JP2004268078A

JP2004268078A - 給湯装置

Info

Publication number: JP2004268078A
Application number: JP2003060931A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nanto; 寛南都; Akira Hirahara; 昭平原
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】溶解する金属材料への電力供給率を向上させ、金属材料の溶解、あるいは、溶解された金属材料の加熱に要する時間を短縮可能な金属材料溶解加熱装置を提供する。
【解決手段】流れる誘導電流の大きさが加熱によって変化する粒状の金属材料Ｍに誘導電流を流して金属材料Ｍを加熱する誘導加熱用コイル１０と、誘導加熱用コイル１０に電力を供給する電力供給回路３５と、金属材料Ｍの加熱中の誘導電流の変化に起因して生じる電力供給回路３５の電力供給率の低下を補償する向きに、電力供給回路３５に印加する電圧Ｖを制御する電圧制御部４０とを設ける。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料を溶解し、あるいは、溶解された金属材料を加熱して鋳造装置に供給する給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイカストマシン等の鋳造装置による鋳造では、固体状態の金属を加熱溶解して金属溶湯とし、この金属溶湯を鋳造装置に供給する必要がある。金属を加熱溶解する方法として、たとえば、誘導電流を金属に流して金属を加熱、溶解する誘導加熱が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の誘導加熱を用いて、鋳造毎に所定量の金属を加熱、溶解して溶解に要する時間をできるだけ短縮化する必要がある。金属を溶解する時間が長いと、鋳造サイクルが長くなってしまうからである。
溶解時間の短縮化するには、たとえば、誘導加熱回路の容量を大きくして金属材料により大きな誘導電流を流せばよい。
しかしながら、誘導加熱による金属材料の溶解においては、金属材料の種類や形態によって、溶解装置の誘導回路に流れる電流の大きさが加熱中に変化する。
たとえば、粒状の金属材料を溶解して金属溶湯にする場合には、溶解前は比較的大きな誘導電流が流れるが、溶解後は比較的小さな誘導電流しか流れない。加熱中に誘導電流が変化したのでは、大容量化した誘導加熱回路に実際に流れる電流のピーク値を誘導加熱回路に流すことができる最大電流の値に近づけたとしても、ピーク値の電流を誘導加熱回路に継続的に流すことはできない。このため、誘導加熱回路の容量を大きくしたとてもその容量を十分に活用することができないという不利益が存在した。
【０００４】
本発明は、上述した従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、金属材料の溶解、あるいは、溶解された金属材料の加熱に要する時間を短縮することが可能な給湯装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る給湯装置は、固体状態の金属材料を鋳造毎に溶解して鋳造装置に供給し、あるいは、溶解された金属材料を鋳造毎に加熱して鋳造装置に供給する給湯装置であって、金属材料に誘導電流を流して当該金属材料を加熱する誘導加熱用コイルと、前記誘導加熱用コイルに電力を供給する電力供給回路と、加熱中に金属材料に流れる誘導電流の大きさの変化に起因する前記電力供給回路の電力供給率の低下を補償する向きに、当該電力供給回路に印加する電圧を制御する制御手段とを有する。
【０００６】
本発明においては、電力供給回路が誘導加熱用コイルに電力を供給する。電力が供給された誘導加熱用コイルは、金属材料に電流を誘導する。その結果、金属材料に誘導電流が流れ、金属材料が加熱される。金属材料に流れる誘導電流の大きさは、誘導加熱用コイルによる金属材料の加熱中に変化する。この誘導電流の変化に起因して、電力供給回路の電力供給率が低下する。制御手段は、金属材料に流れる誘導電流が変化したときに、電力供給回路の電力供給率の低下を補償する向きに、電力供給回路に印加する電圧を制御する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら述べる。
第１実施形態
図１が、本発明の第１実施形態に係る給湯装置の構成を示す断面図である。
本実施形態における給湯装置２は、鋳造装置（ダイカストマシン）のスリーブ７０の給湯口７０ｈの上方に配置された収容容器３と、収容容器３の周囲に配置された誘導加熱用コイル１０と、開閉機構２１と、後述する誘導加熱回路とを有する。
なお、給湯装置２によって溶解される金属材料Ｍは、たとえば、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の金属材料である。金属材料Ｍの形態は、特に限定されないが、たとえば、粒状や、ビレット、インゴット等の塊である。
【０００８】
収容容器３は、たとえば、金属材料Ｍを収容可能な収容空間３ａをもつ円筒状の部材からなる。この収容容器３の形成材料には、たとえば、セラミックス等の電気絶縁性の材料を用いる。
【０００９】
誘導加熱用コイル１０は、収容容器３の周囲に収容容器３の中心軸と同心に配置されている。
誘導加熱用コイル１０には、たとえば、数十ｋＨｚ程度の高周波電流が供給される。誘導加熱用コイル１０に高周波電流が供給されると磁界が発生する。この磁界が収容容器３内の金属材料Ｍに電流を誘導する。誘導加熱用コイル１０の誘導により金属材料Ｍに誘導電流が流れると、ジュール熱によって金属材料Ｍが加熱され溶解する。これにより、金属材料Ｍは金属溶湯ＭＬとなる。
【００１０】
開閉機構２１は、蓋２２と、シリンダ装置２３とを有する。
蓋２２は、収容容器３の底部（下端部）の開口３ｄに対向配置されることにより、この開口３ｄを閉鎖可能な板状部材である。蓋２２の形成材料には、たとえば、セラミックス等の耐熱性が高く電気絶縁性の材料を用いる。
シリンダ装置２３は、先端部が蓋２２に連結されたピストンロッド２４を備えており、このピストンロッド２４を、たとえば、圧縮空気や油圧の力によって矢印Ｄ１およびＤ２の方向に伸縮させる。ピストンロッド２４のＤ１およびＤ２方向へのスライドにより、収容容器３の下端部の開口３ｄが蓋２２によって開閉される。
【００１１】
上記構成の給湯装置２を用いた鋳造においては、鋳造毎に、一回の鋳造に使用する量の金属材料Ｍを給湯装置２の収容容器３に供給する。
供給された金属材料Ｍを、誘導加熱用コイル１０の誘導加熱によって収容容器３内で加熱、溶解し、所定の温度にする。
その後、図２に示すように、蓋２２をＤ１の向きにスライドさせると、収容容器３ｄの開口３ｄから金属溶湯ＭＬが自重により落下し、鋳造装置のスリーブ７０に、給湯口７０ｈを通じて供給される。
これにより、一回の鋳造に使用する量の金属溶湯ＭＬを、鋳造毎に鋳造装置に供給することができる。
【００１２】
図３は、誘導加熱用コイル１０への電力の供給に用いる誘導加熱回路の一例を示す回路図である。
図３に示す誘導加熱回路３０は、電力供給回路３５と、電圧制御部４０とを有する。なお、電圧制御部４０は、本発明における制御手段の一実施態様である。
【００１３】
図３に示すように、電力供給回路３５は、整流回路１１と、インバータ１２と、キャパシタ１４と、電流測定部１７と、電圧測定部１８と、交流電源１９とを有する。
交流電源１９は整流回路１１に接続され、電源１９から整流回路１１に電力が供給される。整流回路１１の出力側に、インバータ１２が接続される。
インバータ１２の出力側に、キャパシタ１４と誘導加熱用コイル１０とが接続される。図３には、キャパシタ１４と誘導加熱用コイル１０とを並列に接続した例を挙げている。キャパシタ１４と誘導加熱用コイル１０とによって、共振回路１３が構成される。
また、整流回路１１に電圧制御部４０が接続される。
【００１４】
交流電源１９としては、たとえば、三相交流電源を用いる。三相交流電源１９は、整流回路１１に三相交流を供給する。
整流回路１１は、供給された三相交流を直流に変換する。
整流回路１１から出力された直流はインバータ１２に供給される。インバータ１２は、整流回路１１から供給された直流を単相交流に変換して出力し、共振回路１３に電力を供給する。インバータ１２が出力する単相交流の周波数は、共振回路１３の共振周波数である。
【００１５】
電流測定部１７および電圧測定部１８は、好適には、図３に示すように整流回路１１とインバータ１２との間の直流部に、インバータに流れる電流およびインバータに印加される電圧をそれぞれ測定可能なように配置される。電流測定部１７によって測定された電流値、および、電圧測定部１８によって測定された電圧値は、電圧制御部４０に出力される。
【００１６】
電圧制御部４０は、電流測定部１７によって測定された電流の大きさに基づいて、電力供給回路３５に印加する電圧が所定の値になるように制御する。詳細には、本実施形態においては、電圧制御部４０は、整流回路１１とインバータ１２との間の直流部に印加する電圧を制御する。
【００１７】
なお、整流回路１１、インバータ１２等の電気回路の構成は周知であるため、詳細な説明は省略する。また、電圧制御部４０は、たとえば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の演算手段や、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の記憶手段などの各種ハードウェアと、これらのハードウェアを駆動するためのソフトウェアによって実現することができる。
【００１８】
金属材料Ｍの加熱に際しては、交流電源１９から整流回路１１に三相交流が供給される。整流回路１１は、直流に変換した電流を、所定の電圧でインバータ１２に供給する。
共振回路１３の共振周波数の単相交流がインバータ１２から共振回路１３に供給される結果、共振回路１３に共振が起こる。
【００１９】
共振時には、共振回路１３の内部の誘導加熱用コイル１０に流れる電流は、インバータ１２から共振回路１３へ供給される電流ｉｔを所定の倍率に増幅したものになっている。
増幅された電流が誘導加熱用コイル１０に流れることにより、金属材料Ｍに誘導電力が流れ、溶解に必要な電力が金属材料Ｍに供給される。金属材料Ｍは、誘導電流が流れることに起因するジュール熱によって加熱、溶解される。
【００２０】
金属材料Ｍの加熱時には、共振によって増幅された電流が誘導加熱用コイル１０に流れ、共振回路１３における電流は非常に大きくなる。このため、共振回路１３における電流および電圧を直接的に測定することは困難である。したがって、誘導加熱用コイル１０および金属材料Ｍに交流電源１９から与えられる電力の計算に用いるための電流および電圧の値は、整流回路１１とインバータ１２との間の直流部において測定する。
誘導加熱用コイル１０および金属材料Ｍに与えられる電力は、交流電源１９から与えられる電力以上のエネルギーが消費されることはないため、直流部において測定した電流Ｉおよび電圧Ｖから計算することができる。
【００２１】
本実施形態においては、電圧制御部４０は、整流回路１１とインバータ１２との間の直流部に印加する電圧Ｖを変化させる制御指令信号Ｃｖを整流回路１１に出力する。詳細には、電圧制御部４０は、電流測定部１７の情報を参照して、誘導加熱用コイル１０および金属材料Ｍに与える電力が所望の値になるように電圧Ｖを所望の値Ｖｃに変化させる制御指令信号Ｃｖを整流回路１１に出力する。
以上により、本実施形態においては、誘導加熱用コイル１０および金属材料Ｍに所望の電力を供給することができる。
【００２２】
ここで、電圧制御部４０による具体的な電圧制御の一例について説明する。
まず、本実施形態に係る電圧制御について説明する前に、被加熱対象としての金属材料の形態がビレットあるいはインゴット等の塊を用い、かつ、一定電圧制御した場合に、金属材料に流れる誘導電流について説明する。
【００２３】
図１０は、整流回路１１とインバータ１２との間の直流部に印加する電圧Ｖを一定にしたときの直流部に流れる電流Ｉを示すグラフであり、（ａ）は電圧Ｖが低い場合であり、（ｂ）は電圧Ｖが高い場合である。
また、図１０（ａ），（ｂ）において、所定の容量の誘導加熱回路３０に流すことが可能な最大の直流を、最大電流Ｉｍａｘとして示している。ここで、誘導加熱回路３０の容量とは、誘導回路３０が誘導加熱用コイル１０に供給可能な最大の電力を表わす。
図１０に示すように、金属材料としてビレットあるいはインゴット等の塊を用いると、直流部に流れる電流Ｉは、次第に増加し、時間ｔｃにおいてピーク値をとったのち次第に減少する。すなわち、ビレットあるいはインゴット等の塊の金属は、溶解前後において流れる誘導電流にピーク値をもつ。この電流Ｉの変化波形は、金属材料の量や形態が同じであれば略一定の波形となる。
【００２４】
図１０（ａ）に示すように、電圧Ｖを比較的小さい電圧ＶＬに設定した状態では、直流部を実際に流れる電流ＩＬのピーク値は最大電流Ｉｍａｘの大きさよりも小さい。この状態では、斜線部ｈ１に相当する電流分だけ誘導加熱回路３０の容量を有効に使用していない。
【００２５】
図１０（ｂ）は、誘導加熱回路３０の容量を有効に使用するために、直流部を実際に流れる電流ＩＨのピーク値が最大電流Ｉｍａｘに略一致するように、電圧Ｖを高い電圧ＶＨに設定した状態を示している。
図１０（ｂ）から分かるように、一定の電圧Ｖを上昇させると、それに応じて電流Ｉも増加する。しかしながら、電流ＩＨのピーク値を最大電流Ｉｍａｘに略一致させたとしても、誘導加熱回路３０の容量の有効使用量は増えるが、斜線部ｈ２に相当する電流分だけは使用していないことになる。すなわち、ビレットあるいはインゴット等の塊の金属を誘導加熱により溶解すると、溶解前後において流れる誘導電流が変化するため、斜線部ｈ２に相当する電流分の容量を使用することができない。すなわち、一定電圧Ｖの大きさを制御しただけでは、斜線部ｈ２に相当する電流分による電力供給率の低下を補償することができない。
【００２６】
本実施形態に係る電圧制御部４０は、斜線部ｈ２に相当する電流分による電力供給率の低下を補償するために、電圧Ｖを時間の経過とともに変化させて電流Ｉを制御する。
図４は、電圧制御部４０による電圧Ｖの制御の一例を示すグラフである。
図４に示すように、電圧制御部４０は、電流Ｉが最大電流Ｉｍａｘに継続して略一致するように電圧Ｖを制御する。
具体的には、電圧Ｖの値を、電流Ｉの初期値がほぼ最大電流Ｉｍａｘになるような初期値とする。そして、時間の経過とともに次第に減少させ、時刻ｔｃにおいて電圧Ｖを最小にしたのち、時間の経過とともに次第に増加させることにより、電流Ｉの値をほぼ最大電流Ｉｍａｘに継続して制御する。
【００２７】
図４に示すような電圧Ｖは、誘導加熱中の電流Ｉの大きさを監視しておき、この電流Ｉに応じてリアルタイムに調整することにより得られる。
あるいは、上記したように、一定の電圧Ｖの下でビレットあるいはインゴット等の塊の金属を誘導加熱により溶解したときの電流Ｉの波形は略一定しているので、予め電流Ｉの波形データを取得しておき、このデータに応じて電圧Ｖを設定してもよい。
【００２８】
以上のように、本実施形態では、ビレットあるいはインゴット等の塊の金属材料Ｍを一定電圧下において誘導加熱により溶解したときに発生する電流Ｉの変動に着目し、実際の誘導加熱の際に印加する電圧Ｖをこの電流Ｉの変動に応じて変化させることにより、誘導加熱中の電流Ｉの値を所望の値に制御することができる。この結果、溶解すべき金属材料へのエネルギーの供給効率を最大限に高めることができる。また、電圧Ｖを一定に制御した場合には得られない電力供給率を得ることができる。
【００２９】
なお、電圧Ｖによる電流Ｉの制御は、加熱、溶解する金属材料Ｍ毎に、加熱中に金属材料Ｍに流れる誘導電流を予め測定しておき、測定した誘導電流の変化情報に応じて行なうことが、精度向上のために好ましい。
誘導電流の変化情報は、たとえば、加熱、溶解する金属材料の種類、形態や量に応じて入手しておく。金属材料の種類とは、たとえば、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の材料の違いを意味する。形態とは、たとえば、粒状、インゴット状、ビレット状等の形状の違いを意味する。また、金属材料の量には、たとえば、体積、容積、質量が含まれる。
ただし、誘導電流と電力供給回路３５を流れる直流との間には相関関係が存在するため、加熱中の電力供給回路３５の直流部における電流Ｉの測定値を、誘導電流の測定値の代わりに用いる。
【００３０】
第２実施形態
次に、本発明の他の実施形態に係る給湯装置について説明する。
本実施形態に係る給湯装置の基本構成は、上述した第１の実施形態と同じであるが、電圧制御部４０の電圧制御方法のみ異なる。
本実施形態では、溶解すべき金属材料Ｍとして、球状や細長い形状等の形態を含む粒状の金属材料を用いた場合について説明する。
【００３１】
図５は、粒状の金属材料Ｍを用いたときの、電力供給回路３５の直流部において測定した、ステップ入力電圧Ｖｒに対する電流Ｉの応答波形を示すグラフである。
金属材料Ｍが粒状である場合には、図５に示すように、誘導加熱を開始した直後に電流Ｉはピーク値をとり、その後大きく減少する。上述したビレットやインゴット等の塊状の金属材料Ｍとは異なり、電流Ｉが非常に急峻に変化し、誘導加熱中に一定の電圧Ｖの下で電流Ｉが大きく変動する。すなわち、全加熱時間ｔａに比べて電流Ｉがピーク値をとるまでの時間ｔｐが非常に短い。
このため、図５に示す、最大電流Ｉｍａｘの値より小さく電流Ｉよりも大きい斜線部ｈ３の面積に相当する電流分が誘導加熱回路３０の容量として使用されていない。特に、粒状の金属材料Ｍでは、誘導加熱を開始した直後に電流Ｉはピーク値をとるため、ピーク後の斜線部ｈ３の面積が大きい。
【００３２】
図６は、上記のような特性をもつ粒状の金属材料Ｍを溶解するときの、本実施形態に係る電圧制御部４０の電圧制御方法を説明するためのグラフである。
本実施形態では、まず、図５に示したようなステップ応答を予め取得しておく。
次いで、このステップ応答データから電流Ｉのピーク値が最大電流Ｉｍａｘを越えない電圧Ｖ_１を設定する。
さらに、図６に示すように、最大電流Ｉｍａｘよりも小さい値のしきい値Ｉｓを設定する。
【００３３】
電圧制御部４０は、電圧ＶをＶ_１としてステップ状に電圧を印加して誘導加熱を開始し、電流Ｉが最初にピーク値をとり、電流Ｉがしきい値Ｉｓまで下がったところで、電圧Ｖをステップ状にＶ_２まで上昇させる。
このように、本実施形態では、誘導加熱を開始した直後に電流Ｉがピークをもつという、粒状の金属材料Ｍの電流変化特性を利用して、電圧Ｖをステップ状に変化させることにより、図６に示す斜線部ｈ４の面積を効率よく狭小化することができ、粒状の金属材料Ｍへのエネルギーの供給効率を最大限に高めることができる。この結果、誘導加熱回路３０の容量を有効に利用して、電力供給回路３５の電力供給率を向上させることができる。
【００３４】
なお、図６に示すグラフにおいては一度だけ電圧Ｖを上げているが、加熱時間に応じて減少する電流Ｉを、しきい値Ｉｓと最大電流Ｉｍａｘとの間に戻すように電圧Ｖを複数回上げる構成にすることも可能である。
電圧Ｖを複数回上げる構成の場合には、誘導加熱回路３０の容量がさらに有効利用され、電力供給回路３５の電力供給率がさらに向上する。
【００３５】
第３実施形態
次に、本発明のさらに他の実施形態に係る給湯装置について説明する。
本実施形態に係る給湯装置の基本構成は、上述した第１の実施形態と同じであるが、電圧制御部４０の電圧制御方法のみ異なる。
また、本実施形態では、溶解すべき金属材料Ｍとして、球状や細長い形状等の形態を含む粒状の金属材料を用いた場合について説明する。
【００３６】
図７は、本実施形態に係る電圧制御部４０の電圧制御方法を説明するためのグラフである。
上述した第２の実施形態では、最大電流Ｉｍａｘよりも小さい値のしきい値Ｉｓを設定し、ステップ状の電圧Ｖ_１を印加し、電流Ｉがピーク値をとったのちしきい値Ｉｓよりも下がったところで、電圧Ｖをステップ状にＶ_２まで上昇させる構成とした。
本実施形態では、まず、第２の実施形態と同様に、図５に示したようなステップ応答を予め取得しておく。
次いで、このステップ応答データから、図６に示す、電流Ｉがピーク値を過ぎるまでに要する時間ｔ_１を算出しておく。
【００３７】
電圧制御部４０は、電圧ＶをＶ_１としてステップ状に電圧を印加して誘導加熱を開始し、時間ｔ_１を経過したところで、電圧Ｖをステップ状にＶ_２まで上昇させる。
この結果、図７に示す斜線部ｈ５の面積を効率よく狭小化することができ、粒状の金属材料Ｍへのエネルギーの供給効率を最大限に高めることができる。
本実施形態によれば、しきい値Ｉｓと電流Ｉとを比較する必要がないため、処理がより簡単になる。
【００３８】
第４実施形態
次に、本発明のさらに他の実施形態に係る給湯装置について説明する。
本実施形態に係る給湯装置の基本構成は、上述した第１の実施形態と同じであるが、電圧制御部４０の電圧制御方法のみ異なる。
また、本実施形態では、溶解すべき金属材料Ｍとして、球状や細長い形状等の形態を含む粒状の金属材料を用いた場合について説明する。
【００３９】
図８は、本実施形態に係る電圧制御部４０の電圧制御方法を説明するためのグラフである。
上述した第３の実施形態では、電圧制御部４０は、電圧ＶをＶ_１からＶ_２に変化させただけであったが、本実施形態では、所定時間（ｔ_１、ｔ_２．．．．）経過毎に電圧Ｖをステップ状に複数回上昇させる。これにより、さらに、誘導加熱回路３０の容量を有効利用することができる。
【００４０】
第５実施形態
次に、本発明のさらに他の実施形態に係る給湯装置について説明する。
本実施形態に係る給湯装置の基本構成は、上述した第１の実施形態と同じであるが、電圧制御部４０の電圧制御方法のみ異なる。
また、本実施形態では、溶解すべき金属材料Ｍとしては、球状や細長い形状等の形態を含む粒状の金属材料、あるいは、ビレットやインゴット等の塊の金属材料の双方に適用可能である。
【００４１】
上述した第２〜第４実施形態においては、電圧Ｖは電流Ｉの変化パターンを利用して、オープンループ制御される。
本実施形態においては、電流Ｉの変化パターンに基づいて、電圧Ｖをフィードバック制御する構成について説明する。
【００４２】
図９（ａ）は、本実施形態に係る誘導加熱回路３０のフィードバック制御系のブロック線図である。
図９（ａ）において、伝達関数Ｇが、図３に示す電力供給回路３５の整流回路１１からインバータ１２、共振回路１３、および、金属材料Ｍまでの特性を表わしている。また、図９（ａ）に示す電圧発生部Ａ、減算要素９０、および、補償器Ｈが、図３に示す交流電源１９および電圧制御部４０に相当する。
【００４３】
交流電源１９、および、電圧制御部４０の一部が、電圧発生部Ａとして機能する。電圧発生部Ａは、所定の電圧Ｖｆを発生させて伝達関数Ｇに向けて出力する。
補償器Ｈは、直流部における測定電圧Ｖおよび電流Ｉから、電圧Ｖｆを所望の電圧Ｖｃにするための電圧ＶＨを計算して出力する。電圧Ｖｃは、前述のように、金属材料Ｍへの供給電力を所望の値とするための電圧である。
減算要素９０は、電圧発生部Ａからの電圧Ｖｆと補償器Ｈからの電圧ＶＨとの差をとり、制御電圧Ｖｃとして伝達関数Ｇに出力する。これは、図３において、整流回路１１からの出力電圧がＶｃとなるような制御指令信号Ｃｖを電圧制御部４０が整流回路１１に出力することにより実現される。
【００４４】
伝達関数Ｇは、図５に示すようなステップ応答をとることや、電圧Ｖの波形を適宜変化させたときの電流Ｉの変化を予め測定しておくことによって取得することができる。
以上のように求めた伝達関数Ｇを利用することにより、伝達関数Ｇからの出力電流Ｉが所望の値となるように伝達関数Ｇに入力する制御電圧Ｖｃを生成するための補償器Ｈを計算することができる。
【００４５】
図９（ｂ）は、以上のようにして求めた補償器Ｈを備える給湯装置２によって粒状の金属材料Ｍを加熱、溶解したときに、電力供給回路３５の直流部において測定した電圧Ｖと電流Ｉとの関係を示すグラフである。図９（ｂ）のグラフにおいて、横軸は時間ｔを表わし、縦軸は電圧Ｖおよび電流Ｉの値を表わしている。本実施形態においては、電流Ｉの値をフィードバックすることによって、直流部において測定される電圧Ｖを制御することができる。その結果、本実施形態によれば、図９（ｂ）のグラフに示すように、電流Ｉを最大電流Ｉｍａｘに追従させた状態で、金属材料Ｍを加熱することができる。したがって、誘導加熱回路３０の容量を十分に活用して高い電力供給率を達成することができる。
【００４６】
本発明は上述した実施形態に限定されない。
たとえば、誘導電流の変化情報から導いた金属材料毎の電圧Ｖの制御パターンを、たとえば、電圧制御部４０のＲＯＭやＲＡＭに記憶させておくこともできる。これにより、同じ給湯装置２および鋳造装置を用いて異なる金属材料を溶解する場合に、誘導電流の変化情報やそれに対応した電圧Ｖの制御パターンを新たに取得する必要が無くなる。溶解する金属材料の情報を電圧制御部４０に与えれば、その金属材料に応じて電圧Ｖが自動的に最適に制御されるような構成にすることも可能である。このためには、たとえば、金属材料毎の電圧制御パターンを電圧制御部４０のＲＯＭやＲＡＭに記憶させておき、溶解する金属材料の情報が与えられたときに、対応する電圧制御パターンを電圧制御部４０が選択する構成にしておけばよい。
【００４７】
また、誘導加熱回路３０の容量を効率良く活用することにより、金属材料Ｍへの電力供給率を上げることができるため、金属材料Ｍの溶解に要する時間を短縮することができる。これにより、鋳造毎に所定量の金属材料Ｍを溶解して鋳造装置に供給して製品を得る鋳造において、鋳造のサイクルタイムを短くすることができる。
また、誘導加熱回路３０の容量を上げるのではなく、誘導加熱回路３０の容量を十分に活用して金属材料Ｍへの電力供給率を上げるため、誘導加熱回路３０のキャパシタ１４等の電気部品を小型化することができる。これにより、給湯装置２の大型化を抑制することができる。
【００４８】
また、上述した実施形態では、固体状態の金属材料を加熱、溶解する場合についてのみ説明したが、本発明は予め溶解された金属材料を加熱して所望の温度とし、これを鋳造装置に供給する場合にも適用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、電源から溶解する金属材料までの電力供給率の向上が可能であり、金属材料の溶解、あるいは、溶解された金属材料の加熱に要する時間を短縮可能な給湯装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る給湯装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す給湯装置から、金属溶湯を自重により鋳造装置のスリーブに供給する状態を示す断面図である。
【図３】図１に示す給湯装置において用いる誘導加熱回路の一例を示す回路図である。
【図４】本発明の一実施形態における電圧の制御方法を模式的に示すグラフである。
【図５】誘導加熱回路におけるステップ入力電圧に対する電流の応答波形を示すのグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態に係る給湯装置の誘導加熱回路の電圧の制御方法を説明するためのグラフである。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る給湯装置の誘導加熱回路の電圧の制御方法を説明するためのグラフである。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る給湯装置の誘導加熱回路の電圧の制御方法を説明するためのグラフである。
【図９】（ａ）は、本発明のさらに他の実施形態に係る給湯装置の誘導加熱回路のフィードバック制御系のブロック線図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す誘導加熱回路における電圧制御方法を説明するためのグラフである。
【図１０】誘導加熱回路の直流部における電圧を一定に制御した場合の電流と電圧との関係を示すグラフであって、（ａ）は電圧が低い場合を、（ｂ）は電圧が高い場合を示している。
【符号の説明】
２…給湯装置
３…収容容器
１０…誘導加熱用コイル
２１…開閉機構
３０…誘導加熱回路
３５…電力供給回路
４０…電圧制御部（制御手段）
５１…材料供給装置
Ｍ…金属材料

Claims

固体状態の金属材料を鋳造毎に溶解して鋳造装置に供給し、あるいは、溶解された金属材料を鋳造毎に加熱して鋳造装置に供給する給湯装置であって、
金属材料に誘導電流を流して当該金属材料を加熱する誘導加熱用コイルと、
前記誘導加熱用コイルに電力を供給する電力供給回路と、
加熱中に金属材料に流れる誘導電流の大きさの変化に起因する前記電力供給回路の電力供給率の低下を補償する向きに、当該電力供給回路に印加する電圧を制御する制御手段と
を有する給湯装置。
前記制御手段は、前記誘導加熱用コイルが加熱する金属材料毎に取得した加熱中の誘導電流の変化情報に基づいて、前記電力供給回路に印加する電圧を制御する
請求項１に記載の給湯装置。