JP4063710B2

JP4063710B2 - Power supply device and induction heating device

Info

Publication number: JP4063710B2
Application number: JP2003141632A
Authority: JP
Inventors: 躍楊; 文昭生田
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: JP2004348993A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱コイルに異なる周波数の電力を供給して被加熱物を誘導加熱させる電力供給装置および誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、異なる周波数の電圧を１つの誘導コイルに印加して、例えば歯車などの複雑な被加熱物を加熱処理する誘導加熱装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この特許文献１に記載の誘導加熱装置は、高周波を供給する第１の変換器と、中周波を供給する第２の変換器とを、１つの誘導コイルに並列に接続している。すなわち、高周波を供給する第１の変換器を直列共振回路として、誘導コイルの無効電力を直列補償するコンデンサにて、中周波を供給する第２の変換器からの中周波の帰還を減衰させている。また、第２の変換器に並列にコンデンサを接続して誘導コイルの無効電力を補償させるとともに、第２の変換器と、第１の変換器および第２の変換器の共通接点との間に、高周波の帰還を抑制させるリアクトルおよびこのリアクトルの無効電力を補償する追加補償のコンデンサの直列回路を直列に接続している。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３１５０９６８号公報（第２頁右欄−第３頁右欄、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の誘導加熱装置では、高周波を供給する第１の変換器と、中周波を供給する第２の変換器の２つの異なる周波数を供給する変換器が必要で、構造の簡略化が望まれる。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて、簡単な構成で異なる周波数による誘導加熱が得られる電力供給装置および誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、誘導加熱コイルに異なる周波数の電力を供給して被加熱物を加熱させる電力供給装置であって、所定の周波数の電圧方形波を供給する発振器と、この発振器の出力側および前記誘導加熱コイル間に直列に接続され前記電圧方形波の基本波で前記誘導加熱コイルとにより直列共振する直列共振回路、および、前記発振器の出力側に接続され前記電圧方形波の高調波成分で前記誘導加熱コイルとにより並列共振する並列共振回路を有した整合回路と、を具備し、前記直列共振回路は、前記発振器の出力側に接続されリアクトルと第１のコンデンサとの直列回路であり、前記並列共振回路は、前記発振器の出力側に前記誘導加熱コイルと並列に接続される第２のコンデンサであることを特徴とした電力供給装置である。
【０００８】
この発明では、発振器から所定の周波数の電圧方形波を供給し、発振器の出力側および誘導加熱コイル間に直列に接続した直列共振回路と誘導加熱コイルとにより、電圧方形波の基本波で直列共振させて被加熱物を誘導加熱するとともに、発振器の出力側に接続した並列共振回路と誘導加熱コイルとにより、電圧方形波の高調波成分で直列共振と異なる周波数で並列共振させて被加熱物を誘導加熱する。このことにより、１つの発振器および１つの誘導加熱コイルでも、異なる周波数で異なる加熱状態の誘導加熱が得られる。
そして、リアクトルと第１のコンデンサとの直列回路を発振器の出力側に接続して直列共振回路を構成し、誘導加熱コイルに並列に第２コンデンサを接続して並列共振回路を構成する。このことにより、２つのコンデンサと１つのリアクトルにより、電圧方形波の基本波による誘導加熱と、電圧方形波を構成する高調波成分による誘導加熱との異なる周波数での誘導加熱が得られ、構成の簡略化が容易に図れる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力供給装置において、前記第２のコンデンサは、前記直列共振回路のリアクトルおよび第１のコンデンサの接続点と、前記発振器の出力側および前記誘導加熱コイルの接続点との間に接続されたことを特徴とする。
【００１０】
この発明では、並列共振回路を構成する第２のコンデンサを、直列共振回路のリアクトルおよび第１のコンデンサの接続点と、発振器の出力側および誘導加熱コイルの接点との間に接続する。このことにより、発振器および第２のコンデンサ間における静電容量を第２のコンデンサの静電容量の一部として利用可能となり、第２のコンデンサの静電容量を小さい値に設定可能となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電力供給装置において、前記第２のコンデンサは、前記直列共振回路の第１のコンデンサおよび前記誘導加熱コイルの接続点と、前記発振器の出力側および前記誘導加熱コイルの接続点との間に接続されたことを特徴とする。
【００１２】
この発明では、並列共振回路を構成する第２のコンデンサを、直列共振回路の第１のコンデンサおよび誘導加熱コイルの接続点と、発振器の出力側および誘導加熱コイルの接続点との間に接続する。このことにより、第２のコンデンサが比較的に誘導加熱コイルに対して近い位置に設けられることとなり、高調波成分の電力損失が抑制され、共振による効率的な励起にて効率的な誘導加熱が得られる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電力供給装置において、前記並列共振回路は、静電容量が並列共振の際の共振周波数を所定の高調波成分の周波数に対応する値に設定されたことを特徴とする。
【００１４】
この発明では、並列共振回路の静電容量を、並列共振の際の共振周波数が所定の高調波成分の周波数に対応する値に設定する。このことにより、電圧方形波の所定の高調波成分による共振が得られ、電圧方形波の基本波による共振周波数より高い共振周波数での誘導加熱が容易に得られる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の電力供給装置において、前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサとの直列回路における等価コンデンサの静電容量を並列共振の際の共振周波数が所定の高調波成分の周波数に対応する値となる静電容量に設定されたことを特徴とする。
【００１６】
この発明では、第２のコンデンサの静電容量が、第１のコンデンサとの直列回路における等価コンデンサの静電容量を並列共振の際の共振周波数が所定の高調波成分の周波数に対応する値となる状態の値に設定する。このことにより、電圧方形波の基本波による誘導加熱の共振に影響することなく、電圧方形波の所定の高調波成分による共振が容易に得られる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の電力供給装置において、前記第２のコンデンサは、静電容量が並列共振の際の共振周波数を所定の高調波成分の周波数に対応する値に設定されたことを特徴とする。
【００１８】
この発明では、第２のコンデンサの静電容量を、並列共振の際の共振周波数を所定の高調波成分の周波数に対応する値に設定する。このことにより、電圧方形波の基本波による誘導加熱の共振に影響することなく、電圧方形波の所定の高調波成分による共振が容易に得られる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、誘導加熱コイルに異なる周波数の電力を供給して被加熱物を加熱させる電力供給装置であって、所定の周波数の電圧方形波を供給する発振器と、この発振器の出力側に接続され前記電圧方形波の基本波で前記誘導加熱コイルとにより直列共振する第１の直列共振回路、および、前記発振器の出力側に接続され前記電圧方形波の高調波成分で前記誘導加熱コイルとにより直列共振する第２の直列共振回路を有した整合回路と、を具備し、前記第１の直列共振回路は、前記発振器の出力側に接続されリアクトルと第１のコンデンサとの直列回路であり、前記第２の直列共振回路は、前記リアクトルに並列でかつ前記第１のコンデンサと直列に接続される第２のコンデンサと前記第１のコンデンサとの直列回路であることを特徴とした電力供給装置である。
【００２０】
この発明では、発振器から所定の周波数の電圧方形波を供給し、発振器の出力側に接続した第１の直列共振回路と誘導加熱コイルとにより、電圧方形波の基本波で直列共振させて被加熱物を誘導加熱するとともに、発振器の出力側に接続した第２の直列共振回路と誘導加熱コイルとにより、電圧方形波の高調波成分で直列共振させて被加熱物を誘導加熱する。このことにより、１つの発振器および１つの誘導加熱コイルでも、異なる周波数による異なる加熱状態の誘導加熱が得られる。
そして、リアクトルと第１のコンデンサとの直列回路を発振器の出力側に接続して第１の直列共振回路を構成し、リアクトルに並列でかつ第１のコンデンサと直列に第２のコンデンサを接続して第１のコンデンサとにて直列回路を構成する第２の直列共振回路を構成する。このことにより、２つのコンデンサと１つのリアクトルにより、電圧方形波の基本波による誘導加熱と、電圧方形波を構成する高調波成分による誘導加熱との異なる周波数での誘導加熱が得られ、構成の簡略化が容易に図れる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電力供給装置において、前記第２の直列共振回路は、静電容量が直列共振の際の共振周波数を所定の高調波成分の周波数に対応する値に設定されたことを特徴とする。
【００２２】
この発明では、第２の直列共振回路の静電容量を、直列共振の際の共振周波数が所定の高調波成分の周波数に対応する値となる状態に設定する。このことにより、電圧方形波の所定の高調波成分による共振が得られ、電圧方形波の基本波による共振周波数より高い共振周波数での誘導加熱が容易に得られる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の電力供給装置において、前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサとの直列回路における等価コンデンサの静電容量を直列共振の際の共振周波数が所定の高調波成分の周波数に対応する値となる静電容量に設定されたことを特徴とする。
【００２４】
この発明では、第２のコンデンサの静電容量を、第１のコンデンサとの直列回路における等価コンデンサの静電容量が直列共振の際の共振周波数を所定の高調波成分の周波数に対応する状態の値となるような値に設定する。このことにより、電圧方形波の基本波による誘導加熱の共振に影響することなく、電圧方形波の所定の高調波成分による共振が容易に得られる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、誘導加熱コイルに異なる周波数の電力を供給して前記被加熱物を加熱させる電力供給装置であって、所定の周波数の電圧方形波を供給する発振器と、この発振器の出力側に接続され前記電圧方形波で前記誘導加熱コイルとにより直列共振する共振部と、前記発振器の出力側および前記共振部間に直列に接続され前記電圧方形波のうちの高調波成分を排除して前記誘導加熱コイルに前記電圧方形波を供給させる第１のフィルタ部と、前記発振器の出力側および前記共振部間に直列でかつ前記第１のフィルタ部に並列に接続され前記電圧方形波のうちの基本波成分を排除して前記誘導加熱コイルに前記電圧方形波を供給させる第２のフィルタ部と、を具備し、前記第１のフィルタ部は、リアクトルで、前記電圧方形波の基本波により前記誘導加熱コイルおよび前記共振部とにより直列共振し、前記第２のフィルタ部は、コンデンサで、前記電圧方形波の高調波成分により前記誘導加熱コイルおよび前記共振部とにより直列共振することを特徴とした電力供給装置である。
【００２６】
この発明では、発振器から所定の周波数の電圧方形波を供給し、発振器の出力側および共振部間に直列に接続した並列となる第１のフィルタ部および第２のフィルタ部のうち、第１のフィルタ部を透過した電圧方形波の基本波で共振部および誘導加熱コイルとにより直列共振させて被加熱物を誘導加熱するとともに、第２のフィルタ部を透過した電圧方形波の高調波成分で共振部および誘導加熱コイルとにより直列共振させて被加熱物を誘導加熱する。このことにより、１つの発振器および１つの誘導加熱コイルでも、異なる周波数による異なる加熱状態の誘導加熱が得られる。
そして、リアクトルで第１のフィルタ部を構成し、コンデンサにて第２のフィルタ部を構成する。このことにより、電圧方形波の基本波および高調波成分の異なる周波数での誘導加熱が簡単な構成で容易に得られる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の電力供給装置において、前記発振器は、スイッチング素子を有した変圧器を備え、前記スイッチング素子の開閉動作により所定の周波数の電圧方形波を出力することを特徴とする。
【００２８】
この発明では、発振器としてスイッチング素子を有した変圧器を設け、スイッチング素子の開閉動作により所定の周波数の電圧方形波を出力させる。このことにより、フーリエ級数にて高調波成分の複合した所定の周波数の電圧方形波として出力させることで、構成が簡単で製造が容易なスイッチング素子を有した変圧器を用いて異なる周波数での誘導加熱が得られる。
【００２９】
請求項１２に記載の発明は、被加熱物を誘導加熱する誘導加熱コイルと、この誘導加熱コイルに電力を供給して前記被加熱物を誘導加熱させる請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の電力供給装置と、を具備したことを特徴とした誘導加熱装置である。
【００３０】
この発明では、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の電力供給装置から誘導加熱コイルに電力を供給して被加熱物を誘導加熱する。このことにより、１つの発振器および１つの誘導加熱コイルでも、異なる周波数で異なる加熱状態の誘導加熱が得られる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の誘導加熱装置における実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態における誘導加熱装置は、例えば被加熱物として表面に複数の凹凸を有した複雑な形状の歯車やねじ、ボルト、ナットなどのほか、複合材料の部材などを加熱処理する構成にて説明するが、これに限らず、いずれの被加熱物をも対象とすることができる。
【００３２】
〔第１の実施の形態〕
（誘導加熱装置の構成）
図１は、第１の実施の形態における誘導加熱装置の概略構成を示す回路図である。図１において、１００は誘導加熱装置で、この誘導加熱装置１００は、被加熱物１０１を誘導加熱する誘導加熱コイル１１０と、この誘導加熱コイル１１０に所定の異なる周波数の電圧を印加して誘導加熱させる電力供給装置１２０と、を備えている。
【００３３】
誘導加熱コイル１１０は、電力供給装置１２０に直列に接続されている。そして、誘導加熱コイル１１０は、電力供給装置１２０から異なる周波数の交流電力が供給されて被加熱物１０１を誘導加熱する。また、電力供給装置１２０は、発振器１２１と、直列共振回路１２２Ａおよび並列共振回路１２２Ｂを備えた整合回路１２２と、を備えている。
【００３４】
そして、発振器１２１は、基本波が例えば１０ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下の中周波の電圧方形波を供給する。この発振器１２１は、コンバータ１２１Ａと、変圧器である電圧形のインバータ１２１Ｂと、平滑コンデンサＣfと、を備えている。コンバータ１２１Ａは、例えば各種のブリッジ整流回路が用いられる順変換回路で、商用交流電源ｅに接続されて商用交流電源ｅを直流電源に変換する。この変換した直流電源は、平滑コンデンサＣfを介して適宜平滑されてインバータ１２１Ｂへ出力される。インバータ１２１Ｂは、電圧形インバータで、コンバータ１２１Ａから出力される直流電源を、一定の周波数、例えば１０ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下の電圧方形波の単相交流電力に変換する。具体的には、インバータ１２１Ｂは、スイッチング素子である図示しないトランジスタなどを有し、スイッチング素子のオンオフ制御により、フーリエ級数により第ｎ高調波（ｎ：奇数の自然数）が重畳した電圧方形波を出力させる。
【００３５】
また、直列共振回路１２２Ａは、発振器１２１から出力される交流電力の電圧方形波の基本波により、誘導加熱コイル１１０と直列共振して被加熱物１０１を誘導加熱する。そして、直列共振回路１２２Ａは、リアクトルＬと、第１のコンデンサＣ１と、を備え、リアクトルＬと第１のコンデンサＣ１との直列回路を発振器１２１のインバータ１２１Ｂの出力側と誘導加熱コイル１１０との間に直列に接続して構成されている。
【００３６】
第１のコンデンサＣ１は、リアクトルＬを介して通過するインバータ１２１Ｂから出力される交流電力の電圧方形波の基本波で誘導加熱コイル１１０およびリアクトルＬとにより直列共振状態となり、被加熱物１０１を誘導加熱させる。すなわち、第１のコンデンサＣ１は、静電容量が電圧方形波の基本波による共振周波数が例えば１０ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下となる条件に設定されている。この第１のコンデンサＣ１は、リアクトルＬおよび誘導加熱コイル１１０の無効電力を補償する。ここで、周波数が１０ｋＨｚより低くなると、高調波も連動して低くなり、誘導加熱効果も弱くなり、良好な誘導加熱が得られにくくなるおそれがある。一方、３０ｋＨｚより高くなると、高調波も連動して高くなり、誘導加熱効果も弱くなり、良好な誘導加熱が得られなくおそれがある。このことから、直列共振による共振周波数を１０ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下に設定することが好ましい。
【００３７】
さらに、並列共振回路１２２Ｂは、発振器１２１から出力される交流電力の電圧方形波の高調波成分により、誘導加熱コイル１１０と並列共振して被加熱物１０１を誘導加熱する。すなわち、基本波に対する第ｎ高調波で誘導加熱コイル１１０と並列して被加熱物１０１を誘導加熱する。そして、並列共振回路１２２Ｂは、第２のコンデンサＣ２が直列共振回路１２２のリアクトルＬおよび第１のコンデンサＣ１の接続点と、インバータ１２１Ｂの出力側および誘導加熱コイル１１０の接点との間に接続に誘導加熱コイル１１０に対して並列に接続され、直列共振回路１２２Ａと共有の第１のコンデンサＣ１と、第２のコンデンサＣ２と、にて構成されている。
【００３８】
この並列共振回路１２２Ｂは、インバータ１２１Ｂから出力される交流電力の電圧方形波の高調波成分である第ｎ高調波で第２のコンデンサＣ２と誘導加熱コイル１１０とにより並列共振状態となり、被加熱物１０１を誘導加熱させる。ここで、直列共振回路１２２ＡのリアクトルＬおよび第１のコンデンサＣ１と、並列共振回路１２２Ｂを構成する第２のコンデンサＣ２と、誘導加熱コイル１１０との回路構成に対応する図２に示すＬＣ等価回路において、インピーダンス（Ｘ）と周波数（ｆ）との特性は、以下の数１に示す式および図３に示すグラフのようになる。なお、コンデンサＣ１，Ｃ２の等価コンデンサをＣとする。
【００３９】
【数１】
第１共振：ｆｓ１＝１／２π×（（Ｌ０＋Ｌ）×Ｃ１）^1/2
第２共振：ｆｐ＝１／２π×（Ｌ０×Ｃ）^1/2
第３共振：ｆｓ２＝１／２π×（Ｌ×Ｃ２）^1/2
【００４０】
これら数１および図３に示すように、図２に示すＬＣ等価回路においては、理論上３つの共振回路が構成され、周波数の低い側から、リアクトルＬ０，ＬおよびコンデンサＣ２の直列共振となる第１の共振周波数ｆｓ１、リアクトルＬ０およびコンデンサＣ１，Ｃ２の等価コンデンサＣの並列共振となる第２の共振周波数ｆｐ、および、リアクトルＬおよびコンデンサＣ２の直列共振となる第３の共振周波数ｆｓ２が存在する。
【００４１】
このことから、第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２との等価コンデンサの静電容量Ｃを、並列共振させる周波数が電圧方形波を構成する第ｎ高調波の周波数と対応する条件の値に設定する。具体的には、第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２との等価コンデンサの静電容量をＣとした場合、数１からＣ＝Ｃ１＊Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。このため、第１のコンデンサＣ１は直列共振のために静電容量が特定されることから、第２のコンデンサＣ２の静電容量を適宜設定し、第ｎ次の高調波に対応させればよい。なお、第２のコンデンサＣ２は、誘導加熱コイル１１０の無効電力を補償する程度に設定されていればよく、高調波の交流電流にとって低いインピーダンスに設定されることとなる。
【００４２】
（誘導加熱装置の動作）
次に、上記第１の実施の形態における誘導加熱装置１００の動作を説明する。
【００４３】
発振器１２１から基本波が所定の周波数となる電圧方形波の交流電力が出力されると、直列共振回路１２２ＡのリアクトルＬおよび第１コンデンサＣ１と誘導加熱コイル１１０とが電圧方形波の基本波で直列共振状態となり、被加熱物１０１を誘導加熱する。また、電圧方形波の交流電力の出力により、並列共振回路１２２Ｂの第２のコンデンサＣ２および第１のコンデンサＣ１の等価コンデンサと誘導加熱コイル１１０とが電圧方形波の所定の第ｎ高調波で並列共振状態となり、被加熱物１０１を誘導加熱する。
【００４４】
そして、基本電力となる低周波側となる基本波による電力は発振器１２１の出力にて調整でき、高周波側となる高調波による電力は低周波側の電力のある一定の比率、すなわち高調波の共振周波数によって例えば２０％や３０％などと低周波側の電力に追随して制御される。このことから、共振周波数を励起する高周波により近づけることで高周波側の電力が占める比率を高く設定することが可能となる。すなわち、高周波側の電力を適宜調整できる。このように、１つの発振器１２１および１つの誘導加熱コイル１１０で、電圧方形波の基本波と第ｎ高調波との異なる周波数、すなわち図４に示す電圧波形で誘導加熱することができる。
【００４５】
（第１の実施の形態の効果）
上述したように、上記第１の実施の形態では、発振器１２１から第ｎ高調波が重畳した所定の周波数の電圧方形波の交流電力を供給し、発振器１２１の出力側および誘導加熱コイル１１０間に直接に接続した直列共振回路１２２Ａと誘導加熱コイル１１０とにより電圧方形波の基本波で直列共振させて誘導加熱するとともに、発振器１２１の出力側に接続した並列共振回路１２２Ｂと誘導加熱コイル１１０とにより、直列共振と異なる周波数となる電圧方形波の高調波成分である所定の第ｎ高調波で並列共振させて誘導加熱する。このため、１つの発振器１２１および１つの誘導加熱コイル１１０でも、異なる周波数で誘導加熱でき、構成が簡略化して製造性の向上およびコストの低減を図ることが容易にできるとともに、構成が簡単なことから保守管理も容易にできる。
【００４６】
さらに、１つの発振器１２１にて誘導加熱するため、従来の異なる周波数をそれぞれ出力する複数の発振器の互いの干渉を防止するための構成が不要となり、構成の簡略化および安定した効率的な誘導加熱が得られる。また、複数の発振器での複雑な電力比例配分のための制御が不要で、安定した良好な誘導加熱ができる。
【００４７】
そして、リアクトルＬと第１のコンデンサＣ１との直列回路を発振器１２１のインバータ１２１Ｂの出力側に接続して直列共振回路１２２Ａを構成し、誘導加熱コイル１１０に並列に第２コンデンサＣ２を接続して並列共振回路１２２Ｂを構成させる。このため、２つの第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２と１つのリアクトルＬにより、電圧方形波の基本波による誘導加熱と、電圧方形波を構成する高調波成分のうちの第ｎ高調波による誘導加熱との異なる周波数で誘導加熱でき、容易に構成を簡略化できる。
【００４８】
さらに、並列共振回路１２２Ｂを構成する第２のコンデンサＣ２を、直列共振回路１２２ＡのリアクトルＬおよび第１のコンデンサＣ１の接続点と、発振器１２１の出力側および誘導加熱コイル１１０の接点との間に接続している。このため、発振器１２１および第２のコンデンサＣ２間におけるブスバーの静電容量を第２のコンデンサＣ２の静電容量の一部として利用でき、第２のコンデンサＣ２の静電容量を小さい値に設定可能となり、第２のコンデンサＣ２としてコストが安価な小さい静電容量のものを用いることにより、誘導加熱装置１００を安価に提供できる。
【００４９】
そして、誘導加熱コイル１１０と並列共振状態となる並列共振回路１２２Ｂの等価コンデンサの静電容量Ｃを、並列共振の際の共振周波数が電圧方形波の所定の高調波成分である第ｎ高調波の周波数に対応する値となるように設定することで、１つの発振器１２１および誘導加熱コイル１１０でも、異なる周波数で誘導加熱することが容易にできる。
【００５０】
この等価コンデンサの静電容量Ｃの設定は、並列共振回路１２２Ｂを構成する第２のコンデンサＣ２の静電容量とこの第２のコンデンサＣ２に直列に接続する第１のコンデンサＣ１の静電容量とに基づいて求められる。このため、電圧方形波の基本波で直列共振する共振周波数に対応して第１のコンデンサＣ１の静電容量が設定されるので、第２のコンデンサＣ２の静電容量が容易に設定され、この第２のコンデンサＣ２の静電容量を適宜第ｎ高調波の周波数に対応する共振周波数に設定することで、高調波成分のｎ値が変更されて異なる加熱状態に設定でき、汎用性も向上できる。
【００５１】
そして、発振器１２１としてスイッチング素子を有したインバータ１２１Ｂを設け、スイッチング素子の開閉動作により基本波が所定の周波数の電圧方形波を出力させる。このため、フーリエ級数にて高調波成分の複合した所定の周波数の電圧方形波として出力させることで、構成が簡単で製造が容易なスイッチング素子を有したインバータ１２１Ｂを用いて異なる周波数での誘導加熱が得られる。すなわち、発振器１２１として、従来から利用されている構成が簡単で小型のインバータを利用でき、製造性の向上および装置コストの低減を容易に図ることができる。
【００５２】
〔第２の実施の形態〕
（誘導加熱装置の構成）
図５は、第２の実施の形態における誘導加熱装置の概略構成を示す回路図である。図５において、２００は誘導加熱装置で、この誘導加熱装置２００は、図１ないし図４に示す第１の実施の形態と同様の誘導加熱コイル１１０と、この誘導加熱コイル１１０に所定の異なる周波数で電圧を印加して誘導加熱させる電力供給装置２２０と、を備えている。なお、誘導加熱装置２００において、図１に示す誘導加熱装置１００と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
そして、電力供給装置２２０は、第１の実施の形態と同様の発振器１２１と、整合回路２２２と、を備えている。そして、整合回路２２２は、第１の実施の形態と同様の直列共振回路１２２Ａと、並列共振回路２２２Ｂと、を備えている。この並列共振回路２２２Ｂは、第２のコンデンサＣ２にて構成され、この第２のコンデンサＣ２が第１の実施の形態の誘導加熱装置１００における並列共振回路１２２Ｂの等価コンデンサに対応する。すなわち、誘導加熱装置２００は、第１の実施の形態の誘導加熱装置１００の並列共振回路１２２Ｂを構成する第２のコンデンサＣ２を、第１のコンデンサの２次側に接続、具体的には第１のコンデンサＣ１と誘導加熱コイル１１０との接続点と、インバータ１２１Ｂの出力側および誘導加熱コイル１１０の接点との間に接続し誘導加熱コイル１１０に対して並列に接続した構成である。そして、第２のコンデンサＣ２の静電容量は、並列共振させる周波数が電圧方形波を構成する第ｎ高調波の周波数と対応する条件の値に設定される。この並列共振回路２２２Ｂは、発振器１２１から出力される交流電力の電圧方形波の高調波成分により、誘導加熱コイル１１０と並列共振、すなわち誘導加熱コイル１１０と第２のコンデンサＣ２との並列共振にて被加熱物１０１を誘導加熱する。
【００５４】
（誘導加熱装置の動作）
次に、上記第２の実施の形態における誘導加熱装置２００の動作を説明する。
【００５５】
発振器１２１から基本波が所定の周波数となる電圧方形波の交流電圧が出力されると、直列共振回路１２２ＡのリアクトルＬおよび第１のコンデンサＣ１と誘導加熱コイル１１０とが電圧方形波の基本波で直列共振状態となり、被加熱物１０１を誘導加熱する。また、電圧方形波の交流電力の出力により、並列共振回路２２２Ｂの第２のコンデンサＣ２と誘導加熱コイル１１０とが電圧方形波の所定の第ｎ高調波で並列共振状態となり、被加熱物１０１を誘導加熱する。
【００５６】
そして、基本電力となる低周波側となる基本波による電力は発振器１２１の出力にて調整でき、高周波側となる高調波による電力は低周波側の電力のある一定の比率、すなわち高調波の共振周波数によって例えば２０％や３０％などと低周波側の電力に追随して制御される。このことから、共振周波数を励起する高周波により近づけることで高周波側の電力が占める比率を高く設定することが可能となる。すなわち、高周波側の電力を適宜調整できる。このように、１つの発振器１２１および１つの誘導加熱コイル１１０で、電圧方形波の基本波と第ｎ高調波との異なる周波数で誘導加熱することができる。
【００５７】
（第２の実施の形態の効果）
上述したように、上記第２の実施の形態では、１つの発振器１２１および誘導加熱コイル１１０でも、第１の実施の形態と同様に、電圧方形波の基本波で直列共振回路１２２Ａおよび誘導加熱コイル１１０による直列共振と、電圧方形波の第ｎ高調波で並列共振回路２２２Ｂと誘導加熱コイル１１０による並列共振との異なる周波数での誘導加熱が得られ、構成が簡略化して製造性の向上およびコストの低減を図ることが容易にできる。さらに、２つの第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２と１つのリアクトルＬにより、電圧方形波の基本波による誘導加熱と、電圧方形波を構成する高調波成分のうちの第ｎ高調波による誘導加熱との異なる周波数で誘導加熱でき、容易に構成を簡略化できる。
【００５８】
また、第２の実施の形態では、並列共振回路２２２Ｂの第２のコンデンサＣ２を、直列共振回路１２２Ａの第１のコンデンサＣ１および誘導加熱コイル１１０の接続点と、インバータ１２１Ｂの出力側および誘導加熱コイル１１０の接続点との間に接続している。このため、第２のコンデンサＣ２が比較的に誘導加熱コイル１１０に対して近い位置に設けられることとなり、高調波成分の電力損失を抑制でき、共振による効率的な励起にて効率的な誘導加熱を得ることができる。
【００５９】
さらに、第２のコンデンサＣ２の静電容量を並列共振の際の共振周波数が第ｎ高調波の周波数に対応する値に設定して、第ｎ高調波で並列共振させて誘導加熱することができ、適宜第ｎ高調波の周波数に対応する共振周波数に設定することで、高調波成分のｎ値が変更されて異なる加熱状態に設定でき、汎用性も向上できる。
【００６０】
〔第３の実施の形態〕
図６は、第３の実施の形態における誘導加熱装置の概略構成を示す回路図である。図６において、３００は誘導加熱装置で、この誘導加熱装置３００は、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様の誘導加熱コイル１１０と、この誘導加熱コイル１１０に所定の異なる周波数で電圧を印加して誘導加熱させる電力供給装置３２０と、を備えている。そして、電力供給装置３２０は、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様の発振器１２１と、第１の直列共振回路３２２Ａおよび第２の直列共振回路３２２Ｂを備えた整合回路３２２と、を具備している。なお、誘導加熱装置３００において、誘導加熱装置１００，２００と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
そして、第１の直列共振回路３２２Ａ、発振器１２１から出力される交流電力の電圧方形波の基本波により、誘導加熱コイル１１０と直列共振して被加熱物１０１を誘導加熱する。この第１の直列共振回路３２２Ａは、第１のフィルタ部となるリアクトルＬと、共振部となる第１のコンデンサＣ１と、を備え、リアクトルＬおよび第１のコンデンサＣ１の直列回路を発振器１２１のインバータ１２１Ｂの出力側と誘導加熱コイル１１０との間に直列に接続して構成されている。
【００６２】
そして、第１のコンデンサＣ１は、リアクトルＬを介して通過するインバータ１２１Ｂから出力される交流電圧の電圧方形波の基本波で誘導加熱コイル１１０およびリアクトルＬとにより直列共振状態となり、被加熱物１０１を誘導加熱させる。すなわち、第１のコンデンサＣ１は、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様に、静電容量が電圧方形波の基本波による共振周波数が例えば１０ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下となる条件に設定されている。
【００６３】
また、第２の直列共振回路３２２Ｂは、第２のフィルタ部となる第２のコンデンサＣ２が第１の直列共振回路３２２ＡのリアクトルＬに並列でかつ第１のコンデンサＣ１に直列に接続され、第１の直列共振回路３２２Ａと共有の第１のコンデンサＣ１と、第２のコンデンサＣ２と、にて構成されている。そして、第２の直列共振回路３２２Ｂは、発振器１２１から出力される交流電圧の電圧方形波の高調波成分により、誘導加熱コイル１１０と直列共振して被加熱物１０１を誘導加熱する。すなわち、電圧方形波の高調波成分の第ｎ高調波で、第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２の等価コンデンサと誘導加熱コイル１１０とが直列共振状態となり、被加熱物１０１を誘導加熱させる。
【００６４】
ここで、リアクトルＬ、第１のコンデンサＣ１、第２のコンデンサＣ２および誘導加熱コイル１１０との回路構成に対応する図７に示すＬＣ等価回路において、インピーダンスと周波数との特性は、以下の数２に示す式のようになる。コンデンサＣ１，Ｃ２の等価コンデンサをＣとする。そして、インピーダンス（Ｘ）と周波数（ｆ）との関係のグラフは、図３に示す関係と同様となるので省略する。
【００６５】
【数２】
第１共振：ｆｓ１＝１／２π×（（Ｌ０＋Ｌ）×Ｃ１）^1/2
第２共振：ｆｐ＝１／２π×（Ｌ×Ｃ２）^1/2
第３共振：ｆｓ２＝１／２π×（Ｌ０×Ｃ）^1/2
【００６６】
これら数２に示すように、図７に示すＬＣ等価回路においては、理論上３つの共振回路が構成され、周波数の低い側から、リアクトルＬ０，ＬおよびコンデンサＣ１の直列共振となる第１の共振周波数ｆｓ１、リアクトルＬおよびコンデンサＣ２の並列共振となる第２の共振周波数ｆｐ、および、リアクトルＬ０およびコンデンサＣ１，Ｃ２の等価コンデンサＣの直列共振となる第３の共振周波数ｆｓ２が存在する。
【００６７】
このことから、第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２との等価コンデンサの静電容量Ｃを、直列共振させる周波数が電圧方形波を構成する第ｎ高周波の周波数と対応する条件の値に設定する。具体的には、第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２との等価コンデンサの静電容量をＣとした場合、数２からＣ＝Ｃ１＊Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。このため、第１のコンデンサＣ１は電圧方形波の基本波による直列共振のために静電容量が特定されることから、第２のコンデンサＣ２の静電容量を適宜設定し、第ｎ次の高調波の周波数となる共振周波数にするように設定すればよい。
【００６８】
（誘導加熱装置の動作）
次に、上記第３の実施の形態における誘導加熱装置３００の動作を説明する。
【００６９】
発振器１２１から基本波が所定の周波数となる電圧方形波の交流電力が出力されると、比較的に低周波となる基本波は、第２のコンデンサＣ２を通過することなくリアクトルＬを通過して誘導加熱コイル１１０に供給される。このことにより、第１の直列共振回路３２２ＡのリアクトルＬおよび第１のコンデンサＣ１と誘導加熱コイル１１０とが電圧方形波の基本波で直列共振状態となり、誘導加熱コイル１１０が被加熱物１０１を誘導加熱する。また、電圧方形波の交流電力の出力により、比較的に高周波となる高調波成分の第ｎ高調波は、リアクトルＬを通過することなく第２のコンデンサＣ２を通過して誘導加熱コイル１１０に供給される。このことにより、第２の直列共振回路３２２Ｂの第２のコンデンサＣ２および第１のコンデンサＣ１の等価コンデンサと誘導加熱コイル１１０とが電圧方形波の所定の第ｎ高調波で直列共振状態となり、誘導加熱コイル１１０が被加熱物１０１を誘導加熱する。
【００７０】
そして、基本電力となる低周波側となる基本波による電力は発振器１２１の出力にて調整でき、高周波側となる高調波による電力は低周波側の電力のある一定の比率、すなわち高調波の共振周波数によって例えば１０％や２０％などと低周波側の電力に追随して制御される。このことから、共振周波数を励起する高周波により近づけることで高周波側の電力が占める比率を高く設定することが可能となり、高周波側の電力を適宜調整できる。このように、１つの発振器１２１および誘導加熱コイル１１０で、電圧方形波の基本波と第ｎ高調波との異なる周波数で誘導加熱することができる。
【００７１】
（第３の実施の形態の効果）
上述したように、上記第３の実施の形態では、発振器１２１から所定の周波数の電圧方形波を供給し、発振器１２１の出力側に接続した第１の直列共振回路３２２Ａと誘導加熱コイル１１０とにより電圧方形波の基本波で直列共振させて誘導加熱するとともに、発振器１２１の出力側に接続した第２の直列共振回路３２２Ｂと誘導加熱コイル１１０とにより電圧方形波の高調波成分で直列共振させて誘導加熱する。このため、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様に、１つの発振器１２１および１つの誘導加熱コイル１１０でも、異なる周波数で誘導加熱でき、構成が簡略化して製造性の向上およびコストの低減を図ることが容易にできるとともに、構成が簡単なことから保守管理も容易にできる。さらに、１つの発振器１２１にて誘導加熱するため、複数の発振器の互いの干渉を防止するための構成が不要で構成が簡略化でき、複雑な電力比例配分のための制御も不要で、安定した効率的な誘導加熱ができる。
【００７２】
そして、リアクトルＬと第１のコンデンサＣ１との直列回路を発振器１２１の出力側に接続して第１の直列共振回路３２２Ａを構成し、リアクトルＬに並列でかつ第１のコンデンサＣ１と直列に第２のコンデンサＣ２を接続して第１のコンデンサＣ１とにて直列回路を構成する第２の直列共振回路３２２Ｂを構成する。このため、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２と１つのリアクトルＬにより、電圧方形波の基本波による誘導加熱と、電圧方形波を構成する高調波成分のうちの第ｎ高調波による誘導加熱との異なる周波数で誘導加熱でき、容易に構成を簡略化できる。
【００７３】
また、第２の直列共振回路３２２の等価コンデンサの静電容量Ｃを、直列共振の際の共振周波数が所定の高調波成分である第ｎ高調波の周波数に対応する値となるように設定することで、１つの発振器１２１および誘導加熱コイル１１０でも、異なる周波数で誘導加熱することが容易にできる。
【００７４】
そして、この等価コンデンサの静電容量Ｃの設定は、第２の直列共振回路３２２Ｂを構成する第２のコンデンサＣ２の静電容量と、この第２のコンデンサＣ２に直列に接続する第１のコンデンサＣ１の静電容量とに基づいて求められる。このため、電圧方形波の基本波で直列共振する共振周波数に対応して第１のコンデンサＣ１の静電容量が設定されるので、第２のコンデンサＣ２の静電容量が容易に設定され、この第２のコンデンサＣ２の静電容量を適宜第ｎ高調波の周波数に対応する共振周波数に設定することで、高調波成分のｎ値が変更されて異なる加熱状態に設定でき、汎用性も向上できる。
【００７５】
〔他の実施の形態〕
なお、本発明の誘導加熱装置は、上記各実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７６】
例えば被加熱物１０１として表面に複数の凹凸を有した複雑な形状の歯車や複合材料の部材などを加熱処理する構成に限らず、いずれの被加熱物１０１を誘導加熱してもよい。
【００７７】
また、高調波成分の高周波と基本波の中周波とを供給する構成について説明したが、他の周波数を供給する構成としてもよい。
【００７８】
そして、発振器１２１の構成としては、上述した構成に限らず、基本波と高調波成分とが含まれた電圧方形波を供給するいずれの構成のものでもできる。
【００７９】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構成に変更するなどしてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、電圧方形波の基本波および高調波成分による異なる周波数での共振により被加熱物を誘導加熱するため、１つの発振器および１つの誘導加熱コイルでも異なる周波数で誘導加熱でき、構成が簡略化して製造性の向上およびコストの低減を図ることが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導加熱装置の第１の実施の形態の概略構成を示す回路図である。
【図２】前記第１の実施の形態における対応したＬＣ等価回路を示す回路図である。
【図３】前記第１の実施の形態におけるインピーダンスと周波数との特性関係を示すグラフである。
【図４】前記第１の実施の形態における誘導加熱コイルに供給する２つの周波の電圧波形を示すグラフである。
【図５】本発明の誘導加熱装置の第２の実施の形態の概略構成を示す回路図である。
【図６】本発明の誘導加熱装置の第３の実施の形態の概略構成を示す回路図である。
【図７】前記第３の実施の形態における対応するＬＣ等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００誘導加熱装置
１０１被加熱物
１１０誘導加熱コイル
１２０，２２０，３２０電力供給装置
１２１発振器
１２１Ａコンバータ
１２１Ｂ変圧器としてのインバータ
１２２，２２２，３２２整合回路
１２２Ａ直列共振回路
１２２Ｂ，２２２Ｂ並列共振回路
３２２Ａ第１の直列共振回路
３２２Ｂ第２の直列共振回路
Ｃ等価コンデンサ
Ｃ１共振部である第１のコンデンサ
Ｃ２第２のフィルタ部である第２のコンデンサ
Ｃｆ平滑コンデンサ
Ｌ第１のフィルタ部であるリアクトル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a power supply device and an induction heating device that supply power of different frequencies to an induction heating coil to induction-heat an object to be heated.
[0002]
[Background]
  2. Description of the Related Art Conventionally, an induction heating apparatus that heats a complex object to be heated such as a gear by applying voltages having different frequencies to one induction coil is known (for example, Patent Document 1).
[0003]
  In the induction heating device described in Patent Document 1, a first converter that supplies a high frequency and a second converter that supplies a medium frequency are connected in parallel to one induction coil. In other words, the first converter that supplies high frequency is used as a series resonance circuit, and the medium frequency feedback from the second converter that supplies medium frequency is attenuated by a capacitor that compensates the reactive power of the induction coil in series. Yes. Further, a capacitor is connected in parallel to the second converter to compensate the reactive power of the induction coil, and between the second converter and the common contact of the first converter and the second converter. A series circuit of a reactor that suppresses high-frequency feedback and an additional compensation capacitor that compensates for the reactive power of the reactor is connected in series.
[0004]
[Patent Document 1]
          Japanese Patent No. 3150968 (page 2 right column-page 3 right column, Fig. 3)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the induction heating device described in Patent Document 1 requires a converter that supplies two different frequencies, that is, a first converter that supplies a high frequency and a second converter that supplies a medium frequency. Simplification is desired.
[0006]
  In view of the above, an object of the present invention is to provide a power supply device and an induction heating device that can obtain induction heating with different frequencies with a simple configuration.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  Claim1The invention described in 1 is a power supply device that supplies power of different frequencies to an induction heating coil to heat an object to be heated, the oscillator supplying a voltage square wave of a predetermined frequency, the output side of the oscillator, and A series resonant circuit connected in series between the induction heating coils and in series resonance with the induction heating coil by the fundamental wave of the voltage square wave, and a harmonic component of the voltage square wave connected to the output side of the oscillator A matching circuit having a parallel resonant circuit that resonates in parallel with the induction heating coil.,The series resonant circuit is a series circuit of a reactor and a first capacitor connected to the output side of the oscillator, and the parallel resonant circuit is connected to the output side of the oscillator in parallel with the induction heating coil. 2 is a power supply device characterized by being a capacitor.
[0008]
  According to the present invention, a voltage square wave having a predetermined frequency is supplied from an oscillator, and a series resonance circuit connected in series between the output side of the oscillator and the induction heating coil and the induction heating coil in series resonance with the fundamental wave of the voltage square wave. The object to be heated is induction-heated, and a parallel resonance circuit connected to the output side of the oscillator and the induction heating coil are used to resonate the object to be heated in parallel with a harmonic component of a voltage square wave at a frequency different from the series resonance. Induction heating. Thus, even with one oscillator and one induction heating coil, induction heating in different heating states can be obtained at different frequencies.
  AndA series resonant circuit is connected to the output side of the oscillator to form a series resonant circuit, and a second capacitor is connected in parallel to the induction heating coil to form a parallel resonant circuit. As a result, the induction heating at different frequencies of the induction heating by the fundamental wave of the voltage square wave and the induction heating by the harmonic component constituting the voltage square wave can be obtained by two capacitors and one reactor. Simplification can be easily achieved.
[0009]
  Claim2The invention described in claim1In the power supply device according to claim 1, the second capacitor is connected between a connection point of the reactor of the series resonance circuit and the first capacitor, and a connection point of the output side of the oscillator and the induction heating coil. It is characterized by that.
[0010]
  In the present invention, the second capacitor constituting the parallel resonance circuit is connected between the connection point of the reactor of the series resonance circuit and the first capacitor, and the output side of the oscillator and the contact of the induction heating coil. As a result, the capacitance between the oscillator and the second capacitor can be used as a part of the capacitance of the second capacitor, and the capacitance of the second capacitor can be set to a small value.
[0011]
  Claim3The invention described in claim1The power supply device according to claim 1, wherein the second capacitor is between a connection point of the first capacitor of the series resonance circuit and the induction heating coil, and an output side of the oscillator and a connection point of the induction heating coil. It is characterized by being connected to.
[0012]
  In this invention, the second capacitor constituting the parallel resonance circuit is connected between the connection point of the first capacitor and the induction heating coil of the series resonance circuit and the connection point of the output side of the oscillator and the induction heating coil. . As a result, the second capacitor is provided at a position relatively close to the induction heating coil, power loss of harmonic components is suppressed, and efficient induction heating is achieved by efficient excitation due to resonance. can get.
[0013]
  Claim4The invention described in claim 1 to claim 13In the power supply device according to any one of the above, the parallel resonance circuit is characterized in that the electrostatic capacitance is set to a value corresponding to the frequency of a predetermined harmonic component when the resonance frequency is in parallel resonance.
[0014]
  In the present invention, the capacitance of the parallel resonance circuit is set to a value at which the resonance frequency at the time of parallel resonance corresponds to the frequency of a predetermined harmonic component. As a result, resonance by a predetermined harmonic component of the voltage square wave is obtained, and induction heating at a resonance frequency higher than the resonance frequency by the fundamental wave of the voltage square wave is easily obtained.
[0015]
  Claim5The invention described in claim2In the power supply device according to claim 1, the second capacitor has a capacitance of an equivalent capacitor in a series circuit with the first capacitor, and a resonance frequency in parallel resonance corresponds to a frequency of a predetermined harmonic component. It is characterized in that the capacitance is set to a value.
[0016]
  In the present invention, the capacitance of the second capacitor is equal to the value of the resonance frequency of the equivalent capacitor in the series circuit with the first capacitor corresponding to the frequency of the predetermined harmonic component. Set to the value of the state. As a result, resonance by a predetermined harmonic component of the voltage square wave can be easily obtained without affecting the resonance of induction heating by the fundamental wave of the voltage square wave.
[0017]
  Claim6The invention described in claim3In the power supply device described in (2), the second capacitor has a capacitance set to a value corresponding to a frequency of a predetermined harmonic component at a resonance frequency at the time of parallel resonance.
[0018]
  In the present invention, the capacitance of the second capacitor is set to a value corresponding to the frequency of the predetermined harmonic component at the resonance frequency at the time of parallel resonance. As a result, resonance by a predetermined harmonic component of the voltage square wave can be easily obtained without affecting the resonance of induction heating by the fundamental wave of the voltage square wave.
[0019]
  Claim7The invention described in 1 is a power supply device that supplies power of different frequencies to an induction heating coil to heat an object to be heated, the oscillator supplying a voltage square wave of a predetermined frequency, and an output side of the oscillator A first series resonance circuit connected in series with the induction heating coil by the fundamental wave of the voltage square wave, and the induction heating coil connected to the output side of the oscillator with a harmonic component of the voltage square wave; And a matching circuit having a second series resonant circuit that resonates in series with,The first series resonant circuit is a series circuit of a reactor and a first capacitor connected to the output side of the oscillator, and the second series resonant circuit is parallel to the reactor and the first capacitor The power supply device is a series circuit of a second capacitor connected in series with the first capacitor.
[0020]
  In the present invention, a voltage square wave having a predetermined frequency is supplied from an oscillator, and the first series resonance circuit connected to the output side of the oscillator and the induction heating coil cause series resonance with the fundamental wave of the voltage square wave to be heated. The object is induction-heated, and the object to be heated is induction-heated by the second series resonance circuit connected to the output side of the oscillator and the induction heating coil in series resonance with the harmonic component of the voltage square wave. Thereby, even with one oscillator and one induction heating coil, induction heating in different heating states with different frequencies can be obtained.
  AndA series circuit of a reactor and a first capacitor is connected to the output side of the oscillator to form a first series resonant circuit, and a second capacitor is connected in parallel to the reactor and in series with the first capacitor. A second series resonant circuit that constitutes a series circuit with the first capacitor is formed. As a result, the induction heating at different frequencies of the induction heating by the fundamental wave of the voltage square wave and the induction heating by the harmonic component constituting the voltage square wave can be obtained by two capacitors and one reactor. Simplification can be easily achieved.
[0021]
  Claim8The invention described in claim7In the power supply device described in (1), the second series resonance circuit is characterized in that the electrostatic capacitance is set to a value corresponding to the frequency of a predetermined harmonic component when the resonance frequency is in series resonance.
[0022]
  In the present invention, the capacitance of the second series resonance circuit is set to a state in which the resonance frequency at the time of series resonance is a value corresponding to the frequency of the predetermined harmonic component. As a result, resonance by a predetermined harmonic component of the voltage square wave is obtained, and induction heating at a resonance frequency higher than the resonance frequency by the fundamental wave of the voltage square wave is easily obtained.
[0023]
  Claim9The invention described in claim7In the power supply device according to claim 1, the second capacitor has a capacitance of an equivalent capacitor in a series circuit with the first capacitor, and a resonance frequency in series resonance corresponds to a frequency of a predetermined harmonic component. It is characterized in that the capacitance is set to a value.
[0024]
  In the present invention, the capacitance of the second capacitor is set so that the resonance frequency when the equivalent capacitor in the series circuit with the first capacitor is in series resonance corresponds to the frequency of the predetermined harmonic component. Set the value to be a value. As a result, resonance by a predetermined harmonic component of the voltage square wave can be easily obtained without affecting the resonance of induction heating by the fundamental wave of the voltage square wave.
[0025]
  Claim 10The invention described in 1 is a power supply device that supplies power of different frequencies to an induction heating coil to heat the object to be heated, the oscillator supplying a voltage square wave of a predetermined frequency, and the output side of the oscillator A resonance part connected in series with the induction heating coil by the voltage square wave, and a harmonic component of the voltage square wave connected in series between the output side of the oscillator and the resonance part. A first filter unit that supplies the voltage square wave to the induction heating coil; and a voltage filter connected to the output side of the oscillator and the resonance unit in series and in parallel to the first filter unit. A second filter unit that eliminates the fundamental wave component and supplies the voltage square wave to the induction heating coil.,The first filter part is a reactor, and series resonance is caused by the induction heating coil and the resonance part by the fundamental wave of the voltage square wave, and the second filter part is a capacitor and is a harmonic of the voltage square wave. The power supply device is characterized in that the induction heating coil and the resonating unit cause series resonance by a wave component.
[0026]
  In the present invention, a voltage square wave having a predetermined frequency is supplied from an oscillator, and the first filter unit and the second filter unit connected in series between the output side of the oscillator and the resonance unit are connected in parallel. The fundamental wave of the voltage square wave that has passed through the filter part is caused to resonate in series by the resonance part and the induction heating coil to inductively heat the object to be heated. The object to be heated is inductively heated by series resonance with the part and the induction heating coil. Thereby, even with one oscillator and one induction heating coil, induction heating in different heating states with different frequencies can be obtained.
  AndThe first filter unit is configured by the reactor, and the second filter unit is configured by the capacitor. Thus, induction heating at different frequencies of the fundamental wave and harmonic components of the voltage square wave can be easily obtained with a simple configuration.
[0027]
  Claim 11The invention described in claims 1 to 10The power supply device according to any one of the above, wherein the oscillator includes a transformer having a switching element, and outputs a voltage square wave having a predetermined frequency by an opening / closing operation of the switching element.
[0028]
  In the present invention, a transformer having a switching element is provided as an oscillator, and a voltage square wave having a predetermined frequency is output by an opening / closing operation of the switching element. As a result, a voltage square wave with a predetermined frequency combined with harmonic components in a Fourier series is output, thereby inducing induction at different frequencies using a transformer having a switching element that is simple in configuration and easy to manufacture. Heating is obtained.
[0029]
  Claim 12The induction heating coil for induction heating the object to be heated, and the induction heating coil is supplied with electric power to cause the object to be heated by induction heating.1An induction heating device comprising the power supply device according to any one of the above.
[0030]
  In the present invention, claims 1 to 1 are provided.1Power is supplied to the induction heating coil from the power supply device described in any of the above to heat the object to be heated. Thus, even with one oscillator and one induction heating coil, induction heating in different heating states can be obtained at different frequencies.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the induction heating apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. The induction heating device in the present embodiment is configured to heat-treat a complex material such as a gear, a screw, a bolt, or a nut having a plurality of irregularities on the surface as an object to be heated, for example. However, the present invention is not limited to this, and any object to be heated can be targeted.
[0032]
[First Embodiment]
    (Configuration of induction heating device)
  FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the induction heating apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, reference numeral 100 denotes an induction heating device. The induction heating device 100 induction heats an induction heating coil 110 that induction-heats an object to be heated 101, and a voltage having a predetermined frequency is applied to the induction heating coil 110. And a power supply device 120 to be operated.
[0033]
  The induction heating coil 110 is connected to the power supply device 120 in series. Then, the induction heating coil 110 is supplied with AC power of different frequencies from the power supply device 120 and induction-heats the article to be heated 101. The power supply device 120 includes an oscillator 121 and a matching circuit 122 including a series resonance circuit 122A and a parallel resonance circuit 122B.
[0034]
  Then, the oscillator 121 supplies a medium-frequency voltage square wave whose fundamental wave is, for example, 10 kHz or more and 30 kHz or less. The oscillator 121 includes a converter 121A, a voltage-type inverter 121B that is a transformer, and a smoothing capacitor Cf. The converter 121A is a forward conversion circuit using various bridge rectifier circuits, for example, and is connected to the commercial AC power source e to convert the commercial AC power source e into a DC power source. The converted DC power supply is appropriately smoothed through the smoothing capacitor Cf and output to the inverter 121B. The inverter 121B is a voltage source inverter, and converts the DC power output from the converter 121A into a single-phase AC power of a voltage square wave having a constant frequency, for example, 10 kHz to 30 kHz. Specifically, the inverter 121B includes a transistor (not shown) that is a switching element, and outputs a voltage square wave in which an nth harmonic (n: an odd natural number) is superimposed by a Fourier series by ON / OFF control of the switching element. Let
[0035]
  Further, the series resonance circuit 122 </ b> A resonates in series with the induction heating coil 110 by the fundamental wave of the voltage square wave of AC power output from the oscillator 121 to induction-heat the object to be heated 101. The series resonance circuit 122A includes a reactor L and a first capacitor C1, and the series circuit of the reactor L and the first capacitor C1 is formed by connecting the output side of the inverter 121B of the oscillator 121 and the induction heating coil 110. They are connected in series.
[0036]
  The first capacitor C1 is in a series resonance state by the induction heating coil 110 and the reactor L with the fundamental wave of the voltage square wave of the AC power output from the inverter 121B passing through the reactor L, and induces the object to be heated 101. Let it heat. That is, the first capacitor C1 is set so that the resonance frequency of the fundamental wave of the voltage square wave is, for example, 10 kHz or more and 30 kHz or less. The first capacitor C1 compensates for the reactive power of the reactor L and the induction heating coil 110. Here, when the frequency is lower than 10 kHz, the harmonics are also lowered in conjunction with each other, the induction heating effect is weakened, and it is difficult to obtain good induction heating. On the other hand, when the frequency is higher than 30 kHz, the harmonics are also increased in conjunction with each other, the induction heating effect is weakened, and good induction heating may not be obtained. For this reason, it is preferable to set the resonance frequency by series resonance to 10 kHz or more and 30 kHz or less.
[0037]
  Further, the parallel resonance circuit 122B induction-heats the object to be heated 101 in parallel with the induction heating coil 110 by the harmonic component of the voltage square wave of the AC power output from the oscillator 121. That is, the object to be heated 101 is induction-heated in parallel with the induction heating coil 110 with the nth harmonic relative to the fundamental wave. In the parallel resonance circuit 122B, the second capacitor C2 is connected between the connection point of the reactor L of the series resonance circuit 122 and the first capacitor C1, and the output side of the inverter 121B and the contact of the induction heating coil 110. It is connected in parallel to the induction heating coil 110, and is constituted by a first capacitor C1 and a second capacitor C2 that are shared with the series resonance circuit 122A.
[0038]
  The parallel resonance circuit 122B is in a parallel resonance state by the second capacitor C2 and the induction heating coil 110 at the nth harmonic, which is a harmonic component of the voltage square wave of the AC power output from the inverter 121B, and is heated. 101 is induction-heated. Here, the LC equivalent circuit shown in FIG. 2 corresponding to the circuit configuration of the reactor L of the series resonance circuit 122A and the first capacitor C1, the second capacitor C2 constituting the parallel resonance circuit 122B, and the induction heating coil 110. , The characteristics of the impedance (X) and the frequency (f) are as shown in the following equation 1 and the graph shown in FIG. Note that C is an equivalent capacitor of the capacitors C1 and C2.
[0039]
[Expression 1]
    First resonance: fs1 = 1 / 2π × ((L0 + L) × C1)^1/2
    Second resonance: fp = 1 / 2π × (L0 × C)^1/2
    Third resonance: fs2 = 1 / 2π × (L × C2)^1/2
[0040]
  As shown in Equation 1 and FIG. 3, in the LC equivalent circuit shown in FIG. 2, theoretically three resonant circuits are configured, and the first resonance that is the series resonance of the reactors L0 and L and the capacitor C2 from the lower frequency side. There is a first resonance frequency fs1, a second resonance frequency fp which is a parallel resonance of the reactor L0 and the equivalent capacitor C of the capacitors C1 and C2, and a third resonance frequency fs2 which is a series resonance of the reactor L and the capacitor C2. .
[0041]
  From this, the capacitance C of the equivalent capacitor of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is set to a value corresponding to the frequency corresponding to the frequency of the nth harmonic constituting the voltage square wave. Set. Specifically, when the capacitance of the equivalent capacitor of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is C, Equation 1 shows C = C1 * C2 / (C1 + C2). For this reason, since the capacitance of the first capacitor C1 is specified for series resonance, the capacitance of the second capacitor C2 is appropriately set.The secondWhat is necessary is just to make it respond | correspond to a nth-order harmonic. The second capacitor C2 only needs to be set to compensate for the reactive power of the induction heating coil 110, and is set to a low impedance for the harmonic alternating current.
[0042]
    (Operation of induction heating device)
  Next, the operation of the induction heating apparatus 100 in the first embodiment will be described.
[0043]
  When a square wave AC power having a fundamental frequency of a predetermined frequency is output from the oscillator 121, the reactor L and the first capacitor C1 of the series resonance circuit 122A and the induction heating coil 110 are in series with a fundamental wave of a voltage square wave. The resonance state is established, and the object to be heated 101 is inductively heated. Also, voltage square wave AC powerofThe output causes the second capacitor C2 and the equivalent capacitor of the first capacitor C1 of the parallel resonance circuit 122B and the induction heating coil 110 to be in a parallel resonance state at a predetermined nth harmonic of a voltage square wave, and the object to be heated 101 is Induction heating.
[0044]
  The power of the fundamental wave on the low frequency side, which is the fundamental power, can be adjusted by the output of the oscillator 121, and the power of the harmonics on the high frequency side is a certain ratio of the power on the low frequency side, that is, harmonic resonance. Depending on the frequency, for example, 20% or 30% is controlled following the power on the low frequency side. For this reason, it is possible to set a high ratio of power on the high frequency side by bringing the resonance frequency closer to the high frequency that excites the resonance frequency. That is, the power on the high frequency side can be adjusted as appropriate. Thus, induction heating can be performed with one oscillator 121 and one induction heating coil 110 at different frequencies of the fundamental wave of the voltage square wave and the nth harmonic, that is, the voltage waveform shown in FIG.
[0045]
    (Effects of the first embodiment)
  As described above, in the first embodiment, alternating current power of a voltage square wave having a predetermined frequency on which the nth harmonic wave is superimposed is supplied from the oscillator 121, and between the output side of the oscillator 121 and the induction heating coil 110. The series resonance circuit 122A and the induction heating coil 110 that are directly connected cause series heating with a fundamental wave of a voltage square wave to perform induction heating, and the parallel resonance circuit 122B and the induction heating coil 110 that are connected to the output side of the oscillator 121. Inductive heating is performed by parallel resonance with a predetermined nth harmonic wave, which is a harmonic component of a voltage square wave having a frequency different from that of series resonance. For this reason, even one oscillator 121 and one induction heating coil 110 can be induction-heated at different frequencies, the structure can be simplified to easily improve the manufacturability and reduce the cost, and the structure is simple. Therefore, maintenance management can be done easily.
[0046]
  Further, since induction heating is performed by one oscillator 121, a conventional configuration for preventing interference between a plurality of oscillators that output different frequencies is not required, and the configuration is simplified and stable and efficient induction heating is performed. Is obtained. Moreover, the control for the complicated power proportional distribution by a plurality of oscillators is unnecessary, and stable and good induction heating can be performed.
[0047]
  A series circuit of the reactor L and the first capacitor C1 is connected to the output side of the inverter 121B of the oscillator 121 to form a series resonance circuit 122A, and a second capacitor C2 is connected in parallel to the induction heating coil 110. A parallel resonance circuit 122B is configured. For this reason, the two first capacitors C1 and the second capacitor C2 and one reactor L cause induction heating by the fundamental wave of the voltage square wave and the nth harmonic wave among the harmonic components constituting the voltage square wave. Induction heating can be performed at a frequency different from that of induction heating, and the configuration can be easily simplified.
[0048]
  Furthermore, the second capacitor C2 constituting the parallel resonance circuit 122B is connected between the connection point of the reactor L and the first capacitor C1 of the series resonance circuit 122A and the contact point of the output side of the oscillator 121 and the induction heating coil 110. Connected. Therefore, the bus bar capacitance between the oscillator 121 and the second capacitor C2 can be used as part of the capacitance of the second capacitor C2, and the capacitance of the second capacitor C2 can be set to a small value. Thus, the induction heating device 100 can be provided at low cost by using the second capacitor C2 having a low capacitance and low cost.
[0049]
  Then, the capacitance C of the equivalent capacitor of the parallel resonance circuit 122B that is in parallel resonance with the induction heating coil 110 is changed to the nth harmonic whose resonance frequency at the time of parallel resonance is a predetermined harmonic component of a voltage square wave. By setting so as to be a value corresponding to the frequency, even one oscillator 121 and induction heating coil 110 can easily perform induction heating at different frequencies.
[0050]
  The capacitance C of the equivalent capacitor is set by the capacitance of the second capacitor C2 constituting the parallel resonance circuit 122B and the capacitance of the first capacitor C1 connected in series to the second capacitor C2. Based on. For this reason, since the capacitance of the first capacitor C1 is set corresponding to the resonance frequency of series resonance with the fundamental wave of the voltage square wave, the capacitance of the second capacitor C2 is easily set. By appropriately setting the capacitance of the second capacitor C2 to a resonance frequency corresponding to the frequency of the nth harmonic, the n value of the harmonic component can be changed and set to a different heating state, and versatility can also be improved. .
[0051]
  Then, an inverter 121B having a switching element is provided as the oscillator 121, and a voltage square wave having a predetermined frequency as a fundamental wave is output by an opening / closing operation of the switching element. For this reason, induction heating at different frequencies using an inverter 121B having a switching element that has a simple configuration and is easy to manufacture by outputting a voltage square wave having a predetermined frequency in which harmonic components are combined in a Fourier series. Is obtained. That is, as the oscillator 121, a small-sized inverter having a simple configuration conventionally used can be used, and it is possible to easily improve the productivity and reduce the device cost.
[0052]
[Second Embodiment]
    (Configuration of induction heating device)
  FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the induction heating apparatus in the second embodiment. In FIG. 5, reference numeral 200 denotes an induction heating device. The induction heating device 200 includes an induction heating coil 110 similar to that of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4, and a predetermined different frequency for the induction heating coil 110. And a power supply device 220 for applying induction voltage to induce heating. In addition, in the induction heating apparatus 200, about the structure same as the induction heating apparatus 100 shown in FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
[0053]
  The power supply device 220 includes an oscillator 121 and a matching circuit 222 similar to those in the first embodiment. The matching circuit 222 includes a series resonance circuit 122A similar to the first embodiment and a parallel resonance circuit 22.2BAnd. The parallel resonance circuit 222B is configured by a second capacitor C2, and the second capacitor C2 corresponds to the equivalent capacitor of the parallel resonance circuit 122B in the induction heating device 100 of the first embodiment. That is, the induction heating device 200 connects the second capacitor C2 constituting the parallel resonance circuit 122B of the induction heating device 100 of the first embodiment to the secondary side of the first capacitor, specifically, the first 1 is connected between the connection point of the capacitor C1 and the induction heating coil 110 and the output side of the inverter 121B and the contact of the induction heating coil 110.ShiIn this configuration, the induction heating coil 110 is connected in parallel. Then, the electrostatic capacitance of the second capacitor C2 is set to a value of a condition in which the frequency for parallel resonance corresponds to the frequency of the nth harmonic constituting the voltage square wave. This parallel resonance circuit 222B is in parallel resonance with the induction heating coil 110, that is, parallel resonance between the induction heating coil 110 and the second capacitor C2, due to the harmonic component of the voltage square wave of the AC power output from the oscillator 121. The object to be heated 101 is induction-heated.
[0054]
    (Operation of induction heating device)
  Next, operation | movement of the induction heating apparatus 200 in the said 2nd Embodiment is demonstrated.
[0055]
  When an alternating voltage of a voltage square wave whose fundamental wave has a predetermined frequency is output from the oscillator 121, the reactor L and the first capacitor C1 of the series resonance circuit 122A and the induction heating coil 110 are fundamental waves of a voltage square wave. It becomes a series resonance state, and the to-be-heated material 101 is induction-heated. Further, the output of the AC power of the voltage square wave causes the second capacitor C2 of the parallel resonance circuit 222B and the induction heating coil 110 to be in a parallel resonance state with a predetermined nth harmonic of the voltage square wave, so that the object to be heated 101 is Induction heating.
[0056]
  The power of the fundamental wave on the low frequency side, which is the fundamental power, can be adjusted by the output of the oscillator 121, and the power of the harmonics on the high frequency side is a certain ratio of the power on the low frequency side, that is, harmonic resonance. Depending on the frequency, for example, 20% or 30% is controlled following the power on the low frequency side. For this reason, it is possible to set a high ratio of power on the high frequency side by bringing the resonance frequency closer to the high frequency that excites the resonance frequency. That is, the power on the high frequency side can be adjusted as appropriate. As described above, induction heating can be performed with one oscillator 121 and one induction heating coil 110 at different frequencies of the fundamental wave of the voltage square wave and the nth harmonic.
[0057]
    (Effect of the second embodiment)
  As described above, in the second embodiment, even in the single oscillator 121 and the induction heating coil 110, as in the first embodiment, the series resonance circuit 122A and the induction heating coil are generated with the fundamental wave of the voltage square wave. 110 and the nth harmonic of the voltage square wave, induction heating at different frequencies of the parallel resonance circuit 222B and the parallel resonance by the induction heating coil 110 can be obtained, and the configuration is simplified to improve manufacturability and cost. Can be easily reduced. Further, by the two first capacitors C1 and C2 and one reactor L, induction heating by the fundamental wave of the voltage square wave and by the nth harmonic wave among the harmonic components constituting the voltage square wave. Induction heating can be performed at a frequency different from that of induction heating, and the configuration can be easily simplified.
[0058]
  In the second embodiment, the second capacitor C2 of the parallel resonance circuit 222B is connected to the connection point of the first capacitor C1 and the induction heating coil 110 of the series resonance circuit 122A, the output side of the inverter 121B, and the induction heating. It is connected between the connection point of the coil 110. For this reason, the second capacitor C2 is provided at a position relatively close to the induction heating coil 110, power loss of harmonic components can be suppressed, and efficient induction heating is achieved by efficient excitation due to resonance. Can be obtained.
[0059]
  Furthermore, the electrostatic capacity of the second capacitor C2 can be set to a value corresponding to the frequency of the nth harmonic of the resonance frequency at the time of parallel resonance, and induction heating can be performed by parallel resonance at the nth harmonic. By appropriately setting the resonance frequency corresponding to the frequency of the nth harmonic, the n value of the harmonic component can be changed and set to a different heating state, and versatility can be improved.
[0060]
[Third Embodiment]
  FIG. 6 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the induction heating apparatus in the third embodiment. In FIG. 6, reference numeral 300 denotes an induction heating device. The induction heating device 300 includes an induction heating coil 110 similar to that in the first embodiment and the second embodiment, and predetermined different frequencies for the induction heating coil 110. And a power supply device 320 that applies induction voltage to induce induction heating. The power supply device 320 includes an oscillator 121 similar to those in the first and second embodiments, a matching circuit 322 including a first series resonance circuit 322A and a second series resonance circuit 322B, Are provided. In addition, in the induction heating apparatus 300, about the structure same as the induction heating apparatuses 100 and 200, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
[0061]
  Then, the first series resonant circuit 322AThe object to be heated 101 is inductively heated by resonance in series with the induction heating coil 110 by the fundamental wave of the voltage square wave of AC power output from the oscillator 121. The first series resonance circuit 322A includes a reactor L serving as a first filter unit and a first capacitor C1 serving as a resonance unit. The series circuit of the reactor L and the first capacitor C1 is connected to the oscillator 121. The inverter 121B is connected in series between the output side of the inverter 121B and the induction heating coil 110.
[0062]
  And the 1st capacitor | condenser C1 will be in a serial resonance state with the induction heating coil 110 and the reactor L by the fundamental wave of the voltage square wave of the alternating voltage output from the inverter 121B which passes through the reactor L, and the to-be-heated object 101 InduceheatingLet That is, in the first capacitor C1, as in the first and second embodiments, the capacitance is set to a condition that the resonance frequency of the fundamental wave of the voltage square wave is, for example, 10 kHz to 30 kHz. Has been.
[0063]
  The second series resonance circuit 322B includes a second capacitor C2 serving as a second filter unit connected in parallel to the reactor L of the first series resonance circuit 322A and in series with the first capacitor C1. 1 series resonance circuit 322A, and a shared first capacitor C1 and second capacitor C2. Then, the second series resonance circuit 322B inductively heats the object to be heated 101 in series resonance with the induction heating coil 110 by the harmonic component of the voltage square wave of the AC voltage output from the oscillator 121. That is, at the nth harmonic of the harmonic component of the voltage square wave, the equivalent capacitors of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 and the induction heating coil 110 enter a series resonance state, and the object to be heated 101 is induction-heated. .
[0064]
  Here, in the LC equivalent circuit shown in FIG. 7 corresponding to the circuit configuration of the reactor L, the first capacitor C1, the second capacitor C2, and the induction heating coil 110, the characteristics of impedance and frequency are expressed by the following formula 2 It becomes like the formula shown. Let C be the equivalent capacitor of the capacitors C1 and C2. The graph of the relationship between impedance (X) and frequency (f) is the same as the relationship shown in FIG.
[0065]
[Expression 2]
    First resonance: fs1 = 1 / 2π × ((L0 + L) × C1)^1/2
    Second resonance: fp = 1 / 2π × (L × C2)^1/2
    Third resonance: fs2 = 1 / 2π × (L0 × C)^1/2
[0066]
  As shown in Equation 2, in the LC equivalent circuit shown in FIG. 7, theoretically, three resonance circuits are configured, and the first resonance that is the series resonance of the reactors L0 and L and the capacitor C1 from the low frequency side. There is a frequency fs1, a second resonance frequency fp that is a parallel resonance of the reactor L and the capacitor C2, and a third resonance frequency fs2 that is a series resonance of the equivalent capacitor C of the reactor L0 and the capacitors C1 and C2.
[0067]
  From this, the capacitance C of the equivalent capacitor of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is set to a value corresponding to the frequency corresponding to the frequency of the nth high frequency constituting the voltage square wave. To do. Specifically, when the capacitance of the equivalent capacitor of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is C, Equation 2 shows C = C1 * C2 / (C1 + C2). For this reason, since the capacitance of the first capacitor C1 is specified due to series resonance by the fundamental wave of the voltage square wave, the capacitance of the second capacitor C2 is appropriately set.The secondWhat is necessary is just to set so that it may become the resonant frequency used as the frequency of a nth-order harmonic.
[0068]
    (Operation of induction heating device)
  Next, the operation of the induction heating apparatus 300 in the third embodiment will be described.
[0069]
  When alternating current power of a voltage square wave whose fundamental wave has a predetermined frequency is output from the oscillator 121, the fundamental wave having a relatively low frequency passes through the reactor L without passing through the second capacitor C2. It is supplied to the induction heating coil 110. As a result, the reactor L and the first capacitor C1 of the first series resonance circuit 322A and the induction heating coil 110 enter a series resonance state with a fundamental wave of a voltage square wave, and the induction heating coil 110 induces the object to be heated 101. Heat. Further, the nth harmonic of the harmonic component having a relatively high frequency due to the output of the AC power of the voltage square wave passes through the second capacitor C2 without passing through the reactor L and is supplied to the induction heating coil 110. Is done. As a result, the second capacitor C2 and the equivalent capacitor of the first capacitor C1 of the second series resonance circuit 322B and the induction heating coil 110 enter a series resonance state at a predetermined nth harmonic of a voltage square wave, and induction The heating coil 110 induction-heats the article 101 to be heated.
[0070]
  And power by the fundamental wave on the low frequency side that becomes the fundamental powerDepartThe power of the harmonic on the high frequency side can be adjusted by the output of the vibrator 121, and the power on the low frequency side is, for example, 10% or 20% depending on a certain ratio of the power on the low frequency side, that is, the harmonic resonance frequency. It is controlled following. From this, it is possible to set a high ratio of power on the high frequency side by bringing the resonance frequency closer to the high frequency that excites the resonance frequency, and the power on the high frequency side can be adjusted as appropriate. Thus, induction heating can be performed with different frequencies of the fundamental wave of the voltage square wave and the nth harmonic by one oscillator 121 and the induction heating coil 110.
[0071]
    (Effect of the third embodiment)
  As described above, in the third embodiment, a voltage square wave having a predetermined frequency is supplied from the oscillator 121 and is connected to the output side of the oscillator 121 by the first series resonance circuit 322A and the induction heating coil 110. Inductive heating is performed through series resonance with the fundamental wave of the voltage square wave, and the second series resonance circuit 322B connected to the output side of the oscillator 121 and the induction heating coil 110 are caused to resonate in series with harmonic components of the voltage square wave. Induction heating. For this reason, similarly to the first embodiment and the second embodiment, even one oscillator 121 and one induction heating coil 110 can be induction-heated at different frequencies, simplifying the configuration and improving productivity. The cost can be easily reduced, and the maintenance is easy because the configuration is simple. Furthermore, since induction heating is performed by one oscillator 121, a configuration for preventing mutual interference of a plurality of oscillators is unnecessary.ButIt can be simplified, and control for complicated proportional power distribution is unnecessary, and stable and efficient induction heating can be performed.
[0072]
  A series circuit of the reactor L and the first capacitor C1 is connected to the output side of the oscillator 121 to form a first series resonance circuit 322A, and is connected in parallel to the reactor L and in series with the first capacitor C1. A second series resonant circuit 322B is configured by connecting two capacitors C2 and forming a series circuit with the first capacitor C1. For this reason, two capacitors C1 and C2 and one reactor L cause different frequencies between induction heating by the fundamental wave of the voltage square wave and induction heating by the nth harmonic of the harmonic components constituting the voltage square wave. Inductive heating can be used to easily simplify the configuration.
[0073]
  In addition, the capacitance C of the equivalent capacitor of the second series resonance circuit 322 is set so that the resonance frequency at the time of series resonance becomes a value corresponding to the frequency of the nth harmonic, which is a predetermined harmonic component. Thus, even one oscillator 121 and induction heating coil 110 can easily perform induction heating at different frequencies.
[0074]
  The capacitance C of the equivalent capacitor is set by the capacitance of the second capacitor C2 constituting the second series resonant circuit 322B and the first capacitor connected in series to the second capacitor C2. It is determined based on the capacitance of C1. For this reason, since the capacitance of the first capacitor C1 is set corresponding to the resonance frequency of series resonance with the fundamental wave of the voltage square wave, the capacitance of the second capacitor C2 is easily set. By appropriately setting the capacitance of the second capacitor C2 to a resonance frequency corresponding to the frequency of the nth harmonic, the n value of the harmonic component can be changed and set to a different heating state, and versatility can also be improved. .
[0075]
[Other Embodiments]
  The induction heating device of the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0076]
  For example, the object to be heated 101 is not limited to a configuration in which a complex-shaped gear having a plurality of irregularities on the surface or a member of a composite material is subjected to heat treatment, and any object to be heated 101 may be induction-heated.
[0077]
  Moreover, although the structure which supplies the high frequency of a harmonic component and the middle frequency of a fundamental wave was demonstrated, it is good also as a structure which supplies another frequency.
[0078]
  The configuration of the oscillator 121 is not limited to the above-described configuration, and any configuration that supplies a voltage square wave including a fundamental wave and a harmonic component can be used.
[0079]
  In addition, the specific structure and procedure for carrying out the present invention may be changed to other configurations as long as the object of the present invention can be achieved.
[0080]
【The invention's effect】
  According to the present invention, since the object to be heated is induction-heated by resonance at different frequencies due to the fundamental wave and harmonic components of the voltage square wave, even one oscillator and one induction heating coil can be induction-heated at different frequencies. Therefore, it is easy to improve manufacturability and reduce costs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of an induction heating apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a corresponding LC equivalent circuit in the first embodiment.
FIG. 3 is a graph showing a characteristic relationship between impedance and frequency in the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing voltage waveforms of two frequencies supplied to the induction heating coil in the first embodiment.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the induction heating apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of the induction heating apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a corresponding LC equivalent circuit in the third embodiment.
[Explanation of symbols]
    100, 200, 300 Induction heating device
    101 Object to be heated
    110 Induction heating coil
    120, 220, 320 Power supply device
    121 oscillator
    121A Converter
    121B Inverter as transformer
    122, 222, 322 matching circuit
    122A Series resonant circuit
    122B, 222B Parallel resonant circuit
    322A first series resonant circuit
    322B second series resonant circuit
        C Equivalent capacitor
      C1 first capacitor as a resonance part
      C2 Second capacitor as second filter section
      Cf smoothing capacitor
        L Reactor that is the first filter section

Claims

An electric power supply device for heating an object to be heated by supplying electric power of different frequencies to an induction heating coil,
An oscillator that supplies a voltage square wave of a predetermined frequency;
A series resonance circuit connected in series between the output side of the oscillator and the induction heating coil and resonating in series with the induction heating coil with the fundamental wave of the voltage square wave, and the voltage square connected to the output side of the oscillator A matching circuit having a parallel resonant circuit that resonates in parallel with the induction heating coil with a harmonic component of a wave , and
The series resonant circuit is a series circuit of a reactor and a first capacitor connected to the output side of the oscillator,
The parallel resonance circuit is a second capacitor connected in parallel to the induction heating coil on the output side of the oscillator.

The power supply device according to claim 1 ,
The second capacitor is connected between a connection point of the reactor of the series resonance circuit and the first capacitor, and an output side of the oscillator and a connection point of the induction heating coil. apparatus.

The power supply device according to claim 1 ,
The second capacitor is connected between a connection point of the first capacitor of the series resonance circuit and the induction heating coil, and an output side of the oscillator and a connection point of the induction heating coil. Power supply device.

In the electric power supply apparatus in any one of Claims 1 thru | or 3 ,
In the parallel resonance circuit, the electrostatic capacity is set to a value corresponding to a frequency of a predetermined harmonic component at a resonance frequency at the time of parallel resonance.

The power supply device according to claim 2 ,
In the second capacitor, the capacitance of the equivalent capacitor in a series circuit with the first capacitor is set to a capacitance at which the resonance frequency at the time of parallel resonance becomes a value corresponding to the frequency of a predetermined harmonic component. A power supply device characterized by that.

The power supply device according to claim 3 ,
The power supply device according to claim 2, wherein the second capacitor has a capacitance set to a value corresponding to a frequency of a predetermined harmonic component at a resonance frequency when parallel resonance occurs.

An electric power supply device for heating an object to be heated by supplying electric power of different frequencies to an induction heating coil,
An oscillator that supplies a voltage square wave of a predetermined frequency;
A first series resonant circuit connected in series with the induction heating coil by a fundamental wave of the voltage square wave connected to the output side of the oscillator; and a harmonic component of the voltage square wave connected to the output side of the oscillator And a matching circuit having a second series resonant circuit that is in series resonance with the induction heating coil .
The first series resonant circuit is a series circuit of a reactor and a first capacitor connected to the output side of the oscillator,
The second series resonance circuit is a series circuit of a second capacitor and the first capacitor connected in parallel to the reactor and in series with the first capacitor. .

The power supply device according to claim 7 , wherein
In the second series resonance circuit, the capacitance is set such that the resonance frequency at the time of series resonance corresponds to a frequency of a predetermined harmonic component.

The power supply device according to claim 7 , wherein
In the second capacitor, the capacitance of the equivalent capacitor in the series circuit with the first capacitor is set to a capacitance at which the resonance frequency at the time of series resonance becomes a value corresponding to the frequency of a predetermined harmonic component. A power supply device characterized by that.

A power supply device that heats the object to be heated by supplying power of different frequencies to the induction heating coil,
An oscillator that supplies a voltage square wave of a predetermined frequency;
A resonance part connected in series with the induction heating coil with the voltage square wave connected to the output side of the oscillator;
A first filter unit connected in series between the output side of the oscillator and the resonating unit to eliminate the harmonic component of the voltage square wave and supply the voltage square wave to the induction heating coil;
Connected in series between the output side of the oscillator and the resonance part and in parallel with the first filter part, the fundamental wave component of the voltage square wave is eliminated and the voltage square wave is supplied to the induction heating coil. anda second filter unit for,
The first filter unit is a reactor, and is in series resonance with the induction heating coil and the resonance unit by the fundamental wave of the voltage square wave,
The power supply device, wherein the second filter unit is a capacitor and series-resonates with the induction heating coil and the resonance unit by a harmonic component of the voltage square wave.

The power supply device according to any one of claims 1 to 1 0,
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the oscillator includes a transformer having a switching element, and outputs a voltage square wave having a predetermined frequency by an opening / closing operation of the switching element.

An induction heating coil for induction heating the object to be heated;
The power supply device according to any one of claims 1 to 11, wherein electric power is supplied to the induction heating coil to inductively heat the object to be heated.
An induction heating apparatus comprising: