JP2015032382A - 誘導加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】隣接配置された加熱コイル間における端子間電圧を低減し、隣接配置した加熱コイル間における放電を防止することのできる誘導加熱装置を提供する。【解決手段】近接配置された複数の加熱コイル14a,14b,14cと、加熱コイル14a,14b,14cのそれぞれに個別に接続され、供給する電流の周波数、および位相を一致させた電流を供給するインバータ20a,20b,20cとを有する誘導加熱装置10であって、加熱コイル14a,14b,14cのうち、隣接して配置されている加熱コイル14a,14b,14cは、互いに巻回方向を逆向きとし、隣接している加熱コイル14a,14b,14cは、それぞれ正結合となるように、各コイル電流を同期制御することを特徴とする。【選択図】図1
Description
本発明は、誘導加熱装置に係り、特に、複数の加熱コイルを近接配置し、各加熱コイルに供給する電力を個別制御可能とした誘導加熱装置に関する。
従来、近接配置された加熱コイルに対して個別電力制御を行うために共振型電源を設ける場合には、相互誘導の影響を回避するために、近接配置されたコイルに供給する電流の周波数を大きく乖離させる必要がある。このような構成を採用する場合に、隣接配置された加熱コイル間における周波数の乖離幅としては、例えば1.5倍以上とする。
また、近接配置された加熱コイルに対して個別電力制御を行うために共振型電源を設けた誘導加熱装置としては、相互誘導の影響を回避するために、近接配置された加熱コイルに供給する電流の周波数を一致させ、その位相を同期させて運転するという技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記のような技術を用いた誘導加熱装置によれば、いずれの技術を採用する場合であっても、相互誘導の影響を抑制することができる。特に、特許文献1に開示されている技術によれば、各共振型電源において、高精度な電力制御が可能となる。
一方で、いずれの技術を採用した装置においても、隣接配置した加熱コイル間における電圧差が大きくなるといった問題が生ずることとなる。このため、構造上、加熱コイルに絶縁を施せない誘導加熱装置では、隣接加熱コイル間において放電が発生し、運転に支障を来たしたり、機器の損傷を招いたりする可能性がある。
そこで本発明では、供給電流の周波数を一致させ、その位相を同期させるという技術の特徴を活かし、隣接配置された加熱コイル間における電圧を低減し、隣接配置した加熱コイル間における放電を防止することのできる誘導加熱装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱装置は、近接配置された複数の加熱コイルと、前記加熱コイルのそれぞれに個別に接続され、供給する電流の周波数、および位相を一致させた電流を供給する共振型電源とを有する誘導加熱装置であって、前記加熱コイルのうち、隣接して配置されている加熱コイルは、互いに巻回方向を逆向きにしたことを特徴とする。
また、上記特徴を有する誘導加熱装置では、隣接して配置されている前記加熱コイルが、正結合となるように、各コイル電流を同期制御するようにすると良い。
また、上記特徴を有する誘導加熱装置において前記加熱コイルは、筒型に形成した被誘導加熱部材に対し、当該筒型の軸線方向に沿ってソレノイド状に巻回するように配置することができる。
さらに、上記特徴を有する誘導加熱装置では、前記加熱コイルは、平板型に形成した被誘導加熱部材に対し、当該被誘導加熱部材の平面に沿った渦巻き状に巻回して構成することもできる。
上記のような特徴を有する誘導加熱装置によれば、隣接配置された加熱コイル間における端子間電圧を低減し、隣接配置した加熱コイル間における放電を防止することができる。
以下、本発明の誘導加熱装置に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図1から図3を参照して、第1の実施形態に係る誘導加熱装置について説明する。なお、図1は、本実施形態に係る誘導加熱装置における正面断面を示す概略構成図である。図2は、図1に示す熱処理部の側面を示す概略構成図である。また、図3は、加熱コイルの配置形態の具体例を示す正面図である。
本実施形態に係る誘導加熱装置10は、熱処理部12と電源部18とを有する。熱処理部12は、被加熱部材30の周囲を覆う筒状のサセプタ16と、このサセプタ16をソレノイド状に囲繞する複数の加熱コイル14(14a,14b,14c)を有する。一方、電源部18は、複数の加熱コイル14それぞれに接続された共振型電源であり、少なくとも、インバータ20(20a,20b,20c)、変圧器22(22a,22b,22c)、および共振コンデンサ24(24a,24b,24c)を有する。
サセプタ16は、グラファイト等により構成されており、加熱コイル14から磁束の提供を受けることにより発熱する。加熱コイル14は、冷媒を挿通可能な管状体により構成されており、例えば銅管などにより構成されている。また、複数の加熱コイル14a,14b,14cは、それぞれ近接配置されていると共に、サセプタ16に対しても近接して配置されている。電磁誘導によりサセプタ16を発熱させる他、加熱コイル14内に挿通させた冷媒によりサセプタ16を冷却する役割を担うためである。
また、隣接して配置されている加熱コイル14a,14b,14cは、図3にその具体例を示すように巻回方向がそれぞれ逆向きとなるように配置されている。図3に示す形態の場合、両端に配置された加熱コイル14aと加熱コイル14cの巻回方向を同一とし、中央に配置された加熱コイル14bの巻回方向を逆向きとしている。
隣接配置されている加熱コイル14a,14b,14cに接続されている各共振型電源は、出力電流の周波数を一致させ、かつ出力電流の位相を同期させる制御を実施可能なインバータ20を備えている。そして、各インバータ20a,20b,20cは、隣接しているリード線に対して、それぞれ同位相の電流を供給することで、隣接している加熱コイル14a,14b,14cが、それぞれ正結合となるように電流同期制御を行うように構成している。なお、図示しないが、各インバータ20a,20b,20cには、電流同期制御を可能とするための制御手段が接続されている。
また、本実施形態に係る誘導加熱装置10では、隣接配置された加熱コイル14間において、隣接しているリード線は、互いに接地線、または互いに非接地線となるように、接地側の接続線(リード線)を定めている。
一例として、加熱コイル14a,14b,14cを上記のように配置、構成し、出力電流を上記のように制御し、各加熱コイル14a,14b,14cのリード線と各インバータ20a,20b,20cにおける二次側のリード線を上記のように接続することによれば、隣接配置された加熱コイル14a,14b,14c間の電圧(コイル間電圧:電圧差)を抑制することができる。具体的には、加熱コイル14aと加熱コイル14bのように、隣接配置されたコイルにおいて隣り合うリード線が、互いに接地線である場合、接地線の対地電圧は0(V)であるため、両コイル加熱コイル14a,14bにおけるリード線間に電圧差は生じ得ず、コイル間電圧は0(V)となる。また、加熱コイル14bと加熱コイル14cのように、隣接配置されたコイルにおいて隣り合うリード線が、互いに非接地線である場合であっても、両リード線に供給される電流の位相は同期しているため、コイル間電圧はV2−V3(V)となり、抑制されることとなる。
このため、各加熱コイル14a,14b,14c間における電圧(コイル間電圧)が抑制され、両者間における放電を防止することができる。よって、加熱コイル14を配置する空間を真空領域とし、加熱コイル14に供給する電流の電圧を高めた場合であっても、隣接配置した加熱コイル間における放電を抑制することが可能となる。
また、図1に、加熱コイル14a,14b,14c回りに発生する磁束を破線で示している。上記のような構成、制御とすることによれば、隣接して配置される加熱コイル14aと加熱コイル14b、加熱コイル14bと加熱コイル14cは、それぞれ正結合となる。このため、隣接配置した加熱コイル14a,14b,14cは、いずれも同じ向きの磁束(互いに発生磁束を強め合う方向の磁束)が発生することとなる。よって、コイル間における磁束の打ち消し合いによる加熱不良が生じることも無い。
このような構成の加熱装置10では、各加熱コイル14a,14b,14cに電力を供給することでサセプタ16を誘導加熱し、発熱させ、被加熱部材30の熱処理を行う。また、各加熱コイル14a,14b,14cに対する電力供給は、各インバータ20a,20b,20cにより電流同期制御が行われているため、相互誘導の影響を回避しつつ、それぞれ任意に出力を調整することができる。よって、被加熱部材30を高精度に均等加熱することができる。
また、実施形態に係る加熱コイル14a,14b,14cの内部には、冷却水等の冷媒が挿通されている。このため、加熱コイル14a,14b,14cに対する電力の供給を停止した場合には、サセプタ16からの放射熱を加熱コイル14a,14b,14cが吸収することとなり、結果として、サセプタ16を冷却し、被加熱部材30を冷却する効果を担うこととなる。
このように、サセプタ16に対して加熱と冷却の双方の役割を担う加熱コイル14a,14b,14cには、断熱材や絶縁材を配置、被覆させることができない。このため、上記のようにしてコイル間電圧を抑制することは、コイル間に生ずる放電(パッシェン放電)を防止するのに好適である。
次に、第2の実施形態に係る誘導加熱装置について、図4、図5を参照して説明する。なお、図4は、本実施形態に係る誘導加熱装置の正面断面を示す概略構成図である。図5は、本実施形態に係る誘導加熱装置における加熱コイルの平面形態を示す図である。
本実施形態に係る誘導加熱装置10Aも、その基本的な構成や作用は、第1の実施形態に係る誘導加熱装置10と同様である。よって、その構成を同様とする箇所には、図面に同一符号を付して、その詳細な説明を省略することとする。第1の実施形態に係る誘導加熱装置10との相違点としては、サセプタ16A、および加熱コイル14a1,14b1,14c1の形態にある。
すなわち、第1の実施形態では筒状としていたサセプタ16を、本実施形態では平板型のサセプタ16Aとしている。そして、ソレノイド型としていた加熱コイル14a,14b,14cは、サセプタの形状、あるいはサセプタ16Aを配置したテーブル26の形状に沿って形成される渦巻き型の加熱コイル14a1,14b1,14c1としている。本実施形態では、加熱コイル14a1,14b1,14c1は、円の内側から外側にかけて、複数(図4、図5に示す例では3つ)、隣接して配置する構成を採っている。そして、隣接配置している加熱コイル14a1,14b1、4c1は、それぞれ巻回方向が逆向きとなるように配置されている。また、第1の実施形態と同様に、隣接配置された加熱コイル14a1,14b1,14c1に供給する電流は、その向きが逆向きとなるように、インバータ20a,20b,20cが接続されている。
このような構成の誘導加熱装置であっても、上述した第1の実施形態に係る誘導加熱装置10と同様に、隣接配置した加熱コイル間の電圧(コイル間電圧)を抑制することができ、両者間に生ずる放電を抑制することができる。
なお、上記実施形態では、説明を簡単化するために、加熱コイルを基点として、接地線、非接地線との表現を使っているが、接地が中性点である場合でも、同様な効果を得ることができる。
10,10A………誘導加熱装置、12………熱処理部、14(14a,14b,14c),(14a1,14b1,14c1)………加熱コイル、16,16A………サセプタ、18………電源部、20(20a,20b,20c)………インバータ、22(22a,22b,22c)………変圧器、24(24a,24b,24c)………共振コンデンサ、26………テーブル、30………被加熱部材。
Claims (4)
- 近接配置された複数の加熱コイルと、前記加熱コイルのそれぞれに個別に接続され、供給する電流の周波数、および位相を一致させた電流を供給する共振型電源とを有する誘導加熱装置であって、
前記加熱コイルのうち、隣接して配置されている加熱コイルは、互いに巻回方向を逆向きにしたことを特徴とする誘導加熱装置。 - 隣接して配置されている前記加熱コイルが、正結合となるように、各コイル電流を同期制御することを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱装置。
- 前記加熱コイルは、筒型に形成した被誘導加熱部材に対し、当該筒型の軸線方向に沿ってソレノイド状に巻回するように配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の誘導加熱装置。
- 前記加熱コイルは、平板型に形成した被誘導加熱部材に対し、当該被誘導加熱部材の平面に沿った渦巻き状に巻回して構成ことを特徴とする請求項1又は2に記載の誘導加熱装置。
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JP2013159483A JP2015032382A (ja) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | 誘導加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2013159483A JP2015032382A (ja) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | 誘導加熱装置 |
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JP2013159483A Pending JP2015032382A (ja) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | 誘導加熱装置 |
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2013
- 2013-07-31 JP JP2013159483A patent/JP2015032382A/ja active Pending
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