(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種のワークを周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn の高周波により誘導加熱する誘導加熱装置に備えられており、周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn の高周波電流を生成する高周波可変周波数電源と前記ワークを誘導加熱するための誘導コイルとの間に接続される並列共振型の誘導加熱装置用整合回路において、互いに並列接続された周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn 用のｎ組のコンデンサと、ｎ組のコンデンサの出力段に接続されており且つ周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn 用の誘導コイルに共用して用いられる整合トランスと、高周波可変周波数電源とｎ組のコンデンサのうちの一との間を選択可能に電気接続するスイッチ部とを備え、前記整合トランスの一次側端子面には、１次巻線と２次巻線との実質的な巻線比を変化させるために、一次巻線側のタップと電源側の端子バーとが対向して配設され、当該タップと端子バーとの間の隙間に短絡部材が挿入可能になっていることを特徴とする誘導加熱装置用整合回路。
【請求項２】
請求項１記載の誘導加熱装置用整合回路において、前記スイッチ部は、一方が高周波可変周波数電源側に、他方がコンデンサ側に各々電気接続されており且つ互いに対向して配置された一対の電極板と、一対の電極板の間に挿入可能であり且つ一対の電極板を短絡するためのプラグとを有した構成となっていることを特徴とする誘導加熱装置用整合回路。
【請求項３】
複数種のワークを周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn の高周波により誘導加熱する誘導加熱装置において，請求項１又は２の誘導加熱装置用整合回路が備えられていることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項４】
請求項３記載の誘導加熱装置において、複数種のワークを誘導加熱する際の周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn を選択入力するための入力部と、請求項２のプラグに連結されており且つプラグにより請求項２の一対の電極板を短絡／開放させる移動機構と、入力部を通じて入力された周波数の選択結果に基づいて請求項１の高周波可変周波数電源及び移動機構を制御する制御部とを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項５】
請求項３記載の誘導加熱装置において、請求項１の誘導コイルに通電すべき電圧を選択入力するための入力部と、請求項１の短絡部材に連結されており且つ請求項１の整合トランスのタップを短絡／開放させる移動機構と、入力部を通じて入力された電圧の選択結果に基づいて移動機構を制御する制御部とを備えた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】
本発明は高周波電源と誘導コイルとの間に接続された並列共振型の誘導コイル用整合回路及び同回路を備えた誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱装置に備えられる誘導コイル用整合回路は図６に示すような回路構成となっているのが一般的である。即ち、高周波電源Ｐと誘導コイルＣＬとの間に、コンデンサＣと整合トランスＴｒからなる並列共振回路が接続された構成となっており、誘導コイルＣＬの力率が0.25〜0.2 程度と低いことから、並列共振回路でもって高周波電源Ｐにより生成された有効電力を最大限に誘導コイルＣＬに投入するようになっている。
【０００３】
もっとも、寸法や種類等の異なるワークを誘導加熱する場合、誘導コイルＣＬだけでなく、高周波電源Ｐの発振周波数とともにコンデンサＣ及び整合トランスＴｒをワークに合わせて変更することが必要であることから、図７に示すような誘導コイル用整合回路が用いられている。
【０００４】
図示例の誘導コイル用整合回路は、寸法が異なるワークＡ、Ｂ、Ｃを７０、３０、１０ＫＨｚの高周波で各々誘導加熱する誘導加熱装置に備えられているもので、高周波可変周波数電源１０と誘導コイル５０Ａ、Ｂ、Ｃとの間には、コンデンサ２０Ａ、Ｂ、Ｃと整合トランス４０Ａ、Ｂ、Ｃとからなる７０、３０、１０ＫＨｚ用の並列共振回路が各々接続されており、高周波可変周波数電源１０に対する７０、３０、１０ＫＨｚ用の並列共振回路の切り換えがスイッチ部３０’により行われるようになっている。
【０００５】
高周波可変周波数電源１０はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) を用いたインバータ電源であり、ワークＡ、Ｂ、Ｃを誘導加熱する際には７０、３０、１０ＫＨｚの高周波電流を各々生成するようになっている。スイッチ部３０’としては、高周波可変周波数電源１０とコンデンサ２０Ａ、Ｂ、Ｃとの間の電流線路（銅製バー）の途中にボルト締めされる金属バーを用いている。即ち、銅製バーを電流線路に取り付けると、両者間が短絡される一方、取り外すと開放されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例による場合、誘導コイル５０に対して１台の整合トランス４０が必要不可欠な構成となっている以上、回路自体が大型になり、コスト高になるという本質的な欠点がある。また、周波数を切り換える際に、スイッチ部３０’としての金属バーを電流線路に取り外しすることが必要であり、この作業が非常に煩わしいという問題も指摘されている。
【０００７】
本発明は上記した背景の下で創作されたものであり、その目的とするところは、小型化及び低コスト化を図ることが可能な誘導加熱装置用整合回路及び誘導加熱装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘導加熱装置用整合回路は、複数種のワークを周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn の高周波により誘導加熱する誘導加熱装置に備えられており、周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn の高周波電流を生成する高周波可変周波数電源と前記ワークを誘導加熱するための誘導コイルとの間に接続される並列共振型の誘導加熱装置用整合回路であって、互いに並列接続された周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn 用のｎ組のコンデンサと、ｎ組のコンデンサの出力段に接続されており且つ周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn 用の誘導コイルに共用して用いられる整合トランスと、高周波可変周波数電源とｎ組のコンデンサのうちの一との間を選択可能に電気接続するスイッチ部とを備え、前記整合トランスの一次側端子面には、１次巻線と２次巻線との実質的な巻線比を変化させるために、一次巻線側のタップと電源側の端子バーとが対向して配設され、当該タップと端子バーとの間の隙間に短絡部材が挿入可能になっている。
【０００９】
より好ましくは、前記スイッチ部は、一方が高周波可変周波数電源側に、他方がコンデンサ側に各々電気接続されており且つ互いに対向して配置された一対の電極板と、一対の電極板の間に挿入可能であり且つ一対の電極板を短絡するためのプラグとを有した構成にすることが望ましい。
【００１１】
本発明の誘導加熱装置は、複数種のワークを周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn の高周波により誘導加熱する装置であって、前記誘導加熱装置用整合回路が備えられていることを特徴としている。
【００１２】
より好ましくは、複数種のワークを誘導加熱する際の周波数ｆ1,ｆ2,・・・ｆn を選択入力するための入力部と、前記プラグに連結されており且つプラグにより前記一対の電極板を短絡／開放させる移動機構と、入力部を通じて入力された周波数の選択結果に基づいて前記高周波可変周波数電源及び移動機構を制御する制御部とを備えるようにすることが望ましい。
【００１３】
より好ましくは、誘導コイルに通電すべき電圧を選択入力するための入力部と、前記短絡部材に連結されており且つ整合トランスのタップを短絡／開放させる移動機構と、入力部を通じて入力された電圧の選択結果に基づいて移動機構を制御する制御部とを備えるようにすることが望ましい。
【００１４】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は誘導加熱装置用整合回路の周辺を示す誘導加熱装置の構成図、図２は同回路のスイッチ部の回路構成図、図３は同回路のスイッチ部の斜視図、図４は同回路の整合トランスの回路図、図５は同回路の整合トランスの一次側に設けられたタップ切換機構の斜視図である。
【００１５】
図１に例として掲げる誘導加熱装置は、寸法が異なるワークＡ、Ｂ、Ｃ（図６参照）を７０、３０、１０ＫＨｚの高周波により誘導加熱する装置であり、７０、３０、１０ＫＨｚの高周波電流を生成する高周波可変周波数電源１０とワークＡ、Ｂ、Ｃを誘導加熱するための誘導コイル５０Ａ、Ｂ、Ｃとの間には、誘導加熱装置用整合回路ＩＭ（以下、単に整合回路と称する）が接続されている。
【００１６】
また、誘導加熱装置は、ワークＡ、Ｂ、Ｃを誘導加熱する際の７０、３０、１０ＫＨｚの周波数を選択入力するための入力部９０と、入力部９０を通じて入力された周波数の選択結果に基づいて高周波可変周波数電源１０を制御する制御部６０とを備えている。
【００１７】
高周波可変周波数電源１０はインバータ電源であって、６個のサイリスタを用いて３相交流を直流に変換する順変換部１１と、順変換部１１により生成された直流を平滑化する平滑チョークコイル１２と、４個のIGBTを用いて平滑化された直流を１０〜７０ＫＨｚの高周波電流に変換する逆変換部１３と、順変換部１１及び逆変換部１３を動作させるために必要な信号を生成する信号回路部１４とを備えた構成となっている。
【００１８】
制御部６０はここではマイコロコンピュータを用いている。入力ポートには操作スイッチである入力部９０が接続されている一方、出力ポートには信号回路部１４が接続されている。即ち、７０、３０、１０ＫＨｚのいずれかの周波数が入力部９０を通じて選択入力されると、制御部６０は信号回路部１４を動作させるための指令を出力する。この結果、高周波可変周波数電源１０は入力部９０を通じて選択入力された通りの周波数の高周波電流を生成することになる。
【００１９】
整合回路ＩＭは、互いに並列接続された７０、３０、１０ＫＨｚ用のコンデンサ２０Ａ、Ｂ、Ｃと、コンデンサ２０Ａ、Ｂ、Ｃの出力段に接続されており且つ７０、３０、１０ＫＨｚ用の誘導コイル５０Ａ、Ｂ、Ｃに共用して用いられる整合トランス４０と、高周波可変周波数電源１０とコンデンサ２０Ａ、Ｂ、Ｃのうちの一との間を選択可能に電気接続するスイッチ部３０とを備えた構成となっている。
【００２０】
なお、コンデンサ２０Ａ、整合トランス４０及び誘導コイル５０Ａにより７０ＫＨｚにおいて並列共振回路が、コンデンサ２０Ｂ、整合トランス４０及び誘導コイル５０Ｂにより３０ＫＨｚにおいて並列共振回路が、コンデンサ２０Ｃ、整合トランス４０及び誘導コイル５０Ｃにより１０ＫＨｚにおいて並列共振回路が各々形成されるように、各回路定数が決定されている。
【００２１】
スイッチ部３０は、高周波可変周波数電源１０側に電気接続された電極板３２１Ａ、Ｂ、Ｃと、コンデンサ２０Ａ、Ｂ、Ｃ側に電気接続されており且つ電極板３２１Ａ、Ｂ、Ｃに対向して配置された電極板３２２Ａ、Ｂ、Ｃと、電極板３２１Ａ、Ｂ、Ｃと電極板３２２Ａ、Ｂ、Ｃとの間に挿入可能であり且つ電極板３２１Ａ、Ｂ、Ｃと電極板３２２Ａ、Ｂ、Ｃとを短絡するためのプラグ３１とを有した構成となっている。図中３２Ｕ、３２Ｖはスイッチ部３０と整合トランス４０との間を接続するための銅製のブスバーである。
【００２２】
即ち、図２及び図３に示すように、電極板３２１Ａと電極板３２２Ａとの間にプラグ３１を挿入すると、両電極板が短絡され、その結果、高周波可変周波数電源１０とコンデンサ２０Ａとの間が電気接続される。また、電極板３２１Ａと電極板３２２Ａとの間に挿入されたプラグ３１を取り外し、電極板３２１Ｂと電極板３２２Ｂとの間にプラグ３１を挿入すると、高周波可変周波数電源１０とコンデンサ２０Ａとの間の電気接続が切り離され、高周波可変周波数電源１０とコンデンサ２０Ａとの間が電気接続される。同様に、電極板３２１Ｃと電極板３２２Ｃとの間にプラグ３１を挿入すると、高周波可変周波数電源１０とコンデンサ２０Ｂとの間が電気接続される。
【００２３】
なお、電極板３２１Ａ、３２２Ａ、３２１Ｂ、３２２Ｂ、３２１Ｃ、３２２Ｃには、図示されていないが水冷管により水冷されている。即ち、この水冷管により電極板３２１等の発熱が抑えられる結果、通常に比べて大きな高周波電流を流すことを可能にしている。
【００２４】
整合トランス４０の一次側には、図４に示すように１次巻線と２次巻線との実質的な巻線比を変化させるためのタップ切換機構４１が設けられている。
【００２５】
図５に示すように整合トランス４０の一次側端子面には、２つのプラグ本体４１１（短絡部材）により選択可能に短絡されるタップ♯０〜１０、端子バー♯０〜１０が取り付けられている。タップ♯０〜５に対向配置された端子バー♯０〜５については、ブスバー３２Ｖに接続されている一方、タップ♯６〜１０に対向配置された端子バー♯６〜１０については、ブスバー３２Ｕに接続されている。プラグ本体４１１にはプラグ取手４１２が取り付けられている。
【００２６】
即ち、プラグ本体４１１をタップ♯０〜１０と端子バー♯０〜１０との間の隙間に挿入すると、１次巻線と２次巻線との実質的な巻線比を変化し、出力電圧が変化するようになっている。よって、ワークＡ、Ｂ、Ｃの寸法が若干変更されたとしても、出力電圧を調整することことにより、誘導コイル５０Ａ、Ｂ、Ｃを用いて同ワークを誘導加熱することが可能になる。
【００２７】
なお、タップ♯０〜１０、端子バー♯０〜１０等には、図示されていないが水冷管により水冷されている。即ち、この水冷管によりタップ♯０〜１０、端子バー♯０〜１０等の発熱が抑えられる結果、通常に比べて大きな高周波電流を流すことを可能にしている。
【００２８】
このように構成された誘導加熱装置の使用方法について図１を参照して説明する。整合トランス４０の二次側に誘導コイル５０Ａを接続し、プラグ３１を電極板３２１Ａと電極板３２２Ａとの間に挿入した状態で、入力部９０を通じてワークＡを誘導加熱するための７０ＫＨｚの周波数を選択入力しスイッチオンにすると、高周波可変周波数電源１０が動作して、７０ＫＨｚの高周波電流がコンデンサ２０Ａ及び整合トランス４０を介して誘導コイル５０Ａに流れ、その結果、ワークＡの表面が誘導加熱される。
【００２９】
次に、誘導加熱すべきワークを７０ＫＨｚで加熱すべきワークＡから３０ＫＨｚで加熱すべきワークＢに変更するときには、整合トランス４０の二次側に接続された誘導コイル５０Ａを誘導コイル５０Ｂに交換する。そして、プラグ３１を電極板３２１Ｂと電極板３２２Ｂとの間に挿入する。この状態で、入力部９０を通じてワークＢを誘導加熱するための３０ＫＨｚの周波数を選択入力しスイッチオンにすると、高周波可変周波数電源１０が動作して、３０ＫＨｚの高周波電流がコンデンサ２０Ｂ及び整合トランス４０を介して誘導コイル５０Ｂに流れ、その結果、ワークＢの表面が誘導加熱されることになる。
【００３０】
誘導加熱すべきワークを３０ＫＨｚで加熱すべきワークＢから１０ＫＨｚで加熱すべきワークＣに変更するときには、整合トランス４０の二次側に接続された誘導コイル５０Ｂを誘導コイル５０Ｃに交換する。そして、プラグ３１を電極板３２１Ｃと電極板３２２Ｃとの間に挿入する。この状態で、入力部９０を通じてワークＣを誘導加熱するための１０ＫＨｚの周波数を選択入力しスイッチオンにすると、高周波可変周波数電源１０が動作して、１０ＫＨｚの高周波電流がコンデンサ２０Ｃ及び整合トランス４０を介して誘導コイル５０Ｃに流れ、その結果、ワークＣの表面が誘導加熱されることになる。
【００３１】
また、ワークＡ、Ｂ、Ｃと全く同一ではないが、寸法が若干異なるワークを誘導加熱する場合、タップ切換機構４１を利用して、整合トランス４０の一次側のタップを切り換えるようにする。すると、整合トランス４０の出力電圧が変化し、同ワークを誘導コイル５０Ａ、Ｂ、Ｃを用いて誘導加熱することが可能になる。
【００３２】
このように誘導コイル５０Ａ、Ｂ、Ｃに対して整合トランス４０が共用されていることから、従来例に比べて、整合回路ＩＭが小型軽量化し、低コスト化を図ることが可能になった。しかも、スイッチ部３０の構造上、周波数の切り換えもスムーズに行うことができる。それ故、誘導加熱装置の小型軽量化、低コスト化及び高性能化を図る上で大きな意義がある。
【００３３】
次に、誘導加熱装置の変形例を説明する。ここでは、プラグ３１に連結されており且つプラグ３１により電極板３２１Ａ、Ｂ、Ｃと電極板３２２Ａ、Ｂ、Ｃとの間を短絡／開放させる移動機構７０を備え、移動機構７０を制御部６０により制御させるようにする。
【００３４】
即ち、入力部９０を通じてワークＡを誘導加熱するための７０ＫＨｚの周波数が選択入力されると、制御部６０は移動機構７０を動作させ、フラグ３１を自動的に電極板３２１Ａと電極板３２２Ａとの間に挿入させる。入力部９０を通じてワークＢを誘導加熱するための３０ＫＨｚの周波数が選択入力されると、制御部６０は移動機構７０を動作させ、フラグ３１を自動的に電極板３２１Ｂと電極板３２２Ｂとの間に挿入させる。入力部８０を通じてワークＣを誘導加熱するための１０ＫＨｚの周波数が選択入力されると、制御部６０は移動機構７０を動作させ、プラグ３１を自動的に電極板３２１Ｃと電極板３２２Ｃとの間に挿入させる。
【００３５】
上記と全く同様にして、タップ切換機構４０のプラグ本体４１１に連結されており且つプラグ本体４１１によりタップ♯０〜１０と端子バー♯０〜１０との間を短絡／開放させる移動機構８０を備え、移動機構８０を制御部６０により制御させるようにしてもかまわない。
【００３６】
このような変形例による場合、高周波の周波数の切り換えや整合トランス４０のタップ切り換えが自動的に行われることから、装置の高性能化を図る上でメリットがある。
【００３７】
なお、本発明に係る誘導加熱装置用整合回路及び誘導加熱装置は上記実施形態に限定されず、高周波可変周波数電源や誘導コイルの種類について問われないことは勿論のこと、整合トランスに複数の誘導コイルの全てを接続するような形態であってもかまわない。
【００３８】
【発明の効果】
以上、本発明の請求項１に係る誘導加熱装置用整合回路による場合、複数の誘導コイルに対して整合トランスが共用されていることから、従来例による場合に比べて小型軽量化し、低コスト化を図ることが可能になる。また、整合トランスの一次側のタップを簡単に切り換えることができるので、出力電圧の変更が容易となり、この点でメリットがある。
【００３９】
本発明の請求項２に係る誘導加熱装置用整合回路による場合、スイッチ部の構造上、従来例による場合に比べて周波数の切り換えをスムーズに行うことができ、この点でメリットがある。
【００４０】
本発明の請求項３に係る誘導加熱装置による場合、上記した誘導加熱装置用整合回路が備えられた構成となっているので、上記と同様に装置の小型軽量化及び低コスト化等を図ることができる。
【００４１】
本発明の請求項４に係る誘導加熱装置による場合、周波数の切り換えを自動的に行うことが可能であることから、装置の高性能化を図る上でメリットがある。
【００４２】
本発明の請求項５に係る誘導加熱装置による場合、整合トランスの一次側のタップの切り換えを自動的に行うことが可能であることから、装置の高性能化を図る上でメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための図であって、誘導加熱装置用整合回路の周辺を示す誘導加熱装置の構成図である。
【図２】同回路のスイッチ部の回路構成図である。
【図３】同回路のスイッチ部の斜視図である。
【図４】同回路の整合トランスの回路図である。
【図５】同回路の整合トランスの一次側に設けられたタップ切換機構の斜視図である。
【図６】誘導加熱装置用整合回路の基本回路図である。
【図７】従来の誘導加熱装置用整合回路を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１０  高周波可変周波数電源
５０Ａ、Ｂ、Ｃ    誘導コイル
Ａ、Ｂ、Ｃ  ワーク
ＩＭ  整合回路
２０Ａ、Ｂ、Ｃ  コンデンサ
３０  スイッチ部
４０  整合トランス
【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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