JP5139136B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は誘導加熱装置に関し、特に、誘導加熱装置から発生する磁束を非磁性金属板で遮蔽する方法に適用して好適なものである。

誘導加熱は、主に亜鉛メッキ鋼板の合金化や塗装鋼板の乾燥などに適用されている。誘導加熱とは、交流電源に接続されたコイルを被加熱物の周辺に配置し、交番磁束により誘起される渦電流のジュール熱で物体を加熱する方法である。金属板の誘導加熱においては、主としてソレノイド方式とトランスバース方式がある。
図８は、ソレノイド方式による誘導加熱方法を示す斜視図である。
図８において、ソレノイド方式では、ソレノイド状に巻回されたコイル１０２の周囲に被加熱物１０１が配置される。そして、コイル１０２に電流を流すことにより、被加熱物１０１の長さ方向に通された磁束１０３を発生させ、この磁束１０３で被加熱物１０１上に誘導電流を発生させることで、被加熱物１０１を加熱する。

図９は、トランスバース方式による誘導加熱方法を示す斜視図である。
図９において、トランスバース方式では、対向配置されたコイル１０４、１０４の間に被加熱物１０１が配置される。そして、コイル１０４、１０４に電流を流すことにより、被加熱物１０１の厚さ方向に貫通する磁束１０３を発生させ、この磁束１０３で被加熱物１０１上に誘導電流を発生させることで、被加熱物１０１を加熱する。

被加熱物１０１が磁性板の場合には、その幅方向の均熱性が高く、効率が良いソレノイド方式が採用されるが、被加熱物１０１が非磁性板の場合には、ソレノイド方式で加熱すると効率が極端に悪くなるので、トランスバース方式が採用される。
なお、被加熱物１０１が非磁性板の場合にソレノイド方式を採用する場合もあるが、この場合には、誘導加熱装置の周波数を高くして、効率の改善が図られる。
ただし、誘導加熱装置の周波数を高くすると、電波障害が発生するなどの問題がある。特に、薄板の被加熱物１０１を加熱する場合には、周波数を極めて高くすることが必要となり、電波障害は一層顕著となる。

図１０は、従来の誘導加熱装置の概略構成を示す斜視図である。
図１０において、誘導加熱装置には、商用電源から出力された電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置６、周波数変換装置６とソレノイド式コイル２とをインピーダンス整合させる整合装置５、被加熱物１を誘導加熱する磁束を発生させるソレノイド式コイル２が設けられ、ソレノイド式コイル２はコイル架台９上に配置されている。
上述の周波数変換装置６、整合装置５およびソレノイド式コイル２は導体７を介して順次接続され、ソレノイド式コイル２の上流側には前処理設備１３、ソレノイド式コイル２の下流側には後処理設備１４が配置されている。
ここで、上述の上流側および下流側とは、何れも被加熱物１の搬送方向に着目した場合での表記であり、以下同様である。

周波数変換装置６から出力された交流は整合装置５を介してソレノイド式コイル２に印加され、ソレノイド式コイル２に交番磁束が発生される。上流側の前処理設備１３から搬出された被加熱物１はソレノイド式コイル２に搬送され、ソレノイド式コイル２で誘導加熱された後、下流側の処理設備１４へと搬送される。
この図１０の誘導加熱装置では、前処理設備１３、後処理設備１４やソレノイド式コイル２の中に被加熱物１があるときを除き、被加熱物１の外部周辺部には被加熱物１を被うものが何もない。
また、ソレノイド式コイル２は碍子（図示せず）などで支持され架台９上に固定され、その外部周辺部にはソレノイド式コイル２を被うものは何もない。
尤も、場合によっては、コイル２の外部周辺部は絶縁性の板（図示せず）で被われることがある。

また一方、周波数変換装置６、整合装置５およびソレノイド式コイル２を順次接続する導体７の外部周辺部にも、導体７を被うものが何もない。
但し、場合によっては、ソレノイド式コイル２と同様に導体７の外部周辺部は絶縁性の板（図示せず）で被われることがある。
上述のような従来の誘導加熱装置において、電波障害を軽減する方策として、誘導加熱装置を磁性体でシールドすることにより、磁界の漏洩を防ぐ方法がある。
このような従来の方法では、磁性体としては電磁鋼鈑やフェライトなどが適用されるが、電磁鋼鈑では、数十ｋＨｚ以上の周波数で鉄損が大きくなる。

一方、フェライトは高価なため、ソレノイド式コイル２の周囲を被うと、大量のフェライトが必要となり、設備コストが高くなると共に、非磁性金属板に比べると重たく、メンテナンス性に欠ける。
また、電波障害を軽減する他の方法として、ソレノイド式コイル２に対向してその外部周辺部を非磁性金属板で遮蔽して磁束の漏洩を防止し、ソレノイド式コイル２から発生する雑音電界強度を低減し、且つ、ソレノイド式コイル２に導体７を介して電気的に接続されている整合装置５および周波数変換装置６についても、ソレノイド式コイル２と同様に導体７を含めてその外部周辺部を非磁性金属板で遮蔽して磁束の漏洩を防止し、整合装置５、周波数変換装置６および導体７から発生する雑音電界強度を低減する方法がある。

しかし、誘導加熱装置を構成する周波数変換装置６、整合装置５およびソレノイド式コイル２を順次電気的に接続する導体７を被う金属板には、交番磁束により渦電流が誘起され電流が流れる。
このため、金属板に電位が発生し、誘起電流が大きい場合には、金属板の電位が高くなることから、金属板に触れると、感電を引き起こす恐れがある。具体的には、電位の高い金属板に触れると、人体に接触電流が流れ、そのジュール熱により熱傷を負うとことがある。この時、人体の神経に対する感電に関しては高周波、特に数１０ｋＨｚを超える周波数においては、表皮効果および人体内の電気伝導が電解質を介することから、感知する閾値が高いことが知られている。内部の神経、特に重要な心臓制御の神経に作用した時に生じる心室細動の限界はジュール熱による熱傷の限界よりも高い。

このような感電を防止するために、例えば特許文献１では、誘導加熱コイルと被加熱物との間に静電シールド体を設け、その静電シールド体の通電状態を検知する検知手段を設け、その検知手段の検知結果に基づき、通電状態が悪化すると、誘導加熱コイルの出力を低減又は停止するよう制御する誘導加熱装置が提案されている。
また、特許文献２では、周波数変換装置６、整合装置５およびソレノイド式コイル２を順次電気的に接続する導体７と、導体７を被う金属板との距離を大きくすることで、金属板に誘起される電流を小さくし、感電を防ぐ方法が提案されている。
特開２００５−５２７３号公報 特開平８−２０８２３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、感電の予防には効果があるが、誘導加熱コイルの出力を低減又は停止するため、所望の加熱ができなくなったり、中断したりするという問題があった。
また、特許文献２に開示された技術では、導体と金属板との距離を大きくするため、誘導加熱装置の外形寸法が大きくなることが避けられず、従って、設置面積の増大が不可避であり、当然ながらコストが嵩むことになる。
一方、金属板の代わりにプラスチック、木材等の絶縁物でコイル等を被い、感電を防ぐことも考えられるが、絶縁物には交番磁束の遮蔽効果がないため、人体に対して直接高周波磁界が侵入し、磁界被爆が生じると共に、電波障害の原因になる。
そこで、本発明の目的は、ソレノイド式コイルを用いて周波数を上げて誘導加熱を行った場合においても、外形寸法を増大させることなく、電波障害を抑制すると共に、感電を防止しつつ、所望の加熱を実現することが可能な誘導加熱装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、本願では次に列記するような技術を提案する。
本発明の請求項１の誘導加熱装置は：
被加熱物を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、前記コイルに印加される電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置と、前記周波数変換装置と前記コイルとを電気的に整合させる整合装置と、前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルを順次接続する導体と、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体の外部周辺部にそれぞれ配置され、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体をそれぞれ被う非磁性金属板と、前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルのそれぞれの金属筐体および前記非磁性金属板を互いに電気的に接続すると共に、接地された幅３０ｍｍ以上の非磁性金属帯とを備え、前記金属筐体および前記非磁性金属板と電気的に接続することを特徴とする。

本発明の請求項２の誘導加熱装置は：
被加熱物を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、前記コイルに印加される電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置と、前記周波数変換装置と前記コイルとを電気的に整合させる整合装置と、前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルを順次接続する導体と、前記被加熱物の搬入方向における前記コイルの上流側に設置された、金属筐体を有して内部を前記被加熱物が通過する前処理設備と、前記被加熱物の搬出方向における前記コイルの下流側に設置された、金属筐体を有して内部を前記被加熱物が通過する後処理設備と、少なくとも前記導体の外部周辺部に配置されてこの導体を被い相互に電気的に接続された第１の非磁性金属板と、前記コイルに搬入される被加熱物が被われるように前記コイルと前記前処理設備との間の境界部に配置され、前記第１の非磁性金属板と電気的に接続された第２の非磁性金属板と、前記コイルから搬出される被加熱物が被われるように前記コイルと前記後処理設備との間の境界部に配置され、前記第１の非磁性金属板と電気的に接続された第３の非磁性金属板とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項３の誘導加熱装置は：
被加熱物を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、前記コイルに印加される電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置と、前記周波数変換装置と前記コイルとを電気的に整合させる整合装置と、前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルを順次接続する導体と、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体の外部周辺部にそれぞれ配置され、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体をそれぞれ被う非磁性金属板と、前記被加熱物の搬入方向における前記コイルの上流側に設置された前処理設備と、前記被加熱物の搬出方向における前記コイルの下流側に設置された後処理設備と、少なくとも前記導体の外部周辺部に配置されてこの導体を被い相互に電気的に接続された第１の非磁性金属板と、前記コイルに搬入される被加熱物が被われるように前記コイルと前記前処理設備との間の境界部に配置され、前記第１の非磁性金属板および前記前処理設備の金属筐体と電気的に接続された第２の非磁性金属板と、前記コイルから搬出される被加熱物が被われるように前記コイルと前記後処理設備との間の境界部に配置され、前記第１の非磁性金属板および前記後処理設備の金属筐体と電気的に接続された第３の非磁性金属板と、前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルのそれぞれの金属筐体および前記非磁性金属板を互いに電気的に接続すると共に、接地された幅３０ｍｍ以上の非磁性金属帯とを備え、前記金属筐体および前記非磁性金属板と電気的に接続することを特徴とする。

本発明の請求項４の誘導加熱装置は：
被加熱物を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、前記コイルに印加される電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置と、前記周波数変換装置と前記コイルとを電気的に整合させる整合装置と、前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルを順次接続する導体と、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体の外部周辺部にそれぞれ配置され、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体をそれぞれ被うと共に、互いに電気的に接続された第１の非磁性金属板と、前記被加熱物が前記コイルの中空部を通して搬送されることを許容するための開口部を有すると共に該開口部の幅寸法または高さ寸法のいずれか大きい方の寸法以上の長さにわたり当該搬送方向に略沿って前記被加熱物を被い且つ前記第１の非磁性金属板に電気的に接続された第２の被磁性金属板とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項５の誘導加熱装置は：
被加熱物を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、前記コイルに印加される電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置と、前記周波数変換装置と前記コイルとを電気的に整合させる整合装置と、前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルを順次接続する導体と、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体の外部周辺部にそれぞれ配置され、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体をそれぞれ被う第１の非磁性金属板と、前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルのそれぞれの金属筐体および前記第１の非磁性金属板を互いに電気的に接続し、前記被加熱物が前記コイルの中空部を通して搬送されることを許容するための開口部を有すると共に該開口部の幅寸法または高さ寸法のいずれか大きい方の寸法以上の長さにわたり当該搬送方向に略沿って前記被加熱物を被い且つ前記第１の非磁性金属板に電気的に接続された第２の非磁性金属板と、前記金属筐体および前記非磁性金属板と電気的に接続されると共に接地された幅３０ｍｍ以上の非磁性金属帯とを備えることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の誘導加熱装置は：
請求項１から５のいずれか一項の誘導加熱装置において、運転周波数が１００ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲、電力が１００ｋＷ以上であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、互いに電気的に接続された非磁性金属板で周波数変換装置、整合装置、コイルおよび導体をそれぞれ被うことで、誘起電流が大きい場合においても、非磁性金属板の電位差を低減しつつ、磁界の漏洩を防ぐことができる。
このため、ソレノイドコイルによる鋼板の誘導加熱、特にその一例としての高い周波数での鋼鈑の誘導加熱において、該鋼板の幅方向の均熱性に優れ、且つ、効率の高い薄鋼板の誘導加熱を実現することができる。
さらに、電波障害を抑制し、感電のおそれが無い安全な誘導加熱装置を実現することができる。

さらにまた、ソレノイドコイルによる非鉄金属薄板の誘導加熱においても、薄板の幅方向の均熱性に優れ、効率の高い非鉄金属薄板の誘導加熱実現することができる。
この非鉄金属薄板の誘導加熱の場合においても、さらに、電波障害を抑制し、感電のおそれが無い安全な誘導加熱装置を実現することができる。
特に、誘導加熱装置の周波数が１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの場合であっても、ラジオの放送電波などへの障害を抑制し、且つ、感電のおそれが無い安全な誘導加熱装置を実現することができる。
さらにまた、従来の技術では電波障害が大きくなるおそれがあった１００kW以上の大電力の誘導加熱装置である場合においても、電波障害を抑制し、感電のおそれの無い安全な誘導加熱装置を実現することができる。

以下、本発明の実施形態に係る誘導加熱装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての誘導加熱装置の概略構成を示す電気主回路単線結線図である。
また、図２は、本発明の一実施形態としての誘導加熱装置の概略構成を示す斜視図である。
図１および図２において、誘導加熱装置には、商用電源１から出力された電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置６、周波数変換装置６とソレノイド式コイル２とをインピーダンス整合させる整合装置５、被加熱物１００を誘導加熱する磁束を発生させるソレノイド式コイル２が設けられている。

周波数変換装置６には、交流を直流に変換する整流器３、直流を交流に変換するインバータ４、整合用変圧器Ｔが設けられると共に、整合装置５には、整合用コンデンサＣが設けられている。
インバータ４として、ＭＯＳＦＥＴ素子などを使用した半導体式周波数変換装置や真空管式周波数変換装置を適用可能である。
図２を参照して理解されるように、周波数変換装置６、整合装置５およびソレノイド式コイル２は導体７を介して順次接続されている。

被加熱物１００はソレノイド式コイル２の中空部を通して搬送されるが、この被加熱物１００の搬入方向におけるソレノイド式コイル２の上流側に前処理設備１３が設置され、さらに、被加熱物１００の搬出方向におけるソレノイド式コイル２の下流側に後処理設備１４が設置されている。なお、導体７は、銅ブスバーやアルミブスバー等で構成することができる。
また、導体７の外部周辺部には導体７を被う非磁性金属板８が設けられると共に、ソレノイド式コイル２の外部周辺部にはソレノイド式コイル２を被う非磁性金属板１５が設けられている。
非磁性金属板８および非磁性金属板１５は、例えば図示のような形状および配置を採ることができるが、これは一つの例である。

更に、ソレノイド式コイル２と前処理設備１３との境界部には被加熱物１００を被う非磁性金属板１１が設けられ、ソレノイド式コイル２と後処理設備１４との境界部には被加熱物１００を被う非磁性金属板１２が設けられている。
上述の非磁性金属板８、１１、１２、１５は互いに電気的に接続されると共に、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６および導体７のそれぞれの金属筐体と電気的に接続され、さらに前処理設備１３および後処理設備１４のそれぞれの金属筐体とも電気的に接続されている。

なお、非磁性金属板８、１１、１２、１５を構成する材料としては、電気抵抗が小さく、かつ、加工性の良好な金属であればよいが、銅をベースとするものが特に望ましい。
図１の商用電源１から出力された交流は整流器３で直流に変換された後、インバータ４に入力される。このインバータ４で所望の周波数の交流に変換され、整合用変圧器Ｔを経由し整合用コンデンサＣで電気的な整合がとられ、ソレノイド式コイル２に印加され、この結果ソレノイド式コイル２に交番磁束が発生される。

図２の被加熱物１００は、前処理設備１３から搬出されてソレノイド式コイル２に搬送され、このソレノイド式コイル２で誘導加熱された後、後処理設備１４へと搬送される。
図３は、本発明の他の実施形態としての誘導加熱装置の概略構成を示す斜視図である。
図３において、既述の図２との対応部には同一の参照符号を附してある。即ち、周波数変換装置６、整合装置５、および、ソレノイド式コイル２が導体７を介して順次接続される構造およびその機能などは図２と同様である。

導体７の外部周辺部には導体７を被う第１の非磁性金属板８が設けられ、また、ソレノイド式コイル２の外部周辺部にはソレノイド式コイル２を被う非磁性金属板１５が設けられている。
図２を参照して既述のように、被加熱物１００はソレノイド式コイル２の中空部を通して搬送されるが、この被加熱物１００の搬送におけるソレノイド式コイル２への入口側と出口側には各々被加熱物１００を被う第２の非磁性金属板２５、および、２６が設けられている。

第２の非磁性金属板２５、および、２６の上記非加熱物１の搬送方向に略沿う長さＬは、その開口部の幅寸法Ｗまたは高さ寸法Ｈいずれか大きい方の寸法以上の長さとなるように構成されている。
なお、図３では開口部の幅寸法Ｗは開口部の高さ寸法Ｈ以上の寸法があり、上述の非加熱物１の搬送方向に略沿う長さＬがこの幅寸法Ｗ以上となるように構成されている場合を示している。

上述の非磁性金属板８、１５、２５、２６は互いに電気的に接続されると共に、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６および導体７のそれぞれの金属筐体と電気的に接続されている。
なお、非磁性金属板８、１５、２５、２６を構成する材料としては、電気抵抗が小さく、かつ、加工性の良好な金属であればよいが、銅をベースとするものが特に望ましい。
上工程（図示せず）から搬送された被加熱物１００はソレノイド式コイル２に搬送され、ソレノイド式コイル２で誘導加熱された後、下工程（図示せず）へと搬送される。

ここで、互いに電気的に接続された非磁性金属板（図２：８、１１、１２、１５）または（図３：８、１５、２５、２６）で周波数変換装置６、整合装置５、ソレノイド式コイル２および導体７をそれぞれ被うことにより、誘起電流が大きい場合においても、非磁性金属板８、１５の電位差を低減しつつ、磁界の漏洩を防ぐことができる。
このため、ソレノイド式コイル２による鋼板の誘導加熱、特に周波数の高い鋼鈑の誘導加熱において、鋼板の幅方向の均熱性を確保できる。
更に、効率の高い薄鋼板の誘導加熱を実現することが可能になると共に、電波障害を抑制し、感電の無い安全な誘導加熱装置を提供することができる。

図４は、本発明の図２、図３の装置における非磁性金属板８および１５の接続構造を示すＡ−Ａ線（図２、図３）で切断した断面図である。
図４において、ソレノイド式コイル２の筐体１７と導体７の筐体１８は、ボルト１６で接続されている。
上述のソレノイド式コイル２を被う非磁性金属板１５は、ソレノイド式コイル２の金属筐体１７にネジ１９で固定されている。
同様に、ソレノイド式コイル２と整合装置５を接続する導体７を被う非磁性金属板８は、導体７の金属筐体１８にねじ１９で固定されている。

なお、金属筐体１７、１８、非磁性金属板８、１５などには塗料などを塗らないようにして、互いに電気的な導通性を持たせることができる。また、金属筐体１７、１８は、金属製の山形鋼、みぞ形鋼などを溶接して製作することができる。
ここで、金属筐体１７、１８を金属製の山形鋼、みぞ形鋼などを溶接して製作すると、その溶接歪み・加工歪みや製造誤差などにより、ソレノイド式コイル２の筐体１７と導体７の筐体１８との間には隙間（図示せず）ができる。

このため、ソレノイド式コイル２の筐体１７と導体７の筐体１８との間の接触抵抗が大きくなり、ソレノイド式コイル２の筐体１７と導体７の筐体１８の接続による非磁性金属板８、１５には、その内部の導体７に流れる高周波電流からの磁界によって誘導される渦電流が別個に生じ、非磁性金属板８、１５間および金属筐体１７、１８間においては、別個の電位を持つため電位差が生じる。

この電位差は、非磁性金属板８、１５に亘り人体が接触したときに、人体を流れる電流を生じさせる。さらに、人体の一端が非磁性金属板８、１５のいずれかに接触し、人体の他端が床面にあるときに、床面の電位は金属筐体１７、１８の中間にあるため、人体の接触している２点間には大きな電位差が発生し、人体に電流が流れる。
このため、ソレノイド式コイル２の筐体１７と導体７の筐体１８の間の隙間も非磁性金属板で被うことで、ソレノイド式コイル２の筐体１７と導体７の筐体１８の接続による非磁性金属板８、１５間の電位差を解消するようにしてもよい。

図５は、本発明の図２、図３の装置における非磁性金属板の接続構造の他の例を示すＡ−Ａ線で切断した断面図である。
図５において、ソレノイド式コイル２を被う非磁性金属板１５と導体７を被う非磁性金属板８の境界は、平板形状の非磁性金属板２０で被われ、ネジ１９で接続されている。なお、平板形状の非磁性金属板２０の代わりに、Ｕ字形状の非磁性金属板２１を用いてもよい。
ここで、非磁性金属板８、１５、２０、２１には塗料などを塗らないようにして、互いに電気的な導通性を持たせることができる。

これにより、ソレノイド式コイル２を被う非磁性金属板１５と導体７を被う非磁性金属板８をより確実に電気的に接続することができ、非磁性金属板８、１５には共通の誘導電流が流れるようにすることが可能となることから、その間の電位差を低減することができる。
床面の電位は浮遊容量により金属筐体１７、１８の中間にあるため、非磁性金属板８、１５の床面に対する電位を低減させることができる。
なお、導体７、整合装置５、周波数変換装置６それぞれの筐体、非磁性金属板の接続構造は図１あるいは図２を参照して既述のものと同様である。

図６は、本発明の図２、図３の装置における非磁性金属板１２、１５の接続構造の更に他の例を示すＢ−Ｂ線で切断した断面図である。
図６において、ソレノイド式コイル２を被う非磁性金属板１５と後処理設備１４との境界は、平板形状の非磁性金属板１２で被われ、ネジ１９で接続されている。この構成において、被加熱物は図中矢線Ｙで示す方向に搬送される。
なお、ソレノイド式コイル２の使用条件は、高温物の近くで用いられるため高温に晒され続けること、前処理設備１３および後処理設備１４の熱的な膨張や歪みを受ける大型装置として構成されること、連続流れ生産ラインの中に配置されること等々、過酷なものであり、メンテナンスが定期的に行われることが欠かせない。

このような使用条件を考慮して、上述のような平板形状の非磁性金属板１２に替えて、その側断面が図示のようなＵ字形状の非磁性金属板２１、あるいは蛇腹状の非磁性金属板２４を用いてある程度の柔構造とし構造物間の隙間を最小化することができる。
以上の構成において、非磁性金属板１１、１２、１５、２１、２４には塗料などを塗らないようにして、互いに電気的な導通性を持たせることができる。

これにより、ソレノイド式コイル２を被う非磁性金属板１５と後処理設備１４とを非磁性金属板１２（または２１または２４）により確実に電気的に接続することができ、非磁性金属板１５と後処理設備１４には共通の誘導電流が流れるようにすることが可能となり、両者間の電位差を低減することができる。
床面の電位は浮遊容量により金属筐体１７、１８の中間にあるため、非磁性金属板１５の床面に対する電位を低減させることができる。なお、前処理設備１３とソレノイド式コイル２を被う非磁性金属板１５とを接続する非磁性金属板１１の接続構造は図６と同様である。

図７は、本発明の一実施形態に係る金属筐体５、６および非磁性金属板８、１５と非磁性金属帯２２との接続構造の一例を示す平面図である。
図７において、周波数変換装置６、整合装置５およびソレノイド式コイル２を順次接続する導体７（図７では内部に隠れて見えない）は非磁性金属板８で被われ、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６のそれぞれの両側面に沿って非磁性金属帯２２が施工されている。

上述のソレノイド式コイル２、整合装置５および周波数変換装置６の筐体はそれぞれ４カ所で非磁性金属帯２３を介して非磁性金属帯２２に電気的に接続されている。
この非磁性金属帯２２は接地されると共に、その表面は絶縁物（図示せず）で電気的に絶縁されている。
なお、非磁性金属帯２２の幅は３０ｍｍ以上とすることが好ましく、例えば、非磁性金属帯２２は、幅５０ｍｍ、厚み０．３ｍｍの銅を用いて作製することができる。

なお、本例では１台の誘導加熱装置の場合に限定されることなく、複数台の誘導加熱装置を配置した場合にも有効である。この場合には、複数台のソレノイド式コイル２間にある被加熱物１も同様に非磁性金属板で被われると共に、ソレノイド式コイル２を被う金属板１５と電気的に接続される。
ここで、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６のそれぞれの金属筐体の非磁性金属板を相互に広幅の非磁性金属帯２２により電気的に接続することにより、各金属筐体間の電位差を低減させ、これら各部位の電位の平均値を静電誘導により金属筐体が設置されている床面の電位に近づけることができる。

電気回路的には、各金属筐体と床面間の浮遊容量により、金属筐体間の電位差を低下させることができる。高周波の電位であるため、この浮遊容量によるインピーダンスは大きな効果を有している。
さらに、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６のそれぞれの金属筐体およびそれらを被う非磁性金属板をそれぞれ幅３０ｍｍ以上の非磁性金属帯２２に電気的に接続すると共に、接地線２４を介して接地することにより、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６のそれぞれの金属筐体およびそれらを被う非磁性金属板間の接続インピーダンスを低減させることが可能となる。

さらにまた、大地に対する接地インピーダンスを減少させ、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６のそれぞれの金属筐体およびそれらを被う非磁性金属板、金属筐体が設置されている床面の電位を共通的に大地電位に近づけることができ、それらの２箇所以上に人体が接触した場合においても、人体への接触電流を低減させることができる。
なお、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６のそれぞれの金属筐体およびそれらを被う非磁性金属板を線状ではなく帯状の非磁性金属帯２２に接続して接地することが必要なのは、次の理由による。

すなわち、誘導加熱装置の周波数が高い場合には、表皮効果により、線の抵抗は表面積が大きいほど低減でき、線の断面積による低減効果は小さくなることと、高周波のために線のインダクタンスによるインピーダンスが無視できなくなり、その線の接地インピーダンスが高くなることから、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６のそれぞれの金属筐体およびそれらを被う非磁性金属板の電位が対地の電位から高くなると共に、金属筐体が設置されている床面の電位も対地の電位と離れることによる。

一方、非磁性金属帯２２を帯状にすることにより、表面積の増大による抵抗の低減させることが可能となると共に、そのインダクタンスによるインピーダンスの低減をもたらし接地インピーダンスを低減し、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６のそれぞれの金属筐体およびそれらを被う非磁性金属板および床面の電位を大地電位に共通的に近づけることができ、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６のそれぞれの金属筐体およびそれらを被う非磁性金属板筐体および床面の２箇所以上に人体が接触した場合においても、接触電流を小さくすることができる。

また、非磁性金属帯２２の帯の幅は平均して３０ｍｍ以上が必要である。３０ｍｍ未満であると、必要なインピーダンス低減効果を得ることが難しいからである。
また、この帯の厚みは、表皮効果による抵抗およびインダクタンスから見て表面積に依存するため、０．１ｍｍ程度あれば十分であるが、加工性等を考慮して決めることができる。
実際の設備では、レイアウト上の都合、あるいは、加工上の制約から全長にわたって３０ｍｍ幅を確保するのは難しい場合もあるが、３０ｍｍ幅の帯状体とした場合のインピーダンスと同等、もしくは、それ以下のインピーダンスであればよい。
なお、非磁性金属帯２２、２３を構成する材料としては、電気抵抗が小さく、かつ、加工性の良好な金属であればよいが、銅をベースとするものが特に望ましい。

また、誘導加熱装置の運転周波数は１００ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲に設定することが好ましい。１００ｋＨｚ未満では、ソレノイド式コイル２、整合装置５、周波数変換装置６のそれぞれの金属筐体に発生する電位がそれほど大きくなく、電位そのものが問題ないからであり、また、１ＭＨｚ超では、誘導加熱装置のコイル電圧が高くなりすぎ、実用的でないからである。

また、誘導加熱装置の電力を１００ｋＷ以上に設定する場合に本発明の装置はその真価を発揮する。１００ｋW未満では、誘導加熱装置のコイル電流の値がそれほど大きくないため、整合装置５、周波数変換装置６のそれぞれの金属筐体に発生する電位がそれほど大きくならず、電位そのものが感電を引き起こすほど大きくならないからである。
表１、表２に本発明の実施例の接触電流と電界強度を従来例と比較して示す。

表１には、本発明の実施例の接触電流を従来例と比較して示す。なお、第１実施例では図２と図５の誘導加熱装置、第２実施例では図２、図５および図７の誘導加熱装置を用い、従来例では図１０の誘導加熱装置を用いた。また、箇所Ａ、Ｂは、本誘導加熱装置において接触電流が大きかった代表的な箇所２カ所の値である。
また、誘導加熱装置の周波数は４８０ｋＨｚ、電力は８００ｋＷ、被加熱材は、板厚が０．３ｍｍ、板幅が１２７０ｍｍ、材質が磁性鉄板であり、帯状の非磁性金属帯は板厚が０．３ｍｍ、板幅が５０ｍｍ、材質が銅であった。
いずれの実施例においても、安全基準値以下とすることができた。特に、帯状の非磁性金属帯を用いた第２実施例ではその効果は著しく、感電の無い安全な誘導加熱装置を実現することができた。

表２には、本発明法の場合と従来法の場合の電界強度の例を比較して示す。本発明法とすることにより基準値以下とすることができる。

また、鋼板に替え、アルミニウム、銅など非磁性の非鉄金属の薄板をソレノイドコイルで加熱する場合においても、（図２又は図３と図５）または（図２又は図３と図５および図７）の誘導加熱装置と同様の構造とすることにより、同様の効果を得ることができる。

本発明の実施形態としての誘導加熱装置の概略構成を示す電気主回路単線結線図である。 本発明の一実施形態としての誘導加熱装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態としての誘導加熱装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の図２、図３の装置における非磁性金属板の接続構造の一例を示すＡ−Ａ線で切断した断面図である。 本発明の図２、図３の装置における非磁性金属板の接続構造の他の例を示すＡ−Ａ線で切断した断面図である。 本発明の図２、図３の装置における非磁性金属板の接続構造の更に他の例を示すＢ−Ｂ線で切断した断面図である。 本発明の一実施形態に係る金属筐体および非磁性金属板と非磁性金属帯との接続構造の一例を示す平面図である。 ソレノイド方式による誘導加熱方法を示す斜視図である。 トランスバース方式による誘導加熱方法を示す斜視図である。 従来の誘導加熱装置の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 商用電源
２ ソレノイド式コイル
３ 整流器
４ インバータ
Ｔ 整合用変圧器
Ｃ 整合用コンデンサ
５ 整合装置
６ 周波数変換装置
７ 導体
８、１１、１２、１５、２０、２１、２４、２５、２６ 非磁性金属板
１３ 前処理設備
１４ 後処理設備
１６ ボルト
１７、１８ 筐体
１９ ネジ
２２、２３ 非磁性金属帯
１００ 被加熱物

Claims (6)

1. 被加熱物を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、
   前記コイルに印加される電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置と、
   前記周波数変換装置と前記コイルとを電気的に整合させる整合装置と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルを順次接続する導体と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体の外部周辺部にそれぞれ配置され、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体をそれぞれ被う非磁性金属板と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルのそれぞれの金属筐体および前記非磁性金属板を互いに電気的に接続すると共に、接地された幅３０ｍｍ以上の非磁性金属帯とを備え、前記金属筐体および前記非磁性金属板と電気的に接続することを特徴とする誘導加熱装置。
2. 被加熱物を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、
   前記コイルに印加される電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置と、
   前記周波数変換装置と前記コイルとを電気的に整合させる整合装置と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルを順次接続する導体と、
   前記被加熱物の搬入方向における前記コイルの上流側に設置された、金属筐体を有して内部を前記被加熱物が通過する前処理設備と、
   前記被加熱物の搬出方向における前記コイルの下流側に設置された、金属筐体を有して内部を前記被加熱物が通過する後処理設備と、
   少なくとも前記導体の外部周辺部に配置されてこの導体を被い相互に電気的に接続された第１の非磁性金属板と、
   前記コイルに搬入される被加熱物が被われるように前記コイルと前記前処理設備との間の境界部に配置され、前記第１の非磁性金属板と電気的に接続された第２の非磁性金属板と、
   前記コイルから搬出される被加熱物が被われるように前記コイルと前記後処理設備との間の境界部に配置され、前記第１の非磁性金属板と電気的に接続された第３の非磁性金属板とを備えることを特徴とする誘導加熱装置。
3. 被加熱物を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、
   前記コイルに印加される電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置と、
   前記周波数変換装置と前記コイルとを電気的に整合させる整合装置と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルを順次接続する導体と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体の外部周辺部にそれぞれ配置され、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体をそれぞれ被う非磁性金属板と、
   前記被加熱物の搬入方向における前記コイルの上流側に設置された前処理設備と、
   前記被加熱物の搬出方向における前記コイルの下流側に設置された後処理設備と、
   少なくとも前記導体の外部周辺部に配置されてこの導体を被い相互に電気的に接続された第１の非磁性金属板と、
   前記コイルに搬入される被加熱物が被われるように前記コイルと前記前処理設備との間の境界部に配置され、前記第１の非磁性金属板および前記前処理設備の金属筐体と電気的に接続された第２の非磁性金属板と、
   前記コイルから搬出される被加熱物が被われるように前記コイルと前記後処理設備との間の境界部に配置され、前記第１の非磁性金属板および前記後処理設備の金属筐体と電気的に接続された第３の非磁性金属板と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルのそれぞれの金属筐体および前記非磁性金属板を互いに電気的に接続すると共に、接地された幅３０ｍｍ以上の非磁性金属帯とを備え、前記金属筐体および前記非磁性金属板と電気的に接続することを特徴とする誘導加熱装置。
4. 被加熱物を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、
   前記コイルに印加される電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置と、
   前記周波数変換装置と前記コイルとを電気的に整合させる整合装置と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルを順次接続する導体と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体の外部周辺部にそれぞれ配置され、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体をそれぞれ被うと共に、互いに電気的に接続された第１の非磁性金属板と、
   前記被加熱物が前記コイルの中空部を通して搬送されることを許容するための開口部を有すると共に該開口部の幅寸法または高さ寸法のいずれか大きい方の寸法以上の長さにわたり当該搬送方向に略沿って前記被加熱物を被い且つ前記第１の非磁性金属板に電気的に接続された第２の被磁性金属板とを備えることを特徴とする誘導加熱装置。
5. 被加熱物を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、
   前記コイルに印加される電圧の周波数を誘導加熱に適した周波数に変換する周波数変換装置と、
   前記周波数変換装置と前記コイルとを電気的に整合させる整合装置と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルを順次接続する導体と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体の外部周辺部にそれぞれ配置され、前記周波数変換装置、前記整合装置、前記コイルおよび前記導体をそれぞれ被う第１の非磁性金属板と、
   前記周波数変換装置、前記整合装置および前記コイルのそれぞれの金属筐体および前記第１の非磁性金属板を互いに電気的に接続し、
   前記被加熱物が前記コイルの中空部を通して搬送されることを許容するための開口部を有すると共に該開口部の幅寸法または高さ寸法のいずれか大きい方の寸法以上の長さにわたり当該搬送方向に略沿って前記被加熱物を被い且つ前記第１の非磁性金属板に電気的に接続された第２の非磁性金属板と、
   前記金属筐体および前記非磁性金属板と電気的に接続されると共に接地された幅３０ｍｍ以上の非磁性金属帯とを備えることを特徴とする誘導加熱装置。
6. 運転周波数が１００ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲、電力が１００ｋＷ以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の誘導加熱装置。

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