JP2007220396A

JP2007220396A - 誘導加熱装置

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Publication number: JP2007220396A
Application number: JP2006037583A
Authority: JP
Inventors: Naoki Uchida; 直喜内田; Kazuhiro Ozaki; 一博尾崎
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】コンパクトで安価、かつ高精度な加熱制御を可能とする誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するための誘導加熱装置１００は、間接加熱源１８０と、前記間接加熱源１８０を誘導加熱するために、相互誘導が加極性となるように近接配置された複数の誘導加熱コイル１５２（１５２ｍ，１５２ｓ）と、前記複数の誘導加熱コイル１５２にそれぞれ接続された非共振型方形波電圧インバータ１３０（１３０ｍ，１３０ｓ）と、前記各インバータ１３０の出力電流が電圧に対して遅れ位相となるように制御すると共に、各インバータ１３０から各誘導加熱コイル１５２に出力される電流の位相を同期または設定された位相差に保つように制御する制御ユニット１６０（１６０ｍ，１６０ｓ）とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、近接して配置した複数の加熱コイルのそれぞれに対応して設けたインバータによって、各加熱コイルに給電する誘導加熱装置に係り、特に半導体基板や液晶基板の熱処理を行う場合に好適な誘導加熱装置に関する。

従来より、工業に用いられる誘導加熱装置、特に高周波電流を加熱コイルへ投入する誘導加熱装置の電源には、共振型インバータが使用されている。共振型インバータとしては、電圧型インバータと呼ばれるインバータを採用した直列共振の回路を構成するインバータが用いられることが多い。直列共振型の回路では、加熱コイルのインダクタンスに配線のインダクタンスを含めて考えることができ、外部配線の影響が少ないため制御特性を考える上で都合が良い。また、直列共振型のインバータでは、自己消弧能力を持つトランジスタが使われることから、制御応答性を良好に保つことが可能となるという利点がある。こうした直列共振型のインバータを用いた誘導加熱装置として、本願出願人は特許文献１に記載の誘導加熱装置を開発している。特許文献１に記載の誘導加熱装置は、従来より問題とされてきた近接して配置された誘導加熱コイル間に生じる相互誘導の影響を抑制し、各誘導加熱コイルによる加熱制御の精度を向上させて間接加熱源を高い精度で均一に加熱することを可能とした装置である。この誘導加熱装置の開発により、誘導加熱コイルを近接させて配置して間接加熱源を加熱する際の加熱制御が容易となり、製品の品質、歩留り等が向上した。

また、低周波（例えば２００Ｈｚ程度）の電流・電圧を用いた誘導加熱技術では、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりインバータの出力電流を制御し、近接配置した誘導加熱コイル間における相互誘導の影響を抑制する技術も提案されているが、ＰＷＭは加熱周波数の約１０倍以上のスイッチング周波数により電力制御を行う手法であるため、ＺＶＳ（Zero Voltage Switching）運転ができない。このため、数十ｋＨｚ以上の高周波の電流・電圧を用いる誘導加熱技術では、ＰＷＭインバータのスイッチング損失が大きくなり、電源装置の大型化、効率の低下、及びコストアップ等の問題がある。

このため、高周波電流を用いた誘導加熱技術では、上述した直列共振型のインバータを有する誘導加熱装置が特に有効であり、半導体や液晶分野等、急速・高精度な温度分布制御を要求される分野において利便性がある。
特表２００５−５２９４７５号公報

上述したように、特許文献１に開示された誘導加熱装置は、間接加熱源に対する温度制御特性が非常に優れている。しかし、上記のような半導体や液晶分野における熱処理等は、清浄化されたクリーンルーム内で行われるため、国内外における工場等のプラント施設の設備事情が鑑みられ、装置の設置スペースの縮小化、安価な装置の提供という課題が課されるようになってきた。

そこで本発明では、近接して配置した誘導加熱コイルを稼動させる上での相互誘導を抑制することが可能であり、かつ、従来に比べて設置スペースを削減することができるコンパクトで安価な誘導加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱装置は、間接加熱源と、前記間接加熱源を誘導加熱するために、相互誘導が加極性となるように近接配置された複数の加熱コイルと、前記複数の加熱コイルにそれぞれ接続された非共振型方形波電圧インバータと、前記各インバータの出力電流が電圧に対して遅れ位相となるように制御すると共に、各インバータから各加熱コイルに出力される電流の位相を同期または設定された位相差に保つように制御する制御ユニットと、を備えることを特徴とする。

また、上記のような構成の誘導加熱装置では、前記間接加熱源は、そのインピーダンスをＲ+ｊωＬで示す時に、Ｒ若しくはωＬの値が０．３Ｒ＜ωＬ＜３Ｒの関係を満たすようにすると良い。このような構成とすることにより、間接加熱源の加熱効率を向上させることができ、非共振型のインバータによっても間接加熱源を急速昇温させることが可能となる。

さらに上記のような構成の誘導加熱装置において前記制御ユニットは、各インバータからの出力電流ゼロクロスを検出し、基準信号または基準となるインバータの出力電流ゼロクロスと前記各インバータからの出力電流ゼロクロスとの位相差を検出し、前記位相差に基づいて各インバータの駆動パルスの出力を制御して各インバータからの出力電流ゼロクロス間の位相が同期または設定された位相差となるように制御することが望ましい。

上記のような構成の誘導加熱装置によれば、複数の加熱コイルを互いに近接させて配置した場合であっても、相互誘導の影響を抑制して運転することができる。また、複数の加熱コイルを近接させて配置することが可能となることより、隣り合う加熱コイルの間に生じていた温度ムラを解消することができる。また、非共振型のインバータを採用して間接加熱源を誘導加熱することにより、インバータと加熱コイルとの間に従来必要とされていた変圧器（トランス）等の共振設備が不要となった。これにより、誘導加熱装置自体の設置スペースを大幅に削減することが可能となる。また、共振設備を削除することにより、装置の製造コストも大幅に削減することが可能となる。

以下、本発明の誘導加熱装置に係る実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の実施形態を示すものであり、主要部を変えない限りにおいて本発明は種々の形態を採るものとする。
まず、図１を参照して本発明の誘導加熱装置に係る第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の誘導加熱装置を示すブロック図である。本実施形態の誘導加熱装置１００は、図１から読み取れるように、近接して配置された複数（本実施形態では説明を簡単にするために２つ）の加熱ユニット１１０（１１０ｍ，１１０ｓ）と、この加熱ユニット１１０によって誘導加熱される間接加熱源１８０とを基本として構成される。

加熱ユニット１１０の構成は、電源部と、この電源部から電力が供給される負荷コイル部１５０（１５０ｍ，１５０ｓ）とに大別することができ、各加熱ユニット１１０には各電源部並びに各負荷コイル部の駆動を制御する制御ユニット１６０（１６０ｍ，１６０ｓ）が接続されている。

本実施形態の電源部は、三相交流電源１１２と、順変換部１１４と、チョッパ回路１２０（１２０ｍ，１２０ｓ）と、逆変換部（インバータ）１３０（１３０ｍ，１３０ｓ）とから構成される。前記三相交流電源１１２は、誘導加熱装置１００全体に電力を供給する主電源の役割を担う。また、前記順変換部１１４は詳細を図示しないが、サイリスタによってブリッジ回路を形成した整流回路であり、前記三相交流電源１１２の出力側に接続されることで交流電流を直流電流へと変換する。なお、前記順変換部１１４の後段には平滑コンデンサ１１６，１１８と、インダクタンス（チョークコイル）１２２から成るフィルタが配されている。また、前記チョッパ回路１２０は、ダイオード１２４、及びトランジスタとダイオードの逆並列接続によって形成したチョップ部１２６とから構成される電圧調整回路であり、前記順変換部１１４の出力側に接続されることで後述するインバータ１３０に供給する電流電圧の大きさを変化させる。チョッパ回路１２０での電圧の調整は、前記チョップ部１２６のオン・オフ制御によりチョッパ回路１２０の通流率を変化させ、チョッパ回路１２０の出力側に設けたコンデンサ１１８の各端部に作用する電圧値を変化させることにより成される。また、前記インバータ１３０は、図２に詳細を示すように、アームが、トランジスタ等の半導体スイッチング素子１３４と、このスイッチング素子１３４に逆並列接続したダイオード１３６から成る半導体スイッチ１３２ａ，１３２ｃと、同じく半導体スイッチ１３２ｂ，１３２ｄとによって構成されるブリッジ回路によって形成される逆変換回路であり、前記チョッパ回路１２０の出力側に接続されることで後述する負荷コイル部１５０に対して交流電流を供給する。

前記インバータ１３０の動作原理は次のようなものである。本実施形態のインバータ１３０では、半導体スイッチ１３２ａ，１３２ｄの組み合わせ（以下、Ａ相という）、あるいは半導体スイッチ１３２ｂ，１３２ｃの組み合わせ（以下、Ｂ相という）にゲートパルスが入力されることにより回路内に電圧が生じる。そして、Ａ相にゲートパルスが入力されると、出力電流は、ａ１〜ａ４の経路に沿って流れることとなり、Ｂ相にゲートパルスが入力されると、出力電流はｂ１〜ｂ４の経路に沿って流れることとなる。本実施形態で採用するインバータ１３０は、電圧型方形波インバータであり、後述する複数の誘導加熱コイル１５２はそれぞれ加極性となるように設けられているため、電流は、電圧に対して全運転範囲で遅れ位相となり、ＺＶＳ運転が行われる。これにより、高周波帯においてもスイッチング電力損失を少なくすることができる。なお、半導体スイッチ１３２としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＳＩＴ（Static Induction Transistor）等を採用することができる。

なお、本実施形態の誘導加熱装置１００では、設置スペースの縮小、設備コストの削減を目的として、前記三相交流電源１１２と前記順変換部１１４とを共通電源として、後段に接続された各回路部を加熱ユニット１１０として並列接続する構成を採用している。

前記負荷コイル部１５０は、加熱コイルである誘導加熱コイル１５２（１５２ｍ，１５２ｓ）を有することを基本とする。また、上述したように、本実施形態の誘導加熱装置１００における誘導加熱コイル１５２ｍ，１５２ｓは、それぞれ、加極性となるように配置されている。また、前記負荷コイル部１５０には、前記誘導加熱コイル１５２と直列に変流器１５４（１５４ｍ，１５４ｓ）が設けられ、前述したインバータ１３０からの出力電流を検出可能な構成とされている。このように、本実施形態の負荷コイル部１５０は、従来の誘導加熱装置と異なり、非共振型の回路を構成する。よって、本実施形態に採用されるインバータ１３０は、非共振型のインバータということになる。

前記制御ユニット１６０は、電力制御部１６４（１６４ｍ，１６４ｓ）と、電力設定器１６２（１６２ｍ，１６２ｓ）と、駆動制御部１６６（１６６ｍ，１６６ｓ）、及び位相検出器１６８（１６８ｍ，１６８ｓ）とより構成される。

前記電力制御部１６４には、前記電力設定器１６２からの出力信号が入力される。電力制御部１６４では、前記電力設定器１６２からの出力信号である設定電力に基づいてチョッパ回路１２０のチョップ部１２６のオン・オフ制御信号となるゲートパルスの長さを調整し、調整後のゲートパルスを前記チョッパ回路（チョップ部１２６）１２０へ出力する。これによりインバータ１３０からの出力電圧が設定される。なお、電力設定器１６２に与える設定電力は、予め定めることができる。

前記駆動制御部１６６には、入力側に接続された前記位相検出器１６８の出力信号が入力される。前記位相検出器１６８には、前記変流器１５４からの出力信号が入力される。図３、図４は、位相検出器１６８によって検出されたインバータ１３０ｍ，１３０ｓからの出力電流の波形と、当該電流を励起する出力電圧の波形を示す図である。

位相検出器１６８は、変流器１５４によって検出されたインバータ１３０の出力電流のゼロクロスを検出し、両者の位相差を求める。図３では、インバータ１３０ｍの出力電流とインバータ１３０ｓの出力電流の位相差はΔθである。位相検出器１６８によって求められた位相差情報（例えば位相差Δθ）は、駆動制御部１６６へと出力される。

駆動制御部１６６は、前記位相検出器１６８によって与えられた位相差情報に基づき、インバータ１３０を構成している半導体スイッチ１３２に出力するゲートパルス（駆動信号）の位相（出力タイミング）を、遅れ位相、あるいは進み位相となるように調整し、前記位相検出器１６８によって検出される位相差がゼロとなるように制御を行う。当該制御は、位相差情報に基づいてゲートパルスの調整値を算出して行っても良いし、フィードバック制御によって行っても良い。

本実施形態の場合、ゲートパルスの調整値を算出し、インバータ１３０ｍの出力電流の波形を基準としてインバータ１３０Ｓの出力電流の波形をインバータ１３０ｍの出力電流の波形に同期させる構成としている。例えば図３に示す波形の場合、インバータ１３０ｓのＡ相に与えるゲートパルスの位相をΔθだけ進ませることにより、インバータ１３０ｓの出力電圧の立上り時間を早め、電圧に追従する電流の立上りを早めることにより、出力電流の位相をインバータ１３０ｍの出力電流の位相に同期させるように制御することで、図４に示す波形のように補正している。

このようにインバータ間の出力電流の同期制御を行うことにより、各加熱ユニット１１０の誘導加熱コイル１５２に対する負荷状態が変化した場合であっても、出力電流は安定した状態を維持することとなるため、各誘導加熱コイル１５２間における相互誘導の状態が変化することを防止することができる。よって、各誘導加熱コイルを近接配置した場合であっても、各誘導加熱コイル１５２に供給する電流は、負荷状態の変化による影響を受けることが無く、温度制御を容易、確実に行えるようになるのである。また、各誘導加熱コイル１５２の近接配置を可能としたことから、各誘導加熱コイル１５２の境界部における温度の低下も防ぐことができるようになる。

このような構成の加熱ユニット１１０によって加熱する間接加熱源１８０について本実施形態では、薄肉に形成したグラファイト等の高抵抗物質としている。さらに言及すると、間接加熱源１８０であるグラファイトにおけるインピーダンスのインダクタンス成分であるＸ_Ｌ（ωＬ）と、抵抗成分であるＲとの比が１：１となるようにグラファイトの形状、肉厚等を設定するようにする。

上記のような誘導加熱装置１００によれば、間接加熱源１８０を効率良く均一に急速加熱することが可能となる。また、このような誘導加熱装置１００によれば、従来の誘導加熱装置に比べ、共振コンデンサやトランス等の共振設備を配置するスペース、及びコストを削減することが可能となり、小型で安価な誘導加熱装置を実現することが可能となる。

以下、上記構成の誘導加熱装置を非共振型とすることができる理由について説明する。
ここで、誘導加熱コイルを間接加熱源に近接して配置した場合には、結合係数が高くなるため、インバータ側から見た負荷コイル部のインピーダンスＸは、グラファイトチューブの自己インダクタンスＬとその抵抗値Ｒによって導き出されるものとほぼ等しくなるといえる。

従来の共振型誘導加熱装置で一般的に間接加熱源とされていたのは、ＳＵＳ等の一般金属である。例えばＳＵＳを円筒状に形成したＳＵＳチューブを間接加熱源として採用する場合、高温加熱による変形等を考慮してその肉厚は３ｍｍ（３ｔ）以上のものが採用される。ここで、一例として５００φ×３ｔのＳＵＳチューブを２０ｋＨｚで誘導加熱する例を挙げると、ＳＵＳチューブの加熱に起因する電力である有効電力（ｉ^２・Ｒ）とＳＵＳチューブの加熱に起因しない電力である無効電力（ｉ^２・Ｘ_Ｌ）との比は１：３０にもなる。つまり、誘導加熱コイルにはＳＵＳチューブを加熱するために実質的に必要とされる電力の３０倍もの電力を投入する必要が生じるのである。このため、従来の誘導加熱装置には、無効電力分の電力を供給するための共振コンデンサが必要とされていたのである。

また、インバータを電圧型とする場合には、共振コンデンサは誘導加熱コイルに直列に配置されることとなる。このとき、誘導加熱装置の共振先鋭度Ｑは

と示すことができるため、誘導加熱コイルの端子電圧を６００〜８００Ｖ程度とした場合には、共振コンデンサの１次側の電圧、すなわちインバータの出力電圧は

で示すことができるため、２０〜２５Ｖ程度となる。このため、誘導加熱コイルとインバータとの間には、インバータの出力電圧と誘導加熱コイルの端子電圧とのマッチングを図るためのトランス等の変圧設備が必要とされていたのである。

これに対し、間接加熱源をグラファイトとした場合、固有抵抗はＳＵＳの約１０倍となる（ＳＵＳの固有抵抗＝約１００μΩ・ｃｍグラファイトの固有抵抗＝約１０００μΩ・ｃｍ）。また、例えばグラファイトを円筒状に形成したグラファイトチューブを間接加熱源として採用する場合、高温加熱による変形等はＳＵＳチューブに比べて少ないため、その肉厚は１／３程度、つまり１ｍｍ（１ｔ）程度とすることができる。したがってＳＵＳチューブを採用する場合と比べた等価抵抗値Ｒは約３０倍となり、グラファイトチューブのインピーダンス成分の比ωＬ：Ｒは、ほぼ１：１となる。このため、数式１によって導き出される有効電力と無効電力との比も略、１：１となり、Ｑ≒１となる。この場合、誘導加熱コイルの端子電圧を６００〜８００Ｖ程度とすると、インバータの出力電圧は、６００〜８００Ｖ程度となる。よって、インバータの出力電圧と誘導加熱コイルの端子電圧とのマッチングを図る必要が無く、トランスや共振コンデンサ等の共振設備が不要となるのである。なお、上記説明において、誘導加熱コイルの端子電圧を６００〜８００Ｖ程度としたのは、コイル配置環境下におけるパッシェン放電の発生の可能性を考慮した場合、誘導加熱コイルに投入する電流の電圧は、上記電圧以下とすることが好ましいことに起因する。

次に、ωＬ＝Ｒの条件にて加熱効率が良好となる理由について説明する。図５に示す模式図において、間接加熱源（導電性物質）に近接して配置したソレノイド状の誘導加熱コイルに電流ｉ_１を流すと、誘導加熱コイルの周囲には磁界が発生し、この磁界によって間接加熱源には誘起電圧Ｖ_２が発生する。

電圧Ｖ_２が間接加熱源に生ずることによって、間接加熱源には電流ｉ_２が流れ、抵抗Ｒ_２の影響により電力Ｗ_２が発生する。図６は、間接加熱源を示す等価回路図である。ここで、電力Ｗ_２は、

と示すことができ、ｉ_２は、

と示すことができる。したがって、数式３を数式４に代入すると、電力Ｗ_２は、

と示すことができる。ここで、数式５に種々の数値を代入した場合、Ｖ_２を一定とする時、Ｗ_２が最大となるのはωＬ＝Ｒとした時となる。したがってωＬ：Ｒ＝１：１とした時に間接加熱源の加熱効率が最も高くなり、共振回路を排除した場合であっても、間接加熱源を急速加熱することが可能となる。なお、間接加熱源の形状、大きさ等を変えることにより抵抗値Ｒ_２が変化した場合であっても、ωＬ_２とＲ_２との関係が、

の範囲内にあれば、間接加熱源に対する電力投入率、すなわち加熱効率は、５６％以上となり、十分な加熱効率を得ることができる。

したがって、上記のような条件を満たすことにより、間接加熱源を所定の温度分布、あるいは均一に急速加熱することができる非共振型の誘導加熱装置が実現し、かつ誘導加熱装置の小型化、低コスト化を図ることができるようになる。なお、本実施形態では、加熱ユニット１１０を２つとして、インバータ１３０ｓの出力電流をインバータ１３０ｍの出力電流に同期させるよう制御していたが、加熱ユニットの数を増やした場合であっても、同様の同期制御を行うことができる。また、本実施形態の誘導加熱装置では、各インバータからの出力電流を同期させるように出力電流を制御する旨記載したが、各インバータからの出力電流がそれぞれ、予め定められた位相差を保つように出力電流を制御した場合であっても、上記と同様に間接加熱源の加熱制御を容易確実に行うことができるようになる。このような制御を行った場合であっても、各インバータからの出力電流は安定した状態を維持することとなるため、各誘導加熱コイル間における相互誘導の状態が変化することを防止することができるからである。

次に、図７を参照して、本発明の誘導加熱装置に係る第２の実施形態について説明する。図７に示す本実施形態の誘導加熱装置の基本的構成は、上述した第１の実施形態の誘導加熱装置と同じである。したがってその機能を同様とする箇所には図１と同一の符号を附してその詳細な説明は省略することとする。なお、本実施形態では、加熱ユニットに対して上位、下位の概念は無いため、符号に対するｍ、ｓ等は附さないこととする。

本実施形態の誘導加熱装置１００は、第１の実施形態と比べ、インバータ１３０からの出力電流の同期制御を行う上での制御形態を異にしたことを特徴としている。すなわち、第１の実施形態の誘導加熱装置では、インバータ１３０ｍの出力電流を基準としてインバータ１３０ｓの出力電流を同期させるように制御していた。これに対し、本実施形態の誘導加熱装置１００では、予め定められた基準信号を基準とし、この基準信号に対して各インバータからの出力電流を同期させるように制御を行うのである。このため、本実施形態の誘導加熱装置１００は、第１の実施形態に係る誘導加熱装置と比べて制御ユニット１６０の構成を異にし、基準信号となる波形を出力するための基準信号発生部１７０を設けることとした。

なお、本実施形態の誘導加熱装置１００における制御ユニット１６０の構成要素については、電力制御部１６４、電力設定器１６２、駆動制御部１６６、及び位相検出器１６８であり、第１の実施形態と変わりは無い。本実施形態では、位相検出器１６８に対して、変流器１５４によって検出されたインバータ１３０からの出力電流の信号に加え、前記基準信号発生部１７０から出力される基準信号が入力されることとなる。

位相検出器１６８では、インバータからの出力電流の波形におけるゼロクロスと、基準信号の波形におけるゼロクロスとを検出して両者間の位相差を求め、求めた位相差情報を駆動制御部１６６へと出力する。駆動制御部１６６では、上述した第１の実施形態と同様に、インバータに与えるゲートパルスを調整し、インバータからの出力電流の波形を基準信号の波形に同期させるように制御が行われる。なお、基準信号発生部１７０から出力される基準信号については、予めその周期を設定することができる。また、いずれかの加熱ユニットからインバータの出力電流を検出し、これに基づいて基準信号を生成する構成としても良い。

このような制御形態を採る誘導加熱装置であっても、上述した第１の実施形態に係る誘導加熱装置と同様の効果を奏することができる。また、このような制御形態を採る本実施形態の誘導加熱装置によれば、各インバータからの出力電流の同期対象が、一括出力される基準信号となるため、加熱ユニットの増減を行う場合であってもその設定等を容易に行うことが可能となる。なお、その他の構成等については第１の実施形態に示した誘導加熱装置と同様である。

次に、図８を参照して本発明の誘導加熱装置に係る第３の実施形態について説明する。本実施形態の誘導加熱装置も、第２の実施形態に係る誘導加熱装置と同様に、その基本的構成は上述した第１の実施形態の誘導加熱装置と同じである。したがってその機能を同様とする箇所には図７に示した符号と同一の符号を図面に附してその詳細な説明は省略することとする。

本実施形態の誘導加熱装置１００も、第１、第２の実施形態に示した誘導加熱装置と比べ、インバータ１３０からの出力電流の同期制御を行う上での制御形態を異にしたことを特徴としている。具体的には、本実施形態の誘導加熱装置１００は、複数の加熱ユニット１１０に接続された制御ユニット１６０に個別に設けられていた位相検出器１６８を単一化する構成を採り、各加熱ユニット１１０に取り付けられた変流器１５４によって検出された各インバータからの出力電流のゼロクロスを一括して検出するようにした。そして、複数のインバータ１３０からの出力電流相互間における位相差の平均値を求め、この平均値に各インバータの出力電流を同期させるように、各加熱ユニット１１０のインバータ１３０に与えるゲートパルスを制御するのである。

このような制御形態を採る誘導加熱装置１００であっても、上述した第１、第２の実施形態に係る誘導加熱装置と同様の効果を奏することができる。なお、その他の構成等については第１の実施形態に示した誘導加熱装置と同様である。

上記実施形態においてはいずれも、負荷コイル部には基本的に誘導加熱コイルのみを設ける旨記載した。しかしながら、誘導加熱コイルの端子電圧を上げたい、換言するならば、インバータの出力電圧を下げたい場合には、負荷コイル部に昇圧コンデンサを設けるようにしても良い。この場合には、インバータからの出力電流の周波数は、共振周波数を外すようにすれば良い。このような構成の誘導加熱装置であっても、従来に比べて小型で低コストな誘導加熱装置とすることができるため、本発明に係る誘導加熱装置とみなすことができる。

また、間接加熱源に関してはいずれの実施形態においてもグラファイトとして説明をしていたが、固有抵抗の高い物質であれば、他の物質によって構成しても良い。間接加熱源を構成する物質の例としては、スチール（鋼）、タングステン、磁性体物質、導電性セラミック、ＧＬＣ（Graphite Like Carbon）、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）等を挙げることができる。なお、いずれの物質で間接加熱源を構成する場合であっても、上記インピーダンス成分における条件を満たすことにより、上述した実施形態と同様に、非共振型のインバータにて有効に加熱されることができることとなる。

本発明の誘導加熱装置に係る第１の実施形態を示す図である。誘導加熱装置におけるインバータの構成及び動作説明のための図である。同期制御を行う前の各インバータからの出力電流の様子を示す図である。同期制御後の各インバータからの出力電流の様子を示す図である。間接加熱源と誘導加熱コイルとの関係の一例を模式的に示した図である。誘導加熱時における間接加熱源の様子を等価回路として示した図である。本発明の誘導加熱装置に係る第２の実施形態を示す図である。本発明の誘導加熱装置に係る第３の実施形態を示す図である。

符号の説明

１００………誘導加熱装置、１１０………加熱ユニット、１１２………三相交流電源、１１４………順変換部、１２０（１２０ｍ，１２０ｓ）………チョッパ回路、１３０（１３０ｍ，１３０ｓ）………インバータ（逆変換部）、１５０（１５０ｍ，１５０ｓ）………負荷コイル部、１５２（１５２ｍ，１５２ｓ）………誘導加熱コイル、１６０（１６０ｍ，１６０ｓ）………制御ユニット、１８０………間接加熱源。

Claims

間接加熱源と、
前記間接加熱源を誘導加熱するために、相互誘導が加極性となるように近接配置された複数の加熱コイルと、
前記複数の加熱コイルにそれぞれ接続された非共振型方形波電圧インバータと、
前記各インバータの出力電流が電圧に対して遅れ位相となるように制御すると共に、各インバータから各加熱コイルに出力される電流の位相を同期または設定された位相差に保つように制御する制御ユニットと、
を備えることを特徴とする誘導加熱装置。
前記間接加熱源は、そのインピーダンスをＲ+ｊωＬで示す時に、Ｒ若しくはωＬの値が
０．３Ｒ＜ωＬ＜３Ｒ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
前記制御ユニットは、各インバータからの出力電流ゼロクロスを検出し、基準信号または基準となるインバータの出力電流ゼロクロスと前記各インバータからの出力電流ゼロクロスとの位相差を検出し、前記位相差に基づいて各インバータの駆動パルスの出力を制御して各インバータからの出力電流ゼロクロス間の位相が同期または設定された位相差となるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導加熱装置。