JP5976484B2 - 誘導加熱方法および誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱方法および装置に係り、特に、複数の誘導加熱コイルを隣接配置して電力制御を行う場合に好適な誘導加熱方法、および装置に関する。

複数の誘導加熱コイルを備える誘導加熱装置による加熱方式には、大別すると、ソレノイド状に誘導加熱コイルを配置して行うものと、渦巻き状に誘導加熱コイルを平面配置して行うものとが知られている（例えば特許文献１参照）。

ソレノイド状に配置した誘導加熱コイルを用いるものでは、被誘導加熱物（例えばビレット）における端部の放熱が激しく、当該端部の発熱が満足する電流を被誘導加熱物の端部を加熱領域とする誘導加熱コイルに供給すると、端部近くの被誘導加熱物の温度が高くなりすぎる場合がある。このため、このような加熱方式を採用する場合には、個別電力制御を可能とする誘導加熱コイルの数を増やして加熱領域の細分化を図る、被誘導加熱物となる材料の長さに制限を設け、端部の加熱と放熱のバランスを採る、あるいは被誘導加熱物における端部の温度補償制限を設けるといった対策を採る必要があった。

また、渦巻き状の誘導加熱コイルを採用した平面加熱では、円板型の被誘導加熱物（例えばグラファイト）の外周側では放熱量が大きく、中心部では発熱量が小さいという実状がある。このため、被誘導加熱物の外周部温度を満足させる場合には、外周部から少し内径側に過加熱部が発生する場合がある。同様に、被誘導加熱物の中心部の温度を満足させる場合に、少し外形側に過加熱部が発生する場合がある。このような問題を解決するためには、上記ソレノイド状に配置した誘導加熱コイルを用いた場合と同様に、個別電力制御が可能な誘導加熱コイルの数を増やしたり、温度補償制限を設けるといった対策を採る必要があった。

ここで、隣接配置した誘導加熱コイルによる加熱領域の境界部に対する入熱量（発熱量）を制御する技術が特許文献２に開示されている。特許文献２に開示されている技術は、単一の被誘導加熱物に対して複数の誘導加熱コイルを近接配置し、同一周波数の電源によって稼動させるものであり、隣接配置された誘導加熱コイルに供給する電流の位相を調整するというものである。このような方法によれば、境界部において鎖交する磁束の密度を調整することができ、当該部分での発熱量を変化させることができるという。

特表２００５−５２９４７５号公報 特開平２−１０６８７号公報

上記のように、特許文献１に開示されている技術には、誘導加熱コイルによる加熱領域の境界部における発熱量や、放熱量が大きい加熱領域や発熱量が小さい加熱領域を加熱するための磁束の多寡が、隣接する加熱領域における発熱制御に大きく影響するという問題がある。これに対し、特許文献２に開示された技術を適用すれば、境界部における過加熱の問題は解消することができるが、これらの技術を単純に組み合わせただけでは、放熱量や発熱量の違いをカバーして、各被誘導加熱領域内における温度分布を平滑化し、被誘導加熱物全体の均一な温度分布制御を行うことはできない。ましてや、被誘導加熱物の形状や長さ（大きさ）が変化した場合には、対応することができなくなってしまうと考えられる。

そこで本発明では、被誘導加熱部材の形状や長さ、大きさ、および加熱領域毎の放熱量、並びに発熱量等に関わらず、各被誘導加熱領域内の温度分布を平滑化し、被誘導加熱物を均等加熱することのできる誘導加熱方法、および誘導加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱方法は、隣接配置された同一周波数の電流を供給する３つの誘導加熱コイルを用いた誘導加熱方法であって、中央に配した第２ゾーンの誘導加熱コイルに供給する電流の位相に対して、前記第２ゾーンの誘導加熱コイルの両サイドに配された第１ゾーンおよび第３ゾーンの誘導加熱コイルに供給する電流の位相を設定された位相差となるように設定または制御すると共に、各誘導加熱コイルに供給する電力または電流を個別に制御することで、各ゾーンの誘導加熱コイルに対応した被誘導加熱領域の発熱分布を得ることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱方法は、隣接配置された同一周波数の電流を供給する３つの誘導加熱コイルを用いた誘導加熱方法であって、中央に配した第２ゾーンの誘導加熱コイルに供給する電流の位相に対して、前記第２ゾーンの誘導加熱コイルの両サイドに配された第１ゾーンおよび第３ゾーンの誘導加熱コイルに供給する電流の位相を設定された位相差となるように制御すると共に、各誘導加熱コイルに供給する電力を個別に制御することで、各ゾーンの誘導加熱コイルに対応した被誘導加熱領域の温度分布を平滑化し、被誘導加熱物全体が予め定められた温度分布となるようにすることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱方法は、複数の誘導加熱コイルを隣接配置し、各誘導加熱コイルにそれぞれインバータを接続し、供給する電流の周波数を一致させた上で被誘導加熱物を加熱する誘導加熱方法であって、隣接配置された誘導加熱コイルに接続されたインバータのうち、いずれか一方のインバータは、前記誘導加熱コイルに対する供給電流の制御を行い、いずれか他方のインバータは、前記誘導加熱コイルに対する供給電流の制御と共に、隣接配置された誘導加熱コイルに供給される電流との位相調整を行い、各誘導加熱コイルに対応した被誘導加熱領域の温度分布を平滑化させると共に被誘導加熱物全体の温度分布を制御することを特徴とすることもできる。

また、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱方法としては、複数の誘導加熱コイルを隣接配置し、各誘導加熱コイルにそれぞれインバータを接続し、供給する電流の周波数を一致させた上で被誘導加熱物を加熱する誘導加熱方法であって、隣接配置された誘導加熱コイルに接続されたインバータのうち、いずれか一方のインバータは、前記誘導加熱コイルに対する供給電流の制御を行い、いずれか他方のインバータは、前記誘導加熱コイルに対する供給電流の制御と共に、隣接する誘導加熱コイル間に位置する被誘導加熱物の温度が高い場合には、前記誘導加熱コイルに供給する電流の周波数を隣接配置された誘導加熱コイルに供給される電流の周波数と乖離させる周波数調整を行い、各誘導加熱コイルに対応した被誘導加熱領域の温度分布を平滑化させると共に被誘導加熱物全体の温度分布を制御することを特徴とするものであっても良い。

また、上記のような特徴を有する誘導加熱方法において、前記被誘導加熱物には、放熱量が大きい部位と、放熱量が小さい部位を定め、放熱量が小さい部位を加熱するインバータを一方のインバータ、放熱量が大きい部位を過熱するインバータを他方のインバータとして加熱制御を行うようにすると良い。

また、上記のような特徴を有する誘導加熱方法では、被誘導加熱物を磁性体材料とした場合に、被誘導加熱物がキューリ点未満では、各インバータからの出力電流について電流同期制御を行い、被誘導加熱物がキューリ点以上では、他方のインバータにおいて、前記位相調整または前記周波数調整を行うようにすると良い。

さらに、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱装置は、複数の誘導加熱コイルを隣接配置して、複数の前記誘導加熱コイルそれぞれに加熱炉内における主加熱領域を定めた上で、前記加熱炉内に被誘導加熱物を配置して加熱する誘導加熱装置であって、各誘導加熱コイルに対応した主加熱領域の温度を計測する第１の温度計測手段と、前記被誘導加熱物における放熱量が大きい部位、あるいは発熱量が小さい部位を含む主加熱領域と当該領域に隣接する主加熱領域との境界部の温度を計測する第２の温度計測手段と、前記第１の温度計測手段による計測温度に基づいて、前記誘導加熱コイルに供給する電流値を制御する電流値制御手段と、前記第１の温度計測手段および前記第２の温度計測手段による計測温度に基づいて、前記放熱量が大きい部位あるいは前記発熱量が小さい部位を主加熱領域とする誘導加熱コイルに供給する電流の位相を調整する位相調整手段と、を有することを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱装置は、複数の誘導加熱コイルを隣接配置して、複数の前記誘導加熱コイルそれぞれに加熱炉内における主加熱領域を定めた上で、前記加熱炉内に被誘導加熱物を配置して加熱する誘導加熱装置であって、各誘導加熱コイルに対応した主加熱領域の温度を計測する第１の温度計測手段と、前記被誘導加熱物における放熱量が大きい部位、あるいは発熱量が小さい部位を含む主加熱領域と当該領域に隣接する主加熱領域との境界部の温度を計測する第２の温度計測手段と、前記第１の温度計測手段による計測温度に基づいて、前記誘導加熱コイルに供給する電流値を制御する電流値制御手段と、前記第１の温度計測手段および前記第２の温度計測手段による計測温度に基づいて、前記放熱量が大きい部位あるいは前記発熱量が小さい部位を主加熱領域とする誘導加熱コイルに供給する電流の周波数を調整する周波数調整手段と、を有することを特徴とするものであっても良い。

上記のような特徴を有する誘導加熱方法によれば、被誘導加熱部材の長さや大きさに関わらず、被誘導加熱物を均等加熱することができる。また、これを実現するために、供給電力の個別制御が可能な誘導加熱コイルを増やす必要性が無い。

このため、上記のような誘導加熱装置では、上記方法の実施による効果を得ることができる。また、装置全体として、小型化、低コスト化を図ることができる。

第１の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。 磁束の分布をベクトル表記で示した図である。 複数の誘導加熱コイルに供給する電流の位相を一致させて運転した場合における磁束の分布密度と、被誘導加熱物であるビレットの発熱状態を示す図である。 両端に配置した誘導加熱コイルに供給する電流の位相を基準とする電流の位相からずらした場合における磁束の分布密度の変化と、被誘導加熱物であるビレットの発熱状態を示す図である。 被誘導加熱物であるビレットを短尺状のものとした場合における磁束の分布密度とビレットの発熱状態を示す図である。 円板型に配置された誘導加熱コイルを採用した誘導加熱装置の例を示す図である。

以下、本発明の誘導加熱方法、および誘導加熱装置に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１に示す誘導加熱装置１０は、ビレット加熱用の誘導加熱装置であり、加熱炉１２、誘導加熱コイル１４（１４ａ〜１４ｃ）、温度計測手段１６（１６ａ〜１６ｃ），１８（１８ａ，１８ｂ）、電源部２０を備えている。

加熱炉１２は、磁気透過性の耐熱部材により構成された筒状空間である。加熱炉１２の内部には、被誘導加熱物５０としてのビレットが配置される。加熱炉１２内には、図示しないレール等が配置され、炉内に配置されるビレットを炉内中心位置に保持することを可能としている。

誘導加熱コイル１４は、上述した加熱炉１２の外周に巻回されたソレノイド状のコイルである。本実施形態の場合、加熱炉１２を囲繞する誘導加熱コイル１４は、分割された３つのコイル（誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）から構成されている。具体的には、図１に示す加熱炉１２内において左側端部を主加熱領域とする誘導加熱コイル１４ａと、中央部を主加熱領域とする誘導加熱コイル１４ｂ、および右側端部を主加熱領域とする誘導加熱コイル１４ｃである。そして、本実施形態の誘導加熱装置１０では、これら三つの誘導加熱コイル１４を近接配置する構成としている。
各誘導加熱コイル１４は、詳細を後述する電源部２０に接続されることで、電力の供給を可能に構成されている。

温度計測手段１６，１８は、被誘導加熱物５０の温度を計測するための手段である。温度計測手段１６，１８は、各誘導加熱コイル１４に対応した主加熱領域、および被誘導加熱物５０における放熱量が大きい部位と、当該部位に隣接する部位を主加熱領域とする誘導加熱コイル１４の境界部に当たる被誘導加熱物５０の対応部位（以下、単に境界部と称す）、並びに被誘導加熱物５０における発熱量が小さい部位と、当部位に隣接する部位を主加熱領域とする誘導加熱コイル１４の境界部に当たる被誘導加熱物５０の対応部位に設けられる。

本実施形態の場合、被誘導加熱物５０がビレットであるため、端部からの放熱量が大きくなる。このため、境界部に設けられる温度計測手段１８ａ，１８ｂは、誘導加熱コイル１４ａに対応した主加熱領域と、誘導加熱コイル１４ｂに対応した主加熱領域との間の境界部と、誘導加熱コイル１４ｂに対応した主加熱領域と、誘導加熱コイル１４ｃに対応した主加熱領域との間の境界部に、それぞれ設けられている。なお、温度計測手段１６，１８としては、パイロメータ等の非接触型の温度計であっても、熱電対等の接触型温度計であっても良い。

電源部２０は、各誘導加熱コイル１４に供給する電流値や電流の周波数、および電流の位相を調整するための要素である。電源部２０には、インバータ２２（２２ａ〜２２ｃ）の他、図示しない三相交流電源やコンバータ、チョッパ等が設けられている。

電源部２０には、上述したインバータ２２等の他、電流値制御手段２４や、位相調整手段２６が設けられている。電流値制御手段２４には、温度計測手段１６による計測温度が、電気信号として入力される。電流値制御手段２４は、各誘導加熱コイル１４に対応した主加熱領域の温度と、予め定められた加熱目標とする温度、および隣接する誘導加熱コイル１４に対応する主加熱領域の温度とを比較し、比較結果の高低に応じて誘導加熱コイル１４へ出力する電流値を変動させるための信号（ゲートパルス）を出力する手段である。例えば、検出した主加熱領域の温度が、他の主加熱領域の検出温度よりも低い場合には、対応する誘導加熱コイル１４に供給する電流値を向上させるように信号を出力する。一方、検出した主加熱領域の温度が、他の主加熱領域の検出温度よりも高い場合には、対応する誘導加熱コイル１４に供給する電流値を低下させるように信号を出力する。電流値制御手段２４から出力された信号は、インバータ２２に入力される。

位相調整手段２６には、温度計測手段１６，１８による計測温度が、電気信号として入力される。位相調整手段２６は、温度計測手段１８によって計測された境界部の温度と、温度計測手段１６によって計測された主加熱領域の温度との対比に応じて、誘導加熱コイル１４に供給する電流の位相の調整を行う信号（瞬時的に周波数を変化させ、電流波形の位相をずらすためのゲートパルス）を出力する手段である。具体的には、温度計測手段１８ａによって計測された温度と、温度計測手段１６ａ，１６ｂによって計測された温度を比較し、温度計測手段１８ａによって計測された温度の方が高い場合には、誘導加熱コイル１４ａに供給する電流の位相を、基準とする電流の位相から、予め定められた角度分ずらすための信号を出力する。位相のずれ角度は、概ね６０°程度を基準とし、温度差が高い場合には、角度を大きくするように、温度差が小さい場合には、角度を小さくするように調整するための信号を出力する。なお、本実施形態では、基準とする電流の位相として、誘導加熱コイル１４ｂに供給する電流の位相を採用することとしている。

一方、温度計測手段１８ａによって計測された温度が温度計測手段１６ａ，１６ｂによって計測された温度よりも低い場合には、誘導加熱コイル１４ａに供給する電流の位相を、基準とする電流の位相に一致させるように調整するための信号を出力する。また、温度計測手段１８ａと温度計測手段１６ａ，１６ｂによる計測温度が等しい場合には、誘導加熱コイル１４ａに供給する電流の位相は、基準とする電流との位相差を維持して運転するための信号を出力する。

このような構成とすることで、各誘導加熱コイル１４に対応した各被加熱領域（各主加熱領域、および各境界部）内の温度分布を平滑化させることができる。このため、被誘導加熱物５０全体の温度分布を一致させることが可能となる。

次に、上記のような構成の誘導加熱装置１０を用いて行う本発明に係る誘導加熱方法について、説明する。
まず、加熱炉１２内に、電磁誘導によって加熱される被誘導加熱物５０を配置する。この時、被誘導加熱物５０をビレットとすると、その長さは、加工の目的等に応じて多岐に亙る。本実施形態のように、３つの誘導加熱コイル１４を備える誘導加熱装置１０では、中央に配置された誘導加熱コイル１４ｂの長手方向中心部を基準とし、被誘導加熱物５０の長手方向中心部を合わせ込むようにすると良い。このような構成とすることにより、両端の誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂの主加熱領域にかかる被誘導加熱物５０の範囲が等しくなるため、加熱のバランスがとりやすくなる。

次に、加熱炉内に配置した被誘導加熱物５０において、放熱量が大きい部位、あるいは発熱量が小さい部位を特定する。本実施形態の場合、被誘導加熱物５０の長手方向両端部が放熱量が大きい部位となる（部位特定工程）。

次に、各誘導加熱コイル１４に供給する電流の周波数を一致させ、各誘導加熱コイル１４に供給する電流間の位相を同期、あるいは所定の位相を保つように制御して運転を行う。

被誘導加熱物５０の加熱に伴い、温度計測手段１６，１８により、各主加熱領域、および境界部の温度を計測し、測定により検出された温度を電気信号として、電流値制御手段２４、および位相調整手段２６へ入力する（温度計測工程）。

電流値制御手段２４では、各主加熱領域の計測温度と、予め定められた昇温曲線における目標温度、あるいは他の主加熱領域の温度を比較し、その高低に応じて電流値を制御するための信号を出力する。すなわち、計測温度が目標温度、あるいは他の主加熱領域の温度よりも低い場合には、誘導加熱コイル１４に供給する電流値を増加させる制御を行うための信号を出力する。一方、計測温度が目標温度、あるいは他の主加熱領域の温度よりも高い場合には、誘導加熱コイル１４に供給する電流値を減少させる制御を行うための信号を出力する（電流値制御工程）。

位相調整手段２６では、境界部の温度と、境界部に隣接する主加熱領域の温度を比較し、両者の温度が等しくなる加熱状態を確保するための位相調整を行う信号を出力する。すなわち、境界部の温度が隣接する主加熱領域の温度よりも低い場合には、誘導加熱コイル１４（本実施形態の場合は、誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃ）に供給する電流の位相を目標とする電流の位相に同期させるための信号を出力する。また、境界部の温度が隣接する主加熱領域の温度と等しい場合には、誘導加熱コイル１４（本実施形態の場合は、誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃ）に供給する電流の位相と目標とする電流の位相との位相差を保つようにするための信号を出力する。さらに、境界部の温度が隣接する主加熱領域の温度よりも高い場合には、誘導加熱コイル１４（本実施形態の場合は、誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃ）に供給する電流の位相を目標とする電流の位相から、予め定められた角度分だけずらすための信号を出力する（位相調整工程）。

このような方法により被誘導加熱物５０の加熱を行うことによれば、被誘導加熱物５０であるビレットの長さの如何、すなわち端部の放熱具合等に関わらず、境界部を含む各被誘導加熱領域の温度分布を平滑化し、被誘導加熱物５０全体を均等加熱することができる。

このことは、境界部における磁束（磁界）の強さに起因する。誘導加熱コイル１４ａに供給する電流の電流値をｉ１、誘導加熱コイル１４ｂに供給する電流の電流値をｉ２、誘導加熱コイル１４ｃに供給する電流の電流値をｉ３とした場合、これをフェーザ電流（ベクトル表記）として表すと、ｉ１、ｉ２、ｉ３はそれぞれ、数式１のように示すことができる。

ここで、全ての誘導加熱コイル１４に供給される電流の位相が一致している場合、θ１、θ２、θ３間に位相差は無く、θ１＝θ２＝θ３＝０（ゼロ）となる。こうした場合、境界部の電流値は、それぞれｉ１＋ｉ２、ｉ２＋ｉ３で示すことができるため、

となる。数式２において、電流値を１（Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ３＝１）とした場合、ｉ１＋ｉ２、ｉ２＋ｉ３の大きさ（｜ｉ１＋ｉ２｜、｜ｉ２＋ｉ３｜）は、それぞれ２とすることができる。

これに対し、誘導加熱コイル１４ｂに供給する電流波形を基準とし（θ２＝０°）、誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃに供給する電流の位相を６０°シフトさせた場合には、ｉ１＋ｉ２、ｉ２＋ｉ３の大きさはそれぞれ、

と示すことができる。よって、電流値をスカラー値として見た場合には、位相のシフト量の如何に関わらず、エネルギー量は一定となる。

一方、誘導加熱コイル１４ｂに供給する電流波形を基準として、誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃに供給する電流の位相を６０°シフトさせた場合の電流値をベクトル値として見た場合、図２に示すように、スカラーとして値の加算が可能な電流値（電流位相が一致している場合）との間に差分が生ずることとなる。

このため、境界部に生ずる磁界を抑制することができ、境界部の発熱量の制御が可能となる。図３は、各誘導加熱コイル１４に供給する電流の位相を一致させて運転した場合の磁束分布を模式的に表した図である。なお、被誘導加熱物５０に関しては、ハッチングの濃い部分が、高温であることを示している。このため、図３からは、被誘導加熱物５０であるビレットは、放熱量が大きい長手方向両端部から、僅かに中心寄り、すなわち誘導加熱コイル１４ａと誘導加熱コイル１４ｂの境界部、および誘導加熱コイル１４ｂと誘導加熱コイル１４ｃの境界部に対応する部位の温度が高くなっているということを読み取ることができる。なお、本実施形態では模式的「境界部」と説明しているが、隣接する誘導加熱コイル１４からの磁束の影響により過加熱状態となる部位は、被誘導加熱部材５０における放熱量の大きい箇所や発熱量の小さい箇所、あるいはコイルの配置形態などによって変化する。すなわち、過加熱箇所が、各誘導加熱コイル１４における主加熱領域内に生ずる場合もある。このような場合であっても、本発明により対応し、各被誘導加熱領域の温度分布を平滑化することができる。

また、図４は、誘導加熱コイル１４ｂに供給する電流の波形を基準として、誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃに供給する電流の位相をそれぞれ６０°シフトさせた場合の磁束分布を模式的に表した図である。図４における破線部分は、図３に示した磁束分布との差分に当たる。このように、図４からは、各主加熱領域における磁束の発生は維持しつつ、境界部における磁束の密度（分布密度）が抑制されていることを読み取ることができる。これにより、図３に見られた境界部近傍の高温状態が解消され、被誘導加熱物５０全体が均等加熱されているということを読み取ることができる。

したがって、本実施形態では、電流値のベクトル和によって変化する磁束分布の傾斜を制御することで、境界部の発熱量を制御していると換言することもできる。

また、このような制御方式を採用することによれば、被誘導加熱物５０であるビレットの長さを変更した場合であっても、その発熱具合を容易に制御することが可能となる。例えば図５に示すように、被誘導加熱物５０であるビレットの長さが誘導加熱コイル１４ａや誘導加熱コイル１４ｃの主加熱領域にかからないような短いものであった場合、境界部近傍に位置することとなるビレット端部の放熱量は、中心部分の放熱量に比べて極端に大きくなる。こうした場合には、各誘導加熱コイル１４の電流位相を一致させ、ベクトル和とスカラー和を一致させた状態の磁束を生じさせる電流値として、境界部における磁束の密度を高めるようにすると良い。このような制御を行うことにより、境界部における発熱量を向上させることができ、ビレット全体としての均等加熱を実現することが可能となるからである。

つまり、このような制御方式を採用することによれば、３つの誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃを採用した誘導加熱装置１０において、５つの加熱制御領域を構成することができる。このため、各被誘導加熱領域内の温度分布を平滑化することができるのである。そして、加熱制御領域を擬似的に増やすことによれば、誘導加熱コイル１４の数はもちろん、誘導加熱コイル１４に電力を供給するインバータ２２等も減らすことができる。よって、電源部２０の小型化、低コスト化を実現しつつ、高精度な加熱制御を実現することが可能となる。

なお、上記実施形態では、各誘導加熱コイル１４に供給する電流の位相についてのシフト量は、６０°としていたが、本発明を実施する上での位相のシフト量は、これに限られるものでは無い。例えば、境界部の発熱量が極端に大きくなってしまうような場合には、境界部に隣接する誘導加熱コイル１４に供給する電流間の位相差をさらに大きくすれば良い。逆に、境界部の発熱量の過多が比較的小さい場合には、境界部に隣接する誘導加熱コイル１４に供給する電流間の位相差を小さくすれば良い。そして、被誘導加熱物５０の均等加熱が実現されている場合には、各誘導加熱コイル１４に供給されている電流間の位相差を維持して運転を行うようにすれば良い。

また、上記実施形態においては、位相調整手段２６により、インバータ２２ａ，２２ｃから、誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃに供給する電流の位相を、インバータ２２ｂから誘導加熱コイル１４ｂへ供給する電流の位相とずらすように調整することで、被誘導加熱物５０の境界部、すなわち温度計測手段１８ａ，１８ｂにより温度検出がされる部位の発熱量を調整することで、被誘導加熱物５０を均等加熱する旨記載した。

しかしながら、本実施形態に係る誘導加熱装置１０では、位相調整手段２６に替えて、周波数調整手段を備えるようにしても良い。周波数調整手段を備える構成とした場合、次のような制御を行うようにすると良い。

すなわち周波数調整手段は、温度計測手段１８ａ，１８ｂにより計測された温度と、温度計測手段１６ａ〜１６ｃにより計測された温度を比較し、温度計測手段１６ａ〜１６ｃにより計測された温度に比べて、温度計測手段１８ａ，１８ｂにより計測された温度が高かった場合に、誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃに供給する電流の周波数を、誘導加熱コイル１４ｂに供給する電流の周波数から乖離させるように制御する信号を、インバータ２２ａ，２２ｃに出力すれば良い。

このような制御を行うことにより、近接配置された誘導加熱コイル１４間における磁束の干渉が低減される。このため、誘導加熱コイルの境界部において、被誘導加熱物５０が過加熱状態となることを防ぐことができる。

一方、温度計測手段１８ａ，１８ｂにより計測された温度が、温度計測手段１６ａ〜１６ｃにより計測された温度以下であった場合には、当初の運転状態と同様に、各インバータ２２からの出力電流の周波数を一致させた上で各電流の位相を同期させる、電流同期運転を行うようにすれば良い。

また、被誘導加熱物５０として、磁性体を採用する場合には、キューリ点を境界として、位相調整手段２６や、周波数調整手段を動作させるようにすると良い。すなわち、被誘導加熱物５０がキューリ点未満の温度では、各インバータ２２における電力制御は、いわゆる電流同期制御を行うようにする。一方、被誘導加熱物５０の温度がキューリ点以上となった場合には、位相調整制御、あるいは周波数調整制御を行うようにすれば良い。

なお、上記実施形態では、誘導加熱装置１０として、ビレットヒータを例に挙げて説明した。しかしながら、本発明に係る誘導加熱装置１０は、図６に示すような円板型に配置された誘導加熱コイル１４を採用したものも、その実施形態の一部とすることができる。

図６に示すような構成の誘導加熱装置１０の場合、コイル長さの関係から、中央に位置する誘導加熱コイル１４ａの加熱対象領域における発熱量が小さく、端部にあたる誘導加熱コイル１４ｃの加熱対象領域における放熱量が大きいという傾向がある。このため、誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃにおける加熱対象領域にあたる被誘導加熱物５０の温度を目的温度にまで上昇させようとすると、隣接加熱領域である誘導加熱コイル１４ｂの加熱対象領域の温度を上昇させてしまう。このため、図６に示す例では、誘導加熱コイル１４ａと誘導加熱コイル１４ｂの境界部を含む誘導加熱コイル１４ｂの加熱対象領域側と、誘導加熱コイル１４ｃと誘導加熱コイル１４ｂの境界部を含む誘導加熱コイル１４ｂの加熱対象領域側が過加熱状態となっている。このような場合であっても、第２ゾーンにあたる誘導加熱コイル１４ｂに供給する電流の位相に対し、第１ゾーン、第３ゾーンにあたる誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃに供給する電流の位相をずらして運転し、各誘導加熱コイルに対する供給電力の制御を行うことにより、被誘導加熱物５０を均等加熱することが可能となる。

上記実施形態では、被誘導加熱物５０の加熱を行うにあたり、各ゾーンを構成する誘導加熱コイル（中央の誘導加熱コイル１４ｂを第２ゾーンとした場合、図中左側の誘導加熱コイル１４ａが第１ゾーン、右側の誘導加熱コイル１４ｃが第３ゾーン）により加熱されている被誘導加熱物５０の温度分布を計測し、この温度分布に応じて位相調整手段２６や周波数調整手段による位相調整、周波数調整を行う、温度フィードバックによる位相・周波数制御による誘導加熱方法を例に挙げて説明した。

しかしながら、本発明に係る誘導加熱方法では、各ゾーンにあたる誘導加熱コイル１４に供給する電流間の位相を予め定めて運転しつつ、各誘導加熱コイル１４の電力制御を行うという手段を採用することもできる。具体的には、第２ゾーンにあたる誘導加熱コイル１４ｂに供給する電流の位相を基準とし、第１、第３ゾーンにあたる誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃに供給する電流の位相は、第２ゾーンの誘導加熱コイル１４ｂに供給する電流の位相に対し、予め定められた位相差（例えば６０°）を保つように制御して運転する。これにより、各ゾーンにあたる誘導加熱コイル１４間で加熱される被誘導加熱物５０の該当箇所の温度分布をオーバーヒート、あるいはレスヒートとさせること無く制御することが可能となる。

そして、誘導加熱コイル１４ｂと誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃとに供給する電流の位相差を保ったまま、各誘導加熱コイル１４に供給する電力を制御する。これにより、被誘導加熱物５０全体の温度分布を制御することが可能となる。
このような誘導加熱方法であっても、被誘導加熱物５０の大きさに関わらず、被誘導加熱物５０の均等加熱が可能となるからである。

なお、このような誘導加熱方法を実施する場合には、加熱対象とする被誘導加熱物５０と同じ材質、同じサイズのワークを用い、各部位の温度を計測しつつ試し焼きを行うことで、誘導加熱コイル１４ｂと誘導加熱コイル１４ａ，１４ｃ間における適正な位相差、および電力制御値を求めておくようにする。これにより、予め定めた設定値として、コイル間位相差、および制御電力を与えることが可能となり、加熱時における煩雑な電力制御が不要となる。

１０………誘導加熱装置、１２………加熱炉、１４ａ………誘導加熱コイル、１４ｂ………誘導加熱コイル、１４ｃ………誘導加熱コイル、１６ａ………温度計測手段、１６ｂ………温度計測手段、１６ｃ………温度計測手段、１８ａ………温度計測手段、１８ｂ………温度計測手段、２０………電源部、２２ａ………インバータ、２２ｂ………インバータ、２２ｃ………インバータ、２４………電流値制御手段、２６………位相調整手段、５０………被誘導加熱物。

Claims (6)

1. 複数の誘導加熱コイルを隣接配置し、各誘導加熱コイルにそれぞれインバータを接続し、供給する電流の周波数を一致させた上で被誘導加熱物を加熱する誘導加熱方法であって、
   隣接配置された誘導加熱コイルに接続されたインバータのうち、いずれか一方のインバータは、前記誘導加熱コイルに対する供給電流の制御を行い、
   いずれか他方のインバータは、前記誘導加熱コイルに対する供給電流の制御と共に、隣接配置された誘導加熱コイルに供給される電流との位相調整を行い、各誘導加熱コイルに対応した被誘導加熱領域の温度分布を平滑化させると共に被誘導加熱物全体の温度分布を制御し、
   前記被誘導加熱物には、放熱量が大きい部位と、放熱量が小さい部位を定め、放熱量が小さい部位を加熱するインバータを一方のインバータ、放熱量が大きい部位を過熱するインバータを他方のインバータとして加熱制御を行うことを特徴とする誘導加熱方法。
2. 複数の誘導加熱コイルを隣接配置し、各誘導加熱コイルにそれぞれインバータを接続し、供給する電流の周波数を一致させた上で被誘導加熱物を加熱する誘導加熱方法であって、
   隣接配置された誘導加熱コイルに接続されたインバータのうち、いずれか一方のインバータは、前記誘導加熱コイルに対する供給電流の制御を行い、
   いずれか他方のインバータは、前記誘導加熱コイルに対する供給電流の制御と共に、隣接する誘導加熱コイル間に位置する被誘導加熱物の温度が高い場合には、前記誘導加熱コイルに供給する電流の周波数を隣接配置された誘導加熱コイルに供給される電流の周波数と乖離させる周波数調整を行い、各誘導加熱コイルに対応した被誘導加熱領域の温度分布を平滑化させると共に被誘導加熱物全体の温度分布を制御することを特徴とする誘導加熱方法。
3. 前記被誘導加熱物には、放熱量が大きい部位と、放熱量が小さい部位を定め、放熱量が小さい部位を加熱するインバータを一方のインバータ、放熱量が大きい部位を過熱するインバータを他方のインバータとして加熱制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱方法。
4. 被誘導加熱物を磁性体材料とした場合に、被誘導加熱物がキューリ点未満では、各インバータからの出力電流について電流同期制御を行い、被誘導加熱物がキューリ点以上では、他方のインバータにおいて、前記位相調整または前記周波数調整を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱方法。
5. 複数の誘導加熱コイルを隣接配置して、複数の前記誘導加熱コイルそれぞれに加熱炉内における主加熱領域を定めた上で、前記加熱炉内に被誘導加熱物を配置して加熱する誘導加熱装置であって、
   各誘導加熱コイルに対応した主加熱領域の温度を計測する第１の温度計測手段と、
   前記被誘導加熱物における放熱量が大きい部位、あるいは発熱量が小さい部位を含む主加熱領域と当該領域に隣接する主加熱領域との境界部の温度を計測する第２の温度計測手段と、
   前記第１の温度計測手段による計測温度に基づいて、前記誘導加熱コイルに供給する電流値を制御する電流値制御手段と、
   前記第１の温度計測手段および前記第２の温度計測手段による計測温度に基づいて、前記放熱量が大きい部位あるいは前記発熱量が小さい部位を主加熱領域とする誘導加熱コイルに供給する電流の位相を調整する位相調整手段と、
   を有することを特徴とする誘導加熱装置。
6. 複数の誘導加熱コイルを隣接配置して、複数の前記誘導加熱コイルそれぞれに加熱炉内における主加熱領域を定めた上で、前記加熱炉内に被誘導加熱物を配置して加熱する誘導加熱装置であって、
   各誘導加熱コイルに対応した主加熱領域の温度を計測する第１の温度計測手段と、
   前記被誘導加熱物における放熱量が大きい部位、あるいは発熱量が小さい部位を含む主加熱領域と当該領域に隣接する主加熱領域との境界部の温度を計測する第２の温度計測手段と、
   前記第１の温度計測手段による計測温度に基づいて、前記誘導加熱コイルに供給する電流値を制御する電流値制御手段と、
   前記第１の温度計測手段および前記第２の温度計測手段による計測温度に基づいて、前記放熱量が大きい部位あるいは前記発熱量が小さい部位を主加熱領域とする誘導加熱コイルに供給する電流の周波数を調整する周波数調整手段と、
   を有することを特徴とする誘導加熱装置。

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