JP2003243136A - 誘導加熱装置 - Google Patents
誘導加熱装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 入力電流を正弦波状に制御し、交流電源から
最小限の半導体素子を経て加熱コイルに電流を流す。商
用電源から直接、高周波交流電流を得て直流電力の蓄積
要素を不要にする。 【解決手段】 ダイオードＤ１，Ｄ２の直列回路と、ス
イッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及びダイオードＤ３〜Ｄ６か
らなる第１，第２のスイッチングアーム直列回路とを、
互いに並列接続して第１のブリッジ回路Ｂ１を構成す
る。同様に、Ｄ７〜Ｄ１２及びＳ５〜Ｓ８により第２の
ブリッジ回路Ｂ２を構成する。第１，第３のスイッチン
グアーム直列回路の内部接続点同士、及び、第２，第４
のスイッチングアーム直列回路の内部接続点同士を接続
し、各接続点間に加熱コイル３０とコンデンサＣ１の直
列回路を接続する。三相交流電源１０のＲ相端子，Ｔ相
端子を第１，第２のダイオード直列回路の内部接続点に
接続し、Ｓ相端子を加熱コイル３０の一端に接続する。
最小限の半導体素子を経て加熱コイルに電流を流す。商
用電源から直接、高周波交流電流を得て直流電力の蓄積
要素を不要にする。 【解決手段】 ダイオードＤ１，Ｄ２の直列回路と、ス
イッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及びダイオードＤ３〜Ｄ６か
らなる第１，第２のスイッチングアーム直列回路とを、
互いに並列接続して第１のブリッジ回路Ｂ１を構成す
る。同様に、Ｄ７〜Ｄ１２及びＳ５〜Ｓ８により第２の
ブリッジ回路Ｂ２を構成する。第１，第３のスイッチン
グアーム直列回路の内部接続点同士、及び、第２，第４
のスイッチングアーム直列回路の内部接続点同士を接続
し、各接続点間に加熱コイル３０とコンデンサＣ１の直
列回路を接続する。三相交流電源１０のＲ相端子，Ｔ相
端子を第１，第２のダイオード直列回路の内部接続点に
接続し、Ｓ相端子を加熱コイル３０の一端に接続する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レストランなどで
使用される誘導加熱調理器や金属溶接、シームレス溶接
などに使用される産業用誘導加熱装置に関し、詳しく
は、スイッチング素子を用いて三相交流電源から高周波
交流を作り出す電力変換回路の構成方法に特徴を有する
誘導加熱装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】図３は従来技術の主回路構成を示してい
る。同図において、ダイオードＤ１〜Ｄ６からなる三相
ブリッジ整流回路の入力側は、リアクトルやコンデンサ
等からなるフィルタ２０を介して三相交流電源１０の各
相出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔに接続されている。上記三相ブリ
ッジ整流回路の出力側には平滑コンデンサＣ１が接続さ
れており、三相交流電源１０の交流電力は整流、平滑さ
れて直流電力に変換される。 【０００３】コンデンサＣ１には、共振コンデンサ
Ｃ２，Ｃ３の直列回路と、半導体スイッチング素子Ｓ１
にダイオードＤ７を逆並列接続したスイッチングアー
ム、及び、半導体スイッチング素子Ｓ２にダイオードＤ
８を逆並列接続したスイッチングアームからなるスイッ
チングアーム直列回路とが、それぞれ並列に接続されて
いる。共振コンデンサ直列回路の内部接続点とスイッチ
ングアーム直列回路の内部接続点との間には、加熱コイ
ル３０（そのインダクタンスをＬｏとする）が接続され
る。ここで、共振コンデンサＣ２，Ｃ３及び加熱コイル
３０は共振回路を構成しており、スイッチング素子
Ｓ１，Ｓ２のスイッチングに伴う共振によって加熱コイ
ル３０には高周波電流が供給される。 【０００４】具体的な動作としては、例えば、スイッチ
ング素子Ｓ１がオンすると、コンデンサＣ２→スイッチ
ング素子Ｓ１→加熱コイル３０→コンデンサＣ２の経路
で電流が流れ、スイッチング素子Ｓ１がオフすると加熱
コイル３０→コンデンサＣ３→ダイオードＤ８→加熱コ
イル３０の経路に電流が転流する。次に、スイッチング
素子Ｓ２がオンすると、加熱コイル３０に流れている電
流が反転してコンデンサＣ３→加熱コイル３０→スイッ
チング素子Ｓ２→コンデンサＣ３の経路で電流が流れ
る。更に、スイッチング素子Ｓ２がオフすると、加熱コ
イル３０に流れる電流は加熱コイル３０→ダイオードＤ
７→コンデンサＣ２→加熱コイル３０の経路に転流す
る。このようなスイッチングを繰り返すことで、加熱コ
イル３０に高周波電流を供給し、スイッチング素子
Ｓ１，Ｓ２の導通比や動作周波数により加熱コイル３０
に供給する電力を制御することができる。 【０００５】ここで、誘導加熱装置の入力電流は、三相
ブリッジ整流回路内のダイオードＤ １〜Ｄ６を介して流
れる。図４は、各相入力電圧とＲ相入力電流を示してい
る。ここで、例えばＲ相電圧ＶＲが他相の電圧ＶＳ，Ｖ
Ｔと比較してそれらの中間電圧になる期間Ｔでは、Ｓ相
に接続されているダイオードＤ３またはＤ４、Ｔ相に接
続されているダイオードＤ５またはＤ６がオンしている
ので、Ｒ相には電流を流すことができなくなる。よっ
て、図４に示すようにＲ相電流ＩＲは正弦波状にならず
歪んだ波形になる。このことは、他の二相についても同
様である。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来で
は各相入力電流が歪んで高調波を多く含んだ波形となる
ため、電源に接続された他の機器に悪影響を与えると共
に、高調波規制に関する各種ガイドライン等を満足でき
ない場合も生じていた。また、図３の主回路では、加熱
コイル３０に電力を供給するために、常に三相ブリッジ
整流回路内の２つのダイオードと、１つのスイッチング
素子に電流が流れるが、これらの半導体素子に流れる電
流により電力損失が発生し、加熱装置の効率低下や冷却
装置の大型化を招くため、損失を低減するためには電流
が通過する半導体素子の数が少ない方が望ましい。更
に、図３の主回路では、交流電圧を整流平滑して直流電
圧に変換し、この直流電圧をスイッチング素子及び共振
回路の動作によって高周波の交流電流に変換している。
しかし、直流電力を蓄えるコンデンサＣ１は比較的大容
量であり、装置の小型化、長寿命化、低コスト化の大き
な妨げとなっている。 【０００７】そこで本発明は、入力電流を高調波の少な
い正弦波状に制御すると共に、交流電源から最小限の半
導体素子を経て加熱コイルに電流を流すようにして電力
損失を低減し、更に、商用周波数の交流電力を直接、高
周波の交流電流に変換可能として直流電力の蓄積要素を
不要にした誘導加熱装置を提供しようとするものであ
る。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載した発明は、半導体スイッチング素
子を動作させて加熱コイルに高周波交流電流を供給する
誘導加熱装置において、２個のダイオードからなる第１
のダイオード直列回路と、半導体スイッチング素子及び
ダイオードを逆並列接続したスイッチングアーム２個を
それぞれ直列接続した第１，第２のスイッチングアーム
直列回路とを、互いに並列に接続して第１のブリッジ回
路を構成し、２個のダイオードからなる第２のダイオー
ド直列回路と、半導体スイッチング素子及びダイオード
を逆並列接続したスイッチングアーム２個をそれぞれ直
列接続した第３，第４のスイッチングアーム直列回路と
を、互いに並列に接続して第２のブリッジ回路を構成
し、第１，第３のスイッチングアーム直列回路の内部接
続点同士を接続すると共に、第２，第４のスイッチング
アーム直列回路の内部接続点同士を接続し、第１のスイ
ッチングアーム直列回路の内部接続点と、第２のスイッ
チングアーム直列回路の内部接続点との間に、加熱コイ
ルとコンデンサとの直列回路を接続し、三相交流電源の
第１の出力端子を第１のダイオード直列回路の内部接続
点に、三相交流電源の第２の出力端子を第２のダイオー
ド直列回路の内部接続点に、三相交流電源の第３の出力
端子を第１のスイッチングアーム直列回路の内部接続点
に、それぞれ接続したものである。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。図１は、この実施形態にかかる誘導加熱
装置の主回路構成を示すものである。同図において、ダ
イオードＤ１，Ｄ２を直列接続した第１のダイオード直
列回路には、半導体スイッチング素子Ｓ１及びダイオー
ドＤ３を逆並列接続したスイッチングアームと同じくＳ
２及びＤ４を逆並列接続したスイッチングアームとを直
列接続した第１のスイッチングアーム直列回路と、同じ
くＳ３及びＤ５を逆並列接続したスイッチングアームと
同じくＳ４及びＤ６を逆並列接続したスイッチングアー
ムとを直列接続した第２のスイッチングアーム直列回路
とが、互いに並列に接続され、これらによって第１のブ
リッジ回路Ｂ１が構成されている。 【００１０】同様にして、ダイオードＤ７，Ｄ８，
Ｄ９，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２及びスイッチング素子Ｓ
５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８により、第２のブリッジ回路Ｂ２
が構成されており、ダイオードＤ７，Ｄ８は第２のダイ
オード直列回路を構成し、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６
及びダイオードＤ９，Ｄ１０は第３のスイッチングアー
ム直列回路を構成し、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８及び
ダイオードＤ１１，Ｄ１２は第４のスイッチングアーム
直列回路を構成している。 【００１１】前記第１のスイッチングアーム直列回路の
内部接続点（スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の相互接続
点）は、第３のスイッチングアーム直列回路の内部接続
点（スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の相互接続点）に接続
され、第２のスイッチングアーム直列回路の内部接続点
（スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の相互接続点）は、第４
のスイッチングアーム直列回路の内部接続点（スイッチ
ング素子Ｓ７，Ｓ８の相互接続点）に接続されている。
更に、第１のスイッチングアーム直列回路の内部接続点
（第１のスイッチングアーム直列回路と第３のスイッチ
ングアーム直列回路との接続点）と、第２のスイッチン
グアーム直列回路の内部接続点（第２のスイッチングア
ーム直列回路と第４のスイッチングアーム直列回路との
接続点）との間には、加熱コイル３０とコンデンサＣ１
との直列回路が接続されている。 【００１２】一方、商用周波数の三相交流電源１０のＲ
相出力端子（便宜的に第１の出力端子とする）は、リア
クトルやコンデンサ等からなるフィルタ２０のフィルタ
出力端子Ｒ’を介して第１のダイオード直列回路の内部
接続点（ダイオードＤ１，Ｄ ２の相互接続点）に接続さ
れていると共に、Ｔ相出力端子（便宜的に第２の出力端
子とする）はフィルタ出力端子Ｔ’を介して第２のダイ
オード直列回路の内部接続点（ダイオードＤ７，Ｄ８の
相互接続点）に接続されているまた、Ｓ相出力端子（便
宜的に第３の出力端子とする）はフィルタ出力端子Ｓ’
を介して前記加熱コイル３０の一端（第１のスイッチン
グアーム直列回路の内部接続点あるいは第３のスイッチ
ングアーム直列回路の内部接続点）に接続されている。 【００１３】次に、この実施形態の動作を、図２を参照
しつつ説明する。例えば、図２においてＳ相電圧ＶＳよ
りもＲ相電圧ＶＲの方が大きい期間に、ブリッジ回路Ｂ
１内のスイッチング素子Ｓ３をオンすると、出力端子Ｒ
→ダイオードＤ１→スイッチング素子Ｓ３→コンデンサ
Ｃ１→加熱コイル３０→出力端子Ｓ→交流電源１０→出
力端子Ｒの経路で電流が流れる。次に、スイッチング素
子Ｓ２を予めオン状態にしておいてスイッチング素子Ｓ
３をオフすると、加熱コイル３０に流れる電流は加熱コ
イル３０→スイッチング素子Ｓ２→ダイオードＤ６→コ
ンデンサＣ１→加熱コイル３０の経路に転流する。その
後、コンデンサＣ１の電圧が上昇すると共に加熱コイル
３０に流れる電流は減少し、やがて逆方向に電流が流れ
はじめる。このときスイッチング素子Ｓ４をオンしてお
くと、電流はコンデンサＣ１→スイッチング素子Ｓ４→
ダイオードＤ４→加熱コイル３０→コンデンサＣ１の経
路で共振する。 【００１４】一方、Ｒ相電圧ＶＲよりもＳ相電圧ＶＳの
方が高い場合、スイッチング素子Ｓ ４をオンすると、出
力端子Ｓ→加熱コイル３０→コンデンサＣ１→スイッチ
ング素子Ｓ４→ダイオードＤ２→出力端子Ｒ→交流電源
１０→出力端子Ｓの経路で電流が流れる。次に、スイッ
チング素子Ｓ１を予めオン状態にしておいてスイッチン
グ素子Ｓ４をオフすると、加熱コイル３０に流れる電流
は加熱コイル３０→コンデンサＣ１→ダイオードＤ５→
スイッチング素子Ｓ１→加熱コイル３０の経路に転流す
る。更に、コンデンサＣ１の電圧が上昇すると共に加熱
コイル３０に流れる電流は減少し、やがて逆方向に電流
が流れはじめる。このときスイッチング素子Ｓ３をオン
しておくと、電流はコンデンサＣ１→加熱コイル３０→
ダイオードＤ３→スイッチング素子Ｓ３→コンデンサＣ
１→加熱コイル３０の経路で共振する。 【００１５】このように、Ｒ相電流ＩＲはスイッチング
素子Ｓ３，Ｓ４のオンオフによって制御可能であり、高
調波の少ない波形に制御できると共に、商用周波数の交
流電圧を直接、高周波の交流電流に変換して加熱コイル
３０に供給することができる。また、スイッチング素子
Ｓ１，Ｓ２に関しては、電源電圧の周波数に同期してＶ
Ｒ＞ＶＳの時にスイッチング素子Ｓ２をオンし、ＶＳ＞
ＶＲの時にスイッチング素子Ｓ１をオンすればよく、こ
れらのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の制御も容易であ
る。 【００１６】Ｔ相電流に関しても、同様にＴ相出力端子
Ｔに接続されているブリッジ回路Ｂ ２内のスイッチング
素子Ｓ５〜Ｓ８を制御することで、高調波の少ない波形
にすることができると共に、商用周波数の交流電圧から
高周波交流電流を加熱コイル３０に直接、供給すること
ができる。三相の定義により、二相の電流（ここではＲ
相とＴ相）を正弦波状の波形に制御できるため、他の相
（ここではＳ相）の電流も正弦波状の波形に制御するこ
とが可能である。 【００１７】また、本実施形態では、交流電圧を直流電
圧に変換することなく直接、高周波交流に変換するの
で、図３の従来技術に比べてブリッジ整流回路や大容量
の平滑コンデンサが不要になり、装置の小型化、長寿命
化が期待される。更に、加熱コイル３０を流れる電流が
通過する半導体素子数は、常にダイオード１つとスイッ
チング素子１つとなり、従来技術よりも少なくなる。よ
って、半導体素子における電力損失の低減によって効率
の向上、冷却装置等の簡素化、装置の小型化、低コスト
化が可能となる。 【００１８】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、誘導加熱
装置の入力電流を高調波の少ない波形に制御することが
できるので、交流電源に接続された他の機器に悪影響を
与えることもなく、高調波規制のガイドライン等も満足
させることができる。また、交流電源から最小限の半導
体素子を経て加熱コイルに電流を流すことができるた
め、電力損失の低減、装置の高効率化が可能であり、冷
却装置等の簡素化、低コスト化を図ることができる。更
に、交流電力を直流電力に変換せずに直接、高周波の交
流電流に変換することで直流電力の蓄積要素を不要に
し、この点でも装置の小型軽量化、低コスト化、長寿命
化が可能である。
使用される誘導加熱調理器や金属溶接、シームレス溶接
などに使用される産業用誘導加熱装置に関し、詳しく
は、スイッチング素子を用いて三相交流電源から高周波
交流を作り出す電力変換回路の構成方法に特徴を有する
誘導加熱装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】図３は従来技術の主回路構成を示してい
る。同図において、ダイオードＤ１〜Ｄ６からなる三相
ブリッジ整流回路の入力側は、リアクトルやコンデンサ
等からなるフィルタ２０を介して三相交流電源１０の各
相出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔに接続されている。上記三相ブリ
ッジ整流回路の出力側には平滑コンデンサＣ１が接続さ
れており、三相交流電源１０の交流電力は整流、平滑さ
れて直流電力に変換される。 【０００３】コンデンサＣ１には、共振コンデンサ
Ｃ２，Ｃ３の直列回路と、半導体スイッチング素子Ｓ１
にダイオードＤ７を逆並列接続したスイッチングアー
ム、及び、半導体スイッチング素子Ｓ２にダイオードＤ
８を逆並列接続したスイッチングアームからなるスイッ
チングアーム直列回路とが、それぞれ並列に接続されて
いる。共振コンデンサ直列回路の内部接続点とスイッチ
ングアーム直列回路の内部接続点との間には、加熱コイ
ル３０（そのインダクタンスをＬｏとする）が接続され
る。ここで、共振コンデンサＣ２，Ｃ３及び加熱コイル
３０は共振回路を構成しており、スイッチング素子
Ｓ１，Ｓ２のスイッチングに伴う共振によって加熱コイ
ル３０には高周波電流が供給される。 【０００４】具体的な動作としては、例えば、スイッチ
ング素子Ｓ１がオンすると、コンデンサＣ２→スイッチ
ング素子Ｓ１→加熱コイル３０→コンデンサＣ２の経路
で電流が流れ、スイッチング素子Ｓ１がオフすると加熱
コイル３０→コンデンサＣ３→ダイオードＤ８→加熱コ
イル３０の経路に電流が転流する。次に、スイッチング
素子Ｓ２がオンすると、加熱コイル３０に流れている電
流が反転してコンデンサＣ３→加熱コイル３０→スイッ
チング素子Ｓ２→コンデンサＣ３の経路で電流が流れ
る。更に、スイッチング素子Ｓ２がオフすると、加熱コ
イル３０に流れる電流は加熱コイル３０→ダイオードＤ
７→コンデンサＣ２→加熱コイル３０の経路に転流す
る。このようなスイッチングを繰り返すことで、加熱コ
イル３０に高周波電流を供給し、スイッチング素子
Ｓ１，Ｓ２の導通比や動作周波数により加熱コイル３０
に供給する電力を制御することができる。 【０００５】ここで、誘導加熱装置の入力電流は、三相
ブリッジ整流回路内のダイオードＤ １〜Ｄ６を介して流
れる。図４は、各相入力電圧とＲ相入力電流を示してい
る。ここで、例えばＲ相電圧ＶＲが他相の電圧ＶＳ，Ｖ
Ｔと比較してそれらの中間電圧になる期間Ｔでは、Ｓ相
に接続されているダイオードＤ３またはＤ４、Ｔ相に接
続されているダイオードＤ５またはＤ６がオンしている
ので、Ｒ相には電流を流すことができなくなる。よっ
て、図４に示すようにＲ相電流ＩＲは正弦波状にならず
歪んだ波形になる。このことは、他の二相についても同
様である。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来で
は各相入力電流が歪んで高調波を多く含んだ波形となる
ため、電源に接続された他の機器に悪影響を与えると共
に、高調波規制に関する各種ガイドライン等を満足でき
ない場合も生じていた。また、図３の主回路では、加熱
コイル３０に電力を供給するために、常に三相ブリッジ
整流回路内の２つのダイオードと、１つのスイッチング
素子に電流が流れるが、これらの半導体素子に流れる電
流により電力損失が発生し、加熱装置の効率低下や冷却
装置の大型化を招くため、損失を低減するためには電流
が通過する半導体素子の数が少ない方が望ましい。更
に、図３の主回路では、交流電圧を整流平滑して直流電
圧に変換し、この直流電圧をスイッチング素子及び共振
回路の動作によって高周波の交流電流に変換している。
しかし、直流電力を蓄えるコンデンサＣ１は比較的大容
量であり、装置の小型化、長寿命化、低コスト化の大き
な妨げとなっている。 【０００７】そこで本発明は、入力電流を高調波の少な
い正弦波状に制御すると共に、交流電源から最小限の半
導体素子を経て加熱コイルに電流を流すようにして電力
損失を低減し、更に、商用周波数の交流電力を直接、高
周波の交流電流に変換可能として直流電力の蓄積要素を
不要にした誘導加熱装置を提供しようとするものであ
る。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載した発明は、半導体スイッチング素
子を動作させて加熱コイルに高周波交流電流を供給する
誘導加熱装置において、２個のダイオードからなる第１
のダイオード直列回路と、半導体スイッチング素子及び
ダイオードを逆並列接続したスイッチングアーム２個を
それぞれ直列接続した第１，第２のスイッチングアーム
直列回路とを、互いに並列に接続して第１のブリッジ回
路を構成し、２個のダイオードからなる第２のダイオー
ド直列回路と、半導体スイッチング素子及びダイオード
を逆並列接続したスイッチングアーム２個をそれぞれ直
列接続した第３，第４のスイッチングアーム直列回路と
を、互いに並列に接続して第２のブリッジ回路を構成
し、第１，第３のスイッチングアーム直列回路の内部接
続点同士を接続すると共に、第２，第４のスイッチング
アーム直列回路の内部接続点同士を接続し、第１のスイ
ッチングアーム直列回路の内部接続点と、第２のスイッ
チングアーム直列回路の内部接続点との間に、加熱コイ
ルとコンデンサとの直列回路を接続し、三相交流電源の
第１の出力端子を第１のダイオード直列回路の内部接続
点に、三相交流電源の第２の出力端子を第２のダイオー
ド直列回路の内部接続点に、三相交流電源の第３の出力
端子を第１のスイッチングアーム直列回路の内部接続点
に、それぞれ接続したものである。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。図１は、この実施形態にかかる誘導加熱
装置の主回路構成を示すものである。同図において、ダ
イオードＤ１，Ｄ２を直列接続した第１のダイオード直
列回路には、半導体スイッチング素子Ｓ１及びダイオー
ドＤ３を逆並列接続したスイッチングアームと同じくＳ
２及びＤ４を逆並列接続したスイッチングアームとを直
列接続した第１のスイッチングアーム直列回路と、同じ
くＳ３及びＤ５を逆並列接続したスイッチングアームと
同じくＳ４及びＤ６を逆並列接続したスイッチングアー
ムとを直列接続した第２のスイッチングアーム直列回路
とが、互いに並列に接続され、これらによって第１のブ
リッジ回路Ｂ１が構成されている。 【００１０】同様にして、ダイオードＤ７，Ｄ８，
Ｄ９，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２及びスイッチング素子Ｓ
５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８により、第２のブリッジ回路Ｂ２
が構成されており、ダイオードＤ７，Ｄ８は第２のダイ
オード直列回路を構成し、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６
及びダイオードＤ９，Ｄ１０は第３のスイッチングアー
ム直列回路を構成し、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８及び
ダイオードＤ１１，Ｄ１２は第４のスイッチングアーム
直列回路を構成している。 【００１１】前記第１のスイッチングアーム直列回路の
内部接続点（スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の相互接続
点）は、第３のスイッチングアーム直列回路の内部接続
点（スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の相互接続点）に接続
され、第２のスイッチングアーム直列回路の内部接続点
（スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の相互接続点）は、第４
のスイッチングアーム直列回路の内部接続点（スイッチ
ング素子Ｓ７，Ｓ８の相互接続点）に接続されている。
更に、第１のスイッチングアーム直列回路の内部接続点
（第１のスイッチングアーム直列回路と第３のスイッチ
ングアーム直列回路との接続点）と、第２のスイッチン
グアーム直列回路の内部接続点（第２のスイッチングア
ーム直列回路と第４のスイッチングアーム直列回路との
接続点）との間には、加熱コイル３０とコンデンサＣ１
との直列回路が接続されている。 【００１２】一方、商用周波数の三相交流電源１０のＲ
相出力端子（便宜的に第１の出力端子とする）は、リア
クトルやコンデンサ等からなるフィルタ２０のフィルタ
出力端子Ｒ’を介して第１のダイオード直列回路の内部
接続点（ダイオードＤ１，Ｄ ２の相互接続点）に接続さ
れていると共に、Ｔ相出力端子（便宜的に第２の出力端
子とする）はフィルタ出力端子Ｔ’を介して第２のダイ
オード直列回路の内部接続点（ダイオードＤ７，Ｄ８の
相互接続点）に接続されているまた、Ｓ相出力端子（便
宜的に第３の出力端子とする）はフィルタ出力端子Ｓ’
を介して前記加熱コイル３０の一端（第１のスイッチン
グアーム直列回路の内部接続点あるいは第３のスイッチ
ングアーム直列回路の内部接続点）に接続されている。 【００１３】次に、この実施形態の動作を、図２を参照
しつつ説明する。例えば、図２においてＳ相電圧ＶＳよ
りもＲ相電圧ＶＲの方が大きい期間に、ブリッジ回路Ｂ
１内のスイッチング素子Ｓ３をオンすると、出力端子Ｒ
→ダイオードＤ１→スイッチング素子Ｓ３→コンデンサ
Ｃ１→加熱コイル３０→出力端子Ｓ→交流電源１０→出
力端子Ｒの経路で電流が流れる。次に、スイッチング素
子Ｓ２を予めオン状態にしておいてスイッチング素子Ｓ
３をオフすると、加熱コイル３０に流れる電流は加熱コ
イル３０→スイッチング素子Ｓ２→ダイオードＤ６→コ
ンデンサＣ１→加熱コイル３０の経路に転流する。その
後、コンデンサＣ１の電圧が上昇すると共に加熱コイル
３０に流れる電流は減少し、やがて逆方向に電流が流れ
はじめる。このときスイッチング素子Ｓ４をオンしてお
くと、電流はコンデンサＣ１→スイッチング素子Ｓ４→
ダイオードＤ４→加熱コイル３０→コンデンサＣ１の経
路で共振する。 【００１４】一方、Ｒ相電圧ＶＲよりもＳ相電圧ＶＳの
方が高い場合、スイッチング素子Ｓ ４をオンすると、出
力端子Ｓ→加熱コイル３０→コンデンサＣ１→スイッチ
ング素子Ｓ４→ダイオードＤ２→出力端子Ｒ→交流電源
１０→出力端子Ｓの経路で電流が流れる。次に、スイッ
チング素子Ｓ１を予めオン状態にしておいてスイッチン
グ素子Ｓ４をオフすると、加熱コイル３０に流れる電流
は加熱コイル３０→コンデンサＣ１→ダイオードＤ５→
スイッチング素子Ｓ１→加熱コイル３０の経路に転流す
る。更に、コンデンサＣ１の電圧が上昇すると共に加熱
コイル３０に流れる電流は減少し、やがて逆方向に電流
が流れはじめる。このときスイッチング素子Ｓ３をオン
しておくと、電流はコンデンサＣ１→加熱コイル３０→
ダイオードＤ３→スイッチング素子Ｓ３→コンデンサＣ
１→加熱コイル３０の経路で共振する。 【００１５】このように、Ｒ相電流ＩＲはスイッチング
素子Ｓ３，Ｓ４のオンオフによって制御可能であり、高
調波の少ない波形に制御できると共に、商用周波数の交
流電圧を直接、高周波の交流電流に変換して加熱コイル
３０に供給することができる。また、スイッチング素子
Ｓ１，Ｓ２に関しては、電源電圧の周波数に同期してＶ
Ｒ＞ＶＳの時にスイッチング素子Ｓ２をオンし、ＶＳ＞
ＶＲの時にスイッチング素子Ｓ１をオンすればよく、こ
れらのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の制御も容易であ
る。 【００１６】Ｔ相電流に関しても、同様にＴ相出力端子
Ｔに接続されているブリッジ回路Ｂ ２内のスイッチング
素子Ｓ５〜Ｓ８を制御することで、高調波の少ない波形
にすることができると共に、商用周波数の交流電圧から
高周波交流電流を加熱コイル３０に直接、供給すること
ができる。三相の定義により、二相の電流（ここではＲ
相とＴ相）を正弦波状の波形に制御できるため、他の相
（ここではＳ相）の電流も正弦波状の波形に制御するこ
とが可能である。 【００１７】また、本実施形態では、交流電圧を直流電
圧に変換することなく直接、高周波交流に変換するの
で、図３の従来技術に比べてブリッジ整流回路や大容量
の平滑コンデンサが不要になり、装置の小型化、長寿命
化が期待される。更に、加熱コイル３０を流れる電流が
通過する半導体素子数は、常にダイオード１つとスイッ
チング素子１つとなり、従来技術よりも少なくなる。よ
って、半導体素子における電力損失の低減によって効率
の向上、冷却装置等の簡素化、装置の小型化、低コスト
化が可能となる。 【００１８】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、誘導加熱
装置の入力電流を高調波の少ない波形に制御することが
できるので、交流電源に接続された他の機器に悪影響を
与えることもなく、高調波規制のガイドライン等も満足
させることができる。また、交流電源から最小限の半導
体素子を経て加熱コイルに電流を流すことができるた
め、電力損失の低減、装置の高効率化が可能であり、冷
却装置等の簡素化、低コスト化を図ることができる。更
に、交流電力を直流電力に変換せずに直接、高周波の交
流電流に変換することで直流電力の蓄積要素を不要に
し、この点でも装置の小型軽量化、低コスト化、長寿命
化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す回路図である。
【図２】図１の動作を示す波形図である。
【図３】従来技術を示す回路図である。
【図４】図３の動作を示す波形図である。
【符号の説明】
１０ 三相交流電源
２０ フィルタ
３０ 加熱コイル
Ｂ１，Ｂ２ ブリッジ回路
Ｒ，Ｓ，Ｔ 出力端子
Ｒ’，Ｓ’，Ｔ’ フィルタ出力端子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８，Ｄ
９，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２ ダイオード Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８ 半
導体スイッチング素子Ｃ１ コンデンサ ＶＲ，ＶＳ，ＶＴ 各相入力電圧 ＩＲ Ｒ相入力電流
９，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２ ダイオード Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８ 半
導体スイッチング素子Ｃ１ コンデンサ ＶＲ，ＶＳ，ＶＴ 各相入力電圧 ＩＲ Ｒ相入力電流
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】半導体スイッチング素子を動作させて加熱
コイルに高周波交流電流を供給する誘導加熱装置におい
て、 ２個のダイオードからなる第１のダイオード直列回路
と、半導体スイッチング素子及びダイオードを逆並列接
続したスイッチングアーム２個をそれぞれ直列接続した
第１，第２のスイッチングアーム直列回路とを、互いに
並列に接続して第１のブリッジ回路を構成し、 ２個のダイオードからなる第２のダイオード直列回路
と、半導体スイッチング素子及びダイオードを逆並列接
続したスイッチングアーム２個をそれぞれ直列接続した
第３，第４のスイッチングアーム直列回路とを、互いに
並列に接続して第２のブリッジ回路を構成し、 第１，第３のスイッチングアーム直列回路の内部接続点
同士を接続すると共に、第２，第４のスイッチングアー
ム直列回路の内部接続点同士を接続し、 第１のスイッチングアーム直列回路の内部接続点と、第
２のスイッチングアーム直列回路の内部接続点との間
に、加熱コイルとコンデンサとの直列回路を接続し、 三相交流電源の第１の出力端子を第１のダイオード直列
回路の内部接続点に、三相交流電源の第２の出力端子を
第２のダイオード直列回路の内部接続点に、三相交流電
源の第３の出力端子を第１のスイッチングアーム直列回
路の内部接続点に、それぞれ接続したことを特徴とする
誘導加熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002044573A JP3960072B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 誘導加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002044573A JP3960072B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 誘導加熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003243136A true JP2003243136A (ja) | 2003-08-29 |
| JP3960072B2 JP3960072B2 (ja) | 2007-08-15 |
Family
ID=27783902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002044573A Expired - Fee Related JP3960072B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 誘導加熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3960072B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009060764A1 (ja) * | 2007-11-05 | 2009-05-14 | Nippon Steel Corporation | 鋼管材の溶接部加熱装置及び方法 |
-
2002
- 2002-02-21 JP JP2002044573A patent/JP3960072B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2009113070A (ja) * | 2007-11-05 | 2009-05-28 | Nippon Steel Corp | 鋼管材の溶接部加熱装置及び方法 |
| KR101166211B1 (ko) * | 2007-11-05 | 2012-07-18 | 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 | 강관재의 용접부 가열 장치 및 방법 |
| US8383978B2 (en) | 2007-11-05 | 2013-02-26 | Nippon Steel Corporation | Steel pipe material weld zone heating apparatus and method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3960072B2 (ja) | 2007-08-15 |
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