JP2002352942A - Induction heating device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はコイル内を通過する
鍛造用金属棒等の被加工物を、前記コイルに印加する高
周波電流によって加熱する誘導加熱装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an induction heating apparatus for heating a workpiece such as a metal bar for forging passing through a coil by a high-frequency current applied to the coil.
【0002】[0002]
【発明が解決しようとする課題】特開昭59−7999
1には、整流器を備える三相交流電源回路に、インバー
タ回路を構成する素子として、多数のトランジスタをブ
リッジ状態で並列接続し、この多数のトランジスタのブ
リッジ状且つ並列回路を加熱用誘導コイルに連結すると
共に、前記各インバータ回路にバランサ且つ共振用とし
てのコンデンサをそれぞれ直列挿入した電磁誘導加熱装
置を開示する。かかる加熱装置は、当時の技術水準であ
るサイリスタをインバータ素子とし且つ流転回路を付帯
装置とする加熱装置に比べ、大電力使用にかかわらずコ
ンパクトな利点を備えていた。Problems to be Solved by the Invention JP-A-59-7999
In 1, a large number of transistors are connected in parallel in a bridge state as elements constituting an inverter circuit to a three-phase AC power supply circuit having a rectifier, and a bridge-like and parallel circuit of the large number of transistors is connected to a heating induction coil. Also disclosed is an electromagnetic induction heating device in which a balancer and a capacitor for resonance are inserted in series in each of the inverter circuits. Such a heating device had a compact advantage irrespective of the use of large power, as compared with a heating device in which a thyristor, which is a state of the art at the time, was provided with an inverter element as an inverter element and a commutation circuit as an auxiliary device.
【0003】前記のごときトランジスタをインバータ素
子として、大電力仕様の誘導加熱装置を構成するには、
多数個素子の並列運転が必要で、1例として1000k
w出力の装置を完成するためには360個前後のトラン
ジスタパッケージを使用し、720前後の端子を連結す
る作業が不可欠になるから、これを手作業で行なうのは
高労費で、しかも部品の嵩張りによる装置の大型化とい
う問題が現実化している。[0003] In order to configure an induction heating device of high power specification using the above-mentioned transistor as an inverter element,
Parallel operation of many elements is required, for example, 1000k
In order to complete a w-output device, it is necessary to use about 360 transistor packages and to connect about 720 terminals. Therefore, it is expensive and labor-intensive to do this manually. The problem of an increase in the size of the device due to bulkiness has been realized.
【0004】また誘導コイル内で加熱される被加工物温
度は1300℃程度に達するため、誘導加熱コイル内の
加熱材とコイル本体内に充填されている断熱絶縁物の経
年劣化や、機械的破損に伴う絶縁劣化、コイル交換時の
設置不良、加熱材の酸化皮膜の影響により発生する高圧
火花によるノイズがトランジスタ等への信号回路に悪影
響を与え、複数個の素子を短絡電流により同時に破壊す
る危険があり、大電力化に伴い、かかる影響は拡大する
方向にある。なお従来より保護装置として絶縁劣化の検
知装置や、ヒユーズは組み込まれているが、素子外部で
構成する保護装置ではリード線等の影響により火花放電
による急峻なノイズに対しては充分な対応に至らず、ま
たヒユーズの遮断速度より素子の破損速度が速いため、
他の素子への連鎖破損を防止するに止まっていた。Further, since the temperature of the workpiece heated in the induction coil reaches about 1300 ° C., the heating material in the induction heating coil and the heat insulating insulator filled in the coil body deteriorate over time and are mechanically damaged. Noise caused by high-pressure sparks caused by insulation deterioration due to insulation, poor installation at coil replacement, and the effect of oxide film on the heating material adversely affects the signal circuit to transistors, etc., causing multiple elements to be destroyed simultaneously by short-circuit current However, with the increase in power consumption, such effects are likely to increase. Conventionally, a device for detecting insulation deterioration and a fuse have been incorporated as a protection device.However, a protection device formed outside the element has not sufficiently responded to steep noise due to spark discharge due to the influence of a lead wire or the like. And the breaking speed of the element is faster than the fuse breaking speed.
Only the chain damage to other elements was prevented.
【0005】[0005]
【その解決手段】本発明は前記各問題点を解決するため
に、多数のトランジスタチップを同一パッケージ内に並
列接続して形成するユニット、即ちHV−IPMの複数
個を、整流手段を備える交流電源回路と、誘導コイルと
の間に結線配置して構成する。かかる構成において前記
のHV−IPMユニット(三菱電機株式会社製)は、同
ユニット内に多数のトランジスタチップを備えるので大
電流(1ユニット1200A)に対応し、より安全を図
るために、短絡.過電流保護回路を組み込んでいるの
で、組み立て労費が少なく、同時に装置の大型化(1例
として1000kW)を防ぎ、また短絡事故時のトラン
ジスタ保護に機能するのである。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an AC power supply provided with a rectifier comprising a unit formed by connecting a number of transistor chips in parallel in the same package, that is, a plurality of HV-IPMs. A circuit is arranged and connected between the circuit and the induction coil. In such a configuration, the HV-IPM unit (manufactured by Mitsubishi Electric Corporation) has a large number of transistor chips in the same unit, so that it can handle a large current (1 unit 1200A) and, in order to achieve more safety, a short circuit. Since the overcurrent protection circuit is incorporated, the assembling cost is low, and at the same time, the device is prevented from being enlarged (for example, 1000 kW), and functions to protect the transistor in the event of a short circuit.
【0006】また前記HV−IPMは、多数のトランジ
スタのユニット化で主電極数を減少するので、積層導電
板を介しての、整流手段を備える交流電源回路と、誘電
コイルとへの結線が簡単になる。In the HV-IPM, since the number of main electrodes is reduced by unitizing a large number of transistors, connection to an AC power supply circuit having rectifying means and a dielectric coil via a laminated conductive plate is simple. become.
【0007】さらに前記HV−IPMは、多数のトラン
ジスタのユニット化で制御コネクタの数を減少するの
で、インバータ制御回路における光信号変換回路と、駆
動用ドライブ回路との間を、数少ない光ファイバーを介
しての連結が可能になり、よって電磁誘導や火花放電に
よる雑音に係わる大容量インバータの誤作動、破損防止
に寄与する。Further, in the HV-IPM, the number of control connectors is reduced by unitizing a large number of transistors. Therefore, a small number of optical fibers are used between the optical signal conversion circuit in the inverter control circuit and the drive circuit for driving. Can be connected, thereby contributing to prevention of malfunction and breakage of a large-capacity inverter related to noise due to electromagnetic induction or spark discharge.
【0008】[0008]
【発明の実施形態】図2の誘電加熱回路は、三相交流電
源10に繋ぐ整流手段(図面のスペース上、図示省略)
で整流された直流回路P、N、Sにブリッジ接続するス
イッチング素子であるトランジスタ12及び、フリーホ
イルダイオード13、スナバ用コンデンサ14、さらに
ゲート回路15とによりインバータ回路11を構成し、
前記インバータ回路におけ出力線16と、前記直流回路
の中間線Sからのコモン線17とを誘導コイル18に結
線する。当該図面においては、直流電流をトランジスタ
12のスイッチング動作によって上アームと下アームと
を交互に導通させ高周波電流を前記の導電コイル18に
印加し、該導電コイル18内を通過する被加工材を加熱
する。この場合コンデンサ19は前記コイル18とで共
振作用する。しかし該図の配線構造及びその作用は誘電
加熱装置としては一般的で新規性はない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The dielectric heating circuit shown in FIG. 2 is a rectifier connected to a three-phase AC power supply 10 (not shown in the drawing).
The inverter circuit 11 is composed of a transistor 12 which is a switching element bridge-connected to the DC circuits P, N, and S rectified by the above, a free wheel diode 13, a snubber capacitor 14, and a gate circuit 15.
An output line 16 in the inverter circuit and a common line 17 from an intermediate line S of the DC circuit are connected to an induction coil 18. In the drawing, a DC current is alternately conducted between an upper arm and a lower arm by a switching operation of a transistor 12, a high-frequency current is applied to the conductive coil 18, and a workpiece passing through the conductive coil 18 is heated. I do. In this case, the capacitor 19 resonates with the coil 18. However, the wiring structure and the operation thereof are common as a dielectric heating device and have no novelty.
【0009】図1に太線枠囲みで示すIPMパッケージ
20は、同一パッケージ内に多数個並列接続するトラン
ジスタチップ、フリーホイルダイオードをさらにブリッ
ジ接続してインバータ回路11を組み込むと共に、少な
くとも前記インバータ回路11を保護するための、短絡
・過電流保護回路36を組み入れると共に、インバータ
回路11の駆動回路40を装備してユニット構成する。
なおかかるユニットは、三菱電機株式会社がHV−IP
M(例4500V 1800A)として最近開発し、物
によっては制御電源電圧保護回路37や、加熱保護回路
38を備えるものもある。An IPM package 20 surrounded by a thick line frame in FIG. 1 has a plurality of transistor chips and free-wheel diodes connected in parallel in the same package, and further bridges the inverter circuit 11 to incorporate the same. A short circuit / overcurrent protection circuit 36 for protection is incorporated, and a drive circuit 40 of the inverter circuit 11 is provided to form a unit.
The unit is Mitsubishi Electric Corporation's HV-IP
M (e.g., 4500 V 1800 A), some of which have a control power supply voltage protection circuit 37 and a heating protection circuit 38.
【0010】前記の過電流保護については、例えばトラ
ンジスタチップをマルチエミッタ構造にし、微少領域の
電流を検知してトランジスタチップ全体の過大なコレク
タ電流による熱破壊を防止することができる。過電流や
短絡電流が各々トリップ値以上流れると、外部からの停
止信号に頼ることなくパツケージ内保護回路のみでトラ
ンジスタチップをオフ状態にするため、誘導加熱装置の
コイル部における火花放電的ノイズが発生して外部から
の停止信号そのものが誤動作しても素子自体がオフのた
め短絡/過電流に対しては、前記保護手段が機能し、素
子の破壊を未然防止する。このことは電気的には望まし
くない環境(高温、機械的破損、設置不良)で使用する
ことを余儀なくされる鍛造用誘導加熱装置においては特
に効力を発揮するのである。With respect to the overcurrent protection, for example, the transistor chip has a multi-emitter structure, and a current in a minute area can be detected to prevent thermal breakdown due to an excessive collector current of the entire transistor chip. If overcurrent or short-circuit current exceeds the trip value, the transistor chip is turned off only by the protection circuit in the package without relying on an external stop signal, so spark-like noise occurs in the coil of the induction heating device. Then, even if the stop signal itself from the outside malfunctions, the element itself is turned off and the protection means functions against short circuit / overcurrent to prevent the element from being destroyed. This is especially true in forging induction heaters which must be used in electrically undesired environments (high temperatures, mechanical damage, poor installation).
【0011】図3に示すごとく前記のHV−IPMパッ
ケージ20は、その上面に3個づつのコレクタ主電極2
1の列及びエミッタ主電極22の列を設けると共に、側
面に制御コネクタ23を設置する。図4に示すごとく、
それぞれ絶縁板27を介して重ねた3枚の導電板24、
25、26によって形成する積層板28は、平面配置し
た複数のパッケージ20の上に置かれ、各ビス29を主
電極21、22にそれぞれ締付けて前記積層板28を固
定する。この場合上部伝導板24、25に盗み穴30を
形成してコレクタ主電極21とエミッタ主電極22との
絶縁を行い、従来のブスバによる複雑且つ作業工数のか
かる各トランジスタ結線構造を排除する。かかる構成に
おいては主電極と導電板との段差を吸収するために導電
ブッシュ31を使用する。As shown in FIG. 3, the HV-IPM package 20 has three collector main electrodes 2 on its upper surface.
One row and one row of emitter main electrodes 22 are provided, and a control connector 23 is provided on the side surface. As shown in FIG.
Three conductive plates 24 each stacked via an insulating plate 27,
The laminate 28 formed by the components 25 and 26 is placed on a plurality of packages 20 arranged in a plane, and the screws 29 are fastened to the main electrodes 21 and 22, respectively, to fix the laminate 28. In this case, a stolen hole 30 is formed in the upper conductive plates 24 and 25 to insulate the collector main electrode 21 and the emitter main electrode 22, thereby eliminating the complicated and labor-consuming transistor connection structure of the conventional bus bar. In such a configuration, the conductive bush 31 is used to absorb a step between the main electrode and the conductive plate.
【0012】前記積層板28を使用する結線は、周知の
ようにブスバや電線による結線に比べ浮遊インダクタン
スが小さいため、スイッチング素子に印加されるサージ
電圧が小さくなり、各素子への分流差も小さくサージ差
圧によるノイズが減少する結果、インバータ回路構成に
有利である。As is well known, the connection using the laminated plate 28 has a smaller stray inductance than a connection using a bus bar or an electric wire, so that the surge voltage applied to the switching element is small and the difference in the shunt current to each element is small. As a result of reducing noise due to the surge differential pressure, it is advantageous for an inverter circuit configuration.
【0013】図5に示すごとく、一般的にはインバータ
回路の電流検出器45から取り出す電流を、インバータ
制御回路46を介してドライブ回路40に入力し、当該
入力信号でもってインバータ回路11における各トラン
ジスタゲートの駆動を行なうが、大電流の高周波を使用
するインバータ回路構成においては、スイッチング素子
におけるサージ電圧及び火花放電が原因となる電磁誘導
により、制御回路46からドライブ回路40までの信号
伝送線に雑音が重畳する。As shown in FIG. 5, in general, a current taken from a current detector 45 of an inverter circuit is input to a drive circuit 40 via an inverter control circuit 46, and each transistor in the inverter circuit 11 is supplied with the input signal. Although the gate is driven, in an inverter circuit configuration using high current and high frequency, noise is generated in the signal transmission line from the control circuit 46 to the drive circuit 40 by electromagnetic induction caused by surge voltage and spark discharge in the switching element. Are superimposed.
【0014】そこで前図の実施形態は、インバータ制御
回路46に電気信号を光信号として変換する光信号変換
回路47を設置する一方、ドライブ回路40に光信号を
電気信号に変換する電気信号変換回路49を設置し、前
記両信号変換回路47、49の間に光ファイバ48を介
設して、インバータの誤作動及びスイッチング素子の破
損を防止する。既に説明したように、HV−IPMの使
用により主電極の数が減少したことによる配線の作業工
数の減少が、一般に作業の複雑さ及び高コストとになる
光ファイバの設置を容易化するものである。In the embodiment shown in FIG. 1, an inverter control circuit 46 is provided with an optical signal conversion circuit 47 for converting an electric signal into an optical signal, while a drive circuit 40 is provided with an electric signal conversion circuit for converting an optical signal into an electric signal. 49 is provided, and an optical fiber 48 is interposed between the signal conversion circuits 47 and 49 to prevent malfunction of the inverter and damage to the switching element. As described above, the reduction in the number of wiring operations due to the reduction in the number of main electrodes due to the use of the HV-IPM simplifies the installation of an optical fiber, which generally increases the complexity and cost of the operation. is there.
【0015】1基の誘導加熱装置で大電力出力に対応す
るためには特願平11−28284に記載したように、
AC電源に換算して880V相当のインバータを必要と
するが、従来のIPMは素子耐圧DC1200V(AC
電源換算440V)であり、AC電源880Vのインバ
ータを構成するにはDC耐圧2200V以上の素子が必
要となる。因みにAC電源440Vのインバータでは加
熱出力800KW程度以上になると加熱効率が悪化し、
製品として不利である。As described in Japanese Patent Application No. 11-28284, in order to support a large power output with one induction heating device,
Although an inverter equivalent to 880 V is required in terms of AC power supply, the conventional IPM requires a device withstand voltage of 1200 V DC (AC
(Power conversion: 440 V), and an element having a DC withstand voltage of 2200 V or more is required to constitute an inverter of AC power of 880 V. By the way, in the inverter of AC power supply 440V, when the heating output becomes about 800KW or more, the heating efficiency deteriorates.
It is disadvantageous as a product.
【図1】 ユニットのブロック構造図FIG. 1 is a block diagram of a unit.
【図2】 誘導加熱装置インバータ部回線図Fig. 2 Induction heating unit inverter circuit diagram
【図3】 ユニットパッケージの平面図FIG. 3 is a plan view of a unit package.
【図4】 前図の断面図FIG. 4 is a sectional view of the previous figure.
【図5】 光フアイバーによるブロック図FIG. 5 is a block diagram using an optical fiber.
10…三相交流電源 11…インバータ回路 12…トランジスタ 15…ゲート駆動回路 18…誘電コイル 20…ユニットのパッケージ 21…コネクタ主電極 22…エミッタ主電極 23…制御電流のコネクタ 24…P導電板 25…S導電板 26…N導電板 27…絶縁板 28…積層板 36…短絡.過電流保護回路 40…ドライブ回路 45…電流検出器 46…インバータ制御回路 47…光信号変換回路 48…光ファイバ 49…電気信号変換回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Three-phase alternating current power supply 11 ... Inverter circuit 12 ... Transistor 15 ... Gate drive circuit 18 ... Dielectric coil 20 ... Unit package 21 ... Connector main electrode 22 ... Emitter main electrode 23 ... Control current connector 24 ... P conductive plate 25 ... S conductive plate 26 N conductive plate 27 Insulating plate 28 Laminated plate 36 Short circuit. Overcurrent protection circuit 40 Drive circuit 45 Current detector 46 Inverter control circuit 47 Optical signal conversion circuit 48 Optical fiber 49 Electric signal conversion circuit
Claims (3)
ランジスタ保護回路及びトランジスタ駆動回路を同一パ
ッケージ内に形成するHV−IPM(High Vol
tage Inteligent Power Mod
ule)ユニットの複数個を、整流手段を備える交流電
源回路と、誘導コイルとの間に結線配置したことを特徴
とする誘電加熱装置。An HV-IPM (High Vol.) For connecting a large number of transistors in parallel and forming a transistor protection circuit and a transistor drive circuit in the same package.
tag Intelligent Power Mod
ule) A dielectric heating device, wherein a plurality of units are connected and connected between an AC power supply circuit having a rectifier and an induction coil.
上下3枚の伝導板に絶縁板を挟み込んで形成する積層板
を配置すると共に、前記主電極におけるコネクタ列を+
側の導電板に、また同主電極のエミッタ列を一側の導電
板に、また中間に位置するコレクタ、エミッタ列を出力
側として他側の導電板にそれぞれ絶縁状態で連結し、前
記各導電板を介して前記ユニットを、整流手段を備える
交流電源回路と、誘電コイルとに結線する請求項1に記
載の装置。2. The main electrode surface of each HV-IPM unit,
A laminated plate formed by sandwiching an insulating plate between three upper and lower conductive plates is arranged, and a connector row in the main electrode is set to +
And the emitter row of the same main electrode is connected to one side conductive plate, and the collector and emitter rows located in the middle are connected to the other side conductive plate as an output side in an insulated state. The apparatus according to claim 1, wherein the unit is connected to an AC power supply circuit including a rectifier and a dielectric coil via a plate.
回路と、各HV−IPMユニットの駆動用ドライブ回路
との間を、光ファイバーを介して連結する請求項1及び
2に記載の装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein an optical signal conversion circuit in the inverter control circuit and a drive circuit for driving each HV-IPM unit are connected via an optical fiber.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001197479A JP2002352942A (en) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | Induction heating device |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007312566A (en) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Nissin Electric Co Ltd | Inverter device |
WO2015005155A1 (en) * | 2013-07-08 | 2015-01-15 | 株式会社村田製作所 | Power conversion circuit, power transmission system, and power conversion system |
WO2015074471A1 (en) * | 2013-11-25 | 2015-05-28 | 广东美的制冷设备有限公司 | Electrostatic protection device, intelligent power module and frequency-conversion home appliance |
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2001
- 2001-05-25 JP JP2001197479A patent/JP2002352942A/en active Pending
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A02 | Decision of refusal |
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