(57)【要約】【課題】  インバータに連結された共振回路の正常又は異常を検出することができるような共振回路の離調検出装置を提供する。【解決手段】  交流電力を供給するインバータ２と、インバータ２から交流電力が供給される共振回路３と、インバータ２のループ回路５内に流れる電流を計測する第１の電流計測手段（電流検出器６）と、共振回路５内に流れる電流を計測する第２の電流計測手段（電流検出器１１）と、第１の電流計測手段から得られる電流値Ｉ１と第２の電流計測手段から得られる電流値Ｉ２とに基づいて共振回路３の力率を演算する力率演算部２１と、力率演算部２１から出力される力率の値を、共振回路３に供給される電力の値に応じて調整される基準値と比較することにより、共振回路３が異常動作しているかどうかについての判定を行なう判定部２３とをそれぞれ具備する。【選択図】        図１  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）  交流電力を供給するインバータと、
（ｂ）  前記インバータから交流電力が供給される共振回路と、
（ｃ）  前記インバータのループ回路内に流れる電流を計測する第１の電流計測手段と、
（ｄ）  前記共振回路内に流れる電流を計測する第２の電流計測手段と、
（ｅ）  前記第１の電流計測手段から得られる電流値と前記第２の電流計測手段から得られる電流値とに基づいて前記共振回路の力率を演算する力率演算部と、
（ｆ）  前記力率演算部から出力される力率の値を、前記共振回路に供給される電力の値に応じて調整される基準値と比較することにより、前記共振回路が異常動作しているかどうかについての判定を行なう判定部と、
をそれぞれ具備することを特徴とする共振回路の離調検出装置。
【請求項２】
高周波誘導加熱装置のインバータと高周波誘導加熱コイルとの間に形成される共振回路内の構成要素の異常発生に基づく離調を検出するための離調検出装置において、前記インバータのループ回路内の電流値と前記共振回路内の電流値とに基づいて前記共振回路の力率を求める手段と、前記共振回路に供給される電力の値に応じて調整される基準値と前記力率とを互いに比較する手段とを備え、前記力率と前記基準値との差値に基づいて前記共振回路の離調を検出するようにしたことを特徴とする共振回路の離調検出装置。
【請求項３】
前記基準値を、前記共振回路の出力電力が大きいときには大きく設定し、前記共振回路の出力電力が小さいときには小さく設定するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の共振回路の離調検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータから交流電力が供給される共振回路における電圧波（パルス）と電流波（パルス）との位相ずれ（離調）を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波誘導加熱装置を構成するインバータ及びこのインバータに連結される共振回路の構造、並びに、上述の共振回路から高周波電流が供給される高周波誘導加熱コイルの構造に関する公知例は数多く存在するが、高周波誘導加熱装置において従来より一般的に用いられている高周波誘導加熱装置としては図２に示す回路構造のものが挙げられる。
【０００３】
図２に示す高周波誘導加熱装置１は、インバータ２と、このインバータに連結された共振回路３とから構成されている。インバータ２は、直流電源４に接続されたループ回路５を有しており、このループ回路５内には電流検出器（直流電流センサ）６が設けられると共に２つのブリッジ回路７，８が設けられている。また、それぞれのブリッジ回路７，８には、スイッチング素子（スイッチングトランジスタ）９と、このスイッチング素子９のエミッタとコレクタとの間に接続された還流ダイオード（帰還ダイオード）１０が備えられている。
【０００４】
一方、共振回路３は、ブリッジ回路７，８に連結され、その回路内には電流検出器１１，共振コンデンサ１２が設けられ、変成器１３を介して高周波誘導加熱コイル１４が連結されている。なお、リング状の高周波誘導加熱コイル１４の内部には被加熱物のワーク１５が挿入配置されて高周波誘導加熱されるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２に示す電源回路１においてインバータ２のループ回路５における電圧値をＶ１として電流値をＩ１とし、共振回路３における電圧値をＶ２として電流値をＩ２とすると、通常、Ｖ１，Ｉ１及びＶ２，Ｉ２との間には次式が成立する。
Ｖ１×Ｉ１＝Ｖ２×Ｉ２×cosθ    ……（１）
ここで、θは、共振回路３の電圧と電流の位相差であり、cosθは力率と称されるものである。
上記の式（１）において、Ｖ１及びＶ２は、cosθの値が変化しても常に同一の一定値であるため、
cosθ＝Ｉ１／Ｉ２              ……（２）
となる。
従って、上記の式（２）から、電流値Ｉ１及び電流値Ｉ２を計測することにより、cosθ（力率）の値を求めることができる。
【０００６】
共振回路３が正常に動作している場合には、図３（ａ）と図３（ｂ）とを比較すれば分かるように、共振回路３におけるについての電圧波形（電圧値Ｖ２）と電流波形（電流値Ｉ２）とは位相ずれが生じない。一方、共振回路３内の高周波誘導加熱コイル１４や共振コンデンサ１２に異常（損傷や破損等）が生じると、図３（ａ）と図３（ｃ）を比較すれば分かるように、電圧波形と電流波形との間に位相ずれ（位相差）θが生じる。この位相ずれθに関連する力率の値（cosθにて示す）が或る値以下になると、出力電力に乱れが生じ、所望の電力を高周波誘導加熱コイル１４に供給できなくなるという不具合が生じる。なお、このような不具合を生じるcosθの値（力率の値）は、インバータ２から共振回路３に供給される電力の大きさに対応して変化するため、その供給電力を基にしてcosθの値がどのような値になったときに共振回路３が異常（非正常）動作状態となるかを予め知ることができる。
【０００７】
本発明は、上述のような知見に基づいてなされたものにおいて、その目的は、インバータに連結された共振回路の正常又は異常を検出することができるような共振回路の離調検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明では、
（ａ）  交流電力を供給するインバータと、
（ｂ）  前記インバータから交流電力が供給される共振回路と、
（ｃ）  前記インバータのループ回路内に流れる電流を計測する第１の電流計測手段と、
（ｄ）  前記共振回路内に流れる電流を計測する第２の電流計測手段と、
（ｅ）  前記第１の電流計測手段から得られる電流値と前記第２の電流計測手段から得られる電流値とに基づいて前記共振回路の力率を演算する力率演算部と、
（ｆ）  前記力率演算部から出力される力率の値を、前記共振回路に供給される電力の値に応じて調整される基準値と比較することにより、前記共振回路が異常動作しているかどうかについての判定を行なう判定部と、
をそれぞれ具備するようにしている。
本発明の好ましい実施形態においては、インバータのループ回路における電流値Ｉ１及び共振回路内の電流値Ｉ２を計測（検知）し、これにより力率の値（cosθ）を演算により求め、電力の大きさによって異なる値に設定される基準値と上述の力率の値（cosθ）とを比較し、これが基準値の以下の場合に共振回路内に異常（離調）が生じたと判定するように構成している。これにより、回路の正常化や信頼性の向上が図られる。
【０００９】
また、本発明では、高周波誘導加熱装置のインバータと高周波誘導加熱コイルとの間に形成される共振回路内の構成要素の異常発生に基づく離調を検出するための離調検出装置において、前記インバータのループ回路内の電流値と前記共振回路内の電流値とに基づいて前記共振回路の力率を求める手段と、前記共振回路に供給される電力の値に応じて調整される基準値と前記力率とを互いに比較する手段とを備え、前記力率と前記基準値との差値に基づいて前記共振回路の離調を検出するようにしている。
また、本発明の好ましい実施形態においては、高周波誘導加熱装置のインバータと高周波誘導加熱コイルとの間に形成される共振回路内の構成要素の異常発生に基づく離調を検出するための離調検出装置において、インバータのループ回路内の電流値Ｉ１と、共振回路内の電流値Ｉ２とに基づいて力率（cosθ）を求め、これを基準値と比較し、その差値により回路の正常又は非正常（異常）を検出するものからなり、前記基準値は供給電力の値に対応して変化するものであるように設定するようにしている。
また、本発明では、前記基準値を、前記共振回路の出力電力が大きいときには大きく設定し、前記共振回路の出力電力が小さいときには小さく設定するようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の本発明は、交流電力を供給するインバータと、インバータから交流電力が供給される共振回路と、インバータのループ回路内に流れる電流を計測する第１の電流計測手段と、共振回路内に流れる電流を計測する第２の電流計測手段と、第１の電流計測手段から得られる電流値と第２の電流計測手段から得られる電流値とに基づいて共振回路の力率を演算する力率演算部と、力率演算部から出力される力率の値を、共振回路に供給される電力の値に応じて調整される基準値と比較することにより、共振回路が異常動作しているかどうかについての判定を行なう判定部とをそれぞれ具備するようにしたものであるから、本発明によれば、インバータ及び共振回路内の電流値をそれぞれ計測してこれらに基づいて共振回路の力率を求め、この力率の値と基準値との比較によって回路の正常又は異常を検出することができ、回路の正常化や信頼性を保持することが可能となる。
【００１１】
また、請求項２に記載の本発明は、高周波誘導加熱装置のインバータと高周波誘導加熱コイルとの間に形成される共振回路内の構成要素の異常発生に基づく離調を検出するための離調検出装置において、インバータのループ回路内の電流値と共振回路内の電流値とに基づいて共振回路の力率を求める手段と、共振回路に供給される電力の値に応じて調整される基準値と力率とを互いに比較する手段とを備え、力率と基準値との差値に基づいて共振回路の離調を検出するようにしたものであるから、本発明によれば、簡単な回路構成の離調検出装置でありながら、高周波誘導加熱装置の共振回路の動作異常（離調）を正確に検出することができる。
【００１２】
また請求項３に記載の本発明は、基準値を、前記共振回路の出力電力が大きいときには大きく設定し、共振回路の出力電力が小さいときには小さく設定するようにしたものであるから、本発明によれば、出力電力が大きい場合には離調検出をシビアに行ない、出力電力が小さい場合には離調検出をラフに行なうことができ、これにより、負荷調整が容易となる。また、このようにすると、電源への負担が軽くなるので、信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る離調検出装置２０について図１を参照して説明する。なお、図１において図２と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１４】
本実施形態の離調検出装置２０は、高周波誘導加熱装置１に組み込まれて配設されるものである。この離調検出装置２０は、図１に示すように、交流電力を供給するインバータ２と、このインバータ２から交流電力が供給される共振回路３と、インバータ２の直流電源４及びブリッジ回路７，８から成るループ回路５内に流れる電流を計測する電流検出器（直流電流センサ）６と、共振回路３内に流れる電流を計測する電流検出器（高周波電流センサ）１１と、ループ回路５内の電流検出器６から得られる電流値Ｉ１と共振回路３内の電流検出器１１から得られる電流値Ｉ２とに基づいて共振回路３の力率（cosθ）を演算する力率演算部２１と、この力率演算部２１から出力される力率の値cosθを、共振回路３に供給される電力の値に応じて基準値調整部２２にて調整される基準値（Ｋ）と比較することにより、前記共振回路が異常動作しているかどうかについての判定を行なう判定部（比較器）２３とを備えている。そして、上述の判定部２２からの判定信号に基づいてアラーム２４が作動されるように構成されている。
【００１５】
ここで、上述の如き構成の離調検出装置２０の動作について述べると、次の通りである。まず、インバータ２のループ回路５内を流れる電流が電流検出器６にて計測されてその計測電流が力率演算部２１に入力されると共に、共振回路３内を流れる電流が電流検出器１１にて計測されてその検出電流がダイオード２５を介して力率演算部２１に入力され、この力率演算部２１において電流値Ｉ１及び電流値Ｉ２に基づいて力率が既述の式（２）にて演算される。具体的には、力率演算部２１において電流値Ｉ１を電流値Ｉ２で除算することにより、cosθ＝Ｉ１／Ｉ２が求められる。次いで、上述のようにして求められた力率の値（cosθ）、並びに、基準値調整部２２にて予め設定された基準値（電力に応じて変化される値）が、比較器から成る判定部２３に入力されてこれらが互いに比較され、この比較結果に基づいて共振回路３が異常動作しているかどうかについての判定が行なわれる。具体的には、力率の値（cosθ）が基準値以下になった場合は、共振回路３が離調状態であると判定され、判定部２３からアラーム２４に離調検出信号が送られてアラーム２４から回路異常を知らせる警報が発せられる。一方、力率の値（cosθ）が基準値以上である場合は、判定部２３から離調検出信号が送られることがなく、アラーム２４からの警報は発せられない。
【００１６】
なお、既述の基準値は、供給電力の大きさによって異なるため、基準値調整部５が設けられている。判定部２３に入力される基準値は、共振回路３の出力電力が大きいときには大きく設定され、共振回路３の出力電力が小さいときには小さく設定される。かくして、力率の値（cosθ）が基準値以上であるときは共振回路３は正常であり、アラームが発せられない。これとは逆に、力率の値（cosθ）が基準値以下である場合にはアラームが発せられる。以上のことから、供給電力を考慮したアラーム状態（離調状態）を検出することができる。アラームの発生により共振回路３の構成要素の異常が分かり、適当な対応策をとることにより共振回路３が正常に復帰される。これにより、共振回路３の安定性を確保することができる。
【００１７】
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施形態では高周波誘導加熱装置１の共振回路３における離調（動作異常）を検出して回路の安定化，信頼性を確保するようにしているが、インバータとこれに連結される共振回路を有する他の装置の回路の安定化，信頼性を確保する場合にも本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る共振回路の離調検出装置を示す構成図である。
【図２】従来より一般的に使用されている高周波誘導加熱装置のインバータ及びこれに連結する共振回路等を示す構成図である。
【図３】共振回路における電圧波形及び電流波形の位相の合致及び位相のずれ（離調）を示す波形図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  高周波誘導加熱装置
２  インバータ
３  共振回路
４  直流電源
５  ループ回路
６  電流検出器（直流電流センサ）
１１  電流検出器（高周波電流センサ）
１３  変成器
１４  高周波誘導加熱コイル
２０  離調検出装置
２１  力率演算部（第１の比較部）
２２  基準値調整部
２３  判定部（第２の比較部）
２４  アラーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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