(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱処理対象の金属材の一方のエッジ部を加熱する第１のＣ型インダクタ、及び前記金属材の他方のエッジ部を加熱する第２のＣ型インダクタと、
前記第１及び第２のＣ型インダクタに給電するインバータと、
前記インバータの出力電圧を監視する電圧監視装置と、
前記第１及び第２のＣ型インダクタの加熱コイルにそれぞれ流れる第１及び第２のインダクタ電流を監視する第１及び第２の電流監視装置と、
前記金属材の加熱処理開始直後の前記出力電圧と前記第１及び第２のインダクタ電流から第１及び第２のインピーダンス値の初期値をそれぞれ算出し、更に、前記金属材を加熱処理中の同時刻における前記出力電圧と前記第１及び第２のインダクタ電流により前記第１及び前記第２のインピーダンス値を算出し、前記金属材の加熱処理中における前記第１及び第２のインピーダンス値が前記初期値とそれぞれ同一になるように、前記金属材に対する前記第１及び第２のＣ型インダクタの位置をリアルタイムで制御する制御装置と
を備えることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記制御装置が、
前記金属材を加熱処理中の前記第１及び第２のインピーダンス値と前記第１及び第２のインピーダンス値の前記初期値とのそれぞれインピーダンス差分をリアルタイムで算出し、
前記金属材に対する前記第１及び第２のＣ型インダクタの位置を表すラップ量と前記インピーダンス差分との関係を示す関数を用いて、前記第１及び第２のインピーダンス値が前記初期値になるようなラップ量差分を決定し、前記ラップ量差分を用いて前記第１及び第２のＣ型インダクタの新たな位置を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
第１及び第２のＣ型インダクタを有する誘導加熱装置の制御方法であって、
前記第１のＣ型インダクタによって加熱処理対象の金属材の一方のエッジ部を加熱し、前記第２のＣ型インダクタによって前記金属材の他方のエッジ部を加熱するステップと、
前記第１及び第２のＣ型インダクタに給電するインバータの出力電圧を監視するステップと、
前記金属材の加熱処理中に前記第１及び第２のＣ型インダクタの加熱コイルにそれぞれ流れる第１及び第２のインダクタ電流を監視するステップと、
前記金属材の加熱処理開始直後の前記出力電圧と前記第１及び第２のインダクタ電流から第１及び第２のインピーダンス値の初期値をそれぞれ算出するステップと、
前記金属材を加熱処理中の同時刻における前記出力電圧と前記第１及び第２のインダクタ電流により前記第１及び前記第２のインピーダンス値を算出し、前記金属材の加熱処理中における前記第１及び第２のインピーダンス値が前記初期値とそれぞれ同一になるように、前記金属材に対する前記第１及び第２のＣ型インダクタの位置をリアルタイムで制御するステップと
を含むことを特徴とする誘導加熱装置の制御方法。
【請求項４】
前記金属材に対する前記第１及び第２のＣ型インダクタの位置を制御するステップが、
前記金属材を加熱処理中の前記第１及び第２のインピーダンス値と前記第１及び第２のインピーダンス値の前記初期値とのそれぞれインピーダンス差分をリアルタイムで算出するステップと、
前記金属材に対する前記第１及び第２のＣ型インダクタの位置を表すラップ量と前記インピーダンス差分との関係を示す関数を用いて、前記第１及び第２のインピーダンス値が前記初期値になるようなラップ量差分を決定し、前記ラップ量差分を用いて前記第１及び第２のＣ型インダクタの新たな位置を決定するステップ
を含むことを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材の誘導加熱装置に係り、特に金属材のエッジ部を加熱する誘導加熱装置及び誘導加熱装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理対象である所定の温度に加熱された被加熱材（例えば鋼板等の金属材）を圧延機で処理することにより、所望の板厚の製品が生産されている。近年では、金属材の両エッジ部における温度降下に対する幅方向温度の均一化の為に、金属材の両エッジ部を加熱する誘導加熱装置、例えばＣ型エッジヒータを、生産ラインに設置することが一般的になっている。Ｃ型エッジヒータのＣ型インダクタの鉄心と加熱処理対象の金属材との重なり部分の寸法（以下において、「ラップ量」という。）を規定し、この規定されたラップ量になるように、金属材の両エッジ部に配置されるＣ型エッジヒータの位置が設定される。
【０００３】
しかしながら、搬送過程において金属材がどちらか一方のサイドにずれたり、加熱炉の温度ムラ等により、金属材の両エッジ部の温度状態は必ずしも同一ではなく、金属材の両エッジ部を均等に昇温できない場合もあった。
【０００４】
また、誘導加熱装置によって金属材に発生した渦電流が誘起電流を発生させて、この誘起電流が金属材にアーク疵をつけるアークスポットが発生する場合がある。アークスポットは、両エッジ部に発生する誘導電流のアンバランスにより助長される。
【０００５】
金属材の両サイドに配置されたＣ型インダクタと１対１で配置される各インバータの出力周波数と出力電流を計算することによって、金属材の両エッジ部を均等に加熱する技術が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。上記提案された技術では、両エッジ部の昇温を均等にする手段として、出力電力を調整したり、Ｃ型エッジヒータの台車位置を調整したりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１４４８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の方法はインバータとＣ型インダクタが１対１の関係で構成された場合にのみ適用可能であり、１台のインバータから複数台のＣ型インダクタに給電する場合には適用できない。アークスポットを低減するため、金属材の両サイドに設置するＣ型インダクタに供給される電力が均等になるように、インバータは１台にすることが一般的である。また、上記の方法ではインバータからの出力電流を監視しており、Ｃ型インダクタの加熱コイルに流れるインダクタ電流を監視しているのではない。Ｃ型インダクタの電力制御を目的とするのであれば、インバータの出力電流ではなくＣ型インダクタに流れるインダクタ電流を直接に検出することが必要である。
【０００８】
上記問題点に鑑み、本発明は、加熱処理対象の金属材の両エッジ部での昇温を所定の値に制御可能な誘導加熱装置及び誘導加熱装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、（イ）加熱処理対象の金属材の一方のエッジ部を加熱する第１のＣ型インダクタ、及び金属材の他方のエッジ部を加熱する第２のＣ型インダクタと、（ロ）第１及び第２のＣ型インダクタに給電するインバータと、（ハ）インバータの出力電圧を監視する電圧監視装置と、（ニ）第１及び第２のＣ型インダクタの加熱コイルにそれぞれ流れる第１及び第２のインダクタ電流を監視する第１及び第２の電流監視装置と、（ホ）金属材の加熱処理開始直後の出力電圧と第１及び第２のインダクタ電流から第１及び第２のインピーダンス値の初期値をそれぞれ算出し、更に、金属材を加熱処理中の同時刻における出力電圧と第１及び第２のインダクタ電流により第１及び第２のインピーダンス値を算出し、金属材の加熱処理中における第１及び第２のインピーダンス値が初期値とそれぞれ同一になるように、金属材に対する第１及び第２のＣ型インダクタの位置をリアルタイムで制御する制御装置とを備える誘導加熱装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、第１及び第２のＣ型インダクタを有する誘導加熱装置の制御方法であって、（イ）第１のＣ型インダクタによって加熱処理対象の金属材の一方のエッジ部を加熱し、第２のＣ型インダクタによって金属材の他方のエッジ部を加熱するステップと、（ロ）第１及び第２のＣ型インダクタに給電するインバータの出力電圧を監視するステップと、（ハ）金属材の加熱処理中に第１及び第２のＣ型インダクタの加熱コイルにそれぞれ流れる第１及び第２のインダクタ電流を監視するステップと、（ニ）金属材の加熱処理開始直後の出力電圧と第１及び第２のインダクタ電流から第１及び第２のインピーダンス値の初期値をそれぞれ算出するステップと、（ホ）金属材を加熱処理中の同時刻における出力電圧と第１及び第２のインダクタ電流により第１及び第２のインピーダンス値を算出し、金属材の加熱処理中における第１及び第２のインピーダンス値が初期値とそれぞれ同一になるように、金属材に対する第１及び第２のＣ型インダクタの位置をリアルタイムで制御するステップとを含む誘導加熱装置の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加熱処理対象の金属材の両エッジ部での昇温を所定の値に制御可能な誘導加熱装置及び誘導加熱装置の制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る誘導加熱装置のＣ型インダクタの構造を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る誘導加熱装置における信号の流れを示す概念図である。
【図４】本発明の実施形態に係る誘導加熱装置によるＣ型インダクタの位置設定方法を説明するための模式図である。
【図５】ラップ量補正関数の例を示すグラフである。
【図６】ラップ量変化時の幅方向昇温分布を示すグラフである。
【図７】金属材の板幅変更時における本発明の実施形態に係る誘導加熱装置によるＣ型インダクタの位置設定方法を説明するための模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係る誘導加熱装置において金属材の位置ずれが生じた状態を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態の変形例に係る誘導加熱装置における信号の流れを示す概念図である。
【図１０】本発明の実施形態の変形例に係る誘導加熱装置によるＣ型インダクタの位置設定方法の例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
本発明の実施形態に係る誘導加熱装置１は、図１に示すように、加熱処理対象の金属材１００の一方のエッジ部を加熱する第１のＣ型インダクタ１１、及び金属材１００の他方のエッジ部を加熱する第２のＣ型インダクタ２１と、第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１に給電するインバータ３０と、インバータ３０の出力電圧を監視する電圧監視装置１４０と、第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１の加熱コイルにそれぞれ流れる第１及び第２のインダクタ電流を監視する第１及び第２の電流監視装置１２０、２２０と、同時刻における出力電圧と第１及び第２のインダクタ電流により第１及び第２のインピーダンス値を算出し、金属材１００の加熱処理中における第１及び第２のインピーダンス値が所定値になるように、金属材１００に対する第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１の位置をリアルタイムで制御する制御装置５０とを備える。
【００１５】
図１に示した誘導加熱装置１は、加熱処理対象の金属材１００の両側に第１のＣ型インダクタ１１と第２のＣ型インダクタ２１とを有するＣ型エッジヒータである。なお、第１のＣ型インダクタ１１は、生産ラインのインバータ３０側（以下において、「ドライブサイド」という。）に配置された「ドライブサイドＣ型インダクタ」である。第２のＣ型インダクタ２１は、金属材１００を挟んでドライブサイドと対向する側（以下において、「ワークサイド」という。）に配置された「ワークサイドＣ型インダクタ」である。つまり、誘導加熱装置１は、金属材１００のドライブサイドのエッジ部と、ドライブサイドのエッジ部に対向するワークサイドのエッジ部を加熱する。
【００１６】
第１のＣ型インダクタ１１は、開口部１１０を挟んで上下の鉄心１１ａ、１１ｂと、鉄心１１ａ、１１ｂにそれぞれ巻回された加熱コイル１１ｃ、１１ｄとを有する。同様に、第２のＣ型インダクタ２１は、開口部２１０を挟んで上下の鉄心２１ａ、２１ｂと、鉄心２１ａ、２１ｂにそれぞれ巻回された加熱コイル２１ｃ、２１ｄとを有する。
【００１７】
金属材１００は、第１のＣ型インダクタ１１と第２のＣ型インダクタ２１の間に配置され、紙面に垂直な方向（以下において、「搬送方向」という。）に金属材１００は搬送される。このとき、第１のＣ型インダクタ１１の開口部１１０と第２のＣ型インダクタ２１の開口部２１０を金属材１００の両エッジ部がそれぞれ通過する。
【００１８】
図２（ａ）に第１のＣ型インダクタ１１の断面構造図を示すが、第２のＣ型インダクタ２１も同様の構造である。図２（ａ）に示したように、Ｃ型インダクタの鉄心と金属材との重なり部分の長さを示すのがラップ量である。図２（ｂ）に示すように、金属材１００のエッジ部と、鉄心１１ａ、２１ａの奥側のエッジ部とが合致するときのラップ量を０ｍｍとする。つまり、ラップ量が０ｍｍのときに、第１のＣ型インダクタ１１、２１の鉄心と金属材１００との重なり部分の面積は最大である。なお、第１のＣ型インダクタ１１の鉄心１１ａと金属材１００とのラップ量を「第１のラップ量Ｌ１」とし、第２のＣ型インダクタ２１の鉄心２１ａと金属材１００とのラップ量を「第２のラップ量Ｌ２」とする。
【００１９】
インバータ３０により、第１のＣ型インダクタ１１と第２のＣ型インダクタ２１は給電される。第１のＣ型インダクタ１１の加熱コイル１１ｃ、１１ｄと第２のＣ型インダクタ２１の加熱コイル２１ｃ、２１ｄに電流を流すことにより上下方向に磁束が発生する。この磁束を金属材１００に鎖交させることにより、金属材１００に渦電流が誘起される。渦電流に対する金属材１００の抵抗によりジュール熱が発生し、金属材１００の両エッジ部が加熱される。
【００２０】
図１に示した誘導加熱装置１では、インバータ３０の出力部に計器用変圧器４０が接続されている。また、力率調整用コンデンサ１３と第１のＣ型インダクタ１１間に計器用変流器１２が接続され、力率調整用コンデンサ２３と第２のＣ型インダクタ２１間に計器用変流器２２が接続されている。
【００２１】
電圧監視装置１４０は、計器用変圧器４０によって検出されるインバータ３０の出力電圧Ｖｉ（ｉ＝０、１、２、・・・、ｎ）を監視する。また、第１の電流監視装置１２０は、計器用変流器１２によって検出される第１のＣ型インダクタ１１の加熱コイル１１ｃ、１１ｄに流れる第１のインダクタ電流Ｉｄｓｉ（ｉ＝０、１、２、・・・、ｎ）を監視する。第２の電流監視装置２２０は、計器用変流器２２によって検出される第２のＣ型インダクタ２１の加熱コイル２１ｃ、２１ｄに流れる第２のインダクタ電流Ｉｗｓｉ（ｉ＝０、１、２、・・・、ｎ）を監視する。
【００２２】
ここで、出力電圧Ｖ０は金属材１００の加熱処理開始直後のインバータ３０の出力電圧である。また、第１のインダクタ電流Ｉｄｓ０は、金属材１００の加熱処理開始直後に第１のＣ型インダクタ１１の加熱コイル１１ｃ、１１ｄに流れる第１のインダクタ電流であり、第２のインダクタ電流Ｉｗｓ０は、第２のＣ型インダクタ２１の加熱コイル２１ｃ、２１ｄに流れるインダクタ電流である。
【００２３】
一方、出力電圧Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎは、金属材１００を加熱処理中のインバータ３０の出力電圧であり、金属材１００が誘導加熱装置１中を搬送されるに従って測定される値であり、一定の位置間隔或いは一定の時間間隔で測定された値である。同様に、第１のインダクタ電流Ｉｄｓ１、Ｉｄｓ２、・・・、Ｉｄｓｎ、及び、第２のインダクタ電流Ｉｗｓ１、Ｉｗｓ２、・・・、Ｉｗｓｎは、金属材１００を加熱処理中の第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１のインダクタ電流を測定した値である。出力電圧Ｖｉと、第１のインダクタ電流Ｉｄｓｉ及び第２のインダクタ電流Ｉｗｓｉは、同時に測定された値である。
【００２４】
第１のＣ型インダクタ１１の支持体１０にはモータ１４によって駆動される車輪１５が設けられ、第２のＣ型インダクタ２１の支持体２０にはモータ２４によって駆動される車輪２５が設けられている。このため、第１のＣ型インダクタ１１、２１は、モータ１４、２４によって駆動されて、レール７０上を金属材１００の幅方向、即ち搬送方向と垂直な方向（以下において、単に「幅方向」という。）に移動可能である。支持体１０、２０がレール７０上を移動することによって、第１のＣ型インダクタ１１と第２のＣ型インダクタ２１の幅方向の位置がそれぞれ調整される。第１のＣ型インダクタ１１、２１の位置の変化に応じて、第１のラップ量Ｌ１と第２のラップ量Ｌ２は変化する。支持体１０、２０は互いに独立して移動可能であるため、第１のラップ量Ｌ１と第２のラップ量Ｌ２はそれぞれ独立して調整可能である。
【００２５】
第１のＣ型インダクタ１１、２１の幅方向の位置は、モータ１４、２４の動作をそれぞれ制御するモータドライブ装置６１、６２によって調整される。制御装置５０は、モータドライブ装置６１、６２を制御することによって、金属材１００に対する第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１の位置をリアルタイムで制御する。
【００２６】
図３は、制御装置５０に入力する信号の流れを示す概念図である。図３等の概念図では金属材１００の上面図を示す。出力電圧Ｖｉが電圧監視装置１４０から制御装置５０に送信され、第１の電流監視装置１２０から第１のインダクタ電流Ｉｄｓｉが制御装置５０に送信され、第２の電流監視装置２２０から第２のインダクタ電流Ｉｗｓｉが制御装置５０に送信される（ｉ＝０、１、２、・・・、ｎ）。以下に、第１のＣ型インダクタ１１及び第２のＣ型インダクタ２１の位置の制御方法を説明する。
【００２７】
先ず、金属材１００の加熱処理開始直後の出力電圧Ｖ０が、電圧監視装置１４０から制御装置５０に送信される。同時に、金属材１００の加熱処理開始直後の第１のインダクタ電流Ｉｄｓ０及び第２のインダクタ電流Ｉｗｓ０が、第１の電流監視装置１２０及び第２の電流監視装置２２０からそれぞれ制御装置５０に送信される。
【００２８】
制御装置５０は、出力電圧Ｖ０と第１のインダクタ電流Ｉｄｓ０から第１のインピーダンス値の初期値Ｚｄｓ０を算出する。また、出力電圧Ｖ０と第２のインダクタ電流Ｉｗｓ０から第２のインピーダンス値の初期値Ｚｗｓ０を算出する。第１のインピーダンス値の初期値Ｚｄｓ０及び第２のインピーダンス値の初期値Ｚｗｓ０は、制御装置５０に記録される。
【００２９】
その後、金属材１００を加熱処理中の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎ、第１のインダクタ電流Ｉｄｓ１、Ｉｄｓ２、・・・、Ｉｄｓｎ、及び第２のインダクタ電流Ｉｗｓ１、Ｉｗｓ２、・・・、Ｉｗｓｎが、金属材１００が誘導加熱装置１中を搬送されるに従って、制御装置５０に順次送信される。つまり、出力電圧Ｖｉ、第１のインダクタ電流Ｉｄｓｉ、及び第２のインダクタ電流Ｉｗｓｉは、誘導加熱装置１中で加熱されている各位置における測定値である。出力電圧Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎは電圧監視装置１４０から制御装置５０に送信される。第１のインダクタ電流Ｉｄｓｉ、Ｉｄｓ２、・・・、Ｉｄｓｎ、及び、第２のインダクタ電流Ｉｗｓ１、Ｉｗｓ２、・・・、Ｉｗｓｎは、第１の電流監視装置１２０及び第２の電流監視装置２２０から、それぞれ制御装置５０に送信される。
【００３０】
制御装置５０は、出力電圧Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎと第１のインダクタ電流Ｉｄｓ１、Ｉｄｓ２、・・・、Ｉｄｓｎとを用いて、第１のインピーダンス値Ｚｄｓ１、Ｚｄｓ２、・・・、Ｚｄｓｎをそれぞれリアルタイムで算出する。そして、図４（ａ）に示したように、第１のインピーダンス値の初期値Ｚｄｓ０と第１のインピーダンス値Ｚｄｓ１、Ｚｄｓ２、・・・、Ｚｄｓｎとの差分として、インピーダンス差分ｄＺｄｓ１、ｄＺｄｓ２、・・・、ｄＺｄｓｎをそれぞれ算出する。したがって、インピーダンス差分ｄＺｄｓ１、ｄＺｄｓ２、・・・、ｄＺｄｓｎは、加熱処理開始直後のインピーダンス値と、誘導加熱装置１によって加熱中の各位置におけるインピーダンス値との差分である。
【００３１】
制御装置５０は、インピーダンス差分ｄＺｄｓ１、ｄＺｄｓ２、・・・、ｄＺｄｓｎがそれぞれ算出された時点で、例えば図５に示すラップ量補正関数に当て嵌めて、インピーダンス差分ｄＺｄｓ１、ｄＺｄｓ２、・・・、ｄＺｄｓｎ毎に対応するラップ量差分ｄＬ１を第１のラップ量Ｌ１について決定する。ラップ量補正関数は、インピーダンス値とラップ量との関係を示す関数である。
【００３２】
制御装置５０は、インピーダンス差分ｄＺｄｓ１、ｄＺｄｓ２、・・・、ｄＺｄｓｎに対応するラップ量差分ｄＬ１がそれぞれ算出された時点における第１のＣ型インダクタ１１の現在位置と、ラップ量差分ｄＬ１から求まる新たな第１のラップ量Ｌ１とにより、新たな位置設定値Ｐ１を決定する。新たな位置設定値Ｐ１は、制御装置５０からモータドライブ装置６１に送信される。新たな位置設定値Ｐ１を受信したモータドライブ装置６１からモータ１４に送信されるドライブ制御信号Ｓｄに応じて、第１のＣ型インダクタ１１が新たな位置設定値Ｐ１に移動する。つまり、インピーダンス差分ｄＺｄｓ１、ｄＺｄｓ２、・・・、ｄＺｄｓｎにそれぞれ対応するラップ量差分ｄＬ１だけ第１のラップ量Ｌ１が調整され、第１のＣ型インダクタ１１の位置が変更される。これにより、第１のインピーダンス値Ｚｄｓｉが初期値Ｚｄｓ０と一致する。
【００３３】
同様にして、第２のラップ量Ｌ２が調整されて、第２のＣ型インダクタ２１の位置が変更される。即ち、出力電圧Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎと第２のインダクタ電流Ｉｗｓ１、Ｉｗｓ２、・・・、Ｉｗｓｎとを用いて、第２のインピーダンス値Ｚｗｓ１、Ｚｗｓ２、・・・、Ｚｗｓｎがリアルタイムで算出され、図４（ｂ）に示したように、第２のインピーダンス値の初期値Ｚｗｓ０と第２のインピーダンス値Ｚｗｓ１、Ｚｗｓ２、・・・、Ｚｗｓｎとのインピーダンス差分ｄＺｗｓ１、ｄＺｗｓ２、・・・、ｄＺｗｓｎがそれぞれ算出される。
【００３４】
制御装置５０は、インピーダンス差分ｄＺｗｓ１、ｄＺｗｓ２、・・・、ｄＺｗｓｎがそれぞれ算出された時点で、インピーダンス差分ｄＺｗｓ１、ｄＺｗｓ２、・・・、ｄＺｗｓｎにそれぞれ対応するラップ量差分ｄＬ２を第２のラップ量Ｌ２について算出する。そして、ラップ量差分ｄＬ２が算出された時点における第２のＣ型インダクタ２１の現在位置とラップ量差分ｄＬｄから求まる新たな第２のラップ量Ｌ２により決定される新たな位置設定値Ｐ２が、制御装置５０からモータドライブ装置６２に送信される。新たな位置設定値Ｐ２を受信したモータドライブ装置６２からモータ２４に送信されるドライブ制御信号Ｓｗに応じて、第２のＣ型インダクタ２１が移動する。これにより、第２のインピーダンス値Ｚｗｓｉが初期値Ｚｗｓ０と一致する。
【００３５】
図５に示すラップ量補正関数は、第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１の特性や金属材１００の電気特性により定められる。このため、特に金属材１００の材質毎に、各金属材のラップ量とインピーダンス値を実測等によって予め把握し、それぞれのラップ量補正関数を制御装置５０に登録しておくことが好ましい。
【００３６】
基本的には、ドライブサイドに配置される第１のＣ型インダクタ１１の第１のインピーダンス値Ｚｄｓ１、Ｚｄｓ２、・・・、Ｚｄｓｎと、ワークサイドに配置される第２のＣ型インダクタ２１の第２のインピーダンス値Ｚｗｓ１、Ｚｗｓ２、・・・、Ｚｗｓｎとは常に同等になるように制御することが好ましい。ドライブサイドとワークサイドに均等に電力を供給することにより、金属材１００の両サイド部の昇温量が均一になることと、アークスポットの発生が低減されることの相乗効果が生じるからである。
【００３７】
しかし、他の制御方法も可能である。例えば、金属材１００の両サイド部で昇温特性が異なっていることが予め分かっている場合に、第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１を所定の位置に配置して、両サイド部の均熱を達成する方法等が採用可能である。
【００３８】
図６は、ラップ量変化時の幅方向昇温分布を示すグラフである。図６に示したように、Ｃ型エッジヒータの昇温特性は、金属材１００のエッジ部の昇温量が高く、金属材１００の中央部に近いほど低くなる曲線である。また、温度管理点はエッジ部から２５ｍｍの地点の昇温量と規定する。したがって、図６に示したグラフにおいても、金属材１００のエッジ部から２５ｍｍの地点の昇温値を同じとした場合のラップ量変化時の幅方向の温度分布を表現している。
【００３９】
Ｃ型エッジヒータによる加熱は、ラップ量を大きくするとエッジ部の昇温量が高くなり、ラップ量を小さくするとエッジ部の昇温量は小さくなる特性を利用している。例えば、どちらか一方のエッジ部をより昇温させたい場合には、その一方のラップ量を大きく設定するよう第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１の位置を設定すればよい。ここで注意しなければならないのは、両エッジ部のインピーダンス値が一致しないことにより、アークスポットが増加する場合がある点である。このため、アーク疵が許されず高品質な金属材１００を生産する場合には、上記のような、どちらか一方のエッジ部をより昇温する方法を適用すべきではない。
【００４０】
図７は、加熱処理対象の金属材１００の板幅変更時における制御方法を示す図である。一般的なＣ型エッジヒータにおいては、誘導加熱装置１に設定された板幅値と材料の位置ずれ（材料トラッキング）や板幅変位置のトラッキング制御により第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１の位置を設定する。しかし、トラッキング制御ズレにより位置設定が遅れたり、早すぎたりする場合も有り得る。この位置制御のバックアップ制御として、上記に説明したインピーダンス値を用いて第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１の位置を制御する本発明の実施形態に係る誘導加熱装置の制御方法を使用することが可能である。
【００４１】
トラッキング制御のバックアップ制御においても、図７に示すように、前述の第１のインピーダンス値Ｚｄｓｉと第２のインピーダンス値Ｚｗｓｉの算出結果をそのまま用いる。加熱処理を継続したまま板幅変更が発生すると、瞬間的に、両エッジ部のインピーダンス値がほぼ同じタイミングで同じような変化量で変化する。この状態が発生した場合に、本発明の実施形態に係る誘導加熱装置の制御方法による位置再設定を行う。この制御によりトラッキング制御ズレに対する影響を最小限に抑えた第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１の位置再設定を行うことができる。また、トラッキング制御ズレの発生をオペレータに知らせることもできる。なお、第１のインピーダンス値Ｚｄｓｉと第２のインピーダンス値Ｚｗｓｉの差分が０である場合には、トラッキング制御ズレはなく、本発明の実施形態に係る誘導加熱装置の制御方法による位置設定を行う必要はない。
【００４２】
また、例えば図８に示すように、搬送中に金属材１００の位置がドライブサイドにずれる位置ずれが発生して、金属材１００が破線で示した状態になる場合を考える。このような状態のままで加熱を継続しても、両エッジ部の昇温はアンバランスになってしまう。このとき、第１のインダクタ電流Ｉｄｓｉ及び第２のインダクタ電流Ｉｗｓｉが変化して、その結果、第１のインピーダンス値Ｚｄｓｉ及び第２のインピーダンス値Ｚｗｓｉも変化する。本発明の実施形態に係る誘導加熱装置１によれば、第１のインピーダンス値Ｚｄｓｉ及び第２のインピーダンス値Ｚｗｓｉの変化量を常時監視して、金属材１００の両エッジ部のインピーダンス値を常に同一に保つように、第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１の位置を制御する。これにより、両エッジ部の昇温をバランスさせることと同時に、アークスポット低減の相乗効果を奏することができる。
【００４３】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る誘導加熱装置１によれば、加熱処理中において金属材１００の両エッジ部の第１及び第２のインピーダンス値と初期値とのインピーダンス差分をリアルタイムで算出して、インピーダンス値が初期値に一致するように第１及び第２のＣ型インダクタ１１、２１の位置が制御される。その結果、加熱処理対象の金属材１００の両エッジ部での昇温を所定の値に制御可能な誘導加熱装置及び誘導加熱装置の制御方法を提供することができる。
【００４４】
＜変形例＞
図９に、Ｃ型エッジヒータを熱間圧延ラインに設置する場合の構成例を示す。一般に熱間圧延ラインでは、金属材１００の搬送方向に沿ってドライブサイドとワークサイドにそれぞれ複数台のＣ型インダクタが配置される。図９は、ドライブサイドの入側と出側にそれぞれ配置されたドライブサイド入側Ｃ型インダクタ１１１とドライブサイド出側Ｃ型インダクタ１１２、及びワークサイドの入側と出側にそれぞれ配置されたワークサイド入側Ｃ型インダクタ２１１とワークサイド出側Ｃ型インダクタ２１２が、１台のＣ型エッジヒータに装填された例を示している。これら全てのＣ型インダクタは、１台のインバータ３０によって給電される。
【００４５】
アークスポットの発生を低減するために、対向するそれぞれのＣ型インダクタを逆位相結線して誘導電流を相殺する技術が提案されている（例えば、特開平８−６９８６６号公報参照。）。例えば図９に示した構成の場合には、ワークサイド入側Ｃ型インダクタ２１１及びドライブサイド出側Ｃ型インダクタ１１２はドライブサイド入側Ｃ型インダクタ１１１と逆位相結線され、ワークサイド出側Ｃ型インダクタ２１２はドライブサイド入側Ｃ型インダクタ１１１と同位相結線される。
【００４６】
しかしながら、搬送される金属材１００の位置がどちらか一方のサイドにずれた場合、この相殺効果は薄れてしまう。このとき、上記に説明したような本発明の実施形態に係る誘導加熱装置１の制御方法を適用することにより、安定してアークスポットの発生を低減することが可能である。
【００４７】
図９に示した例では、出力電圧Ｖｉが電圧監視装置１４０から、ドライブサイド入側Ｃ型インダクタ１１１のインダクタ電流が第１のインダクタ電流ＩEｄｓｉとして第１の入側電流監視装置１２０Ａから、ドライブサイド出側Ｃ型インダクタ１１２のインダクタ電流が第１のインダクタ電流ＩＤｄｓｉとして第１の出側電流監視装置１２０Ｂから、それぞれ制御装置５０に送信される（ｉ＝０、１、・・・、ｎ）。更に、ワークサイド入側Ｃ型インダクタ２１１のインダクタ電流が第２のインダクタ電流ＩEｗｓｉとして第２の入側電流監視装置２２０Ａから、ワークサイド出側Ｃ型インダクタ２１２のインダクタ電流が第２のインダクタ電流ＩＤｗｓｉとして第２の出側電流監視装置２２０Ｂから、それぞれ制御装置５０に送信される（ｉ＝０、１、・・・、ｎ）。
【００４８】
上記のようにドライブサイドとワークサイドにそれぞれ複数台のＣ型インダクタを配置したＣ型エッジヒータにおいては、入側と出側のＣ型インダクタの距離は短く、入側と出側のＣ型インダクタのインピーダンス値に違いが現れるほどの極端な金属材１００の位置ずれが起こることは通常有り得ない。このため、入側若しくは出側いずれかのＣ型インダクタのインダクタ電流によってインピーダンスを算出すればよい。
【００４９】
ただし、Ｃ型インダクタ自身に特性差が生じること等を考慮して、図１０に示したように、（入側Ｃ型インダクタ電流＋出側Ｃ型インダクタ電流）／２で算出される平均値をインダクタ電流に使用してもよい。図１０は、ドライブサイドの第１のインダクタ電流について入側Ｃ型インダクタ電流と出側Ｃ型インダクタ電流の平均値を使用してモータドライブ装置６１を制御する場合を示しているが、ワークサイドも同様に入側Ｃ型インダクタ電流と出側Ｃ型インダクタ電流の平均値を使用してモータドライブ装置６２を制御してもよい。
【００５０】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の誘導加熱装置は、加熱処理対象の金属材の両エッジ部を加熱するエッジヒータのみならず、誘導加熱装置と金属材との設定位置を規定して、その設定位置を制御する誘導加熱装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
Ｉｄｓｉ…第１のインダクタ電流
Ｉｗｓｉ…第２のインダクタ電流
Ｐ１、Ｐ２…位置設定値
Ｖｉ…出力電圧
１…誘導加熱装置
１０、２０…支持体
１１…第１のＣ型インダクタ
２１…第２のＣ型インダクタ
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ…鉄心
１１ｃ、１１ｄ、２１ｃ、２１ｄ…加熱コイル
１２、２２…計器用変流器
１３、２３…力率調整用コンデンサ
１４、２４…モータ
１５、２５…車輪
３０…インバータ
４０…計器用変圧器
５０…制御装置
６１、６２…モータドライブ装置
７０…レール
１００…金属材
１１０、２１０…開口部
１１１、１１２、２１１、２１２…Ｃ型インダクタ
１２０…第１の電流監視装置
１２０Ａ…第１の入側電流監視装置
１２０Ｂ…第１の出側電流監視装置
１４０…電圧監視装置
２２０…第２の電流監視装置
２２０Ａ…第２の入側電流監視装置
２２０Ｂ…第２の出側電流監視装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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