專利名稱：感應(yīng)加熱方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)加熱方法和裝置，尤其涉及適合于通過諧振型逆變器(inverter)供電的感應(yīng)加熱方法和裝置，諧振型逆變器被配備成分別與布置得彼此相鄰的多個加熱線圈相對應(yīng)。
背景技術(shù)：
感應(yīng)加熱是以讓電流通過加熱線圈產(chǎn)生磁場，以便在要加熱的部件中生成過電流這樣的方式生熱的，由于可以達到通過電阻加熱不能獲取的高溫，所以在各種領(lǐng)域中都得到采用。圖8示意性地示出了使軋鋼機等的軋輥變硬的感應(yīng)加熱裝置的概貌。
在圖8中，軋輥10由軋輥主體12和處在它兩端的輥頸14組成。當通過感應(yīng)加熱使軋輥10變硬(harden)時，在感應(yīng)加熱裝置15中配備產(chǎn)生高磁通密度的磁場的加熱線圈16、和產(chǎn)生磁通密度比它低的磁場的溫度維持線圈18，它們分別與由相應(yīng)逆變器構(gòu)成的高頻電源20和22連接。這些加熱線圈16和溫度維持線圈18被布置成彼此相鄰，在它們之間沒有留下任何空隙，從而防止在線圈16和18兩者的兩端之間的邊緣部分上的溫度下降。為了使軋輥10變硬，讓軋輥10沿著箭頭24所指的方向朝線圈16和18里面移動，將軋輥主體12的表面層部分加熱到大約950℃。
圖9示出了局部電磁感應(yīng)加熱裝置的概貌。在這個局部電磁感應(yīng)加熱裝置30中，多個加熱線圈32(32a到32c)沿著垂直方向同軸排列著，并且分別與由相應(yīng)逆變器構(gòu)成的高頻電源34(34a到34c)連接。例如，碳棒36的一端(下端)被插入加熱線圈32中，將氣體充到碳棒36的周圍，通過加熱線圈32將它加熱到大約1500℃，使氣體與它發(fā)生反應(yīng)。在這種情況下，由于熱量向上逸散，控制電源34，以便使磁通密度變成朝著上部的加熱線圈32越來越高。并且，將加熱線圈32安排成彼此相鄰，以防止在邊緣部分上的溫度下降。
圖10示出了通過電磁感應(yīng)加熱容器的裝置的概貌。在這個感應(yīng)加熱裝置44中，將粉末狀碳化硅(SiC)42放入例如由碳制成的坩鍋40中，通過加熱線圈48(48a，48b)加熱它，使碳化硅42蒸發(fā)沉淀在工件46上。感應(yīng)加熱裝置44包括分別與由逆變器構(gòu)成的高頻電源50(50a，50b)連接、沿著垂直方向同軸布置的兩個加熱線圈48a和48b，下側(cè)的加熱線圈48b生成高磁通密度的磁場，以便加熱碳化硅42。
圖11顯示了所謂Baumkuchen型感應(yīng)加熱裝置的概貌。這個感應(yīng)加熱裝置60包括由碳等制成的環(huán)狀臺62，多個半導(dǎo)體晶片64將放置在臺62的上表面上。加熱線圈66被布置在臺62下面，以便可以讓電流通過加熱線圈66加熱半導(dǎo)體晶片64。并且，加熱線圈66由外線圈66a、中心線圈66b、和內(nèi)線圈66c組成，它們分別與由相應(yīng)逆變器構(gòu)成的高頻電源68(68a到68c)連接，以便可以均勻地加熱整個臺62。在這種情況下，線圈66a到66c也被布置得彼此相鄰，以便彼此接觸，從而防止在線圈邊緣部分上的溫度下降。
圖12示出了用于擠壓成形的感應(yīng)加熱裝置的概貌。這個感應(yīng)加熱裝置70包括分別與由相應(yīng)逆變器構(gòu)成的高頻電源74(74a到74c)連接、沿著水平方向同軸排列的多個加熱線圈72(72a到72b)，對放置在加熱線圈72內(nèi)的金屬材料76以溫度從工件的前端部分到工件的后端部分逐漸下降的方式加熱。線圈72a到72c被布置得彼此相鄰，以防止在邊緣部分上的溫度下降。在液相和固相共存的狀態(tài)下，鍛造金屬材料的SSF(半固態(tài)鍛造)的情況中，也使用相似的感應(yīng)加熱裝置。
由于在感應(yīng)加熱中可以獲取高功率效率，所以常常通過含有諧振電路的所謂諧振型逆變器進行感應(yīng)加熱。并且，在如上所述含有多個加熱線圈的感應(yīng)加熱裝置中，線圈被布置得彼此相鄰，以防止在各自加熱線圈的邊緣部分上的溫度下降。因此，由于加熱線圈之一產(chǎn)生的磁通影響其它加熱線圈，在多個加熱線圈之間會出現(xiàn)互感。故在包括與多個逆變器相對應(yīng)的加熱線圈的感應(yīng)加熱裝置中，由于加熱線圈之間的互感的狀態(tài)隨負載波動等而變化，每個加熱線圈中的電流(加熱線圈電流)會出現(xiàn)失真，和在加熱線圈電流之間會出現(xiàn)相位偏差。因此，在包括與多個逆變器相對應(yīng)的加熱線圈的感應(yīng)加熱裝置中，除非使各自負載電流的頻率均衡化和固定地保持各自加熱線圈電流的相位，加熱溫度的高精度控制變得困難，并且使加熱線圈的邊緣部分上的溫度下降。
因此，人們提出了防止出現(xiàn)互感負面效應(yīng)的方法，其中，將磁力線屏蔽線圈插在加熱線圈之間，讓它們吸收加熱線圈端部的磁通。人們還建議，將兩個加熱線圈與一個變頻器(高頻逆變器)并聯(lián)，將可變電抗器與加熱線圈之一串聯(lián)，和通過L循環(huán)(cycle)調(diào)整可變電抗器(reactor)以改變電壓值(日本實用新型專利申請公布第Hei3-39482號)。
但是，上述將磁力線屏蔽線圈放置在加熱線圈的邊緣部分中的方法不能達到均勻加熱，因為磁力線屏蔽線圈吸收了加熱線圈端部的磁通，使這些部分上的溫度下降。在日本實用新型專利申請公布第3-39482號中所述、將可變電抗器與加熱線圈之一串聯(lián)，通過可變電抗器改變電壓的方法也存在這樣的缺點，控制可變電抗器改變整個頻率，功率控制的時間常數(shù)長，和一個單元的功率控制改變整個系統(tǒng)中的每個加熱線圈的功率值，從而難以獨立地控制每個加熱線圈的溫度等。
同時，在每個逆變器中，除非使其輸出電流和輸出電壓之間的相位差變小，逆變器輸出效率(功率因數(shù))變小了，從而使容量下降，和使逆變器的效率降低。因此，最好使逆變器以使其輸出電流和輸出電壓彼此同步的方式工作。
本發(fā)明就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點提出的，本發(fā)明的一個目的是防止加熱線圈邊緣部分上的溫度下降，和使互感造成的影響得到消除。
本發(fā)明的另一個目的是防止互感狀態(tài)的變化。
本發(fā)明的又一個目的是使逆變器的功率因數(shù)得到提高。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一感應(yīng)加熱方法的特征在于，使分別與多個加熱線圈相對應(yīng)的諧振型逆變器以這樣的方式工作，即，使分別提供到加熱線圈的各自電流的頻率彼此均衡化(equalize)，和使電流彼此同步或保持在設(shè)置的相位差上。
通過調(diào)整提供給每個諧振型逆變器的驅(qū)動信號的相位，可以使電流彼此同步或保持在設(shè)置的相位差上。要均衡化的電流信號可以是在外部生成的參考信號，和可以根據(jù)這個參考信號進行操作。并且，要均衡化的電流信號可以是上述諧振型逆變器任何一個的輸出，和可以根據(jù)這個參考信號進行操作。并且，要均衡化的電流信號可以是各自諧振型逆變器的輸出電流的相位的平均值，和可以根據(jù)這個平均電流信號進行操作。
根據(jù)本發(fā)明的第二感應(yīng)加熱方法的特征在于，通過分別與加熱線圈相對應(yīng)的諧振型逆變器向多個加熱線圈供電；諧振型逆變器之一是主逆變器，另一個是輔助逆變器，上述輔助逆變器是以這樣的方式驅(qū)動的，根據(jù)主逆變器的驅(qū)動信號或主逆變器的輸出電壓或輸出頻率，使提供到輔助側(cè)的加熱線圈的電流的相位與提供到主側(cè)的加熱線圈的電流的相位同步，或保持在設(shè)置的相位差上；通過控制輔助逆變器側(cè)的電抗器調(diào)整輔助逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差，以提高功率因數(shù)。
最好，在獲取提供到主側(cè)的加熱線圈的電流和提供到輔助側(cè)的加熱線圈的電流之間的相位差和通過控制輔助逆變器的驅(qū)動調(diào)整電流之間的相位差之后，調(diào)整輔助逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差。
根據(jù)本發(fā)明的第一感應(yīng)加熱裝置的特征在于，它包括分別與多個加熱線圈相對應(yīng)的諧振型逆變器；相位檢測器，用于獲取分別從諧振型逆變器提供到加熱線圈的電流之間的相位差；和驅(qū)動控制部分，用于根據(jù)這個相位檢測器獲取的相位差，將驅(qū)動信號提供給諧振型逆變器，使分別提供到加熱線圈的電流的頻率均衡化，和使電流彼此同步或保持在設(shè)置的相位差上。
根據(jù)本發(fā)明的第二感應(yīng)加熱裝置的特征在于，它包括分別與多個加熱線圈相對應(yīng)的諧振型逆變器；參考信號生成部分，用于生成提供給這些逆變器的參考信號；配備成分別與諧振型逆變器相對應(yīng)的相位檢測器，每一個相位檢測器獲取提供到相應(yīng)一個加熱線圈的電流和參考信號生成部分輸出的參考信號之間的相位差；和配備成分別與上述諧振型逆變器相對應(yīng)的驅(qū)動控制部分，用于根據(jù)相位檢測器獲取的相位差和參考信號，在控制提供給相應(yīng)一個上述諧振型逆變器的驅(qū)動信號的同時，驅(qū)動上述諧振型逆變器，使提供到每個所述加熱線圈的電流的頻率相對于所述參考信號均衡化，以及使每個電流的相位與參考信號同步或保持在設(shè)置的相位差上。
根據(jù)本發(fā)明的第三感應(yīng)加熱裝置的特征在于，它包括分別與多個加熱線圈相對應(yīng)的諧振型逆變器；參考信號生成部分，用于生成提供給這些逆變器的參考信號；配備成分別與諧振型逆變器相對應(yīng)的相位檢測器，每一個相位檢測器獲取提供到相應(yīng)一個加熱線圈的電流和參考信號生成部分輸出的參考信號之間的相位差；配備成分別與諧振型逆變器相對應(yīng)的驅(qū)動控制部分，每一個根據(jù)相位檢測器獲取的相位差和參考信號，在控制提供給相應(yīng)一個諧振型逆變器的驅(qū)動信號的同時，驅(qū)動諧振型逆變器，使提供到相應(yīng)一個加熱線圈的電流的頻率相對于參考信號均衡化，以及使電流的相位與參考信號同步或保持在設(shè)置的相位差上；可變電抗器，每一個配備在諧振型逆變器和相應(yīng)一個加熱線圈之間；配備成分別與諧振型逆變器相對應(yīng)的相位檢測部分，每一個檢測諧振型逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差；和相位調(diào)整部分，用于根據(jù)每個相位檢測部分的輸出信號，通過控制可變電抗器，調(diào)整諧振型逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差，以提高每個諧振型逆變器的功率因數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第四感應(yīng)加熱裝置的特征在于，它包括由諧振型逆變器構(gòu)成的主逆變器；每一個由諧振型逆變器構(gòu)成的一個或多個輔助逆變器；配備成與這個主逆變器和輔助逆變器相對應(yīng)的多個加熱線圈；相位檢測器，用于獲取通過主側(cè)的加熱線圈的電流和通過輔助側(cè)的加熱線圈的電流之間的相位差；主側(cè)的驅(qū)動控制部分，用于將驅(qū)動信號提供給主逆變器；和輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分，用于根據(jù)主側(cè)的這個驅(qū)動控制部分輸出的驅(qū)動信號和相位檢測器獲取的相位差，控制提供給輔助逆變器的驅(qū)動信號，使通過輔助側(cè)的加熱線圈的電流的相位與通過主側(cè)的加熱線圈的電流的相位一致或保持在設(shè)置的相位差上。
根據(jù)本發(fā)明的第五感應(yīng)加熱裝置的特征在于，它包括由諧振型逆變器構(gòu)成的主逆變器；每一個由諧振型逆變器構(gòu)成的一個或多個輔助逆變器；配備成與這個主逆變器和輔助逆變器相對應(yīng)的多個加熱線圈；相位檢測器，用于獲取通過主側(cè)的加熱線圈的電流和通過輔助側(cè)的加熱線圈的電流之間的相位差；主側(cè)的驅(qū)動控制部分，用于將驅(qū)動信號提供給主逆變器；和輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分，用于根據(jù)主逆變器的輸出電流或輸出電壓和相位檢測器獲取的相位差，控制提供給輔助逆變器的驅(qū)動信號，使通過輔助側(cè)的加熱線圈的電流的相位與通過主側(cè)的加熱線圈的電流的相位一致或保持在設(shè)置的相位差上。
附帶地，可以提供配備在輔助逆變器和與這個輔助逆變器相對應(yīng)的加熱線圈之間的可變電抗器；相位檢測部分，用于檢測輔助逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差；和相位調(diào)整部分，用于根據(jù)相位檢測部分的輸出信號，通過控制可變電抗器，調(diào)整輔助逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差，以提高輔助逆變器的功率因數(shù)。并且，最好，主逆變器和輔助逆變器分別與相應(yīng)輸出功率控制部分連接。主逆變器的輸出電壓或輸出電流反饋到驅(qū)動控制部分，和使輸出電壓和輸出電流的相位彼此一致。
在像上面那樣構(gòu)成的本發(fā)明的感應(yīng)加熱方法中，由于使提供到多個加熱線圈的電流的頻率均衡化，和使相位彼此同步或保持在設(shè)置的相位差上，即使負載發(fā)生波動，加熱線圈之間的互感狀態(tài)也可以是固定的，而不會受負載波動影響。因此，不會由于互感的變化而使提供到各自加熱線圈的電流(加熱線圈電流)的波形等出現(xiàn)失真，從而逆變器可以正常工作，并且，即使多個加熱線圈被布置得彼此相鄰，也可以通過加熱線圈容易地和精確地控制溫度，和可以防止在加熱線圈的邊緣部分上的溫度下降。
在調(diào)整提供給諧振型逆變器的驅(qū)動信號的相位的情況下，基于在參考信號生成部分等中生成的參考信號的調(diào)整使控制相對容易，從而可以作出精確的相位調(diào)整。參考信號可以是電流的波形，或也可以是具有脈沖等形式的任何波形。并且，當以使多個諧振型逆變器的任何一個成為參考逆變器，和將這個參考逆變器的輸出(例如，輸出電流或輸出電壓)用作參考信號的方式調(diào)整驅(qū)動信號的相位時，根據(jù)參考逆變器的輸出頻率調(diào)整其它逆變器的相位，不需要其它參考信號生成部分，從而可以使該裝置簡化。此外，以這樣的方式調(diào)整提供給諧振型逆變器的驅(qū)動信號的相位，那就是，獲取通過各自加熱線圈的電流相對于基準定時位置的相位的平均值，和控制逆變器的驅(qū)動信號，以便使每個加熱線圈電流與這個平均值一致。
在本發(fā)明的感應(yīng)加熱方法中，以將驅(qū)動主逆變器的驅(qū)動信號提供給輔助逆變器的方式驅(qū)動輔助逆變器，據(jù)此，使提供到輔助逆變器側(cè)的加熱線圈的電流的相位與提供到主逆變器側(cè)的加熱線圈的電流的相位同步，或在它們之間保持設(shè)置的相位差，另外，通過控制輔助逆變器側(cè)的電抗器，使輔助逆變器的輸出電流和輸出電壓的相位彼此一致。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以使通過主逆變器和輔助逆變器的加熱線圈的電流的相位同步或固定不變，可以使精確溫度控制不受負載波動任何影響，和可以避免在加熱線圈的邊緣部分上的溫度下降。在主逆變器中，驅(qū)動控制部分進行頻率調(diào)整，以便使輸出電壓和輸出電流的相位彼此一致，和在輔助逆變器中，調(diào)整電抗器，以便使輸出電壓和輸出電流的相位彼此一致，因此，可以提高功率因數(shù)，和可以提高逆變器的輸出效率，以便可以防止工作效率下降。
并且，在獲取提供到主側(cè)的加熱線圈的電流和提供到輔助側(cè)的加熱線圈的電流之間的相位差和作出消除這個電流之間的相位差的調(diào)整之后，調(diào)整輔助逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差。
附帶地，當主逆變器的輸出電流或輸出電壓的輸出頻率被當作輔助逆變器的驅(qū)動信號，而不是驅(qū)動主逆變器的驅(qū)動信號給出，和對輔助逆變器加以操作，使之與主逆變器的輸出頻率同步或保持設(shè)置的相位差時，可以獲取相同的效果。并且，通過將輸出功率控制部分配備成分別與主逆變器和輔助逆變器相對應(yīng)，可以自由地控制每個逆變器的輸出量，和可以自由地和高精度地控制加熱溫度。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的感應(yīng)加熱裝置的說明性示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的功率控制部分的詳細說明性示意圖；圖3是根據(jù)該實施例的驅(qū)動控制部分的詳細說明性示意圖；圖4是說明根據(jù)該實施例的逆變器的操作的時間圖；圖5是說明根據(jù)該實施例的相位控制部分的操作的流程圖；圖6是本發(fā)明第二實施例的說明性示意圖；圖7是根據(jù)該實施例調(diào)整主側(cè)的加熱線圈電流和輔助側(cè)的加熱線圈電流之間的相位差的方法的說明性示意圖；圖8是通過感應(yīng)加熱使軋輥變硬的方法的說明性示意圖；圖9是局部感應(yīng)加熱裝置的簡略說明性示意圖；圖10是說明通過感應(yīng)加熱加熱容器的示意圖；圖11是所謂Baumkuchen型感應(yīng)加熱裝置的簡略說明性示意圖；圖12是用于擠壓成形的感應(yīng)加熱裝置的簡略說明性示意圖；圖13是說明根據(jù)該實施例調(diào)整加熱線圈電流的相位的方法的示意圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的簡略說明性示意圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的簡略說明性示意圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的簡略說明性示意圖；圖17是并聯(lián)諧振型逆變器的基本電路圖；和圖18是串聯(lián)諧振型逆變器的基本電路圖。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式下面參照附圖更詳細地說明根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱方法和裝置的優(yōu)選實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的感應(yīng)加熱裝置的說明性示意圖。根據(jù)這個實施例的感應(yīng)加熱裝置100由一對主加熱裝置110m和輔助加熱裝置110s組成。加熱裝置110m，110s包括電源部分112m，112s和分別由這些電源部分112m，112s供電的負載線圈部分150m，150s。
電源部分112m，112s分別包括正向轉(zhuǎn)換(forward converting)部分114m，114s，每一個都是由晶閘管形成橋式電路的整流電路，這些正向轉(zhuǎn)換部分114m，114s分別與三相AC(交流電)電源116m，116s連接。逆變器(反向轉(zhuǎn)換部分(inverse converting))120m和逆變器120通過平滑電抗器118m，118s與正向轉(zhuǎn)換部分114m，114s的輸出側(cè)連接。在該實施例中，主加熱裝置110m側(cè)的逆變器120m是主逆變器，和輔助加熱裝置110s側(cè)的逆變器120s是輔助逆變器。逆變器120m，120s中的每一個在該實施例中是電流型的，并且由橋式電路形成，正如眾所周知的那樣，橋式電路由通過連接二極管和晶體管構(gòu)成的臂組成。
與逆變器120m，120s的輸出端連接的負載線圈部分150m，150s含有作為負載線圈的加熱線圈152m，152s。電容器154m，154s中的每一個與加熱線圈150m，150s以及它們的內(nèi)阻156m，156s中的每一個并聯(lián)，使加熱線圈152和電容器154形成并聯(lián)諧振電路。換句話說，逆變器120m，120s在該實施例中構(gòu)成并聯(lián)諧振型逆變器。加熱線圈152m，152s在該實施例中被布置得彼此相鄰。
在負載線圈部分150m，150s中，互感器(transformer)158m，158s被配備成分別與電容器154m，154s并聯(lián)，它們可以獲取與逆變器120m，120s的輸出電壓相對應(yīng)的電壓值。讓主加熱裝置110m側(cè)的互感器158m的輸出電壓Vm反饋到如后所述的主側(cè)的功率控制部分122m和驅(qū)動控制部分124m。同時，讓輔助加熱裝置110s側(cè)的互感器158s的輸出電壓Vs反饋到輔助側(cè)的功率控制部分122s。并且，在逆變器120m，120s和電容器154m，154s之間配備檢測逆變器120m，120s的輸出電流Im，Is的電流互感器160m，160s。讓互感器160m，160s檢測的輸出電流Im，Is反饋到相應(yīng)的功率控制部分122m，122s。
功率控制部分122m，122s分別將驅(qū)動脈沖提供給構(gòu)成正向轉(zhuǎn)換部分114m，114s的晶閘管，分別與功率設(shè)置單元126m，126s和功率控制部分122m，122s連接。主側(cè)的驅(qū)動控制部分124m檢測從互感器158m輸入的電壓Vm的過零點，并且與這個過零點同步地將驅(qū)動脈沖輸出到構(gòu)成逆變器120m的晶體管TRmA1、TRmA2、TRmB1和TRmB2。驅(qū)動控制部分124m還與上述驅(qū)動脈沖同步地將信號輸入到輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分124s。輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分124s根據(jù)從主側(cè)的驅(qū)動控制部分124m輸入的信號，生成用于驅(qū)動構(gòu)成輔助側(cè)的逆變器120s的晶體管TRsA1、TRsA2、TRsB1和TRsB2的脈沖，并且將它提供給這些晶體管。
將相位檢測器220配備在輔助加熱裝置110s中。這個相位檢測器220用于獲取提供到主側(cè)的加熱線圈152m的加熱線圈電流ILm和提供到輔助側(cè)的加熱線圈152s的加熱線圈電流ILs之間的相位差φms，它是這樣構(gòu)成的，將電流互感器160m，160s檢測的電流輸入其中。具體地說，在負載線圈部分150m，150s中的加熱線圈152m，152s和電容器154m，154s之間，與加熱線圈152m，152s串聯(lián)地配備加熱線圈電流檢測器180m，180s。加熱線圈電流檢測器180m，180s檢測相應(yīng)加熱線圈電流ILm，ILs，將它們輸入到相位檢測器220。相位檢測器220在獲取加熱線圈電流ILm和加熱線圈電流ILs之間的相位差φms之后，將它輸入到輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分124s。正如后面所詳述的那樣，輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分124s以使加熱線圈電流ILm和ILs的相位彼此一致的方式，根據(jù)相位檢測器220的輸出信號調(diào)整要提供給輔助側(cè)的逆變器120s的驅(qū)動信號(選通(gate)脈沖)的相位。
正如后面所詳述的那樣，輔助加熱裝置110s含有用于使逆變器120s的輸出電流Is和輸出電壓Vs之間的相位差變成零的相位控制部分170。這個相位控制部分170包括其中輸入互感器158s和電流互感器160s輸出的電壓Vs和電流Is的相位差檢測部分172；和相位調(diào)整部分174，用于根據(jù)這個相位差檢測部分172的輸出信號，控制配備在逆變器120s和加熱線圈152s之間的可變電抗器部分162。在該實施例中，可變電抗器部分162包括與加熱線圈152s和電容器154s并聯(lián)的可變?nèi)菘?64；和與加熱線圈152s串聯(lián)的可變感抗166。
在像上面那樣構(gòu)成的感應(yīng)加熱裝置100中，主加熱裝置110m的加熱線圈152m和輔助加熱裝置110s的加熱線圈152s被布置得彼此相鄰。在電源部分112m，112s中，正向轉(zhuǎn)換部分114m，114s的晶閘管分別受功率控制部分122m，122s輸出的驅(qū)動脈沖驅(qū)動，整流三相AC電源116m，116s輸出的交流電，將它們轉(zhuǎn)換成直流電，并且通過平滑線圈118m，118s將它們提供給逆變器(反向轉(zhuǎn)換部分)120m和逆變器120s。功率控制部分122m被構(gòu)造成如圖2所示那樣。輔助側(cè)的功率控制部分122s具有相同的結(jié)構(gòu)。
具體地說，功率控制部分122m包括其中輸入互感器158m的輸出電壓Vm和電流互感器160m的輸出電流Im的功率轉(zhuǎn)換器130、配備在功率轉(zhuǎn)換器130的輸出側(cè)的功率比較器132、與功率比較器132的輸出側(cè)連接的正向轉(zhuǎn)換相位控制器134、和其中輸入這個正向轉(zhuǎn)換相位控制器134的輸出信號的正向轉(zhuǎn)換選通脈沖發(fā)生器136。
功率轉(zhuǎn)換器130根據(jù)輸入的電壓值Vm和電流值Im，獲取逆變器120m的輸出功率Pm，將它輸出到功率比較器132。與功率設(shè)置單元126m連接的功率比較器132將功率轉(zhuǎn)換器130獲取的功率值Pm與功率設(shè)置單元126m輸出的設(shè)置值Pmc相比較，并且將與它們之間的偏差相對應(yīng)的輸出信號發(fā)送到正向轉(zhuǎn)換相位控制器134。然后，按照功率比較器132的輸出信號，正向轉(zhuǎn)換相位控制器134調(diào)整生成選通脈沖的定時，這個選通脈沖將提供給構(gòu)成正向轉(zhuǎn)換部分114m中的每個晶閘管，和獲取使功率值Pm和設(shè)置值Pmc之間的檢測差變成零的驅(qū)動晶閘管的定時。正向轉(zhuǎn)換相位控制器134按照獲取的驅(qū)動定時，將驅(qū)動信號提供給正向轉(zhuǎn)換選通脈沖發(fā)生器136。正向轉(zhuǎn)換選通脈沖發(fā)生器136與正向轉(zhuǎn)換相位控制器134的輸出信號同步地生成選通脈沖，并且將它提供給正向轉(zhuǎn)換部分114m中的每個晶閘管，作為驅(qū)動信號。附帶說一下，通過改變功率設(shè)置單元126m的設(shè)置值Pmc，可以改變每個晶閘管的輸出功率。
驅(qū)動逆變器120m，120s的驅(qū)動控制部分124m，124s被構(gòu)造成如圖3所示那樣。具體地說，驅(qū)動控制部分124m和驅(qū)動控制部分124s分別含有用于晶體管的選通脈沖發(fā)生器140m，140s，和一對選通單元142mA，142mB和一對選通單元142sA，142sB分別與它們的輸出側(cè)連接。并且，輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分124s配備有相位調(diào)整電路143。這個相位調(diào)整電路143是負載電流控制部分，用于調(diào)整通過主側(cè)的加熱線圈152m和輔助側(cè)的加熱線圈152s的加熱線圈電流ILm，ILs的相位，使它們彼此一致(同步)，和用于晶體管的選通脈沖發(fā)生器140s與相位調(diào)整電路143的輸出側(cè)連接。并且，將用于晶體管的選通脈沖發(fā)生器140m的輸出脈沖和相位檢測器220獲取的加熱線圈電流ILm，ILs之間的相位差φms輸入到相位調(diào)整電路143。主側(cè)的驅(qū)動控制部分124m是這樣構(gòu)成的，讓互感器158m的輸出電壓Vm反饋到用于晶體管的選通脈沖發(fā)生器140m。如圖4所示，選通控制部分124m是這樣構(gòu)成的，使選通脈沖發(fā)生器140m檢測電壓Vm的過零點，生成驅(qū)動晶體管的選通脈沖，開且，將它輸入選通單元142mA和142mB中，同時，將它提供給輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分124s，作為同步信號。
在該實施例中，在如圖4(1)所示那樣其中輸入變化的電壓Vm之后，當電壓Vm從下側(cè)過零時，驅(qū)動控制部分124m的用于晶體管的選通脈沖發(fā)生器140m生成如圖4(3)所示的驅(qū)動A相晶體管TRmA1和TRmA2的選通脈沖，將它輸出到選通單元142mA和輔助側(cè)相位調(diào)整電路143。選通單元142mA將從選通脈沖發(fā)生器140m輸入的選通脈沖提供給晶體管TRmA1和TRmA2的基極，作為驅(qū)動信號。同時，當電壓Vm從上側(cè)過零時，選通脈沖發(fā)生器140m停止A相相選通脈沖的生成，生成如圖4(4)所示，驅(qū)動B相晶體管TRmB1和TRmB2的選通脈沖，將它輸出到選通單元142mB。選通單元142mB將輸入的選通脈沖提供給晶體管TRmB1和TRmB2的基極，以便驅(qū)動它們。從而，主側(cè)的逆變器120m用它自己的頻率來驅(qū)動，如圖4(5)所示，輸出與電壓Vm同步的電流Im，和功率因數(shù)變成近似1。并且，如圖4(2)所示，加熱線圈電流ILm被提供給加熱線圈152m。
同時，輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分124s的相位調(diào)整電路143與主側(cè)的選通脈沖發(fā)生器140m輸出的脈沖的上升和下降同步地將信號輸出到用于晶體管的選通脈沖發(fā)生器140s。當其中輸入脈沖從脈沖調(diào)整電路143時，選通脈沖發(fā)生器140s與這個脈沖同步地將如圖4(6)所示的A相脈沖輸出到A相選通單元142sA。選通單元142sA將輸入的脈沖作為驅(qū)動信號提供給相應(yīng)晶體管TRsA1，TRsA2的基極，以便驅(qū)動它們。同時，輔助側(cè)的選通脈沖發(fā)生器140s生成如圖4(7)所示的B相脈沖，將它提供給B相選通單元142sB。選通單元142sB根據(jù)輸入的脈沖，驅(qū)動晶體管TRsB1，TRsB2。從而，逆變器120s輸出如圖4(8)所示，與主側(cè)的逆變器120m輸出的電流Im同步的電流Is，并且將加熱線圈電流ILs提供到加熱線圈152s(參照圖4(10))。
將配備在輔助側(cè)的逆變器120s的輸出側(cè)上的互感器158s和電流互感器160s檢測的逆變器120s的輸出電壓Vs和輸出電流Is輸入配備在輔助加熱裝置110s中的相位控制部分170的相位差檢測部分172中。相位差檢測部分172獲取它們之間的相位差，將它輸入相位調(diào)整部分174中。當在加熱線圈電流ILm，ILs流過加熱線圈152m，152s之后，由于負載波動等在它們之間出現(xiàn)相位偏差，和由于加熱線圈152m，152s之間的互感狀態(tài)的變化，在輔助側(cè)的逆變器120s的輸出電壓Vs和輸出電流Is之間出現(xiàn)相位偏差時，相位調(diào)整部分174控制可變電抗器部分162，以便使它們的相位彼此一致。圖5是說明相位控制部分170的操作的流程圖。
相位控制部分170的相位差檢測部分172當其中輸入電壓Vs和電流Is從輔助側(cè)的互感器158s和電流互感器160s時，像圖5中的步驟190所示那樣，檢測它們之間的相位差和獲取相位角φ，將它輸出到相位調(diào)整部分174。相位調(diào)整部分174當其中輸入相位差檢測部分172輸出的相位角φ時，判斷電壓Vs的相位和電流Is的相位是否彼此一致，即，是否φ＝0(步驟191)。當相位彼此一致時，讀取相位差檢測部分172輸出的后續(xù)相位角φ。
當它在步驟191中的判斷不是相位解φ＝0時，相位調(diào)整部分174轉(zhuǎn)到步驟192，判斷電流Is的相位是超前電壓Vs的相位，還是滯后電壓Vs的相位。當如圖4(9)中的虛線所示，電壓Vs(Vs1)的相位比電流Is的相位滯后，即，電流的相位比電壓的相位超前相位角φ1時，如步驟193所示，相位調(diào)整部分174按照相位角φ1，減小可變電抗器部分162的可變?nèi)菘?64的C，減小可變電抗器部分162的可變感抗166的L，或減小它們兩者，從而，使電壓Vs的相位提前，或使電流Is的相位延遲，如圖4(9)中的實線所示，使電壓Vs的相位和電流Is的相位一致。
當在步驟192中判斷，如圖4(9)中的虛線所示，電壓Vs(Vs2)的相位比電路Is的相位超前(電流的相位比電壓的相位滯后)相位角φ2時，相位調(diào)整部分174從步驟192轉(zhuǎn)到步驟194，按照相位角φ2，增加可變?nèi)菘?64的C，增加可變感抗166的L，或增加它們兩者，使電壓Vs的相位延遲，或使電流Is的相位提前，從而使電壓Vs的相位和電流Is的相位一致。因此，提高了逆變器120s的功率因數(shù)，從而提高了工作效率。
主逆變器120m和輔助逆變器120s以相同的方式工作。但是，由于負載波動等，在提供到主側(cè)的加熱線圈152m的加熱線圈電流ILm和提供到輔助側(cè)的加熱線圈152s的加熱線圈電流ILs之間有時會出現(xiàn)如圖7所示的相位偏差。因此，加熱線圈152m和152s之間的互感狀態(tài)發(fā)生變化。因此，在這個實施例中，通過相位檢測器220檢測加熱線圈電流ILm和ILs之間之間的相位差φms，并且，如圖3所示，將它輸入輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分124s的相位調(diào)整電路143中。當如圖7(3)所示，輔助側(cè)的加熱線圈電流ILs的相位比主側(cè)的加熱線圈電流ILm的相位滯后，例如，φms1時，相位調(diào)整電路143使生成要提供給選通脈沖發(fā)生器140s的信號的定時提前，以消除這個相位差φms1。
換句話說，如圖13(4)，(5)所示，當輔助側(cè)的加熱線圈電流ILs的相位比主側(cè)的加熱線圈電流ILm的相位滯后φms1時，將指示延遲相位差φms1的信號從相位檢測器220輸入到相位調(diào)整電路143。根據(jù)從主側(cè)的選通脈沖發(fā)生器140m輸入的圖13(1)中的A相脈沖和相位差φms1，相位調(diào)整電路143將相位調(diào)整信號提供給選通脈沖發(fā)生器140s，以便比主側(cè)的逆變器120m的A相和B相的選通脈沖早相位差φms1地輸出輔助側(cè)的逆變器120s的A相和B相的選通脈沖。從而，如圖13(6)，(7)所示，比如圖13(1)，(2)所示的主側(cè)的A相選通脈沖和B相選通脈沖早相位差φms1地輸出輔助側(cè)的選通單元142sA，142sB輸出的A相選通脈沖和B相選通脈沖。因此，如圖13(8)所示，相位調(diào)整之后逆變器120s的輸出電壓Vsc的相位比主側(cè)的逆變器120m的輸出電壓Vm(參照圖13(3))的相位超前相位角φms1。因此，如圖13(8)所示，提供到加熱線圈152s的加熱線圈電流ILs的相位與主側(cè)的加熱線圈電流ILm的相位一致。
另一方面，當如圖7(4)所示，輔助側(cè)的加熱線圈電流ILs比主側(cè)的加熱線圈電流ILm超前φms2時，相位調(diào)整電路143延遲要提供給選通脈沖發(fā)生器140s的驅(qū)動信號(選通脈沖)的相位(輸出定時)，以便消除這個相位差φms2，從而使加熱線圈電流ILm的相位與加熱線圈電流ILs的相位彼此一致。
這樣，即使負載狀態(tài)發(fā)生波動，也會使加熱線圈電流ILm的相位與加熱線圈電流ILs的相位彼此一致，從而，逆變器可以不受負載波動影響地正常工作。因此，即使加熱線圈152m和152s被布置得彼此相鄰，也可以不受負載波動影響地進行感應(yīng)加熱，和可以容易地和高精度地進行溫度控制，從而，消除了諸如在加熱線圈152m和152s的邊緣部分中加熱溫度下降之類的缺點。在該實施例中，功率控制部分122m和122s分別配備在主加熱裝置110m和輔助加熱裝置110s中，使獨立地調(diào)整提供到加熱線圈152m和152s的功率成為可能，從而可以在加熱線圈152m和152s之間自由地使加熱溫度不同，和可以實現(xiàn)高精度的溫度控制。
附帶說一下，在上述的第一實施例中，說明了只配備一個輔助加熱裝置110s的情況，但是，也可以配備多個輔助加熱裝置。在配備多個輔助加熱裝置的情況下，加熱裝置的任何一個都可以用作充當基準的主加熱裝置。此外，在第一實施例中，對在輔助側(cè)的電流Is和電壓Vs的相位彼此一致的時刻，將電流Is和電壓Vs輸入相位控制部分170的相位差檢測部分172中的情況提供了說明，但是，提供給輔助側(cè)的逆變器120s的晶體管的選通脈沖也可以用來取代電流Is。并且，在上述的實施例中，說明了加熱線圈152m，152s被布置得彼此相鄰的情況，但是，本發(fā)明理所當然可應(yīng)用于加熱線圈152m，152s沒有被布置得彼此相鄰的情況。此外，在上述的第一實施例中，對配備在輔助側(cè)的可變電抗器部分162由可變?nèi)菘?64和可變感抗166組成的情況提供了說明，但是，可變電抗器部分162也可以由可變?nèi)菘?64或可變感抗166組成。并且，在上述的第一實施例中，說明了使主側(cè)的逆變器120m和輔助側(cè)的逆變器120s的加熱線圈電流ILm和ILs的相位彼此一致(同步)的情況，但是，必要時，可以在它們兩者之間保持預(yù)定的相位差。
圖6是第二實施例的說明性示意圖。第二實施例的感應(yīng)加熱裝置200由主加熱裝置210m和輔助加熱裝置210s組成。主側(cè)的驅(qū)動控制部分124m被構(gòu)造成將選通脈沖只輸出到主側(cè)的逆變器120m。輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分212s是這樣構(gòu)成的，將主側(cè)的互感器158m的電壓Vm輸入其中，其根據(jù)這個電壓Vm，生成構(gòu)成輔助側(cè)的逆變器120s的晶體管的驅(qū)動信號(選通脈沖)。換句話說，在第二實施例中，如圖3中的虛線所示，讓主側(cè)的逆變器120m的輸出電壓Vm取代主側(cè)的選通脈沖發(fā)生器140m的輸出脈沖輸入輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分124s(212s)的相位調(diào)整電路143中。其它配置與如上所述的第一實施例的配置相似。
在如此配置的第二實施例中，輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分212s當其中輸入主側(cè)的電壓Vm時，與主側(cè)的驅(qū)動控制部分124m相似地檢測電壓Vm的過零點，與這個過零點同步地生成A相用于晶體管的選通脈沖和B相用于晶體管的選通脈沖，并且，將它們作為驅(qū)動信號提供給逆變器120s的各自晶體管的基極。從而，可以獲取與上述實施例中相同的效果。
附帶說一下，將主側(cè)的電流互感器160m輸出的電流Im輸入輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分212s中，根據(jù)這個電流Im生成用于晶體管的選通脈沖，將這個用于晶體管的選通脈沖提供給輔助側(cè)的逆變器120s的晶體管，和使輔助側(cè)的逆變器120s與主側(cè)的電流Im同步地工作也是可行的。
圖14是第三實施例的簡略說明性示意圖，它示出了本發(fā)明應(yīng)用于電壓型逆變器的例子。在圖14中，感應(yīng)加熱裝置300是這樣配置的，使正向轉(zhuǎn)換部分304與AC電源302連接，和平滑電容器306配備在這個正向轉(zhuǎn)換部分304的輸出側(cè)上。并且，感應(yīng)加熱裝置300是這樣配置的，使主側(cè)的加熱裝置310m和輔助側(cè)的加熱裝置310s與平滑電容器306并聯(lián)。
加熱裝置310m，310s分別含有DC電源部分312m，312s、逆變器314m，314s、和負載線圈部分320m，320s。DC電源部分312m，312s包括眾所周知的斬波電路316m，316s和配備在它們的輸出側(cè)上的電容器318m，318s。逆變器314m，314s每一個中的每一條臂由橋式電路構(gòu)成，橋式電路包括晶體管和與這個晶體管反向并聯(lián)的二極管。負載線圈部分320m，320s與逆變器314m，314s的輸出側(cè)連接。負載線圈部分320m，320s中的每一個都是串聯(lián)諧振型的，其中加熱線圈322m，322s分別與電容器324m，324s串聯(lián)?？勺冸娍蛊?26被配備成與輔助側(cè)的負載線圈部分320s中的加熱線圈322s串聯(lián)。
并且，功率控制部分330m，330s分別與加熱裝置310m，310s的斬波電路316m，316s連接。功率控制部分330m，330s導(dǎo)通/斷開斬波電路316m，316s中由晶體管和二極管的反向并聯(lián)而成的斬波部分328m，328s，并且，改變斬波電路316m，316s的導(dǎo)通率。因此，在DC電源部分312m，312s中，電容器318m，318s兩端的電壓量變化將改變要提供給逆變器314m，314s的電壓量，從而改變逆變器314m，314s的輸出電壓。對于逆變器314m，314s，分別與控制逆變器的驅(qū)動的驅(qū)動控制部分332m，332s連接。此外，控制配備在負載線圈部分320s中的可變電抗器326的相位控制部分334與輔助側(cè)連接。附帶說一下，在圖14中省略了加熱線圈322m，322s的內(nèi)阻。
在這個第三實施例的感應(yīng)加熱裝置300中，逆變器314m，314s輸出的電壓Vm，Vs和電流(加熱線圈電流)ILm，ILs經(jīng)在圖14中未示出的互感器和電流互感器檢測，輸入功率控制部分330m，330s中。功率控制部分330m，330s從輸入的電壓和電流中獲取逆變器314m，314s的輸出功率，將它們與在圖13中未示出的功率設(shè)置單元的設(shè)置值相比較，和調(diào)整斬波部分328m，328s的驅(qū)動脈沖的寬度，使輸出電壓具有設(shè)置值。
其中輸入逆變器314m的輸出電流的主側(cè)的驅(qū)動控制部分332m檢測這個輸出電流過零點，和生成驅(qū)動逆變器314m中的每個晶體管的驅(qū)動信號(選通脈沖)，將它提供給逆變器314m中的每個晶體管。同時，對于在圖14中未示出的相位檢測器與之連接的輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分332s，輸入相位檢測器輸出的、主側(cè)的加熱線圈電流ILm和輔助側(cè)的加熱線圈電流ILs之間的相位差φms，和輸入主側(cè)的驅(qū)動控制部分332輸出的選通脈沖。然后，驅(qū)動控制部分332s根據(jù)從主側(cè)的驅(qū)動控制部分332m輸入的選通脈沖，輸出要提供給逆變器314s的驅(qū)動信號(選通脈沖)，按照主側(cè)的加熱線圈電流ILm和輔助側(cè)的加熱線圈電流ILs之間的相位差φms，調(diào)整驅(qū)動信號的相位(輸出定時)，使相位差φms變成零，或使相位差φms變成預(yù)定相位差Φ。從而，逆變器314m，314s可以使主側(cè)和輔助側(cè)的加熱線圈電流ILm，ILs的相位彼此同步地或在它們之間保持相位差Φ地工作。因此，在感應(yīng)加熱裝置300中，即使負載發(fā)生波動，由于加熱線圈電流ILm，ILs的相位彼此一致或在它們之間保持預(yù)定相位差Φ，逆變器314也可以正常工作，從而，可以防止加熱線圈332m，322s的邊緣部分中的溫度下降等。
配備在輔助側(cè)的相位控制部分334讀取逆變器314s輸出的電壓和電流和獲取它們之間的相位差φ。當在電壓和電流之間存在相位差時，相位控制部分334調(diào)整可變電抗器326，使它們兩者之間的相位彼此一致。從而，逆變器314s的功率因數(shù)得到提高，使逆變器314s的工作效率得到提高。
圖15是第四實施例的簡略說明性示意圖。根據(jù)這個第四實施例的感應(yīng)加熱裝置350含有在主側(cè)和輔助側(cè)的電壓型逆變器314m，314s。這些逆變器314m，314s是這樣構(gòu)成的，通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)方法控制它們的輸出功率。換句話說，功率控制部分352m，352s分別通過驅(qū)動控制部分354m，354s與逆變器314m，314s連接。
功率控制部分352m，352s將相應(yīng)逆變器314m，314s的輸出功率與設(shè)置值相比較。功率控制部分352m，352s獲取驅(qū)動逆變器314m，314s的脈沖寬度，以便使逆變器314m，314s的輸出功率具有設(shè)置值，并且將它們輸出到相應(yīng)驅(qū)動控制部分354m，354s。主側(cè)的驅(qū)動控制部分354m檢測逆變器314m的輸出電流的過零點，和將具有功率控制部分352m獲取的脈沖寬度的選通脈沖提供給逆變器314m。具體地說，當逆變器314m的輸出功率小于設(shè)置值時，驅(qū)動控制部分354m輸出具有較長脈沖寬度的選通脈沖，使構(gòu)成逆變器314m的晶體管導(dǎo)通的時間變長，從而提高輸出功率。
輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分354s以上述相似方式，獲取主側(cè)的加熱線圈電流ILm和輔助側(cè)的加熱線圈電流ILs之間的相位差φms，調(diào)整要提供給逆變器314s的驅(qū)動信號(選通脈沖)的相位(輸出定時)，以便使這個相位差φms為零，并且輸出選通脈沖。這個選通脈沖具有功率控制部分352s獲取的脈沖寬度。相位控制部分334與上述相似地調(diào)整可變電抗器326，以便使輔助側(cè)逆變器314s的輸出電壓和輸出電流之間的相位差φ為零，并且調(diào)整逆變器314s的功率因數(shù)。
在這些第三實施例的感應(yīng)加熱裝置300和第四實施例的感應(yīng)加熱裝置350中，必要時，逆變器314m，314s也可以在設(shè)置在主側(cè)的加熱線圈電流ILm和輔助側(cè)的加熱線圈電流ILs之間的相位差保持不變的時候工作。
圖16是第五實施例的簡略說明性示意圖。如圖16所示的感應(yīng)加熱裝置400是這樣構(gòu)成的，多個(在該實施例中，4個)加熱裝置310(310a到310d)與配備在正向轉(zhuǎn)換部分304的輸出側(cè)上的平滑電容器306并聯(lián)。這些配備有電壓型逆變器的加熱裝置310含有斬波電路316(316a到316d)和通過電容器318(318a到318d)與斬波電路316的輸出側(cè)連接的逆變器314(314a到314d)。這些逆變器314是串聯(lián)諧振型逆變器，與這些逆變器314連接的是其中加熱線圈322(322a到322d)和電容器324(324a到324d)串聯(lián)的負載線圈部分320(320a到320d)?？勺冸娍蛊?26(326a到326d)與負載線圈部分320中的加熱線圈322串聯(lián)。并且，在負載線圈部分320中，配備了互感器158(158a到158d)和電流互感器160(160a到160d)，以便可以檢測逆變器314的輸出電壓和輸出電流。
感應(yīng)加熱裝置400含有配備成與各自加熱裝置310相對應(yīng)的控制單元420(420a到420d)。控制單元420(420a到420d)具有相同的配置。這些控制單元420的具體配置像控制單元420d的方塊圖那樣示出。
控制單元420d含有功率控制部分330d。將設(shè)置值從功率設(shè)置單元126d輸入功率控制部分330d中。配備在負載線圈部分320d中的互感器158d和電流互感器160d與功率控制部分330d連接，由它們檢測的逆變器314d的輸出電壓和輸出電流(加熱線圈電流IL4)也輸入功率控制部分330d中。功率控制部分330d從互感器158d和電流互感器160d輸入的電壓值和電流值中獲取逆變器314d的輸出功率，并且將它與功率設(shè)置單元126d輸出的設(shè)置值相比較。然后，功率控制部分330d調(diào)整要提供給斬波電路316d的斬波部分328d的選通脈沖的長度，以便使逆變器314d的輸出功率具有設(shè)置值。
控制單元420d進一步包括控制逆變器314d的驅(qū)動的驅(qū)動控制部分422d。相位檢測器424d與這個驅(qū)動控制部分422d的輸入側(cè)連接。對于相位檢測器424d，輸入電流互感器160d的輸出信號和輸入?yún)⒖夹盘柹刹糠?26的輸出信號。在該實施例中，參考信號生成部分426生成提供到加熱線圈322的加熱線圈電流IL(IL1到IL4)的波形。然后，參考信號生成部分426將生成的電流波形提供給配備在各自控制單元420a到420d中的相位檢測器424a到424d(相位檢測器424a到424d未示出)，作為參考信號。相位檢測器424d將電流互感器160d檢測的加熱線圈電流IL4的相位與參考信號生成部分426輸出的參考電流波形的相位相比較，并且，獲取它們之間的相位差，將它輸出到驅(qū)動控制部分422d。
驅(qū)動控制部分422d輸出要提供給構(gòu)成逆變器314d中的每個晶體管的選通脈沖(驅(qū)動信號)，調(diào)整它的相位(輸出定時)使加熱線圈電流IL4的相位與參考電流波形的相位一致，并且將它提供給逆變器314d中的每個晶體管。各自控制單元420a到420d的驅(qū)動控制部分相似地調(diào)整要提供給逆變器314a到314d的選通脈沖的相位，以便使它們與參考信號生成部分426輸出的參考電流波形的相位一致。從而，使要提供到各自加熱線圈322a到322d的加熱線圈電流IL1到IL4的相位同步，以便即使負載狀態(tài)發(fā)生變化，也可以防止加熱線圈322之間的互感的狀態(tài)發(fā)生變化。因此，即使加熱線圈322被布置得彼此相鄰，提供到加熱線圈322的加熱線圈電流IL也不受負載狀態(tài)變化的影響，從而可以容易地和可靠地進行溫度控制，和可以防止加熱線圈322的邊緣部分中的溫度下降。
附帶說一下，配備在控制部分420d中的相位控制部分334d根據(jù)互感器154d和電流互感器160d檢測的逆變器314d的輸出電壓和輸出電流(加熱線圈電流)，檢測它們之間的相位差φ，并且，調(diào)整可變電抗器326d，以便使相位差φ為零，即，使輸出電壓和輸出電流同步。從而，提高了逆變器314d的功率因數(shù)，使逆變器314d的工作效率得到提高。控制單元420a到420c與控制單元420d相似地進行控制操作。
附帶說一下，在這個實施例中說明了使加熱線圈電流IL1到IL4的相位同步的情況，但是，必要時，逆變器314也可以在在加熱線圈電流之間保持設(shè)置的相位差不變的時候工作，或者，逆變器314也可以以在加熱線圈電流的可選一個和其它加熱線圈電流之間保持設(shè)置的相位差不變的方式工作。并且，在這個實施例中說明了參考信號生成部分426輸出電流波形作為參考信號的情況，但是，參考信號也可以是提供給逆變器314的選通脈沖等。此外，在這個實施例中說明了使加熱線圈電流與參考信號生成部分426輸出的信號同步的情況，但是，多個逆變器314的任何一個都可以用作參考逆變器，從而將這個逆變器的輸出用作參考信號。并且，在該實施例中說明了進行與參考信號生成部分426的輸出信號的同步的情況，但是，加熱線圈電流IL的相位的平均值也可以用作參考信號。在這種情況下，可以在感應(yīng)加熱裝置400開始它的操作時，或根據(jù)在預(yù)定間隔內(nèi)輸出的脈沖，獲取加熱線圈電流的平均相位。應(yīng)該明白，本發(fā)明不局限于上述說明的內(nèi)容。換句話說，本發(fā)明不僅可應(yīng)用于如圖17和18所示的基本電路所代表的逆變器，而且可應(yīng)用于任何類型的諧振型逆變器。
如圖17所示的電路是并聯(lián)諧振型逆變器，它是這樣構(gòu)成的，逆變器440中的每一條臂由串聯(lián)的晶體管和二極管構(gòu)成。在與逆變器440連接的負載部分442中，加熱線圈(負載線圈)444和電容器446是并聯(lián)的。如圖18所示的電路是串聯(lián)諧振型逆變器，它是這樣構(gòu)成的，逆變器450中的每一條臂通過晶體管和二極管的反向并聯(lián)構(gòu)成。在與逆變器450連接的負載部分452中，加熱線圈454和電容器456是串聯(lián)的。
如上所述，在通過分別與多個加熱線圈相對應(yīng)的諧振型逆變器向多個加熱線圈供電的情況下，由于本發(fā)明中的操作是以使提供到各自加熱線圈的電流的頻率彼此均衡化，以及使電流的相位同步或保持設(shè)置的相位差不變的方式進行的，即使負載狀態(tài)發(fā)生變化，逆變器也可以正常工作。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以容易地和可靠地進行溫度控制，而不會受負載波動的影響，并且，可以防止在多個加熱線圈的邊緣部分中的溫度下降。另外，由于逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差得到調(diào)整，提高了逆變器的功率因數(shù)，從而可以防止工作效率下降。
工業(yè)可應(yīng)用性當通過連接多個加熱線圈進行感應(yīng)加熱時，可以防止每個加熱線圈的邊緣部分中的溫度下降，和諧振型逆變器可以不受負載波動影響地工作。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)加熱方法，其中，使分別與多個加熱線圈相對應(yīng)的諧振型逆變器以這樣的方式工作，即，使分別提供到所述加熱線圈的各自電流的頻率彼此均衡化，和使電流彼此同步或保持在設(shè)置的相位差上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)加熱方法，其中，通過調(diào)整提供給每個所述諧振型逆變器的驅(qū)動信號的相位，使所述電流彼此同步或保持在設(shè)置的相位差上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)加熱方法，其中，要均衡化的電流信號是在外部生成的參考信號，和根據(jù)所述參考信號進行操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)加熱方法，其中，要均衡化的電流信號是所述諧振型逆變器任何一個的輸出，和根據(jù)所述參考信號進行操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)加熱方法，其中，要均衡化的電流信號是所述諧振型逆變器的輸出電流的平均值，和根據(jù)所述平均電流信號進行操作。
6.一種感應(yīng)加熱方法，其中，通過分別與所述加熱線圈相對應(yīng)的諧振型逆變器向多個加熱線圈供電；所述諧振型逆變器之一是主逆變器，另一個是輔助逆變器，所述輔助逆變器是以這樣的方式驅(qū)動的，即根據(jù)所述主逆變器的驅(qū)動信號或所述主逆變器的輸出電壓或輸出頻率，使提供到輔助側(cè)的所述加熱線圈的電流的相位與提供到主側(cè)的所述加熱線圈的電流的相位同步，或保持在設(shè)置的相位差上；和通過控制輔助逆變器側(cè)的電抗器調(diào)整所述輔助逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差，以提高功率因數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的感應(yīng)加熱方法，其中，在獲取提供到主側(cè)的所述加熱線圈的電流和提供到輔助側(cè)的所述加熱線圈的電流之間的相位差和通過控制所述輔助逆變器的驅(qū)動調(diào)整電流之間的所述相位差之后，調(diào)整所述輔助逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差。
8.一種感應(yīng)加熱裝置，包括分別與多個加熱線圈相對應(yīng)的諧振型逆變器；相位檢測器，用于獲取分別從諧振型逆變器提供到加熱線圈的電流之間的相位差；和驅(qū)動控制部分，用于根據(jù)這個相位檢測器獲取的相位差，將驅(qū)動信號提供給諧振型逆變器，使電流彼此同步或保持在設(shè)置的相位差上。
9.一種感應(yīng)加熱裝置，包括分別與多個加熱線圈相對應(yīng)的諧振型逆變器；參考信號生成部分，用于生成提供給這些逆變器的參考信號；配備成分別與所述諧振型逆變器相對應(yīng)的相位檢測器，每一個相位檢測器獲取提供到相應(yīng)一個所述加熱線圈的電流和所述參考信號生成部分輸出的參考信號之間的相位差；和配備成分別與所述諧振型逆變器相對應(yīng)的驅(qū)動控制部分，用于根據(jù)所述相位檢測器獲取的相位差和所述參考信號，在控制提供給相應(yīng)一個所述諧振型逆變器的驅(qū)動信號的同時，驅(qū)動所述諧振型逆變器，使提供到每個所述加熱線圈的電流的頻率相對于所述參考信號均衡化，以及使電流的相位與所述參考信號同步或保持在設(shè)置的相位差上。
10.一種感應(yīng)加熱裝置，包括分別與多個加熱線圈相對應(yīng)的諧振型逆變器；參考信號生成部分，用于生成提供給這些逆變器的參考信號；配備成分別與所述諧振型逆變器相對應(yīng)的相位檢測器，每一個相位檢測器獲取提供到相應(yīng)一個所述加熱線圈的電流和所述參考信號生成部分輸出的參考信號之間的相位差；配備成分別與所述諧振型逆變器相對應(yīng)的驅(qū)動控制部分，每一個根據(jù)所述相位檢測器獲取的相位差和所述參考信號，在控制提供給相應(yīng)一個所述諧振型逆變器的驅(qū)動信號的同時，驅(qū)動所述諧振型逆變器，使提供到每個所述加熱線圈的電流的頻率相對于所述參考信號均衡化，以及使每個電流的相位與所述參考信號同步或保持在設(shè)置的相位差上；可變電抗器，每一個配備在所述諧振型逆變器和相應(yīng)一個所述加熱線圈之間；配備成分別與所述諧振型逆變器相對應(yīng)的相位檢測部分，每一個檢測諧振型逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差；和相位調(diào)整部分，用于根據(jù)每個所述相位檢測部分的輸出信號，通過控制所述可變電抗器，調(diào)整所述諧振型逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差，以提高每個所述諧振型逆變器的功率因數(shù)。
11.一種感應(yīng)加熱裝置，包括由諧振型逆變器構(gòu)成的主逆變器；每一個由諧振型逆變器構(gòu)成的一個或多個輔助逆變器；配備成與這個輔助逆變器和所述主逆變器相對應(yīng)的多個加熱線圈；相位檢測器，用于獲取通過主側(cè)的所述加熱線圈的電流和通過輔助側(cè)的所述加熱線圈的電流之間的相位差；主側(cè)的驅(qū)動控制部分，用于將驅(qū)動信號提供給所述主逆變器；和輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分，用于根據(jù)主側(cè)的這個驅(qū)動控制部分輸出的驅(qū)動信號和所述相位檢測器獲取的相位差，控制提供給所述輔助逆變器的驅(qū)動信號，使通過輔助側(cè)的所述加熱線圈的電流的相位與通過主側(cè)的所述加熱線圈的電流的相位一致或保持在設(shè)置的相位差上。
12.一種感應(yīng)加熱裝置，包括由諧振型逆變器構(gòu)成的主逆變器；每一個由諧振型逆變器構(gòu)成的一個或多個輔助逆變器；配備成與這個輔助逆變器和所述主逆變器相對應(yīng)的多個加熱線圈；相位檢測器，用于獲取通過主側(cè)的所述加熱線圈的電流和通過輔助側(cè)的所述加熱線圈的電流之間的相位差；主側(cè)的驅(qū)動控制部分，用于將驅(qū)動信號提供給所述主逆變器；和輔助側(cè)的驅(qū)動控制部分，用于根據(jù)所述主逆變器的輸出電流或輸出電壓和所述相位檢測器獲取的相位差，控制提供給所述輔助逆變器的驅(qū)動信號，使通過輔助側(cè)的所述加熱線圈的電流的相位與通過主側(cè)的所述加熱線圈的電流的相位一致或保持在設(shè)置的相位差上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的感應(yīng)加熱裝置，進一步包括配備在所述輔助逆變器和與這個輔助逆變器相對應(yīng)的所述加熱線圈之間的可變電抗器；相位檢測部分，用于檢測所述輔助逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差；和相位調(diào)整部分，用于根據(jù)所述相位檢測部分的輸出信號，通過控制所述可變電抗器，調(diào)整所述輔助逆變器的輸出電流和輸出電壓之間的相位差，以提高所述輔助逆變器的功率因數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是防止每個加熱線圈的邊緣部分中的溫度下降，和能消除負載狀態(tài)變化造成的影響。為了實現(xiàn)這個目的，根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱裝置400配備有分別與多個加熱線圈310(310a到310d)相對應(yīng)的控制單元420(420a到420d)?？刂茊卧?20d的相位檢測器424d獲取電流互感器160d檢測的逆變器314d的輸出電流(加熱線圈電流I
文檔編號A45D20/12GK1631056SQ0282921
公開日2005年6月22日 申請日期2002年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月26日
發(fā)明者內(nèi)田直喜, 川中啟二, 難波秀之, 尾崎和博 申請人:三井造船株式會社