JP4497409B2

JP4497409B2 - Inverter device for high frequency heating

Info

Publication number: JP4497409B2
Application number: JP2004226216A
Authority: JP
Inventors: 力宮崎; 茂義川嶋
Original assignee: 株式会社ミヤデン
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2024-08-03
Also published as: JP2006050728A

Description

本発明は、例えば高周波誘導加熱装置等に好適に使用可能な高周波加熱用インバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device for high-frequency heating that can be suitably used for a high-frequency induction heating device, for example.

従来、高周波誘導加熱を利用して丸鋸の台金に超硬チップをロウ付けする際に使用されるインバータ装置としては、例えば特許文献１に開示されているように、４個のスイッチング素子をフルブリッジに接続し、この各スイッチング素子にダイオ−ドを直列接続すると共に、ダイオ−ドに抵抗を並列接続したものが知られている。 Conventionally, as an inverter device used when brazing a cemented carbide chip to a circular saw base metal using high-frequency induction heating, for example, as disclosed in Patent Document 1, four switching elements are used. It is known that a full bridge is connected, a diode is connected in series to each of the switching elements, and a resistor is connected in parallel to the diode.

ところが、このインバータ装置は、スイッチング素子に直列接続されているダイオ−ドやスイッチング素子等に電気的特性値のバラツキがあると、並列接続された各スイッチング素子に流れる電流がアンバランスとなり、特定のスイッチング素子に大電流が集中して、該スイッチング素子が破損する場合がある。 However, in this inverter device, if there are variations in the electrical characteristic values of the diodes or switching elements connected in series to the switching elements, the current flowing through the switching elements connected in parallel becomes unbalanced, and A large current concentrates on the switching element, and the switching element may be damaged.

そこで、当出願人は、このような不都合を解消するために、特許文献２に示すインバータ装置を出願した。このインバータ装置は、並列接続された１対のスイッチング素子と、該スイッチング素子にそれぞれ直列接続された整流素子とを備え、スイッチング素子と整流素子との間を薄い銅板で接続すると共に、該銅板の枚数によって各スイッチング素子を流れる電流をバランスさせるようにしたものである。
実開平１−１６２７７９号公報特開２０００−２７８９５７号公報 Therefore, in order to eliminate such inconvenience, the present applicant has applied for an inverter device shown in Patent Document 2. This inverter device includes a pair of switching elements connected in parallel, and a rectifying element connected in series to each of the switching elements, and connects the switching element and the rectifying element with a thin copper plate. The current flowing through each switching element is balanced by the number of sheets.
Japanese Utility Model Publication No. 1-162779 JP 2000-278957 A

しかしながら、このインバータ装置にあっては、銅板の枚数調整によって各スイッチング素子に流れる電流をある程度バランスさせることができるものの、特に高周波の大電流が必要なインバータ装置や着脱可能な加熱コイルとのマッチングが取り難いインバータ装置等において、各スイッチング素子に流れる電流を効果的かつ確実にバランスさせることが難しく、スイッチング素子の破損が依然として生じ易いという問題点を有している。 However, in this inverter device, although the current flowing through each switching element can be balanced to some extent by adjusting the number of copper plates, it is particularly suitable for matching with an inverter device requiring a high frequency high current or a detachable heating coil. In an inverter device or the like that is difficult to remove, there is a problem that it is difficult to effectively and reliably balance the currents flowing through the switching elements, and the switching elements are still easily damaged.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構成により各スイッチング素子に流れる電流を電気的にバランスさせて、各スイッチング素子の破損を確実に防止し得る高周波加熱用インバータ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-frequency circuit that can electrically prevent the current flowing through each switching element with a simple configuration and reliably prevent damage to each switching element. The object is to provide an inverter device for heating.

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、半導体スイッチング素子を有する複数のアームをブリッジ接続して構成されると共に、共通端子と各スイッチング素子との間に電流バランス手段が接続された高周波加熱用インバータ装置であって、前記電流バランス手段は、コアの一方の開口部から挿通されて巻回状態とされる第１導体と、前記コアの他方の開口部から挿通されコア部分において第１導体と流れる電流が逆方向に設定される第２導体と、を備え、前記第１導体と第２導体が略コ字状の銅板で形成され、該銅板の所定位置を折り曲げることにより前記コアの異なる開口部から挿通され得ることを特徴とする。
In order to achieve such an object, the invention according to claim 1 of the present invention is configured by bridge-connecting a plurality of arms each having a semiconductor switching element, and a current balance between the common terminal and each switching element. An inverter device for high-frequency heating to which a means is connected, wherein the current balance means is inserted from one opening of the core to be wound and inserted from the other opening of the core And a second conductor in which a current flowing in the core portion is set in a reverse direction, and the first conductor and the second conductor are formed of a substantially U-shaped copper plate, and a predetermined position of the copper plate is defined. It can be inserted through different openings of the core by bending .

また、請求項２に記載の発明は、前記第１導体と第２導体が積層された複数枚の薄い銅板で形成されると共にその所定の表面が絶縁処理され、前記コアがリングコアで形成されていることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、前記第１導体と第２導体が、その少なくとも一方に当該導体の長さを調整する調整部が設けられていることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is formed of a plurality of thin copper plates in which the first conductor and the second conductor are laminated, and a predetermined surface thereof is insulated, and the core is formed of a ring core. and said that you are. The invention according to claim 3, wherein the first conductor and the second conductor, characterized in that the adjuster is provided for adjusting the length of the at least one on the conductor.

本発明の請求項１に記載の発明によれば、ブリッジ接続された各アームの共通端子と当該各アームの半導体スイッチング素子との間に、コアに逆方向から挿通された第１導体と第２導体からなる電流バランス手段が設けられているため、並列接続状態の各アームに流れる電流が電流バランス手段でバランスされ、大電流時や加熱コイルのマッチング不具合時等に生じ易い電流のアンバランスを電気的に効率良く解消することができて、半導体スイッチング素子の破損を確実に防止することができる。 According to the first aspect of the present invention, the first conductor and the second conductor inserted through the core from the opposite direction between the common terminal of each arm connected in a bridge and the semiconductor switching element of each arm. Since current balancing means consisting of conductors is provided, the current flowing through each arm connected in parallel is balanced by the current balancing means, and electric current imbalance that is likely to occur when there is a large current or heating coil matching failure is Therefore, the semiconductor switching element can be reliably prevented from being damaged.

また、第１導体と第２導体が略コ字状の銅板で形成され、この銅板の所定位置を折り曲げることによりコアの異なる開口部から挿通されるため、略同一形状の銅板を使用して所定形状を有する第１導体と第２導体の作成を簡単に行うことができ、特にコアに巻回状態で挿通される導体の作成を極めて簡単かつ安価に行うことができる。
In addition, the first conductor and the second conductor are formed of a substantially U-shaped copper plate, and are inserted through different openings of the core by bending a predetermined position of the copper plate. The first conductor and the second conductor having a shape can be easily produced, and in particular, the conductor inserted through the core in a wound state can be produced very simply and inexpensively.

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、第１導体と第２導体が、積層された複数枚の薄い銅板で形成されると共にその所定の表面が絶縁処理され、かつコアがリングコアで形成されるため、薄い銅板を積層することで表面を流れる高周波電流の電流容量を十分に確保できると共に、薄板の使用により例えば銅板の折り曲げが容易となって各導体の製造を一層簡単に行うことができ、かつリングコアの使用により電流バランス手段を一層安価に形成することができる。
According to the invention described in claim 2 , in addition to the effect of the invention described in claim 1 , the first conductor and the second conductor are formed of a plurality of laminated thin copper plates and the predetermined conductor is formed. Since the surface is insulated and the core is formed of a ring core, by laminating thin copper plates, it is possible to sufficiently secure the current capacity of high-frequency current flowing on the surface, and the use of thin plates makes it easy to fold copper plates, for example. Thus, each conductor can be manufactured more easily, and the current balance means can be formed at a lower cost by using a ring core.

また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、第１導体と第２導体の少なくとも一方に当該導体の長さを調整する調整部が設けられているため、例えば形状が異なる各導体の長さを調整部により調整して略同一長さに設定でき、電流のバランス特性等を高めることができる。
According to the invention described in claim 3 , in addition to the effect of the invention described in claim 1 or 2 , an adjusting portion for adjusting the length of the conductor is provided in at least one of the first conductor and the second conductor. Therefore, for example, the lengths of the conductors having different shapes can be adjusted to be substantially the same length by adjusting the adjusting section, and the current balance characteristics can be improved.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図５は、本発明に係わる高周波加熱用インバータ装置の一実施形態を示し、図１がその基本回路図、図２が電流バランス手段の一例を示す斜視図、図３がその平面図、図４がその回路図、図５が導体の作成方法の説明図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 to 5 show an embodiment of an inverter device for high-frequency heating according to the present invention, FIG. 1 is a basic circuit diagram thereof, FIG. 2 is a perspective view showing an example of current balance means, and FIG. 3 is a plan view thereof. FIG. 4 is a circuit diagram thereof, and FIG.

図１において、インバータ装置１は、第１アーム２ａ〜第４アーム２ｄからなる４つのアーム２ａ〜２ｄにそれぞれ接続された半導体スイッチング素子としての４個のＩＧＢＴ３ａ〜３ｄを有している。各アーム２ａ〜２ｄは、第１アーム２ａと第２アーム２ｂが直列接続され、第３アーム２ｃと第４アーム２ｄが直列接続されると共に、第１アーム２ａと第３アーム２ｃが直流電源のプラス側の共通端子４ａに接続され、第２アーム２ｂと第４アーム２ｄが直流電源のマイナス側の共通端子４ｂに接続されることにより、フルブリッジ回路１ａを形成している。 In FIG. 1, an inverter device 1 has four IGBTs 3a to 3d as semiconductor switching elements respectively connected to four arms 2a to 2d including a first arm 2a to a fourth arm 2d. In each of the arms 2a to 2d, the first arm 2a and the second arm 2b are connected in series, the third arm 2c and the fourth arm 2d are connected in series, and the first arm 2a and the third arm 2c are connected to a DC power source. The full-bridge circuit 1a is formed by connecting the second arm 2b and the fourth arm 2d to the negative common terminal 4b of the DC power source.

また、第１アーム２ａと第２アーム２ｂの接続点には一方の出力端子５ａが接続され、第３アーム２ｃと第４アーム２ｄの接続点には他方の出力端子５ｂが接続されている。この一対の出力端子５ａ、５ｂには、トランス６の一次側コイルが接続され、このトランス６の二次側コイルにはＣＴや加熱コイル等の負荷７が接続されている。そして、第１アーム２ａと第３アーム２ｃの前記共通端子４ａと、第１アーム２ａのＩＧＢＴ３ａのドレイン間及び第３アーム２ｃのＩＧＢＴ３ｃのドレイン間、第２アーム２ｂと第４アーム２ｄの前記共通端子４ｂと、第２アーム２ｂのＩＧＢＴ３ｂのソース間及び第４アーム２ｄのＩＧＢＴ３ｄのソース間には、電流バランス手段８がそれぞれ設けられている。 One output terminal 5a is connected to the connection point between the first arm 2a and the second arm 2b, and the other output terminal 5b is connected to the connection point between the third arm 2c and the fourth arm 2d. A primary coil of the transformer 6 is connected to the pair of output terminals 5a and 5b, and a load 7 such as a CT or a heating coil is connected to the secondary coil of the transformer 6. The common terminal 4a of the first arm 2a and the third arm 2c, the drain of the IGBT 3a of the first arm 2a, the drain of the IGBT 3c of the third arm 2c, and the common of the second arm 2b and the fourth arm 2d. Current balance means 8 is provided between the terminal 4b and the source of the IGBT 3b of the second arm 2b and between the source of the IGBT 3d of the fourth arm 2d.

この電流バランス手段８は、図２及び図３に示すように、例えば１個のリングコア９と、このリングコア９の孔９ａ内に挿通され各アーム２ａ〜２ｄ（アーム２ｂ、２ｄは図示せず）を形成する第１導体１０及び第２導体１１からなる差動トランスで形成されている。すなわち、第１アーム２ａと第３アーム２ｃを形成する導体１０、１１を後述する如く銅板の折り曲げにより形成し、導体１０（第１導体）は、共通端子４ａから下方に引き出されてコアとしてのリングコア９の孔９ａにその一方（下方）の開口側から他方（上方）の開口側に向けて挿通され、その先端部がＩＧＢＴ３ａの端子に接続された銅板１３に接続されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the current balance means 8 is inserted into, for example, one ring core 9 and a hole 9a of the ring core 9, and the arms 2a to 2d (the arms 2b and 2d are not shown). The first and second conductors 10 and 11 form a differential transformer. That is, the conductors 10 and 11 forming the first arm 2a and the third arm 2c are formed by bending a copper plate as will be described later, and the conductor 10 (first conductor) is drawn downward from the common terminal 4a as a core. The hole 9a of the ring core 9 is inserted from one (lower) opening side to the other (upper) opening side, and its tip is connected to a copper plate 13 connected to a terminal of the IGBT 3a.

また、導体１１（第２導体）は、共通端子４ａから下方に引き出されてリングコア９の上方の開口側から下方の開口側に向けて孔９ａに挿通され、その先端部がＩＧＢＴ３ｃの端子に接続された銅板１４に接続されている。つまり、図４に示すように、導体１０がリングコア９にループ状に１回巻回状態とされると共に導体１１がリングコアの孔９ａを貫通する状態とされ、これにより、各導体１０、１１のリングコア９の孔９ａ挿通部分に流れる電流が逆方向となって、後述する如く各導体１０、１１を流れる電流がバランスされることになる。 The conductor 11 (second conductor) is drawn downward from the common terminal 4a and inserted into the hole 9a from the upper opening side of the ring core 9 toward the lower opening side, and the tip thereof is connected to the terminal of the IGBT 3c. The copper plate 14 is connected. That is, as shown in FIG. 4, the conductor 10 is wound around the ring core 9 in a loop and the conductor 11 passes through the hole 9 a of the ring core. The current flowing through the hole 9a insertion portion of the ring core 9 is in the opposite direction, and the current flowing through the conductors 10 and 11 is balanced as will be described later.

なお、前記導体１０、１１は、図３に拡大して示すように、板厚が０．３〜１ｍｍ程度で幅が１０〜２０ｍｍ程度で、かつその表面が絶縁塗料等の塗布により絶縁処理１７された薄い銅板１５を複数枚（図では２枚）積層することによって形成されることが好ましいが、例えば薄い銅板１５を積層した後にその外周面の所定位置に絶縁テープ等を巻回して絶縁処理することも勿論可能である。また、導体１０、１１としては、積層された銅板１５に限らず、一枚ものの銅板でも良い。
The conductors 10 and 11 have a plate thickness of about 0.3 to 1 mm and a width of about 10 to 20 mm as shown in an enlarged view of FIG. The thin copper plate 15 is preferably formed by laminating a plurality (two in the figure). For example, after laminating the thin copper plate 15, an insulating tape or the like is wound around a predetermined position on the outer peripheral surface to insulate the thin copper plate 15. Of course, it is also possible. The conductors 10 and 11 are not limited to the laminated copper plates 15 but may be a single copper plate .

そして、導体１０、１１は、図５に示すように作成される。すなわち、先ず、図５（ａ）に示すように、コア通通部１０ａ、１１ａとその両端部の引出部１０ｂ、１１ｂとで平面視略コ字状の銅板１５ａ、１５ｂを、プレス加工等により打ち抜き加工すると共に引出部１０ｂ、１１ｂ先端の固定部１６に固定孔１６ａを穿設し、この固定部１６を除く各銅板１５ａ、１５ｂの表面に前述した絶縁処理１７を施す。この時、銅板１５ａ、１５ｂのコア挿通部１０ａ、１１ａの寸法Ｗは同一に設定し、引出部１０ｂ、１１ｂの寸法Ｌ１、Ｌ２は銅板１５ａの方を所定寸法長く（Ｌ１＝Ｌ２＋α）設定する。 And the conductors 10 and 11 are produced as shown in FIG. That is, first, as shown in FIG. 5 (a), the copper plates 15a and 15b having a substantially U shape in plan view are punched out by pressing or the like between the core passing portions 10a and 11a and the leading portions 10b and 11b at both ends. In addition to processing, a fixing hole 16a is formed in the fixing portion 16 at the tip of the lead-out portions 10b and 11b, and the insulation treatment 17 described above is applied to the surfaces of the copper plates 15a and 15b excluding the fixing portion 16. At this time, the dimensions W of the core insertion portions 10a and 11a of the copper plates 15a and 15b are set to be the same, and the dimensions L1 and L2 of the lead-out portions 10b and 11b are set longer than the copper plate 15a by a predetermined dimension (L1 = L2 + α).

次に、この銅板１５ａ、１５ｂの各引出部１０ｂ、１１ｂを（ａ）に示す折曲線１８に沿ってそれぞれ矢印の如く折り曲げ、すなわち、銅板１５ａは各引出部１０ｂをそれぞれ内側方向に折り曲げ、銅板１５ｂは各引出部１１ｂを外側方向に折り曲げて（ｂ）に示す形状に設定する。これにより、リングコア９の孔９ａへのコア挿通部１０ａ、１１ａが同一方向に指向した一対の銅板１５ａ、１５ｂが形成され、この銅板１５ａ、１５ｂの各引出部１０ｂ、１１ｂの先端部を折曲線１９にそって９０度折り曲げることにより、（ｃ）に示すように固定部１６が形成される。 Next, the lead portions 10b and 11b of the copper plates 15a and 15b are bent as shown by arrows along the folding line 18 shown in FIG. 4A. That is, the copper plate 15a bends the lead portions 10b inward. 15b bends each drawer | drawing-out part 11b to an outer side direction, and sets it to the shape shown to (b). As a result, a pair of copper plates 15a and 15b in which the core insertion portions 10a and 11a into the holes 9a of the ring core 9 are oriented in the same direction is formed, and the leading ends of the lead portions 10b and 11b of the copper plates 15a and 15b are bent. By bending 90 degrees along 19, the fixing portion 16 is formed as shown in FIG.

そして、このように形成された銅板１５ａ、１５ｂのコア挿通部１０ａ、１１ａを、図２に示すように対向させた状態で、上下の固定部１６を共通端子４ａと銅板１３、１４に図示しないねじで固定すると共に、対向状態のコア挿通部１０ａ、１１ａの外側に、リングコア９を配置する。この時、リングコア９は、例えば直径位置で二分割されており、銅板１５ａ、１５ｂのコア挿通部１０ａ、１１ａに外側から被せる状態で配置し、その後分割されたリングコア９の接合部を接着すること等により、１個のリングコア９が銅板１５ａ、１５ｂのコア挿通部１０ａ、１１ａの外側、つまりコア挿通部１０ａ、１１ａがリングコア９の孔９ａを挿通した状態で配置されることになる。 Then, with the core insertion portions 10a and 11a of the copper plates 15a and 15b thus formed facing each other as shown in FIG. 2, the upper and lower fixing portions 16 are not shown on the common terminal 4a and the copper plates 13 and 14. While fixing with a screw, the ring core 9 is arrange | positioned on the outer side of the core insertion parts 10a and 11a of an opposing state. At this time, the ring core 9 is, for example, divided into two at the diameter position, and is arranged in a state of covering the core insertion portions 10a, 11a of the copper plates 15a, 15b from the outside, and then the bonded portions of the divided ring cores 9 are bonded. For example, one ring core 9 is arranged outside the core insertion portions 10a and 11a of the copper plates 15a and 15b, that is, the core insertion portions 10a and 11a are inserted through the holes 9a of the ring core 9.

なお、この例では、リングコア９を二分割して予め対向配置した銅板１５ａ、１５ｂのコア挿通部１０ａ、１１ａの外側に接着配置したが、例えば一対の銅板１５ａ、１５ｂのうち少なくとも銅板１５ａのコア挿通部１０ａに予めリングコア９を挿通させた状態で折り曲げ、この銅板１５ａに挿通配置されたリングコア９の孔９ａに折り曲げ形成した銅板１５ｂのコア挿通部１１ａを挿通させて、銅板１５ａ、１５ｂのコア挿通部１０ａ、１１ａにリングコア９を配置することもできるし、両銅板１５ａ、１５ｂのコア挿通部１０ａ、１１ａにリングコア９の孔９ａを挿通した状態で銅板１５ａ、１５ｂを折り曲げることもできる。また、銅板１５ａ、１５ｂの折り曲げは、複数枚の銅板１５を積層した状態で折り曲げることが、作業性や折り曲げ精度の面から好ましい。 In this example, the ring core 9 is divided into two parts and bonded to the outside of the core insertion portions 10a and 11a of the copper plates 15a and 15b that are previously arranged opposite to each other. For example, at least the core of the copper plate 15a of the pair of copper plates 15a and 15b The core of the copper plates 15a and 15b is inserted by bending the core insertion portion 11a of the copper plate 15b that is bent and formed in the hole 9a of the ring core 9 inserted and arranged in the copper plate 15a. The ring core 9 can be disposed in the insertion portions 10a and 11a, and the copper plates 15a and 15b can be bent in a state where the holes 9a of the ring core 9 are inserted into the core insertion portions 10a and 11a of the copper plates 15a and 15b. Moreover, it is preferable from the surface of workability | operativity or a bending precision that the copper plates 15a and 15b be bent in the state which laminated | stacked the several copper plate 15. FIG.

さらに、リングコア９の外径や幅及び孔９ａの内径は、導体１０、１１を流れる電流値の大きさ、すなわちインバータ装置１の出力に応じて所定値に設定され、この時、リングコア９は単体の使用に限らず、例えば同一形状もしくは異なる形状の複数個のリングコア９を並設状態で設けることも勿論可能であるし、インバータ装置１の各アーム２ａ〜２ｄのＩＧＢＴ３ａ〜３ｄも１個の使用に限らず、図１に示すように複数個（図では２個）並列接続することもできる。 Further, the outer diameter and width of the ring core 9 and the inner diameter of the hole 9a are set to predetermined values according to the magnitude of the current value flowing through the conductors 10 and 11, that is, the output of the inverter device 1, and at this time, the ring core 9 is a single unit. Of course, it is possible to provide a plurality of ring cores 9 of the same shape or different shapes in parallel, for example, and the IGBTs 3a to 3d of the arms 2a to 2d of the inverter device 1 are also used as one. Not limited to this, a plurality (two in the figure) can be connected in parallel as shown in FIG.

また、図１に示すＩＧＢＴ３ａ〜３ｄのゲートには所定の発振回路（他励もしくは自励）等からなる図示しないドライブ回路が接続されており、このドライブ回路のドライブ信号（バイアス）によりＩＧＢＴ３ａ〜３ｄがオン・オフして、出力端子５ａ、５ｂ間に所定の高周波電流が得られるようになっている。また、第２アーム２ｂと第４アーム２ｄのソース側には、トランス式の電流検出器２０がそれぞれ接続され、各アーム２ａ〜２ｄに異常電流が流れた場合にこれを検出し、前記ドライブ回路を直ちに停止させてＩＧＢＴ３ａ〜３ｄのオン・オフ動作を停止（電流供給を遮断）するようになっている。 Further, a drive circuit (not shown) composed of a predetermined oscillation circuit (separately excited or self-excited) is connected to the gates of the IGBTs 3a to 3d shown in FIG. 1, and the IGBTs 3a to 3d are driven by a drive signal (bias) of the drive circuit. Is turned on / off, and a predetermined high-frequency current is obtained between the output terminals 5a and 5b. Also, transformer-type current detectors 20 are connected to the source sides of the second arm 2b and the fourth arm 2d, respectively, and when an abnormal current flows through each arm 2a to 2d, this is detected, and the drive circuit Is immediately stopped to stop the on / off operation of the IGBTs 3a to 3d (cut off the current supply).

また、インバータ装置１の前記共通端子４ａ、４ｂ間には、各アーム２ａ〜２ｄに所定の電荷（電力）を供給する電解コンデンサ２１が接続されると共に、インバータ装置１の異常時等に電解コンデンサ２１の電荷を放電させる抵抗２２とダイオード２３の直列回路が接続されている。 An electrolytic capacitor 21 for supplying a predetermined charge (electric power) to the arms 2a to 2d is connected between the common terminals 4a and 4b of the inverter device 1, and an electrolytic capacitor is provided when the inverter device 1 is abnormal. A series circuit of a resistor 22 for discharging the electric charge 21 and a diode 23 is connected.

次に、前記電流バランス手段８を使用したインバータ装置１の動作について説明する。ＩＧＢＴ３ａ、３ｄ及びＩＧＢＴ３ｂ、３ｃの各ゲ−トとソ−ス間に、前記ドライブ回路から所定のドライブ信号が印加されると、各ＩＧＢＴ３ａ〜３ｄがオンし、ＩＧＢＴ３ａ、３ｄのオンにより、直流電源の共通端子４ａから、電流が第１アーム２ａ、トランス６の一次側コイル、第４アーム２ｄを介して共通端子４ｂに流れる。 Next, the operation of the inverter device 1 using the current balance means 8 will be described. When a predetermined drive signal is applied between the gates and the sources of the IGBTs 3a and 3d and the IGBTs 3b and 3c from the drive circuit, the IGBTs 3a to 3d are turned on. Current flows from the common terminal 4a to the common terminal 4b via the first arm 2a, the primary coil of the transformer 6, and the fourth arm 2d.

また、ドライブ信号により、ＩＧＢＴ３ｂ、３ｃがオンすると、共通端子４ａから、電流が第３アーム２ｃ、トランス６の一次側コイル、第２アーム２ｂを介して共通端子４ｂに流れ、この時、トランス６の一次側を流れる電流の向きは、ＩＧＢＴ３ａ、３ｄがオンした場合と逆方向となる。そして、ＩＧＢＴ３ａ、３ｄとＩＧＢＴ３ｂ、３ｃとを交互にオン・オフさせることにより、トランス６の一次側に逆方向の電流が交互に流れて、該トランス６の二次側に高周波の正弦波形が出力され、この高周波電流がＣＴ等により大電流に変換されて加熱コイルに供給され、加熱コイルから発せられる磁束によってワークが例えば誘導加熱される。 When the IGBTs 3b and 3c are turned on by the drive signal, a current flows from the common terminal 4a to the common terminal 4b via the third arm 2c, the primary coil of the transformer 6, and the second arm 2b. The direction of the current flowing through the primary side is opposite to that when the IGBTs 3a and 3d are turned on. Then, by alternately turning on and off the IGBTs 3a and 3d and the IGBTs 3b and 3c, a reverse current flows alternately on the primary side of the transformer 6, and a high-frequency sine waveform is output on the secondary side of the transformer 6. The high-frequency current is converted into a large current by CT or the like and supplied to the heating coil, and the work is induction-heated, for example, by the magnetic flux generated from the heating coil.

この時、インバータ装置１の４つのアーム２ａ〜２ｄを流れる電流は、電流バランス手段８によって第１アーム２ａと第３アーム２ｃ及び第２アーム２ｂと第４アーム２ｄを流れる電流が略同一にバランスされる。すなわち、直流電源のプラス側の共通端子４ａ及びマイナス側の共通端子４ｂと、各アーム２ａ〜２ｄのＩＧＢＴ３ａ〜３ｄ間に差動トランスからなる電流バランス手段８が直列状態で接続されていることから、例えば一対のアーム２ａ、２ｃ（もしくはアーム２ｂ、２ｄ）の各銅板１５に流れる電流値の大きさが相違する場合、大きな電流値が流れる銅板１５に対しては電流バランス手段８が電流の増大を抑制する抵抗として作用し、小さな電流が流れる銅板１５に対しては電流バランス手段８が電流を増大させる起電力を発生させる。 At this time, the current flowing through the four arms 2a to 2d of the inverter device 1 is balanced by the current balance means 8 so that the current flowing through the first arm 2a and the third arm 2c and between the second arm 2b and the fourth arm 2d is substantially the same. Is done. That is, the current balance means 8 comprising a differential transformer is connected in series between the positive common terminal 4a and the negative common terminal 4b of the DC power source and the IGBTs 3a to 3d of the arms 2a to 2d. For example, when the magnitudes of the current values flowing through the copper plates 15 of the pair of arms 2a and 2c (or arms 2b and 2d) are different, the current balance means 8 increases the current with respect to the copper plate 15 through which a large current value flows. For the copper plate 15 through which a small current flows, the current balance means 8 generates an electromotive force that increases the current.

そして、共通端子４ａと共通端子４ｂにそれぞれ電流バランス手段８が接続されていることから、一対の電流バランス手段８により４つの各アーム２ａ〜２ｄを流れる電流がそれぞれバランスされる状態となる。この時、導体１０、１１として積層された複数枚の銅板１５が使用されることから、高周波電流が各銅板１５の表層を流れる状態となり、所定電流容量の導体１０、１１が容易に得られると共に、フルブリッジのインバータ装置１の各アーム２ａ〜２ｄ（各ＩＧＢＴ３ａ〜３ｄ）を流れる電流値が略同一にバランスされ、特に高周波でハイパワータイプのインバータ装置１等に発生し易い、電流のアンバランスが効果的に解消されることになる。 Since the current balance means 8 is connected to the common terminal 4a and the common terminal 4b, the current flowing through the four arms 2a to 2d is balanced by the pair of current balance means 8. At this time, since a plurality of copper plates 15 stacked as the conductors 10 and 11 are used, a high-frequency current flows through the surface layer of each copper plate 15, and the conductors 10 and 11 having a predetermined current capacity can be easily obtained. The current values flowing through the arms 2a to 2d (the respective IGBTs 3a to 3d) of the full-bridge inverter device 1 are balanced substantially the same, and current unbalance that is likely to occur particularly in the high-power type inverter device 1 and the like at a high frequency. Is effectively resolved.

このように上記実施形態のインバータ装置１によれば、フルブリッジに接続された４つのアーム２ａ〜２ｄのうち、並列状態の１対のアーム２ａ、２ｃのＩＧＢＴ３ａ、３ｃ間及びアーム２ｂ、２ｄのＩＧＢＴ３ｂ、３ｄと、直流電源のプラス側の共通端子４ａ及びマイナス側の共通端子４ｂ間に電流バランス手段８を設けているため、各アーム２ａ〜２ｄに流れる電流をバランスさせることができて、電流のアンバランス（過電流）による各ＩＧＢＴ３ａ〜３ｄの焼損等の破損を防止することができる。 As described above, according to the inverter device 1 of the above embodiment, among the four arms 2a to 2d connected to the full bridge, the pair of arms 2a and 2c in the parallel state between the IGBTs 3a and 3c and the arms 2b and 2d Since the current balance means 8 is provided between the IGBTs 3b and 3d and the positive common terminal 4a and the negative common terminal 4b of the DC power supply, the current flowing through the arms 2a to 2d can be balanced, It is possible to prevent damage such as burning of the IGBTs 3a to 3d due to the unbalance (overcurrent).

特に、電流バランス手段８がリングコア９の孔９ａに薄い銅板１５を複数枚積層させた導体１０、１１を、逆方向から貫通させた差動トランスで形成されていることから、この差動トランスの起電力や抵抗によって電流のアンバランスを効果的に解消でき、高周波でハイパワータイプのインバータ装置１等に生じ易い電流のアンバランスに的確に対応することができる。 In particular, the current balance means 8 is formed by a differential transformer in which conductors 10 and 11 in which a plurality of thin copper plates 15 are stacked in the hole 9a of the ring core 9 are penetrated from the opposite direction. The current imbalance can be effectively eliminated by the electromotive force and the resistance, and the current imbalance that is likely to occur in the high-power type inverter device 1 and the like at high frequencies can be dealt with accurately.

また、各導体１０、１１が略コ字状の銅板１５で形成され、この銅板１５の所定位置を屈曲させることによりコア挿通部１０ａ、１１ａと引出部１０ｂ、１１ｂを形成して、コア挿通部１０ａ、１１ａがリングコア９の孔９ａの異なる開口側から挿通されるため、略同一形状の銅板１５を使用して所定形状を有する第１導体１０と第２導体１１の製造を簡単に行うことができ、特にリングコア９に巻回状態で挿通される一方の導体１０の製造を極めて簡単かつ安価に行うことができる。また、導体１０と導体１１が、積層された複数枚の薄い銅板１５で形成されると共にその所定の表面が絶縁処理されるため、例えば銅板１５の折り曲げが容易となって各導体１０、１１の製造を一層簡単かつ安価に行うことができる。
The conductors 10 and 11 are each formed of a substantially U-shaped copper plate 15, and core insertion portions 10 a and 11 a and lead portions 10 b and 11 b are formed by bending predetermined positions of the copper plate 15. Since 10a and 11a are inserted from different opening sides of the hole 9a of the ring core 9, it is possible to easily manufacture the first conductor 10 and the second conductor 11 having a predetermined shape by using the copper plate 15 having substantially the same shape. In particular, it is possible to manufacture the one conductor 10 inserted into the ring core 9 while being wound in a very simple and inexpensive manner. Further, since the conductor 10 and the conductor 11 are formed of a plurality of laminated thin copper plates 15 and the predetermined surfaces thereof are insulated , for example, the copper plate 15 can be easily bent, and the conductors 10 and 11 are Manufacturing can be performed more easily and inexpensively.

また、導体１０、１１のコア挿通部１０ａ、１１ａが挿通されるリングコア９が、二分割されて予め所定形状に形成された核導体１０、１１のコア挿通部１０ａ、１１ａに外側から被せる状態で配置されるため、各導体１０、１１のリングコア９の孔９ａへの挿通作業を簡単に行うことができ、これらのことから、導体１０、１１の製造コストの低減化を図ることができると共に、組み付けコストやメンテナンスコストの低減化及びＩＧＢＴ３ａ〜３ｄの破損防止による部品コストの低減化等が図れて、例えばハイパワータイプのインバータ装置１や加熱コイルが着脱可能で加熱コイルとのマッチング不良が発生し易いタイプのインバータ装置１であっても、安価で故障の少ない高性能な装置を容易に提供することが可能となる。 In addition, the ring core 9 through which the core insertion portions 10a and 11a of the conductors 10 and 11 are inserted is divided into two parts so that the core insertion portions 10a and 11a of the core conductors 10 and 11 formed in advance in a predetermined shape are covered from the outside. Therefore, it is possible to easily insert the conductors 10 and 11 into the holes 9a of the ring core 9, and from these, the manufacturing cost of the conductors 10 and 11 can be reduced. Reduction of assembly cost and maintenance cost and reduction of parts cost by preventing damage of IGBTs 3a to 3d can be achieved. For example, high power type inverter device 1 and heating coil can be attached and detached, resulting in poor matching with heating coil. Even the easy type inverter device 1 can easily provide a high-performance device that is inexpensive and has few failures.

さらに、各アーム２ａ〜２ｄのＩＧＢＴ３ａ〜３ｄを複数個並列接続し、各アーム２ａ〜２ｄに流れる電流値を増大させるようにすれば、ハイパワータイプのインバータ装置１に一層容易に適用することができる。また、例えばリングコア９に、図示しない巻線を巻回し、この巻線に誘起される電流を検出して電流バランス手段８に異常検出機能を兼用させるようにすれば、直流電源の共通端子４ａ、４ｂ側に設けた電流バランス手段８により異常電流を素早く検出できて、ＩＧＢＴ３ａ〜３ｄの破損等を一層確実に防止できると共に、電流バランス手段８に異常電流の検出機能を兼用できて、コスト安価な異常検出装置を得ることができる。 Furthermore, if a plurality of IGBTs 3a to 3d of each arm 2a to 2d are connected in parallel to increase the current value flowing through each arm 2a to 2d, it can be more easily applied to the high power type inverter device 1. it can. Further, for example, if a winding (not shown) is wound around the ring core 9 and a current induced in the winding is detected so that the current balance means 8 also has an abnormality detection function, the DC power supply common terminal 4a, Abnormal current can be quickly detected by the current balance means 8 provided on the 4b side, damage to the IGBTs 3a to 3d can be more reliably prevented, and the current balance means 8 can also be used as an abnormal current detection function, so that the cost is low. An abnormality detection device can be obtained.

図６は、電流バランス手段８を構成する導体１０、１１の変形例を示す構成図である。以下、上記実施形態と同一部位には同一符号を付して説明する。この例の電流バランス手段８の導体１０、１１は、例えば導体１１を引出部１１ｂとコア挿通部１１ａとに分割し、これらをねじ２４（もしくは溶接）で接続固定すると共に、引出部１１ｂに長さ調整部２５を設けることで、導体１１全体の長さを長くして導体１０の長さに近づけるようにした点にある。 FIG. 6 is a configuration diagram showing a modification of the conductors 10 and 11 constituting the current balance means 8. Hereinafter, the same parts as those in the above embodiment will be described with the same reference numerals. The conductors 10 and 11 of the current balance means 8 of this example are, for example, divided the conductor 11 into a lead portion 11b and a core insertion portion 11a, which are connected and fixed by screws 24 (or welding), and long to the lead portion 11b. By providing the height adjusting portion 25, the length of the entire conductor 11 is increased so as to approach the length of the conductor 10.

この例の場合、導体１０についても複数に分割してねじや溶接で固定するようにしても良く、導体１０と導体１１の少なくとも一方に当該導体の長さを調整する調整部２５が設けられていることから、互いの形状が異なる各導体１０、１１の長さを、長さ調整部２５により調整して略同一長さに設定でき、例えば電流バランス手段８による電流のバランス特性をより高めることができる。 In the case of this example, the conductor 10 may also be divided into a plurality of parts and fixed by screws or welding, and at least one of the conductor 10 and the conductor 11 is provided with an adjustment unit 25 for adjusting the length of the conductor. Therefore, the lengths of the conductors 10 and 11 having different shapes can be adjusted to the substantially same length by adjusting the length adjusting unit 25, and for example, the current balance characteristic by the current balance means 8 can be further improved. Can do.

なお、上記実施形態においては、インバータ装置１が、４つのアーム２ａ〜２ｄを有する１つのフルブリッジ回路１ａである場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばハーフブリッジのインバータ装置にも適用できるし、あるいはブリッジ回路１ａを図１の二点鎖線で示すように、１ａ、１ｂ・・と複数組並列接続したインバータ装置１にも適用できる。このフルブリッジ回路１ａ、１ｂを複数組並設する場合は、各フルブリッジ回路１ａ、１ｂの各アームに電流バランス手段８をそれぞれ設ければ良く、またこの場合、各フルブリッジ回路１ａ、１ｂの入力側に所定数の電流バランス手段を入力合成回路として設けたり、各フルブリッジ回路１ａ、１ｂの出力側に所定数の電流バランス手段を出力合成回路として設けることもできる。 In addition, in the said embodiment, although the case where the inverter apparatus 1 was one full bridge circuit 1a which has four arms 2a-2d was demonstrated, this invention is not limited to this, For example, a half bridge inverter apparatus It can also be applied to the inverter device 1 in which a plurality of bridge circuits 1a and 1a, 1b,... When a plurality of sets of the full bridge circuits 1a and 1b are arranged in parallel, the current balance means 8 may be provided in each arm of the full bridge circuits 1a and 1b. In this case, the full bridge circuits 1a and 1b It is also possible to provide a predetermined number of current balancing means on the input side as an input combining circuit, or to provide a predetermined number of current balancing means on the output side of each full bridge circuit 1a, 1b as an output combining circuit.

また、上記実施形態においては、半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴ３ａ〜３ｄを使用したが、例えば通常のトランジスタ、サイリスタ、ＦＥＴ等のスイッチング機能を有する各種半導体を使用することができる。さらに、上記実施形態におけるインバータ装置１の回路例や銅板１５（導体１０、１１）の形態等も一例であって、例えば各アーム２ａ〜２ｄのＩＧＢＴ３ａ〜３ｄにダイオード、抵抗、コンデンサ、コイル等を直列接続したり並列接続して、ＩＧＢＴ３ａ〜３ｄの破損を防止する回路構成としたり、第２導体１１を第１導体１０と同様にリングコア９に巻回状態として両導体１０、１１の長さを同一に設定する等、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更することができる。 Moreover, in the said embodiment, although IGBT3a-3d was used as a semiconductor switching element, the various semiconductors which have switching functions, such as a normal transistor, a thyristor, and FET, can be used, for example. Furthermore, the circuit example of the inverter device 1 in the above embodiment and the form of the copper plate 15 (conductors 10 and 11) are also examples. For example, the IGBTs 3a to 3d of the arms 2a to 2d are provided with diodes, resistors, capacitors, coils, and the like. A circuit configuration in which the IGBTs 3a to 3d are prevented from being damaged by being connected in series or in parallel, or the second conductor 11 is wound around the ring core 9 similarly to the first conductor 10, and the lengths of the two conductors 10 and 11 are set. For example, the same setting can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明は、ロウ付けや焼入れ、焼鈍し等の高周波誘導加熱装置用のインバータ装置以外に、電子レンジや誘導加熱（ＩＨ）調理器等の各種電磁調理器用、モータや電動機あるいは蛍光灯等の駆動回路用の各種インバータ装置にも適用することができる。 In addition to inverter devices for high-frequency induction heating devices such as brazing, quenching, and annealing, the present invention is used for various electromagnetic cookers such as microwave ovens and induction heating (IH) cookers, and for driving motors, electric motors, fluorescent lamps, etc. The present invention can also be applied to various inverter devices for circuits.

本発明に係わるインバータ装置の一実施形態を示す基本的回路図1 is a basic circuit diagram showing an embodiment of an inverter device according to the present invention. 同その電流バランス手段の斜視図The perspective view of the current balance means 同その平面図The plan view 同その回路図The circuit diagram 同導体の作成方法の一例を示す説明図Explanatory drawing showing an example of the method of creating the conductor 同電流バランス手段の変形例を示す正面図Front view showing a modification of the current balance means

符号の説明Explanation of symbols

１:インバータ装置、１ａ、１ｂ：フルブリッジ回路、２ａ：第１アーム、２ｂ：第２アーム、２ｃ：第３アーム、２ｄ：第４アーム、３ａ〜３ｄ：ＩＧＢＴ、４ａ、４ｂ：共通端子、５ａ、５ｂ：出力端子、６：トランス、７：負荷、８：電流バランス手段、９：リングコア、９ａ：孔、１０・・・第１導体、１０ａ・・・コア挿通部、１０ｂ・・・引出部、１１・・・第２導体、１１ａ・・・コア挿通部、１１ｂ・・・引出部、１３、１４：銅板、１５、１５ａ、１５ｂ：銅板、１６：固定部、１６ａ・・・固定孔、１７：絶縁処理、１８、１９：折曲線、２５：長さ調整部。 1: inverter device, 1a, 1b: full bridge circuit, 2a: first arm, 2b: second arm, 2c: third arm, 2d: fourth arm, 3a-3d: IGBT, 4a, 4b: common terminal, 5a, 5b: Output terminal, 6: Transformer, 7: Load, 8: Current balance means, 9: Ring core, 9a: Hole, 10 ... 1st conductor, 10a ... Core insertion part, 10b ... Drawer 11, second conductor, 11 a, core insertion part, 11 b, lead-out part, 13, 14: copper plate, 15, 15 a, 15 b: copper plate, 16: fixing part, 16 a, fixing hole , 17: insulation treatment, 18, 19: folding line, 25: length adjusting section.

Claims

半導体スイッチング素子を有する複数のアームをブリッジ接続して構成されると共に、共通端子と各スイッチング素子との間に電流バランス手段が接続された高周波加熱用インバータ装置であって、
前記電流バランス手段は、コアの一方の開口部から挿通されて巻回状態とされる第１導体と、前記コアの他方の開口部から挿通されコア部分において第１導体と流れる電流が逆方向に設定される第２導体と、を備え、前記第１導体と第２導体が略コ字状の銅板で形成され、該銅板の所定位置を折り曲げることにより前記コアの異なる開口部から挿通され得ることを特徴とする高周波加熱用インバータ装置。 A high-frequency heating inverter device in which a plurality of arms having semiconductor switching elements are bridge-connected, and current balancing means is connected between the common terminal and each switching element,
The current balance means includes a first conductor that is inserted through one opening of the core to be wound, and a current that flows through the first conductor through the other opening of the core in a reverse direction. A second conductor to be set , wherein the first conductor and the second conductor are formed of a substantially U-shaped copper plate, and can be inserted through different openings of the core by bending a predetermined position of the copper plate. An inverter device for high frequency heating characterized by

前記第１導体と第２導体が積層された複数枚の薄い銅板で形成されると共にその所定の表面が絶縁処理され、前記コアがリングコアで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱用インバータ装置。 The said 1st conductor and the 2nd conductor are formed with the several thin copper plate laminated | stacked, the predetermined surface is insulated, The said core is formed with the ring core, The said core is formed. Inverter device for high frequency heating.

前記第１導体と第２導体は、その少なくとも一方に当該導体の長さを調整する調整部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波加熱用インバータ装置。
The inverter device for high-frequency heating according to claim 1 or 2, wherein the first conductor and the second conductor are provided with an adjusting section for adjusting the length of the conductor on at least one of the first conductor and the second conductor.