(57)【要約】【課題】加熱コイルへの高周波電流の共振周波数を最適にするための可変インダクタンスコイルの損失を小さくできる誘導加熱装置を提供する。【解決手段】加熱コイル９に直列接続されたコイル部１６と磁芯部１７とからなる可変インダクタンスコイルと、アクチュエータ３０と、動作点判別装置２５、ＣＴ６の検出値及び電力演算器２１の演算値とにより、この誘導加熱装置の動作領域を判別し、その結果として、前記可変インダクタンスコイルのインダクタンス値を調整して、電圧形インバータ回路５から見た被加熱物５０側のインピーダンスを最適な状態にする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源から加熱コイルに高周波電流を流すことによって被加熱物を誘導加熱する誘導加熱装置において、
前記高周波電源の主回路を形成する整流回路及び電圧形インバータ回路と、
共振用コンデンサ及び前記加熱コイルと可変インダクタンスコイルの直列回路からなる直列共振回路と、
前記高周波電源から前記直列共振回路に任意の周波数の高周波電力を供給する際に、前記電圧形インバータ回路の出力電圧に対して出力電流が常に遅れ位相になるように該インバータ回路を運転制御するインバータ制御装置と、
前記可変インダクタンスコイルのインダクタンス値を所望の値に調整するインダクタンス調整装置とを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の誘導加熱装置において、
前記インダクタンス調整装置は、前記整流回路の入力電力を前記電圧形インバータ回路の出力電流で除算演算した値に基づいて動作することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載の誘導加熱装置において、
前記インダクタンス調整装置は、前記電圧形インバータ回路の出力電力を出力電流で除算演算した値に基づいて動作することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項４】
請求項１に記載の誘導加熱装置において、
前記インダクタンス調整装置は、前記電圧形インバータ回路の入力電力を出力電流で除算演算した値に基づいて動作することを特徴とする誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波電源から加熱コイルに高周波電流を流すことによって被加熱物を誘導加熱する誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の誘導加熱装置の従来例としては、特開２００１−１７６６４９号公報に開示されたものが知られており、図６はその回路構成図である。
【０００３】
図６において、１は商用電源などの三相の交流電源、２は交流電源１の電圧を検出するＰＴ、３は交流電源１の電流を検出するＣＴ、４は図示の如くダイオードをブリッジ接続したダイオード整流器と平滑コンデンサとからなる整流回路、５は図示の如くＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路をブリッジ接続した電圧形インバータ回路、６は電圧形インバータ回路５の出力電流を検出するＣＴ、７は整合用トランス、８は共振用コンデンサ、９は加熱コイル、５０は加熱コイル９により誘導加熱される被加熱物を示し、また、加熱コイル９の両端に並列接続される可変インダクタンスコイルは、コイル部１０とフェライトコアなどの磁芯部１１とから構成され、この可変インダクタンスコイルはアクチュエータ４０により磁芯部１１を移動させることで、該コイルのインダンクタンス値を変化させることができる。さらに、２１はＰＴ２，ＣＴ３それぞれの検出値に基づく演算により、電圧形インバータ回路５の出力電力を求める電力演算器、２２は電圧形インバータ回路５が出力する電力を設定する出力設定器、２３は電力設定器２２の設定値と電力演算器２１の演算値との偏差が零になるようにする際に、内部で演算される電圧形インバータ回路５の出力電圧の位相に対して、ＣＴ６で検出された該インバータ回路の出力電流の位相が常に遅れ位相（γ）になるように電圧形インバータ回路５を構成するそれぞれのＩＧＢＴをオン，オフ制御するインバータ制御回路、２４はアクチュエータ４０を介した磁芯部１１を紙面上下方向に移動させ、電圧形インバータ回路５から見た被加熱物５０側インピーダンスが最適になる磁芯部１１の位置（動作点）を求める動作点判別装置である。
【０００４】
図７は前記動作点に関連する、この種の誘導加熱装置における動作領域を「定格出力電流」、「定格出力電力」及び「定格出力電力／定格出力電流」を基に表した代表的な特性図である。
【０００５】
すなわち、この種の誘導加熱装置における動作領域は図７に示す太実線に囲まれた領域内にあり、定格電力を被加熱物５０に供給できる動作領域は領域▲２▼に限られ、領域▲３▼では電圧形インバータ回路５から見た被加熱物５０側のインピーダンスが適正値より低いため、定格出力電力値に達する前に定格出力電流値に達してしまい、被加熱物５０に供給できる電力が定格電力値以下となり、また、領域▲１▼では電圧形インバータ回路５から見た被加熱物５０側のインピーダンスが適正値より高いため、定格出力電力値に達する前に前記γ角が許容最小値となり、被加熱物５０に供給できる電力が定格電力値以下となる。
【０００６】
従って、動作点判別装置２４では図７に示した特性図の領域▲２▼に存在しうるために各「出力電流」に対する「出力電力／出力電流」値の範囲を予め設定，記憶しておき、ＣＴ６の検出値と、電力演算器２１で得られる値をＣＴ６の検出値で除算演算して得られる値とを前記記憶値に照らし合わせ、図６に示した誘導加熱装置の動作点の領域を判定する。
【０００７】
例えば、図６に示した誘導加熱装置の動作点が図７に示した領域▲３▼にあると判定されたときには、アクチュエータ４０により磁芯部１１をコイル部１０より抜き出す方向に移動させることで前記可変インダクタンスコイルのインダクタンス値をより小さくし、共振用コンデンサ８と前記可変インダクタンスコイルと加熱コイル９との直列共振回路の共振周波数をより高くし、電圧形インバータ５から見た被加熱物５０側のインピーダンスをより高くして、動作点判別装置２４での判別が領域▲２▼に入るまで磁芯部１１を移動させる。また、この誘導加熱装置の動作点が図７に示した領域▲１▼にあると判定されたときには、アクチュエータ４０により磁芯部１１をコイル部１０にさらに挿入する方向に移動させることで前記可変インダクタンスコイルのインダクタンス値をより大きくし、共振用コンデンサ８と前記可変インダクタンスコイルと加熱コイル９との直列共振回路の共振周波数をより低くし、電圧形インバータ５から見た被加熱物５０側のインピーダンスをより低くして、動作点判別装置２４での判別が領域▲２▼に入るまで磁芯部１１を移動させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示した従来の誘導加熱装置において、共振用コンデンサ８及び加熱コイル９と可変インダクタンスコイルとしてのコイル部１０，磁芯部１１からなる直列共振回路の共振周波数を変化させるためには、該可変インダクタンスコイルのインダクタンス値を大きな値（加熱コイル９のインダクタンス値の１０倍程度）とし、比較的大きく変化させる必要があることから、コイル部１０を複数ターン（巻数）で形成することとなり、従って、コイル部１０の導体断面を小さくせざるを得ず、また、導体長も長くなることからその導体抵抗値が大きくなり、その結果、前記可変インダクタンスコイルのジュール損失が大きくなり、さらに、加熱コイル９に印加される電圧が前記可変インダクタンスコイルにも印加され、その結果、フェライトコアなどの磁芯部１１のコア損失も大きくなるという難点があった。
【０００９】
この発明の目的は、上記問題点を解消する低損失の可変インダクタンスコイルを有する誘導加熱装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、高周波電源から加熱コイルに高周波電流を流すことによって被加熱物を誘導加熱する誘導加熱装置において、
前記高周波電源の主回路を形成する整流回路及び電圧形インバータ回路と、共振用コンデンサ及び前記加熱コイルと可変インダクタンスコイルの直列回路からなる直列共振回路と、前記高周波電源から前記直列共振回路に任意の周波数の高周波電力を供給する際に、前記電圧形インバータ回路の出力電圧に対して出力電流が常に遅れ位相になるように該インバータ回路を運転制御するインバータ制御装置と、前記可変インダクタンスコイルのインダクタンス値を所望の値に調整するインダクタンス調整装置とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は前記第１の発明の誘導加熱装置において、前記インダクタンス調整装置は、前記整流回路の入力電力を前記電圧形インバータ回路の出力電流で除算演算した値に基づいて動作することを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は前記第１の発明の誘導加熱装置において、前記インダクタンス調整装置は、前記電圧形インバータ回路の出力電力を出力電流で除算演算した値に基づいて動作することを特徴とする。
【００１３】
第４の発明は前記第１の発明の誘導加熱装置において、前記インダクタンス調整装置は、前記電圧形インバータ回路の入力電力を出力電流で除算演算した値に基づいて動作することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記可変インダクタンスコイルを前記加熱コイルに直列に接続する構成にしたことにより、該可変インダクタンスコイルのインダクタンス値を比較的小さくでき、従って、低損失の可変インダクタンスコイルを有する誘導加熱装置を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施例を示す誘導加熱装置の回路構成図であり、図６に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００１６】
すなわち、図１に示した回路構成が図６に示した回路構成と異なる点は、従来の可変インダクタンスコイルとしてのコイル部１０，磁芯部１１と、アクチュエータ４０と、動作点判別装置２４とに代えて、新たな可変インダクタンスコイルとしてのコイル部１６，フェライトコアなどの磁芯部１７と、アクチュエータ３０と、動作点判別装置２５とを備えていることである。
【００１７】
この動作点判別装置２５では図７に示した特性図の領域▲２▼に存在しうるために各「出力電流」に対する「出力電力／出力電流」値の範囲を予め設定，記憶しておき、ＣＴ６の検出値と、電力演算器２１で得られる値をＣＴ６の検出値で除算演算して得られる値とを前記記憶値に照らし合わせ、図１に示した誘導加熱装置の動作点の領域を判定する。
【００１８】
例えば、図１に示した誘導加熱装置の動作点が図７に示した領域▲３▼にあると判定されたときには、アクチュエータ３０により磁芯部１７をコイル部１６から抜き出す方向に移動させることで前記可変インダクタンスコイルのインダクタンス値をより小さくし、共振用コンデンサ８と前記可変インダクタンスコイルと加熱コイル９との直列共振回路の共振周波数をより高くし、電圧形インバータ５から見た被加熱物５０側のインピーダンスをより高くして、動作点判別装置２５での判別が領域▲２▼に入るまで磁芯部１７を移動させる。また、この誘導加熱装置の動作点が図７に示した領域▲１▼にあると判定されたときには、アクチュエータ３０により磁芯部１７をコイル部１６にさらに挿入する方向に移動させることで前記可変インダクタンスコイルのインダクタンス値をより大きくし、共振用コンデンサ８と前記可変インダクタンスコイルと加熱コイル９との直列共振回路の共振周波数をより低くし、電圧形インバータ５から見た被加熱物５０側のインピーダンスをより低くして、動作点判別装置２５での判別が領域▲２▼に入るまで磁芯部１７を移動させる。
【００１９】
図２，図３は、上述の如く加熱コイル９に直列接続され、コイル部１６と磁芯部１７とからなる可変インダクタンスコイル及びアクチュエータ３０の模式的な構成例を示し、図２はその正面図であり、図３はその上面図と側面図である。
【００２０】
すなわち、図２，図３において、３１は前記直列共振回路の大電流用の接続導体（ブスバー）の一部（図１の符号３１を参照）であり、３２はモータ、３３はプーリ、３４はシャフト、３５は磁芯部１７の取り付けベース、３６は変位計、３７は磁芯部１７の上限位置に設置される上限リミットスイッチ、３８は磁芯部１７の下限位置に設置される下限リミットスイッチである。
【００２１】
このアクチュエータ３０では、動作点判別装置２５から送出される制御信号に基づくモータ３２の回転及び回転方向がプーリ３３を介してシャフト３４に伝達され、この回転するシャフト３４により、取り付けベース３５を介した磁芯部１７を、上限リミットスイッチ３７又は下限リミットスイッチ３８のいずれも動作しない範囲内で、紙面の上下方向に移動させ、このときの磁芯部１７の移動した位置を変位計３６で検出することにより、コイル部１６と磁芯部１７との位置関係が所望の位置に調整される。
【００２２】
このとき、前記可変インダクタンスコイルのインダクタンス値は比較的小さな値でよいことから、図３の上面図に示す如く、コイル部１６は１ターンで構成することが可能となり、ブスバー３１と同一幅の導体が使用でき、従って、コイル部１６のジュール損失も小さくできる。また、コイル部１６に印加される電圧も小さな値となることから、フェライトコアなどの磁芯部１７の損失もより小さくできる。
【００２３】
図４は、この発明の第２の実施例を示す誘導加熱装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００２４】
すなわち、図４に示した回路構成が図１に示した回路構成と異なる点は、電力演算器２１に代えて電力演算器２６を備えていることであり、この電力演算器２６では電圧形インバータ回路５の出力電圧を検出するＰＴ１２の検出値とＣＴ６の検出値とから電圧形インバータ回路５の出力電力を求め、インバータ制御回路２３および動作点判別装置２５に取り込むようにしている。
【００２５】
図５は、この発明の第３の実施例を示す誘導加熱装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００２６】
すなわち、図５に示した回路構成が図１に示した回路構成と異なる点は、電力演算器２１に代えて電力演算器２７を備えていることであり、この電力演算器２７では整流回路４の出力電圧を検出する直流電圧検出器１３の検出値と整流回路４の出力電流を検出する直流電流検出器１４の検出値とから電圧形インバータ回路５の出力電力を求め、インバータ制御回路２３および動作点判別装置２５に取り込むようにしている。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、加熱コイルに流す高周波電流の共振周波数を最適な値に調整する可変インダクタンスコイルを該加熱コイルに直列に接続する構成にしたことにより、この可変インダクタンスコイルの損失をより小さくした誘導加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す誘導加熱装置の回路構成図
【図２】図１の部分詳細構成図（正面図）
【図３】図１の部分詳細構成図（上面図，側面図）
【図４】この発明の第２の実施例を示す誘導加熱装置の回路構成図
【図５】この発明の第３の実施例を示す誘導加熱装置の回路構成図
【図６】従来例を示す誘導加熱装置の回路構成図
【図７】誘導加熱装置の動作を説明する特性図
【符号の説明】
１…交流電源、２…ＰＴ、３…ＣＴ、４…整流回路、５…電圧形インバータ回路、６…ＣＴ、７…整合用トランス、８…共振用コンデンサ、９…加熱コイル、１０…コイル部、１１…磁芯部、１２…ＰＴ、１３…直流電圧検出器、１４…直流電流検出器、２１，２６，２７…電力演算器、２２…出力設定器、２３…インバータ制御装置、２４，２５…動作点判別装置、３０，４０…アクチュエータ、３１…ブスバー、３２…モータ、３３…プーリ、３４…シャフト、３５…取り付けベース、３６…変位計、３７…上限リミットスイッチ、３８…下限リミットスイッチ、５０…被加熱物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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