JP2022082732A

JP2022082732A - 誘導加熱装置

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Publication number: JP2022082732A
Application number: JP2022063695A
Authority: JP
Inventors: 英司鈴木; Eiji Suzuki; 昌訓西村; Masanori Nishimura
Original assignee: Miyaden Co Ltd
Current assignee: Miyaden Co Ltd
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2022-06-02
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Abstract

【課題】誘導加熱コイルの内側コイルの冷却を促進し得て被加熱物の軸孔内周面を効率良く加熱できて、軸孔内周面の加熱効率を十分に高めたり、被加熱物の上下面やエッジ部分を良好に加熱できて、被加熱物の全体を均一に誘導加熱可能な誘導加熱装置を提供する。【解決手段】誘導加熱コイルが、コイル導体とコイルカバー及びこれらの基端側を支持しつつ放射温度センサが被加熱物の軸孔方向に指向する状態で取付可能な支持ブロックを有して被加熱物の軸孔内に挿入配置される内側コイルと、被加熱物の外周面に近接配置される外側コイルを有し、コイル導体と導体パイプが高周波電源に接続されて加熱コイルに高周波電流が供給されて被加熱物が誘導加熱され、該誘導加熱時の被加熱物の軸孔内面の温度が放射温度センサで検出可能に構成されると共に、コイルカバー内と導体パイプ内に冷却媒体供給手段から冷却媒体が循環供給可能に構成されていることを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は、誘導加熱可能な金属等の材質からなる円筒状部材やリング状部材等であって、その中心位置に軸孔を有する被加熱物の少なくとも内周面（内径面）等を誘導加熱する際に使用される誘導加熱装置に関する。

従来、この種の誘導加熱装置としては、例えば特許文献１に開示されている。この誘導加熱装置（円筒物用誘導加熱装置）は、被加熱物の内周面と外周面にそれぞれ隣接する誘導加熱コイルとしての内側コイルと外側コイルを設け、内側コイルと外側コイルが、互いに同位相の電流が同方向に流れるように一つの高周波電源に直列接続されると共に、内側コイルの巻き数が外側コイルの巻き数より少なくとも１巻き多く巻回するようにしたものである。

特許第４０９８０７６号公報

しかしながら、このような誘導加熱装置にあっては、誘導加熱コイルの内側コイルと外側コイルが共に断面円形の丸パイプを所定回数巻回することにより形成され、これらが被加熱物の内周面や外周面に所定の間隙を有して近接配置されると共に、外側コイルの巻回状態が被加熱物の軸方向において均等となっているため、内側コイルや外側コイルによる被加熱物の加熱効率が劣ると共に、軸孔内周面や外周面、上下面等の被加熱物の全体を均一に加熱することが難しいという不都合を有している。

すなわち、丸パイプを所定回数巻回した内側コイルが単に被加熱物の軸孔に挿入配置され、同コイルへの高周波電流の通電時にその丸パイプ内に冷却水が循環供給されて当該コイルの発熱を抑制する構造であることから、内側コイルを丸パイプの内面側からしか冷却することができず、通電時の内側コイル自体の発熱を十分に抑えることが難しい。その結果、被加熱物の軸孔内周面を誘導加熱する際に、その全域を均一に加熱することが困難であると共に、内側コイルによる加熱効率も劣り、例えば加熱時間が長くなる等、加熱効率を十分に高めることも困難である。

また、被加熱物の外周面側に配置される巻き数の少ない外側コイルが、被加熱物の外周面の軸方向全域に亘って均等に巻回配置されると共に、被加熱物の軸孔内に挿入配置される巻き数の多い内側コイルも軸方向に均等に巻回配置されていることから、これらの両コイルで被加熱物を誘導加熱した場合、被加熱物の内周面や外周面はより加熱されるが上下面はその磁束の通過が弱く外周面等に比べて加熱され難くなると共に、被加熱物の内外周面のエッジ部分にも磁束が集中し易く当該エッジ部分が高温に加熱され、その他の内外周面や上下面が低温に加熱される状態となり、結果として、被加熱物全体を均一な温度で加熱することが一層困難となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、誘導加熱コイルとしての内側コイルの冷却を促進し得て被加熱物の軸孔内周面全域を効率良く加熱でき、被加熱物の軸孔内周面の加熱効率を十分に高めつつ被加熱物の全体を均一に誘導加熱可能な誘導加熱装置を提供することにある。また、他の目的は、前記目的に加え、被加熱物の上下面や内外周面のエッジ部分を良好に加熱し得て被加熱物全体を一層均一な温度で加熱することが可能な誘導加熱装置を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、トランジスタインバータからなる高周波電源と、該高周波電源の出力端子に接続される出力変成器と、該出力変成器の出力端子に接続される加熱コイルと、冷却器及び冷却タンクを有する冷却媒体供給手段を備えて、被加熱物の軸孔内面を誘導加熱する誘導加熱装置において、前記加熱コイルは、所定回数巻回されたコイル導体、該コイル導体の外周側を覆う有底筒状のコイルカバー、及び前記コイル導体と前記コイルカバーの基端側を支持しつつ放射温度センサが前記被加熱物の軸孔方向に指向する状態で取付可能な支持ブロックを有し、前記コイル導体が前記高周波電源に接続されて前記加熱コイルに高周波電流が供給されることで前記被加熱物の軸孔内面が誘導加熱され、該誘導加熱時の前記軸孔内面の温度が前記放射温度センサで検出可能に構成されると共に、前記コイルカバー内に前記冷却媒体供給手段から冷却媒体が循環供給可能に構成されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、トランジスタインバータからなる高周波電源と、該高周波電源の出力端子に接続される出力変成器と、該出力変成器の出力端子に接続される加熱コイルと、冷却器及び冷却タンクを有する冷却媒体供給手段を備えて、被加熱物の軸孔内面と外周面を誘導加熱する誘導加熱装置において、前記加熱コイルは、所定回数巻回されたコイル導体、該コイル導体の外周側を覆う有底筒状のコイルカバー、及び前記コイル導体と前記コイルカバーの基端側を支持しつつ放射温度センサが前記被加熱物の軸孔方向に指向する状態で取付可能な支持ブロックを有して前記被加熱物の軸孔内に挿入配置される内側コイルと、前記被加熱物の外周面に近接配置される外側コイルを有し、前記コイル導体と前記導体パイプが前記高周波電源に接続されて前記加熱コイルに高周波電流が供給されることで前記被加熱物が誘導加熱され、該誘導加熱時の前記被加熱物の軸孔内面の温度が前記放射温度センサで検出可能に構成されると共に、前記コイルカバー内と前記導体パイプ内に前記冷却媒体供給手段から冷却媒体が循環供給可能に構成されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記支持ブロックが、貫通状態のセンサ取付孔を有する円盤状に形成され、前記センサ取付孔に前記放射温度センサが装着されていることを特徴とする。

さらに、請求項４に記載の発明は、前記内側コイルのコイル導体が、内部に扁平空間を有する潰し銅パイプからなるコイル状扁平パイプかあるいは銅の薄板等の内部に空間を有さない忠実状の導体であることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記高周波電源の出力端子に、前記出力変成器が銅板等で固定的に接続されるかもしくは可撓性ケーブルを介して移動可能に接続されると共に、前記出力変成器の出力端子に、前記加熱コイルが直接固定接続されるかもしくは適宜のケーブルを介して固定接続されていることを特徴とする。

本発明のうち請求項１ないし５に記載の発明によれば、少なくとも被加熱物の軸孔内に挿入配置される誘導加熱コイルの内側コイルがコイル導体と有底筒状のコイルカバー及び支持ブロックを有し、コイル導体が高周波電源に接続されると共に、コイルカバー内と導体パイプ内に冷却媒体供給手段から冷却媒体が循環供給可能に構成されているため、誘導加熱コイルの内側コイルのコイルカバー内に循環供給される冷却媒体によりコイル導体を冷却媒体中に浸漬（どぶ漬け）状態で冷却でき、内側コイル自体の発熱を良好に抑制して被加熱物の軸孔内周面全域を効率良く加熱でき、被加熱物の加熱効率を十分に高めつつ被加熱物全体を均一に加熱することが可能になる。

また、例えば内側コイルと外側コイルを高周波電源に並列接続すれば、高周波電源を複数台使用することが可能となり内側コイルと外側コイルに供給される高周波電流を調整できる等、被加熱物の形態に応じて最適な高周波電流の供給が可能になる。

さらに、放射温度センサが内側コイルの支持ブロックに一体的に配設されると共に、放射温度センサの指向方向がコイルカバーの外周側と被加熱物の軸孔内周面（内部）間に指向し、かつ軸孔内部の放射が的確に受光できるように設定されていることから、誘導加熱コイルをセットしたまま（加熱状態のまま）で軸孔内部の所望位置（例えば軸方向の中央に近い位置）の加熱温度を精度良く逐次に測定できて、結果として軸孔内周面の略全域を所望温度で略均一に加熱することができる。

本発明に係わる誘導加熱装置に使用される誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図同その側面図同内側コイルの斜視図同その縦断面図同誘導加熱コイルの内側コイルのコイル導体を示す（ａ）が正面図、（ｂ）がその縦断面図同その（ａ）が図５（ｂ）のＡ部拡大図、（ｂ）が図５（ｂ）のＢ部拡大図、（ｃ）が図５（ａ）のＣ－Ｃ線矢視図同誘導加熱装置の接続状態を示す概念図

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明に係わる誘導加熱装置に使用される誘導加熱コイルの一実施形態を示している。図１及び図２に示すように、誘導加熱コイル１（加熱コイル１という）は、内側コイル２と外側コイル３及びこれらを支持するホルダー４を備えている。

前記ホルダー４は、所定幅で所定長さの長尺状の一対の銅板４ａを有し、この銅板４ａが絶縁板４ｂを介して圧接されると共に、これらが前記内側コイル２と外側コイル３の両端部を支持するそれぞれ一対の支持板４ｃ、４ｄとボルト４ｅ等により圧接固定状態とされている。

前記内側コイル２は、被加熱物としてのロータＷの軸孔Ｗａ内に挿入配置され、その内部に後述するコイル導体２ａ１が挿入配置されたコイルカバー２ａ２と、このコイルカバー２ａ２の基端部を支持する円盤状の支持ブロック２ｂ等を有し、コイルカバー２ａ２から支持ブロック２ｂの上面側に所定寸法突出した第１パイプ及び第２パイプとしての丸銅パイプ２ｃ１、２ｃ２が、前記ホルダー４の銅板４ａの外面（表面）に支持板４ｃとボルト４ｅにより固定支持されている。

また、前記外側コイル３は、そのコイル部３ａが前記ロータＷの外周面Ｗｂの外側に近接配置され、その両端部の上方に延設された基端部３ｂが前記ホルダー４の銅板４ａの外面に支持板４ｄとボルト４ｅにより固定支持されている。なお、各銅板４ａの外面で内側コイル２と外側コイル３用の支持板４ｃ、４ｄ間には、銅の角パイプからなる側面視コ字状の冷却パイプ５がそれぞれロー付け固着されている。そして、この一対の冷却パイプ５（一方のみ示す）の上方への各突出両端部と、前記内側コイル２の支持板４ｃから上方に突出した一対の両端部及び前記外側コイル３の支持板４ｄから上方に突出した一対の両端部には、ホースジョイント６がそれぞれ（合計８個）固着されている。

次に、前記内側コイル２の具体的な構成を、図３～図６に基づいて説明する。内側コイル２は、図３に示すように、コイル部２ａと、このコイル部２ａの基端側（図４に置いて上方側）を支持する前記支持ブロック２ｂ等を備えている。前記コイル部２ａは、図４に示すように、扁平パイプを軸方向に均等ピッチで所定回数コイル状に巻回したコイル導体２ａ１と、このコイル導体２ａ１の外周側と先端側とを覆うベーク材等の絶縁体で形成された有底筒状のコイルカバー２ａ２を有している。

このとき、コイル導体２ａ１は、導体である所定径の丸銅パイプを直径（断面）方向に潰すことで、内部に扁平空間９（図６参照）を有した潰し銅パイプが使用され、この潰し銅パイプを直線状の軸芯に沿って所定回数一定ピッチで巻回することによりコイル状に形成されている。なお、コイル導体２ａ１の基端側には、巻回されることなく上方に所定長さ一体的に延設された直線部２ａ３が設けられている。

また、コイル導体２ａ１の一方の端部となる先端部（図４において下方端部）と他方の端部となる直線部２ａ３の基端部には、一対の直線状の前記丸銅パイプ２ｃ１、２ｃ２の先端部がそれぞれロー付け固着され、一方の丸銅パイプ２ｃ１は、コイル導体２ａ１の軸心位置を貫通する状態でその基端部が上方に所定長さ延設されている。また、他方の丸銅パイプ２ｃ２は、その上端位置が丸銅パイプ２ｃ１と同一となるように長さが短く設定されて、その先端部がコイル導体２ａ１の前記直線部２ａ３の基端部にロー付け固着されている。

そして、一方の丸銅パイプ２ｃ１の先端部には、図６（ｂ）に示すように、連通孔７ａが形成されてコイル導体２ａ１の先端部の扁平空間９に連通状態とされ、他方の丸銅パイプ２ｃ２の先端部にも、図６（ａ）に示すように、連通孔７ｂが形成されてコイル導体２ａ１の基端部（直線部２ａ３）の扁平空間９に連通状態とされている。なお、丸銅パイプ２ｃ１と丸銅パイプ２ｃ２の先端部（下端）は開口されて、それぞれコイルカバー２ａ２内に連通状態とされている。また、コイルカバー２ａ２は、その開口部となる上端部（基端部）が、後述する支持ブロック２ｂにその内部空間が気密状態となるように支持されている。

これにより、例えば一方の丸銅パイプ２ｃ１の基端部から供給された冷却媒体としての冷却水が、丸銅パイプ２ｃ１内を流れてその先端の開口からコイルカバー２ａ２の底部内に所定圧で噴出供給され、底部内面で跳ね返された冷却水がコイルカバー２ａ２内を上方に流れると共に、連通孔７ａを介してコイル導体２ａ１の先端部からその扁平空間９内に流入して該扁平空間９内を上方に流れ、その基端部から他方の丸銅パイプ２ｃ２内に流入する。

また同時に、コイルカバー２ａ２内を上部まで流れた冷却水も、他方の丸銅パイプ２ｃ２の先端部内に流入する。つまり、一方の丸銅パイプ２ｃ１からコイルカバー２ａ２の底部に供給される冷却水が、コイルカバー２ａ２内を流通する流路と、コイル導体２ａ１の扁平空間９内を流通する二系統の流路で流れ、コイル導体２ａ１がその外部(外面側)と内部（内面側）から同時に冷却されることになる。

前記内側コイル２の支持ブロック２ｂは、図３及び図４に示すように、それぞれ絶縁材で形成された、カバー固定ナット２ｂ１、センサ支持板２ｂ２及び分割状態のコイルクランプ２ｂ３等を有し、全体として円盤形状を呈し、コイルカバー２ａの上端部を気密状態で支持している。

なお、前記センサ支持板２ｂ２（及びカバー固定ナット２ｂ１）には、センサ取付孔８（センサ取付部）が上下方向に貫通状態で設けられており、このセンサ取付孔８に図示しない放射温度センサが下方（ロータＷの軸孔Ｗａ方向）に指向する状態で装着されて、ロータＷの軸孔Ｗａ内面の高さ（深さ）方向の所定位置の温度を検出（測定）可能となっている。そして、内側コイル２は、カバー固定ナット２ｂ１等により、前記コイル部２ａの基端部が丸銅パイプ２ｃ１、２ｃ２等を介して支持ブロック２ｂに支持されつつ、ホルダー４に支持されている。

一方、前記外側コイル３は、図１及び図２に示すように、外周面が絶縁材で覆われた導体パイプとしての丸銅パイプを所定回数巻回（図では略４巻）することで形成されたコイル部３ａと、このコイル部３ａの両端部を上方（ホルダー４方向）に直線状に延設した一対の基端部３ｂを有している。このとき、コイル部３ａは、ロータＷの軸方向両端の上面Ｗｄと下面Ｗｅに近接配置される上端部分３ａ１及び下端部分３ａ２が、例えばそれぞれ略１．５巻に設定（密に巻回）され、この一対の上端部分３ａ１と下端部分３ａ２間の巻き数が略１巻に設定（粗に巻回）されている。

このように構成された前記加熱コイル１は、図７に示すように、本発明に係る誘導加熱装置１０に接続されて使用される。すなわち、誘導加熱装置１０は、高周波電源としてのトランジスタインバータ１１と、このトランジスタインバータ１１の出力端子に銅板等で固定的に接続されるかもしくは可撓性ケーブルを介して移動可能に接続される出力変成器１２と、冷却器や冷却水タンク等を有する冷却媒体供給手段としての冷却水供給装置１３と、図示しない制御装置等を備えている。

そして、出力変成器１２の一対の出力端子に、前記ホルダー４の一対の銅板４ａが図示しない例えば固定ボルト等で直接固定接続されるか、適宜のケーブルを介して固定接続される。この接続により、一対の銅板４ａに内側コイル２と外側コイル３の丸銅パイプ２ｃ１、２ｃ２や基端部３ｂがそれぞれ接続されることから、出力変成器１２（高周波電源）の出力端子に内側コイル２と外側コイル３が並列接続された状態となる。

また、前記冷却水供給装置１３は、その供給口が内側コイル２、外側コイル３及び冷却パイプ５の一方のホースジョイント６にホースを介してそれぞれ接続され、その戻り口が内側コイル２、外側コイル３及び冷却パイプ５の他方のホースジョイント６にホースを介してそれぞれ接続される。つまり、冷却水供給装置１３に内側コイル２と外側コイル３のコイル部２ａ、３ａ及び冷却パイプ５が並列接続された状態となる。

なお、この冷却水の循環流路（接続形態）は、並列接続状態に限らず、例えば内側コイル２と外側コイル３及び冷却パイプ５を全て直列状態で接続したり、あるいはこれら３つの内の２つを直列状態で接続することも勿論可能である。また、例えば冷却水供給装置１３に冷却水の供給圧力が異なる複数の供給口を設けて内側コイル２と外側コイル３への冷却水の供給圧力を異なる（内側コイル２への圧力を外側コイル３への圧力より高く設定する）ようにして、冷却水の循環量を最適に設定しても良い。

そして、図７の接続状態で加熱コイル１を、図示しないセット台上にセットされているロータＷの上面Ｗｄ側から下降させて、内側コイル２のコイルカバー２ａ２部分をロータＷの軸孔Ｗａ内に挿入配置すると共に、外側コイル３のコイル部３ａをロータＷの外周面Ｗｂの外周側に所定の間隔を有して近接配置する。このとき、内側コイル２は、そのコイルカバー２ａ２の先端部がロータＷの下面Ｗｅから所定寸法突出し、外側コイル３は、コイル部３ａの上端部分３ａ１と下端部分３ａ２がロータＷの上面Ｗｄと下面Ｗｅに略対向するように設定する。

この状態で、誘導加熱装置１０のトランジスタインバータ１１と冷却水供給装置１３を作動させると、トランジスタインバータ１１から高周波電流が、出力変成器１２、ホルダー４を介して、内側コイル２（コイル導体２ａ１）に供給（給電）されると同時に外側コイル３（コイル部３ａ）にも供給される。両コイル２、３に高周波電流が供給されると、ロータＷの軸孔Ｗａ内周面やロータＷの外周面Ｗｂ、上面Ｗｄ、下面Ｗｅ等に渦電流が誘起されてロータＷが誘導加熱される。

このとき、内側コイル２のコイル導体２ａ１が扁平銅パイプであることから、その幅が広くなって軸孔Ｗａの内周面に対向する導体の表面積を例えば単なる丸銅パイプ等に比較して大きく、すなわちコイル導体２ａ１から軸孔Ｗａ内周面に向けて照射される磁力線の数を増大でき、効率的な誘導加熱状態が得られることになる。

この誘導加熱による軸孔Ｗａの内周面の加熱温度は、放射温度センサ（図示せず）で逐次測定され、その信号が誘導加熱装置１０の制御装置（図示せず）に入力される。そして、測定温度が制御装置に予め設定してある設定温度となった時点で、例えばトランジスタインバータ１１の作動を停止させる。これにより、ロータＷの軸孔Ｗａ内周面が所定温度で誘導加熱されることになる。

なお、放射光を受光する放射温度センサが、内側コイル２の支持ブロック２ｂのセンサ支持板２ｂ２等に一体的に配設されると共に、放射光の指向方向がコイルカバー２ｂの外周側とロータＷの軸孔Ｗａ内周面（内部）間に指向し、かつ軸孔Ｗａ内部の放射が的確に受光できるように設定されていることから、加熱コイル１をセットしたまま（加熱状態のまま）で軸孔Ｗａ内部の所望位置（例えば軸方向の中央に近い位置）の加熱温度を精度良く逐次に測定できて、結果として軸孔Ｗａ内周面の略全域を所望温度で略均一に加熱できることになる。

一方、内側コイル２の誘導加熱と同時に外側コイル３による誘導加熱でロータＷの外周面Ｗｂ等も所定温度まで誘導加熱される。この外周面Ｗｂの誘導加熱時において、外側コイル３のコイル部３ａの巻き数状態がロータＷの上面Ｗｄと下面Ｗｅ部分が中間部分より密に設定（巻回）されていることから、上面Ｗｄと下面Ｗｅやエッジ部分Ｗｃの磁束を制御できて、これらを内外周面と略同一に加熱、すなわち、ロータＷの全体を均一に誘導加熱することが可能になる。なお、例えばロータＷの誘導加熱時の外周面Ｗｂの加熱温度は、前述した内側コイル２用の放射温度センサとは別体の放射温度センサ等で測定されるようになっている。

また、トランジスタインバータ１１と例えば略同時に冷却水供給装置１３が作動すると、冷却水が内側コイル２の一対のホースジョイント６を介してコイルカバー２ａ２内やコイル導体２ａ１内に循環供給されて、内側コイル２のコイル導体２ａ１が外面側と内面側から冷却、つまり、内側コイル２のコイル導体２ａ１に、その内部に冷却水が流通する流路と、コイルカバー２ａ２内に冷却水が流通する流路の二系統の冷却水流路が形成されることになる。

これにより、冷却水がコイルカバー２ａ２内を流通してコイル導体２ａ１を冷却することから、コイル導体２ａ１が冷却水中に浸漬状態で冷却されると共に、扁平空間９内面と表面（外面）に冷却水が確実に接触しつつ冷却されて、通電時のコイル導体２ａの発熱が効率的に抑制されることになる。

また、冷却水供給装置１３から供給される冷却水は、外側コイル３の丸銅パイプ内にも循環供給されて、外側コイル３が内面側から冷却される。このとき、外側コイル３は内側コイル２に比較して外径が大径でかつ巻き数の少ない丸銅パイプであることから、丸銅パイプ内を冷却水が良好に流通して外側コイル３に内側コイル２と略同程度の冷却状態が容易に得られることになる。

また、内側コイル２と外側コイル３の支持板４ｃ、４ｄ間の銅板４ａ外面（表面）に冷却パイプ５が固着されていることから、支持板４ａ、４ｃ間の銅板４ａ自体の発熱が抑えられることになる。つまり、内側コイル２や外側コイル３自体の発熱や両コイル２、３を支持する銅板４ａ自体の発熱が抑えられて、通電的の加熱コイル１自体の発熱による加熱効率の低下が防止されることになる。

そして、このようにして加熱コイル１で軸孔Ｗａ内周面や外周面Ｗｃが加熱されたロータ１０は、エッジ部分Ｗｃの異常な加熱によるロータＷを構成する積層珪素鋼板端部等の薄利や浮き等の変形が防止され、高品質なロータＷを容易に得ることが可能になる。その結果、例えば加熱状態のロータＷの軸孔Ｗａ内への回転軸の焼き嵌め等の作業が簡単かつ高精度に行えることになる。

このように、前記誘導加熱装置１０の加熱コイル１によれば、内側コイル２が、コイル導体２ａ１と該コイル導体２ａ１の外周側を覆う有底筒状のコイルカバー２ａ２を有して、コイル導体２ａ１の両端部がトランジスタインバータ１１に出力変成器１２を介して接続されると共に、冷却水供給装置１３からコイルカバー２ａ２内に冷却水が循環供給されるため、コイルカバー２ａ２内に循環供給される冷却水によりコイル導体２ａ１を冷却水中に浸漬（どぶ漬け）状態で冷却でき、内側コイル２自体の発熱を良好に抑制しつつロータＷの軸孔Ｗａ内周面を効率良く加熱できて、その加熱効率を十分に高めることが可能になる。

また、外側コイル３が、ロータＷの外周面Ｗｂの上下両端部分が密に巻回されその他の部分が粗に巻回されているため、ロータＷの上下面Ｗｄ、Ｗｅやエッジ部分Ｗｃの磁束を制御できて、ロータＷ全体を均一な温度で加熱することができ、高品質なロータＷを容易に得ることができる。

また、内側コイル２のコイル導体２ａ１がコイル状扁平パイプで形成され、このコイル導体２ａ１の軸心位置に丸銅パイプ２ｃ１が挿通されて、この丸銅パイプ２ｃ１の先端部とコイル状扁平パイプの先端部が連結されると共に、丸銅パイプ２ｃ１、２ｃ２が支持ブロック２ｂに支持されているため、丸銅パイプ２ｃ１でコイル導体２ａ１を確実に支持しつつコイルカバー２ａ２内に安定配置できると共に、内側コイル２自体をホルダー４に安定支持させることができる。

特に、内側コイル２のコイル導体２ａ１の構成により、次のような格別な作用効果を得ることができる。すなわち、コイル部２ａを軸孔Ｗａ内に挿入配置した状態で、コイル導体２ａ１にトランジスタインバータ１１から高周波電流を供給すると共に、冷却水供給装置１３からコイルカバー２ａ２内とコイル導体２ａ１の扁平空間９内に冷却水を供給して、ロータＷの軸孔Ｗａ内周面を誘導加熱するため、コイル導体２ａ１の外周面の全域と扁平空間９内面を冷却水で同時に冷却できて、コイル導体２ａ１の通電時の発熱を効果的に抑制しその加熱効率を一層高めることができる。

また同時に、コイル導体２ａ１が、丸銅パイプを扁平状に潰した潰し銅パイプで形成されているため、丸銅パイプを潰して巻回することでコイル状導体２ａ１を容易に形成することができて、加熱コイル１のコストアップを抑えることが可能になる。

また、丸銅パイプ２ｃ１の先端部がコイルカバー２ａ２の底部内部に連通すると共にコイル導体２ａ１の先端部に連通孔７ａで連通しているため、例えば丸銅パイプ２ｃ１から供給される冷却水をコイルカバー２ａ２の底部から該カバー２ａ２内に供給できると共に、冷却水を連通孔７ａによりコイル導体２ａ１内にも供給できて、コイルカバー２ａ２やコイル導体２ａ１内に冷却水を一層良好に循環させて、内側コイル２自体の発熱を一層良好に抑制することができる。

特に、冷却水供給装置１３からの冷却水が、コイル導体２ａ１の扁平空間９とコイルカバー２ｂ内に供給可能であるため、コイルカバー２ｂ内の冷却水流路を二系統として、ロータＷの形態等に応じて冷却系統を設定でき、コイル導体２ａ１の冷却効果をより最適に設定することができる。このとき、コイル導体２ａ１の扁平空間９内やコイルカバー２ａ２内への冷却水の供給を、コイルカバー２ａ２内の冷却水の温度に基づいて制御するように構成すれば、コイル導体２ａ１の冷却状態に応じた一層最適な条件での冷却が可能になる。

またさらに、内側コイル２と外側コイル３が高周波電源に並列接続されるため、例えば高周波電源を複数台使用することも可能となり内側コイル２と外側コイル３に供給される高周波電流を調整できる等、ロータＷの形態に応じて最適条件の高周波電流の供給が可能になり、各種形態のロータＷに容易に対応することができる。

なお、前記実施形態においては、内側コイル２のコイル導体２ａ１として、内部に扁平空間９を有する潰し銅パイプからなるコイル状扁平パイプを使用したが、例えば銅の薄板等の内部に空間を有さない中実状の適宜導体をコイル導体として使用することもでき、この場合は、丸銅パイプ２ｃ１、２ｃ２から供給される冷却水は、コイルカバー２ａ１内にのみ循環供給するように構成すれば良い。

また、前記実施形態における、内側コイル２や外側コイル３の巻き数及び粗密の形態、内側コイル２の支持ブロック２ｂやホルダー４の形態、冷却媒体の形態、誘導加熱装置１０の形態等は一例であって、例えば内側コイル２のコイル導体２ａ１の巻回形態を均等ピッチではなく軸孔Ｗａの上下開口部分と中心部分とで異ならせて、軸孔Ｗａ内周面の全域に一層均一な加熱状態が得られるようにする等、前記実施形態と同等の作用効果が得られかつ本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。

本発明は、ロータ等の被加熱物への適用に限らず、少なくとも中心位置の軸孔内周面に誘導加熱が必要な全ての被加熱物に利用できる。

１・・・誘導加熱コイル、２・・・内側コイル、２ａ・・・コイル部、２ａ１・・・コイル導体、２ａ２・・・コイルカバー、２ａ３・・・直線部、２ｂ・・・支持ブロック、２ｂ１・・・カバー固定ナット、２ｂ２・・・センサ支持板、２ｂ３・・・コイルクランプ、２ｃ１、２ｃ２・・・丸銅パイプ、３・・・外側コイル、３ａ・・・コイル部、３ｂ・・・基端部、４・・・ホルダー、４ａ・・・銅板、４ｃ、４ｄ・・・支持板、５・・・冷却パイプ、６・・・ホースジョイント、７ａ、７ｂ・・・連通孔、９・・・扁平空間、１０・・・誘導加熱装置、１１・・・トランジスタインバータ、１２・・・出力変成器、１３・・・冷却水供給装置、Ｗ・・・ロータ、Ｗａ・・・軸孔、Ｗｂ・・・外周面、Ｗｃ・・・エッジ部分、Ｗｄ・・・上面、Ｗｅ・・・下面。

Claims

トランジスタインバータからなる高周波電源と、該高周波電源の出力端子に接続される出力変成器と、該出力変成器の出力端子に接続される加熱コイルと、冷却器及び冷却タンクを有する冷却媒体供給手段を備えて、被加熱物の軸孔内面を誘導加熱する誘導加熱装置において、
前記加熱コイルは、所定回数巻回されたコイル導体、該コイル導体の外周側を覆う有底筒状のコイルカバー、及び前記コイル導体と前記コイルカバーの基端側を支持しつつ放射温度センサが前記被加熱物の軸孔方向に指向する状態で取付可能な支持ブロックを有し、
前記コイル導体が前記高周波電源に接続されて前記加熱コイルに高周波電流が供給されることで前記被加熱物の軸孔内面が誘導加熱され、該誘導加熱時の前記軸孔内面の温度が前記放射温度センサで検出可能に構成されると共に、前記コイルカバー内に前記冷却媒体供給手段から冷却媒体が循環供給可能に構成されていることを特徴とする誘導加熱装置。
トランジスタインバータからなる高周波電源と、該高周波電源の出力端子に接続される出力変成器と、該出力変成器の出力端子に接続される加熱コイルと、冷却器及び冷却タンクを有する冷却媒体供給手段を備えて、被加熱物の軸孔内面と外周面を誘導加熱する誘導加熱装置において、
前記加熱コイルは、所定回数巻回されたコイル導体、該コイル導体の外周側を覆う有底筒状のコイルカバー、及び前記コイル導体と前記コイルカバーの基端側を支持しつつ放射温度センサが前記被加熱物の軸孔方向に指向する状態で取付可能な支持ブロックを有して前記被加熱物の軸孔内に挿入配置される内側コイルと、前記被加熱物の外周面に近接配置される外側コイルを有し、
前記コイル導体と前記導体パイプが前記高周波電源に接続されて前記加熱コイルに高周波電流が供給されることで前記被加熱物が誘導加熱され、該誘導加熱時の前記被加熱物の軸孔内面の温度が前記放射温度センサで検出可能に構成されると共に、前記コイルカバー内と前記導体パイプ内に前記冷却媒体供給手段から冷却媒体が循環供給可能に構成されていることを特徴とする誘導加熱装置。
前記支持ブロックは、貫通状態のセンサ取付孔を有する円盤状に形成され、前記センサ取付孔に前記放射温度センサが装着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
前記内側コイルのコイル導体は、内部に扁平空間を有する潰し銅パイプからなるコイル状扁平パイプかあるいは銅の薄板等の内部に空間を有さない忠実状の導体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の誘導加熱装置。
前記高周波電源の出力端子に、前記出力変成器が銅板等で固定的に接続されるかもしくは可撓性ケーブルを介して移動可能に接続されると共に、前記出力変成器の出力端子に、前記加熱コイルが直接固定接続されるかもしくは適宜のケーブルを介して固定接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の誘導加熱装置。