JPS6030077A - 高周波誘導加熱電源の給電方法 - 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】 関する。

部材の表面を所定温度まで急速加熱したのち直ちに急冷
する表面焼入れには高周波誘導加熱焼入れが賞月されて
いる。所有している高周波誘導加熱電源が大出力である
にも拘らず、当該電源の全出力を必要とするような被加
熱部材の処理需要が常時ない場合には、小出力で処理し
うる被加熱部材のために電源出力を絞って小出力として
使用するのは設備投資上極めて不経済であるので、斯様
な場合には、当該電源に複数の加熱ステーションを接続
して電源出力を分割使用するようにしている。

ところで、高周波誘導加熱においては、被加熱部材を所
定の如く加熱するためには適正な出力電圧で加熱しなけ
ればならず、従って被加熱部材が異るごとにそれぞれに
対応する適正出力電圧となるような調整が必要とされる
ので、従来高周波誘導加熱装置にはタッグ付出力電圧調
整用トランスが設備されている。

それ故前記単−電源に複数の加熱ステーションを接続す
る場合にも、電源出力はそれぞれのタンク回路の入力側
に設けられているタップ付出力電圧調整用トランスを介
して適正出力電圧とされて当該タンク回路に給電される
。

これを第１図に示す。

第１図においてＨ８，は第１加熱ステーシヨンであって
、当該第１加熱ステーシヨンＨ８゜における力率補償用
コンデンサＣ９電流変成器ＣＴおよび負荷からなるタン
ク回路１へはタッグ付出力電圧調整用トランスＴＲを介
して例えば電動発電機からなる電源Ｅから高周波電流が
入力するように構成されている。

Ｈ８，は第２加熱ステーシヨンであシ、当該第２加熱ス
テーシヨンも力率補償用コンデンサＣ１電流変成器ＣＴ
、負荷からなるタンク回路１の入力側にタッグ付出力電
圧調整用トランスＴＲを備え、またＨ８３は第３加熱ス
テーシヨンであって、当該第３加熱ステーションＨ８，
も力率補償用コンデンサＣ１電流変成器ＣＴ、負荷から
なるタンク回路１０入方側にタップ付出力電圧調整用ト
ランスＴＲを備え、それぞれの加熱ステーションＨ８２
およびＨ８３は第１加熱ステーションＨ８，と並列して
高周波電源Ｅに接続されている。

従って、電源設備が例えば３ＫＨ２，８００ＫＷであっ
たなら、第１加熱ステーションＨ８，では４００　ＫＷ
、第２加熱ステーシヨンＨ８２では３００ＫＷ、第３加
熱ステーシヨンＨ８３では］　００　ＫＷとなる如く、
それぞれのタップ付出力電圧調整用トランスＴＲを調整
したうえで電源出力を分割使用することが可能である。

ところで高周波誘導加熱焼入れを行う場合には、数秒か
ら長くても数十秒間の加熱工程とそれに続く冷却および
被加熱材の加熱ステーションへの着脱金倉む分単位の工
程とが繰シ返されるので、各加熱ステーションでは極め
て頻繁な加熱電源からの給電をオン・オフすることとな
る。

従来方法では、上述の如くタップ付出方電圧調整用トラ
ンスＴＲを使用しているので、各加熱ステーションＨ’
Ｓ“それぞれで頻繁に行われる電源接続スイッチｓを介
しての加熱オン・オフに伴って生ずる回路インピーダン
スドロップが他の加熱ステーションへ直接影響を及ぼし
、加熱実行中の被加熱材の加熱効果に変動を与え、焼入
れ製品の品質にばらつきをもたらす欠点があった。

また、加熱負荷の大巾な変動が生じたことに起因して電
流が増加して電源容量全オーバーするような事態も時に
は発生するが、このような際Ｋ１１ｌ電流制限付きの電
源では自動的に電圧が低下するので、全加熱ステーショ
ンが同時に当該電圧低下の影ＩＩＮを直接受けることと
なって、加熱進行中の被加熱材すべてに焼入れ不良全惹
起せしめるおそれがあった。

そのうえ、もし加熱ステーションの１．−１づれでも電
源最高出力を用いられる如く融通性をもたせようとすれ
ば全加熱ステーションそれぞれに電源最高出力相当タッ
プ付出力電圧調整用トランスを設備せねばならず、設備
費も多額となる。

さらにタップ付出力電圧調整用トランスは各タップによ
って段階的に電圧調整をするようになっているため被加
熱材に応じた適正出力電圧の微調整が不可能であること
も、装置内で大きなスペースを取るなどの点でも不都合
である。

尚、各加熱ステーションごとの電源接続スイッチＳの頻
繁な動作は接点の消耗を伴い、当該スイッチＳの耐久性
が著しく短縮され、保守が問題でめった。

本゛発明は上述した従来高周波誘導加熱電源の給電方法
に存する問題点を解決するためになされたもので、極め
て簡易ではめるが、多大の効果をもたらす給電方法を提
供するものである。

本発明の要旨は、 （１）単一の高周波誘導加熱電源から複数の加熱ステー
ションへ給電する場合において、（２）上記電源にそれ
ぞれ接続する各加熱ステーションにおけるタンク回路の
入力側に逆並列接続した制御整流素子を主構成とする交
流スイッチング制御回路を設け、 （３）上記制御整流素子の点弧時Ｍを各加熱ステーショ
ンごとに任意制御することによシ、（４）電源の作動中
にそれぞれの加熱ステーションの出力電圧を個別かつ任
意に調整可能とする こと全特徴とする高周波誘導加熱電源の給電方法にある
。

換言すれば、本発明は従来のタッグ付出力電圧Ｍｕ用ト
ランスＴＲとスイッチＳとを交流スイッチング制御回路
に替え、それぞれの加熱ステーションの交流スイッチン
グ制御回路における制御整流素子の点弧時期を個別かつ
任意に制御するようにして、それぞれの加熱ステーショ
ンの出力電圧を個別かつ任意に調整するものである。

本発明の一実施例を第２図に示す。

第２図において、第１図と同一記号番号を付した構成要
素は同一作用効果をもたらす同一構成要素を示す。本発
明の例えば電動発電機からなる定周波定電圧出力電源Ｅ
にそれぞれ並列接続する各加熱ステーションＨ８，。

Ｈ８２およびＨ８，のタンク回路１の入力側には逆並列
接続した制御整流素子ＳＣＲ，当該制御整流素子ＳＣＨ
に直列接続されたりアクタ−ＬＬとからなる交流スイッ
チング制御回路２が設けられていて、上記制御整流素子
ＳＣＲは制御装置から出力する点弧パルスＧによって導
通が制御される。上記リアクターＬＬはタンク回路１に
給電される電圧の急峻な立上シを阻止し、高周波電源Ｅ
の負担を軽減するとともに他の加熱ステーションＨ８へ
の影響を少なくする。制御装置は第３図に示す如く、高
周波電源Ｅの出力電圧を検出する高周波電圧検出器ｐｔ
、の出力が同期信号として入力され所定の時期に点弧パ
ルスＧを制御整流素子ＳＣＲへ送出する交流スイッチパ
ルス発生器３１、タンク回路１のタンク電圧を検出する
電圧検出器ｐｉ、からの入力値を直流電圧に変換する高
周波電圧→直流電圧変換器３２、タンク電圧設定器３３
、当該タンク電圧設定器３３によって設定される基準電
圧と上記高周波電圧→直流電圧変換器３２から出力され
る電圧（！：を突合せ点で突合せてその差が入力する誤
差増巾器、タンク回路１に入力する高周波電流を検出す
る電流検出器ｃｔからの入力値を直流電圧に変換する高
周波電流→直流電流変換器３５、入力電流設定器３６、
当該入力電流設定器３６によって設定される基準電圧と
上記高周波電流→直流電圧変換器３５から出力される電
圧と全突合せ点で突合せてその差が入力する誤差増巾器
３７からなり、前記誤差増巾器３４によって増巾された
タンク電圧と設定された基準電圧との差および後記唱道
増巾器３７によって増巾されたタンク回路１への入力電
流値から変換した電圧と設定された基準電圧との差それ
ぞれは上記交流スイッチパルス発生器３１に入力される
ように設定されている。

上記構成とすることによシ、例えば電源Ｅの定格出力が
ｓｏｏｉｃｗであったなら、第１加熱ステーションＨ８
，では４００　ＫＷで運転するように当該加熱ステーシ
ョンＨ８，におけるタンク電圧設定器３３０基準電圧設
定を対応せしめ、第２加勢ステーションＨ８，では３０
０　ＫＷで運転するように当該加熱ステーションＨ８，
におけるタンク電圧設定器３３の基準電圧設定を対応せ
しめ、また第３加熱ステーションＨ８，では１００　Ｋ
Ｗで運転するように当該加熱ステーションＨ８３におけ
るタンク電圧設定器３３の基準電圧設定を対応せしめる
ことにより、各加熱ステーションＨ８では畠周波電圧検
出器ｐｔ、の検出信号によって検出される電源電圧がタ
ンク電圧設定器３２で設定された基準電圧に達した時点
で交流スイッチパルス発生器３１から制御整流素子ＳＣ
Ｒへ点弧パルスＧが送出され、当該加熱ステーションＩ
ｓのタンク回路１へ電源Ｅからの電流が導通し、電源Ｅ
の出力が各加熱ステーションＨ８それぞれに分割使用可
能である。

ところで、各加熱ステーションＨ８ではタンク回路１の
タンク電圧は電圧検出器ｐｔ２によって検出されるよう
になっているので、加熱の進行に伴って被加熱材の加熱
温度の上昇がもたらす負荷変動に応じたタンク電圧の変
動は高周波電圧→直流電圧変換器３２を介して基準電圧
と突合わされて誤差値が検出され、かつ誤差増巾器３４
を介して交流スイツナパルス発生器３１に入力するので
、当該交流スイッチパルス発生器３１は入力誤差情報に
応じて点弧パルスＧの送出時期奮進み位相または遅れ位
相とする如く制御され、これによυタンク電圧は一定値
に制御可能となり、各加熱ステーションＨ８におけるそ
れぞれの被加熱材−負荷は定常運転時には自動的に定電
圧で加熱されることとなる。

一方各加熱ステーションＨ８では、それぞれの加熱ステ
ーションごとに定めた設定運転条件に応じて電流値が定
まるが、尚該電流値からめられる基準電圧を入力電流設
定器３６に設定しておく。これによシミ菰検出器ｃｌが
検出したタンク回路１への入力電流は高周波電流→直流
電圧変換器３５を介して基準電圧と突き合わされ、タン
ク回路１への電流が設定値を越えないように点弧パルス
Ｇの送出時期を常時制御する。従って、例えば負荷変動
によって入力電流が増加しようとしても設定値以上にな
ることはないので、電源Ｅの過電流が防止されるばかシ
でなく、他の加熱ステーションＨｅへは何等の影響を及
ぼすこともない。さらに全加熱ステーションの入力電流
合計値が電源の設備容量以下となる如く上記基準電圧を
設定しておけば、例えば各加熱ステーションＨ８での加
熱負荷が−せいに高負荷となっても制御整流素子ＳＣＲ
への点弧パルスＧの送出を遅れ位相とすることによって
、各加熱ステーションＨ８での加熱効果に影響音生ぜし
めずに高周波電源Ｅを過電流から保護することすら可能
である。

本発明は上述の如く単一の高周波誘導加熱電源に並列接
続される複数の加熱ステーションのそれぞれを定電圧制
御するとともに定電流制御をも行いつるものであるが、
本発明の適用範囲は数百）ｌｚ以上数十ＫＨ２以下であ
る。

（１’Ｊ故ならば、商用周波の３倍周波数程度までは特
に高周波電源を必要とはせず、また数百ＫＨ２以上とも
なると単一電源から複数の加熱ステーションへ給電する
のは回路構成上問題が多いために殆んど行われておらず
、かつ制御整流素子の転流余裕時間が確保し難い等から
本発明の適用から除外される。

上記実施例では、高周波電源Ｅに並列接続される加熱ス
テーション１１Ｂが第１〜第３までの３ステーシヨンで
ある場合について述べたが、加熱ステーションＨ８Ｏ数
はこれに限定されるものではないこと勿論である。

また上記実施例では、高周波誘導加熱電源として定周波
・定電圧での定格出力が可能な電動発電後金用いた場合
全φげて説明したが、加熱負荷変動に対して定周波・定
電圧を維持しうるサイリスタ・インバータも順次開発さ
れているので、当該サイリスタ・インバータについても
本発明Ｆｉ適用され、同様の効果音もたらす。

本発明の実施によって、単一の高周波誘導加熱電源から
給電される複数の加熱ステーションそれぞれは、 ＋１）　他の加熱ステーションの加熱負荷変動に全く影
響さｎず定電圧で加熱が実行されるので加熱効果を均一
に保つことが可能とｌ（２）各加熱ステーションにおけ
る加熱負荷変動で高負荷が重畳した場合でも、定電圧制
御と併せて電流制限もなしうるので、被加熱材に対する
加熱効果に影＊ｉ与えずに電源を過電流から保護するこ
とが可能となυ、（３）従来タップ付出力電圧調整用ト
ランスでは不可能であった出力電圧の微調整が可能とな
るとともに、 （４）設備の小型化が達成され、また消耗のはげしかっ
た電源接続スイッチの保守から解放されるなど 従来方法での問題点が全て解決されるばかシでなく、本
発明方法によって従来方法では不可能であった以下（５
）に述べることも可能とする。

（５）各加熱ステーションごとに、例えば第４図に示す
如きａ、ｂ、ｃそれぞれの径が異る多段部材を移動焼入
れする加熱コイルＣへの通電電圧全当該加熱コイ、ルＣ
の移動位じたそれぞれの適正電圧ｖｌ　ｒ　ｖ２＋　Ｖ
ｊ　となるようにシーケンスを組んで制御整流素子全点
弧するが如き複雑な、電源作動中かつ各加熱ステーショ
ン運転中の個別かつ任意調整が可能となる。

以上の如く、本発明の齋らす効果は極めて顯著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来高周波誘導加熱電源の給電方法の回路図、
第２図は本発明高周波誘導加熱電源の給電方法の実施例
回路図、第３図Ｆｉ第２図における制御装置の実施例を
示す回路図、第４図は本発明の詳細な説明する模式図で
ある。 １・・・タンク回路　２・・・交流スイッチング制御回
路　Ｅ・・・高周波誘導加熱電源 Ｈ８Ｉ　＋　Ｈ８２＋　””ｍ・・・加熱ステーション
ＳＣＲ・・・制御整流素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）単一の高周波誘導加熱電源から複数の加熱ステーシ
   ョンへ給電する場合において、上記電源にそれぞれ接続
   する各加熱ステーションにおけるタンク回路の入力側に
   、逆並列接続した制御整流素子を主構成要素とする交流
   スイッチング制御回路を設け、上記制御整流素子の点弧
   時期゛を各加熱ステーションごとに任意制御することに
   よシ、電源の作動中にそれぞれの加熱ステーションの出
   力電圧全個別かつ任意に調整可能とすることを特徴とす
   る高周波誘導加熱電源の給電方法。 ２）高周波誘導加熱電源の周波数が数百Ｈｚ以上数十Ｋ
   Ｈ２以下である特許請求の範囲第１項記載の高周波誘導
   加熱電源の給電方法。 ３）それぞれの加熱ステーションの出力電圧の個別かつ
   任意な調整には出力のオン・オフが含まれるものとする
   特許請求の範囲第１項記載の高周波誘導加熱電源の給電
   方法。