(57)【要約】      （修正有）【課題】誘導加熱装置において、被加熱体の温度を測定する温度検出素子を不要にする。【解決手段】磁束発生機構の巻き線に接続されるとともに、交流電流又は交流電圧を制御する制御素子４が設けられた電源回路５を備え、磁束発生機構により被加熱体を誘導加熱する誘導加熱装置であって、巻き線を流れる交流電流を検出する交流電流検出部７から得られる交流電流値と、巻き線に印加される交流電圧を検出する交流電圧検出部８から得られる交流電圧値と、被加熱体２及び磁束発生機構からなる誘導加熱ユニットの力率を検出する力率検出部１０から得られる力率と、巻き線の巻き線抵抗値と、被加熱体及び磁束発生機構で構成される磁気回路の磁束密度及び励磁抵抗の関係特性から得られる励磁抵抗とをパラメータとして、被加熱体の温度を算出するように構成されている。【選択図】図３
2015220051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束発生機構の巻き線に接続されるとともに、交流電流又は交流電圧を制御する制御素子が設けられた電源回路を備え、前記磁束発生機構により被加熱体を誘導加熱する誘導加熱装置であって、
前記巻き線を流れる交流電流を検出する交流電流検出部から得られる交流電流値と、前記巻き線に印加される交流電圧を検出する交流電圧検出部から得られる交流電圧値と、前記被加熱体及び前記磁束発生機構からなる誘導加熱ユニットの力率を検出する力率検出部から得られる力率と、前記巻き線の巻き線抵抗値と、前記磁束発生機構により生じる磁束密度と前記磁束発生機構及び前記被加熱体から構成される磁気回路の励磁抵抗との関係特性から得られる励磁抵抗値とをパラメータとして、前記被加熱体の温度を算出する被加熱体温度算出部を備える誘導加熱装置。
【請求項２】
前記被加熱体温度算出部が、前記交流電流検出部から得られる交流電流値と、前記交流電圧検出部から得られる交流電圧値と、前記力率検出部から得られる力率と、前記巻き線抵抗値と、前記磁束密度及び前記磁気回路の励磁抵抗の関係特性から得られる励磁抵抗値とをパラメータとして前記被加熱体の抵抗値を算出し、前記被加熱体の抵抗値と前記被加熱体の比透磁率とを用いて、前記被加熱体の温度を算出する請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記巻き線の温度を検出する巻き線温度検出部と、
前記巻き線温度検出部から得られる前記巻き線の温度から前記巻き線抵抗値を算出する抵抗値算出部とを備え、
前記被加熱体温度算出部が、前記抵抗値算出部から得られる前記巻き線抵抗値を用いて前記被加熱体の温度を算出する請求項１又は２記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
直流電源を制御して、前記巻き線に間欠的に直流電圧を印加する直流電圧印加部と、
前記直流電圧印加部により印加される直流電圧と当該直流電圧を印加したときに前記巻き線に流れる直流電流とから前記巻き線抵抗値を算出する抵抗値算出部とを備え、
前記被加熱体温度算出部が、前記抵抗値算出部から得られる巻き線抵抗値を用いて前記被加熱体の温度を算出する請求項１又は２記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記被加熱体が、中空円筒形状をなし、
前記磁束発生機構が、前記被加熱体を外周側又は内周側から誘導加熱するものであり、
前記巻き線に対向する前記被加熱体の被加熱面と温度を算出する面である温度算出面との温度差をθ［℃］としたときに、前記被加熱体温度算出部が、前記インピーダンスと前記関係データとから得られた前記被加熱体の温度を、以下の式を用いて得られる温度差θを用いて補正して、前記温度算出面の温度を算出する請求項１乃至４の何れかに記載の誘導加熱装置。
θ＝ｋＰ／［２π／｛ｌｎ（ｄ２／ｄ１）／λ｝］
ここで、ｄ１は前記被加熱面の直径［ｍ］であり、ｄ２は前記温度算出面の直径［ｍ］であり、λは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の平均温度における熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｐは熱流速［Ｗ／ｍ］であり、ｋは、実測値から算出した補正係数である。
【請求項６】
前記被加熱体の側周壁に気液二相の熱媒体が封入されるジャケット室が形成されており、
前記被加熱面及び前記温度算出面の間の断面積をＳ［ｍ２］とし、前記被加熱面及び前記温度算出面の間のジャケット室の断面積の総和をＳｊ［ｍ２］とし、前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離をｔ［ｍ］とし、温度低下に伴う熱媒体の圧力低下によるジャケット室の機能低下の割合を示す変数をαとしたときに、
前記被加熱体温度算出部が、前記被加熱面の直径ｄ１を、ｄｊ１＝ｄ１±ｔ｛１−α（１−Ｓｊ／Ｓ）｝とし、前記温度算出面の直径ｄ２を、ｄｊ２＝ｄ２±ｔ｛１−α（１−Ｓｊ／Ｓ）｝として得られる温度差θを用いて、前記被加熱体の温度を補正する請求項５記載の誘導加熱装置。
なお、前記ｄｊ１の式において、±部分は、ｄ１＞ｄ２のときは、マイナスであり、ｄ１＜ｄ２のときは、プラスである。一方、前記ｄｊ２の式において、±部分は、ｄ１＞ｄ２のときは、プラスであり、ｄ１＜ｄ２のときは、マイナスである。
【請求項７】
前記被加熱体が、平板形状をなし、
前記磁束発生機構が、前記被加熱体を片面側から誘導加熱するものであり、
前記巻き線に対向する前記被加熱体の被加熱面と温度を算出する面である温度算出面との温度差をθ［℃］としたときに、前記被加熱体温度算出部が、前記インピーダンスと前記関係データとから得られた前記被加熱体の温度を、以下の式を用いて得られる温度差θを用いて補正して、前記温度算出面の温度を算出する請求項１乃至４の何れかに記載の誘導加熱装置。
θ＝ｋＱ／（λＳ／ｔ）
ここで、ｔは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離［ｍ］であり、Ｓは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の断面積［ｍ２］であり、λは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の平均温度［℃］における前記被加熱体の熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｑは前記被加熱面の発熱量［Ｗ］であり、ｋは、実測値から算出した補正係数である。
【請求項８】
前記被加熱体が、高さがｈ［ｍ］、ｎ辺の長さがそれぞれａ１、ａ２、・・・ａｎ［ｍ］の中空ｎ角筒形状をなし、
前記磁束発生機構が、前記被加熱体を外周側又は内周側から誘導加熱するものであり、
前記巻き線に対向する前記被加熱体の被加熱面と温度を算出する面である温度算出面との温度差をθ［℃］とし、前記被加熱体の各辺における前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離をｔ［ｍ］としたときに、前記被加熱体温度算出部が、前記インピーダンスと前記関係データとから得られた前記被加熱体の温度を、以下の式を用いて得られる温度差θを用いて補正して、前記温度算出面の温度を算出する請求項１乃至４の何れかに記載の誘導加熱装置。
θ＝ｋＱ／λ［｛（ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｎ）ｈ／ｔ｝＋ｍｎ×ｎ×ｈ］
ここで、ｎは１から始まる自然数であり、λは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の平均温度［℃］における前記被加熱体の熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｑは前記被加熱面の発熱量［Ｗ］であり、ｋは、実測値から算出した補正係数であり、ｍｎはｎにおける定数である。
【請求項９】
前記被加熱体の肉厚内に気液二相の熱媒体が封入されるジャケット室が形成されており、
前記被加熱面及び前記温度算出面の間の断面積をＳ［ｍ２］とし、前記被加熱面及び前記温度算出面の間のジャケット室の断面積の総和をＳｊ［ｍ２］とし、温度低下に伴う熱媒体の圧力低下によるジャケット室の機能低下の割合を示す変数をαとしたときに、
前記被加熱体温度算出部が、前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離ｔを、ｔｊ＝αｔ（Ｓ−Ｓｊ）／Ｓとして得られる温度差θを用いて、前記被加熱体の温度を補正する請求項７又は８記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
前記被加熱体が、高さがｈ［ｍ］、ｎ辺の長さがそれぞれａ１、ａ２、・・・ａｎ［ｍ］の中空ｎ角筒形状をなし、
前記磁束発生機構が、前記被加熱体を外周側又は内周側から誘導加熱するものであり、
前記被加熱体の各側壁部それぞれの前記巻き線に対向する前記被加熱体の被加熱面と温度を算出する面である温度算出面との温度差をθｎ［℃］とし、前記被加熱体の各側壁部それぞれの前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離をｔ１、ｔ２、・・・ｔｎ［ｍ］としたときに、前記被加熱体温度算出部が、前記インピーダンスと前記関係データとから得られた前記被加熱体の温度を、以下の式を用いて得られる温度差θｎを用いて補正して、前記温度算出面の温度を算出する請求項１乃至４の何れかに記載の誘導加熱装置。
θｎ＝ｋｎＱｎ／（λｎＳｎ／ｔｎ）
ここで、ｔｎはｎ番目の側壁部における前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離［ｍ］であり、Ｓｎはｎ番目の側壁部における前記被加熱面及び前記温度算出面の間の断面積［ｍ２］であり、λｎはｎ番目の側壁部における前記被加熱面及び前記温度算出面の間の平均温度［℃］における前記被加熱体の熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｑｎはｎ番目の側壁部における前記被加熱面の発熱量［Ｗ］であり、ｋｎは、実測値から算出した補正係数である。
【請求項１１】
前記被加熱体の肉厚内に気液二相の熱媒体が封入されるジャケット室が形成されており、
ｎ番目の側壁部における前記被加熱面及び前記温度算出面の間の断面積をＳｎ［ｍ２］とし、ｎ番目の側壁部における前記被加熱面及び前記温度算出面の間のジャケット室の断面積の総和をＳｎｊ［ｍ２］とし、温度低下に伴う熱媒体の圧力低下によるジャケット室の機能低下の割合を示す変数をαとしたときに、
前記被加熱体温度算出部が、ｎ番目の側壁部における前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離ｔｎを、ｔｎｊ＝αｔｎ（Ｓｎ−Ｓｎｊ）／Ｓｎとして得られる温度差θｎを用いて、前記被加熱体の温度を補正する請求項１０記載の誘導加熱装置。
【請求項１２】
前記制御素子が、半導体により交流電流又は交流電圧の通電角を制御するものであり、
前記インピーダンス算出部により得られたインピーダンスを、前記制御素子の通電角により補正するインピーダンス補正部を更に備え、
前記被加熱体温度算出部が、前記インピーダンス補正部により補正された補正インピーダンスと前記関係データとから前記被加熱体の温度を算出する請求項１乃至１１の何れかに記載の誘導加熱装置。
【請求項１３】
前記被加熱体温度算出部が、前記被加熱面の温度を算出するとともに、当該被加熱面の温度から定常状態における前記温度算出面の計算値を算出し、以下の式を用いて得られるΔＴ［ｈ］時間後に前記温度算出面が前記計算値に到達することを基準に、過渡期における前記温度算出面の温度を算出する請求項２乃至１２の何れかに記載の誘導加熱装置。
ΔＴ＝ｋ×ｗ×ｃ×ｔ２／（２λ）
ここで、ｗは前記被加熱体の材質の比重［ｋｇ／ｍ３］であり、ｃは前記被加熱体の材質の比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ・℃］であり、ｔは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離［ｍ］であり、λは前記被加熱体の材質の熱伝導率［ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃］であり、ｋは実測値から求めた補正係数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導発熱加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱装置において、特許文献１に示すように、被加熱体に温度検出素子を取り付けて直接温度を測定するものがある。
【０００３】
ところが、被加熱体への温度検出素子の取り付け作業は煩わしく、また、加熱後の被加熱体から温度検出素子を取り外す場合などにおいて危険が伴う。さらに、温度検出素子を被加熱体に取り付ける場合には、個別に温度検出素子と被加熱体との接触状況が異なり、検出温度の誤差となることがある。
【０００４】
なお、輻射式温度計等の非接触式温度検出手段を用いて被加熱体の温度を検出する方法も考えられるが、検出精度が低かったり、被加熱体の表面輻射率（放射率）に影響されたりして、正確な温度検出が困難な場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７９５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、誘導加熱装置において、被加熱体の温度を測定する温度検出素子を不要にすることをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る誘導加熱装置は、磁束発生機構の巻き線に接続されるとともに、交流電流又は交流電圧を制御する制御素子が設けられた電源回路を備え、前記磁束発生機構により被加熱体を誘導加熱する誘導加熱装置であって、前記巻き線を流れる交流電流を検出する交流電流検出部から得られる交流電流値と、前記巻き線に印加される交流電圧を検出する交流電圧検出部から得られる交流電圧値と、前記被加熱体及び前記磁束発生機構からなる誘導加熱ユニットの力率を検出する力率検出部から得られる力率と、前記巻き線の巻き線抵抗値と、前記磁束発生機構により生じる磁束密度と前記磁束発生機構及び前記被加熱体から構成される磁気回路の励磁抵抗との関係特性から得られる励磁抵抗値とをパラメータとして、前記被加熱体の温度を算出する被加熱体温度算出部を備えることを特徴とする。なお、前記磁束発生機構により生じる磁束密度と前記被加熱体及び前記磁束発生機構から構成される磁気回路の励磁抵抗との関係特性は、予め測定したものを用いることができる。また、巻き線の巻き線抵抗値は、巻き線の巻き線抵抗を検出する巻き線抵抗検出部を設けて、当該巻き線抵抗検出部により直接的に検出するようにしても良いし、後述するように、巻き線の温度を検出する巻き線温度検出部を設けて、当該巻き線温度検出部から得られる巻き線の温度から巻き線抵抗値を算出しても良いし、巻き線に間欠的に直流電圧を印加して、その際に流れる直流電流を検出することにより、巻き線抵抗値を算出するようにしても良い。
【０００８】
このようなものであれば、巻き線の電流値と、巻き線の電圧値と、誘導加熱ユニットの力率と、巻き線の抵抗値と、磁気回路の励磁抵抗値とをパラメータとして被加熱体の温度を算出する被加熱体温度算出部を有するので、被加熱体に温度検出素子を設けることなく、被加熱体の温度を算出することができる。
【０００９】
具体的には、前記被加熱体温度算出部が、前記電流検出部から得られる電流値と、前記電圧検出部から得られる電圧値と、前記力率検出部から得られる力率と、前記巻き線抵抗値と、前記磁束密度及び前記磁気回路の磁気抵抗の関係特性から得られる励磁抵抗値とをパラメータとして前記被加熱体の抵抗値を算出し、前記被加熱体の抵抗値と前記被加熱体の比透磁率とを用いて、前記被加熱体の温度を算出することが望ましい。
【００１０】
より具体的には、誘導加熱装置が、前記電流検出部から得られる電流値と、前記電圧検出部から得られる電圧値と、前記力率検出部から得られる力率とにより前記誘導加熱ユニットのインピーダンス（以下、ユニットインピーダンスという。）を算出するインピーダンス算出部を備えており、さらに前記インピーダンス算出部が、前記ユニットインピーダンスと前記巻き線抵抗値と前記励磁抵抗値とをパラメータとして、前記被加熱体の抵抗値を算出するものである。
【００１１】
ここで、被加熱体及び磁束発生機構からなる誘導加熱ユニットの等価回路を図５に示す。電源回路による交流電圧の通電時において、巻き線に印加される入力交流電圧Ｖを、巻き線を流れる交流電流Ｉで除し、且つ、誘導加熱ユニットの力率ｃｏｓφを乗じると、巻き線の抵抗ｒ１、励磁抵抗ｒ０、及び被加熱体の抵抗ｒ２からなる合成抵抗ｒｃｏｍｂが算出される。この合成抵抗ｒｃｏｍｂは、以下の式により示される。
ｒｃｏｍｂ＝（Ｖ／Ｉ）×ｃｏｓφ  ［Ω］
ｒｃｏｍｂ＝（ｒ１ｒ２＋ｒ１ｒ０＋ｒ２ｒ０）／（ｒ２＋ｒ０）  ［Ω］
【００１２】
被加熱体の抵抗ｒ２を求める式に書き換えると、以下となる。
ｒ２＝ｒ０（ｒ１−ｒｃｏｍｂ）／（ｒｃｏｍｂ−ｒ１−ｒ０）  ［Ω］
【００１３】
この被加熱体の抵抗ｒ２の式において、励磁抵抗ｒ０は、磁束発生機構により生じる磁束密度との関係から求めることができる。この関係は、磁束発生機構の鉄心の材質及び厚さ等の形状と、被加熱体の材質との組み合わせによって決まる。図６には、磁束発生機構の鉄心が厚さ０．２３ｍｍの方向性珪素鋼板であって、被加熱体の材質が炭素鋼Ｓ４５Ｃの熱処理材である場合の、磁束発生機構により生じる磁束密度と励磁抵抗との特性を示している。
【００１４】
磁束密度Ｂｍは、入力交流電圧Ｖから巻き線のリアクタンスｌ１及び巻き線の抵抗ｒ１による電圧降下分を引くベクトル算出の電圧をＶｍとすると、以下の式により算出できる。なお、以下の式は、筒形状をなす被加熱体における式である。
【００１５】
ｌ１＝［１．９７５×Ｄ×Ｎ２×κ｛ｄ＋（ａ+σ）／３｝／πＬｈ］×１０−９  ［Ｈ］
ここで、Ｄは磁束発生機構及び被加熱体の電流浸透部の平均直径［ｍｍ］であるが、形状がｎ角形の場合は平均周長／πの値とする。また、Ｎは巻き線の巻き数、ａはコイル厚さ［ｍｍ］、Ｌｈは巻き線幅［ｍｍ］、ｄは巻き線及び被加熱体の間の距離［ｍｍ］である。
さらに、σは被加熱体の電流浸透深さ［ｍｍ］であり、被加熱体の材質の固有抵抗をρ［μΩ・ｃｍ］、被加熱体の比透磁率をμｓ、周波数をｆ［Ｈｚ］とすると、σ＝｛５．０３√（ρ／μｓ×ｆ）｝×１０［ｍｍ］により示される。
κはロゴスキー係数であり、κ＝｛１−（ａ＋σ＋ｄ）／πＬｈ｝により示される。
Ｖｍ＝√｛（ｃｏｓφ×Ｖ−Ｉ×ｒ１）２＋（ｓｉｎφ×Ｖ−２πｆ×ｌ１×Ｉ）２｝  ［Ｖ］
Ｂｍ＝Ｖｍ×１０８／（４．４４×ｆ×Ｎ×Ｓｍ）  ［Ｇ］
ここで、Ｓｍは鉄心の磁路断面積［ｃｍ２］である。
【００１６】
上記の式において、比透磁率μｓは、材質ごとに磁束密度との固有の変化特性を示すので、材質ごとに前もって測定した変化特性から求める。被加熱体の材質が例えば炭素鋼Ｓ４５Ｃの場合、磁束密度と比透磁率との関係は、図７に示すものとなる。
【００１７】
上記の式の計算段階では、磁束密度Ｂｍが確定していないので、入力交流電圧Ｖを磁束密度Ｂｍを求める式に代入して、その磁束密度Ｂｍと図７の関係とから比透磁率μｓを求めて電流浸透度σを算出する。さらにこの算出結果を用いて磁束密度Ｂｍを再演算し、図７の関係から比透磁率μｓを用いて電流浸透度σを再演算する。このように繰り返し演算することによって、それぞれの値が収束していき、確定した磁束密度Ｂｍが得られる。
【００１８】
この磁束密度Ｂｍと、図６に示される磁束密度Ｂｍ及び励磁抵抗ｒ０の関係から励磁抵抗ｒ０を求める。
【００１９】
前記被加熱体の抵抗ｒ２の式において、巻き線の抵抗ｒ１は、巻き線を構成する電線の材質、長さ、断面積及び巻き線の温度によって決まり、上述したように、電線の材質が例えば銅であれば、次式により算出することができる。
ｒ１＝ｋＬ／１００Ｓｃ  ［Ω］
ｋ＝２．１（２３４．５＋θＣ）／３０９．５
ここで、Ｌは電線の長さ［ｍ］であり、ＳＣは電線の断面積［ｍｍ２］であり、θＣは巻き線の温度［℃］である。
【００２０】
具体的には、巻き線に温度センサ（温度検出部）を埋設して、当該温度センサが検出した巻き線の温度から抵抗値を算出することができる。また、後述するように、巻き線に短時間の直流電圧を印加してそのときに流れる直流電流を検出することにより、巻き線の抵抗値を直接検出することもできる。
【００２１】
また、直流電源を制御して、前記巻き線に間欠的に直流電圧を印加する直流電圧印加部と、前記直流電圧印加部により印加される直流電圧と当該直流電圧を印加したときに前記巻き線に流れる直流電流とから前記巻き線の抵抗値を算出する抵抗値算出部とを備え、前記被加熱体温度算出部が、前記抵抗値算出部から得られる前記巻き線の抵抗値を用いて前記被加熱体の温度を算出することが望ましい。具体的には、前記被加熱体温度算出部が、前記インピーダンス算出部により得られたユニットインピーダンスと、前記抵抗値算出部により得られた巻き線抵抗値と、前記磁気回路の励磁抵抗値とによって、前記被加熱体の温度を算出することが望ましい。
【００２２】
通電によって１次コイルである巻き線の温度が変化すると、図５に示す単相の誘導加熱ユニットの等価回路におけるｒ１が変化するので、回路インピーダンスも変化することになり、すなわち、ｒｃｏｍｂも変わることになる。したがって、被加熱体の抵抗ｒ２の再計算が必要である。ところが、この変化は、被加熱体の発熱部温度の変化には無関係であるので、その変化分を補正する必要がある。
【００２３】
巻き線の抵抗率と温度とは、およそ絶対温度に比例する関係があるが、その材質によって固有の変化特性を示す。電線の材質が例えば銅であれば、下記式の関係になるので、巻き線の温度が分かれば巻き線の抵抗値ｒ１が算出できる。
ｒ１＝ｋＬ／１００Ｓ［Ω］
ｋ＝２．１（２３４．５＋θＣ）／３０９．５
ここで、Ｌは電線長［ｍ］であり、Ｓは電線断面積［ｍｍ２］であり、θＣは巻き線温度［℃］である。
【００２４】
ここで、巻き線が被加熱体の外部にある場合を考えると、被加熱体の外径をΦ［ｃｍ］、電流浸透深さをσ［ｃｍ］、電流浸透深さの内面部断面積をＳｉ［ｃｍ２］、被加熱体の発熱内面長（巻き線幅に等しい）をｌＳ［ｃｍ］とすれば、ｒ２は、巻き線側から見た一次換算値なので、ｒ２を被加熱体側から見た二次換算値にし、単位をμΩとした値をＲ２とすると、Ｒ２は以下の式で示される。
Ｒ２＝（ｒ２／Ｎ２）×１０６  ［μΩ］
Ｒ２＝ρπ（Φ−σ）／Ｓｉ
Ｓｉ＝σｌＳ
したがって、
Ｒ２σｌＳ＝ρπ（Φ−σ）
【００２５】
ここで、電流浸透深さσは、比透磁率をμｓ、周波数をｆとすると、次の式となる。
σ＝５．０３√（ρ／μｓ×ｆ）  ［ｃｍ］
このσを前述の式に代入すると、
５．０３√（ρ／μｓ×ｆ）Ｒ２ｌＳ＝ρπΦ−５．０３ρπ√（ρ／μｓ×ｆ）
両辺を５．０３√（ρ／μｓ×ｆ）で除して、
Ｒ２ｌＳ＝ρπΦ／｛５．０３√（ρ／μｓ×ｆ）｝−ρπ
この式を変形して、
Ｒ２ｌＳ＋ρπ＝ρπΦ／｛５．０３√（ρ／μｓ×ｆ）｝
両辺を二乗して、
（Ｒ２ｌＳ）２＋２Ｒ２ｌＳρπ＋（ρπ）２
＝（ρπΦ）２／（５．０３２ρ／μｓ×ｆ）
この式を変形して、
（５．０３Ｒ２ｌＳ）２＋２×５．０３２Ｒ２ｌＳρπ＋（５．０３ρπ）２
＝ρμｓ×ｆ（πΦ）２
さらに、この式を変形して、
（５．０３π）２×ρ２＋｛２×５．０３２πＲ２ｌＳ−（πΦ）２μｓ×ｆ｝ρ
＋（５．０３Ｒ２ｌＳ）２＝０
この方程式を解くと、
ρ＝「−｛２×５．０３２πＲ２ｌＳ−（πΦ）２μｓ×ｆ｝
−√［｛２×５．０３２πＲ２ｌＳ−（πΦ）２μｓ×ｆ｝２
−４×０．５３４（πＲ２ｌＳ）２］」／｛２×（５．０３π）２｝
固有抵抗ρは材質ごとに温度との固有の特性を示すが、例えば炭素鋼Ｓ４５Ｃの固有抵抗ρの場合は、被加熱体の被加熱面の温度をθＳ［℃］とすると、以下の式となる。
ρ＝１４．３×（１＋２．０×１０−３×θＳ）  ［μΩ・ｃｍ］
この式を変形して、
ρ＝１４．３＋２．８６×１０−２×θＳ
ρを消去して、
１４．３＋２．８６×１０−２×θＳ
＝「−｛２×５．０３２πＲ２ｌＳ−（πΦ）２μｓ×ｆ｝
−√［｛２×５．０３２πＲ２ｌＳ−（πΦ）２μｓ×ｆ｝２
−４×０．５３４（πＲ２ｌＳ）２］」／｛２×（５．０３π）２｝
θＳを求める式に書き換えると、
θＳ＝｜−「｛２×５．０３２πＲ２ｌＳ−（πΦ）２μｓ×ｆ｝
−√［｛２×５．０３２πＲ２ｌＳ−（πΦ）２μｓ×ｆ｝２
−４×０．５３４（πＲ２ｌＳ）２］」／｛２×（５．０３π）２｝
−１４．３｜／（２．８６×１０−２）  ［℃］
上述したように、比透磁率μｓは、材質ごとに磁束密度との固有の変化特性を示し、被加熱体の材質が例えば炭素鋼Ｓ４５Ｃであれば、磁束密度と比透磁率との関係は、図７に示すものとなる。
【００２６】
また、巻き線が、被加熱体の内部にある場合は、被加熱体の内径をφとして、Ｒ２を次式として計算することになる。
Ｒ２＝ρπ（Φ＋σ）／Ｓｉ
このとき、被加熱体の被加熱面の温度θＳ［℃］は、以下の式となる。
θＳ＝｜「｛２×５．０３２πＲ２ｌＳ＋（πΦ）２μｓ×ｆ｝
−√［｛２×５．０３２πＲ２ｌＳ＋（πΦ）２μｓ×ｆ｝２
−４×０．５３４（πＲ２ｌＳ）２］」／｛２×（５．０３π）２｝
−１４．３｜／（２．８６×１０−２）  ［℃］
【００２７】
磁束発生機構の巻き線と対向する被加熱体の被加熱面が発熱部となるが、当該発熱部から距離を置いた箇所の温度の算出には、補正が必要となる。
被加熱体が、発熱部の面積と発熱部から距離を置いた箇所の面積とが異なる中空円筒形状をなすものの場合と、それらの面積を実質的に同一と見なすことができる平板形状をなすものの場合と、各側壁が平板形状をなす中空多角筒形状をなすものの場合とで、それぞれに合った補正式を採用することになる。
【００２８】
前記被加熱体が、中空円筒形状をなし、前記磁束発生機構が、前記被加熱体を外周側又は内周側から誘導加熱するものの場合には、被加熱体温度算出部が次のように温度算出面の温度を算出する。
つまり、前記巻き線に対向する前記被加熱体の被加熱面と温度を算出する面である温度算出面との温度差をθ［℃］としたときに、前記被加熱体温度算出部が、前記インピーダンスと前記関係データとから得られた前記被加熱体の温度を、以下の式を用いて得られる温度差θを用いて補正して、前記温度算出面の温度を算出する。
θ＝ｋＰ／［２π／｛ｌｎ（ｄ２／ｄ１）／λ｝］
ここで、ｄ１は前記被加熱面の直径［ｍ］であり、ｄ２は前記温度算出面の直径［ｍ］であり、λは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の平均温度における熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｐは熱流速［Ｗ／ｍ］であり、ｋは、実測値から算出した補正係数である。
【００２９】
なお、熱伝導率λは、被加熱体の材質及び温度によって変化し、例えば温度と炭素鋼の熱伝導率の特性を図８に示す。また、数十〜数百ｋＨｚの高周波では被加熱体の電流浸透度は数μｍであるが、５０〜１０００Ｈｚの中周波では数ｍｍ〜数十ｍｍの電流浸透度が得られる。例えば炭素鋼では、６０Ｈｚ・５００℃において電流浸透度が１０ｍｍ程度である。つまり、中周波誘導加熱では電流浸透度が深いため、発熱部温度（被加熱面の温度）と温度算出面の温度との差が高周波に比べて小さくなる。
【００３０】
ある１つの条件の発熱密度かつ到達温度の温度上昇計測を行い、被加熱体の温度算出面の温度とインピーダンスとの関係を近似式化して、その近似式によってインピーダンスから被加熱体の温度算出面の温度を求める。発熱密度が変われば、肉厚ｔ（被加熱面と温度算出面との距離ｔ）における温度差θも変わり、また、被加熱体の温度算出面の到達温度が変われば平均温度が変わることで熱伝導率も変化する。それらを換算式で演算すれば、被加熱体の温度算出面の温度が得られ、インピーダンスによる被加熱体の温度算出面の温度の算出が可能となる。
【００３１】
前記被加熱体の側周壁に気液二相の熱媒体が封入されるジャケット室が形成されていることが望ましい。このジャケット室は、封入された気液二相の熱媒体による熱輸送によって被加熱体の温度を均一にするものであり、被加熱体の温度算出面の温度も同時に均一化する。
つまり、インピーダンスによる被加熱体の温度の検出は被加熱面の温度の平均温度を検出するものであるから、ジャケット室によって均一化された被加熱体の各部の温度算出面の温度は、インピーダンスによって検出した温度に必要な補正を加えて温度算出面の温度に換算した値と等価であるといえる。
【００３２】
ここで、前記被加熱面及び前記温度算出面の間の断面積をＳ［ｍ２］とし、前記被加熱面及び前記温度算出面の間のジャケット室の断面積の総和をＳｊ［ｍ２］とし、前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離をｔ［ｍ］とし、温度低下に伴う熱媒体の圧力低下によるジャケット室の機能低下の割合を示す変数をαとしたときに、前記被加熱体温度算出部が、前記被加熱面の直径ｄ１を、ｄｊ１＝ｄ１±ｔ｛１−α（１−Ｓｊ／Ｓ）｝とし、前記温度算出面の直径ｄ２を、ｄｊ２＝ｄ２±ｔ｛１−α（１−Ｓｊ／Ｓ）｝として得られる温度差θを用いて、前記被加熱体の温度を補正することが望ましい。
なお、ｄｊ１は、ジャケット室による距離（肉厚）低下分を考慮した被加熱面の仮想直径であり、ｄｊ２は、ジャケット室による距離（肉厚）低下分を考慮した温度算出面の仮想直径である。また、上記ｄｊ１の式において、±部分は、ｄ１＞ｄ２のときは、マイナスであり、ｄ１＜ｄ２のときは、プラスである。一方、上記ｄｊ２の式において、±部分は、ｄ１＞ｄ２のときは、プラスであり、ｄ１＜ｄ２のときは、マイナスである。
【００３３】
中空円筒形状をなす被加熱体の中心軸に直交する断面積をＳとし、ジャケット室の前記中心軸に直交する断面積の総和をＳｊとし、被加熱面及び温度算出面の間の距離をｔとしたときに、熱的に換算した距離ｔｊは、以下の式となる。
ｔｊ＝α×ｔ（Ｓ−Ｓｊ）／Ｓ  （α＞１）
ここで、αは、温度低下に伴う熱媒体の圧力低下によるジャケット室の機能低下の割合を示す変数である。α−θの関係は、熱媒体の種類と、ジャケット室内の不純物濃度とによって特性が定まる。
【００３４】
距離ｔと熱的換算距離ｔｊとの差異は、
ｔ−ｔｊ＝ｔ−α×ｔ（Ｓ−Ｓｊ）／Ｓ
＝ｔ｛１−α（Ｓ−Ｓｊ）／Ｓ｝
＝ｔ｛１−α（１−Ｓｊ／Ｓ）｝
【００３５】
したがって、熱的に換算した被加熱面の仮想直径ｄｊ１及び温度算出面の仮想直径ｄｊ２は、以下になる。
ｄｊ１＝ｄ１±ｔ｛１−α（１−Ｓｊ／Ｓ）｝
ｄｊ２＝ｄ２±ｔ｛１−α（１−Ｓｊ／Ｓ）｝
なお、上記ｄｊ１の式において、±部分は、ｄ１＞ｄ２のときは、マイナスであり、ｄ１＜ｄ２のときは、プラスである。一方、上記ｄｊ２の式において、±部分は、ｄ１＞ｄ２のときは、プラスであり、ｄ１＜ｄ２のときは、マイナスである。
つまり、計算上の被加熱面及び温度算出面の距離が小さくなり、温度差θは小さくなるので、温度計測誤差も小さくなる。
【００３６】
前記被加熱体が、平板形状をなし、前記磁束発生機構が、前記被加熱体を片面側から誘導加熱するものの場合には、被加熱体温度算出部が次のように温度算出面の温度を算出する。
つまり、前記巻き線に対向する前記被加熱体の被加熱面と温度を算出する面である温度算出面との温度差をθ［℃］としたときに、前記被加熱体温度算出部が、前記インピーダンスと前記関係データとから得られた前記被加熱体の温度を、以下の式を用いて得られる温度差θを用いて補正して、前記温度算出面の温度を算出する。
θ＝ｋＱ／（λＳ／ｔ）
ここで、ｔは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離［ｍ］であり、Ｓは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の断面積［ｍ２］であり、λは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の平均温度［℃］における前記被加熱体の熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｑは前記被加熱面の発熱量［Ｗ］であり、ｋは、実測値から算出した補正係数である。
【００３７】
前記被加熱体が、高さがｈ［ｍ］、ｎ辺の長さがそれぞれａ１、ａ２、・・・ａｎ［ｍ］の中空ｎ角筒形状をなし、前記磁束発生機構が、前記被加熱体を外周側又は内周側から誘導加熱するものの場合には、被加熱体温度算出部が次のように温度算出面の温度を算出する。なお、以下は、各側壁部それぞれで被加熱面と温度算出面との距離が同一の場合を示している。
【００３８】
つまり、前記巻き線に対向する前記被加熱体の被加熱面と温度を算出する面である温度算出面との温度差をθ［℃］とし、前記被加熱体の各辺における前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離をｔ［ｍ］としたときに、前記被加熱体温度算出部が、前記インピーダンスと前記関係データとから得られた前記被加熱体の温度を、以下の式を用いて得られる温度差θを用いて補正して、前記温度算出面の温度を算出する。
θ＝ｋＱ／λ［｛（ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｎ）ｈ／ｔ｝＋ｍｎ×ｎ×ｈ］
ここで、ｎは１から始まる自然数であり、λは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の平均温度［℃］における前記被加熱体の熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｑは前記被加熱面の発熱量［Ｗ］であり、ｋは、実測値から算出した補正係数であり、ｍｎはｎにおける定数である。
【００３９】
上記のような平板形状又は中空ｎ角筒形状をなす被加熱体の肉厚内に気液二相の熱媒体が封入されるジャケット室が形成されている場合には、前記被加熱面及び前記温度算出面の間の断面積をＳ［ｍ２］とし、前記被加熱面及び前記温度算出面の間のジャケット室の断面積の総和をＳｊ［ｍ２］とし、温度低下に伴う熱媒体の圧力低下によるジャケット室の機能低下の割合を示す変数をαとしたときに、前記被加熱体温度算出部が、前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離ｔを、ｔｊ＝αｔ（Ｓ−Ｓｊ）／Ｓとして得られる温度差θを用いて、前記被加熱体の温度を補正することが望ましい。
【００４０】
一方で、上記の中空ｎ角筒形状をなす被加熱体において、各側壁部それぞれの被加熱面と温度算出面との距離が異なる場合には、被加熱体温度算出部が次のように温度算出面の温度を算出する。
【００４１】
つまり、前記被加熱体の各側壁部それぞれの前記巻き線に対向する前記被加熱体の被加熱面と温度を算出する面である温度算出面との温度差をθｎ［℃］とし、前記被加熱体の各側壁部それぞれの前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離をｔ１、ｔ２、・・・ｔｎ［ｍ］としたときに、前記被加熱体温度算出部が、前記インピーダンスと前記関係データとから得られた前記被加熱体の温度を、以下の式を用いて得られる温度差θｎを用いて補正して、前記温度算出面の温度を算出する。
θｎ＝ｋｎＱｎ／（λｎＳｎ／ｔｎ）
ここで、ｔｎはｎ番目の側壁部における前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離［ｍ］であり、Ｓｎはｎ番目の側壁部における前記被加熱面及び前記温度算出面の間の断面積［ｍ２］であり、λｎはｎ番目の側壁部における前記被加熱面及び前記温度算出面の間の平均温度［℃］における前記被加熱体の熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｑｎはｎ番目の側壁部における前記被加熱面の発熱量［Ｗ］であり、ｋｎは、実測値から算出した補正係数である。
【００４２】
このとき、前記被加熱体の肉厚内に気液二相の熱媒体が封入されるジャケット室が形成されている場合には、ｎ番目の側壁部における前記被加熱面及び前記温度算出面の間のジャケット室の断面積の総和をＳｎｊ［ｍ２］とし、温度低下に伴う熱媒体の圧力低下によるジャケット室の機能低下の割合を示す変数をαとしたときに、前記被加熱体温度算出部が、ｎ番目の側壁部における前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離ｔｎを、ｔｎｊ＝αｔｎ（Ｓｎ−Ｓｎｊ）／Ｓｎとして得られる温度差θｎを用いて、前記被加熱体の温度を補正することが望ましい。
【００４３】
前記制御素子が半導体の場合には、通電角によって電圧及び電流の波形形状が変わるが、それはそれぞれ違った形状に変わるので、それぞれのインピーダンスの分担電圧が変わることで、励磁インピーダンスの電圧が変化して磁束密度が変わり、励磁インピーダンス及び比透磁率も変化する。このとき、制御素子と通電角と負荷が決まれば、電圧及び電流はそれぞれ一定の形状になるため、通電角による補正係数が決まる。
【００４４】
ここで、前記インピーダンス算出部により得られたインピーダンスを、前記制御素子の通電角により補正するインピーダンス補正部を更に備え、前記被加熱体温度算出部が、前記インピーダンス補正部により補正された補正インピーダンスと前記関係データとから前記被加熱体の温度を算出するものであることが望ましい。
【００４５】
制御素子がサイリスタであり、検証した被加熱体（外径Φ×深さＬ×側壁部の厚さｔを有する円筒形金属製釜）の場合は、波形歪による高調波成分の変化によって、等価回路におけるリアクタンス成分のｌ１及びｌ２にかかる電圧が変化することになる。したがって、励磁インピーダンスに印加される電圧が変化して、磁束密度も変わることになる。つまり、磁束密度によって励磁インピーダンス及び比透磁率が変化するため、その影響を補正する必要がある。
サイリスタの位相角変化による影響を補正した補正インピーダンスＲ２は、下記となる。
Ｒ２＝ａ×ＲＸ
ここで、Ｃ＝Ｖ／Ｖｉｎとすると、
ａ＝ａｎＣｎ＋ａｎ−１Ｃｎ−１＋ａｎ−２Ｃｎ−２＋，・・・，＋ａ２Ｃ２＋ａ１Ｃ＋ａ０
ここで、ａｎは各誘導加熱装置により定まる実測値に基づく係数であり、ａ０は定数である。
また、ＲＸは、補正前のインピーダンスであり、Ｖｉｎは、サイリスタの受電電圧であり、Ｖは、サイリスタの出力電圧である。
【００４６】
巻き線抵抗値は、巻き線に数秒以内の短時間に一定の直流電圧を印加して、当該直流電圧を巻き線に流れる直流電流で除せば算出できる。ここで、直流電圧であれば誘導作用は無いので、直流電流は、被加熱体の影響は受けず、巻き線抵抗値のみとの関係となる。なお、巻き線温度は急激には変化しないことから、周期的且つ短時間の測定値を採用しても、大きな測定誤差を生むことは無い。
【００４７】
また、間欠的な直流電圧の印加とは、数秒以内の印加時間を数秒から数十分の例えば一定の周期で行うことである。このような間欠的な印加であれば、直流成分から受ける偏磁作用を小さくするとともに、誘導発熱させるための交流回路への影響も最小限に抑えることができる。さらに、誘導加熱装置の巻き線は一般的に熱慣性が大きく、且つ、通常の一定負荷条件下の運転では巻き線の温度の変化はさほど大きい値にはならない。したがって、数秒以内の短時間の印加時間によってなされる温度検出を、数秒から数十分単位、好ましくは、数十秒から数分単位で実施されれば、被加熱体の温度制御にとっては十分といえる。
【００４８】
前記電源回路に設けられた制御素子により、前記交流電流又は交流電圧を遮断又は最小限とした状態で、前記抵抗値算出部が前記巻き線に直流電圧を印加して巻き線抵抗値を算出するものであることが望ましい。
【００４９】
交流電圧が印加されている巻き線に直流電圧を印加して、交流電流と直流電流とが重畳した電流から直流成分（直流電流）だけを検出するには、複雑な検出回路が必要となってしまう。ここで、通常の誘導加熱装置では、被加熱体の温度を制御するための交流電流又は交流電圧を制御する制御素子などの制御回路部を有する電源回路を備えている。このため、制御素子により、直流電圧を印加する印加時間のみ、交流電流又は交流電圧を遮断又は最小限の値にすれば、交流電流（交流成分）の影響を抑えることができ、直流電流（直流成分）の検出を容易に行うことができる。ここで、交流電流又は交流電圧の遮断又は最小限の値とするのは、数秒以内の短時間であって、数秒から数十分の時間間隔であり、誘導発熱作用の障害にはならない。
【００５０】
交流電流又は交流電圧の遮断又は最小限の値にする実施態様としては、制御素子が例えば電磁接触器等のスイッチ機器を有する場合は、当該スイッチ機器を遮断する態様、又は、制御回路部が例えばサイリスタ等の半導体素子（電力制御素子）を有する場合は、当該半導体素子の通電位相角を最小にする態様が考えられる。
【００５１】
被加熱体の昇温過渡期又は降温過渡期における被加熱体の温度算出面の温度を正確に算出するためには、前記被加熱体温度算出部が、前記被加熱面の温度を算出するとともに、当該被加熱面の温度から定常状態における前記温度算出面の計算値を算出し、以下の式を用いて得られるΔＴ［ｈ］時間後に前記温度算出面が前記計算値に到達することを基準に、過渡期における前記温度算出面の温度を算出することが望ましい。
ΔＴ＝ｋ×ｗ×ｃ×ｔ２／（２λ）  ［ｈ］
ここで、ｗは前記被加熱体の材質の比重［ｋｇ／ｍ３］であり、ｃは前記被加熱体の材質の比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ・℃］であり、ｔは前記被加熱面及び前記温度算出面の間の距離［ｍ］であり、λは被加熱体の材質の熱伝導率［ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃］であり、ｋは実測値から求めた補正係数である。
【００５２】
図９に昇温過渡期の被加熱体の温度変化を示しており、図１０に降温過渡期の被加熱体の温度変化を示している。図９及び図１０において、実線は被加熱体の被加熱面温度を示し、点線は、被加熱面温度から算出した定常状態に至った時の温度算出面の計算値を示し、一点鎖線は、過渡期の温度算出面の温度を示している。
【００５３】
過渡期における温度算出面の温度は定常状態に至った時の温度算出面の温度よりも低く、昇温時においては、ΔＴ時間後（Ｔｎ＋ΔＴ）に、その時点Ｔｎで算出した定常状態における温度算出面の計算値に温度算出面の温度が到達することになり、降温時においては、ΔＴ時間前（Ｔｎ−ΔＴ）に、温度算出面の温度が、その時点Ｔｎで算出した定常状態の温度算出面の計算値であったことになる。
【００５４】
したがって、昇温時及び降温時で分けて温度算出面の温度を算出する必要があり、時間Ｔｎの時の被加熱面温度θｉ（ｎ）が、時間Ｔ（ｎ−１）すなわちΔＴ時間前の被加熱面温度θｉ（ｎ−１）と比較して、昇温過渡期か降温過渡期かを判断する。すなわち、θｉ（ｎ）＞θｉ（ｎ−１）であれば昇温過渡期であり、θｉ（ｎ）＜θｉ（ｎ−１）であれば降温過渡期である。
比較する時間周期は、被加熱体の肉厚や保有している加熱容量によって、制御に問題にならない値を決定するが、数ミリ秒から数十秒、望ましくは、数百ミリ秒から数秒の値である。
【００５５】
θｉ（ｎ）＞θｉ（ｎ−１）、すなわち昇温過渡期である時間Ｔｎ時点の被加熱面温度θｉ（ｎ）から算出した、その時点の定常状態に至ったときの温度算出面の温度をθｎとすると、昇温過渡期における実際の温度算出面の温度は、ＴｎよりΔＴ時間経過したＴ（ｎ＋１）において温度θｎに到達することになる。
ここで、Ｔ（ｎ＋１）−Ｔｎ＝ΔＴであるから、時間ΔＴだけ経過した時点で温度θｎを表示させれば、その時点での温度算出面の温度を表示していることと等価となる。
【００５６】
θｉ（ｎ）＜θｉ（ｎ−１）、すなわち降温過渡期である時間Ｔｎ時点の被加熱面温度θｉ（ｎ）から算出した、その時点の定常状態に至ったときの温度算出面の温度をθｎとすると、降温過渡期における実際の温度算出面の温度は、ＴｎよりΔＴ時間前のＴ（ｎ−１）において温度θｎに到達していたことになる。つまり、温度算出面の温度は、Ｔｎ時点ではθｎよりも低い温度になっているが、正確な温度算出は困難である。したがって、概算値として、θｉ（ｎ−１）−θｉｎだけ温度低下したと考えて温度表示すれば、大きく外れた値とはならない。つまり、温度算出面の温度θＥは、下記の式で示される。
θＥ≒θｎ−｛θｉ（ｎ−１）−θｉｎ｝
【００５７】
過渡期における温度算出面の温度は、誘導加熱装置が定常運転になれば、いずれ定常状態計算温度に収束する。被加熱体の温度が昇降状態で、製品生産のために稼働することは原則として考えにくいため、被加熱体の温度算出面の温度は概算値として把握できれば十分である。
【発明の効果】
【００５８】
このように構成した本発明によれば、被加熱体に温度検出素子を設けることなく、被加熱体の温度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１実施形態に係る誘導加熱装置の構成を模式的に示す図。
【図２】同実施形態の誘導加熱ユニットの構成を模式的に示す断面図。
【図３】同実施形態の制御装置の機能構成図。
【図４】同実施形態の温度算出フローを示す図。
【図５】単相の誘導加熱ユニットの等価回路を示す図。
【図６】炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）からなる被加熱体と方向性珪素鋼板からなる鉄心とから構成される磁気回路の磁束密度と励磁抵抗との関係を示す特性グラフ。
【図７】炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）の磁束密度と比透磁率との関係を示す特性グラフ。
【図８】炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）の温度と熱伝導率との関係を示す特性グラフ。
【図９】昇温過渡期の被加熱体の温度変化特性を示す図。
【図１０】降温過渡期の被加熱体の温度変化特性を示す図。
【図１１】第２実施形態に係る誘導加熱ユニットの構成を模式的に示す断面図。
【図１２】第３実施形態に係る誘導加熱ユニットの構成を模式的に示す断面図。
【図１３】第４実施形態に係る誘導加熱ユニットの構成を模式的に示す断面図。
【図１４】変形実施形態に係る誘導発熱ローラ装置の構成を模式的に示す図。
【図１５】同実施形態の制御装置の機能構成図。
【００６０】
＜第１実施形態＞
以下に本発明に係る誘導加熱装置の第１実施形態について図面を参照して説明する。
【００６１】
本実施形態に係る誘導加熱装置１００は、図１に示すように、処理対象物を熱処理するために加熱される被加熱体２と、当該被加熱体２を誘導加熱するための鉄心３１及び巻き線３２からなる磁束発生機構３と、巻き線３２に接続されるとともに、電流又は電圧を制御する制御素子４が設けられた電源回路５とを備えている。
【００６２】
本実施形態の被加熱体２は、図２に示すように、処理対象物を収容する収容部を有するものであり、高さがｈ［ｍ］、外径がφ［ｍ］、側壁部の厚さがｔ［ｍ］の中空円筒形状をなす金属製釜である。この被加熱体２の側周壁の肉厚内には、気液二相の熱媒体が封入される複数のジャケット室２Ｓが、中心軸に沿って周方向に等間隔に形成されている。
【００６３】
また、本実施形態の巻き線３２は、中空円筒形状をなす被加熱体２の外側周面の周りに離間して巻回された概略円筒形状をなすものである。これにより、被加熱体２の外側周面が、巻き線３２に対向して加熱される被加熱面２ｈとなる。
【００６４】
さらに、本実施形態の制御素子４は、半導体により交流電流又は交流電圧の通電角を制御するものであり、具体的にはサイリスタである。
【００６５】
そして、本実施形態の誘導発熱ローラ装置１００を制御する制御装置６は、巻き線３２を流れる交流電流値と、巻き線３２に印加される交流電圧値と、被加熱体２及び磁束発生機構（巻き線３２）からなる誘導加熱ユニット２００の力率と、巻き線３２の巻き線抵抗値と、被加熱体２及び磁束発生機構（巻き線３２）から構成される磁気回路の励磁抵抗値とをパラメータとして、被加熱体２の温度算出面２ｘの温度を算出する温度算出機能を有する。本実施形態の温度算出面２ｘは、被加熱体２の側壁部において被加熱面２ｈから厚さ方向に離間した温度を算出する面であり、具体的には、被加熱体２の内側周面である。
【００６６】
具体的に制御装置６は、ＣＰＵ、内部メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、入出力インターフェイス等を備えた専用乃至汎用のコンピュータであり、内部メモリに予め記憶させた所定プログラムにしたがって前記ＣＰＵや周辺機器が動作することにより、図３に示すように、インピーダンス算出部６１、インピーダンス補正部６２、温度算出用データ格納部６３、被加熱体温度算出部６４、被加熱体温度制御部６５等としての機能を発揮する。
【００６７】
以下、各部について、図３とともに、図４の温度算出フローチャートを参照して説明する。
【００６８】
インピーダンス算出部６１は、巻き線３２を流れる交流電流Ｉを検出する交流電流検出部７から得られる交流電流値と、巻き線３２に印加される交流電圧Ｖを検出する交流電圧検出部８から得られる交流電圧値と、力率検出部１０から得られる力率とから、誘導加熱ユニット２００のインピーダンス（ユニットインピーダンス）Ｚ１（＝Ｖ×ｃｏｓφ／Ｉ＝ｒｃｏｍｂ）を算出する（図４の（１））。
【００６９】
さらに、インピーダンス算出部６１は、インピーダンスｒｃｏｍｂと、巻き線３２の温度を検出する温度検出部９から得られる巻き線温度θＣ［℃］により求めた巻き線抵抗ｒ１と、予め測定しておいた磁束密度及び磁気回路の磁気抵抗の関係特性（図６参照）から求めた励磁抵抗ｒ０によって、被加熱体２の抵抗（被加熱体インピーダンス）ｒ２を算出する（図４の（２））。なお、温度検出部９は、巻き線３２に埋設されている。
【００７０】
具体的にインピーダンス算出部６１は、以下の式により、巻き線抵抗ｒ１を算出して、被加熱体２の抵抗ｒ２を算出する。
ｒ１＝ｋＬ／１００Ｓ［Ω］
ｋ＝２．１（２３４．５＋θＣ）／３０９．５
ここで、Ｌは電線長［ｍ］であり、Ｓは電線断面積［ｍｍ２］であり、θＣは巻き線温度［℃］である。
【００７１】
また、インピーダンス算出部６１は、被加熱体２の抵抗ｒ２を、被加熱体２側から見た二次換算した値に変換する。二次換算して、単位をμΩにした被加熱体２の抵抗をＲ２、巻き線の巻き数をＮとすると、以下の式で示される。
Ｒ２＝（ｒ２／Ｎ２）×１０６
【００７２】
インピーダンス補正部６２は、二次換算した被加熱体２の抵抗Ｒ２を、制御素子（サイリスタ）４の通電角（位相角）により補正する（図４の（３））。
具体的にインピーダンス補正部６２は、以下の式により、インピーダンスＲ２を補正する。
Ｒ２＝ａ×ＲＸ
ここで、Ｃ＝Ｖ／Ｖｉｎとすると、
ａ＝ａｎＣｎ＋ａｎ−１Ｃｎ−１＋ａｎ−２Ｃｎ−２＋，・・・，＋ａ２Ｃ２＋ａ１Ｃ＋ａ０
ここで、ａｎは各誘導加熱装置により定まる実測値に基づく係数であり、ａ０は定数である。
また、ＲＸは、補正前のインピーダンスであり、Ｖｉｎは、サイリスタの受電電圧であり、Ｖは、サイリスタの出力電圧である。
【００７３】
温度算出用データ格納部６３は、被加熱体２の被加熱面２ｈの温度を算出するのに必要な温度算出用データを格納している。具体的に温度算出用データは（ａ）誘導加熱ユニットにおける磁気回路の磁束密度と励磁抵抗との関係を示す磁束密度−励磁抵抗関係データ、（ｂ）材質ごとに測定された磁束密度と比透磁率との関係（図６参照）を示す磁束密度−比透磁率関係データ等を含むデータである。
【００７４】
被加熱体温度算出部６４は、インピーダンス補正部６２により補正された補正インピーダンスと、前記温度算出用データ格納部６３に格納された温度算出用データとを用いて、被加熱体２の被加熱面２ｈの温度を算出する（図４の（４））。
【００７５】
具体的に被加熱体温度算出部６４は、以下の式を用いて、被加熱体２の被加熱面２ｈの温度θＳを算出する。
θＳ＝｜−「｛２×５．０３２πＲ２ｌＳ−（πΦ）２μｓ×ｆ｝
−√［｛２×５．０３２πＲ２ｌＳ−（πΦ）２μｓ×ｆ｝２
−４×０．５３４（πＲ２ｌＳ）２］」／｛２×（５．０３π）２｝
−１４．３｜／（２．８６×１０−２）  ［℃］
【００７６】
このとき、被加熱体温度算出部６４は、上記の被加熱面２ｈの温度θＳの式において、Ｒ２を以下の式により算出する。
ｒ２＝ｒ０（ｒ１−ｒｃｏｍｂ）／（ｒｃｏｍｂ−ｒ１−ｒ０）
Ｒ２＝（ｒ２／Ｎ２）×１０６
【００７７】
ここで、合成抵抗ｒｃｏｍｂは、ｒｃｏｍｂ＝（Ｖ／Ｉ）×ｃｏｓφにより示されるため、交流電圧検出部８により得られた交流電圧値と、交流電流検出部７により得られた交流電流値と、力率検出部１０により得られた力率と、抵抗検出部により得られた巻き線抵抗値又は温度検出部９の巻き線温度から求めた巻き線抵抗値と、磁束密度及び磁気回路の励磁抵抗の関係特性から得られる励磁抵抗値とにより算出される。
【００７８】
励磁抵抗ｒ０は、誘導加熱ユニット２００における磁気回路の磁束密度Ｂｍと励磁抵抗ｒ０との関係を示す磁束密度−励磁抵抗関係データから求められる。具体的には、被加熱体２の磁束密度Ｂｍを以下の式により算出して、得られた磁束密度Ｂｍと磁束密度−励磁抵抗関係データとから、励磁抵抗ｒ０を求める。
Ｂｍ＝Ｖｍ×１０８／（４．４４×ｆ×Ｎ×Ｓｍ）  ［Ｇ］
ここで、Ｖｍは、入力交流電圧Ｖから巻き線３２のリアクタンスｌ１及び巻き線３２の抵抗ｒ１による電圧降下分を引いたベクトル算出の電圧値［Ｖ］である。ｆは周波数［Ｈｚ］であり、Ｎは巻き線３２の巻数であり、Ｓｍは鉄心３１の磁路断面積［ｃｍ３］である。
【００７９】
巻き線３２の抵抗ｒ１は、巻き線３２を構成する電線の材質、長さ、断面積及び巻き線の温度によって決まり、電線の材質が例えば銅であれば、次式により算出することができる。
ｒ１＝ｋＬ／１００Ｓｃ  ［Ω］
ｋ＝２．１（２３４．５＋θＣ）／３０９．５
ここで、Ｌは電線の長さ［ｍ］であり、ＳＣは電線の断面積［ｍｍ２］であり、θＣは巻き線の温度［℃］である。
【００８０】
これらにより、合成抵抗ｒｃｏｍｂ、励磁抵抗ｒ０、巻き線の抵抗ｒ１を求めることによって、被加熱体２の抵抗ｒ２を算出して、さらには被加熱体２側から見た二次換算且つ単位をμΩとしたＲ２を算出することができる。
することができる。
【００８１】
また、被加熱体温度算出部６４は、図７に示す比透磁率と磁束密度との関係を示す比透磁率−磁束密度関係データと前記被加熱体２の磁束密度（仕様により求まる値）とから、比透磁率μｓを求める。
【００８２】
そして、被加熱体温度算出部６４は、上記により求めた被加熱体２の抵抗Ｒ２及び比透磁率μｓを上記の式に代入して、被加熱体２の被加熱面２ｈの温度θＳを算出する。
【００８３】
具体的に被加熱体温度算出部６４は、被加熱体２の被加熱面２ｈの温度θＳと当該被加熱面２ｈから離間した温度を算出する面である温度算出面２ｘの温度との温度差をθ［℃］としたときに、以下の式から得られる温度差θを用いて、被加熱面２ｈの温度θＳを補正して温度算出面２ｘの温度を算出する（図４の（５））。
θ＝ｋＰ／［２π／｛ｌｎ（ｄ２／ｄ１）／λ｝］
ここで、ｄ１は被加熱面２ｈの直径［ｍ］であり、ｄ２は温度算出面２ｘの直径［ｍ］であり、λは被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の平均温度における熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｐは熱流速［Ｗ／ｍ］であり、ｋは、実測値から算出した補正係数である。熱流速Ｐ［Ｗ／ｍ］は、ここでは被加熱体２の外面の発熱量［Ｗ］を発熱外面長［ｍ］（巻き線幅に等しい）で除した値であり、熱流速［Ｗ／ｍ］を求めるに当たって、被加熱体温度算出部６４は、電流検出部７、電圧検出部８及び力率検出部１０のそれぞれの測定値から計算して得られる電力値を用いる。すなわち、誘導加熱ユニットの電力をＰとすると、Ｐ＝Ｉ×Ｖ×ｃｏｓφとなり、このユニット電力Ｐからコイル電力ＰＣと鉄損Ｐｆとを引いた値が被加熱体２の電力ＰＳとなる。
【００８４】
ここで、コイル電力ＰＣは、ＰＣ＝ｒ１×（ｋＩ）２（ｋは、電線内に発生する渦電流分の割り増し定数で、巻き線及び電線の形状によって定まる値である。）であり、鉄損Ｐｆは、Ｐｆ＝｛（Ｖｍ／ｒ０）２｝×ｒ０／２＝Ｖｍ２／（２×ｒ０）となる。鉄損Ｐｆの算出において、励磁電流の２乗に励磁抵抗を乗じて１／２としているのは、磁束発生機構３の鉄心３１における鉄損分と被加熱体２における鉄損分とを半々として計算しているためである。
つまり、被加熱体２の電力ＰＳは、以下の式となる。
ＰＳ＝Ｐ−ＰＣ−Ｐｆ
＝Ｉ×Ｖ×ｃｏｓφ−ｒ１×（ｋＩ）２−Ｖｍ２／（２×ｒ０）
【００８５】
また、被加熱体温度算出部６４は、被加熱体２に形成されたジャケット室２Ｓによる肉厚低下分を考慮して、被加熱体２の温度算出面２ｘの温度を算出する。
【００８６】
具体的に被加熱体温度算出部６４は、被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の断面積をＳ［ｍ２］とし、被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間のジャケット室の断面積の総和をＳｊ［ｍ２］とし、被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の距離をｔ［ｍ］とし、温度低下に伴う熱媒体の圧力低下によるジャケット室の機能低下の割合を示す変数をαとしたときに、被加熱面２ｈの直径ｄ１を、肉厚低下分を考慮した仮想直径ｄｊ１（＝ｄ１−ｔ｛１−α（１−Ｓｊ／Ｓ）｝）とし、温度算出面２ｘの直径ｄ２を、肉厚低下分を考慮した仮想直径ｄｊ２（＝ｄ２＋ｔ｛１−α（１−Ｓｊ／Ｓ）｝）として、上記温度差θの式から得られる温度差θを用いて、被加熱体２の被加熱面２ｈの温度を補正することにより、被加熱体２の温度算出面２ｘの温度を算出する。
【００８７】
以上にように被加熱体温度算出部６４により得られた被加熱体２の温度算出面２ｘの温度に基づいて、被加熱体温度制御部６５が、電源回路の制御素子４を制御して、被加熱体２の温度算出面２ｘの温度を所定の設定温度となるように制御する。
【００８８】
このように構成した本実施形態の誘導加熱装置１００によれば、巻き線３２の交流電流値と、巻き線３２の交流電圧値と、誘導加熱ユニット２００の力率と、巻き線３２の巻き線抵抗値と、被加熱体２及び磁束発生機構（巻き線３２）から構成される磁気回路の励磁抵抗値とをパラメータとして被加熱体２の温度を算出する被加熱体温度算出部６４を有するので、被加熱体２に温度検出素子を設けることなく、被加熱体２の温度を算出することができる。
【００８９】
また、インピーダンス算出部６１により得られたインピーダンスを、インピーダンス補正部６２により、サイリスタ４の通電角を用いて補正しているので、被加熱体２の温度を精度良く算出することができる。
【００９０】
さらに、被加熱体温度算出部６４が、被加熱体２の被加熱面２ｈの温度と温度算出面２ｘの温度との温度差θにより、温度算出面２ｘの温度を算出しているので、被加熱体２の温度算出面２ｘの温度を精度良く算出することができる。また、昇降温時の過渡期における温度到達時間遅れも、被加熱体温度算出部６４が算出し補正しているので、被加熱体２の温度算出面２ｘの温度を精度良く算出することができる。
【００９１】
＜第２実施形態＞
次に本発明に係る第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る誘導加熱装置は、前記第１実施形態とは、被加熱体２の構成及び被加熱体温度算出部６４の機能が異なる。
【００９２】
第２実施形態に係る被加熱体２は、図１１に示すように、一方面（図１１では上面）が処理対象物に熱を作用させる作用面となる厚さｔ［ｍ］の平板形状をなす金属製加熱プレートである。この被加熱体２の肉厚内には、気液二相の熱媒体が封入される複数のジャケット室２Ｓが、格子状に形成されている。
【００９３】
また、巻き線３２は、被加熱体２の他方面（図１１では下面）に、当該他方面から離間して設けられた概略平板形状をなすものである。これにより、被加熱体２の他方面が、巻き線３２により加熱される被加熱面２ｈとなり、磁束発生機構である巻き線３２が、被加熱体２を片面側から誘導加熱する構成となる。
【００９４】
そして、被加熱体温度算出部６４は、前記実施形態と同様に求めた被加熱体２の被加熱面２ｈの温度と、当該被加熱面２ｈから厚さ方向に離間した温度を算出する面である温度算出面２ｘ（例えば上面である作用面の温度）との温度差をθ［℃］としたときに、以下の式から得られる温度差θを用いて被加熱面２ｈの温度を補正して温度算出面２ｘの温度を算出する。
θ＝ｋＱ／（λＳ／ｔ）
ここで、ｔは被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の距離［ｍ］であり、Ｓは被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の断面積［ｍ２］であり、λは被加熱面２ｈ及び前記温度算出面２ｘの間の平均温度［℃］における前記被加熱体の熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｑは前記被加熱面２ｈの発熱量［Ｗ］であり、ｋは、実測値から算出した補正係数である。
【００９５】
また、被加熱体温度算出部６４は、被加熱体２に形成されたジャケット室２Ｓによる肉厚低下分を考慮して、被加熱体２の温度算出面２ｘの温度を算出する。
【００９６】
具体的に被加熱体温度算出部６４は、被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の断面積をＳ［ｍ２］とし、被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間のジャケット室の断面積の総和をＳｊ［ｍ２］とし、温度低下に伴う熱媒体の圧力低下によるジャケット室の機能低下の割合を示す変数をαとしたときに、被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の距離ｔを、肉厚低下分を考慮した仮想距離ｔｊ（＝αｔ（Ｓ−Ｓｊ）／Ｓ）として、上記温度差θの式から得られる温度差θを用いて、被加熱体２の被加熱面２ｈの温度を補正することにより、被加熱体２の温度算出面２ｘの温度を算出する。
【００９７】
＜第３実施形態＞
次に本発明に係る第３実施形態について説明する。第３実施形態に係る誘導加熱装置は、前記第１、２実施形態とは、被加熱体２の構成及び被加熱体温度算出部６４の機能が異なる。
【００９８】
第３実施形態に係る被加熱体２は、図１２に示すように、処理対象物を収容する収容部又は処理対象物が通過する通過部を有するものであり、高さがｈ［ｍ］、ｎ辺の長さがそれぞれａ１、ａ２、・・・ａｎ［ｍ］の中空ｎ角筒形状（図１２では中空四角形筒形状）をなす金属製筒体である。この被加熱体２の側周壁の肉厚内には、気液二相の熱媒体が封入される複数のジャケット室２Ｓが、中心軸に沿って周方向に等間隔に形成されている。
【００９９】
また、本実施形態の巻き線３２は、中空ｎ角筒形状をなす被加熱体２の外側周面の周りに離間して巻回された概略中空ｎ角筒形状をなすものである。これにより、被加熱体２の外側周面が、巻き線３２により加熱される被加熱面２ｈとなる。
【０１００】
そして、被加熱体温度算出部６４は、前記実施形態と同様に求めた被加熱体２の被加熱面２ｈの温度と、当該被加熱面２ｈから離間した温度を算出する面である温度算出面２ｘとの温度差をθ［℃］としたときに、以下の式から得られる温度差θを用いて被加熱面２ｈの温度を補正して温度算出面２ｘの温度を算出する。なお、第３実施形態では、各側壁部それぞれで被加熱面２ｈと温度算出面２ｘとの厚さ方向の距離は同一である。
θ＝ｋＱ／λ［｛（ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｎ）ｈ／ｔ｝＋ｍｎ×ｎ×ｈ］
ここで、ｎは１から始まる自然数であり、λは被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の平均温度［℃］における被加熱体の熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｑは被加熱面２ｈの発熱量［Ｗ］であり、ｋは、実測値から算出した補正係数であり、ｍｎはｎにおける定数である。なお、例えばｎ＝４の場合、ｋ４＝０．５４である。
【０１０１】
また、被加熱体温度算出部６４は、被加熱体２に形成されたジャケット室２Ｓによる肉厚低下分を考慮して、被加熱体２の温度算出面２ｘの温度を算出する。
【０１０２】
具体的に被加熱体温度算出部６４は、被加熱面２ｈ及び前記温度算出面２ｘの間の断面積をＳ［ｍ２］とし、前記被加熱面２ｈ及び前記温度算出面２ｘの間のジャケット室の断面積の総和をＳｊ［ｍ２］とし、温度低下に伴う熱媒体の圧力低下によるジャケット室の機能低下の割合を示す変数をαとしたときに、被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の距離ｔを、肉厚低下分を考慮した仮想距離ｔｊ（＝αｔ（Ｓ−Ｓｊ）／Ｓ）として、上記温度差θの式から得られる温度差θを用いて、被加熱体２の被加熱面２ｈの温度を補正することにより、被加熱体２の温度算出面２ｘの温度を算出する。
【０１０３】
＜第４実施形態＞
次に本発明に係る第４実施形態について説明する。第４実施形態に係る誘導加熱装置は、前記第１〜３実施形態とは、被加熱体２の構成及び被加熱体温度算出部６４の機能が異なる。
【０１０４】
第４実施形態に係る被加熱体２は、図１３に示すように、処理対象物を収容する収容部又は処理対象物が通過する通過部を有するものであり、高さがｈ［ｍ］、ｎ辺の長さがそれぞれａ１、ａ２、・・・ａｎ［ｍ］の中空ｎ角筒形状（図１３では中空四角形筒形状）をなす金属製筒体である。この被加熱体２の側周壁の肉厚内には、気液二相の熱媒体が封入される複数のジャケット室２Ｓが、中心軸に沿って周方向に等間隔に形成されている。
【０１０５】
また、本実施形態の巻き線３２は、中空ｎ角筒形状をなす被加熱体２の外側周面の周りに離間して巻回された概略中空ｎ角筒形状をなすものである。これにより、被加熱体２の外側周面が、巻き線３２により加熱される被加熱面２ｈとなる。
【０１０６】
そして、被加熱体温度算出部６４は、前記第１実施形態と同様に求めた各側壁部それぞれにおける、被加熱体２の被加熱面２ｈの温度と、当該被加熱面２ｈから離間した温度を算出する面である温度算出面２ｘとの温度差をθｎ［℃］とし、前記被加熱体の各側壁部それぞれの被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の厚さ方向の距離をｔ１、ｔ２、・・・ｔｎ［ｍ］としたときに、以下の式から得られる温度差θｎを用いて、各側壁部の被加熱面２ｈの温度を補正して、各側壁部の温度算出面２ｘの温度を算出する。
θｎ＝ｋｎＱｎ／（λｎＳｎ／ｔｎ）
ここで、ｔｎはｎ番目の側壁部における被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の距離［ｍ］であり、Ｓｎはｎ番目の側壁部における被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の断面積［ｍ２］であり、λｎはｎ番目の側壁部における被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の平均温度［℃］における被加熱体の熱伝導率［Ｗ／ｍ・℃］であり、Ｑｎはｎ番目の側壁部における被加熱面２ｈの発熱量［Ｗ］であり、ｋｎは、実測値から算出した補正係数である。
【０１０７】
また、被加熱体温度算出部６４は、被加熱体２に形成されたジャケット室２Ｓによる肉厚低下分を考慮して、被加熱体２の各側壁部の温度算出面２ｘの温度を算出する。
【０１０８】
具体的に被加熱体温度算出部６４は、ｎ番目の側壁部における前記被加熱面２ｈ及び前記温度算出面２ｘの間の断面積をＳｎ［ｍ２］とし、ｎ番目の側壁部における前記被加熱面２ｈ及び前記温度算出面２ｘの間のジャケット室の断面積の総和をＳｎｊ［ｍ２］とし、温度低下に伴う熱媒体の圧力低下によるジャケット室の機能低下の割合を示す変数をαとしたときに、ｎ番目の側壁部における被加熱面２ｈ及び温度算出面２ｘの間の距離ｔｎを、肉厚低下分を考慮した仮想距離ｔｎｊ（＝αｔｎ（Ｓｎ−Ｓｎｊ）／Ｓｎ）として、上記温度差θの式から得られる温度差θを用いて、被加熱体２の各側壁部の被加熱面２ｈの温度を補正することにより、被加熱体２の各側壁部の温度算出面２ｘの温度を算出する。
【０１０９】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【０１１０】
例えば、前記第１実施形態では、巻き線３２の温度を検出する温度検出部９を巻き線３２に埋設する構成としているが、以下のように構成しても良い。
つまり、図１４及び図１５に示すように、制御装置６が、被加熱体２を誘導発熱させて被加熱物を処理する加熱運転中において周期的に巻き線３２の温度を検出する温度検出動作を行うように構成しても良い。より詳細には、制御装置６が、直流電圧印加部６６、抵抗値算出部６７としての機能を発揮する。
【０１１１】
直流電圧印加部６６は、巻き線３２に電気的に接続された直流電源１２を制御して、巻き線３２に間欠的に直流電圧を印加するものである。具体的に直流電圧印加部６６は、巻き線３２に対して、一定の直流電圧を、数秒以内の印加時間を数秒から数十分の一定周期で印加するものである。
【０１１２】
ここで、直流電圧印加部６６によって巻き線３２に直流電圧が印加される印加時間内では、制御装置６の被加熱体温度制御部６５が制御素子４を制御して、交流電流又は交流電圧を遮断又は最小限とした状態としている。なお、被加熱体温度制御部６５は、被加熱体２の温度を所定の設定温度とするために、電源回路５に設けられた制御素子４を制御して交流電圧又は交流電流を制御するものである。
【０１１３】
抵抗値算出部６７は、直流電圧印加部６６により印加される直流電圧と、巻き線３２に直流電圧を印加したときに巻き線３２に流れる直流電流とから巻き線３２の巻き線抵抗値を算出するものである。具体的に抵抗値算出部６７は、予め入力された直流電源１２の直流電圧と、巻き線３２及び直流電源１２から構成される直流回路に設けられた直流電流検出部１３により得られる直流電流とから、巻き線３２の巻き線抵抗値を算出する。
【０１１４】
このとき、上述した通り、直流電圧を印加して直流電流を検出するタイミングでは、交流電流又は交流電圧を遮断又は最小限とした状態としているので、交流電流（交流成分）の影響を抑えることができ、直流電流（直流成分）の検出を容易に行うことができ、抵抗値を精度良く算出することができる。
【０１１５】
さらに、前記第１、３、４実施形態では、巻き線３２を被加熱体２の外側周面の周りに配置して被加熱体２を外周側から誘導加熱するものであったが、巻き線３２を被加熱体２の中空内に配置して被加熱体２を内周側から誘導加熱するものであっても良い。なお、この場合、被加熱体２の内側周面が被加熱面となる。また、前記第２実施形態では、温度算出面２ｘが被加熱体２の作用面（上面）であったが、肉厚内に設定された仮想面であっても良い。さらに、前記第３、４実施形態では、温度算出面２ｘが被加熱体２の側壁部の肉厚内に設定された仮想面であったが、被加熱体２の内側周面であっても良い。
【０１１６】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。また、各計算過程において実測値と計算値とに差異が生じる場合には、実測値から算出した補正係数を用いて補正を行うことも言うまでも無いことである。
【符号の説明】
【０１１７】
１００・・・誘導加熱装置
２００・・・誘導加熱ユニット
２・・・被加熱体
２Ｓ・・・ジャケット室
３・・・磁束発生機構
３２・・・巻き線
４・・・制御素子
５・・・電源回路
６・・・制御装置
６１・・・インピーダンス算出部
６２・・・インピーダンス補正部
６３・・・温度算出用データ格納部
６４・・・被加熱体温度算出部
７・・・電流検出部
８・・・電圧検出部
９・・・温度検出部
１０・・・力率検出部
【図１】
2015220051.tif 000003
【図２】
2015220051.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015220051.tif 000006
【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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