(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-18
(45)【発行日】2023-07-26
(54)【発明の名称】磁場発生装置および溶湯駆動システム
(51)【国際特許分類】
B22D 11/115 20060101AFI20230719BHJP
B22D 11/04 20060101ALI20230719BHJP
B22D 27/02 20060101ALI20230719BHJP
F27D 27/00 20100101ALI20230719BHJP
H05B 6/18 20060101ALI20230719BHJP
H05B 6/44 20060101ALI20230719BHJP
【ＦＩ】
B22D11/115 A
B22D11/04 311J
B22D27/02 V
F27D27/00
H05B6/18
H05B6/44
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022015921
(22)【出願日】2022-02-03
【審査請求日】2023-04-27
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】503332824
【氏名又は名称】株式会社ヂーマグ
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100103263
【弁理士】
【氏名又は名称】川崎 康
(74)【代理人】
【識別番号】100152205
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 昌司
(72)【発明者】
【氏名】高橋 謙三
【審査官】岡田 隆介
(56)【参考文献】
【文献】特開平９－１３６１４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３１８２４９５（ＣＮ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００７１１４６（ＫＲ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／０３２４７２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｄ １１／１１５
Ｂ２２Ｄ １１／０４
Ｂ２２Ｄ ２７／０２
Ｈ０５Ｂ ６／１８
Ｈ０５Ｂ ６／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
各々が第１～第６の磁極を有し、互いに間隔をあけて配置された複数の鉄心と、Ｒ相の電流を通電させるための第１および第２のコイルと、
Ｓ相の電流を通電させるための第３および第４のコイルと、
Ｔ相の電流を通電させるための第５および第６のコイルと、を備え、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第１の磁極は、所定の方向に沿って配列して第１の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第２の磁極は、前記方向に沿って配列して第２の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第３の磁極は、前記方向に沿って配列して第３の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第４の磁極は、前記方向に沿って配列して第４の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第５の磁極は、前記方向に沿って配列して第５の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第６の磁極は、前記方向に沿って配列して第６の磁極群を構成し、
前記第１のコイルは、前記第１の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第２のコイルは、前記第２の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第３のコイルは、前記第３の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第４のコイルは、前記第４の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第５のコイルは、前記第５の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第６のコイルは、前記第６の磁極群を取り巻くように巻回されている、磁場発生装置。
【請求項2】
前記複数の鉄心はリング形鉄心であり、中心軸方向に沿って配列され、前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記リング形鉄心の内周面から中心に向かって突設されており、
前記第１の磁極と前記第２の磁極が互いに対向し、前記第３の磁極と前記第４の磁極が互いに対向し、且つ前記第５の磁極と前記第６の磁極が互いに対向する、請求項１に記載の磁場発生装置。
【請求項3】
前記複数の鉄心はＵ字形鉄心であり、中心軸方向に沿って配列され、前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記Ｕ字形鉄心の内面から内側に向かって突設されており、
前記第１～第６の磁極は、前記第１の磁極、前記第３の磁極、前記第５の磁極、前記第２の磁極、前記第４の磁極および前記第６の磁極の順に配置されている、請求項１に記載の磁場発生装置。
【請求項4】
前記複数の鉄心はリング形鉄心であり、中心軸方向に沿って配列され、前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記リング形鉄心の外周面から外側に向かって突設されており、
前記第１の磁極と前記第２の磁極が互いに反対方向に延び、前記第３の磁極と前記第４の磁極が互いに反対方向に延び、且つ前記第５の磁極と前記第６の磁極が互いに反対方向に延びる、請求項１に記載の磁場発生装置。
【請求項5】
前記複数の鉄心は直線形鉄心であり、前記鉄心の延在方向と直交する方向に沿って配列され、前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記直線形鉄心から同一方向に突設されている、請求項１に記載の磁場発生装置。
【請求項6】
前記複数の鉄心は、互いに大きさの異なるリング形鉄心であり、同心状に配置され、前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記リング形鉄心から同じ方向に突設され、
前記第１の磁極群と前記第２の磁極群は、前記各鉄心の中心を挟んで配置され、
前記第３の磁極群と前記第４の磁極群は、前記中心を挟んで配置され、
前記第５の磁極群と前記第６の磁極群は、前記中心を挟んで配置されている、請求項１に記載の磁場発生装置。
【請求項7】
前記各鉄心の同一の磁極群の磁極は互いに接続されている、請求項６に記載の磁場発生装置。
【請求項8】
前記鉄心の厚みに対する前記鉄心間の間隔の比は、０．１以上２以下である、請求項１～７のいずれかに記載の磁場発生装置。
【請求項9】
前記比は１以上である、請求項８に記載の磁場発生装置。
【請求項10】
前記複数の鉄心は、炭素鋼板から構成される、請求項１～９のいずれかに記載の磁場発生装置。
【請求項11】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは直列接続されて第１の直列コイルを構成し、前記第３のコイルおよび前記第４のコイルは直列接続されて第２の直列コイルを構成し、前記第５のコイルおよび前記第６のコイルは直列接続されて第３の直列コイルを構成し、前記第１の直列コイル、前記第２の直列コイルおよび前記第３の直列コイルはスター結線されていることを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の磁場発生装置。
【請求項12】
金属溶湯を駆動するための溶湯駆動システムであって、請求項１～１１のいずれかに記載の磁場発生装置と、
前記磁場発生装置を収納するケースと、
前記第１～第６のコイルに交流電流を出力する交流電源と、
を備える溶湯駆動システム。
【請求項13】
前記ケースには、前記ケースの内部に空気を取り入れるための空気取入口と、前記ケース内の空気を外部に排出するための空気排出口が設けられ、前記空気取入口および前記空気排出口は、前記磁場発生装置を挟むように配設されている、請求項１２に記載の溶湯駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁場発生装置および溶湯駆動システム、より詳しくは、移動磁界を発生する磁場発生装置、および当該磁場発生装置による移動磁界を用いて金属溶湯を駆動する溶湯駆動システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、アルミニウム、銅などの非鉄金属の溶湯（以下、単に「金属溶湯」または「溶湯」という。）を電磁力により駆動する溶湯駆動システムが知られている。この溶湯駆動システムは、交流電流を供給され、移動磁界を発生する磁場発生装置（交流磁場装置）を備えている。移動磁界が溶湯内を走ることで溶湯に渦電流が生じ、渦電流によって溶湯に電磁力が作用し、溶湯が駆動される。
【0003】
電磁力を利用した溶湯駆動システムとして、たとえば、特許文献１には、環状鉄心に巻回された複数のコイルに三相交流電流を流して移動磁界を発生させ、環状鉄心の内側に存在する溶湯を撹拌するものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平２－１８２３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、磁場発生装置に強力な移動磁界を発生させるために、コイルに大きな電流を流すことが考えられる。しかしながら、コイルの発熱量（銅損）が大きくなるため、強力な水冷式の冷却設備が必要となる。水冷式の場合、冷却水の水質管理が難しく、メンテナンスコストも高いことから、装置の普及を妨げる一因となっている。
【0006】
本発明は、上記の技術的認識に基づいてなされたものであり、放熱性に優れ、発熱量が少ないながら、十分な強度の磁場を発生することが可能な磁場発生装置、および当該磁場発生装置を備える溶湯撹拌システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の実施形態に係る磁場発生装置は、
各々が第１～第６の磁極を有し、互いに間隔をあけて配置された複数の鉄心と、
Ｒ相の電流を通電させるための第１および第２のコイルと、
Ｓ相の電流を通電させるための第３および第４のコイルと、
Ｔ相の電流を通電させるための第５および第６のコイルと、を備え、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第１の磁極は、所定の方向に沿って配列して第１の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第２の磁極は、前記方向に沿って配列して第２の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第３の磁極は、前記方向に沿って配列して第３の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第４の磁極は、前記方向に沿って配列して第４の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第５の磁極は、前記方向に沿って配列して第５の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第６の磁極は、前記方向に沿って配列して第６の磁極群を構成し、
前記第１のコイルは、前記第１の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第２のコイルは、前記第２の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第３のコイルは、前記第３の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第４のコイルは、前記第４の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第５のコイルは、前記第５の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第６のコイルは、前記第６の磁極群を取り巻くように巻回されている。
各々が第１～第６の磁極を有し、互いに間隔をあけて配置された複数の鉄心と、
Ｒ相の電流を通電させるための第１および第２のコイルと、
Ｓ相の電流を通電させるための第３および第４のコイルと、
Ｔ相の電流を通電させるための第５および第６のコイルと、を備え、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第１の磁極は、所定の方向に沿って配列して第１の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第２の磁極は、前記方向に沿って配列して第２の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第３の磁極は、前記方向に沿って配列して第３の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第４の磁極は、前記方向に沿って配列して第４の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第５の磁極は、前記方向に沿って配列して第５の磁極群を構成し、
前記複数の鉄心が有する複数の前記第６の磁極は、前記方向に沿って配列して第６の磁極群を構成し、
前記第１のコイルは、前記第１の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第２のコイルは、前記第２の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第３のコイルは、前記第３の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第４のコイルは、前記第４の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第５のコイルは、前記第５の磁極群を取り巻くように巻回され、
前記第６のコイルは、前記第６の磁極群を取り巻くように巻回されている。
【0008】
また、前記磁場発生装置において、
前記複数の鉄心はリング形鉄心であり、中心軸方向に沿って配列され、
前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記リング形鉄心の内周面から中心に向かって突設されており、
前記第１の磁極と前記第２の磁極が互いに対向し、前記第３の磁極と前記第４の磁極が互いに対向し、且つ前記第５の磁極と前記第６の磁極が互いに対向するようにしてもよい。
前記複数の鉄心はリング形鉄心であり、中心軸方向に沿って配列され、
前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記リング形鉄心の内周面から中心に向かって突設されており、
前記第１の磁極と前記第２の磁極が互いに対向し、前記第３の磁極と前記第４の磁極が互いに対向し、且つ前記第５の磁極と前記第６の磁極が互いに対向するようにしてもよい。
【0009】
また、前記磁場発生装置において、
前記複数の鉄心はＵ字形鉄心であり、中心軸方向に沿って配列され、
前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記Ｕ字形鉄心の内面から内側に向かって突設されており、
前記第１～第６の磁極は、前記第１の磁極、前記第３の磁極、前記第５の磁極、前記第２の磁極、前記第４の磁極および前記第６の磁極の順に配置されていてもよい。
前記複数の鉄心はＵ字形鉄心であり、中心軸方向に沿って配列され、
前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記Ｕ字形鉄心の内面から内側に向かって突設されており、
前記第１～第６の磁極は、前記第１の磁極、前記第３の磁極、前記第５の磁極、前記第２の磁極、前記第４の磁極および前記第６の磁極の順に配置されていてもよい。
【0010】
また、前記磁場発生装置において、
前記複数の鉄心はリング形鉄心であり、中心軸方向に沿って配列され、
前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記リング形鉄心の外周面から外側に向かって突設されており、
前記第１の磁極と前記第２の磁極が互いに反対方向に延び、前記第３の磁極と前記第４の磁極が互いに反対方向に延び、且つ前記第５の磁極と前記第６の磁極が互いに反対方向に延びるようにしてもよい。
前記複数の鉄心はリング形鉄心であり、中心軸方向に沿って配列され、
前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記リング形鉄心の外周面から外側に向かって突設されており、
前記第１の磁極と前記第２の磁極が互いに反対方向に延び、前記第３の磁極と前記第４の磁極が互いに反対方向に延び、且つ前記第５の磁極と前記第６の磁極が互いに反対方向に延びるようにしてもよい。
【0011】
また、前記磁場発生装置において、
前記複数の鉄心は直線形鉄心であり、前記鉄心の延在方向と直交する方向に沿って配列され、
前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記直線形鉄心から同一方向に突設されていてもよい。
前記複数の鉄心は直線形鉄心であり、前記鉄心の延在方向と直交する方向に沿って配列され、
前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記直線形鉄心から同一方向に突設されていてもよい。
【0012】
また、前記磁場発生装置において、
前記複数の鉄心は、互いに大きさの異なるリング形鉄心であり、同心状に配置され、
前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記リング形鉄心から同じ方向に突設され、
前記第１の磁極群と前記第２の磁極群は、前記各鉄心の中心を挟んで配置され、
前記第３の磁極群と前記第４の磁極群は、前記中心を挟んで配置され、
前記第５の磁極群と前記第６の磁極群は、前記中心を挟んで配置されていてもよい。
前記複数の鉄心は、互いに大きさの異なるリング形鉄心であり、同心状に配置され、
前記各鉄心の前記第１～第６の磁極は、前記リング形鉄心から同じ方向に突設され、
前記第１の磁極群と前記第２の磁極群は、前記各鉄心の中心を挟んで配置され、
前記第３の磁極群と前記第４の磁極群は、前記中心を挟んで配置され、
前記第５の磁極群と前記第６の磁極群は、前記中心を挟んで配置されていてもよい。
【0013】
また、前記磁場発生装置において、
前記各鉄心の同一の磁極群の磁極は互いに接続されていてもよい。
前記各鉄心の同一の磁極群の磁極は互いに接続されていてもよい。
【0014】
また、前記磁場発生装置において、
前記鉄心の厚みに対する前記鉄心間の間隔の比は、０．１以上２以下であるようにしてもよい。
前記鉄心の厚みに対する前記鉄心間の間隔の比は、０．１以上２以下であるようにしてもよい。
【0015】
また、前記磁場発生装置において、
前記比は１以上であってもよい。
前記比は１以上であってもよい。
【0016】
また、前記磁場発生装置において、
前記複数の鉄心は、炭素鋼板から構成されてもよい。
前記複数の鉄心は、炭素鋼板から構成されてもよい。
【0017】
また、前記磁場発生装置において、
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは直列接続されて第１の直列コイルを構成し、前記第３のコイルおよび前記第４のコイルは直列接続されて第２の直列コイルを構成し、前記第５のコイルおよび前記第６のコイルは直列接続されて第３の直列コイルを構成し、前記第１の直列コイル、前記第２の直列コイルおよび前記第３の直列コイルはスター結線されているようにしてもよい。
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは直列接続されて第１の直列コイルを構成し、前記第３のコイルおよび前記第４のコイルは直列接続されて第２の直列コイルを構成し、前記第５のコイルおよび前記第６のコイルは直列接続されて第３の直列コイルを構成し、前記第１の直列コイル、前記第２の直列コイルおよび前記第３の直列コイルはスター結線されているようにしてもよい。
【0018】
本発明の実施形態に係る溶湯駆動システムは、
金属溶湯を駆動するための溶湯駆動システムであって、
前記磁場発生装置と、
前記磁場発生装置を収納するケースと、
前記第１～第６のコイルに交流電流を出力する交流電源と、
を備える。
金属溶湯を駆動するための溶湯駆動システムであって、
前記磁場発生装置と、
前記磁場発生装置を収納するケースと、
前記第１～第６のコイルに交流電流を出力する交流電源と、
を備える。
【0019】
また、前記溶湯駆動システムにおいて、
前記ケースには、前記ケースの内部に空気を取り入れるための空気取入口と、前記ケース内の空気を外部に排出するための空気排出口が設けられ、
前記空気取入口および前記空気排出口は、前記磁場発生装置を挟むように配設されていてもよい。
前記ケースには、前記ケースの内部に空気を取り入れるための空気取入口と、前記ケース内の空気を外部に排出するための空気排出口が設けられ、
前記空気取入口および前記空気排出口は、前記磁場発生装置を挟むように配設されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】第１の実施形態に係る磁場発生装置の平面図である。
【図2】第１の実施形態に係る磁場発生装置の鉄心の中心から見た磁極とコイルを示す図である。
【図3】第１の実施形態に係る磁場発生装置で用いられる鉄心の平面図である。
【図4】互いに間隔をあけて中心軸方向に配列された複数の鉄心を示す側面図である。
【図5】第１の実施形態に係る磁場発生装置が有する複数のコイルの結線図である。
【図6】第１の実施形態の変型例に係る鉄心の平面図である。
【図7】第１の実施形態に係る磁場発生装置を備える連続鋳造システムの正面図である。
【図8】第１の実施形態に係る磁場発生装置を備える連続鋳造システムの一部縦断面図である。
【図9】第２の実施形態に係る磁場発生装置の平面図である。
【図10】第２の実施形態に係る磁場発生装置を備える溶湯撹拌システムの平面図である。
【図11】第３の実施形態に係る磁場発生装置の平面図である。
【図12】第３の実施形態に係る磁場発生装置で用いられる鉄心の側面図である。
【図13】第３の実施形態に係る磁場発生装置を備える溶湯撹拌システムの一部縦断面図である。
【図14】第４の実施形態に係る磁場発生装置の平面図である。
【図15】第４の実施形態に係る磁場発生装置で用いられる、同心に配置された複数の鉄心の平面図である。
【図17】第４の実施形態の変型例に係る複数の鉄心の平面図である。
【図19】第４の実施形態に係る磁場発生装置を備える溶湯撹拌システムの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、同等の機能を有する構成要素に同一の符号を付している。
【0022】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る磁場発生装置１について、図１～図５を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る磁場発生装置１の平面図を示し、図２は磁場発生装置１の鉄心１１の中心から見た磁極１１ａとコイル２１を示している。図３は、磁場発生装置１で用いられる鉄心１１の平面図である。図４は、互いに間隔をあけて中心軸方向に配列された複数の鉄心１１を示す側面図である。なお、図４ではコイル２１～２６は省略されている。図５は、磁場発生装置１が有する複数のコイル２１～２６の結線図である。
第１の実施形態に係る磁場発生装置１について、図１～図５を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る磁場発生装置１の平面図を示し、図２は磁場発生装置１の鉄心１１の中心から見た磁極１１ａとコイル２１を示している。図３は、磁場発生装置１で用いられる鉄心１１の平面図である。図４は、互いに間隔をあけて中心軸方向に配列された複数の鉄心１１を示す側面図である。なお、図４ではコイル２１～２６は省略されている。図５は、磁場発生装置１が有する複数のコイル２１～２６の結線図である。
【0023】
磁場発生装置１は、互いに間隔をあけて配置された複数の鉄心１１と、三相交流電圧が印加される複数のコイル２１，２２，２３，２４，２５，２６と、を備えている。
【0024】
複数の鉄心１１は、強磁性体からなるリング形鉄心であり、鉄心１１の中心軸方向に沿って配列されている。各鉄心１１は、電磁鋼板または炭素鋼板を積層されたものである。
【0025】
各鉄心１１は従来の磁場発生装置の鉄心よりも薄いため、コイルの通電時に各鉄心１１に発生する渦電流を低減することができる。したがって、鉄心１１の材料として、低鉄損であるが比較的高価な薄型珪素鋼板を積層したものでなく、安価で入手し易い炭素鋼板を使用することができる。
【0026】
また、図３に示すように、鉄心１１には、ボルト３１を挿通させるための貫通孔Ｈが設けられている。なお、リング形鉄心にギャップが設けられていてもよい（他の実施形態のリング形鉄心についても同様である）。
【0027】
各鉄心１１は、図３に示すように、リング形鉄心の内周面から中心に向かって突設された複数の磁極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆを有する。磁極１１ａ（第１の磁極）および磁極１１ｂ（第２の磁極）は、Ｒ相に対応する。磁極１１ｃ（第３の磁極）および磁極１１ｄ（第４の磁極）は、Ｓ相に対応する。磁極１１ｅ（第５の磁極）および磁極１１ｆ（第６の磁極）は、Ｔ相に対応する。磁極１１ａと磁極１１ｂが互いに対向し、磁極１１ｃと磁極１１ｄが互いに対向し、且つ磁極１１ｅと磁極１１ｆが互いに対向する。
【0028】
なお、本実施形態では、磁極１１ａ～１１ｆは、鉄心１１と一体に設けられているが、これに限られず、鉄心１１と別体の部材であってもよい（他の実施形態の鉄心についても同様である）。
【0029】
複数の鉄心１１は、各々の中心軸が一致するように配置されている。本実施形態では、図４に示すように、複数の鉄心１１はスペーサ３３を介して積層されている。ボルト３１が各鉄心の貫通孔Ｈに挿通され、ナット３２とともに複数の鉄心１１を締結している。スペーサ３３は、鉄心１１の間隔Ｇに対応した厚みを有する絶縁部材である。なお、ボルト３１の数や配置位置は図１等に示す態様に限られない。また、複数の鉄心１１は固定治具などの他の手段により互いに所定の間隔をあけて固定されてもよい（他の実施形態における複数の鉄心についても同様である）。
【0030】
図２に示すように、複数の鉄心１１が有する複数の磁極１１ａは、所定の方向（中心軸方向）に沿って配列して磁極群１１Ｇ（第１の磁極群）を構成している。図示しないが、磁極１１ｂ～１１ｆについても、磁極１１ａと同様に、それぞれ磁極群（第２～第６の磁極群）を構成している。すなわち、複数の磁極１１ｂは、中心軸方向に沿って配列して第２の磁極群を構成し、複数の磁極１１ｃは、中心軸方向に沿って配列して第３の磁極群を構成し、複数の磁極１１ｄは、中心軸方向に沿って配列して第４の磁極群を構成し、複数の磁極１１ｅは、中心軸方向に沿って配列して第５の磁極群を構成し、複数の磁極１１ｆは、前記方向に沿って配列して第６の磁極群を構成している。
【0031】
図２に示すように、本実施形態では、鉄心１１間の間隔（空隙）Ｇは鉄心１１の厚みＴとほぼ同じである。すなわち、鉄心１１の厚みＴに対する鉄心１１間の間隔Ｇの比（Ｇ／Ｔ）は約１である。このように鉄心間に空隙が設けられているが、後述のように、磁場発生装置１は従来の中実鉄心を用いた場合と比べて同程度の強度の磁場を発生させることができる。
【0032】
なお、大きな磁場強度と高い放熱性を両立するために、比（Ｇ／Ｔ）は、０．１以上２以下であることが望ましい（以降の実施形態についても同様である）。比を１以上とすることで、磁場発生装置１の放熱性を大幅に向上させることができるとともに、磁場発生装置１の鉄心の総量を半分以下にすることができる。比を大きくするにつれて磁場強度は減少する傾向にあるが、必要に応じてコイル２１～２６に流す電流を大きくしたり、コイル２１～２６の巻数を増やせばよい。
【0033】
次に、コイル２１～２６について説明する。
【0034】
コイル２１（第１のコイル）およびコイル２２（第２のコイル）は、Ｒ相（第１相）の電流を通電させるためのコイルである。コイル２３（第３のコイル）およびコイル２４（第４のコイル）は、Ｓ相（第２相）の電流を通電させるためのコイルである。コイル２５（第５のコイル）およびコイル２６（第６のコイル）は、Ｔ相（第３相）の電流を通電させるためのコイルである。
【0035】
図２に示すように、コイル２１は、第１の磁極群１１Ｇを取り巻くように巻回されている。図示しないが、コイル２２～２６も同様に第２～第６の磁極群を取り巻くように巻回されている。すなわち、コイル２２は第２の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２３は第３の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２４は第４の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２５は第５の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２６は第６の磁極群を取り巻くように巻回されている。
【0036】
コイル２１～２６は、図５に示すように結線されている。すなわち、コイル２１およびコイル２２は直列接続されて第１の直列コイルを構成し、コイル２３およびコイル２４は直列接続されて第２の直列コイルを構成し、コイル２５およびコイル２６は直列接続されて第３の直列コイルを構成する。第１の直列コイル、第２の直列コイルおよび第３の直列コイルはスター結線されている。
【0037】
なお、第１の直列コイル、第２の直列コイルおよび第３の直列コイルはそれぞれ、交流電源（後述の交流電源５０）のＲ相端子、Ｓ相端子およびＴ相端子に電気的に接続される。これにより、磁場発生装置１の動作時において、コイル２１および２２にＲ相電流が流れ、コイル２３および２４にＳ相電流が流れ、コイル２５および２６にＴ相電流が流れる。これにより、磁場発生装置１の中央部分には、鉄心１１の中心軸のまわりに回転する磁界（回転磁界）が発生する。
【0038】
上記のように、磁場発生装置１は、三相交流電源により駆動され、その内部に回転磁界を発生するように構成されている。磁場発生装置１を使用する際、複数の鉄心１１からなるコアアセンブリの中心部分に駆動対象の溶湯を配置する。たとえば、中央部分に渦室を配置した場合、渦室内の溶湯が回転磁界により回転駆動され、渦を形成する。この渦に切粉等の金属原料が投入されると、金属原料は渦の中に引き込まれ、金属溶湯中に溶解する。その他、後述するように、磁場発生装置１の中央部分に鋳型を配置して連続鋳造システムを構成してもよい。
【0039】
（磁場発生装置１の作用効果）
上記のように磁場発生装置１では、複数の鉄心１１が互いに間隔Ｇをあけて配置され、コイル２１～２６が、第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻くように設けられている。このように鉄心１１間に空隙があるものの、コイル２１～２６が第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻き、各磁極群が一つの大きな磁極のように機能するため、磁場発生装置１は、従来の鉄心間に空隙がない場合と同程度の強度の磁場を発生することができる。たとえば、比が１の場合、空隙のない中実な鉄心の場合と比べて、約９０～９５％の強度の磁場を発生させることができる。
上記のように磁場発生装置１では、複数の鉄心１１が互いに間隔Ｇをあけて配置され、コイル２１～２６が、第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻くように設けられている。このように鉄心１１間に空隙があるものの、コイル２１～２６が第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻き、各磁極群が一つの大きな磁極のように機能するため、磁場発生装置１は、従来の鉄心間に空隙がない場合と同程度の強度の磁場を発生することができる。たとえば、比が１の場合、空隙のない中実な鉄心の場合と比べて、約９０～９５％の強度の磁場を発生させることができる。
【0040】
なお、磁場強度の低下は、磁場発生装置が適用される溶湯駆動システム（具体例は後述する。）において実際上、大きな障害とならない。仮に磁場強度の低下によって所要の溶湯駆動力が得られない場合であっても、コイル２１～２６に流す電流やコイル２１～２６の巻数を少し増やすなどの対策をとることにより、磁場強度を大きくすることができる。後述のように磁場発生装置１では放熱性が高く、発熱量も少ないため、このような対応をとることは比較的容易である。
【0041】
磁場発生装置１では磁極間に空隙があるため、各磁極から放射される磁界を合成した磁界の強度分布は、磁極のごく近傍においては鉄心の中心軸方向に沿って波打った形状となる。しかし、磁極から１０～２０ｍｍ程度離れた場所では中心軸方向に沿ってほぼ平坦となる。したがって、磁場発生装置１が適用される溶湯駆動システムでは、溶湯中を走る磁界はほぼ平坦な強度分布を有する。
【0042】
上記のように、各鉄心間に空隙が設けられているため、下記の効果Ａ～Ｃを得ることができる。
【0043】
効果Ａ：従来のように空隙がない中実の鉄心を用いる磁場発生装置と比べて、鉄心の表面積（複数の鉄心の表面積の和）が大幅に大きくなるため、放熱性を大きく改善することができる。そのため、空冷により磁場発生装置を冷却することができる。すなわち、空冷式で磁場発生装置を連続運転させることが可能である。その結果、メンテナンスコストを大幅に削減することもできる。
【0044】
なお、磁場発生装置の放熱性が改善することにより、コイルに流す電流密度を増やすことが可能となる。このため、必要に応じて、鉄心間に空隙を設けたことによる磁場強度の低下分を、コイルに流す電流を増やすことで補うことも可能である。
【0045】
効果Ｂ：従来の磁場発生装置と比べて各鉄心の断面積が小さいため、磁場発生装置の動作時に各鉄心に発生する渦電流が低減し、発熱量が少なくなる。これにより、鉄心の材料として、珪素鋼板よりもコスト的に有利な炭素鋼板を用いることができる。炭素鋼板を使用することで、磁場発生装置のコストを低減することができるとともに、磁場発生装置のさらなる軽量化を図ることができる。
【0046】
効果Ｃ：従来の磁場発生装置と比べて磁場発生装置に必要な鉄心の総量が減少するため、軽量で取り扱いが容易な磁場発生装置を提供することができる。たとえば、鉄心間の間隔が鉄心の厚みと同じ場合、鉄心の量は半減し、磁場発生装置の約５０％の軽量化を図ることができる。使用する鉄心の量が減少することで磁場発生装置の製造コストも削減できる。
【0047】
（鉄心の変形例）
磁場発生装置１の各鉄心の形状は、リング状の鉄心１１に限らず、種々のものを想定することが可能である。図６は、第１の実施形態の変型例に係る鉄心１２の平面図を示している。
磁場発生装置１の各鉄心の形状は、リング状の鉄心１１に限らず、種々のものを想定することが可能である。図６は、第１の実施形態の変型例に係る鉄心１２の平面図を示している。
【0048】
鉄心１２はＵ字形鉄心であり、６つの磁極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆがＵ字形鉄心の内面から内側に向かって突設されている。
【0049】
鉄心１２の磁極１２ａ～１２ｆは、図６に示すように、Ｕ字形鉄心のＵ字に沿って、磁極１２ａ、磁極１２ｃ、磁極１２ｅ、磁極１２ｂ、磁極１２ｄおよび磁極１２ｆの順に配置されている。
【0050】
本変型例に係る鉄心１２を複数用いることにより、磁場発生装置１と同様の特徴を有する磁場発生装置を構成することが可能である。そのように構成された磁場発生装置は、リング形鉄心を用いる磁場発生装置とは異なり、側面が開放されている。そのため、磁場発生装置を駆動対象の溶湯が存在する渦室や鋳型等に容易に設置し、あるいは、渦室や鋳型等に設置された磁場発生装置を容易に取り外すことができる。
【0051】
なお、第１の実施形態に係る磁場発生装置に用いられる鉄心の形状は、中心に向かって突設された複数の磁極を有するものであれば、上記の鉄心１１，１２に限られない。
【0052】
＜連続鋳造システム＞
次に、図７および図８を参照して、第1の実施形態に係る磁場発生装置１を備える溶湯駆動システム（連続鋳造システム）１００について説明する。図７は溶湯駆動システム１００の正面図を示し、図８は溶湯駆動システム１００の一部縦断面図を示している。なお、図７において鋳型２００は省略している。また、図７の符号ＣＬは磁場発生装置１およびケース４０の中心軸を示している。
次に、図７および図８を参照して、第1の実施形態に係る磁場発生装置１を備える溶湯駆動システム（連続鋳造システム）１００について説明する。図７は溶湯駆動システム１００の正面図を示し、図８は溶湯駆動システム１００の一部縦断面図を示している。なお、図７において鋳型２００は省略している。また、図７の符号ＣＬは磁場発生装置１およびケース４０の中心軸を示している。
【0053】
溶湯駆動システム１００は、以下に説明するように、溶湯Ｍの供給を受け、この溶湯Ｍを冷却することにより固相状態の鋳造品Ｐを取り出すように構成されている。
【0054】
溶湯駆動システム１００は、磁場発生装置１と、磁場発生装置１を収納するケース４０と、磁場発生装置１に交流電流を出力する交流電源５０と、ケース４０を支持固定するための取付台６０と、ケース４０の貫通孔に挿通されるように設けられた筒状の鋳型２００とを備えている。
【0055】
磁場発生装置１は、複数の鉄心１１の中心軸が鋳型２００の中心軸と一致するように配置されている。
【0056】
ケース４０は、磁場発生装置１を収納するように構成されている。ケース４０の材質は特に限定されないが、たとえば、耐火材、ステンレス等の金属からなる。
【0057】
図７に示すように、ケース４０は、空気取入口４１および空気排出口４２を有する。空気取入口４１は、磁場発生装置１を冷却するための空気をケース４０の内部に取り入れるために設けられている。空気排出口４２は、ケース４０内の空気を外部に排出するために設けられている。本実施形態では、空気取入口４１は、冷風供給用エアダクトの接続フランジとして構成されている。このため、ブロワー（図示せず）を空気取入口４１に接続し、磁場発生装置１を強制空冷することが可能である。
【0058】
また、図７に示すように、空気取入口４１および空気排出口４２は、複数の鉄心１１の中心軸に直交する方向に沿って複数の鉄心１１を挟むように配設されている。本実施形態では、空気取入口４１および空気排出口４２は、ケース４０の互いに対向する面にそれぞれ設けられている。これにより、空気取入口４１からケース４０内に取り込まれた冷却用空気は、複数の鉄心１１間の空隙を通った後、空気排出口４２から排出される。このようにして冷却用空気は複数の鉄心１１を効率的に冷却した後に空気排出口４２から排出されるため、磁場発生装置１の冷却効率を大幅に高めることができる。
【0059】
ケース４０には、端子箱（ターミナルボックス）４３が設けられている。端子箱４３には、ターミナルポスト（図示せず）が収納されている。ターミナルポストは、磁場発生装置１のコイル２１～２６と電気的に接続されている。
【0060】
交流電源５０は、三相の交流電源であり、三相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の交流電流を磁場発生装置１のコイル２１～２６に出力する。より詳しくは、交流電源５０は、直列接続されたコイル２１およびコイル２２にＲ相の電流を出力し、直列接続されたコイル２３およびコイル２４にＳ相の電流を出力し、直列接続されたコイル２５およびコイル２６にＴ相の電流を出力する。
【0061】
なお、交流電源５０は、溶湯の駆動力を調整するために、インバータ等により出力電流および／または周波数を可変に構成されてもよい。周波数は、たとえば、５Ｈｚ～２０Ｈｚ程度である。
【0062】
鋳型２００は、入口側から液相状態の溶湯Ｍの供給を受け、冷却により固相状態の鋳造品Ｐを出口側から排出する。本実施形態の鋳型２００は円筒状である。この円筒状の鋳型４００は、その中心軸が磁場発生装置１（鉄心１１）の中心軸と一致するように配置される。なお、鋳造品がスラブの場合は角筒状の鋳型を用いる。
【0063】
鋳型２００は、耐火材から構成される。グラファイトから構成される場合、グラファイトは材質的に柔らかいため、表面がより滑らかな鋳造品を得ることができる。また、鋳型２００は、鋳型２００内に流れ込む溶湯Ｍを冷却するためのウォータジャケット（図示せず）を有している。ウォータジャケット内で冷却水を循環させ、この冷却水によって鋳型２００の外周を冷却する。これにより、溶湯Ｍは急激に冷却されることになる。なお、ウォータジャケットは、公知の各種の構造のものを採用することが可能である。
【0064】
上記の溶湯駆動システム１００では、磁場発生装置１に三相交流電流が供給されることにより、鋳型２００内に中心軸ＣＬまわりに回転する磁界が発生する。この回転磁界により鋳型２００内の未凝固の溶湯に渦電流が発生し、駆動方向ＤＤが示すように、中心軸ＣＬまわりに溶湯Ｍが撹拌される。そして、撹拌された溶湯がウォータジャケットにより冷却されることで均一で高品質な鋳造品Ｐが得られる。
【0065】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る磁場発生装置１Ａについて、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る磁場発生装置１Ａの平面図を示している。第１の実施形態と第２の実施形態との相違点の一つは、第１の実施形態では鉄心の磁極が内向きに設けられ、鉄心の内部に回転磁界が形成されたのに対し、第２の実施形態では鉄心の磁極が外向きに設けられ、鉄心の外部に回転磁界が形成される点である。
次に、第２の実施形態に係る磁場発生装置１Ａについて、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る磁場発生装置１Ａの平面図を示している。第１の実施形態と第２の実施形態との相違点の一つは、第１の実施形態では鉄心の磁極が内向きに設けられ、鉄心の内部に回転磁界が形成されたのに対し、第２の実施形態では鉄心の磁極が外向きに設けられ、鉄心の外部に回転磁界が形成される点である。
【0066】
以下、上記相違点を中心に第２の実施形態について説明する。
【0067】
磁場発生装置１Ａは、互いに間隔をあけて配置された複数の鉄心１３と、複数のコイル２１，２２，２３，２４，２５，２６と、を備えている。
【0068】
複数の鉄心１３は、強磁性体からなるリング形鉄心であり、中心軸方向に沿って配列されている。なお、鉄心１３の材料は鉄心１１と同様である。
【0069】
各鉄心１３は、図９に示すように、リング形鉄心の外周面から外側に向かって突設された複数の磁極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆを有する。これらの磁極は放射状に設けられている。各鉄心１３において、磁極１３ａと磁極１３ｂが互いに反対方向に延び、磁極１３ｃと磁極１３ｄが互いに反対方向に延び、且つ磁極１３ｅと磁極１３ｆが互いに反対方向に延びている。磁極１３ａおよび磁極１３ｂはＲ相に対応し、磁極１３ｃおよび磁極１３ｄはＳ相に対応し、磁極１３ｅおよび磁極１３ｆはＴ相に対応する。
【0070】
複数の鉄心１３は、第１の実施形態の鉄心１１の場合と同様に、互いに間隔をあけつつ、各々の中心軸が一致するように配置されている。なお、図示しないが、複数の鉄心１３は、スペーサおよびボルト・ナット、あるいは固定治具などにより、所定の間隔をあけて固定されている。
【0071】
複数の鉄心１３が有する複数の磁極１３ａは、所定の方向（中心軸方向）に沿って配列して磁極群（第１の磁極群）を構成している。同様に、磁極１３ｂ～１３ｆについても、磁極１３ａと同様に、それぞれ磁極群（第２～第６の磁極群）を構成している。
【0072】
なお、図示しないが、第１の実施形態と同様に本実施形態でも、鉄心１３間の間隔は鉄心１３の厚みとほぼ同じか少し大きく、厚みに対する間隔の比は１以上である。これにより、第１の実施形態と同様、磁場発生装置１Ａの鉄心の総量を半分以下にすることができる。さらに、鉄心間に間隔が設けられることで、磁場発生装置１Ａの放熱性を高めることができる。
【0073】
コイル２１は、第１の磁極群を取り巻くように巻回されている。同様に、コイル２２は第２の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２３は第３の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２４は第４の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２５は第５の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２６は第６の磁極群を取り巻くように巻回されている。
【0074】
コイル２１～２６の結線については第１の実施形態と同じであり、磁場発生装置１Ａの動作時において、コイル２１および２２にＲ相電流が流れ、コイル２３および２４にＳ相電流が流れ、コイル２５および２６にＴ相電流が流れる。これにより、磁場発生装置１Ａの外部には、鉄心１３の中心軸のまわりに回転する磁界（回転磁界）が発生する。
【0075】
上記のように、磁場発生装置１Ａは、三相交流電源により駆動され、その外部に回転磁界を発生するように構成されている。磁場発生装置１Ａを使用する際は、複数の鉄心１３からなるコアアセンブリの外部に駆動対象の溶湯を配置する。磁場発生装置１Ａの応用例については、のちほど図１０を参照して説明する。
【0076】
（磁場発生装置１Ａの作用効果）
上記のように磁場発生装置１Ａでは、外向きに突設された複数の磁極１３ａ～１３ｆを有する複数の鉄心１３が互いに間隔をあけて配置されている。そして、第１の実施形態と同様に、コイル２１～２６が、第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻くように設けられている。磁場発生装置１と同様、鉄心１３間に空隙があるものの、磁場発生装置１Ａは従来の中実鉄心を用いた場合と比べて同程度の強度の磁場を発生させることができる。また、各鉄心１３の間に空隙があるため、第１の実施形態で説明した効果Ａ～Ｃを得ることができる。
上記のように磁場発生装置１Ａでは、外向きに突設された複数の磁極１３ａ～１３ｆを有する複数の鉄心１３が互いに間隔をあけて配置されている。そして、第１の実施形態と同様に、コイル２１～２６が、第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻くように設けられている。磁場発生装置１と同様、鉄心１３間に空隙があるものの、磁場発生装置１Ａは従来の中実鉄心を用いた場合と比べて同程度の強度の磁場を発生させることができる。また、各鉄心１３の間に空隙があるため、第１の実施形態で説明した効果Ａ～Ｃを得ることができる。
【0077】
なお、第２の実施形態においても、鉄心の形状は、リング状に限られず、たとえばＵ字形であってもよい。
【0078】
＜溶湯撹拌システム＞
次に、図１０を参照して、第２の実施形態に係る磁場発生装置１Ａを備える溶湯駆動システム（溶湯撹拌システム）１００Ａについて説明する。図１０は溶湯駆動システム１００Ａの平面図を示している。
次に、図１０を参照して、第２の実施形態に係る磁場発生装置１Ａを備える溶湯駆動システム（溶湯撹拌システム）１００Ａについて説明する。図１０は溶湯駆動システム１００Ａの平面図を示している。
【0079】
溶湯駆動システム１００Ａは、磁場発生装置１Ａと、磁場発生装置１Ａを収納するケース４０Ａと、金属溶湯を貯留するための炉３００とを備えている。
【0080】
ケース４０Ａは、磁場発生装置１Ａを収納するように構成されており、本実施形態では、耐火材からなる有底の筒状ケースである。
【0081】
炉３００は、たとえば、アルミニウム等の非鉄金属を溶解するための溶解炉、または金属溶湯を保持するための保持炉である。なお、非鉄金属は、たとえば、Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎもしくはこれらのうちの少なくとも２つの合金、またはＭｇ合金であってもよい。
【0082】
図１０に示すように、溶湯駆動システム１００Ａでは、磁場発生装置１Ａが収納されたケース４０Ａが、炉３００の溶湯Ｍ中に配置されている。本実施形態では、ケース４０Ａの上側開口部分が湯面から露出するようにケース４０Ａが配置される。磁場発生装置１Ａは、第１の実施形態と同様に、外部の交流電源５０に電気的に接続されている。
【0083】
上記の溶湯駆動システム１００Ａでは、磁場発生装置１Ａに三相交流電流が供給されることにより、ケース４０Ａの外部に鉄心１３の中心軸まわりに回転する磁界が発生する。この回転磁界により炉３００内の溶湯Ｍに渦電流が発生し、駆動方向ＤＤが示すように、中心軸まわりに溶湯Ｍが撹拌される。
【0084】
なお、溶湯撹拌システム１００Ａでは、ケース４０Ａ（磁場発生装置１Ａ）の配置位置は任意である。また、磁場発生装置１Ａを収納した複数のケース４０Ａを炉３００の下に配置してもよい。
【0085】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る磁場発生装置１Ｂについて、図１１および図１２を参照して説明する。図１１は、本実施形態に係る磁場発生装置１Ｂの平面図を示し、図１２は、磁場発生装置１Ｂで用いられる鉄心１４の側面図を示している。第３の実施形態と、第１および第２の実施形態との相違点の一つは、第１および第２の実施形態では鉄心が環状もしくはＵ字形であったのに対し、第３の実施形態では鉄心が直線形であり、直線型鉄心の延在方向に沿って移動する磁界が形成される点である。
次に、第３の実施形態に係る磁場発生装置１Ｂについて、図１１および図１２を参照して説明する。図１１は、本実施形態に係る磁場発生装置１Ｂの平面図を示し、図１２は、磁場発生装置１Ｂで用いられる鉄心１４の側面図を示している。第３の実施形態と、第１および第２の実施形態との相違点の一つは、第１および第２の実施形態では鉄心が環状もしくはＵ字形であったのに対し、第３の実施形態では鉄心が直線形であり、直線型鉄心の延在方向に沿って移動する磁界が形成される点である。
【0086】
以下、上記相違点を中心に第３の実施形態について説明する。
【0087】
磁場発生装置１Ｂは、図１１に示すように、互いに間隔をあけて配置された複数の鉄心１４と、複数のコイル２１，２２，２３，２４，２５，２６と、を備えている。なお、図示しないが、複数の鉄心１４は、スペーサおよびボルト・ナット、あるいは固定治具などにより、所定の間隔をあけて固定されている。
【0088】
複数の鉄心１４は、強磁性体からなる直線形鉄心であり、各鉄心１４が延在する方向（延在方向）と直交する方向に沿って配列されている。なお、鉄心１４の材料は、鉄心１１～１３と同様である。
【0089】
各鉄心１４は、図１２に示すように、直線形鉄心から同一方向に突設された複数の磁極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆを有する。磁極１４ａおよび磁極１４ｂはＲ相に対応し、磁極１４ｃおよび磁極１４ｄはＳ相に対応し、磁極１４ｅおよび磁極１４ｆはＴ相に対応する。
【0090】
各鉄心１４において複数の磁極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆは、図１１に示すように、直線型鉄心の延在方向に磁極１４ａ、磁極１４ｃ、磁極１４ｅ、磁極１４ｂ、磁極１４ｄ、磁極１４ｆの順に設けられている。なお、６つの磁極１４ａ～１４ｆを一単位として、磁場発生装置１Ｂが設置される炉の大きさ、溶湯の搬送距離等に応じて所要の数の磁極を配列させてもよい。
【0091】
図１１に示すように、複数の鉄心１４が有する複数の磁極１４ａは、所定の方向（鉄心１４の厚さ方向）に沿って配列して磁極群１４Ｇ（第１の磁極群）を構成している。同様に、磁極１４ｂ～１４ｆについても、磁極１４ａと同様に、それぞれ磁極群１４Ｇ（第２～第６の磁極群）を構成している。
【0092】
なお、図１１に示すように、本実施形態では、鉄心１４間の間隔Ｇは鉄心１４の厚みＴとほぼ同じか少し大きく、厚みＴに対する間隔Ｇの比（Ｇ／Ｔ）は１以上である。これにより、第１の実施形態と同様、磁場発生装置１Ｂの鉄心の総量を半分以下にすることができる。さらに、間隔Ｇが設けられることで、磁場発生装置１Ｂの放熱性を高めることができる。
【0093】
コイル２１は、第１の磁極群を取り巻くように巻回されている。同様に、コイル２２は第２の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２３は第３の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２４は第４の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２５は第５の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２６は第６の磁極群を取り巻くように巻回されている。
【0094】
コイル２１～２６の結線については第１の実施形態と同じであり、磁場発生装置１Ｂの動作時において、コイル２１および２２にＲ相電流が流れ、コイル２３および２４にＳ相電流が流れ、コイル２５および２６にＴ相電流が流れる。これにより、磁場発生装置１Ｂの上部には、鉄心１４の延在方向に移動する磁界が発生する。
【0095】
上記のように、磁場発生装置１Ｂは、三相交流電源により駆動され、その上部に所定の方向に移動する磁界を発生するように構成されている。磁場発生装置１Ａを使用する際は、磁場発生装置１Ｂの上に駆動対象の溶湯を配置する。磁場発生装置１Ｂの応用例については、のちほど図１３を参照して説明する。
【0096】
（磁場発生装置１Ｂの作用効果）
上記のように磁場発生装置１Ｂでは、直線型鉄心から同一方向に突設された複数の磁極１４ａ～１４ｆを有する複数の鉄心１４が鉄心の幅方向に互いに間隔をあけて配置されている。そして、第１および第２の実施形態と同様に、コイル２１～２６が、第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻くように設けられている。磁場発生装置１，１Ａと同様、鉄心１４間に空隙があるものの、磁場発生装置１Ｂは従来の中実鉄心を用いた場合と比べて同程度の強度の磁場を発生させることができる。各鉄心１４間に空隙があるため、第１の実施形態で説明した効果Ａ～Ｃを得ることができる。
上記のように磁場発生装置１Ｂでは、直線型鉄心から同一方向に突設された複数の磁極１４ａ～１４ｆを有する複数の鉄心１４が鉄心の幅方向に互いに間隔をあけて配置されている。そして、第１および第２の実施形態と同様に、コイル２１～２６が、第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻くように設けられている。磁場発生装置１，１Ａと同様、鉄心１４間に空隙があるものの、磁場発生装置１Ｂは従来の中実鉄心を用いた場合と比べて同程度の強度の磁場を発生させることができる。各鉄心１４間に空隙があるため、第１の実施形態で説明した効果Ａ～Ｃを得ることができる。
【0097】
なお、鉄心１４の形状は、直線状に限られず、溶湯の搬送方向等に応じて、一部が湾曲等していてもよい。
【0098】
＜溶湯撹拌システム＞
次に、図１３を参照して、第３の実施形態に係る磁場発生装置１Ｂを備える溶湯駆動システム（溶湯撹拌システム）１００Ｂについて説明する。図１３は溶湯駆動システム１００Ｂの一部縦断面図を示している。
次に、図１３を参照して、第３の実施形態に係る磁場発生装置１Ｂを備える溶湯駆動システム（溶湯撹拌システム）１００Ｂについて説明する。図１３は溶湯駆動システム１００Ｂの一部縦断面図を示している。
【0099】
溶湯駆動システム１００Ｂは、磁場発生装置１Ｂと、磁場発生装置１Ｂを収納するケース４０Ｂと、ケース４０Ｂの上に設置された炉３００とを備えている。
【0100】
ケース４０Ｂは、磁場発生装置１Ｂを収納するように構成されており、本実施形態では、耐火材からなる略直方体形状のケースである。ケース４０Ｂは、空気取入口４１および空気排出口４２を有する。空気取入口４１および空気排出口４２は、複数の鉄心１４が延在する方向に沿って複数の鉄心１４を挟むように配設されている。本実施形態では、空気取入口４１および空気排出口４２は、ケース４０Ｂの互いに対向する面にそれぞれ設けられている。これにより、空気取入口４１からケース４０Ｂ内に取り込まれた冷却用空気は複数の鉄心１４間の空隙を通った後、空気排出口４２から排出されるため、磁場発生装置１Ｂの冷却効率を大幅に高めることができる。
【0101】
図１３に示すように、溶湯駆動システム１００Ｂでは、磁場発生装置１Ｂが収納されたケース４０Ｂが、炉３００の下に配置されている。磁場発生装置１Ｂは、第１の実施形態と同様に、外部の交流電源５０に電気的に接続されている。
【0102】
上記の溶湯撹拌システム１００Ｂでは、磁場発生装置１Ｂに三相交流電流が供給されることにより、炉３００内に鉄心１４の延在方向と略平行な方向に沿って移動する磁界が発生する。この移動磁界により炉３００内の溶湯Ｍが駆動方向ＤＤに沿って駆動される。駆動された溶湯Ｍは炉３００の側壁に当たり、側壁に沿って上下左右に広がった後、駆動方向と反対方向に拡散する。その結果、溶湯Ｍは炉３００内で撹拌されることとなる。
【0103】
なお、磁場発生装置１Ｂに比べて炉３００のサイズが大きい場合、炉３００の下に複数の磁場発生装置１Ｂを配置してもよい。たとえば、複数の磁場発生装置１Ｂが炉３００の側壁に沿って配置されてもよい。これにより、炉３００内の溶湯Ｍは炉３００の側壁に沿って駆動されるため、炉３００内で効率良く撹拌される。
【0104】
また、所望の撹拌方向に沿って磁場発生装置１Ｂを炉３００の角部に配置してもよい。
【0105】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る磁場発生装置１Ｃについて、図１４～図１６を参照して説明する。図１４は本実施形態に係る磁場発生装置１Ｃの平面図を示し、図１５は磁場発生装置１Ｃで用いられる、同心に配置された複数の鉄心の平面図を示し、図１６は、図１５に示す円盤形鉄心のＩ－Ｉ線に沿う断面図を示す。
次に、第４の実施形態に係る磁場発生装置１Ｃについて、図１４～図１６を参照して説明する。図１４は本実施形態に係る磁場発生装置１Ｃの平面図を示し、図１５は磁場発生装置１Ｃで用いられる、同心に配置された複数の鉄心の平面図を示し、図１６は、図１５に示す円盤形鉄心のＩ－Ｉ線に沿う断面図を示す。
【0106】
第４の実施形態と、第１および第２の実施形態との相違点の一つは、第１および第２の実施形態では複数のリング形鉄心が中心軸方向に沿って配列されていたのに対し、第４の実施形態では互いに大きさの異なる複数のリング形鉄心が同心に配置されている点である。
【0107】
以下、上記相違点を中心に第４の実施形態について説明する。
【0108】
磁場発生装置１Ｃは、図１４に示すように、互いに間隔をあけて配置された複数の鉄心１５－１，１５－２と、複数のコイル２１，２２，２３，２４，２５，２６と、を備えている。
【0109】
複数の鉄心１５－１，１５－２は、互いに大きさの異なるリング形鉄心であり、同心状に配置されている。すなわち、鉄心１５－１と鉄心１５－２は、中心軸が一致し且つ同一平面内に位置するように配列されている。なお、鉄心の数は２つに限られず、３つ以上であってもよい。
【0110】
図１５および図１６に示すように、鉄心１５－１と鉄心１５－２のいずれにも、リング形鉄心の上面から同じ方向にフィン状に突設された磁極１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆを有する。磁極１５ａおよび磁極１５ｂはＲ相に対応し、磁極１５ｃおよび磁極１５ｄはＳ相に対応し、磁極１５ｅおよび磁極１５ｆはＴ相に対応する。
【0111】
本実施形態では、各磁極は３つずつ設けられている。たとえば、磁極１５ａは３つ設けられている。これら３つの磁極は、鉄心の中心軸から放射状に半径方向に延びるように形成されているが、これに限らず、互いに平行に設けられてもよい。また、磁極の数は、３つに限られず、１つ、２つまたは４つ以上であってもよい。
【0112】
図１５に示すように、鉄心１５－１の磁極と鉄心１５－２の磁極とが一直線上に位置するように鉄心１５－１と鉄心１５－２は位置決めされた上で固定されている。これにより、鉄心１５－１と鉄心１５－２が有する複数の磁極は、鉄心１５－１，１５－２の半径方向に沿って配列して磁極群１５Ｇを構成する。これまでの実施形態と同様に、鉄心１５－１，１５－２には、６つの磁極群１５Ｇ（第１～第６の磁極群）が構成されている。
【0113】
なお、図示しないが、複数の鉄心１５－１，１５－２は、スペーサおよびボルト・ナット、あるいは固定治具などにより固定されている。
【0114】
図１５に示すように、複数の磁極１５ａから構成される第１の磁極群と、複数の磁極１５ｂから構成される第２の磁極群は、各鉄心１５－１，１５－２の中心を挟んで対称に配置されている。同様に、複数の磁極１５ｃから構成される第３の磁極群と、複数の磁極１５ｄから構成される第４の磁極群は、各鉄心１５－１，１５－２の中心を挟んで対称に配置されている。複数の磁極１５ｅから構成される第５の磁極群と、複数の磁極１５ｆから構成される第６の磁極群は、各鉄心１５－１，１５－２の中心を挟んで対称に配置されている。
【0115】
図１４に示すように、コイル２１は、第１の磁極群を取り巻くように巻回されている。同様に、コイル２２は第２の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２３は第３の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２４は第４の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２５は第５の磁極群を取り巻くように巻回され、コイル２６は第６の磁極群を取り巻くように巻回されている。
【0116】
なお、図１４に示すように、本実施形態では、鉄心１５－１，１５－２間の間隔Ｇは鉄心１５－１，１５－２の厚みＴとほぼ同じか少し大きく、厚みＴに対する間隔Ｇの比（Ｇ／Ｔ）は１以上である。これにより、第１の実施形態と同様、磁場発生装置１Ｃの鉄心の総量を大幅に減らすことができる。さらに、間隔Ｇが設けられることで、磁場発生装置１Ｃの放熱性を高めることができる。
【0117】
コイル２１～２６の結線については第１の実施形態と同じであり、磁場発生装置１Ｃの動作時において、コイル２１および２２にＲ相電流が流れ、コイル２３および２４にＳ相電流が流れ、コイル２５および２６にＴ相電流が流れる。これにより、磁場発生装置１Ｃの上部には、鉄心１５－１，１５－２の中心軸のまわりに回転する磁界が発生する。
【0118】
（磁場発生装置１Ｃの作用効果）
上記のように、磁場発生装置１Ｃでは、上向きに突設された複数の磁極１５ａ～１５ｆを有する複数のリング形鉄心が互いに間隔をあけて同心状に配置されている。そして、コイル２１～２６が、これまでの実施形態と同様に、第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻くように設けられている。磁場発生装置１，１Ａ，１Ｂと同様、鉄心１５－１と鉄心１５－２との間に空隙があるものの、磁場発生装置１Ｃは従来の中実鉄心を用いた場合と比べて同程度の強度の磁場を発生させることができる。また、鉄心１５－１と鉄心１５－２との間に空隙があるため、第１の実施形態で説明した効果Ａ～Ｃを得ることができる。
上記のように、磁場発生装置１Ｃでは、上向きに突設された複数の磁極１５ａ～１５ｆを有する複数のリング形鉄心が互いに間隔をあけて同心状に配置されている。そして、コイル２１～２６が、これまでの実施形態と同様に、第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻くように設けられている。磁場発生装置１，１Ａ，１Ｂと同様、鉄心１５－１と鉄心１５－２との間に空隙があるものの、磁場発生装置１Ｃは従来の中実鉄心を用いた場合と比べて同程度の強度の磁場を発生させることができる。また、鉄心１５－１と鉄心１５－２との間に空隙があるため、第１の実施形態で説明した効果Ａ～Ｃを得ることができる。
【0119】
【0120】
本変型例では、図１７に示すように、鉄心１５－１と鉄心１５－２が磁極により連結されている。たとえば、図１８に示すように、鉄心１５－１の磁極１５ｅと鉄心１５－２の磁極１５ｅが接続され、一つの磁極１５ｅが構成され、同様に、鉄心１５－１の磁極１５ｆと鉄心１５－２の磁極１５ｆが接続され、一つの磁極１５ｆが構成されている。換言すれば、各鉄心の同一の磁極群の磁極は互いに接続されている。
【0121】
本変型例によれば、各磁極は鉄心１５－１と鉄心１５－２を連結する連結材としても機能するため、複数の鉄心１５－１、１５－２を固定するための締結部材や固定治具を不要とすることができる。
【0122】
＜溶湯撹拌システム＞
次に、図１９を参照して、第４の実施形態に係る磁場発生装置１Ｃを備える溶湯駆動システム（溶湯撹拌システム）１００Ｃについて説明する。図１９は溶湯駆動システム１００Ｃの平面図を示している。
次に、図１９を参照して、第４の実施形態に係る磁場発生装置１Ｃを備える溶湯駆動システム（溶湯撹拌システム）１００Ｃについて説明する。図１９は溶湯駆動システム１００Ｃの平面図を示している。
【0123】
溶湯駆動システム１００Ｃは、磁場発生装置１Ｃと、磁場発生装置１Ｃを収納するケース４０Ｃと、ケース４０Ｃの上に設置された炉３００とを備えている。
【0124】
ケース４０Ｃは、磁場発生装置１Ｃを収納するように構成されており、たとえば、耐火材からなる。このケース４０Ｃは、第３の実施形態のケース４０Ｂと同様に、空気取入口４１および空気排出口４２を有してもよい。
【0125】
図１３に示すように、溶湯駆動システム１００Ｂでは、磁場発生装置１Ｂが収納されたケース４０Ｂが、炉３００の下に配置されている。磁場発生装置１Ｂは、第１の実施形態と同様に、外部の交流電源５０に電気的に接続されている。
【0126】
上記の溶湯撹拌システム１００Ｃでは、磁場発生装置１Ｃに三相交流電流が供給されることにより、炉３００内に鉄心１５－１，１５－２の中心軸のまわりに回転する磁界が発生する。この回転磁界により炉３００内の溶湯Ｍが駆動方向ＤＤに沿って駆動され、中心軸まわりに溶湯Ｍが撹拌される。
【0127】
なお、溶湯撹拌システム１００Ｃでは、ケース４０Ｃ（磁場発生装置１Ｃ）の配置位置は任意である。また、磁場発生装置１Ｃを収納した複数のケース４０Ｃを炉３００の下に配置してもよい。また、炉の下に限らず、炉の側壁に磁場発生装置１Ｃを配置してもよい。
【0128】
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【0129】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 磁場発生装置
１１，１２，１３，１４，１５－１，１５－２ 鉄心
１１ａ 磁極
１１Ｇ，１４Ｇ，１５Ｇ 磁極群
２１～２６ コイル
３１ （固定用の）ボルト
３２ ナット
３３ スペーサ
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ ケース
４１ 空気取入口
４２ 空気排出口
４３ 端子箱
５０ 交流電源
６０ 取付台
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 溶湯駆動システム
２００ 鋳型
３００ 炉
ＣＨ 中心孔
ＣＬ 中心軸
ＤＤ 駆動方向
Ｇ 間隔
Ｈ 貫通孔
Ｍ 金属溶湯
Ｐ 鋳造品
Ｔ 厚み
１１，１２，１３，１４，１５－１，１５－２ 鉄心
１１ａ 磁極
１１Ｇ，１４Ｇ，１５Ｇ 磁極群
２１～２６ コイル
３１ （固定用の）ボルト
３２ ナット
３３ スペーサ
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ ケース
４１ 空気取入口
４２ 空気排出口
４３ 端子箱
５０ 交流電源
６０ 取付台
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 溶湯駆動システム
２００ 鋳型
３００ 炉
ＣＨ 中心孔
ＣＬ 中心軸
ＤＤ 駆動方向
Ｇ 間隔
Ｈ 貫通孔
Ｍ 金属溶湯
Ｐ 鋳造品
Ｔ 厚み
【要約】
【課題】放熱性に優れ、発熱量が少ないながら、十分な強度の磁場を発生することが可能な磁場発生装置および溶湯撹拌システムを提供する。
【解決手段】実施形態の磁場発生装置１は、互いに間隔をあけて配置された複数の鉄心１１と、Ｒ相の電流を通電させるためのコイル２１，２２と、Ｓ相の電流を通電させるためのコイル２３，２４と、Ｔ相の電流を通電させるためのコイル２５，２６とを備える。各鉄心１１が有する磁極１１ａ～１１ｆは、所定の方向に沿って配列して、第１～第６の磁極群をそれぞれ構成する。コイル２１～２６は、第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻くように巻回されている。
【選択図】図２
【解決手段】実施形態の磁場発生装置１は、互いに間隔をあけて配置された複数の鉄心１１と、Ｒ相の電流を通電させるためのコイル２１，２２と、Ｓ相の電流を通電させるためのコイル２３，２４と、Ｔ相の電流を通電させるためのコイル２５，２６とを備える。各鉄心１１が有する磁極１１ａ～１１ｆは、所定の方向に沿って配列して、第１～第６の磁極群をそれぞれ構成する。コイル２１～２６は、第１～第６の磁極群をそれぞれ取り巻くように巻回されている。
【選択図】図２
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
