(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、
前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する順変換手段と、
前記順変換手段にて変換された直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換ユニットを有する逆変換手段と、
前記順変換手段にて変換された各系統の直流電力に対応する対応直流電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段にて検出された各系統の対応直流電流と、前記各系統の対応直流電流の平均値とに基づいて、前記各系統のうち、少なくとも１つの系統の対応直流電流のアンバランスを検出し、アンバランスが検出された場合に、前記順変換手段及び前記逆変換手段の運転を停止するための停止信号を出力するアンバランス検出手段と
を具備することを特徴とする直流電流アンバランス検出装置。
【請求項２】
前記アンバランス検出手段は、
前記電流検出手段によって検出された各系統の対応直流電流を入力として、前記各系統の対応直流電流の平均値を算出し、この算出された各系統の対応直流電流の平均値から所定の範囲の対応直流電流の上限値及び下限値を算出する演算回路と、
各系統毎に設けられ、前記対応電流検出手段によって検出された対応する系統の対応直流電流が、前記演算回路によって算出された対応直流電流の上限値以上であることを検出し、或いは前記演算手段によって算出された対応直流電流の下限値以下であることを検出し、検出された場合に、前記順変換手段及び前記逆変換手段の運転を停止するための停止信号を出力する複数の比較手段と
を具備することを特徴とする請求項１記載の直流電流アンバランス検出装置。
【請求項３】
前記各系統の対応直流電流の平均値は、前記電流検出手段によって検出された各系統の対応直流電流に対して常時算出されていることを特徴とする請求項１記載の直流電流アンバランス検出装置。
【請求項４】
請求項１記載の直流電流アンバランス検出装置と、
前記逆変換手段によって変換された交流電力を使用して被加熱物の誘導加熱を行なう誘導加熱手段と
を具備する誘導加熱装置。
【請求項５】
交流電源と、
前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する順変換手段と、
前記順変換手段にて変換された直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換ユニットを有する逆変換手段と、
前記順変換手段にて変換された各系統の直流電力に対応する対応直流電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段に接続されたアンバランス検出手段とを具備する直流電流アンバランス検出装置における直流電流アンバランス検出方法において、
前記アンバランス検出手段は、
前記電流検出手段にて検出された各系統の対応直流電流と、前記各系統の対応直流電流の平均値とに基づいて、前記各系統のうち、少なくとも１つの系統の対応直流電流のアンバランスを検出し、
アンバランスが検出された場合に、前記順変換手段及び前記逆変換手段の運転を停止するための停止信号を出力することを特徴とする直流電流アンバランス検出方法。
【請求項６】
前記アンバランスの検出は、
前記電流検出手段によって検出された各系統の対応直流電流を入力として、前記各系統の対応直流電流の平均値を算出し、この算出された各系統の対応直流電流の平均値から所定の範囲の直流電流の上限値及び下限値を算出し、
前記電流検出手段によって検出された対応する系統の対応直流電流が、前記算出された対応直流電流の上限値以上であることを検出し、或いは前記算出された対応直流電流の下限値以下であることを検出することを特徴とする請求項５記載の直流電流アンバランス検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流アンバランス検出装置に関し、特に、誘導加熱装置において使用される直流電流アンバランス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
順変換回路（コンバータ)及び逆変換回路（インバータ）を使用して加熱対象物に電力を与える装置においては、電流（或いは電圧）にアンバランスが生ずると、これら回路における素子が破壊され、多大な損失を被ることから、種々の技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１によれば、逆変換回路の交流出力電流の差の値が所定の値を超えた場合に、電流アンバランスを検出してシステムを停止することや、さらに、ローパスフィルタ回路を使用して、高周波成分をカットすることにより、過渡的に生ずるアンバランスに起因する不必要なシステムの停止を防止することについて開示している。
【特許文献１】特開平６−１３３５５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のように、何らかの原因で逆変換回路の素子のゲート信号欠落などが起こることにより、逆変換回路に異常な電流が発生し、電流集中などにより、多数の素子が破壊され、多大な損失を被ることがある。
【０００５】
また、誘導加熱装置の場合、逆変換回路の出力側には、電流バランス回路が設けられており、出力電流のアンバランスが補正できるようになっていることが多い。このような場合には、逆変換回路の出力側の電流を用いて、電流アンバランスを検出することが難しい。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、逆変換回路の素子が多数破壊されるのを防ぐことができ、逆変換回路の出力側に電流バランス回路などが設けられている場合であっても電流アンバランスを検出することができる直流電流アンバランス検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の発明によれば、交流電源と、前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する順変換手段と、前記順変換手段にて変換された直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換ユニットを有する逆変換手段と、前記順変換手段にて変換された各系統の直流電力に対応する対応直流電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段にて検出された各系統の対応直流電流と、前記各系統の対応直流電流の平均値とに基づいて、前記各系統のうち、少なくとも１つの系統の対応直流電流のアンバランスを検出し、アンバランスが検出された場合に、前記順変換手段及び前記逆変換手段の運転を停止するための停止信号を出力するアンバランス検出手段とを具備することを特徴とする直流電流アンバランス検出装置、である。
【０００８】
本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記アンバランス検出手段は、前記電流検出手段によって検出された各系統の直流電流を入力として、前記各系統の対応直流電流の平均値を算出し、この算出された各系統の対応直流電流の平均値から所定の範囲の対応直流電流の上限値及び下限値を算出する演算回路と、各系統毎に設けられ、前記電流検出手段によって検出された対応する系統の対応直流電流が、前記演算回路によって算出された対応直流電流の上限値以上であることを検出し、或いは前記演算手段によって算出された対応直流電流の下限値以下であることを検出し、検出された場合に、前記順変換手段及び前記逆変換手段の運転を停止するための停止信号を出力する複数の比較手段とを具備することを特徴とする直流電流アンバランス検出装置、である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、逆変換回路の素子が多数破壊されるのを防ぐことができ、逆変換回路の出力側に電流バランス回路などが設けられている場合であっても電流アンバランスを検出することができる直流電流アンバランス検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る直流電流アンバランス検出装置について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る直流電流アンバランス検出装置を有する誘導型加熱装置の構成を示す図である。
【００１２】
交流電源１は、順変換回路（コンバータ）２に接続されている。順変換回路２は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して、４系統の直流電力として出力する。なお、本実施の形態においては、４つの系統数を例にとるが、これに限られるものではなく複数の系統であれば良い。
【００１３】
順変換回路２は、順変換回路制御部１１によって制御される。順変換回路制御部１１は、順変換回路２の交流−直流変換処理を制御するとともに、後述する電流アンバランス検出回路９からの停止信号を受信した際に、順変換回路２の交流−直流変換処理を停止させる。
【００１４】
順変換回路２から出力される４系統の出力は逆変換回路４の系統毎に設けられた複数の逆変換ユニット（インバータ）４ａ〜４ｄにそれぞれ接続されている。逆変換ユニット４ａ〜４ｄは、直流電力を同一周波数の交流電力に変換する。各逆変換ユニット４ａ〜４ｄにおいて変換された交流電力は合成されて整合回路５に出力される。
【００１５】
逆変換ユニット４ａ〜４ｄは、逆変換回路制御部１２によって制御される。逆変換回路制御部１２は、逆変換ユニット４ａ〜４ｄの直流−交流変換処理を制御するとともに、交流変換処理における周波数制御をも行なう。
【００１６】
また、逆変換回路制御部１２は、順変換回路制御部１１と同様に、電流アンバランス検出回路９からの停止信号を受信した際に、逆変換回路４の逆変換ユニット４ａ〜４ｄの直流−交流変換処理を停止させる。
【００１７】
整合回路５は、逆変換回路４からの交流電力（高周波電力）を整合回路５の出力側に対してインピーダンス整合をとり、整合回路５の整合コンデンサ（図示せず）と、変成器６のコイル（図示せず）や加熱コイル７との間で共振を行なわせる。
【００１８】
変成器６は、整合回路５からの出力電圧を下げ、電流を増大させて加熱コイル７に供給する。これにより、被加熱物８が誘導加熱されることになる。
【００１９】
一方、順変換回路２の各系統の出力には、順変換回路２によって変換された直流電力に対応する電流を検出する電流検出器３ａ〜３ｄが設けられている。各電流検出器３ａ〜３ｄの電流値を示す出力Ｉdc1〜Ｉdc4は、電流アンバランス検出回路９に入力される。電流アンバランス検出回路９は、入力された電流値Ｉdc1〜Ｉdc4に基づいて、各電流値Ｉdc1〜Ｉdc4の電流アンバランスを検出する。電流アンバランス検出回路９は、電流アンバランスを検出すると、停止信号を順変換回路制御部１１及び逆変換回路制御部１２に出力して、順変換回路２及び逆変換回路４の動作を停止させる。
【００２０】
図２は、電流アンバランス検出回路を示す図である。
【００２１】
同図に示すように、電流アンバランス検出回路９は平均値演算部２１、上限決定部２２、下限決定部２３及び比較部２４−１〜２４−４を具備している。
【００２２】
平均値演算部２１には、電流検出器３ａ〜３ｄにて検出された電流値Ｉdc1〜Ｉdc4が入力され、これら電流値Ｉdc1〜Ｉdc4の平均電流値Ｉavgを算出する。具体的には、下記式に基づいて平均電流値Ｉavgを算出する。
【００２３】
Ｉavg＝（Ｉdc1＋Ｉdc2＋Ｉdc3＋Ｉdc4）／４  （式１）
その後、平均値演算部２１にて演算された平均電流値Ｉavgは上限決定部２２及び下限決定部２３に入力される。
【００２４】
上限決定部２３は、平均電流値Ｉavgに対して予め定められた割合を上限値として決定する。本実施の形態においては、下記式（２）により上限値Ｉupperが決定される。
【００２５】
Ｉupper＝Ｉavg×１．２  式（２）
なお、本実施の形態においては、平均電流値Ｉavgの１２０％を上限電流値としたが、この値に限られるものではなく、目的に応じて設定することができることはいうまでもない。
【００２６】
下限決定部２３は、平均電流値Ｉavgに対して予め定められた割合を下限値として決定する。本実施の形態においては、下記式（３）により下限値Ｉlowが決定される。
【００２７】
Ｉlow＝Ｉavg×０．８  式（３）
なお、本実施の形態においては、平均電流値Ｉavgの８０％を下限電流値としたが、この値に限られるものではなく、目的に応じて設定することができることはいうまでもない。
【００２８】
比較部２４−１〜２４−４には、電流検出器３ａ〜３ｄにて検出された対応する電流値Ｉdc1〜Ｉdc4がそれぞれ入力されるとともに、上限決定部２２において決定された上限電流値Iupper及び下限決定部２３において決定された下限電流値Ｉlowが入力される。
【００２９】
そして、入力された対応する電流値Ｉdc1〜Ｉdc4が上限電流値Iupperを超えたこと或いは下限電流値Ｉlowを下回ったことを検出する。上限電流値Iupperを超えたこと或いは下限電流値Ｉlowを下回ったことが検出された場合には、電流アンバランスが生じているものとして停止信号１０を順変換回路制御部１１及び逆変換回路制御部１２に出力する。なお、本実施の形態においては、上限電流値Iupperを超えたこと或いは下限電流値Ｉlowを下回ったことを検出する場合について説明したが、上限電流値Iupper以上であること或いは下限電流値Ｉlow以下であることを検出しても良いことはいうまでもない。
【００３０】
図３は、電流アンバランスが発生していない場合の直流電流波形を示す図であり、図４は、電流アンバランスが発生している場合の直流電流波形を示す図である。
【００３１】
なお、本実施の形態においては、電流アンバランス検出回路９における平均値演算部２１、上限決定部２２、下限決定部２３及び比較部２４−１〜２４−４は、アナログ回路で構成されていることを前提とするが、これに限られるものではないことはいうまでもない。
【００３２】
本実施の形態における平均値演算部２１、上限決定部２２、下限決定部２３及び比較部２４−１〜２４−４は、アナログ回路で構成されていることを前提とするため、入力される電流値Ｉdc1〜Ｉdc4に対して、常にリアルタイムで平均値演算部２１により平均値演算が行なわれ、この平均値演算部２１によって算出された平均電流値Ｉavgに対して上限値Ｉupper及び下限値Ｉlowが決定される。そして、この決定された上限値Ｉupper、下限値Ｉlow及び入力される電流値Ｉdc1〜Ｉdc4に対して、常に比較部２４−１〜２４−４により電流アンバランスを検出するための比較処理が行なわれることになる。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態に係る誘導型加熱装置における電流アンバランス検出回路の動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００３４】
電流アンバランス検出回路９の平均値演算部２１は、各電流検出器３ａ〜３ｄによって検出された電流値Ｉdc1〜Ｉdc4が入力されると、これら電流値Ｉdc1〜Ｉdc4の平均電流値Ｉavgを算出する（Ｓ１）。
【００３５】
平均値演算部２１によって算出された平均電流値Ｉavgは、上限決定部２２及び下限決定部２３に入力され、これら上限決定部２２及び下限決定部２３により上限値Ｉupper及び下限値Ｉlowが決定される（Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ）。
【００３６】
本実施の形態においては、上限決定部２２及び下限決定部２３は、平均値演算部２１に対して並列に接続されているため、これら上限値Ｉupper及び下限値Ｉlowは並行して算出されるが、マイクロプロセッサ、シーケンサなどを使用する場合には、順次これら値を算出しても良いことはいうまでもない。
【００３７】
次に、各比較部２４−１〜２４−４において、入力された対応する電流値Ｉdc1〜Ｉdc4が上限値Ｉupperを超えたか、或いは下限値Ｉlowを下回ったか否かの判断が行なわれる（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄ）。
【００３８】
本実施の形態においては、各比較部２４−１〜２４−４において、入力された対応する電流値Ｉdc1〜Ｉdc4が上限値Ｉupperを超えたか、或いは下限値Ｉlowを下回った否かの判断は並行に行なわれることを前提とするが、マイクロプロセッサ、シーケンサなどを使用する場合には、順次これら値を算出しても良いことはいうまでもない。
【００３９】
また、本実施の形態においては、各比較部２４−１〜２４−４は系統毎に並列に接続され、各比較部２４−１〜２４−４は並行して比較処理を行なうことを前提とするが、マイクロプロセッサ、シーケンサなどを使用する場合には、順次比較処理を算出してもよいことはいうまもでない。
【００４０】
Ｓ３ａ〜３ｄにおいて、比較部２４−１〜２４−４のいずれかの比較部において、入力された対応する電流値Ｉdc1〜Ｉdc4が上限値Ｉupperを超えた、或いは下限値Ｉlowを下回ったと判断された場合には、電流アンバランスが発生していると判断され、電流アンバランスが発生していると判断された比較部２４−１〜２４−４から停止信号を出力する（Ｓ４ａ〜Ｓ４ｄ）。
【００４１】
一方、入力された対応する電流値Ｉdc1〜Ｉdc4が上限値と下限値との中に入っているときは比較部からは、停止信号は出力されない（Ｓ５ａ〜Ｓ５ｄ）。
【００４２】
したがって、本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置によれば、電流検出器によって検出された各系統の直電流値に対応する電流値の平均値の演算を行ない、この算出された平均電流値Ｉavgを基準に上限値及び下限値をリアルタイムに常に設定し、電流アンバランスを検出することができるので、過渡的な期間に電流アンバランスが生じた場合であっても検出することができる。
【００４３】
また、順変換回路から出力される直流電流を使用して電流アンバランスを検出することができることから、バランス回路が逆変換回路の出力側に取り付けられている場合であっても、正確に電流アンバランスを検出することができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係る直流電流アンバランス検出装置を有する誘導型加熱装置の構成を示す図である。
【図２】電流アンバランス検出回路を示す図である。
【図３】電流アンバランスが発生していない場合の直流電流波形を示す図である。
【図４】電流アンバランスが発生している場合の直流電流波形を示す図である。
【図５】電流アンバランス検出回路の動作について説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１…交流電源、２…順変換回路、３ａ〜３ｄ…電流検出器、４…逆変換回路、４ａ〜４ｄ…逆変換ユニット、５…整合回路、６…変成器、７…加熱コイル、８…被加熱物、９…電流アンバランス検出回路、１１…順変換回路制御部、１２…逆変換回路制御部、２１…平均値演算部、２２…上限決定部、２３…下限決定部、２４−１〜２４−４…比較部。
【図１】
0004975582.tif 000002
【図２】
0004975582.tif 000003
【図３】
0004975582.tif 000004
【図４】
0004975582.tif 000005
【図５】
0004975582.tif 000006