(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する被加熱物を加熱する加熱コイルと、加熱コイルに電力を供給する可変電源と、必要電力を発生させるための主制御量を演算する主制御量演算部と、温度フィードバックの制御用の補正制御量を演算する補正制御量演算部及びその主制御量と補正制御量を加算して可変電源を制御する加算器を有する演算制御部とを備えた誘導加熱装置において、
被加熱物の外径Ｄｗ、目標温度θｓ、コイル効率ηｃ、放射率εを初期設定する条件設定データと、加熱コイル内温度θｃを検出する温度検出器を設け、
主制御量演算部がこれら条件設定データ及び加熱コイル内温度から加熱コイル内温度の低い初期段階の主制御量が定常状態時の主制御量より大きくなるように主制御量Ｅｏの演算を、下記(７)式を用いて行い、加熱初期段階において目標温度未達部分が発生しないようにしたことを特徴とした誘導加熱装置。
【数７】
0003656286.tif 000008
但し、Ｋｄ，Ｋｅは定数。
【請求項２】
移動する被加熱物を加熱する加熱コイルと、加熱コイルに電力を供給する可変電源と、必要電力を発生させるための主制御量を演算する主制御量演算部と温度フィードバックの制御用の補正制御量を演算する補正制御量演算部及びその主制御量と補正制御量を加算して可変電源を制御する加算器を有する演算制御部とを備えた誘導加熱装置において、
被加熱物の外径Ｄｗ、目標温度θｓ、コイル効率ηｃ、初期輻射損失Ｐｓ、定常輻射損失Ｐａ、過渡時間Ｔを初期設定する条件設定データと、加熱ＯＮ／ＯＦＦスイッチと、加熱ＯＮ／ＯＦＦスイッチのＯＮ及びＯＦＦからの経過時間を出力する加熱ＯＮ／ＯＦＦタイマを設け、
主制御量演算部がこれら条件設定データ及び加熱ＯＮ／ＯＦＦタイマの時間Ｔｈから初期段階の主制御量が定常状態時の主制御量より大きくなる主制御量Ｅｏの演算を、下記（８）式を用いて行い、加熱初期段階において目標温度未達部分が発生しないようにしたことを特徴とした誘導加熱装置。
【数８】
0003656286.tif 000009
但し、Ｋｄは定数。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱初期段階における目標温度末達部分の発生がなくなるように入熱制御する誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱装置で被加熱物を加熱する際は、良好な品質を得るために、加熱温度が目標温度に一致するように入熱制御をしている。図６のようなパターンの加熱の場合経験的に知られた定常状態での必要電力Ｐを加熱コイルに供給して加熱している。
【０００３】
図５は従来誘導加熱装置の入熱制御部を示すもので、１は被加熱物３を加熱する加熱コイル、２は加熱コイルに必要電力を供給するインバータ（可変電源）、５０はインバータ２を制御する演算制御部で、条件設定器７で設定した被加熱物３の外径ＤW，肉厚ＴW，目標温度θS，コイル効率ηｃ、速度検出器６からのライン速度Ｓｐを取り入れ、（１）式により主演算量Ｅｏを求める主制御量演算部と、温度計４からの被加熱物温度θｒを取り入れ、ライン速度が定格速度に達すると（２）式により補正制御量△Ｅを求める補正制御量演算部５７と、主演算量Ｅｏと補正制御量△Ｅを加算してインバータ２へ制御量Ｅを出力する加算器５４から構成されている。
【０００４】
【数１】
0003656286.tif 000002
【０００５】
ただし、Ｋｓｐ：被加熱物により決まる定数
【０００６】
【数２】
△Ｅ＝Ｋθ×（θｓ−θａ）／θｓ×Ｅｏ＋△Ｅ′  ……（２）
ただし、Ｋθ ：０を越える正の値（定数）
△Ｅ′＝前回の△Ｅの値
θａ：移動平均温度
ライン速度がスタート時から定格速度になるまで、切換器５２をＯＦＦにして補正制御量演算部５７からの補正量△Ｅ＝０として温度フィードバック制御を停止させ、主制御量Ｅｏでインバータを制御して、主制御量Ｅｏに比例した電力Ｐを加熱コイル１へ出力させる。
【０００７】
ライン速度が定格に達すると、切換器５２をＯＮにして補正制御量演算部５７で補正量△Ｅを演算し、加算器５４で主制御量Ｅｏに加算した制御量Ｅ＝Ｅｏ＋△Ｅでインバータ２を制御する。インバータ２は制御量Ｅに比例した電力Ｐを加熱コイル１へ送る。これにより移動平均温度θａが目標温度θｓに等しくなるように温度フィードバック制御される。（特願平６−２３０９４２号）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高温状態の被加熱物の輻射損失を補う加熱等被加熱物の輻射熱による加熱コイル内の温度上昇の影響が大きい場合加熱開始直後と加熱定常状態時では必要電力Ｐが異なる。このため加熱開始直後から加熱定常状態時の必要電力を供給した場合には、加熱初期段階において目標温度未達部分が発生する。
【０００９】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加熱初期段階において目標温度未達部分が少なくなるように入熱制御する誘導加熱装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、移動する被加熱物を加熱する加熱コイルと、加熱コイルに電力を供給する可変電源と、必要電力を発生させるための主制御量を演算する主制御量演算部と、温度フィードバックの制御用の補正制御量を演算する補正制御量演算部及びその主制御量と補正制御量を加算して可変電源を制御する加算器を有する演算制御部とを備えた誘導加熱装置において、
（１）被加熱物の外径Ｄｗ、目標温度θｓ、コイル効率ηｃ、放射率εを初期設定する条件設定データと、加熱コイル内温度θｃを検出する温度検出器を設け、
主制御量演算部がこれら条件設定データ及び加熱コイル内温度から加熱コイル内温度の低い初期段階の主制御量が定常状態時の主制御量より大きくなるように主制御量Ｅｏの演算を、下記(９)式を用いて行うようにした。
【数９】
0003656286.tif 000003
但し、Ｋｄ，Ｋｅは定数。
【００１１】
（２）または、被加熱物の外径Ｄｗ、目標温度θｓ、コイル効率ηｃ、初期輻射損失Ｐｓ、定常輻射損失Ｐａ、過渡時間Ｔを初期設定する条件設定データと、加熱ＯＮ／ＯＦＦスイッチと、加熱ＯＮ／ＯＦＦスイッチのＯＮ及びＯＦＦからの経過時間を出力する加熱ＯＮ／ＯＦＦタイマを設け、
主制御量演算部がこれら条件設定データ及び加熱ＯＮ／ＯＦＦタイマの時間Ｔｈから初期段階の主制御量が定常状態時の主制御量より大きくなる主制御量Ｅｏの演算を、下記（１０）式を用いて行うようにした。
【数１０】
0003656286.tif 000004
但し、Ｋｄは定数。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
実施の形態１
図１について、１は加熱コイル、２は加熱コイルに出力するインバータ（可変電源）、３は加熱コイルにより加熱される被加熱物、４は被加熱物の温度θｒを検出する温度計、４１は加熱コイル１内の温度θｃを検出する熱電対、７１は被加熱物の外径Ｄｗ，目標温度θｓ，コイル効率ηｃ，放射率εを初期設定する入力リンクデータ対条件設定器、５０は演算制御部で、データ条件設定データを転送するデータ転送部９と、主制御量演算部６０１と、補正制御量演算部５７と、演算された主制御量Ｅｏと補助制御量△Ｅとを加算してインバータ２を制御する加算器５４で構成されている。
【００１４】
主制御量演算部６０１は、データ転送部９から転送される条件設定データＤｗ，θｓ，ηｃ，ε及び熱電対４１からの温度θｃから主制御量Ｅｏを（３）式にて求めるように構成されている。
【００１５】
【数３】
0003656286.tif 000005
【００１６】
Ｋｄ，Ｋｅ：定数
Ｋｄ×Ｄｗ：表面積
Ｋｅ×ε×｛（θｓ＋２７３）4−（θｃ＋２７３）4｝：Ｗ／ｃｍ2
Ｗ／ｃｍ2：輻射損失を補うｃｍ2当たりの必要電力
補正制御量演算部５７は従来図５のそれと同様にライン速度が定格速度に達すると被加熱物の温度を検出する温度計の温度θｒを用いて補正制御量△Ｅを演算する構成となっている。
【００１７】
次にこの装置の動作について説明する。主制御量演算部６０１は（３）式を演算して主制御量Ｅｏを出力する。
【００１８】
【数４】
Ｐ＝Ｋｄ×Ｄｗ×Ｋｅ×ε×｛(θｓ＋２７３)4−(θｃ＋２７３)4｝…（４）
必要電力Ｐは、（４）式から明らかなように、コイル内温度θｃによって変化し、θｃの値が小さい初めのうちはＰは大きく、θｃの値が小さくなるとＰは小さくな。従って（３）式による主制御量Ｅｏでインバータ２を制御すれば、コイル内温度θｃが定常状態になるまでの必要電力Ｐが大きくなる。
【００１９】
補正制御量演算部５７は従来図５の場合と同様にライン速度が定格速度に達すると（２）式の演算をして補正制御量を出力する。しかしてインバータ２はライン速度が定格に達するまでは主制御量Ｅｏのみで制御され、定格速度になると、制御量Ｅ（＝Ｅｏ＋△Ｅ）による温度フィードバック制御となる。
【００２０】
この実施の態様によれば、コイル内温度θｃが通常状態になるまでの必要電力を大きくすることができるので、加熱初期段階における目標温度未達部分の発生を抑制することができる。
【００２１】
実施の形態２
図２について、１は加熱コイル、２は加熱コイルに出力するインバータ、３は被加熱物、４は被加熱物の温度を検出する温度計、７２は被加熱物の外径Ｄｗ，目標温度θｓ、コイル効率ηｃ，初期輻射損失Ｐｓ，定常輻射損失Ｐａ，過度時間Ｔを初期設定する入力リンクデータ条件設定器、Ｓ１は加熱ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、５０は演算制御部で、データ条件データを転送するデータ転送部９と、加熱ＯＮ信号により時間減算を開始し加熱ＯＦＦ信号により時間乗算を開始する加熱ＯＮ／ＯＦＦタイマ８０と、主制御量演算部６０２と、補正制御量演算部５７と、演算された主制御量Ｅｏと補正制御量△Ｅとを加算してインバータ２を制御する加算器５４で構成されている。
【００２２】
主制御量演算部６０２はデータ転送部９を介して入力する条件設定データＤｗ，θｓ，ηｃ，Ｐｓ，Ｐａ，Ｔとタイマ８０からの時間Ｔｈから主制御量Ｅｏを（５）式で求めるように構成されている。
【００２３】
【数５】
0003656286.tif 000006
【００２４】
ただし、Ｐｓ：初期輻射損失
Ｐａ：定常輻射損失
Ｔ：過渡時間
Ｔｈ：加熱ＯＮ／ＯＦＦタイマからの時間
補正制御量演算部５７は従来図５のそれと同様に構成されている。
【００２５】
次に、この装置の動作について説明する。主制御量演算部６０２は、条件設定データと加熱ＯＮ／ＯＦＦスイッチＳ１のＯＮ又はＯＦＦにより出力する加熱ＯＮ／ＯＦＦタイマ８０からの時間Ｔｈから（５）式で主制御量Ｅｏを求める。この場合初期段階の輻射損失を補うｃｍ2当たりの必要電力Ｗ／ｃｍ2を図３に示すように近似し、スイッチＳ１からの加熱ＯＮ／ＯＦＦ信号により動作する加熱ＯＮ／ＯＦＦタイマ８０により必要電力Ｐを（６）式で決定し、必要電力Ｐ，コイル効率ηｃから主制御量Ｅｏを求める。
【００２６】
【数６】
0003656286.tif 000007
【００２７】
しかして、加熱ＯＮ／ＯＦＦスイッチＳ１のＯＮ，ＯＦＦにより輻射損失を補うｃｍ2当たりの必要電力Ｐを図３又は図４に示すように変化させることができ、被加熱物温度が目標の定常状態になるまでの必要電力を大きくすることができる。
【００２８】
補正制御量演算部５７は従来図５の場合と同様にライン速度が定速に達すると補正制御量△Ｅを演算するので、インバータはライン速度が定格に達するまでは主制御量Ｅｏで制御され、定格速度では制御量Ｅ（＝Ｅｏ＋△Ｅ）による温度フィードバック制御となる。
【００２９】
この実施の態様によれば、図３又は図４に示すように加熱初期の必要電力を大きくして、目標温度未達部分の発生を制御することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、加熱開始直後から適正な制御量を演算して必要電力を制御しているので、加熱開始直後に生ずる目標温度未達部が減少する。このため製品歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様を示すブロック構成図。
【図２】本発明の実施の態様２に示すブロック構成図。
【図３】輻射損失を補う必要電力を示す線図。
【図４】加熱スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせた場合の輻射損失を補う必要電力を示す線図。
【図５】従来例を示すブロック構成図。
【図６】従来必要電力パターンを示す線図。
【符号の説明】
１…加熱コイル
２…インバータ
３…被加熱物
４…温度計
６…速度検出器
７…条件設定器
４１…熱電対
５０…演算制御部
５１…温度変換器
５２…切換器
５４…加算器
５５…移動平均温度演算部
５６…判定部
５７…補正制御量演算部
５８…警報部
５９…速度変換器
６０，６０１，６０２…主制御量演算部
Ｅ…制御量
△Ｅ…補正制御量
Ｅｏ…主制御量
θｒ…検出温度
θａ…移動平均温度
θｃ…コイル内温度
θｓ…目標温度
Ｓｐ…ライン速度
【図１】
0003656286.tif 000010
【図２】
0003656286.tif 000011
【図３】
0003656286.tif 000012
【図４】
0003656286.tif 000013
【図５】
0003656286.tif 000014
【図６】
0003656286.tif 000015