JP3762551B2 - 筒体の内周面加熱用誘導加熱コイル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱筒体を回転しないで静止したままで内周面を加熱する誘導加熱コイル、例えば軽合金ブロックに鋳鉄製ライナを鋳ぐるむ際にライナを静止した状態で内周面から予熱するなどの誘導加熱コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンプレッサやエンジンなどの軽量化のためにアルミ合金が採用されるが、その場合耐摩耗性を要するシリンダ部分には鋼や鋳鉄製のライナが装入される。その装入方法として、加工したライナをブロックに鋳ぐるむ方法があり、この鋳ぐるむ際にライナとブロックの融着性を増すためにライナを予熱して注湯することが行われる。この際、ライナを鋳型に装着した状態でライナ内面から誘導加熱により加熱するようにすれば、簡易に鋳ぐるみ作業が行える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなライナの予熱には、ライナ全体を均一に４００〜５００℃の温度に加熱することが必要であるが、ライナは鋳型に装着されて回転などさせることができない状態で加熱されるために、通常の巻線状コイルで加熱すると以下のような問題点が生じてライナ全体を均一に加熱することが困難である。
【０００４】
即ち、通常巻線形コイルにより誘導加熱すると、図５（ａ）に示すように巻線１の周辺に発生する磁束により被加熱体Ｗの表面が局部加熱されて加熱層３のような加熱むらが生ずる。したがって、通常の円筒体の内面焼入れなどの誘導加熱では、円筒体を回転しながら加熱することにより均一加熱が図られている。しかし、このように円筒体を回転できない場合がある。例えば前述の軽合金ブロックにライナを鋳ぐるむ際のライナの予熱などの場合には回転させることができないので加熱むらを防ぐことが困難である。また、コイル外径を被加熱面に対向させて誘導加熱する際には、コイル内周側の漏洩磁束が大きく加熱効率が低くなるという問題点もあった。
【０００５】
そこで、本発明者は漏洩磁束を減少して効率よく、かつライナを均一に所定温度に加熱する方法として、図５（ｂ）のように誘導加熱コイルにコアを装着することに着目し、そのコアとしてフェライトコアを使用して実験を行った。その結果、図の加熱層３´に示すようにほぼ均一な加熱が達成できることを見出だした。
【０００６】
しかしながら、フェライトコアの場合、誘導加熱の際にコアの温度が上昇し、コアの冷却が必要になった。即ち、ライナの内面に挿入した加熱コイルのように狭い隙間で冷却するためには、フェライトコアに直接冷却孔を設けて水冷するなどが必要になった。このような直接冷却水を通す方法は加工が困難であるとともに冷却水の漏出などの危険が生ずるという問題点があった。
【０００７】
そこで本発明者は、種々実験の結果、棒状のケイ素鋼板の積層体を加熱コイルの内周側に配設することにより、上記問題点を解決することを見出だした。本発明は、これにより簡易に安全に均一加熱できる筒体の内周面加熱用誘導加熱コイルを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の筒体の内周面加熱用誘導加熱コイルは、被加熱筒体を加熱コイルに対して相対的に回転しないで被加熱筒体の内周面を加熱する誘導加熱コイルにおいて、被加熱筒体の内周面との間に所定の隙間が形成される外径を有する巻線形導体の内周に円周に沿って複数の積層ケイ素鋼板の棒状体コアを軸方向に延長して配設し、被加熱筒体とコイルとを相対的に回転しないで加熱することを特徴とするものである。
【０００９】
前述のように、コアを使用しないで巻線形コイルにより誘導加熱すると、被加熱体を回転などできない場合には加熱むらを防止することが困難である。これに対し、図５（ｂ）に示すようにコア２を使用するとコア側の磁気抵抗が減り被加熱体側に強磁界が分布し、ターン間の漏れ磁束が減少して加熱効率を向上させることができる。このため局部加熱がなくなので、被加熱体を回転しなくても均一に加熱されるとともに、加熱効率が向上する。
【００１０】
そこで、まず本発明者は図３および図４に示すように、巻線形コイル１２の内周面側にリング状のフェライトコア３０を装着した。これにより、前述のコアの効果により被加熱体はほぼ均一に加熱されることが分った。しかしながら、フェライトコアの場合、誘導加熱時にコアの温度が上昇するという問題点が生じ、図に示すようにフェライトコア３０に冷却孔３１を設けて水冷しなければならなかった。この水孔の加工は手間がかかり、またフェライトは強度が小さいために破損による水漏れ事故の発生の危険があるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、ケイ素鋼板を積層して棒状にしたコアを使用し、この複数の棒状コアを巻線形コイル１２の内径側に軸方向に延長して配設したものである。これによって、前記のフェライトコアと同様に被加熱体が均一に加熱されるが、フェライトコアに比し温度上昇が少なく水冷を必要としないことが分った。したがって、冷却の手間がかからず、かつケイ素鋼板はフェライトに比して強度が高いので破損の危険が少なくなった。さらに複数の棒状のコアを組み合わせて装着するので、簡易にコアの装着ができるという利点が生じた。
【００１２】
本発明の筒体の内周面加熱用誘導加熱コイルは、被加熱筒体を回転しないで均一加熱できるので、円筒体のみでなく角筒体の被加熱体にも使用できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の一実施形態について具体的に説明する。図１は本発明実施形態の筒体の内周面加熱用誘導加熱コイルの軸方向断面図、図２は図１のＸ視図である。
【００１４】
図において、誘導加熱コイル１１の巻線コイル１２は被加熱筒体Ｗの内周面との間に所定間隔の隙間が得られる外径を有し、巻線コイル１２の一端（図の上端）側からリード管１３が引き出され、他端（図の下端）側１４からコイルの中心を貫通してリード管１３と同方向にリード管１５が引き出される。リード管１３、１５には図示しないターミナルが接続され、図示しない誘導電源から高周波電流が付加されるようになっている。このコイルの長さは被加熱筒体Ｗの長さより長くし、両端部のコイルピッチは中央部ピッチより小さくすることが被加熱体の端部まで均一に加熱するために望ましい。
【００１５】
巻線コイル１２の内周側に複数のコア２０が配設される。コア２０は長形短冊形のケイ素鋼板２１を積層してその外周を絶縁材２２で巻いて角棒状に形成されている。このコア２０を巻線コイル１２の内径面と中心のリード管１５の外径との間に円周に沿って複数配設し、リード管１５の外径に装着した絶縁管１６と絶縁詰め物１７により固定している。
【００１６】
上記のコイルを、図１に示すようにコイル両端部がそれぞれ被加熱筒体Ｗの両端から所定長さ突出するようにして、コイル外径と被加熱筒体Ｗの内周面面との間に所定の隙間を形成させて配設し、コイルに通電して被加熱筒体Ｗを内面から加熱する。
【００１７】
図３および図４は、以下の実施例に示す比較試験としてフェライトコアを使用した誘導加熱コイルを示す。図３はフェライトコアを使用した誘導加熱コイルの軸方向断面図、図４は図３のＹ視拡大図である。
【００１８】
図のフェライトコアを使用した誘導加熱コイルにおいても、コイル形状は本発明と同一であるので同一記号を使用する。フェライトコアを使用する場合は、巻線コイル１２の内径面と中心のリード管１５の外径との間に筒状のフェライトコア３０を挿入した。図示しないがフェライトコア３０は数個を積み重ねて成形したものである。実験の結果、誘導加熱の際にフェライトコアは温度上昇が激しいことが分ったので、コアに冷却孔３１を設けて水冷するようにした。
【００１９】
【実施例】
フェライトコアを使用した場合と本発明のケイ素鋼板コアを使用した場合とについて下記条件で比較加熱実験を行った。
【００２０】
被加熱筒体寸法：外径Ｄ１＝９１．５ｍｍφ，内周面Ｄ２＝８１．５ｍｍφ、長さＬ＝１３５ｍｍ
加熱コイル：外径ｄ１＝４０ｍｍφ，内周面ｄ２＝２８ｍｍφ、長さｌ＝１７０ｍｍ、コイルピッチは図示のとおり。
コア：本発明のケイ素鋼板の場合：板厚０．１ｍｍのケイ素鋼板を積層して４ｍｍ×５ｍｍ×１６７ｍｍの棒状に形成し、外周を絶縁材で巻いたもの１０本を、図１、２のようにコイル内周面に装着した。水冷無し。
比較材のフェライトコアの場合：外径２７．ｍｍφ，内周面１１ｍｍφの数個のフェライトリングを積み重ねて図３、４のようにコイル内周面に装着した。コアに水冷孔を設けて水冷した。
加熱条件：周波数：９．２ｋＨｚ，
加熱時間：２０ｓｅｃ通電の後６０ｓｅｃ経過後の温度を測定。
【００２１】
上記条件で内周面から加熱した被加熱筒体の長さ方向の上、中、下部について筒体の外径側から温度測定した。その結果を図６に図示する。温度分布についてはフェライトコア使用の場合も本発明のケイ素鋼板コア使用の場合もほぼ同等で、被加熱筒体の上下部の温度が高く、中央部の温度が低かった。即ち、図６に示すように、２０ｓｅｃ通電後の加熱直後の上下部温度は４７０℃〜５００℃で、中央部の温度は４２０℃〜４４０℃の範囲になった。また、電流切断後６０〜７０ｓｅｃ経過後の温度は上下部で４００℃〜４２５℃で、中央部の温度は４００℃〜４１０℃になった。
【００２２】
一方、フェライトコアの場合は冷却しないと４００℃以上にコアの温度が上昇するため水冷孔を設けて水冷したが、本発明のケイ素鋼板コアの場合は連続操業時も最高温度が３００℃程度にとどまり何ら冷却しないでも使用できた。
【００２３】
以上述べたように、本発明実施形態の筒体の内面誘導加熱装置によれば、巻線形コイルの内径側に複数の積層ケイ素鋼板の棒状体コアを軸方向に延長して配設することにより、被加熱筒体を回転などしないで、均一な温度に加熱することができ、かつ漏洩磁束が減じて加熱効率が向上する。
【００２４】
また、本発明の積層ケイ素鋼板のコアは棒状体に積層した複数のコアを巻線形コイルの内径側に挿入して組み合わせて装着するので、簡易に組み立てができる。さらに本発明の積層ケイ素鋼板のコアは、フェライトコアのように温度上昇が少ないので、水冷などの特別の冷却手段を必要とせず、加工が簡単で水漏れ事故などの危険が無い。
【００２５】
なお、本実施形態では、円筒の被加熱筒体について示したが、角筒の被加熱筒体についても使用が可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の筒体の内周面加熱用誘導加熱コイルは、被加熱筒体を回転などしないでも静止したままで均一加熱ができ、また水冷などの冷却を必要としないので、効率よく簡易に筒体の加熱ができる。このために、コンプレッサなどの軽合金ブロックに鋼や鋳鉄ライナを鋳ぐるむ際のライナの予熱などに適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の積層ケイ素鋼板コアを使用した筒体の内周面加熱用誘導加熱コイルの軸方向断面図である。
【図２】図１のＸ視拡大図である。
【図３】従来のフェライトコアを使用した筒体の内周面加熱用誘導加熱コイルの軸方向断面図である。
【図４】図３のＹ視拡大図である。
【図５】巻線形コイルによる誘導加熱の状態を説明する図である。
【図６】本発明実施形態の内周面加熱用誘導加熱コイルにより加熱実験した筒体の温度分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 巻線コイル
２ コア
３，３´ 加熱層
１１ 誘導加熱コイル
１２ 巻線形コイル
１３ リード管
１４ コイル他端
１５ リード管
１６ 絶縁管
１７ 絶縁詰め物
２０ コア
２１ ケイ素鋼板
２２ 絶縁材
３０ フェライトコア
３１ 水冷孔
Ｗ 被加熱筒体

Claims (1)

1. 被加熱筒体を加熱コイルに対して相対的に回転しないで被加熱筒体の内周面を加熱する誘導加熱コイルにおいて、被加熱筒体の内周面との間に所定の隙間が形成される外径を有する巻線形導体の内周に円周に沿って複数の積層ケイ素鋼板の棒状体コアを軸方向に延長して配設したことを特徴とする筒体の内周面加熱用誘導加熱コイル。

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