JP4637613B2

JP4637613B2 - 磁気加熱装置

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Publication number: JP4637613B2
Application number: JP2005063748A
Authority: JP
Inventors: 行延中村
Original assignee: Tada Electric Co Ltd
Current assignee: Tada Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-03-08
Also published as: JP2006252799A

Description

この発明は、環状の金属材の熱処理、または環状の金属材の溶接工程の予熱または後熱に使用される磁気加熱装置に関するものである。

従来の金属材用磁気加熱装置は、金属の磁気的な発熱作用を利用したものがいくつか提案されている。例えば磁気的なループを形成した鉄心の周囲に環状の被加熱物を配置して、被加熱物に誘導された起電力によって被加熱物を加熱するものであった。（例えば特許文献１および２参照）。

米国特許第５０２３４１９号公報特開２００３−７３７２９号公報

通常の熱処理工程で処理される被加熱物である環状のギア材料やベアリング材料などは、その径と厚みが一定でないため、鉄心から供給される漏れ磁束が被加熱物に均一に貫通せず、被加熱物に誘起される電圧または電流が均一に分布しないことから、被加熱物が均一に昇温しないという問題点があった。

また、被加熱物に与える電力を大きくして昇温速度を高くしようとすると、鉄心を貫通する磁束密度を大きくする必要があるが、鉄心の磁束密度を監視する有効な手段がなかったため、鉄心の材料がもつ最大磁束密度を超えてしまって飽和する可能性もあり、加熱効率が低下するという問題点もあった。

また、熱処理工程で処理される強磁性体の被加熱物は、加熱する温度が最大でもＡ_１変態点からＡ_３変態点を超える値であるが、被加熱物は小さい場合が多く、一般に使用される放射温度計で温度を正確に検出することが困難なため、加熱の終了温度を急速に通過して、必要以上に昇温させて熱処理の効果に悪影響を与える可能性もあった。

更に、被加熱物が強磁性体である場合には、被加熱物の貫通磁束により、磁束を遮断しても残留磁気があり、次工程に搬送される被加熱物が周囲の機器に磁気的な悪影響を与えることもあった。

この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、被加熱物の寸法と磁気的な材質に応じて適切な加熱を行い、被加熱物を均一にかつ急速に昇温して熱処理などの利用に供することができる磁気加熱装置を提供することを目的とする。

この発明に係る磁気加熱装置は、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構成された主鉄心、上記主鉄心と周回状の磁気回路を構成するように、上記主鉄心の一部に設けられ、積層された電磁鋼板で構成されると共に、上記主鉄心より小さい断面積を有する貫通鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられたコイル、上記貫通鉄心の周囲に配置され、上記主鉄心及び貫通鉄心に結合された補助鉄心を介して上記主鉄心との間に配設された環状の被加熱物、上記貫通鉄心を貫通する磁束を検出する磁束検出器、上記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、上記コイルに供給される電流を測定する電流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、上記補助鉄心はほぼ中央部に上記貫通鉄心が貫通する孔を有し、上記被加熱物の外面に対応した形状とされ、上記補助鉄心と被加熱物を合わせた磁気抵抗が上記主鉄心からみていずれの部分においてもほぼ均一となるようにされたものである。

この発明に係る磁気加熱装置は上記のように構成されているため、種々の磁気的材質の被加熱物を所定温度に急速に均一に加熱することができる。

実施の形態１．
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における貫通鉄心付近の構成を拡大して示す説明図である。

実施の形態１の磁気加熱装置は図１に示すように、Ｌ字状に形成され、下端部に小径の貫通鉄心１４を装着した上部鉄心１と、同様にＬ字状に形成され、上端部が貫通鉄心１４の下端に当接する形で対向配置された下部鉄心２と、上記両鉄心と磁気的に結合するように配置された後部鉄心３とから構成された鉄心構造を有する。

上部鉄心１、下部鉄心２および後部鉄心３はそれぞれ積層された電磁鋼板で作られ、製作上の容易さの点からその断面形状は正方形または長方形とされている。上部鉄心１と下部鉄心２の間には貫通鉄心１４が上部鉄心１側に装着された状態で配置され、貫通鉄心１４を囲むように環状の被加熱物６が置かれている。貫通鉄心１４は、被加熱物６の内径に合わせて円筒形状、または四角柱ないしは六角柱のような多角柱形状となるように積層された電磁鋼板で形成され、上部鉄心１、下部鉄心２、後部鉄心３と共に磁気回路を構成している。

上部鉄心１には上コイル４が巻装され、下部鉄心２には下コイル５が巻装され、両コイルは直列接続されてインバータ（図示せず）内蔵の電源装置７に接続され、所定の電圧および周波数の交流が印加されて上部鉄心１および下部鉄心２に磁束を発生すると共に、これらの磁束が貫通鉄心１４を貫通するようにされている。

上コイル４および下コイル５による加熱の開始と終了時には被加熱物６の図１に示す位置への搬入、搬出のために、上部鉄心１と貫通鉄心１４とを一体的に昇降させる目的で昇降機構１２が取り付けられている。この昇降機構１２には例えば周知のシリンダ機器が使用される。一方、被加熱物６は図示しない搬送機構によって、固定されている下部鉄心２の上端部に受け台１６を介して載置される。

受け台１６は磁束の影響を受けないように、また熱的影響を受けないように耐熱性の絶縁物で作られている。また、上部鉄心１を昇降させるときに後部鉄心３との干渉を防ぐために、後部鉄心３は上部鉄心１から離れる必要があることから、後部鉄心３には水平方向移動用の機構１３が付属されている。この水平移動用の機構１３にもシリンダ機器が使用されている。

ここで、被加熱物６は、図２（ａ）に貫通鉄心付近の構成を拡大して示すように、貫通鉄心１４に貫通する磁束Φ_１で被加熱物６に誘起される２次電流Iwによるジュール損失による発熱で昇温する。この２次電流Iwの大きさは貫通鉄心１４を貫通する磁束Φ_１の量にほぼ比例する。また、この２次電流Iwは図２（ｂ）に被加熱物６の平面図を示すように被加熱物６の内面に集中して流れるため、発熱も内面に集中し、被加熱物６の外側の部分は内面からの熱移動によって昇温する。

被加熱物６の外側部分を加熱するためには、上部鉄心１、下部鉄心２を被加熱物６に近づける必要がある。このようにすれば、上部鉄心１、下部鉄心２から被加熱物６に直接貫通する磁束Φ_２(以下、直接貫通磁束という)が増えるため、この直接貫通磁束によって被加熱物６の内部での鉄損による発熱が生じ、被加熱物６が発熱するものである。なお、この鉄損は磁気ヒステリシス損失および渦電流損失によるものである。

しかし、一般に熱処理工程で処理される環状材であるギア材やベアリング材などの被加熱物６は図２(a)に示すような一定の厚みを持つ環状材ではなく、図３（ａ）(ｂ)に示すように少なくとも上下方向に２段の異なる径と厚みに分かれた形状をしている。また、これらの被加熱物６は通常は炭素鋼のような強磁性体であり、磁束を引き付ける特性をもっている。

従って、この形状では直接貫通磁束は空隙部分の距離が小さい個所、すなわち磁気抵抗の小さい被加熱物６の径の小さい上部に集中して入るため、上部で多くの鉄損による発熱が生じ、下部に比べて体積の小さい上部の昇温が高くなり、下部の昇温は低くなる。

この発明では、上述のような被加熱物６の中での径の違いによる昇温差を軽減するために、図４(ａ)に示すように、上部鉄心１と被加熱物６との間に補助鉄心１５を配置するようにしている。

補助鉄心１５は被加熱物６との空隙部分が最小になるように被加熱物６の外面に対応した形状を有し、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を図４（ｃ）に示すように、ほぼ中央部に貫通鉄心１４が貫通する孔１５ａが形成されて環状に作られているため、補助鉄心１５と被加熱物６を合わせた磁気抵抗は、上部鉄心１と下部鉄心２から見てどの部分でもほぼ均一になり、直接貫通磁束は補助鉄心１５と被加熱物６を通してほぼ均一になる。よって、被加熱物６は直接貫通磁束の鉄損による発熱で均一に昇温することになる。なお、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面を示している。

補助鉄心１５は、上部鉄心１および貫通鉄心１４と機械的には一体とされている。補助鉄心１５は、また、被加熱物６の形状、寸法に合わせて個別に製作されるため、上部鉄心１、貫通鉄心１４とはボルトなどで結合されており、被加熱物６の変更時にはその外面形状に合った補助鉄心に簡単に取り替えできるようになっている。

図では、被加熱物６の径が上下で２段に変わる場合を例示したが、径の違いが３段の場合は、２段の場合と同様に、被加熱物６の外面形状に合わせて補助鉄心１５を製作して配置することにより、２段の場合と同様に均一昇温させることができる。

なお、図４では、補助鉄心１５を環状に形成しているが、図５（ａ）に貫通鉄心１４付近の拡大図を示し、図５（ｂ）に図５（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示しているように、ブロック状に分割された複数の鉄心１５を貫通鉄心１４を囲むように上部鉄心１の下端にそれぞれ固定して環状でない構成とすることもできる。この鉄心構造では、上部鉄心１から出た磁束はブロック状の複数の補助鉄心１５を通じて被加熱物６に入るため、被加熱物６の内側、外側とも均一に磁束が入り、発熱する。

補助鉄心１５の配置されていない部分の直下にある被加熱物６の部分には磁束は直接には貫通しないが、この部分の被加熱物６の面積は小さいため、熱伝導で昇温することができ、上述した環状の補助鉄心１５と同様の効果を期待することができる。

貫通鉄心１４と補助鉄心１５は、被加熱物６の種類に対応して個別に製作されるので、被加熱物６の種類変更時には貫通鉄心１４と補助鉄心１５も取り替えることになる。

以上の説明では、被加熱物６が強磁性体の場合について説明したが、常磁性体または常磁性体、強磁性体以外のその他の金属材のような非磁性体の場合には、補助鉄心１５は以下のように機能する。

非磁性体の被加熱物においては、補助鉄心１５がない状態では貫通鉄心１４の外周の被加熱物６の部分は磁気抵抗が大きく、直接貫通磁束は少ない。そこで、補助鉄心１５を上述のように被加熱物６の外面形状に合わせて形成したものを配置することにより、被加熱物６の部分の磁気抵抗が低くなり、この部分にも磁束が貫通することになる結果、被加熱物６の部分も加熱することができる。なお、非磁性体においては、鉄損の内、磁気ヒステリシスによる発熱はきわめて小さく、渦電流による発熱が大きくなる。

ここで実施の形態１の磁気加熱装置の加熱動作について説明する。図１に示す制御装置８にはあらかじめ被加熱物６の形状、質量、材質、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、上コイル４、下コイル５に印加する交流の起動時の周波数、電圧を以下のような判断過程で決定する。

（１）上部鉄心１、下部鉄心２、後部鉄心３、貫通鉄心１４、補助鉄心１５および被加熱物６で計算される全鉄心の磁気抵抗から磁気回路の全磁気抵抗が計算される。実際には上部鉄心１、下部鉄心２、後部鉄心３の磁路長が大半を占めるため、この計算では貫通鉄心１４、補助鉄心１５および被加熱物６は考慮しなくても大きな影響はない。従って、磁気抵抗は磁気加熱装置固有の定数としてもよい。

上記の全磁気抵抗から求めた上コイル４、および下コイル５のインピーダンス(周波数、磁気抵抗、コイルの巻数で決まる)から、電源装置７の発生できる定格電圧および定格電流に近づくように、すなわち最大の出力が供給できるように、周波数、電圧が決定される。周波数は初期設定では５０〜100Hzとなるように上コイル４および下コイル５の巻数が決定されている。
周波数の初期設定を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、上下に調整のための余裕を見ているためである。

（２）起動時の電圧は低く設定される。これは、起動時に上コイル４、下コイル５に大きな電流が流れることによる電源装置７の過電流トリップを防ぐためである。加熱装置の起動後に電流検出器１１により上コイル４、下コイル５に流れる電流を計測して制御装置８に入力し、電源装置７の許容電流との差を計算して電圧の増減度合いを決定し、電源装置７に電圧を指令する。被加熱物６の温度上昇と共に、その抵抗率や比透磁率が変化し、上コイル４および下コイル５のインピーダンスも若干変化するため、電圧、周波数は上記の判断過程で常時変更される。

設定された周波数、電圧は制御装置８から電源装置７に指令されて、上コイル４、下コイル５に所定の交流が印加される。被加熱物６の温度は温度計１０にて常時計測されている。また、貫通鉄心１４の周囲に配置された環状の磁束検出器１７により貫通鉄心１４を貫通する磁束を計測する。

磁束検出器１７は図４（ａ）（ｄ）に示すように、受け台１６に組み込まれると共に、環状の導電体で、環状導電体に発生する電圧はその内部を貫通する磁束に比例するという原理を用いて導電体の両端に発生した電圧を計測することにより導電体内部に貫通している磁束、すなわち貫通鉄心１４に貫通している磁束を計算することができる。また、貫通鉄心１４の断面積が分かっていれば貫通鉄心１４の磁束密度を計算することができる。

貫通鉄心１４の磁束密度が飽和磁束密度を超えると、上部鉄心１および下部鉄心２から出る磁束が貫通鉄心１４の周囲も通過することになるので、貫通鉄心１４には一部の磁束しか入らず、被加熱物６に誘起される電圧、電流が小さくなり、発熱が減少する。よって、飽和磁束密度より小さい磁束密度で加熱されるのが望ましい。

磁気加熱装置の起動中はこの磁束検出器１７の発生電圧が常時、制御装置８に入力され、制御装置８で計算された貫通鉄心１４の磁束密度により、以下の判断と指令が自動的に行なわれる。

上部鉄心１、下部鉄心２および補助鉄心１５の断面積は貫通鉄心１４のそれより大きいため、貫通鉄心１４の磁束密度のみを監視すれば、上部鉄心１、下部鉄心２および貫通鉄心１４の磁束密度が飽和することはない。よって、貫通鉄心１４の電磁鋼板の予想できる飽和磁束密度(1.5〜2.0テスラ)を超えないように上コイル４、下コイル５に供給する交流の電圧、周波数を設定する。なお、磁束密度は供給する交流の電圧にほぼ比例し、周波数にほぼ反比例する。

被加熱物６は温度上昇と共にその抵抗率が増大するため、上コイル４、下コイル５のインピーダンスは変化していくが、印加する電力が最大になるように、電源装置７の発生する周波数、電圧を常時調節する。そのため、貫通鉄心１４の磁束密度も随時変化していくが、磁束検出器１７により貫通鉄心１４の磁束密度を常時計測し、上述の判断過程により磁束密度が常に最適値になるように周波数、電圧を調整する。

これらの電圧および周波数決定の制御ブロックを図６に示す。すなわち制御装置８にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの各情報が入力される。Ａは被加熱物６に関する情報であり、被加熱物の形状、質量、材質および加熱目標温度が入力される。

Ｂは上コイル４と下コイル５の巻数および鉄心の磁気抵抗に関する情報であり、これらの情報にもとづいてＦで回路インピーダンスの計算が行なわれる。
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で貫通鉄心１４の磁束密度が計算される。

Ｅは温度計１０の計測結果である。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。すなわち、温度計１０の計測信号により、被加熱物６の温度が目標値に達すると電源装置７が停止されるようになっている。

なお、図１の例では、上コイル４、下コイル５の接続は直列としているが、これは電源装置７に対して並列接続としても上記と同様の効果を期待することができる。この場合、上コイル４および下コイル５を同一の巻数として製作すれば、各々のインピーダンスがほぼ等しくなり流れる電流もほぼ同じになるため、電流検出器１１は上コイル４、下コイル５のいずれか一方に付けるだけでよくなる。

実施の形態１は上記のように構成されているため、被加熱物が強磁性体の場合には、貫通鉄心１４と補助鉄心１５の組み合わせによって被加熱物６を均一に昇温することができる。また、貫通鉄心１４の磁束密度を常時監視しているため、被加熱物６の磁気的な材質にかかわらず、磁束密度が飽和することなく可能な最大の電圧と電流を供給することができて、所定の温度まで急速に昇温することができる。

実施の形態２．
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７(ａ)は、実施の形態２による磁気加熱装置において、被加熱物６の磁気変態点付近での温度と貫通鉄心１４の磁束密度の関係を示すものである。

被加熱物６が強磁性体である場合、磁気変態点(約770℃)に達すると磁性が消滅するため、貫通鉄心１４を経由せずに被加熱物６に直接貫通する磁束が少なくなる。そのため、磁束は貫通鉄心１４に集中して入るため、貫通鉄心１４の磁束密度が高くなる。

図７(ａ)はその時点の磁束密度の変化を示したもので、制御装置８にてこの変化を検出すれば被加熱物６が磁気変態点に達したことを把握することができる。磁気変態点はＡ_１変態点またはＡ_３変態点に近く、被加熱物６を焼き入れ、焼きなましなどの熱処理目的で加熱する場合、この時点で被加熱物６の温度は目標温度に近づいていることが分かるため、図７(ｃ)に示すような制御ブロックにて、図７(ｂ)に示すように電圧指令を下げることにより、目標温度を超えないように熱処理温度の維持期間に入ることができる。

すなわち、図７（ｃ）に示す制御ブロックは、Ｄで磁束検出器１７の計測電圧を制御装置８に入力し、Ｇで貫通鉄心１４の磁束密度を計算する。算出された磁束密度の増大量が図７（ａ）に示すように、大きいかどうかをＬでチェックする。増大量が大きくない場合には、Ｍにおいて磁気変態点と判断せず、図７（ｂ）に示すように、電圧レベルを維持する。

また、増大量が大きい場合には、Ｎにおいて磁気変態点に達したと判断し、Ｐにおいて図７（ｂ）に示すように、電圧を低減すると共に、熱処理温度の維持期間に入り、Ｅで温度検出器１０の計測信号を使って温度制御を行なう。加熱終了のタイミングは、あらかじめ設定されている熱処理温度の維持期間に達した時点をもって判断する。

実施の形態２は上記のように構成されているため、強磁性体の被加熱物６に対しては、磁気変態点まで昇温していることを判断することができ、熱処理温度を超えないように温度を制御することができる。

実施の形態３.
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８は、実施の形態３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。

強磁性体は、図９に示すような磁気ヒステリシス曲線を持つため、被加熱物６を加熱している間に上コイル４、下コイル５に供給する電源を遮断すると、残留磁束密度(残留磁気)がある。磁束密度は供給する電圧にほぼ比例するため、供給する電圧が小さくなればこの磁気ヒステリシス曲線は小さくなり、残留磁束密度も小さくなる。

実施の形態３は、図８に示すように、電源装置の停止指令後に制御装置８からの指令に基づき、電圧が時間とともに減少してゼロになるような設定パターンとするものである。
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。

実施の形態３は上記のように構成されているため、磁気加熱装置の停止時における強磁性体である被加熱物６の残留磁束密度を低減させることができる。

実施の形態４．
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１０（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)の前の予熱として炭素鋼である被加熱物を加熱処理する場合を想定している。

強磁性体の材料、特に炭素鋼の溶接工程においては、溶接された箇所はそれ以外の箇所に比べて、熱影響のため硬度が高くなる。すなわち材料内で硬度差ができるため、溶接後の温度低下時に割れが発生しやすい。従って、溶接工程前に被加熱物を予熱することが行なわれている。

ここで、被加熱物として炭素鋼を溶接工程のような高温に加熱した後の冷却過程において、炭素鋼の炭素含有量とマルテンサイト変態開始温度には図１０（ａ）に示すような関係が一般にあり(社団法人日本熱処理技術協会発行「熱処理ガイドブック」参照)、炭素含有量が大きいほどマルテンサイト変態開始温度が低くなる。

冷却過程においてこのマルテンサイト変態開始温度から低い常温まで徐冷することが、被加熱物の割れを防止する手段として一般に認められている。従って、溶接工程において被加熱物をこのマルテンサイト変態開始温度に加熱しておけば、マルテンサイト変態開始温度の近くから常温まで急激に冷やすことなく徐冷することができる。

実施の形態４は、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まで被加熱物を予熱した後、溶接工程に進むようにしたものである。

磁気加熱装置においては被加熱物６が強磁性体である場合には、制御装置８に被加熱物６の炭素含有量も同時にあらかじめ入力されている。炭素含有量と加熱目標温度は図１０(a)に示すような関係をもって制御装置８に設定されているため、図１０(b)に示すように、炭素含有量に応じたマルテンサイト変態開始温度が算出され、それが加熱目標温度として設定される。

磁気加熱装置が被加熱物６の加熱を開始した後に、温度計１０の計測信号が上記の加熱目標温度に達すると、制御装置８の判断によって加熱が終了される。この温度設定により炭素鋼である被加熱物は所定の温度に加熱された後に溶接工程(図示せず)に搬送されるため、溶接後においても割れの不具合を軽減することができる。

上記の例では被加熱物の炭素含有量を例として挙げたが、マンガン、ニッケル、コバルトなどの成分を含む合金鋼においても炭素鋼と同様に、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、あらかじめ合金含有量に応じて加熱目標温度を決めておくことにより、溶接後における割れの不具合を軽減することができる。

上記の説明では、磁気加熱装置を溶接工程の予熱手段として使用する例を示したが、溶接工程の後熱手段として使用する場合にも、マルテンサイト変態開始温度の近くから常温まで被加熱物を急激に冷やすことなく徐冷することができ、予熱の場合と同様な効果が得られる。

この発明の実施の形態１による磁気加熱装置の構成を示す概略図である。図１における貫通鉄心付近の構成を拡大して示す説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は被加熱物の平面図である。図１における貫通鉄心付近の構成を拡大して示す説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は被加熱物の平面図である。図１における補助鉄心の配置状況を示す概略図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（ｄ）は磁束検出器の構成を示す概略図である。補助鉄心を複数のブロック状鉄心で構成する場合の構造を示す概略図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。電源装置の電圧および周波数を決定するための過程を示す制御ブロック図である。この発明の実施の形態２による磁気加熱装置を示す説明図で、（ａ）は磁気変態点と磁束密度の関係を示す図、（ｂ）は実施の形態２の電圧制御状況と、それに対する温度制御状況を示す図、（ｃ）は制御ブロック図である。この発明の実施の形態３における電圧設定パターンを示す図である。磁気ヒステリシス曲線を示す図である。この発明の実施の形態４における炭素含有量と加熱目標温度との関係を示す図である。

符号の説明

１上部鉄心、２下部鉄心、３後部鉄心、４上コイル、５下コイル、
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貫通鉄心、１５補助鉄心、
１６受け台、１７磁束検出器。

Claims

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構成された主鉄心、上記主鉄心と周回状の磁気回路を構成するように、上記主鉄心の一部に設けられ、積層された電磁鋼板で構成されると共に、上記主鉄心より小さい断面積を有する貫通鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられたコイル、上記貫通鉄心の周囲に配置され、上記主鉄心及び貫通鉄心に結合された補助鉄心を介して上記主鉄心との間に配設された環状の被加熱物、上記貫通鉄心を貫通する磁束を検出する磁束検出器、上記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、上記コイルに供給される電流を測定する電流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、上記補助鉄心はほぼ中央部に上記貫通鉄心が貫通する孔を有し、上記被加熱物の外面に対応した形状とされ、上記補助鉄心と被加熱物を合わせた磁気抵抗が上記主鉄心からみていずれの部分においてもほぼ均一となるように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構成された主鉄心、上記主鉄心と周回状の磁気回路を構成するように、上記主鉄心の一部に設けられ、積層された電磁鋼板で構成されると共に、上記主鉄心より小さい断面積を有する貫通鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられたコイル、上記貫通鉄心の周囲に配置され、上記主鉄心及び貫通鉄心に結合された補助鉄心を介して上記主鉄心との間に配設された環状の被加熱物、上記貫通鉄心を貫通する磁束を検出する磁束検出器、上記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、上記コイルに供給される電流を測定する電流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、上記補助鉄心はほぼ中央部に上記貫通鉄心が貫通する孔を有し、上記被加熱物の外面に対応した形状とされ、上記補助鉄心と被加熱物を合わせた磁気抵抗が上記主鉄心からみていずれの部分においてもほぼ均一となるように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構成された主鉄心、上記主鉄心と周回状の磁気回路を構成するように、上記主鉄心の一部に設けられ、積層された電磁鋼板で構成されると共に、上
記主鉄心より小さい断面積を有する貫通鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられたコイル、上記貫通鉄心の周囲に配置され、上記主鉄心及び貫通鉄心に結合された補助鉄心を介して上記主鉄心との間に配設された環状の被加熱物、上記貫通鉄心を貫通する磁束を検出する磁束検出器、上記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、上記コイルに供給される電流を測定する電流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、上記補助鉄心はほぼ中央部に上記貫通鉄心が貫通する孔を有し、上記被加熱物の外面に対応した形状とされ、上記補助鉄心と被加熱物を合わせた磁気抵抗が上記主鉄心からみていずれの部分においてもほぼ均一となるように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の鉄心に対向配置され、上記被加熱物を装着または取外す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、ブロック状の複数の鉄心を上記貫通鉄心を囲むように上記主鉄心に装着して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。
上記磁束検出器は、上記貫通鉄心を囲むように設けられた導電体からなり、その検出信号にもとづいて上記制御装置が上記電源装置の電圧および周波数を上記貫通鉄心の磁束密度が飽和磁束密度を超えないように設定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。
上記被加熱物は常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。
上記制御装置は、上記磁束検出器の検出信号にもとづいて上記被加熱物の温度が磁気変態点に達したことを検出し、上記電源装置に電圧を下げるように指令することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の磁気加熱装置。
加熱の終了時には、上記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して設定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。