JP3190622B2 - 導電性材料の高周波誘導加熱システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数の誘導加熱
用インバータ電源を並列運転して導電性材料を誘導加熱
する高周波誘導加熱システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の建設工事の現場で鋼管や鋼棒その
他の被加熱材を接合したり加熱処理する場合、１台の大
容量で大型の誘導加熱用インバータ電源を備えた高周波
誘導加熱装置を使用するよりも、運搬や移動に便利な小
容量で小型の誘導加熱用インバータ電源を何台か並列に
接続して使用する方が便利である。

【０００３】小容量で小型の複数の誘導加熱用インバー
タ電源と加熱コイルとから構成される従来の高周波誘導
加熱装置では、各誘導加熱用インバータ電源のスイッチ
ング周波数とその位相がそれぞれ個別に制御されていた
ためにその各周波数の値と位相に差が生じうる。そのた
め、相互インダクタンスが、その各誘導加熱用インバー
タ電源の出力部にそれぞれ接続されている被加熱材を加
熱する加熱コイルと加熱コイルとの間に発生し、加熱効
率を低下させるという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、複
数の誘導加熱用インバータ電源の出力の周波数と位相を
同期さて各加熱コイル電流から発生する磁束がその相互
干渉によって減少することを防止し、高周波誘導加熱の
効率を向上させることのできる高周波誘導加熱システム
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、交流電力を直流電力に変換する整流部と、直流
電力を高周波電力に変換するインバータ部と、スイッチ
ングトランジスタの導通期間を決める同期化部とから成
るインバータ電源を少なくとも二つ用い、各インバータ
電源に対応する加熱する個別コイルに高周波電力を供給
して導電性材料を加熱する高周波誘導加熱システムにあ
って、前記同期化部が、高周波発振電圧を出力する周波
数決定部と、出力決定部で設定したインバータ出力とな
るように前記スイッチングトランジスタに前記高周波発
振電圧に対応する周波数の励起パルス信号を供給するパ
ルス発生部と、前記周波数決定部の出力端に通じる第一
接点および前記出力端から分離した第二接点を有する選
択スイッチとを備え、前記選択スイッチが第一インバー
タ電源で第一接点に、また他の全てのインバータ電源で
第二接点に選択され、第一インバータ電源の高周波発振
電圧が他の全てのインバータ電源の同期化部に供給され
ている、ことによって解決される。

【０００６】その他の有利な構成は従属請求項に記載さ
れている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、一実施例を示す図面に基
づきこの発明の高周波誘導加熱システムを詳しく説明す
る。

【０００８】図１は、この発明の高周波誘導加熱システ
ムを実現する複数の誘導加熱用インバータ電源（以下
「インバータ電源」と略記する）の回路構成図である。

【０００９】各インバータ電源ＨＦＰは後述する同期化
部ＭＵ，ＳＵを除いては公知のいわゆる汎用インバータ
で構成できる。このインバータ電源ＨＦＰは、三相交流
電源Ｒ，Ｓ，Ｔを直流に変換する整流ダイオードＤＢと
平滑コンデンサＳＣから成る整流部、その直流を高周波
（例えば１〜 10 kＨ_Z ）に変換するインバータ部ＩＮ
Ｖ，必要に応じて設ける絶縁用の絶縁トランスＴ，並び
にそのインバータ部ＩＮＶのスイッチング周波数ｆ_m と
位相を同期制御するための同期化部ＭＵ，ＳＵから構成
されている。

【００１０】ここでは、インバータ電源ＨＦＰ₁ を基準
となる周波数を発生する親機とし、その他の各インバー
タ電源ＨＦＰ_n をこの親機の周波数と位相に同期する子
機としている。

【００１１】図２は図１の各インバータ電源ＨＦＰ₁ 〜
ＨＦＰ_n 用の同期化部ＭＵ，ＳＵの回路構成図である。
そして、図３は図２の同期化部ＭＵ，ＳＵ内の各要素か
ら発生する電圧波形Ａ_m 等と各加熱コイルＬ₁ 〜Ｌ₃ に
通電する負荷電流の電流波形との関係を示す。

【００１２】この各要素は基準となるスイッチング周波
数ｆ_m を設定する周波数決定部ＦＤ，インバータ電源出
力の正動作期間と負動作期間を決定する極性決定部Ｐ
Ｄ，基準となる親機の基準波形信号Ａ_m をＰＷＭ変調す
る出力決定部ＯＤ，並びにこの極性決定部ＰＤと出力決
定部ＯＤからそれぞれ出力される正動作信号，負動作信
号Ｂ_m と変調信号Ｃ_m,Ｃ_s との論理積の結果を出力し
て、そのインバータ部ＩＮＶのスイッチングトランジス
タＰＴ_r,ＮＴ_r をドライブする２個のアンド回路ＬＡか
ら構成されている。

【００１３】また、使用する条件に応じてインバータ電
源ＨＦＰの数量を変更する必要があるので、各インバー
タ電源ＨＦＰ_n を親機としても子機としても使用できる
ようにする必要がある。そのため、切換スイッチＳＷ₁
〜ＳＷ₆ が図２に示したように設けられている。切換ス
イッチＳＷ₁ 〜ＳＷ₆ を図２に示す接点位置から接続さ
れていない接点位置に同時に切換えて親機と子機の関係
を容易に入れ替えることができる。

【００１４】各インバータ電源ＨＦＰ₁ 〜ＨＦＰ_n の周
波数と位相の同期は以下の動作シーケンスによって実現
される：

【００１５】 （１）親機の同期化部ＭＵの動作 所望の設定周波数ｆ_m を周波数決定部ＦＤに設定する。 所望の出力設定レベルＬＶ_m を出力決定部ＯＤに設定する。 所望の設定周波数ｆ_m に設定された基準波形信号Ａ_m （例えば、三角波， のこぎり波等）が極性決定部ＰＤと出力決定部ＯＤに入力する。 一方で、出力決定部ＯＤ内で基準波形信号Ａ_m を出力設定レベルＬＶ_m と 比較してＰＷＭ変調された変調信号Ｃ_m を生成する。 他方で、極性決定部ＰＤ内で基準波形信号Ａ_m に同期した正動作期間信号 Ｂ_m1と負動作期間信号Ｂ_m2が生成される。 正動作期間信号Ｂ_m1がオン期間中に変調信号Ｃ_m の各オン・デューティ幅 の期間だけアンド回路ＬＡ₁ が正動作期間用スイッチングトランジスタＰ Ｔ_r をドライブする。 負動作期間信号Ｂ_m2がオン期間中に変調信号Ｃ_m の各オン・デューティ幅 の期間だけアンド回路ＬＡ₂ が負動作期間用スイッチングトランジスタＮ Ｔ_r をドライブする。

【００１６】 （２）子機の同期化部ＳＵの動作 所望の出力設定レベルＬＶ_s を出力決定部ＯＤに設定する。 親機の同期化部ＭＵから送られた所望の設定周波数ｆ_m に設定された基準 波形信号Ａ_m （例えば、三角波，のこぎり波等）が極性決定部ＰＤと出力 決定部ＯＤに入力する。 一方で、出力決定部ＯＤ内で親機の同期化部ＭＵから送られた基準波形信 号Ａ_m を出力設定レベルＬＶ_s と比較してＰＷＭ変調された変調信号Ｃ_s を生成し、これがアンド回路ＬＡ₃ とＬＡ₄ に入力する。 他方で、親機の同期化部ＭＵから送られた正動作期間信号Ｂ_m1と負動作期 間信号Ｂ_m2がアンド回路ＬＡ₃ とＬＡ₄ にそれぞれ入力する。 正動作期間信号Ｂ_m1がオン期間中に変調信号Ｃ_s の各オン・デューティ幅 の期間だけアンド回路ＬＡ₃ が正動作期間用スイッチングトランジスタＰ Ｔ_r をドライブする。 負動作期間信号Ｂ_m2がオン期間中に変調信号Ｃ_s の各オン・デューティ幅 の期間だけアンド回路ＬＡ₄ が負動作期間用スイッチングトランジスタＮ Ｔ_r をドライブする。

【００１７】上記の動作シーケンスを実行して、親機の
変調信号Ｃ_m がそのインバータ電源ＨＦＰ₁ のスイッチ
ングトランジスタＰＴ_r,ＮＴ_r をドライブし、それと同
時にその各子機の変調信号Ｃ_s が各インバータ電源ＨＦ
Ｐ_n のスイッチングトランジスタＰＴ_r,ＮＴ_r をそれぞ
れドライブするので、子機としてのその各インバータ電
源ＨＦＰ_n の出力の周波数と位相が親機としてのそのイ
ンバータ電源ＨＦＰ₁の出力の周波数と位相に同期す
る。それ故、子機としてのインバータ電源ＨＦＰの出力
（例えば、加熱コイルＬに流れる負荷電流Ｉ_L 等の出
力）の周波数と位相を親機としてのインバータ電源ＨＦ
Ｐの出力の周波数と位相に一致させかつ同期させること
が可能になる。

【００１８】一方、各インバータ電源ＨＦＰの所望の出
力量の設定は、その出力がその各インバータ電源ＨＦＰ
用の同期化部ＭＵ，ＳＵで生成される変調信号Ｃ_m,Ｃ_s
のオン・デューティ幅に比例するようにそれぞれ個別に
設定できることも上述した説明と図２，３とから容易に
理解できる。

【００１９】図４は、既に説明した動作を行う並列に配
置された各誘導加熱用インバータ電源ＨＦＰと加熱コイ
ルＬとから成る高周波誘導加熱装置を示す。

【００２０】この場合、親機がインバータ電源ＨＦＰ₁
であり、子機がインバータ電源ＨＦＰ_2,ＨＦＰ₃ であ
る。これらに接続されている各加熱コイルＬ₁ 〜Ｌ₃ の
巻き方向は全て同一方向にする必要がある。基準波形信
号Ａ_m と正動作期間信号Ｂ_m1と負動作期間信号Ｂ_m2は、
各端子ＣＮＧ，ＣＮＦを接続する同期信号ケーブルを介
して授受される。

【００２１】

【発明の効果】上述した構成の高周波誘導加熱システム
を使用すれば、各加熱コイル間の相互インダクタンスに
よる電磁エネルギー損失が除去されるので、加熱効率が
向上する。しかも、各加熱コイルを重ねて密に巻くこと
もできるので、各加熱コイルを全体として小型化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の複数の誘導加熱用インバータ電源
の回路構成図、

【図２】 図１の誘導加熱用インバータ電源用の同期化
部の回路構成図、

【図３】 図２の同期化部内の各要素から発生する電圧
波形と各加熱コイルに通電する負荷電流の電流波形図、

【図４】 並列に配置された図１の各誘導加熱用インバ
ータ電源と加熱コイルとから成る高周波誘導加熱システ
ムの配置を示す。

【符号の説明】

ＨＦＰ 誘導加熱用インバータ電源 ＤＢ 整流ダイオード ＳＣ 平滑コンデンサ ＩＮＶ インバータ部 Ｔ 絶縁トランジスタ Ｉ_L 負荷電流 ＭＵ 親機用同期化部 ＳＵ 子機用同期化部 ＦＤ 周波数決定部 ＰＤ 極性決定部 ＯＤ 出力決定部 ＬＡ アンド回路 ＰＴ_r 正動作期間用スイッチングトランジスタ ＮＴ_r 負動作期間用スイッチングトランジスタ ＳＷ 切換スイッチ Ｓ 接点 ｆ_m 設定周波数，スイッチング周波数 ＬＶ_m 親機の出力設定レベル ＬＶ_s 子機の出力設定レベル Ａ_m 親機の基準波形信号 Ａ_s 子機の基準波形信号 Ｂ_m 親機の正動作期間信号（Ｂ_m1）と負動作期
間信号（Ｂ_m2） Ｂ_s 子機の正動作期間信号（Ｂ_s1）と負動作期
間信号（Ｂ_s2） Ｃ_m 親機の変調信号 Ｃ_s 子機の変調信号 Ｌ 加熱コイル ＡＭ 被加熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−10687（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−168922（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−289775（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−189234（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−30281（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−80290（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 6/06 H05B 6/44 H05B 6/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電力を直流電力に変換する整流部
   と、直流電力を高周波電力に変換するインバータ部と、
   スイッチングトランジスタの導通期間を決める同期化部
   とから成るインバータ電源を少なくとも二つ用い、各イ
   ンバータ電源に対応する加熱する個別コイルに高周波電
   力を供給して導電性材料を加熱する高周波誘導加熱シス
   テムにおいて、 前記同期化部が、高周波発振電圧を出力する周波数決定
   部と、出力決定部で設定したインバータ出力となるよう
   に前記スイッチングトランジスタに前記高周波発振電圧
   に対応する周波数の励起パルス信号を供給するパルス発
   生部と、前記周波数決定部の出力端に通じる第一接点お
   よび前記出力端から分離した第二接点を有する選択スイ
   ッチとを備え、 前記選択スイッチが第一インバータ電源で第一接点に、
   また他の全てのインバータ電源で第二接点に選択され、
   第一インバータ電源の高周波発振電圧が他の全てのイン
   バータ電源の同期化部に供給されている、 ことを特徴とする高周波誘導加熱システム。
2. 【請求項２】 前記発振器の発振周波数は可変できるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱システ
   ム。