JP2017084565A - High frequency heating apparatus - Google Patents

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杉山 徹
Toru Sugiyama
徹 杉山
亮二 野畑
Ryoji Nobata
亮二 野畑
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that, in a conventional high frequency heating apparatus, a power factor cannot be prevented from being reduced by frequency switching.SOLUTION: A high frequency heating apparatus comprises: a power supply part 10 capable of changing a frequency of output power; a heating coil 31 for heating an object to be heated in accordance with the output power; temperature measuring means 32 for measuring a temperature of the object to be heated; a control part 14 which outputs a frequency switching signal instructing switching of the frequency of the output power to the power supply part 10 in response to a state where a surface temperature of the object to be heated measured by the temperature measuring means reaches a preset switching temperature; and a power factor enhancement part 11 for enhancing a power factor of the output power by matching a resonant frequency with the frequency of the output power. The power factor enhancement part 11 includes variable capacitors 21-23 which are inserted between the heating coil 31 and the power supply part 10, and changes the resonant frequency by varying capacitance values of the variable capacitors 21-23 in response to the frequency switching signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は高周波加熱装置に関し、例えば、加熱コイルに高周波電力を印加することでビレットを加熱する高周波加熱装置に関する。   The present invention relates to a high frequency heating device, for example, a high frequency heating device that heats a billet by applying high frequency power to a heating coil.

金属加工方法の1つである鍛造では、材料(以下、ビレットと称す)を加熱する工程を含む。このビレットの加熱では、加熱コイル内にビレットを投入し、加熱コイルに高周波の電力を印加することで加熱コイル内のビレットを加熱する。このビレットの加熱に用いられる装置が高周波加熱装置である。この高周波加熱装置の一例が特許文献1に開示されている。   Forging, which is one of the metal processing methods, includes a step of heating a material (hereinafter referred to as billet). In heating the billet, the billet is put into the heating coil, and the billet in the heating coil is heated by applying high-frequency power to the heating coil. An apparatus used for heating the billet is a high-frequency heating apparatus. An example of this high-frequency heating device is disclosed in Patent Document 1.

特許文献1に記載の高周波加熱装置は、交流電源からの電力を直流に変換する整流器と、整流器からの直流電力を高周波電力に変換するインバータと、インバータから高周波電力の供給を受け被加熱体を加熱する加熱コイルと、を含む高周波加熱装置が開示されている。そして、特許文献1の高周波加熱装置は、加熱コイルに印加される電圧値を検出する電圧検出器と、電圧検出器から得られる電圧検出信号に基づき周期的に前記電圧値の変化率を検出し、検出結果に応じて前記インバータ出力の周波数の増減を行うインバータコントローラと、を設け、被加熱体の温度変化による加熱コイルの共振周波数の変化に対してインバータの出力周波数を常に変化率が所定値以下となる電圧ピーク領域の周波数とする。   The high-frequency heating device described in Patent Document 1 includes a rectifier that converts electric power from an AC power source into direct current, an inverter that converts direct-current power from the rectifier into high-frequency power, and an object to be heated that is supplied with high-frequency power from the inverter. A high-frequency heating device including a heating coil for heating is disclosed. And the high frequency heating apparatus of patent document 1 detects the rate of change of the said voltage value periodically based on the voltage detector which detects the voltage value applied to a heating coil, and the voltage detection signal obtained from a voltage detector. An inverter controller that increases or decreases the frequency of the inverter output according to the detection result, and the rate of change of the output frequency of the inverter is always a predetermined value with respect to the change of the resonance frequency of the heating coil due to the temperature change of the heated object The frequency in the voltage peak region is as follows.

特開昭62−190684号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-190684

しかしながら、特許文献1の高周波加熱装置では、インバータの出力端子と加熱コイルとの間に設けられ、力率改善を改善するコンデンサの容量値が固定値となっている。そのため、特許文献1の高周波加熱装置では、力率を改善できる周波数が1つであり、インバータが出力する出力電力の周波数が変化したときに力率が低下してしまう問題が生じる。   However, in the high-frequency heating device of Patent Document 1, the capacitance value of the capacitor provided between the output terminal of the inverter and the heating coil and improving the power factor improvement is a fixed value. Therefore, in the high frequency heating device of Patent Document 1, there is one frequency that can improve the power factor, and there is a problem that the power factor decreases when the frequency of the output power output from the inverter changes.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、異なる周波数の出力電力を加熱コイルに印加する場合においても高い力率を実現することを目的とするものである。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at implement | achieving a high power factor also when applying the output power of a different frequency to a heating coil.

本発明にかかる高周波加熱装置の一態様は、出力電力の周波数を変更可能な電源部と、前記出力電力に応じて、被加熱体を加熱する加熱コイルと、前記被加熱体の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段によって測定された前記被加熱体の表面温度が予め設定した切り替え温度に達したことに応じて、前記電源部に対して前記出力電力の周波数の切り替えを指示する周波数切り替え信号を出力する制御部と、前記出力電力の周波数に共振周波数を整合させることで前記出力電力の力率を改善する力率改善部と、を有し、前記力率改善部は、前記加熱コイルと前記電源部との間に挿入された可変容量を有し、前記周波数の切り替え信号に応じて、前記可変容量の容量値を変更することにより前記共振周波数を変更する。   One aspect of the high-frequency heating device according to the present invention is a power supply unit that can change the frequency of output power, a heating coil that heats the object to be heated according to the output power, and the temperature of the object to be heated. In response to the temperature measuring means and the surface temperature of the heated object measured by the temperature measuring means reaching a preset switching temperature, the power supply unit is instructed to switch the frequency of the output power. A control unit that outputs a frequency switching signal; and a power factor improvement unit that improves a power factor of the output power by matching a resonance frequency to a frequency of the output power, and the power factor improvement unit includes the power factor improvement unit, The resonance frequency is changed by changing a capacitance value of the variable capacitor in accordance with the frequency switching signal, having a variable capacitor inserted between the heating coil and the power supply unit.

上記本発明の一態様によれば、電源部が出力する出力電力の周波数の切り替わりに合わせて、力率改善部が、力率が最も高くなるように、可変容量の容量値を変更するため、出力電力の周波数の切り替わり前後のいずれの周波数に対しても力率を高めることができる。   According to one aspect of the present invention, the power factor improving unit changes the capacitance value of the variable capacitor so that the power factor becomes the highest in accordance with the switching of the frequency of the output power output from the power supply unit. The power factor can be increased for any frequency before and after switching of the frequency of the output power.

また、本発明にかかる高周波加熱装置の別の態様では、前記可変容量は、互いに並列に接続される複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサの少なくとも1つと直列に接続されるスイッチ素子と、を有し、前記スイッチ素子は前記周波数切り替え信号に応じて開閉状態が制御される。   In another aspect of the high-frequency heating device according to the present invention, the variable capacitor includes a plurality of capacitors connected in parallel to each other and a switch element connected in series with at least one of the plurality of capacitors. The open / close state of the switch element is controlled according to the frequency switching signal.

上記本発明の別の態様によれば、スイッチ素子の開閉により可変容量の容量値を切り替えるため、簡単な構成により可変容量の容量値を切り替えることができる。   According to another aspect of the present invention, since the capacitance value of the variable capacitor is switched by opening and closing the switch element, the capacitance value of the variable capacitor can be switched with a simple configuration.

また、本発明にかかる高周波加熱装置の別の態様では、前記制御部は、前記被加熱体の表面温度が予め設定した切り替え温度に達したことに応じて、前記電源部に対して前記出力電力の周波数が高くなるように周波数を切り替えることを指示する前記周波数切り替え信号を出力し、前記力率改善部は、前記周波数切り替え信号に応じて前記可変容量の容量値が小さくするように容量値を切り替える。   Moreover, in another aspect of the high-frequency heating device according to the present invention, the control unit outputs the output power to the power supply unit in response to the surface temperature of the heated body reaching a preset switching temperature. The frequency switching signal instructing to switch the frequency so that the frequency of the frequency is increased, and the power factor improving unit sets the capacitance value so that the capacitance value of the variable capacitor is decreased according to the frequency switching signal. Switch.

上記本発明の別の態様によれば、被加熱体の外周部と周辺部との温度差を小さくすることで、被加熱体の温度ムラを解消すると共に、加熱時間を短縮することができる。   According to another aspect of the present invention, by reducing the temperature difference between the outer peripheral portion and the peripheral portion of the heated body, temperature unevenness of the heated body can be eliminated and the heating time can be shortened.

本発明にかかるモータ温度推定装置の別の態様では、前記温度測定手段は、放射温度計と、前記放射温度計を覆い、前記放射温度計の温度測定部から前記加熱コイル内に向かって設けられる筒を備えるケースと、を有し、前記ケース内から前記加熱コイル内に向かって不活性ガスを流出させる。   In another aspect of the motor temperature estimating apparatus according to the present invention, the temperature measuring means covers the radiation thermometer and the radiation thermometer, and is provided from the temperature measuring portion of the radiation thermometer toward the heating coil. A case having a cylinder, and an inert gas is allowed to flow out from the case into the heating coil.

上記本発明の別の態様によれば、放射温度計によってより高い温度まで検出しながら、不活性ガスのパージによって、被加熱体の周囲で発生する酸化スケール等の汚れが放射温度計に付着することに起因する検出温度の精度の低下を防止することができる。   According to another aspect of the present invention, dirt such as oxide scale generated around the heated object adheres to the radiation thermometer by purging with an inert gas while detecting to a higher temperature with the radiation thermometer. This can prevent a decrease in accuracy of the detected temperature.

上記本発明の別の態様によれば、前記力率改善部と前記加熱コイルとの間に設けられるトランスを更に有し、前記可変容量は、前記トランスの一次側コイルと前記電源部との間に設けられる。   According to another aspect of the present invention, a transformer provided between the power factor improving unit and the heating coil is further provided, and the variable capacitor is provided between the primary coil of the transformer and the power supply unit. Provided.

上記本発明の別の態様によれば、電源部が出力する出力電力の電圧によらず加熱コイルに最適な電圧を加熱コイルに印加することができる。   According to another aspect of the present invention, a voltage optimum for the heating coil can be applied to the heating coil regardless of the voltage of the output power output from the power supply unit.

本発明にかかる高周波加熱装置によれば、出力電力の周波数切り替えによる力率の低下を防止することができる。   According to the high-frequency heating device of the present invention, it is possible to prevent a reduction in power factor due to frequency switching of output power.

実施の形態1にかかる高周波加熱装置のブロック図である。1 is a block diagram of a high-frequency heating device according to a first embodiment. 実施の形態1にかかる材料加熱部の構造を説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the structure of a material heating unit according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる高周波加熱装置における周波数切り替えと材料温度との関係を説明する加熱グラフである。3 is a heating graph for explaining a relationship between frequency switching and material temperature in the high-frequency heating device according to the first exemplary embodiment; 比較例にかかる高周波加熱装置における周波数切り替えと材料温度との関係を説明する加熱グラフである。It is a heating graph explaining the relationship between the frequency switching in the high frequency heating apparatus concerning a comparative example, and material temperature. 部材温度の変化を比較例にかかる高周波加熱装置と実施の形態1にかかる高周波加熱装置とで比較する加熱グラフである。It is a heating graph which compares the change of member temperature with the high frequency heating apparatus concerning a comparative example, and the high frequency heating apparatus concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる高周波加熱装置における加熱コイルの長さを説明する図である。It is a figure explaining the length of the heating coil in the high frequency heating apparatus concerning Embodiment 1. FIG. 比較例にかかる高周波加熱装置を用いた場合の加熱工程を説明する図である。It is a figure explaining the heating process at the time of using the high frequency heating apparatus concerning a comparative example. 実施の形態1にかかる高周波加熱装置を用いた場合の加熱工程を説明する図である。It is a figure explaining the heating process at the time of using the high frequency heating apparatus concerning Embodiment 1. FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For clarity of explanation, the following description and drawings are omitted and simplified as appropriate. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as necessary.

まず、図1に実施の形態1にかかる高周波加熱装置1のブロック図を示す。図1に示すように、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1は、電源部10、力率改善部11、トランス12、材料加熱部13、制御部(例えば、加熱制御部14)を有する。   First, the block diagram of the high frequency heating apparatus 1 concerning Embodiment 1 is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment includes a power supply unit 10, a power factor improvement unit 11, a transformer 12, a material heating unit 13, and a control unit (for example, a heating control unit 14).

電源部10は、材料加熱部13内の加熱コイル31に印加する出力電力を出力する。また、電源部10は、出力電力の周波数を加熱制御部14からの指示に基づき変更する。力率改善部11は、電源部10と加熱コイル31との間に設けられ、出力電力の周波数が特定の周波数となったときに力率を最も高くする。この力率改善部11は、出力電力の周波数に共振周波数を整合させることで出力電力の力率を改善する。図1に示す例では、力率改善部11と加熱コイル31との間にトランス12が設けられている。そして、図1に示す例では、力率改善部11は、トランス12の一次側コイルと電源部10との間に設けられる。このように、力率改善部11と加熱コイル31との間にトランス12を設けることで、電源部10の出力電力の電圧によらず加熱コイルに最適な電圧を加熱コイルに印加することができる。   The power supply unit 10 outputs output power applied to the heating coil 31 in the material heating unit 13. Moreover, the power supply unit 10 changes the frequency of the output power based on an instruction from the heating control unit 14. The power factor improvement part 11 is provided between the power supply part 10 and the heating coil 31, and makes a power factor the highest when the frequency of output electric power becomes a specific frequency. The power factor improving unit 11 improves the power factor of the output power by matching the resonance frequency with the frequency of the output power. In the example shown in FIG. 1, a transformer 12 is provided between the power factor improving unit 11 and the heating coil 31. In the example illustrated in FIG. 1, the power factor improvement unit 11 is provided between the primary coil of the transformer 12 and the power supply unit 10. Thus, by providing the transformer 12 between the power factor improvement unit 11 and the heating coil 31, an optimum voltage can be applied to the heating coil regardless of the voltage of the output power of the power supply unit 10. .

材料加熱部13は、加熱コイル31、温度測定手段(例えば、温度センサ32)を有する。加熱コイル31は、トランス12を介して伝達される電源部10の出力電力に応じて、被加熱体を加熱する。詳しくは後述するが、加熱コイル31の内部に被加熱体が挿入される。温度センサ32は、加熱コイル31内に挿入された被加熱体の温度を測定する。加熱制御部14は、温度センサ32によって測定された被加熱体の温度が予め設定した切り替え温度に達したことに応じて、電源部10に対して出力電力の周波数の切り替えを指示する周波数切り替え信号を出力する。   The material heating unit 13 includes a heating coil 31 and temperature measuring means (for example, a temperature sensor 32). The heating coil 31 heats the object to be heated according to the output power of the power supply unit 10 transmitted via the transformer 12. As will be described in detail later, an object to be heated is inserted into the heating coil 31. The temperature sensor 32 measures the temperature of the heated object inserted into the heating coil 31. The heating control unit 14 instructs the power supply unit 10 to switch the frequency of the output power in response to the temperature of the heated object measured by the temperature sensor 32 reaching a preset switching temperature. Is output.

ここで、力率改善部11の詳細な構成について説明する。力率改善部11は、加熱コイル31と電源部10との間に挿入された可変容量を有し、周波数の切り替え信号に応じて、可変容量の容量値を変更することにより共振周波数を変更する。具体的には、力率改善部11は、加熱コイル31と電源部10との間に挿入され、加熱制御部14が出力する周波数の切り替え信号に応じて容量値が小さくなるように容量値を可変する可変容量を有する。図1に示す例では、力率改善部11は、単位容量21〜23、スイッチ素子SW1〜SW3を有する。単位容量21〜23は、互いに並列接続されたコンデンサである。また、単位容量21〜23は、それぞれ、複数の並列接続されたコンデンサを有するが、1つの単位容量内で並列接続されたコンデンサは、並列接続されたコンデンサの容量値を合成した合成容量を有する1つのコンデンサと捉えることができる。例えば、単位容量21は、互いに並列接続されたコンデンサC11〜C14を有するが、コンデンサC11〜C14の容量値を合計した容量を有する1つのコンデンサとして捉えることができる。   Here, the detailed structure of the power factor improvement part 11 is demonstrated. The power factor improving unit 11 has a variable capacitor inserted between the heating coil 31 and the power supply unit 10, and changes the resonance frequency by changing the capacitance value of the variable capacitor according to the frequency switching signal. . Specifically, the power factor improvement unit 11 is inserted between the heating coil 31 and the power supply unit 10 and sets the capacitance value so that the capacitance value decreases according to the frequency switching signal output from the heating control unit 14. It has a variable capacity that can be varied. In the example illustrated in FIG. 1, the power factor improvement unit 11 includes unit capacitors 21 to 23 and switch elements SW1 to SW3. The unit capacities 21 to 23 are capacitors connected in parallel to each other. The unit capacitors 21 to 23 each have a plurality of capacitors connected in parallel, but the capacitors connected in parallel within one unit capacitor have a combined capacity obtained by synthesizing the capacitance values of the capacitors connected in parallel. It can be regarded as one capacitor. For example, the unit capacitor 21 includes capacitors C11 to C14 connected in parallel to each other, but can be regarded as one capacitor having a total capacity of the capacitance values of the capacitors C11 to C14.

スイッチ素子SW1は、単位容量21と直列に接続されるように設けられる。スイッチ素子SW2は、単位容量22と直列に接続されるように設けられる。スイッチ素子SW3は、単位容量23のコンデンサC31〜C34のうちコンデンサC33、C34と直列に接続されるように設けられる。コンデンサC31、C32は、電源部10とトランス12の一次側コイルとの間にスイッチ素子を介すことなく挿入される。スイッチ素子SW1〜SW3は、加熱制御部14が電源部10に周波数を高くすることを指示している状態のときに開状態(例えば、オン状態)となり、加熱制御部14が電源部10に周波数を低くすることを指示している状態のときに閉状態(例えば、オフ状態)となる。   The switch element SW1 is provided so as to be connected in series with the unit capacitor 21. The switch element SW2 is provided so as to be connected in series with the unit capacitor 22. The switch element SW3 is provided so as to be connected in series with the capacitors C33 and C34 among the capacitors C31 to C34 of the unit capacitance 23. Capacitors C31 and C32 are inserted between the power supply unit 10 and the primary coil of the transformer 12 without a switch element. The switch elements SW1 to SW3 are in an open state (for example, an ON state) when the heating control unit 14 instructs the power supply unit 10 to increase the frequency, and the heating control unit 14 supplies the frequency to the power supply unit 10. Is in a closed state (e.g., an off state) in a state instructing to lower.

力率改善部11は、スイッチ素子SW1〜SW3がオフ状態の時には容量値がコンデンサC31、C32の容量値を合計した容量値を有する1つのコンデンサとして機能する。一方、力率改善部11は、スイッチ素子SW1〜SW3がオン状態の時には容量値がコンデンサC11〜C14、C21〜C24、C31〜C34の容量値を合計した容量値を有する1つのコンデンサとして機能する。つまり、力率改善部11は、被加熱体の表面温度が予め設定した切り替え温度よりも低く、かつ、電源部10の出力電力の周波数が高いときには小さな容量値のコンデンサとして機能する。一方、力率改善部11は、被加熱体の表面温度が予め設定した切り替え温度よりも高く、かつ電源部10の出力電力の周波数が低いときには大きな容量値のコンデンサとして機能する。   The power factor improving unit 11 functions as a single capacitor having a capacitance value that is a sum of capacitance values of the capacitors C31 and C32 when the switch elements SW1 to SW3 are in the off state. On the other hand, when the switch elements SW1 to SW3 are in the ON state, the power factor improvement unit 11 functions as a single capacitor having a capacitance value that is a sum of capacitance values of the capacitors C11 to C14, C21 to C24, and C31 to C34. . That is, the power factor improvement unit 11 functions as a capacitor having a small capacitance value when the surface temperature of the heated object is lower than the preset switching temperature and the frequency of the output power of the power supply unit 10 is high. On the other hand, the power factor improvement unit 11 functions as a capacitor having a large capacitance value when the surface temperature of the object to be heated is higher than a preset switching temperature and the frequency of the output power of the power supply unit 10 is low.

また、力率改善部11の単位容量21〜23とトランス12の一次側コイルとは、共振回路を構成する。このことから、高周波加熱装置1では、力率改善部11で実現される容量値を切り替えることで共振回路の共振周波数を、電源部10の出力電力の周波数が低いときに低くし、電源部10の出力電力の周波数が高いときに高くする機能を有すると考えることもできる。なお、共振周波数fは、トランス12の一次側コイルのインダクタンスをL、力率改善部11で実現される容量値をCとした場合、(1)式で表すことができる。

Figure 2017084565
The unit capacitors 21 to 23 of the power factor improving unit 11 and the primary coil of the transformer 12 constitute a resonance circuit. For this reason, in the high-frequency heating device 1, the resonance frequency of the resonance circuit is lowered when the frequency of the output power of the power supply unit 10 is low by switching the capacitance value realized by the power factor improvement unit 11. It can also be considered to have a function of increasing when the frequency of the output power is high. The resonance frequency f can be expressed by equation (1), where L is the inductance of the primary coil of the transformer 12 and C is the capacitance value realized by the power factor improvement unit 11.
Figure 2017084565

なお、図1に示す例では、コンデンサの並列数を増減することで容量値を可変する例について説明したが、複数のコンデンサを直列に接続し、コンデンサの直列数をスイッチ素子により増減させることでも容量値を可変することができる。複数のコンデンサを直列に接続する場合、増減対象のコンデンサに対してスイッチ素子を並列に接続する。そして、力率改善部11の容量値を増加させたい場合にはスイッチ素子をオフ状態とし、力率改善部11の容量値を減少させたい場合にはスイッチ素子をオン状態とする。   In the example shown in FIG. 1, the example in which the capacitance value is varied by increasing or decreasing the number of capacitors in parallel has been described. However, it is also possible to connect a plurality of capacitors in series and increase or decrease the number of capacitors in series by a switch element. The capacitance value can be varied. When connecting a plurality of capacitors in series, a switch element is connected in parallel to the capacitor to be increased or decreased. Then, when it is desired to increase the capacitance value of the power factor improvement unit 11, the switch element is turned off, and when it is desired to decrease the capacitance value of the power factor improvement unit 11, the switch element is turned on.

続いて、材料加熱部13の構成について詳細に説明する。図2に実施の形態1にかかる材料加熱部13の構造を説明する断面図を示す。図2に示した断面図は、材料加熱部13の構成を模式的に表したものである。   Then, the structure of the material heating part 13 is demonstrated in detail. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the structure of the material heating unit 13 according to the first embodiment. The cross-sectional view shown in FIG. 2 schematically shows the configuration of the material heating unit 13.

図2に示すように、力率改善部11では、加熱コイル31の内部に被加熱体である材料(以下ではビレットと称す)が投入される。この材料の投入と抜き出しは、プランジャーにより行われる。また、加熱コイル31の上部は上蓋33が設けられ、下部はプランジャーにより塞がれる。   As shown in FIG. 2, in the power factor improving unit 11, a material to be heated (hereinafter referred to as a billet) is introduced into the heating coil 31. The loading and unloading of this material is performed by a plunger. An upper lid 33 is provided on the upper part of the heating coil 31, and the lower part is closed with a plunger.

また、図2に示す例では、温度センサ32として温度センサ32a〜32dの4つの温度センサが設けられる。各温度センサは、放射温度計(図2の41a〜41d)と、ケースと、を有する。ケースは、放射温度計を覆い、放射温度計の温度測定部から加熱コイル内に向かって設けられる筒を備える。そして、高周波加熱装置1では、ケース内から加熱コイル31内に向かって不活性ガス(例えば、窒素、アルゴンなど)を流出させる不活性ガスパージを行う。また、図2では、温度センサ32aがビレットの上側端面の中心付近の温度を測定し、温度センサ32bが図2においてビレットの中央部の表面の温度を測定し、温度センサ32c、32dが図2においてビレットの端部の表面の温度を測定する。   In the example shown in FIG. 2, four temperature sensors 32 a to 32 d are provided as the temperature sensor 32. Each temperature sensor has a radiation thermometer (41a-41d of FIG. 2) and a case. The case includes a cylinder that covers the radiation thermometer and is provided from the temperature measurement unit of the radiation thermometer toward the inside of the heating coil. And in the high frequency heating apparatus 1, the inert gas purge which flows out inert gas (for example, nitrogen, argon, etc.) toward the inside of the heating coil 31 from the inside of a case is performed. 2, the temperature sensor 32a measures the temperature near the center of the upper end face of the billet, the temperature sensor 32b measures the temperature of the surface of the center of the billet in FIG. 2, and the temperature sensors 32c and 32d Measure the temperature at the surface of the billet end.

ここで、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、ビレットの表面温度の測定を放射温度計により実施する。鍛造における加熱工程では、ビレットを1200℃程度まで加熱する。そのため、温度測定において熱電対を利用した場合、熱電対の劣化が激しく、頻繁な熱電対の交換が必要になるデメリットがある。一方、温度測定に放射温度計を利用した場合、放射温度計にビレットの熱が直接加わらないため放射温度計に劣化は生じない。また、加熱工程では、ビレット周辺に酸化スケール等の汚れが発生し、この汚れが放射温度計に付着すると放射温度計の温度測定精度が劣化するおそれがある。しかし、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、放射温度計の温度測定部からビレットに向かう経路に不活性ガスパージを行う。これにより、酸化スケール等の汚れの発生を低減すると共に、発生した酸化スケール等の汚れの放射温度計への付着を防ぐ。   Here, in the high frequency heating apparatus 1 according to the first embodiment, the surface temperature of the billet is measured by a radiation thermometer. In the heating process in forging, the billet is heated to about 1200 ° C. Therefore, when a thermocouple is used for temperature measurement, there is a demerit that the thermocouple is severely deteriorated and the thermocouple needs to be replaced frequently. On the other hand, when a radiation thermometer is used for temperature measurement, the radiation thermometer does not deteriorate because the heat of the billet is not directly applied to the radiation thermometer. Further, in the heating process, dirt such as oxide scale is generated around the billet, and if this dirt adheres to the radiation thermometer, the temperature measurement accuracy of the radiation thermometer may be deteriorated. However, in the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, an inert gas purge is performed on the path from the temperature measurement unit of the radiation thermometer toward the billet. As a result, the generation of dirt such as oxide scale is reduced, and the generated dirt such as oxide scale is prevented from adhering to the radiation thermometer.

また、図2に示す例では、複数の温度センサを用いてビレットの表面温度を測定する。このように、ビレットの温度測定に複数の温度センサを用いる場合、加熱制御部14は、温度センサにより測定された温度のうち最も低い温度を用いて出力電力の周波数の切替を行うか否かを判断することが好ましい。   In the example shown in FIG. 2, the surface temperature of the billet is measured using a plurality of temperature sensors. Thus, when using a plurality of temperature sensors for billet temperature measurement, the heating control unit 14 determines whether or not to switch the frequency of the output power using the lowest temperature among the temperatures measured by the temperature sensor. It is preferable to judge.

続いて、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1の周波数制御について説明する。そこで、まずビレットの電流浸透深さδについて説明する。電流浸透深さδは、ビレットの表面からどの程度の深さまで電流が浸透するか示すものである。電流浸透深さδ[mm]は、加熱コイルに印加する出力電力の周波数[Hz]をf、ビレットの固有抵抗[μΩ・cm]をρ、ビレットの透磁率をμsとした場合、(2)式で表すことができる。

Figure 2017084565
この(2)式より、電流浸透深さδは、出力電力の周波数が低いほど深くなることがわかる。実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、ビレットの表面温度が予め設定した切り替え温度に達するまでは出力電力の周波数を低くしてビレットの中心部の加熱を促進し、ビレットの表面温度が切り替え温度に達した後は出力電力の周波数を高くすることでビレットの中心部よりも端部の加熱を促進する。 Then, frequency control of the high frequency heating apparatus 1 concerning Embodiment 1 is demonstrated. First, the billet current penetration depth δ will be described. The current penetration depth δ indicates how deep the current penetrates from the surface of the billet. The current penetration depth δ [mm] is (2) when the frequency [Hz] of the output power applied to the heating coil is f, the specific resistance [μΩ · cm] of the billet is ρ, and the permeability of the billet is μs. It can be expressed by a formula.
Figure 2017084565
From this equation (2), it can be seen that the current penetration depth δ increases as the frequency of the output power decreases. In the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, until the billet surface temperature reaches a preset switching temperature, the frequency of the output power is lowered to promote heating of the center of the billet, and the billet surface temperature is switched. After reaching the temperature, the frequency of the output power is increased to promote the heating of the end portion rather than the center portion of the billet.

そこで、図3に実施の形態1にかかる高周波加熱装置における周波数切り替えと材料温度との関係を説明する加熱グラフを示す。図3に示す加熱グラフは、ビレットの表面の上部、中央部、下部と中心部の上部、中央部、下部とに熱電対を設置してビレットの各部位の温度変化を測定したものである。また、図3に示す加熱グラフでは、横軸を加熱時間、縦軸をビレットの温度としたものである。   FIG. 3 shows a heating graph for explaining the relationship between frequency switching and material temperature in the high-frequency heating device according to the first embodiment. The heating graph shown in FIG. 3 is obtained by measuring the temperature change of each part of the billet by installing thermocouples at the upper part, the central part, the lower part and the upper part of the central part, the central part, and the lower part of the surface of the billet. In the heating graph shown in FIG. 3, the horizontal axis represents the heating time, and the vertical axis represents the billet temperature.

図3に示すように、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、ビレットの表面温度が切り替え温度(例えば、750℃)に達したことに応じて電源部10の出力電力の周波数を800Hzから1200Hzに切り替える。そして、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、ビレットの外周部の温度(表面温度)が目標とする1200℃から大きくずれず、かつ、各部位の間の温度差が小さい状態で、加熱される。また、ビレットの中心部でも部位の間の温度差が小さい状態で加熱が進む。   As shown in FIG. 3, in the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the frequency of the output power of the power supply unit 10 is increased from 800 Hz in response to the surface temperature of the billet reaching the switching temperature (for example, 750 ° C.). Switch to 1200 Hz. In the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the temperature (surface temperature) of the outer peripheral portion of the billet is not greatly deviated from the target 1200 ° C., and the temperature difference between each part is small. Is done. Also, heating proceeds in a state where the temperature difference between the parts is small even at the center of the billet.

ここで、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1によるビレットの温度変化をより説明するために、電源部10の出力電力の周波数を1200Hzで固定して加熱を行う比較例について説明する。図4に比較例にかかる高周波加熱装置における周波数切り替えと材料温度との関係を説明する加熱グラフを示す。   Here, in order to explain the temperature change of the billet by the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, a comparative example in which heating is performed with the frequency of the output power of the power supply unit 10 fixed at 1200 Hz will be described. FIG. 4 shows a heating graph for explaining the relationship between frequency switching and material temperature in the high-frequency heating apparatus according to the comparative example.

図4に示すように比較例にかかる高周波加熱装置では、ビレットの外周部の温度差が実施の形態1にかかる高周波加熱装置1による加熱を行った場合に比べて大きくなる。特に、ビレットの外周部の上部では、他の部位に比べて100℃程度温度が高くなる。1300℃を超える温度は、鍛造を行う上でオーバーヒート状態であり、不良と判断される。   As shown in FIG. 4, in the high-frequency heating device according to the comparative example, the temperature difference at the outer peripheral portion of the billet is larger than when heating is performed by the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment. In particular, in the upper part of the outer periphery of the billet, the temperature is higher by about 100 ° C. than other parts. A temperature exceeding 1300 ° C. is an overheated state for forging and is judged to be defective.

このような温度ムラは、ビレット内の入熱と輻射熱による放熱とのバランスが部位によって異なるために発生する。具体的には、出力電力の周波数が高いため、外周部の入熱が中心部の入熱よりも促進されやすい。一方、放熱に関しては、ビレットの下部では、加熱コイルによる誘導加熱の影響を受けないプランジャーからの抜熱を受けやすいのに対して、ビレットの上部ではプランジャーからの抜熱の影響が少なく加熱が促進されやすい。   Such temperature unevenness occurs because the balance between heat input in the billet and heat radiation by radiant heat differs depending on the part. Specifically, since the frequency of the output power is high, the heat input at the outer peripheral portion is more easily promoted than the heat input at the central portion. On the other hand, in terms of heat dissipation, the lower part of the billet is susceptible to heat removal from the plunger that is not affected by induction heating by the heating coil, while the upper part of the billet is less affected by heat removal from the plunger. Is easy to promote.

一方、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、低い周波数の出力電力の周波数でビレットの内部の加熱を最初に促進し、ビレットの表面温度が切り替え温度に達したことに応じてビレットの外周部の加熱が促進されやすい出力電力の周波数に切り替える。これにより、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、入熱と放熱のバランスを比較例に比べて改善することができる。   On the other hand, in the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the inside of the billet is first promoted at the frequency of the low-frequency output power, and the billet outer periphery is changed in response to the billet surface temperature reaching the switching temperature. The frequency is switched to the frequency of the output power that facilitates heating of the part. Thereby, in the high frequency heating apparatus 1 concerning Embodiment 1, the balance of a heat input and heat radiation can be improved compared with a comparative example.

ここで、比較例にかかる高周波加熱装置と実施の形態1にかかる高周波加熱装置1とで加熱時間を比較する。そこで、図5に部材温度の変化を比較例にかかる高周波加熱装置と実施の形態1にかかる高周波加熱装置とで比較する加熱グラフを示す。図5は、図3の外周部と中心部の中央部の加熱グラフと、図4の外周部と中心部の中央部の加熱グラフを1つのグラフにしたものである。   Here, the heating time is compared between the high-frequency heating device according to the comparative example and the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment. FIG. 5 shows a heating graph for comparing changes in member temperature between the high-frequency heating device according to the comparative example and the high-frequency heating device according to the first embodiment. FIG. 5 is a graph in which the heating graph of the central portion of the outer peripheral portion and the central portion of FIG. 3 and the heating graph of the central portion of the outer peripheral portion and the central portion of FIG.

図5に示すように、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた加熱工程では、比較例に比べて中心部の加熱速度が速く、外周部の加熱速度が遅くなる。しかし、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた加熱工程では、中心部と外周部の加熱速度の差が比較例に比べて小さくなる。そのため、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた加熱工程では、ビレットの加熱完了までの時間が比較例に比べて短くなる。   As shown in FIG. 5, in the heating process using the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the heating rate at the center is faster and the heating rate at the outer periphery is slower than in the comparative example. However, in the heating process using the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the difference in heating rate between the central portion and the outer peripheral portion is smaller than that in the comparative example. Therefore, in the heating process using the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the time until the billet heating is completed is shorter than that in the comparative example.

より具体的には、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、ビレットの温度が低い期間は加熱コイル31を駆動する出力電力の周波数を低く設定することで、ビレット内部の昇温勾配を上げる。一方、比較例にかかる高周波加熱装置1では、ビレット表面からの熱移動に基づきビレット内部の温度を上昇させる。また、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、加熱当初は低い周波数の出力電力によりビレットを加熱するが、出力電力の周波数が低いとビレットの端部が加熱されにくくなる。そこで、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、鉄が磁性を持つキュリー温度(例えば、750℃)程度の温度を切り替え温度に設定し、ビレット表面の温度がこの切り替え温度に達した以降は、ビレット表面がオーバーヒート状態ならない程度の周波数(例えば、1200Hz程度)を有する出力電力を加熱コイル31に与える。そして、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、高い周波数の出力電力により加熱を進めることで、表面温度を均一化させつつ、ビレット内部を規定温度まで加熱する。このようなことから、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた加熱工程では、ビレットの加熱完了までの時間が比較例に比べて短くなる。   More specifically, in the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the temperature gradient inside the billet is increased by setting the frequency of the output power that drives the heating coil 31 low during the period when the billet temperature is low. . On the other hand, in the high-frequency heating device 1 according to the comparative example, the temperature inside the billet is raised based on the heat transfer from the billet surface. In addition, in the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the billet is heated with low-frequency output power at the beginning of heating. However, when the frequency of the output power is low, the end of the billet is hardly heated. Therefore, in the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, after the temperature of the Curie temperature at which iron is magnetic (for example, 750 ° C.) is set as the switching temperature, the billet surface temperature reaches this switching temperature. The heating coil 31 is provided with output power having a frequency that does not cause the billet surface to overheat (for example, about 1200 Hz). In the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the inside of the billet is heated to a specified temperature while the surface temperature is made uniform by advancing heating with high-frequency output power. For this reason, in the heating process using the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the time until the billet heating is completed is shorter than in the comparative example.

上記説明より、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、出力電力の周波数の切り替えに合わせて力率改善部11の容量値を切り替えることで、出力電力の周波数切り替えによる力率の低下を防止することができる。   From the above description, in the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the capacity value of the power factor improvement unit 11 is switched in accordance with the switching of the frequency of the output power, thereby preventing the power factor from being lowered due to the switching of the frequency of the output power. can do.

また、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、ビレットの温度が切り替え温度に達したことに応じて、出力電力の周波数が高くなるように切り替えを行う。これにより、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、ビレットの温度ムラを解消しながら、加熱時間を短縮することができる。   Further, in the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, switching is performed so that the frequency of the output power is increased in response to the billet temperature reaching the switching temperature. Thereby, in the high frequency heating apparatus 1 concerning Embodiment 1, heating time can be shortened, eliminating the temperature nonuniformity of a billet.

また、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、力率改善部11内に可変容量を有し、当該可変容量を所定の容量値を有する複数のコンデンサと、当該コンデンサに直列に接続されたスイッチ素子により構成する。そして、スイッチ素子の開閉状態を制御することで可変容量の容量値を増減させる。このような構成とすることで、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、簡単な構成により可変容量の容量値を切り替えることができる。   Further, in the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the power factor improving unit 11 has a variable capacity, and the variable capacity is connected in series to a plurality of capacitors having a predetermined capacity value. A switch element is used. And the capacitance value of a variable capacitor is increased / decreased by controlling the opening / closing state of a switch element. By setting it as such a structure, in the high frequency heating apparatus 1 concerning Embodiment 1, the capacitance value of a variable capacity | capacitance can be switched with a simple structure.

また、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、ビレットの温度測定に、ケースに収められた放射温度計を用いる。そして、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、ケースに設けられた筒内に不活性ガスを流すことで、ケース内からビレットに向けて不活性ガスパージを行う。これにより、ビレットの周囲に発生した酸化スケール等により放射温度計の温度測定部が汚れることを防止することができる。また、加熱コイル内に不活性ガスパージを行うことでビレット周辺に酸化スケールが発生することを防止することができる。   Moreover, in the high frequency heating apparatus 1 concerning Embodiment 1, the radiation thermometer stored in the case is used for the temperature measurement of a billet. And in the high frequency heating apparatus 1 concerning Embodiment 1, an inert gas purge is performed toward the billet from the inside of a case by flowing an inert gas in the cylinder provided in the case. Thereby, it can prevent that the temperature measurement part of a radiation thermometer becomes dirty with the oxide scale etc. which generate | occur | produced around the billet. Further, by performing an inert gas purge in the heating coil, it is possible to prevent the generation of oxide scale around the billet.

また、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、力率改善部11と加熱コイル31との間にトランス12を設けた。これにより、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、電源部10が出力する出力電力の電圧によらず加熱コイル31に最適な電圧を加熱コイル31に印加することができる。   In the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the transformer 12 is provided between the power factor improving unit 11 and the heating coil 31. Thereby, in the high frequency heating device 1 according to the first embodiment, an optimum voltage can be applied to the heating coil 31 regardless of the voltage of the output power output from the power supply unit 10.

また、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた場合、加熱コイル31のコイル長を短くすることができる。この効果を図6を用いて具体的に説明する。そこで、図6に実施の形態1にかかる高周波加熱装置における加熱コイルの長さを説明する図を示す。   Moreover, when the high frequency heating apparatus 1 concerning Embodiment 1 is used, the coil length of the heating coil 31 can be shortened. This effect will be specifically described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining the length of the heating coil in the high-frequency heating device according to the first embodiment.

図6の最上段の図は、コイル長を実施の形態1にかかる加熱コイル31と同じL1とし、かつ、出力電力の周波数切り替えを行わない第1の比較例におけるビレットの加熱状態を説明するものである。この第1の比較例では、ビレットの長さYに対するコイル長のオーバーハングをX1とした。図6の中段の図は、コイル長を実施の形態1にかかる加熱コイル31よりも長いL2とし、かつ、出力電力の周波数切り替えを行わない第2の比較例におけるビレットの加熱状態を説明するものである。この第2の比較例では、ビレットの長さYに対するコイル長のオーバーハングをX1よりも長いX2とした。図6の最下段の図は、コイル長をL1とした実施の形態1にかかる加熱コイル31を用いた場合のビレットの加熱状態を説明するものである。   6 illustrates the heating state of the billet in the first comparative example in which the coil length is the same L1 as that of the heating coil 31 according to the first embodiment and the frequency of the output power is not switched. It is. In the first comparative example, the overhang of the coil length with respect to the billet length Y is X1. The middle diagram of FIG. 6 illustrates the heating state of the billet in the second comparative example in which the coil length is L2 longer than that of the heating coil 31 according to the first embodiment and the frequency of the output power is not switched. It is. In this second comparative example, the overhang of the coil length with respect to the billet length Y was set to X2, which is longer than X1. 6 illustrates the heating state of the billet when the heating coil 31 according to the first embodiment in which the coil length is L1 is used.

図6に示すように、第1の比較例では、ビレットの端部の加熱が不十分になってしまうため、焼きムラが発生する。加熱コイルに印加する出力電力の周波数切り替え制御を行うことなくこの焼きムラを解消したものが第2の比較例である。第2の比較例では、オーバーハング量をX1からX2に増加させることで、端部における浸透電流を増加させて焼きムラを解消する。しかし、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、出力電力の周波数を制御することで、ビレットの中心部と端部の温度差を小さくするため、短いコイル長であっても焼きムラを発生させることなくビレットを加熱すことができる。   As shown in FIG. 6, in the first comparative example, the end of the billet is not sufficiently heated, so that uneven baking occurs. A second comparative example eliminates the unevenness of burning without performing frequency switching control of the output power applied to the heating coil. In the second comparative example, by increasing the overhang amount from X1 to X2, the permeation current at the end portion is increased and the uneven baking is eliminated. However, in the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, by controlling the frequency of the output power, the temperature difference between the center portion and the end portion of the billet is reduced, so that uneven baking occurs even with a short coil length. The billet can be heated without causing it.

加熱コイル31における正味効率は65%程度であり、35%程度の損失が生じる。この35%の損失のうち20%程度の損失は、加熱コイルの銅損に起因する損失である。そのため、加熱コイル31のコイル長を短くすることで銅損に起因する損失を減らすことができる。そして、加熱コイル31の損失を小さくすることで、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、消費電力を低減することができる。   The net efficiency in the heating coil 31 is about 65%, resulting in a loss of about 35%. Of this 35% loss, a loss of about 20% is a loss due to the copper loss of the heating coil. Therefore, the loss resulting from the copper loss can be reduced by shortening the coil length of the heating coil 31. And by reducing the loss of the heating coil 31, the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment can reduce power consumption.

また、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いることで、鍛造工程全体の生産性及び鍛造工程に要する設備の設置面積の柔軟性を高めることができる。この効果を図7及び図8を用いて具体的に説明する。図7は、比較例にかかる高周波加熱装置を用いた場合の加熱工程を説明する図である。この比較例は、鍛造製品の量産工程で利用されている連続加熱方式の高周波加熱装置の加熱コイル部分の模式図である。図7に示すように、比較例にかかる高周波加熱装置では、長いコイルにビレットを流すことでビレットの加熱を行い、ビレットが加熱コイルの末端部に達するまでの間にビレットを規定の温度まで加熱する。そして、規定の温度まで加熱されたビレットを鍛造装置に供給する。また、図7に示す比較例にかかる高周波加熱装置では、加熱コイルを密閉することが出来ないため、ビレットの周囲に酸化スケールが付着する。   Moreover, the use of the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment can increase the productivity of the entire forging process and the flexibility of the installation area required for the forging process. This effect will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram for explaining a heating process when the high-frequency heating device according to the comparative example is used. This comparative example is a schematic view of a heating coil portion of a continuous heating high-frequency heating device used in a mass production process of forged products. As shown in FIG. 7, in the high-frequency heating device according to the comparative example, the billet is heated by flowing the billet through a long coil, and the billet is heated to a specified temperature until the billet reaches the end of the heating coil. To do. Then, the billet heated to a specified temperature is supplied to the forging device. In addition, in the high-frequency heating device according to the comparative example shown in FIG. 7, the heating coil cannot be sealed, and therefore oxide scales adhere around the billet.

また、図7に示すように、比較例にかかる高周波加熱装置を用いた工程では、加熱工程の後の工程で不具合が生じて工程が停止した場合、加熱コイルに投入したビレットを熱冷まし材として廃棄する必要がある。これは、比較例にかかる高周波加熱装置では、加熱コイル内でビレットの温度を一定に保持した状態で停止できないためである。そして、比較例にかかる高周波加熱装置を用いた工程では、後工程が回復したことに応じて加熱コイル内へのビレットの投入を再開する。   Moreover, as shown in FIG. 7, in the process using the high-frequency heating device according to the comparative example, when a failure occurs in the process after the heating process and the process is stopped, the billet put in the heating coil is discarded as a heat cooling material. There is a need to. This is because the high-frequency heating device according to the comparative example cannot be stopped in a state where the temperature of the billet is kept constant in the heating coil. And in the process using the high frequency heating apparatus concerning a comparative example, injection | throwing-in of a billet in a heating coil is restarted according to having recovered the post process.

つまり、図7に示した比較例にかかる高周波加熱装置を用いた工程では、後工程が停止した場合に熱冷まし材が発生する。また、図7に示した比較例にかかる高周波加熱装置を用いた工程では、工程の再開に時間が掛かる問題が生じる。さらに、図7に示した比較例にかかる高周波加熱装置を用いた工程では、工程の製造能力にかかわらず加熱コイルの長さを短くすることができないため、工程の製造能力にかかわらず常に一定の装置設置面積が必要になる。また、装置の大きさが変わらないため、工程の製品生産量にかかわらず高周波加熱装置で一定の電力が消費される。   That is, in the process using the high-frequency heating device according to the comparative example shown in FIG. 7, a heat-cooled material is generated when the post-process is stopped. Further, in the process using the high-frequency heating device according to the comparative example shown in FIG. 7, there is a problem that it takes time to restart the process. Furthermore, in the process using the high-frequency heating device according to the comparative example shown in FIG. 7, the length of the heating coil cannot be shortened regardless of the manufacturing capacity of the process. Equipment installation area is required. Moreover, since the size of the apparatus does not change, a certain amount of power is consumed by the high-frequency heating apparatus regardless of the amount of product produced in the process.

図8は、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた場合の加熱工程を説明する図である。図8に示すように、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、加熱コイルの長さがビレット1つを加熱できるだけしかなく、ビレットは1つずつ個別に加熱される。そして、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた工程では、後工程が稼働している状態では、ビレットを1つずつ加熱して、加熱完了後のビレットを後工程に移送する。   FIG. 8 is a diagram for explaining a heating process when the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment is used. As shown in FIG. 8, in the high frequency heating apparatus 1 according to the first embodiment, the length of the heating coil can only heat one billet, and each billet is heated individually. And in the process using the high frequency heating apparatus 1 concerning Embodiment 1, in the state in which the post process is operating, a billet is heated one by one and the billet after heating is transferred to the post process.

一方、後工程が不具合により停止した場合、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1では、加熱コイル内でビレットを保温する。これは、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1が、ビレットを1つずつ加熱し、かつ、加熱温度を加熱コイルに与える出力電力の周波数を調節することができるために、可能になる機能である。そして、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた工程では、後工程が回復したことに応じて、ビレットを再加熱して、ビレットの加熱が完了したことに応じて、加熱されたビレットを後工程に移送する。   On the other hand, when the post process is stopped due to a malfunction, the high frequency heating apparatus 1 according to the first embodiment keeps the billet warm in the heating coil. This is a function that is possible because the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment can heat the billet one by one and adjust the frequency of the output power that gives the heating temperature to the heating coil. is there. In the process using the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the billet is reheated according to the recovery of the post-process, and the billet heated according to the completion of the heating of the billet is completed. Is transferred to the subsequent process.

実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた工程では、後工程が停止した場合においても熱冷まし材等の廃棄部材が発生しないため、高い生産効率を実現することができる。また、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた工程では、後工程が停止した後に回復した場合にも保温状態のビレットを再加熱することで、比較例にかかる高周波加熱装置を用いた工程よりも短時間で後工程に加熱済みビレットを供給することができる。つまり、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた工程では、工程の稼働効率を高めることができる。   In the process using the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, no waste member such as a heat-cooled material is generated even when the post-process is stopped, so that high production efficiency can be realized. Moreover, in the process using the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the high-frequency heating device according to the comparative example is used by reheating the billet in the heat-retaining state even when the post-process is recovered after being stopped. The heated billet can be supplied to the subsequent process in a shorter time than the process. That is, in the process using the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, the operation efficiency of the process can be increased.

また、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた工程では、設置する装置の台数を増減させることで、加熱工程に要求される生産能力の変化に柔軟に対応することができる。また、実施の形態1にかかる高周波加熱装置1を用いた工程では、要求される生産能力が小さい場合には、装置の設置台数を減らして、消費電力及び装置の設置面積を削減することができる。   Moreover, in the process using the high frequency heating apparatus 1 according to the first embodiment, it is possible to flexibly cope with a change in production capacity required for the heating process by increasing or decreasing the number of apparatuses to be installed. In the process using the high-frequency heating device 1 according to the first embodiment, when the required production capacity is small, the number of installed devices can be reduced, and the power consumption and the installation area of the device can be reduced. .

上記説明は、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。   In the above description, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments already described, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It goes without saying that changes are possible.

1 高周波加熱装置
10 電源部
11 力率改善部
12 トランス
13 材料加熱部
14 加熱制御部
21 単位容量
22 単位容量
23 単位容量
31 加熱コイル
32 温度センサ
33 上蓋
41 放射温度計
SW1 スイッチ素子
SW2 スイッチ素子
SW3 スイッチ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High frequency heating apparatus 10 Power supply part 11 Power factor improvement part 12 Transformer 13 Material heating part 14 Heating control part 21 Unit capacity 22 Unit capacity 23 Unit capacity 31 Heating coil 32 Temperature sensor 33 Upper lid 41 Radiation thermometer SW1 Switch element SW2 Switch element SW3 Switch element

Claims (5)

出力電力の周波数を変更可能な電源部と、
前記出力電力に応じて、被加熱体を加熱する加熱コイルと、
前記被加熱体の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段によって測定された前記被加熱体の表面温度が予め設定した切り替え温度に達したことに応じて、前記電源部に対して前記出力電力の周波数の切り替えを指示する周波数切り替え信号を出力する制御部と、
前記出力電力の周波数に共振周波数を整合させることで前記出力電力の力率を改善する力率改善部と、を有し、
前記力率改善部は、
前記加熱コイルと前記電源部との間に挿入された可変容量を有し、
前記周波数の切り替え信号に応じて、前記可変容量の容量値を変更することにより前記共振周波数を変更する高周波加熱装置。
A power supply that can change the frequency of the output power; and
According to the output power, a heating coil for heating the object to be heated;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the heated object;
In response to the surface temperature of the object to be heated measured by the temperature measuring unit reaching a preset switching temperature, a frequency switching signal for instructing the power supply unit to switch the frequency of the output power is output. A control unit,
A power factor improvement unit that improves the power factor of the output power by matching a resonance frequency to the frequency of the output power, and
The power factor improving unit is
Having a variable capacity inserted between the heating coil and the power supply;
A high-frequency heating apparatus that changes the resonance frequency by changing a capacitance value of the variable capacitor in accordance with the frequency switching signal.
前記可変容量は、
互いに並列に接続される複数のコンデンサと、
前記複数のコンデンサの少なくとも1つと直列に接続されるスイッチ素子と、を有し、
前記スイッチ素子は前記周波数切り替え信号に応じて開閉状態が制御される請求項1に記載の高周波加熱装置。
The variable capacity is
A plurality of capacitors connected in parallel to each other;
A switching element connected in series with at least one of the plurality of capacitors,
The high frequency heating apparatus according to claim 1, wherein the switch element is controlled to be opened and closed in accordance with the frequency switching signal.
前記制御部は、前記被加熱体の表面温度が予め設定した切り替え温度に達したことに応じて、前記電源部に対して前記出力電力の周波数が高くなるように周波数を切り替えることを指示する前記周波数切り替え信号を出力し、
前記力率改善部は、前記周波数切り替え信号に応じて前記可変容量の容量値が小さくするように容量値を切り替える請求項1又は2に記載の高周波加熱装置。
The control unit instructs the power supply unit to switch the frequency so that the frequency of the output power is increased in response to the surface temperature of the heated body reaching a preset switching temperature. Output frequency switching signal,
The high-frequency heating device according to claim 1 or 2, wherein the power factor improvement unit switches the capacitance value so that the capacitance value of the variable capacitance is reduced according to the frequency switching signal.
前記温度測定手段は、
放射温度計と、
前記放射温度計を覆い、前記放射温度計の温度測定部から前記加熱コイル内に向かって設けられる筒を備えるケースと、を有し、
前記ケース内から前記加熱コイル内に向かって不活性ガスを流出させる請求項1乃至3のいずれか1項に記載の高周波加熱装置。
The temperature measuring means includes
A radiation thermometer,
A case that includes a cylinder that covers the radiation thermometer and is provided from the temperature measurement unit of the radiation thermometer toward the inside of the heating coil;
The high-frequency heating device according to any one of claims 1 to 3, wherein an inert gas flows out from the case toward the heating coil.
前記力率改善部と前記加熱コイルとの間に設けられるトランスを更に有し、
前記可変容量は、前記トランスの一次側コイルと前記電源部との間に設けられる請求項1乃至4のいずれか1項に記載の高周波加熱装置。
A transformer provided between the power factor improving unit and the heating coil;
5. The high-frequency heating device according to claim 1, wherein the variable capacitor is provided between a primary coil of the transformer and the power supply unit. 6.
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