JP2020202049A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率が高く、しかもワークの種類に応じた加熱が可能である誘導加熱装置を提供する。【解決手段】誘導加熱装置１０は、コア２２と、コア２２の端部であってワーク１４が配置されるギャップを介して対向する一対の磁極２８ａ，２８ｂと、一対の磁極２８ａ，２８ｂのまわりにそれぞれ巻回されたコイル２４ａ，２４ｂと、コイル２４ａ，２４ｂを磁極２８ａ，２８ｂに沿って移動させてワーク１４からの距離を調整する駆動機構２６ａ，２６ｂとを備える。一対の磁極２８ａ，２８ｂはコア２２における両端部である。一対の磁極２８ａ，２８ｂは、コア２２によるループ状の磁束Φの経路の一部でギャップを形成している。コイル２４ａ，２４ｂは、それぞれループ状の磁束Φの経路に沿った同一方向に磁束を発生させる向きに巻回されており、それぞれ直列に接続されている。【選択図】図２

Description

本発明は、コアと、該コアのまわりに巻回されたコイルとを備える誘導加熱装置に関する。

ワークとして金属などの誘電体を加熱するのに該ワークに誘起される渦電流を利用する誘導加熱装置が知られている。誘導加熱装置は、コアと、該コアのまわりに巻回されたコイルとを備えており、コイルに交流電流を通電することによって磁束を発生させ、該磁束をコアの端部からワークに供給することにより、ワークに渦電流を発生させる。誘導加熱はワーク内部の渦電流によって内部からの発熱ができるので効率が高く迅速な加熱が可能である。

ところで、誘導加熱装置は対象のワークの形状や物性に応じた専用設計がなされており、ワークが異なると加熱効率が変化する。そこで特許文献１においては、コイル位置を一定にしながらコアを相対的に昇降させてワークとの距離を調整することが提案されている。

また板材などの加熱には、特許文献２のようなＣ型コアを備える誘導加熱装置が用いられることがある。このような誘導加熱装置では、一対の磁極がワークを挟んだ対向位置に設けられていて磁路に大きなギャップがなく、Ｃ型コアの内部に磁束が通過するループが形成されるため加熱効率が優れている。Ｃ型コアの磁極の各端部にはコイルが巻回されている。

特開２００１−３２０１６号公報 特許第６０５４３２５号公報

特許文献１に記載の誘導加熱装置はコアを昇降装置で昇降させているが、この場合コアが専用設計であって汎用性が低く、例えば既存の誘導加熱装置には適用できない。また、コアがフェライトである場合には加工が難しく昇降装置に組み付けにくい。

さらに、特許文献１に記載の誘導加熱装置は、板材などを加熱する場合には特許文献２に記載のＣ型コアを備える誘導加熱装置と比較して効率が低く、しかもＣ型コアで特許文献１のようにコアとワークとの距離を調整することは困難である。

さらにまた、各磁極に巻回された一対のコイルに対してはインバータによって交流電流が流されるが、一対の磁極のギャップに配置されたワークの種類が異なると一対のコイル間のインピーダンスが変化してしまい、インバータで適用可能な範囲から外れてしまうことがある。そうすると、ある種類のワークを加熱するためにはコイルを含むＣ型コアを入れ替えるか、または別のインバータを用意する必要がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、効率が高く、しかもワークの種類に応じた加熱が可能である誘導加熱装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる誘導加熱装置は、１以上のコアと、前記コアの端部であってワークが配置されるギャップを介して対向する一対の磁極と、一対の前記磁極のまわりにそれぞれ巻回されたコイルと、前記コイルの少なくとも一方を前記磁極に沿って移動させて前記ワークからの距離を調整する駆動機構と、を備えることを特徴とする。

前記コアは１つであり、前記一対の磁極は前記コアにおける両端部であってもよい。

前記コアは複数であり、前記一対の磁極は異なる前記コアにおけるそれぞれの一端部であってもよい。

前記一対の磁極は、前記コアによるループ状の磁束経路の一部で前記ギャップを形成していてもよい。

前記コイルは、それぞれループ状の前記磁束経路に沿った同一方向に磁束を発生させる向きに巻回されており、それぞれ直列に接続されていてもよい。

一対の前記コイルの間のインピーダンスを測定する測定器と、前記測定器による測定結果に基づいて前記駆動機構を駆動する制御部と、を備えてもよい。

前記制御部は、一対の前記コイルの間のインダクタンスが目的値となるように、前記前記駆動機構を駆動して一対の前記コイルを変位させてもよい。

本発明にかかる誘導加熱装置は、効率が高く、しかもワークの種類に応じた加熱が可能である。

図１は、実施形態にかかる誘導加熱装置を含む加熱システムのブロック図である。 図２は、実施形態にかかる誘導加熱装置の斜視図である。 図３は、誘導加熱装置の磁気回路を等価電気回路に置き替えた図である。 図４は、誘導加熱装置によってワークを加熱する状態を示す模式側面図であり、（ａ）は小さいワークを加熱する状態を示し、（ｂ）は大きいワークを加熱する状態を示す。 図５は、加熱システムを稼働させる際のインピーダンス調整の手順を示すフローチャートである。 図６は、ワークが平板状である場合の幅と、コイル間距離と、インピーダンスとの関係を示す解析結果によるグラフである。 図７は、変形例に係る誘導加熱装置を示す図であり、（ａ）は第１の変形例にかかる誘導加熱装置の模式図であり、（ｂ）は第２の変形例にかかる誘導加熱装置の模式図である。

以下に、本発明にかかる誘導加熱装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態にかかる誘導加熱装置１０および該誘導加熱装置１０を含む加熱システム１２のブロック図である。図２は、実施形態に係る誘導加熱装置１０の斜視図である。図１に示すように、加熱システム１２は被加熱物としてのワーク１４を加熱するものであり、誘導加熱装置１０と、インバータ１６と、測定器１８と、制御部２０とを備える。これらの区分は便宜上のものであり、例えば測定器１８および制御部２０は誘導加熱装置１０の一部としてもよい。

図２に示すように、誘導加熱装置１０はコア２２と、一対のコイル２４ａ，２４ｂと、これらのコイル２４ａ，２４ｂの位置を調整する駆動機構２６ａ，２６ｂとを備える。コイル２４ａ，２４ｂは、機械的には駆動機構２６ａ，２６ｂによって駆動され、電気的にはインバータ１６によって駆動される。コア２２はいわゆる鉄心であって透磁率の高い材質で構成され、例えばフェライトが用いられる。コア２２はＣ型であって、ワーク１４が配置されるギャップを介してＺ方向で対向する一対の磁極２８ａ，２８ｂと、磁極２８ａ，２８ｂからやや離れてＺ方向に延在する架橋部３０と、磁極２８ａ，２８ｂと架橋部３０とをつなぐ連接部３２ａ，３２ｂとを有する。

磁極２８ａ，２８ｂはコア２２の端部でコイル２４ａ，２４ｂが巻回される部分およびその近傍であり、ワーク１４に対して磁気的な作用を与える部分である。磁極２８ａ，２８ｂ、架橋部３０および連接部３２ａ，３２ｂは矩形断面を有する直方体部材であり、相互に固定されている。磁極２８ａと磁極２８ｂとの間はワーク１４が挿入可能な程度に適度に離間してギャップを形成している。ワーク１４は、例えば金属の薄板材であり、Ｚ方向に対して直交する方向に移動しながら誘導加熱装置１０によって加熱され、または位置固定の状態で加熱される。ワーク１４は、基本的には磁極２８ａの端面と磁極２８ｂの端面とから等しい距離に配置される。

コイル２４ａはベース板３４ａに固定されており、磁極２８ａのまわりにボビン３５を介して巻回されている。コイル２４ｂはベース板３４ｂに固定されており、磁極２８ｂのまわりにボビン３５を介して巻回されている。コイル２４ａ，２４ｂはベース板３４ａ，３４ｂおよびボビン３５に対して必要に応じて接着してもよい。コイル２４ａ，２４ｂの導線は、例えば被覆銅線であり、冷媒が流通する中空部を有してもよい。

コイル２４ａ，２４ｂが巻回されたボビン３５は、磁極２８ａ，２８ｂに対してＺ方向に変位可能なように多少の隙間が形成されている。ボビン３５と磁極２８ａ，２８ｂとの間には固体または液体の潤滑材が設けられていてもよい。コイル２４ａとコイル２４ｂとは接続線３６によって直列に接続されている。接続線３６は、コイル２４ａとコイル２４ｂとが適度に離間可能な程度に余裕のある長さとなっており、適度な弾性・可撓性を有する。コイル２４ａとコイル２４ｂとは磁極２８ａおよび磁極２８ｂに対して同方向の磁束を発生させる向きに巻回されている。このように、直列に接続されたコイル２４ａとコイル２４ｂとを１台のインバータ１６で駆動することにより、コイル２４ａとコイル２４ｂとに加わる電流が同期し、周波数や位相のずれがなく磁気干渉が生じない。

駆動機構２６ａはフレーム３８ａと、モータ４０ａと、スクリュー４２ａと、ナット４４ａとを備える。フレーム３８ａは、駆動機構２６ａのベースとなる部材であり、Ｚ方向に延在するポスト３８ａａと、該ポスト３８ａａの両端に直交する外側ビーム３８ａｂおよび内側ビーム３８ａｃとを有する。フレーム３８ａは、ワーク１４と非干渉の位置に設けられる。モータ４０ａは外側ビーム３８ａｂの内側面に固定されている。スクリュー４２ａはＺ方向に延在してベース板３４ａの孔を貫通しており、その一端はモータ４０ａの出力軸に固定されて、他端は内側ビーム３８ａｃに軸支されている。ナット４４ａは、ベース板３４ａに固定された状態でスクリュー４２ａに螺合している。

駆動機構２６ａと駆動機構２６ｂとは同じ構成であり、Ｚ方向について逆向きに配置されている。駆動機構２６ｂは駆動機構２６ａと同様の構成要素を備えており、対応する構要素は添え字のアルファベット「ａ」を「ｂ」に代えて示し、詳細な説明を省略する。

駆動機構２６ａ，２６ｂは図示しない筺体を介してコア２２と接続されている。駆動機構２６ａ，２６ｂはコア２２に対して直接的に固定されていてもよい。内側ビーム３８ａｃと内側ビーム３８ｂｃとの間にはワーク１４の出し入れが可能な隙間４６が確保されている。

駆動機構２６ａによれば、モータ４０ａがスクリュー４２ａを正転および反転することにより、螺合するナット４４ａがＺ方向に変位し、これにともないベース板３４ａおよびコイル２４ａは磁極２８ａにガイドされながらＺ方向に沿って変位可能である。同様に、駆動機構２６ｂによれば、モータ４０ｂがスクリュー４２ｂを正転および反転することにより、螺合するナット４４ｂがＺ方向に変位し、これにともないベース板３４ｂおよびコイル２４ｂは磁極２８ｂにガイドされながらＺ方向に沿って変位可能である。

このように、コイル２４ａとコイル２４ｂとは、駆動機構２６ａおよび駆動機構２６ｂによって独立的に変位可能となっているが、設計条件によってはワーク１４との距離が略等しくなるように連動する構成としてもよい。コイル２４ａおよびコイル２４ｂがワーク１４から等距離になるように駆動機構２６ａおよび駆動機構２６ｂによって変位されると、ワーク１４を両面からバランスよく加熱することができるが、設計条件によっては駆動機構２６ａおよび駆動機構２６ｂのいずれか一方を省略し、コイル２４ａおよびコイル２４ｂのいずれか一方を固定としてもよい。駆動機構２６ａ，２６ｂは、例えばロボットなどで置き替えてもよい。

コイル２４ａ，２４ｂは、ストッパに当接するまで互いに接近・離間可能である。互いに離間する方向のストッパは、例えば連接部３２ａ，３２ｂを利用することができる。互いに接近する方向のストッパは、例えば磁極２８ａ，２８ｂの各端面に設けられる。駆動機構２６ａ，２６ｂには、コイル２４ａ，２４ｂのＺ方向変位を計測するセンサが設けられていてもよいし、またはストッパに当接した地点をゼロ点として記憶し、該ゼロ点からの移動距離をＺ方向位置として認識してもよい。

Ｃ型のコア２２を備える誘導加熱装置１０では、一対の磁極２８ａ，２８ｂがワーク１４を挟んだ対向位置に設けられていて磁路に大きなギャップがなく、コア２２の内部に磁束Φが通過するループが形成されるため加熱効率が優れている。

図１に戻り、インバータ１６は、直列接続されたコイル２４ａおよび２４ｂに対して高周波電流を印加するように配線されている。測定器１８は、インバータ１６の２本の出力線に接続されており、コイル２４ａ、コイル２４ｂおよびその間に配置されるワーク１４を含めた総合的なインピーダンスを測定可能である。測定器１８は、例えばインバータ１６の２本の出力線の電圧と電流とからインピーダンスを測定するものであり、インバータ１６の稼働中においても測定が可能である。測定された結果は制御部２０に供給される。制御部２０は駆動機構２６ａ，２６ｂに接続されており、測定器１８から得られるインピーダンス値に基づいてモータ４０ａ，４０ｂを正転または反転させ、コイル２４ａとコイル２４ｂとの距離を調整する。コイル２４ａおよびコイル２４ｂは、基本的にはワーク１４から等距離に配置される。制御部２０は、例えばＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）である。

コイル２４ａ，２４ｂは、駆動機構２６ａ，２６ｂによって進退することから、磁極２８ａ，２８ｂの端部はコイル２４ａ，２４ｂから突出し得る。この突出した部分のＺ方向長さはそれぞれＬ２とする。磁極２８ａ，２８ｂにおけるコイル２４ａ，２４ｂから突出する部分の長さを双方とも同じＬ２とすることにより、回路的にバランスがよい。磁極２８ａと磁極２８ｂとの各端部のＺ方向距離はＬ１とする。Ｌ１は固定であり、Ｌ２は可変である。また磁束Φのうち、コイル２４ａとコイル２４ｂとの間で磁極２８ａおよび磁極２８ｂを通り、さらにワーク１４を通って該ワーク１４の加熱に寄与する成分を有効磁束Φ１とし、その他を漏れ漏れ磁束Φ２とする。

図３は、誘導加熱装置１０の磁気回路を等価電気回路に置き替えた図である。また、図３は理解が容易となるように直流回路として示しているが、実際は交流回路である。図３に示すように、コイル２４ａおよびコイル２４ｂは電源と等価であり、コア２２はこれらを直列に接続する導線と等価である。コア２２によって接続されていない側でコイル２４ａとコイル２４ｂとの間は等価的に直列部４８と並列接続部４９との並列回路で表される。

直列部４８は、コイル２４ａとコイル２４ｂとの間で磁極２８ａおよび磁極２８ｂを含む部分の等価回路であり、有効磁束Φ１が通る部分の回路である。並列接続部４９は、コイル２４ａとコイル２４ｂとの間で磁極２８ａおよび磁極２８ｂを通らない部分の等価回路であり、漏れ磁束Φ２が通る部分の回路である。

直列部４８は、１つの抵抗Ｒｍ_１と、それを挟む２つの抵抗Ｒｍ_２との直列回路である。抵抗Ｒｍ_２は、磁極２８ａ，２８ｂを通る部分の磁気抵抗に相当するが磁極２８ａ，２８ｂの比透磁率は大きいため、Ｒｍ_２≒０であることから無視可能である。抵抗Ｒｍ_１は磁極２８ａの端面とこれに対向する磁極２８ｂの端面との間の磁気抵抗に相当する。抵抗Ｒｍ_１はワーク１４の種類（サイズ、形状、物性など）によって影響を受ける。直列部４８の抵抗はＲｍ_２を無視すると、Ｒｍ_１＝Ｌ１／（μ_０×Ｓ１）である。μ_０は真空の透磁率であるが、空中でもほぼ等しいとする。Ｓ１は磁極２８ａ，２８ｂの断面積である。

並列接続部４９は、１つの抵抗Ｒｍ_１’と、それを挟む２つの抵抗Ｒｍ_２’との直列回路である。抵抗Ｒｍ_２’は、長さＬ２の部分で磁極２８ａ，２８ｂを通らない分の磁気抵抗に相当する。この部分の断面積をＳ２と仮定する。抵抗Ｒｍ_１’は長さＬ１の部分で、仮定された断面積Ｓ２と部分を通る磁気抵抗に相当する。並列接続部４９の抵抗はＲｍ_１’+２Ｒｍ_２＝（Ｌ１+２Ｌ２）／（μ_０×Ｓ２）である。

直列部４８と並列接続部４９との合成抵抗Ｒｍは、Ｒｍ＝Ｌ１×（Ｌ１+２Ｌ２）／（２（Ｌ１+２Ｌ２）×（μ_０×Ｓ１））である。コイルの巻き数をＮとすればインダクタンスはＮ^２／Ｒｍ＝（２（Ｌ１+２Ｌ２）×（μ_０×Ｎ^２×Ｓ１）））／（Ｌ１×（Ｌ１+２Ｌ２））となる。

そうすると、コイル２４ａとコイル２４ｂとの間のインピーダンス（インダクタンス）は、距離Ｌ２の関数で表されることから距離Ｌ２によって所望値に調整することができる。すなわち、抵抗Ｒｍ_１はワーク１４の種類によって変化しうるが、距離Ｌ２を変化によりそれを相殺させることができ、全体の合成抵抗に相当するインピーダンスＩｄを所定の目的値に合わせることができる。この合成抵抗に相当するインピーダンスＩｄは測定器１８によって測定される。

なお、図３に基づく説明では磁気を電気に置き替えたが、実際の誘導加熱装置１０は磁気回路であり、上記の説明における電気が磁気に置き替えられ、電流Ｉ_１は有効磁束Φ_１に置き替えら、電流Ｉ_２は漏れ磁束Φ_２に置き替えられる。

図４は、誘導加熱装置１０によってワークを加熱する状態を示す模式側面図であり、（ａ）は小さいワーク１４Ｓを加熱する状態を示し、（ｂ）は大きいワーク１４Ｌを加熱する状態を示す。

図４（ａ）に示すように、小さいワーク１４Ｓを加熱する場合には、コイル２４ａとコイル２４ｂとを短い距離Ｄａまで近づける。コイル２４ａとコイル２４ｂとはワーク１４Ｓに応じて、例えば磁極２８ａ，２８ｂの各端面にまで変位して互いに近接することができる。

図４（ｂ）に示すように、大きいワーク１４Ｌを加熱する場合には、コイル２４ａとコイル２４ｂとを長い距離Ｄｂ（Ｄｂ＞Ｄａ）まで遠ざける。コイル２４ａとコイル２４ｂとはワーク１４Ｌに応じて、例えば連接部３２ａ，３２ｂに当接するまで変位して互いに離間することができる。

図５は、加熱システム１２を稼働させる際のインピーダンス調整の手順を示すフローチャートである。図５に示す処理は基本的には制御部２０において自動的に行われる。

加熱システム１２を稼働させる場合には、まずワーク１４を磁極２８ａと磁極２８ｂとの隙間の加熱位置にセットする。

次に、図５のステップＳ１において、駆動機構２６ａ，２６ｂを駆動してコイル２４ａ，２４ｂの位置調整を行い、コイル間距離ｄを初期値ｄ０にする。コイル間距離ｄはｄ＝Ｌ１+２Ｌ２（図１参照）とする。Ｌ１は固定であることから、実際にはＬ２の部分を調整する。初期値ｄ０は余裕をもって大きい値に設定しておく。なお、図５における設定式で「←」は右辺を左辺に代入する処理を示す。

ステップＳ２において、測定器１８によりコイル２４ａとコイル２４ｂとの間のインピーダンスＩｄを測定する。このインピーダンスＩｄは現在値であり、磁極２８ａ，２８ｂとそのギャップ、およびワーク１４が含まれる。

ステップＳ３において、インピーダンスＩｄと所定の目的値Ｉｄ_０とを比較しＩｄ_０＜Ｉｄであれば（Ｙｅｓ）ステップＳ４へ移り、Ｉｄ_０≧Ｉｄであれば（Ｎｏ）図５に示す処理を終了する。

ステップＳ４において、コイル間距離ｄと所定の距離下限値ｄｕとを比較し、ｄｕ＜ｄであれば（Ｙｅｓ）ステップＳ５へ移り、ｄｕ≧ｄであれば（Ｎｏ）、インピーダンスＩｄの調整が不調であることから所定のエラー出力をする。

ステップＳ５において、コイル間距離ｄをギャップ補正量ｔだけ減少させる処理を行う。ギャップ補正量ｔは適度に小さい値である。この処理の後にステップＳ２へ戻る。なお厳密に言えば、コイル間距離ｄは現実の物理量であり、制御部２０では該コイル間距離ｄを変更させる指令値に基づいてギャップ補正量ｔだけ減少させる。

ステップＳ２〜Ｓ５のループ処理によれば、コイル間距離ｄはステップＳ５で徐々に減らされていることから、ステップＳ３でＩｄ_０≧Ｉｄとなったときには（Ｎｏ）、実質的にはＩｄ_０＝Ｉｄとなり、インピーダンスＩｄが調整されたことになる。

図５では、インピーダンスＩｄが目標値Ｉｄ０より大きい場合にはコイル２４ａ，２４ｂをワーク１４から近づける処理を行っているが、小さい場合にはワーク１４から遠ざけるようにしてもよい。

インピーダンスＩｄが目的値Ｉｄ０になれば、測定器１８による測定と制御部２０による駆動機構２６ａ，２６ｂの駆動を終了し、インバータ１６からコイル２４ａ，２４ｂに電流を供給して誘導加熱を開始する。なお、図５の処理中は測定器１８でインピーダンスＩｄを計測するために、インバータ１６から定周波数、定電圧でコイルＣを駆動してもよい。この計測用の印加電圧は、加熱前処理としての低電圧に設定されていてもよい。

このような手順により、一対の磁極２８ａ，２８ｂのギャップに配置されたワーク１４の種類が異なっても一対のコイル２４ａ，２４ｂ間のインピーダンスＩｄを目的値Ｉｄ０に合わせることができる。したがって、例えばインバータ１６における出力可能な周波数範囲に応じてインピーダンスＩｄに合わせることができ、コイル２４ａ，２４ｂやコア２２を交換したり、またはインバータ１６を交換する必要がない。また、インピーダンスＩｄの調整は制御部２０、測定器１８および駆動機構２６ａ，２６ｂの作用下に自動的に行うことができる。この自動処理は、制御部２０の作用下に、一対のコイル２４ａ，２４ｂの間のインダクタンスＩｄが目的値Ｉｄ０となるように、駆動機構２６ａ，２６ｂを駆動して一対のコイル２４ａ，２４ｂを段階的に変位させることにより容易に実現される。コイル２４ａ，２４ｂの変位は、ギャップ補正量ｔを十分に小さく設定することにより実質的に連続的に変化するようにしてもよい。

図６は、ワーク１４が平板状である場合の幅ｗ（図２参照）と、コイル間距離Ｄ（図２参照）と、インダクタンスＩｄとの関係を示す解析結果によるグラフである。図６では、コイル２４ａ，２４ｂ間のインピーダンスとして主成分であるインダクタンスＩｄに基づいて示している。図６に示すように、ワーク１４の幅ｗが１０ｍｍ、２０ｍｍおよび３０ｍｍの場合を比較すると幅ｗが小さいほどインダクタンスＩｄは大きくなる。また、いずれの場合もコイル間距離ＤにしたがってインダクタンスＩｄが比例的に増大する傾向がある。上記の稼働手順によれば、仮にインダクタンスＩｄ＝Ｉｄ_０が適正値である場合、ワーク１４の幅ｗが１０ｍｍのときにはコイル間距離ＤがＤ_１となるように調整し、幅ｗが２０ｍｍのときにはコイル間距離ＤがＤ_２となるように調整し、幅ｗが３０ｍｍのときにはコイル間距離ＤがＤ_３となるように調整すればよい。

加熱システム１２においては、ワーク１４の温度に基づいてコイル２４ａ，２４ｂの変位を調整するフィードバック制御をしてもよい。このようなフィードバック制御によれば、例えば気温の影響を抑制することができる。ワーク１４の温度を検出する手段は接触式でも非接触式でもよく、または何らかの推定手段でもよい。フィードバック制御と測定器１８によるインピーダンスに基づく稼働手順とは併用してもよい。

誘導加熱装置１０はコア２２が汎用的形状であることから、これに対応したコイル２４ａ，２４ｂおよび駆動機構２６ａ，２６ｂを、既存の多くの誘導加熱装置に適用できる可能性がある。また、コア２２には加工が不要であり、またはほぼ不要であることから、加工が困難であるフェライトを適用することができる。フェライトは低強度ではあるが低損失であることため、誘導加熱装置１０は高効率、低コストおよび省エネルギーである。

さらに、Ｃ型のコア２２は板材などを加熱する場合に、該板材の両側から磁束Φを通して効率よく加熱することができる。さらにまた、誘導加熱装置１０は駆動機構２６ａ，２６ｂによってコイル２４ａ，２４ｂを調整することによりワーク１４の種類に応じた加熱が可能である。

次に、変形例にかかる誘導加熱装置１０Ａおよび１０Ｂについて説明する。

図７は、変形例に係る誘導加熱装置を示す図であり、（ａ）は第１の変形例にかかる誘導加熱装置１０Ａの模式図であり、（ｂ）は第２の変形例にかかる誘導加熱装置１０Ｂの模式図である。

図７（ａ）に示すように、誘導加熱装置１０ＡはＺ方向に対向する２つのコア５０ａとコア５０ｂとを備える。２つのコア５０ａとコア５０ｂとは対向面の隙間を介して矩形を形成している。一方のコア５０ａにおける左側端の磁極５２ａと他方のコア５０ａにおける左側端の磁極５２ｂとは薄いワーク５４ａを挟んで対向している。一方のコア５０ａにおける右側端の磁極５６ａと他方のコア５０ａにおける右側端の磁極５６ｂとは厚いワーク５４ｂを挟んで対向している。

左側の磁極５２ａのまわりにはコイル５８ａが巻回され、左側の磁極５２ｂのまわりにはコイル５８ｂが巻回されている。右側の磁極５６ａのまわりにはコイル６０ａが巻回され、右側の磁極５６ａのまわりにはコイル６０ｂが巻回されている。各コイル５８ａ，５８ｂ，６０ａ，６０ｂ（以下、代表的にコイルＣとも呼ぶ。）は、それぞれに対応して個別に設けられた駆動機構６２によってＺ方向に変位可能となっている。駆動機構６２は、モータ６４と、該モータ６４によって回転するスクリュー６６と、該スクリュー６６に螺合するナット６８とを備え、ナット６８が各コイルＣにつながっている。駆動機構６２は上記の駆動機構２６ａ，２６ｂと同様の構成である。

誘導加熱装置１０Ａでは２つのコア５０ａ，５０ｂに沿ったループ状の磁束Φが発生する。各コイルＣは、それぞれループ状の磁束経路に沿った同一方向に磁束を発生させる向きに巻回されており、それぞれ直列に接続されている。これにより、各コイルＣは１台のインバータ１６（図１参照）で駆動可能である。

誘導加熱装置１０Ａにおいて左半分に着目すると、磁極５２ａと磁極５２ｂとは異なるコア５０ａおよびコア５０ｂにおけるそれぞれの一端部であるが、対向するように配置されて対をなしている。磁極５２ａと磁極５２ｂとは磁束Φの経路の一部でギャップを形成しており、このギャップにワーク５４ａが配置さている。

また、誘導加熱装置１０Ａにおいて右半分に着目すると、磁極５６ａと磁極５６ｂとは異なるコア５０ａおよびコア５０ｂにおけるそれぞれの一端部であるが、対向するように配置されて対をなしている。磁極５６ａと磁極５６ｂとは磁束Φの経路の一部でギャップを形成しており、このギャップにワーク５４ｂが配置されている。

このように、誘導加熱装置１０Ａにおける左半分および右半分は、上記の誘導加熱装置１０とほぼ同様の構成になっており、駆動機構６２によるコイルＣの変位調整によりワーク５４ａおよびワーク５４ｂに対して個別にインピーダンス調整をすることができる。

なお、ワーク５４ａおよびワーク５４ｂのインピーダンス調整のためには、コイル５８ａとコイル５８ｂとの距離およびコイル６０ａとコイル６０ｂとの距離が可変であればいいことから、４つの駆動機構６２のうち、例えば上方の２台または下方の２台を省略してもよい。さらに、設計条件によっては、ワーク５４ａおよびワーク５４ｂのいずれか一方だけのインピーダンス調整をする場合には、インピーダンス調整を行わない側の２台の駆動機構６２を省略してもよい。ワーク５４ａとワーク５４ｂとは別体でも一体でもよい。ワーク５４ａとワーク５４ｂとが別体である場合、両者は接触していてもよいし、非接触でもよい。

図７（ｂ）に示すように、誘導加熱装置１０Ｂは３つのコア７０ａ、コア７０ｂおよびコア７０ｃを備える。以下、コア７０ａ〜７０ｃにおける各構成要素について、説明の簡略化のため同符号を付す。各コア７０ａ，７０ｂ，７０ｃは、両端の磁極７２にそれぞれコイル７６が巻回されている。コア７０ａとコア７０ｂ、コア７０ｂとコア７０ｃ、およびコア７０ｃとコア７０ａとは、それぞれ磁極７２同士が対向している。

各磁極７２にはそれぞれコイル７６が巻回されている。各コイル７６は、それぞれ駆動機構６２によって磁極７２にそって変位可能である。

誘導加熱装置１０Ｂでは３つのコア７０ａ〜７０ｃに沿ったループ状の磁束Φが発生する。各コイル７６は、それぞれループ状の磁束経路に沿った同一方向に磁束を発生させる向きに巻回されており、それぞれ直列に接続されている。これにより、各コイル７６は１台のインバータ１６（図１参照）で駆動可能である。

また、誘導加熱装置１０Ｂにおいて、個別のコア７０ａ〜７０ｃにおけるそれぞれの一端部を形成する６つの磁極７２は、ギャップを介して対向する３組の対をなしている。各対の磁極７２，７２は磁束Φの経路の一部でギャップを形成しており、このギャップには異なる形状のワーク７４ａ，７４ｂ，７４ｃが配置されている。

このように、誘導加熱装置１０Ｂでは、各対の磁極７２，７２およびその周辺部の構造が上記の誘導加熱装置１０とほぼ同様の構成になっており、駆動機構６２によるコイル７６の変位調整によりワーク７４ａ〜７４ｃに対して個別にインピーダンス調整をすることができる。

なお、上記の誘導加熱装置１０，１０Ａ，１０Ｂはコアの数が１〜３の例を示しているが、コアの数は４以上であってもよい。また、上記各実施例におけるコアに沿った磁束Φはループ状であると説明したがループ状とは広義であり、磁束Φは平面状の単純形状の輪である必要はなく、平面状または立体状のエンドレス形状であればよい。１以上のコアはこの磁束Φに沿うように配置すればよい。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 誘導加熱装置
１２ 加熱システム
１４，１４Ｓ，１４Ｌ，５４ａ，５４ｂ，７４ａ，７４ｂ，７４ｃ ワーク
１６ インバータ
１８ 測定器
２０ 制御部
２２，５０ａ，５０ｂ，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ コア
２４ａ，２４ｂ，５８ａ，５８ｂ，６０ａ，６０ｂ，７６ コイル
２６ａ，２６ｂ，６２ 駆動機構
２８ａ，２８ｂ，５２ａ，５２ｂ，５６ａ，５６ｂ，７２ 磁極
３０ 架橋部
３４ａ ベース板
３４ｂ ベース板
３６ 接続線
４６ 隙間
Φ 磁束
Φ_１ 有効磁束
Φ_２ 漏れ磁束

Claims (7)

1. １以上のコアと、
   前記コアの端部であってワークが配置されるギャップを介して対向する一対の磁極と、
   一対の前記磁極のまわりにそれぞれ巻回されたコイルと、
   前記コイルの少なくとも一方を前記磁極に沿って移動させて前記ワークからの距離を調整する駆動機構と、
   を備えることを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記コアは１つであり、前記一対の磁極は前記コアにおける両端部であることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記コアは複数であり、前記一対の磁極は異なる前記コアにおけるそれぞれの一端部であることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
4. 前記一対の磁極は、前記コアによるループ状の磁束経路の一部で前記ギャップを形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
5. 前記コイルは、それぞれループ状の前記磁束経路に沿った同一方向に磁束を発生させる向きに巻回されており、それぞれ直列に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置。
6. 一対の前記コイルの間のインダクタンスを測定する測定器と、
   前記測定器による測定結果に基づいて前記駆動機構を駆動する制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
7. 前記制御部は、一対の前記コイルの間のインダクタンスが目的値となるように、前記前記駆動機構を駆動して一対の前記コイルを変位させることを特徴とする請求項６に記載の誘導加熱装置。

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