JPH0337989A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はデータ設定の自動化を図れる誘導加熱装置に関
する。

〔従来の技術〕

第５図は特開昭６３−１２６１８９号公報に開示された
従来の誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。図
中５は被加熱材であり、ピンチローラ７にて移送されつ
つ誘導加熱コイル４内を通過する。

誘導加熱コイル４には、図示していない電源に接続され
ている受電盤１内の遮断器、変圧器２及び高周波インバ
ータ装置等の電源装置３を介して電力が供給され、この
誘導加熱コイル４と電磁的に結合される被加熱材５が誘
導加熱される。

なお、図中６は力率改善のために設けられているコンデ
ンサである。

前記ピンチローラ７はモータ８にて回転駆動されるが、
このモータ８の回転速度は、駆動制御装置９にて制御さ
れている。

図中２０はこの誘導加熱装置における制御手段であるプ
ログラマブル・コントローラ２０であり、夫々の被加熱
材５の加熱データ、即ち被加熱材５の移送速度のデータ
及び前記電源装置３の出力電圧のデータを記憶するため
のレジスタを有している。

また、プログラマブル・コントローラ２０には、被加熱
材５を特定するデータとしての製品番号を入力する製品
番号入力器２１．電源電圧３の出力電圧の修正データを
入力するための電圧修正データ人力器２１及び、被加熱
材５の移送速度の修正データを人力するための移送速度
修正データ入力器２３が接続されている。製品番号入力
器２１にて被加熱材５の製品番号が入力され、プログラ
マブル・コントローラ２０が前記製品番号に対応する前
記レジスタから加熱データを読出すとき、前記製品番号
に対応するレジスタに加熱データが未だに記憶されてい
ない場合は、電圧修正データ入力器２１．移送達度修正
データ人力器２３から夫々人力された修正データが加熱
データとして前記レジスタに記憶され、また記憶されて
いる加熱データを修正する場合は、電圧修正データ入力
器２１．移送達度修正データ入力器２３から入力された
夫々の修正データにて修正した後のデータが加熱データ
として前記レジスタに記憶される。

そして、プログラマブル・コントローラ２０は、製品番
号に対応するレジスタから読出した加熱データ又は電圧
修正データ入力器２１．移送達度修正データ入力器２３
から入力された夫々の修正データにて修正した後のデー
タに従って、電源装置３に電圧の信号を、また駆動制御
装置９に被加熱材５の移送速度の信号を送出する。これ
により、を源装置３は前記信号に基づく電圧で誘導加熱
コイル４に高周波電力を出力し、また駆動制御装置９は
被加熱材５がピンチローラ７により前記信号に基づく移
送速度で移送されるようにモータ８の回転速度を制御す
る。

こうして、被加熱材５は誘導加熱工程の後工程であるプ
レスでの鍛造に必要な所定温度に昇温させられ、プレス
の処理速度に合うように移送される。

ところで、電源電圧３の出力電圧及びモータ８の回転速
度、つま、り被加熱材５の移送速度は被加熱材５の加熱
温度及び操業効率を決定する上で重要な要因である。

具体的には、電源装置３の出力の高、低と被加熱材５の
加熱温度の高、低とは対応しており、またモータ８の回
転速度の遅、速と被加熱材５の加熱温度の高、低とも対
応している。従って、被加熱材５を所定の温度に加熱す
るためには、両者のいずれを調節することによっても可
能である。しかしながら、被加熱材５の移送速度は加熱
工程の後工程であるプレスの処理速度に規定されるため
、加熱工程における被加熱材５の加熱温度の調節は、電
源装置３の出力電圧の調整より大きな比重が置かれるこ
とになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したような従来の誘導加熱装置では、外径。

材質等被加熱材の種類が多岐に及んで加熱特性が夫々異
なるため、夫々に応じて被加熱材の最適移送速度のデー
タ及び電源電圧の出力電圧のデータを電圧修正データ人
力器、移送速度修正データ入力器からプログラマブル・
コントローラに予め人力しておく必要がある。従って、
製品の点数が多くなると、これらのデータ入力作業が極
めて繁雑になる虞れがあった。また、誘導加熱装置の運
転開始時に製品番号入力器から誤って別の製品番号を設
定すると、被加熱材を所望の温度より過剰に加熱したり
、加熱が不足したりする可能性があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、誘導
加熱コイルの上流側に被加熱材径を測定するための誘導
コイルを設置し、被加熱材径と移送速度とに応じて最適
な電圧を自動的に出力させる構成とすることにより、製
品番号に応じて出力電圧及び移送速度を予め入力してお
く必要がなく、設定ミスを回避できる誘導加熱装置の提
供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕 本発明に係る誘導加熱装置は、誘導加熱コイルの上流側
に設けられた誘導コイルに被加熱材を挿通させたときの
電流値を検出器にて検出し、前記電流値に基づいて被加
熱材径を決定して、これと被加熱材の移送速度及び昇温
値の指令信号とにより、被加熱材を所定の温度に迄昇温
させるのに必要な前記誘導加熱コイルへの印加電圧を決
定するものである。

〔作用〕

本発明の誘導加熱装置は、被加熱材が誘導コイルを通過
すると、これにより変化した誘導コイルの電流値が検出
され、その電流値に基づいて被加熱材径が決定される。

そして、該被加熱材径と被加熱材の移送速度指令信号と
昇温値指令信号とにより、被加熱材を所定の温度にまで
加熱昇温するのに必要な誘導加熱コイルへの印加電圧が
決定されて、誘導加熱コイルに前記印加電圧に対応する
高周波電力が出力される。これにより被加熱材は、誘導
加熱コイルを通過すると、被加熱材径及び移送速度に応
じて必要な温度に自動的に加熱される。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。

第１図は本発明に係る誘導加熱装置の構成を示すブロッ
ク図である。なお、前述の従来例と同一または対応する
部分には同一の参照符号を付しである。

第１図中５は被加熱材であり、ピンチローラ７にて移送
されつつ誘導コイル１０内、誘導加熱コイル４内を順に
通過する。前記誘導コイル１０には、交流電源１１から
交流を流が供給されており、誘導コイル１０に通流する
電流は検出器１２にて検出される。

一方、図示されていない電源に接続されている受電盤１
の遮断器、変圧器２及び高周波インバータ装置等の電源
装置３を介して誘導加熱コイル４に電力が供給され、こ
の誘導加熱コイル４と電磁的に結合される被加熱材５が
誘導加熱される。なお、図中６は力率改善のために設け
られているコンデンサである。

また、前記ピンチローラ７はモータ８にて回転駆動され
るが、このモータ８の回転速度は駆動？ｌ、ＩＪ御装置
９にて制御されている。

この誘導加熱装置の制御系は、電流信号変換器１３、被
加熱材径設定器１４．演算器１５及び電圧設定器１６で
構成されている。電流信号変換器１３には、前記検出器
１２にて検出された誘導コイル１０に流れる電流値が与
えられ、電流信号変換器１３でこの電流値に比例した適
当な電圧信号に変換される。第２図は誘導コイル１０に
流れる電流と被加熱材５の外径との関係を示すグラフで
あり、横軸には被加熱材径をまた、縦軸には電流を夫々
とっである。

一般に、被加熱材５としては磁性鋼が使用されるが、磁
性鋼の場合は被加熱材５の外径が同一であるならば、そ
の材質に拘わらず誘導コイル１０の両端の交流インピー
ダンスは同一である。従って被加熱材５の外径が大きい
程、前記交流インピーダンスは小さくなり、第２図に示
す如く被加熱材５の外径の大きさと電流の大きさとが直
線で示され、電流値から被加熱材５の外径の大きさを知
ることができる。電流信号変換器１３から出力された電
圧信号は被加熱材径設定器１４に入力される。この被加
熱材径設定器１４はＲＯＭ又は関数変換器により構成さ
れ、前記電圧信号と被加熱材５の外径との相関関係が、
予め実験によって求められることによって、例えばテー
ブルの形で記憶されている。第３図は前記相関関係の一
例を示すグラフであり、被加熱材５の外径が５０〜４２
開の場合について示しである。被加熱材径設定器１４は
、このテーブルに基づいて前記電圧信号に対応する被加
熱材径ｄ８を設定し、その信号を演算器１５．電圧設定
器１６に与える。

前記演算器Ｉ５にはまた、外部で予め設定される昇温値
Δｅ及びこの加熱工程の後工程であるプレスから移送速
度信号Ｓが入力される。

ところで、被加熱材５を所定温度に昇温させるめに必要
なエネルギＱ　（ｋｃａｌ）は、次式で求められる。

Ｑ□Ｃ×Δθ×ｍ　　　　　　　　　　　・・・（１）
但し、Ｃ：被加熱材５の比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ　・’Ｃ
）Δｅ：昇温値（°Ｃ） ｍ：被加熱材５の重量（ｋｇ） （１）式から、時間あたりＭｋｇ処理される被加熱材５
を、誘導加熱コイル４で連続して昇温させるのに必要な
投入電力Ｐい る。

（ｋｗ）は、 次式のように表され また、時間あたりの前記処理量Ｍ　（ｋｇ／ｈ）、被加
熱材径ｄ、（ｍｍ）及び移送速度Ｓ　（ｍｍ／ｓ）の関
係は次式で表される。

π Ｍ　＝ｄ　ｗ’　　Ｘ　ｒ　Ｘ　１０−’　Ｘ　Ｓ　Ｘ
　３６００　　・・（３）但し、Ｔ：被加熱材５の比重 そこで、前記演算器１５は上述した（２）式、（３）弐
を用いて、入力された被加熱材径ｄ。信号、プレスより
送られてくる移動速度Ｓ指令信号及び昇温値Δｅ指令信
号から被加熱材投入電力Ｐ８を湊算し、その信号を電圧
設定器１６に入力する。なお、ここでは一般の鋼材を被
加熱材５の対象としているため、比重ｒ＝７．８５の固
定の数値を用いて良い。また、比熱Ｃは温度によって変
化するが、鍛造に必要な温度１２００〜１２５０°Ｃの
範囲ではほぼ一定であり、被加熱材５を常温から加熱す
る場合の比熱Ｃは、平均値として一定の値を用いて良い
。

被加熱材投入電力Ｐｗの信号が入力された電圧設定器１
６はＲＯＭ又は関数変換器により構成され、被加熱材径
ｄ、をパラメータとして、前記被加熱材投入電力Ｐ、４
と電源装置３の出力電圧、即ち誘導加熱コイル４に加え
られる電圧■。（Ｖ）　との相関関係が、予め導きださ
れる後述する式に基づいて、例えばテーブルの形で記憶
されている。

ここで、電源装置３の出力電圧、即ち誘導加熱コイル４
に加えられる電圧■。（Ｖ）と前記被加熱材投入電力Ｐ
−とには下記式の関係がある。

但し、Ｚｅ　：誘導加熱コイル４の両端のインンビーダ
ンス ｃｏｓψＣ：誘導加熱コイル４の力率 ηＣ：誘導加熱コイル４の効率 なお、前記誘導加熱コイル４の効率η。は、被加熱材５
に投入される電力Ｐ。と誘導加熱コイルである。

そこで、（２）式と（３）式とから電源装置３の出力電
圧、即ち誘導加熱コイル４に加えられる電圧■。

（Ｖ）は（５）式のように表される。

但し、Ｋ＝ＣＸ ６０ なお、（５）式におけるＺｃ、ｃｏｓψ。及びη。は、
誘導加熱コイル４が同一であれば、被加熱材径ｄｗによ
ってほぼ一義的に決定することができ、予め計算又は実
験によって求めておくことができる。

第４図は（５）式に基づいて電圧設定器１６に記憶され
ている前記相関関係の一例を示すグラフであり、被加熱
材径ｄ、が５０〜４２旧の場合について示しである。電
圧設定器１６は、このテーブルに基づいて入力された被
加熱材投入電力Ｐ。と被加熱材径ｄ８とから、移送速度
Ｓに対応する所定の処理量Ｍの被加熱材５を所定の温度
にするのに必要な電源装置３の出力電圧ｖｏを設定し、
電源装置３に出力する。これにより、を源装置３は出力
電圧ｖｏの高周波電力を誘導加熱コイル４に出力し、被
加熱材５を所定の温度加熱する。

なお、前記移送速度信号Ｓは駆動制御装置９にも入力さ
れ、駆動制御装置９は被加熱材５がピンチローラ７によ
り移送速度信号Ｓにて移送されるようにモータ８の回転
速度を制御する。

このようにして、被加熱材５は誘導加熱コイル４によっ
て加熱される前に、誘導コイル１０によりその外径が検
出され、移送速度Ｓ指令信号、昇温値Δｅ指令信号によ
り必要な出力電力■。が設定されるので、誘導加熱コイ
ル４を通過する際に所定の温度に加熱昇温されることと
なる。

なお、本発明装置で用いる交流電源装置１１は通常の商
用周波数の電源でよく、誘導加熱装置の制御用電源から
分岐して用いることができる。そして、前記交流電源装
置１１から流す電流は微小なものでよく、このことから
消費電力も（ｉかとなる。

従って、誘導コイル１０に通流する電流も微小なもので
よく、前記誘導コイル１ｏも細い導線程よい。

〔発明の効果〕 以上詳述した如く本発明に係る誘導加熱装置にあっては
、被加熱材を誘導加熱コイルにて加熱する前に誘導コイ
ルを通過させて、被加熱材径を求め、この被加熱材径の
信号、移送速度及び昇温値の指令信号により前記誘導加
熱コイルの印加電圧を自動的に決定できる手段を設けた
ので、製品番号に応じて出力電圧と移送速度を予め入力
しておく必要がなく、被加熱材の種類に応じて自動的に
電圧が設定され、設定ミスを回避できる。従って、被加
熱材を常に最適な温度に加熱できるという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る誘導加熱装置のｔｉＩｉ、を示す
ブロック図、第２図は誘導コイル１０に流れる電流と被
加熱材５の外径との関係を示すグラフ、第３図は電圧信
号と被加熱材５の外径との相関関係の一例を示すグラフ
、第４図は被加熱材投入電力Ｐｗと電源装置３の出力電
圧電圧ｖｏとの相関関係の一例を示すグラフ、第５図は
従来の誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。 ３・・・電源装置　　４・・・誘導加熱コイル５・・・
被加熱材　　ＩＯ・・・誘導コイル　　■１・・・交流
電源装置　　１２・・・検出器　　１４・・・被加熱材
径設定器１５・・・演算器　　１６・・・電圧設定器な
お、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加熱材を移送しつつこれと電磁的に結合された
   誘導加熱コイルにて加熱する誘導加熱装置において、 前記誘導加熱コイルの上流側に設けられ、 交流電源と接続される誘導コイルと、 該誘導コイルに通流する電流値を検出する検出器と、 前記電流値により被加熱材径を決定する手段と、 該手段によって決定された被加熱材径と、 被加熱材の移送速度及び昇温値の指令信号とにより、被
   加熱材を所定の温度に迄昇温させるのに必要な前記誘導
   加熱コイルへの印加電圧を決定する手段と を備えていることを特徴とする誘導加熱装置。