特許 6803387 ワークピースを加熱するための微調整された出力を有する高周波電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6803387

(24)【登録日】2020年12月2日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】ワークピースを加熱するための微調整された出力を有する高周波電源システム

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/08 20060101AFI20201214BHJP

   H01F 29/10 20060101ALI20201214BHJP

   H01F 21/06 20060101ALI20201214BHJP

   C21D 1/42 20060101ALI20201214BHJP

【ＦＩ】

   H05B6/08

   H01F29/10 Z

   H01F21/06 Z

   C21D1/42 F

   C21D1/42 E

【請求項の数】20

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-532424(P2018-532424)

(86)(22)【出願日】2016年12月22日

(65)【公表番号】特表2019-507461(P2019-507461A)

(43)【公表日】2019年3月14日

(86)【国際出願番号】US2016068284

(87)【国際公開番号】WO2017112858

(87)【国際公開日】20170629

【審査請求日】2019年12月17日

(31)【優先権主張番号】62/270,952

(32)【優先日】2015年12月22日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507320188

【氏名又は名称】サーマツール コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・ジー・イグナトウスキー

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・エイ・ナレン

(72)【発明者】

【氏名】レスリー・ディー・フレイム

【審査官】 竹中 辰利

(56)【参考文献】

【文献】 欧州特許出願公開第１６８３６００（ＥＰ，Ａ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００３９８１５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ６／０８

Ｃ２１Ｄ １／４２

Ｈ０１Ｆ ２１／０６

Ｈ０１Ｆ ２９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群の前進時に前記金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群を加熱するための高周波電気加熱システムであって、
高周波電力を提供するためのインバーター出力配線を有する固体電気インバーターにして、高周波電力の振幅及び周波数が、前記固体電気インバーターに接続された負荷のインピーダンスに依存し、前記負荷が、前記金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群を前進させる間に前記金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群に加熱電流を流す手段を含む、固体電気インバーター；及び
前記インバーター出力配線と前記金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群に加熱電流を流す手段に接続された負荷整合及び周波数制御機器にして、
前記インバーター出力配線と前記負荷に電気的に直列に接続された可変リアクトルの第１ペアと、
前記インバーター出力配線に電気的に並列に接続された可変リアクトルの第２ペアと、
前記インバーター出力配線及び前記負荷に電気的に接続された少なくとも１つのコンデンサを備え、
前記可変リアクトルの第１ペアそれぞれ及び前記可変リアクトルの第２ペアそれぞれが通電時に可変エネルギー場を生成し、前記可変エネルギー場及び前記可変リアクトルの第１及び第２ペアが、そこに隣接し、またそこに関して変位可能である可変エネルギー場変更手段により、リアクタンスにおいて可変である、負荷整合及び周波数制御機器を備える、高周波電気加熱システム。

【請求項2】

前記固体電気インバーターが代替として電圧源直列調整インバーターであり、
前記少なくとも１つのコンデンサが、前記インバーター出力配線の１つに電気的に直列であり、
前記可変リアクトルの第１ペア、電流源並列インバーター、及び前記少なくとも１つのコンデンサの一つが、前記インバーター出力配線に電気的に並列に接続される、請求項１に記載の高周波電気加熱システム。

【請求項3】

前記電圧源直列調整インバーターが、前記インバーター出力配線に電気的に並列に接続された第２コンデンサを有し、前記第２コンデンサの第１端子が、前記少なくとも１つのコンデンサと前記可変リアクトルの第１ペアの１つの中間に電気的に接続される、請求項２に記載の高周波電気加熱システム。

【請求項4】

前記可変リアクトルの第１ペア及び前記可変リアクトルの第２ペアそれぞれが、リアクトルの幾何形状のペアを備え、前記リアクトルの幾何形状のペアが、
幾何形状の可動のインサートコア；
定置の分割バスにして、
前記幾何形状の可動のインサートコアが幾何形状の分割バス部に完全に挿入される時の最小インダクタンス値から前記幾何形状の可動のインサートコアと前記幾何形状の分割バス部の間で形状付けられた挿入空間における可変エネルギー場が最大値になる位置への前記幾何形状の分割バス部からの引き出し時の最大インダクタンス値に前記リアクトルの幾何形状のペアのインダクタンスを変更するために前記幾何形状の分割バス部内に前記幾何形状の可動のインサートコアの挿入の調整可能な位置を提供するべく前記幾何形状の可動のインサートコアに対して幾何学的に相補的な形状を有する幾何形状の分割バス部；及び
負荷整合及び周波数制御機器における前記リアクトルの幾何形状のペアの電気接続のための分割電気バス端子部を備える定置の分割バス；及び
前記幾何形状の分割バス部の内外に前記幾何形状の可動のインサートコアを挿入及び引き出すための前記幾何形状の可動のインサートコアに接続されたアクチュエーターを備える、請求項１又は２に記載の高周波電気加熱システム。

【請求項5】

前記幾何形状の可動のインサートコアが短絡した（short-circuited）導電性材料から形成される、請求項４に記載の高周波電気加熱システム。

【請求項6】

代替として、前記短絡した導電性材料が銅シート又は固体銅インサートコアを形成する、請求項５に記載の高周波電気加熱システム。

【請求項7】

代替として、前記幾何形状の可動のインサートコアが中実又は中空の磁性材料から形成される、請求項４に記載の高周波電気加熱システム。

【請求項8】

前記中実又は中空の磁性材料がフェライト又は複数のフェライトを含む、請求項７に記載の高周波電気加熱システム。

【請求項9】

前記幾何形状の可動のインサートコア及び前記幾何形状の分割バス部が、円錐部、くさび形部、及び放物線円錐部から成る群から選択される、請求項４乃至７のいずれか一項に記載の高周波電気加熱システム。

【請求項10】

前記可変リアクトルの第１ペア又は前記可変リアクトルの第２ペアのいずれかに含まれる少なくとも１つのリアクトルに直列に組み合わされる少なくとも１つの固定インダクターを更に備える、請求項４に記載の高周波電気加熱システム。

【請求項11】

前記可変リアクトルの第１ペアの前記分割電気バス端子部が一緒に接続され、前記インバーター出力配線の１つに接続された単一の直列可変リアクトルを電気的に形成し、前記可変リアクトルの第２ペアが一緒に接続され、前記インバーター出力配線に並列に接続された単一の並列可変リアクトルを電気的に形成する、請求項４に記載の高周波電気加熱システム。

【請求項12】

リアクトルの幾何形状のペアを備える高周波可変リアクトルであって、前記リアクトルの幾何形状のペアが、
幾何形状の可動のインサートコア；
定置の分割バスにして、
前記リアクトルの幾何形状のペアの通電時、前記幾何形状の可動のインサートコアが幾何形状の分割バス部に完全に挿入される時の最小インダクタンス値から、前記幾何形状の可動のインサートコアと前記幾何形状の分割バス部の間で形状付けられた挿入空間における可変エネルギー場が最大値になる位置へ前記幾何形状の分割バス部から引き出される時の最大インダクタンス値に前記リアクトルの幾何形状のペアのインダクタンスを変更するために前記幾何形状の分割バス部内に前記幾何形状の可動のインサートコアの挿入の調整可能な位置を提供するべく前記幾何形状の可動のインサートコアに対して幾何学的に相補的な形状を有する幾何形状の分割バス部；及び
前記リアクトルの幾何形状のペアのそれぞれの電源への電気接続のための分割電気バス端子部を備える定置の分割バス；及び
前記幾何形状の分割バス部の内外に前記幾何形状の可動のインサートコアを挿入及び引き出すための前記幾何形状の可動のインサートコアに接続されたアクチュエーターを備える、高周波可変リアクトル。

【請求項13】

前記幾何形状の可動のインサートコアが短絡した導電性材料から形成される、請求項１２に記載の高周波可変リアクトル。

【請求項14】

代替として、前記短絡した導電性材料が銅シート又は固体銅インサートコアを形成する、請求項１３に記載の高周波可変リアクトル。

【請求項15】

代替として、前記幾何形状の可動のインサートコアが中実又は中空の磁性材料から形成される、請求項１２に記載の高周波可変リアクトル。

【請求項16】

前記中実又は中空の磁性材料がフェライト又は複数のフェライトを含む、請求項１５に記載の高周波可変リアクトル。

【請求項17】

前記幾何形状の可動のインサートコア及び前記幾何形状の分割バス部が、円錐部、くさび形部、及び放物線円錐部から成る群から選択される、請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の高周波可変リアクトル。

【請求項18】

前記リアクトルの幾何形状のペアに含まれる少なくとも１つのリアクトルに直列に組み合わされる少なくとも１つの固定インダクターを更に備える、請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載の高周波可変リアクトル。

【請求項19】

前記幾何形状の分割バス部が、対の２巻き円錐部を備え、前記幾何形状の可動のインサートコアが第１及び第２の円錐形状のインサートコアを備える、請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載の高周波可変リアクトル。

【請求項20】

前記リアクトルの幾何形状のペアのそれぞれの電気接続のための前記分割電気バス端子部が一緒に接続されて単一の幾何形状の可変リアクトルを形成する、請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載の高周波可変リアクトル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１５年１２月２２日に出願された米国仮出願Ｎｏ．６２／２７０,９５２の優先権を主張し、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。

【0002】

本発明は、金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群が前進する時に金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群を加熱するための微調整された出力を有する高周波電源システムに関する。

【背景技術】

【0003】

誘導溶接は、金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群が前進する時に金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群を加熱するために電磁誘導を用いる溶接の一形態である。周囲雰囲気、又は不活性ガス又は真空といった制御された環境において、加熱された部分又は部分群、例えば、金属シートの対向縁は、誘導加熱された部分又は部分群の間に力を適用することにより一緒に溶接され、例えば、筒状製品を形成する。

【0004】

電気抵抗溶接（ＥＲＷ(Electric resistance welding)）は、抵抗加熱を利用して金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群が前進する時に金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群を加熱する溶接の一形態である。周囲雰囲気、又は不活性ガス又は真空といった制御された環境において、加熱された表面は、抵抗加熱された部分又は部分群、例えば、金属シートの対向縁の間に力を適用することにより一緒に溶接されて筒状製品を形成する。

【0005】

誘導又は抵抗溶接工程で用いられる高周波固体電源は、また、他の加熱工程、例えば、金属ワークピース又はワークピースゾーン、例えば、先に成形された溶接シームが熱処理を要求する誘導アニール（熱処理）工程でも用いることができる。誘導コイル及び磁気的に結合したワークピース熱処理ゾーンが、アニール工程の間に動的に変化する負荷特性を有する電気負荷回路を形成する。

【0006】

その全体において本明細書に参照により組み込まれる米国特許第５,９０２,５０６(’５０６特許)は、負荷整合機器における可変リアクトルを用いる高周波鍛接（forge welding）又はアニール電源システムを開示する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の１つの目的は、微調整された出力を有する高周波電源システムを提供する、米国特許第５，９０２，５０６に開示されたものよりも改善された可変リアクトルを有する高周波鍛接又はアニール電源システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一側面は、金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群の前進時に金属パーツ又はパーツ群の部分又は部分群を加熱するための高周波電気加熱システムであり、高周波電気加熱システムは、固体インバーターと負荷整合及び周波数制御機器を備え、高周波電気加熱システムから負荷への微調整された出力を達成するために可変リアクトルのペアが用いられる。

【0009】

本発明の別側面は、幾何形状の可動のインサートコア部と、定置の分割バス部を有する高周波可変リアクトルであり、可変リアクトルを回路に接続するための相補的な幾何形状の分割バス部及び分割バス電気端子を有し、リアクトルペアのインダクタンスを変更するべく相補的な幾何形状の分割バス部の内外にインサートコア部が動くことができる。

【0010】

本発明の上述及び他の側面が本明細書及び添付請求項に明記される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

以下に簡潔に要約される添付図面は、本発明の理解の例のために提供され、本明細書と添付請求項で更に記述されるように本発明を限定するものではない。

【0012】

【図1】図１は、電流源インバーターを用いる本発明の高周波加熱電源システムの簡略図の一例である。

【0013】

【図2】図２は、電圧源インバーターを用いる本発明の高周波加熱電源システムの簡略図の一例である。

【0014】

【図3】図３は、本発明の高周波加熱電源システムのための制御システムの簡略図の一例である。

【0015】

【図4】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の高周波電源システムの負荷整合機器で使用可能である本発明の単一の中実又は中空の導電性インサートコアを有する円錐形状の幾何形状の可変リアクトルのペアの一例を示す。図４（ｃ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）における可変リアクトルのペアが図１又は図２におけるリアクトルペア３２−３３のために使用されることを示す図１又は図２に示した負荷整合及び周波数制御機器の詳細である。

【0016】

【図5】図５（ａ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した可変リアクトルのペアで使用可能である中実又は中空のフェライトから形成された単一の幾何形状のインサートコアの一例を示す。図５（ｂ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したリアクトルのペアで使用可能であるフェライトロッドのアレイから形成された単一の幾何形状のインサートコアの一例を示す。

【0017】

【図6】図６は、本発明の高周波電源システムの負荷整合機器で使用可能であるくさび形形状の本発明の高周波可変リアクトルの一例を示す。

【0018】

【図7】図７は、本発明の高周波電源システムの負荷整合機器で使用可能である楕円放物面の形状の本発明の高周波可変リアクトルの一例を示す。

【0019】

【図8】図８（ａ）乃至図８（ｄ）は、本発明の高周波電源システムの負荷整合機器で使用可能である円錐形状の２巻き可変リアクトルのペアを備える本発明の高周波可変リアクトルの一例を示す。

【0020】

【図9】図９（ａ）と図９（ｂ）は、本発明の高周波可変リアクトルの一例を示し、本発明の負荷整合及び周波数制御機器で使用可能である本発明の単一の中実又は中空の導電性インサートコアを有する円錐形状の幾何形状の可変リアクトルのペアを備え、リアクトルペアの可変リアクトルそれぞれのための分割電気バス部が一緒に接合して単一の可変リアクトルを形成する。図９（ｃ）は、図１又は図２に示した修正された負荷整合及び周波数制御機器の詳細であり、図９（ａ）及び図９（ｂ）の高周波リアクトルが高周波電源システムで使用可能であることを示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１では、整流器１２が、３相交流電流を直流電流に変換し、また、配線８２及び８４及び固定インダクター１８を介して、トランジスター２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び２０ｄを有するインバーター回路に接続される。トランジスターは、金属酸化物半導体電界効果型トランジスター又は他の適切な固体スイッチング装置であり得る。電流センサー１６がインバーター、従って、負荷８０に供給される電流に比例した出力を提供する。例えば、誘導溶接、又はアニール用途、又は電気抵抗溶接用途において本発明の高周波電源加熱システムが用いられる時、負荷８０は、電気配線と誘導コイル、又は、溶接、アニール、さもなければ加熱されるべき（部分又は部分（群）に接触する）電気的接点を含む。

【0022】

可変リアクトルのペアのそれぞれがインバーター出力配線の個別の１つと負荷８０の間で電気的に直列に接続される可変リアクトルの第１ペア３２及び３３；
可変リアクトルのペアのそれぞれがインバーター出力配線に電気的に並列に接続される可変リアクトルの第２ペア３４及び３５；
インバーター出力配線及び負荷８０の間で電気的に直列に接続された第１の（オプションの）高周波低損失コンデンサ３６；
インバーター出力配線に電気的に並列に接続された第２の高周波低損失コンデンサ３７を備える負荷整合機器１４により、インバーター出力配線８６及び８８が負荷８０に接続され、全構成要素が図１に示すように本発明の１つの実施形態で配置される。

【0023】

負荷８０、リアクトルペア３２−３３及び３４−３５、（用いられるならば）コンデンサ３６及び３７が、インバーター出力配線に接続されたタンク回路（tank circuit）を形成する。誘導性リアクタンス及び容量性リアクタンスが等しい時に最大伝送が達成される。（用いられるならば）コンデンサ３６及び３７のための値と、２つの可変リアクトルペア３２−３３及び３４−３５のための範囲の選択は、公称負荷インダクタンスと、もし用いられるならば、加熱工程が誘導溶接である時の形成過程の筒状部材内の任意の磁性コア（インピーダー）と、付帯バスワークインダクタンス（ancillary bus work inductance）、溶接用途において溶接機に整合される負荷抵抗の範囲、及び溶接用途のための溶接周波数の合計である公称負荷インダクタンス範囲を決定することから始まる。インバーターがその全電力を伝送する抵抗性インピーダンスの値の知識も要求される。この知識を以て、コンデンサ３７の値Ｃ_pは、全電力出力でタンク回路により最高循環電流（the highest circulating current）が生成されることを支持するのに必要な値に計算される。これは、次式に示すことができる。

【0024】

【0025】

ここで、πが３.１４１５９２６に等しい;

【0026】

ｆは、所望の用途の周波数に等しい。

【0027】

Ｒ_oは、その全電力出力を伝送するためにインバーターにより要求される抵抗性インピーダンスに等しい；及び

【0028】

Ｒ_minは、誘導溶接又はアニール工程においてワークコイル端子（work coil terminals）で予期される最小抵抗性インピーダンスである。

【0029】

Ｃ_pを知ると、溶接用途において溶接周波数でタンク回路を共振させるために（用いられるならば）コンデンサ３６の値Ｃ_sが計算される。

【0030】

【0031】

ここで、Ｌ_nomは、公称負荷インダクタンスに等しい。

【0032】

上記のように値が選択されると、図１に示した回路は、正しい抵抗性インピーダンスをインバーターに提供し、それは、ワークコイルがその公称インダクタンス及び最小抵抗を示す時、また、２つの可変リアクトルペア３２−３３及び３４−３５のインダクタンスが無視可能である時、すなわち、リアクトルペア３４−３５のＬ_pが本質的に無限であり、リアクトルペア３２−３３のＬ_sが本質的にゼロのインダクタンスを有する時、その全電力出力を提供することができる。

【0033】

誘導溶接又はアニール用途においてワークコイル抵抗のより高い値に整合するため、可変リアクトルペア３２−３３は、最小負荷抵抗の場合にて達成されるものと同一の電力を損失（dissipate）するのに必要な電流を達成するように調整されなければならない。これは、リアクトルペア３２−３３のリアクタンス値を増加することにより達成可能であり、負荷が整合されるならば、リアクトルペア３４−３５に亘る電圧が全電力出力で一定であると理解する。負荷リアクタンスが抵抗（高いＱ負荷）よりもかなり高いため、次式で良く近似される。

【0034】

【0035】

ここで、Ｌ_s(max)は、可変リアクトルペア３２−３３の要求最大設計値である。

【0036】

Ｒ_maxは、負荷電流供給装置の端子で予期される最大負荷抵抗である。

【0037】

しかしながら、Ｌ_Sがより大きい負荷抵抗に整合するように増加するため、タンク回路のインダクタンスが増加し、その共振周波数が低下し、従って、適用周波数（application frequency）が低下する。適用周波数をその所望の値に維持するため、可変リアクトルペア３４−３５のリアクタンスＬ_pが減じられ、回路の有効インダクタンスが常にＬ_nomに等しくなる：

【0038】

【0039】

従って、２つの可変リアクトルペア、つまり、Ｌ_p(min)からより大きい値にリアクタンスを調整可能な１つと、インダクタンスの小さい値からＬ_s(max)に調整可能な１つが必要になる。これらのリアクトルペアは、インバーターが全電力を伝送している時、それらのリアクタンスの値が調整可能であるように設計される。

【0040】

図２は、負荷整合機器１４により負荷に接続された電圧源調整インバーターを模式的に示す。図２における対応の要素が図１で用いた参照番号により指定される。フィルタリングコンデンサ３８も用いられ、図２において他の要素に対するコンデンサ３６の位置が変えられている。図２のコンデンサ３７は、電圧源インバーターの実施形態についてオプションである。

【0041】

図２におけるリアクトル及びコンデンサ３２乃至３７のための値の選択は、本質的には図１に関して記述したように為される。また、可変リアクトルペア３２−３３及び３４−３５が、図１に関して記述したように調整され、負荷８０に接続した負荷整合機器１４を所望の動作周波数で共振させることが目的である。

【0042】

負荷電流供給手段、例えば、筒状部材の電気抵抗溶接工程における電気接点又は筒状部材の誘導溶接又はアニール工程における誘導コイルを接続する配線が、誘導性リアクタンス及び抵抗を有し；電気接点が、誘導性リアクタンス及び抵抗を有し；誘導性コイルが誘導性リアクタンス及び抵抗を有する。電気抵抗溶接工程において、形成過程の筒状部材は、電気接点で誘導性リアクタンス及び抵抗を示し、また、誘導溶接又はアニール工程で、誘導コイルのリアクタンスがその長さに沿って変化し得る形成又は加熱過程の筒状部材の材料により、また、誘導コイルと筒状部材の間の空間により影響される。従って、筒状部材が前進する時、通常、負荷整合機器の出力に示されるインピーダンスが変化し、加熱電流を実質的に一定の振幅及び周波数に維持するために変動（variations）を補償することが必要である。

【0043】

図３は、その出力配線８６及び８８でインバーター４１に示されるインピーダンス、従って、インバーター４１により供給される電流の周波数及び振幅を制御するために図１に示した機器と使用可能である自動制御機器の概略図である。

【0044】

図１又は図２には示さないが、整流器１２は、図３に示すように整流器１２のＤＣ電圧出力を制御するためのＤＣ制御部４３を有することができる。整流器出力の公称レベルは、図３で示されるように、手動で設定可能である。電流センサー１６からの出力電流が電流比較器４５に供給され、比較器４５の出力がＤＣ制御部４３に供給され、最大電流レベルを超えないことを保証する。

【0045】

電流センサー１６の出力及び（模式的に示され、また、配線８６及び８８での電力の電圧及び周波数に関する情報を提供するように選択される）電圧及び周波数センサー４７の出力が比較器４９に供給され、これは、測定された電圧、電流、及び周波数と、電圧、電流、及び周波数の所定値を比較し、また、インバーター４１の出力での所望の負荷インピーダンス及びインバーター周波数を維持するための負荷整合制御部として作動する。比較器４９は、直列リアクトルペア３２−３３のリアクタンス制御要素を変化させるためにアクチュエーター、例えば、モーターＭ２に電力供給する電気出力、及び、並列リアクトルペア３４−３５のリアクタンス制御を変化させるためにアクチュエーター、例えば、モーターＭ１に電力供給する電気出力を提供する。

【0046】

電圧及び周波数センサー４７の出力が高周波制御部５７にも供給され、これが、インバータートランジスター２０ａ〜２０ｄの稼働（firing）を制御及び同期化する。

【0047】

本発明の１つの好適な実施形態では、正規制御インターバル比較器（regular controlled interval comparer）４９が、次の機能を実行する。

【0048】

（１）電圧及び電流を測定し、もし最大電流に対する測定電流の比に対する最大電圧に対する測定電圧の結果の比が事前設定値よりも大きいならば、例えば、１．０５ならば、比較器４９の出力は、モーターＭ２が動作させてリアクトルペア３２−３３のリアクタンスを低下させる；もし結果の比が事前設定値よりも小さいならば、例えば、０．９５ならば、比較器４９の出力が、モーターＭ２を動作させて、リアクトルペア３２−３３のリアクタンスを増加させる。

【0049】

（２）所望周波数と測定周波数を比較し、もし所望周波数に対する測定周波数の比が事前設定値よりも大きいならば、例えば、１．０５ならば、比較器４９の出力がモーターＭ１を動作させてリアクトルペア３４−３５のリアクタンスを増加させる；もし比が事前設定値よりも小さいならば、例えば、０．９５ならば、比較器４９の出力がモーターＭ１を動作させてリアクトルペア３４−３５のリアクタンスを減少させる。

【0050】

リアクトルペア３２−３３及び３４−３５の調整が為されるレベルが、所望の負荷整合の許容可能な変動に依存して異なり得る。

【0051】

負荷整合制御又は比較器４９は、可変リアクトルペア３２−３３及び３４−３５と一緒に、配線８６及び８８でインバーター４１に提供されるインピーダンスを制御する。従って、リアクトルペア３４−３５は、インバーター４１が動作する周波数を制御し、また、リアクトルペア３２−３３は、負荷８０に直列のリアクタンスを制御し、リアクトルペア３４−３５と一緒に、出力配線８６及び８８でインバーター４１に提供されるインピーダンスが、インバーター４１のインピーダンスに等しく、又は実質的に等しく、配線８６及び８８の電力の供給を最大にする。（用いられるならば）相対的に低損失のコンデンサ３６及び３７、相対的に低損失のリアクトルペア３２−３３及び３４−３５、また配線８６及び８８及び負荷８０間の相対的に低損失の配線を用いることにより、最大電力が負荷８０にも供給される。

【0052】

本発明では、リアクトルペア３２−３３及び３４−３５のいずれか又は両方が、図示のように、例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）、図６又は図７における個々の相補的な円錐部、くさび形（２つの三角形と３つの台形面から規定される多面体）部分又は放物線円錐部として、本発明の１つの実施形態において銅といった導電性シート材料から構成される単一の可動の幾何形状のインサートコア及び定置の分割バスを有するリアクトルの幾何形状のペアから形成可能である。

【0053】

例えば、本発明の１つの実施形態では、図４（ａ）と図４（ｂ）に可変リアクトルペア６０が示され、リアクタンス制御素子として機能する単一の短絡した幾何形状のインサートコア部６２が、図４（ａ）及び図４（ｂ）の両側矢印により示されるように定置の分割バス部６４の定置の相補的な幾何形状の分割円錐バス部６４ａ及び６４ｂの内外に動かされ、インサートコア部６２における誘導電流の振幅が、定置の分割バス部６４の相補的な幾何形状の分割円錐バス部６４ａ及び６４ｂに流れる交流電流から可変磁束場（可変エネルギー場としても呼ばれる）を確立し、幾何形状のインサートコア部６２が相補的な幾何形状の分割円錐バス部６４ａ及び６４ｂに完全に挿入される時の最小インダクタンスからインサートコア部６２及び定置の分割バス部６４の間で形状付けられた挿入空間における可変エネルギー場が最大値になる、例えば、図４（ａ）に示すある位置まで幾何形状のインサートコア部６２が引き出される時の最大インダクタンスまでの可変インダクタンスの範囲を有し得るリアクトルのペアのそれぞれについて交流電流バスの分割電気バス端子部Ａ１−Ｂ１及びＡ２−Ｂ２で可変インダクタンスを確立する。図４（ｃ）は、可変リアクトルペア３２−３３として、図１又は図２の高周波電源システムに接続された可変リアクトルペア６０を示す。定置の分割バス部６４は、電気的に絶縁された分割円錐バス部６４ａ及び６４ｂと、(円錐バス部６４ａに関連の)分割電気端子部Ａ２及びＢ２と、(円錐バス部６４ｂに関連の)分割電気端子部Ａ１及びＢ１を備える。すなわち、電気的に相互接続されたバス部６４ａ及び分割電気バス端子部Ａ２及びＢ２は、電気的に接続されたバス部６４ｂ及び端子部Ａ１及びＢ１から空間的に分離される。

【0054】

磁気的に相互作用する可動なインサートコア部と定置のバス素子の幾何形状が、幾何形状のリアクトルペアで達成可能であるインダクタンスの変化の精度の程度に基づいて、特定用途のために選択され、この精度の程度は、例えば、米国特許Ｎｏ．５,９０２,５０６の電源で得られるものよりも優れた本発明の高周波電源の出力周波数の調整精度の程度に関する。

【0055】

各幾何形状のリアクトルペアは、リアクトルのペア、例えば、図１又は図２のリアクトル３２−３３及び３４−３５を備え、例えば、図１又は図２の相互接続鎖線Ｘにより示されるようにペアで調整可能である。例えば、リアクトルペア３２−３３について、アクチュエーター、例えば、図３の制御図（又は図４（ａ）及び図４（ｂ）のアクチュエーターＭ’）に示されるモーターＭ２での図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すような定置のバス部６４の幾何形状の分割バス部の内外におけるインサートコア部６２の動きによる。

【0056】

図１及び図２におけるリアクトルペア３２−３３のためのＡＣバス（Ａ１−Ｂ１）及び（Ａ２−Ｂ２）の符号が、図４（ａ）及び図４（ｂ）における円錐形状のリアクトルのものと同一である。

【0057】

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）における円錐形状のリアクトルペア６０との円錐インサートコア部６２のための磁性材料（例えば、フェライト６２ａ）の使用を図示する。図５（ａ）では、円錐インサートコア部６２ａは、中実又は中空の磁性材料コアを含む。図５（ｂ）では、円錐インサートコア部６２ｂは、インサートコア部の外周部を形成するフェライトロッドのアレイを含む。

【0058】

図６は、本発明の高周波電源システムと使用可能である本発明の高周波可変リアクトル９０の別例を示す。高周波可変リアクトル９０は、２つの三角形と３つの台形面から規定される多面体の幾何形状の単一の短絡したインサートコア部９２を備え、本明細書ではくさび形部の一般名により特定され、図６の両側矢印により示されるように、定置の分割バス部９４の定置の相補的な幾何形状の分割くさび形バス部９４ａ及び９４ｂの内外に動かされる。インサートコア部９２における誘導電流の振幅は、定置の分割バス部９４の相補的な幾何形状の分割くさび形バス部９４ａ及び９４ｂに流れる交流電流から可変磁束場（可変エネルギー場とも呼ばれる）を確立し、幾何形状のインサートコア部９２が相補的な幾何形状の分割円錐バス部９４ａ及び９４ｂに完全に挿入された時の最小インダクタンス値から、インサートコア部９２と定置の分割バス部９４の間で形状付けられた挿入空間における可変エネルギー場が最大値である位置に幾何形状のインサートコア部９２が引き出される時の最大インダクタンス値までの可変インダクタンス範囲を有し得るリアクトルのペアそれぞれについて交流電流バスの分割電気バス端子部Ａ１−Ｂ１及びＡ２−Ｂ２で可変インダクタンスを確立する。可変リアクトルペア９０は、可変リアクトルペア３２−３３及び／又は可変リアクトルペア３４−３５として、図１又は図２の高周波電源システムにおいて接続される。定置の分割バス部９４は、電気的に絶縁された分割くさび形バス部９４ａ及び９４ｂと、（くさび形バス部９４ａに関連の）分割電気端子部Ａ２及びＢ２と、（くさび形バス部９４ｂに関連の）分割電気端子部Ａ１及びＢ１を備える。つまり、電気的に接続されたバス部９４ａと端子部Ａ２及びＢ２は、電気的に接続されたバス部９４ｂと端子部Ａ１及びＢ１から空間的に分離される。

【0059】

図７は、本発明の高周波電源システムで用いられることができる高周波可変リアクトル１１０の別例を示す。高周波可変リアクトル１１０は、図７の両側矢印により示されるように定置の分割バス部１１４の定置の相補的な幾何形状の分割楕円放物面バス部１１４ａ及び１１４ｂの内外に可動である楕円放物面の幾何形状の単一の短絡したインサートコア部１１２を備え、インサートコア部１１２における誘導電流の振幅は、定置の分割バス部１１４の相補的な幾何形状の分割円錐型バス部１１４ａ及び１１４ｂに流れる交流電流から可変磁束場（可変エネルギー場とも呼ばれる）を確立し、幾何形状のインサートコア部１１２が相補的な幾何形状の分割円錐型バス部１１４ａ及び１１４ｂに完全に挿入された時の最小インダクタンス値から、インサートコア部１１２と定置の分割バス部１１４の間で形状付けられた挿入空間における可変エネルギー場が最大値である位置に幾何形状のインサートコア部１１２が引き出される時の最大インダクタンス値までの可変インダクタンス範囲を有し得るリアクトルのペアそれぞれについて交流電流バスの分割電気バス部端子部Ａ１−Ｂ１及びＡ２−Ｂ２で可変インダクタンスを確立する。可変リアクトルペア１１０は、可変リアクトルペア３２−３３及び／又は可変リアクトルペア３４−３５として、図１又は図２の高周波電源システムにおいて接続される。定置の分割バス部１１４は、電気的に絶縁された分割円錐型バス部１１４ａ及び１１４ｂと、（楕円放物面バス部１１４ａに関連の）分割電気端子部Ａ２及びＢ２と、（楕円放物面バス部１１４ｂに関連の）分割電気端子部Ａ１及びＢ１を備える。つまり、電気的に接続されたバス部１１４ａと端子部Ａ２及びＢ２は、電気的に接続されたバス部１１４ｂと端子部Ａ１及びＢ１から空間的に分離される。

【0060】

本発明の別例では、本発明の幾何形状の高周波リアクトルは、幾何形状のインサートコア部と定置の分割バス部の間で形状づけられた挿入空間に応じた特定用途で要求される可変インダクタンス・プロファイルに依存して、他の幾何形体であり得、例えば、ピラミッド形である。例えば、本発明の高周波電気加熱システムでの加熱を達成するためにインダクタンスのリニア又は対数変化が特定の高周波可変リアクトルにより要求される用途では、特定の幾何形状が、別の幾何形状よりも微調整されたインダクタンス・プロファイルを提供し得る。

【0061】

図８（ａ）乃至図８（ｄ）は、本発明の高周波電源システムと使用可能である本発明の高周波可変リアクトル７０の一実施形態を示す。高周波可変リアクトル７０は、２巻き可変インダクターペア７０を備え、幾何形状が円錐部であり、ペアの各リアクトル、例えば、図１又は図２におけるリアクトル３２及び３３が、それぞれ、その独自の円錐形状のインサートコア部７２ａ及び７２ｂと、その独自の円錐形状の２巻き分割バス部７４ａ及び７４ｂを有する。第１の定置の分割バス部は、電気的に絶縁された分割バス部７４ａと（２巻き分割バス部７４ａに接続された）分割電気端子部Ａ１及びＢ１を備え、第２の定置の分割バス部は、電気的に絶縁された２巻き分割バス部７４ｂと（２巻き分割バス部７４ｂに接続された）分割電気端子部Ａ２及びＢ２を備える。つまり、電気的に接続された２巻きバス部７４ａと端子部Ａ１及びＢ１は、電気的に接続された２巻きバス部７４ｂと端子部Ａ２及びＢ２から空間的に分離される。

【0062】

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、本発明の高周波電源システムと使用可能である本発明の高周波可変リアクトル１２０の別例を示す。分割バス端支部Ａ１及びＡ２が一緒に電気的にバス端子Ａ１’に接続され、Ｂ１及びＢ２がバス端子Ｂ１’に一緒に電気的に接続され、可変リアクトルのペアが単一のリアクトル１２０を形成することを除いて、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示された実施形態は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されたものと同様である。この実施形態では、インダクターペアは、図９（ｃ）でバス端子Ａ１’及びＢ１’の間に示される単一のインダクター１２０として構成され、これは、本発明の幾つかの実施形態では、可変直列リアクトルペア３２−３３を単一の可変リアクトル１２０で置換する。同様、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示されたように本発明の幾何形状のリアクトルペアを修正することによっても、図１又は図２における並列可変リアクトルペア３４−３５が、単一の可変リアクトルで置換され得る。

【0063】

本発明の高周波電気加熱システムの幾つかの例では、インダクタンスの固定値を有するインダクターが、本発明のインダクターペアの任意の１つ又は複数の可変インダクターに直列に接続され得る。

【0064】

本発明の高周波可変リアクトルの幾何形状のペアそれぞれについて可動インサートコア部は、適切なアクチュエーター、例えば、リアクトルペア３４−３５及び３２−３３について個別に図３に示されたモーターＭ１又はＭ２で幾何形状の分割バス部の内外に動くことができ、モーターは、例えば、図において可動なインサートコア部とアクチュエーターＭ’を接続する鎖線で模式的に示されるように、インサートコア部へのリニア、反転可能な出力接続を有する。

【0065】

特定用途における最小インダクタンスを達成するための可動なインサートコアの完全な挿入は、インサートコアが幾何形状の分割バス部内に位置付けられる時に用途における最小要求インダクタンスを測定し、インサートコアの最大インダクタンス位置を設定するための用途における最大要求インダクタンスが達成される位置にインサートコアを引き出すことにより決定可能である。

【0066】

本発明の高周波可変リアクトルの幾何形状のペアの加熱は、定置の分割バス部及び／又は可動インサートコア部と熱的に接触した、例えば冷却管における冷却媒体の循環により消散可能である。

【0067】

上述の記述では、説明の目的のため、例や実施形態の完全な理解を提供するため、多数の特定の要求や幾つかの特定の詳細を示した。しかしながら、これらの幾つかの特定の詳細抜きで１つ又は複数の他の例や実施形態が実施され得ることは、当業者には明らかである。記述した特定の実施形態は、本発明を限定するのではなくそれを説明するために提供される。

【0068】

本明細書に亘る「一例又は実施形態」、「例又は実施形態」「１つ又は複数の例又は実施形態」又は「異なる例又は実施形態」への参照は、例えば、特定の特徴が、本発明の実施に含まれ得ることを意味する。明細書において、開示の円滑化や様々な発明の側面の理解を助ける目的で、幾つかの時、様々な特徴が、単一の例、実施形態、図、又は、その記述において一緒にグループ化される。

【0069】

好適な例及び実施形態に関して本発明を記述した。明確に述べてきたものとは別に、均等、代替及び変更が可能であり、本発明の範囲内にある。本明細書の教示の利益を有する当業者は、本発明の範囲から逸脱することなくそこに変更を為し得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4(a)】

【図4(b)】

【図4(c)】

【図5(a)】

【図5(b)】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9(a)】

【図9(b)】

【図9(c)】