熱処理炉
【課題】処理材を効率よく加熱する。
【解決手段】制御部６が有する電力関数生成部１１が、負荷２の発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとが一致するように、ＰＡＭ変換器４が有するパワートランジスタＧ１１、Ｇ１２を制御するための電力波形を生成する。電力関数生成部１１からの出力電力がパルス変換器１３によりパルス変換された後に、ＰＡＭ変換器４のパワートランジスタＧ１１、Ｇ１２をＯＮ、ＯＦＦ制御するパルスに変換する。
【解決手段】制御部６が有する電力関数生成部１１が、負荷２の発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとが一致するように、ＰＡＭ変換器４が有するパワートランジスタＧ１１、Ｇ１２を制御するための電力波形を生成する。電力関数生成部１１からの出力電力がパルス変換器１３によりパルス変換された後に、ＰＡＭ変換器４のパワートランジスタＧ１１、Ｇ１２をＯＮ、ＯＦＦ制御するパルスに変換する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理炉の熱源に供給する電力を制御する電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱処理炉におけるハロゲンランプなどの熱源が単相負荷の場合には、電源として単相交流電源を用い、単相交流電源からの出力を平滑化せず直接、ＰＷＭ方式電圧制御（例えば、特許文献１参照）、位相制御、サイクル制御による電力、電圧、電流制御（例えば、特許文献２参照）により熱源に供給する電力を制御することが一般に行われている。また、電力フィードバックはＰＷＭ方式電圧制御の電力出力の半サイクル単位で検出が行われている。位相、サイクル制御はこの機能を付加していない。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１７１９９２号公報
【特許文献２】特開２０００−７７３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した技術によると、単相電源の直接制御は熱源に対する単なる熱出力の制御となっている。しかしながら、熱源においては、供給される電力が変化すると、熱出力が変化するだけでなく、熱源スペクトルも変化する。ここで、熱源であるハロゲンランプにおける熱出力と熱源スペクトルとの関係について図７を参照しつつ説明する。図７に示すように、ハロゲンランプにおける熱出力が１００％のとき、熱源スペクトル波長が１０μｍがピークとなっているとき、熱出力が低下するに伴って、熱源スペクトルの波長が長くなる方向に変化する（図中（ａ）〜（ｃ）参照）。一方、処理材は固有の熱吸収スペクトルを有している。例えば、処理材が、波長８〜１２μｍの熱吸収スペクトルを有している場合（図中（ｄ）参照）、一般的に、熱源は１００％の熱出力時における熱源スペクトルとこの処理材の熱吸収スペクトルとが一致するように決められている。このため、熱源が１００％以下の熱出力となっているときの熱源スペクトルは、処理材の熱吸収スペクトルと一致しない。この場合、熱源からの放射熱が効率よく処理材に吸収されず、輻射熱によって処理材を加熱することになり熱応答が遅くなる。処理材は、処理全体が同一物質のとき、また個々に分布してもよい。
【０００５】
そこで、本発明は、処理材を効率よく加熱することができる熱処理炉における電力制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の熱処理炉における電力制御装置は、熱処理炉が有する熱源を関数制御することで発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとを一致させる。
【０００７】
本発明によると、熱源の発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとが一致するため、熱源からの放射熱が効率よく処理材に吸収される。これにより、処理材の熱応答が速くなり、処理材を効率よく加熱することができ、生産性及び品質を向上されることができる。さらに、熱処理炉における省電力化を図ることができる。
【０００８】
本発明においては、前記熱源に供給される電圧、電流及び電力のいずれかをフィードバック制御することが好ましい。これによると、熱源に供給される電力を正確に制御することができる。また、負荷が短絡したときなど瞬時に負荷対応するころができパワー素子などを安全に守ることができる。
【０００９】
また、本発明においては、複数の前記熱源に供給する電力を三相電源から生成してもよい。これによると、相バランス及び力率を改善することができるため、熱処理炉におけるさらなる省電力化を図ることができる。
【００１０】
さらに、本発明においては、前記処理材の材質変化、搬送速度変化、前記処理材の不連続な熱処理炉への挿入に対して、前記熱源に供給する電力をフィードフォワード制御することがより好ましい。これによると、処理材を適切（最適）に加熱することができる。
【００１１】
また、本発明においては、外部から指示を受信する受信手段と、内部データを外部に送信する送信手段とをさらに備えていてもよい。これによると、複数の電力制御装置を一箇所で電力関数発生器、各種パラメータの設定ができ制御することができる。また設定、負荷の電力などのデータを送信することができる。
【００１２】
加えて、本発明においては、スイッチング素子及び前記スイッチング素子を制御するマイクロプロセッサを備えていてもよい。これによると、熱源に供給する多群の電力を細かく平均化して３相電源の相バランス、力率を改善することができる。
【００１３】
本発明においては、前記処理材が太陽電池であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る実施形態である熱処理炉における電力制御装置の概略ブロック図である。本熱処理炉は、太陽電池を処理材とする太陽電池用の熱処理炉である。電力制御装置１は、処理材を熱処理する熱処理炉において、熱源であるハロゲンヒータ（以下、負荷と称する）２に供給する電力を制御する装置であり、図１に示すように、ＲＳＴの三相交流電源に対して並列に複数接続されている。なお、負荷２は出力が１００％のときに、負荷２の発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとが一致するように決定されている。したがって、処理材の種類によって、発熱スペクトルが異なるキセノンランプ、ニクロムヒータ、炭化珪素ヒータなどの選択又は併用が可能となっている。各電力制御装置１は、複数の負荷２に対して供給する電力が制御可能となっており、各負荷２に接続された電力変換ユニット３と、各電力変換ユニット３を制御する制御部６とを有している。三相交流電源から供給された電力は、フィルタ７、整流器８及びコンデンサ（平滑コンデンサ）Ｃ１を介して直流電力に変換された後に、各電力変換ユニット３に供給される。そして、制御部６に制御された電力変換ユニット３が所望の電力を生成するとともに、生成した電力が負荷２に供給される。コンデンサＣ１は入力が３相電源、負荷２が抵抗負荷のとき削除してもよい。
【００１６】
電力変換ユニット３は、ＰＡＭ変換器４及び極性変換インバータ５を含んでいる。ＰＡＭ変換器４は、直流電力をＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）変換するものであり、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの２つのパワートランジスタＧ１１、Ｇ１２、コイルＬ１１及びコンデンサＣ１１を有している。ＰＡＭ変換器４は、パワートランジスタＧ１１、Ｇ１２を一定の比率で交互にＯＮ、ＯＦＦ制御されることによって、所望の出力波形を有する電力を生成する（図４参照）。極性変換インバータ５は、ＰＡＭ変換器４において変換された電力が０になる毎に極性を変換させるものである。負荷２に供給する電力は、負荷２の熱源時定数により決定される所定の周期（図３におけるｔ１１参照）で極性を反転させる必要がある。このため、ＰＡＭ変換器４は、所定周期で電力が０となるような出力波形を生成する。これにより、極性変換インバータ５は、極性が所定周期で反転する出力波形を有する電力を生成することになる。極性変換インバータ５が生成した電力は負荷２に供給される。
【００１７】
制御部６について、図２〜図４をさらに参照しつつ説明する。図２は、制御部６の機能ブロック図である。図３は、制御部６の電力関数生成部１１が生成する電力波形図である。図４は、負荷２に供給される電力波形図である。なお、以下の説明においては、制御部６と１つの電力変換ユニット３との関係についてのみ説明する。制御部６は、ＰＡＭ変換器４の動作を制御するものである。図１及び図２に示すように、制御部６は、電力関数生成部１１、ゲイン調整部１２、パルス変換器１３、フォトカプラ１４、電力変換器１５、上限電流設定部１６、及び、比較器１７を有している。点線で囲んだＫ０１の係数設定ブロック１８及びＫ０２の係数設定ブロック１９、主電力指令信号生成部２０、フィードフォワード電力指令信号生成部２１、及び、フィードフォワード開始信号生成部２２を示す。Ｋ０１、Ｋ０２は複数の値を持ってもよい。また点線で囲んだ部分は制御部６の外部に設置してもよい。
【００１８】
電力関数生成部１１は、外部から無線、有線を介して操作されることによって、極性変換インバータ５に出力すべき電力関数波形を生成するものである。負荷２に供給すべき電力は、図３（ａ）に示すように、負荷の熱源時定数により決定される所定の周期ｔ１１で極性を反転させる必要があるため、電力関数生成部１１は、周期ｔ１１毎に電力が０となるような電力関数波形を出力する。また、電力関数生成部１１は、負荷２に供給する電力を主電力指令信号、フィードフォワード電力指令信号の加算に基づいて決定し、負荷２に供給する電力が１００％となる時間を増減させる。例えば、図３（ｂ）においては、負荷２に供給する電力がｔ２１の間１００％となっており、負荷２に供給する電力がｔ２２の間３０％となっている。このとき、負荷２に供給する電力が１００％となる時間と３０％となる時間との関係が維持されていれば、生成する電力波形は任意のパターンであってよい。例えば、図３（ｃ）に示すように、負荷２に供給する電力が１００％となる時間ｔ３１、ｔ３３及び負荷２に供給する電力が３０％となる時間ｔ３２を組み合わせたものであってもよい（なお、ｔ３１＋ｔ３２×２＝ｔ２１、ｔ３２×３＝ｔ２２）。このとき、負荷２の発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとが一致する時間が最も長くなるように負荷２に供給する電力が１００％となる時間を長く確保することが好ましい。また、処理材が移動するとき処理材温度が移動時間と同期して悪影響を及ぼすとき、図３（ｂ）、（ｃ）、図５（ａ）、（ｂ）及び図６のように、熱出力を変化させ、熱出力を時間軸に対して位相を進めたり、遅らせたりすることによってこの同期を無くすことができる。
【００１９】
電力変換器１５は、電流検知４２に検知される極性変換インバータ５に出力された電流Ｉ１１、及び、極性変換インバータ５に出力される電圧Ｅ１を変換して、極性変換インバータ５に出力された電力を検知するものである。電力変換器１５で検知された電力は、電力関数生成部１１の出力端にフィードバックされる。そして、ゲイン調整部１２が、電力関数生成部１１の出力結果と、電力変換器１５の検知結果との偏差に対してゲインＫを掛けた電力を出力する。上限電流設定部１６は、負荷２が短絡したときの電流制限を開始するときの上限電流Ｉ０を設定するものである。比較器１７は、電流検知４１に検知されたパワートランジスタＧ１２のドレイン電流Ｉ１０と、予め決定された上限電流Ｉ０とを比較し、ドレイン電流Ｉ１０が上限電流Ｉ０を超えたときに、パルス変換器１３に入力される電力が常にＩ０となるように、ゲイン調整部１２からの出力を調整するこれにより、負荷２が短絡したときの電流制限を行うことができる。
【００２０】
パルス変換器１３は、入力された電力に応じてパワートランジスタＧ１１、Ｇ１２をＯＮ、ＯＦＦ制御するためのパルス信号を生成するものである。フォトカプラ１４は、パルス変換器１３からのパルス信号をゲート電圧ＧＥ１１、ＧＥ１２に伝達するためのものである。これら制御部６のシステム構成はマイクロプロセッサにより構成されている。
【００２１】
なお、制御部６は、図３に示すように、矩形パルスで変化するように負荷２に供給される電力を制御する構成について説明したが、図５（ａ）に示すように、各矩形パルスが正弦波となるように負荷２に供給される電力を制御してもよい（図４（ｂ）参照）。この場合、各矩形パルスの出力と対応する正弦波の実行出力とが一致していることが好ましい。また、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、波形パターンの少なくとも一部を時間的に入れ替え、また周波数を多く繰り入れてもよい。さらに、正弦波出力で熱源出力スペクトルを確保する方法を図６に示す。図６に示すように、正弦波による熱源出力スペクトルがフリッカーするとき正弦波周波数を上げフリッカーをなくす。このように電力関数生成器は負荷が要求する熱吸収スペクトルに対応した電力関数波形を発生がさせることができる。
【００２２】
以上、説明した本実施形態によると、制御部６が、負荷２の発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとが一致するように負荷２の供給する電力を制御するため、負荷２からの放射熱が効率よく処理材に吸収される。これにより、処理材の熱応答が速くなり、処理材を効率よく加熱することができ、生産性及び品質を向上されることができる。さらに、熱処理炉における省電力化を図ることができる。
【００２３】
また、制御部６が、負荷２に供給される電力をフィードバック制御しているため、負荷２に供給される電力を正確に制御することができる。
【００２４】
さらに、制御部６が、各負荷２に供給する電力を三相電源から生成しているため、相バランス及び力率を改善することができるため、熱処理炉におけるさらなる省電力化を図ることができる。
【００２５】
加えて、制御部６が、主電力指令信号、フィードフォワード指令信号に基づき関数制御することで熱源発熱スペクトルと処理材の吸収スペクトルが一致させることができ処理材を効率よく加熱することができる。このように、処理材の材質変化、搬送速度変化、処理材の不連続な炉への装入に対して、処理材を熱処理すべき温度に加熱する負荷２に供給すべき電力を決定するため、処理材を適切に加熱することができる。
【００２６】
また、制御部６が、外部との間でデータを送受信する通信手段を有しているため、複数の電力制御装置１を一箇所で制御することができる。
【００２７】
さらに、制御部６がマイクロプロセッサを含む構成となっているため、負荷２に供給する電力を細かく平均化を図る制御することができる。なお、制御部６の回路構成はソフトウェアのみならずハードウェアにより実現することが可能となっている。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、上述した実施形態においては、制御部６が、負荷２に供給される電力をフィードバック制御する構成であるが、負荷２に供給される電流又は電圧をフィードバック制御する構成であってもよい。
【００２９】
また、上述した実施形態においては、制御部６が、各負荷２に供給する電力を三相電源から生成する構成であるが、単相電源から生成する構成であってもよい。
【００３０】
さらに、上述した実施形態において、関数制御の中で矩形波を用いるとき（波形がどの部分でも不連続で上下するとき）、関数の立ち上がり、下がりにＳ字曲線を入れてもよい。これにより、サージの発生を抑制することができる。
【００３１】
上述した実施形態においては、処理材が太陽電池である太陽電池用の熱処理炉の電力制御装置１について本発明を適用した例について説明したが、太陽電池以外の他の部材を処理材とする熱処理炉の電力装置についても本発明は適用可能である。
【００３２】
また、上述した実施形態において、処理材を単一の部材として説明したが、太陽電池は複数種類の部材から構成されることがある。例えば、太陽電池が基材及び基材の表面に配置された端子を含む。この場合、熱処理工程において、太陽電池の表面に配置された端子のみを加熱することが要求されるときには、発熱スペクトルが端子の熱吸収スペクトルと一致するように負荷２に供給する電力を制御することが好ましい。これにより、端子のみを効率よく加熱することができ、基材に加えられる熱的な負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る実施形態である電力制御装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図３】図２に示す電力関数生成部が生成する電力波形図である。
【図４】図１に示す負荷に供給される電力波形図である。
【図５】図１に示す負荷に供給される電力波形図の変形例である。
【図６】図１に示す負荷に供給される電力波形図の変形例である。
【図７】熱源であるハロゲンランプにおける熱出力と熱源スペクトルとの関係を示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 電力制御装置
２ 負荷
３ 電力変換ユニット
４ ＰＡＭ変換器
５ 極性変換インバータ
６ 制御部
７ フィルタ
８ 整流器
１１ 電力関数生成部
１２ ゲイン調整部
１３ パルス変換器
１４ フォトカプラ
１５ 電力変換器
１６ 上限電流設定部
１７ 比較器
１８ 係数設定ブロック
１９ 係数設定ブロック
２０ 主電力指令信号生成部
２１ フィードフォワード電力指令信号生成部
２２ フィードフォワード開始信号生成部
４１、４２ 電流検知
Ｇ１１ パワートランジスタ
Ｇ１２ パワートランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理炉の熱源に供給する電力を制御する電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱処理炉におけるハロゲンランプなどの熱源が単相負荷の場合には、電源として単相交流電源を用い、単相交流電源からの出力を平滑化せず直接、ＰＷＭ方式電圧制御（例えば、特許文献１参照）、位相制御、サイクル制御による電力、電圧、電流制御（例えば、特許文献２参照）により熱源に供給する電力を制御することが一般に行われている。また、電力フィードバックはＰＷＭ方式電圧制御の電力出力の半サイクル単位で検出が行われている。位相、サイクル制御はこの機能を付加していない。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１７１９９２号公報
【特許文献２】特開２０００−７７３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した技術によると、単相電源の直接制御は熱源に対する単なる熱出力の制御となっている。しかしながら、熱源においては、供給される電力が変化すると、熱出力が変化するだけでなく、熱源スペクトルも変化する。ここで、熱源であるハロゲンランプにおける熱出力と熱源スペクトルとの関係について図７を参照しつつ説明する。図７に示すように、ハロゲンランプにおける熱出力が１００％のとき、熱源スペクトル波長が１０μｍがピークとなっているとき、熱出力が低下するに伴って、熱源スペクトルの波長が長くなる方向に変化する（図中（ａ）〜（ｃ）参照）。一方、処理材は固有の熱吸収スペクトルを有している。例えば、処理材が、波長８〜１２μｍの熱吸収スペクトルを有している場合（図中（ｄ）参照）、一般的に、熱源は１００％の熱出力時における熱源スペクトルとこの処理材の熱吸収スペクトルとが一致するように決められている。このため、熱源が１００％以下の熱出力となっているときの熱源スペクトルは、処理材の熱吸収スペクトルと一致しない。この場合、熱源からの放射熱が効率よく処理材に吸収されず、輻射熱によって処理材を加熱することになり熱応答が遅くなる。処理材は、処理全体が同一物質のとき、また個々に分布してもよい。
【０００５】
そこで、本発明は、処理材を効率よく加熱することができる熱処理炉における電力制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の熱処理炉における電力制御装置は、熱処理炉が有する熱源を関数制御することで発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとを一致させる。
【０００７】
本発明によると、熱源の発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとが一致するため、熱源からの放射熱が効率よく処理材に吸収される。これにより、処理材の熱応答が速くなり、処理材を効率よく加熱することができ、生産性及び品質を向上されることができる。さらに、熱処理炉における省電力化を図ることができる。
【０００８】
本発明においては、前記熱源に供給される電圧、電流及び電力のいずれかをフィードバック制御することが好ましい。これによると、熱源に供給される電力を正確に制御することができる。また、負荷が短絡したときなど瞬時に負荷対応するころができパワー素子などを安全に守ることができる。
【０００９】
また、本発明においては、複数の前記熱源に供給する電力を三相電源から生成してもよい。これによると、相バランス及び力率を改善することができるため、熱処理炉におけるさらなる省電力化を図ることができる。
【００１０】
さらに、本発明においては、前記処理材の材質変化、搬送速度変化、前記処理材の不連続な熱処理炉への挿入に対して、前記熱源に供給する電力をフィードフォワード制御することがより好ましい。これによると、処理材を適切（最適）に加熱することができる。
【００１１】
また、本発明においては、外部から指示を受信する受信手段と、内部データを外部に送信する送信手段とをさらに備えていてもよい。これによると、複数の電力制御装置を一箇所で電力関数発生器、各種パラメータの設定ができ制御することができる。また設定、負荷の電力などのデータを送信することができる。
【００１２】
加えて、本発明においては、スイッチング素子及び前記スイッチング素子を制御するマイクロプロセッサを備えていてもよい。これによると、熱源に供給する多群の電力を細かく平均化して３相電源の相バランス、力率を改善することができる。
【００１３】
本発明においては、前記処理材が太陽電池であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る実施形態である熱処理炉における電力制御装置の概略ブロック図である。本熱処理炉は、太陽電池を処理材とする太陽電池用の熱処理炉である。電力制御装置１は、処理材を熱処理する熱処理炉において、熱源であるハロゲンヒータ（以下、負荷と称する）２に供給する電力を制御する装置であり、図１に示すように、ＲＳＴの三相交流電源に対して並列に複数接続されている。なお、負荷２は出力が１００％のときに、負荷２の発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとが一致するように決定されている。したがって、処理材の種類によって、発熱スペクトルが異なるキセノンランプ、ニクロムヒータ、炭化珪素ヒータなどの選択又は併用が可能となっている。各電力制御装置１は、複数の負荷２に対して供給する電力が制御可能となっており、各負荷２に接続された電力変換ユニット３と、各電力変換ユニット３を制御する制御部６とを有している。三相交流電源から供給された電力は、フィルタ７、整流器８及びコンデンサ（平滑コンデンサ）Ｃ１を介して直流電力に変換された後に、各電力変換ユニット３に供給される。そして、制御部６に制御された電力変換ユニット３が所望の電力を生成するとともに、生成した電力が負荷２に供給される。コンデンサＣ１は入力が３相電源、負荷２が抵抗負荷のとき削除してもよい。
【００１６】
電力変換ユニット３は、ＰＡＭ変換器４及び極性変換インバータ５を含んでいる。ＰＡＭ変換器４は、直流電力をＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）変換するものであり、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの２つのパワートランジスタＧ１１、Ｇ１２、コイルＬ１１及びコンデンサＣ１１を有している。ＰＡＭ変換器４は、パワートランジスタＧ１１、Ｇ１２を一定の比率で交互にＯＮ、ＯＦＦ制御されることによって、所望の出力波形を有する電力を生成する（図４参照）。極性変換インバータ５は、ＰＡＭ変換器４において変換された電力が０になる毎に極性を変換させるものである。負荷２に供給する電力は、負荷２の熱源時定数により決定される所定の周期（図３におけるｔ１１参照）で極性を反転させる必要がある。このため、ＰＡＭ変換器４は、所定周期で電力が０となるような出力波形を生成する。これにより、極性変換インバータ５は、極性が所定周期で反転する出力波形を有する電力を生成することになる。極性変換インバータ５が生成した電力は負荷２に供給される。
【００１７】
制御部６について、図２〜図４をさらに参照しつつ説明する。図２は、制御部６の機能ブロック図である。図３は、制御部６の電力関数生成部１１が生成する電力波形図である。図４は、負荷２に供給される電力波形図である。なお、以下の説明においては、制御部６と１つの電力変換ユニット３との関係についてのみ説明する。制御部６は、ＰＡＭ変換器４の動作を制御するものである。図１及び図２に示すように、制御部６は、電力関数生成部１１、ゲイン調整部１２、パルス変換器１３、フォトカプラ１４、電力変換器１５、上限電流設定部１６、及び、比較器１７を有している。点線で囲んだＫ０１の係数設定ブロック１８及びＫ０２の係数設定ブロック１９、主電力指令信号生成部２０、フィードフォワード電力指令信号生成部２１、及び、フィードフォワード開始信号生成部２２を示す。Ｋ０１、Ｋ０２は複数の値を持ってもよい。また点線で囲んだ部分は制御部６の外部に設置してもよい。
【００１８】
電力関数生成部１１は、外部から無線、有線を介して操作されることによって、極性変換インバータ５に出力すべき電力関数波形を生成するものである。負荷２に供給すべき電力は、図３（ａ）に示すように、負荷の熱源時定数により決定される所定の周期ｔ１１で極性を反転させる必要があるため、電力関数生成部１１は、周期ｔ１１毎に電力が０となるような電力関数波形を出力する。また、電力関数生成部１１は、負荷２に供給する電力を主電力指令信号、フィードフォワード電力指令信号の加算に基づいて決定し、負荷２に供給する電力が１００％となる時間を増減させる。例えば、図３（ｂ）においては、負荷２に供給する電力がｔ２１の間１００％となっており、負荷２に供給する電力がｔ２２の間３０％となっている。このとき、負荷２に供給する電力が１００％となる時間と３０％となる時間との関係が維持されていれば、生成する電力波形は任意のパターンであってよい。例えば、図３（ｃ）に示すように、負荷２に供給する電力が１００％となる時間ｔ３１、ｔ３３及び負荷２に供給する電力が３０％となる時間ｔ３２を組み合わせたものであってもよい（なお、ｔ３１＋ｔ３２×２＝ｔ２１、ｔ３２×３＝ｔ２２）。このとき、負荷２の発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとが一致する時間が最も長くなるように負荷２に供給する電力が１００％となる時間を長く確保することが好ましい。また、処理材が移動するとき処理材温度が移動時間と同期して悪影響を及ぼすとき、図３（ｂ）、（ｃ）、図５（ａ）、（ｂ）及び図６のように、熱出力を変化させ、熱出力を時間軸に対して位相を進めたり、遅らせたりすることによってこの同期を無くすことができる。
【００１９】
電力変換器１５は、電流検知４２に検知される極性変換インバータ５に出力された電流Ｉ１１、及び、極性変換インバータ５に出力される電圧Ｅ１を変換して、極性変換インバータ５に出力された電力を検知するものである。電力変換器１５で検知された電力は、電力関数生成部１１の出力端にフィードバックされる。そして、ゲイン調整部１２が、電力関数生成部１１の出力結果と、電力変換器１５の検知結果との偏差に対してゲインＫを掛けた電力を出力する。上限電流設定部１６は、負荷２が短絡したときの電流制限を開始するときの上限電流Ｉ０を設定するものである。比較器１７は、電流検知４１に検知されたパワートランジスタＧ１２のドレイン電流Ｉ１０と、予め決定された上限電流Ｉ０とを比較し、ドレイン電流Ｉ１０が上限電流Ｉ０を超えたときに、パルス変換器１３に入力される電力が常にＩ０となるように、ゲイン調整部１２からの出力を調整するこれにより、負荷２が短絡したときの電流制限を行うことができる。
【００２０】
パルス変換器１３は、入力された電力に応じてパワートランジスタＧ１１、Ｇ１２をＯＮ、ＯＦＦ制御するためのパルス信号を生成するものである。フォトカプラ１４は、パルス変換器１３からのパルス信号をゲート電圧ＧＥ１１、ＧＥ１２に伝達するためのものである。これら制御部６のシステム構成はマイクロプロセッサにより構成されている。
【００２１】
なお、制御部６は、図３に示すように、矩形パルスで変化するように負荷２に供給される電力を制御する構成について説明したが、図５（ａ）に示すように、各矩形パルスが正弦波となるように負荷２に供給される電力を制御してもよい（図４（ｂ）参照）。この場合、各矩形パルスの出力と対応する正弦波の実行出力とが一致していることが好ましい。また、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、波形パターンの少なくとも一部を時間的に入れ替え、また周波数を多く繰り入れてもよい。さらに、正弦波出力で熱源出力スペクトルを確保する方法を図６に示す。図６に示すように、正弦波による熱源出力スペクトルがフリッカーするとき正弦波周波数を上げフリッカーをなくす。このように電力関数生成器は負荷が要求する熱吸収スペクトルに対応した電力関数波形を発生がさせることができる。
【００２２】
以上、説明した本実施形態によると、制御部６が、負荷２の発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとが一致するように負荷２の供給する電力を制御するため、負荷２からの放射熱が効率よく処理材に吸収される。これにより、処理材の熱応答が速くなり、処理材を効率よく加熱することができ、生産性及び品質を向上されることができる。さらに、熱処理炉における省電力化を図ることができる。
【００２３】
また、制御部６が、負荷２に供給される電力をフィードバック制御しているため、負荷２に供給される電力を正確に制御することができる。
【００２４】
さらに、制御部６が、各負荷２に供給する電力を三相電源から生成しているため、相バランス及び力率を改善することができるため、熱処理炉におけるさらなる省電力化を図ることができる。
【００２５】
加えて、制御部６が、主電力指令信号、フィードフォワード指令信号に基づき関数制御することで熱源発熱スペクトルと処理材の吸収スペクトルが一致させることができ処理材を効率よく加熱することができる。このように、処理材の材質変化、搬送速度変化、処理材の不連続な炉への装入に対して、処理材を熱処理すべき温度に加熱する負荷２に供給すべき電力を決定するため、処理材を適切に加熱することができる。
【００２６】
また、制御部６が、外部との間でデータを送受信する通信手段を有しているため、複数の電力制御装置１を一箇所で制御することができる。
【００２７】
さらに、制御部６がマイクロプロセッサを含む構成となっているため、負荷２に供給する電力を細かく平均化を図る制御することができる。なお、制御部６の回路構成はソフトウェアのみならずハードウェアにより実現することが可能となっている。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、上述した実施形態においては、制御部６が、負荷２に供給される電力をフィードバック制御する構成であるが、負荷２に供給される電流又は電圧をフィードバック制御する構成であってもよい。
【００２９】
また、上述した実施形態においては、制御部６が、各負荷２に供給する電力を三相電源から生成する構成であるが、単相電源から生成する構成であってもよい。
【００３０】
さらに、上述した実施形態において、関数制御の中で矩形波を用いるとき（波形がどの部分でも不連続で上下するとき）、関数の立ち上がり、下がりにＳ字曲線を入れてもよい。これにより、サージの発生を抑制することができる。
【００３１】
上述した実施形態においては、処理材が太陽電池である太陽電池用の熱処理炉の電力制御装置１について本発明を適用した例について説明したが、太陽電池以外の他の部材を処理材とする熱処理炉の電力装置についても本発明は適用可能である。
【００３２】
また、上述した実施形態において、処理材を単一の部材として説明したが、太陽電池は複数種類の部材から構成されることがある。例えば、太陽電池が基材及び基材の表面に配置された端子を含む。この場合、熱処理工程において、太陽電池の表面に配置された端子のみを加熱することが要求されるときには、発熱スペクトルが端子の熱吸収スペクトルと一致するように負荷２に供給する電力を制御することが好ましい。これにより、端子のみを効率よく加熱することができ、基材に加えられる熱的な負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る実施形態である電力制御装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図３】図２に示す電力関数生成部が生成する電力波形図である。
【図４】図１に示す負荷に供給される電力波形図である。
【図５】図１に示す負荷に供給される電力波形図の変形例である。
【図６】図１に示す負荷に供給される電力波形図の変形例である。
【図７】熱源であるハロゲンランプにおける熱出力と熱源スペクトルとの関係を示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 電力制御装置
２ 負荷
３ 電力変換ユニット
４ ＰＡＭ変換器
５ 極性変換インバータ
６ 制御部
７ フィルタ
８ 整流器
１１ 電力関数生成部
１２ ゲイン調整部
１３ パルス変換器
１４ フォトカプラ
１５ 電力変換器
１６ 上限電流設定部
１７ 比較器
１８ 係数設定ブロック
１９ 係数設定ブロック
２０ 主電力指令信号生成部
２１ フィードフォワード電力指令信号生成部
２２ フィードフォワード開始信号生成部
４１、４２ 電流検知
Ｇ１１ パワートランジスタ
Ｇ１２ パワートランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理炉が有する熱源を関数制御することで発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとを一致させることを特徴とする熱処理炉の電力制御装置。
【請求項２】
前記熱源に供給される電圧、電流及び電力のいずれかをフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉の電力制御装置。
【請求項３】
複数の前記熱源に供給する電力を三相電源から生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理炉における電力制御装置。
【請求項４】
前記処理材の材質変化、搬送速度変化、前記処理材の不連続な熱処理炉への挿入に対して、前記熱源に供給する電力をフィードフォワード制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理炉における電力制御装置。
【請求項５】
外部から指示を受信する受信手段と、
内部データを外部に送信する送信手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理炉における電力制御装置。
【請求項６】
スイッチング素子及び前記スイッチング素子を制御するマイクロプロセッサを備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱処理炉における電力制御装置。
【請求項７】
前記処理材が太陽電池であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱処理炉における電力制御装置。
【請求項１】
熱処理炉が有する熱源を関数制御することで発熱スペクトルと処理材の熱吸収スペクトルとを一致させることを特徴とする熱処理炉の電力制御装置。
【請求項２】
前記熱源に供給される電圧、電流及び電力のいずれかをフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉の電力制御装置。
【請求項３】
複数の前記熱源に供給する電力を三相電源から生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理炉における電力制御装置。
【請求項４】
前記処理材の材質変化、搬送速度変化、前記処理材の不連続な熱処理炉への挿入に対して、前記熱源に供給する電力をフィードフォワード制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理炉における電力制御装置。
【請求項５】
外部から指示を受信する受信手段と、
内部データを外部に送信する送信手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理炉における電力制御装置。
【請求項６】
スイッチング素子及び前記スイッチング素子を制御するマイクロプロセッサを備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱処理炉における電力制御装置。
【請求項７】
前記処理材が太陽電池であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱処理炉における電力制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１１１６３２（Ｐ２００８−１１１６３２Ａ）
【公開日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９６１５４（Ｐ２００６−２９６１５４）
【出願日】平成１８年１０月３１日（２００６．１０．３１）
【出願人】（５０６３６６１９４）小川技研株式会社 (1)
【出願人】（５９１０７２８６８）日本インバータ株式会社 (3)
【出願人】（５０６３６７０１０）
【出願人】（５０２０９３７７１）セラミックフォーラム株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月３１日（２００６．１０．３１）
【出願人】（５０６３６６１９４）小川技研株式会社 (1)
【出願人】（５９１０７２８６８）日本インバータ株式会社 (3)
【出願人】（５０６３６７０１０）
【出願人】（５０２０９３７７１）セラミックフォーラム株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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