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JP4577760B2 - Power supply - Google Patents
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Description

本発明は、互いに異なる2つの周波数をもつ電力を誘導負荷(例えば誘導加熱コイル)に供給する電力供給装置に関する。   The present invention relates to a power supply device that supplies power having two different frequencies to an inductive load (for example, an induction heating coil).

互いに異なる2つの周波数をもつ交流電力を誘導加熱コイルなどの誘導負荷に供給する技術が知られている。互いに異なる2つの周波数としては、高い周波数(例えば100kHz〜2.0MHz)と低い周波数(例えば1kHz〜50kHz)が挙げられる。このような技術の一つとして、発振器から高い周波数をもつ交流電力を整合回路部に出力し、整合回路部において負荷(誘導加熱コイルと被加熱物)のインピーダンスを高い周波数の出力インピーダンスに整合させて高い周波数の交流電力を誘導加熱コイルに供給すると共に、発振器から低い周波数をもつ交流電力を整合回路部に出力し、この整合回路部において負荷(誘導加熱コイルと被加熱物)のインピーダンスを低い周波数の出力インピーダンスに整合させて低い周波数の交流電力を誘導加熱コイルに供給する技術が知られている(特許文献1参照)。負荷のインピーダンスを高い周波数の交流電力に整合させる整合回路部は直列共振回路で構成されており、負荷のインピーダンスを低い周波数の交流電力に整合させる整合回路部は並列共振回路(又は直列共振回路)とLCフィルタで構成されている。   A technique for supplying AC power having two different frequencies to an induction load such as an induction heating coil is known. Examples of the two different frequencies include a high frequency (for example, 100 kHz to 2.0 MHz) and a low frequency (for example, 1 kHz to 50 kHz). As one of such technologies, high frequency AC power is output from the oscillator to the matching circuit unit, and the impedance of the load (induction heating coil and object to be heated) is matched to the high frequency output impedance in the matching circuit unit. In addition to supplying high frequency AC power to the induction heating coil, low frequency AC power is output from the oscillator to the matching circuit unit, and the impedance of the load (induction heating coil and object to be heated) is low in this matching circuit unit. A technique is known in which AC power having a low frequency is supplied to an induction heating coil so as to match the output impedance of the frequency (see Patent Document 1). The matching circuit unit that matches the impedance of the load to the high frequency AC power is formed of a series resonant circuit, and the matching circuit unit that matches the impedance of the load to the AC power of the low frequency is a parallel resonant circuit (or series resonant circuit). And LC filter.

また、上記の技術の他の一つとして、発振器から高い周波数をもつ交流電力を整合回路部に出力し、この整合回路部において負荷(誘導加熱コイルと被加熱物)のインピーダンスを高い周波数の出力インピーダンスに整合させて高い周波数の交流電力を誘導加熱コイルに供給すると共に、発振器から低い周波数をもつ交流電力を整合回路部に出力し、この整合回路部において負荷(誘導加熱コイルと被加熱物)のインピーダンスを低い周波数の出力インピーダンスに整合させて低い周波数の交流電力を誘導加熱コイルに供給する技術が知られている(特許文献2参照)。負荷のインピーダンスを高い周波数の交流電力に整合させる整合回路部は直列共振回路で構成されており、負荷のインピーダンスを低い周波数の交流電力に整合させる整合回路部は並列共振回路で構成されている。   In addition, as another technique described above, AC power having a high frequency is output from the oscillator to the matching circuit unit, and the impedance of the load (induction heating coil and object to be heated) is output at a high frequency in the matching circuit unit. A high frequency AC power is supplied to the induction heating coil in accordance with the impedance, and an AC power having a low frequency is output from the oscillator to the matching circuit unit. In this matching circuit unit, a load (induction heating coil and object to be heated) is output. A technique is known in which the impedance of the above is matched with the output impedance of a low frequency and AC power of a low frequency is supplied to the induction heating coil (see Patent Document 2). The matching circuit unit for matching the impedance of the load to the high frequency AC power is configured by a series resonant circuit, and the matching circuit unit for matching the impedance of the load to the AC power of the low frequency is configured by a parallel resonant circuit.

上記した特許文献1に開示された技術では、高い周波数をもつ交流電力が、低い周波数をもつ交流電力を発振する発振器(低周波数用発振器)に侵入することを防ぐために、低周波数用発振器の回路にリアクトルLfを接続させておく必要がある。このリアクトルLfは、特許文献1によれば、誘導負荷のインダクタンスよりも少なくとも4倍大きくしなければならない。従って、非常に大きなリアクトルLfを低周波数用発振器の回路に接続させる必要があるという問題がある。また、上記した特許文献2に開示された技術では、誘導加熱コイルの両端の電圧は、整合回路に含まれる変圧器の2次電圧と同じになる。このため、整合回路を接地する場合、誘導負荷の対地電位は変圧器の2次電圧と同じになって誘導負荷から放電する可能性が高くなるという問題がある。
特許第3150968号公報(例えば第3図、第4図) 特開2003−342633号公報(例えば図7)
In the technique disclosed in Patent Document 1 described above, in order to prevent AC power having a high frequency from entering an oscillator (low frequency oscillator) that oscillates AC power having a low frequency, a circuit for a low frequency oscillator is used. It is necessary to connect the reactor Lf. According to Patent Document 1, this reactor Lf must be at least four times larger than the inductance of the inductive load. Therefore, there is a problem that it is necessary to connect a very large reactor Lf to the low frequency oscillator circuit. In the technique disclosed in Patent Document 2 described above, the voltage across the induction heating coil is the same as the secondary voltage of the transformer included in the matching circuit. For this reason, when the matching circuit is grounded, there is a problem that the ground potential of the inductive load becomes the same as the secondary voltage of the transformer and the possibility of discharging from the inductive load increases.
Japanese Patent No. 3150968 (for example, FIGS. 3 and 4) JP 2003-342633 A (for example, FIG. 7)

上記の問題を解決するために、本発明者らは、所定の第1周波数をもつ交流電力を出力する第1発振器と、この第1周波数よりも高い第2周波数をもつ交流電力を出力する第2発振器と、所定の負荷のインピーダンスを第1及び第2発振器からの出力インピーダンスに整合させる整合器とを備え、これら第1及び第2発振器から出力された交流電力を1つの誘導負荷に供給する電力供給装置において、第2発振器から出力された第2周波数をもつ交流電流が第1発振器に侵入することを防止すると共に、所定の負荷のインピーダンスを第1発振器からの出力インピーダンスに整合させる直並列共振回路を備えた電力供給装置を提案している。この電力供給装置によれば、高い周波数をもつ交流電力が低い周波数用の回路に侵入することを防ぐためのリアクトルを小さくできるという効果を奏する。上記した直並列共振回路について図6を参照して説明する。   In order to solve the above problem, the present inventors have a first oscillator that outputs AC power having a predetermined first frequency, and a first oscillator that outputs AC power having a second frequency higher than the first frequency. Two oscillators and a matching unit that matches the impedance of a predetermined load with the output impedances of the first and second oscillators, and supplies AC power output from the first and second oscillators to one inductive load. In the power supply apparatus, an AC current having the second frequency output from the second oscillator is prevented from entering the first oscillator, and a series load is used to match the impedance of a predetermined load with the output impedance from the first oscillator. A power supply device having a resonance circuit is proposed. According to this power supply device, there is an effect that a reactor for preventing AC power having a high frequency from entering a circuit for a low frequency can be reduced. The above series-parallel resonant circuit will be described with reference to FIG.

図6(a)は、直並列共振回路を示し、(b)は、動作中の(a)の回路の等価回路を示す。   FIG. 6A shows a series-parallel resonant circuit, and FIG. 6B shows an equivalent circuit of the circuit shown in FIG.

直並列共振回路では直列共振と並列共振の2つ共振点(共振周波数)が存在し、上記の第1発振器は基本的に並列共振周波数付近で動作する。この動作中の共振回路の等価回路は(b)に示すものとなる。   In the series-parallel resonance circuit, there are two resonance points (resonance frequencies) of series resonance and parallel resonance, and the first oscillator basically operates near the parallel resonance frequency. An equivalent circuit of the resonance circuit during this operation is as shown in FIG.

(b)に示す等価回路では、リアクトルL1と並列共振回路のインピーダンスZpは直列接続されており、第1発振器が並列共振点で動作しているので、インピーダンスZpは近似的に抵抗Rpになる。この結果、(b)に示す等価回路では、リアクトルL1と抵抗Rpが直列接続されたものとなり、第1発振器の出力電圧、電流の位相差、遅れ角度αは、α=tan−1{ωp・L1/Rp}となる。このため、第1発振器の出力電力の力率PFはPF=cosαであるので、L1がゼロにならない限り、αはゼロにならない。一般的にはαは45°〜20°であるので、力率PFは約0.7〜0.93の値となる。 In the equivalent circuit shown in (b), since the reactor L1 and the impedance Zp of the parallel resonance circuit are connected in series, and the first oscillator operates at the parallel resonance point, the impedance Zp approximately becomes the resistance Rp. As a result, in the equivalent circuit shown in (b), the reactor L1 and the resistor Rp are connected in series, and the output voltage of the first oscillator, the phase difference of the current, and the delay angle α are expressed by α = tan −1 {ωp · L1 / Rp}. Therefore, since the power factor PF of the output power of the first oscillator is PF = cos α, α does not become zero unless L1 becomes zero. Since α is generally 45 ° to 20 °, the power factor PF is a value of about 0.7 to 0.93.

本発明は、上記事情に鑑み、力率を向上(改善)させた電力供給装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the electric power supply apparatus which improved (improved) the power factor in view of the said situation.

上記目的を達成するための本発明の電力供給装置は、所定の第1周波数をもつ交流電力を出力する第1発振器と、前記第1周波数よりも高い第2周波数をもつ交流電力を出力する第2発振器と、所定の負荷のインピーダンスを前記第1及び第2発振器からの出力インピーダンスに整合させる整合器とを備え、前記第1発振器は、交流電力を直流電力に変換する第1順変換部と、この第1順変換部から出力された直流電力を平滑する第1平滑コンデンサと、この第1平滑コンデンサで平滑された直流電力を交流電力に変換する第1逆変換部とを備えた電圧形のものであり、前記第2発振器は、交流電力を直流電力に変換する第2順変換部と、この第2順変換部から出力された直流電力を平滑する第2平滑コンデンサと、この第2平滑コンデンサで平滑された直流電力を交流電力に変換する第2逆変換部とを備えた電圧形のものであり、前記第1及び第2発振器から出力された交流電力を1つの誘導負荷に供給する電力供給装置において、
(1)前記整合器は、
(1−1)前記第1発振器から発振された第1周波数をもつ交流電流が前記誘導負荷に流れるときに経由するリアクトル、及び該リアクトルに直列接続された整合コンデンサと、
(1―2)前記第2発振器から発振された第2周波数をもつ交流電流が前記誘導負荷に流れるときに経由するバイパス用コンデンサとを備えたものであることを特徴とするものである。
To achieve the above object, a power supply apparatus according to the present invention includes a first oscillator that outputs AC power having a predetermined first frequency, and a first oscillator that outputs AC power having a second frequency higher than the first frequency. Two oscillators and a matching unit that matches the impedance of a predetermined load with the output impedances of the first and second oscillators, and the first oscillator includes a first forward conversion unit that converts AC power into DC power; A voltage type comprising: a first smoothing capacitor that smoothes the DC power output from the first forward conversion unit; and a first inverse conversion unit that converts the DC power smoothed by the first smoothing capacitor into AC power. The second oscillator includes a second forward converter that converts AC power into DC power, a second smoothing capacitor that smoothes the DC power output from the second forward converter, and the second Smoothing capacitor A power supply for supplying a single inductive load with the AC power output from the first and second oscillators, the voltage source having a second inverse conversion unit that converts the smoothed DC power into AC power. In the device
(1) The matching unit
(1-1) a reactor through which an alternating current having a first frequency oscillated from the first oscillator flows through the inductive load, and a matching capacitor connected in series to the reactor;
(1-2) A bypass capacitor through which an alternating current having a second frequency oscillated from the second oscillator flows to the inductive load is provided.

ここで、
(2)前記リアクトル及び前記整合コンデンサは、所定の誘導負荷の力率を補償する直列共振回路を形成するものであってもよい。
here,
(2) The reactor and the matching capacitor may form a series resonance circuit that compensates a power factor of a predetermined inductive load.

また、
(3)前記バイパス用コンデンサは、前記第2発振器から発振された交流電流が前記第1発振器に侵入することを防止するものであり、且つ、電気的に直列接続されると共にそれらの接続点が接地された等容量の2つのコンデンサからなるものであってもよい。
Also,
(3) The bypass capacitor prevents an alternating current oscillated from the second oscillator from entering the first oscillator, and is electrically connected in series and has a connection point thereof. It may consist of two capacitors of equal capacity grounded.

さらに、
(4)前記第1及び第2順変換部に代えて、一つの交流電源から出力された交流電力を直流電力に変換する順変換部を備え、
(5)前記第1平滑コンデンサは、この順変換部から出力された直流電力を平滑するものであり、且つ、
(6)前記第2平滑コンデンサは、この順変換部から出力された直流電力を平滑するものであってもよい。
further,
(4) Instead of the first and second forward conversion units, a forward conversion unit that converts AC power output from one AC power source into DC power,
(5) The first smoothing capacitor is for smoothing the DC power output from the forward conversion unit, and
(6) The second smoothing capacitor may smooth the DC power output from the forward conversion unit.

さらにまた、
(7)前記第2逆変換部が接続された1次側巻線と、前記第1逆変換部が接続された2次側巻線とを有する変成器を備え、
(8)該変成器の前記2次側巻線は、第1部分2次側巻線と第2部分2次側巻線とに2分割されたものであってもよい。
Furthermore,
(7) A transformer having a primary side winding to which the second reverse conversion unit is connected and a secondary side winding to which the first reverse conversion unit is connected,
(8) The secondary winding of the transformer may be divided into two parts, a first partial secondary winding and a second partial secondary winding.

さらにまた、
(9)前記等容量の2つのコンデンサは、前記第1部分2次側巻線と前記第2部分2次側巻線の間に接続されたものであり、
(10)前記等容量の2つのコンデンサそれぞれの他端は前記第1逆変換部に接続されたものであってもよい。
Furthermore,
(9) The two capacitors having the same capacity are connected between the first part secondary winding and the second part secondary winding,
(10) The other end of each of the two capacitors having the same capacity may be connected to the first inverse conversion unit.

さらにまた、
(11)前記リアクトル及び前記整合コンデンサは、前記第1部分2次側巻線と前記第1逆変換部の間に電気的に直列接続されたものであってもよい。
Furthermore,
(11) The reactor and the matching capacitor may be electrically connected in series between the first partial secondary winding and the first inverse conversion unit.

さらにまた、
(12)前記第1逆変換部が前記リアクトル及び前記整合コンデンサを介して接続された1次側巻線と、前記等容量の2つのコンデンサが接続された2次側巻線とを有する変成器を備え、
(13)該変成器は、所定の誘導負荷のインピーダンスを前記第1発振器の出力インピーダンスに整合させるものであってもよい。
Furthermore,
(12) A transformer in which the first inverse conversion unit includes a primary winding connected via the reactor and the matching capacitor, and a secondary winding connected to the two capacitors having the same capacity. With
(13) The transformer may match the impedance of a predetermined inductive load with the output impedance of the first oscillator.

本発明の電力供給装置では、第1発振器から発振された第1周波数をもつ交流電流が誘導負荷に流れるときに経由するリアクトル、及びこのリアクトルに直列接続された整合コンデンサを有する直列共振回路が形成されており、この直列共振回路に出力する第1発振器20の出力電圧、電流の位相差、遅れ角度αは、α=tan−1{Q(1−(ωs/ω))}で表現できる。直列共振点にて動作した場合、ω=ωsとなるので、α=0となって、出力電力の力率PFは1となる。実際には、進み位相を防止するため、僅かの遅れ角度(αは約5〜10°)を取っている。この結果、実際の力率は約0.98になって改善される。 In the power supply device of the present invention, a series resonance circuit having a reactor through which an alternating current having a first frequency oscillated from a first oscillator flows to an inductive load and a matching capacitor connected in series to the reactor is formed. The output voltage, current phase difference, and delay angle α of the first oscillator 20 output to the series resonance circuit are α = tan −1 {Q (1− (ωs 2 / ω 2 )) 2 }. Can express. When operating at the series resonance point, ω = ωs, so α = 0 and the power factor PF of the output power is 1. Actually, a slight delay angle (α is about 5 to 10 °) is taken in order to prevent the lead phase. As a result, the actual power factor is improved to about 0.98.

なお、上記の式のうち、遅れ角度αの単位は、rad(ラジアン)、又は、degree (度)であり、Qは共振回路品質係数であり、Q=ω(L1+L0)/R0である。また、ωsは直列共振角周波数であり、ωs=1/√{((L1+L0)C3)}で、その単位はrad(ラジアン)である。さらに、ωは角周波数であり、その単位はrad(ラジアン)である。   In the above equation, the unit of the delay angle α is rad (radian) or degree (degree), Q is a resonance circuit quality factor, and Q = ω (L1 + L0) / R0. Further, ωs is a series resonance angular frequency, ωs = 1 / √ {((L1 + L0) C3)}, and its unit is rad (radian). Further, ω is an angular frequency, and its unit is rad (radian).

本発明は、歯車やねじなどを誘導加熱するための誘導加熱コイルに交流電力を供給する電力供給装置に実現された。   The present invention has been realized in a power supply device that supplies AC power to an induction heating coil for induction heating of gears, screws, and the like.

図1と図2を参照して、本発明の電力供給装置の実施例1を説明する。   With reference to FIG. 1 and FIG. 2, Example 1 of the electric power supply apparatus of this invention is demonstrated.

図1は、本発明の電力供給装置の一例の概略構成を示す回路図である。図2は、図1の回路において用いられている変成器等を模式的に示す斜視図である。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an example of a power supply apparatus of the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a transformer or the like used in the circuit of FIG.

電力供給装置10は、歯車などの被加熱物12を誘導加熱するための1つの誘導加熱コイル14(誘導負荷の一例である)に、互いに異なる2つの周波数をもつ交流電力を同時に供給するものである。この交流電力の周波数は、交流電源(商用電源)16,18からの交流電力の周波数を適宜に変換して得られるものである。電力供給装置10は、大別して、交流電源16から出力された交流電力の周波数を変換して所定の第1周波数(MF)をもつ交流電力を出力する第1発振器20と、交流電源18から出力された交流電力の周波数を変換して所定の第2周波数(HF)をもつ交流電力を出力する第2発振器40と、被加熱物12及び誘導加熱コイル14のインピーダンスを第1及び第2発振器20,40からの出力インピーダンスに整合(一致)させる整合器60とを備えている。ここでいう所定の第1周波数とは例えば1kHz〜50kHzの範囲内の周波数をいい、所定の第2周波数とは例えば100kHz〜2.0MHzの範囲内の周波数をいう。従って、第2周波数は第1周波数よりも高く、この逆に、第1周波数は第2周波数よりも低い。なお、誘導加熱コイル14の等価インダクタンスL0は数百nH〜数μHの範囲内である。   The power supply device 10 supplies AC power having two different frequencies simultaneously to one induction heating coil 14 (which is an example of an induction load) for induction heating the object to be heated 12 such as a gear. is there. The frequency of the AC power is obtained by appropriately converting the frequency of the AC power from the AC power sources (commercial power sources) 16 and 18. The power supply apparatus 10 is roughly divided into a first oscillator 20 that converts the frequency of the AC power output from the AC power supply 16 and outputs AC power having a predetermined first frequency (MF), and an output from the AC power supply 18. The second oscillator 40 that converts the frequency of the AC power thus generated and outputs AC power having a predetermined second frequency (HF), and the impedance of the object to be heated 12 and the induction heating coil 14 are the first and second oscillators 20. , 40 and a matching device 60 for matching (matching) the output impedance. The predetermined first frequency here refers to a frequency in the range of 1 kHz to 50 kHz, for example, and the predetermined second frequency refers to a frequency in the range of 100 kHz to 2.0 MHz, for example. Therefore, the second frequency is higher than the first frequency, and conversely, the first frequency is lower than the second frequency. In addition, the equivalent inductance L0 of the induction heating coil 14 is in the range of several hundreds nH to several μH.

第1発振器20は、交流電源(商用電源)16から出力された交流電力を直流電力に変換する第1順変換部22(コンバータ)と、この第1順変換部22から出力された直流電力を平滑する第1平滑コンデンサCF1と、第1平滑コンデンサCF1で平滑された直流電力を、上記の所定の第1周波数をもつ交流電力に変換する第1逆変換部(MF逆変換部)24(インバータ)とを備えた電圧形のものである。第1順変換部22には、周知のブリッジ整流回路が形成されている。また、第1逆変換部24には、周知のトランジスタから構成された複数のスイッチング素子が組み込まれおり、これら複数のスイッチング素子をオン・オフ制御することにより直流電力を第1周波数の交流電力に変換する。   The first oscillator 20 includes a first forward converter 22 (converter) that converts AC power output from the AC power source (commercial power source) 16 into DC power, and DC power output from the first forward converter 22. A first smoothing capacitor CF1 to be smoothed and a first reverse conversion unit (MF reverse conversion unit) 24 (inverter) for converting the DC power smoothed by the first smoothing capacitor CF1 into AC power having the predetermined first frequency. ). A known bridge rectifier circuit is formed in the first forward converter 22. In addition, the first inverse conversion unit 24 incorporates a plurality of switching elements composed of well-known transistors, and the DC power is changed to the AC power of the first frequency by performing on / off control of the plurality of switching elements. Convert.

第2発振器40は、交流電源(商用電源)18から出力された交流電力を直流電力に変換する第2順変換部42(コンバータ)と、この第2順変換部42から出力された直流電力を平滑する第2平滑コンデンサCF2と、第2平滑コンデンサCF2で平滑された直流電力を、上記の所定の第2周波数をもつ交流電力に変換する第2逆変換部(HF逆変換部)44(インバータ)とを備えた電圧形のものである。第2順変換部42には、周知のブリッジ整流回路が形成されている。また、第2逆変換部44には、周知のトランジスタから構成された複数のスイッチング素子が組み込まれおり、これら複数のスイッチング素子をオン・オフ制御することにより直流電力を第2周波数の交流電力に変換する。   The second oscillator 40 includes a second forward converter 42 (converter) that converts AC power output from the AC power source (commercial power supply) 18 into DC power, and DC power output from the second forward converter 42. A second smoothing capacitor CF2 to be smoothed, and a second reverse conversion unit (HF reverse conversion unit) 44 (inverter) for converting the DC power smoothed by the second smoothing capacitor CF2 into AC power having the predetermined second frequency. ). A known bridge rectifier circuit is formed in the second forward converter 42. The second inverse conversion unit 44 incorporates a plurality of switching elements composed of well-known transistors, and the DC power is changed to the AC power of the second frequency by controlling on / off of the plurality of switching elements. Convert.

整合器60には、第1発振器20から発振された第1周波数をもつ交流電力に対応した直列共振回路62と、第2発振器40から発振された第2周波数をもつ交流電力に対応した直列共振回路64とが形成されている。「電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが一致したとき、負荷に最大電力を供給できる」という電気回路原理によれば、電源の出力インピーダンス(抵抗)と共振回路のインピーダンス(抵抗)とを整合(一致)させることが必要である。この整合のために整合器60には直列共振回路62と直列共振回路64とが形成されている。   The matching unit 60 includes a series resonance circuit 62 corresponding to AC power having a first frequency oscillated from the first oscillator 20 and a series resonance corresponding to AC power having a second frequency oscillated from the second oscillator 40. A circuit 64 is formed. According to the electric circuit principle that “the maximum power can be supplied to the load when the output impedance of the power supply matches the load impedance”, the output impedance (resistance) of the power supply matches the impedance (resistance) of the resonance circuit. It is necessary to make it. For this matching, the matching device 60 is formed with a series resonance circuit 62 and a series resonance circuit 64.

直列共振回路62は、数μHのリアクトルL1と、整合コンデンサC3、及び等価インダクタンスL0をもつ誘導加熱コイル14から構成される。リアクトルL1と整合コンデンサC3は直列接続されており、第1発振器20から発振された第1周波数をもつ交流電流が誘導加熱コイル14に流れるときには、リアクトルL1と整合コンデンサC3を経由する(通る)。整合コンデンサC3の容量は、一般に数十μF〜数百μFの範囲内のものである。また、等価インダクタンスL0は数μHである。第1発振器20に対しては、リアクトルL1、整合コンデンサC3、及び誘導加熱コイル14が直列共振回路を形成している。リアクトルL1は、第2発振器40から出力された交流電流が第1発振器20に侵入することを防止する機能も有する。   The series resonance circuit 62 includes a reactor L1 having several μH, a matching capacitor C3, and an induction heating coil 14 having an equivalent inductance L0. Reactor L1 and matching capacitor C3 are connected in series, and when an alternating current having a first frequency oscillated from first oscillator 20 flows through induction heating coil 14, it passes (passes) through reactor L1 and matching capacitor C3. The capacitance of the matching capacitor C3 is generally in the range of several tens of μF to several hundreds of μF. The equivalent inductance L0 is several μH. For the first oscillator 20, the reactor L1, the matching capacitor C3, and the induction heating coil 14 form a series resonance circuit. The reactor L <b> 1 also has a function of preventing the alternating current output from the second oscillator 40 from entering the first oscillator 20.

直列共振回路64は、数百nFの整合コンデンサC1、電流変成器70、及び負荷コイル等価インダクタンス(N1/N2)L0とから構成される。整合コンデンサC1は、第1発振器20から出力された交流電流が第2発振器40に侵入することを防止する機能も有する。上記したN1/N2は、後述する電流変成器70の1次側巻線71の巻数N1と2次側巻線72の巻数N2の比である。巻数N2は、後述する第1部分2次側巻線72Aの巻数N2Aと第2部分2次側巻線72Bの巻数N2Bとの和(合計)である。すなわち、N2=N2A+N2Bである。 The series resonance circuit 64 includes a matching capacitor C1 of several hundreds nF, a current transformer 70, and a load coil equivalent inductance (N1 / N2) 2 L0. The matching capacitor C <b> 1 also has a function of preventing the alternating current output from the first oscillator 20 from entering the second oscillator 40. N1 / N2 described above is the ratio of the number of turns N1 of the primary winding 71 of the current transformer 70 and the number of turns N2 of the secondary winding 72 described later. The number of turns N2 is the sum (total) of the number of turns N2A of the first partial secondary winding 72A described later and the number of turns N2B of the second partial secondary winding 72B. That is, N2 = N2A + N2B.

上記したように電流変成器70は直列共振回路64を構成する部品の一つである。電流変成器70は、第2発振器40に接続された1次側巻線71と、第1発振器20に接続された2次側巻線72とを備えている。1次側巻線71はコイル状(螺旋状)に巻かれたものであり、図2に示すように、この1次側巻線71の外周面を取り囲むように帯状の2次側巻線72が配置されている。1次側巻線71の端子71aには整合コンデンサC1が接続されている。このため、1次側巻線71の端子71aは整合コンデンサC1を介して第2発振器40に接続されていることとなる。1次側巻線71の端子71bは何も介さずに直接に第2発振器40に接続されている。   As described above, the current transformer 70 is one of the components constituting the series resonance circuit 64. The current transformer 70 includes a primary side winding 71 connected to the second oscillator 40 and a secondary side winding 72 connected to the first oscillator 20. The primary side winding 71 is wound in a coil shape (spiral), and as shown in FIG. 2, a belt-like secondary side winding 72 is formed so as to surround the outer peripheral surface of the primary side winding 71. Is arranged. A matching capacitor C1 is connected to the terminal 71a of the primary winding 71. Therefore, the terminal 71a of the primary side winding 71 is connected to the second oscillator 40 via the matching capacitor C1. The terminal 71b of the primary winding 71 is directly connected to the second oscillator 40 without any intervention.

1次側巻線71及び2次側巻線72の材質は、導電性及び経済性の面から銅(例えばJIS C1100)としている。また、1次側巻線71の外径(コイルとしての外径)は例えば300mmであり、2次側巻線40の板厚(厚さ)は例えば3mmである。ここでは、1次側巻線71としてコイル状のものを示したが、外径が12.7mmで肉厚(厚さ)1.5mmの銅パイプを使用してもよい。また、1次側巻線71と2次側巻線72の高さは同一であり、これらのギャップ(隙間)は約5mm〜10mmの範囲内である。すなわち、1次側巻線71の外周面から2次側巻線72の内周面までの距離は、約5mm〜10mmの範囲内の距離である。   The material of the primary winding 71 and the secondary winding 72 is copper (for example, JIS C1100) from the viewpoint of conductivity and economy. The outer diameter of the primary winding 71 (outer diameter as a coil) is, for example, 300 mm, and the plate thickness (thickness) of the secondary winding 40 is, for example, 3 mm. Here, although the coil-shaped thing was shown as the primary side coil | winding 71, you may use the copper pipe whose outer diameter is 12.7 mm and whose thickness (thickness) is 1.5 mm. Moreover, the height of the primary side winding 71 and the secondary side winding 72 is the same, and these gaps (gap) are in the range of about 5 mm to 10 mm. That is, the distance from the outer peripheral surface of the primary side winding 71 to the inner peripheral surface of the secondary side winding 72 is a distance within a range of about 5 mm to 10 mm.

2次側巻線72は、1次側巻線71の外周面を取り囲む帯状のものであって2分割されており、この2つに分割されたもの自体は互いに電気的に非接続となっている。2次側巻線72は、1次側巻線71の外周面のうち半周部分を取り囲む第1部分2次側巻線72Aと、1次側巻線71の外周面のうち第1部分2次側巻線72Aが取り囲む半周部分とは反対側の半周部分を取り囲む第2部分2次側巻線72Bとからなる。2次側巻線72を2等分して第1部分2次側巻線72Aと第2部分2次側巻線72Bを形成したものであり、これらは同じ形状であって1次側巻線71を挟んで(又は、取り囲んで)対称に配置されている。   The secondary winding 72 is a belt-like one that surrounds the outer peripheral surface of the primary winding 71 and is divided into two parts. The two parts themselves are electrically disconnected from each other. Yes. The secondary side winding 72 includes a first partial secondary side winding 72 </ b> A that surrounds a half-circumferential portion of the outer peripheral surface of the primary side winding 71 and a first partial secondary of the outer peripheral surface of the primary side winding 71. It consists of a second part secondary winding 72B that surrounds a half-circumferential part that is opposite to the half-circumferential part that the side winding 72A surrounds. The secondary winding 72 is divided into two equal parts to form a first partial secondary winding 72A and a second partial secondary winding 72B, which have the same shape and have a primary winding. 71 are arranged symmetrically (or surrounded).

第1部分2次側巻線72Aの周方向の両端にはそれぞれ出力端子72Aa,72Abが形成されている。同様に、第2部分2次側巻線72Bの周方向の両端にはそれぞれ出力端子72Ba,72Bbが形成されている。出力端子72Aaと出力端子72Baには、第1発振器20、バイパス用コンデンサC2A,C2B、整合コンデンサC3、及びリアクトルL1が接続されている。バイパス用コンデンサC2Aのコイル端子は2次側巻線72の出力端子72Aaに直接に電気的に接続されており、バイパス用コンデンサC2Bのコイル端子は2次側巻線72の出力端子72Baに直接に電気的に接続されている。2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bの容量は等しくて、数十μFから数百μFまでの範囲内のものである。また、電流変成器70の2次側巻線72は第1部分2次側巻線72Aと第2部分2次側巻線72Bとに2分割されており、且つ、バイパス用コンデンサC2A,C2Bも2つに分割されている。   Output terminals 72Aa and 72Ab are formed at both ends in the circumferential direction of the first partial secondary winding 72A, respectively. Similarly, output terminals 72Ba and 72Bb are formed at both ends in the circumferential direction of the second partial secondary winding 72B, respectively. The first oscillator 20, the bypass capacitors C2A and C2B, the matching capacitor C3, and the reactor L1 are connected to the output terminal 72Aa and the output terminal 72Ba. The coil terminal of the bypass capacitor C2A is directly electrically connected to the output terminal 72Aa of the secondary winding 72, and the coil terminal of the bypass capacitor C2B is directly connected to the output terminal 72Ba of the secondary winding 72. Electrically connected. The capacitances of the two bypass capacitors C2A and C2B are equal and are in the range from several tens of μF to several hundreds of μF. The secondary winding 72 of the current transformer 70 is divided into two parts, a first partial secondary winding 72A and a second partial secondary winding 72B, and bypass capacitors C2A and C2B are also provided. It is divided into two.

上記した2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bは導線63によって直列に接続されており、この導線63を通して2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bは接地(アース)されている。すなわち、これら2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bの接続点は接地されている。また、電流変成器70の2次側巻線72は第1部分2次側巻線72Aと第2部分2次側巻線72Bとに2分割されており、且つ、バイパス用コンデンサC2A,C2Bも2つに分割されている。この結果、誘導加熱コイル14の対地電位(対アース電位)は、誘導加熱コイル14の両端の電圧の半分(1/2)となる(換言すれば、誘導加熱コイル14の対地電位は、電流変成器70の2次電圧の半分となる)ので、誘導加熱コイル14から放電する可能性は低い。また、第2発振器40から発振された第2周波数(高い周波数)をもつ交流電流は2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bを経由して(通って)誘導加熱コイル14に流れる。2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bは、第2発振器40から出力された交流電流が第1発振器20に侵入することを防止する機能も有する。   The two bypass capacitors C2A and C2B described above are connected in series by a conductive wire 63, and the two bypass capacitors C2A and C2B are grounded (grounded) through the conductive wire 63. That is, the connection point of these two bypass capacitors C2A and C2B is grounded. The secondary winding 72 of the current transformer 70 is divided into two parts, a first partial secondary winding 72A and a second partial secondary winding 72B, and bypass capacitors C2A and C2B are also provided. It is divided into two. As a result, the ground potential (ground potential) of the induction heating coil 14 becomes half (1/2) of the voltage at both ends of the induction heating coil 14 (in other words, the ground potential of the induction heating coil 14 is a current transformation). Therefore, the possibility of discharging from the induction heating coil 14 is low. The alternating current having the second frequency (high frequency) oscillated from the second oscillator 40 flows to the induction heating coil 14 via (through) the two bypass capacitors C2A and C2B. The two bypass capacitors C <b> 2 </ b> A and C <b> 2 </ b> B also have a function of preventing the alternating current output from the second oscillator 40 from entering the first oscillator 20.

ここで、図3を参照して、第1発振器20からの出力電力の力率について説明する。   Here, the power factor of the output power from the first oscillator 20 will be described with reference to FIG.

図3(a)は、第1発振器から発振された第1周波数をもつ交流電力に対応した直列共振回路の等価回路を示し、(b)は、バイパス用コンデンサC2A,C2Bを無視したときの等価回路を示す。   FIG. 3A shows an equivalent circuit of a series resonance circuit corresponding to AC power having the first frequency oscillated from the first oscillator, and FIG. 3B shows an equivalent when the bypass capacitors C2A and C2B are ignored. The circuit is shown.

直列共振回路62に接続されているバイパス用コンデンサC2A,C2Bは、上述したように、第2発振器40から発振された第2周波数(高い周波数)をもつ交流電流が誘導加熱コイル14に流れるときに経由するコンデンサであり、整合コンデンサC3に比べて容量が小さい。2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bの合計容量(C2A・C2B/(C2A+C2B))は、整合コンデンサC3の容量の約1/10以下である。従って、第1発振器から発振された第1周波数をもつ交流電流に対しては、バイパス用コンデンサC2A,C2Bの影響を無視できる。この結果、直列共振回路62として機能するとき、(b)に示す等価回路のような単にリアクタンスL1、整合コンデンサC3、等価インダクタンスL0からなる直列共振回路とみなすことができる。   As described above, the bypass capacitors C2A and C2B connected to the series resonance circuit 62 allow the alternating current having the second frequency (high frequency) oscillated from the second oscillator 40 to flow through the induction heating coil 14. It is a capacitor that passes through and has a smaller capacity than the matching capacitor C3. The total capacity (C2A · C2B / (C2A + C2B)) of the two bypass capacitors C2A and C2B is about 1/10 or less of the capacity of the matching capacitor C3. Therefore, the influence of the bypass capacitors C2A and C2B can be ignored for the alternating current having the first frequency oscillated from the first oscillator. As a result, when functioning as the series resonance circuit 62, it can be regarded as a series resonance circuit composed simply of the reactance L1, the matching capacitor C3, and the equivalent inductance L0 as in the equivalent circuit shown in FIG.

(b)に示す等価直列共振回路に出力する第1発振器20の出力電圧、電流の位相差、遅れ角度αは、
α=tan−1{Q(1−(ωs/ω))}で表現できる。直列共振点にて動作した場合、ω=ωsとなるので、α=0となって、出力電力の力率PFは1となる。実際には、進み位相を防止するため、僅かの遅れ角度(αは約5〜10°)を取っている。この結果、実際の力率は約0.98になるものの、図6で示す回路に比べて力率が大いに向上し、誘導加熱コイル14の力率を補償する。
The output voltage, current phase difference, and delay angle α of the first oscillator 20 output to the equivalent series resonance circuit shown in FIG.
α = tan −1 {Q (1- (ωs 2 / ω 2 )) 2 }. When operating at the series resonance point, ω = ωs, so α = 0 and the power factor PF of the output power is 1. Actually, a slight delay angle (α is about 5 to 10 °) is taken in order to prevent the lead phase. As a result, although the actual power factor is about 0.98, the power factor is greatly improved as compared with the circuit shown in FIG. 6, and the power factor of the induction heating coil 14 is compensated.

なお、上記の式のうち、遅れ角度αの単位は、rad(ラジアン)、又は、degree (度)であり、Qは共振回路品質係数であり、Q=ω(L1+L0)/R0である。また、ωsは直列共振角周波数であり、ωs=1/√{((L1+L0)C3)}で、その単位はrad(ラジアン)である。さらに、ωは角周波数であり、その単位はrad(ラジアン)である。   In the above equation, the unit of the delay angle α is rad (radian) or degree (degree), Q is a resonance circuit quality factor, and Q = ω (L1 + L0) / R0. Further, ωs is a series resonance angular frequency, ωs = 1 / √ {((L1 + L0) C3)}, and its unit is rad (radian). Further, ω is an angular frequency, and its unit is rad (radian).

上記した電力供給装置10を用いて被加熱物12を誘導加熱する例を説明する。   An example in which the object to be heated 12 is induction-heated using the above-described power supply apparatus 10 will be described.

電力供給装置10を含めた誘導加熱システム(図示せず)に電源が投入されることにより、交流電源16から第1発振器20に交流電力が供給されると共に、交流電源18から第2発振器40に交流電力が供給される。第1発振器20では、交流電源16から供給された交流電力が第1順変換部22で直流電力に変換され、この第1順変換部22から出力された直流電力が第1平滑コンデンサCF1で平滑されて第1逆変換部24に入力され、この入力された直流電力は第1逆変換部24で第1周波数(例えば1kHz〜50kHzの範囲内の周波数)をもつ交流電力に変換される。この変換された交流電力は整合器60に出力される。   When power is supplied to an induction heating system (not shown) including the power supply device 10, AC power is supplied from the AC power supply 16 to the first oscillator 20 and from the AC power supply 18 to the second oscillator 40. AC power is supplied. In the first oscillator 20, the AC power supplied from the AC power supply 16 is converted into DC power by the first forward conversion unit 22, and the DC power output from the first forward conversion unit 22 is smoothed by the first smoothing capacitor CF1. The input DC power is converted into AC power having a first frequency (for example, a frequency within a range of 1 kHz to 50 kHz) by the first inverse conversion unit 24. The converted AC power is output to matching unit 60.

一方、第2発振器40では、交流電源18から供給された交流電力が第2順変換部42で直流電力に変換され、この第2順変換部42から出力された直流電力が第2平滑コンデンサCF2で平滑されて第2逆変換部44に入力され、この入力された直流電力は第2逆変換部44で第2周波数(例えば100kHz〜2.0MHzの範囲内の周波数)をもつ交流電力に変換される。この変換された交流電力は整合器60に出力される。   On the other hand, in the second oscillator 40, the AC power supplied from the AC power source 18 is converted into DC power by the second forward converter 42, and the DC power output from the second forward converter 42 is converted into the second smoothing capacitor CF2. The input DC power is converted into AC power having a second frequency (for example, a frequency within a range of 100 kHz to 2.0 MHz) by the second inverse conversion unit 44. Is done. The converted AC power is output to matching unit 60.

整合器60には、第1発振器20から出力された第1周波数をもつ交流電力と、第2発振器40から出力された第2周波数をもつ交流電力とが入力される。第1周波数をもつ交流電力は直列共振回路62に入力されて共振状態となり、共振周波数をもつ交流電流が誘導加熱コイル14を流れ、この交流電流によって被加熱物12に渦電流が誘導されて被加熱物12が加熱される。なお、直列共振回路64にはコンデンサC1が配置されているので、第1発振器20から出力された第1周波数をもつ交流電力は第2発振器40に侵入できない。   The matching unit 60 receives the AC power having the first frequency output from the first oscillator 20 and the AC power having the second frequency output from the second oscillator 40. The AC power having the first frequency is input to the series resonance circuit 62 and enters a resonance state. An AC current having the resonance frequency flows through the induction heating coil 14, and an eddy current is induced in the article 12 to be heated by the AC current. The heated object 12 is heated. In addition, since the capacitor C <b> 1 is disposed in the series resonance circuit 64, AC power having the first frequency output from the first oscillator 20 cannot enter the second oscillator 40.

第2周波数をもつ交流電力は直列共振回路64に入力されて共振状態となり、共振周波数をもつ交流電流が誘導加熱コイル14を流れ、この交流電流によって被加熱物12に渦電流が誘導されて被加熱物12が加熱される。なお、直列共振回路62にはリアクトルL1が配置されており、また、第2発振器40から出力された第2周波数をもつ交流電力はバイパス用コンデンサC2A,C2Bを経由して誘導加熱コイル14に流れるので、第2発振器40から出力された第2周波数をもつ交流電力は第1発振器20に侵入しない。   The AC power having the second frequency is input to the series resonance circuit 64 and enters a resonance state. An AC current having the resonance frequency flows through the induction heating coil 14, and an eddy current is induced in the article to be heated 12 by the AC current, and the target is covered. The heated object 12 is heated. The series resonant circuit 62 is provided with a reactor L1, and AC power having the second frequency output from the second oscillator 40 flows to the induction heating coil 14 via the bypass capacitors C2A and C2B. Therefore, AC power having the second frequency output from the second oscillator 40 does not enter the first oscillator 20.

以上説明したように電力供給装置10では、電流変成器70の2次側巻線72は第1部分2次側巻線72Aと第2部分2次側巻線72Bとに2分割されており、且つ、バイパス用コンデンサC2A,C2Bも2つに分割されている。この結果、誘導加熱コイル14の対地電位(対アース電位)は、誘導加熱コイル14の両端の電圧の半分(1/2)となる(換言すれば、誘導加熱コイル14の対地電位は、電流変成器70の2次電圧の半分となる)ので、誘導加熱コイル14から放電する可能性は低い。また、上述したように、直列共振回路62の共振点にて動作した場合、ω=ωsとなるので、α=0となって、出力電力の力率PFは1となる。実際には、進み位相を防止するため、僅かの遅れ角度(αは約5〜10°)を取っている。この結果、実際の力率は約0.98になるものの、図6で示す回路に比べて力率が大いに向上する。   As described above, in the power supply device 10, the secondary winding 72 of the current transformer 70 is divided into two parts, the first partial secondary winding 72A and the second partial secondary winding 72B. The bypass capacitors C2A and C2B are also divided into two. As a result, the ground potential (ground potential) of the induction heating coil 14 becomes half (1/2) of the voltage at both ends of the induction heating coil 14 (in other words, the ground potential of the induction heating coil 14 is a current transformation). Therefore, the possibility of discharging from the induction heating coil 14 is low. Further, as described above, when operating at the resonance point of the series resonance circuit 62, ω = ωs, so α = 0 and the power factor PF of the output power is 1. Actually, a slight delay angle (α is about 5 to 10 °) is taken in order to prevent the lead phase. As a result, although the actual power factor is about 0.98, the power factor is greatly improved as compared with the circuit shown in FIG.

図4を参照して、本発明の電力供給装置の実施例2を説明する。   With reference to FIG. 4, Example 2 of the electric power supply apparatus of this invention is demonstrated.

図4は、本発明の電力供給装置の実施例2の概略構成を示す回路図である。この図では、図1と図2に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a schematic configuration of Embodiment 2 of the power supply apparatus of the present invention. In this figure, the same components as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

実施例1の電力供給装置10では、2つの交流電源16,18それぞれに独立した(一つずつ)順変換部22,42を接続して互いに異なる周波数の交流電力を逆変換部24,44に入力していたのに対し、実施例2の電力供給装置100では、1つの交流電源102から1つの順変換部104に交流電力を入力してこの1つの順変換部104から2つの逆変換部106,108に直流電力を入力する点に特徴がある。また、実施例2の電力供給装置100では、2つの逆変換部106,108それぞれが出力する交流電力を制御する機器を備えた点にも特徴がある。   In the power supply apparatus 10 according to the first embodiment, independent (one by one) forward conversion units 22 and 42 are connected to the two AC power sources 16 and 18, respectively, and AC power having different frequencies is supplied to the inverse conversion units 24 and 44. On the other hand, in the power supply apparatus 100 of the second embodiment, AC power is input from one AC power supply 102 to one forward conversion unit 104, and two reverse conversion units are input from this one forward conversion unit 104. A feature is that DC power is input to 106 and 108. In addition, the power supply device 100 according to the second embodiment is also characterized in that a device for controlling the AC power output from each of the two inverse conversion units 106 and 108 is provided.

電力供給装置100は、歯車などの被加熱物12を誘導加熱するための1つの誘導加熱コイル14に、互いに異なる2つの周波数をもつ交流電力を供給するものである。この交流電力の周波数は、交流電源(商用電源)102からの交流電力の周波数を適宜に変換して得られるものである。電力供給装置100は、大別して、交流電源102から出力された交流電力を直流電力に変換する順変換部104と、この順変換部104で変換された直流電力が入力される第1及び第2逆変換部106,108と、被加熱物12及び誘導加熱コイル14(本発明にいう所定の負荷の一例である)のインピーダンスを第1及び第2逆変換部106,108からの出力インピーダンスに整合(一致)させる整合器60とを備えている。   The power supply apparatus 100 supplies AC power having two different frequencies to one induction heating coil 14 for induction heating the object to be heated 12 such as a gear. The frequency of the AC power is obtained by appropriately converting the frequency of the AC power from the AC power source (commercial power source) 102. The power supply apparatus 100 is roughly divided into a forward conversion unit 104 that converts AC power output from the AC power source 102 into DC power, and first and second DC power that is converted by the forward conversion unit 104 is input. The impedances of the inverse conversion units 106 and 108 and the object to be heated 12 and the induction heating coil 14 (an example of the predetermined load referred to in the present invention) are matched with the output impedances from the first and second inverse conversion units 106 and 108. And a matching unit 60 for matching.

第1逆変換部(MF逆変換部)106は、順変換部104から出力された直流電力を、所定の第1周波数(例えば1kHz〜50kHzの範囲内の周波数)をもつ交流電力に変換するものである。第2逆変換部(HF逆変換部)108は、順変換部104から出力された直流電力を、所定の第2周波数(例えば100kHz〜2.0MHzの範囲内の周波数)をもつ交流電力に変換するものである。整合器60の構成と動作は、実施例1の整合器60と同一であるのでここでは省略する。   The first reverse conversion unit (MF reverse conversion unit) 106 converts the DC power output from the forward conversion unit 104 into AC power having a predetermined first frequency (for example, a frequency in the range of 1 kHz to 50 kHz). It is. The second reverse conversion unit (HF reverse conversion unit) 108 converts the DC power output from the forward conversion unit 104 into AC power having a predetermined second frequency (for example, a frequency within a range of 100 kHz to 2.0 MHz). To do. Since the configuration and operation of the matching unit 60 are the same as those of the matching unit 60 of the first embodiment, a description thereof is omitted here.

電力供給装置100には、順変換部104から出力されて第1逆変換部106に入力される前の直流電流(Idc1)を検出する低周波側直流電流センサCT1aと、第1逆変換部106から出力されて整合器60に入力する前の直流電流(Io1)を検出する低周波側出力電流センサCT1bとが備えられている。また、電力供給装置100には、順変換部104から出力されて第2逆変換部108に入力される前の直流電流(Idc2)を検出する高周波側直流電流センサCT2aと、第2逆変換部108から出力されて整合器60に入力する前の直流電流(Io2)を検出する高周波側出力電流センサCT2bとが備えられている。   The power supply apparatus 100 includes a low-frequency DC current sensor CT1a that detects a DC current (Idc1) output from the forward conversion unit 104 and before being input to the first reverse conversion unit 106, and a first reverse conversion unit 106. And a low-frequency output current sensor CT1b that detects a direct current (Io1) before being input to the matching unit 60. Further, the power supply apparatus 100 includes a high-frequency DC current sensor CT2a that detects a DC current (Idc2) that is output from the forward conversion unit 104 and before being input to the second reverse conversion unit 108, and a second reverse conversion unit. And a high frequency side output current sensor CT2b that detects a direct current (Io2) before being output from 108 and input to the matching unit 60.

また、電力供給装置100には、低周波側直流電流センサCT1aで検出された直流電流Idc1が入力される電力一定制御回路116と、高周波側直流電流センサCT2aで検出された直流電流Idc2が入力される電力一定制御回路118とが備えられている。2つの電力一定制御回路116,118には、順変換部104から出力された直流電力の直流電圧Vdcも入力される。電力一定制御回路116では、操作盤(図示せず)など外部から入力された電力設定信号Pdc1を、上記の直流電圧Vdc及び直流電流Idc1に基づいて生成された直流電力信号Pdc1と比較し、周波数シフト制御に必要な電圧形式の誤差信号(制御電圧信号)ΣV1を生成して電圧周波変換器136に出力する。すなわち、電力一定制御回路116では、ΣV1=A・(Pdc1−Pdc1)に基づいてΣV1が生成される。なお、Aは係数である。 The power supply apparatus 100 also receives a power constant control circuit 116 to which the DC current Idc1 detected by the low frequency side DC current sensor CT1a is input and a DC current Idc2 detected by the high frequency side DC current sensor CT2a. The power constant control circuit 118 is provided. The two power constant control circuits 116 and 118 also receive the DC voltage Vdc of the DC power output from the forward conversion unit 104. The constant power control circuit 116 compares a power setting signal * Pdc1 input from the outside such as an operation panel (not shown) with a DC power signal Pdc1 generated based on the DC voltage Vdc and the DC current Idc1. An error signal (control voltage signal) ΣV1 in a voltage format necessary for frequency shift control is generated and output to the voltage frequency converter 136. That is, the constant power control circuit 116 generates ΣV1 based on ΣV1 = A · ( * Pdc1−Pdc1). A is a coefficient.

同様に、電力一定制御回路118では、操作盤(図示せず)など外部から入力された電力設定信号Pdc2を、上記の直流電圧Vdc及び直流電流Idc2に基づいて生成された直流電力信号Pdc2と比較し、周波数シフト制御に必要な電圧形式の誤差信号(制御電圧信号)ΣV2を生成して電圧周波変換器138に出力する。すなわち、電力一定制御回路118では、ΣV2=A・(Pdc2−Pdc2)に基づいてΣV2が生成される。なお、Aは係数である。 Similarly, in the constant power control circuit 118, a power setting signal * Pdc2 input from the outside such as an operation panel (not shown) is used as a DC power signal Pdc2 generated based on the DC voltage Vdc and the DC current Idc2. By comparison, an error signal (control voltage signal) ΣV2 in a voltage format necessary for frequency shift control is generated and output to the voltage frequency converter 138. That is, the constant power control circuit 118 generates ΣV2 based on ΣV2 = A · ( * Pdc2−Pdc2). A is a coefficient.

さらに、電力供給装置100には、低周波側出力電流センサCT1bで検出された電流Io1が入力される周波数下限検出器126と、高周波側出力電流センサCT2bで検出された電流Io2が入力される周波数下限検出器128とが備えられている。周波数下限検出器126には、第1逆変換部106から出力された交流電力の電圧Vo1も入力される。同様に、周波数下限検出器128には、第2逆変換部108から出力された交流電力の電圧Vo2も入力される。周知のように共振点よりも高い範囲では電流遅れであり、共振点よりも低い範囲では電流進みであるので、周波数下限検出器126では、入力された電流Io1及び電圧Vo1双方の位相関係を監視してこれら電流Io1及び電圧Vo1双方の進みを検出することにより最大電力のリミット信号を得、このリミット信号を電力一定制御回路116に出力する。同様に、周波数下限検出器128では、入力された電流Io2及び電圧Vo2双方の位相関係を監視してこれら電流Io2及び電圧Vo2双方の進みを検出することにより最大電力のリミット信号を得、このリミット信号を電力一定制御回路118に出力する。   Further, the power supply apparatus 100 has a frequency lower limit detector 126 to which the current Io1 detected by the low frequency side output current sensor CT1b is input and a frequency to which the current Io2 detected by the high frequency side output current sensor CT2b is input. A lower limit detector 128 is provided. The frequency lower limit detector 126 also receives the voltage Vo1 of AC power output from the first inverse conversion unit 106. Similarly, the voltage lower limit detector 128 also receives the voltage Vo2 of AC power output from the second inverse conversion unit 108. As is well known, current lag occurs in a range higher than the resonance point and current advance occurs in a range lower than the resonance point. Therefore, the frequency lower limit detector 126 monitors the phase relationship between both the input current Io1 and the voltage Vo1. By detecting the progress of both the current Io1 and the voltage Vo1, a limit signal of maximum power is obtained, and this limit signal is output to the constant power control circuit 116. Similarly, the frequency lower limit detector 128 obtains a maximum power limit signal by monitoring the phase relationship between both the input current Io2 and the voltage Vo2 and detecting the advance of both the current Io2 and the voltage Vo2. The signal is output to the constant power control circuit 118.

さらに、電力供給装置100には、入力された誤差信号ΣV1に比例した所定の周波数に変換するV/F回路(電圧Vと周波数Fの比率をほぼ一定にするための回路)である電圧周波変換器136と、入力された誤差信号ΣV2に比例した所定の周波数に変換するV/F回路である電圧周波変換器138とが備えられている。電圧周波変換器136では、誤差信号ΣV1が例えば0〜15Vのときは1kHz〜50kHzの範囲内の所定の周波数になるように変換し、この周波数を表すGate1信号を第1逆変換部106に出力する。第1逆変換部106では、入力されたGate1信号が表す周波数をもつようように、直流電力を交流電力に変換する。一方、電圧周波変換器138では、誤差信号ΣV2が例えば0〜15Vのときは100kHz〜2.0MHzの範囲内の所定の周波数になるように変換し、この周波数を表すGate2信号を第2逆変換部108に出力する。第2逆変換部108では、入力されたGate2信号が表す周波数をもつようように、直流電力を交流電力に変換する。従って、第1逆変換部106から出力される交流電力の周波数は1kHz〜50kHzの範囲内の第1周波数であり、第2逆変換部108から出力される交流電力の周波数は100kHz〜2.0MHzの範囲内の第2周波数である。   Further, the power supply apparatus 100 includes a voltage / frequency conversion which is a V / F circuit (a circuit for making the ratio of the voltage V and the frequency F substantially constant) that converts the frequency to a predetermined frequency proportional to the input error signal ΣV1. And a voltage / frequency converter 138 which is a V / F circuit for converting to a predetermined frequency proportional to the input error signal ΣV2. In the voltage frequency converter 136, when the error signal ΣV1 is, for example, 0 to 15V, the voltage is converted so as to be a predetermined frequency within a range of 1 kHz to 50 kHz, and a Gate1 signal representing this frequency is output to the first inverse conversion unit 106. To do. The first inverse conversion unit 106 converts DC power into AC power so as to have a frequency represented by the input Gate1 signal. On the other hand, in the voltage frequency converter 138, when the error signal ΣV2 is 0 to 15 V, for example, the voltage signal is converted to a predetermined frequency within the range of 100 kHz to 2.0 MHz, and the Gate2 signal representing this frequency is subjected to the second inverse conversion. Output to the unit 108. The second inverse conversion unit 108 converts the DC power into AC power so as to have the frequency represented by the input Gate2 signal. Therefore, the frequency of the AC power output from the first inverse conversion unit 106 is the first frequency within the range of 1 kHz to 50 kHz, and the frequency of the AC power output from the second inverse conversion unit 108 is 100 kHz to 2.0 MHz. Is the second frequency within the range.

第1逆変換部106及び第2逆変換部108から出力された互いに異なる2つの周波数をもつ交流電力は整合器60に入力されて、実施例1の電力供給装置10と同じように、誘導加熱コイル14に交流電力が供給されて被加熱物12が誘導加熱されることとなる。   The AC power having two different frequencies output from the first inverse conversion unit 106 and the second inverse conversion unit 108 is input to the matching unit 60, and the induction heating is performed in the same manner as the power supply apparatus 10 of the first embodiment. AC power is supplied to the coil 14 and the object to be heated 12 is induction-heated.

以上説明したように、実施例2の電力供給装置100では、1つの交流電源102と、1つの順変換部104で済むので、その分、簡易な構成の電力変換装置100が得られる。また、出力電力の力率PFについては実施例1と同様である。   As described above, in the power supply apparatus 100 according to the second embodiment, only one AC power source 102 and one forward conversion unit 104 are required, and thus the power conversion apparatus 100 having a simple configuration can be obtained. The power factor PF of the output power is the same as that in the first embodiment.

図5を参照して、本発明の電力供給装置の実施例3を説明する。   With reference to FIG. 5, Example 3 of the electric power supply apparatus of this invention is demonstrated.

図5は、本発明の電力供給装置の実施例3の概略構成を示す回路図である。この図では、図1に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration of Embodiment 3 of the power supply apparatus of the present invention. In this figure, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

実施例3の電力供給装置200が、実施例1の電力供給装置10(図1参照)と相違する点は、実施例3の電力供給装置200の整合器210の構成が、実施例1の電力供給装置10の整合器60の構成とは相違する点にある。整合器210は、低周波(第1周波数)側のインピーダンス変換用の電流変成器220と、この電流変成器220の1次側巻線221に直列接続された整合コンデンサC3とを備えており、この点において、電力供給装置10の整合器60とは相違する。この相違点について説明するが、同一構成のものについては説明を省略する。   The power supply device 200 of the third embodiment is different from the power supply device 10 of the first embodiment (see FIG. 1) in that the configuration of the matching unit 210 of the power supply device 200 of the third embodiment is the power of the first embodiment. This is different from the configuration of the matching device 60 of the supply device 10. The matching device 210 includes a current transformer 220 for impedance conversion on the low frequency (first frequency) side, and a matching capacitor C3 connected in series to the primary winding 221 of the current transformer 220. This point is different from the matching unit 60 of the power supply apparatus 10. This difference will be described, but the description of the same configuration will be omitted.

整合器210には、第1発振器20から発振された第1周波数をもつ交流電力に対応した直列共振回路230が形成されている。上述したように「電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが一致したとき、負荷に最大電力を供給できる」という電気回路原理によれば、電源の出力インピーダンス(抵抗)と共振回路のインピーダンス(抵抗)とを整合(一致)させることが必要である。この整合のために整合器210には直列共振回路230と直列共振回路64とが形成されている。また、電流変成器220は、誘導加熱コイル14のインピーダンスを第1発振器20の出力インピーダンスに整合させるためのものである。   The matching unit 210 is formed with a series resonance circuit 230 corresponding to AC power having the first frequency oscillated from the first oscillator 20. As described above, according to the electric circuit principle that “the maximum power can be supplied to the load when the output impedance of the power supply matches the load impedance”, the output impedance (resistance) of the power supply and the impedance (resistance) of the resonance circuit are It is necessary to match (match). For this matching, the matching device 210 is formed with a series resonance circuit 230 and a series resonance circuit 64. The current transformer 220 is for matching the impedance of the induction heating coil 14 with the output impedance of the first oscillator 20.

第1発振器20に対する直列共振回路230は、数μHのリアクトルL1、整合コンデンサC3、負荷インピーダンスを整合させるための電流変成器210、及び等価インダクタンスL0をもつ誘導加熱コイル14等から構成される。等価インダクタンスL0は数μHである。   The series resonance circuit 230 for the first oscillator 20 includes a reactor L1 of several μH, a matching capacitor C3, a current transformer 210 for matching load impedance, an induction heating coil 14 having an equivalent inductance L0, and the like. The equivalent inductance L0 is several μH.

実施例3では、整合器210に電流変成器220を配置したので、第1発振器20の出力電流と直列共振回路230に流れる電流の値を小さくでき、回路損失を減少させられる。また、電流変成器220の1次側巻線221に整合コンデンサC3が接続されており、2次側巻線222に2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bが接続されている。第2発振器40から発振された高い周波数(第2周波数)をもつ交流電流は2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bを通るので、2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bは、第2周波数をもつ交流電流の専用のバイパスとなる。第2周波数は高い周波数なので、2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bの容量を小さくでき、この容量は、整合コンデンサC3の10分の1程度の容量で済む。また、2つのバイパス用コンデンサC2A,C2Bとして、高周波特性に優れた小容量のコンデンサを使用できる。なお、上記のように整合コンデンサC3は電流変成器210の1次側巻線221に接続されており、高電圧(小電流)用のコンデンサを使用できるので、回路損失を低減できる。また、出力電力の力率PFについては実施例1と同様である。   In the third embodiment, since the current transformer 220 is arranged in the matching unit 210, the output current of the first oscillator 20 and the value of the current flowing through the series resonance circuit 230 can be reduced, and the circuit loss can be reduced. Further, a matching capacitor C3 is connected to the primary winding 221 of the current transformer 220, and two bypass capacitors C2A and C2B are connected to the secondary winding 222. Since the alternating current having a high frequency (second frequency) oscillated from the second oscillator 40 passes through the two bypass capacitors C2A and C2B, the two bypass capacitors C2A and C2B are connected to the alternating current having the second frequency. Dedicated bypass. Since the second frequency is a high frequency, the capacity of the two bypass capacitors C2A and C2B can be reduced, and this capacity can be about one-tenth of the capacity of the matching capacitor C3. Further, as the two bypass capacitors C2A and C2B, a small-capacitance capacitor having excellent high frequency characteristics can be used. As described above, the matching capacitor C3 is connected to the primary winding 221 of the current transformer 210, and a capacitor for high voltage (small current) can be used, so that circuit loss can be reduced. The power factor PF of the output power is the same as that in the first embodiment.

本発明の電力供給装置の一例の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of an example of the electric power supply apparatus of this invention. 図1の回路において用いられている変成器等を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the transformer etc. which are used in the circuit of FIG. (a)は、第1発振器から発振された第1周波数をもつ交流電力に対応した直列共振回路の等価回路を示し、(b)は、バイパス用コンデンサC2A,C2Bを無視したときの等価回路を示す。(A) shows an equivalent circuit of a series resonance circuit corresponding to AC power having a first frequency oscillated from a first oscillator, and (b) shows an equivalent circuit when bypass capacitors C2A and C2B are ignored. Show. 本発明の電力供給装置の実施例2の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of Example 2 of the electric power supply apparatus of this invention. 本発明の電力供給装置の実施例3の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of Example 3 of the electric power supply apparatus of this invention. (a)は、直並列共振回路を示し、(b)は、動作中の(a)の回路の等価回路を示す。(A) shows a series-parallel resonant circuit, and (b) shows an equivalent circuit of the circuit of (a) in operation.

符号の説明Explanation of symbols

10,100,200 電力供給装置
16,18 交流電源(商用電源)
20 第1発振器
22 第1順変換部
24 第1逆変換部
40 第2発振器
42 第2順変換部
44 第2逆変換部
60,210 整合器
62 直列共振回路
64 直列共振回路
70 電流変成器
71 電流変成器の1次側巻線
72 電流変成器の2次側巻線
220 電流変成器
C2A,C2B バイパス用コンデンサ
C3 整合コンデンサ
L1 リアクトル
10, 100, 200 Power supply device 16, 18 AC power supply (commercial power supply)
20 First Oscillator 22 First Forward Converter 24 First Inverse Converter 40 Second Oscillator 42 Second Forward Converter 44 Second Inverse Converters 60 and 210 Matching Device 62 Series Resonant Circuit 64 Series Resonant Circuit 70 Current Transformer 71 Current transformer primary winding 72 Current transformer secondary winding 220 Current transformer C2A, C2B Bypass capacitor C3 Matching capacitor L1 Reactor

Claims (6)

所定の第1周波数をもつ交流電力を出力する第1発振器と、前記第1周波数よりも高い第2周波数をもつ交流電力を出力する第2発振器と、所定の負荷のインピーダンスを前記第1及び第2発振器からの出力インピーダンスに整合させる整合器とを備え、
前記第1発振器は、
交流電力を直流電力に変換する第1順変換部と、この第1順変換部から出力された直流電力を平滑する第1平滑コンデンサと、この第1平滑コンデンサで平滑された直流電力を交流電力に変換する第1逆変換部とを備えた電圧形のものであり、
前記第2発振器は、
交流電力を直流電力に変換する第2順変換部と、この第2順変換部から出力された直流電力を平滑する第2平滑コンデンサと、この第2平滑コンデンサで平滑された直流電力を交流電力に変換する第2逆変換部とを備えた電圧形のものであり、
前記第1及び第2発振器から出力された交流電力を1つの誘導負荷に供給する電力供給装置において、
前記整合器は、
前記第1発振器から発振された第1周波数をもつ交流電流が前記誘導負荷に流れるときに経由するリアクトル、及び該リアクトルに直列接続された整合コンデンサと、
前記第2発振器から発振された第2周波数をもつ交流電流が前記誘導負荷に流れるときに経由するバイパス用コンデンサとを備えたものであり、
該バイパス用コンデンサは、
前記第2発振器から発振された交流電流が前記第1発振器に侵入することを防止するものであり、且つ、
電気的に直列接続されると共にそれらの接続点が接地された等容量の2つのコンデンサからなるものであることを特徴とする電力供給装置。
A first oscillator that outputs AC power having a predetermined first frequency; a second oscillator that outputs AC power having a second frequency higher than the first frequency; and impedances of a predetermined load that are the first and second impedances. A matching unit that matches the output impedance of the two oscillators,
The first oscillator
A first forward conversion unit for converting AC power into DC power, a first smoothing capacitor for smoothing the DC power output from the first forward conversion unit, and DC power smoothed by the first smoothing capacitor A voltage type having a first inverse conversion unit for converting to
The second oscillator is
A second forward conversion unit for converting AC power into DC power, a second smoothing capacitor for smoothing the DC power output from the second forward conversion unit, and the DC power smoothed by the second smoothing capacitor A voltage type with a second inverse conversion unit for converting to
In the power supply apparatus that supplies the AC power output from the first and second oscillators to one inductive load,
The matching unit is:
A reactor through which an alternating current having a first frequency oscillated from the first oscillator flows to the inductive load, and a matching capacitor connected in series to the reactor;
A bypass capacitor through which an alternating current having a second frequency oscillated from the second oscillator flows to the inductive load;
The bypass capacitor is
Preventing the alternating current oscillated from the second oscillator from entering the first oscillator, and
An electric power supply device comprising two capacitors of equal capacity that are electrically connected in series and whose connection point is grounded.
所定の第1周波数をもつ交流電力を出力する第1発振器と、前記第1周波数よりも高い第2周波数をもつ交流電力を出力する第2発振器と、所定の負荷のインピーダンスを前記第1及び第2発振器からの出力インピーダンスに整合させる整合器とを備え、
前記第1発振器は、
交流電力を直流電力に変換する第1順変換部と、この第1順変換部から出力された直流電力を平滑する第1平滑コンデンサと、この第1平滑コンデンサで平滑された直流電力を交流電力に変換する第1逆変換部とを備えた電圧形のものであり、
前記第2発振器は、
交流電力を直流電力に変換する第2順変換部と、この第2順変換部から出力された直流電力を平滑する第2平滑コンデンサと、この第2平滑コンデンサで平滑された直流電力を交流電力に変換する第2逆変換部とを備えた電圧形のものであり、
前記第1及び第2発振器から出力された交流電力を1つの誘導負荷に供給する電力供給装置において、
前記整合器は、
前記第1発振器から発振された第1周波数をもつ交流電流が前記誘導負荷に流れるときに経由するリアクトル、及び該リアクトルに直列接続された整合コンデンサと、
前記第2発振器から発振された第2周波数をもつ交流電流が前記誘導負荷に流れるときに経由するバイパス用コンデンサとを備えたものであり、
前記リアクトル及び前記整合コンデンサは、
所定の誘導負荷の力率を補償する直列共振回路を形成するものであって、
該バイパス用コンデンサは、
前記第2発振器から発振された交流電流が前記第1発振器に侵入することを防止するものであり、且つ、
電気的に直列接続されると共にそれらの接続点が接地された等容量の2つのコンデンサからなるものであることを特徴とする電力供給装置。
A first oscillator that outputs AC power having a predetermined first frequency; a second oscillator that outputs AC power having a second frequency higher than the first frequency; and impedances of a predetermined load that are the first and second impedances. A matching unit that matches the output impedance of the two oscillators,
The first oscillator
A first forward conversion unit for converting AC power into DC power, a first smoothing capacitor for smoothing the DC power output from the first forward conversion unit, and DC power smoothed by the first smoothing capacitor A voltage type having a first inverse conversion unit for converting to
The second oscillator is
A second forward conversion unit for converting AC power into DC power, a second smoothing capacitor for smoothing the DC power output from the second forward conversion unit, and DC power smoothed by the second smoothing capacitor A voltage type with a second inverse conversion unit for converting to
In the power supply apparatus that supplies the AC power output from the first and second oscillators to one inductive load,
The matching unit is:
A reactor through which an alternating current having a first frequency oscillated from the first oscillator flows to the inductive load, and a matching capacitor connected in series to the reactor;
A bypass capacitor through which an alternating current having a second frequency oscillated from the second oscillator flows to the inductive load;
The reactor and the matching capacitor are:
Forming a series resonant circuit that compensates for the power factor of a given inductive load,
The bypass capacitor is
Preventing the alternating current oscillated from the second oscillator from entering the first oscillator, and
An electric power supply device comprising two capacitors of equal capacity that are electrically connected in series and whose connection point is grounded.
前記第2逆変換部が接続された1次側巻線と、前記第1逆変換部が接続された2次側巻線とを有する変成器を備え、
該変成器の前記2次側巻線は、
第1部分2次側巻線と第2部分2次側巻線とに2分割されたものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の電力供給装置。
A transformer having a primary side winding to which the second reverse conversion unit is connected and a secondary side winding to which the first reverse conversion unit is connected;
The secondary winding of the transformer is
The power supply device according to claim 1 or 2, wherein the power supply device is divided into a first part secondary winding and a second part secondary winding.
前記等容量の2つのコンデンサは、前記第1部分2次側巻線と前記第2部分2次側巻線の間に接続されたものであり、
前記等容量の2つのコンデンサそれぞれの他端は前記第1逆変換部に接続されたものであることを特徴とする請求項3に記載の電力供給装置。
The two capacitors of equal capacity are connected between the first part secondary winding and the second part secondary winding,
4. The power supply device according to claim 3, wherein the other end of each of the two capacitors having the same capacity is connected to the first inverse conversion unit. 5.
前記リアクトル及び前記整合コンデンサは、
前記第1部分2次側巻線と前記第1逆変換部の間に電気的に直列接続されたものであることを特徴とする請求項4に記載の電力供給装置。
The reactor and the matching capacitor are:
5. The power supply device according to claim 4, wherein the power supply device is electrically connected in series between the first partial secondary winding and the first inverse conversion unit.
前記第1逆変換部が前記リアクトル及び前記整合コンデンサを介して接続された1次側巻線と、前記等容量の2つのコンデンサが接続された2次側巻線とを有する変成器を備え、
該変成器は、所定の誘導負荷のインピーダンスを前記第1発振器の出力インピーダンスに整合させるものであることを特徴とする請求項1から5までのうちのいずれか一項に記載の電力供給装置。
The first inverse conversion unit includes a transformer having a primary winding connected via the reactor and the matching capacitor, and a secondary winding connected to the two capacitors having the same capacity;
The power supply device according to any one of claims 1 to 5, wherein the transformer is configured to match an impedance of a predetermined inductive load with an output impedance of the first oscillator.
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