專利名稱：電力供給裝置以及感應(yīng)加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提供不同頻率電力的電力供給裝置以及感應(yīng)加熱裝置。
背景技術(shù)：
以前已經(jīng)知道這樣的電力供給裝置，在控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)加熱裝置等中的一個(gè)感應(yīng)負(fù)載的輸出時(shí)，該裝置能夠變更向負(fù)載提供的交流電的頻率(例如專利文獻(xiàn)1)。
在該專利文獻(xiàn)1記載的裝置中，提供高頻的第一變換器和提供中頻的第2變換器與一個(gè)感應(yīng)線圈并聯(lián)連接。也就是說，提供高頻的第一變換器作為串聯(lián)諧振電路，通過對(duì)感應(yīng)線圈的無效電力進(jìn)行串聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾娙?condenser)來減小來自提供中頻的第二變換器的中頻反饋。另外，在將電容器并聯(lián)連接到第二變換器并補(bǔ)償感應(yīng)線圈的無效電力的同時(shí)，第二變換器與第一變換器和第二變換器的公共接頭之間串聯(lián)連接了抑制高頻反饋的電抗器(reactor)以及補(bǔ)償該電抗器的無效電力的附加補(bǔ)償電容器的串聯(lián)電路。
專利文獻(xiàn)1特許第3150968號(hào)公報(bào)(第2頁右欄-第3頁右欄，圖3)但是，在上述專利文獻(xiàn)1的記載中，必須有向提供高頻的第一變換器與提供中頻的第二變換器供給的兩個(gè)不同頻率的電源，也就是變換器，因此希望簡化結(jié)構(gòu)。另外，由于同時(shí)工作的提供不同頻率的變換器之間的相互干擾等問題，裝置設(shè)計(jì)很困難。也就是說，高頻側(cè)的變換器的頻率同步電路受到低頻交流波動(dòng)影響，易于發(fā)生頻散，也就是同步不穩(wěn)定。為了減輕該相互干擾的影響，有必要在如上所述的各個(gè)匹配電路中添加濾波器電路，此外還要求設(shè)定為兩個(gè)頻率盡量是分離的。這樣就產(chǎn)生如下問題電路結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，裝置大型化，不能提高制造性和減小裝置成本，同時(shí)對(duì)頻率的設(shè)定還有很多限制，并且缺乏通用性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于以簡單的結(jié)構(gòu)提供一種能夠供給不同頻率的交流電的電力供給裝置和感應(yīng)加熱裝置。
本發(fā)明涉及向感應(yīng)負(fù)載提供不同頻率電力并使之起作用的電力供給裝置，其特征在于，具有輸出不同頻率的交流電的振蕩電路部分；對(duì)應(yīng)于前述不同頻率并與前述感應(yīng)負(fù)載一起構(gòu)成多個(gè)諧振電路的匹配電路部分；控制電路部分，將從前述振蕩電路部分供給到前述匹配電路部分中任意一個(gè)諧振電路的交流電的頻率控制為以規(guī)定的諧振頻率進(jìn)行供給的狀態(tài)。
在本發(fā)明中，通過控制電路部分，對(duì)應(yīng)于振蕩電路部分輸出的交流電的不同頻率，在由多個(gè)感應(yīng)負(fù)載構(gòu)成的匹配電路部分的諧振電路產(chǎn)生諧振的規(guī)定諧振頻率的狀態(tài)下，進(jìn)行使不同頻率的交流電從振蕩電路輸出的控制。因此，可以在一個(gè)振蕩電路部分中通過不同的兩個(gè)頻率使一個(gè)感應(yīng)負(fù)載起作用，從而簡化了結(jié)構(gòu)。另外，沒有必要對(duì)應(yīng)于不同的頻率而設(shè)置多個(gè)振蕩電路部分，不會(huì)產(chǎn)生振蕩電路部分之間的相互干擾，裝置設(shè)計(jì)較容易，結(jié)構(gòu)得以簡化，從而容易地實(shí)現(xiàn)了提高制造性和降低成本。
在本發(fā)明的電力供給裝置中，優(yōu)選前述匹配電路部分包括將多個(gè)負(fù)載諧振阻抗變換為大致相同的振蕩器輸出阻抗的變壓器。
在本發(fā)明中，在匹配電路部分中設(shè)置了將多個(gè)諧振電路的負(fù)載諧振阻抗變換為大致相同的振蕩器輸出阻抗的變壓器。這樣，就能容易地通過不同的頻率給感應(yīng)負(fù)載提供最大電力，從而能容易地使感應(yīng)負(fù)載高效率地起作用。
在本發(fā)明的電力供給裝置中，優(yōu)選前述變壓器包括連接到前述振蕩電路部分并被提供交流電的初級(jí)線圈以及具有抽頭的次級(jí)線圈，其中，該抽頭使多個(gè)不同負(fù)載諧振阻抗變換為大致相同的振蕩器輸出阻抗。
在本發(fā)明中，作為變壓器，其結(jié)構(gòu)為初級(jí)線圈連接到振蕩電路部分并被提供交流電，次級(jí)線圈中設(shè)置了使負(fù)載諧振阻抗變換為大致相同的振蕩器輸出阻抗的抽頭。因此，很容易就能得到這種結(jié)構(gòu)，即以不同的頻率給感應(yīng)負(fù)載提供最大電力，從而使之高效地起作用。
在本發(fā)明的電力供給裝置中，較理想的是，按照使負(fù)載諧振阻抗變換為振蕩器輸出阻抗的各諧振電路設(shè)置了多個(gè)所述變壓器。
在本發(fā)明中，按照各匹配電路部分的負(fù)載諧振阻抗設(shè)置了多個(gè)大致相同的振蕩器輸出阻抗的變壓器。這樣，諧振頻率以外的頻率電流不會(huì)流過，因此分別簡化了變壓器的結(jié)構(gòu)，從而較容易實(shí)現(xiàn)成本的降低。
在本發(fā)明的電力供給裝置中，較理想的是，前述控制電路部分包括頻率電力比率控制電路部分，該頻率電力比率控制電路部分對(duì)應(yīng)于使前述感應(yīng)負(fù)載起作用的狀態(tài)來切換前述振蕩電路部分輸出的交流電的頻率。
在本發(fā)明中，通過控制電路部分的頻率電力比率控制電路部分，對(duì)應(yīng)于使感應(yīng)負(fù)載起作用的狀態(tài)控制切換從前述振蕩電路部分輸出的交流電的頻率。這樣，可以容易地根據(jù)負(fù)載對(duì)象獲得頻率的同步，并可以高效率地實(shí)現(xiàn)以不同頻率進(jìn)行的諧振，從而可以讓感應(yīng)負(fù)載高效地起作用。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的電力供給裝置中，前述頻率電力比率控制電路部分基于與通過輸入裝置的輸入操作設(shè)定的使前述感應(yīng)負(fù)載起作用的狀態(tài)相關(guān)的設(shè)定輸入信號(hào)，設(shè)定從前述振蕩電路部分輸出的交流電的頻率。
在本發(fā)明中，一旦通過輸入裝置的輸入操作設(shè)定了使前述感應(yīng)負(fù)載起作用的狀態(tài)，頻率電力比率控制電路就基于與該狀態(tài)相關(guān)的設(shè)定輸入信號(hào)，設(shè)定從振蕩電路部分輸出的交流電的頻率。因此，可以根據(jù)負(fù)載對(duì)象適當(dāng)?shù)卦O(shè)定所輸出的交流電的頻率，從而提高通用性。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的電力供給裝置中，前述頻率電力控制電路部分包括低頻同步電路部分，控制振蕩電路部分的發(fā)送頻率到這樣的狀態(tài)所述振蕩電路部分輸出的低頻輸出頻率根據(jù)阻抗的頻率特性成為規(guī)定的串聯(lián)諧振頻率；高頻同步電路部分，控制振蕩電路部分的發(fā)送頻率到這樣的狀態(tài)所述振蕩電路部分輸出的高頻輸出頻率根據(jù)阻抗的頻率特性成為規(guī)定的串聯(lián)諧振頻率；以及切換低頻和高頻的頻率電力控制電路。
在本發(fā)明中，通過頻率電力控制電路部分適當(dāng)?shù)厍袚Q低頻和高頻，通過低頻同步電路部分和高頻同步電路部分將振蕩電路部分的發(fā)送頻率控制為這樣的狀態(tài)，該狀態(tài)為從振蕩電路部分輸出的輸出頻率根據(jù)阻抗的頻率特性變?yōu)橐?guī)定的串聯(lián)諧振頻率。因此，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)通過頻率電力控制電路部分容易地切換不同的頻率，通過低頻同步電路部分和高頻控制電路部分能夠很容易地使不同的頻率同步。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的電力供給裝置中，前述控制電路部分包括以周期單位切換控制前述振蕩電路部分輸出的交流電的頻率的頻率電力比率控制電路部分。
在本發(fā)明中，通過頻率電力比率控制電路部分以周期單位切換控制從振蕩電路部分輸出的交流電的頻率。這樣，由于在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)頻率進(jìn)行切換控制并且周期性地重復(fù)，從而使感應(yīng)負(fù)載適當(dāng)?shù)仄鹱饔?，所以通過高速的切換控制可獲得良好的感應(yīng)負(fù)載的作用。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的電力供給裝置中，前述頻率電力比率控制電路部分能夠基于與通過輸入裝置的輸入操作來設(shè)定的使前述感應(yīng)負(fù)載起作用的狀態(tài)相關(guān)的設(shè)定輸入信號(hào)，變更所切換的各頻率的時(shí)間分配。在本發(fā)明中，一旦通過輸入裝置的輸入操作設(shè)定了使前述感應(yīng)負(fù)載起作用的狀態(tài)，就基于與該狀態(tài)相關(guān)的設(shè)定輸入信號(hào)由頻率電力比率控制電路部分變更所切換的各頻率的時(shí)間分配。因此，可以變更與感應(yīng)負(fù)載的頻率相對(duì)應(yīng)的作用狀態(tài)，從而提高了通用性。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的電力供給裝置中，前述控制電路部分基于前述振蕩電路中流動(dòng)的頻率電流來控制從前述振蕩電路部分輸出的交流電的頻率。
在本發(fā)明中，通過控制電路部分，基于諧振電路中分別流動(dòng)的頻率電流，控制從振蕩電路部分輸出的交流電的頻率。因此，能夠以不同的頻率容易地獲得高效率的串聯(lián)諧振。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的電力供給裝置中，前述控制電路部分包括對(duì)應(yīng)于前述振蕩電路部分供給的交流電的各頻率而設(shè)置的同步控制電路部分；存儲(chǔ)裝置，當(dāng)轉(zhuǎn)移到相對(duì)于規(guī)定的頻率沒有交流電從前述振蕩電路部分供給的休止期間時(shí)，存儲(chǔ)與前述規(guī)定頻率相關(guān)的周期信息，當(dāng)轉(zhuǎn)移到相對(duì)于前述規(guī)定頻率供給交流電的工作期間時(shí)，基于前述存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)的同步信息，通過前述同步控制電路部分進(jìn)行同步控制。
在本發(fā)明中，當(dāng)轉(zhuǎn)移到相對(duì)于規(guī)定的頻率沒有交流電從前述振蕩電路部分供給的休止期間時(shí)，在存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)與規(guī)定頻率相關(guān)的同步信息，當(dāng)轉(zhuǎn)移到相對(duì)于規(guī)定頻率供給交流電的工作期間時(shí)，基于存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的同步信息，通過同步控制電路部分進(jìn)行同步控制。因此，可以容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率的高速切換控制，從而較容易地獲得對(duì)應(yīng)于感應(yīng)負(fù)載的不同頻率的良好的作用。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的電力供給裝置中，前述控制電路部分包括變更從前述振蕩電路部分輸出的交流電輸出的輸出控制電路部分。
在本發(fā)明中，通過控制電路部分的輸出控制電路部分適當(dāng)變更從振蕩電路部分輸出的交流電輸出。這樣，就能夠設(shè)定例如使用感應(yīng)加熱線圈作為感應(yīng)負(fù)載，并以不同的頻率對(duì)被加熱物體進(jìn)行感應(yīng)加熱時(shí)的對(duì)應(yīng)于被加熱物體的形狀等的加熱條件，變更感應(yīng)負(fù)載的作用狀態(tài)，從而提高了通用性。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的電力供給裝置中，前述振蕩電路部分包括將交流電變換為規(guī)定的直流電的整流電路部分和將通過該整流電路部分變換的直流電變換為規(guī)定的交流電的逆變電路部分，所述輸出控制電路部分對(duì)從整流電路部分輸出的直流電的輸出值進(jìn)行反饋控制。
在本發(fā)明中，輸出控制電路部分對(duì)從振蕩器電路部分的整流電路部分輸出的直流電輸出進(jìn)行反饋控制，從而對(duì)振蕩電路部分輸出的交流電輸出進(jìn)行變更控制，其中，該振蕩器電路部分的整流電路部分將交流電變換為在逆變電路部分中變換為交流電的直流電。這樣，可以以簡單的結(jié)構(gòu)較容易地變更交流電輸出。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的電力供給裝置中，前述振蕩電路部分包括將直流電變換為電壓方波交流電的逆變電路部分。在本發(fā)明中，作為振蕩電路部分的逆變電路部分，采用將直流電為變換為電壓方波的交流電的電壓波形。這樣，可以容易地實(shí)現(xiàn)高速地切換輸出不同頻率的交流電，從而可以實(shí)現(xiàn)高效的感應(yīng)負(fù)載的作用。
本發(fā)明的感應(yīng)加熱裝置的特征在于，包括本發(fā)明的上述電力供給裝置、通過該電力供給裝置供給的不同頻率的電力對(duì)被加熱物體進(jìn)行感應(yīng)加熱的感應(yīng)加熱線圈。
在本發(fā)明中，通過本發(fā)明的上述電力供給裝置供給的不同頻率的電力，由感應(yīng)加熱線圈對(duì)被加熱物體進(jìn)行感應(yīng)加熱。這樣，簡化了用于感應(yīng)加熱的結(jié)構(gòu)，從而容易地實(shí)現(xiàn)了提高制造性和降低成本。
根據(jù)本發(fā)明，由于以多個(gè)諧振電路發(fā)生諧振的規(guī)定的諧振頻率的狀態(tài)從振蕩電路部輸出不同頻率的交流電，所以能夠在一個(gè)振蕩電路部分中通過不同的兩個(gè)頻率對(duì)一個(gè)感應(yīng)負(fù)載起作用，從而簡化了結(jié)構(gòu)，并且不會(huì)產(chǎn)生振蕩電路部分之間的相互干擾，裝置設(shè)計(jì)較為容易，簡化了結(jié)構(gòu)，因而可以容易地實(shí)現(xiàn)提高制造性和降低成本。


圖1是示出關(guān)于本發(fā)明第一實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置的概要結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是示出前述第一實(shí)施例的匹配電路部分中的阻抗的頻率特性的圖。
圖3是示出關(guān)于本發(fā)明第二實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置的概要結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖4是示出關(guān)于本發(fā)明第三實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置的概要結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖5是示出關(guān)于本發(fā)明另一其它實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置的概要結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖6是示出關(guān)于本發(fā)明再另一實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置的概要結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施例。例如，在本實(shí)施例中，作為被加熱物體，除了表面具有多個(gè)凹凸的復(fù)雜形狀的齒輪或螺釘、螺栓、螺母等之外，還舉例說明了對(duì)復(fù)合材料的部件等進(jìn)行加熱處理的感應(yīng)加熱裝置，但是本發(fā)明不限于此，還可以以任何一種被加熱物體為對(duì)象。另外，除了感應(yīng)加熱以外，還適用于給任何一種負(fù)載提供電力的結(jié)構(gòu)。此外，雖然說明了以低頻與高頻的不同的兩個(gè)頻率提供電力的結(jié)構(gòu)，但是不限于此，還能夠以多個(gè)頻率提供電力。
第一實(shí)施例圖1是示出關(guān)于本發(fā)明第一實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置的概要結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是示出匹配電路部分中阻抗的頻率特性的圖。
(感應(yīng)加熱裝置的結(jié)構(gòu))在圖1中，100是感應(yīng)加熱裝置，這個(gè)感應(yīng)加熱裝置100具有對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱的感應(yīng)加熱線圈200、以及向該感應(yīng)加熱線圈200提供不同頻率電力并使之進(jìn)行感應(yīng)加熱的電力供給裝置300。
感應(yīng)加熱線圈200連接到電力供給裝置300。這樣，感應(yīng)加熱線圈200使用例如從幾十到幾百nH的等效電感L0，并且被提供來自電力供給裝置300的不同頻率的交流電，從而對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱。另外，電力供給裝置300包括振蕩電路部分310、匹配電路部分320和控制電路部分330。
振蕩電路部分310通過電壓波形以規(guī)定的占空比高速地切換輸出來自商用交流電源e的規(guī)定的不同頻率，即高頻和低頻的電力。該振蕩電路部分310包括作為整流電路部分的轉(zhuǎn)換器311、作為電壓類型逆變電路部分的逆變器312和平滑電容器Cf。轉(zhuǎn)換器311通過使用例如各種橋式整流電路的整流電路，連接到商用交流電源e并將商用交流電源e變換為直流電。該變換后的直流電通過平滑電容器Cf適當(dāng)進(jìn)行平滑并輸出到逆變器312。逆變器312將從轉(zhuǎn)換器311輸出的直流電變換為一定頻率(例如10kHz以上300kHz以下)的電壓方波的單相交流電。具體而言，逆變器312具有圖中沒有示出的作為開關(guān)元件的晶體管等，通過開關(guān)元件的開關(guān)控制輸出交流電。
匹配電路部分320具有與低頻和高頻對(duì)應(yīng)的兩個(gè)不同的串聯(lián)諧振頻率，根據(jù)從振蕩電路部分310輸出的高頻或者低頻電力，通過感應(yīng)加熱線圈200進(jìn)行串聯(lián)諧振，對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱。該匹配電路部分320包括匹配變壓器321、電抗器L、第一電容器C1、第二電容器C2和電流變壓器322。
感應(yīng)加熱線圈200連接到電流變壓器322的次級(jí)線圈322B。這樣，假設(shè)該次級(jí)線圈322B的匝數(shù)比為N，感應(yīng)加熱線圈200的等效電感為L0，感應(yīng)加熱線圈200被連接到次級(jí)線圈側(cè)的電流變壓器322的初級(jí)線圈側(cè)產(chǎn)生N2L0的負(fù)載線圈等效電感。另外，第一電容器C1使用幾十μF的電容，其阻抗比例如幾μF的第二電容器C2大得多，例如被設(shè)定為大10～20倍。此外，電抗器L例如使用μH的電感，電感比負(fù)載線圈等效電感N2L0大，例如設(shè)定為大4～5倍左右。
匹配變壓器321使作為負(fù)載諧振阻抗的高頻和低頻兩個(gè)諧振頻率負(fù)載的阻抗與作為振蕩器輸出阻抗的振蕩電路部分310輸出的交流電輸出阻抗相匹配(一致)。該匹配變壓器321的初級(jí)線圈321A連接到振蕩電路部分310，輸入變換后的交流電。另外，匹配變壓器321在次級(jí)線圈321B中具有抽頭321C，該抽頭321C被設(shè)置在與高頻和低頻兩個(gè)諧振頻率對(duì)應(yīng)的次級(jí)線圈321B的位置。也就是說，在匹配變壓器321中具有分別連接了次級(jí)線圈321B的未圖示的引出線的一對(duì)輸出端子S1、S2之間的輸出等效阻抗、以及抽頭321C和輸出端子S1之間的輸出等效阻抗。
在連接該匹配變壓器321中的次級(jí)線圈321B兩端未圖示的引出線的一對(duì)輸出端子S1、S2之間連接了第二電容器C2和電流變壓器322的初級(jí)線圈322A的串聯(lián)電路。也就是說，在匹配變壓器321的輸出等效阻抗比較大的次級(jí)線圈321B的兩端之間連接了阻抗比較小的第二電容器C2。另外，在該匹配變壓器321的抽頭321C與第一電容器C1和電流變壓器322的初級(jí)線圈322A的連接點(diǎn)之間連接了電抗器L和第一電容器C1的串聯(lián)電路。也就是說，在匹配變壓器321的輸出等效阻抗比較小的次級(jí)線圈321B的一個(gè)輸出端子S1和抽頭321C之間連接了阻抗比較大的第一電容器C1和電抗器L的串聯(lián)電路。
這樣，匹配電路部分321由下列電路構(gòu)成由電抗器L、第一電容器C1和負(fù)載線圈等效阻抗N2L0構(gòu)成的在低頻下進(jìn)行串列諧振的低頻串聯(lián)諧振電路325、以及由第二電容器C2和負(fù)載線圈等效阻抗N2L0構(gòu)成的在高頻下進(jìn)行串列諧振的高頻串聯(lián)諧振電路326。也就是說，低頻串聯(lián)諧振電路325因?yàn)樨?fù)載諧振阻抗較低，所以連接在具有大阻抗變換比的次級(jí)線圈321B的一個(gè)輸出端子S1和抽頭321C之間。另外，高頻串聯(lián)諧振電路326因?yàn)樨?fù)載諧振阻抗較高，所以連接到具有小阻抗變換比的次級(jí)線圈321B兩端之間的輸出端子S1、S2之間。
這樣，根據(jù)低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326，匹配電路部分320具有對(duì)應(yīng)低頻和高頻兩個(gè)不同諧振頻率的不同的諧振阻抗。這些諧振阻抗被構(gòu)成為與匹配變壓器321的輸出等效阻抗一致。也就是說，呈現(xiàn)如下狀態(tài)，諧振阻抗小的低頻串聯(lián)諧振電路32 5連接到匹配變壓器321的輸出等效阻抗變小的抽頭321C和輸出端子S1之間，諧振阻抗大的高頻串聯(lián)諧振電路326連接到輸出等效阻抗變大的輸出端子S1、S2之間。
并且，當(dāng)所供給的電力輸出阻抗與負(fù)載阻抗一致時(shí)，為了能夠給負(fù)載提供最大的電力，基于圖2中示出的匹配電路部分320中阻抗的頻率特性，匹配電路部分320使輸出阻抗與低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326的諧振阻抗在匹配變壓器321中相匹配，從而有效地提供最大電力。此外，在匹配電路部分320中，低頻串聯(lián)諧振電路325和低頻串聯(lián)諧振電路326的諧振點(diǎn)中的電路阻抗成為交流電的純阻抗，與頻率的平方根成正比，所以，高頻串聯(lián)諧振電路326的諧振阻抗與低頻串聯(lián)諧振電路325的諧振阻抗相比，與{(高頻頻率)/(低頻頻率)}的平方根成比例地增大。
控制電路部分330在匹配電路部分320中取得使發(fā)生串聯(lián)諧振的低頻和高頻的同步，控制振蕩電路部分310并以規(guī)定的時(shí)間分配比率高速地切換輸出低頻和高頻。該控制部分330連接到?jīng)]有圖示的輸入裝置。該輸入裝置對(duì)應(yīng)于輸入操作輸出規(guī)定的信號(hào)，該輸入操作與操作者對(duì)加熱電力的設(shè)定以及對(duì)電力比率的設(shè)定等各種設(shè)定相對(duì)應(yīng)。并且，控制電路330基于來自輸入裝置的設(shè)定輸入信號(hào)來控制振蕩電路部分310，并且控制加熱電力和電力比率。該控制電路部分330包括整流控制電路部分331、作為頻率電力比率控制電路的頻率電力比率控制電路部分332、低頻同步電路部分333和高頻同步電路部分334。
整流控制電路部分331連接到振蕩電路部分310的轉(zhuǎn)換器311。該整流控制電路部分331識(shí)別轉(zhuǎn)換器311輸出的直流電的輸出值，基于輸入裝置輸出的與加熱電力有關(guān)的設(shè)定輸入信號(hào)，控制轉(zhuǎn)換器311使其處于得到固定輸出值的狀態(tài)。具體而言，在檢測(cè)轉(zhuǎn)換器311輸出側(cè)的電壓值的同時(shí)，通過設(shè)置在轉(zhuǎn)換器311輸出側(cè)的直流電流傳感器等電流檢測(cè)裝置331A檢測(cè)電流值，基于來自輸入裝置的設(shè)定輸入信號(hào)通過在閘流晶體管(thyristor)等中進(jìn)行直流電壓和電流反饋控制等來控制所輸出的直流電力的輸出值。
頻率電力比率控制電路部分332連接到振蕩電路部分310的逆變器312。該頻率電力比率控制電路部分322基于對(duì)應(yīng)于輸入裝置的輸入操作的與電力比率相關(guān)的設(shè)定信號(hào)，以規(guī)定的電力比率，即占空比進(jìn)行高速地，例如以1ms對(duì)逆變器312輸出的低頻或高頻交流電進(jìn)行切換控制。具體而言，基于來自輸入裝置的設(shè)定輸入信號(hào)，在低頻和高頻的一個(gè)周期中，例如在100ms內(nèi)，設(shè)定輸出各交流電的期間，并且控制低頻和高頻的切換和電力比率。
另外，頻率電力比率控制電路部分332向整流控制電路部分331輸出與切換低頻和高頻的定時(shí)相關(guān)的信號(hào)，例如與占空比相關(guān)的信號(hào)。整流控制電路部分331在取得與該定時(shí)相關(guān)的信號(hào)之后，進(jìn)行控制使從轉(zhuǎn)換器311輸出的直流電的輸出值在低頻和高頻的定時(shí)分別成為規(guī)定的輸出值。
低頻同步電路部分333在連接到匹配電路部分320的同時(shí)還連接到頻率電力比率控制電路部分332。并且，低頻同步電路部分333通過例如低頻電流傳感器等低頻電流檢測(cè)裝置333A檢測(cè)匹配電路部分320的低頻串聯(lián)諧振電路325的頻率電流，并將規(guī)定的控制信號(hào)輸出到頻率電力比率控制電路部分332。該控制信號(hào)是這樣一種信號(hào)，用于控制逆變器312的振蕩頻率以便使頻率電力比率控制電路部分332中振蕩電路部分310輸出的低頻輸出頻率變成圖2中阻抗的頻率特性圖中表示為F1的串聯(lián)諧振頻率。另外，低頻同步電路部分333不能檢測(cè)頻率電流，在變換到停止控制信號(hào)輸出的的休止期間時(shí)，在分離存儲(chǔ)器等存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)作為與檢測(cè)的頻率電流相關(guān)的同步信息的頻率信息，當(dāng)再次檢測(cè)頻率電流并轉(zhuǎn)換到輸出控制信號(hào)的工作期間時(shí)，讀出存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的頻率信息，進(jìn)行輸出用于頻率同步的控制信號(hào)的控制。
高頻同步電路部分334在連接到匹配電路部分320的同時(shí)連接到頻率電力比率控制電路部分332。而且，高頻同步電路部分334通過例如高頻電流傳感器等高頻電流檢測(cè)裝置334A檢測(cè)匹配電路部分320的高頻串聯(lián)諧振電路326的頻率電流，并將規(guī)定的控制信號(hào)輸出到頻率電力比率控制電路部分332。與低頻同步電路部分333一樣，該控制信號(hào)是這樣一種信號(hào)用于控制逆變器312的振蕩頻率，以便使頻率電力比率控制電路部分332中振蕩電路部分310輸出的高頻輸出頻率變成圖2中阻抗的頻率特性圖中表示為F2的串聯(lián)諧振頻率。另外，與低頻同步電路部分333一樣，高頻同步電路部分334不能檢測(cè)頻率電流，在變換到停止控制信號(hào)輸出的的休止期間時(shí)，在存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)與檢測(cè)的頻率電流相關(guān)的頻率信息，當(dāng)再次檢測(cè)到頻率電流并轉(zhuǎn)換到輸出控制信號(hào)的工作期間時(shí)，讀出存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的頻率信息，進(jìn)行輸出用于頻率同步的控制信號(hào)的控制。
并且，這些頻率電力比率控制電路部分332、低頻同步電路部分333、高頻同步電路部分334構(gòu)成本發(fā)明的頻率電力控制電路部分。此外，作為本發(fā)明的頻率電力控制電路部分，并不局限于這種結(jié)構(gòu)。
(感應(yīng)加熱裝置的操作)下面說明關(guān)于上述第一實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置100的操作。
首先，操作者接通電源，根據(jù)感應(yīng)加熱的被加熱物體201對(duì)輸入裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)妮斎氩僮?，來輸入加熱電力和電力比率。在通過該輸入操作從輸入裝置輸出的設(shè)定輸入信號(hào)中，與加熱電力有關(guān)的設(shè)定輸入信號(hào)被輸入到控制電路部分330的整流控制電路部分331，與電力比率相關(guān)的設(shè)定輸入信號(hào)被輸入到控制電路330的頻率電力比率控制電路部分332。
并且，已供給商用交流電源e的振蕩電路部分310的轉(zhuǎn)換器311通過與整流控制電路部分331所產(chǎn)生的加熱電力有關(guān)的設(shè)定輸入信號(hào)的控制，將商用交流電源e變換為規(guī)定的輸出直流電。也就是說，整流控制電路部分331在檢測(cè)轉(zhuǎn)換器311輸出側(cè)直流電壓的同時(shí)，通過電流檢測(cè)裝置331A檢測(cè)電流值，在閘流晶體管等中通過直流電壓和電流反饋控制，調(diào)整轉(zhuǎn)換器311輸出的輸出電力。
從該轉(zhuǎn)換器311輸出的直流電在平滑電容器Cf中被適當(dāng)平滑并提供給逆變器312。并且，被提供了直流電的逆變器312通過與頻率電力比率控制電路部分332所產(chǎn)生的電力比率有關(guān)的設(shè)定輸入信號(hào)的控制，將直流電變換為低頻或者高頻交流電并切換輸出。也就是說，頻率電力比率控制電路部分332基于設(shè)定輸入信號(hào)在一個(gè)周期100ms內(nèi)設(shè)定逆變器312輸出的交流電的低頻和高頻的輸出比率，基于來自高頻同步電路334和低頻同步電路333的控制信號(hào)以規(guī)定的輸出頻率進(jìn)行同步，同時(shí)高速切換輸出低頻或者高頻的交流電。
該逆變器312輸出的交流電被提供給匹配電路部分320，匹配電路部分320通過連接到該匹配電路部分320的感應(yīng)加熱線圈200，以低頻或高頻進(jìn)入串列諧振狀態(tài)，從而對(duì)被加熱物體進(jìn)行感應(yīng)加熱。在該匹配電路部分320的串聯(lián)諧振中，如果逆變器312輸出的交流電是低頻，第二電容器C2比第一電容器C1小得多，例如是1/10～1/20的阻抗。因此，對(duì)于低頻，構(gòu)成高頻串聯(lián)諧振電路32 6的第二電容器C2變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，第二電容器C2中幾乎沒有交流電流過，交流電被提供給構(gòu)成低頻串聯(lián)諧振電路325的第一電容器C1側(cè)。也就是說，通過低頻交流電，低頻串聯(lián)諧振電路325變?yōu)榇?lián)諧振狀態(tài)，匹配電路部分320從而對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱。
另外，如果逆變器312輸出的交流電是高頻，輸出等效阻抗與匹配變壓器321的次級(jí)線圈321B相比，在該次級(jí)線圈321B的一個(gè)引出線所連接的輸出端子S1與抽頭321C之間的較小，由于電抗器L比負(fù)載線圈等效阻抗N2L0大例如4～5倍，所以對(duì)于高頻，構(gòu)成低頻串聯(lián)諧振電路325的電抗器L和第一電容器C1的串聯(lián)電路變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，該電抗器L和第一電容器C1的串聯(lián)電路中幾乎沒有高頻交流電流過，從而交流電被提供給構(gòu)成高頻串聯(lián)諧振電路326的第二電容器C2側(cè)。也就是說，通過高頻交流電，高頻串聯(lián)諧振電路326變?yōu)榇?lián)諧振狀態(tài)，匹配電路部分320對(duì)被加熱物體進(jìn)行感應(yīng)加熱。
這樣，對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱的感應(yīng)加熱線圈200通過匹配電路部分320能夠產(chǎn)生高頻和低頻兩種交流電，并且連接到能夠在高頻和低頻電力之間以1ms的高速度進(jìn)行切換的電壓波形的振蕩電路部分310，匹配電路部分320具有包括低頻的第一串聯(lián)諧振和高頻的第二串聯(lián)諧振的兩個(gè)串聯(lián)諧振電路。并且，感應(yīng)加熱裝置100中的振蕩電路部分310設(shè)置了這樣的功能，即無論在高頻還是低頻，在作為能夠單獨(dú)工作的電壓波形的同時(shí)，高頻和低頻能夠以任意的電力比率(占空比)，并且在高低頻之間能夠以1ms左右的高速進(jìn)行切換。為了實(shí)現(xiàn)該功能，在控制電路330中，高頻和低頻各自設(shè)置了作為自己的頻率同步(PLL)電路的高頻同步電路部分334和低頻同步電路部分333，按照設(shè)定了兩個(gè)PLL電路的時(shí)間比例分配交替(時(shí)間共享)工作，在各自的同步工作期間，PLL電路同步到頻率，在從工作期間進(jìn)入休止期間時(shí)，存儲(chǔ)(保持)剛好在該時(shí)刻之前的頻率同步信息，當(dāng)此后再次回到工作期間時(shí)，復(fù)原剛才存儲(chǔ)的同步信息，重新進(jìn)行頻率同步。由于工作期間和休止期間之間的間隔被設(shè)置為非常短的周期(100ms以下)，所以其間由溫度的變化引起的感應(yīng)負(fù)載諧振頻率的變化只有一點(diǎn)，同步跟蹤時(shí)間短，能夠?qū)崿F(xiàn)高速化。
(第一實(shí)施例的作用效果)如上所述，在上述實(shí)施例中，通過控制電路330，在匹配電路部分320的低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326分別通過感應(yīng)加熱線圈200進(jìn)行串聯(lián)諧振的規(guī)定的低頻諧振頻率或者規(guī)定的高頻諧振頻率的狀態(tài)下，從振蕩電路部分310輸出低頻和高頻的不同頻率的交流電。因此，能夠通過一個(gè)振蕩電路部分310中不同的兩個(gè)頻率，用一個(gè)感應(yīng)加熱線圈200對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱，從而簡化了結(jié)構(gòu)，能夠容易地實(shí)現(xiàn)提高制造性和降低成本。此外，由于振蕩電路部分310輸出低頻和高頻交流電，所以無需設(shè)置一對(duì)，而在一個(gè)振蕩電路部分310中提供不同的低頻和高頻交流電，所以不會(huì)產(chǎn)生一對(duì)振蕩器之間的相互干擾，所以裝置設(shè)計(jì)容易，并且能夠簡化結(jié)構(gòu)，從而能夠較容易地實(shí)現(xiàn)提高制造性和降低成本。
并且，匹配電路部分320中設(shè)置了與低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326的諧振阻抗對(duì)應(yīng)且分別具有多個(gè)同等的輸出等效阻抗的匹配變壓器321，并以振蕩電路部分310提供的交流電分別進(jìn)行串聯(lián)諧振，從而進(jìn)行感應(yīng)加熱。因此，能夠向作為感應(yīng)負(fù)載的感應(yīng)加熱線圈200提供最大的電力，從而能夠高效地對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱。
此外，作為在匹配變壓器321中設(shè)置與各諧振阻抗分別相等的輸出等效阻抗的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到與各諧振阻抗大致相等的輸出等效阻抗的條件，在次級(jí)線圈321B中設(shè)置了抽頭321C。因此，可以容易地得到給感應(yīng)加熱線圈200提供最大電力并且通過不同頻率有效地進(jìn)行感應(yīng)加熱的結(jié)構(gòu)。特別地，即使在包括低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326的多個(gè)諧振電路的結(jié)構(gòu)中，也能夠容易地得到通過一個(gè)變壓器分別在不同的頻率提供最大電力的結(jié)構(gòu)。
另外，基于流過低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326的頻率電流，為了達(dá)到如圖2中的F1或F2所示的低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326的諧振頻率，通過控制電路部分330的頻率電力比率控制電路部分332控制逆變器312從而控制所輸出的交流電的頻率。因此，可以容易地采用頻率同步，能夠高效地以低頻或高頻進(jìn)行串聯(lián)諧振，從而能夠高效地進(jìn)行感應(yīng)加熱。
此外，作為對(duì)輸出交流電頻率的控制，通過傳感器等低頻電流檢測(cè)裝置333A和高頻電流檢測(cè)裝置334A來檢測(cè)低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326中流過的頻率電流?；谶@些檢測(cè)的頻率電流，通過控制電路部分330的低頻同步電路部分333和高頻同步電路部分334，在輸出比率控制電路部分332中輸出設(shè)定逆變器312的控制狀態(tài)的控制信號(hào)并進(jìn)行控制。因此，可以通過簡單的結(jié)構(gòu)就能夠較容易地得到高效地以低頻和高頻進(jìn)行不同的感應(yīng)加熱的狀態(tài)。
而且，以對(duì)應(yīng)于通過感應(yīng)加熱線圈200對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱的狀態(tài)，例如根據(jù)齒輪的形狀等，通過輸入操作設(shè)定輸入的加熱條件等所對(duì)應(yīng)的電力比率，即占空比，由頻率電力比率控制電路部分332對(duì)所輸出的交流電的低頻和高頻進(jìn)行切換控制。因此，能夠?qū)?yīng)于被加熱物體201適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行感應(yīng)加熱，從而能夠提高通用性。而且，由于能夠通過輸入裝置的輸入操作來變更電力比率，所以能夠以簡單的結(jié)構(gòu)容易地對(duì)感應(yīng)加熱狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定變更，從而能夠容易地提高通用性。
此外，例如根據(jù)齒輪的形狀等由輸入操作設(shè)定輸入的加熱條件等所對(duì)應(yīng)的輸出值，在整流控制電路部分331中對(duì)控制電路部分330中從振蕩電路部分310輸出的交流電的輸出值進(jìn)行變更控制。因此，能夠?qū)?yīng)于被加熱物體201適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行感應(yīng)加熱，從而能夠提高通用性。而且，由于能夠通過輸入操作變更輸出值，所以能夠以簡單的結(jié)構(gòu)較容易地對(duì)感應(yīng)加熱狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定變更，從而能夠容易地提高通用性。并且，通過變更從轉(zhuǎn)換器311輸出的直流電的輸出值對(duì)從振蕩電路部分310輸出的交流電的輸出進(jìn)行變更控制，故能夠以簡單的結(jié)構(gòu)較容易地變更交流電輸出。
并且，作為轉(zhuǎn)換器312，由于使用變換為電壓方波的交流電的電壓型，所以可得到能夠容易并且高速地，例如以1ms對(duì)低頻和高頻進(jìn)行切換的結(jié)構(gòu)。因此，由于切換低頻和高頻時(shí)的感應(yīng)加熱的停止期間非常短，為1ms，所以幾乎不會(huì)由于感應(yīng)加熱的停止期間溫度下降的溫度變化而引起感應(yīng)負(fù)載頻率，即感應(yīng)負(fù)載的諧振頻率的變化。總之，由于阻抗與諧振頻率相一致，所以感應(yīng)負(fù)載的諧振頻率幾乎沒有變化。因此，在能夠很好地進(jìn)行感應(yīng)加熱的同時(shí)，同步跟蹤時(shí)間可以很短，能夠高效地進(jìn)行感應(yīng)加熱。
另外，通過將電抗器L的電感設(shè)定為比負(fù)載線圈等效電感N2L0大，將第一電容器C1的阻抗設(shè)定為比第二電容器C2的阻抗大得多，來構(gòu)成低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326，從而使匹配電路部分320構(gòu)成以不同低頻和高頻進(jìn)行諧振的諧振電路。因此，即使是以簡單的結(jié)構(gòu)通過一個(gè)振蕩電路部分，也能夠構(gòu)成在不同的低頻和高頻諧振的諧振電路。
第二實(shí)施例(感應(yīng)加熱裝置的結(jié)構(gòu))下面，參照

與本發(fā)明第二實(shí)施例相關(guān)的感應(yīng)加熱裝置的概要結(jié)構(gòu)。圖3是示出第二實(shí)施例中感應(yīng)加熱裝置的概要結(jié)構(gòu)的電路圖。
在圖3中，400是感應(yīng)加熱裝置，該感應(yīng)加熱裝置400包括與圖1和圖2所示第一實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置100相同的感應(yīng)加熱線圈200、以及將規(guī)定的不同頻率的電力提供給該感應(yīng)加熱線圈200使之進(jìn)行感應(yīng)加熱的電力供給裝置500。并且，電力供給裝置500包括與第一實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置100相同的振蕩電路部分310和控制電路部分330、以及匹配電路部分520。此外，在感應(yīng)加熱裝置400中，對(duì)于與圖1所示感應(yīng)加熱裝置100相同的結(jié)構(gòu)，使用相同的符號(hào)并且省略了說明。這樣，匹配電路部分520具有對(duì)應(yīng)于低頻和高頻的不同的兩個(gè)串聯(lián)諧振頻率，通過從振蕩電路部分310輸出的高頻或低頻電力，由感應(yīng)加熱線圈進(jìn)行串聯(lián)諧振，從而對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱。該匹配電路部分520包括低頻匹配變壓器521、高頻匹配變壓器522、電抗器L、第一電容器C1、第二電容器C2和電流變壓器322。
低頻匹配變壓器521使低頻諧振頻率負(fù)載的阻抗與振蕩電路部分310輸出的直流電的輸出阻抗相匹配(一致)。該低頻匹配變壓器521中，初級(jí)線圈521A連接到振蕩電路部分310，并且輸入變換后的交流電。
另外，電抗器L、第一電容器C1和電流變壓器322的初級(jí)線圈322A串聯(lián)連接到低頻匹配變壓器521的次級(jí)線圈521B。并且，通過電抗器L、第一電容器C1和負(fù)載線圈等效電感N2L0構(gòu)成以低頻進(jìn)行串聯(lián)諧振的低頻串聯(lián)諧振電路325。該低頻匹配變壓器521的次級(jí)線圈521B的輸出等效阻抗被設(shè)定為與該低頻串聯(lián)諧振電路325的諧振阻抗相一致。
高頻匹配變壓器522使高頻諧振頻率負(fù)載的阻抗與振蕩電路部分310輸出的直流電輸出阻抗相匹配(一致)。該高頻匹配變壓器522中，初級(jí)線圈522A與低頻匹配變壓器521的初級(jí)線圈521A并聯(lián)連接到振蕩電路部分310，并且輸入變換后的交流電。
另外，在高頻匹配變壓器522的次級(jí)線圈522B中，第二電容器C2和電流變壓器322的初級(jí)線圈322A串聯(lián)連接。并且，通過第二電容器C2和負(fù)載線圈等效電感N2L0構(gòu)成以高頻進(jìn)行串聯(lián)諧振的高頻串聯(lián)諧振電路326。高頻匹配變壓器522的次級(jí)線圈522B的輸出等效阻抗被設(shè)定為與該高頻串聯(lián)諧振電路326的諧振阻抗相一致。
(感應(yīng)加熱裝置的操作)下面說明上述第二實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置400的操作。
一旦與上述第一實(shí)施例同樣地變換輸出的低頻交流電被提供給匹配電路部分520，則由于第二電容器C2阻抗比第一電容器C1小得多，所以對(duì)于低頻，構(gòu)成高頻串聯(lián)諧振電路326的第二電容器C2變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。因此，高頻匹配變壓器522中沒有低頻電流流過，低頻電流在低頻匹配變壓器521中流動(dòng)，低頻交流電被提供給低頻串聯(lián)諧振電路325。通過該低頻交流電的供給，低頻串聯(lián)諧振電路325處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，從而對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱。
另外，一旦從振蕩電路部分310向匹配電路部分520供給高頻交流電，由于與高頻匹配變壓器522相比，低頻匹配變壓器521的輸出等效阻抗較小，且電抗器L比負(fù)載線圈等效電感N2L0大例如4～5倍，所以對(duì)于高頻，構(gòu)成低頻串聯(lián)諧振電路325的電抗器L和第一電容器C1的串聯(lián)電路處于斷開狀態(tài)。因此，低頻匹配變壓器521中沒有高頻電流流過，高頻電流在高頻匹配變壓器522中流動(dòng)，高頻交流電被提供給高頻串聯(lián)諧振電路326。通過供給該高頻交流電，從而高頻串聯(lián)諧振電路326進(jìn)入串聯(lián)諧振狀態(tài)，對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱。
(第二實(shí)施例的作用效果)如上所述，代替第一實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置100的匹配電路部分320的匹配變壓器321，對(duì)應(yīng)于低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326的諧振阻抗設(shè)置了具有輸出等效阻抗的低頻匹配變壓器521和高頻匹配變壓器522。因此，上述第二實(shí)施例的感應(yīng)裝置400中，除了第一實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置100的作用效果以外，由于低頻匹配變壓器521中沒有高頻電流流過，另外，高頻匹配變壓器522中沒有低頻電流流過，所以各匹配變壓器521、522可以使用簡單結(jié)構(gòu)的便宜產(chǎn)品，從而可以容易地降低裝置成本。
第三實(shí)施例(感應(yīng)加熱裝置的結(jié)構(gòu))下面，參照

與本發(fā)明第三實(shí)施例相關(guān)的感應(yīng)加熱裝置的概要結(jié)構(gòu)。圖4是示出第三實(shí)施例中感應(yīng)加熱裝置的概要結(jié)構(gòu)的電路圖。
在圖4中，600是感應(yīng)加熱裝置，該感應(yīng)加熱裝置600包括與圖1和圖2所示第一實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置100相同的感應(yīng)加熱線圈200、以及將規(guī)定的不同頻率的電力提供給該感應(yīng)加熱線圈200使之進(jìn)行感應(yīng)加熱的電力供給裝置700。并且，電力供給裝置700包括與第一實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置100相同的振蕩電路部分310和控制電路部分330以及匹配電路部分720。此外，在感應(yīng)加熱裝置600中，對(duì)于與圖1所示感應(yīng)加熱裝置100相同的結(jié)構(gòu)，使用相同的符號(hào)并且省略了說明。
這樣，匹配電路部分720具有對(duì)應(yīng)于低頻和高頻的不同的兩個(gè)串聯(lián)諧振頻率，通過從振蕩電路部分310輸出的高頻或低頻電力，由感應(yīng)加熱線圈進(jìn)行串聯(lián)諧振，從而對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱。該匹配電路部分720包括電抗器L、第一電容器C1、第二電容器C2和電流變壓器322。也就是說，圖4所示的感應(yīng)加熱裝置600沒有設(shè)置圖1所示的感應(yīng)加熱裝置100的匹配變壓器321。
具體而言，電抗器L、第一電容器C1和電流變壓器322的初級(jí)線圈322A串聯(lián)連接到振蕩電路部分310。此外，第二電容器C2并聯(lián)連接到電抗器L、第一電容器C1的串聯(lián)電路。并且，匹配電路部分720中，由電抗器L、第一電容器C1和負(fù)載線圈等效電感N2L0構(gòu)成以低頻進(jìn)行串聯(lián)諧振的低頻串聯(lián)諧振電路325的同時(shí)，第二電容器C2和負(fù)載線圈等效電感N2L0構(gòu)成以高頻進(jìn)行串聯(lián)諧振的高頻串聯(lián)諧振電路326。
(感應(yīng)加熱裝置的操作)下面說明上述第三實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置600的操作。一旦與上述第一實(shí)施例一樣變換并輸出的低頻交流電被提供給匹配電路部分720，則由于第二電容器C2阻抗比第一電容器C1小得多，所以對(duì)于低頻，構(gòu)成高頻串聯(lián)諧振電路326的第二電容器C2變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。因此，低頻電流在低頻串聯(lián)諧振電路325的電抗器L和第一電容器C1的串聯(lián)電路側(cè)流動(dòng)，低頻交流電被提供給低頻串聯(lián)諧振電路325。通過該低頻交流電的供給，低頻串聯(lián)諧振電路325進(jìn)入串聯(lián)諧振狀態(tài)，從而對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱。
另外，一旦從振蕩電路部分310向匹配電路部分720供給高頻交流電，則由于電抗器L比負(fù)載線圈等效電感N2L0大例如4～5倍，所以對(duì)于高頻，構(gòu)成低頻串聯(lián)諧振電路325的電抗器L和第一電容器C1的串聯(lián)電路變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。因此，高頻電流在高頻串聯(lián)諧振電路326的第二電容器C2中流動(dòng)，高頻交流電被提供給高頻串聯(lián)諧振電路326。通過供給該高頻交流電，高頻串聯(lián)諧振電路326進(jìn)入串聯(lián)諧振狀態(tài)，從而對(duì)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱。
(第三實(shí)施例的作用效果)如上所述，在未設(shè)置第一實(shí)施例的感應(yīng)加熱裝置100的匹配電路部分320的匹配變壓器321的情況下，構(gòu)成了低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326。因此，可以簡化結(jié)構(gòu)，能夠更容易地實(shí)現(xiàn)提高制造性和降低成本。
另外，第二電容器C2與連接到振蕩電路部分310的電抗器L、第一電容器C1和電流變壓器322的初級(jí)線圈322A的串聯(lián)電路中的電抗器L、第一電容器C1的串聯(lián)電路并聯(lián)連接，從而構(gòu)成低頻串聯(lián)諧振電路325和高頻串聯(lián)諧振電路326。因此，可以容易地得到通過一個(gè)振蕩電路部分310和一個(gè)感應(yīng)加熱線圈200以低頻和高頻兩個(gè)不同的的頻率進(jìn)行感應(yīng)加熱的結(jié)構(gòu)。
特別地，如果以加熱對(duì)象的2頻率輸出電流不會(huì)變?yōu)橄嗤淖畲箅娏Φ臈l件進(jìn)行使用，則由于采用了比上述第一實(shí)施例和第二實(shí)施例更簡單的結(jié)構(gòu)，所以很有效。
其它的實(shí)施例此外，本發(fā)明并不局限于上述各個(gè)實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種改進(jìn)和設(shè)計(jì)變更。
如上所述，例如，作為被加熱物體201并不限于對(duì)表面具有多個(gè)凹凸的復(fù)雜形狀的齒輪和復(fù)合材料的部件等進(jìn)行加熱處理的結(jié)構(gòu)，可以對(duì)任何一個(gè)被加熱物體201進(jìn)行感應(yīng)加熱。此外，作為感應(yīng)負(fù)載并不限于感應(yīng)加熱線圈200，也可以以使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等起作用的任何結(jié)構(gòu)為對(duì)象。
并且，作為供給的交流電，可以在任何頻率中供給。另外，作為供給該交流電的結(jié)構(gòu)，并不限于包含上述轉(zhuǎn)換器311、逆變器312以及平滑電容器Cf的結(jié)構(gòu)。
此外，作為逆變器312，并不限于變換為電壓方波的電壓類型。
另外，不限于低頻和高頻兩個(gè)頻率，也可以構(gòu)成為以三個(gè)以上的不同頻率來提供電力。具體地，例如如圖5所示，在匹配變壓器321的次級(jí)線圈321B中設(shè)置多個(gè)抽頭并且并聯(lián)連接多個(gè)串聯(lián)諧振電路，同時(shí)在各串聯(lián)諧振電路中分別設(shè)置檢測(cè)電流值的電流檢測(cè)裝置，與各串聯(lián)諧振電路相對(duì)應(yīng)設(shè)置多個(gè)同步電路部分。如圖5所示，由于能夠?qū)?yīng)于想通過感應(yīng)負(fù)載使之起作用的狀態(tài)，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置多個(gè)串聯(lián)諧振電路，從而使其提供對(duì)應(yīng)于各諧振頻率的交流電，故可以提高通用性。
此外，雖然在圖1和圖2所示的第一實(shí)施例中說明了在電流變壓器322的初級(jí)線圈322A與第一電容器C1和第二電容器C2之間分別檢測(cè)出通過例如低頻電流傳感器等低頻電流檢測(cè)裝置333A檢測(cè)出的匹配電路部分320的低頻串聯(lián)諧振電路325的頻率電流、以及通過例如高頻電流傳感器等高頻電流檢測(cè)裝置334A檢測(cè)出的匹配電路部分320的高頻串聯(lián)諧振電路326的頻率電流，但是，例如如圖6所示，也可以在匹配變壓器321的初級(jí)線圈321A和逆變器312之間進(jìn)行檢測(cè)。也就是說，在低頻電流檢測(cè)裝置333A與高頻電流檢測(cè)裝置334A、以及低頻同步電路部分333與高頻同步電路部分334之間連接了開關(guān)等切換裝置800，通過切換裝置800的切換操作，與第一實(shí)施例同樣地在低頻同步電路部分333和高頻同步電路部分334中進(jìn)行同步處理也是可以的。
另外，實(shí)施本發(fā)明時(shí)的具體結(jié)構(gòu)和順序等在能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明目的的范圍內(nèi)變更為其他的結(jié)構(gòu)也是可以的。
本發(fā)明可以作為供給不同頻率電流的電力供給裝置和感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行使用。
權(quán)利要求
1.一種向感應(yīng)負(fù)載提供不同頻率的電力并使之起作用的電力供給裝置，其特征在于，包括輸出不同頻率的交流電的振蕩電路部分；對(duì)應(yīng)于所述不同頻率并與所述感應(yīng)負(fù)載一起構(gòu)成多個(gè)諧振電路的匹配電路部分；和控制電路部分，將從所述振蕩電路部分供給到所述匹配電路部分中的任意一個(gè)諧振電路的交流電的頻率控制為以規(guī)定的諧振頻率進(jìn)行供給的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的電力供給裝置，其特征在于，所述匹配電路部分包括將多個(gè)負(fù)載諧振阻抗變換為大致相同的振蕩器輸出阻抗的變壓器。
3.如權(quán)利要求2所述的電力供給裝置，其特征在于，所述變壓器包括連接到所述振蕩電路部分并被提供交流電的初級(jí)線圈以及具有抽頭的次級(jí)線圈，該抽頭使多個(gè)不同的負(fù)載諧振阻抗變換為大致相同的振蕩器輸出阻抗。
4.如權(quán)利要求2所述的電力供給裝置，其特征在于，按照使負(fù)載諧振阻抗變換為振蕩器輸出阻抗的各諧振電路設(shè)置了多個(gè)所述變壓器。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的電力供給裝置，其特征在于，所述控制電路部分包括頻率電力比率控制電路部分，該頻率電力比率控制電路部分對(duì)應(yīng)于使所述感應(yīng)負(fù)載起作用的狀態(tài)來切換從所述振蕩電路部分輸出的交流電的頻率。
6.如權(quán)利要求5所述的電力供給裝置，其特征在于，所述頻率電力比率控制電路部分根據(jù)與通過輸入裝置的輸入操作來設(shè)定的使所述感應(yīng)負(fù)載起作用的狀態(tài)有關(guān)的設(shè)定輸入信號(hào)，設(shè)定從所述振蕩電路部分輸出的交流電的頻率。
7.如權(quán)利要求5或6所述的電力供給裝置，其特征在于，所述頻率電力控制電路部分包括低頻同步電路部分，控制振蕩電路部分的發(fā)送頻率到這樣的狀態(tài)所述振蕩電路部分輸出的低頻輸出頻率根據(jù)阻抗的頻率特性成為規(guī)定的串聯(lián)諧振頻率；高頻同步電路部分，控制振蕩電路部分的發(fā)送頻率到這樣的狀態(tài)所述振蕩電路部分輸出的高頻輸出頻率根據(jù)阻抗的頻率特性成為規(guī)定的串聯(lián)諧振頻率；以及切換低頻和高頻的頻率電力控制電路。
8.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的電力供給裝置，其特征在于，所述控制電路部分包括頻率電力比率控制電路部分，以周期單位切換控制從所述振蕩電路部分輸出的交流電的頻率。
9.如權(quán)利要求8所述的電力供給裝置，其特征在于，所述頻率電力比率控制電路部分能夠根據(jù)與通過輸入裝置的輸入操作來設(shè)定的使所述感應(yīng)負(fù)載起作用的狀態(tài)相關(guān)的設(shè)定輸入信號(hào)，改變所切換的各頻率的時(shí)間分配。
10.如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的電力供給裝置，其特征在于，所述控制電路部分基于所述諧振電路中流動(dòng)的頻率電流來控制從所述振蕩電路部分輸出的交流電的頻率。
11.如權(quán)利要求10所述的電力供給裝置，其特征在于，所述控制電路部分包括對(duì)應(yīng)于所述振蕩電路部分供給的交流電的各頻率而設(shè)置的同步控制電路；和存儲(chǔ)裝置，當(dāng)轉(zhuǎn)移到相對(duì)于規(guī)定的頻率沒有交流電從所述振蕩電路部分供給的休止期間時(shí)，存儲(chǔ)與所述規(guī)定頻率相關(guān)的周期信息，當(dāng)轉(zhuǎn)移到相對(duì)于所述規(guī)定頻率供給交流電的工作期間時(shí)，基于所述存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的同步信息，通過所述同步控制電路部分進(jìn)行同步控制。
12.如權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)所述的電力供給裝置，其特征在于，所述控制電路部分包括改變從所述振蕩電路部分輸出的交流電輸出的輸出控制電路部分。
13.如權(quán)利要求12所述的電力供給裝置，其特征在于，所述振蕩電路部分包括將交流電變換為規(guī)定的直流電的整流電路部分、以及將在該整流電路部分中所變換的直流電變換為規(guī)定的交流電的逆變電路部分，所述輸出控制電路部分對(duì)從整流電路部分輸出的直流電的輸出值進(jìn)行反饋控制。
14.如權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的電力供給裝置，其特征在于，所述振蕩電路部分包括將直流電變換為電壓方波交流電的逆變電路部分。
15.一種感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至14中任意一項(xiàng)所述的電力供給裝置；以及通過該電力供給裝置供給的不同頻率的電力對(duì)被加熱物體進(jìn)行感應(yīng)加熱的感應(yīng)加熱線圈。
全文摘要
轉(zhuǎn)換器(311)將交流電壓值(e)變換為對(duì)應(yīng)于設(shè)定輸入的直流電壓值的直流電。逆變器(312)通過頻率電力控制電路部分(330)的控制以對(duì)應(yīng)于設(shè)定輸入的頻率比率(占空比)將前述直流電變換為交替地輸出低頻和高頻的兩頻率交流電。匹配變壓器(321)具有滿足使諧振阻抗與振蕩電路部分(310)的輸出阻抗相對(duì)應(yīng)的條件的抽頭(321C)，并且該雙頻率交流電力被提供給該匹配變壓器(321)，使低頻串聯(lián)諧振電路(325)或者高頻串聯(lián)諧振電路(326)中發(fā)生串聯(lián)諧振，從而利用感應(yīng)加熱線圈(200)對(duì)被加熱物體(201)進(jìn)行感應(yīng)加熱。通過一個(gè)振蕩電路部分(310)采用一個(gè)感應(yīng)加熱線圈(200)以兩個(gè)頻率進(jìn)行諧振對(duì)被加熱物體(201)進(jìn)行高效率的感應(yīng)加熱。
文檔編號(hào)H05B6/02GK1839537SQ20048002374
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2004年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月19日
發(fā)明者楊躍, 生田文昭, 高瀨真一, 熱田吾郎 申請(qǐng)人:高周波熱鍊株式會(huì)社