JP2005347015A - 金属体加熱装置及びその利用 - Google Patents

Abstract

【課題】 多種の寸法の金属体に最適なＩ型コアに関わらず装置最大加熱能力で加熱でき、装置の小型化軽量化が可能とすることを主たる課題とし、他の課題は金属体又は温度センサーの設置間違いを検出できるようにする。更に、加熱後の有用な脱磁方法を提供することにある。
【解決手段】 商用交流電源をブレーカー１１，電源開閉器２３，周波数変換装置１２を介してＵ型コア１５に巻装した加熱コイル１４に印加し、Ｕ型コアの両端間に加熱させる環状金属体１７の内側空間に貫通させたＩ型コア１６を脱着自在に当接し、上記周波数変換装置による制御を起動時において出力周波数を高周波から低減していき、出力定格電流となる時点で以後その時の周波数に固定して加熱するようにし、定格皮相電力が金属体とＩ型コアに関係なく出力できるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、主にベアリング・ギア・カップリング等の金属製で環状形状の金属体を電磁力を用いて加熱するための加熱装置とその利用の加熱方法・脱磁の方法に関する。

従来、電磁力を用いて金属体を加熱する装置は、商用電源をＵ型コアに巻き付けた加熱コアに印加し、Ｕ型コアの両端にＩ型コアを当接し、同Ｉ型コアが内側になるように環状金属体を嵌装し、交番磁束をＩ型コアに生起させ、環状金属体に発生する二次誘起起電力による誘導電流のジュール熱によって当該金属体を加熱させるものである。この構造の環状金属体加熱装置は、下記引用文献１で公知となっている。
従来のこの構造の環状金属体加熱装置は、商用電源がその周波数のまま加熱コイルに印加されている。寸法、重量が大きい環状金属体を加熱するときは、断面寸法が大きいＩ型コアに交換する必要があった。１台の装置で多種の寸法の環状金属体を加熱するときは、多種の断面積のＩ型コアを用意しなければならず、Ｉ型コアにより加熱能力（皮相電力）は変化して制御することができなかった。
又、商用電源の周波数をそのまま使用するので、発熱量を大きくするためには加熱コイルの巻き数が小さいものを使用するか、又はコア断面積の大きいコアを使用せねばならず、加熱装置の重量・寸法が大型化するといった問題点があった。
実公平０８−００２９５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、装置の小型化・軽量化が可能となり、多種の寸法の金属体に最適なＩ型コアに関わらず、装置最大加熱能力（皮相電力）で加熱できるという金属体加熱装置を提供することにある。本発明の第２の課題は金属体又は温度センサーの設置操作間違いを検出できる金属体加熱装置を提供することにある。更に本発明の第３の課題は本発明装置における有用な加熱方法と簡易な脱磁方法を提供することにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 商用交流電源をＵ型コアの加熱コイルに印加し、Ｕ型コアの両端間にＩ型コアを脱着自在に当接し、同Ｉ型コアをを通過する磁束を用いて金属体を磁気加熱する金属体加熱装置に於いて、商用交流電源と加熱コイルとの間に印加電圧の周波数を変える周波数変換装置を設け、同周波数変換装置の周波数を変更制御する周波数調整手段を備え、加熱コイルの印加電圧の周波数を変えることで加熱量を調整できるようにしたことを特徴とする金属体加熱装置
２） 周波数調整手段が、起動時において周波数変換装置の出力周波数を高周波から低減していき、周波数変換装置の出力定格電流となる時点で以後その時の周波数に固定して加熱するように制御し、定格皮相電力が金属体とＩ型コアに関係なく出力できるようにした前記１）記載の金属体加熱装置
３） 加熱される金属体の温度を計測する温度センサーを設け、同温度センサーの計測温度が加熱コイルへの電圧印加後所定時間内に設定温度に上昇しないときに警報信号を発生させる温度監視回路を設けた前記１）又は２）記載の金属体加熱装置
４） 警報信号が周波数変換装置の作動を停止し、加熱コイルへの電圧印加の停止を行う信号である前記３）に記載の金属体加熱装置
５） 前記１）〜４）いずれか記載の金属体加熱装置を用い、金属体の加熱完了後に加熱コイルの印加電圧を０Ｖ近傍まで漸次減衰させながら印加電圧の交流波形の零電圧の時点で周波数変換装置の出力電圧を停止させることによって、加熱された金属体の脱磁を行う電磁加熱の金属体の脱磁方法
にある。

本発明は、加熱コイルによって発生するコアを流れる磁束密度が、コイル印加電圧に反比例し、又印加電圧周波数とコア断面積と加熱コイル巻数との積に反比例することに着目し、コア断面積、加熱コイル巻数を変更することなく周波数を変えることで磁束密度を変えて発熱量、環状金属体内の発熱量及び温度上昇速度等を調整・制御しようとするものである。
本発明によれば印加電圧の周波数を調整することによって、定格電流状態で使用でき、Ｉ型コアを交換することなく、金属体のある程度の大きさの違うものを加熱させることができる。逆に同じ大きさの金属体であればＩ型コアの断面積を小さくでき、小型・軽量化が可能となる。
又本発明の周波数制御によって、迅速な加熱、加熱時間の短縮化もできるものとなった。

本発明の周波数変換装置としては、小型コンピュータを使用し、ソフトでもって皮相電力一定制御処理するようにすることがよい。又起動時においては周波数を高周波から低減して、電流を漸次増加させ、出力定格電流となった時点で、周波数を固定するようにして、定格皮相電力が金属体とＩ型コアに関係なく出力できるようにすることが好ましい。更に環状金属体の温度センサーを設けて、所定時間内に設定温度に上昇しないときは警報できるようにすることが好ましい。

以下、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
本実施例１は、金属体が環状金属体であるベアリングであって、上記最良の形態の加熱装置の例である。
図１は、実施例１の回路図である。
図２は、実施例１の印加電圧電流と周波数の制御のタイムチャート図である。
図３は、実施例１の環状金属体の初期温度上昇を示す温度上昇図である。
図４は、実施例１の周波数調整手段の状態遷移全体を示す説明図である。
図５は、実施例１の皮相電力一定制御フロー図である。
図６は、実施例１の温度センサ設置不良検出フロー図である。

図中、１は実施例１の金属体加熱装置、１０〜２２はその構成部分であり、１０は商用交流電源コネクタ、１１はブレーカー、１２はインバータを用いた周波数変換装置、１３は同周波数変換装置の周波数・電圧電流を調整・設定入力するキーボード・表示器・メモリ等を備えたコンピュータを用いた周波数調整手段である周波数調整制御回路、１４は加熱コイル、１５は加熱コイルが巻かれたＵ型コア、１６はＩ型コア、１７は環状金属体であるベアリング、１８は熱電対を用いた温度センサー、１９は同温度センサーの信号を電圧信号へ変換するカップル変換器、２０は加熱コイル１４に印加される電圧を測る電圧計でその信号は周波数調整制御回路１３へ送られる。２１は加熱コイル１４に流れる電流を測る電流計で、その電流値は周波数調整制御回路に送られる。２２は音と光による警報回路、２３は電源開閉器である。

又、本実施例１では周波数調整手段としては小型コンピュータを使用した周波数調整制御回路１３を採用し、ソフトＳで電圧，周波数，温度，警報の設置・制御を行っている。サブルーチンＳ１は皮相電力一定制御初期処理ソフトであり、サブルーチンＳ２は皮相電力一定制御メイン処理ソフトである。

この実施例１では、Ｉ型コア１６を内側に挿入するようにベアリング１７を設置し、このベアリング１７の上に温度センサー１８を載置する。

次に周波数調整手段１３のソフトＳの設定値として、初期周波数を上限周波数で、最高周波数でもある１９０Ｈｚにし、始動電圧設定値を０Ｖとし、加熱時の出力電圧設定値を２００Ｖとし、又、出力定格電流として５Ａとしている。

この実施例１の装置に商用交流電源２００Ｖを給電すると、周波数調整制御回路１３によってコントロールされる周波数変換装置１２により周波数１９０Ｈｚで０Ｖから電圧が漸次増圧される。そして出力電圧設定値２００Ｖに達したら、昇圧を停止し、この２００Ｖを保持する。その時の増圧値は、出力電圧設定値までに到達する加速時間設定値から計算される（図２参照）。
その後、印加電圧の周波数を１９０Ｈｚから２０Ｈｚ／秒毎の周波数減算を行って、出力電流値が定格電流値の５．０Ａになるまで周波数を低減していく。そして定格電流値５．０Ａになったときの周波数を加熱運転周波数として固定し、規定電圧２００Ｖで定格電流値５Ａでもって皮相電力一定として加熱する（図２参照）。これらのソフトＳのフローを図５に示している。皮相電力一定制御初期処理のサブルーチンＳ１と皮相電力一定制御メイン処理のサブルーチンＳ２のソフトでコンピュータを用いた周波数調整手段である周波数調整制御回路１３によってなされる。又その制御される印加電圧Ｖ，電流Ｉは電圧計２０，電流計２１によって計測されて周波数調整制御回路１３へ入力される。
このように定格電流値で加熱することで加熱熱量が高くでき、同じＩ型コア１６，加熱コイル１４でも高い加熱量を与えることができ、環状金属体のベアリング１７の寸法がある程度大きくなっても加熱できるようにできる。同じ大きさのベアリング１７の場合であれば加熱時間を短縮できる。

次に、電圧を印加してベアリング１７が昇温し、これに接触させた温席センサー１８がその温度を計測し、その計測温度を周波数調整制御回路に入力され、ベアリング１７の計測温度Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が時間ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４とともに記憶される。その状態を図３に示している。もし温席センサー１８の計測温度が設定時間に所定温度まで上昇していなければ温度センサー１８の設置不良とする。又保温状態でも保温時最低温以下となれば温度センサー１８の設置不良として警報回路２２に入力される。設置不良が警報回路２２に入力された場合、警報回路２２は、過熱保護のため、開閉路２３を作動して給電停止し、装置の動作を止め、設置不良の表示を行ない、操作者に温度センサー１８の設置を正しくする様に通知する。この時のソフトのフローを図６に示す。

加熱して温度センサー１８の検出温度が設定加熱温度に到達すれば、周波数調整制御回路１３は保温状態と認識して、設定加熱温度と検出温度の差を入力し、印加電圧指令を出力とするＰＩ制御器へと移行し、停止指令が加えられるまで、ＰＩ制御による保温を継続し、停止指令が加えられた場合、印加電圧を０Ｖ近傍まで漸次減衰させながら印加電圧の交流波形の零電圧の時点で印加電圧を停止させる。このような電圧停止を行うことで加熱されたベアリング１７の脱磁を行うことができる（図２参照）。

本発明は、ベアリング・ギア・カップリング等の環状形状の金属体を加熱・脱磁することに有用な技術であるが、特殊なＩ型コア金属透磁体を使うことで非環状物の金属体の加熱・脱磁にも使用できる。

実施例１の回路図である。 実施例１の印加電圧・電流と周波数の制御のタイムチャート図である。 実施例１の環状金属体の初期温度上昇を示す温度上昇図である。 実施例１の周波数調整手段の状態遷移全体を示す説明図である。 実施例１の皮相電力一定制御フロー図である。 実施例１の温度センサ設置不良検出フロー図である。

符号の説明

１ 環状金属体加熱装置
１０ 商用電源コネクター
１１ ブレーカ
１２ 周波数変換装置
１３ 周波数調整制御回路
１４ 加熱コイル
１５ Ｕ型コア
１６ Ｉ型コア
１７ ベアリング
１８ 温度センサー
１９ カップル変換器
２０ 電圧計
２１ 電流計
２２ 警報回路
２３ 電源開閉器

Claims (5)

1. 商用交流電源をＵ型コアの加熱コイルに印加し、Ｕ型コアの両端間にＩ型コアを脱着自在に当接し、同Ｉ型コアをを通過する磁束を用いて金属体を磁気加熱する金属体加熱装置に於いて、商用交流電源と加熱コイルとの間に印加電圧の周波数を変える周波数変換装置を設け、同周波数変換装置の周波数を変更制御する周波数調整手段を備え、加熱コイルの印加電圧の周波数を変えることで加熱量を調整できるようにしたことを特徴とする金属体加熱装置。
2. 周波数調整手段が、起動時において周波数変換装置の出力周波数を高周波から低減していき、周波数変換装置の出力定格電流となる時点で以後その時の周波数に固定して加熱するように制御し、定格皮相電力が金属体とＩ型コアに関係なく出力できるようにした請求項１記載の金属体加熱装置。
3. 加熱される金属体の温度を計測する温度センサーを設け、同温度センサーの計測温度が加熱コイルへの電圧印加後所定時間内に設定温度に上昇しないときに警報信号を発生させる温度監視回路を設けた請求項１又は２記載の金属体加熱装置。
4. 警報信号が周波数変換装置の作動を停止し、加熱コイルへの電圧印加の停止を行う信号である請求項３に記載の金属体加熱装置。
5. 請求項１〜４いずれか記載の金属体加熱装置を用い、金属体の加熱完了後に加熱コイルの印加電圧を０Ｖ近傍まで漸次減衰させながら印加電圧の交流波形の零電圧の時点で周波数変換装置の出力電圧を停止させることによって、加熱された金属体の脱磁を行う電磁加熱の金属体の脱磁方法。

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