特許 7101133 誘導加熱用電源装置とその異常検知方法

(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】

(24)【登録日】2022-07-06

(45)【発行日】2022-07-14

(54)【発明の名称】誘導加熱用電源装置とその異常検知方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20220707BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20220707BHJP

   H02H 7/12 20060101ALI20220707BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 H

H02M7/48 M

H02H7/12 E

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019040773

(22)【出願日】2019-03-06

(65)【公開番号】P2020145851

(43)【公開日】2020-09-10

【審査請求日】2021-03-03

(73)【特許権者】

【識別番号】390029089

【氏名又は名称】高周波熱錬株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002505

【氏名又は名称】特許業務法人航栄特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小野 徹也

(72)【発明者】

【氏名】谷野 守彦

(72)【発明者】

【氏名】北村 雅行

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１８７４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２５２５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２０４６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２１５８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２５４２１７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／１２

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｈ ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源から供給される少なくとも１相の交流電圧を直流電圧に変換して出力する複数の整流素子を含む直流変換回路を有する誘導加熱用電源装置であって、
前記直流変換回路から出力される直流電圧を検出する電圧検出部と、
前記整流素子を導通させるための制御信号が前記直流変換回路に入力された時点から予め決められた第一時間、前記電圧検出部により検出される直流電圧を積算する電圧積算部と、
前記電圧積算部によって積算された前記直流電圧の第一の積算値と、前記第一の積算値を得るための前記直流電圧が出力されている期間の直前にて前記直流変換回路に前記制御信号が入力された時点から前記電圧積算部によって積算された前記直流電圧の第二の積算値とを比較し、当該比較の結果に基づいて装置の異常を検知する異常検知部と、を備える誘導加熱用電源装置。

【請求項2】

請求項１記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部は、前記誘導加熱用電源装置が起動してから予め決められた第二時間の経過後に得られる前記第一の積算値と、前記第二の積算値との比較結果に基づいて異常を検知する誘導加熱用電源装置。

【請求項3】

請求項１記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部は、前記誘導加熱用電源装置が起動してから予め決められた第二時間が経過し、且つ、前記直流電圧が予め決められた値を超えた後に得られる前記第一の積算値と、前記第二の積算値との比較結果に基づいて異常を検知する誘導加熱用電源装置。

【請求項4】

請求項２又は３記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部は、前記直流電圧の目標値を変更する指示がなされた場合には、前記指示を受けてから予め決められた第三時間が経過するまでの期間は、前記比較結果に基づく異常の検知結果を無効とする誘導加熱用電源装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部は、前記第二の積算値と前記第一の積算値との差が閾値以上となる場合に、異常があると判定する誘導加熱用電源装置。

【請求項6】

請求項５記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部は、前記第二の積算値に基づいて前記閾値を算出する誘導加熱用電源装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部により異常が検知された場合に、前記異常が発生していることを示す情報の出力と電圧出力の停止を含む処理を行う対応処理部を更に備える誘導加熱用電源装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記電源は三相交流電源であり、
前記直流変換回路は、６つの前記整流素子を含む全波整流回路である誘導加熱用電源装置。

【請求項9】

請求項８記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記第一時間は、前記三相交流電源から供給される電圧の１周期を、当該１周期の間に前記直流変換回路から出力される直流電圧波形の数にて除算して得られる値よりも小さい値となっている誘導加熱用電源装置。

【請求項10】

電源から供給される少なくとも１相の交流電圧を直流電圧に変換して出力する複数の整流素子を含む直流変換回路を有する誘導加熱用電源装置の異常検知方法であって、
前記直流変換回路から出力される直流電圧を検出する電圧検出ステップと、
前記整流素子を導通させるための制御信号が前記直流変換回路に入力された時点から予め決められた第一時間、前記電圧検出ステップにより検出される直流電圧を積算する電圧積算ステップと、
前記電圧積算ステップによって積算された前記直流電圧の第一の積算値と、前記第一の積算値を得るための前記直流電圧が出力されている期間の直前にて前記直流変換回路に前記制御信号が入力された時点から前記電圧積算ステップによって積算された前記直流電圧の第二の積算値とを比較し、当該比較の結果に基づいて異常を検知するステップと、を備える誘導加熱用電源装置の異常検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘導加熱処理を行う加熱装置に供給する電力を生成する誘導加熱用電源装置とその異常検知方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼製ワークの熱処理におけるワークの加熱方式として、加熱コイルに交流電圧を供給し、加熱コイルによって形成される磁界に置かれたワークに誘起される誘導電流によってワークを加熱する誘導加熱が用いられている。加熱コイルに交流電圧を供給する電源装置は、一般に、商用電源の交流電圧をコンバータで直流電圧に変換し、変換後の直流電圧をインバータにて交流電圧に逆変換することで、加熱コイルに供給する高周波の交流電圧を生成している。

【0003】

このコンバータは、一般に、複数の整流素子（具体的にはサイリスタ）を制御することによって一定の直流電圧を出力する。コンバータは、例えば、入力される電圧が三相の交流電圧であれば、３つのサイリスタを用いた半波整流回路又は６つのサイリスタを用いた全波整流回路によって一定の直流電圧を出力する。また、コンバータは、例えば、入力される電圧が一相の交流電圧であれば、４つのサイリスタを用いた全波整流回路によって一定の直流電圧を出力する。

【0004】

こういったコンバータに入力される交流電圧の欠相又は逆相を検出する技術が従来から知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

【0005】

特許文献１には、三相交流電源の電圧信号から生成した３つのパルス波形の波形値を論理演算して、位相順序を判定することで、三相交流電源の欠相又は逆相等を検出する方法が開示されている。

【0006】

特許文献２には、三相交流電源の相間電圧に同期した二相パルスを生成し、この二相パルスに基づいて三相交流電源の欠相又は逆相等を検出する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１１－５３１０８号公報

【文献】特開平９－３０８０８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１と特許文献２に記載の技術は、いずれも、コンバータに入力される電圧をモニタして、電源の異常を検出するものである。コンバータには上述したように複数個のサイリスタが含まれる。これらサイリスタのうちの１つでも故障又は劣化等が発生すると、コンバータの出力電圧に乱れが生じ得る。また、サイリスタに故障又は劣化等が生じていない場合でも、電源に欠相又は逆相が発生していた場合には、同様に、コンバータの出力電圧に乱れが生じ得る。特に、誘導加熱用電源装置においては、加熱装置への供給電圧の乱れがワークの品質に大きな影響を与える。このため、欠相状態の発生、逆相状態の発生、或いは、整流素子の故障又は劣化の有無等の様々な要因で発生する異常を検知することが求められる。

【0009】

特許文献１と特許文献２に記載の技術では、電源から入力される電圧の異常は検知できる。しかし、整流素子の故障又は劣化と、それに起因する整流後の出力の異常を検知することはできない。

【0010】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、欠相状態の発生、逆相状態の発生、或いは、整流素子の故障又は劣化の有無等の異常を検知することのできる誘導加熱用電源装置とその異常検知方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の誘導加熱用電源装置は、電源から供給される少なくとも１相の交流電圧を直流電圧に変換して出力する複数の整流素子を含む直流変換回路を有する誘導加熱用電源装置であって、前記直流変換回路から出力される直流電圧を検出する電圧検出部と、前記整流素子を導通させるための制御信号が前記直流変換回路に入力された時点から予め決められた第一時間、前記電圧検出部により検出される直流電圧を積算する電圧積算部と、前記電圧積算部によって積算された前記直流電圧の第一の積算値と、前記第一の積算値を得るための前記直流電圧が出力されている期間の直前にて前記直流変換回路に前記制御信号が入力された時点から前記電圧積算部によって積算された前記直流電圧の第二の積算値とを比較し、当該比較の結果に基づいて装置の異常を検知する異常検知部と、を備えるものである。

【0012】

本発明の誘導加熱用電源装置の異常検知方法は、電源から供給される少なくとも１相の交流電圧を直流電圧に変換して出力する複数の整流素子を含む直流変換回路を有する誘導加熱用電源装置の異常検知方法であって、前記直流変換回路から出力される直流電圧を検出する電圧検出ステップと、前記整流素子を導通させるための制御信号が前記直流変換回路に入力された時点から予め決められた第一時間、前記電圧検出ステップにより検出される直流電圧を積算する電圧積算ステップと、前記電圧積算ステップによって積算された前記直流電圧の第一の積算値と、前記第一の積算値を得るための前記直流電圧が出力されている期間の直前にて前記直流変換回路に前記制御信号が入力された時点から前記電圧積算ステップによって積算された前記直流電圧の第二の積算値とを比較し、当該比較の結果に基づいて異常を検知するステップと、を備えるものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、欠相状態の発生、逆相状態の発生、或いは、整流素子の故障又は劣化の有無等の異常を検知することのできる誘導加熱用電源装置とその異常検知方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態である誘導加熱用電源装置１の概略構成を示す図である。

【図2】図１に示す誘導加熱用電源装置１における直流変換部２０の詳細構成例を示す模式図である。

【図3】図１に示す制御部５２の機能ブロック図である。

【図4】図１に示す誘導加熱用電源装置１における異常検知動作を説明するためのフローチャートである。

【図5】図１に示す誘導加熱用電源装置１における異常検知動作の変形例を説明するためのフローチャートである。

【図6】図１に示す誘導加熱用電源装置１における異常検知動作の変形例を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態である誘導加熱用電源装置１の概略構成を示す図である。図２は、図１に示す誘導加熱用電源装置１における直流変換部２０の詳細構成例を示す模式図である。

【0017】

図１に示すように、誘導加熱用電源装置１は、商用の三相交流電源１０から供給される１２０度ずつ位相のずれた三相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の交流電圧を全波整流して直流電圧に変換し、平滑化してインバータ３０に出力する直流変換部２０と、直流変換部２０から出力される直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換するインバータ３０と、変圧器５１及び制御部５２を含む制御基板５０と、を備える。

【0018】

インバータ３０から出力される交流電圧は、誘導加熱によってワークを加熱する加熱装置４０に供給される。加熱装置４０は、インバータ３０からの交流電圧によってワークの加熱を行う。直流変換部２０、インバータ３０、及び加熱装置４０は、制御部５２によって制御される。加熱装置４０には、警報を通知するための表示器又はランプ等と、加熱開始指示等の各種操作を行うための操作インタフェースと、が設けられる。

【0019】

図２に示すように、直流変換部２０は、三相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の交流電圧を全波整流する全波整流回路２１と、全波整流回路２１から出力される直流電圧を検出する電圧検出部２３と、全波整流回路２１から出力される直流電圧を平滑化してインバータ３０に出力する平滑化回路２２と、ゲートドライバ２４と、を備える。全波整流回路２１は交流電圧を直流電圧に変換する直流変換回路を構成する。

【0020】

全波整流回路２１は、ゲート制御端子ｇ１を持つサイリスタＵ１及びゲート制御端子ｇ４を持つサイリスタＵ２の直列回路と、ゲート制御端子ｇ２を持つサイリスタＶ１及びゲート制御端子ｇ５を持つサイリスタＶ２の直列回路と、ゲート制御端子ｇ３を持つサイリスタＷ１及びゲート制御端子ｇ６を持つサイリスタＷ２の直列回路と、を備え、これら３つの直列回路が並列に接続された構成となっている。

【0021】

以下では、サイリスタＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２を区別する必要がない場合に、それぞれを単にサイリスタという。全波整流回路２１に含まれる各サイリスタは整流素子を構成する。

【0022】

具体的には、サイリスタＷ１のカソードは、全波整流回路２１のプラス側出力端子に接続されている。サイリスタＷ１のアノードは、サイリスタＷ２のカソードと接続されている。サイリスタＷ２のアノードは、全波整流回路２１のマイナス側出力端子に接続されている。サイリスタＷ１とサイリスタＷ２の接続点には、三相交流電源１０からＴ相の交流電圧が入力される。

【0023】

サイリスタＶ１のカソードは、全波整流回路２１のプラス側出力端子とサイリスタＷ１との接続点に接続されている。サイリスタＶ１のアノードは、サイリスタＶ２のカソードと接続されている。サイリスタＶ２のアノードは、全波整流回路２１のマイナス側出力端子とサイリスタＷ２との接続点に接続されている。サイリスタＶ１とサイリスタＶ２の接続点には、三相交流電源１０からＳ相の交流電圧が入力される。

【0024】

サイリスタＵ１のカソードは、全波整流回路２１のプラス側出力端子とサイリスタＶ１との接続点に接続されている。サイリスタＵ１のアノードは、サイリスタＵ２のカソードと接続されている。サイリスタＵ２のアノードは、全波整流回路２１のマイナス側出力端子とサイリスタＶ２との接続点に接続されている。サイリスタＵ１とサイリスタＵ２の接続点には、三相交流電源１０からＲ相の交流電圧が入力される。

【0025】

電圧検出部２３は、全波整流回路２１から出力される直流電圧Ｖｄｃを検出し、検出した電圧値をデジタル値に変換して制御部５２に入力する。

【0026】

ゲートドライバ２４は、制御部５２にて生成される三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の同期信号にしたがって、各サイリスタのゲートを制御するための制御信号を生成し、制御信号を各サイリスタのゲート制御端子に入力する。

【0027】

各サイリスタは、ゲートドライバ２４から例えばハイレベルの制御信号がゲート制御端子に入力されると、アノードからカソードに電流を流し、アノードよりもカソードの電圧が高くなったタイミングにて、アノードからカソードに電流を流さない状態となる。

【0028】

ゲートドライバ２４は、Ｕ相の同期信号に基づいて、サイリスタＵ１のゲート制御端子ｇ１とサイリスタＵ２のゲート制御端子ｇ４に入力する制御信号を生成する。ゲートドライバ２４は、Ｖ相の同期信号に基づいて、サイリスタＶ１のゲート制御端子ｇ２とサイリスタＶ２のゲート制御端子ｇ５に入力する制御信号を制御する。ゲートドライバ２４は、Ｗ相の同期信号に基づいて、サイリスタＷ１のゲート制御端子ｇ３とサイリスタＷ２のゲート制御端子ｇ６に入力する制御信号を制御する。

【0029】

平滑化回路２２は、全波整流回路２１のプラス側出力端子に接続されたリアクトル２２Ａと、全波整流回路２１のマイナス側出力端子に接続された直流電流検出用の抵抗２２Ｃと、抵抗２２Ｃに接続されたリアクトル２２Ｂと、を備える。平滑化回路２２により、直流電圧波形を含む直流電圧Ｖｄｃは平滑化されてインバータ３０に出力される。

【0030】

図１に示す変圧器５１は、三相交流電源１０から供給される三相の交流電圧のうちのいずれか２つ（図１の例ではＲ相とＳ相）の線間電圧を入力とし、この線間電圧を変圧して制御部５２に出力する。

【0031】

制御部５２は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に論理回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＰＬＤ）によって構成されている。制御基板５０には、制御部５２が実行するプログラムが記憶される図示省略のメモリと、制御部５２のワークメモリとしての図示省略のメモリと、が設けられている。

【0032】

図３は、図１に示す制御部５２の機能ブロック図である。制御部５２は、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより、制御信号生成部５２Ａ、電圧積算部５２Ｂ、異常検知部５２Ｃ、及び対応処理部５２Ｄとして機能する。

【0033】

制御信号生成部５２Ａは、変圧器５１から入力された線間電圧からＵ相の同期信号を生成し、このＵ相の同期信号から、このＵ相の同期信号に対し１２０度位相のずれたＶ相の同期信号と、このＶ相の同期信号に対し１２０度位相のずれたＷ相の同期信号と、を生成する。制御信号生成部５２Ａは、Ｕ相の同期信号、Ｖ相の同期信号、及びＷ相の同期信号の各々から生成したＵ相の制御信号、Ｖ相の制御信号、及びＷ相の制御信号をゲートドライバ２４に入力する。

【0034】

ゲートドライバ２４は、これらＵ相の制御信号、Ｖ相の制御信号、及びＷ相の制御信号にしたがい、具体的には、サイリスタＵ１とサイリスタＶ２のみを導通させる第一制御、サイリスタＵ１とサイリスタＷ２のみを導通させる第二制御、サイリスタＶ１とサイリスタＷ２のみを導通させる第三制御、サイリスタＶ１とサイリスタＵ２のみを導通させる第四制御、サイリスタＷ１とサイリスタＵ２のみを導通させる第五制御、及び、サイリスタＷ１とサイリスタＶ２のみを導通させる第六制御をこの順番に繰り返すことで、平滑化後の直流電圧Ｖｄｃを制御する。例えば、ゲートドライバ２４は、直流電圧一定制御を行う場合には、指定された直流電圧と、実際に出力される直流電圧Ｖｄｃとが一致するように、直流電圧Ｖｄｃを制御する。また、ゲートドライバ２４は、直流電流一定制御を行う場合には、指定された直流電流と、実際に出力される直流電流とが一致するように、直流電圧Ｖｄｃを制御する。また、ゲートドライバ２４は、電力一定制御を行う場合には、指定された電力と、実際に出力される電力とが一致するように、直流電圧Ｖｄｃを制御する。

【0035】

以上の制御により、全波整流回路２１は、三相交流電源１０から供給される交流電圧の１周期（周波数５０Ｈｚであれば２０ｍｓ、周波数６０Ｈｚであれば１６．７ｍｓ）の間に、６つの直流電圧波形を含む直流電圧Ｖｄｃを出力する。

【0036】

電圧積算部５２Ｂは、全波整流回路２１のサイリスタにこれを導通するためのハイレベルの制御信号が入力された時点（上述した第一制御～第六制御のいずれかが行われた時点）から予め決められた第一時間、電圧検出部２３により検出される直流電圧Ｖｄｃを積算する。

【0037】

この第一時間は、具体的には、三相交流電源１０から供給される交流電圧の１周期を、この１周期の間に全波整流回路２１から出力され得る直流電圧波形の数（＝６）にて除算して得られる値よりも小さい値が設定される。

【0038】

例えば、三相交流電源１０から供給される交流電圧の１周期が２０ｍｓであれば、３．３ｍｓよりも小さい例えば２．５ｍｓが第一時間として設定される。

【0039】

以下の説明では、“ｎ”を１以上の自然数とし、全波整流回路２１のサイリスタにハイレベルの制御信号が入力された時点をＴ（ｎ）と表記し、このＴ（ｎ）の直後に全波整流回路２１のサイリスタにハイレベルの制御信号が入力された時点をＴ（ｎ＋１）と表記する。

【0040】

異常検知部５２Ｃは、全波整流回路２１のサイリスタにハイレベルの制御信号が入力された時点Ｔ（ｎ＋１）から電圧積算部５２Ｂにより第一時間にわたって積算された直流電圧Ｖｄｃの第一の積算値と、この時点Ｔ（ｎ＋１）の直前に全波整流回路２１のサイリスタにハイレベルの制御信号が入力された時点Ｔ（ｎ）から電圧積算部５２Ｂにより第一時間にわたって積算された直流電圧Ｖｄｃの第二の積算値とを比較し、この比較の結果に基づいて、欠相の発生、逆相の発生、サイリスタの故障又は劣化といった誘導加熱用電源装置１の異常を検知する。

【0041】

例えば、欠相が発生している場合、或いは、１つ又は複数のサイリスタが故障によって断線している場合には、全波整流回路２１からは、三相交流電源１０から供給される交流電圧の１周期の間に６つの直流電圧波形が出力されなくなる。この状態では、どこかのタイミングにて、上述した第一の積算値と第二積算値との差又は比が大きくなる。このため、この差又は比の大きさによって、欠相の発生の有無、又は、サイリスタの故障の有無を判定することができる。

【0042】

また、例えば、逆相が発生している場合、或いは、１つ又は複数のサイリスタの特性が劣化している場合には、三相交流電源１０から供給される交流電圧の１周期の間に６つの直流電圧波形が出力されるものの、この６つの直流電圧波形の大きさ（振幅）が大きく変動し得る。この状態では、どこかのタイミングにて、上述した第一の積算値と第二積算値との差又は比が大きくなる。このため、この差又は比の大きさによって、逆相の発生の有無、又は、サイリスタの劣化の有無を判定することができる。

【0043】

対応処理部５２Ｄは、異常検知部５２Ｃにより異常があると判定された場合に、異常が発生していることを示す情報（例えば警報情報）の出力と電圧出力の停止（三相交流電源１０からの電圧供給の遮断、直流変換部２０の停止、又はインバータ３０の停止等）を含む処理を行う。

【0044】

図４は、図１に示す誘導加熱用電源装置１における異常検知動作を説明するためのフローチャートである。

【0045】

誘導加熱用電源装置１が起動すると、制御部５２は、まず、制御の周期を示す数値“ｎ”を“１”に設定する（ステップＳ１）。そして、制御信号生成部５２Ａが同期信号を生成すると、この同期信号にしたがったタイミングで、ゲートドライバ２４から所定のサイリスタにハイレベルの制御信号の入力が行われる（ステップＳ１）。ステップＳ１の処理が行われた時点がＴ（ｎ）となる。

【0046】

ステップＳ１の後、電圧積算部５２Ｂは、時点Ｔ（ｎ）から第一時間（例えば２．５ｍｓ）の間に出力されて電圧検出部２３により一定間隔（例えば１００μｓ）で検出された直流電圧Ｖｄｃの値を積算し、その結果を積算値Ａ（ｎ）としてメモリに記憶する（ステップＳ４）。

【0047】

次に、異常検知部５２Ｃは、メモリに記憶されている積算値Ａ（ｎ）と積算値Ａ（ｎ－１）とを比較する（ステップＳ５）。なお、誘導加熱用電源装置１の起動直後の状態（“ｎ”＝１の状態）では、ステップＳ４において積算値Ａ（ｎ－１）、つまり積算値Ａ（０）は生成されていない。そのため、積算値Ａ（０）は予め初期値としてメモリに記憶されている。積算値Ａ（０）は例えばゼロである。

【0048】

ステップＳ５の比較の結果、異常検知部５２Ｃは、積算値Ａ（ｎ）が、積算値Ａ（ｎ－１）の±α％の範囲外であった場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）には、ステップＳ８に処理を移行し、積算値Ａ（ｎ）が積算値Ａ（ｎ－１）の±α％の範囲内であった場合（ステップＳ６：ＮＯ）には、ステップＳ７に処理を移行する。なお、“ｎ”＝１の状態ではステップＳ６の判定はＹＥＳとなる。αは、予め決められる任意の値であり、例えば、２０％～８０％の範囲から選ばれる値とするのがよい。αは、異常検知精度を高めるためには小さい方が好ましい。このため、αは、例えば、２０％～５０％の間に設定しておくことが好ましく、２０％～３０％の間に設定しておくことがより好ましい。

【0049】

ステップＳ８において、異常検知部５２Ｃは、時点Ｔ（ｎ）以降に電圧検出部２３により検出された直流電圧Ｖｄｃの例えばピーク値又は平均値が予め決められた所定値を超え、且つ、誘導加熱用電源装置１が起動してからの経過時間が所定時間（第二時間）に達したか否かを判定する。

【0050】

誘導加熱用電源装置１が起動してから少しの間は、直流電圧Ｖｄｃが目標値に向かって上昇していく過程であり、直流電圧Ｖｄｃが小さく且つ不安定な状態にある。このような状態においては、異常がない場合でもステップＳ６の判定結果がＹＥＳになる可能性がある。そのため、ステップＳ８の処理が行われる。

【0051】

なお、ステップＳ３以降の処理を、直流電圧Ｖｄｃが大きく且つ安定した状態になってから開始するのであれば、ステップＳ８の処理は必須ではない。また、ステップＳ８において、異常検知部５２Ｃは、誘導加熱用電源装置１が起動してからの経過時間が所定時間（第二時間）に達したか否かのみを判定してもよい。

【0052】

本実施形態では、“ｎ”がある値以下の状態では、ステップＳ８の判定はＮＯとなる。このようにステップＳ６の判定がＹＥＳとなり且つステップＳ８の判定がＮＯとなった場合には、異常検知部５２Ｃは異常が発生していないと判定し、ステップＳ７にて“ｎ”の値を１つ増加させて、ステップＳ２に処理を戻す。

【0053】

ステップＳ７の処理にて“ｎ”＝２となった後に行われるステップＳ４においては、積算値Ａ（２）が記憶され、ステップＳ５において積算値Ａ（２）と積算値Ａ（１）とが比較され、ステップＳ６において積算値Ａ（２）が積算値Ａ（１）の±α％外となるか否かが判定される。そして、ステップＳ６の判定がＮＯとなった場合には、異常検知部５２Ｃは異常が発生していないと判定してステップＳ７に処理を移行する。

【0054】

一方、ステップＳ６の判定がＹＥＳになり、且つ、ステップＳ８の判定がＹＥＳになると、異常検知部５２Ｃは異常が発生していると判定する。上記のようにステップＳ８の処理を省略する場合には、ステップＳ６の判定がＹＥＳになると、異常検知部５２Ｃは異常が発生していると判定する。

【0055】

そして、このようにして異常が検知されると、対応処理部５２Ｄが警報出力を行い、更に誘導加熱用電源装置１からの電圧出力を停止させ（ステップＳ９）、処理が終了される。

【0056】

なお、異常検知部５２Ｃは、ステップＳ６において、積算値Ａ（ｎ－１）の±α％を閾値範囲として算出し、この閾値範囲に積算値Ａ（ｎ）が入る場合にはステップＳ７に処理を移行し、この閾値範囲に積算値Ａ（ｎ）が入らない場合にはステップＳ８に処理を移行するものとしたが、これに限らない。

【0057】

例えば、積算値Ａ（ｎ－１）のα％の値（＝｛Ａ（ｎ－１）×０．２｝）を閾値ｔｈとして算出し、積算値Ａ（ｎ）と積算値Ａ（ｎ－１）との差（絶対値）がこの閾値ｔｈ以上であればステップＳ８に処理を移行し、この差が閾値ｔｈ未満であればステップＳ７に処理を移行してもよい。

【0058】

または、異常検知部５２Ｃは、ステップＳ６において、積算値Ａ（ｎ）と積算値Ａ（ｎ－１）との差（絶対値）が、予め決められた固定の閾値ｔｈｆ以上であればステップＳ８に処理を移行し、この差が閾値ｔｈｆ未満であればステップＳ７に処理を移行するようにしてもよい。

【0059】

または、異常検知部５２Ｃは、ステップＳ６において、積算値Ａ（ｎ）と積算値Ａ（ｎ－１）の比を求め、この比が、予め決められた固定の閾値範囲（例えば、０．２以下１．８以上の範囲、好ましくは０．５以下１．５以上の範囲、より好ましくは０．８以下、且つ、１．２以上の範囲）内であればステップＳ８に処理を移行し、この比が上記閾値範囲内であればステップＳ７に処理を移行するようにしてもよい。

【0060】

以上のように、誘導加熱用電源装置１によれば、直流変換部２０に含まれる全波整流回路２１の出力電圧の積算値のうち、近接した異なるタイミングにて得られた値同士を比較することで、異常の発生を検知することができる。言い換えると、全波整流回路２１から出力される隣接する２つの直流電圧波形の比較によって、異常の発生を検知することができる。

【0061】

このように、誘導加熱用電源装置１では、全波整流回路２１の出力に基づいて異常の検知を行うため、交流電源が原因となる欠相又は逆相の発生だけでなく、全波整流回路２１が原因となる欠相又は逆相、或いは、サイリスタの故障又は劣化といった異常を検知することができる。このため、異常があった場合には加熱装置４０への電力供給を停止してメンテナンスを行うといった対応が可能となり、ワークの品質を向上させることができる。

【0062】

また、誘導加熱用電源装置１によれば、ステップＳ６にて積算値Ａ（ｎ）と積算値Ａ（ｎ－１）の大小関係の比較に用いる閾値を、積算値Ａ（ｎ－１）に基づいて算出している。このため、固定の閾値を用いる場合と比較すると、異常の検知精度を高めることができる。

【0063】

また、誘導加熱用電源装置１によれば、ステップＳ８の処理を行っているため、起動後の早期の段階において異常が誤検知されるといったことを防ぐことができる。この結果、異常の検知精度を高めることができる。

【0064】

図５及び図６は、図１に示す誘導加熱用電源装置１における異常検知動作の変形例を説明するためのフローチャートである。この変形例においては、図５に示すフローチャートの処理と並行して図６に示すフローチャートの処理が行われる。図５に示すフローチャートは、ステップＳ１１が追加された点を除いては、図４と同じである。図５において図４と同じ処理には同一符号を付して説明を省略する。

【0065】

この変形例における制御部５２は、誘導加熱用電源装置１が起動してワークの加熱が開始された後に、図６に示す処理を行う。図６では、まず、異常検知部５２Ｃが、ワークの加熱出力の変更がなされた否かを判定し（ステップＳ２１）、ワークの加熱出力の変更がなされた場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）には、内蔵するタイマーをリセットして計時を開始し、加熱出力変更フラグを例えば０から１に変更する（ステップＳ２２）。異常検知部５２Ｃは、ワークの加熱出力の変更がなされていない場合（ステップＳ２１：ＮＯ）には、ステップＳ２１の処理を繰り返し行う。

【0066】

ステップＳ２２の後、異常検知部５２Ｃは、内蔵するタイマーのカウント値に基づいて、加熱出力変更フラグが１となってからの経過時間を確認し、この経過時間が予め決められた第三時間（例えば２０ｍｓ）に達したか否かを判定する（ステップＳ２３）。

【0067】

異常検知部５２Ｃは、この経過時間が第三時間に達した場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）には、加熱出力変更フラグを１から０にリセットし（ステップＳ２４）、ステップＳ２１に処理を戻す。異常検知部５２Ｃは、この経過時間が第三時間に達していないと判定した場合（ステップＳ２３：ＮＯ）には、加熱出力変更フラグはそのままにしてステップＳ２３の処理を繰り返す。

【0068】

図５に示すフローチャートにおいて、異常検知部５２Ｃは、ステップＳ８の判定がＹＥＳとなった場合には、加熱出力変更フラグが１となっているか否かを判定する（ステップＳ１１）。加熱出力変更フラグが０となっていた場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、異常検知部５２Ｃは、ステップＳ９の処理を行う。

【0069】

加熱出力変更フラグが１となっていた場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、異常検知部５２Ｃは、ステップＳ８の判定結果を無効として、ステップＳ７に処理を移行する。

【0070】

誘導加熱用電源装置１が起動して加熱が開始された後に、加熱出力の変更が行われると、直流電圧Ｖｄｃが大きく変動する可能性がある。このような状態においては、異常がない場合でもステップＳ６の判定結果がＹＥＳになる可能性がある。そのため、この変形例では、ステップＳ１１と図６の処理が行われている。

【0071】

以上の変形例によれば、加熱出力の変更が行われた場合には、ステップＳ６の判定がＹＥＳとなっていても異常があると判定されないため、異常の検知精度を更に高めることができる。

【0072】

ここまで説明してきた誘導加熱用電源装置１の直流変換部２０は、三相の交流電圧を全波整流して直流電圧を生成するものとしたが、三相の交流電圧を半波整流して直流電圧を生成するものであってもよい。この場合には、直流変換部２０に含まれる全波整流回路２１の代わりに、半波整流回路が用いられる。この半波整流回路は、例えば全波整流回路２１におけるサイリスタＵ２，Ｖ２，Ｗ２を削除した構成である。

【0073】

全波整流回路２１が半波整流回路に変更された構成では、三相の交流電圧の１周期の間に、半波整流回路からは３つの直流電圧波形が出力されることになる。このため、上述した第一時間は、三相の交流電圧の１周期が２０ｍｓであれば、２０／３≒６．６よりも小さい例えば５ｍｓ等が設定される。

【0074】

また、誘導加熱用電源装置１の直流変換部２０は、一相の交流電圧を全波整流して直流電圧を生成するものであってもよい。この場合には、直流変換部２０に含まれる全波整流回路２１の代わりに、サイリスタを４つ含む全波整流回路が用いられる。

【0075】

上述してきた全波整流回路又は半波整流回路における整流素子はサイリスタに限らず、他のスイッチング素子を用いることも可能である。

【0076】

以上説明してきた誘導加熱用電源装置１は、電圧型電源としたが、電流型電源であっても本発明を同様に適用可能である。

【0077】

以上説明してきたように、本明細書には次の事項が開示されている。

【0078】

（１）
電源から供給される少なくとも１相の交流電圧を直流電圧に変換して出力する複数の整流素子を含む直流変換回路を有する誘導加熱用電源装置であって、
前記直流変換回路から出力される直流電圧を検出する電圧検出部と、
前記整流素子を導通させるための制御信号が前記直流変換回路に入力された時点から予め決められた第一時間、前記電圧検出部により検出される直流電圧を積算する電圧積算部と、
前記電圧積算部によって積算された前記直流電圧の第一の積算値と、前記第一の積算値を得るための前記直流電圧が出力されている期間の直前にて前記直流変換回路に前記制御信号が入力された時点から前記電圧積算部によって積算された前記直流電圧の第二の積算値とを比較し、当該比較の結果に基づいて装置の異常を検知する異常検知部と、を備える誘導加熱用電源装置。

【0079】

（１）によれば、直流変換回路の出力電圧を監視することで得られる第一の積算値と第二の積算値との比較結果に基づいて、例えば、欠相状態の発生、逆相状態の発生、或いは、整流素子の故障又は劣化等の異常を検知することができる。この異常が検知できることで、例えば修理等の対応をとることができ、誘導加熱による焼き入れの品質を高いレベルに維持することが可能となる。

【0080】

（２）
（１）記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部は、前記誘導加熱用電源装置が起動してから予め決められた第二時間の経過後に得られる前記第一の積算値と、前記第二の積算値との比較結果に基づいて異常を検知する誘導加熱用電源装置。

【0081】

（２）によれば、電源立ち上がり直後の直流電圧の不安定な期間を経過後に上記の比較が行われるため、異常の検知を高精度に行うことができる。

【0082】

（３）
（１）記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部は、前記誘導加熱用電源装置が起動してから予め決められた第二時間が経過し、且つ、前記直流電圧が予め決められた値を超えた後に得られる前記第一の積算値と、前記第二の積算値との比較結果に基づいて異常を検知する誘導加熱用電源装置。

【0083】

（３）によれば、電源立ち上がり直後の直流電圧の変化が大きく且つ直流電圧が小さい期間を経過後に上記の比較が行われるため、異常の検知を高精度に行うことができる。

【0084】

（４）
（２）又は（３）記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部は、前記直流電圧の目標値を変更する指示がなされた場合には、前記指示を受けてから予め決められた第三時間が経過するまでの期間は、前記比較結果に基づく異常の検知結果を無効とする誘導加熱用電源装置。

【0085】

（４）によれば、電源立ち上がり後に加熱出力の変更がなされた場合には、この変更によって生じる直流電圧の変化が大きい期間の異常検知結果は無効化される。このため、異常の検知を高精度に行うことができる。

【0086】

（５）
（１）から（４）のいずれか１つに記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部は、前記第二の積算値と前記第一の積算値との差が閾値以上となる場合に、異常があると判定する誘導加熱用電源装置。

【0087】

（５）によれば、第二の積算値と第一の積算値との差を閾値と比較するといった簡易な処理によって異常の有無を判定することができる。

【0088】

（６）
（５）記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部は、前記第二の積算値に基づいて前記閾値を算出する誘導加熱用電源装置。

【0089】

（６）によれば、閾値が固定値ではなく、第二の積算値に基づいて算出される値となるため、異常の検知精度を高めることができる。

【0090】

（７）
（１）から（６）のいずれか１つに記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記異常検知部により異常が検知された場合に、前記異常が発生していることを示す情報の出力と電圧出力の停止を含む処理を行う対応処理部を更に備える誘導加熱用電源装置。

【0091】

（７）によれば、情報の出力によって異常の発生をオペレータに通知することができるため、異常に対する迅速な対応が可能となる。また、電圧出力が停止されることで、異常のある状態にてワークの加熱が行われるのを防ぐことができ、ワークの生産効率を高めることができる。

【0092】

（８）
（１）から（７）のいずれか１つに記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記電源は三相交流電源であり、
前記直流変換回路は、６つの前記整流素子を含む全波整流回路である誘導加熱用電源装置。

【0093】

（８）によれば、三相全波整流を行う直流変換回路を含む電源装置の異常の有無を判定することができる。

【0094】

（９）
（８）記載の誘導加熱用電源装置であって、
前記第一時間は、前記三相交流電源から供給される電圧の１周期を、当該１周期の間に前記直流変換回路から出力される直流電圧波形の数にて除算して得られる値よりも小さい値となっている誘導加熱用電源装置。

【0095】

（９）によれば、三相全波整流を行う直流変換回路を含む電源装置の異常の有無の判定を高い精度にて行うことができる。

【0096】

（１０）
電源から供給される少なくとも１相の交流電圧を直流電圧に変換して出力する複数の整流素子を含む直流変換回路を有する誘導加熱用電源装置の異常検出方法であって、
前記直流変換回路から出力される直流電圧を検出する電圧検出ステップと、
前記整流素子を導通させるための制御信号が前記直流変換回路に入力された時点から予め決められた第一時間、前記電圧検出ステップにより検出される直流電圧を積算する電圧積算ステップと、
前記電圧積算ステップによって積算された前記直流電圧の第一の積算値と、前記第一の積算値を得るための前記直流電圧が出力されている期間の直前にて前記直流変換回路に前記制御信号が入力された時点から前記電圧積算ステップによって積算された前記直流電圧の第二の積算値とを比較し、当該比較の結果に基づいて異常を検知するステップと、を備える誘導加熱用電源装置の異常検知方法。

【符号の説明】

【0097】

１ 誘導加熱用電源装置
１０ 三相交流電源
２０ 直流変換部
２１ 全波整流回路
Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２ サイリスタ
ｇ１、ｇ２、ｇ３、ｇ４、ｇ５、ｇ６ ゲート制御端子
２２ 平滑化回路
２２Ａ、２２Ｂ リアクトル
２２Ｃ 抵抗
２３ 電圧検出部
２４ ゲートドライバ
３０ インバータ
４０ 加熱装置
５０ 制御基板
５１ 変圧器
５２ 制御部
５２Ａ 制御信号生成部
５２Ｂ 電圧積算部
５２Ｃ 異常検知部
５２Ｄ 対応処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】