JP7408953B2 - 誘導炉及び誘導炉の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘導炉及び誘導炉の運転方法に関する。

誘導炉として、炉の外側に設けられるコイルに交流電流を流すことで生じる磁界により炉の内側の金属を加熱させて金属を溶解させるものがある。

上記誘導炉では、コイルとアースとの間の絶縁体に吸着される水分により絶縁体の抵抗値が低下していると、コイルに流れる電流が増加してコイルが発熱し、コイルが劣化するという懸念がある。

そこで、他の誘導炉として、コイルの近傍に設けられる温度センサにより検出される温度が保護温度を超えると、コイルに流れる電流を低減させて、コイルの劣化を抑制するものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

特開２００９－２８９５４５号公報

しかしながら、上記他の誘導炉では、絶縁体に吸着される水分により絶縁体の抵抗値が低下しているとき、誘導炉の運転が開始されてから温度センサにより検出される温度が保護温度を超えるまでの間において、コイルに比較的大きな電流が流れてコイルが劣化してしまうという懸念がある。

そこで、本発明の一側面に係る目的は、コイルとアースとの間の絶縁体に吸着される水分により絶縁体の抵抗値が低下していても、コイルに比較的大きな電流が流れないようにすることである。

本発明に係る一つの形態である誘導炉は、炉の外側に設けられるコイルに交流電流が流れることにより炉の内側に磁界が発生する誘導炉であって、コイルの一方端子と電源の正極端子との間に接続される間欠スイッチと、コイルの他方端子と電源の負極端子との間に接続される遮断スイッチと、コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、電源の電圧を検出する電圧検出部と、間欠スイッチ及び遮断スイッチのそれぞれの動作を制御する制御部とを備える。

制御部は、間欠スイッチが常時オンしているとともに遮断スイッチが常時オフしているときに電流検出部により検出される電流と電圧検出部により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、間欠スイッチをオン、オフさせるとともに遮断スイッチを常時オンさせた後、間欠スイッチを常時オンさせるとともに遮断スイッチを常時オフさせることを繰り返し、抵抗値が閾値より大きくなると、コイルに交流電流を流す。なお、間欠スイッチがオンすると、間欠スイッチが導通し、間欠スイッチがオフすると、間欠スイッチが遮断する。また、遮断スイッチがオンすると、遮断スイッチが導通し、遮断スイッチがオフすると、遮断スイッチが遮断する。

また、本発明に係る一つの形態である誘導炉の運転方法は、炉の外側に設けられるコイルの一方端子と電源の正極端子との間に接続される間欠スイッチと、コイルの他方端子と電源の負極端子との間に接続される遮断スイッチと、コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、電源の電圧を検出する電圧検出部とを備える誘導炉の運転方法であって、間欠スイッチが常時オンしているとともに遮断スイッチが常時オフしているときに電流検出部により検出される電流と電圧検出部により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、間欠スイッチをオン、オフさせるとともに遮断スイッチを常時オンさせた後、間欠スイッチを常時オンさせるとともに遮断スイッチを常時オフさせることを繰り返し、抵抗値が閾値より大きくなると、コイルに交流電流を流して炉の内側に磁界を発生させる。

本発明によれば、炉の外側に設けられるコイルとアースとの間の絶縁体に吸着される水分により絶縁体の抵抗値が低下していても、コイルに比較的大きな電流が流れないようにすることができる。

実施形態の誘導炉の一例を示す図である。 制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 間欠スイッチの制御信号、遮断スイッチの制御信号、コイルにかかる電圧、及びコイルに流れる電流の一例を示すタイミングチャートである。 パルス電圧モードの実施回数の増加に伴う絶縁体の抵抗値の上昇の一例及び時間経過に伴う絶縁体の抵抗値の低下傾向の一例を示す図である。 実施形態の誘導炉の変形例を示す図である。

図１は、実施形態の誘導炉の一例を示す図である。

図１に示す誘導炉１は、インバータ回路２と、切替スイッチ３（第１の切替スイッチ）と、切替スイッチ４（第２の切替スイッチ）と、コイルＬと、炉５と、間欠スイッチ６と、遮断スイッチ７と、ローパスフィルタ８と、電流検出部９と、電圧検出部１０と、記憶部１１と、制御部１２とを備える。

インバータ回路２は、誘導炉１の運転中において、電源Ｐから流れる直流電流を交流電流に変換して炉５の外側に設けられるコイルＬに流す。コイルＬに交流電流が流れると、炉５の内部に発生する磁界により炉５の内部の金属が発熱し、その金属が溶解する。なお、電源Ｐは、系統電源、整流回路、及び平滑コンデンサなどを備え、系統電源から流れる交流電流を整流回路により整流するとともに平滑コンデンサにより平滑することで直流電流に変換し、その直流電流をインバータ回路２に出力するように構成してもよい。

すなわち、インバータ回路２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４を備える。スイッチング素子ＳＷ１のコレクタ端子はスイッチング素子ＳＷ３のコレクタ端子と接続され、インバータ回路２の一方の入力端子ＩＮ＋を介して切替スイッチ３に接続されている。スイッチング素子ＳＷ２のエミッタ端子はスイッチング素子ＳＷ４のエミッタ端子に接続され、インバータ回路２の他方の入力端子ＩＮ－を介して切替スイッチ４に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のエミッタ端子はスイッチング素子ＳＷ２のコレクタ端子と接続され、インバータ回路２の一方の出力端子ＯＵＴ１を介してコイルＬの一方端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のエミッタ端子はスイッチング素子ＳＷ４のコレクタ端子と接続され、インバータ回路２の他方の出力端子ＯＵＴ２を介してコイルＬの他方端子に接続されている。

また、インバータ回路２の入力端子ＩＮ＋が切替スイッチ３を介して電源Ｐの正極端子に電気的に接続され、インバータ回路２の入力端子ＩＮ－が切替スイッチ４を介して電源Ｐの負極端子に電気的に接続されているとき、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４がオンするとともにスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３がオフすると、電源Ｐの正極端子から切替スイッチ３、スイッチング素子ＳＷ１、コイルＬ、スイッチング素子ＳＷ４、及び切替スイッチ４を介して電源Ｐの負極端子に電流が流れる。また、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４がオフするとともにスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３がオンすると、電源Ｐの正極端子から切替スイッチ３、スイッチング素子ＳＷ３、コイルＬ、スイッチング素子ＳＷ２、及び切替スイッチ４を介して電源Ｐの負極端子に電流が流れる。すなわち、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４とスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３とが交互にオン、オフすると、コイルＬに交流電流が流れる。

間欠スイッチ６は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体リレーまたは電磁式リレーにより構成される。間欠スイッチ６の一方端子は切替スイッチ３に接続され、間欠スイッチ６の他方端子はローパスフィルタ８を介してコイルＬの一方端子に接続されている。なお、間欠スイッチ６がオンすると、間欠スイッチ６が導通し、切替スイッチ３とローパスフィルタ８とが電気的に接続される。また、間欠スイッチ６がオフすると、間欠スイッチ６が遮断し、切替スイッチ３とローパスフィルタ８とが電気的に接続されなくなる。

遮断スイッチ７は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの半導体リレーまたは電磁式リレーにより構成される。遮断スイッチ７の一方端子は切替スイッチ４に接続され、遮断スイッチ７の他方端子はコイルＬの他方端子に接続されている。なお、遮断スイッチ７がオンすると、遮断スイッチ７が導通し、切替スイッチ４とコイルＬの他方端子とが電気的に接続される。また、遮断スイッチ７がオフすると、遮断スイッチ７が遮断し、切替スイッチ４とコイルＬの他方端子とが電気的に接続されなくなる。

ローパスフィルタ８は、抵抗やコンデンサなどにより構成され、後述するパルス電圧モード実施時に間欠スイッチ６からローパスフィルタ８に流れる電流を平滑してコイルＬに出力する。なお、パルス電圧モード実施時に間欠スイッチ６からローパスフィルタ８に流れる電流を平滑する必要がない場合、ローパスフィルタ８を省略してもよい。このように構成する場合、間欠スイッチ６の他方端子はコイルＬの一方端子に直接接続される。

電流検出部９は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、コイルＬに流れる電流を検出し、その検出した電流を制御部１２に送る。なお、電流検出部９の接続箇所は特に限定されない。

電圧検出部１０は、分圧抵抗やオペアンプなどにより構成され、電源Ｐの電圧を検出し、その検出した電圧を制御部１２に送る。なお、電圧検出部１０の接続箇所は特に限定されない。

記憶部１１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成され、コイルＬとアースとの間の絶縁体ＲＬの抵抗値を記憶する。

制御部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））などにより構成される。制御部１２は、誘導炉１の運転前において、切替スイッチ３、切替スイッチ４、間欠スイッチ６、及び遮断スイッチ７のそれぞれの動作を制御することによりコイルＬに定格電流に相当する直流電流を流す。コイルＬに直流電流が流れると、コイルＬの抵抗成分により生じる熱（銅損）により絶縁体ＲＬに吸着している水分が蒸発し、絶縁体ＲＬの抵抗値が上昇する。また、制御部１２は、誘導炉１の運転中において、切替スイッチ３、４及びスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４の動作を制御することによりコイルＬに交流電流を流して炉５の内側に磁界を発生させる。炉５の内側に磁界が発生すると、炉５の内側の金属により生じる熱により絶縁体ＲＬに吸着している水分が蒸発し、絶縁体ＲＬの抵抗値が上昇する。これにより、誘導炉１の運転前や誘導炉１の運転中において、電源ＰからコイルＬ及び絶縁体ＲＬを介してアースに流れる電流を抑えることができるため、コイルＬに流れる全体の電流がコイルＬの定格電流を超えることを抑えることができ、コイルＬが劣化することを抑制することができる。

図２は、制御部１２の動作の一例を示すフローチャートである。図３（ａ）は、間欠スイッチ６のオン、オフを制御する制御信号Ｓ１の一例を示すタイミングチャートである。図３（ｂ）は、遮断スイッチ７のオン、オフを制御する制御信号Ｓ２の一例を示すタイミングチャートである。図３（ｃ）は、コイルＬにかかる電圧の一例を示すタイミングチャートである。図３（ｄ）は、コイルＬに流れる電流の一例を示すタイミングチャートである。なお、図３（ａ）に示す２次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は制御信号Ｓ１の大きさ（電圧）を示している。また、図３（ｂ）に示す２次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は制御信号Ｓ２の大きさ（電圧）を示している。また、図３（ｃ）に示す２次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。また、図３（ｄ）に示す２次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電流を示している。図３（ａ）～図３（ｄ）に示す横軸の時間は互いに一致しているものとする。

まず、制御部１２は、ユーザによる運転開始ボタンの操作などにより誘導炉１の運転開始指示が入力されると、パルス電圧モードを実施する（ステップＳ１１）。制御部１２は、パルス電圧モードを実施する一定時間Ｔ１において、間欠スイッチ６の一方端子が切替スイッチ３を介して電源Ｐの正極端子に接続され、遮断スイッチ７の一方端子が切替スイッチ４を介して電源Ｐの負極端子に接続されるように切替スイッチ３、４の動作を制御する。また、制御部１２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、一定時間Ｔ１において、制御信号Ｓ１の電圧をハイレベルとローレベルに交互に切り替えるとともに、制御信号Ｓ２の電圧を常時ハイレベルにする。これにより、一定時間Ｔ１において、間欠スイッチ６が繰り返しオン、オフし、遮断スイッチ７が常時オンする。言い換えると、一定時間Ｔ１において、間欠スイッチ６が導通と遮断を繰り返し、遮断スイッチ７が常時導通する。すると、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、一定時間Ｔ１において、コイルＬに直流電圧がかかり、コイルＬに直流電流が流れる。これにより、一定時間Ｔ１において、コイルＬの抵抗成分により生じる熱の温度が上昇していく。なお、一定時間Ｔ１において、コイルＬに流れる直流電流がコイルＬの定格電流以下になるように制御信号Ｓ１のデューティ比が設定されているものとする。

次に、制御部１２は、一定時間Ｔ２が経過するまで待機する（ステップＳ１２：Ｎｏ）。制御部１２は、一定時間Ｔ２において、間欠スイッチ６の一方端子が切替スイッチ３を介して電源Ｐの正極端子に接続され、遮断スイッチ７の一方端子が切替スイッチ４を介して電源Ｐの負極端子に接続されるように切替スイッチ３、４の動作を制御する。また、制御部１２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、一定時間Ｔ２において、制御信号Ｓ１の電圧を常時ローレベルにするとともに、制御信号Ｓ２の電圧を常時ローレベルにする。これにより、一定時間Ｔ２において、間欠スイッチ６及び遮断スイッチ７が常時オフする。言い換えると、一定時間Ｔ２において、間欠スイッチ６及び遮断スイッチ７が常時遮断する。これにより、一定時間Ｔ２において、コイルＬの熱の温度上昇により絶縁体ＲＬに吸着されている水分を蒸発させることができる。なお、ステップＳ１１において、絶縁体ＲＬに吸着されている水分を十分に蒸発させることができる場合、一定時間Ｔ２待機せず、ステップＳ１１からステップＳ１３に移行してもよい。

次に、制御部１２は、一定時間Ｔ２が経過すると（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、直流電圧モードを実施する（ステップＳ１３）。制御部１２は、直流電圧モードを実施する一定時間Ｔ３において、間欠スイッチ６の一方端子が切替スイッチ３を介して電源Ｐの正極端子に接続され、遮断スイッチ７の一方端子が切替スイッチ４を介して電源Ｐの負極端子に接続されるように切替スイッチ３、４の動作を制御する。また、制御部１２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、一定時間Ｔ３において、制御信号Ｓ１の電圧を常時ハイレベルにするとともに、制御信号Ｓ２の電圧を常時ローレベルにする。これにより、一定時間Ｔ３において、間欠スイッチ６が常時オンし、遮断スイッチ７が常時オフする。言い換えると、一定時間Ｔ３において、間欠スイッチ６が常時導通し、遮断スイッチ７が常時遮断する。すると、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、一定時間Ｔ３において、コイルＬに直流電圧がかかり、コイルＬに直流電流が流れる。また、制御部１２は、一定時間Ｔ３において、電圧検出部１０により検出される電圧を電流検出部９により検出される電流で除算することにより、その結果を絶縁体ＲＬの抵抗値として測定する。

次に、制御部１２は、絶縁体ＲＬの抵抗値が閾値以下である場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、すなわち、電源ＰからコイルＬ及び絶縁体ＲＬを介してアースに電流が流れ易くなっている場合、ステップＳ１１～Ｓ１３の処理を再度実施して、絶縁体ＲＬに吸着されている水分を蒸発させて絶縁体ＲＬの抵抗値をさらに上昇させる。ここで、図４（ａ）は、パルス電圧モードの実施回数の増加に伴う絶縁体ＲＬの抵抗値の上昇の一例を示す図である。なお、図４（ａ）に示す２次元座標の横軸は誘導炉１の起動前におけるパルス電圧モードの実行回数を示し、縦軸は絶縁体ＲＬの抵抗値を示している。図４（ａ）に示す例では、誘導炉１の起動前において、３回目のパルス電圧モードの実施後、絶縁体ＲＬの抵抗値がまだ閾値以下であり、４回目のパルス電圧モードの実施後、絶縁体ＲＬの抵抗値が閾値より大きくなっている。

一方、制御部１２は、絶縁体ＲＬの抵抗値が閾値より大きい場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、すなわち、電源ＰからコイルＬ及び絶縁体ＲＬを介してアースに電流が流れ難くなっている場合、誘導炉１の運転を開始する（ステップＳ１５）。制御部１２は、誘導炉１の運転中において、インバータ回路２の入力端子ＩＮ＋が切替スイッチ３を介して電源Ｐの正極端子に接続され、インバータ回路２の入力端子ＩＮ－が切替スイッチ４を介して電源Ｐの負極端子に接続されるように切替スイッチ３、４の動作を制御する。また、制御部１２は、誘導炉１の運転中において、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４をオンさせるとともにスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３をオフさせた後、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４をオフさせるとともにスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３をオンさせることを繰り返してコイルＬに交流電流を流す。

なお、制御部１２は、絶縁体ＲＬの抵抗値が閾値より大きい場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５において、誘導炉１の起動毎に求めた複数の抵抗値の低下傾向により絶縁体ＲＬの残りの寿命を推定するように構成してもよい。ここで、図４（ｂ）は、時間経過に伴う絶縁体ＲＬの抵抗値の低下傾向の一例を示す図である。なお、図４（ｂ）に示す２次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は抵抗値を示し、図４（ｂ）に示す各点は、誘導炉１の起動毎に記憶部１１に記憶された絶縁体ＲＬの抵抗値を示している。なお、記憶部１１に記憶される抵抗値は、例えば、絶縁体ＲＬの抵抗値が閾値以下である場合に最後に求められる抵抗値とする。制御部１２は、図４（ｂ）に示すように、一定期間において、記憶部１１に記憶される複数の抵抗値のうち、各所定時刻にそれぞれ対応する最低抵抗値（図４（ｂ）に示す時刻ｔ１～ｔ６にそれぞれ対応する最低抵抗値ｒ１～ｒ６）を用いて近似直線を求め、その近似直線と閾値との交点に対応する時刻と、現在の時刻との差を、絶縁体ＲＬの残りの寿命とする。なお、図４（ｂ）に示す閾値は、図４（ａ）に示す閾値と互いに同じ値でもよいし、互いに異なる値でもよい。

このように、実施形態の誘導炉１では、間欠スイッチ６が常時オンしているとともに遮断スイッチ７が常時オフしているときに電流検出部９により検出される電流と電圧検出部１０により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、間欠スイッチ６をオン、オフさせるとともに遮断スイッチ７を常時オンさせた後、間欠スイッチ６を常時オンさせるとともに遮断スイッチ７を常時オフさせることを繰り返し、抵抗値が閾値より大きくなると、誘導炉１の運転を開始している。これにより、誘導炉１の運転前において、コイルＬとアースとの間の絶縁体ＲＬに吸着している水分を蒸発させて絶縁体ＲＬの抵抗値を上昇させた後、誘導炉１の運転を開始させることができる。すなわち、誘導炉１の起動直前に、直流電流によるコイルＬの自己発熱で絶縁体ＲＬに吸着している水分を蒸発させて、その後、直流電圧と直流電流とにより求められる抵抗値により絶縁体ＲＬの絶縁性を評価し、絶縁体ＲＬの絶縁性を担保してから誘導炉１を起動させている。そのため、誘導炉１の運転中において、電源ＰからコイルＬ及び絶縁体ＲＬを介してアースに流れる電流を抑えることができるため、コイルＬに流れる電流がコイルＬの定格電流を超えることを抑えることができ、コイルＬが劣化することを抑制することができる。すなわち、実施形態の誘導炉１によれば、絶縁体ＲＬの抵抗値が低下していても、コイルＬに比較的大きな電流が流れないようにすることができる。

また、実施形態の誘導炉１では、誘導炉１の運転前において、誘導炉１の運転中にコイルＬに交流電流を流すための電源Ｐを、コイルＬに直流電流を流すための電源として兼用しているため、電源Ｐの他に新たな電源を設ける必要がないため、その分製造コストを抑えることができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている構成要素の大きさや形状、機能などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

図５は、実施形態の誘導炉１の変形例を示す図である。なお、図５において、図１に示す構成と同じ構成には、同じ符号を付し、その説明を省略する。

図５に示す誘導炉１において、図１に示す誘導炉１と異なる点は、切替スイッチ４、間欠スイッチ６、及び遮断スイッチ７を省略している点と、誘導炉１の運転中にコイルＬに交流電流を流すためのスイッチング素子ＳＷ１を間欠スイッチ６として兼用するとともに誘導炉１の運転中にコイルＬに交流電流を流すためのスイッチング素子ＳＷ４を遮断スイッチ７として兼用する点と、切替スイッチ３及びローパスフィルタ８をインバータ回路２の出力端子ＯＵＴ＋とコイルＬの一方端子との間に接続している点である。

なお、インバータ回路２の一方の入力端子ＩＮ＋は電源Ｐの正極端子に直接接続され、インバータ回路２の他方の入力端子ＩＮ－は電源Ｐの負極端子に直接接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ３を第１のスイッチング素子とし、スイッチング素子ＳＷ２を第２のスイッチング素子とする。すなわち、第１のスイッチング素子としてのスイッチング素子ＳＷ３の一方端子（コレクタ端子）が電源Ｐの正極端子に接続され、スイッチング素子ＳＷ３の他方端子（エミッタ端子）がコイルＬの他方端子に接続される。また、第２のスイッチング素子としてのスイッチング素子ＳＷ２の一方端子（コレクタ端子）がコイルＬの一方端子に接続され、スイッチング素子ＳＷ２の他方端子（エミッタ端子）が電源Ｐの負極端子に接続される。また、間欠スイッチ６としてのスイッチング素子ＳＷ１の一方端子（コレクタ端子）がスイッチング素子ＳＷ３の一方端子に接続され、スイッチング素子ＳＷ１の他方端子（エミッタ端子）がスイッチング素子ＳＷ２の一方端子に接続される。また、遮断スイッチ７としてのスイッチング素子ＳＷ４の一方端子（コレクタ端子）がスイッチング素子ＳＷ３の他方端子に接続され、スイッチング素子ＳＷ４の他方端子（エミッタ端子）がスイッチング素子ＳＷ２の他方端子に接続される。

まず、図５に示す制御部１２は、パルス電圧モードを実施する一定時間Ｔ１において、コイルＬの一方端子がローパスフィルタ８を介してインバータ回路２の出力端子ＯＵＴ＋（スイッチング素子ＳＷ１の他方端子）に接続されるように切替スイッチ３の動作を制御する。また、制御部１２は、一定時間Ｔ１において、スイッチング素子ＳＷ１を繰り返しオン、オフさせ、スイッチング素子ＳＷ４を常時オンさせ、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３を常時オフさせる。言い換えると、一定時間Ｔ１において、スイッチング素子ＳＷ１が導通と遮断を繰り返し、スイッチング素子ＳＷ４が常時導通し、スイッチング素子ＳＷ２、３が常時遮断する。すると、一定時間Ｔ１において、コイルＬに直流電圧がかかり、コイルＬに直流電流が流れる。これにより、一定時間Ｔ１において、コイルＬの抵抗成分により生じる熱の温度が上昇していく。なお、一定時間Ｔ１において、コイルＬに流れる直流電流がコイルＬの定格電流以下になるようにスイッチング素子ＳＷ１の制御信号のデューティ比が設定されているものとする。

次に、図５に示す制御部１２は、一定時間Ｔ２が経過するまで待機する。図５に示す制御部１２は、一定時間Ｔ２において、コイルＬの一方端子がローパスフィルタ８を介してインバータ回路２の出力端子ＯＵＴ＋（スイッチング素子ＳＷ１の他方端子）に接続されるように切替スイッチ３の動作を制御する。また、図５に示す制御部１２は、一定時間Ｔ２において、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４を常時オフさせる。言い換えると、一定時間Ｔ２において、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が常時遮断する。これにより、一定時間Ｔ２において、コイルＬの熱の温度上昇によりコイルＬとアースとの間の絶縁体ＲＬに吸着されている水分を蒸発させることができる。なお、一定時間Ｔ１において、絶縁体ＲＬに吸着されている水分を十分に蒸発させることができる場合、一定時間Ｔ２待機しなくてもよい。

次に、図５に示す制御部１２は、一定時間Ｔ２が経過すると、直流電圧モードを実施する。制御部１２は、直流電圧モードを実施する一定時間Ｔ３において、コイルＬの一方端子がローパスフィルタ８を介してインバータ回路２の出力端子ＯＵＴ＋（スイッチング素子ＳＷ１の他方端子）に接続されるように切替スイッチ３の動作を制御する。また、制御部１２は、一定時間Ｔ３において、スイッチング素子ＳＷ１を常時オンさせ、スイッチング素子ＳＷ２～ＳＷ４を常時オフさせる。言い換えると、一定時間Ｔ３において、スイッチング素子ＳＷ１が常時導通し、スイッチング素子ＳＷ２～ＳＷ４が常時遮断する。すると、一定時間Ｔ３において、コイルＬに直流電圧がかかり、コイルＬに直流電流が流れる。また、制御部１２は、一定時間Ｔ３において、電圧検出部１０により検出される電圧を電流検出部９により検出される電流で除算することにより、その結果を絶縁体ＲＬの抵抗値として測定する。

次に、図５に示す制御部１２は、絶縁体ＲＬの抵抗値が閾値以下である場合、パルス電圧モードや直流電圧モードを再度実行して、絶縁体ＲＬに吸着されている水分を蒸発させて絶縁体ＲＬの抵抗値をさらに上昇させる。

一方、図５に示す制御部１２は、絶縁体ＲＬの抵抗値が閾値より大きい場合、誘導炉１の運転を開始する。制御部１２は、誘導炉１の運転中において、コイルＬの一方端子がインバータ回路２の出力端子ＯＵＴ＋（スイッチング素子ＳＷ１の他方端子）に直接接続されるように切替スイッチ３の動作を制御する。また、制御部１２は、誘導炉１の運転中において、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４をオンさせるとともにスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３をオフさせた後、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４をオフさせるとともにスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３をオンさせることを繰り返してコイルＬに交流電流を流す。

なお、パルス電圧モード実施時にスイッチング素子ＳＷ１から切替スイッチ３を介してローパスフィルタ８に流れる電流を平滑する必要がない場合、切替スイッチ３及びローパスフィルタ８を省略してもよい。このように構成する場合、インバータ回路２の出力端子ＯＵＴ＋はコイルＬの一方端子に直接接続される。

このように、実施形態の誘導炉１の変形例では、スイッチング素子ＳＷ１が常時オンしているとともにスイッチング素子ＳＷ２～ＳＷ４が常時オフしているときに電流検出部９により検出される電流と電圧検出部１０により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、スイッチング素子ＳＷ１をオン、オフさせるとともにスイッチング素子ＳＷ４を常時オンさせるとともにスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３を常時オフさせた後、スイッチング素子ＳＷ１を常時オンさせるとともにスイッチング素子ＳＷ２～ＳＷ４を常時オフさせることを繰り返し、抵抗値が閾値より大きくなると、誘導炉１の運転を開始している。これにより、誘導炉１の運転前において、コイルＬとアースとの間の絶縁体ＲＬに吸着している水分を蒸発させて絶縁体ＲＬの抵抗値を上昇させた後、誘導炉１の運転を開始させることができる。すなわち、誘導炉１の起動直前に、直流電流によるコイルＬの自己発熱で絶縁体ＲＬに吸着している水分を蒸発させて、その後、直流電圧と直流電流とにより求められる抵抗値により絶縁体ＲＬの絶縁性を評価し、絶縁体ＲＬの絶縁性を担保してから誘導炉１を起動させている。そのため、誘導炉１の運転中において、電源ＰからコイルＬ及び絶縁体ＲＬを介してアースに流れる電流を抑えることができるため、コイルＬに流れる全体の電流がコイルＬの定格電流を超えることを抑えることができ、コイルＬが劣化することを抑制することができる。すなわち、実施形態の誘導炉１の変形例によれば、絶縁体ＲＬの抵抗値が低下していても、コイルＬに比較的大きな電流が流れないようにすることができる。

また、図５に示す誘導炉１は、図１に示す誘導炉１に比べて、切替スイッチ４、間欠スイッチ６、及び遮断スイッチ７を省略することができる分、製造コストを低減することができる。

１ 誘導炉
２ インバータ回路
３、４ 切替スイッチ
５ 炉
６ 間欠スイッチ
７ 遮断スイッチ
８ ローパスフィルタ
９ 電流検出部
１０ 電圧検出部
１１ 記憶部
１２ 制御部

Claims (5)

1. 炉の外側に設けられるコイルに交流電流が流れることにより前記炉の内側に磁界が発生する誘導炉であって、
   前記コイルの一方端子と電源の正極端子との間に接続される間欠スイッチと、
   前記コイルの他方端子と前記電源の負極端子との間に接続される遮断スイッチと、
   前記コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電源の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記間欠スイッチ及び前記遮断スイッチのそれぞれの動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記間欠スイッチが常時オンしているとともに前記遮断スイッチが常時オフしているときに前記電流検出部により検出される電流と前記電圧検出部により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、前記間欠スイッチをオン、オフさせるとともに前記遮断スイッチを常時オンさせた後、前記間欠スイッチを常時オンさせるとともに前記遮断スイッチを常時オフさせることを繰り返し、
   前記抵抗値が前記閾値より大きくなると、前記コイルに交流電流を流す
   ことを特徴とする誘導炉。
2. 請求項１に記載の誘導炉であって、
   第１及び第２の切替スイッチと、
   一方の入力端子が前記第１の切替スイッチに接続され、他方の入力端子が前記第２の切替スイッチに接続され、一方の出力端子が前記コイルの一方端子に接続され、他方の出力端子が前記コイルの他方端子に接続され、前記コイルに交流電流を流すインバータ回路と、
   を備え、
   前記間欠スイッチの一方端子が前記第１の切替スイッチに接続され、前記間欠スイッチの他方端子が前記コイルの一方端子に接続され、
   前記遮断スイッチの一方端子が前記第２の切替スイッチに接続され、前記遮断スイッチの他方端子が前記コイルの他方端子に接続され、
   前記制御部は、
   前記抵抗値が前記閾値より大きくなるまで、前記間欠スイッチの一方端子が前記第１の切替スイッチを介して前記電源の正極端子に接続され、前記遮断スイッチの一方端子が前記第２の切替スイッチを介して前記電源の負極端子に接続されるように前記第１及び第２の切替スイッチの動作を制御し、
   前記抵抗値が前記閾値より大きくなると、前記インバータ回路の一方の入力端子が前記第１の切替スイッチを介して前記電源の正極端子に接続され、前記インバータ回路の他方の入力端子が前記第２の切替スイッチを介して前記電源の負極端子に接続されるように前記第１及び第２の切替スイッチの動作を制御する
   ことを特徴とする誘導炉。
3. 請求項１に記載の誘導炉であって、
   一方端子が前記電源の正極端子に接続され、他方端子が前記コイルの他方端子に接続される第１のスイッチング素子と、
   一方端子が前記コイルの一方端子に接続され、他方端子が前記電源の負極端子に接続される第２のスイッチング素子と、
   を備え、
   前記間欠スイッチの一方端子が前記第１のスイッチング素子の一方端子に接続され、前記間欠スイッチの他方端子が前記第２のスイッチング素子の一方端子に接続され、
   前記遮断スイッチの一方端子が前記第１のスイッチング素子の他方端子に接続され、前記遮断スイッチの他方端子が前記第２のスイッチング素子の他方端子に接続され、
   前記制御部は、
   前記抵抗値が前記閾値より大きくなるまで、前記間欠スイッチをオン、オフさせるとともに前記遮断スイッチを常時オンさせるとともに前記第１及び第２のスイッチング素子を常時オフさせた後、前記間欠スイッチを常時オンさせるとともに前記遮断スイッチを常時オフさせるとともに前記第１及び第２のスイッチング素子を常時オフさせることを繰り返し、
   前記抵抗値が前記閾値より大きくなると、前記間欠スイッチ及び前記遮断スイッチをオンさせるとともに前記第１及び第２のスイッチング素子をオフさせた後、前記間欠スイッチ及び前記遮断スイッチをオフさせるとともに前記第１及び第２のスイッチング素子をオンさせることを繰り返して前記コイルに交流電流を流す
   ことを特徴とする誘導炉。
4. 請求項１～３の何れか１項に記載の誘導炉であって、
   前記制御部は、当該誘導炉の起動毎に求めた複数の前記抵抗値の低下傾向により前記コイルとアースとの間の絶縁体の残りの寿命を推定する
   ことを特徴とする誘導炉。
5. 炉の外側に設けられるコイルの一方端子と電源の正極端子との間に接続される間欠スイッチと、前記コイルの他方端子と前記電源の負極端子との間に接続される遮断スイッチと、前記コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、前記電源の電圧を検出する電圧検出部とを備える誘導炉の運転方法であって、
   前記間欠スイッチが常時オンしているとともに前記遮断スイッチが常時オフしているときに前記電流検出部により検出される電流と前記電圧検出部により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、前記間欠スイッチをオン、オフさせるとともに前記遮断スイッチを常時オンさせた後、前記間欠スイッチを常時オンさせるとともに前記遮断スイッチを常時オフさせることを繰り返し、
   前記抵抗値が前記閾値より大きくなると、前記コイルに交流電流を流して前記炉の内側に磁界を発生させる
   ことを特徴とする誘導炉の運転方法。

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