JP5534318B2 - 電力供給装置 - Google Patents
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Description
図8は、従来の電力供給装置50で用いられる切り替え回路51の構成を示す回路図である。図8に示すように、電力供給装置50の切り替え回路51は、電源52と負荷となるコイル53,54との間に挿入されている。通常の切り替え回路51は、電磁接触器(マグネットと呼ばれる)やエヤー駆動の機械式接点からなるスイッチで構成されている。
本書に添付した図9は、特許文献1に開示された誘導加熱装置を示す図である。この図9に示すように、誘導加熱装置55は、1台の電源90と電源90の制御回路100と、制御回路100によって制御される第1の切り替え回路101と第2の切り替え回路102とから構成されている。誘導加熱装置55は、複数の区間81,82,83とからなる誘導加熱コイル80を加熱する。各コイル区間は、一方の端子が切り替え回路101に接続されている。各コイル81,82,83の他方の端子は第2の切り替え回路102に接続されている。
図10は、特許文献2に開示された誘導加熱装置を示す図である。誘導加熱装置200は、インバータの逆変換部204に第1の加熱コイル261が接続されている。さらに、第2の加熱コイル262が、逆並列接続のサイリスタ対271,272を介してインバータの逆変換部204に接続され、逆並列接続のサイリスタ対271,272の流通角が第2の制御回路211で制御されている。
またサイリスタは、アノードとカソードとの間にある程度の電圧を印加しておきゲート信号を加え素子固有の保持電流以上の電流を流し続けないとオン状態を維持できない。つまりサイリスタをオン状態にするにはあらかじめアノード、カソード間に電圧が印加されており保持電流が流れることが条件となる。このため、交流電源からの電力を複数のコイルに供給する場合、制御回路が複雑になることや、サイリスタの流通角の制御に制限が生じる等の課題がある。
トランジスタは、好ましくは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、MOSFET及びバイポーラトランジスタの何れかである。負荷は、好ましくはコイル又は溶接用電極である。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の電力供給装置1に係る第1の実施形態の構成を示す回路図である。図1に示すように、電力供給装置1は、交流の電源2と、電源2に接続される切り替え部3と、を含んで構成されている。切り替え部3には、第1のコイル4及び第2のコイル5が接続される。つまり、第1のコイル4及び第2のコイル5は、電源2の負荷である。
なお、フリーホイーリングダイオード12は、フライホイールダイオードや還流ダイオードとも呼ばれている。
従って、図2(G)に示すように、第2のコイル5には、電源2の正の半周期では導通角θp2に応じて電源2の正側の電圧が印加され、電源2の負の半周期では導通角θn1に応じて電源2の負側の電圧が印加される。これにより、電源2からの電力が第2の切り替え回路3bを介して第2のコイル5に供給される。第2のコイル5に図示しない被加熱物が配置されている場合には、この被加熱物が誘導加熱される。
本発明の電力供給装置1の切り替え部3は、電源2と負荷となるコイル4,5との間に挿入されており、高周波誘導加熱装置や溶解炉装置に応用することができる。電源2の負荷は、コイル4,5に限らず種々の負荷に適用することができる。一例として、電源2の負荷をn個のコイルとした電力供給装置1の変形例について説明する。
図3は、本発明の電力供給装置の変形例1aの構成を示す回路図である。図3に示すように、電力供給装置1aは、電源2と電源2に接続される切り替え部3とを含んで構成されている。切り替え部3には、n個のコイル14(141〜14n)が接続されている。つまり、電力供給装置1aは、切り替え部3によって負荷となるコイル141〜14nに電力を供給するように構成されている。
電源2の周波数が互いに異なる2つの周波数からなる電力供給装置1の変形例について説明する。
図4は、本発明の電力供給装置の別の変形例1bの構成を示す回路図である。図4に示す電力供給装置1bが図1に示す電力供給装置1と異なるのは、図1に示す電力供給装置1の単一周波数の電源2を、第1の周波数と第2の周波数を出力する2周波電源20に代えた構成にした点である。2周波電源20は、第1の周波数を出力する低周波電源21と、第2の周波数を出力する高周波電源22と、インダクタンス23と、コンデンサ24等を含んで構成されている。2周波電源20は、低周波電源21と高周波電源22とが重畳されてなる電源である。低周波電源21と高周波電源22とは、通電制御部25によって各出力が制御される。低周波電源21の一端はインダクタンス23を介して切り替え部3の一端に接続されると共に、高周波電源22の一端はコンデンサ24を介して切り替え部3の一端に接続される。低周波電源21の他端及び高周波電源22の他端は、第1及び第2のコイル4,5の他端と接続される。他の構成は、図1に示す電力供給装置1と同じであるので、説明は省略する。
図5は、電力供給装置1の負荷を溶接用電極とした例を示す回路図である。図5に示す電力供給装置1は、図1に示している負荷のコイル4,5を第1及び第2の溶接用電極15,16とした場合を示している。第1の切り替え回路3aが第1の溶接用電極15に直列接続され、第2の切り替え回路3bが第2の溶接用電極16に直列接続されている。従って、電源2の電力が、切り替え部3によって第1の溶接用電極15及び第2の溶接用電極16に供給される。これにより、第1の溶接用電極15に挟まれる被加工物の抵抗溶接ができると共に、第2の溶接用電極16に挟まれる被加工物の抵抗溶接ができる。
図6は、電力供給装置1bの負荷を溶接用電極とした例を示す回路図である。図6に示す電力供給装置1は、図4に示している負荷のコイル4,5を第1及び第2の溶接用電極15,16に置き換えた場合を示している。第1の切り替え回路3aが第1の溶接用電極15に直列接続され、第2の切り替え回路3bが第2の溶接用電極16に直列接続されている。従って、電源2の電力が、切り替え部3によって第1の溶接用電極15及び第2の溶接用電極16に供給される。これにより、第1の溶接用電極15に挟まれる被加工物の抵抗溶接ができると共に、第2の溶接用電極16に挟まれる被加工物の抵抗溶接ができ、さらに、2周波電源20から低周波電力及び高周波電力が出力されるので、被溶接物の溶接箇所の表面表面を高周波電力で誘導加熱することができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る電力供給装置について説明する。
図7は、本発明の第2の実施形態に係る電力供給装置30の構成を示す回路図である。 図7に示す電力供給装置30が、図1に示す電力供給装置1と異なるのは、コイル4,5の他端と交流電源2の他端との間にそれぞれ、上記した逆並列接続された半導体スイッチング素子8,9の対からなる切り替え回路3a2,3b2がさらに接続される点にある。
具体的には、コイル4と接続される第1の切り替え回路3aは、交流からなる電源2の一端とコイル4の一端との間に接続される第1の切り替え回路3a1と、コイル4の他端と交流電源2の他端との間に接続される第1の切り替え回路3a2とからなる。
一方、コイル5と接続される第2の切り替え回路3bは、交流からなる電源2の一端とコイル5の一端との間に接続される第2の切り替え回路3b1と、コイル5の他端と交流からなる電源2の他端との間に接続される第2の切り替え回路3b2とからなる。
さらに、本発明の電力供給装置30によれば、逆並列接続された半導体スイッチング素子8,9の一対が4組必要になる。つまり、電力供給装置1では逆並列接続された半導体スイッチング素子8,9の対が2組必要であったのに対して2倍必要になる。さらに、電力供給装置30によれば、第1の切り替え回路3aにおいて、コイル4の一端に接続される半導体スイッチング素子8,9の対3a1と、コイル4の他端に接続される半導体スイッチング素子8,9の対3a2は、電源2に直列接続されるので、トランジスタ11の耐圧は、本発明の電力供給装置1に用いたトランジスタ11の約1/2で済むので、より安価なトランジスタ11を使用できるという利点が生じる。
2:電源
3:切り替え部
3a,3a1,3a2:第1の切り替え回路
3b,3b1,3b2:第2の切り替え回路
4:第1のコイル
5:第2のコイル
6:制御部
8,9:半導体スイッチング素子
10:ダイオード
11:三端子のスイッチング素子
12:フリーホイーリングダイオード
14:n個のコイル(141〜14n)
15:第1の溶接用電極
16:第2の溶接用電極
20:2周波電源
21:低周波電源
22:高周波電源
23:インダクタンス
24:コンデンサ
25:通電制御部
Claims (5)
- 1台の交流電源と、該交流電源と該交流電源の第1〜第nの負荷との間に接続される切り替え部と、を備え、
上記切り替え部は、第1〜第nの切り替え回路と制御部とを備え、
上記第1〜第nの切り替え回路のそれぞれは、逆並列接続された半導体スイッチング素子の一対から構成され、
上記半導体スイッチング素子の一対の一端が、上記交流電源の一端と上記各負荷の一端との間に直列接続され、該各負荷の他端が、上記交流電源の他端に接続され、
上記半導体スイッチング素子の一対のそれぞれは、ダイオードと、該ダイオードに直列接続される絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ又はMOSFETからなるトランジスタと、該トランジスタの第1及び第2の主電極に並列に接続されるフリーホイーリングダイオードとからなり、
上記制御部から上記トランジスタの各制御電極に、該トランジスタが所定の導通角で導通するように制御信号が印加されて、上記交流電源から供給される電力が、上記第1〜第nの負荷に分配される、電力供給装置。 - 前記各負荷の他端と前記交流電源の他端との間にさらに、逆並列接続された半導体スイッチング素子の一対からなる切り替え回路が接続されることを特徴とする、請求項1に記載の電力供給装置。
- 前記交流電源は、低周波と高周波との2周波電源からなることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電力供給装置。
- 前記負荷が、コイルであることを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載の電力供給装置。
- 前記負荷が、溶接用電極であることを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載の電力供給装置。
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