JP3938587B2 - 誘導加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱方法に係り、特に近接して配置した複数の加熱コイルのそれぞれに、対応して設けた共振型インバータによって給電するのに好適な誘導加熱方法および装置に関する。

誘導加熱は、加熱コイルに電流を流して磁場を発生させ、被加熱部材に渦電流を発生させて加熱するもので、抵抗体加熱では得ることができない高温を発生させることができるため、各方面において採用されている。図８に示したものは、圧延機などのロールを焼入れする誘導加熱装置の概略を模式的に示したものである。

図８において、ロール１０は、ロール本体１２とその両端に設けたジャーナル１４とから形成してある。ロール１０の焼入れを誘導加熱で行なう場合、誘導加熱装置１５に磁束密度の大きな磁場を発生させる加熱用コイル１６と、これよりも磁束密度の小さな磁場を発生させる温度保持用コイル１８とを設け、それぞれを対応するインバータからなる高周波電源２０、２２に接続する。これらの加熱用コイル１６と温度保持用コイル１８とは、両者間に隙間を生じないように接近させて配置し、両コイル１６、１８の境界部において温度が低下しないようにしている。そして、ロール１０の焼入れは、矢印２４のようにロール１０をコイル１６、１８に向けて前進させ、ロール本体１２の表層部を９５０℃程度に加熱して行なう。

図９は、パーシャル電磁誘導加熱装置の概略を示したものである。このパーシャル加熱装置３０は、複数の加熱コイル３２（３２ａ〜３２ｃ）が上下方向に同心に配置され、それぞれが対応するインバータからなる高周波電源３４（３４ａ〜３４ｃ）に接続してある。そして、例えば炭素棒３６の先端（下端）を加熱コイル３２の中に挿入し、炭素棒３６の周囲にガスを供給して加熱コイル３２により約１５００℃程度に加熱し、ガスを反応させる。この場合、熱が上方に逃げるため、より上側の加熱コイル３２の磁束密度を大きくするように電源３４を制御する。また、各加熱コイル３２は、境界部において温度の低下を防ぐために接するように近接配置してある。

図１０は、電磁誘導による容器加熱装置の概略を示したものである。この誘導加熱装置４４は、例えば炭素によって形成したルツボ４０の内部に炭化ケイ素（ＳｉＣ）４２の粉末を入れ、これを加熱コイル４８（４８ａ、４８ｂ）によって加熱し、炭化ケイ素４２を蒸発させてワーク４６に堆積させるようにしている。そして、誘導加熱装置４４は、上下方向に同心に設けた２つの加熱コイル４８ａ、４８ｂを有していて、それぞれをインバータからなる高周波電源５０（５０ａ、５０ｂ）に接続し、下側の加熱コイル４８ｂが大きな磁束密度の磁場を発生して炭化ケイ素４２を加熱するようにしている。

図１１は、いわゆるバウムクーヘン型誘導加熱装置の概略を示したものである。この誘導加熱装置６０は、炭素などから形成したドーナツ状ステージ６２を備えていて、ステージ６２の上面に複数の半導体ウエハ６４を配置するようになっている。そして、ステージ６２の下方には、加熱コイル６６が配置してあって、この加熱コイル６６に通電することにより、半導体ウエハ６４を加熱できるようにしてある。また、加熱コイル６６は、外側コイル６６ａ、中央コイル６６ｂ、内側コイル６６ｃからなっていて、これらをそれぞれ対応したインバータからなる高周波電源６８（６８ａ〜６８ｃ）に接続し、ステージ６２の全体を均一に加熱できるようにしている。そして、この場合においても、各コイル６６ａ〜６６ｃを接触する程度まで接近させて配置し、コイルの境界部において温度が低下しないようにしている。

図１２は、押出し加工用の誘導加熱装置の概略を示したものである。この誘導加熱装置７０は、横方向に同心状に配置した複数の加熱コイル７２（７２ａ〜７２ｃ）を有し、これらをインバータからなる対応した高周波電源７４（７４ａ〜７４ｃ）に接続し、加熱コイル７２の内部に配置した金属材料７６を、加工先端側から加工後端側に向けて温度が低くなるように加熱する。そして、加熱コイル７２ａ〜７２ｃは、境界部において温度低下を生じないように近接させて配置している。また、金属材料を液相と固相との共存状態で鍛造を行なうＳＳＦ（ＳｅｍｉＳｏｌｉｄ Ｆｏｒｇｉｎｇ）の場合にも同様の誘導加熱装置が用いられる。

ところで、誘導加熱は、大きな電力効率が得られるため、しばしば共振回路を有するいわゆる共振型インバータにより行なわれる。また、複数の加熱コイルを有する上記したような誘導加熱装置は、各加熱コイル境界部における温度の低下を防ぐため、各コイルを近接して配置している。このため、１つの加熱コイルによって発生させた磁束が他の加熱コイルに影響を与えて複数の加熱コイル間において相互誘導を生じる。したがって、複数のインバータに対応した加熱コイルを設けた誘導加熱装置は、負荷変動などにより各加熱コイル間における相互誘導の状態が変化し、各加熱コイルを流れる電流（加熱コイル電流）に歪が発生したり、各加熱コイル電流間の位相ずれを生ずる。このため、複数のインバータに対応した加熱コイルを設けた誘導加熱装置においては、各負荷電流の周波数を一致させるとともに、各加熱コイル電流間の位相を一定に保持しないと、加熱温度の高精度な制御が困難になるとともに、各加熱コイルの境界部において温度が低下する。

そこで、各加熱コイル間に磁気遮蔽用のコイルを挿入して加熱コイルの端部において磁束を吸収し、相互誘導による悪影響が生じないようにする方法が提案されている。また、２つの加熱コイルを１つの周波数変換器（高周波インバータ）に並列に接続するとともに、１つの加熱コイルに可変リアクトルを直列に接続し、可変リアクトルのＬ分を調整して電圧値を変化させることが提案されている（特許文献１）。

しかし、上記した各加熱コイルの境界部に磁気遮蔽用コイルを配置する方法は、コイル端部における磁束が磁気遮蔽コイルに吸収され、その部分における温度低下を生じて均一な加熱を行なうことができない。また、特許文献１に記載のように、１つの加熱コイルに可変リアクタを直列接続し、可変リアクトルによって電圧を変化させる方法は、可変リアクトルを制御すると、全体の周波数が変わること、電力制御の時定数が長いこと、１台の電力制御が系全体の各加熱コイルの電力値を変えてしまい、各加熱コイルのそれぞれについて独立に温度制御をすることが困難であること、などの欠点を有する。

一方、各インバータは、出力電流と出力電圧との位相差を小さくしないと、インバータ出力効率（力率）が悪く、インバータの容量低減および効率の低下を招く。したがって、インバータは、出力電流と出力電圧とが同期するように運転することが望ましい。

なお、関連する先行特許文献２〜４がある。特許文献２には並列共振インバータの電圧同期制御方式が開示されている。特許文献３には、ＰＷＭインバータで相互誘導している誘導加熱コイルへ同期した電流を給電する同期制御方式が開示されている。更に、特許文献４には、複数の誘導加熱コイルに同じ周波数を与えるために、所定の共振回路からの検出した電圧波形に基づき、他の共振回路と周波数を同期化する発振制御を行う方法が開示されている。
実公平３−３９４８２号公報 実開平３−７９１９１号公報 特開２００１−３５６４５号公報 特開平７−１３５０７０号公報

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、各加熱コイルの境界部における温度低下を防止して温度分布の制御性を向上させるとともに、相互誘導による影響を除去できるようにすることを目的としている。
さらに、本発明は、相互誘導の状態が変化するのを防止することを目的としている。
また、本発明は、インバータの力率を改善できるようにすることを目的としている。

本発明に係る第１の誘導加熱方法は、近接した複数の加熱コイルのそれぞれに対応させた共振型インバータと、この共振型インバータに接続された順変換部またはチョッパ部及び順変換部を有する誘導加熱装置を用いて被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、相互誘導している前記加熱コイルのそれぞれに供給する各電流の周波数を一致させ、各加熱コイル電流の位相を検出した後、各電流位相の平均値を求めてこれを基準信号とし、前記基準信号と各加熱コイル電流との位相差が零となるように各加熱コイルに供給される電流の位相を調整しながら、順変換部が接続された誘導加熱装置では順変換部により、チョッパ部及び順変換部が接続された誘導加熱装置ではチョッパ部により前記各加熱コイルへの投入電力制御を行い、被加熱物の温度分布を制御することを特徴としている。
本発明に係る第２の誘導加熱方法は、近接した複数の加熱コイルのそれぞれに対応させた共振型インバータと、この共振型インバータに接続された順変換部またはチョッパ部及び順変換部を有する誘導加熱装置を用いて被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、相互誘導している前記加熱コイルのそれぞれに供給する各電流の周波数を一致させ、各加熱コイル電流の位相を検出し、前記各共振型インバータにより加熱コイル電流間の位相差が設定された位相差となるように前記各加熱コイルに供給される電流の位相を調整しながら、順変換部が接続された誘導加熱装置では順変換部により、チョッパ部及び順変換部が接続された誘導加熱装置ではチョッパ部により前記各加熱コイルへの投入電力制御を行い、被加熱物の温度分布を制御することを特徴としている。

さらに、本発明に係る第３の誘導加熱方法は、各加熱コイルに供給される電流の位相の調整は、別途生成した基準信号に基づいて行われ、前記基準信号との位相差を検出し、この位相差が零又は設定された位相差となるように調整されることを特徴としている。また、前記基準信号は、前記複数のインバータから選択した任意のインバータの出力とすることもできる。

本発明に係る第４の誘導加熱方法は、前記各共振型インバータの出力電流と出力電圧との位相差を検出し、この位相差検出信号に基づいて、各共振型インバータのリアクトルを制御して前記共振型インバータの出力電流と出力電圧との位相差を調整して前記共振型インバータの力率を改善することを特徴としている。

また、本発明に係る第５の誘導加熱方法は、複数の加熱コイルのそれぞれに対応させた共振型インバータと各共振型インバータに接続された順変換部またはチョッパ部及び順変換部を有する誘導加熱装置を用いて被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、前記各誘導加熱コイルに給電するとともに、前記各共振型インバータの１つを主インバータ、他を従属インバータとし、相互誘導している主側の加熱コイル電流の位相と従属側の加熱コイル電流の位相とを検出した後、両者の位相差を求め、この位相差が零または設定された位相差となるように各従属インバータより各従属側の加熱コイル電流の位相を調整しながら、順変換部が接続された誘導加熱装置では順変換部により、チョッパ部及び順変換部が接続された誘導加熱装置ではチョッパ部により前記各加熱コイルへの投入電力制御を行い、被加熱物の温度分布を制御することを特徴としている。
また、本発明に係る第７の誘導加熱方法は、複数の加熱コイルのそれぞれに対応させた共振型インバータと各共振型インバータに接続された順変換部またはチョッパ部及び順変換部を有する誘導加熱装置を用いて被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、前記各誘導加熱コイルに給電するとともに、前記各共振型インバータの１つを主インバータ、他を従属インバータとし、相互誘導している主側の加熱コイル電流の位相と従属側の加熱コイル電流の位相とを検出し、前記主インバータの駆動信号若しくは主インバータの出力電圧または出力電流に基づいて、従属側の加熱コイル電流の位相と前記主側の加熱コイル電流の位相との位相差が設定された位相差となるように各従属インバータより各従属側の加熱コイル電流の位相を調整しながら、順変換部が接続された誘導加熱装置では順変換部により、チョッパ部及び順変換部が接続された誘導加熱装置ではチョッパ部により前記各加熱コイルへの投入電力制御を行い、被加熱物の温度分布を制御することを特徴としている。

また、前記従属インバータの出力電流と出力電圧との位相差を検出し、この位相差検出信号に基づいて、前記従属インバータとこの従属インバータに対応した前記加熱コイルとの間に設けた可変リアクトルを制御して前記従属インバータの出力電流と出力電圧との位相差を調整し、前記従属インバータの力率を改善することができる。
また、前記共振型インバータは、トランジスタとダイオードを逆並列接続したアームにより構成される直列共振型インバータとし、前記チョッパ部はトランジスタとダイオードを逆並列接続した構成とし、前記各チョッパ部を単一の平滑コンデンサ、及び順変換部に接続し、前記各加熱コイルに電力供給を行うようにしても良い。

上記のごとく構成した本発明の誘導加熱方法においては、近接した複数の加熱コイルのそれぞれに対応させた共振型インバータと、この共振型インバータに接続された順変換部またはチョッパ部及び順変換部を有する誘導加熱装置を用いて被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、相互誘導している前記加熱コイルのそれぞれに供給する各電流の周波数を一致させ、各加熱コイル電流の位相を検出し、前記各共振型インバータにより加熱コイル電流間の位相差が零となるように前記各加熱コイルに供給される電流の位相を調整しながら、順変換部が接続された誘導加熱装置では順変換部により、チョッパ部及び順変換部が接続された誘導加熱装置ではチョッパ部により前記各加熱コイルへの投入電力制御を行い、被加熱物の温度分布を制御するようにしているため、負荷が変動した場合にも、負荷変動による影響を受けることなく各加熱コイル間における相互誘導の状態を一定にすることができる。したがって、各加熱コイルに供給される電流（加熱コイル電流）は、相互誘導の変化による波形のひずみの発生などがなく、インバータを正常に運転することができ、複数の加熱コイルを近接して配置したとしても、各加熱コイル境界付近での温度低下を防止でき、加熱コイルによる温度制御を容易、精度よく行なって被加熱物の温度分布を高精度に制御することができる。

共振型インバータに与える駆動信号の位相を調整する場合、基準信号生成部などにおいて生成した基準信号に基づいて行なうと、制御が比較的容易であって、正確な位相調整が可能となる。基準信号は、電流の波形であってもよいし、任意のパルス状の波形などであってもよい。また、駆動信号の位相の調整は、複数の共振型インバータの任意の１つを基準インバータとし、この基準インバータの出力（例えば、出力電流、出力電圧）を基準信号とし、他のインバータを基準インバータの出力周波数に基づいて位相を調整するようにすると、基準信号生成部などを必要とせず、装置を簡素にできる。さらに、共振型インバータに与える駆動信号の位相の調整は、各加熱コイルを流れる電流の基準タイミング位置からの位相の平均値を求め、この平均値に各加熱コイル電流が一致するようにインバータの駆動信号を制御する。

そして、本発明の誘導加熱方法においては、複数の加熱コイルのそれぞれに対応させた共振型インバータと各共振型インバータに接続された順変換部またはチョッパ部及び順変換部を有する誘導加熱装置を用いて被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、前記各誘導加熱コイルに給電するとともに、前記各共振型インバータの１つを主インバータ、他を従属インバータとし、相互誘導している主側の加熱コイル電流の位相と従属側の加熱コイル電流の位相とを検出し、前記主インバータの駆動信号若しくは主インバータの出力電圧または出力電流に基づいて、従属側の加熱コイル電流の位相と前記主側の加熱コイル電流の位相との位相差が零となるように各従属インバータより各従属側の加熱コイル電流の位相を調整しながら、順変換部が接続された誘導加熱装置では順変換部により、チョッパ部及び順変換部が接続された誘導加熱装置ではチョッパ部により前記各加熱コイルへの投入電力制御を行い、被加熱物の温度分布を制御するようにしているため、負荷変動による影響を受けることなく精度のよい温度制御が可能で、各加熱コイル境界部における温度低下を避けつつ被加熱物の温度分布を高精度に制御することができる。

なお、主インバータを駆動する駆動信号に代えて、主インバータの出力電流や出力電圧などの出力周波数を従属インバータの駆動信号として与え、従属インバータを主インバータの出力周波数に同期させ、または設定される位相差に保持して運転しても同様の効果を得ることができる。また、主インバータと従属インバータとのそれぞれに対応して出力電力制御部を設けることにより、各インバータの出力の大きさを自由に制御することができ、加熱温度の管理を自由に、高精度で行なうことができる。

本発明に係る誘導加熱方法の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施の形態に係る誘導加熱方法を実施すための装置の説明図である。この実施形態に係る誘電加熱装置１００は、主加熱ユニット１１０ｍと従属加熱ユニット１１０ｓとの一対から形成してある。各加熱ユニット１１０ｍ、１１０ｓは、それぞれ電源部１１２ｍ、１１２ｓと、これらの電源部１１２ｍ、１１２ｓから電力が供給される負荷コイル部１５０ｍ、１５０ｓとを備えている。

各電源部１１２ｍ、１１２ｓは、サイリスタによってブリッジ回路を形成した整流回路である順変換部１１４ｍ、１１４ｓを有し、これらの順変換部１１４ｍ、１１４ｓがそれぞれ三相交流電源１１６ｍ、１１６ｓに接続してある。そして、順変換部１１４ｍ、１１４ｓの出力側には、平滑リアクトル１１８ｍ、１１８ｓを介してインバータ（逆変換部）１２０ｍ、インバータ１２０ｓが接続してある。実施形態の場合、主加熱ユニット１１０ｍ側のインバータ１２０ｍが主インバータであって、従属加熱ユニット１１０ｓ側のインバータ１２０ｓが従属インバータとなっている。そして、各インバータ１２０ｍ、１２０ｓは、実施形態の場合、電流型であって、周知のようにダイオードとトランジスタとを直列接続したアームからなるブリッジ回路によって形成してある。

インバータ１２０ｍ、１２０ｓの出力側に接続した負荷コイル部１５０ｍ、１５０ｓは、負荷コイルである加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓを有している。そして、各加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓとその内部抵抗１５６ｍ、１５６ｓとには、コンデンサ１５４ｍ、１５４ｓが並列に接続してあって、加熱コイル１５２とコンデンサ１５４とによって並列共振回路を形成している。すなわち、実施形態の場合、インバータ１２０ｍ、１２０ｓは、並列共振型インバータを構成している。また、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓは、実施形態の場合、相互に近接して配置してある。

各負荷コイル部１５０ｍ、１５０ｓには、コンデンサ１５４ｍ、１５４ｓと並列に変圧器１５８ｍ、１５８ｓが設けてあって、インバータ１２０ｍ、１２０ｓの出力電圧に対応した電圧値を得ることができるようにしてある。そして、主加熱ユニット１１０ｍ側の変圧器１５８ｍの出力電圧Ｖｍは、詳細を後述する主側の電力制御部１２２ｍと駆動制御部１２４ｍとにフィードバックするようにしてある。また、従属加熱ユニット１１０ｓ側の変圧器１５８ｓの出力電圧Ｖｓは、従属側の電力制御部１２２ｓにフィードバックするようにしてある。さらに、インバータ１２０ｍ、１２０ｓとコンデンサ１５４ｍ、１５４ｓとの間には、インバータ１２０ｍ、１２０ｓの出力電流Ｉｍ、Ｉｓを検出する変流器１６０ｍ、１６０ｓが設けてある。変流器１６０ｍ、１６０ｓの検出した出力電流Ｉｍ、Ｉｓは、対応する電力制御部１２２ｍ、１２２ｓにフィードバックするようになっている。

各電力制御部１２２ｍ、１２２ｓは、順変換部１１４ｍ、１１４ｓを構成しているサイリスタに駆動パルスを与えるもので、電力設定器１２６ｍ、１２６ｓが接続してある。そして、主側の駆動制御部１２４ｍは、変圧器１５８ｍから入力する電圧Ｖｍのゼロクロスを検出し、このゼロクロスに同期してインバータ１２０ｍを構成しているトランジスタＴＲｍＡ１、ＴＲｍＡ２、ＴＲｍＢ１、ＴＲｍＢ２に駆動パルスを出力する。また、駆動制御部１２４ｍは、従属側の駆動制御部１２４ｓに前記の駆動パルスに同期した信号を入力する。従属側駆動制御部１２４ｓは、主側駆動制御部１２４ｍから入力する信号に基づいて、従属側インバータ１２０ｓを構成しているトランジスタＴＲｓＡ１、ＴＲｓＡ２、ＴＲｓＢ１、ＴＲｓＢ２を駆動するパルスを生成してこれらのトランジスタに与える。

従属加熱ユニット１１０ｓには、位相検出器２２０が設けてある。この位相検出器２２０は、主側加熱コイル１５２ｍに供給する加熱コイル電流ＩＬｍと、従属側加熱コイル１５２ｓに供給する加熱コイル電流ＩＬｓとの位相差φｍｓを求める。すなわち、負荷コイル部１５０ｍ、１５０ｓには、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓとコンデンサ１５４ｍ、１５４ｓとの間に、加熱コイル電流検出器１８０ｍ、１８０ｓが加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓと直列に設けてある。加熱コイル電流検出器１８０ｍ、１８０ｓは、対応する加熱コイル電流ＩＬｍ、ＩＬｓを検出して位相検出器２２０に入力する。そして、位相検出器２２０は、加熱コイル電流ＩＬｍと加熱コイル電流ＩＬｓとの位相差φｍｓを求めて従属側の駆動制御部１２４ｓに入力する。従属側駆動制御部１２４ｓは、詳細を後述するように、位相検出器２２０の出力信号に基づいて、加熱コイル電流ＩＬｍ、ＩＬｓの位相を一致させるように従属側のインバータ１２０ｓに与える駆動信号（ゲートパルス）の位相を調整する。

従属加熱ユニット１１０ｓは、詳細を後述するように、インバータ１２０ｓの出力電流Ｉｓと出力電圧Ｖｓとの位相差を零にするための位相制御部１７０を有している。この位相制御部１７０は、変圧器１５８ｓと変流器１６０ｓとが出力する電圧Ｖｓ、電流Ｉｓが入力する位相差検出部１７２と、この位相差検出部１７２の出力信号に基づいて、インバータ１２０ｓと加熱コイル１５２ｓとの間に設けた可変リアクトル部１６２を制御する位相調整部１７４とから構成してある。そして、可変リアクトル部１６２は、実施形態の場合、加熱コイル１５２ｓとコンデンサ１５４ｓとに並列接続した可変容量リアクタンス１６４と、加熱コイル１５２ｓに直列接続した可変誘導リアクタンス１６６とから構成してある。

上記のごとく構成した誘導加熱装置１００は、主加熱ユニット１１０ｍの加熱コイル１５２ｍと、従属加熱ユニット１１０ｓの加熱コイル１５２ｓとが接するように近接して配置してある。各電源部１１２ｍ、１１２ｓは、順変換部１１４ｍ、１１４ｓのサイリスタが電力制御部１２２ｍ、１２２ｓの出力する駆動パルスによって駆動し、三相交流電源１１６ｍ、１１６ｓの出力する交流電力を整流して直流電力に変換し、平滑リアクトル１１８ｍ、１１８ｓを介してインバータ（逆変換部）１２０ｍ、１２０ｓに与える。電力制御部１２２ｍは、図２に示したように構成してある。従属側の電力制御部１２２ｓも同様な構成となっている。

すなわち、電力制御部１２２ｍは、変圧器１５８ｍの出力電圧Ｖｍと変流器１６０ｍの出力電流Ｉｍとが入力される電力変換器１３０と、電力変換器１３０の出力側に設けた電力比較器１３２と、電力比較器１３２の出力側に接続した順変換位相制御器１３４、この順変換位相制御器１３４の出力信号が入力する順変換ゲートパルス発生器１３６とから構成してある。

電力変換器１３０は、入力する電圧値Ｖｍと電流値Ｉｍとからインバータ１２０ｍの出力電力Ｐｍを求めて電力比較器１３２に出力する。電力比較器１３２には、電力設定器１２６ｍが接続してあって、電力変換器１３０が求めた電力値Ｐｍを電力設定器１２６ｍの出力する設定値Ｐｍｃと比較し、両者の偏差に対応した出力信号を順変換位相制御器１３４に送出する。そして、順変換位相制御器１３４は、電力比較器１３２の出力信号に応じて順変換部１１４ｍを構成している各サイリスタに与えるゲートパルスの発生タイミングを調整し、検出した電力値Ｐｍと設定値Ｐｍｃとの差が零となるサイリスタの駆動タイミングを求める。順変換位相制御器１３４は、求めた駆動タイミングに合わせて順変換ゲートパルス発生器１３６に駆動信号を与える。順変換ゲートパルス発生器１３６は、順変換位相制御器１３４の出力信号に同期してゲートパルスを発生し、順変換部１１４ｍの各サイリスタに駆動信号として与える。なお、サイリスタの出力電力は、電力設定器１２６ｍの設定値Ｐｍｃを変えることによって変えることができる。

インバータ１２０ｍ、１２０ｓを駆動する駆動制御部１２４ｍ、１２４ｓは、図３に示したようになっている。すなわち、駆動制御部１２４ｍと駆動制御部１２４ｓとは、それぞれトランジスタ用ゲートパルス発生器１４０ｍ、１４０ｓを有し、それぞれの出力側に一対のゲートユニット１４２ｍＡ、１４２ｍＢ、１４２ｓＡ、１４２ｓＢが接続してある。また、従属側の駆動制御部１２４ｓには、位相調整回路１４３が設けてある。この位相調整回路１４３は、負荷電流制御部となっていて、後述するように、主側加熱コイル１５２ｍと従属側加熱コイル１５２ｓとを流れる加熱コイル電流ＩＬｍ、ＩＬｓの位相が一致（同期）するように調整するためのもので、位相調整回路１４３の出力側にトランジスタ用ゲートパルス発生器１４０ｓが接続してある。さらに、位相調整回路１４３には、主側トランジスタ用ゲートパルス発生器１４０ｍの出力パルスと、位相検出器２２０が求めた加熱コイル電流ＩＬｍ、ＩＬｓの位相差φｍｓとが入力するようになっている。そして、主側の駆動制御部１２４ｍは、トランジスタ用ゲートパルス発生器１４０ｍに変圧器１５８ｍの出力電圧Ｖｍがフィードバックするようになっている。駆動制御部１２４ｍは、図４に示したように、ゲートパルス発生器１４０ｍが電圧Ｖｍのゼロクロスを検出してトランジスタを駆動するためのゲートパルスを発生し、ゲートユニット１４２ｍＡ、１４２ｍＢに入力するとともに、従属側の駆動制御部１２４ｓに同期信号として与える。

駆動制御部１２４ｍのトランジスタ用ゲートパルス発生器１４０ｍは、実施形態の場合、図４（１）のように変化する電圧Ｖｍが入力すると、電圧Ｖｍが下側からゼロクロスしたときに、同図（３）に示したように、Ａ相用トランジスタＴＲｍＡ１、ＴＲｍＡ２を駆動するゲートパルスを生成してゲートユニット１４２ｍＡと従属側の位相調整回路１４３とに出力する。ゲートユニット１４２ｍＡは、ゲートパルス発生器１４０ｍから入力したゲートパルスをトランジスタＴＲｍＡ１、ＴＲｍＡ２のベースに駆動信号として与える。また、ゲートパルス発生器１４０ｍは、電圧Ｖｍが上側からゼロクロスしたときに、Ａ相用のゲートパルスの生成を停止するとともに、図４（４）に示したように、Ｂ相用トランジスタＴＲｍＢ１、ＴＲｍＢ２を駆動するゲートパルスを生成し、ゲートユニット１４２ｍＢに出力する。ゲートユニット１４２ｍＢは、入力したゲートパルスをＢ相のトランジスタＴＲｍＢ１、ＴＲｍＢ２のベースに与えてこれを駆動する。これにより、主側のインバータ１２０ｍは、固有の周波数で駆動され、図４（５）に示したように、電圧Ｖｍに同期した電流Ｉｍが出力され、力率がほぼ１になる。また、同図（２）に示したように、加熱コイル１５２ｍに加熱コイル電流ＩＬｍが与えられる。

一方、従属側駆動制御部１２４ｓの位相調整回路１４３は、主側のゲートパルス発生器１４０ｍが出力したパルスの立上がり、立下がりに同期して信号をトランジスタ用ゲートパルス発生器１４０ｓに出力する。ゲートパルス発生器１４０ｓは、図４（６）に示したように、位相調整回路１４３からパルスが入力すると、これに同期してＡ相用パルスをＡ相用ゲートユニット１４２ｓＡに出力する。ゲートユニット１４２ｓＡは、入力したパルスを対応するトランジスタＴＲｓＡ１、ＴＲｓＡ２のベースに駆動信号として与えて作動させる。また、従属側ゲートパルス発生器１４０ｓは、同図（７）に示したように、Ｂ相用パルスを生成してＢ相用ゲートユニット１４２ｓＢに与える。ゲートユニット１４２ｓＢは、入力したパルスに基づいてトランジスタＴＲｓＢ１、ＴＲｓＢ２を駆動する。これにより、インバータ１２０ｓは、図４（８）に示したように、主側インバータ１２０ｍの出力する電流Ｉｍに同期した電流Ｉｓを出力し、加熱コイル１５２ｓに加熱コイル電流ＩＬｓが供給される（図４（１０）参照）。

従属加熱ユニット１１０ｓに設けた位相制御部１７０の位相差検出部１７２には、従属側インバータ１２０ｓの出力側に設けた変圧器１５８ｓと変流器１６０ｓとが検出したインバータ１２０ｓの出力電圧Ｖｓと出力電流Ｉｓとが入力する。そして、位相差検出部１７２は、これらの位相差を求めて位相調整部１７４に入力する。位相調整部１７４は、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓに加熱コイル電流ＩＬｍ、ＩＬｓが流れ、負荷変動などにより両者間に位相ずれを生じ、各加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓ間の相互誘導の状態の変化などにより、従属側インバータ１２０ｓの出力電圧Ｖｓと出力電流Ｉｓとの間に位相ずれを生ずると、これらの位相が一致するように可変リアクトル部１６２を制御する。

図５は、位相制御部１７０の作用を説明するフローチャートである。位相制御部１７０の位相差検出部１７２は、従属側の変圧器１５８ｓと変流器１６０ｓとから電圧Ｖｓと電流Ｉｓとが入力すると、図５のステップ１９０に示したように、両者の位相差を検出して位相角ψを求めて位相調整部１７４に送出する。位相調整部１７４は、位相差検出部１７２が出力した位相角ψが入力すると、電圧Ｖｓと電流Ｉｓとの位相が一致しているか、すなわちψ＝０であるか否かを判断する（ステップ１９１）。そして、位相が一致している場合には、位相差検出部１７２が出力する次の位相角ψを読み込む。

位相調整部１７４は、ステップ１９１において位相角ψ＝０でないと判断した場合、ステップ１９２に進んで電流Ｉｓの位相が電圧Ｖｓの位相より進んでいるか遅れているかを判断する。位相調整部１７４は、図４（９）の破線に示したように、電圧Ｖｓ（Ｖｓ１）が電流Ｉｓに対して位相角ψ１だけ位相が遅れている場合、すなわち電流の位相が電圧の位相より進んでいる場合、ステップ１９３に示したように、位相角ψ１に応じて可変リアクトル部１６２の可変容量リアクタンス１６４のＣを減少、または可変誘導リアクタンス１６６のＬを減少、もしくは両方を減少させて電圧Ｖｓの位相を進めもしくは電流Ｉｓの位相を遅らせ、図４（９）の実線に示したように、電圧Ｖｓの位相を電流Ｉｓの位相と一致させる。

位相調整部１７４は、ステップ１９２において図４（９）の一点鎖線に示したように、電圧Ｖｓ（Ｖｓ２）が電流Ｉｓに対してψ２だけ位相が進んでいる（電流の位相が電圧の位相より遅れている）と判断した場合、ステップ１９２からステップ１９４に進み、位相角ψ２に応じて可変容量リアクタンス１６４のＣを増加、または可変誘導リアクタンス１６６のＬを増加、もしくは両者を増加させて電圧Ｖｓの位相を遅らせ、もしくは電流Ｉｓの位相を進め、電圧Ｖｓと電流Ｉｓとの位相を一致させる。これにより、インバータ１２０ｓの力率が改善され、運転効率を向上することができる。

このようにして主インバータ１２０ｍと従属インバータ１２０ｓとが運転される。しかし、負荷が変動することなどにより、主側加熱コイル１５２ｍに供給される加熱コイル電流ＩＬｍと、従属側加熱コイル１５２ｓに供給される加熱コイル電流ＩＬｓとの間に、図７に示したような位相ずれを生ずることがある。このため、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓとの間における相互誘導の状態が変化する。そこで、この実施形態においては、加熱コイル電流ＩＬｍ、ＩＬｓの位相差φｍｓを位相検出器２２０によって検出し、図３に示したように、従属側駆動制御部１２４ｓの位相調整回路１４３に入力する。位相調整回路１４３は、例えば図７（３）のように、従属側加熱コイル電流ＩＬｓが主側加熱コイル電流ＩＬｍに対してφｍｓ１だけ位相が遅れている場合、この位相差φｍｓ１をなくすようにゲートパルス発生器１４０ｓに与える信号の発生タイミングを進める。

すなわち、図１３（４）、（５）に示したように、従属側の加熱コイル電流ＩＬｓが主側の加熱コイル電流ＩＬｍに対して位相がφｍｓ１だけ遅れている場合、位相調整回路１４３には、位相検出器２２０から遅れた位相差φｍｓ１を示す信号が入力する。位相調整回路１４３は、主側のゲートパルス発生器１４０ｍから入力する図１３（１）のＡ相用パルスと、位相差φｍｓ１とに基づいて、従属側インバータ１２０ｓのＡ相用およびＢ相用ゲートパルスを、主側インバータ１２０ｍのＡ相用およびＢ相用ゲートパルスに対して位相差φｍｓ１だけ早く出力するように、位相調整信号をゲートパルス発生器１４０ｓに与える。これにより、従属側のゲートユニット１４２ｓＡ、１４２ｓＢの出力するＡ相用ゲートパルスとＢ相用ゲートパルスとが図１３（６）、（７）に示したように、同図（１）、（２）に示した主側のＡ相用、Ｂ相用ゲートパルスに対してφｍｓ１だけ位相が進められて出力される。したがって、インバータ１２０ｓの位相調整後の出力電圧Ｖｓｃは、同図（８）のように主側インバータ１２０ｍの出力電圧Ｖｍ（図１３（３）参照）より位相がφｍｓ１だけ進む。そして、加熱コイル１５２ｓに供給される加熱コイル電流ＩＬｓｃは、同図（８）の示したように、主側の加熱コイル電流ＩＬｍと位相が一致する。

位相調整回路１４３は、反対に従属側加熱コイル電流ＩＬｓが主側加熱コイル電流ＩＬｍに対して、図７（４）のようにφｍｓ２だけ位相が進んでいる場合、この位相差φｍｓ２をなくすように、ゲートパルス発生器１４０ｓに与える駆動信号（ゲートパルス）の位相（出力タイミング）を遅らせ、加熱コイル電流ＩＬｍと加熱コイル電流ＩＬｓとの位相を一致させる。

これにより、加熱コイル電流ＩＬｍ、ＩＬｓは、負荷の状態が変動した場合であっても、位相が完全に一致させられるため、負荷の変動による影響を受けずにインバータを正常に運転することができる。したがって、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓを相互に近接して配置したとしても、負荷変動の影響を受けることなく誘導加熱を行なうことができ、温度制御を容易、高精度に行なえ、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓの境界部における加熱温度の低下などの不都合をなくすことができる。そして、実施の形態においては、主加熱ユニット１１０ｍと従属加熱ユニット１１０ｓとのそれぞれに電力制御部１２２ｍ、１２２ｓを設け、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓに供給する電力を独立して調整をできるようにしたことにより、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓ間で任意に加熱温度を変えることができるとともに、高精度の温度制御を行なうことができる。

なお、前記第１実施形態においては、従属加熱ユニット１１０ｓを１つだけ設けた場合について説明したが、従属加熱ユニットは複数設けてもよい。そして、複数の加熱ユニットを設けた場合、基準とする主となるものは、任意の加熱ユニットであってよい。また、第１実施形態においては、従属側の電流Ｉｓと電圧Ｖｓとの位相を一致させる場合に、位相制御部１７０の位相差検出部１７２に電流Ｖｓと電流Ｉｓとを入力させる場合について説明したが、電流Ｉｓの代わりに従属側インバータ１２０ｓのトランジスタに与えるゲートパルスを用いてもよい。そして、前記実施の形態においては、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓを近接配置する場合にて説明したが、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓを近接配置しない場合にも適用できることはもちろんである。さらに、前記第１実施形態においては、従属側に設けた可変リアクトル部１６２を可変容量リアクタンス１６４と可変誘導リアクタンス１６６とによって構成した場合について説明したが、可変リアクトル部１６２は、可変容量リアクタンス１６４または可変誘導リアクタンス１６６のいずれか一方によって形成してもよい。また、前記第１実施形態においては、主側のインバータ１２０ｍと従属側のインバータ１２０ｓとの加熱コイル電流ＩＬｍ、ＩＬｓの位相を一致（同期）させる場合について説明したが、必要に応じて両者の間に一定の位相差を保持させるようにしてもよい。

図６は、第２実施形態の説明図である。第２実施形態の誘導加熱装置２００は、主加熱ユニット２１０ｍと従属加熱ユニット２１０ｓとから構成してある。そして、主側の駆動制御部１２４ｍは、主側インバータ１２０ｍにのみゲートパルスを出力するようになっている。また、従属側の駆動制御部２１２ｓは、主側の変圧器１５８ｍの電圧Ｖｍが入力し、この電圧Ｖｍに基づいて、従属側インバータ１２０ｓを構成しているトランジスタの駆動信号（ゲートパルス）を生成してインバータ１２０ｓに与えるようになっている。すなわち、第２実施形態においては、従属側駆動制御部１２４ｓ（２１２ｓ）の位相調整回路１４３に、主側ゲートパルス発生器１４０ｍの出力パルスに代えて、図３に破線で示したように、主側インバータ１２０ｍの出力電圧Ｖｍが入力するようにしてある。他の構成は、前記第１実施形態と同様である。

このように構成した第２実施形態においては、従属側駆動制御部２１２ｓに主側の電圧Ｖｍが入力すると、主側駆動制御部１２４ｍと同様に電圧Ｖｍのゼロクロスを検出し、このゼロクロスに同期してＡ相用トランジスタゲートパルスとＢ相用トランジスタゲートパルスとを生成し、インバータ１２０ｓの各トランジスタのベースに駆動信号として与える。これにより、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、従属側の駆動制御部２１２ｓに、主側の変流器１６０ｍの出力する電流Ｉｍを入力し、この電流Ｉｍに基づいてトランジスタゲートパルスを生成し、これを従属側インバータ１２０ｓのトランジスタに与え、従属側インバータ１２０ｓを主側の電流Ｉｍに同期させて運転をしてもよい。

図１４は、第３実施形態の概略説明図であって、電圧型インバータに適用した例を示したものである。図１４において、誘導加熱装置３００は、交流電源３０２に順変換部３０４が接続してあり、この順変換部３０４の出力側に平滑コンデンサ３０６が設けてある。そして、誘導加熱装置３００は、主側加熱ユニット３１０ｍと従属側加熱ユニット３１０ｓとが平滑コンデンサ３０６に並列に接続してある。

加熱ユニット３１０ｍ、３１０ｓは、それぞれ直流電源部３１２ｍ、３１２ｓ、インバータ３１４ｍ、３１４ｓ、負荷コイル部３２０ｍ、３２０ｓを有する。直流電源部３１２ｍ、３１２ｓは、周知のチョッパ回路３１６ｍ、３１６ｓとこの出力側に設けたコンデンサ３１８ｍ、３１８ｓとから構成してある。また、各インバータ３１４ｍ、３１４ｓは、各アームがトランジスタと、このトランジスタに逆並列に接続したダイオードからなるブリッジ回路によって構成してある。そして、インバータ３１４ｍ、３１４ｓの出力側には、負荷コイル部３２０ｍ、３２０ｓが接続してある。各負荷コイル部３２０ｍ、３２０ｓは、加熱コイル３２２ｍ、３２２ｓとコンデンサ３２４ｍ、３２４ｓとが直列に接続された直列共振型となっている。また、従属側の負荷コイル部３２０ｓには、加熱コイル３２２ｓと直列に可変リアクトル３２６が設けてある。

さらに、各加熱ユニット３１０ｍ、３１０ｓのチョッパ回路３１６ｍ、３１６ｓには、電力制御部３３０ｍ、３３０ｓが接続してある。電力制御部３３０ｍ、３３０ｓは、チョッパ回路３１６ｍ、３１６ｓの、トランジスタとダイオードの逆並列によって形成したチョップ部３２８ｍ、３２８ｓをオン・オフし、チョッパ回路３１６ｍ、３１６ｓの通流率を変化させる。このため、直流電源部３１２ｍ、３１２ｓは、コンデンサ３１８ｍ、３１８ｓの両端の電圧の大きさが変化し、インバータ３１４ｍ、３１４ｓに与える電圧の大きさが変わって、インバータ３１４ｍ、３１４ｓの出力電力を変化させる。また、各インバータ３１４ｍ、３１４ｓには、インバータの駆動を制御する駆動制御部３３２ｍ、３３２ｓが接続してある。さらに、従属側には、負荷コイル部３２０ｓに設けた可変リアクトル３２６を制御する位相制御部３３４が接続してある。なお、図１４において、加熱コイル３２２ｍ、３２２ｓの内部抵抗は省略してある。

この第３実施形態の誘導加熱装置３００においては、インバータ３１４ｍ、３１４ｓの出力する電圧Ｖｍ、Ｖｓと電流（加熱コイル電流）ＩＬｍ、ＩＬｓが図１４に図示しない変圧器と変流器とによって検出され、電力制御部３３０ｍ、３３０ｓに入力される。電力制御部３３０ｍ、３３０ｓは、入力された電圧と電流とからインバータ３１４ｍ、３１４ｓの出力電力を求め、本図に図示しない電力設定器の設定値と比較し、出力電力が設定値となるようにチョップ部３２８ｍ、３２８ｓの駆動パルス幅を調整する。

主側の駆動制御部３３２ｍは、インバータ３１４ｍの出力電流が入力し、この出力電流のゼロクロスを検出してインバータ３１４ｍの各トランジスタを駆動する駆動信号（ゲートパルス）を生成してインバータ３１４ｍの各トランジスタに与える。一方、従属側の駆動制御部３３２ｓは、本図に図示しない位相検出器が接続してあって、位相検出器の出力する主側の加熱コイル電流ＩＬｍと従属側の加熱コイル電流ＩＬｓとの位相差が入力するとともに、主側の駆動制御部３３２ｍの出力したゲートパルスが入力する。そして、駆動制御部３３２ｓは、主側駆動制御部３３２ｍから入力したゲートパルスを基準にして、主側の加熱コイル電流ＩＬｍと従属側の加熱コイル電流ＩＬｓとの位相差φｍｓに応じて、位相差φｍｓが零となるように、または位相差φｍｓが所定の位相差Φとなるように、インバータ３１４ｓに与える駆動信号（ゲートパルス）の位相（出力タイミング）を調整して出力する。これにより、主側と従属側との加熱コイル電流ＩＬｍ、ＩＬｓの位相を同期させたり、両者を一定の位相差Φに保持してインバータ３１４ｍ、３１４ｓを運転することができる。このため、誘導加熱装置３００は、負荷が変動した場合であっても、加熱コイル電流ＩＬｍ、ＩＬｓの位相が一致、または所定の位相差Φに保持されるため、インバータ３１４の正常な運転が可能となり、加熱コイル３２２ｍ、３２２ｓの境界部における温度低下などを防ぐことができる。

また、従属側に設けた位相制御部３３４は、インバータ３１４ｓの出力する電圧と電流とを読み込み、両者の位相差ψを求める。位相制御部３３４は、電圧と電流との間に位相差がある場合、可変リアクトル３２６を調整して両者の位相を一致させる。これにより、インバータ３１４の力率が改善され、インバータ３１４ｓの運転効率を向上することができる。

図１５は、第４実施形態の概略説明図である。この第４実施形態に係る誘導加熱装置３５０は、主側と従属側とに電圧型インバータ３１４ｍ、３１４ｓを有する。これらのインバータ３１４ｍ、３１４ｓは、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式によって出力電力が制御されるようになっている。すなわち、各インバータ３１４ｍ、３１４ｓには、電力制御部３５２ｍ、３５２ｓが駆動制御部３５４ｍ、３５４ｓを介して接続してある。

各電力制御部３５２ｍ、３５２ｓは、対応するインバータ３１４ｍ、３１４ｓの出力電力を設定値と比較する。電力制御部３５２ｍ、３５２ｓは、インバータ３１４ｍ、３１４ｓの出力電力が設定値となるように、インバータ３１４ｍ、３１４ｓを駆動するパルス幅を求めて対応する駆動制御部３５４ｍ、３５４ｓに出力する。主側の駆動制御部３５４ｍは、主側インバータ３１４ｍの出力電流のゼロクロスを検出し、電力制御部３５２ｍが求めたパルス幅のゲートパルスをインバータ３１４ｍに与える。すなわち、駆動制御部３５４ｍは、インバータ３１４ｍの出力電力が設定値より小さい場合、よりパルス幅の長いゲートパルスを出力し、インバータ３１４ｍを構成しているトランジスタがオンしている時間を長くして出力電力を大きくする。

従属側の駆動制御部３５４ｓは、前記と同様にして主側の加熱コイル電流ＩＬｍと従属側の加熱コイル電流ＩＬｓとの位相差φｍｓを求め、この位相差φｍｓを零となるようにインバータ３１４ｓに与える駆動信号（ゲートパルス）の位相（出力タイミング）を調整してゲートパルスを出力する。このゲートパルスは、電力制御部３５２ｓが求めたパルス幅を有する。また、位相制御部３３４は、前記と同様にして従属側インバータ３１４ｓの出力電圧と出力電流との位相差ψが零となるように可変リアクトル３２６を調整し、インバータ３１４ｓの力率の調整を行なう。

これらの第３実施形態の誘導加熱装置３００および第４実施形態の誘導加熱装置３５０においても、必要に応じて主側の加熱コイル電流ＩＬｍと従属側の加熱コイル電流ＩＬｓとを設定される位相差に保持するように、インバータ３１４ｍ、３１４ｓを運転してもよい。

図１６は、第５実施形態の説明図である。図１６に示した誘導加熱装置４００は、順変換部３０４の出力側に設けた平滑コンデンサ３０６に、複数（実施形態の場合、４つ）の加熱ユニット３１０（３１０ａ〜３１０ｄ）が並列に接続してある。これらの加熱ユニット３１０は、電圧型インバータが設けてあって、チョッパ回路３１６（３１６ａ〜３１６ｄ）と、このチョッパ回路３１６の出力側にコンデンサ３１８（３１８ａ〜３１８ｄ）を介して接続したインバータ３１４（３１４ａ〜３１４ｄ）を有する。これらのインバータ３１４は、直列共振型インバータとなっていて、加熱コイル３２２（３２２ａ〜３２２ｄ）とコンデンサ３２４（３２４ａ〜３２４ｄ）とを直列接続した負荷コイル部３２０（３２０ａ〜３２０ｄ）が接続してある。また、各負荷コイル部３２０には、可変リアクトル３２６（３２６ａ〜３２６ｄ）が加熱コイル３２２と直列に接続してある。さらに、負荷コイル部３２０には、変圧器１５８（１５８ａ〜１５８ｄ）と変流器１６０（１６０ａ〜１６０ｄ）とが設けてあって、インバータ３１４の出力電圧と出力電流とを検出できるようになっている。

誘導加熱装置４００は、各加熱ユニット３１０に対応して制御ユニット４２０（４２０ａ〜４２０ｄ）を有している。制御ユニット４２０ａ〜４２０ｄは、同じに形成してある。そして、これらの制御ユニット４２０の具体的構成が、制御ユニット４２０ｄのブロック図として示してある。

制御ユニット４２０ｄは、電力制御部３３０ｄを有する。電力制御部３３０ｄは、電力設定器１２６ｄから設定値が入力する。また、電力制御部３３０ｄは、負荷コイル部３２０ｄに設けた変圧器１５８ｄと変流器１６０ｄとが接続してあって、これらが検出したインバータ３１４ｄの出力電圧と出力電流（加熱コイル電流ＩＬ４）とが入力するようになっている。電力制御部３３０ｄは、変圧器１５８ｄと変流器１６０ｄとから入力する電圧値と電流値とからインバータ３１４ｄの出力電力を求め、電力設定器１２６ｄが出力する設定値と比較する。そして、電力制御部３３０ｄは、インバータ３１４ｄの出力電力が設定値となるように、チョッパ回路３１６ｄのチョップ部３２８ｄに与えるゲートパルスの長さを調節する。

さらに、制御ユニット４２０ｄは、インバータ３１４ｄの駆動を制御する駆動制御部４２２ｄを備えている。この駆動制御部４２２ｄの入力側には、位相検出器４２４ｄが接続してある。位相検出器４２４ｄには、変流器１６０ｄの出力信号が入力するとともに、基準信号生成部４２６の出力信号が入力するようになっている。基準信号生成部４２６は、実施形態の場合、加熱コイル３２２に供給する加熱コイル電流ＩＬ（ＩＬ１〜ＩＬ４）の波形を生成する。そして、基準信号生成部４２６は、生成した電流波形を各制御ユニット４２０ａ〜４２０ｄに設けてある位相検出器４２４ａ〜４２４ｄ（位相検出器４２４ａ〜４２４ｃは図示せず）に基準信号として与える。位相検出器４２４ｄは、変流器１６０ｄによって検出された加熱コイル電流ＩＬ４の位相を基準信号生成部４２６が出力する基準電流波形の位相と比較し、両者の位相差を求めて駆動制御部４２２ｄに入力する。

駆動制御部４２２ｄは、インバータ３１４ｄを構成しているトランジスタに与えるゲートパルス（駆動信号）の位相（出力タイミング）を、加熱コイル電流ＩＬ４の位相が基準電流波形の位相と一致するように調整して出力し、インバータ３１４ｄの各トランジスタに与える。各制御ユニット４２０ａ〜４２０ｃの駆動制御部も同様にして、基準信号生成部４２６の出力する基準電流波形の位相と一致するように、インバータ３１４ａ〜３１４ｃに与えるゲートパルスの位相を調整する。これにより、各加熱コイル３２２ａ〜３２２ｄに供給される加熱コイル電流ＩＬ１〜ＩＬ４の位相が同期され、負荷状態が変化しても各加熱コイル３２２間における相互誘導の状態が変化するのを阻止できる。このため、各加熱コイル３２２を接するように近接配置した場合であっても、各加熱コイル３２２に供給する加熱コイル電流ＩＬは、負荷状態の変化による影響を受けることがなく、温度制御を容易、確実に行なえるとともに、各加熱コイル３２２の境界部において温度の低下を防ぐことができる。

なお、制御ユニット４２０ｄに設けられている位相制御部３３４ｄは、変圧器１５８ｄと変流器１６０ｄとが検出したインバータ３１４ｄの出力電圧と出力電流（加熱コイル電流）とに基づいて、両者の位相差ψを検出し、位相差ψが零となるように、すなわち出力電圧と出力電流とが同期するように可変リアクトル３２６ｄを調整する。これにより、インバータ３１４ｄの力率が改善され、インバータ３１４ｄの運転効率を向上することができる。そして、各制御ユニット４２０ａ〜４２０ｃは、制御ユニット４２０ｄと同様の制御を行なう。

なお、この実施形態においては、各加熱コイル電流ＩＬ１〜ＩＬ４の位相を同期させる場合について説明したが、必要に応じて各加熱コイル電流を相互に設定される位相差に保持してインバータ３１４を運転してもよいし、任意の加熱コイル電流を他の加熱コイル電流に対して設定される位相差を保持するようにインバータ３１４を運転してもよい。また、この実施形態においては、基準信号生成部４２６が基準信号として電流波形を出力する場合について説明したが、基準信号はインバータ３１４に与えるゲートパルスなどであってもよい。さらに、実施形態においては、基準信号生成部４２６が出力する信号に加熱コイル電流を同期させる場合について説明したが、複数のインバータ３１４の任意のインバータを基準のインバータとし、このインバータの出力を基準信号としてもよい。また、実施形態においては、基準信号生成部４２６の出力信号に同期させる場合について説明したが、各加熱コイル電流ＩＬの位相の平均を基準信号としてもよい。この場合、加熱コイル電流の平均位相は、誘導加熱装置４００の運転を開始した時点や、所定の間隔でパルスを出力し、このパルスを基準にして求めることができる。そして、本発明は、前記に説明した内容に限定されるものではない。すなわち、図１７、図１８に示した基本回路によって表されるインバータに適用することができるばかりでなく、あらゆる共振型インバータに対して適用することができる。

図１７に示した回路は、並列共振型インバータであって、インバータ４４０の各アームが直列接続したトランジスタとダイオードとによって形成してある。そして、インバータ４４０に接続された負荷部４４２は、加熱コイル（負荷コイル）４４４とコンデンサ４４６とが並列接続してある。また、図１８に示した回路は、直列共振型インバータであって、インバータ４５０の各アームがトランジスタとダイオードとの逆並列接続によって構成してある。そして、インバータ４５０に接続された負荷部４５２は、加熱コイル４５４とコンデンサ４５６とが直列接続してある。

以上に説明したように、本発明は、複数の加熱コイルのそれぞれに対応させた共振型インバータによって前記各加熱コイルに給電する場合に、各加熱コイルに供給する電流の周波数を一致させるとともに、電流位相を同期させ、または設定される位相差に保持して運転するため、負荷状態が変化した場合であっても、インバータを正常に運転することができる。したがって、本発明は、負荷変動の影響を受けることなく温度制御を容易、確実に行なえ、複数の加熱コイルの境界部における温度低下を防止し、最適な温度分布制御を行わせることができる。しかも、インバータは、出力電流と出力電圧との位相差が調整されるため、インバータの力率が改善されて運転効率の低下を防止することができる。

複数の加熱コイルを連接した誘導加熱を行なう際、各加熱コイルの境界部における温度低下を防止するとともに、共振型インバータを負荷変動による影響を受けることなく運転することができる。

本発明の第１実施の形態に係る誘導加熱装置の説明図である。 本発明の実施の形態に係る電力制御部の詳細説明図である。 実施の形態に係る駆動制御部の詳細説明図である。 実施の形態に係るインバータの動作を説明するタイムチャートである。 実施の形態に係る位相制御部の作用を説明するフローチャートである。 本発明に係る第２実施形態の説明図である。 実施の形態に係る主側加熱コイル電流と従属側加熱コイル電流との位相差を調整する方法の説明図である。 誘導加熱によるロールの焼入れ方法の説明図である。 パーシャル誘導加熱装置の概略説明図である。 誘導加熱による容器の加熱を説明する図である。 いわゆるバウムクーヘン型誘導加熱装置の概略説明図である。 押出し成形用の誘導加熱装置の概略説明図である。 実施の形態に係る加熱コイル電流の位相を調整する方法を説明する図である。 本発明に係る第３実施形態の概略説明図である。 本発明に係る第４実施形態の概略説明図である。 本発明に係る第５実施形態の説明図である。 並列共振型インバータの基本回路図である。 直列共振型インバータの基本回路図である。

符号の説明

１００………誘導加熱装置、１１０ｍ………主加熱ユニット、１１０ｓ………従属加熱ユニット、１１２ｍ，１１２ｓ………電源部、１２０ｍ，１２０ｓ………インバータ、１２２ｍ，１２２ｓ………電力制御部、１２４ｍ，１２４ｓ………駆動制御部、１２６………電力設定器、１３０………電力変換器、１３２………電力比較器、１４３………位相調整回路、１５０ｍ，１５０ｓ………負荷コイル部、１５２ｍ………主側加熱コイル、１５２ｓ………従属側加熱コイル、１６２ｍ………可変リアクトル部、１６４………可変容量リアクタンス、１７０………位相制御部、１７２………位相差検出部、１７４………位相調整部、１８０ｍ，１８０ｓ………加熱コイル電流検出器、２２０………位相検出器。

Claims (9)

1. 近接した複数の加熱コイルのそれぞれに対応させた共振型インバータと、この共振型インバータに接続された順変換部またはチョッパ部及び順変換部を有する誘導加熱装置を用いて被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、相互誘導している前記加熱コイルのそれぞれに供給する各電流の周波数を一致させ、各加熱コイル電流の位相を検出した後、各電流位相の平均値を求めてこれを基準信号とし、前記基準信号と各加熱コイル電流との位相差が零となるように各加熱コイルに供給される電流の位相を調整しながら、順変換部が接続された誘導加熱装置では順変換部により、チョッパ部及び順変換部が接続された誘導加熱装置ではチョッパ部により前記各加熱コイルへの投入電力制御を行い、被加熱物の温度分布を制御することを特徴とする誘導加熱方法。
2. 近接した複数の加熱コイルのそれぞれに対応させた共振型インバータと、この共振型インバータに接続された順変換部またはチョッパ部及び順変換部を有する誘導加熱装置を用いて被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、相互誘導している前記加熱コイルのそれぞれに供給する各電流の周波数を一致させ、各加熱コイル電流の位相を検出し、前記各共振型インバータにより加熱コイル電流間の位相差が設定された位相差となるように前記各加熱コイルに供給される電流の位相を調整しながら、順変換部が接続された誘導加熱装置では順変換部により、チョッパ部及び順変換部が接続された誘導加熱装置ではチョッパ部により前記各加熱コイルへの投入電力制御を行い、被加熱物の温度分布を制御することを特徴とする誘導加熱方法。
3. 各加熱コイルに供給される電流の位相の調整は、別途生成した基準信号に基づいて行われ、前記基準信号との位相差を検出し、この位相差が零又は設定された位相差となるように調整されることを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱方法。
4. 前記基準信号は、前記複数のインバータから選択した任意のインバータの出力とすることを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱方法。
5. 前記各共振型インバータの出力電流と出力電圧との位相差を検出し、この位相差検出信号に基づいて、各共振型インバータのリアクトルを制御して前記共振型インバータの出力電流と出力電圧との位相差を調整して前記共振型インバータの力率を改善することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載の誘導加熱方法。
6. 複数の加熱コイルのそれぞれに対応させた共振型インバータと各共振型インバータに接続された順変換部またはチョッパ部及び順変換部を有する誘導加熱装置を用いて被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、前記各誘導加熱コイルに給電するとともに、前記各共振型インバータの１つを主インバータ、他を従属インバータとし、相互誘導している主側の加熱コイル電流の位相と従属側の加熱コイル電流の位相とを検出した後、両者の位相差を求め、この位相差が零または設定された位相差となるように各従属インバータより各従属側の加熱コイル電流の位相を調整しながら、順変換部が接続された誘導加熱装置では順変換部により、チョッパ部及び順変換部が接続された誘導加熱装置ではチョッパ部により前記各加熱コイルへの投入電力制御を行い、被加熱物の温度分布を制御することを特徴とする誘導加熱方法。
7. 複数の加熱コイルのそれぞれに対応させた共振型インバータと各共振型インバータに接続された順変換部またはチョッパ部及び順変換部を有する誘導加熱装置を用いて被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、前記各誘導加熱コイルに給電するとともに、前記各共振型インバータの１つを主インバータ、他を従属インバータとし、相互誘導している主側の加熱コイル電流の位相と従属側の加熱コイル電流の位相とを検出し、前記主インバータの駆動信号若しくは主インバータの出力電圧または出力電流に基づいて、従属側の加熱コイル電流の位相と前記主側の加熱コイル電流の位相との位相差が設定された位相差となるように各従属インバータより各従属側の加熱コイル電流の位相を調整しながら、順変換部が接続された誘導加熱装置では順変換部により、チョッパ部及び順変換部が接続された誘導加熱装置ではチョッパ部により前記各加熱コイルへの投入電力制御を行い、被加熱物の温度分布を制御することを特徴とする誘導加熱方法。
8. 前記従属インバータの出力電流と出力電圧との位相差を検出し、この位相差検出信号に基づいて、前記従属インバータとこの従属インバータに対応した前記加熱コイルとの間に設けた可変リアクトルを制御して前記従属インバータの出力電流と出力電圧との位相差を調整し、前記従属インバータの力率を改善することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の誘導加熱方法。
9. 前記共振型インバータは、トランジスタとダイオードを逆並列接続したアームにより構成される直列共振型インバータとし、前記チョッパ部はトランジスタとダイオードを逆並列接続した構成とし、前記各チョッパ部を単一の平滑コンデンサ、及び順変換部に接続し、前記各加熱コイルに電力供給を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１に記載の誘導加熱方法。

Images