JP2015065091A - Induction heating apparatus and induction heating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、誘導加熱装置およびこれを用いた誘導加熱方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to an induction heating apparatus and an induction heating method using the same.
ろう付けによる金属部材の接合は一般に広く行われており、加熱源としては、トーチ、マイクロ波、交流磁場などが挙げられる。中でも交流磁場による誘導加熱は、比較的温度管理がしやすく、また効率的な加熱が可能であるという利点を持つ。誘導加熱はIH(Induction Heating)調理器に代表されるように、一般に幅広く使用される加熱源である。 Joining of metal members by brazing is generally widely performed, and examples of the heating source include a torch, a microwave, and an alternating magnetic field. In particular, induction heating using an alternating magnetic field has advantages that it is relatively easy to control temperature and that efficient heating is possible. Induction heating is a widely used heating source, as represented by an IH (Induction Heating) cooker.
ろう付けに関しては、可搬性、高効率化、温度変化の制御などを目的とした技術が知られている。たとえば、誘導加熱装置を構成する電源、トランス、加熱コイルのうち、トランスの1次コイルに共振コンデンサを組み込み、加熱コイルに至るまでのエネルギー伝達ロスを減少させる技術が、特許文献1に示されている。
With regard to brazing, techniques aimed at portability, high efficiency, temperature change control, and the like are known. For example,
特許文献1に開示されている技術は、加熱対象物の形状や材質がほぼ同一のものを連続で施工する場合に有効である。加熱対象物を含む体系での共振条件は、加熱対象物のインピーダンス及び加熱コイルと加熱対象物との位置関係で決定される電磁界の結合状態により変化するからである。
The technique disclosed in
したがって、例えば生産ライン上で量産品の加熱をする場合には、加熱対象物のインピーダンスや、加熱コイルと加熱対象物との位置関係の変化などによる共振条件の変動については、管理が可能である。一方、既設の追加施工を行う場合や、部品の形状が複数存在する場合などは、共振条件を決定するためのインダクタンスやキャパシタンスを調整しなおす必要がある。具体的には個々の加熱対象物に合わせてコンデサやトランスの取り替えが生じる。 Therefore, for example, when mass-produced products are heated on the production line, it is possible to manage fluctuations in resonance conditions due to changes in the impedance of the heating object and the positional relationship between the heating coil and the heating object. . On the other hand, when the existing additional construction is performed or when there are a plurality of component shapes, it is necessary to readjust the inductance and capacitance for determining the resonance condition. Specifically, replacement of a condenser or a transformer occurs according to each heating object.
また、既にろう付けされた部位が加熱対象部の近傍にあり、そのろう付けされた部位の温度を上昇させてはいけない場合などにおいては、局所を効率的に加熱するとともに、冷却も行う必要がある。これまで、誘導加熱装置内の電源を冷却する技術はあるが、加熱対象物の冷却を必要とする部位の冷却については、誘導加熱装置とは別の冷却機構を用いて行っている。加熱と連携しながら冷却する装置および手法がないため、過冷却によるろう付け部の接合不良や、冷却不足による既ろう付け部の溶融などを生じてしまうなどの問題がある。 In addition, when the part that has already been brazed is in the vicinity of the part to be heated and the temperature of the brazed part should not be increased, it is necessary to efficiently heat and cool the local part. is there. Up to now, there is a technique for cooling the power source in the induction heating apparatus, but the cooling of the part that needs to be cooled is performed by using a cooling mechanism different from the induction heating apparatus. Since there is no device or method for cooling while cooperating with heating, there are problems such as poor bonding of the brazed part due to overcooling and melting of the already brazed part due to insufficient cooling.
そこで、本発明の実施形態は、加熱する対象物の温度を効率的に制御することを目的とする。 Then, embodiment of this invention aims at controlling the temperature of the target object heated efficiently.
上述の目的を達成するため、本実施形態に係る誘導加熱装置は、対象物の加熱対象部分を加熱する加熱コイルと、交流電源装置から前記加熱コイルへの電力供給配線上に設けられた可変インダクタと、前記電力供給配線上に設けられた可変キャパシタと、前記対象物および当該誘導加熱装置の全体系のインダクタンスおよびキャパシタンスを共振条件とするように、前記可変インダクタおよび前記可変キャパシタへの指令を出力する制御部と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an induction heating device according to the present embodiment includes a heating coil for heating a heating target portion of an object, and a variable inductor provided on a power supply wiring from an AC power supply device to the heating coil. And outputs a command to the variable inductor and the variable capacitor so that the inductance and capacitance of the entire system of the variable capacitor provided on the power supply wiring and the object and the induction heating device are resonance conditions. And a control unit.
また、本実施形態は、対象物を加熱するための誘導加熱方法であって、低電力で加熱コイルに交流電圧を印加する低電力印加ステップと、前記低電力印加ステップで電圧を印加した状態のまま所定レンジで周波数を掃引し、この間の電圧、電流および周波数の各値が周波数特性算出部に入力される周波数掃引ステップと、前記周波数掃引ステップの結果に基づいて系の周波数特性を算出する周波数特性算出ステップと、前記周波数特性算出ステップで得られた周波数特性に基づいて必要リアクタンスを算出する必要リアクタンス算出ステップと、前記必要リアクタンス算出ステップの結果に基づいてキャパシタおよびインダクタの調整を行うリアクタンス調整ステップと、前記リアクタンス調整ステップの後に、前記低電力より大きな所定電力での加熱を行う加熱ステップと、前記加熱ステップにおいて前記加熱コイルに電流を流したことにより生ずる電磁力が最大となる方向に近づくように前記周波数を調整する周波数調整ステップと、を有することを特徴とする。 In addition, the present embodiment is an induction heating method for heating an object, and includes a low power application step in which an AC voltage is applied to a heating coil with low power, and a state in which a voltage is applied in the low power application step. The frequency is swept within a predetermined range and the frequency, voltage, current, and frequency values are input to the frequency characteristic calculator, and the frequency characteristic of the system is calculated based on the result of the frequency sweep step. A characteristic calculation step; a required reactance calculation step for calculating a required reactance based on the frequency characteristic obtained in the frequency characteristic calculation step; and a reactance adjustment step for adjusting a capacitor and an inductor based on a result of the required reactance calculation step And a predetermined power larger than the low power after the reactance adjustment step. And a frequency adjusting step for adjusting the frequency so as to approach the direction in which the electromagnetic force generated by passing a current through the heating coil in the heating step is maximized. And
本発明の実施形態によれば、加熱する対象物の温度を効率的に制御することができる。 According to the embodiment of the present invention, the temperature of an object to be heated can be efficiently controlled.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る誘導加熱装置および誘導加熱方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Hereinafter, an induction heating apparatus and an induction heating method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示す断面図である。誘導加熱装置100は、対象物1の加熱対象面2を加熱し、冷却対象面3を冷却する。対象物1は、たとえば、すでにロー付がなされており、さらに別の位置でロー付を行う導体などの部材である。誘導加熱装置100は、分割コイル10、分割コイル10に電力を送る電力輸送部14、冷却機構30、並びに制御部40を有する。
分割コイル10は、対象物1を挟んだ状態で加熱できるように、2つ設けられている。電力輸送部14は、別に設けられた交流電源装置11からトランス12を介して分割コイル10加熱用の交流電力を受け、分割コイル10に輸送する。
Two
電力輸送部14は、2つの分割コイル10用にそれぞれ設けられており、それぞれの電力輸送部14に、電力供給配線14a、電力供給配線14a上に設けられた可変キャパシタ15および可変インダクタ16、電圧測定部58および電流測定部59を有する。可変キャパシタ15にはキャパシタンス調整部55(図4)が設けられており、キャパシタンス調整部55への指令によりキャパシタンスが可変である。また可変インダクタ16にはインダクタンス調整部54(図4)が設けられており、インダクタンス調整部54への指令によりインダクタンスが可変である。
The
なお、可変キャパシタ15および可変インダクタ16がトランス12の2次側に設けられている場合を示したが、これには限定されない。トランス12の1次側に設けられることでもよい。あるいは、トランス12の1次側および2次側の両方に設けられることでもよい。また、可変キャパシタ15が可変インダクタ16と直列にのみ設けられている場合を示したが、これには限定されない。たとえば、可変キャパシタ15が可変インダクタ16と並列にさらに設けられることでもよい。
In addition, although the case where the
電力輸送部14の分割コイル10との接続部分の電力供給配線14aは、分割コイル10の移動を拘束しないように、フレキシブルな電線14bが使用される。なお、柔軟性を有していれば、電線には限定されない。たとえば、導電体を内蔵する多節点系の機構によってもよい。
A flexible
冷却機構30は、冷却ユニット31から冷却媒体を冷却部32に導く。冷却部32は、対象物1の冷却対象面3の近傍に設置できるように形成されており、冷却媒体は冷却部32周囲の空気を冷却して間接的に冷却対象部位を冷却する。すなわち、この場合の冷却部32は、間接冷却部である。また、図示しないが、冷却媒体を直接的に冷却対象部位に吹き付ける、すなわち、直接冷却部と互に交換可能に形成されている。また、交換することに限定されず、両方が設けられていてもよい。
The
2つの分割コイル10は、それぞれ把持部17で把持できるように形成されている。把持部17には、温度測定部57および電磁力測定部56が取り付けられている。温度測定部57は、熱電対あるいは測温抵抗体のほか、放射温度計、赤外線サーモグラフィなどであってもよい。温度測定部57は、これらを互に交換可能に形成されている。温度測定部57は、対象物1の加熱対象部位の温度を計測し、温度信号を出力する。なお、既にロー付がなされている等の理由で温度制限のある非加熱部がある場合は、温度測定部57は、非加熱部の温度測定部も有する。
The two divided
電磁力測定部56は、分割コイル10に流れる電流により生じた磁場による電磁力を測定し、電磁力信号を出力する。電磁力測定部56には、たとえば、歪ゲージ、ロードセル、磁気共鳴センサ、磁気抵抗センサ、トルクセンサなどを用いることができる。
The electromagnetic
図2は、実施形態に係る誘導加熱装置の分割コイルを示す斜視図である。分割コイル10は、加熱部が矩形に形成された矩形分割コイル10aである。矩形部分が対象物1を挟んで対向する状態で加熱を行う。また、図3は、実施形態に係る誘導加熱装置の分割コイルの変形例を示す斜視図である。この場合は、分割コイル10は、加熱部が円形に形成された円形分割コイル10bである。
FIG. 2 is a perspective view showing a split coil of the induction heating apparatus according to the embodiment. The divided
なお、分割コイル10の形状は、矩形あるいは円形に限定されない。また、分割コイル10は2つ設けられている場合を示したが、2つには限定されない。たとえば、3つ以上でもよい。あるいは、複数の分割コイル10ではなく、1つのコイルを対象物1の周囲に囲むような形状に形成してもよい。分割コイル10は、対象物1の形状に合わせて適切な形状、数量とすることが望ましい。また、把持部17(図1)は、分割コイル10それぞれに設けられている場合を示したが、これに限定されない。把持部17は、複数の分割コイルを一括して扱えるものとしてもよい。
The shape of the
図4は、実施形態に係る誘導加熱装置の制御部を中心とした構成を示すブロック図である。誘導加熱装置100は、温度設定部51および周波数特性算出結果記憶部61をさらに有する。温度設定部51は、外部から、対象物1の加熱対象部位の設定温度の入力を受け入れて、制御部40に出力する。周波数特性算出結果記憶部61は、周波数特性算出部42で算出した周波数特性を入力として受け入れて格納する。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration centering on a control unit of the induction heating apparatus according to the embodiment. The
制御部40は、演算部41、周波数特性算出部42、加熱前励磁指令部43、周波数・電力指令部44、およびリアクタンス指令部45を有する。
The
周波数特性算出部42は、最初の電気的特性の把握のためのステップで、周波数・電力指令部44からの周波数目標値、電圧測定部58からの電圧信号、電流測定部59からの電流信号を入力として受け入れる。周波数特性算出部42は、これらの信号に基づいて、それぞれの周波数におけるインピーダンスを求め、抵抗成分、インダクタンス成分、キャパシタンス成分を算出し、これらのインピーダンス成分の周波数に対する周波数特性を求める。
The frequency
対象物1を分割コイル10で挟んだ状態で測定した場合は、この周波数特性は、対象物1と誘導加熱装置100の全体の特性である。周波数特性算出部42は、算出結果である周波数特性を周波数特性算出結果記憶部61に出力する。
When measurement is performed with the
演算部41は、温度設定部51からの温度設定信号、周波数特性算出結果記憶部61からの系全体の周波数特性情報、温度測定部57からの温度信号、電磁力測定部56からの電磁力信号、電圧測定部58からの電圧信号、電流測定部59からの電流信号を入力として受け入れる。演算部41は、系全体の周波数特性情報に基づいて、次の式(1)により、指定した励磁周波数のもとで、系全体が共振条件となるような可変キャパシタ15のキャパシタンス値と可変インダクタ16のインダクタンス値を算出する。
The
なお、式(1)において、Lは、系全体のインダクタンス値、Cは、系全体のインダクタンス分に直列に存在するとした場合のキャパシタンス値である。 In Equation (1), L is an inductance value of the entire system, and C is a capacitance value in the case where it exists in series with the inductance of the entire system.
f=1/{2π√(LC)} ・・・(1)
演算部41は、対象部1の体積、材料、比熱、熱伝導率などの熱的特性に関連するデータの外部入力を受けて格納しており、温度信号も反映して、対象物1内の温度分布を評価する。こうして、温度測定部57からの温度信号の変化、電圧測定部58からの電圧信号、電流測定部59からの電流信号に基づく交流電源装置11からの入力に基づいて、対象物1の到達温度を推定する。また、冷却対象面3の温度信号の値を反映しながら非加熱部の温度も推定するとともに、冷却機構30の冷却媒体の流量あるいは直接冷却の場合の吹き付け流量を算出する。
f = 1 / {2π√ (LC)} (1)
The
演算部41は、加熱前に、系全体の周波数特性を把握するための電圧印加開始の指令、その後、周波数目標値の範囲と周波数掃引の指令を、それぞれ加熱前励磁指令部43に出力する。また、演算部41は、電磁力測定部56からの電磁力信号に基づいて、電磁力信号が所定の値となるような周波数を算出し、周波数・電力指令部44に、加熱時の調整のための目標周波数信号を出力する。また、演算部41は、リアクタンス指令部45に、可変キャパシタ15のキャパシタンスと、可変インダクタ16のインダクタンスそれぞれの目標値を出力する。また、交流電源装置11からの電力の目標値を周波数・電力指令部44に出力する。さらに、演算部41は、冷却機構30の起動が必要な場合に、冷却機構30に起動指令を出力する。また、必要に応じて、冷却媒体の流量あるいは吹き付け風量を指示する。
The
加熱前励磁指令部43は、演算部41から電圧印加開始の指令を受けると、交流電源装置11に電力輸送部14への電圧印加を指示する。なお、交流電源装置11と電力輸送部14の間に、開閉器(図示せず)があれば、演算部41から電圧印加開始の指令は、開閉器に対して行われることでもよい。また、加熱前励磁指令部43は、演算部41から周波数掃引の指令を受けると、周波数・電力指令部44に対して周波数目標値を出力し、所定の周波数範囲で、周波数目標値の指令値出力を段階的に変化させる。
When receiving the voltage application start command from the
周波数・電力指令部44は、加熱前励磁指令部43からの指令、演算部41からの指令に基づいて、交流電源装置11に供給電力の周波数を新たな周波数目標値に変更するよう指令を出力する。交流電源装置11は、可変周波数電源であり、指令を受けて周波数の掃引を行う。また、周波数・電力指令部44は、演算部41からの指令に基づいて、交流電源装置11に供給電力を新たな目標値に変更するよう指令を出力する。
The frequency /
リアクタンス指令部45は、演算部41からのリアクタンス目標に基づいて、可変キャパシタ15に対して目標キャパシタンス値とするよう、可変インダクタ16に対して目標インダクタンス値とするように指令を発する。
The
図5は、実施形態に係る誘導加熱方法の手順を示すフロー図である。先ず、誘導加熱装置100を加熱時の位置に設定する(ステップS01)。すなわち、分割コイル10で対象物1を挟んで、対象物1を加熱できる状態に設定する。
FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of the induction heating method according to the embodiment. First, the
ステップS01の後に、交流電源装置11から低電力で分割コイル10への電圧印加を開始する(ステップS02)。すなわち、制御部40の演算部41から、加熱前励磁指令部43に、加熱前励磁を指示する。この際、交流電源装置11から供給を受ける電力は、対象物1の温度の上昇が無視できる程度の低電力とする。
After step S01, voltage application to the
次に、ステップS02により電圧が印加された状態のまま、所定レンジ内で、交流電源装置11から供給する電力の周波数の掃引を行う(ステップS03)。すなわち、すなわち、制御部40の演算部41から、加熱前励磁指令部43に、掃引する周波数の範囲を出力する。加熱前励磁指令部43は、周波数・電力指令部44に対して、掃引する周波数の範囲および掃引すべき指令を出力する。周波数・電力指令部44は、交流電源装置11に対して、交流電源装置11からの電力の周波数を指示し、かつ、指示する設定周波数を段階的に変化させていく。交流電源装置11は、供給する交流電力の周波数を加熱励磁前指令部43からの指令値に合わせる。
Next, the frequency of the power supplied from the AC
なお、交流電源装置11から供給される電力の電圧値については、一定であることが望ましいが変化させてもよい。この周波数の変化に対して、電圧測定部58からの電圧値出力および電流測定部59からの電流値出力、および周波数・電力指令部44からの周波数指令値が、それぞれ周波数特性算出部42に入力される。
Note that the voltage value of the power supplied from the AC
ステップS03によって入力された電圧値、電流値および周波数に基づいて、周波数特性算出部42は、誘導加熱装置100と加熱対象の対象部1の系全体の周波数特性を算出する(ステップS04)。周波数特性算出部42で算出された周波数特性は、周波数特性算出結果記憶部61に出力され、周波数特性算出結果記憶部61に格納される。
Based on the voltage value, current value, and frequency input in step S03, the frequency
ステップS04の後に、演算部41は、周波数特性算出結果記憶部61に格納された系全体の周波数特性に基づいて、必要リアクタンス値の算出を行う(ステップS05)。すなわち、指定した励磁周波数のもとで、前述の式(1)により系全体が共振条件となるような可変キャパシタ15のキャパシタンス値と可変インダクタ16のインダクタンス値を算出する。演算部41は、算出した可変キャパシタ15のキャパシタンス値および可変インダクタ16のインダクタンス値をリアクタンス指令部45に出力する。
After step S04, the
ステップS05の後に、演算部41からの出力に基づき、リアクタンスの調整を行う(ステップS06)。すなわち、演算部41からの出力を受けたリアクタンス指令部45は、インダクタンス調整部54に可変インダクタ16がとるべきインダクタンス値を、またキャパシタンス調整部55に可変キャパシタ15がとるべきキャパシタンス値を出力する。インダクタンス調整部54は受け取ったインダクタンス値となるように可変インダクタ16を調整する。また、キャパシタンス調整部55は受け取ったキャパシタンス値となるように可変キャパシタ15を調整する。
After step S05, the reactance is adjusted based on the output from the calculation unit 41 (step S06). That is, the
ステップS06での調整が終了した後に、電磁力測定部56からの電磁力信号に基づいて、周波数調整を行う(ステップS07)。分割コイル10を電流が流れたことにより生ずる電磁力信号が電磁力測定部56から出力される。この際に、演算部41は、周波数を増減させる所定の幅を決定し、周波数・電力指令部44に、この所定の幅内で周波数を変化させるように指令を出力する。周波数・電力指令部44は、指令を受けた幅内で、周波数指令を交流電源装置11に出力する。この結果、演算部41は、電磁力測定部56からの電磁力信号が最も大きくなった周波数を運転周波数と決定し、周波数・電力指令部44に決定された周波数とするよう、指令する。
After the adjustment in step S06 is completed, frequency adjustment is performed based on the electromagnetic force signal from the electromagnetic force measurement unit 56 (step S07). The electromagnetic force signal generated by the current flowing through the
この結果、図4に示すように、当該誘導加熱装置100と加熱の対象物1との全体の電気的特性により分割コイル10で磁場が生成される。この磁場の生成により対象物1が加熱され、その熱的特性により温度が上昇する。これらの状態は、電磁力測定部56、温度測定部57等から演算部41にフィードバックされる。
As a result, as shown in FIG. 4, a magnetic field is generated in the
ステップS07での周波数調整が終了した後に、所定の電力の供給を受けて誘導加熱装置100が分割コイル10から、対象物1の加熱を開始する(ステップS08)。加熱開始後は、温度測定部57によって測定され出力された加熱対象部の温度信号は上昇していく。演算部41は、温度上昇の傾向から到達温度を推定する。目的の温度を超える可能性がある場合は、演算部41は、交流電源装置11の電力を低くするように目標電力値を周波数・電力指令部44に出力する。この結果、交流電源装置11は電力を下げ、到達温度を目的の温度に近づけることができる。
After the frequency adjustment in step S07 is completed, the
また、非加熱部が存在する場合は、非加熱部の温度を監視し、規定値を超えた場合は、演算部41は、冷却機構30に起動指令を発する。冷却機構30は、起動指令を受けると、非加熱部を冷却対象として冷却する。
In addition, when there is a non-heating part, the temperature of the non-heating part is monitored, and when the specified value is exceeded, the
以上のように、本実施形態によって、加熱する対象物の温度を効率的に制御することができる。 As described above, according to this embodiment, the temperature of the object to be heated can be efficiently controlled.
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention.
たとえば、実施形態では、所定の加熱を行う前にのみ、リアクタンス調整および周波数調整を行う場合を示したが、所定の加熱を行っている段階においても、これらの調整を行ってもよい。 For example, in the embodiment, the case where the reactance adjustment and the frequency adjustment are performed only before performing the predetermined heating has been described, but these adjustments may be performed even during the stage where the predetermined heating is performed.
また、実施形態では、誘導加熱装置100は、交流電源装置11およびトランス12を含まない場合を示したが、たとえば、交流電源装置11のうち、周波数を可変とする部分とトランス12を誘導加熱装置100に含めることでもよい。また、これらを一体化して可搬式にするものであってもよい。
In the embodiment, the
さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 Furthermore, these embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…対象物、2…加熱対象面、3…冷却対象面、10…分割コイル(加熱コイル)、10a…矩形分割コイル(加熱コイル)、10b…円形分割コイル(加熱コイル)、11…交流電源装置、12…トランス、14…電力輸送部、14a…電力供給配線、14b…電線、15…可変キャパシタ、16…可変インダクタ、17…把持部、30…冷却機構、31…冷却ユニット、32…冷却部、40…制御部、41…演算部、42…周波数特性算出部、43…加熱前励磁指令部、44…周波数・電力指令部、45…リアクタンス指令部、51…温度設定部、54…インダクタンス調整部、55…キャパシタンス調整部、56…電磁力測定部、57…温度測定部、58…電圧測定部、59…電流測定部、61…周波数特性算出結果記憶部、100…誘導加熱装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
交流電源装置から前記加熱コイルへの電力供給配線上に設けられた可変インダクタと、
前記電力供給配線上に設けられた可変キャパシタと、
前記対象物および当該誘導加熱装置の全体系のインダクタンスおよびキャパシタンスを共振条件とするように、前記可変インダクタおよび前記可変キャパシタへの指令を出力する制御部と、
を有することを特徴とする誘導加熱装置。 A heating coil for heating a portion to be heated of the object;
A variable inductor provided on the power supply wiring from the AC power supply device to the heating coil;
A variable capacitor provided on the power supply wiring;
A control unit that outputs a command to the variable inductor and the variable capacitor so that the inductance and capacitance of the entire system of the object and the induction heating device are set as resonance conditions;
An induction heating apparatus comprising:
前記全体系のキャパシタンスおよびインダクタンスの周波数特性を算出する周波数特性算出部と、
前記周波数特性から、所定の励磁周波数に対する共振条件を満足するための前記可変キャパシタへのキャパシタンス値指令および前記可変インダクタへのインダクタンス値指令を演算する演算部と、
前記演算部での演算結果に基づいて前記キャパシタンス値指令を前記可変キャパシタに、前記インダクタンス値指令を前記可変インダクタへそれぞれ出力するリアクタンス指令部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱装置。 The controller is
A frequency characteristic calculator that calculates frequency characteristics of capacitance and inductance of the entire system;
From the frequency characteristics, a calculation unit that calculates a capacitance value command to the variable capacitor and an inductance value command to the variable inductor to satisfy a resonance condition for a predetermined excitation frequency;
A reactance command unit that outputs the capacitance value command to the variable capacitor and the inductance value command to the variable inductor based on a calculation result in the calculation unit;
The induction heating device according to claim 1, comprising:
前記演算部は、前記電磁力測定部からの電磁力信号が最大となるようなリアクタンスを算出し算出結果を前記リアクタンス指令部に出力することを特徴とする請求項2に記載の誘導加熱装置。 An electromagnetic force measuring unit for measuring an electromagnetic force generated by passing an electric current through the heating coil;
The induction heating apparatus according to claim 2, wherein the calculation unit calculates a reactance that maximizes an electromagnetic force signal from the electromagnetic force measurement unit, and outputs a calculation result to the reactance command unit.
前記演算部は、前記電磁力測定部からの電磁力信号が所定の値となるような周波数を算出し算出結果を前記周波数・電力指令部に出力することを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。 The control unit further includes a frequency / power command unit that outputs a frequency command so that the output frequency of the AC power supply device is a predetermined frequency,
The said calculating part calculates the frequency from which the electromagnetic force signal from the said electromagnetic force measurement part becomes a predetermined value, and outputs a calculation result to the said frequency and electric power instruction | command part. The induction heating device according to any one of 4.
前記非加熱部の表面近傍に冷却媒体を供給する冷却機構と、
前記演算部は、前記非加熱部温度測定部からの信号が所定の値を超えると前記冷却機構に起動指令を発することを特徴とする請求項2ないし請求項5のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。 A non-heating part temperature measuring unit for measuring the surface temperature of the non-heating part having a temperature upper limit in the object;
A cooling mechanism for supplying a cooling medium in the vicinity of the surface of the non-heating unit;
The said calculating part issues a starting command to the said cooling mechanism, if the signal from the said non-heating part temperature measurement part exceeds a predetermined value, The Claim 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. Induction heating device.
前記冷却媒体を前記非加熱部に直接接触させて冷却を行う直接冷却部と、
冷却対象面との熱伝達により冷却を行う間接冷却部と、
を有し、
前記直接冷却部と前記間接冷却部とが互に交換可能に形成されている、
ことを特徴とする請求項6に記載の誘導加熱装置。 The cooling mechanism is
A direct cooling unit that performs cooling by bringing the cooling medium into direct contact with the non-heating unit;
An indirect cooling section that performs cooling by heat transfer with the surface to be cooled;
Have
The direct cooling unit and the indirect cooling unit are formed to be interchangeable with each other,
The induction heating apparatus according to claim 6.
前記演算部は、前記温度測定部からの温度信号に基づいて加熱対象物内部の温度分布を推定し、冷却対象である前記非加熱部の冷却に必要な冷却媒体の流量を算出して前記冷却機構に指令信号を出力することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の誘導加熱装置。 A temperature measuring unit for measuring the surface temperature of the object;
The calculation unit estimates a temperature distribution inside the heating target based on a temperature signal from the temperature measurement unit, calculates a flow rate of a cooling medium necessary for cooling the non-heating unit that is a cooling target, and performs the cooling The induction heating apparatus according to claim 6 or 7, wherein a command signal is output to the mechanism.
低電力で加熱コイルに交流電圧を印加する低電力印加ステップと、
前記低電力印加ステップで電圧を印加した状態のまま所定レンジで周波数を掃引し、この間の電圧、電流および周波数の各値が周波数特性算出部に入力される周波数掃引ステップと、
前記周波数掃引ステップの結果に基づいて系の周波数特性を算出する周波数特性算出ステップと、
前記周波数特性算出ステップで得られた周波数特性に基づいて必要リアクタンスを算出する必要リアクタンス算出ステップと、
前記必要リアクタンス算出ステップの結果に基づいてキャパシタおよびインダクタの調整を行うリアクタンス調整ステップと、
前記リアクタンス調整ステップの後に、前記低電力より大きな所定電力での加熱を行う加熱ステップと、
前記加熱ステップにおいて前記加熱コイルに電流を流したことにより生ずる電磁力が最大となる方向に近づくように前記周波数を調整する周波数調整ステップと、
を有することを特徴とする誘導加熱方法。 An induction heating method for heating an object,
A low power application step of applying an alternating voltage to the heating coil with low power;
A frequency sweep step in which the voltage is swept in a predetermined range while a voltage is applied in the low power application step, and the voltage, current, and frequency values during this period are input to the frequency characteristic calculator,
A frequency characteristic calculating step for calculating a frequency characteristic of the system based on the result of the frequency sweep step;
A necessary reactance calculating step for calculating a required reactance based on the frequency characteristic obtained in the frequency characteristic calculating step;
A reactance adjustment step of adjusting a capacitor and an inductor based on the result of the required reactance calculation step;
After the reactance adjustment step, a heating step of performing heating at a predetermined power larger than the low power;
A frequency adjusting step of adjusting the frequency so as to approach a direction in which an electromagnetic force generated by flowing a current through the heating coil in the heating step is maximized;
An induction heating method characterized by comprising:
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