JP4597715B2 - 磁気加熱装置 - Google Patents
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Description
従って、被加熱物が磁性体の場合には、被加熱物内の磁束密度が飽和しない値にすると共に、可能な最大の電力を供給できるように適切な周波数、電圧を設定する必要があるが、特許文献1に示された装置では、この面からの配慮がされていなかった。
しかし、特許文献1に示された装置は、この点についても考慮されていないという問題点があった。
のである。
以下、この発明の実施の形態1を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1による磁気加熱装置の構成を示す概略図、図2および図3は、図1における空隙部付近の構成を拡大して示す説明図である。
の他の金属材を区分する種類)、所定の加熱目標温度が入力されている。磁気加熱装置の
起動時には制御装置8にて、被加熱物6の形状、材質に合わせて上コイル4および下コイル5に印加する交流の周波数および電圧を以下のような判断過程で決定する。
周波数の基準を50〜100Hzとするのは、インバータとして使用される汎用タイプのものが出力できる一般的な周波数(最大400Hz)とし、上下の周波数の範囲に調整のための余裕代を見ているためである。
磁束密度が被加熱物6の飽和磁束密度を超えると磁気ヒステリシスによる発熱が著しく減少するため、飽和磁束密度より小さい磁束密度で加熱される必要がある。
上部鉄心1および下部鉄心2の磁束密度は電源装置7から印加される電圧および周波数でほぼ決定され、これは被加熱物6の貫通磁束も決定する。従って、被加熱物6の磁束密度は、予想できる飽和磁束密度(約1.0テスラ)を超えない範囲で可能な限り高い値になるように電圧、周波数が設定される。なお、磁束密度は、供給される電源の電圧にほぼ比例し、周波数にほぼ反比例する。
強磁性体に比べて磁化率が著しく小さいため、渦電流による発熱の割合が大きく、磁気ヒステリシスによる発熱は小さい。従って、可能な限り高い磁束密度を発生できるように低い周波数、高い電圧が要求される。
磁性をほとんど有しないため、渦電流による発熱の割合が大半を占める。常磁性体と同様に、渦電流の浸透深さが適切な値になるように周波数が設定される。上記(2)と同じく、式(1)に示す被加熱物6の抵抗率はあらかじめ制御装置8に被加熱物6の情報として入力しておく必要がある。
Cは電流検出器11の計測結果である。また、Dは磁束検出器17の計測結果であり、この結果にもとづいてGで被加熱物6の磁束密度が計算される。
上述した各情報にもとづいてJで電源装置7から供給される交流の電圧と周波数が計算されると共に、温度計10からの計測結果に対応して加熱終了の判断が行なわれ、Kで電源装置7に指令される。
次に、この発明の実施の形態2を図にもとづいて説明する。図8は、実施の形態2による磁気加熱装置の電源停止時における電圧の設定パターンを示すものであり、被加熱物として強磁性体を処理する場合を対象としたものである。
磁束密度は供給される電圧にほぼ比例するため、上記のように電圧を減少させるようにすれば、被加熱物の磁束密度は減少し、図9に示す磁気ヒステリシス曲線も小さくなり、被加熱物6の残留磁束密度をほぼゼロにすることができる。
次に、この発明の実施の形態3を図にもとづいて説明する。図10は、実施の形態3による磁気加熱装置の周波数の設定パターンを示すものである。強磁性体である被加熱物6を、磁気変態点(約770℃)以下で加熱する場合には、磁気変態点以上で磁性が消滅するため、磁気ヒステリシスによる発熱がなくなり、渦電流による発熱のみとなる。
この300〜400Hzの周波数の範囲では式(1)で計算される渦電流の浸透深さは約25〜30mmとなる。
次に、この発明の実施の形態4を図にもとづいて説明する。図11(a)は実施の形態4による磁気加熱装置の炭素含有量と加熱目標温度との関係図を示すもので、例えば溶接工程(図示せず)の前の予熱として強磁性体である被加熱物を加熱処理する場合を想定している。
6 被加熱物、 7 電源装置、 8 制御装置、 10 温度計、
11 電流検出器、 12 昇降機構、 13 移動機構、 14、15 補助鉄心、 17磁束検出器、 18 冷却パイプ、 20 空隙部。
Claims (13)
- 被加熱物を鉄損による発熱作用にて所定温度まで加熱し熱処理を行う磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で磁気的に結合され空隙部を有する主鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた加熱コイル、上記主鉄心の空隙部に補助鉄心を介して配設された被加熱物、上記加熱コイルに交流を印加する電源装置、上記電源装置の発生する電圧および周波数を設定する制御装置、上記加熱コイルに供給される電流を測定する電流検出器、上記被加熱物を貫通する磁束量を検出する磁束検出器、および上記被加熱物の温度を検出する温度検出手段を備え、上記補助鉄心は、上記被加熱物を貫通する磁束の貫通方向と直角な方向に対して上記被加熱物と同一の断面形状とされたことを特徴とする磁気加熱装置。
- 被加熱物を溶接する前に鉄損による発熱作用にて所定温度まで加熱する磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で磁気的に結合され空隙部を有する主鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた加熱コイル、上記主鉄心の空隙部に補助鉄心を介して配設された被加熱物、上記加熱コイルに交流を印加する電源装置、上記電源装置の発生する電圧および周波数を設定する制御装置、上記加熱コイルに供給される電流を測定する電流検出器、上記被加熱物を貫通する磁束量を検出する磁束検出器、および上記被加熱物の温度を検出する温度検出手段を備え、上記補助鉄心は、上記被加熱物を貫通する磁束の貫通方向と直角な方向に対して上記被加熱物と同一の断面形状とされたことを特徴とする磁気加熱装置。
- 被加熱物を溶接した後に鉄損による発熱作用にて所定温度まで加熱する磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で磁気的に結合され空隙部を有する主鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた加熱コイル、上記主鉄心の空隙部に補助鉄心を介して配設された被加熱物、上記加熱コイルに交流を印加する電源装置、上記電源装置の発生する電圧および周波数を設定する制御装置、上記加熱コイルに供給される電流を測定する電流検出器、上記被加熱物を貫通する磁束量を検出する磁束検出器、および上記被加熱物の温度を検出する温度検出手段を備え、上記補助鉄心は、上記被加熱物を貫通する磁束の貫通方向と直角な方向に対して上記被加熱物と同一の断面形状とされたことを特徴とする磁気加熱装置。
- 上記主鉄心は、固定された第2の鉄心と、上記第2の鉄心に対して空隙部を介して対向配置され、上記空隙部の高さを調整するために移動可能に構成された第1の鉄心と、上記
第1の鉄心および第2の鉄心と磁気的に結合され、移動可能に構成された第3の鉄心とで構成されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の磁気加熱装置。 - 上記補助鉄心は、上記被加熱物と同一の磁気的特性を持つ材質で構成されたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項記載の磁気加熱装置。
- 上記補助鉄心は、冷却用の水冷パイプを有することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項記載の磁気加熱装置。
- 上記被加熱物は強磁性体であることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項記載の磁気加熱装置。
- 上記被加熱物を常磁性体で構成し、上記補助鉄心を非磁性体で構成したことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項記載の磁気加熱装置。
- 上記制御装置は、上記被加熱物が強磁性体または常磁性体の場合には、飽和磁束密度を超えない範囲で可能な限り磁束密度が高くなるように上記電源装置から供給される電圧および周波数を決定して指令することを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項記載の磁気加熱装置。
- 上記制御装置は、上記被加熱物の温度が磁気変態点に達した時に周波数を大きくするように変更する指令を出すことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項または請求項9記載の磁気加熱装置。
- 加熱の終了時には、上記加熱コイルに印加する電圧を段階的に減少させて上記被加熱物の残留磁気を低減させることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項または請求項9もしくは請求項10記載の磁気加熱装置。
- 上記被加熱物の炭素含有量に応じたマルテンサイト変態開始温度を算出し、算出された温度を上記被加熱物の加熱目標温度とすることを特徴とする請求項2または請求項3記載の磁気加熱装置。
- 上記被加熱物の合金含有量が多いほど、マルテンサイト変態開始温度が低くなるため、合金含有量に応じたマルテンサイト変態開始温度を上記被加熱物の加熱目標温度としてあらかじめ決定しておくことを特徴とする請求項2または請求項3記載の磁気加熱装置。
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