JP2000058247A - 誘導加熱装置 - Google Patents

誘導加熱装置

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JP2000058247A
JP2000058247A JP10221394A JP22139498A JP2000058247A JP 2000058247 A JP2000058247 A JP 2000058247A JP 10221394 A JP10221394 A JP 10221394A JP 22139498 A JP22139498 A JP 22139498A JP 2000058247 A JP2000058247 A JP 2000058247A
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JP
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heating coil
switching element
heating
coil
induction heating
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JP10221394A
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English (en)
Inventor
Motonari Hirota
泉生 弘田
Atsushi Fujita
篤志 藤田
Naoaki Ishimaru
直昭 石丸
Hidekazu Yamashita
秀和 山下
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

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  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な回路構成で、スイッチング素子の損失
を低減でき、小形かつ低コストの誘導加熱装置を提供す
ることを目的としている。 【解決手段】 電流共振型のインバータ構成とし、スイ
ッチング素子13をゼロ電流で遮断するようにし、第1
の加熱コイル15及び第2の加熱コイル12をともに誘
導加熱に利用することにより、低損失かつ誘導加熱構成
に柔軟な誘導加熱装置としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般家庭及びレス
トランなどで使用される誘導加熱調理器などの誘導加熱
装置に関するもので、詳しくはそのインバータ回路構成
と加熱コイル構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の誘導加熱装置のインバータ回路構
成と制御方法について、図10〜12に基づいて説明す
る。
【0003】図10は誘導加熱装置のインバータの基本
回路である。1は直流電源で、具体的には商用交流電源
から整流器を介して得ている。2は加熱コイルで、図に
は特に記していないが、この上に被加熱物が載置され、
加熱コイル2からの高周波磁界により誘導加熱される。
3は加熱コイル2と並列接続された共振コンデンサ、4
はスイッチング素子で、この素子のオン・オフにより、
加熱コイルに高周波電流が供給される。スイッチング素
子4には駆動電力がバイポーラトランジスタなどより大
幅に少なくてすむIGBTを用いており、その耐圧は9
00V、電流定格は60Aである。5はスイッチング素
子4と並列接続された逆導通ダイオード、6はスイッチ
ング素子4のコレクタ−エミッタ間電圧などを検知し、
スイッチング素子4のオン・オフを制御する制御回路で
ある。
【0004】図11は、図10のインバータの動作時の
各部波形を示した図である。(ア)は制御回路6から出
力されるスイッチング素子4のドライブ信号で、HIG
Hの時にスイッチング素子4がオンする。(イ)はスイ
ッチング素子4及び逆導通ダイオード5に流れる電流を
示している。(ウ)はスイッチング素子4のコレクター
エミッタ間に生じる電圧である。
【0005】図12は、図11の動作波形中、スイッチ
ング素子4がオンからオフに遷移する期間(すなわちタ
ーンオフ時)のコレクタ電流、コレクタ−エミッタ間電
圧を拡大した図である。図でテール電流とはIGBT特
有の現象であり、素子のスイッチング速度が低速なもの
ほど、その発生期間が長い。またテール電流の温度特性
は正であり、スイッチング素子が高温になるほど発生期
間は長くなり、損失が大きくなる。
【0006】以上より、本インバータの動作によって発
生するスイッチング素子4の損失は、図22のドライブ
信号がHIGHの期間中に発生する導通損失と、図23
に示すターンオフ時の損失すなわちターンオフ損失の二
つに分類される。
【0007】導通損失は、スイッチング素子4のコレク
タ電流と、そのコレクタ電流と相関のあるオン電圧の積
で決定される。一般に導通損失の損失温度特性は、ほぼ
フラットか、スイッチング素子の性能によっては負であ
る。
【0008】本インバータにおいてスイッチング素子4
は20kHz〜30kHz程度の周波数でオン・オフし
ており、その発生損失は素子性能にもよるが、概略30
〜40W程度である。また発生損失のうち、ターンオフ
損失の比率は、動作周波数にもよるが、概略30〜50
%程度である。発生損失が大きいため、スイッチング素
子4はヒートシンクに取り付けられ、冷却ファンによっ
て強制冷却されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の誘導加熱装置には以下に記す課題があった。すなわ
ち動作時に冷却ファンが駆動するため、その騒音が大き
く、使用者に不快感を与えるというものである。この騒
音は特に鍋物など調理器を使用者が囲んで使用する場合
において問題となる。炊飯器に応用したものにおいて
は、タイマー炊飯などで早朝あるいは深夜などに動作さ
せた場合、同様にこの騒音が使用者に不快感を与える。
この課題は、一般の電熱ヒータタイプ、あるいはガスコ
ンロなどの調理器においてはないことから、誘導加熱装
置特有の重大な課題である。
【0010】また損失全体の温度特性は、ターンオフ損
失の温度特性が支配的であり、スイッチング素子4の素
子温度が上昇すると、損失も上昇するため、ファンによ
る強制空冷の設計は充分な検討が必要であり、開発工数
上の問題も抱えている。
【0011】本発明は上記従来の課題を解決し、冷却フ
ァン騒音を充分低減できる快適な誘導加熱装置を簡単な
構成で実現することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、直流電源と、第1の加熱コイルと、第2の
加熱コイルと、共振コンデンサと、自己消弧型のスイッ
チング素子と、前記スイッチング素子に並列に続された
逆導通ダイオードと、前記スイッチング素子のオンオフ
信号を発生する発振回路を含む制御回路とを有し、前記
直流電源と、前記第2の加熱コイルと、前記第1の加熱
コイルと、前記共振コンデンサは直列に接続され、前記
スイッチング素子は、前記直列に接続された第1の加熱
コイル及び前記共振コンデンサと並列に接続されている
誘導加熱装置とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】請求項1記載の発明は、直流電源
と、第1の加熱コイルと、第2の加熱コイルと、共振コ
ンデンサと、自己消弧型のスイッチング素子と、前記ス
イッチング素子に並列に続された逆導通ダイオードと、
前記スイッチング素子のオンオフ信号を発生する発振回
路を含む制御回路とを有し、前記直流電源と、前記第2
の加熱コイルと、前記第1の加熱コイルと、前記共振コ
ンデンサは直列に接続され、前記スイッチング素子は、
前記直列に接続された第1の加熱コイル及び前記共振コ
ンデンサと並列に接続されている誘導加熱装置とするも
のである。
【0014】本構成により、スイッチング素子に流れる
電流は共振波形となり、その電流がゼロあるいは、逆導
通ダイオードに流れている間にターンオフするため、ス
イッチング素子の損失として、ターンオフ損失は発生せ
ず、導通損失のみとなり、スイッチング素子の損失を大
幅に低減することができる。さらにターンオフ損失がな
いため、損失温度特性は、ほぼフラットあるいは負の特
性となり、熱的に極めて安定で冷却設計の容易なインバ
ータ回路を得ることができる。また、一般的には誘導加
熱装置に必要な加熱コイルは1つであるため、第1の加
熱コイルまたは、第2の加熱コイルどちらかを通常のチ
ョークコイルなどとする構成が考えられるが、この場合
部品点数が増加し、さらにチョークコイルの発熱も問題
となる。本構成においては、どちらのコイルも高周波電
流が流れることに着目し、両コイルとも加熱コイルに用
いる構成としているため、部品点数の増加や、専用チョ
ークコイルにした場合の損失的な課題を抱える必要はな
く、合理的な誘導加熱装置を簡単に得られることができ
るものである。
【0015】請求項2記載の発明は、請求項1記載の誘
導加熱装置において、第1の加熱コイルと第2の加熱コ
イルを内周と外周に配置したことを特徴とする請求項1
または請求項2の誘導加熱装置とすることにより、第1
の加熱コイルと第2の加熱コイルを内周と外周にそれぞ
れ配置しているため、被加熱物へ供給される電力分布が
均一となり、上記冷却ファン騒音を充分低減できる特徴
に加えて、さらに加熱性能の優れた誘導加熱装置を実現
できるものである。
【0016】請求項3記載の発明は、請求項1記載の誘
導加熱装置において、第1の加熱コイルと第2の加熱コ
イルをそれぞれ1つまたは直列に接続された複数のコイ
ルとしたことを特徴とする請求項1の誘導加熱装置とす
ることにより、複数の加熱コイルを被加熱物底面形状に
応じた形で自在配置することが可能となり、上記冷却フ
ァン騒音を充分低減できる特徴に加えて、被加熱物形状
に関わらず均一な加熱を得られる誘導加熱装置を実現で
きるものである。
【0017】
【実施例】(実施例1)以下、本発明の第1の実施例に
ついて説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す図
である。図1において11は、直流電源で、具体的には
商用交流電源を整流器を介して得ている。12は、直流
電源11に直列に接続された第2の加熱コイルで、図3
に示すように、コイル上に鍋などの被加熱物20が載置
されている。16は加熱コイル12と並列に接続された
共振コンデンサである。15は第1の加熱コイルで、第
2の加熱コイルと同様、コイル上に鍋などの被加熱物2
0が載置されており、第2の加熱コイル12と直列に接
続されている。13はスイッチング素子で、第1の加熱
コイル15と直列に接続され、かつ逆導通ダイオード1
4と並列に接続されている。
【0018】17は発振回路を含む制御回路で、スイッ
チング素子13の制御を行う。本実施例における発振周
波数は20〜50kHz程度である。
【0019】図2は通常動作時におけるスイッチング素
子13の駆動信号と電流(Ic)電圧(Vce)波形と
第2の加熱コイルに流れる電流である。ただしIcは逆
導通ダイオード14に流れる電流も加えて図示してい
る。
【0020】図でスイッチング素子は駆動信号がHIG
Hの時にオンし、LOWの時にオフする。図2(イ)に
示すように電流波形は本インバータ回路構成にすること
により、共振波形となり、スイッチング素子13に流れ
る電流がゼロまたは、逆導通ダイオード14に電流が流
れている間にオフするため、従来のターンオフ損失は発
生せず、大幅な低損失化が可能となる。また第1の加熱
コイルに流れる電流及び第2の加熱コイルに流れる電流
は(エ)に示す波形となる。このように本インバータ回
路においては、第1の加熱コイルに流れる電流も、第2
の加熱コイルに流れる電流も共に高周波電流であり、発
生する高周波磁界により、被加熱物20を誘導加熱する
ことが可能である。
【0021】図3は、本実施例の第1の加熱コイル及び
第2の加熱コイルと被加熱物20を示す図である。第1
の加熱コイル及び第2の加熱コイルは楕円形状とし、そ
れらを並べるころにより、コイル上面に載置された被加
熱物20を誘導加熱する構成としている。
【0022】以上の説明で明らかなように、本第1の実
施例によれば簡単な構成でスイッチング素子13の損失
を低減できるため、必要冷却の少ない小形かつ低コスト
の誘導加熱装置を得ることができる。また本実施例にお
いて、第1の加熱コイルと第2の加熱コイルは同一の被
加熱物20を加熱する構成としているが、それぞれ別個
の被加熱物を加熱する構成にしてもよい。第1の加熱コ
イル15と、共振コンデンサ16は第2の加熱コイル1
2と直列に接続された構成としているが、第2の加熱コ
イル12と並列に接続する構成(図4)としても同様の
効果が得られる。
【0023】(実施例2)以下、本発明の第2の実施例
について説明する。図5は本発明の第2の実施例を示す
図である。図5において第1の加熱コイルは内周のコイ
ルに、第2の加熱コイルは外周に配置して、被加熱物2
0を加熱する構成としている。また同図に被加熱物20
に供給される電力密度分布を示す。一般に1つの加熱コ
イルで被加熱物20を加熱しようとした場合、図6の様
に、図5と同じ内径(図5においては第1の加熱コイル
の内径)及び外径(図5においては第2の加熱コイルの
外径)としても、その加熱電力密度分布は中央部がピー
ク(加熱コイル内径−外径の中央部)に比べて低下する
傾向にあるが、本実施例の場合、内周と外周の2つの加
熱コイルによって、電力分布が均一化される。従って、
本実施例より、必要冷却の少ない、小形かつ低コストの
特徴に加えて、電力密度分布の均一なすなわち被加熱物
20の温度分布の均一な加熱性能の良い誘導加熱装置を
得ることが可能となる。
【0024】なお、本実施例では内周部に第1の加熱コ
イルを、外周部に第2の加熱コイルを配置する構成とし
たが、逆に内周部に第2の加熱コイルを、外周部に第1
の加熱コイルを配置する構成としても良い。また図7の
ように誘導加熱式炊飯器など被加熱物20底面部を加熱
するコイル(内周)と、被加熱物底面〜側面部を加熱す
るコイル(外周)に応用してもよい。一般的な誘導加熱
式炊飯器においては、これら2つのコイルを直列接続し
てこの構成を実現しているが、本実施例においては、回
路構成上もともと2つの加熱コイルとなっているため、
同様の構成が簡単に得られるものである。
【0025】(実施例3)以下、本発明の第3の実施例
について説明する。図8は本発明の第3の実施例を示す
図である。図8おいて第1の加熱コイル及び第2の加熱
コイルは、2つの小径のコイルを直列に接続した形と
し、それぞれを被加熱物20の下に配置した構成として
いる。図9は被加熱物20を上から見た図である。図の
ように被加熱物20は、四角の形状であり、通常のスパ
イラル形状コイルでは、四角コーナー部分の加熱が不十
分となるが、本実施例においては、小径のコイルを4つ
適切に配置することにより、より均一な加熱が可能とな
る。
【0026】以上より、本実施例においては、必要冷却
の少ない、小形かつ低コストの特徴に加えて、被加熱物
20の形状に適した加熱が可能となる配置が実現でき
る。本実施例における被加熱物の形状は四角としたが、
如何様な形状であっても、複数の小径加熱コイルを適宜
配置することによりより均一な加熱が可能となるもので
ある。
【0027】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、スイッチング素子に流れる電流を共振波形とし、
ゼロ電流にて遮断することから、ターンオフ損失が発生
せず、極めて低損失かつ、熱的に安定した誘導加熱装置
を簡単な構成で得ることができる。また、一般的には誘
導加熱装置に必要な加熱コイルは1つであるため、第1
の加熱コイルまたは、第2の加熱コイルどちらかを通常
のチョークコイルなどとする構成が考えられるが、この
場合部品点数が増加し、さらにチョークコイルの発熱も
問題となる。本構成においては、どちらのコイルも高周
波電流が流れることに着目し、両コイルとも加熱コイル
に用いる構成としているため、部品点数の増加や、専用
チョークコイルにした場合の損失的な課題を抱える必要
はなく、合理的な誘導加熱装置を簡単に得られることが
できるものである。
【0028】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の効果に加えて被加熱物へ供給される電力分布がより
均一となる誘導加熱装置を実現できるものである。
【0029】請求項3記載の発明によれば、請求項1記
載の効果に加えて被加熱物形状に関わらず均一な加熱を
得られる誘導加熱装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例である誘導加熱装置の回
路構成を示す回路図
【図2】同、誘導加熱装置の通常動作時の動作波形を示
す図
【図3】同、誘導加熱装置の第1、第2の加熱コイルの
構成及び形状を示す図
【図4】同、誘導加熱装置の別な構成を示す回路図
【図5】本発明の第2の実施例である誘導加熱装置の第
1、第2の加熱コイルの構成及び形状を示す図
【図6】同、誘導加熱装置の加熱コイルの構成及び形状
の比較例を示す図
【図7】同、誘導加熱装置を誘導加熱式炊飯器などへ応
用した場合の第1、第2の加熱コイルの構成及び形状を
示す図
【図8】本発明の第3の実施例である誘導加熱装置の第
1、第2の加熱コイルの構成及び形状を示す図
【図9】同、誘導加熱装置の被加熱物を平面図
【図10】従来の誘導加熱装置の回路構成を示す回路図
【図11】同、誘導加熱装置の動作波形を示す図
【図12】同、誘導加熱装置のスイッチング素子のター
ンオフ時の動作波形を示す図
【符号の説明】
11 直流電源 12 第2の加熱コイル 13 スイッチング素子 14 逆導通ダイオード 15 第1の加熱コイル 16 共振コンデンサ 17 制御回路 20 被加熱物
フロントページの続き (72)発明者 石丸 直昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山下 秀和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 3K051 AA02 AA03 AA07 AA08 AB04 AB05 AB10 AC07 AC09 AD05 AD25 AD32 AD35 AD37 BD02 BD07 CD10 CD13 CD42 CD43 CD46 3K059 AA02 AA03 AA07 AA08 AB04 AB10 AC07 AC09 AD05 AD25 AD32 AD35 AD37 BD02 CD10 CD13 CD52 CD55 CD73

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源と、第1の加熱コイルと、第2
    の加熱コイルと、共振コンデンサと、自己消弧型のスイ
    ッチング素子と、前記スイッチング素子に並列に接続さ
    れた逆導通ダイオードと、前記スイッチング素子のオン
    オフ信号を発生する発振回路を含む制御回路とを有し、
    前記直流電源と、前記第2の加熱コイルと、前記第1の
    加熱コイルと、前記共振コンデンサは直列に接続され、
    前記スイッチング素子は、前記直列に接続された第1の
    加熱コイル及び前記共振コンデンサと並列に接続されて
    なる誘導加熱装置。
  2. 【請求項2】 第1の加熱コイルと第2の加熱コイルを
    内周と外周に配置したことを特徴とする請求項1記載の
    誘導加熱装置。
  3. 【請求項3】 第1の加熱コイルと第2の加熱コイルを
    それぞれ1つまたは直列に接続された複数のコイルとし
    たことを特徴とする請求項1記載の誘導加熱装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010080359A (ja) * 2008-09-29 2010-04-08 Hitachi Appliances Inc 電磁誘導加熱装置
CN109640424A (zh) * 2018-12-18 2019-04-16 珠海格力电器股份有限公司 一种电磁加热系统异常检测方法、装置及可读存储介质

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