JP2530812B2 - 高周波誘導加熱装置 - Google Patents

高周波誘導加熱装置

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は、高周波インバータで給電される誘導加熱装
置、とくに異なる部位を異なる条件にて実質的に同時に
加熱することの可能な高周波誘導加熱装置に関する。
［従来技術とその問題点］ 高周波磁界内に金属のような良導体を置くと、電磁誘
導作用によりこれに渦電流が流れ、いわゆる渦電流損を
生ずる。更にこの良導体が磁性体の場合にはヒステリシ
ス損も発生する。この渦電流損とヒステリシス損による
発熱を加熱に利用するのが高周波誘導加熱装置であり、
その原理は周知である 被加熱体に生ずる渦電流は、表皮効果によってその表
面に近い程密度が高く、渦電流の浸透の深さは加熱コイ
ルに流す電流の周波数が高い程浅くなり、渦電流損は加
熱装置のコイルに流す電流値及びその周波数が高い程大
きくなることもよく知られている。
高周波誘導加熱装置の構成は一般に第１図に示すとお
りである。第１図において、１は交流を直流に変換する
整流装置、２は整流された直流電圧を平滑するコンデン
サ、３は加熱装置のコイルに給電すべき高周波電圧を発
生するインバータ、４は加熱装置のコイル、５は被加熱
体である。整流装置１は高周波加熱装置が交流電源から
給電される場合にのみ必要とされるもので、直流電源で
給電される場合には不要である。コンデンサ２は整流装
置１で交流を直流に変換した場合の電圧リップルが問題
とならない場合には不要である。
さて、こうして三相あるいは単相電源から整流装置１
によって直流に変換され、必要に応じてコンデンサで平
滑化された直流電圧、あるいは直流電源から給電される
直流電圧は、高周波インバータ３を介して加熱装置のコ
イル４に高周波電流を供給する。この結果、コイルの中
あるいはコイルに近接して置かれた被加熱体に誘導作用
による渦電流が流れ発熱するというのが高周波誘導加熱
装置のメカニズムである。
ところで、鋼材の焼き入れ等ではその表面部と内部と
で加熱状態を違えたいという要求がある。この要求に対
して、従来は出力電圧や出力周波数の異なる２台の高周
波誘導加熱装置を近接して設け、被加熱体を移動させて
深部と表面部とを別々に加熱していた。
この場合について第２図で説明すると、第２図におい
て、11は第１の高周波誘導加熱装置の整流装置、21はコ
ンデンサ、31は第１の高周波インバータ、41は第１の高
周波誘導加熱装置のコイル、12は第２の高周波誘導加熱
装置の整流装置、22はコンデンサ、32は第１の高周波イ
ンバータとは異なった出力電力、出力周波数を出す第２
の高周波インバータ、42は第２の高周波誘導加熱装置の
コイル、５は被加熱体である。被加熱体５はコイル41か
らコイル42を通って送られる間にコイル41、コイル42に
よって異なった高周波電力を給電される。
このような２台の高周波誘導加熱装置で加熱する方式
は当然のことながら各々２台の整流装置およびインバー
タを必要とするが、より安価なシステムとして、第３図
に示すようなものが考えられている。このシステムにお
いては、整流装置１およびコンデンサ２は高周波インバ
ータ31、32に対して共通とし、各インバータの出力はそ
れぞれ横流抑制用リアクトル611、612、621、622を介し
て共通のコイル４に重畳して供給されている。この結
果、二つの異なった周波数を持つ電力によって被加熱体
の深部と表面部の加熱状態を変えることができる。
しかし、この方式によってもなお２台の高周波インバ
ータと４個の横流抑制用リアクトルを要し、十分に安価
とは言いがたい。
［発明の目的］ 本発明は１台の高周波誘導加熱装置で所期の機能、す
なわち異なる部位を異なる加熱条件にて実質的に同時に
加熱することのできるという機能を得ることを目的とす
る。
［目的の達成手段］ 本発明によれば、この目的は、高周波インバータの出
力周波数および出力電力の少なくとも一方を適当な時間
間隔で反復して切り換えることによって達成される。
本発明の構成はそれゆえ第１図に示す構成と同じでよ
い。
二つの周波数の切換間隔は加熱体の熱時定数以内とす
ることが望ましい。
［作用］ 高周波インバータの出力周波数を第４図に示すように
適当な時間間隔で変えることによって、被加熱体の深部
にも表面部にも発熱をもたらすようにする。すなわち、
低い周波数で運転する時には深い部分までを、また高い
周波数で運転する時は表面部を加熱することが可能とな
る。二つの周波数の切換間隔は加熱体の熱時定数以内と
することによってあたかも連続して二つの異なった周波
数で同時に加熱しているかの如き効果が得られる。
周波数と同時に注入エネルギーを制御したい場合に
は、整流器１をサイリスタ変換装置として電圧制御をし
てもよいが、インバータ３を可制御形にする方がより安
価である。
すなわち、第５図（ａ）に示すように出力周期ｔの1/
2ずつ通流する運転状態のみならず、第５図（ｂ）に示
すように出力周期ｔの1/2より短い期間を各半波とし、
出力周期中に出力０の期間を設ける運転状態において出
力０期間を０からｔまで制御することによって出力電圧
可制御インバータが具現できる。
あるいはまた、インバータ３の出力電圧は制御せず
に、第４図において低周波出力期間T1と高周波出力期間
T2との比を制御することによって被加熱体の表面部と深
部への注入エネルギーを安い費用で変える装置を得るこ
ともできる。
以上の説明は高周波と低周波の反復切り換えの例につ
いて行ったが、三つ以上の周波数を切り換えても本発明
の趣旨を損なうものではない。
［発明の効果］ 本発明によれば、単一の高周波インバータを時分割で
切り換えることによって、従来より安価なハードにて所
期の目的を達成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例のブロック接続図、第２図およ
び第３図は従来装置のブロック接続図、第４図および第
５図は第１図の実施例の動作説明用波形図である。 １……整流装置、３……高周波インバータ ４……コイル、５……被加熱体。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高周波インバータで給電される誘導加熱装
    置において、高周波インバータの複数の異なる出力電力
    と出力周波数とのいずれか一方または両方を適当な時間
    間隔で反復して切り換えるとともに、その切り換える時
    間間隔を被加熱体の熱時定数より短くすることを特徴と
    する高周波誘導加熱装置。
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