
JPH1074018A (ja) * 1996-08-30 1998-03-17 Minolta Co Ltd 誘導加熱定着装置
DE19730531C1 (de) * 1997-07-16 1998-09-03 Zinser Textilmaschinen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur eines induktiv beheizten Elements
JP2001023766A (ja) 1999-07-13 2001-01-26 Tokuden Co Ltd 誘導発熱ローラ装置
US6992272B2 (en) * 2002-09-24 2006-01-31 Tokuden Co., Ltd. Thermal processing roller and temperature control apparatus for roller
JP4738872B2 (ja) * 2005-04-12 2011-08-03 キヤノン株式会社 像加熱装置
JP5263894B2 (ja) * 2008-01-10 2013-08-14 国立大学法人秋田大学 感温磁性体を用いた温度計測方法及び温度制御方法
JP5175648B2 (ja) * 2008-07-30 2013-04-03 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 画像形成装置
WO2010103651A1 (ja) * 2009-03-12 2010-09-16 高周波熱錬株式会社 高周波焼入れ管理システム
JP5629566B2 (ja) * 2010-12-14 2014-11-19 キヤノン株式会社 画像形成装置
JP6317619B2 (ja) * 2014-01-15 2018-04-25 トクデン株式会社 誘導発熱ローラ装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104780634A (zh) * 2014-01-15 2015-07-15 特电株式会社 感应发热辊装置
CN104780634B (zh) * 2014-01-15 2019-09-24 特电株式会社 感应发热辊装置

Also Published As

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