JP2015153753A - 部材の誘導加熱のための装置の監視のための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】閉ループ制御される硬化装置において、交流電流発生器の発振回路における特定のエラーを検出することができない欠点を有さない監視方法を提供する。
【解決手段】装置が、誘導コイルＩ及びワークピースＷから成る誘導式の負荷回路を備えており、加熱中に前記誘導コイルＩにおいて交流電圧Ｕ_Ｓが降下する前記方法において、前記交流電圧Ｕ_Ｓが検出され、電圧時間積が、加熱の継続時間にわたって求められ、あらかじめ設定された基準積と比較される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づく、誘導コイルによる部材の加熱のための装置の監視のための方法に関するものである。このような装置は、例えばワークピースの硬化のために使用される。

特許文献１には、誘導硬化装置の監視のための回路装置が開示されている。これにおいては、誘導電圧及び誘導電流に比例する電圧が乗算器に送られることで、硬化装置に供給された熱量が電気エネルギーとして算出される。供給された電力が加熱段階中に変化するため、この電力は、加熱時間にわたって積分される。この目的のために、乗算器の出力端が積分器の入力端に接続されている。回路装置の出力値により、とりわけ硬化温度、加熱深さ又はインダクタの効率が推定される。閉ループ制御される硬化装置における欠点は、例えば交流電流発生器の発振回路における特定のエラーを検出することができないという点にある。これは、このエラーが閉ループ制御によって相殺されてしまうためである。

独国特許出願公開第２３２２７２０号明細書

本発明の課題は、従来技術における欠点を有さない誘導加熱のための装置の監視のための方法を提供することにある。

上記課題は、請求項１に基づく方法によって解決される。好ましい発展形態は、従属請求項の対象である。

本発明の有利な形態は、誘導加熱のための装置において、誘導コイルにおいて低下する見せかけ上の電圧を計測し、これを加熱時間にわたって積分し、対応する電圧時間積を生成することにある。導体ループの磁束は、印加された電圧時間積にのみ依存し、この磁束によって加熱すべき部材への結合がなされる。部材の加熱状態に依存して、システム誘導コイルすなわち部材は、ある程度負荷された変圧器の役割を担う。あらかじめ算出された電圧時間積の基準値との比較によって、とりわけ誘導コイル幾何形状、誘導コイルと加熱されるべき部材の間の磁気結合又は誘導コイル電流の周波数及び振幅を推定することが可能である。そのほか、本方法により、発生器側におけるエラーも検出される。以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。

ワークピースの誘導加熱のための装置の負荷回路を示す図である。 サインカーブ状の電圧経過における電圧時間積を示す図である。 交流電圧の値の平均値に関する電圧時間積を示す図である。 対応する電圧時間積を有する高周波電圧で重ね合された中周波電圧を示す図である。 対応する電圧時間積を有する高周波電圧で重ね合された中周波電圧を示す図である。 対応する電圧時間積を有する高周波電圧で重ね合された中周波電圧を示す図である。

本発明を、誘導コイルによって加熱されるワークピースのための硬化装置（Ｈａｅｒｔｅｅｉｎｒｉｃｈｔｕｎｇ）の例において説明する。図１にはこの装置の負荷回路が示されている。ワークピースＷは、誘導コイルＩによって誘導式に加熱される。この誘導コイルＩは、不図示の発生器（Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に接続されている。誘導コイルＩは、ワークピースＷによって影響を受けるプロセス抵抗（Ｐｒｏｚｅｓｓｗｉｄｅｒｓｔａｎｄ）を備えている。誘導加熱中には、このプロセス抵抗において電圧Ｕ_Ｓが降下する。この電圧は、例えば材料又はワークピースの温度、誘導コイルＩの幾何形状、誘導コイルＩ及びワークピースＷの磁気結合（ｍａｇｎｅｔｉｓｃｈｅ Ｋｏｐｐｌｕｎｇ）又は電流の周波数若しくは振幅が変化する場合に変化する。同時に、ジェネレータの機能不全（Ｆｅｈｌｖｅｒｈａｌｔｅｎ）も、例えば発振回路又はインバータにおいて検出される。図２ａにはサインカーブ状に経過する交流電圧に対する電圧時間積（Ｓｐａｎｎｕｎｇｓｚｅｉｔｆｌａｅｃｈｅ）Ｆが示されている。この電圧時間積Ｆを事前に算出した基準値と比較することで、加熱過程が効果的に完了したかどうかが分かる。電圧経過の検出のために、交流電圧がサンプリング（ａｂｇｅｔａｓｔｅｔ）される。特に、例えば３００ｋＨｚの高い周波数においては、この工程は手間のかかるものである。なぜなら、サンプリングレートが交流電圧信号の最大の周波数部分の少なくとも二倍の大きさである必要があるためである。好ましい実施形態が図２ｂから明らかである。ここでは、整流された交流電圧に基づき平均値が形成され、電圧時間積Ｆの検出に用いられた。このとき、適宜の数学的な平均値、例えば幾何平均値、算術平均値、又は二乗平均値を用いることができる。図３ａには、高周波電圧を重ね合わせた中周波電圧が示されている。電圧時間積の形成のために、特に有利には、電圧が中周波部分と高周波部分に分割されている。図３ｂによれば、中周波部分について電圧時間積Ｆ_ＭＦが形成され、高周波部分について電圧時間積Ｆ_ＨＦ（図３ｃ）が形成されている。基準値からの偏差において、装置の中周波部分又は高周波部分の不規則性が引き起こされるかどうかが本発明による方法により分かる。硬化装置におけるほか、本方法は、誘導加熱を有する他のシステム、例えばはんだ付けのための装置においても使用可能である。

Claims (4)

1. 部材の誘導加熱のための装置の監視のための方法であって、前記装置が、誘導コイル（Ｉ）及びワークピース（Ｗ）から成る誘導式の負荷回路を備えており、加熱中に前記誘導コイル（Ｉ）において交流電圧（Ｕ_Ｓ）が降下する前記方法において、
   前記交流電圧（Ｕ_Ｓ）が検出され、電圧時間積（Ｆ）が、加熱の継続時間にわたって求められ、あらかじめ設定された基準積（Ｒｅｆｅｒｅｎｚｆｌａｅｃｈｅ）と比較されることを特徴とする方法。
2. 前記交流電圧がサンプリングされること、及びサンプリング周波数が交流電圧信号の最大の周波数部分の少なくとも２倍の大きさであることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記電圧時間積（Ｆ）が、前記交流電圧の値に基づいて継続的に算出された平均値を用いて形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、中周波電圧に高周波電圧が重ね合わされている前記方法において、
   電圧が中周波部分と高周波部分に分割されること、及び前記中周波部分について電圧時間積（Ｆ_ＭＦ）が算出され、前記高周波部分について電圧時間積（Ｆ_ＨＦ）が算出されることを特徴とする方法。

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