(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱コイルに対して並列に接続された低周波用電流変成器と高周波用電流変成器とを備え、前記低周波用電流変成器は一次巻線、二次巻線及び該一次巻線と二次巻線とを結合するコアを有し、前記高周波用電流変成器は一次巻線及び二次巻線を有し、
前記低周波用電流変成器が前記高周波用電流変成器の下に配置された誘導加熱機であって、
インピーダンスが異なる複数の前記加熱コイルから選択して装着可能であり、
前記一次巻線及び前記二次巻線の巻き数が異なる複数の前記低周波用電流変成器から前記加熱コイルに対応したインピーダンス整合条件を満たすものを選択して装着可能である、誘導加熱機。
【請求項２】
前記低周波用電流変成器及び前記高周波用電流変成器を支持する架台を備え、
該架台には前記低周波用電流変成器を交換するための交換機構が設けられ、
該交換機構は、前記架台の前後方向に延設された前後方向支持部と、前記低周波用電流変成器が載置されて前記前後方向支持部上を移動する台車と、を備え、
前記台車を前進させることで前記低周波用電流変成器を前記加熱コイルとの接続位置に配置可能であると共に、後退させることで前記低周波用電流変成器を前記高周波用電流変成器と上下に重ならない交換位置に配置可能である、請求項１に記載の誘導加熱機。
【請求項３】
前記交換機構は、
前記前後方向支持部上に前後に変位可能に支持されて前記台車の走行面を有するベースプレートと、
該ベースプレートと前記架台とを連結して該架台に対し該ベースプレートを前方に変位させる前方変位手段と、
前記前後方向支持部の前端側に前記ベースプレートの前端側が乗り上げ可能に配設されて前方が高くなる勾配をもった傾斜部材と、
前記ベースプレートの後端側に配設されて前記架台に対し該ベースプレートの後端側を上下に変位させる上下変位手段と、を備え、
前記前方変位手段は前記ベースプレートを前方に変位させて該ベースプレートの前端側を前記傾斜部材に乗り上げさせる、請求項２に記載の誘導加熱機。
【請求項４】
前記前方変位手段及び前記上下変位手段は、前記ベースプレートの後端側に設けられている、請求項３に記載の誘導加熱機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低周波用電流変成器と高周波用電流変成器とを備えた誘導加熱機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークの形状や加熱処理される部位に応じて、或いは、加熱コイルのワークに対する配置やワークの支持態様などに対応して、ワークを誘導加熱するために、種類の異なった誘導加熱機が複数配置される。例えば、誘導加熱する際、加熱コイルから発生する磁束の被処理表面から内部への浸透深度が周波数により異なるため、熱処理層の厚さに応じて周波数が選択される。熱処理層を厚くするためには低い周波数が用いられ、熱処理層を浅くするためには高い周波数が用いられる。そのため、異なった周波数によりワークを誘導加熱するため、出力周波数の異なる電源が配置され、各誘導加熱装置に切替器を介在して各電源に接続してシステム構成されたものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
さらに、近年では、一つの周波数で誘導加熱をしないで、複数の周波数を用いて誘導加熱するようにしている。例えば、低周波と高周波とを同時に重畳して熱処理することがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２４９２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、誘導加熱機一台に対して複数の周波数の電力を出力する給電システムを配置すると、設備が大掛かりとなり、誘導加熱システムそのものが高価となる。また、特許文献１に開示されているシステムでは、誘導加熱機間で形状や大きさの異なる加熱コイルを取り付け、各加熱コイルに対する給電のタイムチャートを自由に設定することができない。そのため、複数の周波数を出力する電源システムにより複数台の誘導加熱機に給電することが考えられる。ところが、熱処理層の厚みをワーク毎に異ならせたり、誘導加熱機毎に焼入れや焼戻しなど異なる熱処理を施したりすると、給電システムに対してワークを含めた負荷インピーダンスが異なるため、大掛かりな整合回路を配備する必要があり、誘導加熱システム全体としては大掛かりな設備となる。
【０００６】
そこで、本発明においては、誘導加熱システムを構成する複数の各誘導加熱機において、配置スペースが小さくて済み、自由度のある誘導加熱を行える誘導加熱機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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明における誘導加熱機は、加熱コイルに対して並列に接続された低周波用電流変成器と高周波用電流変成器とを備え、低周波用電流変成器は一次コイル、二次コイル及び一次コイルと二次コイルとを結合するコアを有し、高周波用電流変成器は一次コイル及び二次コイルを有し、低周波用電流変成器が高周波用電流変成器の下に配置されており、
この誘導加熱機は、インピーダンスが異なる複数の加熱コイルから選択して装着可能であり、一次コイル及び二次コイルの巻き数が異なる複数の低周波用電流変成器から加熱コイルに対応したインピーダンス整合条件を満たすものを選択して装着可能である。
【０００８】
本発明の誘導加熱機では、低周波用電流変成器及び高周波用電流変成器を支持する架台を備え、架台には低周波用電流変成器を交換するための交換機構が設けられ、交換機構は、架台の前後方向に延設された前後方向支持部と、低周波用電流変成器が載置されて前後方向支持部上を移動する台車と、を備え、台車を前進させることで低周波用電流変成器を加熱コイルとの接続位置に配置可能であると共に、後退させることで低周波用電流変成器を高周波用電流変成器と上下に重ならない交換位置に配置可能であるのが好ましい。
【０００９】
交換機構は、前後方向支持部上に前後に変位可能に支持されて台車の走行面を有するベースプレートと、ベースプレートと架台とを連結して架台に対しベースプレートを前方に変位させる前方変位手段と、前後方向支持部の前端側にベースプレートの前端側が乗り上げ可能に配設されて前方が高くなる勾配をもった傾斜部材と、ベースプレートの後端側に配設されて架台に対しベースプレートの後端側を上下に変位させる上下変位手段と、を備え、前方変位手段はベースプレートを前方に変位させてベースプレートの前端側を傾斜部材に乗り上げさせるのがよい。
前方変位手段及び上下変位手段は、好ましくはベースプレートの後端側に設けられている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低周波用電流変成器と高周波用電流変成器とを上下に重ねて配置するため、配置スペースを小さくしてコンパクト化を図れる。しかも低周波用電流変成器がコアを有しており、高周波用電流変成器に比べて重量が大きいため、低周波用電流変成器を高周波用電流変成器の下に配置することで、装置の重心を低くでき、装置全体を安定して設置できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る誘導加熱機を備えた誘導加熱システムの構成図である。
【図２】図１における第１の電源から出力される波形を模式的に示す図である。
【図３】図１に示す誘導加熱システムにおいて電源系と加熱コイルとの間の回路図である。
【図４】図１に示す誘導加熱システムにおいて電源系と加熱コイルとの間の別の回路図である。
【図５】図３に示す第１の電源から出力制御する信号波形を模式的に示す図である。
【図６】図１に示す誘導加熱機の配置構成を示す概略側面図である。
【図７】図６に示す誘導加熱機の下部支持部を示す概略側面図である。
【図８】（ａ）は図６に示す誘導加熱機におけるベースプレート及び台車の後端付近を示す部分平面図、（ｂ）は台車の部分側面図である。
【図９】図６に示す誘導加熱機におけるベースプレート及び台車の後端付近を示す部分背面図である。
【図１０】図６に示す誘導加熱機におけるベースプレート及び台車の前端付近を示す部分側面図であり、（ａ）は架台に低周波用電流変成器が設置されている状況を、（ｂ）は（ａ）の状態から低周波用電流変成器を台車に載せ換える途中を、（ｃ）は台車プレートに低周波用電流変成器を載せて搬出される状況を示す図である。
【図１１】高周波用給電路、低周波用給電路をダクトのフレームに配設した状態を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図１２】図１の誘導加熱システムにおける各切替器の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１３】図１の誘導加熱システムによって各誘導加熱機がワークを誘導加熱するシーケンスを示す図であって、第１の誘導加熱機が第１の電源から時分割方式で給電を受けて熱処理する場合を示している。
【図１４】図１の誘導加熱システムによって各誘導加熱機がワークを誘導加熱するシーケンスを示す図であって、第１の誘導加熱機が第１の電源及び第２の電源から重畳方式で給電を受けて熱処理する場合を示している。
【図１５】一つの電源系を用いて何台の誘導加熱機へ供給することが可能となるかを示すタイムチャートであり、（ａ）は２台の誘導加熱機を用いた場合、（ｂ）は３台の誘導加熱機を用いた場合、（ｃ）は５台の誘導加熱機を用いた場合を示してある。
【図１６】各誘導加熱機から切替制御部を含むシステム制御部への加熱条件を設定する際に使用する条件設定画面の例を示しており、（ａ）はステップの条件設定の例、（ｂ）は時分割方式その１の設定テーブル、（ｃ）は時分割方式その２の設定テーブル、（ｄ）は重畳方式その１のテーブルを示す図である。
【図１７】出力監視画面の例を示す図である。
【図１８】第１の出力監視方法を説明するための図である。
【図１９】第２の出力監視方法を説明するための図であり、（ａ）は直流電圧、電流の時間変化を示し、（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれＤＴ信号、低周波の積算電力量、高周波の積算電力量、加熱信号の時間変化を示す図である。
【図２０】出力監視装置のブロック構成図である。
【図２１】重畳方式により電力が供給される場合を示すもので、第１の周波数の出力の有無と第２の周波数の出力の有無を時系列に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る誘導加熱機を複数備えた誘導加熱システムについて詳細に説明する。
【００１３】
〔誘導加熱システムの全体構成〕
図１は、本発明の実施形態に係る誘導加熱機を複数備えた誘導加熱システムの構成図である。本発明の実施形態に係る誘導加熱システム１は、図１に示すように、複数の誘導加熱機１０と、第１の電源２１及び第２の電源２６とからなる電源系２０と、電源系２０と各誘導加熱機１０との間に介在して接続を切り替える切替手段３０と、を備える。切替手段３０は、第１の電源２１に接続される第１の電源用出力切替器３１と、第２の電源２６に接続される第２の電源用出力切替器３２と、各誘導加熱機１０の入力側に接続される高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４とから構成される。図１では、複数の誘導加熱機１０は三台を示しているが、二台でも、四台以上であっても、或いは一台であってもよい。以下、三台の場合を例にとって各部の構成について説明する。
【００１４】
〔誘導加熱機〕
誘導加熱機１０として、図１では第１、第２、第３の誘導加熱機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを備えており、誘導加熱機１０は、何れも、高周波用電流変成器１１と低周波用電流変成器１２と加熱コイル１３と加熱機制御部１４とを備える。
【００１５】
高周波用電流変成器１１及び低周波用電流変成器１２は何れも一次巻線と二次巻線とを備えている。誘導加熱機１０毎に高周波用であるか低周波用であるかにより巻数比が異なっている。高周波用電流変成器１１，低周波用電流変成器１２は何れも鉄心等のコアを有してもよい。高周波用電流変成器１１はコアがなくて空芯であってもよい。高周波用電流変成器１１がコアを備えるか否かは誘導加熱機１０毎に異なってもよい。すなわち、誘導加熱システム１の誘導加熱機１０のうち少なくとも一機は、高周波用電流変成器１１はコアがなく空芯であり、低周波用電流変成器１２はコアを有する。
【００１６】
高周波用電流変成器１１及び低周波用電流変成器１２の各二次巻線は加熱コイル１３に並列接続されている。ここで、加熱コイル１３の形状や寸法は、誘導加熱機１０毎に誘導加熱されるワークによって選定される。よって、加熱コイル１３のインダクタンスは、加熱コイル１３毎に異なる。
【００１７】
〔電源系〕
電源系２０は、第１の電源２１と第２の電源２６とからなる。
第１の電源２１は、出力周期に対する高周波と低周波の出力時間の比を変えて、異なる周波数の各電力を出力する。第１の電源２１は、例えば２００ｋＨｚという高周波と例えば１０ｋＨｚの低周波を短時間で交互に出力する。第１の電源２１は、或る時間（「出力周期」と呼ぶ。）Ｔの間において高周波と低周波との出力割合を０以上１００％以下の間で調整する。図２は、第１の電源２１から出力される波形を模式的に示す図である。横軸は時間であり、縦軸は、低周波占有率ＤＴ、出力強度である。図２に示すように、例えば１００ｍ秒という出力周期Ｔにおいて、時間ｔLでは低周波を出力し、時間ｔHでは高周波を出力する。低周波占有率とは、出力周期において第１の電源２１から出力される電圧、電流であって、低周波のみが出力される場合を低周波占有率１００％とし、高周波のみが出力される場合を低周波占有率０％としている。出力周期ＴはｔLとｔHとの和であり、出力周期Ｔに対して低周波のみが出力される時間ｔLの割合ｔL／Ｔを出力比と呼び、ｔL／Ｔを０から１の範囲で任意に設定することができる。この出力比は低周波のデューティ比である。なお、高周波のデューティ比は１から低周波のデューティ比を引いた値で定義される。よって、出力割合を０％に設定して第１の電源２１は高周波のみ出力するようにしてもよいし、出力割合を１００％に設定して第１の電源２１は低周波のみ出力するようにしてもよい。
【００１８】
第２の電源２６は、第１の電源２１の出力周波数とは異なる周波数の電力を出力する。例えば、３ｋＨｚ、８．５ｋＨｚという低周波の電力を出力する。これにより、第２の電源２６のみから誘導加熱機１０に給電してもよいし、第１の電源２１から高周波を出力し第２の電源から低周波のみ出力することによって、誘導加熱機１０における加熱コイルに高周波と低周波との合成した波で給電してもよい。
【００１９】
本発明の実施形態にあっては、第１の電源２１と第２の電源２６とが異なる周波数で誘導加熱機１０に給電するため、ワーク表面から異なる深さでかつ異なる温度に加熱することができる。さらに詳しい説明については後述する。
【００２０】
〔切替手段〕
切替手段３０は、第１の電源２１及び第２の電源２６の電源系２０と各誘導加熱機１０との間の接続を切り替えるものであって複数の切替器からなる。切替手段３０は、第１の電源２１の低周波用出力端子に接続される第１の電源用出力切替器３１と、第２の電源２６の出力端子に接続される第２の電源用出力切替器３２と、各誘導加熱機１０における高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４とを備え、切替制御部３５がこれらの各切替器３１〜３４のＯＮ、ＯＦＦ制御を統括的に行う。
【００２１】
各誘導加熱機１０において、高周波用入力切替器３３が高周波用電流変成器１１の一次巻線に接続され、低周波用入力切替器３４が低周波用電流変成器１２の一次巻線に接続される。切替制御部３５は、第１の電源側出力切替器３１と、第２の電源側出力切替器３２と、各誘導加熱機１０における高周波側入力切替器３３及び低周波側入力切替器３４とを制御する。
【００２２】
〔切替手段による電源系から各誘導加熱機への給電の方式〕
従来から知られているように、表皮効果により、低い周波数ではワークの表面から深い領域まで渦電流が流れ、高い周波数ではワークの表面近傍、即ち浅い領域にしか渦電流が流れない。このような効果に基いて焼入れ、焼戻しなどの各種の誘導加熱処理において、周波数の違いにより硬化層の深さを制御することができる。本明細書においては、この効果のことを周波数効果と呼ぶことにする。実際に誘導加熱処理を行う際には、電源として、最適な硬化層の厚みが得られるように適切な周波数を出力するものを選択している。
【００２３】
図１に示す誘導加熱システムにおいては、第１の電源２１と第２の電源２６の二種類の電源を組み合わせた電源系２０を備えることによって、第１の電源２１のみを用いて時分割方式で給電することも、第１の電源２１から出力された高周波と第２の電源２６から出力された低周波とを重ね合わせて加熱コイル１３に供給する、所謂重畳方式で給電することもできる。時分割方式を用いた場合にあっては、第１の電源２１から出力される高周波数ｆHと低周波数ｆLとの出力比を制御している。そのため、高周波数ｆH、低周波数ｆLとの間の周波数ｆ（ｆL＜ｆ＜ｆH）による誘導加熱の効果（以下、この効果を「周波数効果」と呼ぶことにする。）が得られる。重畳方式を用いた場合にあっては、第１の電源２１から出力される高周波と第２の電源２６から出力される低周波の周波数の電力比を制御している。そのため、高周波と低周波との間の周波数による誘導加熱効果が得られる。つまり、時分割方式であっても重畳方式であっても単一の電源系２０が多周波電源機能を有することになる。
【００２４】
切替手段３０の中で複数の誘導加熱機１０のうち任意の誘導加熱機１０における高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４をＯＮにすることにより、電源系２０から特定の誘導加熱機１０に給電することができる。よって、単一の電源系２０により、それぞれ各誘導加熱機１０に対して、加熱条件に応じた給電を行うことができる。
【００２５】
本発明の実施形態においては、このように複数の周波数を出力する電源系２０を完備しているため、電源系２０から誘導加熱機１０に高周波と低周波を同時に出力することも又は交互に出力することもできる。よって、電源系２０から誘導加熱機１０に対して供給される電力のうち低周波成分と高周波成分と任意の割合に選択することができ、誘導加熱による周波数効果が得られる。
【００２６】
しかも、図１に示すように、複数の誘導加熱機１０のうち任意の一台又は複数台が、切替制御部３５による接続切替により単一の電源系２０に接続され、切替制御部３５を経由して、例えば周波数選択、出力比の調整、高周波及び低周波の各強度など各種パラメータが設定される。よって、それぞれの誘導加熱機１０において最適な周波数効果を有するよう誘導加熱を行うことができる。単一の電源系２０としていることにより、電源系２０の利用率を向上し、省スペース化、最適周波数による効率的な誘導加熱で省エネルギー効果を有する。
【００２７】
ここで、各誘導加熱機１０には加熱機制御部１４が備えられており、加熱機制御部１４は切替制御部３５に接続されている。切替制御部３５は、第１の電源２１の電源制御部２１ｘ、第２の電源２６の電源制御部２６ｘ、第１の電源用出力切替器３１、第２の電源出力切替器３２並びに各誘導加熱機１０に接続されている高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４に接続されている。よって、第１の電源２１及び第２の電源２６並びに各誘導加熱機１０の加熱機制御部１４の信号は、全て切替制御部３５に入力される。第１の電源２１、第２の電源２６、各誘導加熱機１０の加熱機制御部１４、各誘導加熱機１０に接続されている高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４への指令信号は、全て切替制御部３５により出力される。これらのことから、切替制御部３５はシステム制御部と呼んでもよい。
【００２８】
〔図１に示す誘導加熱システムにおける電気回路構成〕
次に、図１に示す誘導加熱システム１において、切替制御部３５が第１の電源用出力切替器３１をＯＮにし、第２の電源用出力切替器３２をＯＦＦにし、第１の誘導加熱機１０Ａにおける高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４をＯＮにし、それ以外の誘導加熱機１０Ｂ，１０Ｃにおける高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４をＯＦＦにした場合を例にとり、電源系２０と加熱コイル１３との間の回路構成についてさらに詳細に説明する。なお、第１の誘導加熱機１０Ａ以外の或る特定の誘導加熱機１０Ｂ，１０Ｃにおける高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４をＯＮにした場合であっても、その回路構成は同様である。ただし、誘導加熱機１０毎に、電源系２０と誘導加熱機１０との間の給電路の距離が異なるので、給電路のインダクタンス等が異なるところ、この事項については説明を簡略化するために給電路の回路定数の違いは触れないことにする。
【００２９】
図３は図１に示す誘導加熱システムにおいて電源系２０と加熱コイル１３との間の回路図である。ただし、第１の電源用出力切替器３１並びに任意の或る誘導加熱機における高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４がＯＮ状態であることを示している。電源系２０としての第１の電源２１は、高周波用出力端子と低周波用出力端子を備えている。高周波用出力端子には高周波用電流変成器１１の一次側が接続されている。低周波用出力端子には低周波用電流変成器１２が接続されている。加熱コイル１３は、高周波用電流変成器１１及び低周波用電流変成器１２の各二次側に並列に接続されている。
【００３０】
第１の電源２１は、商用電源２から供給される商用電力を直流に変換する変換部２１ａと変換部２１ａから出力された直流を所定の周波数に変換する逆変換部２１ｂを有する。変換部２１ａ及び逆変換部２１ｂは何れも電源制御部２１ｘとしてのインバータ制御部２１ｃにより制御され、特に、逆変換部２１ｂはインバータ制御部２１ｃからの制御信号によって直流を指定の周波数に変換する。逆変換部２１ｂに対してハイパスフィルタ２１ｄとローパスフィルタ２１ｅとが並列接続されており、高周波用出力端子がハイパスフィルタ２１ｄの出力側に設けられ、低周波用出力端子がローパスフィルタ２１ｅの出力側に設けられている。
【００３１】
高周波用電流変成器１１では、一次巻線１１ａと二次巻線１１ｂとによりトランスが構成されている。図示の場合では、二次巻線１１ｂは二本のコイル１１ｄ，１１ｅが直列接続されている。コイル１１ｄとコイル１１ｅとの間にはコンデンサ１１ｃが介在している。コンデンサ１１ｃは高周波数に対してはインピーダンスが小さく、低周波数に対してはインピーダンスが大きくなるようにコンデンサ１１ｃの容量を設定することにより、高周波と低周波をそれぞれよいバランスで各電力をコイル１３に投入することができる。
【００３２】
低周波用電流変成器１２では、一次巻線１２ａと二次巻線１２ｂとによってトランスが構成されている。図示では、一次巻線１２ａには巻数を調整可能に複数のタップ１２ｃが取り付けられている。鉄心等のコア１２ｄにより一次巻線１２ａと二次巻線１２ｂとの相互誘導しやすくなるよう、鉄心等のコア１２ｄが設けられている。さらに、二次巻線１２ｂの各両端にはブスバーがそれぞれ接続されており、各ブスバーが加熱コイル１３に接続されている。図３ではブスバーが有するインダクタンス１２ｅ,１２ｆとして示している。インダクタンス１２ｅ，１２ｆは一種のフィルタを構成しており、高周波用電流変成器１１から低周波用電流変成器１２に高周波が入力しないようになっている。
【００３３】
上述したように、高周波用電流変成器１１及び低周波用電流変成器１２は、単に一次巻線と二次巻線とによるトランスを有するのみならず、加熱コイル１３と電源系２０との間でのインピーダンス整合をとるための整合回路を備えている。また、高周波用電流変成器１１及び低周波用電流変成器１２は、加熱コイル１３に並列接続されるため、高周波用電流変成器１１の二次側から低周波が流入しても二次巻線１１ｂに入力されないように、また、低周波用電流変成器１２の二次側から高周波が流入しても二次巻線１２ｂに入力されないよう、それぞれフィルタ回路を備えている。よって、各電流変成器は、トランスと整合回路とフィルタ回路とを含む調整回路と呼んでもよい。
【００３４】
図４は、図１に示す誘導加熱システムにおいて電源系２０と加熱コイル１３との間の別の回路図である。ただし、第２の電源用出力切替器３２並びに任意の或る誘導加熱機における高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４がＯＮ状態である場合を示している。
【００３５】
図４に示す回路は、第２の電源２６が第２の電源用出力切替器３２を介して低周波用電流変成器１２に接続されている点において、図３に示す回路と異なっている。第２の電源２６は、例えば、図４に示すように、第１の電源２１と同様の回路構成を備えているが、電源制御部２６ｘとしてのインバータ制御部２６ｃによる変換部２６ａ，逆変換部２６ｂの制御のうち、逆変換部２６ｂの制御が常に特定の周波数の電力を出力するように構成されている点で異なっている。
【００３６】
〔高周波用電流変成器と低周波用電流変成器との配置〕
図１に示すシステム構成において、各誘導加熱機１０は高周波用電流変成器１１と低周波用電流変成器１２とを備えている。前述したように、高周波用電流変成器１１はコアを有しないのに対し、低周波用電流変成器１２はコアを有する。高周波用電流変成器１１がコアを備えない理由は、高周波は低周波よりも変成器の一次側に加わる電圧が高いことにより、その高い電圧に耐えうるコア入りのトランスを容易に作製することが難しいからである。
【００３７】
通常、コアは鉄心等で構成されるため、低周波用電流変成器１２が高周波用電流変成器１１と比べて重い。そのため、高周波用電流変成器１１と低周波用電流変成器１２とを上下に配置する場合には、コアを有する低周波用電流変成器１２を下側に配置し、その上に高周波用電流変成器１１を配置する（図６参照）。これにより、高周波用電流変成器１１と低周波用電流変成器１２とを横に並べて配置する場合と比べ、誘導加熱機１０の平面視での寸法を小さくすることができる。特に、図１に示すように、複数の誘導加熱機１０を単一の電源系２０により給電する場合、出来るだけ、電源系２０と誘導加熱機１０との距離が短いことが好ましい。このようにすれば、電源系２０と誘導加熱機１０との接続配線、例えばブスバーが短いことにより、接続配線によるインダクタンス成分の影響を考慮する必要が少ない。また、電源系２０から誘導加熱機１０までで電圧降下を抑えられる。
【００３８】
〔低周波用電流変成器の交換必要性その１〕
本発明の実施形態に係る誘導加熱システム１においては、ワークの加熱領域の形状、寸法に応じた加熱コイル１３を設計して当該加熱コイル１３を誘導加熱機１０に設置し、ワークの加熱条件に応じて周波数を組み合わせるか否か、周波数の大きさ等を選定する。しかも、種類の異なるワークを誘導加熱するために、各誘導加熱機１０にワーク毎に加熱条件に応じて設計した加熱コイル１３を取り付け、単一の電源系２０により誘導加熱機１０毎に設定される加熱条件に応じて電源系２０から電力を供給する。そのため、加熱コイル１３は誘導加熱機１０毎に異なっている。
【００３９】
前述したように、高周波用電流変成器１１が一次巻線１１ａと二次巻線１１ｂとを備えていても鉄心等のコアを備えていない場合にあっては、高周波用電流変成器１１の出力端子側に接続される加熱コイル１３のインピーダンスの変化が、電源系２０側に伝達され難い。よって、加熱コイル１３が高いインピーダンスを有する場合、電源系２０側から見た負荷側のインピーダンスの変化が大きくならない。
【００４０】
しかしながら、低周波用電流変成器１２は一次巻線１２ａと二次巻線１２ｂとを備え、一次巻線１２ａと二次巻線１２ｂとの間の結合をよくするために鉄心等のコア１２ｄを備えている。そのため、低周波用電流変成器１２の出力端子側に接続されている加熱コイル１３を交換すると、加熱コイル１３のインピーダンスの変化が電源系２０側に伝達され易い。よって、加熱コイル１３が高いインピーダンスを有する場合、電源系２０側から見た負荷側のインピーダンスが高くなり、インピーダンス整合をとり難くなる。
【００４１】
そのため、加熱コイル１３を取り替えた場合には、一次巻線１２ａと二次巻線１２ｂとの巻数比の異なる低周波用電流変成器１２を交換しなければならない場合がある。この点、低周波用電流変成器１２において、図３に示すように、一次巻線１２ａに多数のタップを設けることで、巻数比の調整範囲を大きくすることが考えられる。しかしながら、一次巻線１２ａに多数のタップを設けた場合、例えば巻数に応じて４Ｔから８Ｔまでにそれぞれタップを設けたトランスでは、４Ｔのタップで整合がとれるワークを誘導加熱すると、４Ｔにかかる電圧の２倍の電圧が８Ｔのタップに発生してしまう。一次巻線１２ａにかかる電圧は整合条件により例えば最大４０００Ｖと非常に高い電圧になるため、この電圧が４Ｔのタップにかかると８Ｔのタップには８０００Ｖの電圧が生じる。また、第１の電源２１の出力も最大で６００ｋＷと非常に大きいことから、スパーク等の絶縁破壊が生じる可能性が高くなる。よって、低周波用電流変成器１２の一次巻線に切替用のタップを多く設けることは実用的ではない。
【００４２】
〔低周波用電流変成器の交換必要性その２〕
電源系２０から時分割方式で交互に高周波と低周波とを加熱コイル１３に供給する場合にあっては、低周波の方が高周波と比べてインピーダンス整合をとり難い場合がある。図５は、図３に示す第１の電源２１から出力制御する信号波形を模式的に示す図である。横軸は時間であり、縦軸は信号強度である。図５において、（ａ）は第１の電源２１からの出力ＯＮ／ＯＦＦの波形、（ｂ）は低周波占有率の波形、（ｃ）は第１の電源２１における直流電圧Ｖｄｃの波形、（ｄ）は第１の電源２１における直流電流Ｉｄｃの波形である。
【００４３】
第１の電源２１からの出力をＯＮにして低周波と高周波とを交互に出力する場合、低周波の出力状態から高周波の出力状態に遷移すると、直流電流Ｉｄｃが増加し始める。逆に高周波の出力状態から低周波の出力状態に遷移すると、直流電流Ｉｄｃが低下し始める。電源側２０から見た負荷のインピーダンスに関して、例えば図示のように高周波のインピーダンスが低周波のインピーダンスよりも小さい場合、即ち、高周波と低周波とで大きく異なっている場合には、高周波と低周波とを切り替えるたびに、図のようにＩｄｃが増減するので、高周波と低周波の電源側から見たインピーダンスを同程度に調整することが望ましい。この調整のため、低周波用電流変成器を交換する必要がある。
【００４４】
〔誘導加熱機の各部の配置構成〕
そこで、本発明の実施形態にあっては、低周波用電流変成器を交換する機構（以下、交換機構と呼ぶ。）を例えば後付けで備えることができる。交換機構を説明する前提として、誘導加熱機１０における高周波用電流変成器１１、低周波用電流変成器１２、加熱コイル１３、それらを電気的に接続する給電路（以下、「送電用ブスバー」又は単に「ブスバー」と呼ぶ。）の配置構成等について説明する。
【００４５】
〔誘導加熱機全体の構成〕
図６は誘導加熱機の配置構成を示す概略側面図である。誘導加熱機１０では、図６に示すように、架台８０に低周波用電流変成器１２及び高周波用電流変成器１１が載置されて支持される。低周波用電流変成器１２と高周波用電流変成器１１とは、一次側ブスバー８１，８３を介してそれぞれ図６には示さない切替器と接続され、二次側ブスバー８２を介して加熱コイル１３に対して並列に接続されている。以下では、ワークを加熱して急冷する焼入機を想定して説明する。
【００４６】
図６では、架台８０に低周波用電流変成器１２を交換する機構を元々備えていない場合であって、架台８０に配置している低周波用電流変成器１２を交換することができるように後付けで各種部材を組み付けて構築した交換機構９０を示している。低周波用電流変成器１２を後ろに（図６において向かって左側に）引き出すことができるように別の交換機構として、低周波用電流変成器１２の両側面下端部にコロが設けられ、低周波用電流変成器１２を後ろにガイドするレールなどの案内部材が架台８０に取り付けられている場合には、図６乃至図１０を参照して後述する交換機構９０よりも簡単な交換機構が架台に組み付けられる。
【００４７】
〔加熱コイル〕
加熱コイル１３は、高周波用電流変成器１１及び低周波用電流変成器１２に接続された板状の二次側ブスバー８２に接続されることで支持されている。誘導加熱機１０においては、加熱コイル１３としてワークの加熱領域に対応した形状及び寸法を有するものを選択して装着可能となっている。誘導加熱機１０には、誘導加熱した後に焼入液を噴射するための焼入液噴射ノズル８４が設けられている。
【００４８】
〔電流変成器〕
高周波用電流変成器１１は、上述のように一次巻線及び二次巻線を有する。高周波用電流変成器１１の一次巻線及び二次巻線にはそれぞれ通液路が設けられており、図示しない冷却液系からの冷却液が通液可能となっている。
【００４９】
低周波用電流変成器１２は、上述のように一次巻線と二次巻線とコアを有する。コアは一次巻線と二次巻線とを結合する。本実施形態においては、一次巻線及び二次巻線の巻き数が異なる低周波用電流変成器１２が複数用意されており、その中から加熱コイル１３に対応してインピーダンス整合条件を満たすものを選択し、架台８０に配設する。低周波用電流変成器１２の一次巻線及び二次巻線にも通液路が設けられており、図示しない冷却液系からの冷却液が通液可能となっている。
【００５０】
低周波用電流変成器１２の後端面には接続部８６が設けられており、この接続部８６に一次側ブスバー８３が取り外し可能に接続される。低周波用電流変成器１２の前端部には接続部８７が設けられており、この接続部８７に二次側ブスバー８２が取り外し可能に接続されている。低周波用電流変成器１２の一次巻線及び二次巻線の各通液路はカプラを介して冷却液系と接続されており、カプラにより切り離し可能となっている。カプラは、接続を解除して離間させると内部のバルブが流路を閉止する構造を有している。
【００５１】
〔架台〕
架台８０はアングル鋼材等で中空の立体形状に形成されている。架台８０には、上部に高周波用電流変成器１１を支持する上部支持部８８が設けられ、上部支持部８８の下に低周波用電流変成器１２を支持する下部支持部８９が設けられている。上部支持部８８及び下部支持部８９の前方は加熱コイル１３が配置され。上部支持部８８及び下部支持部８９の前側面は加熱位置との間を仕切るためのカバー部材９１により覆われている。架台８０は、このような構成であれば図示した形状に限らない。
【００５２】
〔交換機構〕
前述したように、簡易な交換機構が架台８０に取り付けられている場合にはその交換機構を使用することで足りる。架台８０にそのような交換機構が設けられていない場合、次のような交換機構を配備する。
【００５３】
下部支持部８９には、図７に示すように、低周波用電流変成器１２を交換するための交換機構９０を組み立てて構築する。このような後付けの交換機構９０は、架台８０に固定して前後方向に延設された前後方向支持部９２と、前後方向支持部９２上に前後に変位可能に支持されたベースプレート９３と、ベースプレート９３上の走行面を前後に移動可能な台車９４とを備える。元々、交換機構を備えていない架台８０において、図１０（ａ）に示すように架台８０に低周波用電流変成器１２が配置されている状態で別の低周波用電流変成器に交換する際、作業者は、ベースプレート９３を低周波用電流変成器１２と前後方向支持部９２との間に挿入し、ベースプレート９３を前側に変位させる。すると、前側の架台８０の前側に取り付けた傾斜部材９６にベースプレート９３が乗り上げ、ベースプレート９３が僅かに上昇する（図１０（ｂ））。後述するように、作業者は、上下動変位手段９７によって台車プレート９４ｂの後端を上昇させ、台車プレート９４ｂを水平にして低周波用電流変成器１２を架台８０から浮かして台車プレート９４ｂによって支持させ（図１０（ｃ））、低周波用電流変成器１２を台車９４と共に後方にスライドさせる。
【００５４】
前後方向支持部９２は、例えば架台８０を構成する枠材のような部材であってもよく、架台８０に固定されたプレートのような部材であってもよい。前後方向支持部９２は低周波用電流変成器１２を支持するに十分な強度を有してベースプレート９３を安定して支持できるものであればよい。ベースプレート９３は低周波用電流変成器１２を支持可能な強度を備え、図８及び図９に示すように、上面に台車９４の走行面９３ａを有する。ベースプレート９３の上面の左右両側縁には互いに略平行に前後方向に延びるベース用リブ９３ｃが設けられる。ベース用リブ９３ｃを設けることで、ベースプレート９３は強度が確保され薄肉化される。
【００５５】
図８及び図９に示すように、一対の側縁ガイド部８０ａが、架台８０に、ベースプレート９３の左右両側縁に沿って前後方向に延びて固設されている。元々、交換機構を備えていない架台では、一対の側縁ガイド部８０ａによって低周波用電流変成器１２が支持されている。ベースプレート９３は一対の側縁ガイド部８０ａ間に配置されて前後方向支持部９２上に載置される。左右のベース用リブ９３ｃの外側面がそれぞれ側縁ガイド部８０ａの内側面と対向して摺動可能であるため、側縁ガイド部８０ａによりベース用リブ９３ｃが案内されてベースプレート９３が前後に変位可能となっている。特に限定されるものではないがベースプレート９３は水平に配置されるのがよい。
【００５６】
ベースプレート９３の後端側の左右両側に前方変位手段９５が設けられ、この前方変位手段９５でベースプレート９３と架台８０とが連結されると共に、架台８０に対しベースプレート９３が前後に変位可能となる。前方変位手段９５は、ベースプレート９３の後端側左右の架台８０に固定した固定ブロック９５ａと、ベースプレート９３の後端から左右に突設して固定ブロック９５ａの後方側に対向して配置されたベース突設部９３ｂと、固定ブロック９５ａに固定されてベース突設部９３ｂを貫通して配置された押し込みネジ部９５ｂと、を備える。前方変位手段９５では、押し込みネジ部９５ｂの螺合部材９５ｃを回転させることで、ベース突設部９３ｂを押圧してベースプレート９３を前進させることができる。
【００５７】
架台８０のうちベースプレート９３の前端側に対応する位置には、図１０に示すように、前後方向支持部９２上に傾斜部材９６を設けて固定する。傾斜部材９６は前方が高くなる勾配を有している。傾斜部材９６として、下部支持部８９の左右全幅に延びるクサビ形状の板を用いる。前方変位手段９５によりベースプレート９３を前進させると、ベースプレート９３の前端側が傾斜部材９６に乗り上げ、前進量に応じてベースプレート９３の前端側を前後方向支持部９２に対して上昇させることができる。
【００５８】
図７及び図８に示すように、上下変位手段９７がベースプレート９３の後端側に設けられており、これによりベースプレート９３の後端側が架台８０に対して上下に変位される。上下変位手段９７は例えばベースプレート９３の後端側に螺合された複数のネジ部材からなる。各ネジ部材をねじ込むことでベースプレート９３を架台８０の前後方向支持部９２から上昇させることができる。
【００５９】
台車９４は、図７乃至図９に示すように、板状の台車プレート９４ｂと、台車プレート９４ｂの下面の左右縁側にそれぞれ前後方向に一列に配列して転動自在な多数のコロ９８と、台車プレート９４ｂの後端側に上面から突出して固定されたハンドル９４ａとを備えている。台車プレート９４ｂの下面には、左右のコロ９８の列に沿って前後方向に延びる一対の台車リブ９４ｃが設けられており、台車プレート９４ｂの強度を確保して台車プレート９４ｂを薄肉化している。台車９４の各側のコロ９８は、少なくとも３個以上、好ましくはより多くのコロ９８が互いに平行に配設されている。多くのコロ９８が配設されることで、低周波用電流変成器１２の重量を各コロ９８に分散して負荷することができる。台車９４は各部材がボルトやネジで固定されており、溶接されていない。これにより台車９４の歪みが防止され狭い空間で安定して動作できる。
【００６０】
台車プレート９４ｂは平板状に形成され、台車プレート９４ｂの左右の前端側と後端側とにはそれぞれ左右のベース用リブ９３ｃの内側面に当接して転動するカムフォロア９４ｄが配設されている。多数のコロ９８がベースプレート９３の走行面９３ａを転動すると共に、カムフォロア９４ｄがベース用リブ９３ｃの内側面に当接して転動する。これにより、台車９４がベースプレート９３上でベース用リブ９３ｃに沿って前後に移動可能となっている。
【００６１】
台車プレート９４ｂの上面には、図８に示すように、低周波用電流変成器１２の前端縁を係止する治具９９と後端縁を係止する治具９９とが取り付けられるとよい。治具９９は、台車プレート９４ｂ上に載置される低周波用電流変成器１２を所定位置に位置決めするもので、それぞれ棒状に形成されて台車９４の幅方向に延びるように固定される。治具９９の側面には、低周波用電流変成器１２を載置する際に低周波用電流変成器１２の前端縁又は後端縁を案内するための案内面９９ａが設けられる。
【００６２】
台車プレート９４ｂには、複数の位置に治具９９の各固定位置がそれぞれ複数設けられる。固定位置を選択して治具９９を固定することで、前後方向の長さが異なる複数の低周波用電流変成器１２に使用可能である。治具９９はそれぞれ治具固定ネジ９９ｂにより台車９４の上面に固定される。各治具９９の治具固定ネジ９９ｂが各治具９９の幅方向の中心に対して一方側に偏心して配置されており、前後を反転させて固定することで、各治具９９の案内面９９ａの位置を２通りに変化させることができる。これにより、同じ治具９９を用いて前後方向長さが異なる低周波用電流変成器１２を台車９４に位置決めして載置できる。
【００６３】
低周波用電流変成器１２を位置決めして載置した状態で台車９４を前進又は後退することで、低周波用電流変成器１２を加熱コイル１３との接続位置Ｐ１に配置可能で、後退させることで交換位置Ｐ２に配置可能である。
【００６４】
図１０（ａ）（ｂ）に示すように、台車９４の前縁と対向する位置の架台８０には、台車９４と当接する台車ストッパ８０ｂが設けられている。この台車ストッパ８０ｂは突出量を調整することで、台車９４との当接位置を調整し精度よく接続位置に配置可能である。
【００６５】
下部支持部８９の前側に設けられたカバー部材９１は、下部支持部８９の前方を覆う大きさを有し、接続位置Ｐ１に配置された低周波用電流変成器１２の前端面が当接して密着できるように配設されている。カバー部材９１の中央には低周波用電流変成器１２の接続部８７が配置される接続開口９１ａが設けられている。接続開口９１ａの周囲には無端状に接続開口９１ａを囲むパッキン９１ｂが配置されている。低周波用電流変成器１２が接続位置Ｐ１に配置されることで、低周波用電流変成器１２の接続部８７の周囲がパッキン９１ｂに密着する。パッキン９１ｂにより、加熱位置において焼入液を噴射した際、焼入液が盤内に侵入することを確実に防止できる。パッキン９１ｂの潰し代は台車ストッパ８０ｂの当接位置を調整することで調整される。
【００６６】
ここで、図６に示すように、交換機構が設けられていない架台８０に低周波用電流変成器１２Ａが載置されている状態において、別の低周波用電流変成器１２Ｂと交換する場合を説明する。
【００６７】
交換機構が設けられていない架台８０においては、図６に示すように、一次側ブスバー８３が低周波用電流変成器１２Ａの後方側の接続部８６に接続され、二次側ブスバー８２が低周波用電流変成器１２の前方側の接続部８７に接続され、加熱コイル１３が二次側ブスバー８２に接続されている。高周波用電流変成器１１の二次巻線と低周波用電流変成器１２の二次巻線とが加熱コイル１３に対して並列に接続される。一次側ブスバー８３、二次側ブスバー８２、低周波用電流変成器１２の一次巻線及び二次巻線の通液路がカプラにより冷却液系に接続される。このような状況下において、低周波用電流変成器１２と一次側ブスバー８３とを切り離し、低周波用電流変成器１２と二次側ブスバー８２とを切り離し、冷却液の経路のカプラを外す。
【００６８】
これにより、低周波用電流変成器１２Ａの交換準備ができる。先ず、図１０（ａ）に示すように、左右の前後方向支持部９２の先端側でカバー部材９１寄りに、傾斜部材９６を、後ろから前になるに従い高くなるように配置する。このとき、図１０（ａ）に示すように、低周波用電流変成器１２Ｂは架台８０のアングル、具体的には側縁ガイド部８０ａ上端の載置支持部８０ｃのアングルによって支持されている。
【００６９】
次に、ベースプレート９３を低周波用電流変成器１２Ａと前後方向支持部９２との間に挿入し、ベースプレート９３上に台車９４を走行させ、図１０（ｂ）に示すように、ストッパ８０ｂが架台８０に当接するまで台車９４を低周波用電流変成器１２Ａとベースプレート９３の間に挿入する。この状態では、低周波用電流変成器１２Ａと台車９４との間にはまだ隙間がある。
【００７０】
次に、前方向変位手段９５をベースプレート９３の後端側の左右両側に配置し、前方向変位手段９５をベースプレート９３と架台８０とに連結する。前方向変位手段９５の螺合部材９５ｃを回転させてベースプレート９３を前側に変位させ、傾斜部材９６の傾斜によるくさび効果を利用して前方向の小さな力で上方向に大きな力を発生させる。これにより、ベースプレート９３が前側に変位することにより、前側の架台８０の前側に取り付けた傾斜部材９６に乗り上げ、ベースプレート９３が僅かに上昇する。
【００７１】
その後、上下動変位手段９７によって台車プレート９４ｂの後端を上昇させ、台車プレート９４ｂを水平にして低周波用電流変成器１２Ａを架台８０から浮かして台車プレート９４ｂによって支持させ（図１０（ｃ））、低周波用電流変成器１２を台車９４と共に後方にスライドさせる。その際、延長プレート９３ｄが、ベースプレート９３の後方側に、ベースプレート９３の上面と平滑に連続するように配置されているので、高周波用電流変成器１１と上下に重ならない交換位置Ｐ２に、低周波用電流変成器１２Ａと共に台車９４を移動して引き出す。その後、交換位置Ｐ２に台車９４を停止させた状態で、例えば図示しないクレーンにより低周波用電流変成器１２を台車９４から下ろす。
【００７２】
次に、台車プレート９４ｂ上に、例えば図示しないクレーンなどを用いて別の低周波用電流変成器１２Ｂを載せ、台車９４をベースプレート９３上で前進させる。台車プレート９４ｂの前端を台車ストッパ８０ｂに当接させて台車９４を停止させる。これにより、前後方向の位置決めがなされ、低周波用電流変成器１２を接続位置Ｐ１の位置に配置することができる。
【００７３】
その後、台車９４を固定するために、図８に示すように固定部材９４ｅによって、固定部材９４ｅを介して台車９４をベースプレート９３に固定する。
【００７４】
ここで、低周波用電流変成器１２Ａを交換する前の一次側ブスバー８３、二次側ブスバー８２よりも、若干高い位置に、低周波用電流変成器１２Ｂの後方側の接続部８６、低周波用電流変成器１２Ｂの前方側の接続部８７が配置される。そのため、一次側ブスバー８３、二次側ブスバー８２の取付穴を広げるなどして位置調整して、それぞれを接続することになる。
【００７５】
以上説明したように、ベースプレート９３、傾斜部材９６及び前方向変位手段９５については組み付けたままとし、これらと台車９４により交換機構９０を架台８０に後付することができる。
【００７６】
後付けした後は、低周波用電流変成器１２を交換する場合には、固定部材９４ｅをベースプレート９３から外してベースプレート９３上で台車９４を後退させ引き出せるだけでよい。
【００７７】
よって、誘導加熱機１０を用いてワークの焼入処理を行う場合、ワーク及び焼入領域に対応した加熱コイル１３を選択し、選択した加熱コイル１３に対応したインピーダンス整合条件を満たす低周波用電流変成器１２を選択する。架台８０の上部支持部８８には予め高周波用電流変成器１１が設置されていても、その選択した低周波用電流変成器１２を下部支持部８９に設置することができる。
【００７８】
図６に示すように、低周波用電流変成器１２と高周波用電流変成器１１とは上下に重ねて配置しているため、配置スペースが小さくできる。しかも低周波用電流変成器１２がコアを有しており、高周波用電流変成器１１に比べて重量が大きいため、低周波用電流変成器１２を高周波用電流変成器１１の下に配置することで、誘導加熱機１０の重心を低くできて全体を安定して設置できる。
【００７９】
誘導加熱機１０では、低周波用電流変成器１２と高周波用電流変成器１１とが並列に加熱コイル１３に接続されており、低周波用電流変成器１２及び高周波用電流変成器１１がそれぞれ切替器を介して電源系２０と接続されている。そのため、切替器を適宜切替えることで、様々な加熱効果を実現でき、ワークの加熱領域に応じた適切な加熱を実現できる。
【００８０】
特にインピーダンスが異なる複数の加熱コイル１３から任意の一つを選択して、二次側ブスバー８２に装着することができ、一次巻線及び二次巻線の巻き数が異なる複数の低周波用電流変成器１２から加熱コイル１３に対応したインピーダンス整合条件を満たすものを選択することができる。低周波用電流変成器１２を交換することで、加熱コイル１３に対応したインピーダンス整合条件を満たすことができ、ワークに応じた種々の加熱効果を効率よく実現できる。
【００８１】
ここで、交換機構９０は図１に示すような誘導加熱システム１における各誘導加熱機１０のみに使用されるものではなく、次のような場合においても使用することができる。例えば１台の電流変成器を備えた誘導加熱機１０であっても、電流変成器の上に他の部材が配設されているために電流変成器を装置上側から着脱することができないような場合、上述のような交換機構９０を設けることで、電流変成器の着脱を容易にできる。電流変成器が故障したような場合に架台８０から電流変成器を引き出して修理することもできる。
【００８２】
図１に示す誘導加熱システム１では、複数の誘導加熱機１０に対して単一の電源系２０が給電するので、電源系２０から誘導加熱機１０まで、具体的には誘導加熱機１０に取り付けられている高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４までの間は、ブスバーを用いて給電される。単一の電源系２０が一台の誘導加熱機１０毎に対応して設けられているわけではないので、各誘導加熱機１０と単一の電源系２０の距離を短くすることはできない。そのため、ブスバーを連結して距離を稼ぐ必要がある。一方、本発明の実施形態に係る誘導加熱システム１においては単一の電源系２０によって、数千ボルトのオーダーの高電圧でしかも大電力を給電することになる。ブスバーの配設の仕方についてもそれらの点を考慮しなければならない。以下、順に説明する。
【００８３】
〔高周波用給電路、低周波用給電路〕
高周波用給電路、低周波用給電路は、整合器、切替器、電流変成器などを収容したケース中のダクトに配設されている。図１１は、高周波用給電路、低周波用給電路をダクトのフレームに配設した状態を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。ダクトフレーム５１は、縦フレーム５１ａと横フレーム５１ｂと奥行きフレーム５１ｃによって断面矩形の枠が奥行き方向に延びているとする。枠中には、一方のブスバー５２ａと他方のブスバー５２ｂとが間隔をあけて配設されることによって高周波用給電路５２が配設され、一方のブスバー５３ａと他方のブスバー５３ｂとが間隔をあけて配設されることによって低周波用給電路５３が配設されている。
【００８４】
前述したように、単一の電源系２０によって複数の誘導加熱機１０に給電を行うため、電源系２０から各誘導加熱機１０までの距離が長くなる。そのため、ブスバーの対におけるインダクタンスが大きくなる。すると、電源系２０と電流変成器１１，１２及び加熱コイル１３とが接続される回路中においてブスバーのインダクタンスの影響が無視できなくなり、共振周波数が低下する。特に、２００ｋＨｚ程度の高周波が給電されると、リアクタンスが大きくなり給電路において電圧降下が大きくなる。
【００８５】
そこで、本発明の実施形態にあっては、送電ブスバーのインダクタンスを可及的に小さくなるように、ブスバーの幅を広くし、一方のブスバー５２ａ，５３ａと他方のブスバー５２ｂ，５３ｂとの間隔、つまりギャップを出来るだけ小さくなるように、一方のブスバー５２ａ，５３ａと他方のブスバー５２ｂ，５３ｂとの間隔を狭くする。
【００８６】
図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、左右で対の縦フレーム５１ａ，５１ａ間に高周波用送電ブスバー５２ａ，５２ｂの対と低周波用送電ブスバー５３ａ，５３ｂの対とを並べて配設する。その際、平面視で、高周波用送電ブスバー５２ａ，５２ｂの間隔ＬHは低周波用送電ブスバーの間隔ＬLよりも大きくし、例えば、ＬH＝６０〜１００ｍｍ、ＬL＝１０〜５０ｍｍとする。ＬH＞ＬLとしているのは、高周波の電圧が低周波の電圧より大きいからである。何れの送電ブスバーにおいても上下に耳と呼んでいる取付用フック５２ｃ，５２ｄ，５３ｃ，５３ｄがある。送電ブスバー５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂは取付用フック５２ｃ，５２ｄ，５３ｃ，５３ｄに碍子５４を介在して横フレーム５１ｂに上下で固定される。一つの送電ブスバー５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂには取付用フック５２ｃ，５２ｄ，５３ｃ，５３ｄが長手方向、即ち、配設方向に対して間隔をあけて設けられている。
【００８７】
何れの送電ブスバー５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂにおいてもギャップＬL，ＬHを大きくすると、高周波用送電ブスバー５２ｂと低周波用送電ブスバー５３ａとの間隔が狭くなる。しかも、何れの送電ブスバー５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂにも数千Ｖという高い電圧が加わっているため絶縁破壊を起こす可能性がある。そこで、高周波用送電ブスバー５２ａ，５２ｂの対と低周波用送電ブスバー５３ａ，５３ｂの対とが互いに対向する双方のブスバー５２ｂ，５３ａ同士が、上述の取付用フック５２ｄ，５３ｃを配設方向にずらして設けられている。
【００８８】
さらに、何れの送電ブスバー５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂにおいても、碍子５４を介在して横フレーム５１ｂに固定されるが、横フレーム５１ｂには横フレーム５１ｂに沿ってそれぞれ長穴５５が設けられ、その長穴５５により、横フレーム５１ｂと碍子５４、ひいては送電ブスバー５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂの間隔を調整することができる。
【００８９】
〔切替器〕
図１に示す誘導加熱システムにおいては、切替器として、第１の電源用出力切替器３１、第２の電源用出力切替器３２、高周波用入力切替器３３、低周波用入力切替器３４が設けられている。これら切替器は、略同じような構成を有している。図１２は、図１に示す誘導加熱システムにおける各切替器の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【００９０】
切替器６０は、例えばＵ相、Ｖ相の２つの相のうち一方の相における上流側ブスバー取付部６１ａと下流側ブスバー取付部６１ｂとが対向してベースプレート６３に立設されており、他方の相における上流側ブスバー取付部６２ａと下流側ブスバー取付部６２ｂとが対向してベースプレート６３に立設されている。上流側ブスバー取付部６１ａ，６２ａ、下流側ブスバー取付部６１ｂ，６２ｂは内部に冷却用流路（図示せず）が形成され、テーブル下面に設けた冷却水導入口６４ａ、冷却水排出口６４ｂに連通している。
【００９１】
上流側ブスバー取付部６１ａ，６２ａと下流側ブスバー取付部６１ｂ，６２ｂとの間で絶縁破壊しないように、ベースプレート６３において上流側ブスバー取付部６１ａ，６２ａと下流側ブスバー取付部６１ｂ，６２ｂとの間には長穴６３ａ，６３ｂが設けられて沿面距離が長く設定されている。さらに、一方の相の下流側ブスバー取付部６１ｂと他方の相の上流側ブスバー取付部６２ａとの間で絶縁破壊しないように、ベースプレート６３において上流側ブスバー取付部６２ａと下流側ブスバー取付部６１ｂとの間には長穴６３ｃが設けられ、沿面距離が長く設定されている。
【００９２】
上述したように、各相毎に上流側ブスバー取付部６１ａ，６２ａ及び下流側ブスバー取付部６１ｂ，６２ｂとが、間隔をあけてベースプレート６３に立設されている。これらブスバー取付部６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂのうち各端面に接続ブロック６５をそれぞれ当接することによって、両ブスバー取付部を電気的に接続して、ＯＮ、ＯＦＦの切替を行う。このため、接続ブロック６５が相毎に設けられている。図示するように、接続ブロック６５は、上流側ブスバー取付部６１ａ，６２ａと下流側ブスバー取付部６１ｂ，６２ｂとを電気的に接続する当接部６５ａと、当接部６５ａを鉛直軸回りに回動可能に支持する支持部６５ｂと、支持部６５ｂにおいて当接部６５ａと逆側に延びるロッド６５ｃとで構成されている。ベースプレート６３上であって接続ブロック６５を挟んで６１ａ，６２ａ及び下流側ブスバー取付部６１ｂ，６２ｂと対峙する位置には、支持ブロック６６がエアシリンダ６７により左右に変位可能に配置されている。各相それぞれの接続ブロック６５のロッド６５ｃが一つの支持ブロック６６に貫通しており、圧縮バネ６８が各ロッド６５ｃに装着されて、接続ブロック６５を付勢している。図示するように、接続ブロック６５は垂直軸回りに所定の範囲回動する。従って、支持ブロック６６がエアシリンダ６７により一方側に変位すると、各接続ブロック６５はそれに伴って一方側に変位し、上流側ブスバー取付部６１ａ，６２ａ及び下流側ブスバー取付部６１ｂ，６２ｂの各端面に圧縮バネ６８により確実に圧接される。
【００９３】
なお、ベースプレート６３上には、各接続ブロック６５に冷却水を導入して該接続ブロック６５から冷却水を排水するための冷却配管６９と、エアシリンダ６７に対してエアを注入排出制御するための電磁弁７０と、エアシリンダ６７の前進端と後進端を確認するためのリミットスイッチ７１とが設けられている。
【００９４】
ベースプレート６３下面には、複数の碍子７２が取り付けられ、切替器６０それ自体が電気的に絶縁されている。接続ブロック６５、上流側ブスバー取付部６１ａ，６２ａ及び下流側ブスバー取付部６１ｂ，６２ｂには冷却水によって水冷される。このため、冷却水流量が規定値を超えたかを検知したりエアシリンダやそれに必要となる配管内の異常を検知したりする各種の検知センサが取り付けられている。切替器６０は検知センサにより空圧異常、冷却水流量異常を検知すると、切替制御部３５に対して空圧異常信号、冷却水流量異常信号を送信する。これにより、切替制御部３５は、各誘導加熱機や電源系に対してシステム動作をしないように指令する。
【００９５】
〔誘導加熱システムによって複数のワークを順次加熱する方法〕
図１に示す誘導加熱システム１において、各誘導加熱機１０でワークを順次加熱する方法について説明しながら、さらに、誘導加熱システムについて詳説する。
【００９６】
図１３は、図１に示す誘導加熱システム１によって各誘導加熱機１０がワークを誘導加熱するシーケンスを示す図であって、特に第１の誘導加熱機１０Ａが第１の電源２１から時分割方式で給電を受けて熱処理する場合を示している。
ＳＴ１−１として、第１の誘導加熱機１０Ａが切替制御部３５に対してＯＦＦからＯＮへの切替要求信号を送信する。
ＳＴ１−２として、切替制御部３５は、ＯＦＦからＯＮへの切替要求信号を受信すると第１の電源用出力切替器３１に対しＯＦＦからＯＮへの切替要求信号を送信する。
ＳＴ１−３として、第１の電源用出力切替器３１は、ＯＦＦからＯＮへの切替要求信号を受信するとＯＦＦからＯＮへ切替制御を行う。
ＳＴ１−４として、第１の電源用出力切替器３１は、ＯＦＦからＯＮへの切替制御が完了すると切替制御部３５に切替完了信号を送信する。
ＳＴ１−５として、切替制御部３５は、ＯＦＦからＯＮへの切替要求信号を受信すると、第１の誘導加熱機１０Ａに接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４に対して、ＯＦＦからＯＮへの切替要求信号を送信する。
ＳＴ１−６として、第１の誘導加熱機１０Ａに接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４は、ＯＦＦからＯＮへの切替要求信号を受信すると、ＯＦＦからＯＮへ切替制御を行う。
ＳＴ１−７として、第１の誘導加熱機１０Ａに接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４は、切替制御部３５に切替完了信号を送信する。
ＳＴ１−８として、切替制御部３５が、第１の電源用出力切替器３１並びに第１の誘導加熱機１０Ａに接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４から、ＯＦＦからＯＮへの切替完了信号を受信すると、第１の誘導加熱機１０Ａに対して切替完了信号を送信する。
ＳＴ１−９として、ＳＴ１−８において第１の誘導加熱機１０Ａが切替完了信号を受信したことを契機として、第１の電源２１に対して出力開始信号を送信する。
第１の電源２１は、ＳＴ１−９により出力開始信号を受信すると、出力開始信号と共に受信した出力制御情報に基いて第１の誘導加熱機に給電する。ここでいう出力制御情報としては、第１の電源２１に対して通知される出力制御情報であり、その項目として、例えば高周波、低周波の何れも出力するのかそれとも高周波のみ出力するのかの識別情報、高周波と低周波の出力比、各出力強度、周波数設定が可能な場合にあってはその周波数の値、トータルの出力時間などが挙げられる。
ＳＴ１−１０として、第１の電源２１は上記出力制御情報に基づく給電を終了すると、第１の誘導加熱機１０Ａに対して給電終了信号を送信する。
ＳＴ１−１１として、第１の誘導加熱機１０Ａは、給電終了信号を受信すると、切替制御部３５に対してＯＮからＯＦＦへの切替要求信号を送信する。
ＳＴ１−１２として、切替制御部３５は、ＯＮからＯＦＦへの切替要求信号を受信すると第１の電源用出力切替器３１に対しＯＮからＯＦＦへの切替要求信号を送信する。なお、切替制御部３５は、ＯＮからＯＦＦへの切替要求信号を受信した時点において、他の誘導加熱機、例えば第２の誘導加熱機１０Ｂから切替要求信号が入力されていると、第２の誘導加熱機１０Ｂの要求に従って第１の電源用出力切替器３１、第２の電源用出力切替器３２並びに第２の誘導加熱機１０Ｂの高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４のうち何れか一又は複数の切替器を切り替える。切替制御部３５が他の誘導加熱機からの切替要求信号を受信していなければ、切替器の状態は現状を維持する。
ＳＴ１−１３として、第１の電源用出力切替器３１は、ＯＮからＯＦＦへの切替要求信号を受信するとＯＮからＯＦＦへ切替制御を行う。
ＳＴ１−１４として、第１の電源用出力切替器３１は、ＯＮからＯＦＦへの切替制御が完了すると切替制御部３５に対して切替完了信号を送信する。
ＳＴ１−１５として、切替制御部３５は、ＯＮからＯＦＦへの切替要求信号を受信すると、第１の誘導加熱機１０Ａに接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４に対して、ＯＮからＯＦＦへの切替要求信号を送信する。
ＳＴ１−１６として、第１の誘導加熱機１０Ａに接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４は、ＯＮからＯＦＦへの切替要求信号を受信すると、ＯＮからＯＦＦへ切替制御を行う。
ＳＴ１−１７として、第１の誘導加熱機１０Ａに接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４は、切替を完了すると切替制御部３５に切替完了信号を送信する。
ここで、ＳＴ１−２とＳＴ１−５とは同時になされてもよいし時系列が前後してもよい。ＳＴ１−１２とＳＴ１−１５とは同時になされてもよいし時系列が前後してもよい。
【００９７】
図１３に示すシーケンスにおいて、切替制御部３５は、一旦第１の誘導加熱機１０ＡからＯＮへの切替要求を受けると、ＳＴ１−１７におけるＯＮからＯＦＦへの切替完了信号を受信するまで他の誘導加熱機からＯＮへの切替要求信号を受けても待ち状態とし、ＳＴ１−１７によるＯＮからＯＦＦへの切替完了信号を受信して、他の誘導加熱機からの切替要求信号に係る処理を行う。
このようなシーケンスを採用することにより、単一の電源系２０であっても複数の誘導加熱機１０からの切替要求をバッティングなく処理することができる。
【００９８】
図１３を参照して説明したシーケンスでは、複数の誘導加熱機を用いて誘導加熱を行う場合を想定しているが、図１に示すシステムを用いて一台の誘導加熱機だけで熱処理を繰り返してもよい。その場合には、出力切替器を誘導加熱機１０Ａにのみ接続された状態にしておくことにより、切替器の寿命を延ばすことができる。なお、他の誘導加熱機からの切替要求信号がなくなるたびに切替器をＯＦＦにしてもよい。
【００９９】
図１３に示すシーケンスは一例であり、例えば次のように変更してもよい。
図１３のＳＴ１−８及びＳＴ１−９の代わりに、切替制御部３５が、第１の電源用出力切替器３１並びに第１の誘導加熱機１０Ａに接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４から、ＯＦＦからＯＮへの切替完了信号を受信すると、直接、第１の電源２１に対して出力開始信号を送信する。第１の電源２１は、切替制御部３５から出力開始信号を受信すると、出力開始信号と共に受信した出力制御情報に基いて第１の誘導加熱機１０Ａに給電する。出力制御情報の項目としては前述と同様である。
図１３のＳＴ１−１０及びＳＴ１−１１の代わりに、第１の電源２１は、上記出力制御情報に基づく給電を終了すると、切替制御部３５が第１の電源用出力切替器３１をＯＮからＯＦＦになるように切替制御を行い（ＳＴ１−１２）、第１の誘導加熱機１０Ａに接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４に対して、ＯＮからＯＦＦへの切替要求信号を切替制御部３５が送信する（ＳＴ１−１５）。
【０１００】
図１３では第１の誘導加熱機１０Ａがイニシアティブをとって、第１の電源２１、切替制御部３５、第１の電源用出力切替器３１、並びに、第１の誘導加熱機に接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４を制御している。しかしながら、図１に示す誘導加熱システムのシーケンス制御は図１３に示すシーケンス制御以外でもよい。例えば第１の誘導加熱機１０Ａから切替制御部３５へのＯＮへの切替要求をトリガーとし、その切替要求と共に出力制御情報が切替制御部３５に出力され、切替制御部３５が第１の電源２１、第１の電源用出力切替器３１、並びに、第１の誘導加熱機に接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４を制御してもよい。このように、切替制御部３５は、単に各切替器のＯＮ／ＯＦＦを制御するだけでなく、第１の電源２１を制御することから、切替制御部３５をシステム制御部と呼んでもよい。
【０１０１】
図１４は、図１に示す誘導加熱システム１によって各誘導加熱機１０がワークを誘導加熱するシーケンスを示すもので、特に第１の誘導加熱機１０Ａが第１の電源２１及び第２の電源２６から重畳方式で給電を受けて熱処理する場合を示している。図１４においては、図１３において第１の電源用出力切替器３１の代わりに第２の電源用出力切替器３２が制御され、ＳＴ１−９、ＳＴ１−１０が次のように変更されればよい。
ＳＴ２−９として、ＳＴ１−９の代わりとして、ＳＴ１−８において第１の誘導加熱機１０Ａが切替完了信号を受信したことを契機として、第１の電源２１及び第２の電源２６に対してそれぞれ出力開始信号を送信する。
第１の電源２１及び第２の電源２６は、ＳＴ２−９により出力開始信号を受信すると、出力開始信号と共に受信した出力制御情報に基いて第１の誘導加熱機１０Ａに給電する。ここでいう出力制御情報とは、第１の電源２１に対して通知される出力制御情報の項目としては、例えば高周波のみ出力するという識別情報、出力強度、トータルの出力時間などが挙げられる。第２の電源２６に対して通知される出力制御情報の項目としては出力強度、周波数選択可能な場合にあってはその周波数の値、トータルの出力時間などが挙げられる。
ＳＴ２−１０として、ＳＴ１−１０の代わりとして、第１の電源２１及び第２の電源は上記出力制御情報に基いて給電を終了すると、それぞれ第１の誘導加熱機１０Ａに対して給電終了信号を送信する。
これにより、ＳＴ１−１１において、第１の誘導加熱機１０Ａは、第１の電源２１及び第２の電源２６から給電終了信号を受信すると、切替制御部３５に対してＯＮからＯＦＦへの切替要求信号を送信する。
【０１０２】
図１４に示すシーケンスは一例であり、図１３の場合と同様に、種々変更することができる。図１４のＳＴ１−８、ＳＴ２−９の代わりに、切替制御部３５が、第２の電源用出力切替器３２、第１の誘導加熱機１０Ａに接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４から、ＯＦＦからＯＮへの切替完了信号を受信すると、切替制御部３５は第１の電源２１及び第２の電源２６に対してそれぞれ出力開始信号を送信する。第１の電源２１及び第２の電源２６は、出力開始信号をそれぞれ受信すると、出力開始信号と共に受信した出力制御情報に基いて第１の誘導加熱機１０Ａに給電する。出力制御情報の項目としては前述と同様である。
【０１０３】
図１４のＳＴ２−１０及びＳＴ１−１１の代わりに、第１の電源２１及び第２の電源２６が上記出力制御情報に基づく給電を終了すると、それぞれ切替制御部３５に対して給電終了信号を送信する。すると、切替制御部３５は、第２の電源用出力切替器３２、第１の誘導加熱機１０Ａに接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４に対してＯＮからＯＦＦへの切替要求信号を送信する（ＳＴ１−１２，ＳＴ１−１５）。
【０１０４】
図１４では、第１の誘導加熱機１０Ａがイニシアティブをとって、第１の電源２１、第２の電源２６、切替制御部３５、第１の電源用出力切替器３１、並びに、第１の誘導加熱機に接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４を制御するようにしている。しかしながら、図１に示す誘導加熱システムのシーケンス制御は図１４に示すシーケンス制御以外でもよい。例えば第１の誘導加熱機１０Ａから切替制御部３５へのＯＮへの切替要求をトリガーとし、その切替要求と共に出力制御情報が切替制御部３５に出力され、切替制御部３５が第１の電源２１、第２の電源２６、第１の電源用出力切替器３１、並びに、第１の誘導加熱機に接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４をシーケンス制御するようにしてもよい。このように、切替制御部３５は単に各切替器のＯＮ／ＯＦＦを制御するだけでなく、第１の電源２１及び第２の電源２６を制御することから、切替制御部３５をシステム制御部と呼んでもよい。
【０１０５】
図１４に示すシーケンスによって、単一の電源系２０であっても複数の誘導加熱機１０からの切替要求をバッティングなく処理することができる。
【０１０６】
図１３及び図１４に示すシーケンス制御のように、単一の電源系２０、すなわち電力供給装置を、複数の誘導加熱機１０のうち一機に接続し、電力供給装置から電力を供給することができる。これは、図１に示す各誘導加熱機１０において、加熱機制御部１４及び切替制御部３５が次のような機能を有するからである。
【０１０７】
すなわち、加熱機制御部１４が、第１の電源用出力切替器３１、第２の電源用出力切替器３２の何れか一方をＯＮにし他方をＯＦＦにする指令と、高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４のＯＮ、ＯＦＦの何れかに切り替える指令と、を切替制御部３５に対して要求するからである。
【０１０８】
切替制御部３５は、各誘導加熱機１０から指令要求を受けると、その指令要求に従って第１の電源用出力切替器３１及び第２の電源用出力切替器３２並びにその指令要求を出力した誘導加熱機１０に接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４を切替制御する。当該切替制御が完了すると、切替制御部３５は当該誘導加熱機１０に対して切替完了信号を出力する。そこで、各誘導加熱機１０は、切替制御部３５から切替完了信号を受けると、加熱機制御部１４により、第１の電源２１及び第２の電源２６の出力を制御する。
【０１０９】
これは一つのシーケンス制御を示すものに過ぎず、例えば次のように変更してもよい。すなわち、切替制御部３５は、各誘導加熱機１０から指令要求を受けると、その指令要求に従って第１の電源用出力切替器３１及び第２の電源用出力切替器３２並びにその指令要求を出力した誘導加熱機１０に接続された高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４を切替制御する。その後、当該切替制御が完了すると、切替制御部３５は、各誘導加熱機１０から上述の指令要求と共に受けた出力制御情報に従って第１の電源２１及び第２の電源２６の何れか一方又は双方の出力を制御する。
【０１１０】
このように、図１に示す誘導加熱システム１によれば、次のような４種類の切替モードにより様々な加熱処理を行うことができる。
第１の切替モードとして、第１の電源２１から一方の周波数、即ち高周波の電力供給を受ける。
第２の切替モードとして、第２の電源２６から電力の供給を受ける。
第３の切替モードとして、第１の電源２１から時分割で異なる周波数の電力の供給を受ける。
第４の切替モードとして、第１の電源２１から一方の周波数を有する電力と第２の電源２６から電力とを受けて双方の電力を重畳して供給を受ける。
よって、図１に示す誘導加熱システム１によれば、周波数効果を有する熱処理を行うことができる。
【０１１１】
誘導加熱システム１によって複数のワークを順次加熱する方法について説明をしたが、図１に示す誘導加熱システム１は、電源系２０から電気的に対称な二以上の誘導加熱機１０に対して同時に給電することも可能である。その際には、切替制御部３５において、同時に給電を行う誘導加熱機１０に接続されている高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４をＯＮにする必要がある。それ以外は図１３及び図１４に示すシーケンスに準じて適宜変更すればよい。
【０１１２】
また、或る誘導加熱機１０により焼入れを行って別の誘導加熱機１０により焼戻しを行うなど、ワークの熱処理に応じて誘導加熱システム１を使用することができるなど、汎用性はきわめて高い。
【０１１３】
〔一つの電源系による複数の誘導加熱機への供給〕
図１５は、一つの電源系を用いて何台の誘導加熱機へ供給することが可能となるかを示すタイムチャートであり、（ａ）は２台の誘導加熱機を用いた場合、（ｂ）は３台の誘導加熱機を用いた場合、（ｃ）は５台の誘導加熱機を用いた場合を示す。サイクルタイムをτとする。なお、このタイムチャートでは、一つの電源系２０を用いて複数の誘導加熱機１０により同じ熱処理を行うことを前提としている。このタイムチャートは重畳方式、時分割方式の何れの電力供給にも適用される。
【０１１４】
図１５において、「切替処理」とは、図１に示す誘導加熱システム１において第１の電源用出力切替器３１と第２の電源用出力切替器３２と各誘導加熱機１０の高周波用入力切替器３３及び低周波用入力切替器３４についてのＯＮ，ＯＦＦを切り替えることをいう。
【０１１５】
図１５において、「加熱処理」とは、図１に示す誘導加熱システム１において任意の誘導加熱機１０に対して電源系、つまり、第１の電源２１及び第２の電源２６の何れか一方又は双方から電力を一台の誘導加熱機１０に供給し、誘導加熱機１０における加熱コイル１３によりワークを加熱することをいう。
【０１１６】
図１５において、「冷却処理」とは、図１に示す誘導加熱システム１において焼入液や冷却液をワークに噴射するなどしてワークを冷却することをいう。
【０１１７】
図１５において、「着脱処理」とは、図１に示す誘導加熱システム１においてワーク支持手段（図示せず）から誘導加熱処理を施したワークを外して次のワークに配置することをいう。
【０１１８】
各誘導加熱機１０では、切替処理、加熱処理、冷却処理及び着脱処理をこの順に繰り返す。切替時間、加熱時間、冷却時間、着脱時間を、それぞれＴａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄとする。ｎ台の誘導加熱機１０を用いる場合には、加熱時間、冷却時間をＴｂｎ、Ｔｃｎとして表記することにする。なお、切替時間Ｔａ、着脱時間Ｔｄについては台数に依存しない値としている。サイクルタイムτと各時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄとは、τ＝Ｔａ+Ｔｂ＋Ｔｃ+Ｔｄの関係がある。
【０１１９】
誘導加熱システム１において、二台の誘導加熱機１０を用いる場合には、図１５（ａ）に示すように、第１の誘導加熱機１０Ａの切替処理を行い、次いで加熱処理を行う。加熱処理が終了すると切替処理が開始され、第１の誘導加熱機１０Ａでは冷却処理が直ちに開始される一方、第２の誘導加熱機１０Ｂでは切替処理の完了を待って加熱処理を行う。第１の誘導加熱機１０Ａにおいて冷却時間Ｔｃ２が経過すると着脱処理がなされるが、第２の誘導加熱機１０Ｂにおいては加熱処理が継続される。第２の誘導加熱機１０Ｂにおいて加熱時間Ｔａ２が経過すると切替処理が開始され、第２の誘導加熱機１０Ａでは冷却処理が直ちに開始される一方、第１の誘導加熱機１０Ａでは切替処理の完了を待って加熱処理を行う。その後、第１の誘導加熱機１０Ａは順に同じ処理を繰り返し、第２の誘導加熱機１０Ｂでは冷却時間Ｔｃｎが経過すると着脱処理がなされ、以下順に同じ処理を繰り返す。
【０１２０】
ここで、同じサイクルタイムτで、誘導加熱システム１において作動させる誘導加熱機１０を三台とした場合には、切替時間Ｔａ、着脱時間Ｔｄは短縮することが難しいので、図１５（ｂ）に示すように、加熱時間Ｔｂと冷却時間Ｔｃの時間を、誘導加熱機１０が二台の場合と異ならせる。
【０１２１】
そこで、同じサイクルタイムτで、誘導加熱システム１において、ｎ台（ｎは２以上の任意の整数）作動させるとすると、図１５（ｃ）に示すように、加熱時間Ｔｂｎと冷却時間Ｔｃｎの各時間を求め、求めた熱処理時間Ｔｂｎに応じて誘導加熱条件、冷却時間Ｔｃｎに応じた冷却条件を設定する。
【０１２２】
以上説明したように、一つの電源系により複数台の誘導加熱機１０をサイクルタイムτで作動させる場合、各誘導加熱機１０に電源系２０が接続されて電力投入できる期間、つまり加熱時間を求め、各誘導加熱機１０においてその求めた加熱時間に対応して所定の加熱条件を満たすように、ＤＴ比、周波数の選定、各周波数の電力などの条件出しをすればよい。
【０１２３】
〔誘導加熱機からの制御の設定〕
図１に示す誘導加熱システム１において、各誘導加熱機１０から切替制御部３５を含むシステム制御部への加熱条件を設定する手法について説明する。
【０１２４】
図１６は、各誘導加熱機から切替制御部を含むシステム制御部への加熱条件を設定する際に使用する条件設定画面の例を示しており、（ａ）はステップの条件設定の例、（ｂ）は時分割方式その１の設定テーブル、（ｃ）は時分割方式その２の設定テーブル、（ｄ）は重畳方式その１のテーブルを示す図である。
【０１２５】
図１６（ａ）に示すテーブルにおいて、縦の各項目がステップの順番を示し、横の各項目は、ＳＴＥＰがステップ番号であり、ＴＩＭＥＲが時間であり、ＲＯＴＡＴＥがワークの回転数であり、ＨＳＷＴＡＢＬＥが時分割方式のテーブル参照先情報であり、ＨＳＷ２ＶＲが出力強度であり、ＨＳＷ２ＤＴが高周波と低周波の出力比であり、２ＢＡＤＴＡＢＬＥが重畳方式のテーブル参照先情報であり、２ＢＮＤＶＲが第２の電源２６の出力強度であり、２ＢＮＤＦＲＥＱが第２の電源２６の周波数に関する情報である。
【０１２６】
図１６（ａ）に示すように、ステップ毎に、ＴＩＭＥＲの項目に時間が設定され、ＲＯＴＡＴＥの項目にワークの回転数が設定される。
時分割方式を採用する場合において、テーブル加熱を実施するときは参照する設定テーブル先の情報が設定され、ステップ加熱を実施するときは、図１６（ａ）に示すように出力強度ＶＲと低周波占有率ＤＴのそれぞれが設定される。
重畳方式を採用する場合において、テーブル加熱を実施するときは参照する設定テーブル先の情報が設定され、ステップ加熱を実施するときは出力強度ＶＲと周波数が設定される。ここで、周波数の設定というのは、第２の電源２６が出力する周波数を設定できる場合を想定して、何れの周波数を出力するかを設定することを意味する。
【０１２７】
ここで、ステップ加熱とは、出力強度ＶＲ及び低周波占有率ＤＴを項目とする加熱条件と加熱信号とがステップ毎に誘導加熱機から切替制御部３５を経由して電源系２０に対して送信され、第１の電源２１、第２の電源２６の各電源が当該加熱条件及び加熱信号を受信することで出力制御して、ワークを加熱する手法をいう。
一方、テーブル加熱とは、図１６（ｂ）乃至（ｄ）に示すようなテーブルを、予め誘導加熱機から切替制御部３５を経由して電源系２０に送信しておき、第１の電源２１、第２の電源２６の各電源がそのテーブルに沿って出力制御してワークを加熱する手法をいう。
【０１２８】
ステップ加熱を採用すると、誘導加熱機から電源に対してステップ毎に信号が送信されて加熱開始及び加熱終了の制御を行うため、信号の送受信により加熱時間に誤差が生じる。これに対して、テーブル加熱を採用すると、誘導加熱機から加熱開始の信号や終了の信号の送受信が加熱毎にないため、加熱時間を精度よく制御することができる。テーブル加熱では、一つのテーブル内で加熱条件を時系列で変化させる場合にでもそれぞれの加熱条件での加熱時間を精度よく制御することができる。つまり、テーブル加熱を採用することで、予め電源に加熱条件を送ることにより加熱時間の精度を上げ、加熱条件が変化する際であっても、それぞれの加熱条件の加熱時間で精度よく出力することが可能となる。
【０１２９】
図１６（ａ）の各ステップにおいて、ＨＳＷＴＡＢＬＥの項目が「０」とは第１の電源２１がテーブル加熱を行わないことを意味し、２ＢＡＮＤＴＡＢＬＥの項目が「０」とは第１の電源２１、第２の電源２６がテーブル加熱を行わないことを意味する。一方、ＨＳＷＴＡＢＬＥの項目が「１」では、図１６（ｂ）に示す時分割方式のその１のテーブルを参照することを意味し、ＨＳＷＴＡＢＬＥの項目が「２」では、図１６（ｃ）に示す時分割方式のその２のテーブルを参照することを意味し、２ＢＡＮＤＴＡＢＬＥの項目が「１」では、図１６（ｄ）に示す重畳方式のその１のテーブルを参照することを意味する。
【０１３０】
図１６（ｂ），（ｃ）において、ＶＲ，ＤＴ、ＨＴはそれぞれ、出力強度、低周波占有率、加熱時間を示し、図１６（ｄ）において、ＶＲ，ＦＲＱ，ＨＴはそれぞれ、出力強度、出力周波数、加熱時間を示す。
【０１３１】
このようにして、各誘導加熱機１０から切替制御部３５を含むシステム制御部への加熱条件が設定される。
【０１３２】
〔出力監視のための設定〕
図１６に示す各テーブルのように条件設定を行った場合の出力監視を、どのように行うのかについて説明する。図１７は、出力監視画面の例を示す図である。
【０１３３】
図１６では、電力供給がＳＴＥＰ３とＳＴＥＰ５とＳＴＥＰ７でなされるので、出力監視ステップとしてはＳＴＥＰ３、ＳＴＥＰ５、ＳＴＥＰ７の番号「３」、「５」、「７」が示してある。ＳＴＥＰ３，ＳＴＥＰ５，ＳＴＥＰ７のそれぞれにおいて、テーブル監視行とは、例えばＳＴＥＰ３では図１６（ａ）のテーブルからＨＳＷＴＡＢＬＥが「１」であるので、図１６（ｂ）を参照し、その何行目で監視をするかを設定する。「監視マスク時間」とは、加熱開始後監視しない時間の意味であり、「終了監視のみ」が「あり」とは、加熱終了時の値で監視することを意味する。図１７では時分割方式、重畳方式のそれぞれで設定され、それぞれ電力Ｐ１、Ｐ２、図３及び図４において変換部２１ａ，２６ａから逆変換部２１ｂ，２６ｂに入力される直流電流Ｉｄｃ、直流電圧Ｖｄｃ、周波数Ｆ１、Ｆ２が設定される。何れのパラメータについても、上限、下限が設定され、測定値が表示される。
【０１３４】
ところで、第１の電源２１、第２の電源２６の各電源制御部２１ｘ、２６ｘは、直流電圧が一定になるように制御するか、又は直流電流が一定になるように制御している。そのため、各電源からの出力状況は、その制御対象を監視する。つまり、各電源制御部２１ｘ、２６ｘが直流電圧一定制御であれば直流電圧Ｖｄｃを監視し、直流電流一定制御であれば直流電流Ｉｄｃを監視する。
【０１３５】
よって、時分割方式では、制御対象であるＶｄｃ、Ｉｄｃの何れかと周波数とを連続監視し、電力は加熱終了時の値を監視する。一方、重畳方式では、制御対象であるＶｄｃ、Ｉｄｃの何れかと周波数とを連続監視し、電力は加熱終了時の値を監視する。なお、図１７において「終了監視のみ」が「あり」となっている場合には、すべて加熱終了時の値を監視する。
【０１３６】
次に、監視方法について説明する。
テーブル加熱を採用した場合には、次のような監視方法がある。
第１の手順として、図１７に示すような監視画面上で各値を設定する。
第２の手順として、条件設定のどのステップのテーブル加熱を監視するか、さらにその監視するテーブルの１５行のどの行を監視するか、を設定する。図１７では、監視するテーブル加熱の行として３行設定可能な場合を示している。
第３の手順として、インバータテーブル運転測定データデバイスを常時読み出し、対応テーブル行を監視する。ここで、インバータテーブル運転測定データデバイスとは後述する測定部のことである。電力については後述するように、平均電力で監視するので、加熱終了時の値を読み出して監視する。
【０１３７】
なお、ステップ加熱を採用した場合、つまり、ステップの出力強度ＶＲ、低周波占有率ＤＴ、周波数を入力した際であっても、監視画面で各値を設定し、条件設定のどのステップのステップ加熱を監視するかを設定し、インバータテーブル運転測定データデバイスを常時読み出し、監視対象として設定したステップの直流電圧Ｖｄｃ、直流電流Ｉｄｃ、加熱終了時の電力、周波数を監視すればよい。
【０１３８】
〔電力を監視するための設備〕
図３、図４に示す回路からどのように電力を監視するかについて詳細に説明する。図３、図４に示すように、インバータ制御部２１ｃ，２６ｃにより、変換部２１ａ，２６ａ、逆変換部２１ｂ，２６ｂが制御される。よって、変換部２１ａ，２６ａから逆変換部２１ｂ，２６ｂに流れる直流の電流Ｉｄｃ、電圧Ｖｄｃが図３、図４に示す電流センサ１０１、電圧センサ１０２で測定されて測定部１０３に入力される。測定部１０３に入力された値は、デジタル変換されて処理部１０４に出力される。測定部１０３はそれぞれ第１の電源２１、第２の電源２６に設けられ、処理部１０４は各誘導加熱機１０に設けられるか又は誘導加熱システム１を統括する管理部（図示しない）に設けられる。
【０１３９】
誘導加熱システム１を運転中の電力については種々の監視方法がある。以下、ＤＴ信号により時分割方式で電力を供給している場合を説明する。
【０１４０】
図１８は第１の出力監視方法を説明するための図であり、横軸は時間、縦軸がＶｄｃ、Ｉｄｃ、ＤＴである。第１の出力監視方法としては、ＤＴ信号がＯＮとなっているとき、すなわち、低周波の出力がなされているときに、瞬時値ｖdc，ｉdcを電流センサ１０１、電圧センサ１０２で検出する。これにより、低周波、高周波の電力が次の式から求まる。
低周波電力Ｐ１（ｋＷ）は、
Ｐ１＝ｖdc（Ｖ）×ｉdc（Ａ）×ＤＴ（％）×１０-2×１０-3
高周波電力Ｐ２（ｋＷ）は、
Ｐ２＝ｖdc（Ｖ）×ｉdc（Ａ）×（１００−ＤＴ（％））×１０-2×１０-3
【０１４１】
この第１の出力監視方法ではｖdcは比較的安定しているところ、ＩｄｃはＤＴ内で時間の経過とともに変化する。これは、時分割方式では、電源の制御方式により例えば直流電圧を一定にするように出力するため、負荷インピーダンスの変化により電流が変化するためである。そのため、精度のよい監視とはならない。
【０１４２】
そこで、第２の監視方法として、本発明では、所定の間隔Δｔ（例えば０．５ｍｓ）毎に、瞬時値ｖdc，ｉdcを電流センサ１０１、電圧センサ１０２で検出し、ｖdc×ｉdcから、すなわちサンプリング時間毎に各直流電圧、直流電流の瞬時値の積を求め、各ステップ加熱期間中、低周波、高周波別々に加算して、ステップ終了時に電力を求める。
【０１４３】
図１９は第２の出力監視方法を説明するための図であり、（ａ）は直流電圧、電流の時間変化を示し、（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれＤＴ信号、低周波の積算電力量、高周波の積算電力量、加熱信号の時間変化を示す。
【０１４４】
図１９（ａ）に示すように、直流電圧、電流が時間経過とともに変化するので、サンプリング時間、例えば０．５ｍｓ毎に、瞬時値を電流センサ１０１、電圧センサ１０２で検出する。そして、サンプリング時間毎に電力の時間積ｑ（Ｊ）を次式により求める。
ｑ（Ｊ）＝ｖdc（Ｖ）×ｉdc（Ａ）×サンプリング時間（ｓ）
【０１４５】
次に、低周波の時間積の総和ＱＬ（Ｊ）と高周波の時間積の総和ＱＨ（Ｊ）とをそれぞれ次式により求める。
ＱＬ（Ｊ）＝Σｑ（Ｊ）  （ただし、ＤＴがHigh（低周波出力）の期間加算する。）
ＱＨ（Ｊ）＝Σｑ（Ｊ）  （ただし、ＤＴがLow（高周波出力）の期間加算する。）
【０１４６】
すると、低周波の平均電力Ｐ１（ｋＪ／ｓ）と高周波の平均電力Ｐ２（ｋＪ／ｓ）とが次式により求まる。ただし、ＨＴ（ｓ）はトータルの加熱時間である。
Ｐ１（ｋＪ／ｓ＝ｋＷ）＝ＱＬ（Ｊ）／ＨＴ（ｓ）×１０-3
Ｐ２（ｋＪ／ｓ＝ｋＷ）＝ＱＨ（Ｊ）／ＨＴ（ｓ）×１０-3
【０１４７】
本発明の実施形態に係る誘導加熱システム１においては、図３及び図４に示す電源系としての電力供給装置２０中の第１の電源２１及び第２の電源２６に、出力監視装置１１０が配線接続されて取り付けられる。図２０は出力監視装置１１０のブロック構成図である。出力監視装置１１０は測定部１０３と処理部１０４を備える。
【０１４８】
測定部１０３は、図３及び図４に示す変換部２１ａ，２６ａから逆変換部２１ｂ，２６ｂに出力される直流の電流Ｉｄｃ及び電圧Ｖｄｃをサンプリング時間で測定する。
処理部１０４は、測定部１０３によって測定した電流及び電圧のサンプリング時間毎の値から周波数毎に電力量を求め、周波数毎の電力量に基いて各周波数の平均電力を求める。
【０１４９】
電力供給装置１２０が、複数の誘導加熱機１０に切替手段３０を介在して取り付けられ、複数の誘導加熱機１０から切替手段３０を制御することにより、電力供給装置１２０が任意の一台の誘導加熱機１０に接続可能に構成される。そのように構成されている場合、処理部１０４が複数の誘導加熱機１０の各々に設けられる。これにより、電力供給装置１２０に対して測定部１０３による測定データを取得することができ、各処理部１０４が、各周波数の平均電力と電力供給装置１２０に対して行った供給指令との整合性を判断する。
【０１５０】
図２０に示すように、測定部１０３は、電力供給装置１２０が時分割で電力を供給する方式に対応するように、電流電圧測定部１０３ａと周波数測定部１０３ｂを備える。すなわち、電流電圧測定部１０３ａは、図３、図４に示す電流センサ１０１及び電圧センサ１０２から入力される検出値から、変換部２１ａ，２６ａから逆変換部２１ｂ，２６ｂに出力される直流の電流及び電圧をサンプリング時間で測定する。周波数測定部１０３ｂは、逆変換部２１ｂ，２６ｂがＯＮ／ＯＦＦする単位時間当たりの回数をカウントすることにより、出力される電流、電圧の周波数を測定する。
【０１５１】
よって、処理部１０４は、電流電圧測定部１０３ａによって測定した電流及び電圧のサンプリング時間毎の値から、周波数測定部１０３ｂが求めた周波数毎の電力量を求め、周波数毎の電力量に基いて各周波数の平均電力を求める。
【０１５２】
〔出力監視方法〕
図２０に示す出力監視装置１１０を用いて出力を監視する方法について説明する。
図３に示すように、逆変換部２１ｂにより第１の周波数（例えば低周波）と第２の周波数（例えば高周波）とで直流をＯＮ／ＯＦＦして出力する際、先ず、電流電圧測定部１０３ａが、電流センサ１０１，電圧センサ１０２から入力される検出データから、直流の電流及び電圧をサンプリング時間で測定する。
【０１５３】
次に、逆変換部２１ｂが第１の周波数でＯＮ／ＯＦＦした際に、電流電圧測定部１０３ａによりサンプリングして測定した電流及び電圧の入力を処理部１０４が受ける。処理部１０４は、入力された値、すなわち電流、電圧の積をサンプリング時間毎に加算して出力時間である誘導加熱時間で割ることにより、第１の周波数の平均出力電力を求める。また、逆変換部２１ｂが第２の周波数でＯＮ／ＯＦＦした際に、電流電圧測定部１０３ａによりサンプリングして測定した電流及び電圧の入力を処理部１０４が受ける。処理部１０４ｂは入力された値、すなわち電流、電圧の値を積算して、その積算した結果値をサンプリング時間毎に加算して、出力時間である誘導加熱時間で割ることにより、第２の周波数の平均出力電力を求める。
【０１５４】
そして、処理部１０４は、求めた第１の周波数の平均出力電力と第２の周波数の平均出力電力の値から、供給される電力を表示部（図示せず）に表示するなどして監督者に監視させる。処理部１０４で設定した上限値、下限値の中に、第１の周波数と第２の周波数の各平均出力電力が収まっているかを監視し、上限と下限の範囲から外れた場合に、停止信号を出力し、出力を停止させる。このように、閾値を設定しその閾値を外れたときや、許容範囲を設定しその範囲から外れたときに、出力を停止させ、誘導加熱処理が適切に施されていないワークを取り除くことができる。
【０１５５】
このように、出力監視装置１１０は、加熱時間全体のＶｄｃとＩｄｃとを一定の間隔でサンプリングして周波数毎に平均電力を求めているため、出力の立ち上がりなどの変化を含めて監視することができる。つまり、加熱時間を短くすることで、出力の立ち上がりの過渡状態も監視することができる。
【０１５６】
本発明の実施形態に係る出力監視方法では、低周波の積算電力量をトータルの加熱時間で割って平均電力とし、高周波の積算電力量をトータルの加熱時間で割って平均電力としている。
【０１５７】
そのため、処理部１０４において、求めた第１の周波数の平均電力と第２の周波数の平均電力の各大きさの変化により、第１の周波数と第２の周波数との切替を指定するＤＴ信号の異常を監視することができる。
【０１５８】
もし、ＤＴ信号に異常が発生し、第１の周波数と第２の周波数の出力時間が変わった場合には、第１の周波数の出力期間の積算電力量と第２の周波数の出力期間の積算電力量が変化する。その結果、トータルの出力時間で割った各周波数の平均電力も変化する。よって、第１の周波数の平均電力の値と第２の周波数の平均電力の値とが時系列によって変化するか否かを監視すれば、第１の周波数と第２の周波数との切り替えを指定する所謂ＤＴ信号の異常を監視することができる。このように、各周波数の平均電力を監視することにより、ＤＴ信号も監視することができる。
【０１５９】
次に重畳方式の出力監視について説明する。図１に示すシステムにおいて、第１の電源２１と第２の電源２６にそれぞれ直流電圧及び電流を積算して、トータルの加熱時間で割って平均電力を求めればよい。あとは、時分割方式と同様に出力監視することができる。
【０１６０】
〔出力監視方法の変形例〕
上述した出力監視方法は、時分割方式により電力が供給された場合の手法であるが、この監視方法は重畳方式において、低周波と高周波とを短時間に交互に出力する場合にも適用することができる。以下、詳細に説明する。図２１は、重畳方式により電力が供給される場合で、第１の周波数の出力の有無と第２の周波数の出力の有無を時系列に示す図である。
【０１６１】
図４に示す重畳方式の回路構成において、図２１に示すように、逆変換部２１ｂ，２６ｂで直流を第１の周波数でＯＮ／ＯＦＦして出力する信号と、直流を第２の周波数でＯＮ／ＯＦＦして出力する信号と、を交互に出力する場合を想定する。
【０１６２】
先ず、図４に示す各測定部１０３において、電流センサ１０１と電圧センサ１０２からの検出信号の入力を受けて、各直流の電流及び電圧をサンプリング時間で測定する。
【０１６３】
次に、逆変換部２１ｂが第１の周波数でＯＮ／ＯＦＦした際に、処理部１０４は、電流電圧測定部１０３ａによりサンプリングして測定した電流及び電圧の入力を受ける。処理部１０４は入力された値、すなわち電流、電圧の値を積算して、その積算した結果値をサンプリング時間毎に加算して出力時間で割ることにより、第１の周波数の平均出力電力を求める。また、処理部１０４が、逆変換部２６ｂが第２の周波数でＯＮ／ＯＦＦした際に、電流電圧測定部１０３ａによりサンプリングして測定した電流及び電圧の入力を受ける。そして、処理部１０４ｂは入力された値、すなわち電流、電圧の値を積算して、その積算した結果値をサンプリング時間毎に加算して出力時間で割ることにより、第２の周波数の平均出力電力を求める。
【０１６４】
そして、処理部１０４は、求めた第１の周波数の平均出力電力と第２の周波数の平均出力電力との大きさから、供給される電力を表示部（図示せず）に表示するなどして監督者に監視させる。
【０１６５】
このように、本発明の実施形態においては、電源２０を構成する第１の電源２１及び第２の電源２６において、変換部２１ａ，２６ａから逆変換部２１ｂ，２６ｂに出力される直流電圧と直流電流を、測定部１０３によってサンプリング時間毎に測定する。そのため、第１の電源２１及び第２の電源２６から出力される電力などを監視することができる。
【０１６６】
〔一台の誘導加熱機に対する電力供給の監視について〕
これまでは、電源系２０に対して切替手段３０を介在して複数の誘導加熱機１０のうち一台を接続して、電源系２０から誘導加熱機１０に対して給電する場合を主として説明した。しかしながら、一台の誘導加熱機１０に電力を供給する場合であっても同様である。
【０１６７】
すなわち、図１のうち、誘導加熱機１０Ａのみ設けられた誘導加熱システム１とすると、次のようになる。誘導加熱システム１は、一又は複数の電力供給装置１２０として、第１の電源２１のみか又は第１の電源２１及び第２の電源２６の双方を有している。図３及び図４に示すように、第１の電源２１は、交流を直流にする変換部２１ａと、変換部２１ａから入力された直流を任意の周波数でＯＮ／ＯＦＦして出力する逆変換部２１ｂと、を有している。図４に示すように、第２の電源２６は、交流を直流にする変換部２６ａと、変換部２６ａから入力された直流を任意の周波数でＯＮ／ＯＦＦして出力する逆変換部２１ｂと、を有している。電力供給装置１２０は、図３、図４に示すように、単一の加熱コイル１３へ給電するように接続される。ここで、単一の加熱コイル１３とは、一つのワークに複数の加熱領域が存在する場合に複数のコイル部が直列接続されるか又は並列接続される場合もあり、この場合の複数のコイルを纏めて呼ぶためである。一つのワークに対して一つの加熱コイルが対応しており、その一つの加熱コイルを単一の加熱コイルと称している。
【０１６８】
このような誘導加熱システム１において、図２０に示す測定部１０３と処理部１０４とを有する出力監視装置１１０が配備される。測定部１１０は、変換部２１ａ，２６ａから逆変換部２１ｂ，２６ｂに出力される直流の電圧及び電流をサンプリング時間毎に測定する。測定部１０３は、図２０を参照して説明したように、電流電圧測定部１０３ａと周波数測定部１０３ｂとを備える。一方、処理部１０４は、測定部１０３によって測定した電流及び電圧のサンプリング時間毎の値から周波数毎に電力量を求め、周波数毎の電力量に基いて各周波数の平均電力を求める。
【０１６９】
このような誘導加熱システム１を用いて、一又は複数の周波数で一又は複数の直流をＯＮ／ＯＦＦしてスイッチングして誘導加熱を行うに際し、第１の電源２１、第２の電源２６の各変換部２１ａ，２６ａから逆変換部２１ｂ，２６ｂへ出力される電流、電圧をサンプリング時間毎に測定し、周波数毎にサンプリング時間で測定した電流及び電圧の積を加算して周波数毎の平均電力を求める。その結果、その求めた周波数毎の平均電力から電力供給装置１２０の出力状況を監視することができる。
【０１７０】
電力供給装置１２０が時分割方式で供給する場合には次のようになる。電力供給装置１２０として、図３に示すように第１の電源２１を有する。第１の電源２１の逆変換部２１ｂが、高周波及び低周波の各出力電力を、出力周期に対する高周波と低周波の出力時間の比として調整する場合、具体的には、第１の電源２１の逆変換部２１ｂが低周波と高周波とを交互に出力する場合には、処理部１０３が、電流センサ１０１と電圧センサ１０２から入力された値に基いて、測定部１０３でサンプリング時間毎の直流電流と直流電圧との積を計算することにより、一台の電力供給装置１２０としての第１の電源２１から加熱コイル１３に供給される高周波と低周波の平均電力を求める。
【０１７１】
つまり、第１の周波数としての高周波と第２の周波数としての低周波で、一の直流をＤＴ信号により区別してＯＮ／ＯＦＦして高周波と低周波とを時分割多重で出力して誘導加熱を行うに際し、一の直流の電流及び電圧をサンプリング時間毎に測定する。第１の周波数でＯＮ／ＯＦＦした際に測定した電流及び電圧の積をサンプリング時間毎に加算して第１の周波数の平均電力を求める。同様に、第２の周波数でＯＮ／ＯＦＦした際に測定した電流及び電圧の積をサンプリング時間毎に加算して第２の周波数の平均電力を求める。これら求めた第１の周波数、第２の周波数の各平均電力から、出力される電力を監視することができる。
【０１７２】
電力供給装置１２０が重畳方式で供給する場合には次のようになる。図４に示すように、電力供給装置１２０は、第１の電力供給装置として第１の電源２１と、第２の電力供給装置として第２の電源２６とにより構成される。この場合、第１の電源２１では、逆変換部２１ｂが第１の周波数で変換部２１ａから入力される直流をＯＮ／ＯＦＦして出力する。これと共に、第２の電源２６では、逆変換部２６ｂが第２の周波数で変換部２１ａから入力される直流をＯＮ／ＯＦＦして出力する。第１の電源２１及び第２の電源２６の二台の電源から加熱コイル１３に第１の周波数と第２の周波数とを重畳して給電する。
【０１７３】
この場合、図４に示すように、測定部１０３は、第１の電源２１に配備される第１の測定部１０３ｃと第２の電源２６に配備される第２の測定部１０３ｄとからなる。第１の測定部１０３ｃは、第１の電源２１における変換部２１ａから逆変換部２１ｂに出力される直流の電流及び電圧をサンプリング時間毎に測定する。第２の測定部１０３ｄは、第２の電源２６における変換部２６ａから逆変換部２６ｂに出力される直流の電流及び電圧をサンプリング時間毎に測定する。
【０１７４】
よって、処理部１０４が、第１の測定部１０３ｃによって測定した電流及び電圧のサンプリング時間毎の値から第１の周波数の電力量を求め、第２の測定部１０３ｄによって測定した電流及び電圧のサンプリング時間毎の値から第２の周波数の電力量を求め、周波数毎の電力量に基いて第１の周波数の平均電力及び第２の周波数の平均電力を求める。
【０１７５】
つまり、第１の電源２１から第１の直流を第１の周波数でＯＮ／ＯＦＦして出力し、かつ第２の電源２６から第２の直流を第２の周波数でＯＮ／ＯＦＦして出力して、第１の周波数と第２の周波数とを重畳して誘導加熱を行うに際し、第１の測定部１０３ｃによって第１の直流の電流及び電圧をサンプリング時間毎に測定すると共に、第２の測定部１０３ｄによって第２の直流の電流及び電圧をサンプリング時間毎に測定する。そして、処理部１０４によって、第１の周波数でＯＮ／ＯＦＦした際に測定した第１の直流に係る電流及び電圧の積をサンプリング時間毎に加算し、誘導加熱時間で割ることにより、第１の周波数の平均電力を求める。同様に、処理部１０４によって、第２の周波数でＯＮ／ＯＦＦした際に測定した第２の直流に係る電流及び電圧の積をサンプリング時間毎に加算し、誘導加熱時間で割ることにより、第２の周波数の平均電力を求める。処理部１０４は、求めた第１の周波数の平均電力と求めた第２の平均電力の値から、出力される電力を監視する。
【０１７６】
なお、図１に示すように、誘導加熱システム１に、複数の誘導加熱機が配備されている場合には既に説明したので、ここでは繰り返し説明をする必要はないであろう。
【０１７７】
以上説明したように、誘導加熱システム１において出力監視装置１１０により供給電力を監視する。これにより、負荷の異常やブスバーの異常などを監視することができる。
【０１７８】
〔その他の監視〕
図１に示す誘導加熱システム１に出力監視装置１１０が配備されていることで、各誘導加熱機１０に供給される電力を監視することができる。この出力監視装置１１０を用いることにより、実際に出力されている周波数とか、非常に短時間の加熱の際のＶｄｃについても監視することができる。
【０１７９】
例えば、出力監視装置１１０において、電流電圧測定部１０３ａにより、逆変換部２１ｂ，２６ｂに入力される直流電圧Ｖｄｃをサンプリング時間毎に計測して常時監視することができる。その際、周波数の切替直後の数ｍ秒間は無視して、例えば４〜６ｍｓの複数のデータを平均化した値から、その周波数の終了までの期間をサンプリング時間毎に積算して、その数で割ることにより、平均の直流電圧を監視することができる。
【０１８０】
例えば、出力監視装置１１０において、周波数測定部１０３ｂにより、図３、図４に示す逆変換部２１ｂ，２６ｂによるスイッチングの単位時間当たりの回数を監視することで、周波数を測定することができる。従って、各周波数の電力を出力している間、常時、出力周波数を監視することができる。
【０１８１】
例えば、非常に短時間の加熱においても、Ｖｄｃと周波数を測定して、監視することができる。
【０１８２】
このように、電力供給中においても、制御対象となる直流電圧、周波数を常時監視することができ、適切に誘導加熱がなされているか否かを与える指針を与えることができる。
【０１８３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で変更したものも含まれる。
【符号の説明】
【０１８４】
１：誘導加熱システム
２：商用電源
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ：誘導加熱機
１１：高周波用電流変成器
１１ａ：一次巻線
１１ｂ：二次巻線
１１ｃ：コンデンサ
１１ｄ、１１ｅ：コイル
１２，１２Ａ，１２Ｂ：低周波用電流変成器
１２ａ：一次巻線
１２ｂ：二次巻線
１２ｃ：タップ
１２ｄ：コア
１２ｅ，１２ｆ：リアクタンス
１３：加熱コイル
１４：加熱機制御部
２０：電源系（電力供給装置）
２１：第１の電源
２１ａ：変換部
２１ｂ：逆変換部
２１ｃ：インバータ制御部
２１ｄ：ハイパスフィルタ
２１ｅ：ローパスフィルタ
２１ｘ：電源制御部
２６：第２の電源
２６ａ：変換部
２６ｂ：逆変換部
２６ｃ：インバータ制御部
２６ｘ：電源制御部
３０：切替手段
３１：第１の電源用出力切替器
３２：第２の電源用出力切替器
３３：高周波用入力切替器
３４：低周波用入力切替器
３５：切替制御部
５１：ダクトフレーム
５１ａ：縦フレーム
５１ｂ：横フレーム
５１ｃ：奥行きフレーム
５２：高周波用給電路
５３：低周波用給電路
５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ：ブスバー（高周波用送電ブスバー、低周波用送電ブスバー）
５２ｃ，５２ｄ，５３ｃ，５３ｄ：取付用フック
５４：碍子
５５：長穴
６０：切替器
６１ａ,６２ａ：上流側ブスバー取付部
６１ｂ，６２ｂ：下流側ブスバー取付部
６３：ベースプレート
６４ａ：冷却水導入口
６４ｂ：冷却水排出口
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ：長穴
６５：接続ブロック
６５ａ：当接部
６５ｂ：支持部
６５ｃ：ロッド
６６：支持ブロック
６７：エアシリンダ
６８：圧縮バネ
６９：冷却配管
７０：電磁弁
７１：リミットスイッチ
７２：碍子
８０：架台
８０ａ：側縁ガイド部
８０ｂ：台車ストッパ
８０ｃ：載置支持部
８１，８３：一次側ブスバー
８２：二次側ブスバー
８４：焼入液噴射ノズル
８６，８７：接続部
８８：上部支持部
８９：下部支持部
９０：交換機構
９１：カバー部材
９１ａ：接続開口
９１ｂ：パッキン
９２：前後方向支持部
９３：ベースプレート
９３ａ：走行面
９３ｂ：ベース突設部
９３ｃ：ベース用リブ
９３ｄ：延長プレート
９４：台車
９４ａ：ハンドル
９４ｂ：台車プレート
９４ｃ：台車リブ
９４ｄ：カムフォロア
９４ｅ：固定部材
９５：前方変位手段
９５ａ：固定ブロック
９５ｂ：押し込みネジ部
９５ｃ：螺合部材
９６：傾斜部材
９７：上下変位手段
９８：コロ
９９：治具
９９ａ：案内面
９９ｂ：治具固定ネジ
１０１：電流センサ
１０２：電圧センサ
１０３：測定部
１０３ｃ：第１の測定部
１０３ｄ：第２の測定部
１０３ａ：電流電圧測定部
１０３ｂ：周波数測定部
１０４：処理部
１１０：出力監視装置
Ｐ１：接続位置
Ｐ２：交換位置
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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