JPH0668991B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents
高周波加熱装置Info
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- JPH0668991B2 JPH0668991B2 JP61033431A JP3343186A JPH0668991B2 JP H0668991 B2 JPH0668991 B2 JP H0668991B2 JP 61033431 A JP61033431 A JP 61033431A JP 3343186 A JP3343186 A JP 3343186A JP H0668991 B2 JPH0668991 B2 JP H0668991B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高周波加熱装置、特に加熱コイルへ供給される
電力周波数の調整についての高周波加熱装置の改良に関
するものである。
電力周波数の調整についての高周波加熱装置の改良に関
するものである。
［従来の技術］ 加熱コイルに高周波電流を通してコイル内に置かれた材
料を加熱する高周波加熱は鉄等の焼き入れ等に用いられ
ており、電磁誘導において生じる渦電流あるいは誘電損
失によって生じる加熱作用を利用して材料の均一な加熱
が行われている。
料を加熱する高周波加熱は鉄等の焼き入れ等に用いられ
ており、電磁誘導において生じる渦電流あるいは誘電損
失によって生じる加熱作用を利用して材料の均一な加熱
が行われている。
この様な高周波加熱を行う装置は、例えば三相交流電源
を整流器にて直流に変換し、この直流電力をインバータ
にて単相の高周波電力に変換するようにしている。そし
て、この単相の高周波電力を加熱コイルに供給すること
により所定周波数による高周波加熱が行われている。
を整流器にて直流に変換し、この直流電力をインバータ
にて単相の高周波電力に変換するようにしている。そし
て、この単相の高周波電力を加熱コイルに供給すること
により所定周波数による高周波加熱が行われている。
［発明が解決しようとする問題点］ 実験によれば加熱コイルへの高周波電力の供給は加熱コ
イルの共振周波数f0と等しい周波数で行ったときに加熱
コイルへ印加される電圧が最高値となり、加熱コイルに
は最も大きな電圧が供給された被加熱体の加熱が最も効
率良く行われる。
イルの共振周波数f0と等しい周波数で行ったときに加熱
コイルへ印加される電圧が最高値となり、加熱コイルに
は最も大きな電圧が供給された被加熱体の加熱が最も効
率良く行われる。
しかしながら、前述した従来の高周波加熱装置では、常
に一定の周波数の高周波電力を加熱コイルへ印加するの
で、被加熱体の温度変化により生じる被加熱体の比透磁
率及び抵抗率の変化及びこれに伴う共振周波数の変化に
応じた最適な状態での高周波加熱を行うことができな
い。
に一定の周波数の高周波電力を加熱コイルへ印加するの
で、被加熱体の温度変化により生じる被加熱体の比透磁
率及び抵抗率の変化及びこれに伴う共振周波数の変化に
応じた最適な状態での高周波加熱を行うことができな
い。
すなわち、前記比透磁率をμ、抵抗率をρとすると、被
加熱体が挿入された加熱コイルのインダクタンスＬは、
Ｌ＝ｆ（ρ，μ）で表わされ、また共振周波数f0はイン
ダクタンスＬによって変化するので、f0＝Ｇ（ρ，μ）
で表わされる。従って、比透磁率μ及び抵抗率ρが変わ
ると、インダクタンスＬの値と同様に共振周波数f0が変
わることとなる。共振周波数f0の変化は第４図に示され
るように被加熱体温度が上昇するに従って徐々に上昇す
る特性を有しているので、一定の周波数の高周波電力の
供給では常に効率の良い高周波加熱を行うことができな
いという問題があった。第５図は、加熱コイルへの印加
電圧周波数を一定とした従来の装置によって高周波加熱
を行った場合の被加熱体の温度曲線を、横軸に加熱時
間、縦軸に被加熱体の温度をとって示している。
加熱体が挿入された加熱コイルのインダクタンスＬは、
Ｌ＝ｆ（ρ，μ）で表わされ、また共振周波数f0はイン
ダクタンスＬによって変化するので、f0＝Ｇ（ρ，μ）
で表わされる。従って、比透磁率μ及び抵抗率ρが変わ
ると、インダクタンスＬの値と同様に共振周波数f0が変
わることとなる。共振周波数f0の変化は第４図に示され
るように被加熱体温度が上昇するに従って徐々に上昇す
る特性を有しているので、一定の周波数の高周波電力の
供給では常に効率の良い高周波加熱を行うことができな
いという問題があった。第５図は、加熱コイルへの印加
電圧周波数を一定とした従来の装置によって高周波加熱
を行った場合の被加熱体の温度曲線を、横軸に加熱時
間、縦軸に被加熱体の温度をとって示している。
従来、印加電圧周波数は、被加熱体の温度が高い状態で
の共振周波数に設定しているため、被加熱体の表面温度
と中心部の温度に大きな差が生じ最大で数百度の差とな
っていた。これ故、加熱停止後中心部の温度が目標温度
と10％前後の差の温度となるための均温化時間t10が必
要であり、またこの均温化時間があまり長くなると再加
熱の必要が生じていた。
の共振周波数に設定しているため、被加熱体の表面温度
と中心部の温度に大きな差が生じ最大で数百度の差とな
っていた。これ故、加熱停止後中心部の温度が目標温度
と10％前後の差の温度となるための均温化時間t10が必
要であり、またこの均温化時間があまり長くなると再加
熱の必要が生じていた。
さらに、加熱時間の短縮のため印加電圧周波数を必要以
上に高くしたり、大電力で加熱していたため、被加熱体
の表面温度が高くなりすぎ、変質してしまうという問題
も生じていた。
上に高くしたり、大電力で加熱していたため、被加熱体
の表面温度が高くなりすぎ、変質してしまうという問題
も生じていた。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その
目的は、被加熱体の加熱段階に応じて効率の良い高周波
加熱ができる高周波加熱装置を提供することにある。
目的は、被加熱体の加熱段階に応じて効率の良い高周波
加熱ができる高周波加熱装置を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、加熱コイルに印
加される電圧値を検出する電圧検出器と、この電圧検出
器から得られた電圧検出信号に基づき周期的に加熱コイ
ルへの印加電圧の変化率を計算し計算結果に応じて前記
インバータの出力の周波数の増減を行うインバータコン
トローラと、を設けたことを特徴としている。
加される電圧値を検出する電圧検出器と、この電圧検出
器から得られた電圧検出信号に基づき周期的に加熱コイ
ルへの印加電圧の変化率を計算し計算結果に応じて前記
インバータの出力の周波数の増減を行うインバータコン
トローラと、を設けたことを特徴としている。
［作用］ 以上の構成によれば、加熱を開始した後、被加熱体の温
度が昇し、共振周波数が高くなることによって電圧ピー
ク領域が変化しても、インバータコントローラが、電圧
検出器から得られる電圧検出信号に基づき計算した加熱
コイルへの印加電圧の変化率に応じてインバータ出力周
波数を高くして調整するので、共振周波数の変化に応じ
インバータ出力周波数を常に電圧ピーク領域の周波数に
設定することが可能である。
度が昇し、共振周波数が高くなることによって電圧ピー
ク領域が変化しても、インバータコントローラが、電圧
検出器から得られる電圧検出信号に基づき計算した加熱
コイルへの印加電圧の変化率に応じてインバータ出力周
波数を高くして調整するので、共振周波数の変化に応じ
インバータ出力周波数を常に電圧ピーク領域の周波数に
設定することが可能である。
［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。
第１図には高周波加熱装置の概略構成が示されており、
端子10a、10b、10cに接続された三相交流電源から供給
される電流は、整流器10にて直流電流に変換される。
端子10a、10b、10cに接続された三相交流電源から供給
される電流は、整流器10にて直流電流に変換される。
この直流電流は出力端子12a、12b、から平滑コンデンサ
14を介してインバータ16へ送られ、高周波電流に変換さ
れる。
14を介してインバータ16へ送られ、高周波電流に変換さ
れる。
インバータ16の出力端子18a、18bは、力率改善用コンデ
ンサ20を介して加熱コイル22に接続されており、高周波
出力電圧が加熱コイル22に印加される。
ンサ20を介して加熱コイル22に接続されており、高周波
出力電圧が加熱コイル22に印加される。
加熱コイル22の巻線内には被加熱体24が挿入される。本
実施例においては棒材からなる鉄製の被加熱体が用いら
れている。この被加熱体24は誘導加熱、すなわち加熱コ
イル22の交番磁界により被加熱体24に発生する過電流損
により加熱される。
実施例においては棒材からなる鉄製の被加熱体が用いら
れている。この被加熱体24は誘導加熱、すなわち加熱コ
イル22の交番磁界により被加熱体24に発生する過電流損
により加熱される。
さらにインバータ16の出力端子18a、18bと加熱コイル22
の間には電圧検出器26が接続されており、加熱コイル22
へ印加される電圧値を検出し、電圧検出信号をインバー
タコントローラ28へ送る。
の間には電圧検出器26が接続されており、加熱コイル22
へ印加される電圧値を検出し、電圧検出信号をインバー
タコントローラ28へ送る。
インバータコントローラ28は、電圧検出信号を基にイン
バータ16が常に電圧ピーク領域の周波数を出力するよう
に、すなわち、常に共振周波数にほぼ等しく調整された
周波数を出力するように制御している。
バータ16が常に電圧ピーク領域の周波数を出力するよう
に、すなわち、常に共振周波数にほぼ等しく調整された
周波数を出力するように制御している。
第２図は、このインバータコントローラ28におけるイン
バータ出力周波数制御のフローチャートを示しており、
まず被加熱体24の加熱開始時（ステップ100）における
インバータ16の出力周波数ｆの初期値を1133Hzにする
（ステップ102）。
バータ出力周波数制御のフローチャートを示しており、
まず被加熱体24の加熱開始時（ステップ100）における
インバータ16の出力周波数ｆの初期値を1133Hzにする
（ステップ102）。
次に、出力周波数ｆを所定値例えば10−100Hz増加し
（ステップ104）、加熱コイル22の印加電圧Vacを測定す
る（ステップ106）。この印加電圧Vacの測定は、電圧検
出器26からの電圧検出信号によって常時行われている。
（ステップ104）、加熱コイル22の印加電圧Vacを測定す
る（ステップ106）。この印加電圧Vacの測定は、電圧検
出器26からの電圧検出信号によって常時行われている。
次に、ステップ108で印加電圧Vacを発振器107の周波
数、例えば50Hzでサンブリングし、所定時間毎の印加電
圧Vacの変化率を求めるためにdVac／dtを計算する（ス
テップ110）。
数、例えば50Hzでサンブリングし、所定時間毎の印加電
圧Vacの変化率を求めるためにdVac／dtを計算する（ス
テップ110）。
被加熱体がある一定温度のとき、印加電圧Vacとインバ
ータ出力周波数ｆとの関係は、第３図に示すように、共
振周波数f0に達するまでは出力周波数ｆを高くするにつ
れて印加電圧Vacも上昇するが、共振周波数f0を越える
と印加電圧Vacは降下するという特性を有している。
ータ出力周波数ｆとの関係は、第３図に示すように、共
振周波数f0に達するまでは出力周波数ｆを高くするにつ
れて印加電圧Vacも上昇するが、共振周波数f0を越える
と印加電圧Vacは降下するという特性を有している。
従って、ステップ112ではdVac／dtが予め定めた値ΔV1
よりも大きいとき、（dVac／dt≧ΔV1のとき）、すなわ
ちインバータの出力周波数ｆが第３図において示した電
圧ピーク領域に達する前の電圧上昇領域にあり、周波数
ｆの増加に対する印加電圧Vacの上昇率が所定値以上で
あるときにはYESの判断を行い、逆にdVac／dt≧ΔV1を
満足しないとき、すなわち出力周波数ｆが電圧ピーク領
域の周波数に達しており、周波数ｆの増加に対する印加
電圧Vacの上昇率が所定値以下となったとき、換言すれ
ば第３図に示す曲線の勾配が緩やかになったときはNOの
判断を行う（ステップ112）。
よりも大きいとき、（dVac／dt≧ΔV1のとき）、すなわ
ちインバータの出力周波数ｆが第３図において示した電
圧ピーク領域に達する前の電圧上昇領域にあり、周波数
ｆの増加に対する印加電圧Vacの上昇率が所定値以上で
あるときにはYESの判断を行い、逆にdVac／dt≧ΔV1を
満足しないとき、すなわち出力周波数ｆが電圧ピーク領
域の周波数に達しており、周波数ｆの増加に対する印加
電圧Vacの上昇率が所定値以下となったとき、換言すれ
ば第３図に示す曲線の勾配が緩やかになったときはNOの
判断を行う（ステップ112）。
NOの判断が行われた場合には、電圧ピーク領域の出力周
波数で効率の良い加熱が行われているので、周波数を高
くする必要はなく、ステップ106へ戻りステップ110まで
の処理がくり返される。
波数で効率の良い加熱が行われているので、周波数を高
くする必要はなく、ステップ106へ戻りステップ110まで
の処理がくり返される。
YESの判断がなされた場合は、出力周波数ｆを増加さ
せ、電圧ピーク領域の周波数に達しステップ112にてNO
の判断がなされるまで増加を続ける（ステップ114）。
但し本実施例では周波数の上限は1433Hzとされているの
で、ステップ116において、この上限値に達したか否か
の判断を行い、達していない場合（ｆ≧1433Hzを満足し
ない場合）には、ステップ106に戻り、それ以降の処理
がくり返される。すなわち、周波数ｆの増加が続けられ
る。
せ、電圧ピーク領域の周波数に達しステップ112にてNO
の判断がなされるまで増加を続ける（ステップ114）。
但し本実施例では周波数の上限は1433Hzとされているの
で、ステップ116において、この上限値に達したか否か
の判断を行い、達していない場合（ｆ≧1433Hzを満足し
ない場合）には、ステップ106に戻り、それ以降の処理
がくり返される。すなわち、周波数ｆの増加が続けられ
る。
また、ステップ120においては、ステップ110にて求めた
印加電圧Vacの変化率が所定値−ΔV2よりも大きいとき
（dVac／dt≦−ΔV2のとき）、すなわちインバータ出力
周波数ｆが共振周波数f0よりも高くなり電圧ピーク領域
の周波数を越えたとき、換言すれば周波数ｆを増加する
につれ印加電圧が所定値以上の降下率で降下していく第
３図に示す電圧降下領域の周波数となったときにはYES
の判断を行い、逆にdVac／dt≦−ΔV2を満足しないと
き、すなわちインバータ出力周波数が電圧ピーク領域内
にあるときにはNOの判断を行う。
印加電圧Vacの変化率が所定値−ΔV2よりも大きいとき
（dVac／dt≦−ΔV2のとき）、すなわちインバータ出力
周波数ｆが共振周波数f0よりも高くなり電圧ピーク領域
の周波数を越えたとき、換言すれば周波数ｆを増加する
につれ印加電圧が所定値以上の降下率で降下していく第
３図に示す電圧降下領域の周波数となったときにはYES
の判断を行い、逆にdVac／dt≦−ΔV2を満足しないと
き、すなわちインバータ出力周波数が電圧ピーク領域内
にあるときにはNOの判断を行う。
NOと判断した場合には、ステップ114と同様にステップ1
06へ戻りステップ110までの処理をくり返す。
06へ戻りステップ110までの処理をくり返す。
YESと判断した場合には、ステップ122で出力周波数ｆを
減少させ、電圧ピーク領域の周波数となりステップ120
でNOの判断がなされるまで減少を続ける。但し、周波数
の下限を110Hzとしているので、ステップ124においてこ
の下限値に達したか否かの判断を行い、下限値に達して
いない場合（ｆ≦1100Hzを満足しない場合）には、ステ
ップ106以降の処理がくり返される。すなわち、周波数
ｆの減少が続けられる。
減少させ、電圧ピーク領域の周波数となりステップ120
でNOの判断がなされるまで減少を続ける。但し、周波数
の下限を110Hzとしているので、ステップ124においてこ
の下限値に達したか否かの判断を行い、下限値に達して
いない場合（ｆ≦1100Hzを満足しない場合）には、ステ
ップ106以降の処理がくり返される。すなわち、周波数
ｆの減少が続けられる。
ステップ116及びステップ124において周波数ｆが上限値
あるいは下限値に達したと判断された場合には、周波数
ｆは上限値、下限値のそれぞれ固定される（ステップ12
6）。
あるいは下限値に達したと判断された場合には、周波数
ｆは上限値、下限値のそれぞれ固定される（ステップ12
6）。
ステップ118においては、さらに加熱の必要性のある場
合にはYESの判断を行いステップ106に処理が戻され、加
熱の必要がない場合にはNOの判断を行い高周波加熱が終
了する。
合にはYESの判断を行いステップ106に処理が戻され、加
熱の必要がない場合にはNOの判断を行い高周波加熱が終
了する。
従って、被加熱体24の温度上昇に伴って共振周波数f0が
変化しても、インバータコントローラ28によって、イン
バータ16の出力周波数ｆを共振周波数f0の変化に追従さ
せて増減させることができるので、出力周波数ｆを常に
共振周波数f0とほぼ等しい値とすることが可能である。
変化しても、インバータコントローラ28によって、イン
バータ16の出力周波数ｆを共振周波数f0の変化に追従さ
せて増減させることができるので、出力周波数ｆを常に
共振周波数f0とほぼ等しい値とすることが可能である。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、被加熱体の各温
度変化段階における加熱コイルの共振特性に対応して加
熱コイルに印加されるインバータ出力電圧の周波数を調
整することができ、加熱コイルへの電力供給を常に最も
効率の良い状態で行うことができる。
度変化段階における加熱コイルの共振特性に対応して加
熱コイルに印加されるインバータ出力電圧の周波数を調
整することができ、加熱コイルへの電力供給を常に最も
効率の良い状態で行うことができる。
これにより、常に共振状態にて高周波加熱を行うことが
可能となり、加熱後の均温時間の短縮並びに過剰な電力
による加熱によって生じる被加熱体の表面の変質の防止
を達成することができる。
可能となり、加熱後の均温時間の短縮並びに過剰な電力
による加熱によって生じる被加熱体の表面の変質の防止
を達成することができる。
第１図は本発明の好適な実施例の全体構成図、 第２図はインバータコントローラにおける処理を示すフ
ローチャート図、 第３図は被加熱体が一定温度の場合のインバータ出力周
波数と被加熱体への印加電圧との関係を示す図、 第４図は被加熱体の温度と共振周波数との関係を示す
図、 第５図は従来装置により加熱を行った場合の被加熱体の
温度変化を示す図である。 10……整流器 16……インバータ 22……加熱コイル 24……被加熱体 26……電圧検出器 28……インバータコントローラ
ローチャート図、 第３図は被加熱体が一定温度の場合のインバータ出力周
波数と被加熱体への印加電圧との関係を示す図、 第４図は被加熱体の温度と共振周波数との関係を示す
図、 第５図は従来装置により加熱を行った場合の被加熱体の
温度変化を示す図である。 10……整流器 16……インバータ 22……加熱コイル 24……被加熱体 26……電圧検出器 28……インバータコントローラ
Claims (1)
- 【請求項１】交流電源からの電力を直流に変換する整流
器と、整流器からの直流電力を高周波電力に変換するイ
ンバータと、インバータから高周波電力の供給を受け被
加熱体を加熱する加熱コイルと、を含む高周波加熱装置
において、 前記加熱コイルに印加される電圧値を検出する電圧検出
器と、 該電圧検出器から得られる電圧検出信号に基づき周期的
に前記電圧値の変化率を検出し、検出結果に応じて前記
インバータ出力の周波数の増減を行うインバータコント
ローラと、 を設け、被加熱体の温度変化による加熱コイルの共振周
波数の変化に対してインバータの出力周波数を常に前記
変化率が所定値以下となる電圧ピーク領域の周波数とな
るようにしたことを特徴とする高周波加熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61033431A JPH0668991B2 (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | 高周波加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61033431A JPH0668991B2 (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | 高周波加熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62190684A JPS62190684A (ja) | 1987-08-20 |
| JPH0668991B2 true JPH0668991B2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=12386354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61033431A Expired - Fee Related JPH0668991B2 (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | 高周波加熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0668991B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2707465B2 (ja) * | 1989-06-29 | 1998-01-28 | スタンレー電気株式会社 | インバータ装置 |
-
1986
- 1986-02-17 JP JP61033431A patent/JPH0668991B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62190684A (ja) | 1987-08-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |