CN100521484C - 电力供给装置以及感应加热装置 - Google Patents

Abstract

转换器(311)将交流电压值(e)变换为对应于设定输入的直流电压值的直流电。逆变器(312)通过频率电力控制电路部分(330)的控制以对应于设定输入的频率比率(占空比)将前述直流电变换为交替地输出低频和高频的两频率交流电。匹配变压器(321)具有满足使谐振阻抗与振荡电路部分(310)的输出阻抗相对应的条件的抽头(321C)，并且该双频率交流电力被提供给该匹配变压器(321)，使低频串联谐振电路(325)或者高频串联谐振电路(326)中发生串联谐振，从而利用感应加热线圈(200)对被加热物体(201)进行感应加热。通过一个振荡电路部分(310)采用一个感应加热线圈(200)以两个频率进行谐振对被加热物体(201)进行高效率的感应加热。

Description

电力供给装置以及感应加热装置

技术领域

本发明涉及提供不同频率电力的电力供给装置以及感应加热装置。

背景技术

以前已经知道这样的电力供给装置，在控制感应电动机或感应加热装置等中的一个感应负载的输出时，该装置能够变更向负载提供的交流电的频率(例如专利文献1)。

在该专利文献1记载的装置中，提供高频的第一变换器和提供中频的第2变换器与一个感应线圈并联连接。也就是说，提供高频的第一变换器作为串联谐振电路，通过对感应线圈的无效电力进行串联补偿的电容(condenser)来减小来自提供中频的第二变换器的中频反馈。另外，在将电容器并联连接到第二变换器并补偿感应线圈的无效电力的同时，第二变换器与第一变换器和第二变换器的公共接头之间串联连接了抑制高频反馈的电抗器(reactor)以及补偿该电抗器的无效电力的附加补偿电容器的串联电路。

专利文献1：特许第3150968号公报(第2页右栏-第3页右栏，图3)

但是，在上述专利文献1的记载中，必须有向提供高频的第一变换器与提供中频的第二变换器供给的两个不同频率的电源，也就是变换器，因此希望简化结构。另外，由于同时工作的提供不同频率的变换器之间的相互干扰等问题，装置设计很困难。也就是说，高频侧的变换器的频率同步电路受到低频交流波动影响，易于发生频散，也就是同步不稳定。为了减轻该相互干扰的影响，有必要在如上所述的各个匹配电路中添加滤波器电路，此外还要求设定为两个频率尽量是分离的。这样就产生如下问题：电路结构变得复杂，装置大型化，不能提高制造性和减小装置成本，同时对频率的设定还有很多限制，并且缺乏通用性。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于以简单的结构提供一种能够供给不同频率的交流电的电力供给装置和感应加热装置。

本发明涉及向感应负载提供不同频率电力并使之起作用的电力供给装置，其特征在于，具有：输出不同频率的交流电的振荡电路部分；对应于前述不同频率并与前述感应负载一起构成多个谐振电路的匹配电路部分；控制电路部分，将从前述振荡电路部分供给到前述匹配电路部分中任意一个谐振电路的交流电的频率控制为以规定的谐振频率进行供给的状态，所述匹配电路部分包括将多个负载谐振阻抗变换为大致相同的振荡器输出阻抗的变压器，该变压器的初级线圈与所述振荡电路部分连接，在次级线圈侧，在与所述振荡电路部分输出的不同频率对应的输出频率下，与所述感应负载一起分别构成多个串联谐振电路。

在本发明中，通过控制电路部分，对应于振荡电路部分输出的交流电的不同频率，在由多个感应负载构成的匹配电路部分的谐振电路产生谐振的规定谐振频率的状态下，进行使不同频率的交流电从振荡电路输出的控制。因此，可以在一个振荡电路部分中通过不同的两个频率使一个感应负载起作用，从而简化了结构。另外，没有必要对应于不同的频率而设置多个振荡电路部分，不会产生振荡电路部分之间的相互干扰，装置设计较容易，结构得以简化，从而容易地实现了提高制造性和降低成本。

在本发明中，在匹配电路部分中设置了将多个谐振电路的负载谐振阻抗变换为大致相同的振荡器输出阻抗的变压器。这样，就能容易地通过不同的频率给感应负载提供最大电力，从而能容易地使感应负载高效率地起作用。

在本发明的电力供给装置中，优选前述变压器包括连接到前述振荡电路部分并被提供交流电的初级线圈以及具有抽头的次级线圈，其中，该抽头使多个不同负载谐振阻抗变换为大致相同的振荡器输出阻抗。

在本发明中，作为变压器，其结构为：初级线圈连接到振荡电路部分并被提供交流电，次级线圈中设置了使负载谐振阻抗变换为大致相同的振荡器输出阻抗的抽头。因此，很容易就能得到这种结构，即：以不同的频率给感应负载提供最大电力，从而使之高效地起作用。

在本发明的电力供给装置中，较理想的是，按照使负载谐振阻抗变换为振荡器输出阻抗的各谐振电路设置了多个所述变压器。

在本发明中，按照各匹配电路部分的负载谐振阻抗设置了多个大致相同的振荡器输出阻抗的变压器。这样，谐振频率以外的频率电流不会流过，因此分别简化了变压器的结构，从而较容易实现成本的降低。

在本发明的电力供给装置中，较理想的是，前述控制电路部分包括频率电力比率控制电路部分，该频率电力比率控制电路部分对应于使前述感应负载起作用的状态来切换前述振荡电路部分输出的交流电的频率。

在本发明中，通过控制电路部分的频率电力比率控制电路部分，对应于使感应负载起作用的状态控制切换从前述振荡电路部分输出的交流电的频率。这样，可以容易地根据负载对象获得频率的同步，并可以高效率地实现以不同频率进行的谐振，从而可以让感应负载高效地起作用。

优选地，在本发明的电力供给装置中，前述频率电力比率控制电路部分基于与通过输入装置的输入操作设定的使前述感应负载起作用的状态相关的设定输入信号，设定从前述振荡电路部分输出的交流电的频率。

在本发明中，一旦通过输入装置的输入操作设定了使前述感应负载起作用的状态，频率电力比率控制电路就基于与该状态相关的设定输入信号，设定从振荡电路部分输出的交流电的频率。因此，可以根据负载对象适当地设定所输出的交流电的频率，从而提高通用性。

优选地，在本发明的电力供给装置中，前述控制电路部分包括：低频同步电路部分，控制振荡电路部分的发送频率到这样的状态：所述振荡电路部分输出的低频输出频率根据阻抗的频率特性成为规定的串联谐振频率；

高频同步电路部分，控制振荡电路部分的发送频率到这样的状态：所述振荡电路部分输出的高频输出频率根据阻抗的频率特性成为规定的串联谐振频率；以及

切换低频和高频的前述频率电力比率控制电路。

在本发明中，通过频率电力比率控制电路部分适当地切换低频和高频，通过低频同步电路部分和高频同步电路部分将振荡电路部分的发送频率控制为这样的状态，该状态为：从振荡电路部分输出的输出频率根据阻抗的频率特性变为规定的串联谐振频率。因此，能够以简单的结构通过频率电力比率控制电路部分容易地切换不同的频率，通过低频同步电路部分和高频同步电路部分能够很容易地使不同的频率同步。

优选地，在本发明的电力供给装置中，前述控制电路部分包括：以周期单位切换控制前述振荡电路部分输出的交流电的频率的频率电力比率控制电路部分。

在本发明中，通过频率电力比率控制电路部分以周期单位切换控制从振荡电路部分输出的交流电的频率。这样，由于在一个周期内对频率进行切换控制并且周期性地重复，从而使感应负载适当地起作用，所以通过高速的切换控制可获得良好的感应负载的作用。

优选地，在本发明的电力供给装置中，前述频率电力比率控制电路部分能够基于与通过输入装置的输入操作来设定的使前述感应负载起作用的状态相关的设定输入信号，变更所切换的各频率的时间分配。在本发明中，一旦通过输入装置的输入操作设定了使前述感应负载起作用的状态，就基于与该状态相关的设定输入信号由频率电力比率控制电路部分变更所切换的各频率的时间分配。因此，可以变更与感应负载的频率相对应的作用状态，从而提高了通用性。

优选地，在本发明的电力供给装置中，前述控制电路部分基于前述振荡电路中流动的频率电流来控制从前述振荡电路部分输出的交流电的频率。

在本发明中，通过控制电路部分，基于谐振电路中分别流动的频率电流，控制从振荡电路部分输出的交流电的频率。因此，能够以不同的频率容易地获得高效率的串联谐振。

优选地，在本发明的电力供给装置中，前述控制电路部分包括：对应于前述振荡电路部分供给的交流电的各频率而设置的同步控制电路部分；存储装置，当转移到相对于规定的频率没有交流电从前述振荡电路部分供给的休止期间时，存储与前述规定频率相关的周期信息，当转移到相对于前述规定频率供给交流电的工作期间时，基于前述存储装置存储的作为同步信息的周期信息，通过前述同步控制电路部分进行同步控制。

在本发明中，当转移到相对于规定的频率没有交流电从前述振荡电路部分供给的休止期间时，在存储装置中存储与规定频率相关的同步信息，当转移到相对于规定频率供给交流电的工作期间时，基于存储装置中存储的同步信息，通过同步控制电路部分进行同步控制。因此，可以容易地实现对不同频率的高速切换控制，从而较容易地获得对应于感应负载的不同频率的良好的作用。

优选地，在本发明的电力供给装置中，前述控制电路部分包括变更从前述振荡电路部分输出的交流电输出的输出控制电路部分。

在本发明中，通过控制电路部分的输出控制电路部分适当变更从振荡电路部分输出的交流电输出。这样，就能够设定例如使用感应加热线圈作为感应负载，并以不同的频率对被加热物体进行感应加热时的对应于被加热物体的形状等的加热条件，变更感应负载的作用状态，从而提高了通用性。

优选地，在本发明的电力供给装置中，前述振荡电路部分包括将交流电变换为规定的直流电的整流电路部分和将通过该整流电路部分变换的直流电变换为规定的交流电的逆变电路部分，所述输出控制电路部分对从整流电路部分输出的直流电的输出值进行反馈控制。

在本发明中，输出控制电路部分对从振荡器电路部分的整流电路部分输出的直流电输出进行反馈控制，从而对振荡电路部分输出的交流电输出进行变更控制，其中，该振荡器电路部分的整流电路部分将交流电变换为在逆变电路部分中变换为交流电的直流电。这样，可以以简单的结构较容易地变更交流电输出。

优选地，在本发明的电力供给装置中，前述振荡电路部分包括将直流电变换为电压方波交流电的逆变电路部分。在本发明中，作为振荡电路部分的逆变电路部分，采用将直流电为变换为电压方波的交流电的电压波形。这样，可以容易地实现高速地切换输出不同频率的交流电，从而可以实现高效的感应负载的作用。

本发明的感应加热装置的特征在于，包括本发明的上述电力供给装置、通过该电力供给装置供给的不同频率的电力对被加热物体进行感应加热的感应加热线圈。

在本发明中，通过本发明的上述电力供给装置供给的不同频率的电力，由感应加热线圈对被加热物体进行感应加热。这样，简化了用于感应加热的结构，从而容易地实现了提高制造性和降低成本。

根据本发明，由于以多个谐振电路发生谐振的规定的谐振频率的状态从振荡电路部输出不同频率的交流电，所以能够在一个振荡电路部分中通过不同的两个频率对一个感应负载起作用，从而简化了结构，并且不会产生振荡电路部分之间的相互干扰，装置设计较为容易，简化了结构，因而可以容易地实现提高制造性和降低成本。

附图说明

图1是示出关于本发明第一实施例的感应加热装置的概要结构的电路图。

图2是示出前述第一实施例的匹配电路部分中的阻抗的频率特性的图。

图3是示出关于本发明第二实施例的感应加热装置的概要结构的电路图。

图4是示出关于本发明第三实施例的感应加热装置的概要结构的电路图。

图5是示出关于本发明另一其它实施例的感应加热装置的概要结构的电路图。

图6是示出关于本发明再另一实施例的感应加热装置的概要结构的电路图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施例。例如，在本实施例中，作为被加热物体，除了表面具有多个凹凸的复杂形状的齿轮或螺钉、螺栓、螺母等之外，还举例说明了对复合材料的部件等进行加热处理的感应加热装置，但是本发明不限于此，还可以以任何一种被加热物体为对象。另外，除了感应加热以外，还适用于给任何一种负载提供电力的结构。此外，虽然说明了以低频与高频的不同的两个频率提供电力的结构，但是不限于此，还能够以多个频率提供电力。

【第一实施例】

图1是示出关于本发明第一实施例的感应加热装置的概要结构的电路图。

图2是示出匹配电路部分中阻抗的频率特性的图。

(感应加热装置的结构)

在图1中，100是感应加热装置，这个感应加热装置100具有对被加热物体201进行感应加热的感应加热线圈200、以及向该感应加热线圈200提供不同频率电力并使之进行感应加热的电力供给装置300。

感应加热线圈200连接到电力供给装置300。这样，感应加热线圈200使用例如从几十到几百nH的等效电感L0，并且被提供来自电力供给装置300的不同频率的交流电，从而对被加热物体201进行感应加热。另外，电力供给装置300包括：振荡电路部分310、匹配电路部分320和控制电路部分330。

振荡电路部分310通过电压波形以规定的占空比高速地切换输出来自商用交流电源e的规定的不同频率，即高频和低频的电力。该振荡电路部分310包括：作为整流电路部分的转换器311、作为电压类型逆变电路部分的逆变器312和平滑电容器Cf。转换器311通过使用例如各种桥式整流电路的整流电路，连接到商用交流电源e并将商用交流电源e变换为直流电。该变换后的直流电通过平滑电容器Cf适当进行平滑并输出到逆变器312。逆变器312将从转换器311输出的直流电变换为一定频率(例如10kHz以上300kHz以下)的电压方波的单相交流电。具体而言，逆变器312具有图中没有示出的作为开关元件的晶体管等，通过开关元件的开关控制输出交流电。

匹配电路部分320具有与低频和高频对应的两个不同的串联谐振频率，根据从振荡电路部分310输出的高频或者低频电力，通过感应加热线圈200进行串联谐振，对被加热物体201进行感应加热。该匹配电路部分320包括匹配变压器321、电抗器L、第一电容器C1、第二电容器C2和电流变压器322。

感应加热线圈200连接到电流变压器322的次级线圈322B。这样，假设该次级线圈322B的匝数比为N，感应加热线圈200的等效电感为L0，感应加热线圈200被连接到次级线圈侧的电流变压器322的初级线圈侧产生N²L0的负载线圈等效电感。另外，第一电容器C1使用几十μF的电容，其阻抗比例如几μF的第二电容器C2大得多，例如被设定为大10～20倍。此外，电抗器L例如使用μH的电感，电感比负载线圈等效电感N²L0大，例如设定为大4～5倍左右。

匹配变压器321使作为负载谐振阻抗的高频和低频两个谐振频率负载的阻抗与作为振荡器输出阻抗的振荡电路部分310输出的交流电输出阻抗相匹配(一致)。该匹配变压器321的初级线圈321A连接到振荡电路部分310，输入变换后的交流电。另外，匹配变压器321在次级线圈321B中具有抽头321C，该抽头321C被设置在与高频和低频两个谐振频率对应的次级线圈321B的位置。也就是说，在匹配变压器321中具有：分别连接了次级线圈321B的未图示的引出线的一对输出端子S1、S2之间的输出等效阻抗、以及抽头321C和输出端子S1之间的输出等效阻抗。

在连接该匹配变压器321中的次级线圈321B两端未图示的引出线的一对输出端子S1、S2之间连接了第二电容器C2和电流变压器322的初级线圈322A的串联电路。也就是说，在匹配变压器321的输出等效阻抗比较大的次级线圈321B的两端之间连接了阻抗比较小的第二电容器C2。另外，在该匹配变压器321的抽头321C与第一电容器C1和电流变压器322的初级线圈322A的连接点之间连接了电抗器L和第一电容器C1的串联电路。也就是说，在匹配变压器321的输出等效阻抗比较小的次级线圈321B的一个输出端子S1和抽头321C之间连接了阻抗比较大的第一电容器C1和电抗器L的串联电路。

这样，匹配电路部分320由下列电路构成：由电抗器L、第一电容器C1和负载线圈等效阻抗N²L0构成的在低频下进行串列谐振的低频串联谐振电路325、以及由第二电容器C2和负载线圈等效阻抗N²L0构成的在高频下进行串列谐振的高频串联谐振电路326。也就是说，低频串联谐振电路325因为负载谐振阻抗较低，所以连接在具有大阻抗变换比的次级线圈321B的一个输出端子S1和抽头321C之间。另外，高频串联谐振电路326因为负载谐振阻抗较高，故连接到具有小阻抗变换比的次级线圈321B两端之间的输出端子S1、S2之间。

这样，根据低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326，匹配电路部分320具有对应低频和高频两个不同谐振频率的不同的谐振阻抗。这些谐振阻抗被构成为与匹配变压器321的输出等效阻抗一致。也就是说，呈现如下状态，谐振阻抗小的低频串联谐振电路325连接到匹配变压器321的输出等效阻抗变小的抽头321C和输出端子S1之间，谐振阻抗大的高频串联谐振电路326连接到输出等效阻抗变大的输出端子S1、S2之间。

并且，当所供给的电力输出阻抗与负载阻抗一致时，为了能够给负载提供最大的电力，基于图2中示出的匹配电路部分320中阻抗的频率特性，匹配电路部分320使输出阻抗与低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326的谐振阻抗在匹配变压器321中相匹配，从而有效地提供最大电力。此外，在匹配电路部分320中，低频串联谐振电路325和低频串联谐振电路326的谐振点中的电路阻抗成为交流电的纯阻抗，与频率的平方根成正比，所以，高频串联谐振电路326的谐振阻抗与低频串联谐振电路325的谐振阻抗相比，与{(高频频率)/(低频频率)}的平方根成比例地增大。

控制电路部分330在匹配电路部分320中取得使发生串联谐振的低频和高频的同步，控制振荡电路部分310并以规定的时间分配比率高速地切换输出低频和高频。该控制部分330连接到没有图示的输入装置。该输入装置对应于输入操作输出规定的信号，该输入操作与操作者对加热电力的设定以及对电力比率的设定等各种设定相对应。并且，控制电路330基于来自输入装置的设定输入信号来控制振荡电路部分310，并且控制加热电力和电力比率。该控制电路部分330包括整流控制电路部分331、作为频率电力比率控制电路的频率电力比率控制电路部分332、低频同步电路部分333和高频同步电路部分334。

整流控制电路部分331连接到振荡电路部分310的转换器311。该整流控制电路部分331识别转换器311输出的直流电的输出值，基于输入装置输出的与加热电力有关的设定输入信号，控制转换器311使其处于得到固定输出值的状态。具体而言，在检测转换器311输出侧的电压值的同时，通过设置在转换器311输出侧的直流电流传感器等电流检测装置331A检测电流值，基于来自输入装置的设定输入信号通过在闸流晶体管(thyristor)等中进行直流电压和电流反馈控制等来控制所输出的直流电力的输出值。

频率电力比率控制电路部分332连接到振荡电路部分310的逆变器312。该频率电力比率控制电路部分332基于对应于输入装置的输入操作的与电力比率相关的设定信号，以规定的电力比率，即占空比进行高速地，例如以1ms对逆变器312输出的低频或高频交流电进行切换控制。具体而言，基于来自输入装置的设定输入信号，在低频和高频的一个周期中，例如在100ms内，设定输出各交流电的期间，并且控制低频和高频的切换和电力比率。

另外，频率电力比率控制电路部分332向整流控制电路部分331输出与切换低频和高频的定时相关的信号，例如与占空比相关的信号。整流控制电路部分331在取得与该定时相关的信号之后，进行控制使从转换器311输出的直流电的输出值在低频和高频的定时分别成为规定的输出值。

低频同步电路部分333在连接到匹配电路部分320的同时还连接到频率电力比率控制电路部分332。并且，低频同步电路部分333通过例如低频电流传感器等低频电流检测装置333A检测匹配电路部分320的低频串联谐振电路325的频率电流，并将规定的控制信号输出到频率电力比率控制电路部分332。该控制信号是这样一种信号，用于控制逆变器312的振荡频率以便使频率电力比率控制电路部分332中振荡电路部分310输出的低频输出频率变成图2中阻抗的频率特性图中表示为F1的串联谐振频率。另外，低频同步电路部分333不能检测频率电流，在变换到停止控制信号输出的的休止期间时，在分离存储器等存储装置中存储作为与检测的频率电流相关的同步信息的频率信息，当再次检测频率电流并转换到输出控制信号的工作期间时，读出存储在存储装置中的频率信息，进行输出用于频率同步的控制信号的控制。

高频同步电路部分334在连接到匹配电路部分320的同时连接到频率电力比率控制电路部分332。而且，高频同步电路部分334通过例如高频电流传感器等高频电流检测装置334A检测匹配电路部分320的高频串联谐振电路326的频率电流，并将规定的控制信号输出到频率电力比率控制电路部分332。与低频同步电路部分333一样，该控制信号是这样一种信号：用于控制逆变器312的振荡频率，以便使频率电力比率控制电路部分332中振荡电路部分310输出的高频输出频率变成图2中阻抗的频率特性图中表示为F2的串联谐振频率。另外，与低频同步电路部分333一样，高频同步电路部分334不能检测频率电流，在变换到停止控制信号输出的的休止期间时，在存储装置中存储与检测的频率电流相关的频率信息，当再次检测到频率电流并转换到输出控制信号的工作期间时，读出存储在存储装置中的频率信息，进行输出用于频率同步的控制信号的控制。

并且，这些频率电力比率控制电路部分332、低频同步电路部分333、高频同步电路部分334构成本发明的频率电力控制电路部分。此外，作为本发明的频率电力控制电路部分，并不局限于这种结构。

(感应加热装置的操作)

下面说明关于上述第一实施例的感应加热装置100的操作。

首先，操作者接通电源，根据感应加热的被加热物体201对输入装置进行适当的输入操作，来输入加热电力和电力比率。在通过该输入操作从输入装置输出的设定输入信号中，与加热电力有关的设定输入信号被输入到控制电路部分330的整流控制电路部分331，与电力比率相关的设定输入信号被输入到控制电路330的频率电力比率控制电路部分332。

并且，已供给商用交流电源e的振荡电路部分310的转换器311通过与整流控制电路部分331所产生的加热电力有关的设定输入信号的控制，将商用交流电源e变换为规定的输出直流电。也就是说，整流控制电路部分331在检测转换器311输出侧直流电压的同时，通过电流检测装置331A检测电流值，在闸流晶体管等中通过直流电压和电流反馈控制，调整转换器311输出的输出电力。

从该转换器311输出的直流电在平滑电容器Cf中被适当平滑并提供给逆变器312。并且，被提供了直流电的逆变器312通过与频率电力比率控制电路部分332所产生的电力比率有关的设定输入信号的控制，将直流电变换为低频或者高频交流电并切换输出。也就是说，频率电力比率控制电路部分332基于设定输入信号在一个周期100ms内设定逆变器312输出的交流电的低频和高频的输出比率，基于来自高频同步电路334和低频同步电路333的控制信号以规定的输出频率进行同步，同时高速切换输出低频或者高频的交流电。

该逆变器312输出的交流电被提供给匹配电路部分320，匹配电路部分320通过连接到该匹配电路部分320的感应加热线圈200，以低频或高频进入串列谐振状态，从而对被加热物体进行感应加热。在该匹配电路部分320的串联谐振中，如果逆变器312输出的交流电是低频，第二电容器C2比第一电容器C1小得多，例如是1/10～1/20的阻抗。因此，对于低频，构成高频串联谐振电路326的第二电容器C2变为断开状态，第二电容器C2中几乎没有交流电流过，交流电被提供给构成低频串联谐振电路325的第一电容器C1侧。也就是说，通过低频交流电，低频串联谐振电路325变为串联谐振状态，匹配电路部分320从而对被加热物体201进行感应加热。

另外，如果逆变器312输出的交流电是高频，输出等效阻抗与匹配变压器321的次级线圈321B相比，在该次级线圈321B的一个引出线所连接的输出端子S1与抽头321C之间的较小，由于电抗器L比负载线圈等效阻抗N²L0大例如4～5倍，所以对于高频，构成低频串联谐振电路325的电抗器L和第一电容器C1的串联电路变为断开状态，该电抗器L和第一电容器C1的串联电路中几乎没有高频交流电流过，从而交流电被提供给构成高频串联谐振电路326的第二电容器C2侧。也就是说，通过高频交流电，高频串联谐振电路326变为串联谐振状态，匹配电路部分320对被加热物体进行感应加热。

这样，对被加热物体201进行感应加热的感应加热线圈200通过匹配电路部分320能够产生高频和低频两种交流电，并且连接到能够在高频和低频电力之间以1ms的高速度进行切换的电压波形的振荡电路部分310，匹配电路部分320具有包括低频的第一串联谐振和高频的第二串联谐振的两个串联谐振电路。并且，感应加热装置100中的振荡电路部分310设置了这样的功能，即：无论在高频还是低频，在作为能够单独工作的电压波形的同时，高频和低频能够以任意的电力比率(占空比)，并且在高低频之间能够以1ms左右的高速进行切换。为了实现该功能，在控制电路330中，高频和低频各自设置了作为自己的频率同步(PLL)电路的高频同步电路部分334和低频同步电路部分333，按照设定了两个PLL电路的时间比例分配交替(时间共享)工作，在各自的同步工作期间，PLL电路同步到频率，在从工作期间进入休止期间时，存储(保持)刚好在该时刻之前的频率同步信息，当此后再次回到工作期间时，复原刚才存储的同步信息，重新进行频率同步。由于工作期间和休止期间之间的间隔被设置为非常短的周期(100ms以下)，所以其间由温度的变化引起的感应负载谐振频率的变化只有一点，同步跟踪时间短，能够实现高速化。

(第一实施例的作用效果)

如上所述，在上述实施例中，通过控制电路330，在匹配电路部分320的低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326分别通过感应加热线圈200进行串联谐振的规定的低频谐振频率或者规定的高频谐振频率的状态下，从振荡电路部分310输出低频和高频的不同频率的交流电。因此，能够通过一个振荡电路部分310中不同的两个频率，用一个感应加热线圈200对被加热物体201进行感应加热，从而简化了结构，能够容易地实现提高制造性和降低成本。此外，由于振荡电路部分310输出低频和高频交流电，所以无需设置一对，而在一个振荡电路部分310中提供不同的低频和高频交流电，所以不会产生一对振荡器之间的相互干扰，所以装置设计容易，并且能够简化结构，从而能够较容易地实现提高制造性和降低成本。

并且，匹配电路部分320中设置了与低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326的谐振阻抗对应且分别具有多个同等的输出等效阻抗的匹配变压器321，并以振荡电路部分310提供的交流电分别进行串联谐振，从而进行感应加热。因此，能够向作为感应负载的感应加热线圈200提供最大的电力，从而能够高效地对被加热物体201进行感应加热。

此外，作为在匹配变压器321中设置与各谐振阻抗分别相等的输出等效阻抗的结构，以达到与各谐振阻抗大致相等的输出等效阻抗的条件，在次级线圈321B中设置了抽头321C。因此，可以容易地得到给感应加热线圈200提供最大电力并且通过不同频率有效地进行感应加热的结构。特别地，即使在包括低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326的多个谐振电路的结构中，也能够容易地得到通过一个变压器分别在不同的频率提供最大电力的结构。

另外，基于流过低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326的频率电流，为了达到如图2中的F1或F2所示的低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326的谐振频率，通过控制电路部分330的频率电力比率控制电路部分332控制逆变器312从而控制所输出的交流电的频率。因此，可以容易地采用频率同步，能够高效地以低频或高频进行串联谐振，从而能够高效地进行感应加热。

此外，作为对输出交流电频率的控制，通过传感器等低频电流检测装置333A和高频电流检测装置334A来检测低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326中流过的频率电流。基于这些检测的频率电流，通过控制电路部分330的低频同步电路部分333和高频同步电路部分334，在输出比率控制电路部分332中输出设定逆变器312的控制状态的控制信号并进行控制。因此，可以通过简单的结构就能够较容易地得到高效地以低频和高频进行不同的感应加热的状态。

而且，以对应于通过感应加热线圈200对被加热物体201进行感应加热的状态，例如根据齿轮的形状等，通过输入操作设定输入的加热条件等所对应的电力比率，即占空比，由频率电力比率控制电路部分332对所输出的交流电的低频和高频进行切换控制。因此，能够对应于被加热物体201适当地进行感应加热，从而能够提高通用性。而且，由于能够通过输入装置的输入操作来变更电力比率，所以能够以简单的结构容易地对感应加热状态进行设定变更，从而能够容易地提高通用性。

此外，例如根据齿轮的形状等由输入操作设定输入的加热条件等所对应的输出值，在整流控制电路部分331中对控制电路部分330中从振荡电路部分310输出的交流电的输出值进行变更控制。因此，能够对应于被加热物体201适当地进行感应加热，从而能够提高通用性。而且，由于能够通过输入操作变更输出值，所以能够以简单的结构较容易地对感应加热状态进行设定变更，从而能够容易地提高通用性。并且，通过变更从转换器311输出的直流电的输出值对从振荡电路部分310输出的交流电的输出进行变更控制，故能够以简单的结构较容易地变更交流电输出。

并且，作为转换器312，由于使用变换为电压方波的交流电的电压型，所以可得到能够容易并且高速地，例如以1ms对低频和高频进行切换的结构。因此，由于切换低频和高频时的感应加热的停止期间非常短，为1ms，所以几乎不会由于感应加热的停止期间温度下降的温度变化而引起感应负载频率，即感应负载的谐振频率的变化。总之，由于阻抗与谐振频率相一致，所以感应负载的谐振频率几乎没有变化。因此，在能够很好地进行感应加热的同时，同步跟踪时间可以很短，能够高效地进行感应加热。

另外，通过将电抗器L的电感设定为比负载线圈等效电感N²L0大，将第一电容器C1的阻抗设定为比第二电容器C2的阻抗大得多，来构成低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326，从而使匹配电路部分320构成以不同低频和高频进行谐振的谐振电路。因此，即使是以简单的结构通过一个振荡电路部分，也能够构成在不同的低频和高频谐振的谐振电路。

【第二实施例】

(感应加热装置的结构)

下面，参照附图说明与本发明第二实施例相关的感应加热装置的概要结构。图3是示出第二实施例中感应加热装置的概要结构的电路图。

在图3中，400是感应加热装置，该感应加热装置400包括：与图1和图2所示第一实施例的感应加热装置100相同的感应加热线圈200、以及将规定的不同频率的电力提供给该感应加热线圈200使之进行感应加热的电力供给装置500。并且，电力供给装置500包括：与第一实施例的感应加热装置100相同的振荡电路部分310和控制电路部分330、以及匹配电路部分520。此外，在感应加热装置400中，对于与图1所示感应加热装置100相同的结构，使用相同的符号并且省略了说明。这样，匹配电路部分520具有对应于低频和高频的不同的两个串联谐振频率，通过从振荡电路部分310输出的高频或低频电力，由感应加热线圈进行串联谐振，从而对被加热物体201进行感应加热。该匹配电路部分520包括：低频匹配变压器521、高频匹配变压器522、电抗器L、第一电容器C1、第二电容器C2和电流变压器322。

低频匹配变压器521使低频谐振频率负载的阻抗与振荡电路部分310输出的交流电的输出阻抗相匹配(一致)。该低频匹配变压器521中，初级线圈521A连接到振荡电路部分310，并且输入变换后的交流电。

另外，电抗器L、第一电容器C1和电流变压器322的初级线圈322A串联连接到低频匹配变压器521的次级线圈521B。并且，通过电抗器L、第一电容器C1和负载线圈等效电感N²L0构成以低频进行串联谐振的低频串联谐振电路325。该低频匹配变压器521的次级线圈521B的输出等效阻抗被设定为与该低频串联谐振电路325的谐振阻抗相一致。

高频匹配变压器522使高频谐振频率负载的阻抗与振荡电路部分310输出的交流电输出阻抗相匹配(一致)。该高频匹配变压器522中，初级线圈522A与低频匹配变压器521的初级线圈521A并联连接到振荡电路部分310，并且输入变换后的交流电。

另外，在高频匹配变压器522的次级线圈522B中，第二电容器C2和电流变压器322的初级线圈322A串联连接。并且，通过第二电容器C2和负载线圈等效电感N²L0构成以高频进行串联谐振的高频串联谐振电路326。高频匹配变压器522的次级线圈522B的输出等效阻抗被设定为与该高频串联谐振电路326的谐振阻抗相一致。

(感应加热装置的操作)

下面说明上述第二实施例的感应加热装置400的操作。

一旦与上述第一实施例同样地变换输出的低频交流电被提供给匹配电路部分520，则由于第二电容器C2阻抗比第一电容器C1小得多，所以对于低频，构成高频串联谐振电路326的第二电容器C2变为断开状态。因此，高频匹配变压器522中没有低频电流流过，低频电流在低频匹配变压器521中流动，低频交流电被提供给低频串联谐振电路325。通过该低频交流电的供给，低频串联谐振电路325处于串联谐振状态，从而对被加热物体201进行感应加热。

另外，一旦从振荡电路部分310向匹配电路部分520供给高频交流电，由于与高频匹配变压器522相比，低频匹配变压器521的输出等效阻抗较小，且电抗器L比负载线圈等效电感N²L0大例如4～5倍，所以对于高频，构成低频串联谐振电路325的电抗器L和第一电容器C1的串联电路处于断开状态。因此，低频匹配变压器521中没有高频电流流过，高频电流在高频匹配变压器522中流动，高频交流电被提供给高频串联谐振电路326。通过供给该高频交流电，从而高频串联谐振电路326进入串联谐振状态，对被加热物体201进行感应加热。

(第二实施例的作用效果)

如上所述，代替第一实施例的感应加热装置100的匹配电路部分320的匹配变压器321，对应于低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326的谐振阻抗设置了具有输出等效阻抗的低频匹配变压器521和高频匹配变压器522。因此，上述第二实施例的感应装置400中，除了第一实施例的感应加热装置100的作用效果以外，由于低频匹配变压器521中没有高频电流流过，另外，高频匹配变压器522中没有低频电流流过，所以各匹配变压器521、522可以使用简单结构的便宜产品，从而可以容易地降低装置成本。

【第三实施例】

(感应加热装置的结构)

下面，参照附图说明与本发明第三实施例相关的感应加热装置的概要结构。图4是示出第三实施例中感应加热装置的概要结构的电路图。

在图4中，600是感应加热装置，该感应加热装置600包括：与图1和图2所示第一实施例的感应加热装置100相同的感应加热线圈200、以及将规定的不同频率的电力提供给该感应加热线圈200使之进行感应加热的电力供给装置700。并且，电力供给装置700包括：与第一实施例的感应加热装置100相同的振荡电路部分310和控制电路部分330以及匹配电路部分720。此外，在感应加热装置600中，对于与图1所示感应加热装置100相同的结构，使用相同的符号并且省略了说明。

这样，匹配电路部分720具有对应于低频和高频的不同的两个串联谐振频率，通过从振荡电路部分310输出的高频或低频电力，由感应加热线圈进行串联谐振，从而对被加热物体201进行感应加热。该匹配电路部分720包括电抗器L、第一电容器C1、第二电容器C2和电流变压器322。也就是说，图4所示的感应加热装置600没有设置图1所示的感应加热装置100的匹配变压器321。

具体而言，电抗器L、第一电容器C1和电流变压器322的初级线圈322A串联连接到振荡电路部分310。此外，第二电容器C2并联连接到电抗器L、第一电容器C1的串联电路。并且，匹配电路部分720中，由电抗器L、第一电容器C1和负载线圈等效电感N²L0构成以低频进行串联谐振的低频串联谐振电路325的同时，第二电容器C2和负载线圈等效电感N²L0构成以高频进行串联谐振的高频串联谐振电路326。

(感应加热装置的操作)

下面说明上述第三实施例的感应加热装置600的操作。一旦与上述第一实施例一样变换并输出的低频交流电被提供给匹配电路部分720，则由于第二电容器C2阻抗比第一电容器C1小得多，所以对于低频，构成高频串联谐振电路326的第二电容器C2变为断开状态。因此，低频电流在低频串联谐振电路325的电抗器L和第一电容器C1的串联电路侧流动，低频交流电被提供给低频串联谐振电路325。通过该低频交流电的供给，低频串联谐振电路325进入串联谐振状态，从而对被加热物体201进行感应加热。

另外，一旦从振荡电路部分310向匹配电路部分720供给高频交流电，则由于电抗器L比负载线圈等效电感N²L0大例如4～5倍，所以对于高频，构成低频串联谐振电路325的电抗器L和第一电容器C1的串联电路变为断开状态。因此，高频电流在高频串联谐振电路326的第二电容器C2中流动，高频交流电被提供给高频串联谐振电路326。通过供给该高频交流电，高频串联谐振电路326进入串联谐振状态，从而对被加热物体201进行感应加热。

(第三实施例的作用效果)

如上所述，在未设置第一实施例的感应加热装置100的匹配电路部分320的匹配变压器321的情况下，构成了低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326。因此，可以简化结构，能够更容易地实现提高制造性和降低成本。

另外，第二电容器C2与连接到振荡电路部分310的电抗器L、第一电容器C1和电流变压器322的初级线圈322A的串联电路中的电抗器L、第一电容器C1的串联电路并联连接，从而构成低频串联谐振电路325和高频串联谐振电路326。因此，可以容易地得到通过一个振荡电路部分310和一个感应加热线圈200以低频和高频两个不同的的频率进行感应加热的结构。

特别地，如果以加热对象的2频率输出电流不会变为相同的最大电力的条件进行使用，则由于采用了比上述第一实施例和第二实施例更简单的结构，所以很有效。

【其它的实施例】

此外，本发明并不局限于上述各个实施例，在不脱离本发明要旨的范围内可以进行各种改进和设计变更。

如上所述，例如，作为被加热物体201并不限于对表面具有多个凹凸的复杂形状的齿轮和复合材料的部件等进行加热处理的结构，可以对任何一个被加热物体201进行感应加热。此外，作为感应负载并不限于感应加热线圈200，也可以以使感应电动机等起作用的任何结构为对象。

并且，作为供给的交流电，可以在任何频率中供给。另外，作为供给该交流电的结构，并不限于包含上述转换器311、逆变器312以及平滑电容器Cf的结构。

此外，作为逆变器312，并不限于变换为电压方波的电压类型。

另外，不限于低频和高频两个频率，也可以构成为以三个以上的不同频率来提供电力。具体地，例如如图5所示，在匹配变压器321的次级线圈321B中设置多个抽头并且并联连接多个串联谐振电路，同时在各串联谐振电路中分别设置检测电流值的电流检测装置，与各串联谐振电路相对应设置多个同步电路部分。如图5所示，由于能够对应于想通过感应负载使之起作用的状态，适当地设置多个串联谐振电路，从而使其提供对应于各谐振频率的交流电，故可以提高通用性。

此外，虽然在图1和图2所示的第一实施例中说明了在电流变压器322的初级线圈322A与第一电容器C1和第二电容器C2之间分别检测出：通过例如低频电流传感器等低频电流检测装置333A检测出的匹配电路部分320的低频串联谐振电路325的频率电流、以及通过例如高频电流传感器等高频电流检测装置334A检测出的匹配电路部分320的高频串联谐振电路326的频率电流，但是，例如如图6所示，也可以在匹配变压器321的初级线圈321A和逆变器312之间进行检测。也就是说，在低频电流检测装置333A与高频电流检测装置334A、以及低频同步电路部分333与高频同步电路部分334之间连接了开关等切换装置800，通过切换装置800的切换操作，与第一实施例同样地在低频同步电路部分333和高频同步电路部分334中进行同步处理也是可以的。

另外，实施本发明时的具体结构和顺序等在能够实现本发明目的的范围内变更为其他的结构也是可以的。

本发明可以作为供给不同频率电流的电力供给装置和感应加热装置进行使用。

Claims (15)

1.一种向感应负载提供不同频率的电力并使之起作用的电力供给装置，其特征在于，包括：

输出不同频率的交流电的振荡电路部分；

对应于所述不同频率并与所述感应负载一起构成多个谐振电路的匹配电路部分；和

控制电路部分，将从所述振荡电路部分供给到所述匹配电路部分中的任意一个谐振电路的交流电的频率控制为以规定的谐振频率进行供给的状态，

所述匹配电路部分包括将多个负载谐振阻抗变换为大致相同的振荡器输出阻抗的变压器，该变压器的初级线圈与所述振荡电路部分连接，在次级线圈侧，在与所述振荡电路部分输出的不同频率对应的输出频率下，与所述感应负载一起分别构成多个串联谐振电路。

2.如权利要求1所述的电力供给装置，其特征在于，

所述变压器包括连接到所述振荡电路部分并被提供交流电的初级线圈以及具有抽头的次级线圈，该抽头使多个不同的负载谐振阻抗变换为大致相同的振荡器输出阻抗。

3.如权利要求1所述的电力供给装置，其特征在于，

按照使负载谐振阻抗变换为振荡器输出阻抗的各谐振电路设置了多个所述变压器。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的电力供给装置，其特征在于，所述控制电路部分包括频率电力比率控制电路部分，该频率电力比率控制电路部分对应于使所述感应负载起作用的状态来切换从所述振荡电路部分输出的交流电的频率。

5.如权利要求4所述的电力供给装置，其特征在于，

所述频率电力比率控制电路部分根据与通过输入装置的输入操作来设定的使所述感应负载起作用的状态有关的设定输入信号，设定从所述振荡电路部分输出的交流电的频率。

6.如权利要求4所述的电力供给装置，其特征在于，

所述控制电路部分包括：

低频同步电路部分，控制振荡电路部分的发送频率到这样的状态：所述振荡电路部分输出的低频输出频率根据阻抗的频率特性成为规定的串联谐振频率；

高频同步电路部分，控制振荡电路部分的发送频率到这样的状态：所述振荡电路部分输出的高频输出频率根据阻抗的频率特性成为规定的串联谐振频率；以及

切换低频和高频的所述频率电力比率控制电路部分。

7.如权利要求5所述的电力供给装置，其特征在于，

所述控制电路部分包括：

低频同步电路部分，控制振荡电路部分的发送频率到这样的状态：所述振荡电路部分输出的低频输出频率根据阻抗的频率特性成为规定的串联谐振频率；

高频同步电路部分，控制振荡电路部分的发送频率到这样的状态：所述振荡电路部分输出的高频输出频率根据阻抗的频率特性成为规定的串联谐振频率；以及

切换低频和高频的所述频率电力比率控制电路部分。

8.如权利要求1至3中任意一项所述的电力供给装置，其特征在于，

所述控制电路部分包括频率电力比率控制电路部分，以周期单位切换控制从所述振荡电路部分输出的交流电的频率。

9.如权利要求8所述的电力供给装置，其特征在于，

所述频率电力比率控制电路部分能够根据与通过输入装置的输入操作来设定的使所述感应负载起作用的状态相关的设定输入信号，改变所切换的各频率的时间分配。

10.如权利要求1至3中任意一项所述的电力供给装置，其特征在于，

所述控制电路部分基于所述谐振电路中流动的频率电流来控制从所述振荡电路部分输出的交流电的频率。

11.如权利要求10所述的电力供给装置，其特征在于，所述控制电路部分包括：

对应于所述振荡电路部分供给的交流电的各频率而设置的同步控制电路部分；和

存储装置，当转移到相对于规定的频率没有交流电从所述振荡电路部分供给的休止期间时，存储与所述规定频率相关的周期信息，当转移到相对于所述规定的频率供给交流电的工作期间时，基于所述存储装置中存储的作为同步信息的周期信息，通过所述同步控制电路部分进行同步控制。

12.如权利要求1至3中任意一项所述的电力供给装置，其特征在于，

所述控制电路部分包括改变从所述振荡电路部分输出的交流电输出的输出控制电路部分。

13.如权利要求12所述的电力供给装置，其特征在于，

所述振荡电路部分包括：将交流电变换为规定的直流电的整流电路部分、以及将在该整流电路部分中所变换的直流电变换为规定的交流电的逆变电路部分，

所述输出控制电路部分对从整流电路部分输出的直流电的输出值进行反馈控制。

14.如权利要求1至3中任意一项所述的电力供给装置，其特征在于，

所述振荡电路部分包括将直流电变换为电压方波交流电的逆变电路部分。

15.一种感应加热装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至14中任意一项所述的电力供给装置；以及

通过该电力供给装置供给的不同频率的电力对被加热物体进行感应加热的感应加热线圈。

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