JP2022097972A

JP2022097972A - 高周波誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2022097972A
Application number: JP2020211268A
Authority: JP
Inventors: 亮新井; Akira Arai; 利六下鳥; Toshiroku Shimotori; 大地平石; Daichi Hiraishi; 寿尚今増; Hisanao Imamasu
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-07-01
Also published as: JP2022191528A

Abstract

【課題】高周波誘導加熱を行う際に、加熱条件に応じた整合処理を容易に行えるようにする。【解決手段】高周波誘導加熱装置１は、高周波発振機に対し整合部を通じて接続される給電コイル２１と、前記給電コイルからギャップを置いて設けられ、前記給電コイルから非接触方式で高周波電力が供給される受電コイル３１と、前記受電コイルに接続され、被加熱物を誘導加熱する加熱コイル４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は高周波誘導加熱装置に関する。

特許文献１に高周波焼入装置が記載されている。この高周波焼入装置は、高周波発振機と整合部と高周波加熱コイルとを備えている。整合部は、ディスク型変成器と整合コンデンサとを有する。

特許第４６４４３８０号公報

高周波発振機から出力された高周波電力を被加熱物に対して効率的に送るために、加熱条件に合わせて整合部にて整合処理を行うことが求められる。従来の高周波誘導加熱装置では、斯かる整合処理が煩雑であるという問題がある。

本発明は、高周波誘導加熱を行う際に、加熱条件に応じた整合処理を容易に行えるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る高周波誘導加熱装置は、高周波発振機に対し整合部を通じて接続される給電コイルと、前記給電コイルからギャップを置いて設けられ、前記給電コイルから非接触方式で高周波電力が供給される受電コイルと、前記受電コイルに接続され、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルとを備える。

本発明によれば、高周波誘導加熱を行う際に、加熱条件に応じた整合処理を容易に行うことができる。

高周波誘導加熱装置の正面図である。高周波誘導加熱装置の給電コイル組立体の平面図である。高周波誘導加熱装置の受電コイル組立体及び加熱コイルの平面図である。給電コイルと小型の加熱コイルが接続された受電コイルとの間のギャップと、周波数との関係を示すグラフである。給電コイルと中型の加熱コイルが接続された受電コイルとの間のギャップと、周波数との関係を示すグラフである。給電コイルと大型の加熱コイルが接続された受電コイルとの間のギャップと、周波数との関係を示すグラフである。加熱コイルのサイズと、給電コイルと受電コイルとの間のギャップと、周波数との関係を示すグラフである。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。

図１～図３に高周波誘導加熱装置１を示す。高周波誘導加熱装置１は、給電コイル組立体２と受電コイル組立体３と加熱コイル４とを備えている。また、高周波誘導加熱装置１は、図示はしないが、高周波発振機及び整合部をも有している。整合部は、変成器とコンデンサとを有している。

給電コイル組立体２は給電コイル２１を有する。給電コイル２１は、一本の角パイプが略リング状となるように曲げられてなる給電コイル本体部２１ａと、給電コイル本体部２１ａの一端部及び他端部からそれぞれ径方向外側に延び出るように形成された延出部２１ｂとを有する。延出部２１ｂは、上記整合部を通じて上記高周波発振機へ接続される。上記角パイプは銅製とすることができる。

受電コイル組立体３は受電コイル３１を有する。受電コイル３１は、一本の角パイプが略リング状となるように曲げられてなる受電コイル本体部３１ａと、受電コイル本体部３１ａの一端部及び他端部からそれぞれ径方向外側に延び出るように形成された延出部３１ｂとを有する。上記角パイプは銅製とすることができる。

給電コイル本体部２１ａと受電コイル本体部３１ａとは、大きさが略等しい。給電コイル本体部２１ａと受電コイル本体部３１ａとは、互いに同軸となるように、かつ軸方向にギャップＧを置いて配置されている。このギャップＧは調整可能である。なお、給電コイル本体部２１ａ及び受電コイル本体部３１ａを支持する機構については図示を省略する。

給電コイル組立体２は、給電コイル本体部２１ａの周囲を、受電コイル本体部３１ａと対向する部分を除いて、かつ延出部２１ｂと干渉しないように覆うコア２２をも有する。また、受電コイル組立体３は、受電コイル本体部３１ａの周囲を、給電コイル本体部２１ａと対向する部分を除いて、かつ延出部３１ｂと干渉しないように覆うコア３２をも有する。コア２２及び３２には、給電コイル２１及び受電コイル３１と導通しないように、絶縁処理が施されている。

受電コイル３１には、延出部３１ｂを通じて加熱コイル４が接続されている。加熱コイル４は、一本の角パイプが略リング状となるように曲げられてなり、その両端部が延出部３１ｂに接続されている。上記角パイプは銅製とすることができる。加熱コイル４は、被加熱物（不図示）のサイズに応じて別の加熱コイルに取替え可能である。このとき、給電コイル２１を取り替えることなく、受電コイル３１及び加熱コイル４の組み合わせを、受電コイル及び加熱コイルの別の組み合わせに取り替えることができる。

給電コイル本体部２１ａ及び受電コイル３１ａ並びに加熱コイル４は、中空断面構造を有する角パイプで形成されているため、その内部に冷却水を流すことができる。

以上のような高周波誘導加熱装置１において、上記高周波発振機から上記整合部及び延出部２１ｂを通じて給電コイル本体部２１ａへ高周波電力が供給される。給電コイル本体部２１ａは、高周波発振機から供給された高周波電力を非接触方式で受電コイル本体部３１ａへと送る。受電コイル本体部３１ａは、給電コイル本体部２１ａから供給された高周波電力を、延出部３１ｂを通じて加熱コイル４へ送る。そして、加熱コイル４により被加熱物の誘導加熱が行われる。

このように、高周波誘導加熱装置１においては、高周波発振機から加熱コイル４へ高周波電力を送る際に、給電コイルから受電コイルに向けて非接触給電が行われる。斯かる高周波誘導加熱装置１によれば、給電コイル２１と受電コイル３１との間のギャップＧを調整することで、加熱条件に合わせた周波数の整合処理を行うことができる。

図４に、小型の加熱コイル（内径４０ｍｍ）を用いた場合の、ギャップと周波数との関係を示す。横軸は加熱時間（単位：秒）であり、縦軸は高周波発振機から出力された高周波電力の周波数（単位：ｋＨｚ）である。ギャップが１ｍｍの場合、加熱開始直後と加熱終了直前を除き、周波数は約９．１ｋＨｚである。同様に、ギャップが２ｍｍの場合に周波数は約８．７ｋＨｚであり、ギャップが４ｍｍの場合に周波数は約８．１ｋＨｚである。

図５に、中型の加熱コイル（内径６０ｍｍ）を用いた場合の、ギャップと周波数との関係を示す。横軸は加熱時間（単位：秒）であり、縦軸は高周波発振機から出力された高周波電力の周波数（単位：ｋＨｚ）である。ギャップが１ｍｍの場合、加熱開始直後と加熱終了直前を除き、周波数は約８．５ｋＨｚである。同様に、ギャップが２ｍｍの場合に周波数は約８．１ｋＨｚであり、ギャップが４ｍｍの場合に周波数は約７．７ｋＨｚである。

図６に、大型の加熱コイル（内径８０ｍｍ）を用いた場合の、ギャップと周波数との関係を示す。横軸は加熱時間（単位：秒）であり、縦軸は高周波発振機から出力された高周波電力の周波数（単位：ｋＨｚ）である。ギャップが１ｍｍの場合、加熱開始直後と加熱終了直前を除き、周波数は約８．０ｋＨｚである。同様に、ギャップが２ｍｍの場合に周波数は約７．７ｋＨｚであり、ギャップが４ｍｍの場合に周波数は約７．４ｋＨｚである。

図４～図６から、加熱コイルが小型、中型及び大型のいずれであっても、ギャップが大きくなると周波数が低下することがわかる。なお、図４～図６に示した、高周波発振機から出力された高周波電力の周波数は、受電コイルに供給される高周波電力の周波数と等しく、また、加熱コイルに供給される高周波電力の周波数とも等しい。

図７に、図４（小型の加熱コイル）の、ギャップ４ｍｍの場合のグラフと、図５（中型の加熱コイル）の、ギャップ２ｍｍの場合のグラフと、図６（大型の加熱コイル）の、ギャップ１ｍｍの場合のグラフとをまとめて示す。すなわち、加熱コイルが小型の場合、ギャップを４ｍｍとすることで周波数が約８．１ｋＨｚとなり、加熱コイルが中型の場合、ギャップを２ｍｍとすることで周波数が約８．１ｋＨｚとなり、加熱コイルが大型の場合、ギャップを１ｍｍとすることで周波数が約８．０ｋＨｚとなる。このように、使用する加熱コイルが小型、中型及び大型のいずれであっても、ギャップを変えることで、同程度の周波数を得ることができる。

以上のように、高周波誘導加熱装置１によれば、給電コイル本体部２１ａと受電コイル本体部３１ａとの間のギャップＧを調整することで、加熱条件に合わせた周波数の整合処理を行うことができる。

従来の高周波加熱誘導装置においては、被加熱物のサイズ（加熱条件の一つ）に合わせて加熱コイルを取り替えた場合、整合部内のコンデンサのタップ及び変成器のタップを変更する必要がある。また、同一の被加熱物及び同一の加熱コイルであっても、被加熱物の加熱部位により加熱条件が異なるため、複数の整合部を予め用意し、加熱条件に応じて選択される整合部を用いて加熱が行われる。複数の整合部を用意しておく必要があるため、装置全体が大型化している。

これに対し、高周波加熱誘導装置１によれば、加熱条件に合わせてギャップＧを調整することにより周波数の整合処理を比較的簡易に行うことができる。さらに、整合部は一つで済むため、複数の整合部を必要とする従来の高周波誘導加熱装置に比べて装置全体の小型化が実現できる。

また、高周波加熱誘導装置１によれば、給電コイルを取り替えることなく、受電コイル及び加熱コイルの取替えを行うことができる。すなわち、取替えに伴う作業時間の短縮が図られる。

これまでに説明した実施形態に関し、以下の付記を開示する。
［付記１］
高周波発振機に対し整合部を通じて接続される給電コイルと、
前記給電コイルからギャップを置いて設けられ、前記給電コイルから非接触方式で高周波電力が供給される受電コイルと、
前記受電コイルに接続され、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと
を備える高周波誘導加熱装置。
［付記２］
前記給電コイルと前記受電コイルとが、同軸となるように、かつ軸方向に前記ギャップを置いて設けられ、
前記ギャップが調整可能である、
付記１に記載の高周波誘導加熱装置。
［付記３］
前記受電コイル及び前記加熱コイルは、受電コイル及び加熱コイルの別の組み合わせに取替え可能である、付記１又は２に記載の高周波誘導加熱装置。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

１高周波誘導加熱装置

２給電コイル組立体
２１給電コイル
２１ａ給電コイル本体部
２１ｂ延出部
２２コア

３受電コイル組立体
３１受電コイル
３１ａ受電コイル本体部
３１ｂ延出部
３２コア

４加熱コイル

Ｇギャップ

上記目的を達成するために、本発明に係る高周波誘導加熱装置は、高周波発振機に対し整合部を通じて接続される給電コイルと、前記給電コイルからギャップを置いて設けられ、前記給電コイルから非接触方式で高周波電力が供給される受電コイルと、前記受電コイルに接続され、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルとを備える。前記給電コイルと前記受電コイルとが、同軸となるように、かつ軸方向に前記ギャップを置いて設けられ、前記ギャップが調整可能である。前記受電コイル及び前記加熱コイルの組み合わせは、受電コイル及び加熱コイルの別の組み合わせに取替え可能である。

Claims

高周波発振機に対し整合部を通じて接続される給電コイルと、
前記給電コイルからギャップを置いて設けられ、前記給電コイルから非接触方式で高周波電力が供給される受電コイルと、
前記受電コイルに接続され、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと
を備える高周波誘導加熱装置。
前記給電コイルと前記受電コイルとが、同軸となるように、かつ軸方向に前記ギャップを置いて設けられ、
前記ギャップが調整可能である、
請求項１に記載の高周波誘導加熱装置。
前記受電コイル及び前記加熱コイルの組み合わせは、受電コイル及び加熱コイルの別の組み合わせに取替え可能である、請求項１又は２に記載の高周波誘導加熱装置。