JP5103117B2 - Induction heating device - Google Patents
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Description
本発明は、焼き入れ等の熱処理に利用する誘導加熱装置に関するものである。 The present invention relates to an induction heating apparatus used for heat treatment such as quenching.
炭素鋼で作られた部品は、表面硬度を上昇させるために焼き入れが行われる。シャフトやレール等を焼き入れする際には、誘導加熱装置によって高周波焼き入れされる場合が多い。
高周波焼き入れは、ワークに誘導加熱コイルを近接させ、ワークに誘導電流を発生させて昇温するものである。
誘導加熱を利用して焼き入れを行う焼入装置として、特許文献1に開示されたものが知られている。
Parts made of carbon steel are quenched to increase the surface hardness. When quenching shafts, rails, etc., induction hardening is often performed by induction heating.
In the induction hardening, an induction heating coil is brought close to a work and an induction current is generated in the work to raise the temperature.
As a quenching apparatus that performs quenching using induction heating, the one disclosed in Patent Document 1 is known.
高周波焼き入れは、誘導加熱コイルに高周波電流を通電して磁界を発生させ、ワークに誘導電流を発生させるものであるから、誘導加熱コイルとワークは常に非接触状態でなければならない。
すなわち誘導加熱コイルとワークが接触すると、誘導加熱コイルからワークに対して直接的に大電気が流れ、接触部分が溶変してしまう。そのため誘導加熱コイルとワークが接触した場合は、ただちに作業者にそれを知らせる警報を出したり、装置を停止するといった処置をこうじる必要がある。
In the induction hardening, an induction heating coil is energized with a high frequency current to generate a magnetic field and an induction current is generated in the work. Therefore, the induction heating coil and the work must always be in a non-contact state.
That is, when the induction heating coil and the workpiece come into contact with each other, large electricity flows directly from the induction heating coil to the workpiece, and the contact portion melts. For this reason, when the induction heating coil and the workpiece come into contact with each other, it is necessary to immediately issue a warning for notifying the worker of this or stop the apparatus.
誘導加熱コイルとワークが接触したことを知るための回路としては、例えば図7に示すような回路が考えられる。
図7に示す検知回路は、低電圧供給回路100を備え、低電圧供給回路100からトランス101を介して誘導加熱コイル10とアース間に低電圧を印加するものである。従来技術の検知回路では、低電圧供給回路100(トランス101の一次側)にリレー103が挿入されている。リレー103は、このコイルに一定以上の電流が供給されると図示しない接点が動作してオン又はオフ状態となる。
As a circuit for knowing that the induction heating coil and the workpiece are in contact with each other, for example, a circuit as shown in FIG.
The detection circuit shown in FIG. 7 includes a low
図7に示す検知回路では、誘導加熱コイル10とワークが接触した場合、トランス101の二次側が誘導加熱コイル10及びワークを介して短絡する。その結果、トランス101の一次側のインピーダンスが低下してトランスの一次側に大電流が流れる。その結果、リレー103が駆動して接点がオン又はオフ状態となり、警報が表示される等の所定の処置が実行される。
In the detection circuit shown in FIG. 7, when the
しかしながら、図7に示す検知回路によると、誘導加熱コイル10とワークが接触した際に、誘導加熱コイル10を流れる高周波電流が低電圧供給回路100のトランス101に流れる。そのためトランス101が発熱する場合があり、甚だしい場合には、トランス101が焼損してしまう事態も考えられる。
However, according to the detection circuit shown in FIG. 7, when the
そこで本発明は、誘導加熱コイルとワークとの接触を検知する新たな方策を提案し、故障の少ない誘導加熱装置を提供することを課題とするものである。 Then, this invention proposes the new policy which detects the contact of an induction heating coil and a workpiece | work, and makes it a subject to provide the induction heating apparatus with few failures.
上記した課題を解決すべく提供される請求項1に記載の発明は、処理対象物を誘導加熱するための誘導加熱コイルを備えた誘導加熱装置において、前記誘導加熱コイルは、加熱処理時に処理対象物に対向する位置に配される加熱処理部を有し、誘導加熱コイル又は誘導加熱コイルに電力を供給する回路における、前記加熱処理部を挟んだ両側に、各々電流検知手段を設け、前記各電流検知手段によって検知される電流を常時監視し、両者に一定以上の異常が生じた場合に所定の処置が実行されることを特徴とする誘導加熱装置である。 The invention according to claim 1, which is provided to solve the above-described problem, is an induction heating apparatus including an induction heating coil for induction heating of an object to be processed, wherein the induction heating coil is an object to be processed during heat treatment. a heating unit that is disposed at a position facing the object, definitive in the circuits supplying power to the induction heating coil or induction heating coils, on both sides of the heating unit, provided each current sensing means, said The induction heating apparatus is characterized in that the current detected by each of the current detection means is constantly monitored, and a predetermined treatment is performed when an abnormality of a certain level or more occurs in both.
また請求項2に記載の発明は、処理対象物を誘導加熱するための誘導加熱コイルを備えた誘導加熱装置において、前記誘導加熱コイルは、加熱処理時に処理対象物に対向する位置に配される加熱処理部を有し、誘導加熱コイル又は誘導加熱コイルに電力を供給する回路における、前記加熱処理部を挟んだ両側に、各々電流検知手段を設け、前記各電流検知手段によって検知される電流を常時監視し、両者に一定以上の差異が生じた場合に所定の処置が実行されることを特徴とする誘導加熱装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the induction heating apparatus provided with an induction heating coil for induction heating the object to be processed, the induction heating coil is arranged at a position facing the object to be processed during the heat treatment. a heating unit, definitive in the circuits supplying power to the induction heating coil or induction heating coils, on both sides of the heating unit, provided each current detector, current sensed by said each current sensing means constantly monitors the an inductive heating device, characterized in that the predetermined treatment is performed when more than a predetermined difference occurs in both.
本発明の誘導加熱装置では、誘導加熱コイルは、加熱処理時に処理対象物に対向する位置に配される加熱処理部を有し、誘導加熱コイル又は誘導加熱コイルに電力を供給する回路における、前記加熱処理部を挟んだ両側に、各々電流検知手段を設け、前記各電流検知手段によって検知される電流を常時監視する。ここで2以上の電流検知手段は、誘導加熱コイル又は誘導加熱コイルに電力を供給する回路における、加熱処理部を挟んだ両側に設けられているから、同一の電流値が検知されるはずである。すなわち図6に示す二つの電流計は同一の値を示す。誘導加熱コイルには高周波電流が供給されるから、基本的には同一の電流が流れている。例えばワークと誘導加熱コイルとが非接触であるならば、電流検知手段CT1とCT2には同一の電流Icが流れている。
しかしながらワークと誘導加熱コイルとが接触すると、一方の部位(電流検知手段CT1の部位)には電流Icが流れるが、接触点を挟んだ他の部位(電流検知手段CT2の部位)には接地を介しても電流ILも流れるので、電流検知手段CT2が検知する電流は、(Ic−IL)となり、両者の間に異常値たる差異が生じる。
本発明は、この異常値又は差異が一定以上となれば、所定の処置を実行する。
The induction heating apparatus of the present invention, the induction heating coil, a heating unit that is disposed at a position facing the processing object at the time of heat treatment, definitive in the circuits supplying power to the induction heating coil or induction heating coils, Current detection means are provided on both sides of the heat treatment unit, and the current detected by each current detection means is constantly monitored. Here, since two or more current detection means are provided on both sides of the heat treatment unit in the induction heating coil or the circuit for supplying power to the induction heating coil , the same current value should be detected. . That is, the two ammeters shown in FIG. 6 show the same value. Since high frequency current is supplied to the induction heating coil, basically the same current flows. For example, if the work and the induction heating coil are not in contact with each other, the same current Ic flows through the current detection means CT1 and CT2.
However, when the workpiece and the induction heating coil come into contact with each other, the current Ic flows through one part (the part of the current detecting means CT1), but the other part (the part of the current detecting means CT2) sandwiching the contact point is grounded. Since the current IL also flows, the current detected by the current detection means CT2 becomes (Ic−IL), and there is a difference that is an abnormal value between the two.
In the present invention, if the abnormal value or the difference is equal to or greater than a certain value, a predetermined treatment is performed.
請求項3に記載の発明は、所定の処置は、異常の表示であることを特徴とする請求項1又は2に記載の誘導加熱装置である。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、誘導加熱コイルは、加熱処理時に処理対象物に対向する位置に配される加熱処理部と、加熱処理部に対して電気的に導通した導通部とを有し、加熱処理部を挟んで加熱処理部に対して電気的に導通した二つの導通部を備え、当該二つの導通部にそれぞれ電流検知手段が設けられ、当該電流検知手段は、磁性体からなるコア部が絶縁体を介して取り付けられ、当該コア部に電流検知用コイルが設けられてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の誘導加熱装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, the induction heating coil has a heat treatment part disposed at a position facing the object to be treated during the heat treatment, and a conduction part electrically connected to the heat treatment part. , Two conductive parts electrically connected to the heat treatment part across the heat treatment part, each of the two conductive parts is provided with a current detection means, the current detection means is a core made of a magnetic material The induction heating device according to claim 1, wherein the portion is attached via an insulator, and a current detection coil is provided in the core portion.
本発明で採用する誘導加熱コイルは、導通部に隣接する位置に磁性体からなるコア部が配されており、これに電流検知用コイルが装着されている。そのため、本発明の誘導加熱コイルは、焼入処理を行うために通電を行うと、コア部に巻き付けられた電流検知用コイルに誘導電流が流れる。
すなわち誘導加熱コイルには高周波電流が流されるので、導通部の周辺に変動する磁界が生じ、コアは変動する磁界に晒される。その結果、変動する磁束によってコアが貫通され、コア部に巻き付けられた電流検知用コイルに誘導電流が生じる。
従って、本発明の誘導加熱コイルは、電流検知用コイルに流れる誘導電流を検知することにより、誘導加熱コイルへの通電状態を検知することができる。
また、本発明の誘導加熱コイルにおいて、電流検知用コイルには、加熱処理部に流れる電流の大きさを反映した大きさの誘導電流が流れるものと想定される。そのため、本発明の誘導加熱コイルを用いて誘導加熱焼入処理を行う場合は、誘導電流値を監視することにより、加熱処理部に流れる電流値の推移を監視することができる。
さらに本発明は、誘導加熱コイルから漏れた磁束を拾って電流を検知するものであるから、誘導加熱コイル自体のインダクタンスは変化しない。そのため誘導加熱コイルに流れる電流にロスは無い。
さらに本発明では、コア部は絶縁体を介して誘導加熱コイルに取り付けられているから、コア部は誘導加熱コイルから絶縁されている。そのため例え電流検知用コイルに絶縁不良があっても測定機器側に過大な電流が流れることはない。
In the induction heating coil employed in the present invention, a core portion made of a magnetic material is disposed at a position adjacent to the conduction portion, and a current detection coil is attached thereto. Therefore, when the induction heating coil of the present invention is energized to perform the quenching process, an induction current flows through the current detection coil wound around the core portion.
That is, since a high-frequency current is passed through the induction heating coil, a varying magnetic field is generated around the conducting portion, and the core is exposed to the varying magnetic field. As a result, the core is penetrated by the changing magnetic flux, and an induced current is generated in the current detection coil wound around the core portion.
Therefore, the induction heating coil of the present invention can detect the energization state to the induction heating coil by detecting the induction current flowing through the current detection coil.
In the induction heating coil of the present invention, it is assumed that an induction current having a magnitude reflecting the magnitude of the current flowing through the heat treatment portion flows through the current detection coil. Therefore, when performing induction heating and quenching using the induction heating coil of the present invention, it is possible to monitor the transition of the current value flowing through the heat treatment unit by monitoring the induction current value.
Furthermore, since the present invention detects the current by picking up the magnetic flux leaking from the induction heating coil, the inductance of the induction heating coil itself does not change. Therefore, there is no loss in the current flowing through the induction heating coil.
Further, in the present invention, the core portion because that is attached to the induction heating coil via the insulator, the core portion is insulated from the induction heating coil. Therefore, even if there is an insulation failure in the current detection coil, an excessive current does not flow to the measuring instrument side.
本発明の誘導加熱装置によれば、誘導加熱コイルとワークとの接触を確実に検知することができる。 According to the induction heating device of the present invention, it is possible to reliably detect contact between the induction heating coil and the workpiece.
続いて、本発明の一実施形態にかかる誘導加熱装置1、並びに、誘導加熱コイル10について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態にかかる誘導加熱装置の回路構成図である。図2は、本発明の実施形態の誘導加熱コイルの概念図である。図3は、図2の誘導加熱コイルのコア部の斜視図及び分解斜視図である。図4は、他の実施形態における誘導加熱コイルのコア部の斜視図である。
図1に示すように、誘導加熱装置1(以下、焼入装置1とも称す)は、高周波電源2と、加熱ユニット3と、制御装置5とを有する。
Next, the induction heating device 1 and the
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an induction heating apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a conceptual diagram of the induction heating coil according to the embodiment of the present invention. 3 is a perspective view and an exploded perspective view of a core portion of the induction heating coil of FIG. FIG. 4 is a perspective view of the core portion of the induction heating coil in another embodiment.
As shown in FIG. 1, the induction heating device 1 (hereinafter also referred to as a quenching device 1) includes a high-
高周波電源2は、一次側に電気的に接続された交流電源AC(図示せず)から電力の供給を受けて二次側に高周波電力を発生させることができるものである。高周波電源2の二次側には、加熱ユニット3が接続されており、加熱ユニット3に対して高周波電源2で発生した高周波電力を供給可能とされている。加熱ユニット3は、誘導加熱コイル10及びカレントトランス11を備えている。
The high-
カレントトランス11の二次側は加熱回路部30を構成している。加熱回路部30は、上記したカレントトランス11の二次側に接続された部分であり、誘導加熱コイル10を中心として構成されている。加熱回路部30には、誘導加熱コイル10にかかる電圧を検知するための電圧計34が設けられている。
A secondary side of the current transformer 11 constitutes a
誘導加熱コイル10は、焼入処理の処理対象物を誘導加熱するために設けられたコイルである。誘導加熱コイル10は図2に示すように円形コイルである。
誘導加熱コイル10は、焼入処理に際して処理対象物の外周側に配される加熱処理部31と、カレントトランス11の二次側に接続される通電部32とを有する。
二つの通電部32は加熱処理部31を挟んだ位置にある。
The
The
The two
図2や図3に示すように、誘導加熱コイル10の二つの通電部32には、それぞれ電流検知手段50,51が設けられている。
二つの電流検知手段50,51は、同一の構造であるから、一方の電流検知手段50を例に構造を説明する。本実施形態では、電流検知手段50はコア部材35(コア部)と絶縁体39及び電流検知用コイル38によって構成されている。
電流検知手段50を構成するコア部材35(コア部)は、絶縁体39を介して通電部32に取り付けられている。絶縁体39は、樹脂や雲母等で作られた薄い板である。
コア部材35は、磁性体によって構成されており、外観が略「ロ」字型の部材である。すなわちコア部材35は、長方形の閉ループを構成した枠体であり、コア部材35は、図2に示すように、通電部32に対して片持ち状に取り付けられている。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, current detection means 50 and 51 are provided in the two
Since the two current detection means 50 and 51 have the same structure, the structure will be described by taking one current detection means 50 as an example. In the present embodiment, the current detection means 50 includes a core member 35 (core portion), an
A core member 35 (core part) constituting the current detection means 50 is attached to the
The
さらに具体的には、コア部材35は、誘導加熱コイル10の通電部32に固定される固定部37と、これに対して略平行な位置関係にある芯部36とを有する。固定部37と芯部36との間には空間41がある。
固定部37と通電部32との間には前記した絶縁体39が介在されており、固定部37と通電部32とは電気的に絶縁されている。本実施形態においては、コア部材35の取付け姿勢は、図2、図3の様に固定部37及び芯部36が通電部32の電流の流れ方向と平行となる姿勢であるが、図4に示すように固定部37及び芯部36を電流の流れ方向に対して直交する姿勢に取り付けてもよい。
More specifically, the
The
芯部36には、電流検知用コイル38が巻き付けられている。電流検知用コイル38は、導電性を有する線状の導体、又は被覆電線により構成されており、二次側電気系統33や誘導加熱コイル10には直接的に接触していない。すなわち、電流検知用コイル38は、誘導加熱コイル10の通電部32に対して隣接する位置に存在している。
A
電流検知用コイル38には、電流計40(電流検知手段)が接続されている。そのため、カレントトランス11の二次側に電力が供給されると、誘導加熱コイル10に電流Icが流れると共に、芯部36に巻き付けられた電流検知用コイル38に誘導加熱コイル10に流れる電流値に応じた大きさの誘導電流Iyが流れ、これが電流計40によって検知される。
二つの電流検知手段50,51の電流検知用コイル38の信号は、制御装置5に入力されて監視される。
An ammeter 40 (current detection means) is connected to the
The signals of the current detection coils 38 of the two current detection means 50 and 51 are input to the
制御装置5は、加熱ユニット3に設けられた電圧計34によって検知される電圧値および電流計40によって検知される電流値に基づき、誘導加熱コイル10に供給されている電力の大きさを監視している。また、制御装置5は、電圧計34や電流計40によって検知される電圧値や電流値等に基づき、誘導加熱コイル10に対する電力の印加状態が焼入処理を施す処理対象物に対する焼き入れ具合を所定の状態とするのに最適な状態になるように調整する。すなわち、制御装置5は、電圧計34や電流計40によって検知される電圧値や電流値等に基づき、誘導加熱コイル10に印加される電力を調整する。
The
本実施形態の焼入装置1では、誘導加熱コイル10を構成する導通部32の中途にコア部材35が取り付けられており、誘導加熱コイル10への通電に伴い、コア部材35の芯部36に装着された電流検知用コイル38に、誘導加熱コイル10への通電量に応じた誘導電流Iyが流れる。そして、この誘導電流Iyを電流計40で検知できる構成とされている。そのため、焼入装置1により焼入処理を行えば、加熱回路部30が備える電流計40により検知される誘導電流Iyの電流値を監視することにより、誘導加熱コイル10に流れる電流の大きさを的確に把握することができる。
In the quenching apparatus 1 of the present embodiment, the
本実施形態の焼入装置1では、誘導加熱コイル10毎に通電により流れる電流値の大きさを把握できると共に、電圧計34により誘導加熱コイル10に作用する電圧値を把握することができる。そのため、焼入装置1では、誘導加熱コイル10に印加される電力の大きさを監視し、電力の供給状態を焼入処理に適した状態とすることができる。
In the quenching apparatus 1 of the present embodiment, the magnitude of the current value flowing by energization for each
さらに本実施形態の焼入装置1では、二つの電流検知手段50,51の電流検知用コイル38の信号は、制御装置5に入力されて常時監視し、比較される。そして両者の差異が一定値を越えると、制御装置5から警報信号が発せられる。
すなわち電流検知手段50,51は、直列状態に接続されているから、両者の電流は同一のはずである。
しかしながら誘導加熱コイル10とワークが接触する事態となれば、誘導加熱コイル10からワークに対して電流が流れ、平衡関係が崩れて電流検知手段50,51が検知する電流値に差異が生じる。そこで本発明は、二つの電流検知手段50,51の電流検知用コイル38の信号を常時監視して比較し、両者の差異が一定値を越えると、誘導加熱コイル10とワークが接触したものと判断して警報を発する。
Furthermore, in the hardening apparatus 1 of this embodiment, the signals of the current detection coils 38 of the two current detection means 50 and 51 are input to the
That is, since the current detection means 50 and 51 are connected in series, both currents should be the same.
However, if the
焼入装置1において採用されている誘導加熱コイル10は、通電時に極めて高温になる加熱処理部31を外れた位置、具体的には通電部12にコア部材35が設けられている。すなわち、コア部材35は、通電時に過度に高温になる部分を避けて設けられている。そのため、上記した構成によれば、電流検知用コイル38が溶断するといったようなコア部材35が高温になることによる弊害が起こりにくい。
The
誘導加熱コイル10は、加熱処理部31を外れた位置にコア部材35が設けられており、焼入処理時に処理対象物が配される位置から離れた位置に電流検知用コイル38が存在している。そのため、誘導加熱コイル10を用いて焼入処理を行う場合は、コア部材35や誘導加熱コイル10が焼入処理に際して邪魔にならない。また、焼入装置1は、コア部材35や誘導加熱コイル10が焼入処理の邪魔にならない位置に設けられているため、誘導加熱コイル10を処理対象物にあわせて高密度に配置することができる。
The
以上説明した実施形態では、コイルの形状として円形のものを例示したが、本発明は他の形状のコイルにも適用することができる。
図5は、本発明の他の実施形態の誘導加熱コイルの概念図である。
図5に示す誘導加熱コイル53は、断面形状角形のパイプを複雑に折り曲げる等して形成された、いわゆる開放型の鞍型コイルである。さらに詳細に説明すると、誘導加熱コイル53は、その一端側(端部10a)から他端側(端部10b)に至るまで一連とされている。また、誘導加熱コイル53は、内部に形成された通液路45についても端部10aから端部10bに至る全区間にわたって連通している。
In the embodiment described above, a circular shape is exemplified as the coil shape, but the present invention can also be applied to coils having other shapes.
FIG. 5 is a conceptual diagram of an induction heating coil according to another embodiment of the present invention.
An
誘導加熱コイル53は、図5に示す状態において下方側に位置する加熱処理部31と、上方側に位置する導通部32とを有する。
The
図5に示す状態において、導通部32は、加熱処理部31に対して上方に位置しており、第一導通部32aと、第二導通部32bと、中間導通部32cとを有する。第一導通部32aは、端部10b側から加熱処理部31に至る部分であり、第一加熱処理部31aにおいて上方側に位置する水平部82に繋がっている。また、第二導通部32bは、端部10a側から加熱処理部31に至る部分であり、第二加熱処理部31bにおいて下方側に位置する水平部88に繋がっている。第一、二導通部32a,32b間にはわずかな隙間が設けられており、両者の間は絶縁されている。
In the state shown in FIG. 5, the
図5に示すように、第一導通部32aには、コア部材35が溶接等により片持ち状に取り付けられている。なおコア部材35と第一導通部32aとの間には図示しない絶縁体が介在されており、コア部材35と第一導通部32aとの間は電気的に絶縁されている。また、コア部材35の芯部36には、電流検知用コイル38が装着されている。
As shown in FIG. 5, the
同様に第一導通部32bにも、コア部材35が溶接等により片持ち状に取り付けられている。またコア部材35と第一導通部32aとの間には図示しない絶縁体が介在されており、コア部材35と第一導通部32aとの間は電気的に絶縁されている。コア部材35の芯部36には、電流検知用コイル38が装着されている。
Similarly, the
そのため先の実施形態と同様、誘導加熱コイル53に電流Icが流れると共に、芯部36に巻き付けられた電流検知用コイル38に誘導加熱コイル10に流れる電流値に応じた大きさの誘導電流Iyが流れ、これが電流計40によって検知される。
Therefore, as in the previous embodiment, the current Ic flows through the
制御装置5は、各コイルユニット60毎に設けられ電流計40により、各誘導加熱コイル10のコア部材35に装着された電流検知用コイル38に流れる誘導電流Iyを監視する。制御装置5は、電圧計34によって検知される電圧値や、電流計40によって検知される電流値に基づき、各誘導加熱コイル10において通電不良が起こっていないかを確認すると共に、各誘導加熱コイル10への電力供給量を適宜調整する。
The
また制御装置5は、二つの電流検知手段50,51の電流検知用コイル38の信号を比較し、両者の差異が一定値を越えると、誘導加熱コイル10がワークと接触したと見なして警報信号を発する。
Further, the
1 誘導加熱装置(焼入装置)
2 高周波電源
3 加熱ユニット
10 誘導加熱コイル
11 カレントトランス
31 加熱処理部
32 導通部
35 コア部材(コア部)
39 絶縁体
38 電流検知用コイル
40 電流計(電流検知手段)
50,51 電流検知手段
1 Induction heating device (quenching device)
2 High-
39
50, 51 Current detection means
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