JPS63181289A

JPS63181289A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JPS63181289A
Application number: JP1343687A
Authority: JP
Inventors: 粟谷　宏治; 黒崎　稔雄
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1987-01-23
Filing date: 1987-01-23
Publication date: 1988-07-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、共振周波数が異なる複数の誘導コイルを用
いて被加熱物体を誘導加熱する装置に関する。

〔従来の技術〕

交番磁界内に金属物体を置くと、電磁誘導作用によりこ
の金属物体に渦電流が流れ、渦電流損失を発生する。こ
の渦電流ｆ＠失により生じる発熱により当該金属物体を
加熱するよつにした装置が誘導加熱装置であって、その
原理は周知である。

交番磁界を発生させるためには、一般に誘導コイルを設
け、この誘導コイルに交流電流を流すのであるが、被加
熱物体である上記金属物体に生じる渦電流は、表皮効果
によりこの金属物体の表面に近いほど電流密度が高くな
る。また渦電流が浸透する深さは、誘導コイルに流す交
流電流の値が大であるほど、また交流の周波数が高くな
るほど浅くなることが知られており、さらにこの誘導コ
イルに流す交流電流の値が大になるほど、才だ交流の周
波数が高くなるほど前述の渦電流損失が増大することも
よく知られている。

そこで被加熱物体である金属物体の表面部と内部との加
熱状態を変えたいような場合、たとえば棒状の鋼材を全
体的に加熱するとともに表面部を特に高温にして焼入れ
をしたいような場合には。

複数の誘導加熱装置を設けて表面部と内部とを別個に誘
導加熱するようにしていた。

第３図は被加熱物体の表面部と内部とを別個に誘導加熱
する従来例を示す主回路接続図である。

この第３図において、交流電源２から供給される交流電
力は、ｇｇ１整流器】３により直流電力に変換され、第
１平滑コンデンサ１４を介して第１インバータＩ５に与
えられ、この８ｇ１インバータ１５からは所望の周波数
と電圧の単相交流電力が出力される。

この交流電力はキャパシタンスとしての第１コンデンサ
１６サインダクタンスとしての第１鵠導コイル１７とで
構成された直列回路に供給され、第１誘導コイル１７の
中にある被加熱物体としての棒鋼９を誘導加熱するよう
になっている。

第２整流器ｎも交流電源２からの交流電力を直流′成力
に変換し、この直流電力が第２平滑コンデンサ別を介し
て第２インバータ５へ入力される６よってこの第２イン
バータ５から出力される交流電力がキャパシタンスきし
ての第２コンデンサがとインダクタンスとしての第２誘
導コイルごとの直列回路へ与えられることにより、上記
と同様に、第２誘導コイル２７により棒鋼９が誘導加熱
される。

このとき、棒鋼９を矢印方向へ移動させるよつにしてお
き、第１インバータ１５が相対的に低い周波数の交流を
出力するようにしておくならば、第１誘導コイル１７に
より棒鋼９の深部が加熱されることになる。次いでこの
棒鋼９が第２誘導コイルｎの位置へ来ると、第２インバ
ータ５が比較的高い周波数の交流を出力することから、
当該棒鋼９の表面部が高温になって焼入れがなされるこ
ととなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図からあきらかなように、従来は、被加熱物体の深
部あるいは表面部など、加熱する部位に対応した周波数
の交流を得るために、それぞれ異ったインバータと誘導
コイルとを用意するのであるが、これら各インバータに
直流電力を供給する直流電源も別個に用意しなければな
らないことから、装置に必要とする費用が大きくなる欠
点を有する。

そこでこの発明の目的は、被加熱物体の表面あるいは内
部など、加熱部位に対応した周波数の交流を出力できる
電源装置を低価格で供給することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明の誘導加熱装置
は、インダクタンスとキャパシタンスとの直列回路へイ
ンバータから出力される交流を供給することにより、前
記インダクタンスが発生する交番磁界を利用」７て被加
熱物体を誘導加熱する装置？ｔにおいて、ＭＩＩａ己イ
ンダクタンスとキャパシタンスとの直列回路の複数組と
、それぞれの直列回路に適合した周波数の交流を別個に
出力するインパークと、これら複数インバータに共通の
直流電源とで構成することにあり、さらにこの誘導加熱
装置において、２次側巻線に誘導加熱コイルを接続して
いるマツチング変圧器の籾数の１次−巻線が、複数の前
記直列回路を構成している各インダクタンスとする。

〔作用〕

この発明は、誘導コイルと、この誘導コイルに直列接続
される力率改善用のコンデンサとで構成される直列回路
に、直列共振を起させる周波数またはその付近の周波数
を与えることで、この直列回路に大きな電力を吸収させ
ることにより、電磁誘導で被加熱物体を効果的に加熱す
るのであるが、このような直列回路を複数設置して被加
熱物体の任意の部位を加熱するにあたって、複数の直列
回路に別個に交流電力を供給するインバータの直流電源
を共通化することにより、装置のコスト低減を図るもの
である。

さらに複数の直列回路を構成しているそれぞれの誘導コ
イルを共通に設けたマツチング変圧器の１次側巻巌に置
換し、このマツチング変圧器２次巻線に誘導コイルを接
続することで、被加熱物体を移動させることなく、任意
の部位を加熱できるようにしたものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す主回路接続図でありて、
２絹のインバータが、それぞれ別個の直列回路へ交流電
力を供給する場合をあられしている。

この第１図において、交流電源２からの交流電力は整流
器３により直流電力に変換されるのであるが、この直流
電力に含まれているり、プル分は、平滑コンデンサ４に
より吸収・除去される。かくして平滑された直流電力は
第１インバータ１５と第２インバータδとに与えられる
のであるが、これらのインバータは、たとえばパルス幅
変調制御により、入力直流電力を所望の電圧と周波数の
交流電力に変換できる。

第１インバータ１５には、キャパシタンスとしての第１
コンデンサ１６とインダクタンスとしての第１誘導コイ
ル１７とで構成された第１の直列回路が接続され、また
第２インバータ６には、ｌ＋ｉｌ様にキャパシタンスと
しての第２コンデンサ加とインダクタンスとしての第２
訪導コイルｎとで構成された第２の直列回路が接続され
ている。

第１コンデンサ１６の静電容量をＣ１、第１誘導コイル
１７のインダクタンスをＬｌとするとき、第１直列回路
に流れる電流１１は（１）式で示される。ただしＥは電
圧、ωｌは角周波数、Ｒ，は第１直列回路の抵抗である
。

この（１１式で示される電流Ｉｔが最大になるのは、右
辺の分母が最小になる条件、すなわち＋２１式が成ブす
るときである。

ω１・Ｌｌ・Ｃ□＝１　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（２）このときの周波数をＦｌとすると、ω１＝
２π・Ｆｌなる関係から下記の（３１式が得られる。

この（３１式で示される周波数Ｆ、が第１直列回路の共
振周波数であって、インバータ５から出力される交流の
周波数がＦｔのときに第１直列回路は最大電力を吸収し
て被加熱物体としての棒鋼９を加熱することになる。

第２直列回路を構成している＠２コンデンサがの静電容
量を０２）第２誘導コイルτのインダクタンスをＬ２と
し、この第２直列回路が直列共振する周波数をＦ２とす
るならば、前述の（３）式と同様に、これらの間には（
４１式で示す関係が成豆する。

よって、第１インバータ１５が第１直列回路の共振周波
数付近の周波数の交流を出力して、誘導コイル１７によ
り棒鋼９を訪導加熱し、しかる後にこの棒鋼を矢印方向
に移動させ、第２誘導コイルｎにより、異った周波数の
交流を第２インバータδから出力させることにより、こ
の棒鋼９の異なった部位を加熱させることができる。

このとき、第１インバータ１５と第２インバータ５とは
時間差運転をすることになるので、整流器３は、一方の
インバータを運転できる容量があれば十分である。

第２図は本発明の第２の実施例を示す主回路接続図であ
って、第１図に示す実施例の場合と同様に、２組のイン
バータがそれぞれ別個の直列回路へ交流電力を供給する
場合をあられしている。

この第２図においては、マツチング変圧器８の第１コイ
ル８１がインダクタンスであって、この第１コイル８１
とキャパシタンスとしての第１コンデンサ１６とで第１
直列回路を形成し、マツチング変圧器８の第２コイル８
２とキャパシタンスとしての第２コンデンサ加とにより
第２の直列回路が形成されており、このマツチング変圧
器８の２次側巻線に誘導コイル７を接続し、被加熱物体
としての棒鋼９を誘導加熱するようにしている。なおこ
の第２図における交流電源２）整流器３、平滑コンデン
サ４、第１インバータ１５ならびに第２インバータ５は
、第１図の実施例回路に示すものと同一の名称・用途・
機能であることから、これらの説明は省略する。

この第２図においては、第１インバータ１５がＦ１付近
の周波数の交流を出力して、マツチング変圧器８を介し
て被加熱物体としての棒鋼９を誘導加熱したのち、運転
するインバータをＦ２付近の周波数の交流を出力する第
２インバータ乙に切換え、この交流を同じくマツチング
変圧器８を介して誘導コイル７に与えることにより、＄
８４９を加熱する。すなわち棒鋼９は移動させなくても
、ＦｌとＦ２という２種類の周波数の交流により、表面
部と深部とが加熱されることになる。

なお、第１インバータ１５と第２インバータ５とは、そ
れぞれに接続されている直列回路の共振周波数であるＦ
ｌあるいはＦ２なる値を用いると、直列回路のインピー
ダンスが最小となって、インバータ５が過電流になるお
それがあるので、上記の共振周波数から適宜にずれた値
を選定して吸収電力を調整するような配慮が必要なこと
は勿論である。

〔発明の効果〕

この発明によれば、被加熱物体の表面部あるいは深部な
ど、異った部位をＵ導加熱するのに最適な周波数で直列
共振を生じるように、キャパシタンスとインダクタンス
との直列回路を複数組用意し、それぞれにインバータを
別個に接続して、このインバータから所望周波数の交流
を供給するのであるが、これらのインバータは時間差運
転することから、これらインバータの直流電源は１組で
よく、装置のコストを低減させることができる。

さらにこれら複数のインダクタンスとしてマツチング変
圧器の１次側コイルを使用するならば、被加熱物体は静
止のままで異った周波数の交流による誘導加熱を受ける
ことができるので、加熱部位を変更するさいの移動を省
略できることから、被加熱物体の移動時における温度低
下を回避でき、エネルギーの節減効果も合わせて得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す主回路接続図であり、第
２図は本発明の第２の実施例を示す主回路接続図、第３
図は被加熱物体の表面部と内部とを別個に誘導加熱する
従来例を示す主回路接続図である。２・・・交流電源、３・・・整流器、４・・・平滑コン
デンサ、７・・・誘導コイル、８・・・マツチング変圧
器、９・・・棒鋳、１５・・・第１インバータ、１６・
・・第１コンデンサ、１７・・・第１鋳導コイル、５・
・・第２インバータ。訃・・・第２コンデンサ、γ・・・第２′＃ｓ導コイル
、８１・・・第１コイル、８２・・・第２コイル。

Claims

【特許請求の範囲】１）インダクタンスとキヤパシタンスとの直列回路へイ
ンバータから出力される交流を供給することにより、前
記インダクタンスが発生する交番磁界を利用して被加熱
物体を誘導加熱する装置において、前記インダクタンス
とキヤパシタンスとの直列回路の複数組と、それぞれの
直列回路に適合した周波数の交流を別個に出力するイン
バータと、これら複数インバータに共通の直流電源とで
構成されていることを特徴とする誘導加熱装置。２）特許請求の範囲第１項記載の誘導加熱装置において
、２次側巻線に誘導加熱コイルを接続しているマツチン
グ変圧器の複数の１次側巻線が、複数の前記直列回路を
構成している各インダクタンスであることを特徴とする
誘導加熱装置。