電力供給装置
【課題】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に用いるインダクタンスを小さくできる、電力供給装置を提供する。
【解決手段】電力供給装置１は、第１周波数の交流電力を出力する第１発振器２と、第１発振器２に接続される第１整合回路３と、第１周波数よりも高い第２周波数の交流電力を出力する第２発振器４と、第２発振器４に接続される第２整合回路５と、第１整合回路３と第２整合回路５とが接続される変成器６と、変成器６の二次側に接続される誘導加熱コイル７と、を、備え、第１整合回路３は、第１周波数を通過させ、かつ、第２周波数を阻止するＴ型フィルタ１２を備え、第２整合回路５は、第２周波数を通過させ、かつ、第１周波数を阻止するコンデンサ１９を備える。
【解決手段】電力供給装置１は、第１周波数の交流電力を出力する第１発振器２と、第１発振器２に接続される第１整合回路３と、第１周波数よりも高い第２周波数の交流電力を出力する第２発振器４と、第２発振器４に接続される第２整合回路５と、第１整合回路３と第２整合回路５とが接続される変成器６と、変成器６の二次側に接続される誘導加熱コイル７と、を、備え、第１整合回路３は、第１周波数を通過させ、かつ、第２周波数を阻止するＴ型フィルタ１２を備え、第２整合回路５は、第２周波数を通過させ、かつ、第１周波数を阻止するコンデンサ１９を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力供給装置に関する。さらに詳しくは、本発明は互いに異なる２つの周波数からなる電力を、例えば誘導加熱コイル等の負荷に供給する電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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し、この誘導加熱コイルで歯車や螺子等の被加熱物を均一に加熱する技術が知られている。この場合、高い周波数の交流電力は透過深度が浅いので、被加熱物の表面近傍は高い周波数の交流電力で加熱される。一方、低い周波数の交流電力は透過深度が深いので、被加熱物の内部は低い周波数の交流電力で加熱される。従って、被加熱物を互いに異なる２つの周波数で誘導加熱することによって、被加熱物の表面から低い周波数の透過深度の深さ程度までの領域を同時加熱することができる。互いに異なる２つの周波数としては、例えば高い周波数が１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度であり、低い周波数が１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度である。
【０００３】
特許文献１には、高周波数の発振器と低周波数の発振器とを備えた２周波数による誘導加熱装置が開示されている。高周波数の発振器からの交流電力が第１整合回路部に出力される。第１整合回路部は、誘導加熱コイル及び被加熱物からなる負荷のインピーダンスを高周波数の出力インピーダンスに整合させ、高周波数の交流電力を誘導加熱コイルに供給する。同時に、低周波数の発振器からの交流電力を第２整合回路部に出力し、第２整合回路部において、負荷のインピーダンスを低周波数の出力インピーダンスに整合させて、低周波数の交流電力を誘導加熱コイルに供給する。
【０００４】
図５は、特許文献１の２周波数による誘導加熱装置の一例を示す回路図である。第１整合回路部はコンデンサ１０７で構成されている。コンデンサ１０７により、低い周波数をもつ交流電力が高い周波数の交流電力側に流入するのを阻止している。
一方、第２整合回路部は、コンデンサ１１２とインダクタンス１１９との直列共振回路から構成されており、直列共振回路により、高い周波数をもつ交流電力が低い周波数の交流電力側に流入するのを阻止している。
【０００５】
特許文献２には、二周波電源溶解炉用電源回路として、誘導加熱コイルに二周波電源を接続する回路が開示されている。
図６は、特許文献２の二周波電源溶解炉用電源回路の一例を示す回路図である。低周波数（ｆＬ）の電流形インバータ部Ａが、共振周波数ｆＬの並列共振回路１１３Ｌに接続されると共に、コンデンサＣ２Ｌ及びインダクタンスＬ１からなる共振周波数ｆＬの直列共振回路を介して誘導加熱コイル１２０に接続されている。
一方、高周波数（ｆＨ）の電流形インバータ部Ａが、共振周波数ｆＨの並列共振回路１１３Ｈに接続される共に、コンデンサＣ２Ｈを介して誘導加熱コイルに接続されている。
【０００６】
特許文献２において、上記二周波電源溶解炉用電源回路では、低周波側から高周波側の電流形インバータ部Ａに向かって流出しようとする低周波電流成分は、高周波回路のコンデンサＣ２Ｈと周波数ｆＬの近辺で低インピーダンス値となる並列共振回路１１３Ｈとで吸収されて、高周波側の電流形インバータ部Ａに流入しないと記載されている。
【０００７】
一方、高周波側の電流形インバータ部Ａから低周波側の電流形インバータ部Ａに向かって流出しようとする高周波電流成分は、低周波回路のインダクタンスＬ１及びコンデンサＣ２Ｌと周波数ｆＨの近辺で低インピーダンス値となる並列共振回路１１３Ｌとで吸収されて、低周波側の電流形インバータ部Ａに流入しないと記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特許第３１５０９６８号公報（例えば第３図、第４図）
【特許文献２】特開平１１−２８８７８０号公報（例えば図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された技術では、高い周波数の交流電力が低い周波数の発振器に侵入することを防ぐために、低い周波数の発振器に接続される整合回路部にインダクタンス１１９を接続させておく必要がある。特許文献１によれば、インダクタンス１１９は、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、非常に大きなインダクタンス１１３を整合回路部に設ける必要がある。
【００１０】
特許文献２に開示された技術は、高周波及び低周波用の電流形インバータ部にそれぞれ並列共振回路を設け、かつ、低い周波数の電流インバータ部にインダクタンスＬ１を接続した回路構成を有している。低い周波数の電流インバータ部に接続されるインダクタンスＬ１を設けて、高周波成分の低周波側への侵入を阻止している。よって、特許文献１と同様に非常に大きなインダクタンスＬ１を整合回路に設ける必要がある。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑み、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に用いるインダクタンスを小さくできる、電力供給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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の電力供給装置は、
第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とを誘導加熱コイルに供給する電力供給装置において、第１周波数の交流電力を出力する第１発振器と、第１発振器に接続される第１整合回路と、第１周波数よりも高い第２周波数の交流電力を出力する第２発振器と、上記第２発振器に接続される第２整合回路と、第１整合回路と第２整合回路とが接続される変成器と、変成器の二次側に接続される誘導加熱コイルと、を、備え、第１整合回路は第１周波数を通過させ、かつ、第２周波数を阻止するＴ型フィルタを含み、第２整合回路は第２周波数を通過させ、かつ、第１周波数を阻止するコンデンサを含むことを特徴とする。
【００１３】
上記構成において、第１整合回路は、好ましくは、第１発振器に接続される第１整合変圧器と、第１整合変圧器に接続される第１コンデンサと、第１コンデンサに直列接続されるＴ型フィルタと、からなり、第１コンデンサの一端が第１整合変圧器の二次巻き線の一端に接続され、第１コンデンサの他端がＴ型フィルタの入力端に接続され、Ｔ型フィルタの出力端が前記変成器の一次巻き線に接続される。
【００１４】
Ｔ型フィルタは、好ましくは、第１リアクトルと第２リアクトルと第２コンデンサとからなり、第１リアクトルと第２リアクトルとが直列接続され、第１リアクトルと第２リアクトルとの接続点に第２コンデンサの一端が接続されている。
【００１５】
Ｔ型フィルタは、好ましくは、第２発振器の基本波とこの基本波の少なくとも一つ以上の周波数の高調波を通過させる。
【００１６】
第２整合回路は、好ましくは、第２発振器に接続される第２整合変圧器と第２整合変圧器に接続されるコンデンサとからなり、コンデンサの一端が第２整合変圧器の二次巻き線の一端に接続され、その他端は変成器の一次巻き線に接続される。
【００１７】
第１発振器は、好ましくは、交流電力を直流電力に変換する第１順変換部と、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、第１平滑コンデンサで平滑された直流電力を第１周波数の交流電力に変換する第１逆変換部と、からなり、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、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、第２平滑コンデンサで平滑された直流電力を第２周波数の交流電力に変換する第２逆変換部と、からなる。
【００１８】
好ましくは、さらに、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、第１発振器は、順変換部から出力された直流電力を平滑する第１平滑コンデンサと第１平滑コンデンサで平滑された直流電力を第１周波数の交流電力に変換する第１逆変換部とからなり、第２発振器は、順変換部から出力された直流電力を平滑する第２平滑コンデンサと第２平滑コンデンサで平滑された直流電力を第２周波数の交流電力に変換する第２逆変換部とからなる。
【００１９】
第１逆変換部及び第２逆変換部は、好ましくは電圧形逆変換部である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡単な整合回路の構成によって第１周波数及び第２周波数の交流電力を効率良く誘導加熱コイルに印加し得る電力供給装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る電力供給装置１の構成を示す回路図である。図１において、電力供給装置１は、低周波用の第１発振器２と、第１発振器２に接続される低周波用の第１整合回路３と、高周波用の第２発振器４と、第２発振器４に接続される高周波用の第２整合回路５と、第１整合回路３及び第２整合回路５が接続される変成器６と、変成器６に接続される誘導加熱コイル７と、を備えて構成されている。
なお、低周波用の第１発振器２及び高周波用の第２発振器４の周波数を、それぞれ、第１周波数（ｆＬと表記する）、第２周波数（ｆＨと表記する）と呼ぶ。第２周波数は第１周波数よりも高い周波数である。
【００２２】
第１発振器２は、所謂電圧形インバータからなる発振器を用いることができる。同様に第２発振器４も、電圧形インバータからなる発振器を用いることができる。
【００２３】
変成器６は、入力側の一次巻き線６Ａと出力側の二次巻き線６Ｂとからなる。変成器６の一次巻き線６Ａには、第１整合回路３を介して第１周波数の交流電力と第２整合回路５を介して第２周波数の交流電力とが印加される。変成器６の二次巻き線６Ｂには誘導加熱コイル７が接続されており、図示しない被加熱物が挿入される。
【００２４】
変成器６には、図示するように一次巻き線６Ａ側に１次側電圧タップ６Ｃを設けてもよい。変成器６の１次側電圧タップ６Ｃを切り替えることで、変成器６の二次側電圧を変化させることができる。
【００２５】
第１整合回路３について説明する。
低周波用の第１整合回路３は、第１発振器２に接続される第１整合変圧器１０と、第１整合変圧器１０に接続される第１コンデンサ１１と、第１コンデンサ１１に直列接続されるＴ型フィルタ１２と、から構成されている。第１整合変圧器１０は、第１発振器２に接続される入力側の一次巻き線１０Ａと出力側の二次巻き線１０Ｂとからなる。第１コンデンサ１１はその一端が第１整合変圧器１０の二次巻き線１０Ｂの一端に接続され、第１コンデンサ１１の他端はＴ型フィルタ１２の入力端１２Ａに接続され、Ｔ型フィルタ１２の出力端１２Ｂが変成器６の一次巻き線６Ａの一端に接続されている。
【００２６】
第１整合変圧器１０には、図示するように一次巻き線１０Ａ側に１次側電圧タップ１０Ｃを設けてもよい。１次側電圧タップ１０Ｃは二次巻き線１０Ｂ側に設けてもよい。第１整合変圧器１０の１次側電圧タップ１０Ｃを切り替えることで、第１整合変圧器１０の二次側電圧を変化させることができる。１次側電圧タップ１０Ｃを設けることで、第１発振器２から第１整合回路３へ入力される第１周波数の電圧調整が可能となる。
【００２７】
第１コンデンサ１１の容量値は、第１発振器２から出力される第１周波数に対して容量性リアクタンスが小さくなるような値とすればよい。
【００２８】
Ｔ型フィルタ１２は、第１コンデンサ１１の他端に接続される第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５と、Ｔ型フィルタ用の第２コンデンサ１６と、から構成されている。
【００２９】
Ｔ型フィルタ１２において、第１リアクトル１４と第２リアクトル１５が直列接続され、第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５の接続点に第２コンデンサ１６の一端が接続されている。第２コンデンサ１６の他端は、第１整合変圧器１０の二次巻き線１０Ｂの他端及び変成器６の一次巻き線６Ａの他端（低電位側）に接続されている。つまり、第２コンデンサ１６の他端は、第１整合変圧器１０の二次巻き線１０Ｂの他端及び変成器６の一次巻き線６Ａの他端からなる共通配線１７となる低電位側に接地されている。
【００３０】
Ｔ型フィルタ１２の出力端１２Ａとなる第２リアクトル１５の他端は、変成器６の一次巻き線６Ａの一端（高電位側）に接続されている。
【００３１】
Ｔ型フィルタ１２は、第１周波数を通過させるが第２周波数を通過させないローパスフィルタ特性を有している。Ｔ型フィルタ１２は、第１発振器２の出力を効率良く変成器６に伝送すると共に第２発振器４の出力が第１発振器２側に流入するのを阻止する作用を有している。
ここで、第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５は同じインダクタンス値を有していてもよい。
【００３２】
一方、第１発振器２の出力波形が矩形波の場合には、基本周波数以外に高調波の周波数成分を含有している。第１発振器２の出力を変成器６に効率良く伝送するためのＴ型フィルタ１２の遮断特性を正弦波の場合とは異なる特性とすればよい。
【００３３】
図２は、Ｔ型フィルタ１２の伝達特性を模式的に説明する図である。図の横軸は周波数を、縦軸は減衰量を示している。
第２発振器４の出力波形が矩形波の場合には、Ｔ型フィルタ１２は、基本周波数の第１周波数（ｆＬ）を通過させると共に、電力伝送特性が良好となるように基本周波数以の少なくとも一つ以上の高調波成分、好ましくは第７次位迄の高調波成分を通過させ、高周波の第２周波数（ｆＨ）を通過させないローパスフィルタ特性をもたせればよい。図２に示すようにＴ型フィルタ１２の伝達特性の一例は、第２発振器４から誘導加熱コイル７への電力伝送特性が良好となるように、基本周波数ｆＬから第７次高調波（７ｆＬ）までを通過させる特性を有している。
【００３４】
第２発振器４の出力は、後述する第２整合回路５の第３コンデンサ１９を介して、第２リアクトル１５と第２コンデンサ１６との直列接続回路に入力される。従って、図２のようなＴ型フィルタの伝達特性で、第２周波数（ｆＨ）に対して十分な減衰効果があればよい。
【００３５】
Ｔ型フィルタ１２に用いる第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５のインダクタンス値は、第１周波数が１ｋＨｚから５０ｋＨｚ程度の周波数では、μＨオーダーの値とすることができる。第２コンデンサ１６の容量は、上記インダクタンスの値によって所望のローパスフィルタ特性が得られる値に選定すればよい。
【００３６】
次に、第２整合回路５について説明する。
高周波用の第２整合回路５は、第２発振器４に接続される第２整合変圧器１８と第２整合変圧器１８に接続される高周波結合用の第３コンデンサ１９とから構成されている。図示するように、第２整合変圧器１８は、第２発振器４の出力端に接続される一次巻き線１８Ａと出力側の二次巻き線１８Ｂとからなる。
【００３７】
第２整合変圧器１８の二次巻き線１８Ｂの一端（高電位側）は、第３コンデンサ１９を介して変成器６の一次巻き線６Ａの一端（高電位側）に接続されている。一方、第２整合変圧器１８の二次巻き線１８Ｂの他端（低電位側）は、変成器６の一次巻き線６Ａの他端（低電位側）に接続されている。
【００３８】
第２整合変圧器１８は、図示するように一次巻き線１８Ａ側に１次側電圧タップ１８Ｃを設けてもよい。１次側電圧タップ１８Ｃは二次巻き線１８Ｂ側に設けてもよい。第２整合変圧器１８の１次側電圧タップ１８Ｃを切り替えることで、第２整合変圧器１８の二次側電圧を変化させることができる。１次側電圧タップ１８Ｃを設けることで、第２発振器４から第２整合回路５へ入力される第２周波数の電圧調整が可能となる。
【００３９】
第３コンデンサ１９の容量値は、第２発振器４から出力される第２周波数（ｆＨ）に対して容量性リアクタンスが小さくなるような値にされると共に、第１発振器２から出力される第１周波数（ｆＬ）に対して容量性リアクタンスが大きくなるような値に設定されている。
【００４０】
第１発振器２と第２発振器４とが相互に分離している点について、さらに詳細に説明する。
第２発振器４から第１発振器２を見た場合、低周波用の第１整合回路３にはＴ型フィルタ１２が挿入されている。第２発振器４から出力される第２周波数をＴ型フィルタ１２の通過周波数帯域外とすることで、第２発振器４から第１発振器２への電力漏洩を効果的に阻止することができる。
【００４１】
Ｔ型フィルタ１２の第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５のインダクタンスの値は、従来のコイルだけで第２発振器４からの電力漏洩を防止する場合と比較して小さな値とすることができ、低周波用の第１整合回路３の小型化を図ることができる。
【００４２】
第２発振器４に接続される第２整合回路５において、第３コンデンサ（Ｃ３）１９による容量性リアクタンスＸＣ３（ここで、ＸＣ３＝１／（２πｆＨＣ３））は低周波数（ｆＬ）では大きな値となる。このため、第１発振器２から第２発振器４への電力漏洩は、第３コンデンサ１９の低周波数（ｆＬ）における大きい容量性リアクタンスＸＣ３で阻止される。つまり、第３コンデンサ１９は低周波阻止用コンデンサ、所謂デカップリングコンデンサとなる。
【００４３】
本発明の電力供給装置１では、第２発振器４の出力が第１発振器２へ流入しないように、第１整合回路３を、第１発振器２に接続される第１整合変圧器１０と第１整合変圧器１０の２次巻き線１０Ｂに接続される第１コンデンサ１１とＴ型フィルタ１２とから構成しており、これにより第１発振器２及び第２発振器４からの周波数の異なる出力を誘導加熱コイル７へ効率良く印加することができ、しかも、第１整合回路３がＴ型フィルタ１２を有していることによって第１整合回路３を小型化することができる。
【００４４】
次に、第１発振器及び第２発振器の回路構成例について説明する。
図３は電力供給装置１の変形例を示す回路図である。電力供給装置３０において、低周波数用の第１発振器２は、商用電源等を用いた交流電源２５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２６と、第１順変換部２６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２７と、第１平滑コンデンサ２７で平滑された直流電力を、第１周波数の交流電力に変換する電圧形の第１逆変換部（低周波逆変換部）２８と、を備えている。
【００４５】
第１順変換部２６はブリッジ整流回路から構成されている。第１逆変換部２８は所謂インバータからなり、トランジスタ等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の導通状態（オン）及び遮断状態（オフ）を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。第１周波数は、例えば１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度の周波数である。
【００４６】
高周波数用の第２発振器４は、商用電源等を用いた交流電源３５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３６と、第２順変換部３６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３７と、第２平滑コンデンサ３７で平滑された直流電力を、第２周波数の交流電力に変換する電圧形の第２逆変換部（高周波逆変換部）３８と、を備えている。
【００４７】
第２順変換部３６は、周知のブリッジ整流回路から構成されている。第２逆変換部３８は第１逆変換部２８と同様にインバータからなり、トランジスタ等から構成された複数のスイッチング素子が組み込まれていて、これら複数のスイッチング素子の導通状態（オン）及び遮断状態（オフ）を制御することによって直流電力を第２周波数の交流電力に変換する。第２周波数は、例えば１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度の周波数である。
【００４８】
さらに、第１発振器２及び第２発振器４は、図示していない電力の大きさや加熱時間等の制御を行う制御部等を有している。
【００４９】
電力供給装置３０を用いて被加熱物を誘導加熱する例を説明する。
電力供給装置３０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って、交流電源２５から第１発振器２に交流電力が供給されると共に、交流電源３５から第２発振器４に交流電力が供給される。第１発振器２では、交流電源２５から供給された交流電力が第１順変換部２６で直流電力に変換され、この第１順変換部２６から出力された直流電力が第１平滑コンデンサ２７で平滑されて第１逆変換部２８に入力され、この入力された直流電力は第１逆変換部２８で、例えば１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの第１周波数の交流電力に変換される。この変換された交流電力は第１整合回路３に出力される。
【００５０】
一方、第２発振器４では、交流電源３５から供給された交流電力が第２順変換部３６で直流電力に変換され、この第２順変換部３６から出力された直流電力が第２平滑コンデンサ３７で平滑されて第２逆変換部３８に入力され、この入力された直流電力は第２逆変換部３８で、例えば１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの第２周波数の交流電力に変換される。この変換された交流電力は第２整合回路５に出力される。
【００５１】
変成器６へは、第１発振器２から出力された第１周波数の交流電力と第２発振器４から出力された第２周波数の交流電力とが入力される。第１周波数の交流電力は変成器６を介して交流電流が誘導加熱コイル７を流れ、この第１周波数の交流電流によって被加熱物に渦電流が誘導されて被加熱物が加熱される。
ここで、第１整合回路３にはＴ型フィルタ１２が配置されているので、第２発振器４から出力された第２周波数の交流電力は第１発振器２に侵入できない。
【００５２】
第２周波数の交流電力は変成器６を介して交流電流が誘導加熱コイル７を流れ、この第２周波数の交流電流によって被加熱物に渦電流が誘導されて被加熱物が加熱される。
ここで、第２整合回路５には、第３コンデンサ１９が配置されており、第３コンデンサ１９の容量性リアクタンスＸＣ３は、低周波の第１周波数に対して大きな値となるので、第１発振器２から出力された第１周波数の交流電力は第２発振器４に侵入しない。
【００５３】
図３に示した電力供給装置３０の第１発振器２及び第２発振器４では、それぞれに独立した第１順変換部２６と第２順変換部３６を設け、互いに異なる周波数の交流電力を第１逆変換部２８と第２逆変換部３８に入力しているが、さらに、図４を参照して別の構成の電力供給装置４０を説明する。
図４の電力供給装置４０では、１つの交流電源４５から１つの順変換部４６に交流電力を入力し、この１つの順変換部４６から第１逆変換部２８及び第２逆変換部３８に直流電力を出力している。
【００５４】
図４に示す電力供給装置４０によれば、図１、図３に示す電力供給装置１，３０とは異なり、１つの交流電源４５と、１つの順変換部４６だけで済み、簡易な構成とすることができる。
【００５５】
図４に示す電力供給装置４０では、１つの交流電源４５から１つの順変換部４６に交流電力を入力し、この１つの順変換部４６から第１逆変換部２８及び第２逆変換部３８に直流電力を出力する点以外は、電力供給装置３０と同様にして、誘導加熱コイル７に第１周波数と第２周波数の交流電力を印加して、被加熱物を加熱することができる。
【００５６】
以上説明したように、電力供給装置３０，４０では、第２発振器４から出力される第２周波数の交流電力は、第１整合回路３のＴ型フィルタ１２で阻止されるので、この侵入防止のために従来のような大きなインダクタンスを有しているコイルは不要である。
【００５７】
本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。上述した実施形態における、Ｔ型フィルタ１２の伝達特性は、第１及び第２の周波数に応じて、第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５のインダクタンスや第２コンデンサ１６の値を、適宜に設計することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の電力供給装置の構成を示す回路図である。
【図２】Ｔ型フィルタの伝達特性を模式的に説明する図である。
【図３】電力供給装置の変形例を示す回路図である。
【図４】電力供給装置の別の変形例を示す回路図である。
【図５】特許文献１に開示されている公知の２周波数による誘導加熱装置の一例を示す回路図である。
【図６】特許文献２に開示されている公知の二周波電源溶解炉用電源回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５９】
１，３０，４０：電力供給装置
２：第１発振器
３：第１整合回路
４：第２発振器
５：第２整合回路
６：変成器
６Ａ：一次巻き線
６Ｂ：二次巻き線
６Ｃ：１次側電圧タップ
７：誘導加熱コイル
１０：第１整合変圧器
１０Ａ：一次巻き線
１０Ｂ：二次巻き線
１０Ｃ：１次側電圧タップ
１１：第１コンデンサ
１２：Ｔ型フィルタ
１２Ａ：入力端
１２Ｂ：出力端
１４：第１リアクトル
１５：第２リアクトル
１６：第２コンデンサ
１７：共通配線
１８：第２整合変圧器
１８Ａ：一次巻き線
１８Ｂ：二次巻き線
１８Ｃ：１次側電圧タップ
１９：第３コンデンサ
２５，３５，４５：交流電源
２６：第１順変換部
２７：第１平滑コンデンサ
２８：第１逆変換部
３６：第２順変換部
３７：第２平滑コンデンサ
３８：第２逆変換部
４６：順変換部
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力供給装置に関する。さらに詳しくは、本発明は互いに異なる２つの周波数からなる電力を、例えば誘導加熱コイル等の負荷に供給する電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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し、この誘導加熱コイルで歯車や螺子等の被加熱物を均一に加熱する技術が知られている。この場合、高い周波数の交流電力は透過深度が浅いので、被加熱物の表面近傍は高い周波数の交流電力で加熱される。一方、低い周波数の交流電力は透過深度が深いので、被加熱物の内部は低い周波数の交流電力で加熱される。従って、被加熱物を互いに異なる２つの周波数で誘導加熱することによって、被加熱物の表面から低い周波数の透過深度の深さ程度までの領域を同時加熱することができる。互いに異なる２つの周波数としては、例えば高い周波数が１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度であり、低い周波数が１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度である。
【０００３】
特許文献１には、高周波数の発振器と低周波数の発振器とを備えた２周波数による誘導加熱装置が開示されている。高周波数の発振器からの交流電力が第１整合回路部に出力される。第１整合回路部は、誘導加熱コイル及び被加熱物からなる負荷のインピーダンスを高周波数の出力インピーダンスに整合させ、高周波数の交流電力を誘導加熱コイルに供給する。同時に、低周波数の発振器からの交流電力を第２整合回路部に出力し、第２整合回路部において、負荷のインピーダンスを低周波数の出力インピーダンスに整合させて、低周波数の交流電力を誘導加熱コイルに供給する。
【０００４】
図５は、特許文献１の２周波数による誘導加熱装置の一例を示す回路図である。第１整合回路部はコンデンサ１０７で構成されている。コンデンサ１０７により、低い周波数をもつ交流電力が高い周波数の交流電力側に流入するのを阻止している。
一方、第２整合回路部は、コンデンサ１１２とインダクタンス１１９との直列共振回路から構成されており、直列共振回路により、高い周波数をもつ交流電力が低い周波数の交流電力側に流入するのを阻止している。
【０００５】
特許文献２には、二周波電源溶解炉用電源回路として、誘導加熱コイルに二周波電源を接続する回路が開示されている。
図６は、特許文献２の二周波電源溶解炉用電源回路の一例を示す回路図である。低周波数（ｆＬ）の電流形インバータ部Ａが、共振周波数ｆＬの並列共振回路１１３Ｌに接続されると共に、コンデンサＣ２Ｌ及びインダクタンスＬ１からなる共振周波数ｆＬの直列共振回路を介して誘導加熱コイル１２０に接続されている。
一方、高周波数（ｆＨ）の電流形インバータ部Ａが、共振周波数ｆＨの並列共振回路１１３Ｈに接続される共に、コンデンサＣ２Ｈを介して誘導加熱コイルに接続されている。
【０００６】
特許文献２において、上記二周波電源溶解炉用電源回路では、低周波側から高周波側の電流形インバータ部Ａに向かって流出しようとする低周波電流成分は、高周波回路のコンデンサＣ２Ｈと周波数ｆＬの近辺で低インピーダンス値となる並列共振回路１１３Ｈとで吸収されて、高周波側の電流形インバータ部Ａに流入しないと記載されている。
【０００７】
一方、高周波側の電流形インバータ部Ａから低周波側の電流形インバータ部Ａに向かって流出しようとする高周波電流成分は、低周波回路のインダクタンスＬ１及びコンデンサＣ２Ｌと周波数ｆＨの近辺で低インピーダンス値となる並列共振回路１１３Ｌとで吸収されて、低周波側の電流形インバータ部Ａに流入しないと記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特許第３１５０９６８号公報（例えば第３図、第４図）
【特許文献２】特開平１１−２８８７８０号公報（例えば図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された技術では、高い周波数の交流電力が低い周波数の発振器に侵入することを防ぐために、低い周波数の発振器に接続される整合回路部にインダクタンス１１９を接続させておく必要がある。特許文献１によれば、インダクタンス１１９は、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、非常に大きなインダクタンス１１３を整合回路部に設ける必要がある。
【００１０】
特許文献２に開示された技術は、高周波及び低周波用の電流形インバータ部にそれぞれ並列共振回路を設け、かつ、低い周波数の電流インバータ部にインダクタンスＬ１を接続した回路構成を有している。低い周波数の電流インバータ部に接続されるインダクタンスＬ１を設けて、高周波成分の低周波側への侵入を阻止している。よって、特許文献１と同様に非常に大きなインダクタンスＬ１を整合回路に設ける必要がある。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑み、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に用いるインダクタンスを小さくできる、電力供給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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の電力供給装置は、
第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とを誘導加熱コイルに供給する電力供給装置において、第１周波数の交流電力を出力する第１発振器と、第１発振器に接続される第１整合回路と、第１周波数よりも高い第２周波数の交流電力を出力する第２発振器と、上記第２発振器に接続される第２整合回路と、第１整合回路と第２整合回路とが接続される変成器と、変成器の二次側に接続される誘導加熱コイルと、を、備え、第１整合回路は第１周波数を通過させ、かつ、第２周波数を阻止するＴ型フィルタを含み、第２整合回路は第２周波数を通過させ、かつ、第１周波数を阻止するコンデンサを含むことを特徴とする。
【００１３】
上記構成において、第１整合回路は、好ましくは、第１発振器に接続される第１整合変圧器と、第１整合変圧器に接続される第１コンデンサと、第１コンデンサに直列接続されるＴ型フィルタと、からなり、第１コンデンサの一端が第１整合変圧器の二次巻き線の一端に接続され、第１コンデンサの他端がＴ型フィルタの入力端に接続され、Ｔ型フィルタの出力端が前記変成器の一次巻き線に接続される。
【００１４】
Ｔ型フィルタは、好ましくは、第１リアクトルと第２リアクトルと第２コンデンサとからなり、第１リアクトルと第２リアクトルとが直列接続され、第１リアクトルと第２リアクトルとの接続点に第２コンデンサの一端が接続されている。
【００１５】
Ｔ型フィルタは、好ましくは、第２発振器の基本波とこの基本波の少なくとも一つ以上の周波数の高調波を通過させる。
【００１６】
第２整合回路は、好ましくは、第２発振器に接続される第２整合変圧器と第２整合変圧器に接続されるコンデンサとからなり、コンデンサの一端が第２整合変圧器の二次巻き線の一端に接続され、その他端は変成器の一次巻き線に接続される。
【００１７】
第１発振器は、好ましくは、交流電力を直流電力に変換する第１順変換部と、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、第１平滑コンデンサで平滑された直流電力を第１周波数の交流電力に変換する第１逆変換部と、からなり、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、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、第２平滑コンデンサで平滑された直流電力を第２周波数の交流電力に変換する第２逆変換部と、からなる。
【００１８】
好ましくは、さらに、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、第１発振器は、順変換部から出力された直流電力を平滑する第１平滑コンデンサと第１平滑コンデンサで平滑された直流電力を第１周波数の交流電力に変換する第１逆変換部とからなり、第２発振器は、順変換部から出力された直流電力を平滑する第２平滑コンデンサと第２平滑コンデンサで平滑された直流電力を第２周波数の交流電力に変換する第２逆変換部とからなる。
【００１９】
第１逆変換部及び第２逆変換部は、好ましくは電圧形逆変換部である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡単な整合回路の構成によって第１周波数及び第２周波数の交流電力を効率良く誘導加熱コイルに印加し得る電力供給装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る電力供給装置１の構成を示す回路図である。図１において、電力供給装置１は、低周波用の第１発振器２と、第１発振器２に接続される低周波用の第１整合回路３と、高周波用の第２発振器４と、第２発振器４に接続される高周波用の第２整合回路５と、第１整合回路３及び第２整合回路５が接続される変成器６と、変成器６に接続される誘導加熱コイル７と、を備えて構成されている。
なお、低周波用の第１発振器２及び高周波用の第２発振器４の周波数を、それぞれ、第１周波数（ｆＬと表記する）、第２周波数（ｆＨと表記する）と呼ぶ。第２周波数は第１周波数よりも高い周波数である。
【００２２】
第１発振器２は、所謂電圧形インバータからなる発振器を用いることができる。同様に第２発振器４も、電圧形インバータからなる発振器を用いることができる。
【００２３】
変成器６は、入力側の一次巻き線６Ａと出力側の二次巻き線６Ｂとからなる。変成器６の一次巻き線６Ａには、第１整合回路３を介して第１周波数の交流電力と第２整合回路５を介して第２周波数の交流電力とが印加される。変成器６の二次巻き線６Ｂには誘導加熱コイル７が接続されており、図示しない被加熱物が挿入される。
【００２４】
変成器６には、図示するように一次巻き線６Ａ側に１次側電圧タップ６Ｃを設けてもよい。変成器６の１次側電圧タップ６Ｃを切り替えることで、変成器６の二次側電圧を変化させることができる。
【００２５】
第１整合回路３について説明する。
低周波用の第１整合回路３は、第１発振器２に接続される第１整合変圧器１０と、第１整合変圧器１０に接続される第１コンデンサ１１と、第１コンデンサ１１に直列接続されるＴ型フィルタ１２と、から構成されている。第１整合変圧器１０は、第１発振器２に接続される入力側の一次巻き線１０Ａと出力側の二次巻き線１０Ｂとからなる。第１コンデンサ１１はその一端が第１整合変圧器１０の二次巻き線１０Ｂの一端に接続され、第１コンデンサ１１の他端はＴ型フィルタ１２の入力端１２Ａに接続され、Ｔ型フィルタ１２の出力端１２Ｂが変成器６の一次巻き線６Ａの一端に接続されている。
【００２６】
第１整合変圧器１０には、図示するように一次巻き線１０Ａ側に１次側電圧タップ１０Ｃを設けてもよい。１次側電圧タップ１０Ｃは二次巻き線１０Ｂ側に設けてもよい。第１整合変圧器１０の１次側電圧タップ１０Ｃを切り替えることで、第１整合変圧器１０の二次側電圧を変化させることができる。１次側電圧タップ１０Ｃを設けることで、第１発振器２から第１整合回路３へ入力される第１周波数の電圧調整が可能となる。
【００２７】
第１コンデンサ１１の容量値は、第１発振器２から出力される第１周波数に対して容量性リアクタンスが小さくなるような値とすればよい。
【００２８】
Ｔ型フィルタ１２は、第１コンデンサ１１の他端に接続される第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５と、Ｔ型フィルタ用の第２コンデンサ１６と、から構成されている。
【００２９】
Ｔ型フィルタ１２において、第１リアクトル１４と第２リアクトル１５が直列接続され、第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５の接続点に第２コンデンサ１６の一端が接続されている。第２コンデンサ１６の他端は、第１整合変圧器１０の二次巻き線１０Ｂの他端及び変成器６の一次巻き線６Ａの他端（低電位側）に接続されている。つまり、第２コンデンサ１６の他端は、第１整合変圧器１０の二次巻き線１０Ｂの他端及び変成器６の一次巻き線６Ａの他端からなる共通配線１７となる低電位側に接地されている。
【００３０】
Ｔ型フィルタ１２の出力端１２Ａとなる第２リアクトル１５の他端は、変成器６の一次巻き線６Ａの一端（高電位側）に接続されている。
【００３１】
Ｔ型フィルタ１２は、第１周波数を通過させるが第２周波数を通過させないローパスフィルタ特性を有している。Ｔ型フィルタ１２は、第１発振器２の出力を効率良く変成器６に伝送すると共に第２発振器４の出力が第１発振器２側に流入するのを阻止する作用を有している。
ここで、第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５は同じインダクタンス値を有していてもよい。
【００３２】
一方、第１発振器２の出力波形が矩形波の場合には、基本周波数以外に高調波の周波数成分を含有している。第１発振器２の出力を変成器６に効率良く伝送するためのＴ型フィルタ１２の遮断特性を正弦波の場合とは異なる特性とすればよい。
【００３３】
図２は、Ｔ型フィルタ１２の伝達特性を模式的に説明する図である。図の横軸は周波数を、縦軸は減衰量を示している。
第２発振器４の出力波形が矩形波の場合には、Ｔ型フィルタ１２は、基本周波数の第１周波数（ｆＬ）を通過させると共に、電力伝送特性が良好となるように基本周波数以の少なくとも一つ以上の高調波成分、好ましくは第７次位迄の高調波成分を通過させ、高周波の第２周波数（ｆＨ）を通過させないローパスフィルタ特性をもたせればよい。図２に示すようにＴ型フィルタ１２の伝達特性の一例は、第２発振器４から誘導加熱コイル７への電力伝送特性が良好となるように、基本周波数ｆＬから第７次高調波（７ｆＬ）までを通過させる特性を有している。
【００３４】
第２発振器４の出力は、後述する第２整合回路５の第３コンデンサ１９を介して、第２リアクトル１５と第２コンデンサ１６との直列接続回路に入力される。従って、図２のようなＴ型フィルタの伝達特性で、第２周波数（ｆＨ）に対して十分な減衰効果があればよい。
【００３５】
Ｔ型フィルタ１２に用いる第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５のインダクタンス値は、第１周波数が１ｋＨｚから５０ｋＨｚ程度の周波数では、μＨオーダーの値とすることができる。第２コンデンサ１６の容量は、上記インダクタンスの値によって所望のローパスフィルタ特性が得られる値に選定すればよい。
【００３６】
次に、第２整合回路５について説明する。
高周波用の第２整合回路５は、第２発振器４に接続される第２整合変圧器１８と第２整合変圧器１８に接続される高周波結合用の第３コンデンサ１９とから構成されている。図示するように、第２整合変圧器１８は、第２発振器４の出力端に接続される一次巻き線１８Ａと出力側の二次巻き線１８Ｂとからなる。
【００３７】
第２整合変圧器１８の二次巻き線１８Ｂの一端（高電位側）は、第３コンデンサ１９を介して変成器６の一次巻き線６Ａの一端（高電位側）に接続されている。一方、第２整合変圧器１８の二次巻き線１８Ｂの他端（低電位側）は、変成器６の一次巻き線６Ａの他端（低電位側）に接続されている。
【００３８】
第２整合変圧器１８は、図示するように一次巻き線１８Ａ側に１次側電圧タップ１８Ｃを設けてもよい。１次側電圧タップ１８Ｃは二次巻き線１８Ｂ側に設けてもよい。第２整合変圧器１８の１次側電圧タップ１８Ｃを切り替えることで、第２整合変圧器１８の二次側電圧を変化させることができる。１次側電圧タップ１８Ｃを設けることで、第２発振器４から第２整合回路５へ入力される第２周波数の電圧調整が可能となる。
【００３９】
第３コンデンサ１９の容量値は、第２発振器４から出力される第２周波数（ｆＨ）に対して容量性リアクタンスが小さくなるような値にされると共に、第１発振器２から出力される第１周波数（ｆＬ）に対して容量性リアクタンスが大きくなるような値に設定されている。
【００４０】
第１発振器２と第２発振器４とが相互に分離している点について、さらに詳細に説明する。
第２発振器４から第１発振器２を見た場合、低周波用の第１整合回路３にはＴ型フィルタ１２が挿入されている。第２発振器４から出力される第２周波数をＴ型フィルタ１２の通過周波数帯域外とすることで、第２発振器４から第１発振器２への電力漏洩を効果的に阻止することができる。
【００４１】
Ｔ型フィルタ１２の第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５のインダクタンスの値は、従来のコイルだけで第２発振器４からの電力漏洩を防止する場合と比較して小さな値とすることができ、低周波用の第１整合回路３の小型化を図ることができる。
【００４２】
第２発振器４に接続される第２整合回路５において、第３コンデンサ（Ｃ３）１９による容量性リアクタンスＸＣ３（ここで、ＸＣ３＝１／（２πｆＨＣ３））は低周波数（ｆＬ）では大きな値となる。このため、第１発振器２から第２発振器４への電力漏洩は、第３コンデンサ１９の低周波数（ｆＬ）における大きい容量性リアクタンスＸＣ３で阻止される。つまり、第３コンデンサ１９は低周波阻止用コンデンサ、所謂デカップリングコンデンサとなる。
【００４３】
本発明の電力供給装置１では、第２発振器４の出力が第１発振器２へ流入しないように、第１整合回路３を、第１発振器２に接続される第１整合変圧器１０と第１整合変圧器１０の２次巻き線１０Ｂに接続される第１コンデンサ１１とＴ型フィルタ１２とから構成しており、これにより第１発振器２及び第２発振器４からの周波数の異なる出力を誘導加熱コイル７へ効率良く印加することができ、しかも、第１整合回路３がＴ型フィルタ１２を有していることによって第１整合回路３を小型化することができる。
【００４４】
次に、第１発振器及び第２発振器の回路構成例について説明する。
図３は電力供給装置１の変形例を示す回路図である。電力供給装置３０において、低周波数用の第１発振器２は、商用電源等を用いた交流電源２５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２６と、第１順変換部２６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２７と、第１平滑コンデンサ２７で平滑された直流電力を、第１周波数の交流電力に変換する電圧形の第１逆変換部（低周波逆変換部）２８と、を備えている。
【００４５】
第１順変換部２６はブリッジ整流回路から構成されている。第１逆変換部２８は所謂インバータからなり、トランジスタ等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の導通状態（オン）及び遮断状態（オフ）を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。第１周波数は、例えば１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度の周波数である。
【００４６】
高周波数用の第２発振器４は、商用電源等を用いた交流電源３５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３６と、第２順変換部３６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３７と、第２平滑コンデンサ３７で平滑された直流電力を、第２周波数の交流電力に変換する電圧形の第２逆変換部（高周波逆変換部）３８と、を備えている。
【００４７】
第２順変換部３６は、周知のブリッジ整流回路から構成されている。第２逆変換部３８は第１逆変換部２８と同様にインバータからなり、トランジスタ等から構成された複数のスイッチング素子が組み込まれていて、これら複数のスイッチング素子の導通状態（オン）及び遮断状態（オフ）を制御することによって直流電力を第２周波数の交流電力に変換する。第２周波数は、例えば１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度の周波数である。
【００４８】
さらに、第１発振器２及び第２発振器４は、図示していない電力の大きさや加熱時間等の制御を行う制御部等を有している。
【００４９】
電力供給装置３０を用いて被加熱物を誘導加熱する例を説明する。
電力供給装置３０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って、交流電源２５から第１発振器２に交流電力が供給されると共に、交流電源３５から第２発振器４に交流電力が供給される。第１発振器２では、交流電源２５から供給された交流電力が第１順変換部２６で直流電力に変換され、この第１順変換部２６から出力された直流電力が第１平滑コンデンサ２７で平滑されて第１逆変換部２８に入力され、この入力された直流電力は第１逆変換部２８で、例えば１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの第１周波数の交流電力に変換される。この変換された交流電力は第１整合回路３に出力される。
【００５０】
一方、第２発振器４では、交流電源３５から供給された交流電力が第２順変換部３６で直流電力に変換され、この第２順変換部３６から出力された直流電力が第２平滑コンデンサ３７で平滑されて第２逆変換部３８に入力され、この入力された直流電力は第２逆変換部３８で、例えば１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの第２周波数の交流電力に変換される。この変換された交流電力は第２整合回路５に出力される。
【００５１】
変成器６へは、第１発振器２から出力された第１周波数の交流電力と第２発振器４から出力された第２周波数の交流電力とが入力される。第１周波数の交流電力は変成器６を介して交流電流が誘導加熱コイル７を流れ、この第１周波数の交流電流によって被加熱物に渦電流が誘導されて被加熱物が加熱される。
ここで、第１整合回路３にはＴ型フィルタ１２が配置されているので、第２発振器４から出力された第２周波数の交流電力は第１発振器２に侵入できない。
【００５２】
第２周波数の交流電力は変成器６を介して交流電流が誘導加熱コイル７を流れ、この第２周波数の交流電流によって被加熱物に渦電流が誘導されて被加熱物が加熱される。
ここで、第２整合回路５には、第３コンデンサ１９が配置されており、第３コンデンサ１９の容量性リアクタンスＸＣ３は、低周波の第１周波数に対して大きな値となるので、第１発振器２から出力された第１周波数の交流電力は第２発振器４に侵入しない。
【００５３】
図３に示した電力供給装置３０の第１発振器２及び第２発振器４では、それぞれに独立した第１順変換部２６と第２順変換部３６を設け、互いに異なる周波数の交流電力を第１逆変換部２８と第２逆変換部３８に入力しているが、さらに、図４を参照して別の構成の電力供給装置４０を説明する。
図４の電力供給装置４０では、１つの交流電源４５から１つの順変換部４６に交流電力を入力し、この１つの順変換部４６から第１逆変換部２８及び第２逆変換部３８に直流電力を出力している。
【００５４】
図４に示す電力供給装置４０によれば、図１、図３に示す電力供給装置１，３０とは異なり、１つの交流電源４５と、１つの順変換部４６だけで済み、簡易な構成とすることができる。
【００５５】
図４に示す電力供給装置４０では、１つの交流電源４５から１つの順変換部４６に交流電力を入力し、この１つの順変換部４６から第１逆変換部２８及び第２逆変換部３８に直流電力を出力する点以外は、電力供給装置３０と同様にして、誘導加熱コイル７に第１周波数と第２周波数の交流電力を印加して、被加熱物を加熱することができる。
【００５６】
以上説明したように、電力供給装置３０，４０では、第２発振器４から出力される第２周波数の交流電力は、第１整合回路３のＴ型フィルタ１２で阻止されるので、この侵入防止のために従来のような大きなインダクタンスを有しているコイルは不要である。
【００５７】
本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。上述した実施形態における、Ｔ型フィルタ１２の伝達特性は、第１及び第２の周波数に応じて、第１リアクトル１４及び第２リアクトル１５のインダクタンスや第２コンデンサ１６の値を、適宜に設計することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の電力供給装置の構成を示す回路図である。
【図２】Ｔ型フィルタの伝達特性を模式的に説明する図である。
【図３】電力供給装置の変形例を示す回路図である。
【図４】電力供給装置の別の変形例を示す回路図である。
【図５】特許文献１に開示されている公知の２周波数による誘導加熱装置の一例を示す回路図である。
【図６】特許文献２に開示されている公知の二周波電源溶解炉用電源回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５９】
１，３０，４０：電力供給装置
２：第１発振器
３：第１整合回路
４：第２発振器
５：第２整合回路
６：変成器
６Ａ：一次巻き線
６Ｂ：二次巻き線
６Ｃ：１次側電圧タップ
７：誘導加熱コイル
１０：第１整合変圧器
１０Ａ：一次巻き線
１０Ｂ：二次巻き線
１０Ｃ：１次側電圧タップ
１１：第１コンデンサ
１２：Ｔ型フィルタ
１２Ａ：入力端
１２Ｂ：出力端
１４：第１リアクトル
１５：第２リアクトル
１６：第２コンデンサ
１７：共通配線
１８：第２整合変圧器
１８Ａ：一次巻き線
１８Ｂ：二次巻き線
１８Ｃ：１次側電圧タップ
１９：第３コンデンサ
２５，３５，４５：交流電源
２６：第１順変換部
２７：第１平滑コンデンサ
２８：第１逆変換部
３６：第２順変換部
３７：第２平滑コンデンサ
３８：第２逆変換部
４６：順変換部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とを誘導加熱コイルに供給する電力供給装置において、
上記第１周波数の交流電力を出力する第１発振器と、
上記第１発振器に接続される第１整合回路と、
上記第１周波数よりも高い上記第２周波数の交流電力を出力する第２発振器と、
上記第２発振器に接続される第２整合回路と、
上記第１整合回路と上記第２整合回路とが接続される変成器と、
上記変成器の二次側に接続される誘導加熱コイルと、
を、備え、
上記第１整合回路は、上記第１周波数を通過させ、かつ、上記第２周波数を阻止するＴ型フィルタを含み、
上記第２整合回路は、上記第２周波数を通過させ、かつ、上記第１周波数を阻止するコンデンサを含むことを特徴とする、電力供給装置。
【請求項２】
前記第１整合回路は、前記第１発振器に接続される第１整合変圧器と、該第１整合変圧器に接続される第１コンデンサと、該第１コンデンサに直列接続される前記Ｔ型フィルタと、からなり、
上記第１コンデンサの一端が上記第１整合変圧器の二次巻き線の一端に接続され、
上記第１コンデンサの他端が前記Ｔ型フィルタの入力端に接続され、
前記Ｔ型フィルタの出力端が前記変成器の一次巻き線に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記Ｔ型フィルタは、第１リアクトルと第２リアクトルと第２コンデンサとからなり、該第１リアクトルと該第２リアクトルとが直列接続され、該第１リアクトルと該第２リアクトルとの接続点に上記第２コンデンサの一端が接続されてい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。
【請求項４】
前記Ｔ型フィルタは、前記第２発振器の基本波と該基本波の少なくとも一つ以上の周波数の高調波を通過させることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の電力供給装置。
【請求項５】
前記第２整合回路は、前記第２発振器に接続される第２整合変圧器と、該第２整合変圧器に接続される前記コンデンサと、からなり、
前記コンデンサの一端が上記第２整合変圧器の二次巻き線の一端に接続され、該コンデンサの他端が前記変成器の一次巻き線に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項６】
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、
上記第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、
上記第１平滑コンデンサで平滑された直流電力を前記第１周波数の交流電力に変換する第１逆変換部と、からなり、
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、
上記第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、
上記第２平滑コンデンサで平滑された直流電力を前記第２周波数の交流電力に変換する第２逆変換部と、からなることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の電力供給装置。
【請求項７】
さらに、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、
前記第１発振器は、上記順変換部から出力された直流電力を平滑する第１平滑コンデンサと該第１平滑コンデンサで平滑された直流電力を前記第１周波数の交流電力に変換する第１逆変換部とからなり、
前記第２発振器は、上記順変換部から出力された直流電力を平滑する第２平滑コンデンサと該第２平滑コンデンサで平滑された直流電力を前記第２周波数の交流電力に変換する第２逆変換部とからなることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の電力供給装置。
【請求項８】
前記第１逆変換部及び前記第２逆変換部は、電圧形逆変換部であることを特徴とする、請求項６又は７に記載の電力供給装置。
【請求項１】
第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とを誘導加熱コイルに供給する電力供給装置において、
上記第１周波数の交流電力を出力する第１発振器と、
上記第１発振器に接続される第１整合回路と、
上記第１周波数よりも高い上記第２周波数の交流電力を出力する第２発振器と、
上記第２発振器に接続される第２整合回路と、
上記第１整合回路と上記第２整合回路とが接続される変成器と、
上記変成器の二次側に接続される誘導加熱コイルと、
を、備え、
上記第１整合回路は、上記第１周波数を通過させ、かつ、上記第２周波数を阻止するＴ型フィルタを含み、
上記第２整合回路は、上記第２周波数を通過させ、かつ、上記第１周波数を阻止するコンデンサを含むことを特徴とする、電力供給装置。
【請求項２】
前記第１整合回路は、前記第１発振器に接続される第１整合変圧器と、該第１整合変圧器に接続される第１コンデンサと、該第１コンデンサに直列接続される前記Ｔ型フィルタと、からなり、
上記第１コンデンサの一端が上記第１整合変圧器の二次巻き線の一端に接続され、
上記第１コンデンサの他端が前記Ｔ型フィルタの入力端に接続され、
前記Ｔ型フィルタの出力端が前記変成器の一次巻き線に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記Ｔ型フィルタは、第１リアクトルと第２リアクトルと第２コンデンサとからなり、該第１リアクトルと該第２リアクトルとが直列接続され、該第１リアクトルと該第２リアクトルとの接続点に上記第２コンデンサの一端が接続されてい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。
【請求項４】
前記Ｔ型フィルタは、前記第２発振器の基本波と該基本波の少なくとも一つ以上の周波数の高調波を通過させることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の電力供給装置。
【請求項５】
前記第２整合回路は、前記第２発振器に接続される第２整合変圧器と、該第２整合変圧器に接続される前記コンデンサと、からなり、
前記コンデンサの一端が上記第２整合変圧器の二次巻き線の一端に接続され、該コンデンサの他端が前記変成器の一次巻き線に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項６】
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、
上記第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、
上記第１平滑コンデンサで平滑された直流電力を前記第１周波数の交流電力に変換する第１逆変換部と、からなり、
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、
上記第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、
上記第２平滑コンデンサで平滑された直流電力を前記第２周波数の交流電力に変換する第２逆変換部と、からなることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の電力供給装置。
【請求項７】
さらに、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、
前記第１発振器は、上記順変換部から出力された直流電力を平滑する第１平滑コンデンサと該第１平滑コンデンサで平滑された直流電力を前記第１周波数の交流電力に変換する第１逆変換部とからなり、
前記第２発振器は、上記順変換部から出力された直流電力を平滑する第２平滑コンデンサと該第２平滑コンデンサで平滑された直流電力を前記第２周波数の交流電力に変換する第２逆変換部とからなることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の電力供給装置。
【請求項８】
前記第１逆変換部及び前記第２逆変換部は、電圧形逆変換部であることを特徴とする、請求項６又は７に記載の電力供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−６７４０９（Ｐ２０１０−６７４０９Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３１２２４（Ｐ２００８−２３１２２４）
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【Ｆターム（参考）】
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