JP7454599B2 - 二周波電源装置、高周波加熱装置及び高周波焼入装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る高周波焼入装置を示すブロック図である。
図2に示すように、本実施形態に係る高周波加熱装置101においては、二周波電源装置1と、コイル90が設けられている。コイル90はワーク200の近傍に配置され、二周波電源装置1から交流電流が供給される。これにより、コイル90はワーク200を誘導加熱する。
図3に示すように、二周波電源装置1の電源部10においては、外部から入力された交流電流I1を直流電流I2に変換するコンバータ20と、コンバータ20から出力された直流電流I2を任意の周波数の交流電流I3に変換するインバータ30と、コンバータ20及びインバータ30を制御する制御部40と、が設けられている。また、電源部10には、インバータ30に接続された一対の出力端子11及び12が設けられている。なお、本明細書において、「直流」には、電流値が一定である狭義の直流の他に、脈流も含まれる。インバータ30は、コンバータ20から入力された直流電流I2を上述の低周波電流及び高周波電流に変換して出力する。
図4に示すように、インバータ30においては、スイッチング素子31~34が設けられている。スイッチング素子31~34は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)である。なお、スイッチング素子31~34は、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)であってもよい。各スイッチング素子31~34には、スイッチング部分とダイオード部分とが設けられており、相互に並列に接続されている。スイッチング部分はゲートを含み、ゲートに印加された電位によって導通と非導通とが切り替わる。
図5は、横軸に時間をとり、縦軸にインバータの出力電圧をとって、インバータの動作を示すタイミングチャートである。
図6は、横軸に時間をとり、縦軸に電源部の出力電圧をとって、本実施形態における電源部の動作を模式的に示すタイミングチャートである。
また、図6においては、電流の波形と周波数の切り替えのタイミングを同時に可視化するために、横軸の縮尺は正確でなくなっている。実際には、低周波電流が出力される期間T11及び高周波電流が出力される期間T12の長さは、各電流の周期に対して十分に長い。後述する図9についても図6と同様である。
図7は、横軸に時間をとり、縦軸に電源部の出力電圧及び出力電流をとって、本実施形態において電源部が高周波電流を出力する際の動作を示すタイミングチャートである。
図7においては、出力電圧を実線で表し、出力電流を破線で表す。図7に示すように、出力電圧は方形波であり、出力電流は正弦波である。
図8は、横軸に時間をとり、縦軸に電源部の出力電圧及び出力電流をとって、比較例において電源部が高周波電流を出力する際の動作を示すタイミングチャートである。
図8においては、出力電圧を実線で表し、出力電流を破線で表す。
図9は、横軸に時間をとり、縦軸に電源部の出力電圧をとって、本比較例における電源部の動作を模式的に示すタイミングチャートである。
なお、以下で説明するメカニズムは推定されたものであり、確定されたものではない。
図10~17は、本実施形態において推定される動作メカニズムを示す図である。
図18は、比較例において推定される動作メカニズムを示す図である。
10:電源部
11、12:出力端子
20:コンバータ
30:インバータ
31、32、33、34:スイッチング素子
31d、32d、33d、34d:ダイオード部分
31n、32n、33n、34n:n型部分
31p、32p、33p、34p:p型部分
35:高電位配線
36:低電位配線
40:制御部
60:第1整合器
69:整合コンデンサ
70:第2整合器
79:整合コンデンサ
80:変成器
90:コイル
100:高周波焼入装置
101:高周波加熱装置
102:冷却装置
200:ワーク
I1:交流電流
I2:直流電流
I3:交流電流
I11:電流
I12:出力電流
I13:リカバリー電流
I14:電流
I15:出力電流
I16:リカバリー電流
L:負荷
T1:第1導通期
T2:第1不通期
T3:第2導通期
T4:第2不通期
T5、T6:時間
T11:低周波電流が出力される期間
T12:高周波電流が出力される期間
Vs:サージ電圧
Claims (6)
- 第1周波数の第1交流電流と、前記第1周波数よりも高い第2周波数の第2交流電流と、を交互に出力する電源部を備え、
前記電源部は、
直流電流を前記第1交流電流及び前記第2交流電流に変換するインバータと、
前記インバータを制御する制御部と、
を有し、
前記インバータは、
高電位側電位と前記電源部の第1出力端子との間に接続された第1スイッチング素子と、
低電位側電位と前記第1出力端子との間に接続された第2スイッチング素子と、
前記高電位側電位と前記電源部の第2出力端子との間に接続された第3スイッチング素子と、
前記低電位側電位と前記第2出力端子との間に接続された第4スイッチング素子と、
を有し、
前記制御部は、
前記第1スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子を導通させ、前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子を導通させない第1導通期と、
前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、前記第3スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子を導通させない第1不通期と、
前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子を導通させ、前記第1スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子を導通させない第2導通期と、
前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、前記第3スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子を導通させない第2不通期と、
をこの順に繰り返し実現し、
前記第1不通期の長さを、前記第1導通期から前記第1不通期に切り替えてから前記インバータの出力電流の極性が切り替わるまでの時間よりも長くする、
二周波電源装置。 - 前記制御部は、前記第2不通期の長さを、前記第2導通期から前記第2不通期に切り替えてから前記インバータの出力電流の極性が切り替わるまでの時間よりも長くする、請求項1に記載の二周波電源装置。
- 前記電源部は、交流電流を前記直流電流に変換して前記高電位側電位及び前記低電位側電位を出力するコンバータをさらに有した請求項1または2に記載の二周波電源装置。
- 前記電源部の出力電流が入力され、前記第1交流電流を出力可能な第1整合器と、
前記電源部の出力電流が入力され、前記第2交流電流を出力可能な第2整合器と、
をさらに備えた請求項1~3のいずれか1つに記載の二周波電源装置。 - 請求項1~4のいずれか1つに記載の二周波電源装置と、
前記二周波電源装置から前記第1交流電流及び前記第2交流電流が入力されるコイルと、
を備えた高周波加熱装置。 - 請求項5に記載の高周波加熱装置と、
前記高周波加熱装置によって加熱されたワークを冷却する冷却装置と、
を備えた高周波焼入装置。
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