JPH0243111Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は誘導加熱装置に関し、特にコンデンサ
とワークコイルとを並列に接続するいわゆる並列
共振型であつて、金属材料を常温から加熱して溶
解するのに用いる誘導加熱装置の制御回路に関す
る。

この種の誘導加熱装置として、例えば3KW〜
5KW程度の容量を有する小型のものとしては、
例えば歯科技術の分野において特殊合金材料を溶
解し、これを鋳型に流し込んで所望の形状の歯を
つくるような場合に用いられている。ところが、
このような小型の装置では、金属材料が固体から
溶解した時の加熱停止は溶湯の色合いを観察しな
がら経験的に行われているのが実情である。この
ため溶融金属を必要以上に加熱する場合があり、
空気エネルギーを浪費するという点で好ましくな
い。また、合金材料の場合には融点の低い金属材
料が蒸発してしまい所望の合金組成が得られず、
不良品の発生、信頼性低下の原因となる。

本考案は上記の如き欠点を解消しようとするも
ので、被加熱物としての金属材料が溶融点に達し
て固体から溶融状態に変化した時点で加熱を自動
的に停止あるいは発熱量を低下させることができ
るような誘導加熱装置の制御回路を提供しようと
するものである。

本考案は、金属材料が固体から溶融状態に変化
する時には、コンデンサとワークコイルとによる
並列共振回路のインピーダンスが変化することを
利用したものである。

本考案によれば、高周波発振回路と、電力増幅
用半導体素子を含んで前記高周波発振回路の出力
を増幅する電力増幅器と、コンデンサと加熱用ワ
ークコイルとを含んで出力トランスを介して前記
電力増幅器から高周波交流電圧を受ける並列共振
回路を有し、金属材料を加熱溶融するための誘導
加熱装置において、上記電力増幅用半導体素子の
電流を検出する回路と、該電流検出回路の検出電
流値と前記金属材料に応じてあらかじめ定められ
た設定電流値とを比較する回路とを備え、前記設
定電流値は前記金属材料が加熱されて固体から溶
融状態に変化した時にインピーダンス変化に起因
して上昇する値であり、上記検出電流値が上記設
定電流値を越えると前記高周波発振回路の出力を
停止あるいは低下させるようにしたことを特徴と
する誘導加熱装置の制御回路が得られる。

以下に本考案の実施例を説明する。

第１図はコンデンサＣとワークコイルWCの並
列共振回路であり、第２図はそのインピーダンス
円である。

ワークコイルWCには、被加熱物、例えば鉄、
銀等の金属材料が入り、加熱、溶解される。

第１図の回路に高周波電力を加え周波数を実質
上０から無限大まで変化させると、インピーダン
スは第２図のように変化する。入力側から見たイ
ンピーダンスが最大で虚軸の値が０の周波数ω₀
の時が共振している時であり、駆動側の増幅器に
おいても電流と電圧との位相差が無く、最大効率
で動作する。したがつてこの共振周波数で被加熱
物を加熱する。

第３図は被加熱物を加熱中のインピーダンス特
性（図中実線）と被加熱物が溶解中のインピーダ
ンス特性（図中破線）とを示す。図から理解でき
るように、被加熱物の温度が上昇しても溶け始め
ると、実軸のインピーダンスも変化し始める。こ
のことから入力側から見たインピーダンスの変化
を検出して被加熱物が固体から溶融状態に変化し
ていることを知ることができる。

第４図は本考案による誘導加熱装置とその制御
回路のブロツク図を示す。

この回路は、高周波発振回路１と、ドライブ段
２，３，電力増幅用の半導体素子４，５，６，７
によるフルブリツジ形の電力増幅器と、インピー
ダンスマツチング用の出力トランス８の他、半導
体素子６，７のエミツタ電流をそれぞれ検出する
変流器９，１０，波形整形回路１１，比較回路１
２，設定部１３を含む。

高周波発振回路１からの共振周波数を有するス
イツチング信号は、ドライブ段２，３で増幅され
た後電力増幅段に入る。電力増幅段では、半導体
素子４と７、半導体素子５と６がそれぞれ同タイ
ミングでスイツチング動作する。このように電圧
スイツチング型電力増幅段で増幅された出力は、
出力トランス８を通してコンデンサＣとワークコ
イルWCとによる共振回路からなる負荷に供給さ
れ、ワークコイルWC中の被加熱物の加熱が行な
われる。

この加熱が行なわれている間、半導体素子６，
７のエミツタ電流はそれぞれ変流器９，１０で検
出され、波形整形回路１１で整形されて比較回路
１２へ送られる。比較回路１２では、波形整形回
路１１からの電流値と設定部１３による電流値と
を比較して、波形整形回路１１からの電流値が大
きい時高周波発振回路１の動作を停止あるいは低
下させる信号を出力する。

ここで、上述した如く被加熱物が加熱昇温中の
場合には、負荷部のインピーダンスは大きい。設
定部１３の設定値は、このような状態での波形整
形回路１１の電流値より大きく設定されているの
で加熱動作が継続する。しかし、被加熱物が溶融
状態になるとインピーダンス低下によりエミツタ
電流が増大し、波形整形回路１１の電流値も大き
くなる。設定部１３の設定値は、この状態での波
形整形回路１１の電流値より小さく設定されてお
り、このことから比較回路１２では発振回路１を
停止あるいは低下させる信号を出力する。勿論、
この信号で表示灯を点灯させるようにして、溶融
金属の鋳型への移しが可能になつたことを表示す
るようにしても良い。溶融の度合いは、設定部１
３の設定値を変えることにより任意に設定でき
る。

なお、本考案が適用される誘導加熱装置とし
て、鉄系の金属材料を扱う3KW程度の容量のも
のの場合、金属材料の溶融温度は900〜1400℃の
範囲であり、金属材料が完全な溶融状態になるま
では変流器９，１０による検出電流値は８〜10A
の範囲である。そして、金属材料が完全な溶融状
態になると検出電流値は10Aを越えるようにな
る。それ故、設定電流値は10Aをやや上回る程度
の値が望ましい。

マツチング用出力トランスは、電力増幅段との
インピーダンスが共振回路と合つていれば不要で
ある。また電力増幅段は、フルブリツジ形で説明
しているが、ハーフブリツジ、プツシユプル
（DEPP）回路でも良いし、電力増幅素子として
FET等を用いても良い。また、コンデンサＣと
ワークコイルWCとの共振回路は、インダクタン
スの調整可能な別のコイルを有するもの、すなわ
ち共振周波数可変のものでも良い。更に、変流器
の代わりに単なる抵抗器を用いても良い。

以上説明してきた如く、本考案では、被加熱物
が溶解し始めて固体から溶融状態に変化したこと
を電流の変化で検出できるようにしたことによ
り、高周波発振回路の出力を停止あるいは低下さ
せて必要以上の過熱を防止することができる。こ
のことにより被加熱物として合金材料を適用する
場合には、省エネルギー化を図ると共に、合金組
成が安定する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に使用される負荷部の共振回
路、第２図、第３図はそれぞれ、第１図のインピ
ーダンス特性図、第４図は本考案の一実施例のブ
ロツク図。 図中、１は高周波発振回路、２，３はドライブ
段、８はマツチング用の出力トランス、９，１０
は変流器、１１は波形整形回路、１２は比較回
路、１３は設定部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 高周波発振回路と、電力増幅用半導体素子を含
   んで前記高周波発振回路の出力を増幅する電力増
   幅器と、コンデンサと加熱用ワークコイルとを含
   んで出力トランスを介して前記電力増幅器から高
   周波交流電圧を受ける並列共振回路を有し、金属
   材料を加熱溶解するための誘導加熱装置におい
   て、上記電力増幅用半導体素子の電流を検出する
   回路と、該電流検出回路の検出電流値と前記金属
   材料に応じてあらかじめ定められた設定電流値と
   を比較する回路とを備え、前記設定電流値は前記
   金属材料が加熱されて固体から溶融状態に変化し
   た時にインピーダンス変化に起因して上昇する値
   であり、上記検出電流値が上記設定電流値を越え
   ると前記高周波発振回路の出力を停止あるいは低
   下させるようにしたことを特徴とする誘導加熱装
   置の制御回路。