誘導加熱装置の制御装置、誘導加熱システム及び誘導加熱装置の制御方法
【課題】トランスバース方式の誘導加熱装置を用いて導体板を加熱する際に、導体板の通板速度が変化しても、導体板の板幅方向における温度分布が不均一になることを防止して従来よりも温度分布を均一にする。
【解決手段】通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置の加熱コイルに出力される交流電力を制御するこの誘導加熱装置の制御装置は、前記加熱コイルに交流電力を出力する磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと；前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力周波数を設定する周波数設定装置と；前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を、前記周波数設定装置で設定された出力周波数に基づいて制御するゲート制御装置と；を備える。
【解決手段】通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置の加熱コイルに出力される交流電力を制御するこの誘導加熱装置の制御装置は、前記加熱コイルに交流電力を出力する磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと；前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力周波数を設定する周波数設定装置と；前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を、前記周波数設定装置で設定された出力周波数に基づいて制御するゲート制御装置と；を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置の制御装置、誘導加熱システム及び誘導加熱装置の制御方法に関する。特に、導体板に交番磁界を略垂直に交差させて導体板を誘導加熱するために用いて好適なものである。
本願は、２００９年１２月１４日に、日本に出願された特願２００９−２８３２５５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば製造ラインを通板中の鋼板等の導体板を加熱する際に、誘導加熱装置が用いられている。誘導加熱装置は、加熱コイルを有し、この加熱コイルにより誘起された渦電流により導体板を加熱する装置である。この誘導加熱装置では、加熱コイルから発生した交番磁界（交流磁界）により導体板に渦電流を誘起させ、この渦電流によって導体板中にジュール熱を発生させている。このような誘導加熱装置の一つとして、トランスバース方式の誘導加熱装置がある。このトランスバース方式の誘導加熱装置では、加熱対象の導体板の板面に略垂直に交差するように交番磁界が導体板に与えられる。
トランスバース方式の誘導加熱装置を制御する方法として特許文献１に開示された技術がある。特許文献１では、誘導加熱装置を構成する加熱コイルと並列にコンデンサを設けて加熱コイルとコンデンサとの並列共振回路を構成し、並列共振型のインバータにより加熱コイルに給電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２００２−３１３５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、誘導加熱装置の給電装置（給電回路）から誘導加熱装置の加熱コイルを見た場合に、誘導加熱装置の加熱対象である導体板の通板速度に応じてインダクタンスが変化する（以下の説明では、このインダクタンスを必要に応じて見掛け上のインダクタンスと称する）。具体的には、導体板の通板速度が速く（または遅く）なると、見掛け上のインダクタンスが小さく（または大きく）なる。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、加熱コイルとコンデンサとが並列共振回路を構成している。したがって、見かけ上のインダクタンスが変化すると、加熱コイルに給電される電力の周波数も変化する。例えば、導体板の通板速度が速くなり、見掛け上のインダクタンスが小さくなると、加熱コイルに給電される電力の周波数が高くなる。このように加熱コイルに給電される電力の周波数が高くなると、導体板の板幅方向における端部（エッジ）付近の温度が、導体板の板幅方向の中央部付近の温度よりも高くなり、導体板の板幅方向における温度分布が不均一になる虞がある。
以上のように従来の技術では、トランスバース方式の誘導加熱装置を用いて導体板を加熱する際に、導体板の通板速度が変化すると、導体板の板幅方向における温度分布が不均一になるという問題点があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、トランスバース方式の誘導加熱装置を用いて導体板を加熱する際に、導体板の通板速度が変化しても、導体板の板幅方向における温度分布が不均一になることを防止して従来よりも温度分布を均一にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明の一態様に係る誘導加熱装置の制御装置は、通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置の加熱コイルに出力される交流電力を制御する誘導加熱装置の制御装置であって、前記加熱コイルに交流電力を出力する磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと；前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力周波数を設定する周波数設定装置と；前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を、前記周波数設定装置で設定された出力周波数に基づいて制御するゲート制御装置と；を備える。
（２）上記（１）に記載の誘導加熱装置の制御装置では、前記周波数設定装置が、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、周波数とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する周波数を前記出力周波数として選択してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の誘導加熱装置の制御装置は、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力電流値を設定する出力電流設定装置と；前記誘導加熱装置に流れる交流電流を測定する電流測定装置と；直流電力を前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチに供給して前記電流測定装置により測定される交流電流を前記出力電流設定装置により設定された前記出力電流値に調整する電力供給装置と；を更に備え、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチは、前記電力供給装置により直流電力を供給されて交流電力を前記加熱コイルに出力してもよい。
（４）上記（３）に記載の誘導加熱装置の制御装置では、前記出力電流設定装置が、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、電流値とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する電流値を前記出力電流値として選択してもよい。
（５）上記（１）または（２）に記載の誘導加熱装置の制御装置は、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと前記誘導加熱装置との間に配置され、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチから出力された交流電圧を降圧して前記加熱コイルに出力する出力トランスを更に備えてもよい。
（６）上記（１）または（２）に記載の誘導加熱装置の制御装置では、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチが、前記加熱コイルの一端及び他端と相互に接続される第１、第２の交流端子と；前記電力供給装置の出力端と相互に接続される第１、第２の直流端子と；前記第１の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第１の逆導通型半導体スイッチと；前記第１の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第２の逆導通型半導体スイッチと；前記第２の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第３の逆導通型半導体スイッチと；前記第２の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第４の逆導通型半導体スイッチと；前記第１、第２の直流端子の間に配置されたコンデンサと；を備え、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きとなるように直列に配置され、前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きになるように直列に配置され、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、前記ゲート制御装置が、前記周波数設定装置で設定された前記出力周波数に基づいて、前記第１、第３の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間と、前記第２、第４の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間とを制御してもよい。
（７）本発明の一態様に係る誘導加熱システムは、通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱する誘導加熱システムであって、上記（１）または（２）に記載の誘導加熱装置の制御装置と：前記導体板の板面と対向するように配置された加熱コイルと；前記加熱コイルが巻き回されたコアと；前記導体板の幅方向におけるエッジを含む領域と対向するように配置される透磁率が１の導体である遮蔽板と；を備える。
（８）上記（７）に記載の誘導加熱システムでは、前記遮蔽板は、凹部を有してもよい。
（９）上記（８）に記載の誘導加熱システムでは、前記導体板に流れる渦電流が最大になる領域よりも前記エッジ側に存在する領域と、前記凹部とが相互に対向するように、前記遮蔽板を配置してもよい。
【０００６】
（１０）本発明の一態様に係る誘導加熱装置の制御方法は、通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置の加熱コイルに出力される交流電力を制御する誘導加熱装置の制御方法であって、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチにより前記加熱コイルに交流電力を出力し； 前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力周波数を設定し； 前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を、設定された前記出力周波数に基づいて制御する。
（１１）上記（１０）に記載の誘導加熱装置の制御方法では、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、周波数とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する周波数を前記出力周波数として選択し、前記出力周波数を設定してもよい。
（１２）上記（１０）又は（１１）に記載の誘導加熱装置の制御方法では、さらに、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力電流値を設定し； 前記誘導加熱装置に流れる交流電流を測定し； 測定される交流電流を設定された前記出力電流値に調整するために必要な直流電力を前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチに供給してもよい。
（１３）上記（１２）に記載の誘導加熱装置の制御方法では、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、電流値とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する電流値を前記出力電流値として選択し、前記出力電流値を設定してもよい。
（１４）上記（１０）又は（１１）に記載の誘導加熱装置の制御方法では、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチから出力された交流電圧を、出力トランスにより降圧して前記加熱コイルに出力してもよい。
（１５）上記（１０）又は（１１）に記載の誘導加熱装置の制御方法では、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチが、前記加熱コイルの一端及び他端と相互に接続される第１、第２の交流端子と；前記電力供給装置の出力端と相互に接続される第１、第２の直流端子と；前記第１の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第１の逆導通型半導体スイッチと；前記第１の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第２の逆導通型半導体スイッチと；前記第２の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第３の逆導通型半導体スイッチと；前記第２の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第４の逆導通型半導体スイッチと；前記第１、第２の直流端子の間に配置されたコンデンサと；を備え、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きとなるように直列に配置され、前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きになるように直列に配置され、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、設定された前記出力周波数に基づいて、前記第１、第３の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間と、前記第２、第４の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間とを制御して前記加熱コイルに交流電力を出力してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の上記態様に係る誘導加熱装置の制御装置によれば、通板されている導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた周波数に基づいて、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を制御し、この周波数の交流電力を磁気エネルギー回生双方向電流スイッチから出力する。したがって、共振周波数で動作させるといった制約を受けることなく、通板されている導体板の属性に応じた周波数の交流電力を加熱コイルに与えることができる。よって、トランスバース方式の誘導加熱装置を用いて導体板を加熱する際に、導体板の通板速度が変化しても、導体板の板幅方向における温度分布が不均一になることを防止することができる。さらには、操業条件と独立に、通板されている導体板の属性に応じた周波数の交流電力を加熱コイルに与えることができるため、よりシンプルかつ確実に誘導加熱制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態における鋼板の連続焼鈍ラインの概略構成の一例を示す側面図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す縦断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す縦断面図である。
【図２Ｃ】本発明の第１の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す部分斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における上側加熱コイル及び下側加熱コイルの構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における誘導加熱装置の制御装置の構成の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における、ＭＥＲＳのコンデンサの両端の電圧Ｖｃと、誘導加熱装置に流れる電流ＩＬと、半導体スイッチの動作状態との関係の一例を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態の制御装置を用いて誘導加熱装置に給電し、帯状鋼板を加熱したときの通板速度に対する周波数及び温度比の関係を示したグラフである。
【図６Ｂ】従来の並列共振型のインバータを用いて誘導加熱装置に給電し、帯状鋼板を加熱したときの通板速度に対する周波数及び温度比の関係を示したグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態における誘導加熱装置の制御装置の構成の一例を示す図である。
【図８Ａ】本発明の第３の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す縦断面図である。
【図８Ｂ】本発明の第３の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す縦断面図である。
【図８Ｃ】本発明の第３の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す部分斜視図である。
【図９Ａ】本発明の第３の実施形態における遮蔽板の構成の一例を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の第３の実施形態において、帯状鋼板及び遮蔽板に流れる渦電流の一例を示す概略図である。
【図９Ｃ】本発明の第３の実施形態において、渦電流により発生する磁場の一例を示す概略図である。
【図１０Ａ】本発明の第３の実施形態の遮蔽板を用いた場合における、誘導加熱装置により加熱された導体板の板幅方向における温度分布の一例を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の第１の実施形態の遮蔽板を用いた場合における、誘導加熱装置により加熱された導体板の板幅方向における温度分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の各実施形態では、トランスバース方式の誘導加熱装置及びその制御装置を、製造ラインにおける鋼板の連続焼鈍ラインに適用した場合を例に挙げて説明する。尚、以下の説明では、「トランスバース方式の誘導加熱装置」を、必要に応じて「誘導加熱装置」と略称する。また、特に指定しない限り、鋼板（帯状鋼板）の属性には、室温（例えば、２５℃）における値を使用する。
【００１０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
＜連続焼鈍ラインの概略構成＞
図１は、鋼板の連続焼鈍ラインの概略構成の一例を示す側面図である。
図１において、連続焼鈍ライン１は、第１の容器１１と、第２の容器１２と、第３の容器１３と、第１のシールローラ組立体１４と、移送器１５と、第２のシールローラ組立体１６と、気体供給装置１７と、ローラ１９ａ〜１９ｕと、誘導加熱装置２０と、誘導加熱装置の制御装置１００とを備えている。また、この誘導加熱装置２０と、誘導加熱装置の制御装置１００とにより、誘導加熱システムが構成されている。
【００１１】
第１のシールローラ組立体１４は、第１の容器１１と外気とを遮断しながら帯状鋼板１０を第１の容器１１内に搬送する。この第１のシールローラ組立体１４により第１の容器１１内に搬送された帯状鋼板１０は、第１の容器１１内のローラ１９ａ、１９ｂによって第２の容器１２内に搬送される。第２の容器１２内に搬送された帯状鋼板１０は、第２の容器１２の水平部分（搬送される帯状鋼帯１０）の上下に配置された誘導加熱装置２０によって加熱されながら、ローラ１９ｇ、１９ｈによって第１の容器１１内に再び搬送される。ここで、誘導加熱装置２０（の加熱コイル）は、誘導加熱装置の制御装置１００に電気的に接続されており、この誘導加熱装置の制御装置１００から誘導加熱装置２０に交流電力が供給される。この交流電力により、帯状鋼板１０の板面に対して略垂直に交差する交番磁界が発生し、帯状鋼板１０が誘導加熱される。尚、誘導加熱装置２０の構成の詳細については後述する。また、以下の説明では、「電気的に接続」を必要に応じて「接続」と略称する。
【００１２】
第１の容器１１内に戻った帯状鋼板１０は、ローラ１９ｃ〜１９ｆによって、均熱・緩冷ステージを通って移送器１５に搬送される。移送器１５に搬送された帯状鋼板１０は、ローラ１９ｉ、１９ｊによって、第３の容器１３に搬送される。第３の容器１３に搬送された帯状鋼板１０は、ローラ１９ｋ〜１９ｕによって上下に蛇行しながら搬送され、第３の容器１３内で急冷される。
第２のシールローラ組立体１６は、このようにして急冷された帯状鋼板１０を、第３の容器１３と外気とを遮断しながら後工程に送り出す。
以上のような「帯状鋼板１０の搬送経路」となる「第１の容器１１、第２の容器１２、第３の容器１３、及び移送器１５」には、気体供給装置１７によって非酸化性の気体が供給されている。そして、外部（外気）と内部（連続焼鈍ライン１の内部）とを遮断する「第１のシールローラ組立体１４及び第２のシールローラ組立体１６」によって、第１の容器１１、第２の容器１２、第３の容器１３、及び移送器１５は、非酸化性の気体雰囲気に保たれている。
【００１３】
＜誘導加熱装置２０の構成＞
図２Ａ〜２Ｃは、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。
具体的に図２Ａは、本実施形態の誘導加熱装置２０の一例を、ラインの側方から見た図であって、帯状鋼板１０の長手方向に沿って（図１の上下方向に）切った縦断面図である。図２Ａでは、左方向に帯状鋼板１０が搬送されている（図２Ａの右から左に向かう矢印を参照）。また、図２Ｂは、本実施形態の誘導加熱装置２０の一例を図１のＡ−Ａ’方向から見た縦断面図（すなわち通板方向の下流から見た図）である。図２Ｂでは、奥から手前の方向に帯状鋼板１０が搬送されている。尚、図２Ａ、図２Ｂには、寸法［ｍｍ］も併せて示している。また、図２Ｃは、本実施形態の誘導加熱装置２０の一例の一部を示す部分斜視図である。図２Ｃでは、図２Ｂに示した右下の領域（図２Ｂの破線の囲み領域）を、帯状鋼板１０の上方から俯瞰している。但し、この図２Ｃでは、遮蔽板３１と帯状鋼板１０との位置関係を理解しやすいように、第２の容器１２を省略している。
【００１４】
図２Ａ〜２Ｃにおいて、誘導加熱装置２０は、上側誘導器２１と、下側誘導器２２とを備えている。
上側誘導器２１は、コア（磁心）２３と、上側加熱コイル２４と、遮蔽板３１ａ、３１ｃとを備えている。コア２３は、複数枚の電磁鋼板を積み重ねて構成してもよい。
上側加熱コイル２４は、コア２３のスロット（ここではコア２３の凹み部）を通してコア２３に巻き回された導体であり、巻数が「１」のコイル（いわゆるシングルターン）である。また、図２Ａに示すように、上側加熱コイル２４は、その縦断面の形状が中空の長方形である部分を有する。この中空の長方形の中空部分の端面には、水冷パイプが接続されている。この水冷パイプから供給される冷却水が中空の長方形の中空部分（上側加熱コイル２４の内部）に流れ、上側誘導器２１が冷却される。また、コア２３の底面（スロット側）には、遮蔽板３１ａ、３１ｃが取り付けられている。
【００１５】
下側誘導器２２も、上側誘導器２１と同様に、コア（磁心）２７と、下側加熱コイル２８と、遮蔽板３１ｂ、３１ｄとを備えている。
下側加熱コイル２８も、上側加熱コイル２４と同様に、コア２７のスロットを通してコア２７に巻き回された導体であり、巻数が「１」のコイル（いわゆるシングルターン）である。更に、下側加熱コイル２８は、上側加熱コイル２４と同様に、その縦断面の形状が中空の長方形である部分を有している。この中空の長方形の中空部分の端面には、水冷パイプが接続され、中空の長方形の中空部分に冷却水を流すことができる。また、コア２７の上面（スロット側）には、遮蔽板３１ｂ、３１ｄが取り付けられている。
【００１６】
また、上側誘導器２１の上側加熱コイル２４のコイル面（ループが形成されている面、磁力線が貫く面）と、下側誘導器２２の下側加熱コイル２８のコイル面とが、帯状鋼板１０を介して対向している。さらに、遮蔽板３１ａ〜３１ｄの板面が、帯状鋼板１０の板幅方向における端部（エッジ）と対向している。このような位置関係を満足するように、上側誘導器２１は、帯状鋼板１０よりも上側（第２の容器１２の水平部分の上面付近）に設けられ、下側誘導器２２は、帯状鋼板１０よりも下側（第２の容器１２の水平部分の下面付近）に設けられている。本実施形態では、遮蔽板３１ａ〜３１ｄは、平らな表面を有する銅板である（図２Ｃを参照）。遮蔽板３１ａ〜３１ｄは、上側加熱コイル２４と帯状鋼板１０との電磁結合度及び下側加熱コイル２８と帯状鋼板１０との電磁結合度を弱め、帯状鋼板１０のエッジ付近の過加熱を防止する。
以上のように、上側誘導器２１と、下側誘導器２２とは、配置する位置が異なるが、同じ構成を有する。なお、この構成では、加熱コイルから発生する交番磁界が導体板１０の全幅にわたって交差するため、導体板１０の全幅を加熱することができる。
【００１７】
図３は、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８の構成の一例を示す図である。尚、図３に示す矢印は、電流の流れる方向の一例を示している。
図３に示すように、上側加熱コイル２４は、銅パイプ４１ａ、４１ｂと、銅パイプ４１ａ、４１ｂの基端側に接続されている銅ブスバー（結線板）４２ｂとを備えている。また、下側加熱コイル２８は、銅パイプ４１ｃ、４１ｄと、銅パイプ４１ｃ、４１ｄの基端側に接続されている銅ブスバー４２ｆとを備えている。
【００１８】
上側加熱コイル２４の一端（銅パイプ４１ａの先端側）には、銅ブスバー４２ａを介して誘導加熱装置の制御装置１００の一方の出力端が接続されている。一方、上側加熱コイル２４の他端（銅パイプ４１ｂの先端側）には、銅ブスバー４２ｃ〜４２ｅを介して下側加熱コイル２８の一端（銅パイプ４１ｃの先端側）が接続されている。また、下側加熱コイル２８の他端（銅パイプ４１ｄの先端側）には、銅ブスバー４２ｉ、４２ｈ、４２ｇを介して誘導加熱装置の制御装置１００の他方の出力端が接続されている。
以上のように、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８は、銅パイプ４１ａ〜４１ｄと、銅ブスバー４２ａ〜４２ｉとを組み合わせることによって、誘導加熱装置の制御装置１００に対して直列に接続され、夫々巻数が「１」のコイルを形成している。ここで、上側加熱コイル２４に流れる電流のループの方向（図３では、時計回り）は、下側加熱コイル２８に流れる電流のループの方向と同じである。
【００１９】
尚、後述するように誘導加熱装置の制御装置１００は、誘導加熱装置２０の上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８に交流電力を供給する。そのため、図３では、誘導加熱装置の制御装置１００を交流電源として示している。
また、ここでは、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８の構成を分かり易く示すため、銅パイプ４１ａ〜４１ｄと、銅ブスバー４２ａ〜４２ｉとを図３に示すように接続している。しかしながら、上側加熱コイル２４、下側加熱コイル２８をそれぞれコア２３、２７に巻き回す際には、銅パイプ４１ａ〜４１ｄを、コア２３、２７のスロットに通す（取り付ける）必要がある。したがって、実際には、銅ブスバー４２ａ〜４２ｇは、銅パイプ４１ａ〜４１ｄがコア２３、２７に取り付けられる部分を避けて銅パイプ４１ａ〜４１ｄに取り付けられる。
【００２０】
＜誘導加熱装置の制御装置１００の構成＞
図４は、誘導加熱装置の制御装置１００の構成の一例を示す図である。尚、以下の説明では、「誘導加熱装置の制御装置」を必要に応じて「制御装置」と略称する。
図４において、制御装置１００は、交流電源１６０と、整流装置１１０と、リアクトル１２０と、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ（ＭＥＲＳ；Magnetic Energy Recovery Switch）１３０と、ゲート制御装置１４０と、出力電流設定装置１５０と、カレントトランス１７０と、周波数設定装置１８０とを備えている。ここで、カレントトランス１７０は、誘導加熱装置に流れる交流電流値を測定する電流測定装置として使用している。尚、以下の説明では、「磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ」を必要に応じて「ＭＥＲＳ」と称する。
図４において、整流回路１１０の入力端には交流電源１６０が接続される。整流回路１１０の出力側の一端にはリアクトル１２０の一端が接続され、他端にはＭＥＲＳ１３０の直流端子ｃが接続される。リアクトル１２０の他端は、ＭＥＲＳ１３０の直流端子ｂに接続される。整流回路１１０は、交流電源１６０から供給される交流電力を整流し、リアクトル１２０を介してＭＥＲＳ１３０に直流電力を印加する。整流回路１１０は、例えばサイリスタを用いて構成される。このように本実施形態では、例えば、交流電源１６０と整流回路１１０とを用いることにより電力供給装置が実現される。この電力供給装置は、図４において、ＭＥＲＳ１３０の直流端子ｂ、ｃに後述の直流電力を供給する装置である。そのため、電流制御機能を有する電池のような直流電源を電力供給装置に使用しても良い。
【００２１】
［ＭＥＲＳ１３０の構成］
以下に、ＭＥＲＳ１３０の構成の一例を説明する。
ＭＥＲＳ１３０は、整流回路１１０からリアクトル１２０を介して入力した直流電力を後述の方法によって交流電力に変換し、この交流電力を誘導加熱装置２０に出力する。
図４において、ＭＥＲＳ１３０は、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４を用いて構成されたブリッジ回路と、極性を有するコンデンサＣとを備えている。このコンデンサＣは、ブリッジ回路の直流端子ｂ、ｃの間に接続され、コンデンサＣの正極（＋）が直流端子ｂに接続されている。
直流端子ｂにはリアクトル１２０の他端が接続され、直流端子ｃには整流回路１１０の出力側の他端が接続される。また、交流端子ａ、ｄには、それぞれ誘導加熱装置２０の一端（銅ブスバー４２ａ）、他端（銅ブスバー４２ｇ）が接続される（図３を参照）。
【００２２】
ＭＥＲＳ１３０のブリッジ回路は、交流端子ａから直流端子ｂを経由して交流端子ｄまで到達する第１の経路Ｌ１と、交流端子ａから直流端子ｃを経由して交流端子ｄまで到達する第２の経路Ｌ２とを含む。交流端子ｄと直流端子ｂとの間には第１の逆導通型半導体スイッチ１３１が配置され、直流端子ｂと交流端子ａとの間には第４の逆導通型半導体スイッチ１３４が配置される。また、交流端子ｄと直流端子ｃとの間には第２の逆導通型半導体スイッチ１３２が配置され、直流端子ｃと交流端子ａとの間には第３の逆導通型半導体スイッチ１３３が配置される。このように、第１、第２の逆導通型半導体スイッチ１３１、１３２は、互いに並列に接続され、第３、第４の逆導通型半導体スイッチ１３３、１３４は、互いに並列に接続される。また、第１、第４の逆導通型半導体スイッチ１３１、１３４は、互いに直列に接続され、第２、第３の逆導通型半導体スイッチ１３２、１３３は、互いに直列に接続される。
【００２３】
第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４のそれぞれは、ゲート端子にオン信号が入力されていないスイッチオフ時には、電流を一方向にのみ導通させ、ゲート端子にオン信号が入力されたスイッチオン時には、電流を両方向に導通させることができる。すなわち、逆導通半導体スイッチ１３１〜１３４は、スイッチオフ時には、ソース端子及びドレイン端子間の一方向にのみ電流を導通させるが、スイッチオン時には、ソース端子及びドレイン端子間の両方向に電流を導通させることができる。尚、以下の説明では、「各逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４がスイッチオフ時に電流を流せる方向」を、必要に応じて「スイッチ順方向」と称する。また、「各逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４がスイッチオフ時に電流を流せない方向」を、必要に応じて「スイッチ逆方向」と称する。さらに、以下の説明では、「スイッチ順方向及びスイッチ逆方向のブリッジ回路に対する接続方向」を、必要に応じて「スイッチの極性」と称する。
【００２４】
また、各逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４は、それぞれ以下のようなスイッチの極性を満たすように配置される。互いに並列に接続された第１の逆導通型半導体スイッチ１３１と第２の逆導通型半導体スイッチ１３２とは、互いに逆方向のスイッチ極性を有する。同様に、互いに並列に接続された第３の逆導通型半導体スイッチ１３３と第４の逆導通型半導体スイッチ１３４とは、互いに逆方向のスイッチ極性を有する。また、互いに直列に接続された第１の逆導通型半導体スイッチ１３１と第４の逆導通型半導体スイッチ１３４とは、互いに逆方向のスイッチ極性を有する。同様に、互いに直列に接続された第２の逆導通型半導体スイッチ１３２と第３の逆導通型半導体スイッチ１３３とは、互いに逆方向のスイッチ極性を有する。よって、第１の逆導通型半導体スイッチ１３１と第３の逆導通型半導体スイッチ１３３とは、互いに順方向のスイッチ極性を有する。同様に、第２の逆導通型半導体スイッチ１３２と第４の逆導通型半導体スイッチ１３４とは、互いに順方向のスイッチ極性を有する。また、第１、第３の逆導通型半導体スイッチ１３１、１３３のスイッチ極性は、第２、第４の逆導通型半導体スイッチ１３２、１３４のスイッチ極性と逆方向である。
【００２５】
尚、図４に示すスイッチ極性は、第１、第３の逆導通型半導体スイッチ１３１、１３３と、第２、第４の逆導通型半導体スイッチ１３２、１３４との間で、反対であってもよい。
また、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４には、様々な構成が考えられるが、本実施形態では、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４は、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４とダイオードＤ１〜Ｄ４との並列接続によって構成されている。すなわち、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４のそれぞれは、１つのダイオード（対応するダイオードＤ１〜Ｄ４）と、このダイオードに並列に接続された１つの半導体スイッチ（対応する半導体スイッチＳ１〜Ｓ４）とを備えている。
また、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４のそれぞれのゲート端子Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれゲート制御装置１４０と接続される。このゲート端子Ｇ１〜Ｇ４には、ＭＥＲＳ１３０への制御信号として、ゲート制御装置１４０から半導体スイッチＳ１〜Ｓ４をオンするオン信号が入力される。オン信号が入力される場合、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４は、オン状態になり、両方向に電流を導通させることができる。しかしながら、オン信号が入力されない場合、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４は、オフ状態になり、電流をどちらの方向にも導通させることができない。よって、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４がオフである時には、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４に並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ４の導通方向（順方向）にのみ、電流を導通させることができる。
【００２６】
また、ＭＥＲＳ１３０に含まれる逆導通型半導体スイッチは、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４に限定されない。すなわち、逆導通型半導体スイッチは、前述した動作を示す構成であればよい。例えば、逆導通型半導体スイッチは、パワーＭＯＳ ＦＥＴ、逆導通型ＧＴＯサイリスタ等のスイッチング素子を用いた構成であってもよく、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチとダイオードとの並列接続した構成であってもよい。
また、以下に、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４のスイッチ極性を、ダイオードＤ１〜Ｄ４の極性に置き換えて説明する。スイッチ順方向（スイッチオフ時に導通する方向）は、各ダイオードＤ１〜Ｄ４の導通方向（順方向）であり、スイッチ逆方向（スイッチオフ時に導通しない方向）は、各ダイオードＤ１〜Ｄ４の非導通方向（逆方向）である。また、並列に接続されたダイオード同士（Ｄ１とＤ２又はＤ３とＤ４）の導通方向は、相互に逆方向であり、直列に接続されたダイオード同士（Ｄ１とＤ４又はＤ２とＤ３）の導通方向も、相互に逆方向である。また、ダイオードＤ１、Ｄ３の導通方向は、相互に順方向であり、同様にダイオードＤ２、Ｄ４の導通方向も相互に順方向である。よって、ダイオードＤ１、Ｄ３と、ダイオードＤ２、Ｄ４との導通方向は、相互に逆方向である。なお、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４及びダイオードＤ１〜Ｄ４の導通方向は、誘導加熱装置２０に流れる電流の方向を基準にしている。
【００２７】
［ＭＥＲＳ１３０の動作］
図５は、ＭＥＲＳ１３０のコンデンサＣの両端の電圧Ｖｃと、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬと、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４の動作状態との関係の一例を示す図である。
図５において、「Ｓ１・Ｓ３ゲート」と表記されている側に波形が立ち上がっている期間では、スイッチＳ１、Ｓ３がオン状態、半導体スイッチＳ２、Ｓ４がオフ状態である。また、「Ｓ２・Ｓ４ゲート」と表記されている側に波形が立ち上がっている期間では、半導体スイッチＳ２、Ｓ４がオン状態、スイッチＳ１、Ｓ３がオフ状態である。「Ｓ１・Ｓ３ゲート」側、「Ｓ２・Ｓ４ゲート」側の何れにも波形が立ち上がっていない期間では、何れの半導体スイッチＳ１〜Ｓ４もオフ状態である。このように、半導体スイッチＳ１がオン（オフ）すると、半導体スイッチＳ３がオン（オフ）し、半導体スイッチＳ１、Ｓ３が連動して動作する。同様に、半導体スイッチＳ２がオン（オフ）すると、半導体スイッチＳ４がオン（オフ）し、半導体スイッチＳ２，Ｓ４が連動して動作する。以下では、図５と図４とを参照しながら、ＭＥＲＳ１３０の動作の一例を説明する。
【００２８】
図５に示すように、期間Ａの最初の部分は、スイッチ動作に伴うデッドタイムであり、このデッドタイムでは、半導体スイッチＳ１、Ｓ３も半導体スイッチＳ２、Ｓ４もオフしている。このデッドタイムでは、ダイオードＤ４→コンデンサＣ→ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣの充電が開始される。その結果、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが上昇し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が減少する。コンデンサＣの充電が完了する前に半導体スイッチＳ２、Ｓ４がオンされると（半導体スイッチＳ１、Ｓ３はオフのまま）、半導体スイッチＳ４及びダイオードＤ４→コンデンサＣ→半導体スイッチＳ２及びダイオードＤ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣが充電される（期間Ａ）。すなわち、この期間Ａでは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが上昇し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が減少する。
コンデンサＣの充電が完了すると、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬは０となる。コンデンサＣの充電が完了するまでに半導体スイッチＳ２、Ｓ４がオンされ、その後コンデンサＣの充電が完了すると、コンデンサＣに充電されたエネルギー（電荷）が半導体スイッチＳ４、Ｓ２を通して出力される（放電される）。その結果、半導体スイッチＳ４→誘導加熱装置２０→半導体スイッチＳ２の経路で電流ＩＬが流れる（期間Ｂ）。すなわち、この期間Ｂでは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが低下し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が増加する。
【００２９】
コンデンサＣの放電が完了すると、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃは０となり、ダイオードＤ１、Ｄ３には逆電圧が印加されない。そのため、これらのダイオードＤ１、Ｄ３が導通して、半導体スイッチＳ４→誘導加熱装置２０→ダイオードＤ１の経路と、ダイオードＤ３→誘導加熱装置２０→半導体スイッチＳ２の経路とを並列に電流ＩＬが流れる（期間Ｃ）。この電流ＩＬは、誘導加熱装置２０とＭＥＲＳ１３０との間を還流している。そのため、期間Ｃでは、電流ＩＬの絶対値は、上側加熱コイル２４、下側加熱コイル２８、及び被加熱材である帯状鋼板１０のインピーダンスから決まる時定数に従って減衰する。
その後、デッドタイムにおいて、半導体スイッチＳ１、Ｓ３も半導体スイッチＳ２、Ｓ４もオフとなる。このデッドタイムでは、ダイオードＤ１→コンデンサＣ→ダイオードＤ３の経路で電流が流れ、コンデンサＣの充電が開始される（期間Ｄ）。その結果、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが上昇し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が減少する。コンデンサＣの充電が完了する前に半導体スイッチＳ１、Ｓ３がオンされると（半導体スイッチＳ２、Ｓ４はオフのまま）、半導体スイッチＳ１及びダイオードＤ１→コンデンサＣ→半導体スイッチＳ３及びダイオードＤ３の経路で電流が流れ、コンデンサＣが充電される（期間Ｄ）。すなわち、この期間Ｄでは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが上昇し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が減少する。
【００３０】
コンデンサＣの充電が完了すると、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬは０となる。コンデンサＣの充電が完了するまでに半導体スイッチＳ１、Ｓ３がオンされ、その後コンデンサＣの充電が完了すると、コンデンサＣに充電されたエネルギー（電荷）が半導体スイッチＳ１、Ｓ３を通して出力される（放電される）。その結果、半導体スイッチＳ１→誘導加熱装置２０→半導体スイッチＳ３の経路で電流ＩＬが流れ出す（期間Ｅ）。すなわち、この期間Ｅでは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが低下し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が増加する。
コンデンサＣの放電が完了すると、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃは０となり、ダイオードＤ２、Ｄ４には逆電圧が印加されない。そのため、これらのダイオードＤ２、Ｄ４が導通して、半導体スイッチＳ１→誘導加熱装置２０→ダイオードＤ４の経路と、ダイオードＤ２→誘導加熱装置２０→半導体スイッチＳ３の経路とを並列に電流ＩＬが流れる（期間Ｆ）。この電流ＩＬは、誘導加熱装置２０とＭＥＲＳ１３０との間を還流している。そのため、期間Ｆでは、電流ＩＬの絶対値は、上側加熱コイル２４、下側加熱コイル２８、及び被加熱材である帯状鋼板１０のインピーダンスから決まる時定数に従って減衰する。その後、期間Ａの動作に戻り、期間Ａ〜Ｆの動作を繰り返し行う。
【００３１】
以上のように、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４（Ｓ１及びＳ３、Ｓ２及びＳ４）の各々のゲート端子Ｇ１〜Ｇ４（Ｇ１及びＧ２、Ｇ３及びＧ４）のオン及びオフ（スイッチ動作）のタイミング（時間）を調整することで、誘導加熱装置２０（上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８）に所望の周波数の電流を流すことが可能になり、周波数制御型の誘導加熱が実現できる。すなわち、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４の導通タイミングを調整するゲート制御装置１４０により、負荷である誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬの周波数を任意の値に制御することができる。また、コンデンサＣの容量Ｃｐを以下の（１）式に従って定めることにより、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが０の期間を調節することが可能である。
Ｃｐ＝１／[（２×π×ｆｔ）２×Ｌ] ・・・（１）
ここで、Ｃｐは、コンデンサＣの容量（Ｆ）であり、Ｌは、誘導加熱装置２０を含む負荷のインダクタンス（Ｈ）である。また、ｆｔは、以下の（２）式で表されるコンデンサＣに対する見掛けの周波数（Ｈｚ）である。
ｆｔ＝１／（２×ｔ＋１／ｆ） ・・・（２）
ｔは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが０の期間（ｓｅｃ）であり、ｆは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが０である期間が存在しない場合の電圧Ｖｃ及び電流ＩＬの周波数（Ｈｚ）である。（２）式においてｔが０である場合のｆｔ（すなわちｆ）を（１）式に代入して得られるコンデンサ容量Ｃｐを有するコンデンサＣを選定すると、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが０である期間が存在しなくなる。
【００３２】
［周波数設定装置１８０の構成］
図４の説明に戻り、周波数設定装置１８０の構成の一例について説明する。周波数設定装置１８０は、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数（出力周波数）を設定する装置である。その機能を実現するために、この周波数設定装置１８０は、加熱対象情報取得部１８１と、周波数設定テーブル１８２と、周波数選択部１８３とを備えている。
加熱対象情報取得部１８１は、加熱対象となる帯状鋼板１０の属性情報を取得する。例えば、加熱対象情報取得部１８１は、入力装置である外部のコンピュータからネットワーク経由で属性情報を取得（受信）したり、制御装置１００が備えるユーザインターフェース（入力装置の一つ）に対してユーザが入力した情報に基づいて属性情報を取得（入力）したりすることができる。ここで、帯状鋼板１０の属性情報は、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚を特定することができる情報である。例えば、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚そのものを属性情報としたり、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚が仕様により定まっている場合には、その仕様を有する帯状鋼板１０の名称（商品名等）を属性情報としたりすることができる。
【００３３】
周波数選択部１８３は、加熱対象情報取得部１８１により取得された属性情報をキーとして使用し、周波数設定テーブル１８２に登録されている周波数を１つ選択する。周波数設定テーブル１８２には、予め属性情報と周波数とが相互に関連付けられて登録されている。
周波数選択部１８３で選択された周波数（出力周波数）の情報は、ゲート制御装置１４０に送られる。ゲート制御装置１４０は、この選択された周波数の交流電力が発生するように、ＭＥＲＳ１３０の各半導体スイッチＳ１〜Ｓ４のゲート端子Ｇ１〜Ｇ４のオン及びオフ（スイッチ動作）のタイミングを決定し、オンすべき半導体スイッチのゲート端子にオン信号を出力する。このようにしてＭＥＲＳ１３０は、周波数設定装置１８０によってゲート制御装置１４０に設定された周波数（出力周波数）の交流電力を前述したようにして誘導加熱装置２０に出力する。
【００３４】
以上のように本実施形態では、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚に応じて誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数（出力周波数）を自動的に決定している。これは、本発明者らが、各種の実験を行った結果、帯状鋼板１０の温度分布（特にエッジ付近の温度）は、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数と、被加熱材である帯状鋼板１０の属性情報（透磁率、抵抗率及び板厚）と、ギャップ（上側加熱コイル２４と下側加熱コイル２８との間隔）との影響を受けることを見出したことに基づいている。
以下に、このような現象が生じる理由について説明する。
まず、帯状鋼板１０の温度がキュリー温度以上である場合について説明する。
帯状鋼板１０がキュリー温度以上であると、誘導加熱装置２０から発生した主磁場が帯状鋼板１０を貫通し、帯状鋼板１０内（板厚に垂直な面内）の渦電流が多くなる。この渦電流は、主磁場と反発して帯状鋼板１０のエッジ付近に片寄り易くなる。このため、帯状鋼板１０のエッジ付近に高温の領域が生じ易い。
【００３５】
ここで、帯状鋼板１０内の渦電流は、帯状鋼板１０の断面積（板厚方向を含む断面積）と比例関係にあるので、帯状鋼板１０の板厚が厚い場合には、帯状鋼板１０の断面積が大きくなり、帯状鋼板１０内の渦電流が多くなる。
また、帯状鋼板１０の渦電流は、帯状鋼板１０の抵抗率と反比例の関係にあるので、帯状鋼板１０の抵抗率が小さい場合には、帯状鋼板１０内の渦電流が多くなる。
また、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数は、誘導加熱装置２０から発生した主磁場によって帯状鋼板１０内に発生する誘導起電力と比例関係にある。帯状鋼板１０の渦電流は、この誘導起電力と比例関係にあるので、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数が高い場合には、帯状鋼板１０内の渦電流が多くなる。
また、ギャップが小さい場合には、誘導加熱装置２０から発生した主磁場が大きくなり、この主磁場によって帯状鋼板１０内に発生する誘導起電力が大きくなるので、帯状鋼板１０内の渦電流が多くなる。
【００３６】
次に、帯状鋼板１０の温度がキュリー温度未満である場合について説明する。
帯状鋼板１０の温度がキュリー温度未満である場合には、帯状鋼板１０の比透磁率が大きいため、誘導加熱装置２０から発生した主磁場は、帯状鋼板１０を貫通しにくく、帯状鋼板１０のエッジ部分を迂回する。その結果、帯状鋼板１０のエッジ付近では、渦電流の電流密度が大きくなり、帯状鋼板１０のエッジ付近に高温の領域が生じる。
以上のように、帯状鋼板１０の温度に影響を与える因子（誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数、加熱対象の帯状鋼板１０の透磁率と抵抗率と板厚、ギャップ）は、相互に独立した因子である。これらの因子のうち、帯状鋼板１０の透磁率と抵抗率と板厚及びギャップは、操業条件（加熱対象となる材料及び設備のハードウェア的な制約）によって決定される。そこで、本実施形態では、これらの因子のうち、オンラインで制御することができる“誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数（出力周波数）”を、周波数設定装置１８０を用いて変更することにより、帯状鋼板１０の温度を調整している。
尚、本実施形態のように、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと周波数とを相互に対応付けて周波数設定テーブル１８２に登録すれば、帯状鋼板１０の板幅方向における温度分布を、より均一に調節することができる。そのため、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと周波数とを相互に対応付けることが好ましい。しかしながら、必ずしも、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと周波数とを相互に対応付ける必要はなく、周波数設定装置１８０内で帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の少なくとも１つと周波数とを相互に対応付ければよい。また、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の少なくとも何れか１つ及びギャップと、周波数とを相互に対応付けてもよい。
【００３７】
［出力電流設定装置１５０の構成］
出力電流設定装置１５０は、誘導加熱装置２０に供給する交流電流ＩＬの大きさ（出力電流値）を設定する装置である。その機能を実現するために、この出力電流設定装置１５０は、加熱対象情報取得部１５１と、出力電流設定テーブル１５２と、出力電流選択部１５３とを備えている。
加熱対象情報取得部１５１は、加熱対象情報取得部１８１と同様に、加熱対象となる帯状鋼板１０の属性情報を取得する。
出力電流選択部１５３は、加熱対象情報取得部１５１により取得された属性情報をキーとして使用し、出力電流設定テーブル１５２に登録されている電流値を１つ選択する。出力電流設定テーブル１５２には、予め属性情報と電流値とが相互に関連付けられて登録されている。そして、出力電流選択部１５３で選択された電流値（出力電流値）と、カレントトランス１７０で測定された電流値との差分に応じて、整流装置１１０のゲート角度が設定される。整流装置１１０としてサイリスタ整流装置を採用する場合には、サイリスタのゲート点弧角度が設定される。このように、誘導加熱装置２０に流れる電流値をフィードバックして整流装置１１０のゲート角度（ゲート点弧角度）を制御するので、誘導加熱装置２０に流れる電流値を、出力電流選択部１５３で選択された電流値（出力電流値）で一定に制御することができる。したがって、電力供給装置（交流電源１６０及び整流装置１１０）は、直流電力をＭＥＲＳ１３０に供給して、カレントトランス１７０により測定される交流電流を出力電流設定装置により設定された電流値（出力電流値）に調整することができる。
以上のように本実施形態では、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚に応じて誘導加熱装置２０に供給する交流電力の電流値（出力電流値）を自動的に決定している。これは、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚により、目標温度に対応する電流値を定めることができるからである。
尚、本実施形態のように、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと電流値とを相互に対応付けて出力電流設定テーブル１５２に登録すれば、帯状鋼板１０の板幅方向における温度分布及び板幅方向の平均温度を、より適切に設定することができる。そのため、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと電流値とを相互に対応付けることが好ましい。しかしながら、必ずしも、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと電流値とを相互に対応付ける必要はなく、出力電流設定装置１５０内で帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の少なくとも１つと電流値とを相互に対応付ければよい。また、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の少なくとも何れか１つ及びギャップと、電流値とを相互に対応付けてもよい。
【００３８】
＜本実施形態の効果＞
図６Ａは、本実施形態の制御装置１００を用いて誘導加熱装置２０に給電し、帯状鋼板１０を加熱したときの通板速度に対する周波数及び温度比の関係を示したグラフである。また、図６Ｂは、従来の並列共振型のインバータを用いて誘導加熱装置２０に給電し、帯状鋼板１０を加熱したときの通板速度に対する周波数及び温度比の関係を示したグラフである。ここで、温度比（エッジ／中央温度比）は、帯状鋼板１０の板幅方向における端部（エッジ）の温度を、帯状鋼板１０の板幅方向における中央部の温度で除算した値である。この温度比の値が１に近いほど、帯状鋼板１０の板幅方向における温度分布が均一である。また、周波数は、誘導加熱装置２０に与えられる電流の周波数である。また、帯状鋼板１０の仕様は、以下の通りである。
＜帯状鋼板の仕様＞
・材質：ステンレス鋼板 ・厚み：０．３ｍｍ ・幅 ：５００ｍｍ
図６Ａに示すように、本実施形態の制御装置１００を用いれば、通板速度が変更された場合であっても、誘導加熱装置２０に与えられる電流の周波数を常に略一定に保つことができ、結果として温度比を一定に制御することが可能である。
一方、通板速度が変更されると、負荷のインピーダンスが変化するため、従来の並列共振型のインバータを用いた場合、電圧源のインバータは、負荷の共振条件を維持するように、インバータの出力周波数を制御する。よって、図６Ｂに示すように、負荷のインピーダンスの変化に応じてインバータの出力周波数が変動し、結果として温度比が大きく変動し、温度比を一定に制御することが不可能である。
【００３９】
以上のように本実施形態では、帯状鋼板１０の属性（属性情報）に応じた周波数（出力周波数）の電流ＩＬを、ＭＥＲＳ１３０を用いて誘導加熱装置２０に供給する。したがって、本実施形態の制御装置は、従来のように共振周波数で動作させるという制約を受けないので、帯状鋼板１０の通板速度が変更された場合であっても、誘導加熱装置２０に供給する電流ＩＬの周波数を帯状鋼板１０の属性に応じた所望の値に設定することができる。よって、トランスバース方式の誘導加熱装置を用いて導体板を加熱する際に、導体板の通板速度が変化しても、導体板の板幅方向における温度分布が不均一になることを防止することができる。また、被加熱材である帯状鋼板１０に適した（特に、板幅方向の温度分布を可及的に均一にするための）周波数の電流ＩＬを誘導加熱装置２０に設定することができる。
また、本実施形態では、整流装置１１０のゲート角度を、帯状鋼板１０の属性に応じて変更することにより、帯状鋼板１０の属性に応じた大きさの電流ＩＬを誘導加熱装置２０に供給している。したがって、被加熱材である帯状鋼板１０に適した大きさの電流ＩＬを誘導加熱装置２０に流すことができる。さらには、周波数を一定に制御できるため、帯状鋼板１０の各位置における温度の時間的変化を実測することなく、導体板の板幅方向における温度分布を均一に制御できる。
加えて、制御装置１００と、遮蔽板３１ａ〜３１ｄを有する誘導加熱装置２０とを備える誘導加熱システムでは、通板速度が変化した場合であっても、交流電力の周波数が変化しないため、帯状鋼板１０のエッジ部分に生じる渦電流の変化（時間的変化）を考慮する必要がない。そのため、誘導加熱システムに制御装置１００を使用すると、操業条件が変動した場合であっても、遮蔽板３１ａ〜３１ｄによりエッジ付近の加熱量を適切に制御できる。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。前述した第１の実施形態では、ＭＥＲＳ１３０から誘導加熱装置２０に交流電流ＩＬを直接流している。これに対し、本実施形態では、ＭＥＲＳ１３０から変圧器を介して誘導加熱装置２０に交流電流ＩＬを流している。このように本実施形態の構成には、前述した第１の実施形態の構成に対し、変圧器を追加している。したがって、本実施形態の説明において、前述した第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図６Ｂに付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４１】
図７は、誘導加熱装置の制御装置２００の構成の一例を示す図である。
図７に示すように、本実施形態の制御装置２００は、図４に示した第１の実施形態の制御装置１００に対し、出力変圧器（出力トランス）２１０が追加されている。
出力変圧器２１０の一次側（入力側）の端子は、ＭＥＲＳ１３０の交流端子ａ、ｄに接続される。出力変圧器２１０の二次側（出力側）の端子は、誘導加熱装置２０（銅ブスバー４２ａ、４２ｇ）に接続される。出力変圧器２１０の変圧比（入力：出力）は、Ｎ：１（Ｎ＞１）である。
以上のように本実施形態では、ＭＥＲＳ１３０と誘導加熱装置２０との間に、変圧比がＮ：１（Ｎ＞１）の出力変圧器２１０を配置しているので、誘導加熱装置２０には、ＭＥＲＳ１３０に流れる電流の約Ｎ倍の電流を流すことができる。したがって、本実施形態では、ＭＥＲＳ１３０を構成する「半導体スイッチＳ１〜Ｓ４及びダイオードＤ１〜Ｄ４」に大電流を流すことなく、誘導加熱装置２０に大電流を流すことができる。
尚、出力変圧器２１０の変圧比が変えられるように、出力変圧器２１０の一次側又は二次側に複数のタップを設け、被加熱材である帯状鋼板１０に応じて、使用するタップを使い分けてもよい。
【００４２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。前述した第１、第２の実施形態では、誘導加熱装置２０に設けられる遮蔽板３１ａ〜３１ｄとして平らな板を使用している。これに対し、本実施形態では、誘導加熱装置２０に設けられる遮蔽板に凹部を設けている。このように本実施形態と前述した第１、第２の実施形態とでは、遮蔽板の構成の一部が異なる。したがって、本実施形態の説明において、前述した第１、第２の実施形態と同一の部分については、図１〜図７に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４３】
図８Ａ〜８Ｃは、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、それぞれ図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに対応している。遮蔽板３０１ａ〜３０１ｄは、それぞれ図２Ａ〜２Ｃに示した遮蔽板３１ａ〜３１ｄの代わりに用いられている。また、遮蔽板３０１ａ〜３０１ｄは、後述する凹部を帯状鋼板１０側（第二の容器１２内）に向けて図８Ｂに示す位置に配置されている。また、誘導加熱装置は、上側誘導器２０１と下側誘導器２０２とを備えている。なお、遮蔽板の構成を除き、上側誘導器２０１、下側誘導器２０２は、それぞれ図２Ａ〜２Ｃに示した上側誘導器２１、下側誘導器２２と同じである。
【００４４】
また、図９Ａ〜９Ｃは、遮蔽板３０１（遮蔽板３０１ａ〜３０１ｄ）の構成の一例を示す図である。具体的に図９Ａは、遮蔽板３０１をその上方から俯瞰した斜視図である。また、図９Ｂは、図８Ｃに示した遮蔽板３０１ｄの領域を帯状鋼板１０の真上から俯瞰した図である。尚、図９Ｂでは、帯状鋼板１０と遮蔽板３０１ｄとの位置関係を説明するために必要な部分のみを示している。また、図９Ｃは、遮蔽板３０１ａ、３０１ｂと帯状鋼板１０との間で生じる磁界の一例を示す概略図である。但し、この図９Ｂ及び図９Ｃでは、遮蔽板３０１ａ〜３０１ｄの効果を理解しやすいように、第２の容器１２を省略している。
【００４５】
図９Ａに示すように、遮蔽板３０１は、主遮蔽板５０ａと、背面板５０ｂとを備えている。
主遮蔽板５０ａの幅及び長さは、背面板５０ｂの幅及び長さと同じである。ただし、背面板５０ｂは、縦断面及び横断面が一様な銅板であるのに対し、主遮蔽板５０ａは、その長手方向に菱形の孔が２つ形成された銅板である。遮蔽板３０１は、このような主遮蔽板５０ａと背面板５０ｂとを密着させることにより形成され、長手方向に菱形の２つの凹部（非貫通穴）５１、５２を有している。尚、図９Ａには、凹部５１、５２を配置する位置に関する寸法［ｍｍ］も併せて示している。
【００４６】
このような遮蔽板３０１は、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、凹部５１、５２を有する面が帯状鋼板１０の方を向くようにコア２３の底面（スロット側）とコア２７の上面（スロット側）とに取り付けられる。
本実施形態では、図９Ｂに示すように、帯状鋼板１０のエッジ１０ａ付近で、遮蔽板３０１（３０１ｄ）の凹部５１、５２と帯状鋼板１０の板面とを対向させている。具体的には、誘導加熱装置を動作させることによって帯状鋼板１０に流れる渦電流が最大になる領域である最大電流通過領域５６と帯状鋼板１０のエッジ１０ａとの間の領域を含み、かつ最大電流通過領域５６よりもエッジ１０ａ側に存在する領域と、遮蔽板３０１の凹部５１、５２とが相互に対向している。
特に、本実施形態では、遮蔽板３０１（３０１ｄ）の凹部５１、５２の内側の縁５１ａ、５２ａを、最大電流通過領域５６よりもエッジ１０ａ側に配置すると共に、凹部５１、５２の外側の縁５１ｂ、５２ｂを、帯状鋼板１０のエッジ１０ａ近傍に流れる渦電流の通過領域であるエッジ電流通過領域５７よりもエッジ１０ａ側に配置している。ここで、内側の縁５１ａ、５２ａは、凹部５１、５２の縁のうち、帯状鋼板１０の幅方向における中心部に最も近く、かつ対応する凹部５２、５１（または、遮蔽板３０１ｄの通板方向における中心部）に最も近い縁である。また、外側の縁５１ｂ、５２ｂは、凹部５１、５２の縁のうち、帯状鋼板１０の幅方向における中心部から最も遠く、かつ対応する凹部５２、５１（または、遮蔽板３０１ｄの通板方向における中心部）から最も遠い縁である。
【００４７】
本実施形態では、以上のように配置した遮蔽板３０１によって、帯状鋼板１０のエッジ１０ａ付近の温度の低下を抑制している。以下に、遮蔽板３０１によって帯状鋼板１０のエッジ１０ａ付近の温度の低下を抑制するメカニズムを説明する。
図９Ｃに示すように、誘導加熱装置を動作させることによって主磁場５８ａ〜５８ｃが発生し、帯状鋼板１０のエッジ側に渦電流６０ａ〜６０ｅが流れる。そして、この渦電流６０ａ〜６０ｅにより磁場５９ｉが発生する。また、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、遮蔽板３０１（３０１ａ、３０１ｂ）には、渦電流５３〜５５が流れる。渦電流５３は、遮蔽板３０１（主遮蔽板５０ａ）の四辺の縁の部分に沿って流れる渦電流である。一方、渦電流５４、５５は、遮蔽板３０１の凹部５１、５２の縁の部分に沿って流れる電流である。このように遮蔽板３０１では、遮蔽板３０１の四辺の縁の部分と、遮蔽板３０１の凹部５１、５２の縁の部分に渦電流５１〜５３が集中して流れる。さらに、このような渦電流５３〜５５により磁場５９ａ〜５９ｈが発生する。
【００４８】
その結果、図９Ｃに示すように、遮蔽板３０１（３０１ａ、３０１ｂ）に流れる渦電流５４、５５と、帯状鋼板１０に流れる渦電流６０との間に反発力が生じる。この反発力により、帯状鋼板１０のエッジ部分に流れている渦電流６０（６０ａ〜６０ｅ）が帯状鋼板１０の内側（図９Ｃの帯状鋼板１０の下に示す矢印の方向）に移動し、従来では温度が低下していた領域の電流密度が増大する。これにより、帯状鋼板１０のエッジ付近（エッジよりも少し内側の領域）の温度の低下を抑制することができ、遮蔽板３０１は、帯状鋼板１０の板幅方向におけるエッジ側の領域と、加熱コイル２４、２８との電磁結合度を調整することができる。ここで、遮蔽板３０１は、銅製であり、高温であっても必要な特性が維持される。したがって、遮蔽板３０１が高温下に晒されても、帯状鋼板１０のエッジ付近の温度の低下を抑制することができる。
【００４９】
これに対し、第１の実施形態のように遮蔽板３１に凹部が存在しない場合、遮蔽板３１には図９Ａ、図９Ｃに示したような渦電流５３、５４が流れず、遮蔽板３１の四辺の縁の部分に渦電流が集中して流れる。したがって、帯状鋼板１０のエッジ近傍に流れている渦電流は、帯状鋼板１０の内側（中央側）に向かう力を受けず、温度が低下する領域（帯状鋼板１０のエッジよりも少し内側の領域）の電流密度が増大しない。よって、帯状鋼板１０のエッジ付近の温度の低下を抑制することができない。
以上のように本発明者らは、銅製の遮蔽板３０１に凹部５１、５２を形成し、この凹部５１、５２が帯状鋼板１０のエッジ付近と対向するように遮蔽板３０１を配置することによって、帯状鋼板１０のエッジ付近の温度の低下を抑制することができることを見出した。以上のことを確認するために、本発明者らは、本実施形態の遮蔽板３０１を使用した場合と、第１の実施形態で説明した遮蔽板３１を使用した場合とのそれぞれにおいて、導体板（帯状鋼板１０に相当）の板幅方向における温度分布を測定した。
【００５０】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、誘導加熱装置により加熱された導体板の板幅方向における温度分布の一例を示す図である。
具体的に図１０Ａは、本実施形態の遮蔽板３０１を用いた誘導加熱装置（本実施形態の誘導加熱装置）についてのグラフである。一方、図１０Ｂは、第１の実施形態の遮蔽板３１を用いた誘導加熱装置（第１の実施形態の誘導加熱装置）についてのグラフである。また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すグラフの横軸は、導体板の板幅方向における位置を示し、横軸の「０」の位置が導体板のエッジに対応し、「２５０」の位置が導体板の中央に対応する。一方、縦軸は、加熱による導体板の温度上昇量（昇温量）を示す。ここで、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すグラフの実験条件を、以下に示す。
加熱コイル幅 ：２５０［ｍｍ］（通板方向の長さ）
コア ：フェライトコア
加熱材料 ：非磁性のＳＵＳ（ステンレス）板（幅５００［ｍｍ］、厚み０．３［ｍｍ］）
通板速度 ：８［ｍｐｍ（ｍ／分）］
加熱温度 ：３０〜１３０［℃］（中央昇温量を１００［℃］に設定）
電源周波数 ：２９［ｋＨｚ］、２１［ｋＨｚ］、１０［ｋＨｚ］
遮蔽板の材質 ：銅
なお、透磁率が１に近い材料であるほど、エッジ付近における温度の低下が生じやすい。また、導体板（加熱材料）の温度がキュリー温度以上になると、導体板の透磁率が１になる。そのため、透磁率が１である加熱材料として、非磁性のＳＵＳ（ステンレス）板を使用した。
【００５１】
図１０Ａに示すように、本実施形態の遮蔽板３０１を用いた誘導加熱装置では、周波数を２９［ｋＨｚ］→２１［ｋＨｚ］→１０［ｋＨｚ］の順に変更すると、エッジの温度が下がり、エッジ付近（ここでは、横軸の「５０」〜「１００」の位置）における温度の低下が抑制される（板幅方向における温度分布が均一になる）ことが分かる。
一方、図１０Ｂに示すように、第１の実施形態の遮蔽板３１を用いた誘導加熱装置では、周波数を２９［ｋＨｚ］→２１［ｋＨｚ］→１０［ｋＨｚ］の順に変更すると、エッジの温度が下がるが、エッジ付近（ここでは、横軸の「５０」〜「１００」の位置）における温度の低下量も大きくなることが分かる。
尚、遮蔽板を設けない場合には、エッジ付近（ここでは、横軸の「５０」〜「１００」の位置）の温度が低下しないが、エッジにおける昇温量が５００［℃］程度になるため過加熱であった。
【００５２】
以上のように本実施形態では、銅製の遮蔽板３０１に凹部５１、５２を形成し、この凹部５１、５２が帯状鋼板１０のエッジ付近と対向するように遮蔽板３０１を、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８と帯状鋼板１０との間に配置する。これにより、帯状鋼板１０が高温に晒されても、帯状鋼板１０のエッジ付近における温度の低下を抑制することができる。
加えて、制御装置１００と、遮蔽板３０１を有する誘導加熱装置とを備える誘導加熱システムでは、通板速度が変化した場合であっても、交流電力の周波数が変化しないため、帯状鋼板１０のエッジ部分に生じる渦電流の変化（時間的変化）を考慮する必要がない。そのため、誘導加熱システムに制御装置１００を使用すると、操業条件が変動した場合であっても、遮蔽板３０１によりエッジ付近の加熱量を適切に制御できる。さらに、遮蔽板３０１が凹部５１、５２を有しているため、鋼板の加熱状態に応じて比透磁率が変化する場合であっても、凹部５１、５２によりエッジ付近の温度分布を適切に制御できる。したがって、本実施形態の構成では、より柔軟に加熱速度の変更に対応できる。
尚、上記実施形態（第１の実施形態〜第３の実施形態）では、遮蔽板３１、３０１は、銅製の板に限定されない。すなわち、比透磁率が１の導電体（例えば常磁性体や反磁性体である金属）であれば、どのような材料で遮蔽板３１、３０１を形成してもよい。例えば、アルミニウムで遮蔽板３１を形成することができる。
また、本実施形態では、最大電流通過領域５６よりもエッジ１０ａ側に存在する領域で、遮蔽板３０１の凹部と帯状鋼板１０（帯状鋼板１０を延長した面も含む）とが対向していれば、帯状鋼板１０と遮蔽板３０１との位置関係は、特に限定されない。ただし、遮蔽板３０１に流れる渦電流と、帯状鋼板１０に流れる渦電流との間に反発力を確実に生じさせるため、図９Ｂに示すように、最大電流通過領域５６と帯状鋼板１０のエッジ１０ａとの間の領域と、遮蔽板の凹部の少なくとも一部とが対向するようにすることが好ましい。
【００５３】
また、本実施形態では、遮蔽板に２つの凹部を形成した場合を例に挙げて説明したが、遮蔽板に形成される凹部の数は幾つであってもよい。
また、本実施形態では、凹部５１、５２の形状を菱形にした場合を例に挙げて示した。しかしながら、凹部５１、５２の縁の部分に沿って帯状鋼板１０に渦電流を流すことができれば、凹部５１、５２の形状は、どのような形状であってもよい。凹部５１、５２の形状を、例えば、楕円、菱形以外の四角形、その他の角形にすることができる。このとき、通板方向における長さが、通板方向に垂直な方向における長さよりも長い凹部を形成すると、凹部の縁の部分に沿って容易に渦電流を流すことができる。そのため、通板方向における長さが、通板方向に垂直な方向における長さよりも長い凹部を形成することが好ましい。また、遮蔽板の凹部の形状は、必ずしも閉じた形状でなくてもよい。例えば、遮蔽板の端部に形成されてもよい。
さらに、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８には、銅が通常使用されるが、銅以外の導体（金属）を使用してもよい。また、連続焼鈍ライン以外に誘導加熱システムを適用してもよい。また、図２Ａに示したコア２３、２７の寸法は、コア２３、２７が磁気飽和しない範囲で適宜決定することができる。ここで、加熱コイル２４、２８に流れる電流から算出される磁界強度［Ａ／ｍ］からコア２３、２７の磁気飽和の発生を判断することができる。
また、上記実施形態では、一例として上側誘導器２１と下側誘導器２２との両方を設けているが、上側誘導器２１と下側誘導器２２との何れか一方のみを設けてもよい。加えて、ギャップの大きさは、特に限定されない。
【００５４】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明は、その技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
トランスバース方式の誘導加熱装置を用いて導体板を加熱する際に、導体板の通板速度が変化しても、導体板の板幅方向における温度分布を従来よりも均一にする誘導加熱装置の制御装置、誘導加熱システム及び誘導加熱装置の制御方法を提供する。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 帯状鋼板（導体板）
２０ 誘導加熱装置
２３、２７ コア（磁心）
２４ 上側加熱コイル（加熱コイル）
２８ 下側加熱コイル（加熱コイル）
３１ａ〜３１ｄ 遮蔽板
５１、５２ 凹部
１００、２００ 誘導加熱装置の制御装置
１１０ 整流装置
１２０ リアクトル
１３０ 磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ（ＭＥＲＳ）
１３１〜１３４ 第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ
１４０ ゲート制御装置
１５０ 出力電流設定装置
１６０ 交流電源
１７０ カレントトランス（電流測定装置）
１８０ 周波数設定装置
２１０ 出力変圧器（出力トランス）
３０１ 遮蔽板
Ｓ１〜Ｓ４ 半導体スイッチ
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置の制御装置、誘導加熱システム及び誘導加熱装置の制御方法に関する。特に、導体板に交番磁界を略垂直に交差させて導体板を誘導加熱するために用いて好適なものである。
本願は、２００９年１２月１４日に、日本に出願された特願２００９−２８３２５５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば製造ラインを通板中の鋼板等の導体板を加熱する際に、誘導加熱装置が用いられている。誘導加熱装置は、加熱コイルを有し、この加熱コイルにより誘起された渦電流により導体板を加熱する装置である。この誘導加熱装置では、加熱コイルから発生した交番磁界（交流磁界）により導体板に渦電流を誘起させ、この渦電流によって導体板中にジュール熱を発生させている。このような誘導加熱装置の一つとして、トランスバース方式の誘導加熱装置がある。このトランスバース方式の誘導加熱装置では、加熱対象の導体板の板面に略垂直に交差するように交番磁界が導体板に与えられる。
トランスバース方式の誘導加熱装置を制御する方法として特許文献１に開示された技術がある。特許文献１では、誘導加熱装置を構成する加熱コイルと並列にコンデンサを設けて加熱コイルとコンデンサとの並列共振回路を構成し、並列共振型のインバータにより加熱コイルに給電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２００２−３１３５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、誘導加熱装置の給電装置（給電回路）から誘導加熱装置の加熱コイルを見た場合に、誘導加熱装置の加熱対象である導体板の通板速度に応じてインダクタンスが変化する（以下の説明では、このインダクタンスを必要に応じて見掛け上のインダクタンスと称する）。具体的には、導体板の通板速度が速く（または遅く）なると、見掛け上のインダクタンスが小さく（または大きく）なる。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、加熱コイルとコンデンサとが並列共振回路を構成している。したがって、見かけ上のインダクタンスが変化すると、加熱コイルに給電される電力の周波数も変化する。例えば、導体板の通板速度が速くなり、見掛け上のインダクタンスが小さくなると、加熱コイルに給電される電力の周波数が高くなる。このように加熱コイルに給電される電力の周波数が高くなると、導体板の板幅方向における端部（エッジ）付近の温度が、導体板の板幅方向の中央部付近の温度よりも高くなり、導体板の板幅方向における温度分布が不均一になる虞がある。
以上のように従来の技術では、トランスバース方式の誘導加熱装置を用いて導体板を加熱する際に、導体板の通板速度が変化すると、導体板の板幅方向における温度分布が不均一になるという問題点があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、トランスバース方式の誘導加熱装置を用いて導体板を加熱する際に、導体板の通板速度が変化しても、導体板の板幅方向における温度分布が不均一になることを防止して従来よりも温度分布を均一にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明の一態様に係る誘導加熱装置の制御装置は、通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置の加熱コイルに出力される交流電力を制御する誘導加熱装置の制御装置であって、前記加熱コイルに交流電力を出力する磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと；前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力周波数を設定する周波数設定装置と；前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を、前記周波数設定装置で設定された出力周波数に基づいて制御するゲート制御装置と；を備える。
（２）上記（１）に記載の誘導加熱装置の制御装置では、前記周波数設定装置が、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、周波数とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する周波数を前記出力周波数として選択してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の誘導加熱装置の制御装置は、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力電流値を設定する出力電流設定装置と；前記誘導加熱装置に流れる交流電流を測定する電流測定装置と；直流電力を前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチに供給して前記電流測定装置により測定される交流電流を前記出力電流設定装置により設定された前記出力電流値に調整する電力供給装置と；を更に備え、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチは、前記電力供給装置により直流電力を供給されて交流電力を前記加熱コイルに出力してもよい。
（４）上記（３）に記載の誘導加熱装置の制御装置では、前記出力電流設定装置が、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、電流値とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する電流値を前記出力電流値として選択してもよい。
（５）上記（１）または（２）に記載の誘導加熱装置の制御装置は、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと前記誘導加熱装置との間に配置され、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチから出力された交流電圧を降圧して前記加熱コイルに出力する出力トランスを更に備えてもよい。
（６）上記（１）または（２）に記載の誘導加熱装置の制御装置では、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチが、前記加熱コイルの一端及び他端と相互に接続される第１、第２の交流端子と；前記電力供給装置の出力端と相互に接続される第１、第２の直流端子と；前記第１の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第１の逆導通型半導体スイッチと；前記第１の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第２の逆導通型半導体スイッチと；前記第２の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第３の逆導通型半導体スイッチと；前記第２の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第４の逆導通型半導体スイッチと；前記第１、第２の直流端子の間に配置されたコンデンサと；を備え、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きとなるように直列に配置され、前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きになるように直列に配置され、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、前記ゲート制御装置が、前記周波数設定装置で設定された前記出力周波数に基づいて、前記第１、第３の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間と、前記第２、第４の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間とを制御してもよい。
（７）本発明の一態様に係る誘導加熱システムは、通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱する誘導加熱システムであって、上記（１）または（２）に記載の誘導加熱装置の制御装置と：前記導体板の板面と対向するように配置された加熱コイルと；前記加熱コイルが巻き回されたコアと；前記導体板の幅方向におけるエッジを含む領域と対向するように配置される透磁率が１の導体である遮蔽板と；を備える。
（８）上記（７）に記載の誘導加熱システムでは、前記遮蔽板は、凹部を有してもよい。
（９）上記（８）に記載の誘導加熱システムでは、前記導体板に流れる渦電流が最大になる領域よりも前記エッジ側に存在する領域と、前記凹部とが相互に対向するように、前記遮蔽板を配置してもよい。
【０００６】
（１０）本発明の一態様に係る誘導加熱装置の制御方法は、通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置の加熱コイルに出力される交流電力を制御する誘導加熱装置の制御方法であって、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチにより前記加熱コイルに交流電力を出力し； 前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力周波数を設定し； 前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を、設定された前記出力周波数に基づいて制御する。
（１１）上記（１０）に記載の誘導加熱装置の制御方法では、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、周波数とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する周波数を前記出力周波数として選択し、前記出力周波数を設定してもよい。
（１２）上記（１０）又は（１１）に記載の誘導加熱装置の制御方法では、さらに、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力電流値を設定し； 前記誘導加熱装置に流れる交流電流を測定し； 測定される交流電流を設定された前記出力電流値に調整するために必要な直流電力を前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチに供給してもよい。
（１３）上記（１２）に記載の誘導加熱装置の制御方法では、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、電流値とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する電流値を前記出力電流値として選択し、前記出力電流値を設定してもよい。
（１４）上記（１０）又は（１１）に記載の誘導加熱装置の制御方法では、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチから出力された交流電圧を、出力トランスにより降圧して前記加熱コイルに出力してもよい。
（１５）上記（１０）又は（１１）に記載の誘導加熱装置の制御方法では、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチが、前記加熱コイルの一端及び他端と相互に接続される第１、第２の交流端子と；前記電力供給装置の出力端と相互に接続される第１、第２の直流端子と；前記第１の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第１の逆導通型半導体スイッチと；前記第１の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第２の逆導通型半導体スイッチと；前記第２の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第３の逆導通型半導体スイッチと；前記第２の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第４の逆導通型半導体スイッチと；前記第１、第２の直流端子の間に配置されたコンデンサと；を備え、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きとなるように直列に配置され、前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きになるように直列に配置され、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、設定された前記出力周波数に基づいて、前記第１、第３の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間と、前記第２、第４の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間とを制御して前記加熱コイルに交流電力を出力してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の上記態様に係る誘導加熱装置の制御装置によれば、通板されている導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた周波数に基づいて、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を制御し、この周波数の交流電力を磁気エネルギー回生双方向電流スイッチから出力する。したがって、共振周波数で動作させるといった制約を受けることなく、通板されている導体板の属性に応じた周波数の交流電力を加熱コイルに与えることができる。よって、トランスバース方式の誘導加熱装置を用いて導体板を加熱する際に、導体板の通板速度が変化しても、導体板の板幅方向における温度分布が不均一になることを防止することができる。さらには、操業条件と独立に、通板されている導体板の属性に応じた周波数の交流電力を加熱コイルに与えることができるため、よりシンプルかつ確実に誘導加熱制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態における鋼板の連続焼鈍ラインの概略構成の一例を示す側面図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す縦断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す縦断面図である。
【図２Ｃ】本発明の第１の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す部分斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における上側加熱コイル及び下側加熱コイルの構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における誘導加熱装置の制御装置の構成の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における、ＭＥＲＳのコンデンサの両端の電圧Ｖｃと、誘導加熱装置に流れる電流ＩＬと、半導体スイッチの動作状態との関係の一例を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態の制御装置を用いて誘導加熱装置に給電し、帯状鋼板を加熱したときの通板速度に対する周波数及び温度比の関係を示したグラフである。
【図６Ｂ】従来の並列共振型のインバータを用いて誘導加熱装置に給電し、帯状鋼板を加熱したときの通板速度に対する周波数及び温度比の関係を示したグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態における誘導加熱装置の制御装置の構成の一例を示す図である。
【図８Ａ】本発明の第３の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す縦断面図である。
【図８Ｂ】本発明の第３の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す縦断面図である。
【図８Ｃ】本発明の第３の実施形態における誘導加熱装置の構成の一例を示す部分斜視図である。
【図９Ａ】本発明の第３の実施形態における遮蔽板の構成の一例を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の第３の実施形態において、帯状鋼板及び遮蔽板に流れる渦電流の一例を示す概略図である。
【図９Ｃ】本発明の第３の実施形態において、渦電流により発生する磁場の一例を示す概略図である。
【図１０Ａ】本発明の第３の実施形態の遮蔽板を用いた場合における、誘導加熱装置により加熱された導体板の板幅方向における温度分布の一例を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の第１の実施形態の遮蔽板を用いた場合における、誘導加熱装置により加熱された導体板の板幅方向における温度分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の各実施形態では、トランスバース方式の誘導加熱装置及びその制御装置を、製造ラインにおける鋼板の連続焼鈍ラインに適用した場合を例に挙げて説明する。尚、以下の説明では、「トランスバース方式の誘導加熱装置」を、必要に応じて「誘導加熱装置」と略称する。また、特に指定しない限り、鋼板（帯状鋼板）の属性には、室温（例えば、２５℃）における値を使用する。
【００１０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
＜連続焼鈍ラインの概略構成＞
図１は、鋼板の連続焼鈍ラインの概略構成の一例を示す側面図である。
図１において、連続焼鈍ライン１は、第１の容器１１と、第２の容器１２と、第３の容器１３と、第１のシールローラ組立体１４と、移送器１５と、第２のシールローラ組立体１６と、気体供給装置１７と、ローラ１９ａ〜１９ｕと、誘導加熱装置２０と、誘導加熱装置の制御装置１００とを備えている。また、この誘導加熱装置２０と、誘導加熱装置の制御装置１００とにより、誘導加熱システムが構成されている。
【００１１】
第１のシールローラ組立体１４は、第１の容器１１と外気とを遮断しながら帯状鋼板１０を第１の容器１１内に搬送する。この第１のシールローラ組立体１４により第１の容器１１内に搬送された帯状鋼板１０は、第１の容器１１内のローラ１９ａ、１９ｂによって第２の容器１２内に搬送される。第２の容器１２内に搬送された帯状鋼板１０は、第２の容器１２の水平部分（搬送される帯状鋼帯１０）の上下に配置された誘導加熱装置２０によって加熱されながら、ローラ１９ｇ、１９ｈによって第１の容器１１内に再び搬送される。ここで、誘導加熱装置２０（の加熱コイル）は、誘導加熱装置の制御装置１００に電気的に接続されており、この誘導加熱装置の制御装置１００から誘導加熱装置２０に交流電力が供給される。この交流電力により、帯状鋼板１０の板面に対して略垂直に交差する交番磁界が発生し、帯状鋼板１０が誘導加熱される。尚、誘導加熱装置２０の構成の詳細については後述する。また、以下の説明では、「電気的に接続」を必要に応じて「接続」と略称する。
【００１２】
第１の容器１１内に戻った帯状鋼板１０は、ローラ１９ｃ〜１９ｆによって、均熱・緩冷ステージを通って移送器１５に搬送される。移送器１５に搬送された帯状鋼板１０は、ローラ１９ｉ、１９ｊによって、第３の容器１３に搬送される。第３の容器１３に搬送された帯状鋼板１０は、ローラ１９ｋ〜１９ｕによって上下に蛇行しながら搬送され、第３の容器１３内で急冷される。
第２のシールローラ組立体１６は、このようにして急冷された帯状鋼板１０を、第３の容器１３と外気とを遮断しながら後工程に送り出す。
以上のような「帯状鋼板１０の搬送経路」となる「第１の容器１１、第２の容器１２、第３の容器１３、及び移送器１５」には、気体供給装置１７によって非酸化性の気体が供給されている。そして、外部（外気）と内部（連続焼鈍ライン１の内部）とを遮断する「第１のシールローラ組立体１４及び第２のシールローラ組立体１６」によって、第１の容器１１、第２の容器１２、第３の容器１３、及び移送器１５は、非酸化性の気体雰囲気に保たれている。
【００１３】
＜誘導加熱装置２０の構成＞
図２Ａ〜２Ｃは、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。
具体的に図２Ａは、本実施形態の誘導加熱装置２０の一例を、ラインの側方から見た図であって、帯状鋼板１０の長手方向に沿って（図１の上下方向に）切った縦断面図である。図２Ａでは、左方向に帯状鋼板１０が搬送されている（図２Ａの右から左に向かう矢印を参照）。また、図２Ｂは、本実施形態の誘導加熱装置２０の一例を図１のＡ−Ａ’方向から見た縦断面図（すなわち通板方向の下流から見た図）である。図２Ｂでは、奥から手前の方向に帯状鋼板１０が搬送されている。尚、図２Ａ、図２Ｂには、寸法［ｍｍ］も併せて示している。また、図２Ｃは、本実施形態の誘導加熱装置２０の一例の一部を示す部分斜視図である。図２Ｃでは、図２Ｂに示した右下の領域（図２Ｂの破線の囲み領域）を、帯状鋼板１０の上方から俯瞰している。但し、この図２Ｃでは、遮蔽板３１と帯状鋼板１０との位置関係を理解しやすいように、第２の容器１２を省略している。
【００１４】
図２Ａ〜２Ｃにおいて、誘導加熱装置２０は、上側誘導器２１と、下側誘導器２２とを備えている。
上側誘導器２１は、コア（磁心）２３と、上側加熱コイル２４と、遮蔽板３１ａ、３１ｃとを備えている。コア２３は、複数枚の電磁鋼板を積み重ねて構成してもよい。
上側加熱コイル２４は、コア２３のスロット（ここではコア２３の凹み部）を通してコア２３に巻き回された導体であり、巻数が「１」のコイル（いわゆるシングルターン）である。また、図２Ａに示すように、上側加熱コイル２４は、その縦断面の形状が中空の長方形である部分を有する。この中空の長方形の中空部分の端面には、水冷パイプが接続されている。この水冷パイプから供給される冷却水が中空の長方形の中空部分（上側加熱コイル２４の内部）に流れ、上側誘導器２１が冷却される。また、コア２３の底面（スロット側）には、遮蔽板３１ａ、３１ｃが取り付けられている。
【００１５】
下側誘導器２２も、上側誘導器２１と同様に、コア（磁心）２７と、下側加熱コイル２８と、遮蔽板３１ｂ、３１ｄとを備えている。
下側加熱コイル２８も、上側加熱コイル２４と同様に、コア２７のスロットを通してコア２７に巻き回された導体であり、巻数が「１」のコイル（いわゆるシングルターン）である。更に、下側加熱コイル２８は、上側加熱コイル２４と同様に、その縦断面の形状が中空の長方形である部分を有している。この中空の長方形の中空部分の端面には、水冷パイプが接続され、中空の長方形の中空部分に冷却水を流すことができる。また、コア２７の上面（スロット側）には、遮蔽板３１ｂ、３１ｄが取り付けられている。
【００１６】
また、上側誘導器２１の上側加熱コイル２４のコイル面（ループが形成されている面、磁力線が貫く面）と、下側誘導器２２の下側加熱コイル２８のコイル面とが、帯状鋼板１０を介して対向している。さらに、遮蔽板３１ａ〜３１ｄの板面が、帯状鋼板１０の板幅方向における端部（エッジ）と対向している。このような位置関係を満足するように、上側誘導器２１は、帯状鋼板１０よりも上側（第２の容器１２の水平部分の上面付近）に設けられ、下側誘導器２２は、帯状鋼板１０よりも下側（第２の容器１２の水平部分の下面付近）に設けられている。本実施形態では、遮蔽板３１ａ〜３１ｄは、平らな表面を有する銅板である（図２Ｃを参照）。遮蔽板３１ａ〜３１ｄは、上側加熱コイル２４と帯状鋼板１０との電磁結合度及び下側加熱コイル２８と帯状鋼板１０との電磁結合度を弱め、帯状鋼板１０のエッジ付近の過加熱を防止する。
以上のように、上側誘導器２１と、下側誘導器２２とは、配置する位置が異なるが、同じ構成を有する。なお、この構成では、加熱コイルから発生する交番磁界が導体板１０の全幅にわたって交差するため、導体板１０の全幅を加熱することができる。
【００１７】
図３は、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８の構成の一例を示す図である。尚、図３に示す矢印は、電流の流れる方向の一例を示している。
図３に示すように、上側加熱コイル２４は、銅パイプ４１ａ、４１ｂと、銅パイプ４１ａ、４１ｂの基端側に接続されている銅ブスバー（結線板）４２ｂとを備えている。また、下側加熱コイル２８は、銅パイプ４１ｃ、４１ｄと、銅パイプ４１ｃ、４１ｄの基端側に接続されている銅ブスバー４２ｆとを備えている。
【００１８】
上側加熱コイル２４の一端（銅パイプ４１ａの先端側）には、銅ブスバー４２ａを介して誘導加熱装置の制御装置１００の一方の出力端が接続されている。一方、上側加熱コイル２４の他端（銅パイプ４１ｂの先端側）には、銅ブスバー４２ｃ〜４２ｅを介して下側加熱コイル２８の一端（銅パイプ４１ｃの先端側）が接続されている。また、下側加熱コイル２８の他端（銅パイプ４１ｄの先端側）には、銅ブスバー４２ｉ、４２ｈ、４２ｇを介して誘導加熱装置の制御装置１００の他方の出力端が接続されている。
以上のように、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８は、銅パイプ４１ａ〜４１ｄと、銅ブスバー４２ａ〜４２ｉとを組み合わせることによって、誘導加熱装置の制御装置１００に対して直列に接続され、夫々巻数が「１」のコイルを形成している。ここで、上側加熱コイル２４に流れる電流のループの方向（図３では、時計回り）は、下側加熱コイル２８に流れる電流のループの方向と同じである。
【００１９】
尚、後述するように誘導加熱装置の制御装置１００は、誘導加熱装置２０の上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８に交流電力を供給する。そのため、図３では、誘導加熱装置の制御装置１００を交流電源として示している。
また、ここでは、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８の構成を分かり易く示すため、銅パイプ４１ａ〜４１ｄと、銅ブスバー４２ａ〜４２ｉとを図３に示すように接続している。しかしながら、上側加熱コイル２４、下側加熱コイル２８をそれぞれコア２３、２７に巻き回す際には、銅パイプ４１ａ〜４１ｄを、コア２３、２７のスロットに通す（取り付ける）必要がある。したがって、実際には、銅ブスバー４２ａ〜４２ｇは、銅パイプ４１ａ〜４１ｄがコア２３、２７に取り付けられる部分を避けて銅パイプ４１ａ〜４１ｄに取り付けられる。
【００２０】
＜誘導加熱装置の制御装置１００の構成＞
図４は、誘導加熱装置の制御装置１００の構成の一例を示す図である。尚、以下の説明では、「誘導加熱装置の制御装置」を必要に応じて「制御装置」と略称する。
図４において、制御装置１００は、交流電源１６０と、整流装置１１０と、リアクトル１２０と、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ（ＭＥＲＳ；Magnetic Energy Recovery Switch）１３０と、ゲート制御装置１４０と、出力電流設定装置１５０と、カレントトランス１７０と、周波数設定装置１８０とを備えている。ここで、カレントトランス１７０は、誘導加熱装置に流れる交流電流値を測定する電流測定装置として使用している。尚、以下の説明では、「磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ」を必要に応じて「ＭＥＲＳ」と称する。
図４において、整流回路１１０の入力端には交流電源１６０が接続される。整流回路１１０の出力側の一端にはリアクトル１２０の一端が接続され、他端にはＭＥＲＳ１３０の直流端子ｃが接続される。リアクトル１２０の他端は、ＭＥＲＳ１３０の直流端子ｂに接続される。整流回路１１０は、交流電源１６０から供給される交流電力を整流し、リアクトル１２０を介してＭＥＲＳ１３０に直流電力を印加する。整流回路１１０は、例えばサイリスタを用いて構成される。このように本実施形態では、例えば、交流電源１６０と整流回路１１０とを用いることにより電力供給装置が実現される。この電力供給装置は、図４において、ＭＥＲＳ１３０の直流端子ｂ、ｃに後述の直流電力を供給する装置である。そのため、電流制御機能を有する電池のような直流電源を電力供給装置に使用しても良い。
【００２１】
［ＭＥＲＳ１３０の構成］
以下に、ＭＥＲＳ１３０の構成の一例を説明する。
ＭＥＲＳ１３０は、整流回路１１０からリアクトル１２０を介して入力した直流電力を後述の方法によって交流電力に変換し、この交流電力を誘導加熱装置２０に出力する。
図４において、ＭＥＲＳ１３０は、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４を用いて構成されたブリッジ回路と、極性を有するコンデンサＣとを備えている。このコンデンサＣは、ブリッジ回路の直流端子ｂ、ｃの間に接続され、コンデンサＣの正極（＋）が直流端子ｂに接続されている。
直流端子ｂにはリアクトル１２０の他端が接続され、直流端子ｃには整流回路１１０の出力側の他端が接続される。また、交流端子ａ、ｄには、それぞれ誘導加熱装置２０の一端（銅ブスバー４２ａ）、他端（銅ブスバー４２ｇ）が接続される（図３を参照）。
【００２２】
ＭＥＲＳ１３０のブリッジ回路は、交流端子ａから直流端子ｂを経由して交流端子ｄまで到達する第１の経路Ｌ１と、交流端子ａから直流端子ｃを経由して交流端子ｄまで到達する第２の経路Ｌ２とを含む。交流端子ｄと直流端子ｂとの間には第１の逆導通型半導体スイッチ１３１が配置され、直流端子ｂと交流端子ａとの間には第４の逆導通型半導体スイッチ１３４が配置される。また、交流端子ｄと直流端子ｃとの間には第２の逆導通型半導体スイッチ１３２が配置され、直流端子ｃと交流端子ａとの間には第３の逆導通型半導体スイッチ１３３が配置される。このように、第１、第２の逆導通型半導体スイッチ１３１、１３２は、互いに並列に接続され、第３、第４の逆導通型半導体スイッチ１３３、１３４は、互いに並列に接続される。また、第１、第４の逆導通型半導体スイッチ１３１、１３４は、互いに直列に接続され、第２、第３の逆導通型半導体スイッチ１３２、１３３は、互いに直列に接続される。
【００２３】
第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４のそれぞれは、ゲート端子にオン信号が入力されていないスイッチオフ時には、電流を一方向にのみ導通させ、ゲート端子にオン信号が入力されたスイッチオン時には、電流を両方向に導通させることができる。すなわち、逆導通半導体スイッチ１３１〜１３４は、スイッチオフ時には、ソース端子及びドレイン端子間の一方向にのみ電流を導通させるが、スイッチオン時には、ソース端子及びドレイン端子間の両方向に電流を導通させることができる。尚、以下の説明では、「各逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４がスイッチオフ時に電流を流せる方向」を、必要に応じて「スイッチ順方向」と称する。また、「各逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４がスイッチオフ時に電流を流せない方向」を、必要に応じて「スイッチ逆方向」と称する。さらに、以下の説明では、「スイッチ順方向及びスイッチ逆方向のブリッジ回路に対する接続方向」を、必要に応じて「スイッチの極性」と称する。
【００２４】
また、各逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４は、それぞれ以下のようなスイッチの極性を満たすように配置される。互いに並列に接続された第１の逆導通型半導体スイッチ１３１と第２の逆導通型半導体スイッチ１３２とは、互いに逆方向のスイッチ極性を有する。同様に、互いに並列に接続された第３の逆導通型半導体スイッチ１３３と第４の逆導通型半導体スイッチ１３４とは、互いに逆方向のスイッチ極性を有する。また、互いに直列に接続された第１の逆導通型半導体スイッチ１３１と第４の逆導通型半導体スイッチ１３４とは、互いに逆方向のスイッチ極性を有する。同様に、互いに直列に接続された第２の逆導通型半導体スイッチ１３２と第３の逆導通型半導体スイッチ１３３とは、互いに逆方向のスイッチ極性を有する。よって、第１の逆導通型半導体スイッチ１３１と第３の逆導通型半導体スイッチ１３３とは、互いに順方向のスイッチ極性を有する。同様に、第２の逆導通型半導体スイッチ１３２と第４の逆導通型半導体スイッチ１３４とは、互いに順方向のスイッチ極性を有する。また、第１、第３の逆導通型半導体スイッチ１３１、１３３のスイッチ極性は、第２、第４の逆導通型半導体スイッチ１３２、１３４のスイッチ極性と逆方向である。
【００２５】
尚、図４に示すスイッチ極性は、第１、第３の逆導通型半導体スイッチ１３１、１３３と、第２、第４の逆導通型半導体スイッチ１３２、１３４との間で、反対であってもよい。
また、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４には、様々な構成が考えられるが、本実施形態では、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４は、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４とダイオードＤ１〜Ｄ４との並列接続によって構成されている。すなわち、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４のそれぞれは、１つのダイオード（対応するダイオードＤ１〜Ｄ４）と、このダイオードに並列に接続された１つの半導体スイッチ（対応する半導体スイッチＳ１〜Ｓ４）とを備えている。
また、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４のそれぞれのゲート端子Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれゲート制御装置１４０と接続される。このゲート端子Ｇ１〜Ｇ４には、ＭＥＲＳ１３０への制御信号として、ゲート制御装置１４０から半導体スイッチＳ１〜Ｓ４をオンするオン信号が入力される。オン信号が入力される場合、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４は、オン状態になり、両方向に電流を導通させることができる。しかしながら、オン信号が入力されない場合、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４は、オフ状態になり、電流をどちらの方向にも導通させることができない。よって、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４がオフである時には、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４に並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ４の導通方向（順方向）にのみ、電流を導通させることができる。
【００２６】
また、ＭＥＲＳ１３０に含まれる逆導通型半導体スイッチは、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４に限定されない。すなわち、逆導通型半導体スイッチは、前述した動作を示す構成であればよい。例えば、逆導通型半導体スイッチは、パワーＭＯＳ ＦＥＴ、逆導通型ＧＴＯサイリスタ等のスイッチング素子を用いた構成であってもよく、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチとダイオードとの並列接続した構成であってもよい。
また、以下に、第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ１３１〜１３４のスイッチ極性を、ダイオードＤ１〜Ｄ４の極性に置き換えて説明する。スイッチ順方向（スイッチオフ時に導通する方向）は、各ダイオードＤ１〜Ｄ４の導通方向（順方向）であり、スイッチ逆方向（スイッチオフ時に導通しない方向）は、各ダイオードＤ１〜Ｄ４の非導通方向（逆方向）である。また、並列に接続されたダイオード同士（Ｄ１とＤ２又はＤ３とＤ４）の導通方向は、相互に逆方向であり、直列に接続されたダイオード同士（Ｄ１とＤ４又はＤ２とＤ３）の導通方向も、相互に逆方向である。また、ダイオードＤ１、Ｄ３の導通方向は、相互に順方向であり、同様にダイオードＤ２、Ｄ４の導通方向も相互に順方向である。よって、ダイオードＤ１、Ｄ３と、ダイオードＤ２、Ｄ４との導通方向は、相互に逆方向である。なお、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４及びダイオードＤ１〜Ｄ４の導通方向は、誘導加熱装置２０に流れる電流の方向を基準にしている。
【００２７】
［ＭＥＲＳ１３０の動作］
図５は、ＭＥＲＳ１３０のコンデンサＣの両端の電圧Ｖｃと、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬと、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４の動作状態との関係の一例を示す図である。
図５において、「Ｓ１・Ｓ３ゲート」と表記されている側に波形が立ち上がっている期間では、スイッチＳ１、Ｓ３がオン状態、半導体スイッチＳ２、Ｓ４がオフ状態である。また、「Ｓ２・Ｓ４ゲート」と表記されている側に波形が立ち上がっている期間では、半導体スイッチＳ２、Ｓ４がオン状態、スイッチＳ１、Ｓ３がオフ状態である。「Ｓ１・Ｓ３ゲート」側、「Ｓ２・Ｓ４ゲート」側の何れにも波形が立ち上がっていない期間では、何れの半導体スイッチＳ１〜Ｓ４もオフ状態である。このように、半導体スイッチＳ１がオン（オフ）すると、半導体スイッチＳ３がオン（オフ）し、半導体スイッチＳ１、Ｓ３が連動して動作する。同様に、半導体スイッチＳ２がオン（オフ）すると、半導体スイッチＳ４がオン（オフ）し、半導体スイッチＳ２，Ｓ４が連動して動作する。以下では、図５と図４とを参照しながら、ＭＥＲＳ１３０の動作の一例を説明する。
【００２８】
図５に示すように、期間Ａの最初の部分は、スイッチ動作に伴うデッドタイムであり、このデッドタイムでは、半導体スイッチＳ１、Ｓ３も半導体スイッチＳ２、Ｓ４もオフしている。このデッドタイムでは、ダイオードＤ４→コンデンサＣ→ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣの充電が開始される。その結果、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが上昇し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が減少する。コンデンサＣの充電が完了する前に半導体スイッチＳ２、Ｓ４がオンされると（半導体スイッチＳ１、Ｓ３はオフのまま）、半導体スイッチＳ４及びダイオードＤ４→コンデンサＣ→半導体スイッチＳ２及びダイオードＤ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣが充電される（期間Ａ）。すなわち、この期間Ａでは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが上昇し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が減少する。
コンデンサＣの充電が完了すると、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬは０となる。コンデンサＣの充電が完了するまでに半導体スイッチＳ２、Ｓ４がオンされ、その後コンデンサＣの充電が完了すると、コンデンサＣに充電されたエネルギー（電荷）が半導体スイッチＳ４、Ｓ２を通して出力される（放電される）。その結果、半導体スイッチＳ４→誘導加熱装置２０→半導体スイッチＳ２の経路で電流ＩＬが流れる（期間Ｂ）。すなわち、この期間Ｂでは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが低下し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が増加する。
【００２９】
コンデンサＣの放電が完了すると、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃは０となり、ダイオードＤ１、Ｄ３には逆電圧が印加されない。そのため、これらのダイオードＤ１、Ｄ３が導通して、半導体スイッチＳ４→誘導加熱装置２０→ダイオードＤ１の経路と、ダイオードＤ３→誘導加熱装置２０→半導体スイッチＳ２の経路とを並列に電流ＩＬが流れる（期間Ｃ）。この電流ＩＬは、誘導加熱装置２０とＭＥＲＳ１３０との間を還流している。そのため、期間Ｃでは、電流ＩＬの絶対値は、上側加熱コイル２４、下側加熱コイル２８、及び被加熱材である帯状鋼板１０のインピーダンスから決まる時定数に従って減衰する。
その後、デッドタイムにおいて、半導体スイッチＳ１、Ｓ３も半導体スイッチＳ２、Ｓ４もオフとなる。このデッドタイムでは、ダイオードＤ１→コンデンサＣ→ダイオードＤ３の経路で電流が流れ、コンデンサＣの充電が開始される（期間Ｄ）。その結果、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが上昇し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が減少する。コンデンサＣの充電が完了する前に半導体スイッチＳ１、Ｓ３がオンされると（半導体スイッチＳ２、Ｓ４はオフのまま）、半導体スイッチＳ１及びダイオードＤ１→コンデンサＣ→半導体スイッチＳ３及びダイオードＤ３の経路で電流が流れ、コンデンサＣが充電される（期間Ｄ）。すなわち、この期間Ｄでは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが上昇し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が減少する。
【００３０】
コンデンサＣの充電が完了すると、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬは０となる。コンデンサＣの充電が完了するまでに半導体スイッチＳ１、Ｓ３がオンされ、その後コンデンサＣの充電が完了すると、コンデンサＣに充電されたエネルギー（電荷）が半導体スイッチＳ１、Ｓ３を通して出力される（放電される）。その結果、半導体スイッチＳ１→誘導加熱装置２０→半導体スイッチＳ３の経路で電流ＩＬが流れ出す（期間Ｅ）。すなわち、この期間Ｅでは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが低下し、誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬ（絶対値）が増加する。
コンデンサＣの放電が完了すると、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃは０となり、ダイオードＤ２、Ｄ４には逆電圧が印加されない。そのため、これらのダイオードＤ２、Ｄ４が導通して、半導体スイッチＳ１→誘導加熱装置２０→ダイオードＤ４の経路と、ダイオードＤ２→誘導加熱装置２０→半導体スイッチＳ３の経路とを並列に電流ＩＬが流れる（期間Ｆ）。この電流ＩＬは、誘導加熱装置２０とＭＥＲＳ１３０との間を還流している。そのため、期間Ｆでは、電流ＩＬの絶対値は、上側加熱コイル２４、下側加熱コイル２８、及び被加熱材である帯状鋼板１０のインピーダンスから決まる時定数に従って減衰する。その後、期間Ａの動作に戻り、期間Ａ〜Ｆの動作を繰り返し行う。
【００３１】
以上のように、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４（Ｓ１及びＳ３、Ｓ２及びＳ４）の各々のゲート端子Ｇ１〜Ｇ４（Ｇ１及びＧ２、Ｇ３及びＧ４）のオン及びオフ（スイッチ動作）のタイミング（時間）を調整することで、誘導加熱装置２０（上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８）に所望の周波数の電流を流すことが可能になり、周波数制御型の誘導加熱が実現できる。すなわち、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４の導通タイミングを調整するゲート制御装置１４０により、負荷である誘導加熱装置２０に流れる電流ＩＬの周波数を任意の値に制御することができる。また、コンデンサＣの容量Ｃｐを以下の（１）式に従って定めることにより、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが０の期間を調節することが可能である。
Ｃｐ＝１／[（２×π×ｆｔ）２×Ｌ] ・・・（１）
ここで、Ｃｐは、コンデンサＣの容量（Ｆ）であり、Ｌは、誘導加熱装置２０を含む負荷のインダクタンス（Ｈ）である。また、ｆｔは、以下の（２）式で表されるコンデンサＣに対する見掛けの周波数（Ｈｚ）である。
ｆｔ＝１／（２×ｔ＋１／ｆ） ・・・（２）
ｔは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが０の期間（ｓｅｃ）であり、ｆは、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが０である期間が存在しない場合の電圧Ｖｃ及び電流ＩＬの周波数（Ｈｚ）である。（２）式においてｔが０である場合のｆｔ（すなわちｆ）を（１）式に代入して得られるコンデンサ容量Ｃｐを有するコンデンサＣを選定すると、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃが０である期間が存在しなくなる。
【００３２】
［周波数設定装置１８０の構成］
図４の説明に戻り、周波数設定装置１８０の構成の一例について説明する。周波数設定装置１８０は、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数（出力周波数）を設定する装置である。その機能を実現するために、この周波数設定装置１８０は、加熱対象情報取得部１８１と、周波数設定テーブル１８２と、周波数選択部１８３とを備えている。
加熱対象情報取得部１８１は、加熱対象となる帯状鋼板１０の属性情報を取得する。例えば、加熱対象情報取得部１８１は、入力装置である外部のコンピュータからネットワーク経由で属性情報を取得（受信）したり、制御装置１００が備えるユーザインターフェース（入力装置の一つ）に対してユーザが入力した情報に基づいて属性情報を取得（入力）したりすることができる。ここで、帯状鋼板１０の属性情報は、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚を特定することができる情報である。例えば、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚そのものを属性情報としたり、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚が仕様により定まっている場合には、その仕様を有する帯状鋼板１０の名称（商品名等）を属性情報としたりすることができる。
【００３３】
周波数選択部１８３は、加熱対象情報取得部１８１により取得された属性情報をキーとして使用し、周波数設定テーブル１８２に登録されている周波数を１つ選択する。周波数設定テーブル１８２には、予め属性情報と周波数とが相互に関連付けられて登録されている。
周波数選択部１８３で選択された周波数（出力周波数）の情報は、ゲート制御装置１４０に送られる。ゲート制御装置１４０は、この選択された周波数の交流電力が発生するように、ＭＥＲＳ１３０の各半導体スイッチＳ１〜Ｓ４のゲート端子Ｇ１〜Ｇ４のオン及びオフ（スイッチ動作）のタイミングを決定し、オンすべき半導体スイッチのゲート端子にオン信号を出力する。このようにしてＭＥＲＳ１３０は、周波数設定装置１８０によってゲート制御装置１４０に設定された周波数（出力周波数）の交流電力を前述したようにして誘導加熱装置２０に出力する。
【００３４】
以上のように本実施形態では、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚に応じて誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数（出力周波数）を自動的に決定している。これは、本発明者らが、各種の実験を行った結果、帯状鋼板１０の温度分布（特にエッジ付近の温度）は、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数と、被加熱材である帯状鋼板１０の属性情報（透磁率、抵抗率及び板厚）と、ギャップ（上側加熱コイル２４と下側加熱コイル２８との間隔）との影響を受けることを見出したことに基づいている。
以下に、このような現象が生じる理由について説明する。
まず、帯状鋼板１０の温度がキュリー温度以上である場合について説明する。
帯状鋼板１０がキュリー温度以上であると、誘導加熱装置２０から発生した主磁場が帯状鋼板１０を貫通し、帯状鋼板１０内（板厚に垂直な面内）の渦電流が多くなる。この渦電流は、主磁場と反発して帯状鋼板１０のエッジ付近に片寄り易くなる。このため、帯状鋼板１０のエッジ付近に高温の領域が生じ易い。
【００３５】
ここで、帯状鋼板１０内の渦電流は、帯状鋼板１０の断面積（板厚方向を含む断面積）と比例関係にあるので、帯状鋼板１０の板厚が厚い場合には、帯状鋼板１０の断面積が大きくなり、帯状鋼板１０内の渦電流が多くなる。
また、帯状鋼板１０の渦電流は、帯状鋼板１０の抵抗率と反比例の関係にあるので、帯状鋼板１０の抵抗率が小さい場合には、帯状鋼板１０内の渦電流が多くなる。
また、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数は、誘導加熱装置２０から発生した主磁場によって帯状鋼板１０内に発生する誘導起電力と比例関係にある。帯状鋼板１０の渦電流は、この誘導起電力と比例関係にあるので、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数が高い場合には、帯状鋼板１０内の渦電流が多くなる。
また、ギャップが小さい場合には、誘導加熱装置２０から発生した主磁場が大きくなり、この主磁場によって帯状鋼板１０内に発生する誘導起電力が大きくなるので、帯状鋼板１０内の渦電流が多くなる。
【００３６】
次に、帯状鋼板１０の温度がキュリー温度未満である場合について説明する。
帯状鋼板１０の温度がキュリー温度未満である場合には、帯状鋼板１０の比透磁率が大きいため、誘導加熱装置２０から発生した主磁場は、帯状鋼板１０を貫通しにくく、帯状鋼板１０のエッジ部分を迂回する。その結果、帯状鋼板１０のエッジ付近では、渦電流の電流密度が大きくなり、帯状鋼板１０のエッジ付近に高温の領域が生じる。
以上のように、帯状鋼板１０の温度に影響を与える因子（誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数、加熱対象の帯状鋼板１０の透磁率と抵抗率と板厚、ギャップ）は、相互に独立した因子である。これらの因子のうち、帯状鋼板１０の透磁率と抵抗率と板厚及びギャップは、操業条件（加熱対象となる材料及び設備のハードウェア的な制約）によって決定される。そこで、本実施形態では、これらの因子のうち、オンラインで制御することができる“誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数（出力周波数）”を、周波数設定装置１８０を用いて変更することにより、帯状鋼板１０の温度を調整している。
尚、本実施形態のように、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと周波数とを相互に対応付けて周波数設定テーブル１８２に登録すれば、帯状鋼板１０の板幅方向における温度分布を、より均一に調節することができる。そのため、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと周波数とを相互に対応付けることが好ましい。しかしながら、必ずしも、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと周波数とを相互に対応付ける必要はなく、周波数設定装置１８０内で帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の少なくとも１つと周波数とを相互に対応付ければよい。また、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の少なくとも何れか１つ及びギャップと、周波数とを相互に対応付けてもよい。
【００３７】
［出力電流設定装置１５０の構成］
出力電流設定装置１５０は、誘導加熱装置２０に供給する交流電流ＩＬの大きさ（出力電流値）を設定する装置である。その機能を実現するために、この出力電流設定装置１５０は、加熱対象情報取得部１５１と、出力電流設定テーブル１５２と、出力電流選択部１５３とを備えている。
加熱対象情報取得部１５１は、加熱対象情報取得部１８１と同様に、加熱対象となる帯状鋼板１０の属性情報を取得する。
出力電流選択部１５３は、加熱対象情報取得部１５１により取得された属性情報をキーとして使用し、出力電流設定テーブル１５２に登録されている電流値を１つ選択する。出力電流設定テーブル１５２には、予め属性情報と電流値とが相互に関連付けられて登録されている。そして、出力電流選択部１５３で選択された電流値（出力電流値）と、カレントトランス１７０で測定された電流値との差分に応じて、整流装置１１０のゲート角度が設定される。整流装置１１０としてサイリスタ整流装置を採用する場合には、サイリスタのゲート点弧角度が設定される。このように、誘導加熱装置２０に流れる電流値をフィードバックして整流装置１１０のゲート角度（ゲート点弧角度）を制御するので、誘導加熱装置２０に流れる電流値を、出力電流選択部１５３で選択された電流値（出力電流値）で一定に制御することができる。したがって、電力供給装置（交流電源１６０及び整流装置１１０）は、直流電力をＭＥＲＳ１３０に供給して、カレントトランス１７０により測定される交流電流を出力電流設定装置により設定された電流値（出力電流値）に調整することができる。
以上のように本実施形態では、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚に応じて誘導加熱装置２０に供給する交流電力の電流値（出力電流値）を自動的に決定している。これは、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率及び板厚により、目標温度に対応する電流値を定めることができるからである。
尚、本実施形態のように、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと電流値とを相互に対応付けて出力電流設定テーブル１５２に登録すれば、帯状鋼板１０の板幅方向における温度分布及び板幅方向の平均温度を、より適切に設定することができる。そのため、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと電流値とを相互に対応付けることが好ましい。しかしながら、必ずしも、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の全てと電流値とを相互に対応付ける必要はなく、出力電流設定装置１５０内で帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の少なくとも１つと電流値とを相互に対応付ければよい。また、帯状鋼板１０の透磁率、抵抗率、板厚の少なくとも何れか１つ及びギャップと、電流値とを相互に対応付けてもよい。
【００３８】
＜本実施形態の効果＞
図６Ａは、本実施形態の制御装置１００を用いて誘導加熱装置２０に給電し、帯状鋼板１０を加熱したときの通板速度に対する周波数及び温度比の関係を示したグラフである。また、図６Ｂは、従来の並列共振型のインバータを用いて誘導加熱装置２０に給電し、帯状鋼板１０を加熱したときの通板速度に対する周波数及び温度比の関係を示したグラフである。ここで、温度比（エッジ／中央温度比）は、帯状鋼板１０の板幅方向における端部（エッジ）の温度を、帯状鋼板１０の板幅方向における中央部の温度で除算した値である。この温度比の値が１に近いほど、帯状鋼板１０の板幅方向における温度分布が均一である。また、周波数は、誘導加熱装置２０に与えられる電流の周波数である。また、帯状鋼板１０の仕様は、以下の通りである。
＜帯状鋼板の仕様＞
・材質：ステンレス鋼板 ・厚み：０．３ｍｍ ・幅 ：５００ｍｍ
図６Ａに示すように、本実施形態の制御装置１００を用いれば、通板速度が変更された場合であっても、誘導加熱装置２０に与えられる電流の周波数を常に略一定に保つことができ、結果として温度比を一定に制御することが可能である。
一方、通板速度が変更されると、負荷のインピーダンスが変化するため、従来の並列共振型のインバータを用いた場合、電圧源のインバータは、負荷の共振条件を維持するように、インバータの出力周波数を制御する。よって、図６Ｂに示すように、負荷のインピーダンスの変化に応じてインバータの出力周波数が変動し、結果として温度比が大きく変動し、温度比を一定に制御することが不可能である。
【００３９】
以上のように本実施形態では、帯状鋼板１０の属性（属性情報）に応じた周波数（出力周波数）の電流ＩＬを、ＭＥＲＳ１３０を用いて誘導加熱装置２０に供給する。したがって、本実施形態の制御装置は、従来のように共振周波数で動作させるという制約を受けないので、帯状鋼板１０の通板速度が変更された場合であっても、誘導加熱装置２０に供給する電流ＩＬの周波数を帯状鋼板１０の属性に応じた所望の値に設定することができる。よって、トランスバース方式の誘導加熱装置を用いて導体板を加熱する際に、導体板の通板速度が変化しても、導体板の板幅方向における温度分布が不均一になることを防止することができる。また、被加熱材である帯状鋼板１０に適した（特に、板幅方向の温度分布を可及的に均一にするための）周波数の電流ＩＬを誘導加熱装置２０に設定することができる。
また、本実施形態では、整流装置１１０のゲート角度を、帯状鋼板１０の属性に応じて変更することにより、帯状鋼板１０の属性に応じた大きさの電流ＩＬを誘導加熱装置２０に供給している。したがって、被加熱材である帯状鋼板１０に適した大きさの電流ＩＬを誘導加熱装置２０に流すことができる。さらには、周波数を一定に制御できるため、帯状鋼板１０の各位置における温度の時間的変化を実測することなく、導体板の板幅方向における温度分布を均一に制御できる。
加えて、制御装置１００と、遮蔽板３１ａ〜３１ｄを有する誘導加熱装置２０とを備える誘導加熱システムでは、通板速度が変化した場合であっても、交流電力の周波数が変化しないため、帯状鋼板１０のエッジ部分に生じる渦電流の変化（時間的変化）を考慮する必要がない。そのため、誘導加熱システムに制御装置１００を使用すると、操業条件が変動した場合であっても、遮蔽板３１ａ〜３１ｄによりエッジ付近の加熱量を適切に制御できる。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。前述した第１の実施形態では、ＭＥＲＳ１３０から誘導加熱装置２０に交流電流ＩＬを直接流している。これに対し、本実施形態では、ＭＥＲＳ１３０から変圧器を介して誘導加熱装置２０に交流電流ＩＬを流している。このように本実施形態の構成には、前述した第１の実施形態の構成に対し、変圧器を追加している。したがって、本実施形態の説明において、前述した第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図６Ｂに付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４１】
図７は、誘導加熱装置の制御装置２００の構成の一例を示す図である。
図７に示すように、本実施形態の制御装置２００は、図４に示した第１の実施形態の制御装置１００に対し、出力変圧器（出力トランス）２１０が追加されている。
出力変圧器２１０の一次側（入力側）の端子は、ＭＥＲＳ１３０の交流端子ａ、ｄに接続される。出力変圧器２１０の二次側（出力側）の端子は、誘導加熱装置２０（銅ブスバー４２ａ、４２ｇ）に接続される。出力変圧器２１０の変圧比（入力：出力）は、Ｎ：１（Ｎ＞１）である。
以上のように本実施形態では、ＭＥＲＳ１３０と誘導加熱装置２０との間に、変圧比がＮ：１（Ｎ＞１）の出力変圧器２１０を配置しているので、誘導加熱装置２０には、ＭＥＲＳ１３０に流れる電流の約Ｎ倍の電流を流すことができる。したがって、本実施形態では、ＭＥＲＳ１３０を構成する「半導体スイッチＳ１〜Ｓ４及びダイオードＤ１〜Ｄ４」に大電流を流すことなく、誘導加熱装置２０に大電流を流すことができる。
尚、出力変圧器２１０の変圧比が変えられるように、出力変圧器２１０の一次側又は二次側に複数のタップを設け、被加熱材である帯状鋼板１０に応じて、使用するタップを使い分けてもよい。
【００４２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。前述した第１、第２の実施形態では、誘導加熱装置２０に設けられる遮蔽板３１ａ〜３１ｄとして平らな板を使用している。これに対し、本実施形態では、誘導加熱装置２０に設けられる遮蔽板に凹部を設けている。このように本実施形態と前述した第１、第２の実施形態とでは、遮蔽板の構成の一部が異なる。したがって、本実施形態の説明において、前述した第１、第２の実施形態と同一の部分については、図１〜図７に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４３】
図８Ａ〜８Ｃは、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、それぞれ図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに対応している。遮蔽板３０１ａ〜３０１ｄは、それぞれ図２Ａ〜２Ｃに示した遮蔽板３１ａ〜３１ｄの代わりに用いられている。また、遮蔽板３０１ａ〜３０１ｄは、後述する凹部を帯状鋼板１０側（第二の容器１２内）に向けて図８Ｂに示す位置に配置されている。また、誘導加熱装置は、上側誘導器２０１と下側誘導器２０２とを備えている。なお、遮蔽板の構成を除き、上側誘導器２０１、下側誘導器２０２は、それぞれ図２Ａ〜２Ｃに示した上側誘導器２１、下側誘導器２２と同じである。
【００４４】
また、図９Ａ〜９Ｃは、遮蔽板３０１（遮蔽板３０１ａ〜３０１ｄ）の構成の一例を示す図である。具体的に図９Ａは、遮蔽板３０１をその上方から俯瞰した斜視図である。また、図９Ｂは、図８Ｃに示した遮蔽板３０１ｄの領域を帯状鋼板１０の真上から俯瞰した図である。尚、図９Ｂでは、帯状鋼板１０と遮蔽板３０１ｄとの位置関係を説明するために必要な部分のみを示している。また、図９Ｃは、遮蔽板３０１ａ、３０１ｂと帯状鋼板１０との間で生じる磁界の一例を示す概略図である。但し、この図９Ｂ及び図９Ｃでは、遮蔽板３０１ａ〜３０１ｄの効果を理解しやすいように、第２の容器１２を省略している。
【００４５】
図９Ａに示すように、遮蔽板３０１は、主遮蔽板５０ａと、背面板５０ｂとを備えている。
主遮蔽板５０ａの幅及び長さは、背面板５０ｂの幅及び長さと同じである。ただし、背面板５０ｂは、縦断面及び横断面が一様な銅板であるのに対し、主遮蔽板５０ａは、その長手方向に菱形の孔が２つ形成された銅板である。遮蔽板３０１は、このような主遮蔽板５０ａと背面板５０ｂとを密着させることにより形成され、長手方向に菱形の２つの凹部（非貫通穴）５１、５２を有している。尚、図９Ａには、凹部５１、５２を配置する位置に関する寸法［ｍｍ］も併せて示している。
【００４６】
このような遮蔽板３０１は、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、凹部５１、５２を有する面が帯状鋼板１０の方を向くようにコア２３の底面（スロット側）とコア２７の上面（スロット側）とに取り付けられる。
本実施形態では、図９Ｂに示すように、帯状鋼板１０のエッジ１０ａ付近で、遮蔽板３０１（３０１ｄ）の凹部５１、５２と帯状鋼板１０の板面とを対向させている。具体的には、誘導加熱装置を動作させることによって帯状鋼板１０に流れる渦電流が最大になる領域である最大電流通過領域５６と帯状鋼板１０のエッジ１０ａとの間の領域を含み、かつ最大電流通過領域５６よりもエッジ１０ａ側に存在する領域と、遮蔽板３０１の凹部５１、５２とが相互に対向している。
特に、本実施形態では、遮蔽板３０１（３０１ｄ）の凹部５１、５２の内側の縁５１ａ、５２ａを、最大電流通過領域５６よりもエッジ１０ａ側に配置すると共に、凹部５１、５２の外側の縁５１ｂ、５２ｂを、帯状鋼板１０のエッジ１０ａ近傍に流れる渦電流の通過領域であるエッジ電流通過領域５７よりもエッジ１０ａ側に配置している。ここで、内側の縁５１ａ、５２ａは、凹部５１、５２の縁のうち、帯状鋼板１０の幅方向における中心部に最も近く、かつ対応する凹部５２、５１（または、遮蔽板３０１ｄの通板方向における中心部）に最も近い縁である。また、外側の縁５１ｂ、５２ｂは、凹部５１、５２の縁のうち、帯状鋼板１０の幅方向における中心部から最も遠く、かつ対応する凹部５２、５１（または、遮蔽板３０１ｄの通板方向における中心部）から最も遠い縁である。
【００４７】
本実施形態では、以上のように配置した遮蔽板３０１によって、帯状鋼板１０のエッジ１０ａ付近の温度の低下を抑制している。以下に、遮蔽板３０１によって帯状鋼板１０のエッジ１０ａ付近の温度の低下を抑制するメカニズムを説明する。
図９Ｃに示すように、誘導加熱装置を動作させることによって主磁場５８ａ〜５８ｃが発生し、帯状鋼板１０のエッジ側に渦電流６０ａ〜６０ｅが流れる。そして、この渦電流６０ａ〜６０ｅにより磁場５９ｉが発生する。また、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、遮蔽板３０１（３０１ａ、３０１ｂ）には、渦電流５３〜５５が流れる。渦電流５３は、遮蔽板３０１（主遮蔽板５０ａ）の四辺の縁の部分に沿って流れる渦電流である。一方、渦電流５４、５５は、遮蔽板３０１の凹部５１、５２の縁の部分に沿って流れる電流である。このように遮蔽板３０１では、遮蔽板３０１の四辺の縁の部分と、遮蔽板３０１の凹部５１、５２の縁の部分に渦電流５１〜５３が集中して流れる。さらに、このような渦電流５３〜５５により磁場５９ａ〜５９ｈが発生する。
【００４８】
その結果、図９Ｃに示すように、遮蔽板３０１（３０１ａ、３０１ｂ）に流れる渦電流５４、５５と、帯状鋼板１０に流れる渦電流６０との間に反発力が生じる。この反発力により、帯状鋼板１０のエッジ部分に流れている渦電流６０（６０ａ〜６０ｅ）が帯状鋼板１０の内側（図９Ｃの帯状鋼板１０の下に示す矢印の方向）に移動し、従来では温度が低下していた領域の電流密度が増大する。これにより、帯状鋼板１０のエッジ付近（エッジよりも少し内側の領域）の温度の低下を抑制することができ、遮蔽板３０１は、帯状鋼板１０の板幅方向におけるエッジ側の領域と、加熱コイル２４、２８との電磁結合度を調整することができる。ここで、遮蔽板３０１は、銅製であり、高温であっても必要な特性が維持される。したがって、遮蔽板３０１が高温下に晒されても、帯状鋼板１０のエッジ付近の温度の低下を抑制することができる。
【００４９】
これに対し、第１の実施形態のように遮蔽板３１に凹部が存在しない場合、遮蔽板３１には図９Ａ、図９Ｃに示したような渦電流５３、５４が流れず、遮蔽板３１の四辺の縁の部分に渦電流が集中して流れる。したがって、帯状鋼板１０のエッジ近傍に流れている渦電流は、帯状鋼板１０の内側（中央側）に向かう力を受けず、温度が低下する領域（帯状鋼板１０のエッジよりも少し内側の領域）の電流密度が増大しない。よって、帯状鋼板１０のエッジ付近の温度の低下を抑制することができない。
以上のように本発明者らは、銅製の遮蔽板３０１に凹部５１、５２を形成し、この凹部５１、５２が帯状鋼板１０のエッジ付近と対向するように遮蔽板３０１を配置することによって、帯状鋼板１０のエッジ付近の温度の低下を抑制することができることを見出した。以上のことを確認するために、本発明者らは、本実施形態の遮蔽板３０１を使用した場合と、第１の実施形態で説明した遮蔽板３１を使用した場合とのそれぞれにおいて、導体板（帯状鋼板１０に相当）の板幅方向における温度分布を測定した。
【００５０】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、誘導加熱装置により加熱された導体板の板幅方向における温度分布の一例を示す図である。
具体的に図１０Ａは、本実施形態の遮蔽板３０１を用いた誘導加熱装置（本実施形態の誘導加熱装置）についてのグラフである。一方、図１０Ｂは、第１の実施形態の遮蔽板３１を用いた誘導加熱装置（第１の実施形態の誘導加熱装置）についてのグラフである。また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すグラフの横軸は、導体板の板幅方向における位置を示し、横軸の「０」の位置が導体板のエッジに対応し、「２５０」の位置が導体板の中央に対応する。一方、縦軸は、加熱による導体板の温度上昇量（昇温量）を示す。ここで、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すグラフの実験条件を、以下に示す。
加熱コイル幅 ：２５０［ｍｍ］（通板方向の長さ）
コア ：フェライトコア
加熱材料 ：非磁性のＳＵＳ（ステンレス）板（幅５００［ｍｍ］、厚み０．３［ｍｍ］）
通板速度 ：８［ｍｐｍ（ｍ／分）］
加熱温度 ：３０〜１３０［℃］（中央昇温量を１００［℃］に設定）
電源周波数 ：２９［ｋＨｚ］、２１［ｋＨｚ］、１０［ｋＨｚ］
遮蔽板の材質 ：銅
なお、透磁率が１に近い材料であるほど、エッジ付近における温度の低下が生じやすい。また、導体板（加熱材料）の温度がキュリー温度以上になると、導体板の透磁率が１になる。そのため、透磁率が１である加熱材料として、非磁性のＳＵＳ（ステンレス）板を使用した。
【００５１】
図１０Ａに示すように、本実施形態の遮蔽板３０１を用いた誘導加熱装置では、周波数を２９［ｋＨｚ］→２１［ｋＨｚ］→１０［ｋＨｚ］の順に変更すると、エッジの温度が下がり、エッジ付近（ここでは、横軸の「５０」〜「１００」の位置）における温度の低下が抑制される（板幅方向における温度分布が均一になる）ことが分かる。
一方、図１０Ｂに示すように、第１の実施形態の遮蔽板３１を用いた誘導加熱装置では、周波数を２９［ｋＨｚ］→２１［ｋＨｚ］→１０［ｋＨｚ］の順に変更すると、エッジの温度が下がるが、エッジ付近（ここでは、横軸の「５０」〜「１００」の位置）における温度の低下量も大きくなることが分かる。
尚、遮蔽板を設けない場合には、エッジ付近（ここでは、横軸の「５０」〜「１００」の位置）の温度が低下しないが、エッジにおける昇温量が５００［℃］程度になるため過加熱であった。
【００５２】
以上のように本実施形態では、銅製の遮蔽板３０１に凹部５１、５２を形成し、この凹部５１、５２が帯状鋼板１０のエッジ付近と対向するように遮蔽板３０１を、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８と帯状鋼板１０との間に配置する。これにより、帯状鋼板１０が高温に晒されても、帯状鋼板１０のエッジ付近における温度の低下を抑制することができる。
加えて、制御装置１００と、遮蔽板３０１を有する誘導加熱装置とを備える誘導加熱システムでは、通板速度が変化した場合であっても、交流電力の周波数が変化しないため、帯状鋼板１０のエッジ部分に生じる渦電流の変化（時間的変化）を考慮する必要がない。そのため、誘導加熱システムに制御装置１００を使用すると、操業条件が変動した場合であっても、遮蔽板３０１によりエッジ付近の加熱量を適切に制御できる。さらに、遮蔽板３０１が凹部５１、５２を有しているため、鋼板の加熱状態に応じて比透磁率が変化する場合であっても、凹部５１、５２によりエッジ付近の温度分布を適切に制御できる。したがって、本実施形態の構成では、より柔軟に加熱速度の変更に対応できる。
尚、上記実施形態（第１の実施形態〜第３の実施形態）では、遮蔽板３１、３０１は、銅製の板に限定されない。すなわち、比透磁率が１の導電体（例えば常磁性体や反磁性体である金属）であれば、どのような材料で遮蔽板３１、３０１を形成してもよい。例えば、アルミニウムで遮蔽板３１を形成することができる。
また、本実施形態では、最大電流通過領域５６よりもエッジ１０ａ側に存在する領域で、遮蔽板３０１の凹部と帯状鋼板１０（帯状鋼板１０を延長した面も含む）とが対向していれば、帯状鋼板１０と遮蔽板３０１との位置関係は、特に限定されない。ただし、遮蔽板３０１に流れる渦電流と、帯状鋼板１０に流れる渦電流との間に反発力を確実に生じさせるため、図９Ｂに示すように、最大電流通過領域５６と帯状鋼板１０のエッジ１０ａとの間の領域と、遮蔽板の凹部の少なくとも一部とが対向するようにすることが好ましい。
【００５３】
また、本実施形態では、遮蔽板に２つの凹部を形成した場合を例に挙げて説明したが、遮蔽板に形成される凹部の数は幾つであってもよい。
また、本実施形態では、凹部５１、５２の形状を菱形にした場合を例に挙げて示した。しかしながら、凹部５１、５２の縁の部分に沿って帯状鋼板１０に渦電流を流すことができれば、凹部５１、５２の形状は、どのような形状であってもよい。凹部５１、５２の形状を、例えば、楕円、菱形以外の四角形、その他の角形にすることができる。このとき、通板方向における長さが、通板方向に垂直な方向における長さよりも長い凹部を形成すると、凹部の縁の部分に沿って容易に渦電流を流すことができる。そのため、通板方向における長さが、通板方向に垂直な方向における長さよりも長い凹部を形成することが好ましい。また、遮蔽板の凹部の形状は、必ずしも閉じた形状でなくてもよい。例えば、遮蔽板の端部に形成されてもよい。
さらに、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８には、銅が通常使用されるが、銅以外の導体（金属）を使用してもよい。また、連続焼鈍ライン以外に誘導加熱システムを適用してもよい。また、図２Ａに示したコア２３、２７の寸法は、コア２３、２７が磁気飽和しない範囲で適宜決定することができる。ここで、加熱コイル２４、２８に流れる電流から算出される磁界強度［Ａ／ｍ］からコア２３、２７の磁気飽和の発生を判断することができる。
また、上記実施形態では、一例として上側誘導器２１と下側誘導器２２との両方を設けているが、上側誘導器２１と下側誘導器２２との何れか一方のみを設けてもよい。加えて、ギャップの大きさは、特に限定されない。
【００５４】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明は、その技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
トランスバース方式の誘導加熱装置を用いて導体板を加熱する際に、導体板の通板速度が変化しても、導体板の板幅方向における温度分布を従来よりも均一にする誘導加熱装置の制御装置、誘導加熱システム及び誘導加熱装置の制御方法を提供する。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 帯状鋼板（導体板）
２０ 誘導加熱装置
２３、２７ コア（磁心）
２４ 上側加熱コイル（加熱コイル）
２８ 下側加熱コイル（加熱コイル）
３１ａ〜３１ｄ 遮蔽板
５１、５２ 凹部
１００、２００ 誘導加熱装置の制御装置
１１０ 整流装置
１２０ リアクトル
１３０ 磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ（ＭＥＲＳ）
１３１〜１３４ 第１〜第４の逆導通型半導体スイッチ
１４０ ゲート制御装置
１５０ 出力電流設定装置
１６０ 交流電源
１７０ カレントトランス（電流測定装置）
１８０ 周波数設定装置
２１０ 出力変圧器（出力トランス）
３０１ 遮蔽板
Ｓ１〜Ｓ４ 半導体スイッチ
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置の加熱コイルに出力される交流電力を制御する誘導加熱装置の制御装置であって、
前記加熱コイルに交流電力を出力する磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと；
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力周波数を設定する周波数設定装置と；
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を、前記周波数設定装置で設定された出力周波数に基づいて制御するゲート制御装置と；
を備えることを特徴とする誘導加熱装置の制御装置。
【請求項２】
前記周波数設定装置は、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、周波数とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する周波数を前記出力周波数として選択することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置の制御装置。
【請求項３】
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力電流値を設定する出力電流設定装置と；
前記誘導加熱装置に流れる交流電流を測定する電流測定装置と；
直流電力を前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチに供給して前記電流測定装置により測定される交流電流を前記出力電流設定装置により設定された前記出力電流値に調整する電力供給装置と；
を更に備え、
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチは、前記電力供給装置により直流電力を供給されて交流電力を前記加熱コイルに出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱装置の制御装置。
【請求項４】
前記出力電流設定装置は、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、電流値とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する電流値を前記出力電流値として選択する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装置。
【請求項５】
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと前記誘導加熱装置との間に配置され、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチから出力された交流電圧を降圧して前記加熱コイルに出力する出力トランスを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱装置の制御装置。
【請求項６】
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチは、
前記加熱コイルの一端及び他端と相互に接続される第１、第２の交流端子と；
前記電力供給装置の出力端と相互に接続される第１、第２の直流端子と；
前記第１の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第１の逆導通型半導体スイッチと；
前記第１の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第２の逆導通型半導体スイッチと；
前記第２の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第３の逆導通型半導体スイッチと；
前記第２の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第４の逆導通型半導体スイッチと；
前記第１、第２の直流端子の間に配置されたコンデンサと；
を備え、
前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きとなるように直列に配置され、
前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きになるように直列に配置され、
前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、
前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、
前記ゲート制御装置は、前記周波数設定装置で設定された前記出力周波数に基づいて、前記第１、第３の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間と、前記第２、第４の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間とを制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱装置の制御装置。
【請求項７】
通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱する誘導加熱システムであって、
請求項１又は２に記載の誘導加熱装置の制御装置と：
前記導体板の板面と対向するように配置された加熱コイルと；
前記加熱コイルが巻き回されたコアと；
前記導体板の幅方向におけるエッジを含む領域と対向するように配置される透磁率が１の導体である遮蔽板と；
を備えることを特徴とする誘導加熱システム。
【請求項８】
前記遮蔽板は、凹部を有することを特徴とする請求項７に記載の誘導加熱システム。
【請求項９】
前記導体板に流れる渦電流が最大になる領域よりも前記エッジ側に存在する領域と、前記凹部とが相互に対向するように、前記遮蔽板を配置することを特徴とする請求項８に記載の誘導加熱システム。
【請求項１０】
通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置の加熱コイルに出力される交流電力を制御する誘導加熱装置の制御方法であって、
磁気エネルギー回生双方向電流スイッチにより前記加熱コイルに交流電力を出力し；
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力周波数を設定し；
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を、設定された前記出力周波数に基づいて制御する；
ことを特徴とする誘導加熱装置の制御方法。
【請求項１１】
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、周波数とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する周波数を前記出力周波数として選択し、前記出力周波数を設定することを特徴とする請求項１０に記載の誘導加熱装置の制御方法。
【請求項１２】
さらに、
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力電流値を設定し；
前記誘導加熱装置に流れる交流電流を測定し；
測定される交流電流を設定された前記出力電流値に調整するために必要な直流電力を前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチに供給する；
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の誘導加熱装置の制御方法。
【請求項１３】
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、電流値とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する電流値を前記出力電流値として選択し、前記出力電流値を設定することを特徴とする請求項１２に記載の誘導加熱装置の制御方法。
【請求項１４】
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチから出力された交流電圧を、出力トランスにより降圧して前記加熱コイルに出力することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の誘導加熱装置の制御方法。
【請求項１５】
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチは、
前記加熱コイルの一端及び他端と相互に接続される第１、第２の交流端子と；
前記電力供給装置の出力端と相互に接続される第１、第２の直流端子と；
前記第１の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第１の逆導通型半導体スイッチと；
前記第１の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第２の逆導通型半導体スイッチと；
前記第２の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第３の逆導通型半導体スイッチと；
前記第２の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第４の逆導通型半導体スイッチと；
前記第１、第２の直流端子の間に配置されたコンデンサと；
を備え、
前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きとなるように直列に配置され、
前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きになるように直列に配置され、
前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、
前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、
設定された前記出力周波数に基づいて、前記第１、第３の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間と、前記第２、第４の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間とを制御して前記加熱コイルに交流電力を出力することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の誘導加熱装置の制御方法。
【請求項１】
通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置の加熱コイルに出力される交流電力を制御する誘導加熱装置の制御装置であって、
前記加熱コイルに交流電力を出力する磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと；
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力周波数を設定する周波数設定装置と；
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を、前記周波数設定装置で設定された出力周波数に基づいて制御するゲート制御装置と；
を備えることを特徴とする誘導加熱装置の制御装置。
【請求項２】
前記周波数設定装置は、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、周波数とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する周波数を前記出力周波数として選択することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置の制御装置。
【請求項３】
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力電流値を設定する出力電流設定装置と；
前記誘導加熱装置に流れる交流電流を測定する電流測定装置と；
直流電力を前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチに供給して前記電流測定装置により測定される交流電流を前記出力電流設定装置により設定された前記出力電流値に調整する電力供給装置と；
を更に備え、
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチは、前記電力供給装置により直流電力を供給されて交流電力を前記加熱コイルに出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱装置の制御装置。
【請求項４】
前記出力電流設定装置は、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、電流値とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する電流値を前記出力電流値として選択する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装置。
【請求項５】
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと前記誘導加熱装置との間に配置され、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチから出力された交流電圧を降圧して前記加熱コイルに出力する出力トランスを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱装置の制御装置。
【請求項６】
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチは、
前記加熱コイルの一端及び他端と相互に接続される第１、第２の交流端子と；
前記電力供給装置の出力端と相互に接続される第１、第２の直流端子と；
前記第１の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第１の逆導通型半導体スイッチと；
前記第１の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第２の逆導通型半導体スイッチと；
前記第２の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第３の逆導通型半導体スイッチと；
前記第２の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第４の逆導通型半導体スイッチと；
前記第１、第２の直流端子の間に配置されたコンデンサと；
を備え、
前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きとなるように直列に配置され、
前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きになるように直列に配置され、
前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、
前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、
前記ゲート制御装置は、前記周波数設定装置で設定された前記出力周波数に基づいて、前記第１、第３の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間と、前記第２、第４の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間とを制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱装置の制御装置。
【請求項７】
通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱する誘導加熱システムであって、
請求項１又は２に記載の誘導加熱装置の制御装置と：
前記導体板の板面と対向するように配置された加熱コイルと；
前記加熱コイルが巻き回されたコアと；
前記導体板の幅方向におけるエッジを含む領域と対向するように配置される透磁率が１の導体である遮蔽板と；
を備えることを特徴とする誘導加熱システム。
【請求項８】
前記遮蔽板は、凹部を有することを特徴とする請求項７に記載の誘導加熱システム。
【請求項９】
前記導体板に流れる渦電流が最大になる領域よりも前記エッジ側に存在する領域と、前記凹部とが相互に対向するように、前記遮蔽板を配置することを特徴とする請求項８に記載の誘導加熱システム。
【請求項１０】
通板されている導体板の板面に交番磁界を交差させてこの導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置の加熱コイルに出力される交流電力を制御する誘導加熱装置の制御方法であって、
磁気エネルギー回生双方向電流スイッチにより前記加熱コイルに交流電力を出力し；
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力周波数を設定し；
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチのスイッチ動作を、設定された前記出力周波数に基づいて制御する；
ことを特徴とする誘導加熱装置の制御方法。
【請求項１１】
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、周波数とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する周波数を前記出力周波数として選択し、前記出力周波数を設定することを特徴とする請求項１０に記載の誘導加熱装置の制御方法。
【請求項１２】
さらに、
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚の少なくとも１つに応じた出力電流値を設定し；
前記誘導加熱装置に流れる交流電流を測定し；
測定される交流電流を設定された前記出力電流値に調整するために必要な直流電力を前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチに供給する；
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の誘導加熱装置の制御方法。
【請求項１３】
前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚を特定する属性情報を取得し、前記導体板の透磁率、抵抗率及び板厚と、電流値とが相互に関連付けて予め登録されたテーブルを参照して、取得した属性情報に対応する電流値を前記出力電流値として選択し、前記出力電流値を設定することを特徴とする請求項１２に記載の誘導加熱装置の制御方法。
【請求項１４】
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチから出力された交流電圧を、出力トランスにより降圧して前記加熱コイルに出力することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の誘導加熱装置の制御方法。
【請求項１５】
前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチは、
前記加熱コイルの一端及び他端と相互に接続される第１、第２の交流端子と；
前記電力供給装置の出力端と相互に接続される第１、第２の直流端子と；
前記第１の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第１の逆導通型半導体スイッチと；
前記第１の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第２の逆導通型半導体スイッチと；
前記第２の交流端子と前記第２の直流端子との間に配置された第３の逆導通型半導体スイッチと；
前記第２の交流端子と前記第１の直流端子との間に配置された第４の逆導通型半導体スイッチと；
前記第１、第２の直流端子の間に配置されたコンデンサと；
を備え、
前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きとなるように直列に配置され、
前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとは、スイッチオフ時の導通方向が相互に逆向きになるように直列に配置され、
前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、
前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとでは、スイッチオフ時の導通方向が同じ向きであり、
設定された前記出力周波数に基づいて、前記第１、第３の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間と、前記第２、第４の逆導通型半導体スイッチのスイッチ動作の時間とを制御して前記加熱コイルに交流電力を出力することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の誘導加熱装置の制御方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【公開番号】特開２０１１−２１６５０２（Ｐ２０１１−２１６５０２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１３４４（Ｐ２０１１−１７１３４４）
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【分割の表示】特願２０１１−５１２７４２（Ｐ２０１１−５１２７４２）の分割
【原出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【分割の表示】特願２０１１−５１２７４２（Ｐ２０１１−５１２７４２）の分割
【原出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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