電力処理装置
【課題】電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる電力処理装置を提供する。
【解決手段】誘導加熱用コイル部Ｌと共振用コンデンサ部Ｃとが直列に接続されてなる主回路１と、主回路１に交流電流を供給するインバータ回路２と、インバータ回路２を制御する制御回路３とを備え、制御回路３は、インバータ回路２の入力に応じて主回路１の回路構成を変更し、主回路１の共振周波数を変更し、インバータ回路２の出力周波数を変更された主回路１の共振周波数となるようにする。
【解決手段】誘導加熱用コイル部Ｌと共振用コンデンサ部Ｃとが直列に接続されてなる主回路１と、主回路１に交流電流を供給するインバータ回路２と、インバータ回路２を制御する制御回路３とを備え、制御回路３は、インバータ回路２の入力に応じて主回路１の回路構成を変更し、主回路１の共振周波数を変更し、インバータ回路２の出力周波数を変更された主回路１の共振周波数となるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力を有効的に消費することができる電力処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力処理装置は、スイッチング損失を調整するためスイッチング周波数が一定の条件でゼロ電流スイッチングがなされている。そして、負荷の温度を検出し、インバータ回路のスイッチング周波数を調整する。負荷の温度上昇を検知して、加熱部材の過昇温を未然に回避することができ、電力供給を維持するようスイッチング周波数を制御して負荷をウォームアップ終了温度まで昇温する。そして、スイッチング周波数を共振周波数近傍で調整して出力電力量を調整している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ０４／０７４９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電力処理装置は、駆動回路の出力電圧の通電率を調整し出力電力を調整していた。しかし、共振スイッチング状態から外れてしまうため、スイッチングによる損失が発生し、素子の放熱が必要となる。このため、大きな損失が生じ、出力電力のほとんどを誘導加熱により消費するという特徴が失われてしまうという問題点があった。
【０００５】
さらに、常に共振スイッチング状態で操作するために、入力電圧や、入力電力の値に合わせて間欠的に電子抵抗器を動作していた。よって、電子抵抗器の抵抗値と回生電力値とが一致しない場合、外部に雑音など悪影響が生じてしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる電力処理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】
【０００７】
この発明は、誘導加熱用コイル部と共振用コンデンサ部とが直列に接続されてなる主回路と、
主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
制御回路は、インバータ回路の入力に応じて主回路の回路構成を変更して、主回路の共振周波数を変更しインバータ回路の出力周波数を変更された主回路の共振周波数となるようにするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の電力処理装置は、誘導加熱用コイル部と共振用コンデンサ部とが直列に接続されてなる主回路と、
主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
制御回路は、インバータ回路の入力に応じて主回路の回路構成を変更して、主回路の共振周波数を変更しインバータ回路の出力周波数を変更された主回路の共振周波数となるようにするので、
電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１の電力処理装置の構成を示す図である。
【図２】コイルの周波数特性を示した図である。
【図３】この発明の実施の形態１における他の電力処理装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２の電力処理装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３の電力処理装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示した電力処理装置の動作を説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態３の電力処理装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における例えばインバータ回路の内部で電圧もしくは出力電力を検出し、外部回路もしくはモーターなどの外部装置から入力される電力（回生電力）を消費するためにインバータ回路に搭載される回生抵抗器としての電力処理装置の構成を示す図、図２は図１に示した電力処理装置における主回路の周波数特性を示した図、図３はこの発明の実施の形態１における他の電力処理装置の構成を示す図である。
【００１１】
図において、主回路１は共振用コンデンサ部Ｃと誘導加熱用コイル部Ｌとが直列に接続されて構成されている。そして、共振用コンデンサ部ＣはコンデンサＣ１、コンデンサＣ２との複数のコンデンサにて構成されている。また、コンデンサＣ１、Ｃ２のそれぞれの容量は異なるものを用いてもよい。ここでは例えば、コンデンサＣ１＞コンデンサＣ２の容量を有するものとする。そして、各コンデンサＣ１、Ｃ２には、それぞれをオン／オフするためのスイッチＳ４、スイッチＳ５がそれぞれ接続されている。そして、主回路１に交流電流を供給するインバータ回路２と、インバータ回路２を制御する制御回路３とを備える。
【００１２】
そして、制御回路３は、インバータ回路２の入力電力の大きさに応じて主回路１の回路構成を変更して、共振用コンデンサ部Ｃの容量を変更して主回路１の共振周波数を変更し、インバータ回路２の出力周波数ｆ（スイッチング周波数）を、変更させた主回路１の共振周波数に変更するように制御する。この際、制御回路３は、主回路１の消費電力がインバータ回路２の入力電力に近似するように主回路１の共振周波数を変更する。この制御により、主回路１にてインバータ回路２に入力される電力を消費して、インバータ回路２での消費電力を抑制する。また、制御回路３は、共振用コンデンサ部Ｃの容量を変更するために、スイッチＳ４、Ｓ５のオンオフ制御を行うものである。
【００１３】
そして、インバータ回路２に、例えば電源または外部からの回生電力の直流電圧を検出する機能も有するものとする。また、インバータ回路２、主回路１、制御回路３を構成する半導体素子は、例えばＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体素子にて形成する。このようにワイドバンドギャップ半導体素子を用いることにより、通常のシリコン半導体素子と比較すると、電流導通時のロスを抑えるものである。尚、このことは以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。
【００１４】
また、各コンデンサＣ１、Ｃ２にはそれぞれ並列に接続された放電抵抗（図示せず）を備えるようにしてもよい。各コンデンサＣ１、Ｃ２が充電されている状態で制御回路３によりスイッチＳ４、Ｓ５がオフされた場合、各コンデンサＣ１、Ｃ２は充電された状態になっている。この際、放電抵抗が接続されていれば、スイッチＳ４、Ｓ５がオフしても各コンデンサＣ１、Ｃ２の電荷を消費することができる。尚、このことは以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。
【００１５】
次に上記のように構成された実施の形態１の電力処理装置の動作について説明する。まず、コイルの周波数特性を図２に基づいて説明する。図に示すように、コイルの周波数特性は、コイルが周波数ｆ１で駆動したときの抵抗値は抵抗値Ｒ１となり、周波数ｆ２で駆動したときの抵抗値は抵抗値Ｒ２となる。そして、コイルを駆動する周波数を大きくした場合、そのインダクタンス値は小さくなり、抵抗値は大きくなる傾向がある。よって、主回路１のコイルの駆動周波数を調整することにより、コイルの抵抗値を調整することができ、主回路１の消費電力を調整することが可能であることが判る。尚、このことは以下の実施の形態においても同様であるので、その説明は適宜省略する。
【００１６】
このことに基づいて以下の動作を行う。まず、制御回路３は、インバータ回路２に入力される入力電圧が第１の所定値より高いか否かを検出している。そして、この値が第１の所定値より高いことを検出すると、主回路１の抵抗値を小さくして、主回路１の消費電力を大きくする必要があるため、主回路１を駆動するインバータ回路２の出力周波数を低くする。よって、共振周波数を低くするために、共振用コンデンサ部Ｃの容量を大きくする必要があるため、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とが並列に接続されるように、スイッチＳ４、スイッチＳ５の両方をオンする。そして、制御回路３は、共振用コンデンサ部Ｃの容量の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを変化して駆動を制御する。
【００１７】
次に、制御回路３は、入力電圧が第１の所定値より低いことを検出すると、上記の場合より、主回路１の抵抗値を大きくして、主回路１の消費電力を小さくする必要があるため、インバータ回路２の出力周波数を高くする。よって、共振周波数を高くするために、共振用コンデンサ部Ｃの容量を小さくする必要があるため、コンデンサＣ１のみが接続されるように、スイッチＳ４はオンしたまま、スイッチＳ５のみをオフしコンデンサＣ１のみを接続する。そして、制御回路３は、共振用コンデンサ部Ｃの容量の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを変化して駆動を制御する。
【００１８】
次に、さらに電圧が低くなり、制御回路３は、第２の所定値より低いことを検出すると、上記の場合より主回路１の抵抗値をさらに大きくして、主回路１の消費電力をさらに小さくする必要があるため、インバータ回路２の出力周波数をさらに高くする。よって、共振周波数をさらに高くするために、共振用コンデンサ部Ｃの容量をさらに小さくする必要があるため、コンデンサＣ２のみが接続されるように、スイッチＳ５をオンし、スイッチＳ４をオフしてコンデンサＣ１を切り離しコンデンサＣ２のみを接続する。そして、制御回路３は、共振用コンデンサ部Ｃの容量の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを変化して駆動を制御する。
【００１９】
尚、制御回路３は、インバータ回路２の入力電圧にて制御する例を示したが、制御回路３に外部からの信号により上記に示した場合と同様に制御することも可能である。
また、上記に示した、第１の所定値および第２の所定値とは、第１の所定値＞第２の所定値の関係であり、それぞれの値は、電力処理装置の特性、コンデンサの容量などにより適宜設定するものである。また、コンデンサの容量は、コイルとの共振周波数が可聴領域と成らないように選定されている。
【００２０】
上記のように構成された実施の形態１の電力処理装置によれば、インバータ回路に入力される入力電圧の大きさに応じて、共振用コンデンサ部の容量を変更することにより、主回路の消費電力を調整しているため、主回路によって効率よく電力を消費する。
また、インバータ回路の出力周波数は共振周波数と一致するように制御されているため、インバータ回路はゼロ電流スイッチングがなされ、インバータ回路での消費電力が抑えられる（損失が最小となる）ため、インバータ回路を冷却するための冷却手段（図示せず）などが小さく小型化でき、電力処理装置の特徴を大きくいかすことができる。
【００２１】
尚、上記実施の形態１においては、共振用コンデンサ部の容量の変更を、２個のコンデンサを備えるようにして、その接続方法を変更することにより対応する方法を示したが、これに限られることはなく、もちろん３個以上のコンデンサを備える場合も考えられる。また、例えば、図３に示すように、共振用コンデンサ部のコンデンサＣ３として、バリアブルコンデンサを用いるようにすれば、１個でも容量を変更することが可能となる。そして、共振用コンデンサ部の容量を制御するために、制御回路３はスイッチではなく、コンデンサＣ３の容量を制御することにより行うようにすれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。これにより、本実施の形態では段階的に駆動周波数を変化させたが、共振用コンデンサとしてバリアブルコンデンサを用いることにより共振用コンデンサ容量を連続的に変化させることができるため、駆動周波数も共振用コンデンサの静電容量に合わせて連続的に変化させ、主回路を構成するインダクタの抵抗値を調整し、電力処理装置の消費電力を連続的に調整することができる。これにより回生電力と電力処理装置の電力容量を一致させることができるため、電子抵抗器と入力電力の差異により間欠的に電子抵抗が動作するために発生する騒音をなくすことができる。
【００２２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における電力処理装置の構成を示す図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。誘導加熱用コイル部Ｌは、複数のコイルＬ１とコイルＬ２とにて構成されている。ここでは例えば、コイルＬ１＝コイルＬ２の抵抗値およびインダクタンス値を有するものとする。そして、本実施の形態において、これらコイルＬ１、Ｌ２の抵抗値およびインダクタンス値は、駆動周波数が倍、半分と変化しても大きく変化しない周波数領域での駆動周波数および回路構成の変更を想定する。これにより回路構成を直列から単体に変更させた場合、回路構成により決まる駆動周波数は高くなりコイル単体の抵抗値は大きくなるが、接続方法を変更することにより誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値は小さくなる場合を想定する。上記条件以外の場合は、２つのコイルＬ１、Ｌ２の特性により回路構成を変更する検出値や、周波数を調整することにより本実施の形態と同様の効果を得ることができる。そして、各コイルＬ１、Ｌ２の接続方法を設定するため、それぞれの回路をオン／オフするためのスイッチＳ１、スイッチＳ２、スイッチＳ３がそれぞれ接続されている。また、制御回路３は、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値を変更するためには、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３のオンオフ制御を行うものである。
【００２３】
次に、上記のように構成された実施の形態２の電力処理装置の動作について説明する。まず、制御回路３は、インバータ回路２に入力される入力電圧（電力）が第１の所定値より高いか否かを検出している。そして、この値が第１の所定値より高いことを検出すると、主回路１の消費電力を大きくする必要があるため、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値を小さくする。そこで、制御回路３はコイルＬ１とコイルＬ２とが並列に接続されるように、スイッチＳ１、スイッチＳ２をオン、スイッチＳ３をオフする。よって、主回路１の共振周波数は高くなる。そして、制御回路３は、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを高く変化させ制御する。このため、コイルＬ１、Ｌ２の１つあたりの抵抗値は大きくなるが、主回路１は２つのコイルＬ１、Ｌ２が並列に接続される構成となるため、主回路１の抵抗値は小さくなり、大きな電力を消費することができる。
【００２４】
次に、制御回路３は、入力電圧が第１の所定値より低いことを検出すると、上記の場合より主回路１の消費電力を小さくする必要があるため、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値を大きくする。そこで、制御回路３はコイルＬ１のみが接続されるように、スイッチＳ２はオンしたまま、スイッチＳ１およびスイッチＳ３をオフしコイルＬ１のみを接続する。よって、共振周波数が低くなる。そして、制御回路３は、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを変化させ制御する。
【００２５】
次に、さらに電圧が低くなり、制御回路３は、第２の所定値より低いことを検出すると、上記の場合より主回路１の消費電力をさらに小さくする必要があるため、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値をさらに大きくする必要がある。そこで、制御回路３コイルＬ１およびコイルＬ２を直列に接続されるように、スイッチＳ３をオンし、スイッチＳ１およびスイッチＳ２をオフしてコイルＬ１およびコイルＬ２を直列接続する。よって、共振周波数がさらに低くなる。そして、主回路１を駆動するインバータ回路２の出力周波数をさらに低くする。そして、制御回路３は、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを変化して制御する。このため、コイルＬ１、Ｌ２の１つあたりの抵抗値は小さくなるが、主回路１は２つのコイルＬ１、Ｌ２が直列に接続される構成となるため、主回路１の抵抗値は大きくなり、小さな電力しか消費することができなくなる。
【００２６】
尚、制御回路３は、インバータ回路２の入力電圧にて制御する例を示したが、制御回路３に外部からの信号により上記に示した場合と同様に制御することも可能である。
また、上記に示した、第１の所定値および第２の所定値とは、第１の所定値＞第２の所定値の関係であり、それぞれの値は、電力処理装置の特性、コイルの抵抗値などにより適宜設定するものである。また、コイルの抵抗は、コンデンサとの共振周波数が可聴領域と成らないように選定されている。
【００２７】
上記のように構成された実施の形態２の電力処理装置によれば、インバータ回路に入力される入力電圧の大きさに応じて、誘導加熱用コイル部の接続方法を変更することにより主回路の抵抗値を調整し、主回路の消費電力を調整しているため、主回路によって効率よく電力を消費する。
また、共振周波数でインバータ回路の出力周波数は決定されているため、インバータ回路はゼロ電流スイッチングがなされ、インバータ回路での消費電力が抑えられる（損失が最小となる）ため、インバータ回路を冷却するための冷却手段（図示せず）などが小さく小型化でき、電力処理装置の特徴を大きくいかすことができる。
【００２８】
尚、上記実施の形態２においては、誘導加熱用コイル部の抵抗値の変更を、２個のコイルを備えるようにして、その接続方法を変更することにより対応する方法を示したが、これに限られることはなく、もちろん３個以上のコイルを備える場合も考えられる。
【００２９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３における例えば誘導加熱装置にて成る電力処理装置の構成を示す図、図６は図５に示した電力処理装置の動作を説明するための図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。上記実施の形態１では共振用コンデンサ部Ｃの容量の変更、また、上記実施の形態２では誘導加熱用コイルの抵抗値を変更する場合について示したが、本実施の形態３においては、これらを組み合わせる例について示す。本実施の形態３では、２つのコイルＬ１、Ｌ２の大きさ、インダクタンス値など同じものを用いた場合について説明する。また、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２の容量は同容量のものを想定する。
【００３０】
また、本実施の形態３では、主回路１を切り替える各所定値Ｖ１〜Ｖ４は、上記想定した動作特性曲線（図２）より電圧値を定め、主回路１の構成を変化させる場合について説明する。しかしながら、回路構成を変化させるための検出電圧の各所定値、及び変化させる主回路１を駆動するインバータ回路２の出力周波数の値は本実施の形態に示したものに限らず、図２に示した実際の周波数特性にあわせ、それぞれの主回路構成を変化させる電圧や周波数を個別に調整、もしくは周波数特性の異なるコイルを用いる場合、切り替える電力値及び主回路１を駆動するインバータ回路２の出力周波数を調整する構成にしてもかまわない。また、主回路１の各所定値Ｖ１〜Ｖ４にヒステリシスを設け、切り替え時に不安定な動作（チャタリング）を防ぐ構成にしてもかまわない。
【００３１】
本実施の形態３では２つのコイルＬ１、Ｌ２と２つのコンデンサＣ１、Ｃ２により主回路１が構成され、コイルＬ１、Ｌ２の接続を変更するためのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、コンデンサＣ１、Ｃ２の接続を変更するためのスイッチＳ４、Ｓ５から構成されている。制御回路３はインバータ回路２の入力電力もしくは入力電圧に応じ、上記スイッチＳ１〜Ｓ５とインバータ回路２を駆動する出力周波数ｆとを制御する。
【００３２】
入力電力（回生電力）Ｐと入力電圧Ｖと各スイッチＳ１からＳ５の動作状況を図６に基づいて説明する。入力電力ＰがＰ１の範囲では、入力電力Ｐが小さく入力電圧が駆動開始電圧の第４の所定値Ｖ４以下となるため、主回路１は動作を停止している。次に、入力電力Ｐが大きくなりＰ２の範囲では、入力電圧Ｖが第４の所定値Ｖ４を越え、制御回路３は第４の所定値Ｖ４を超えたことを検出し、スイッチＳ３、Ｓ４のみオンさせ２つのコイルＬ１、Ｌ２を直列、１つのコンデンサＣ１を接続し、その回路構成で指定される共振周波数ｆ２でインバータ回路２のスイッチングを行う。この場合、それぞれのコイルＬ１、Ｌ２の抵抗値はＲ１、Ｒ２となるが、コイルＬ１、Ｌ２が直列に接続されるために誘導加熱装置の抵抗値は上記抵抗値Ｒ１、Ｒ２が加算された値となる。このため、主回路１は図６の（１）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３３】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ３の範囲では、主回路１の駆動中の入力電圧が第３の所定値Ｖ３を越え、制御回路３は第３の所定値Ｖ３を超えたことを検出し、スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５をオンさせ、２つのコイルＬ１、Ｌ２を直列、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を並列接続し、その回路構成で指定される共振出力周波数ｆ３でインバータのスイッチングを行う。この場合、誘導加熱用コイル部Ｌの周波数特性より、主回路１を駆動するインバータ回路２の出力周波数を下げたことにより、それぞれのコイルＬ１、Ｌ２の抵抗値はＲ３、Ｒ４と小さくなるが、コイルが直列に接続されるために主回路１の抵抗値は上記抵抗値Ｒ３、Ｒ４が加算された値となる。このため、主回路１は図６の（２）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３４】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ４の範囲では、主回路１の駆動中の入力電圧が第２の所定値Ｖ２を越え、制御回路は第２の所定値Ｖ２を超えたことを検出し、スイッチＳ２、Ｓ４をオンさせ、１つのコイルＬ１、１つのコンデンサＣ１を接続し、その回路構成で指定される共振出力周波数ｆ４でインバータのスイッチングを行う。この場合、誘導加熱用コイル部Ｌの周波数特性より、ひとつのコイルＬ１の抵抗値はＲ４となる。このため、主回路１は図６の（３）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３５】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ５の範囲では、主回路１の駆動中の入力電圧が第３の所定値Ｖ３を越えて、制御回路は第３の所定値Ｖ３を超えたことを検出し、スイッチＳ２、Ｓ４、Ｓ５をオンさせ、１つのコイルＬ１、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を接続し、その回路構成の変更に伴い、共振用コンデンサ部Ｃと誘導加熱用コイル部Ｌで指定される共振出力周波数ｆ５でインバータ回路２のスイッチングを行う。この場合、誘導加熱用コイル部Ｌの周波数特性より、ひとつのコイルＬ１の抵抗値はＲ５となる。このため、主回路１は図６の（４）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３６】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ６の範囲では、主回路１の駆動中の入力電圧が第２の所定値Ｖ２を越え、制御回路３は第２の所定値Ｖ２を超えたことを検出し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４をオンさせ、２つのコイルＬ１、Ｌ２を並列、１つのコンデンサＣ１を接続し、その回路構成で指定される共振出力周波数ｆ６でインバータ回路２のスイッチングを行う。この場合、誘導加熱用コイル部Ｌの周波数特性より、それぞれのコイルＬ１、Ｌ２の抵抗値は変化しＲ６，Ｒ７となり主回路１の抵抗値はＲ６、Ｒ７が並列に接続された値となる。このため、主回路１は図６の（５）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３７】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ７の範囲では、主回路１の駆動中の入力電圧が第３の所定値Ｖ３を越え、制御回路２は第３の所定値Ｖ３を超えたことを検出し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ５をオンさせ、２つのコイルＬ１、Ｌ２を並列、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を並列接続し、その回路構成で指定される共振出力周波数ｆ７でインバータ回路２のスイッチングを行う。この場合、誘導加熱用コイル部Ｌの周波数特性より、それぞれのコイルＬ１、Ｌ２の抵抗値は変化しＲ８、Ｒ９となり主回路１の抵抗値はＲ８、Ｒ９が並列に接続された値となる。このため、主回路１は図６の（６）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３８】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ７の範囲を超え、入力電圧が第１の所定値Ｖ１を越えると、主回路１は異常入力電力を検出し、外部に信号を送るなど異常状態を外部回路に連絡し、誘導加熱装置の動作をとめることができる。この際、スイッチＳ１のみオンし、コイルＬ１からインバータ回路２や主回路１が接続される入力機器への逆回生を防ぐことができる。これにより、過入力電力による主回路１のインバータ回路２や、誘導加熱用コイル部Ｌの熱的な故障などを防ぐことができる。
【００３９】
上記のように構成された実施の形態３の電力処理装置によれば、インバータ回路に入力される入力電力の大きさに応じて、誘導加熱用コイル部の抵抗値および共振コンデンサの容量を変更することを組み合わせることにより、主回路の消費電力を細かく調整しているため、主回路によってより一層柔軟に入力電力の変動に対応することができる。
また、共振周波数でインバータ回路の出力周波数は決定されているため、インバータ回路はゼロ電流スイッチングがなされ、インバータ回路での消費電力が抑えられる（損失が最小となる）ため、インバータ回路を冷却するための冷却手段（図示せず）などが小さく小型化でき、電力処理装置の特徴を大きくいかすことができる。
【００４０】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４における電力処理装置の構成を示す図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。制御回路３は、検出された入力電圧に応じて駆動通電率を調整し、インバータ回路２を間欠的に動作させ、電力調整を細かく調整する。そして、制御回路３は、インバータ回路２の出力を停止（ＯＦＦ）している際、スイッチＳ６をＯＮして、インバータ回路２の出力端子間を短絡する。または、スイッチＳ７をＯＮして、インバータ回路２の出力端子を地絡する。
【００４１】
例えば、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とが同容量であり、２個並列接続していた使用状態から、コンデンサＣ２を回路から外し、コンデンサＣ１の１個のみを接続した際、インバータ回路２の出力周波数が倍になるため、主回路１の周波数特性より抵抗値が大きく変化し消費される電力が大きく変化する。よって、このことを調整するために、制御回路３はインバータ回路２を間欠運転となるように通電率を調整することにより消費電力を調整する。たとえば１００ｍｓ中１０ｍｓ停止することで、電力処理装置で消費する電力を０．９倍に、１００ｍｓ中５０ｍｓ停止することで消費する電力を０．５倍に調整する。このように主回路１の消費電力を調整する。
【００４２】
例えば、入力電力が第２の所定値より小さい場合は、インバータ回路２の出力周波数が一番高く設定されているとする。このように、一番高い出力周波数で駆動されていた場合、さらに入力電力が小さくなり、一番高い周波数で駆動された場合の抵抗値よりも、さらに主回路の抵抗値を大きくして消費電力を小さくする必要がある。この場合、上記に示したような間欠的動作を行うことにより、消費電力の調整を行う。
【００４３】
また、上記にて示したように、主回路１の共振周波数を変化させた場合、抵抗値は大きく変化している。この、抵抗値の大きな変化を段階的に変化させるよう調整するために、上記に示したような間欠動作を行うことにより、消費電力を調整することもできる。そして、制御回路３はこの間欠動作によりインバータ回路２が停止している間（通電停止中）には、インバータ回路２の出力端子間が短絡もしくは地絡するよう、スイッチＳ６またはスイッチＳ７のオンを行い、誘導加熱用コイル部Ｌからの回生電力がインバータ回路２に入力され回生されるのを防止する。
【００４４】
上記のように構成された実施の形態４の電力処理装置は、上記実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、インバータ回路を間欠運転させることにより、急激な変化を緩和して対応することができる。尚、制御回路は、間欠運転の出力周波数が可聴領域にならないように主回路を調整し、主回路の抵抗値を調整して消費電力を調整している。
【００４５】
尚、上記実施の形態４においては、上記実施の形態１と同様の構成を例に示したが、これに限られることはなく、他の実施の形態においても同様に制御することは可能であり、本実施の形態４と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 主回路、２ インバータ回路、３ 制御回路、Ｃ 共振用コンデンサ部、
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ、Ｌ 誘導加熱コイル部、Ｌ１，Ｌ２ コイル。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力を有効的に消費することができる電力処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力処理装置は、スイッチング損失を調整するためスイッチング周波数が一定の条件でゼロ電流スイッチングがなされている。そして、負荷の温度を検出し、インバータ回路のスイッチング周波数を調整する。負荷の温度上昇を検知して、加熱部材の過昇温を未然に回避することができ、電力供給を維持するようスイッチング周波数を制御して負荷をウォームアップ終了温度まで昇温する。そして、スイッチング周波数を共振周波数近傍で調整して出力電力量を調整している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ０４／０７４９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電力処理装置は、駆動回路の出力電圧の通電率を調整し出力電力を調整していた。しかし、共振スイッチング状態から外れてしまうため、スイッチングによる損失が発生し、素子の放熱が必要となる。このため、大きな損失が生じ、出力電力のほとんどを誘導加熱により消費するという特徴が失われてしまうという問題点があった。
【０００５】
さらに、常に共振スイッチング状態で操作するために、入力電圧や、入力電力の値に合わせて間欠的に電子抵抗器を動作していた。よって、電子抵抗器の抵抗値と回生電力値とが一致しない場合、外部に雑音など悪影響が生じてしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる電力処理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】
【０００７】
この発明は、誘導加熱用コイル部と共振用コンデンサ部とが直列に接続されてなる主回路と、
主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
制御回路は、インバータ回路の入力に応じて主回路の回路構成を変更して、主回路の共振周波数を変更しインバータ回路の出力周波数を変更された主回路の共振周波数となるようにするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の電力処理装置は、誘導加熱用コイル部と共振用コンデンサ部とが直列に接続されてなる主回路と、
主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
制御回路は、インバータ回路の入力に応じて主回路の回路構成を変更して、主回路の共振周波数を変更しインバータ回路の出力周波数を変更された主回路の共振周波数となるようにするので、
電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１の電力処理装置の構成を示す図である。
【図２】コイルの周波数特性を示した図である。
【図３】この発明の実施の形態１における他の電力処理装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２の電力処理装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３の電力処理装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示した電力処理装置の動作を説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態３の電力処理装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における例えばインバータ回路の内部で電圧もしくは出力電力を検出し、外部回路もしくはモーターなどの外部装置から入力される電力（回生電力）を消費するためにインバータ回路に搭載される回生抵抗器としての電力処理装置の構成を示す図、図２は図１に示した電力処理装置における主回路の周波数特性を示した図、図３はこの発明の実施の形態１における他の電力処理装置の構成を示す図である。
【００１１】
図において、主回路１は共振用コンデンサ部Ｃと誘導加熱用コイル部Ｌとが直列に接続されて構成されている。そして、共振用コンデンサ部ＣはコンデンサＣ１、コンデンサＣ２との複数のコンデンサにて構成されている。また、コンデンサＣ１、Ｃ２のそれぞれの容量は異なるものを用いてもよい。ここでは例えば、コンデンサＣ１＞コンデンサＣ２の容量を有するものとする。そして、各コンデンサＣ１、Ｃ２には、それぞれをオン／オフするためのスイッチＳ４、スイッチＳ５がそれぞれ接続されている。そして、主回路１に交流電流を供給するインバータ回路２と、インバータ回路２を制御する制御回路３とを備える。
【００１２】
そして、制御回路３は、インバータ回路２の入力電力の大きさに応じて主回路１の回路構成を変更して、共振用コンデンサ部Ｃの容量を変更して主回路１の共振周波数を変更し、インバータ回路２の出力周波数ｆ（スイッチング周波数）を、変更させた主回路１の共振周波数に変更するように制御する。この際、制御回路３は、主回路１の消費電力がインバータ回路２の入力電力に近似するように主回路１の共振周波数を変更する。この制御により、主回路１にてインバータ回路２に入力される電力を消費して、インバータ回路２での消費電力を抑制する。また、制御回路３は、共振用コンデンサ部Ｃの容量を変更するために、スイッチＳ４、Ｓ５のオンオフ制御を行うものである。
【００１３】
そして、インバータ回路２に、例えば電源または外部からの回生電力の直流電圧を検出する機能も有するものとする。また、インバータ回路２、主回路１、制御回路３を構成する半導体素子は、例えばＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体素子にて形成する。このようにワイドバンドギャップ半導体素子を用いることにより、通常のシリコン半導体素子と比較すると、電流導通時のロスを抑えるものである。尚、このことは以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。
【００１４】
また、各コンデンサＣ１、Ｃ２にはそれぞれ並列に接続された放電抵抗（図示せず）を備えるようにしてもよい。各コンデンサＣ１、Ｃ２が充電されている状態で制御回路３によりスイッチＳ４、Ｓ５がオフされた場合、各コンデンサＣ１、Ｃ２は充電された状態になっている。この際、放電抵抗が接続されていれば、スイッチＳ４、Ｓ５がオフしても各コンデンサＣ１、Ｃ２の電荷を消費することができる。尚、このことは以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。
【００１５】
次に上記のように構成された実施の形態１の電力処理装置の動作について説明する。まず、コイルの周波数特性を図２に基づいて説明する。図に示すように、コイルの周波数特性は、コイルが周波数ｆ１で駆動したときの抵抗値は抵抗値Ｒ１となり、周波数ｆ２で駆動したときの抵抗値は抵抗値Ｒ２となる。そして、コイルを駆動する周波数を大きくした場合、そのインダクタンス値は小さくなり、抵抗値は大きくなる傾向がある。よって、主回路１のコイルの駆動周波数を調整することにより、コイルの抵抗値を調整することができ、主回路１の消費電力を調整することが可能であることが判る。尚、このことは以下の実施の形態においても同様であるので、その説明は適宜省略する。
【００１６】
このことに基づいて以下の動作を行う。まず、制御回路３は、インバータ回路２に入力される入力電圧が第１の所定値より高いか否かを検出している。そして、この値が第１の所定値より高いことを検出すると、主回路１の抵抗値を小さくして、主回路１の消費電力を大きくする必要があるため、主回路１を駆動するインバータ回路２の出力周波数を低くする。よって、共振周波数を低くするために、共振用コンデンサ部Ｃの容量を大きくする必要があるため、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とが並列に接続されるように、スイッチＳ４、スイッチＳ５の両方をオンする。そして、制御回路３は、共振用コンデンサ部Ｃの容量の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを変化して駆動を制御する。
【００１７】
次に、制御回路３は、入力電圧が第１の所定値より低いことを検出すると、上記の場合より、主回路１の抵抗値を大きくして、主回路１の消費電力を小さくする必要があるため、インバータ回路２の出力周波数を高くする。よって、共振周波数を高くするために、共振用コンデンサ部Ｃの容量を小さくする必要があるため、コンデンサＣ１のみが接続されるように、スイッチＳ４はオンしたまま、スイッチＳ５のみをオフしコンデンサＣ１のみを接続する。そして、制御回路３は、共振用コンデンサ部Ｃの容量の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを変化して駆動を制御する。
【００１８】
次に、さらに電圧が低くなり、制御回路３は、第２の所定値より低いことを検出すると、上記の場合より主回路１の抵抗値をさらに大きくして、主回路１の消費電力をさらに小さくする必要があるため、インバータ回路２の出力周波数をさらに高くする。よって、共振周波数をさらに高くするために、共振用コンデンサ部Ｃの容量をさらに小さくする必要があるため、コンデンサＣ２のみが接続されるように、スイッチＳ５をオンし、スイッチＳ４をオフしてコンデンサＣ１を切り離しコンデンサＣ２のみを接続する。そして、制御回路３は、共振用コンデンサ部Ｃの容量の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを変化して駆動を制御する。
【００１９】
尚、制御回路３は、インバータ回路２の入力電圧にて制御する例を示したが、制御回路３に外部からの信号により上記に示した場合と同様に制御することも可能である。
また、上記に示した、第１の所定値および第２の所定値とは、第１の所定値＞第２の所定値の関係であり、それぞれの値は、電力処理装置の特性、コンデンサの容量などにより適宜設定するものである。また、コンデンサの容量は、コイルとの共振周波数が可聴領域と成らないように選定されている。
【００２０】
上記のように構成された実施の形態１の電力処理装置によれば、インバータ回路に入力される入力電圧の大きさに応じて、共振用コンデンサ部の容量を変更することにより、主回路の消費電力を調整しているため、主回路によって効率よく電力を消費する。
また、インバータ回路の出力周波数は共振周波数と一致するように制御されているため、インバータ回路はゼロ電流スイッチングがなされ、インバータ回路での消費電力が抑えられる（損失が最小となる）ため、インバータ回路を冷却するための冷却手段（図示せず）などが小さく小型化でき、電力処理装置の特徴を大きくいかすことができる。
【００２１】
尚、上記実施の形態１においては、共振用コンデンサ部の容量の変更を、２個のコンデンサを備えるようにして、その接続方法を変更することにより対応する方法を示したが、これに限られることはなく、もちろん３個以上のコンデンサを備える場合も考えられる。また、例えば、図３に示すように、共振用コンデンサ部のコンデンサＣ３として、バリアブルコンデンサを用いるようにすれば、１個でも容量を変更することが可能となる。そして、共振用コンデンサ部の容量を制御するために、制御回路３はスイッチではなく、コンデンサＣ３の容量を制御することにより行うようにすれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。これにより、本実施の形態では段階的に駆動周波数を変化させたが、共振用コンデンサとしてバリアブルコンデンサを用いることにより共振用コンデンサ容量を連続的に変化させることができるため、駆動周波数も共振用コンデンサの静電容量に合わせて連続的に変化させ、主回路を構成するインダクタの抵抗値を調整し、電力処理装置の消費電力を連続的に調整することができる。これにより回生電力と電力処理装置の電力容量を一致させることができるため、電子抵抗器と入力電力の差異により間欠的に電子抵抗が動作するために発生する騒音をなくすことができる。
【００２２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における電力処理装置の構成を示す図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。誘導加熱用コイル部Ｌは、複数のコイルＬ１とコイルＬ２とにて構成されている。ここでは例えば、コイルＬ１＝コイルＬ２の抵抗値およびインダクタンス値を有するものとする。そして、本実施の形態において、これらコイルＬ１、Ｌ２の抵抗値およびインダクタンス値は、駆動周波数が倍、半分と変化しても大きく変化しない周波数領域での駆動周波数および回路構成の変更を想定する。これにより回路構成を直列から単体に変更させた場合、回路構成により決まる駆動周波数は高くなりコイル単体の抵抗値は大きくなるが、接続方法を変更することにより誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値は小さくなる場合を想定する。上記条件以外の場合は、２つのコイルＬ１、Ｌ２の特性により回路構成を変更する検出値や、周波数を調整することにより本実施の形態と同様の効果を得ることができる。そして、各コイルＬ１、Ｌ２の接続方法を設定するため、それぞれの回路をオン／オフするためのスイッチＳ１、スイッチＳ２、スイッチＳ３がそれぞれ接続されている。また、制御回路３は、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値を変更するためには、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３のオンオフ制御を行うものである。
【００２３】
次に、上記のように構成された実施の形態２の電力処理装置の動作について説明する。まず、制御回路３は、インバータ回路２に入力される入力電圧（電力）が第１の所定値より高いか否かを検出している。そして、この値が第１の所定値より高いことを検出すると、主回路１の消費電力を大きくする必要があるため、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値を小さくする。そこで、制御回路３はコイルＬ１とコイルＬ２とが並列に接続されるように、スイッチＳ１、スイッチＳ２をオン、スイッチＳ３をオフする。よって、主回路１の共振周波数は高くなる。そして、制御回路３は、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを高く変化させ制御する。このため、コイルＬ１、Ｌ２の１つあたりの抵抗値は大きくなるが、主回路１は２つのコイルＬ１、Ｌ２が並列に接続される構成となるため、主回路１の抵抗値は小さくなり、大きな電力を消費することができる。
【００２４】
次に、制御回路３は、入力電圧が第１の所定値より低いことを検出すると、上記の場合より主回路１の消費電力を小さくする必要があるため、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値を大きくする。そこで、制御回路３はコイルＬ１のみが接続されるように、スイッチＳ２はオンしたまま、スイッチＳ１およびスイッチＳ３をオフしコイルＬ１のみを接続する。よって、共振周波数が低くなる。そして、制御回路３は、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを変化させ制御する。
【００２５】
次に、さらに電圧が低くなり、制御回路３は、第２の所定値より低いことを検出すると、上記の場合より主回路１の消費電力をさらに小さくする必要があるため、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値をさらに大きくする必要がある。そこで、制御回路３コイルＬ１およびコイルＬ２を直列に接続されるように、スイッチＳ３をオンし、スイッチＳ１およびスイッチＳ２をオフしてコイルＬ１およびコイルＬ２を直列接続する。よって、共振周波数がさらに低くなる。そして、主回路１を駆動するインバータ回路２の出力周波数をさらに低くする。そして、制御回路３は、誘導加熱用コイル部Ｌの抵抗値の変更によって変更された主回路１の共振周波数の変化に合わせインバータ回路２の出力周波数ｆを変化して制御する。このため、コイルＬ１、Ｌ２の１つあたりの抵抗値は小さくなるが、主回路１は２つのコイルＬ１、Ｌ２が直列に接続される構成となるため、主回路１の抵抗値は大きくなり、小さな電力しか消費することができなくなる。
【００２６】
尚、制御回路３は、インバータ回路２の入力電圧にて制御する例を示したが、制御回路３に外部からの信号により上記に示した場合と同様に制御することも可能である。
また、上記に示した、第１の所定値および第２の所定値とは、第１の所定値＞第２の所定値の関係であり、それぞれの値は、電力処理装置の特性、コイルの抵抗値などにより適宜設定するものである。また、コイルの抵抗は、コンデンサとの共振周波数が可聴領域と成らないように選定されている。
【００２７】
上記のように構成された実施の形態２の電力処理装置によれば、インバータ回路に入力される入力電圧の大きさに応じて、誘導加熱用コイル部の接続方法を変更することにより主回路の抵抗値を調整し、主回路の消費電力を調整しているため、主回路によって効率よく電力を消費する。
また、共振周波数でインバータ回路の出力周波数は決定されているため、インバータ回路はゼロ電流スイッチングがなされ、インバータ回路での消費電力が抑えられる（損失が最小となる）ため、インバータ回路を冷却するための冷却手段（図示せず）などが小さく小型化でき、電力処理装置の特徴を大きくいかすことができる。
【００２８】
尚、上記実施の形態２においては、誘導加熱用コイル部の抵抗値の変更を、２個のコイルを備えるようにして、その接続方法を変更することにより対応する方法を示したが、これに限られることはなく、もちろん３個以上のコイルを備える場合も考えられる。
【００２９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３における例えば誘導加熱装置にて成る電力処理装置の構成を示す図、図６は図５に示した電力処理装置の動作を説明するための図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。上記実施の形態１では共振用コンデンサ部Ｃの容量の変更、また、上記実施の形態２では誘導加熱用コイルの抵抗値を変更する場合について示したが、本実施の形態３においては、これらを組み合わせる例について示す。本実施の形態３では、２つのコイルＬ１、Ｌ２の大きさ、インダクタンス値など同じものを用いた場合について説明する。また、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２の容量は同容量のものを想定する。
【００３０】
また、本実施の形態３では、主回路１を切り替える各所定値Ｖ１〜Ｖ４は、上記想定した動作特性曲線（図２）より電圧値を定め、主回路１の構成を変化させる場合について説明する。しかしながら、回路構成を変化させるための検出電圧の各所定値、及び変化させる主回路１を駆動するインバータ回路２の出力周波数の値は本実施の形態に示したものに限らず、図２に示した実際の周波数特性にあわせ、それぞれの主回路構成を変化させる電圧や周波数を個別に調整、もしくは周波数特性の異なるコイルを用いる場合、切り替える電力値及び主回路１を駆動するインバータ回路２の出力周波数を調整する構成にしてもかまわない。また、主回路１の各所定値Ｖ１〜Ｖ４にヒステリシスを設け、切り替え時に不安定な動作（チャタリング）を防ぐ構成にしてもかまわない。
【００３１】
本実施の形態３では２つのコイルＬ１、Ｌ２と２つのコンデンサＣ１、Ｃ２により主回路１が構成され、コイルＬ１、Ｌ２の接続を変更するためのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、コンデンサＣ１、Ｃ２の接続を変更するためのスイッチＳ４、Ｓ５から構成されている。制御回路３はインバータ回路２の入力電力もしくは入力電圧に応じ、上記スイッチＳ１〜Ｓ５とインバータ回路２を駆動する出力周波数ｆとを制御する。
【００３２】
入力電力（回生電力）Ｐと入力電圧Ｖと各スイッチＳ１からＳ５の動作状況を図６に基づいて説明する。入力電力ＰがＰ１の範囲では、入力電力Ｐが小さく入力電圧が駆動開始電圧の第４の所定値Ｖ４以下となるため、主回路１は動作を停止している。次に、入力電力Ｐが大きくなりＰ２の範囲では、入力電圧Ｖが第４の所定値Ｖ４を越え、制御回路３は第４の所定値Ｖ４を超えたことを検出し、スイッチＳ３、Ｓ４のみオンさせ２つのコイルＬ１、Ｌ２を直列、１つのコンデンサＣ１を接続し、その回路構成で指定される共振周波数ｆ２でインバータ回路２のスイッチングを行う。この場合、それぞれのコイルＬ１、Ｌ２の抵抗値はＲ１、Ｒ２となるが、コイルＬ１、Ｌ２が直列に接続されるために誘導加熱装置の抵抗値は上記抵抗値Ｒ１、Ｒ２が加算された値となる。このため、主回路１は図６の（１）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３３】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ３の範囲では、主回路１の駆動中の入力電圧が第３の所定値Ｖ３を越え、制御回路３は第３の所定値Ｖ３を超えたことを検出し、スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５をオンさせ、２つのコイルＬ１、Ｌ２を直列、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を並列接続し、その回路構成で指定される共振出力周波数ｆ３でインバータのスイッチングを行う。この場合、誘導加熱用コイル部Ｌの周波数特性より、主回路１を駆動するインバータ回路２の出力周波数を下げたことにより、それぞれのコイルＬ１、Ｌ２の抵抗値はＲ３、Ｒ４と小さくなるが、コイルが直列に接続されるために主回路１の抵抗値は上記抵抗値Ｒ３、Ｒ４が加算された値となる。このため、主回路１は図６の（２）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３４】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ４の範囲では、主回路１の駆動中の入力電圧が第２の所定値Ｖ２を越え、制御回路は第２の所定値Ｖ２を超えたことを検出し、スイッチＳ２、Ｓ４をオンさせ、１つのコイルＬ１、１つのコンデンサＣ１を接続し、その回路構成で指定される共振出力周波数ｆ４でインバータのスイッチングを行う。この場合、誘導加熱用コイル部Ｌの周波数特性より、ひとつのコイルＬ１の抵抗値はＲ４となる。このため、主回路１は図６の（３）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３５】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ５の範囲では、主回路１の駆動中の入力電圧が第３の所定値Ｖ３を越えて、制御回路は第３の所定値Ｖ３を超えたことを検出し、スイッチＳ２、Ｓ４、Ｓ５をオンさせ、１つのコイルＬ１、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を接続し、その回路構成の変更に伴い、共振用コンデンサ部Ｃと誘導加熱用コイル部Ｌで指定される共振出力周波数ｆ５でインバータ回路２のスイッチングを行う。この場合、誘導加熱用コイル部Ｌの周波数特性より、ひとつのコイルＬ１の抵抗値はＲ５となる。このため、主回路１は図６の（４）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３６】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ６の範囲では、主回路１の駆動中の入力電圧が第２の所定値Ｖ２を越え、制御回路３は第２の所定値Ｖ２を超えたことを検出し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４をオンさせ、２つのコイルＬ１、Ｌ２を並列、１つのコンデンサＣ１を接続し、その回路構成で指定される共振出力周波数ｆ６でインバータ回路２のスイッチングを行う。この場合、誘導加熱用コイル部Ｌの周波数特性より、それぞれのコイルＬ１、Ｌ２の抵抗値は変化しＲ６，Ｒ７となり主回路１の抵抗値はＲ６、Ｒ７が並列に接続された値となる。このため、主回路１は図６の（５）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３７】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ７の範囲では、主回路１の駆動中の入力電圧が第３の所定値Ｖ３を越え、制御回路２は第３の所定値Ｖ３を超えたことを検出し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ５をオンさせ、２つのコイルＬ１、Ｌ２を並列、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を並列接続し、その回路構成で指定される共振出力周波数ｆ７でインバータ回路２のスイッチングを行う。この場合、誘導加熱用コイル部Ｌの周波数特性より、それぞれのコイルＬ１、Ｌ２の抵抗値は変化しＲ８、Ｒ９となり主回路１の抵抗値はＲ８、Ｒ９が並列に接続された値となる。このため、主回路１は図６の（６）の入力電圧−入力電力Ｐの特性上で動作する。
【００３８】
さらに、入力電力Ｐが大きくなりＰ７の範囲を超え、入力電圧が第１の所定値Ｖ１を越えると、主回路１は異常入力電力を検出し、外部に信号を送るなど異常状態を外部回路に連絡し、誘導加熱装置の動作をとめることができる。この際、スイッチＳ１のみオンし、コイルＬ１からインバータ回路２や主回路１が接続される入力機器への逆回生を防ぐことができる。これにより、過入力電力による主回路１のインバータ回路２や、誘導加熱用コイル部Ｌの熱的な故障などを防ぐことができる。
【００３９】
上記のように構成された実施の形態３の電力処理装置によれば、インバータ回路に入力される入力電力の大きさに応じて、誘導加熱用コイル部の抵抗値および共振コンデンサの容量を変更することを組み合わせることにより、主回路の消費電力を細かく調整しているため、主回路によってより一層柔軟に入力電力の変動に対応することができる。
また、共振周波数でインバータ回路の出力周波数は決定されているため、インバータ回路はゼロ電流スイッチングがなされ、インバータ回路での消費電力が抑えられる（損失が最小となる）ため、インバータ回路を冷却するための冷却手段（図示せず）などが小さく小型化でき、電力処理装置の特徴を大きくいかすことができる。
【００４０】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４における電力処理装置の構成を示す図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。制御回路３は、検出された入力電圧に応じて駆動通電率を調整し、インバータ回路２を間欠的に動作させ、電力調整を細かく調整する。そして、制御回路３は、インバータ回路２の出力を停止（ＯＦＦ）している際、スイッチＳ６をＯＮして、インバータ回路２の出力端子間を短絡する。または、スイッチＳ７をＯＮして、インバータ回路２の出力端子を地絡する。
【００４１】
例えば、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とが同容量であり、２個並列接続していた使用状態から、コンデンサＣ２を回路から外し、コンデンサＣ１の１個のみを接続した際、インバータ回路２の出力周波数が倍になるため、主回路１の周波数特性より抵抗値が大きく変化し消費される電力が大きく変化する。よって、このことを調整するために、制御回路３はインバータ回路２を間欠運転となるように通電率を調整することにより消費電力を調整する。たとえば１００ｍｓ中１０ｍｓ停止することで、電力処理装置で消費する電力を０．９倍に、１００ｍｓ中５０ｍｓ停止することで消費する電力を０．５倍に調整する。このように主回路１の消費電力を調整する。
【００４２】
例えば、入力電力が第２の所定値より小さい場合は、インバータ回路２の出力周波数が一番高く設定されているとする。このように、一番高い出力周波数で駆動されていた場合、さらに入力電力が小さくなり、一番高い周波数で駆動された場合の抵抗値よりも、さらに主回路の抵抗値を大きくして消費電力を小さくする必要がある。この場合、上記に示したような間欠的動作を行うことにより、消費電力の調整を行う。
【００４３】
また、上記にて示したように、主回路１の共振周波数を変化させた場合、抵抗値は大きく変化している。この、抵抗値の大きな変化を段階的に変化させるよう調整するために、上記に示したような間欠動作を行うことにより、消費電力を調整することもできる。そして、制御回路３はこの間欠動作によりインバータ回路２が停止している間（通電停止中）には、インバータ回路２の出力端子間が短絡もしくは地絡するよう、スイッチＳ６またはスイッチＳ７のオンを行い、誘導加熱用コイル部Ｌからの回生電力がインバータ回路２に入力され回生されるのを防止する。
【００４４】
上記のように構成された実施の形態４の電力処理装置は、上記実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、インバータ回路を間欠運転させることにより、急激な変化を緩和して対応することができる。尚、制御回路は、間欠運転の出力周波数が可聴領域にならないように主回路を調整し、主回路の抵抗値を調整して消費電力を調整している。
【００４５】
尚、上記実施の形態４においては、上記実施の形態１と同様の構成を例に示したが、これに限られることはなく、他の実施の形態においても同様に制御することは可能であり、本実施の形態４と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 主回路、２ インバータ回路、３ 制御回路、Ｃ 共振用コンデンサ部、
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ、Ｌ 誘導加熱コイル部、Ｌ１，Ｌ２ コイル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱用コイル部と共振用コンデンサ部とが直列に接続されてなる主回路と、
上記主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
上記インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記インバータ回路の入力に応じて上記主回路の回路構成を変更して上記主回路の共振周波数を変更し、上記インバータ回路の出力周波数を変更された上記主回路の共振周波数となるようにすることを特徴とする電力処理装置。
【請求項２】
上記制御回路は、上記主回路の消費電力が上記インバータ回路の入力電力に近似するように上記主回路の共振周波数を変更することを特徴とする請求項１に記載の電力処理装置。
【請求項３】
上記共振用コンデンサ部は、複数個のコンデンサにて構成され、
上記制御回路は、上記複数個のコンデンサの接続方法を変更することにより、上記主回路の回路構成を変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力処理装置。
【請求項４】
上記誘導加熱用コイル部は、複数個のコイルにて構成され、
上記制御回路は、上記複数個のコイルの接続方法を変更することにより、上記主回路の回路構成を変更することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項５】
上記制御回路は、上記インバータ回路の入力電圧に応じて制御を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項６】
上記制御回路は、外部信号に応じて上記主回路の抵抗値を変更するとともに、上記インバータ回路の出力周波数が上記主回路の共振周波数となるように制御することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項７】
上記制御回路は、上記入力に応じて上記主回路の抵抗値を変更するために、上記主回路に間欠的に通電するように上記インバータ回路の出力電力調整を行うことを特徴とした請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項８】
上記インバータ回路または上記主回路または上記制御回路の少なくもいずれか１つは、ワイドバンドギャップ半導体素子を備えることを特徴とした請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項１】
誘導加熱用コイル部と共振用コンデンサ部とが直列に接続されてなる主回路と、
上記主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
上記インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記インバータ回路の入力に応じて上記主回路の回路構成を変更して上記主回路の共振周波数を変更し、上記インバータ回路の出力周波数を変更された上記主回路の共振周波数となるようにすることを特徴とする電力処理装置。
【請求項２】
上記制御回路は、上記主回路の消費電力が上記インバータ回路の入力電力に近似するように上記主回路の共振周波数を変更することを特徴とする請求項１に記載の電力処理装置。
【請求項３】
上記共振用コンデンサ部は、複数個のコンデンサにて構成され、
上記制御回路は、上記複数個のコンデンサの接続方法を変更することにより、上記主回路の回路構成を変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力処理装置。
【請求項４】
上記誘導加熱用コイル部は、複数個のコイルにて構成され、
上記制御回路は、上記複数個のコイルの接続方法を変更することにより、上記主回路の回路構成を変更することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項５】
上記制御回路は、上記インバータ回路の入力電圧に応じて制御を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項６】
上記制御回路は、外部信号に応じて上記主回路の抵抗値を変更するとともに、上記インバータ回路の出力周波数が上記主回路の共振周波数となるように制御することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項７】
上記制御回路は、上記入力に応じて上記主回路の抵抗値を変更するために、上記主回路に間欠的に通電するように上記インバータ回路の出力電力調整を行うことを特徴とした請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項８】
上記インバータ回路または上記主回路または上記制御回路の少なくもいずれか１つは、ワイドバンドギャップ半導体素子を備えることを特徴とした請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【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２０１２−８０７４２（Ｐ２０１２−８０７４２Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２６３９２（Ｐ２０１０−２２６３９２）
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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