JP2003077639A

JP2003077639A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2003077639A
Application number: JP2001268460A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kitaizumi; 武北泉; Kenji Yasui; 健治安井; Yoshiaki Ishio; 嘉朗石尾; Motonari Hirota; 泉生弘田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-03-14
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: JP4867110B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体損失の少なくアルミが加熱できる誘導
加熱装置を提供する。【解決手段】第１及び第２の半導体スイッチの直列接
続体に並列接続される第１及び第２の整流ダイオードの
直列接続体と、第１または第２の半導体スイッチの端子
間に接続される加熱コイル及び共振コンデンサの直列接
続体と、第１及び第２の整流ダイオードに各々並列に接
続される第１及び第２のクランプコンデンサとを有し、
第１及び第２の半導体スイッチの接続点と第１及び第２
の整流ダイオードの接続点間に、商用電源及びチョーク
コイルの直列回路を接続し、第１、第２の半導体スイッ
チを所定の駆動周波数で駆動するとともに、加熱コイル
と共振コンデンサで形成される共振回路の共振電流の周
波数を駆動周波数の２倍以上の周波数に設定すること
で、被加熱物に供給する電力を平滑化し、かつ素子責務
を等分して、冷却構成を簡易化できる誘導加熱装置を実
現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波磁界による
誘導加熱を利用して被加熱物の加熱を行う電磁調理器な
どの誘導加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来用いられる誘導加熱装置について図
面を用いて説明する。図１５は、力率及び波形歪みを改
善し、かつ被加熱物１３に電圧変動が少ない形で電力を
供給できる従来の誘導加熱装置の回路構成を示す図であ
る。商用電源１は、整流ダイオード２０を介して、高周
波電流を供給する供給源として働く平滑コンデンサ２１
に接続される。チョークコイル３は、平滑コンデンサ２
１の正極と第１の半導体スイッチ６と第２の半導体スイ
ッチ７の直列接続体の接続点に一端が接続される。ここ
で、第２の半導体スイッチ７のエミッタ端子は平滑コン
デンサ２１の負極に接続される。第１及び第２の半導体
スイッチ６、７の直列接続体には、第５のクランプコン
デンサ２２が並列に接続され、被加熱物１３と磁気的に
結合している加熱コイル１２と共振コンデンサ１０の直
列接続体は、第２の半導体スイッチ７に並列に接続され
る。また、第１及び第２の半導体スイッチ６、７には、
それぞれ逆並列にダイオードが接続されており、制御手
段１４は必要な電力を確保するため、第１及び第２の半
導体スイッチ６、７のオン時間を所定の駆動周波数で制
御することになる。共振コンデンサ１０の容量は、加熱
コイル１２のインピーダンスとで決まる共振周波数が、
第１及び第２の半導体スイッチ６、７の駆動周波数の２
倍以上になるように設定される。

【０００３】図１６はインバータの各期間における電流
が流れる経路を示した図であり、図１７はそれに対応し
た動作波形図である。商用電源１は整流ダイオード２０
で整流され、平滑コンデンサ２１に電力を供給する。平
滑コンデンサ２１は高周波動作における電源として働く
ことになる。

【０００４】まず、平滑コンデンサ２１を電源として、
第２の半導体スイッチ７がオン状態から説明をはじめ
る。この状態では図１６（ａ）に示す様に平滑コンデン
サ２１→チョークコイル３→第２の半導体スイッチ７の
経路で電流が流れチョークコイル３にエネルギーを蓄え
る。また、共振コンデンサ１０→加熱コイル１２→第２
の半導体スイッチ７の経路で電流が流れ、加熱コイル１
２と磁気的に結合している被加熱物１３に電力を供給す
る動作が同時に行われることになる。ここで、加熱コイ
ル１２と共振コンデンサ１０により決定される共振電流
の周波数を第１及び第２の半導体スイッチ７の駆動周波
数の２倍以上に設定しているため、図１６（ｂ）に示す
様に加熱コイル１２を流れる電流は反転して共振コンデ
ンサ１０→半導体スイッチ７内のダイオード→加熱コイ
ル１２のループ経路を流れるモードに移行することにな
る。

【０００５】これらの動作は第２の半導体スイッチ７が
オフするまで続き、図１６（ａ）と（ｂ）の動作を交互
に繰り返すことになる。つまり、図１７のＩ７に示すよ
うに半導体スイッチ７の駆動周波数の数倍の周波数の共
振電流が第２の半導体スイッチ７に流れることになる。
つまり加熱コイル１２には駆動周波数の数倍の共振電流
が供給され、更に加熱コイル１２を通じて共振電流と同
じ周波数の高周波磁界が被加熱物１３に供給されること
になる。よって被加熱物がアルミ鍋などの非磁性かつ導
電率の高い、駆動周波数では加熱困難な負荷に電力を供
給する場合に、第１及び第２の半導体スイッチ６、７の
スイッチング損失を増加させずに、駆動周波数の数倍の
周波数の高周波磁界を被加熱物１３に供給できる特徴を
持つ。つまり、被加熱物１３が浸透深さの大きな材質で
あっても、表皮効果を高め、より高い抵抗値を持った領
域で、高周波磁界を受けることが可能になり、アルミ鍋
などの誘導加熱困難な被加熱物１３を加熱することが可
能になるものである。

【０００６】次に、第２の半導体スイッチ７を所定の時
間でかつこの半導体スイッチに順方向に電流が流れてい
るタイミングでオフすると、図１６（ｃ）に示すよう
に、平滑コンデンサ２１→チョークコイル３→第１の半
導体スイッチ６内のダイオード→第５のクランプコンデ
ンサ２２の経路で電流が流れ、第５のクランプコンデン
サ２２にチョークコイル３のエネルギーを伝達する動作
と、加熱コイル１２→第１の半導体スイッチ６内のダイ
オード→第５のクランプコンデンサ２２→共振コンデン
サ１０の経路で電流が流れ、加熱コイル１２に蓄えられ
たエネルギーを、共振コンデンサ１０に蓄える動作が同
時に行われる。

【０００７】この第１のスイッチング素子６内のダイオ
ードが導通している間に第１の半導体スイッチ６を導通
状態にしておくことにより、図１６の（ｄ）に示すよう
に共振コンデンサ１０→第５のクランプコンデンサ２２
→第１の半導体スイッチ６→加熱コイル１２の経路で加
熱コイル１２と結合している被加熱物に電力を供給する
動作と、平滑コンデンサ２１→チョークコイル３→加熱
コイル１２→共振コンデンサ１０の経路でチョークコイ
ル３にエネルギーを供給する動作が同時に行われる。こ
こで、加熱コイル１２と共振コンデンサ１０により決定
される共振電流の周波数を第１及び第２の半導体スイッ
チ７の駆動周波数の２倍以上に設定しているため、図１
６（ｃ）に示す様な電流経路で再び電流が流れることに
なる。この図１６の（ｃ）のモードと（ｄ）のモードを
繰り返すことになり、図１７のＩ６に示す電流が第１の
半導体スイッチ６に流れる。そして所定の時間かつ第１
の半導体スイッチ６に電流が流れている区間で第１の半
導体スイッチ６をオフすることにより、図１６の（ｂ）
に示す様に電流が流れ、更に第２の半導体スイッチ７内
の逆並列ダイオードに電流が流れている間に第２の半導
体スイッチ７をオン状態にしておくことにより図１６
（ａ）のモードに移行する。以後上記の一連の動作を継
続することになる。ここで、第１及び第２の半導体スイ
ッチ６、７の駆動周波数としては２０〜３０ｋＨｚが用
いられ、共振電流の周波数としては４０〜１００ｋＨｚ
程度が用いられる。

【０００８】このような動作をさせることで、駆動周波
数を上昇させることなく、駆動周波数の数倍の周波数の
電流を加熱コイルに供給し、かつ加熱コイルを通じて高
周波磁界を被加熱物１３に供給することが可能となるた
め、アルミなどの材料自体の抵抗値が小さい材料であっ
ても加熱が可能になる。また、図１８に示す様に、加熱
コイル１２には、第５のクランプコンデンサ２２の働き
により、商用電源１の電圧変化に対し、ある程度平滑さ
れた形で電力供給することが可能となる。このことによ
り、被加熱物１３の重量が軽い場合に生じる被加熱物１
３の振動音を抑えることが可能になる利点も有すること
になる。また、商用電源１からの入力電流は、第２の半
導体スイッチ７の動作を工夫することにより、力率の改
善され、電源高調波成分の少ない電流を流すことが可能
になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の高周波電源装置においては、第２の半導体スイッチ
７が、チョークコイル３と第５のクランプコンデンサ２
２に対する昇圧動作と加熱コイル１２と共振コンデンサ
１０に対するインバータ動作を同時に行うため、素子責
務が多大になる。一方、第１の半導体スイッチ６は昇圧
動作に関わる補助スイッチとして使われるため、素子責
務は第２の半導体スイッチ７に比べかなり小さいものと
なる。このように素子責務が偏ることにより、冷却設計
が難しくなるとともに、一方素子のみ大電流素子を使う
必要が生じ、価格的にも高価なものになる課題が生じる
ことになる。

【００１０】本発明は上記の課題を解決するもので、素
子責務を均一にできる構成を取ることにより、冷却設計
を簡易なものとすることができるアルミ鍋などの加熱可
能な誘導加熱装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【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、第１及び第２の半導体スイッチの直列接続
体と、前記第１及び第２の半導体スイッチの直列接続体
に並列接続される第１及び第２の整流ダイオードの直列
接続体と、前記１及び第２の整流ダイオードに各々並列
に接続される第１及び第２のクランプコンデンサと、前
記第１及び第２の半導体スイッチの接続点と第１及び第
２の整流ダイオードの接続点間に接続され、互いに直列
に接続される商用電源及びチョークコイルと、第１また
は第２の半導体スイッチの端子間に接続され、互いに直
列に接続される加熱コイルと共振コンデンサからなる高
周波インバータと、前記高周波インバータから高周波磁
界を受け加熱される被加熱物と、所定の出力が得られる
様に前記第１、第２の半導体スイッチを制御する制御手
段を備え、前記加熱コイルと前記共振コンデンサで形成
される共振回路の共振電流の周波数を駆動周波数の２倍
以上の周波数になるように設定したことを特徴とする誘
導加熱装置としている。

【００１２】これにより、駆動周波数の数倍の高周波磁
界を被加熱物に供給することができ、かつ供給電力を平
滑化することでアルミ加熱ができる利点を有した状態
で、素子責務を等分することができる構成をとるがで
き、冷却構成が簡易化できる誘導加熱装置を実現できる
ものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、第１及
び第２の半導体スイッチの直列接続体と、前記第１及び
第２の半導体スイッチの直列接続体に並列接続される第
１及び第２の整流ダイオードの直列接続体と、前記１及
び第２の整流ダイオードに各々並列に接続される第１及
び第２のクランプコンデンサと、前記第１及び第２の半
導体スイッチの接続点と第１及び第２の整流ダイオード
の接続点間に接続され、互いに直列に接続される商用電
源及びチョークコイルと、第１または第２の半導体スイ
ッチの端子間に接続され、互いに直列に接続される加熱
コイルと共振コンデンサからなる高周波インバータと、
前記高周波インバータから高周波磁界を受け加熱される
被加熱物と、所定の出力が得られる様に前記第１、第２
の半導体スイッチを制御する制御手段を備え、前記加熱
コイルと前記共振コンデンサで形成される共振回路の共
振電流の周波数を駆動周波数の２倍以上の周波数になる
ように設定したことを特徴とする誘導加熱装置としてい
る。

【００１４】これにより、駆動周波数の数倍の高周波磁
界を被加熱物に供給することができ、かつ供給電力を平
滑化することでアルミ加熱ができる利点を有した状態
で、素子責務を等分することができる構成をとるがで
き、冷却構成が簡易化できる誘導加熱装置を実現できる
ものである。

【００１５】請求項２に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の第１及び第２のクランプコンデンサの容量を数
μＦ〜数十μＦのフィルムコンデンサで構成したことに
より、価格的に安価のものとすることができる。

【００１６】請求項３に記載の発明は、特に、請求項１
または２に記載の第１及び第２のクランプコンデンサの
容量を略等しくしたことにより、商用電源の極性により
シンメトリックな動作をさせることができる。

【００１７】請求項４に記載の発明は、特に、請求項１
〜３のいずれか１項に記載の第１または第２の半導体ス
イッチを通過する共振電流の数を変えることにより電力
制御を行うことにより、電力調整の範囲が広くなり制御
性の優れた誘導加熱装置を実現できるものである。

【００１８】請求項５に記載の発明は、特に、請求項４
に記載の第１及び第２の半導体スイッチを通過する共振
電流の数の和が一定になるようにすることにより、一定
駆動周波数を保ったまま電力調整が可能になり複数の誘
導加熱装置を動作させた場合の互いの周波数の差により
生じる被加熱物間の音を防止することが可能になり、騒
音の少ない誘導加熱装置を実現できるものである。

【００１９】請求項６に記載の発明は、特に、請求項１
〜５のいずれか１項に記載の第１及び第２の半導体スイ
ッチの切り替えを半導体スイッチに電流が流れている間
に行うことにより、半導体スイッチでターンオン時の損
失が生じないため、半導体スイッチの発熱を抑えること
が可能となり冷却構成を簡易にできる誘導加熱装置を実
現できるものである。

【００２０】請求項７に記載の発明は、特に、請求項１
または２に記載の第１または第２の半導体スイッチに並
列にコンデンサを配置したことにより、半導体スイッチ
のターンオフ時の損失を低く抑えることが可能となるた
め半導体スイッチの発熱を抑えることが可能となり、冷
却構成を簡易にできる誘導加熱装置を実現できるもので
ある。

【００２１】請求項８に記載の発明は、特に、請求項１
〜７のいずれか１項に記載の第１及び第２のクランプコ
ンデンサを被加熱物の種類に応じて切り替え手段により
切り替えることにより、被加熱物が軽い場合にはクラン
プコンデンサの容量を大きくし被加熱物の振動を抑え、
被加熱物が重い場合にはクランプコンデンサの容量を小
さくすることで制御性を良くすることで、被加熱物の状
態に応じた最適な制御をすることが可能となり、制御性
に優れた誘導加熱装置を実現できるものである。

【００２２】

【実施例】（実施例１）本発明の第１の実施例について
図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項１〜３
に係わる。

【００２３】図１は本実施例の誘導加熱装置の回路構成
を示す図である。第１及び第２の半導体スイッチ６、７
の直列接続体は、第１及び第２のダイオード４、５のカ
ソードがそれぞれ高電位側となるようにして接続された
直列接続体を並列接続している。第１のダイオード４に
は第１のクランプコンデンサ８が、第２のダイオード５
には第２のクランプコンデンサ９がそれぞれ並列に接続
されており、第１及び第２のダイオードの４、５の接続
点と第１及び第２の半導体スイッチ６、７の接続点の間
には、商用電源１、フィルタ２及びチョークコイル３の
直列回路が接続されている。第１の半導体スイッチ６に
は、第１の共振コンデンサ１０と加熱コイル１２の直列
回路が並列に接続されている。第１及び第２の半導体ス
イッチ６、７は制御手段１４からの信号を受け動作する
ことになる。加熱コイル１２は被加熱物１３が結合して
おり、加熱コイル１２に流れる高周波電流により生じる
高周波磁界により渦電流が流れ、被加熱物１３のもつ抵
抗値と渦電流により発熱することになる。ここで、第１
の共振コンデンサ１０の容量は、この容量と加熱コイル
１２のインピーダンスとで決まる共振電流の周波数を第
１及び第２の半導体スイッチ６、７の駆動周波数の２倍
以上になるように設定されている。制御手段１４は、入
力電圧や供給電力に応じた指令値に従い、第１及び第２
の半導体スイッチ６、７の駆動を行うものである。ま
た、本実施例では第１及び第２の半導体スイッチ６、７
は順方向に導通するＩＧＢＴとこれに逆並列に接続した
ダイオードで記載しているが、ＭＯＳＦＥＴのように素
子内部にダイオードを構成した素子を用いても問題な
い。

【００２４】図２はインバータ回路の各区間における電
流経路を示した図であり、図３は図２に対応した波形図
である。また、図４は商用電源１の周期で見た場合の波
形図である。商用電源１の極性が図２の示す状態の時
で、第１の半導体スイッチがオン状態から説明する。こ
の状態では図２（ａ）に示すように商用電源１→チョー
クコイル３→第１のダイオード４→第１の半導体スイッ
チ６の経路でチョークコイル３に電力を供給するモード
と第１の共振コンデンサ１０→第１の半導体スイッチ６
→加熱コイル１２の経路で被加熱物１３に電力を供給す
るモードを同時に行う。

【００２５】次に、第１の共振コンデンサ１０の容量が
第１の共振コンデンサ１０を流れる共振電流の周波数が
第１及び第２の半導体スイッチ６、７の駆動周波数の２
倍以上に設定されているため、図２（ｂ）に示すよう
に、加熱コイル１２には第１の共振コンデンサ１０→加
熱コイル１２→第１の半導体スイッチ６内のダイオード
の経路で電流が流れ被加熱物１３に電力を供給するモー
ドと、商用電源１→チョークコイル３→第１のダイオー
ド４→第１の共振コンデンサ１０→加熱コイル１２の経
路で電流が流れチョークコイル３に電力を蓄えるモード
を同時に行うことになる。この図２（ａ）、（ｂ）の状
態を繰り返すことで駆動周波数の数倍の電流を被加熱物
１３に流すことが可能になる。これは被加熱物１３に例
えばアルミなどを用いるときに特に有効であり、第１及
び第２の半導体スイッチ６、７のスイッチング損失を増
加させることなく、駆動周波数の数倍の渦電流を被加熱
物１３に流すことが可能となる。これは、表皮効果によ
り被加熱物１３の抵抗値が周波数が高いほど大きくなる
性能を利用しており、効率よくアルミを加熱することが
可能な方法である。

【００２６】図３のＩ６に第１の半導体スイッチ６に流
れる電流を示すとともに、Ｉ３にチョークコイルに流れ
る電流を示す。所定のオン時間が経過した後、第１の半
導体スイッチ６をオフすると、図２（ｃ）に示すよう
に、商用電源１→チョークコイル３→第２のクランプコ
ンデンサ９→第２の半導体スイッチ７内のダイオードの
経路でチョークコイル３に蓄えられた電力を第２のクラ
ンプコンデンサ９に蓄えるモードと、加熱コイル１２→
第１の共振コンデンサ１０→第１のクランプコンデンサ
８→第２のクランプコンデンサ９の経路で負荷１２のイ
ンダクタンス成分に蓄えた電力を第１の共振コンデンサ
１０に放出するモードを同時に行う様に動作する。ここ
で、第２のクランプコンデンサ９は、チョークコイル３
と第２の半導体スイッチ７内のダイオードにより昇圧回
路が形成されるため、商用電源が図２の極性の間は図４
のＶ９に示す様にほぼ一定電圧に保つことが可能とな
る。第２の半導体スイッチ７内のダイオードが導通して
いる区間で第２の半導体スイッチ７が導通状態にしてお
くと、図２（ｄ）のモードに遷移することになる。この
モードでは、第１の共振コンデンサ１０→加熱コイル１
２→第２の半導体スイッチ７→第２のクランプコンデン
サ９→第１のクランプコンデンサ８の経路で電力を加熱
コイル１２に供給する経路と、商用電源１→チョークコ
イル３→第１のクランプコンデンサ８→第１の共振コン
デンサ１０→加熱コイル１２の経路で、電力を加熱コイ
ル１２に供給する経路が同時に起こる。

【００２７】続いて、第１の共振コンデンサ１０の容量
が第１の共振コンデンサ１０を流れる共振電流の周波数
が第１及び第２の半導体スイッチ６、７の駆動周波数の
２倍以上に設定されているため、図２（ｃ）に示す経路
で再び電流が流れることになる。この図２（ｃ）及び
（ｄ）の状態を繰り返すことで駆動周波数の数倍の電流
を加熱コイル１２及び被加熱物１３に流すことになる。
図３のＩ７に第２の半導体スイッチ６に流れる電流を示
すとともに、Ｉ３にチョークコイルに流れる電流を示
す。所定のオン時間が経過した後、第２の半導体スイッ
チ７をオフすると、再び図２（ｂ）の状態に戻ることに
なる。

【００２８】この動作を２０〜５０ｋＨｚの高周波で行
うことにより、加熱コイル１２に図３のＩ１２の様な電
流を流し、必要な電力を被加熱物１３に供給している。
電源電圧１の極性が逆の場合には、第２の半導体スイッ
チ７が昇圧動作とインバータ動作を同時に行うための主
スイッチとして働き、第１の半導体スイッチ６はサブス
イッチとして働くことになる。この動作により、図４に
示すように第１のクランプコンデンサ８は、Ｖ８の様に
ほぼ一定電圧に保たれることになる。よって、負荷には
図４のＶ１２の様な定電圧に近い電圧が供給され、軽量
負荷での音の発生の抑制が可能になる利点が生じる。

【００２９】ここで、極性に対し、第１の半導体スイッ
チ６と第２の半導体スイッチ７が商用電源１の極性に対
しシンメトリックに動作することで、半導体スイッチの
損失もほぼ同一になり、冷却構成が簡素化されることに
なる。また、使用される素子数も整流ダイオードが２個
少なく構成されているため、価格の大きな部分をしめる
パワー素子の使用数を軽減でき安価な電源を実現できる
ことになる。

【００３０】なお、第１及び第２のクランプコンデンサ
８、９は、被加熱物１３への電力供給を完全平滑する必
要がないため、数μＦ〜数十μＦのフィルムコンデンサ
で十分であり、価格的にも安価ですませることが可能で
ある。

【００３１】また、第１及び第２のクランプコンデンサ
８、９の容量は、極性によりシンメトリックな動作をさ
せるため、同容量であることが望ましい。

【００３２】なお、図５に第２の半導体スイッチ７に加
熱コイル１２と第２の共振コンデンサ１１の直列回路が
並列に接続された構成を、図６には第１及び第２の共振
コンデンサ１０、１１が第１及び第２の半導体スイッチ
６、７の直列回路に並列に接続され、各々の中点に加熱
コイル１２が接続される構成を示している。基本的な動
作は、図１と同様であるが、図６の構成では共振コンデ
ンサ１０、１１の容量は共振コンデンサ一個で実現して
いる図１、図６の構成の１／２になる。

【００３３】更に、第１及び第２の半導体スイッチ６、
７の導通時間を商用電源１の電圧に応じて変化させるこ
とで、入力電流を正弦波状に流すことが可能になり、力
率の良い制御を行うことが可能になる。

【００３４】以上のように本実施例によれば、駆動周波
数の数倍の高周波磁界を被加熱物に供給することがで
き、かつ供給電力を平滑化することでアルミ加熱ができ
る利点を有した状態で、素子責務を等分することができ
る構成をとるができ、冷却構成が簡易化できる誘導加熱
装置を実現できるものである。

【００３５】（実施例２）本発明の誘導加熱装置の第２
の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施
例は請求項４に係わる。

【００３６】本実施例の構成は実施例１の構成と同一な
構成をとるため省略する。

【００３７】本構成における動作を説明する。図７は本
実施例の動作波形を示す図である。本実施例の基本動作
は実施例１と同様であるが、入力電力の設定を共振電流
の波数を変えることで行っている。この共振電流の個数
を変える方法としては、電流が零点を通過する回数を数
える方法や、あらかじめ被加熱物１３の種類が分かって
いる場合にはあらかじめ決められたオン時間を離散的変
える方法などがあるが特に限定するものではない。この
方法では駆動周波数に対し共振電流の波数が多いほど制
御性が良くなることになる。また、入力電力の設定とし
ては、第１または第２の半導体スイッチ６、７がメイン
に働いている場合には波数を増加させた方が、またサブ
で働いている場合ほ波数を減らした方が入力電力を増や
すことができる。この組み合わせにより、様々な入力電
力の設定を作り出すことが可能になる。

【００３８】以上のように本実施例によれば、第１また
は第２の半導体スイッチ６、７を通過する共振電流の数
を変えることにより、電力調整の範囲が広くなり制御性
の優れた誘導加熱装置を実現できるものである。

【００３９】（実施例３）本発明の第３の実施例につい
て図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項５に
係わる。

【００４０】本実施例の構成は実施例１の構成と同一な
構成をとるため省略する。

【００４１】本実施例における動作を説明する。図８は
本実施例の動作波形を示す図である。本実施例の基本動
作は実施例１と同様であるが、入力電力の設定を行う際
第１及び第２の半導体を通過する共振電流の波数の和が
同一になるように制御手段１４で制御している点が異な
る。つまり、制御手段１４は、入力電力を減らす際に
は、第１または第２の半導体スイッチ６、７の内主スイ
ッチで働いている方の共振電流の波数を減らすととも
に、従スイッチとして働いている方の共振電流の数を増
やす様に制御する。このように制御することで、常に一
定の周波数で第１及び第２の半導体スイッチ６、７を動
作させることができ、２台以上の誘導加熱装置を近接さ
せて使う場合に互いの駆動周波数の差により生じる干渉
音を防止することが可能になる。なお、入力電力調整に
関しては共振電流が同一波数の場合でも、主スイッチの
オン時間を短く、従スイッチのオン時間を長くすること
で、一定周波数で入力電力を低下させることも可能であ
る。但し、共振電流の波数を変えた方がダイナミックに
入力電力を調整できる利点はある。

【００４２】以上のように本実施例によれば、第１及び
第２の半導体スイッチ６、７を通過する共振電流の数の
和が一定になるようにすることにより、一定駆動周波数
を保ったまま電力調整が可能になり複数の誘導加熱装置
を動作させた場合の互いの周波数の差により生じる被加
熱物間の音を防止することが可能になり、騒音の少ない
誘導加熱装置を実現できるものである。

【００４３】（実施例４）本発明の第４の実施例につい
て図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項６に
係わる。

【００４４】本実施例の構成は実施例１と同一の構成を
とるため省略する。

【００４５】本実施例の動作について説明する。本実施
例の基本動作は実施例１と同様であるが、制御手段１４
は第１及び第２の半導体スイッチ６、７をオフするタイ
ミンを第１及び第２の半導体スイッチ６、７の順方向に
電流が流れているタイミングで行っている。このような
タイミングで動作させることで、第１及び第２の半導体
スイッチ６、７がターンオフした際に第１及び第２の半
導体スイッチ６、７に内蔵されたダイオードに電流が流
れるモードに確実に移行するため、第１及び第２の半導
体スイッチ６、７には位相が遅れた電流が流れることに
なり、ターンオンによる損失が発生しないことになる。
このことは、第１及び第２の半導体スイッチ６、７から
の発熱を減少させることになり、冷却ファン、冷却フィ
ンの小型化が可能なる利点が生じることになる。図９に
入力電力と第１または第２の半導体スイッチ６、７が主
スイッチとして働いた場合のオン時間との関係を示して
いる。制御手段１４が第１及び第２の半導体スイッチ
６、７のダイオード導通期間にオフを禁止する禁止期間
を設けることで、同じ共振電流区間ではオン時間の増加
が入力電力の増加につながることになる制御性も良くな
る利点を有することになる。

【００４６】以上のように本実施例によれば、第１及び
第２の半導体スイッチ６、７の切り替えを半導体スイッ
チに電流が流れている間に行うことにより、半導体スイ
ッチでターンオン時の損失が生じないため、半導体スイ
ッチの発熱を抑えることが可能となり冷却構成を簡易に
できる誘導加熱装置を実現できるものである。

【００４７】（実施例５）本発明の第５の実施例につい
て図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項７に
係わる。

【００４８】本実施例の構成を図１０に示す。本実施例
が実施例１と異なるのは第１のコンデンサ１５が第１の
半導体スイッチ６の両端に接続されている点である。

【００４９】本実施例の動作について説明する。図１１
は本実施例の動作を示す動作図である。本実施例が実施
例４と異なるのは、第１及び第２の半導体スイッチ６、
７がオフする際に第１のコンデンサ１５の働きにより第
１及び第２の半導体スイッチ６、７のコレクタ−エミッ
タ間電圧が上昇するスピードが図１１Ｖ６、Ｖ７に示す
ように緩やかになる点である。このため、コレクタ電流
Ｉ６、Ｉ７の減少とコレクタ電圧Ｖ６、Ｖ７の上昇の重
なりにより生じるターンオフ損失を減少させることが可
能となる。このことにより、第１及び第２の半導体スイ
ッチ６、７からの発熱を減少させることになり、冷却フ
ァン、冷却フィンの小型化が可能なる利点が生じること
になる。なお、この第１のコンデンサ１５を接続する際
には、第１及び第２の半導体スイッチ６、７のオフは順
方向に電流が流れている際に行う必要があり、ダイオー
ドに電流が流れている区間に行うとターンオンによる損
失が増加することになる。また、図１２に第２の半導体
スイッチ７の両端に第２のコンデンサ１６を配置した場
合を、図１３に第１及び第２の半導体スイッチ６、７の
両端に第１及び第２のコンデンサ１５、１６を配置した
場合の構成を示す。効果に関しては、どの位置に配置し
ても同じであるが、図１３の配置ではコンデンサの容量
は１／２づつになる点が異なっている。

【００５０】以上の様に本実施例によれば、第１または
第２の半導体スイッチに並列にコンデンサを配置するこ
とにより、半導体スイッチのターンオフ時の損失を低く
抑えることが可能となるため半導体スイッチの発熱を抑
えることが可能となり、冷却構成を簡易にできる誘導加
熱装置を実現できるものである。

【００５１】（実施例６）本発明の第６の実施例につい
て図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項８に
係わる。

【００５２】本実施例の構成を図１４に示す。本実施例
が実施例１の構成と異なるのは、第３のクランプコンデ
ンサ１７と第１の切り替えスイッチ２５の直列回路を第
１のクランプコンデンサ８の両端に備え、第４のクラン
プコンデンサ１８と第２の切り替えスイッチ２６の直列
回路を第２のクランプコンデンサ９の両端に備えている
点である。

【００５３】本実施例の動作について説明する。本実施
例の動作は基本動作は実施例１と同一であるが、被加熱
物１３の種類により第１及び第２の切り替え手段２５、
２６によりクランプコンデンサの容量を変化させる点が
異なる。本実施例ではまず、図示していない被加熱物１
３の判定手段により被加熱物の重量、材質などを判定
し、第１及び第２の切り替えスイッチ２５、２６の導通
・非導通の状態を決定する。被加熱物１３がが軽い場合
特にアルミの場合にはクランプコンデンサの容量を大き
く、鉄などの重い場合には、容量が小さくなるように、
第１及び第２の切り替えスイッチ２５、２６を用いて設
定することになる。これは、クランプコンデンサの容量
の大きい場合には、鍋の振動が抑えられる利点があるも
のの入力電流を正弦波にするための制御が複雑になる場
合があり、特に振動の心配のない鉄などの重い被加熱物
の場合には、クランプコンデンサの容量は小さい方が制
御が簡単ですむ利点が大きくなるためである。第１及び
第２のスイッチ２５、２６の切り替えは、制御手段１４
が第１及び第２の半導体スイッチ６、７に駆動信号を送
る前に行うことが望ましい。

【００５４】以上の様に本実施例では、第１及び第２の
クランプコンデンサの容量を被加熱物１３の材質や重量
などを判別して、第１及び第２の切り替えスイッチ２
５、２６を用いて切り替えることにより、被加熱物１３
が軽い場合にはクランプコンデンサの容量を大きくし被
加熱物の振動を抑え、被加熱物１３が重い場合にはクラ
ンプコンデンサの容量を小さくすることで制御性を良く
することにより、被加熱物１３の種類に応じた最適な制
御をすることが可能となり、制御性に優れた誘導加熱装
置を実現できるものである。

【００５５】

【発明の効果】上記実施例からも明らかなように、請求
項１〜３の本発明によれば、加熱コイルに供給する電力
を平滑化できかつ入力電流の力率を良くできるととも
に、第１及び第２の半導体スイッチ責務を等分し、冷却
構成を簡素化できるアルミ加熱可能な誘導加熱装置を実
現できるものである。

【００５６】また、請求項４の本発明によれば、電力調
整の範囲が広くなり制御性の優れた誘導加熱装置を実現
できるものである。

【００５７】また、請求項５の本発明によれば、半導体
スイッチのターンオフ時の損失を低く抑えることが可能
となり、冷却構成を簡易にできる誘導加熱装置を実現で
きるものである。

【００５８】また、請求項６の本発明によれば、被加熱
物の種類に応じた最適な制御をすることが可能となり、
制御性に優れた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の実施例の誘導加熱装置の回路構
成を示す図

【図２】本発明の第１の実施例の誘導加熱装置の動作モ
ードを示す図

【図３】本発明の第１の実施例の誘導加熱装置の波形を
示す図

【図４】本発明の第１の実施例の誘導加熱装置の波形を
示す図

【図５】本発明の第１の実施例の誘導加熱装置の回路構
成を示す図

【図６】本発明の第１の実施例の誘導加熱装置の回路構
成を示す図

【図７】本発明の第２の実施例の誘導加熱装置の動作波
形を示す図

【図８】本発明の第３の実施例の誘導加熱装置の動作波
形を示す図

【図９】本発明の第４の実施例の誘導加熱装置の入力電
力特性を示す図

【図１０】本発明の第５の実施例の誘導加熱装置の回路
構成を示す図

【図１１】本発明の第５の実施例の誘導加熱装置の動作
を示す動作図

【図１２】本発明の第５の実施例の誘導加熱装置の回路
構成を示す図

【図１３】本発明の第５の実施例の誘導加熱装置の回路
構成を示す図

【図１４】本発明の第６の実施例の誘導加熱装置の回路
構成を示す図

【図１５】従来の誘導加熱装置の回路構成を示す図

【図１６】従来の誘導加熱装置の動作モードを示す図

【図１７】従来の誘導加熱装置の動作波形を示す図

【図１８】従来の誘導加熱装置の動作波形を示す図

【符号の説明】

１商用電源２フィルタ３チョークコイル４第１の整流ダイオード５第２の整流ダイオード６第１の半導体スイッチ７第２の半導体スイッチ８第１のクランプコンデンサ９第２のクランプコンデンサ１０第１の共振コンデンサ１１第２の共振コンデンサ１２加熱コイル１３被加熱物１４制御手段１５第１のクランプコンデンサ１６第２のクランプコンデンサ１７第３のクランプコンデンサ１８第４のクランプコンデンサ２０整流ダイオード２１平滑コンデンサ２２第５のクランプコンデンサ２５第１の切り替えスイッチ２６第２の切り替えスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石尾嘉朗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)発明者弘田泉生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 AA04 AA07 AA08 AC12 AC55 AD25 AD35 5H007 AA01 BB11 CA01 CB09 CB17 CC01 5H750 AA01 AA08 BA08 BB12 CC02 CC06 DD02 DD04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１及び第２の半導体スイッチの直列接
続体と、前記第１及び第２の半導体スイッチの直列接続
体に並列接続される第１及び第２の整流ダイオードの直
列接続体と、前記第１または第２の半導体スイッチの端
子間に接続される加熱コイル及び共振コンデンサの直列
接続体と、前記第１及び第２の整流ダイオードに各々並
列に接続される第１及び第２のクランプコンデンサとを
有し、前記第１及び第２の半導体スイッチの接続点と前
記第１及び第２の整流ダイオードの接続点間に、商用電
源及びチョークコイルの直列回路を接続し、前記第１及
び第２の半導体スイッチを所定の駆動周波数で駆動する
とともに、前記加熱コイルと前記共振コンデンサで形成
される共振回路の共振電流の周波数を前記駆動周波数の
２倍以上の周波数になるように設定して、前記加熱コイ
ルに高周波電流を供給し高周波磁界により被加熱物を加
熱することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】第１及び第２のクランプコンデンサの容
量を数μＦ〜数十μＦのフィルムコンデンサで構成した
請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】第１及び第２のクランプコンデンサの容
量を略等しくした請求項１または２に記載の誘導加熱装
置。
【請求項４】第１または第２の半導体スイッチを通過
する共振電流の波数を変えることにより電力制御を行う
請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】第１及び第２の半導体スイッチを通過す
る共振電流の数の和が一定になるようにする請求項４に
記載の誘導加熱装置。
【請求項６】第１及び第２の半導体スイッチの切り替
えを半導体スイッチに順方向の電流が流れている間に行
うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載
の誘導加熱装置。
【請求項７】第１または第２の半導体スイッチに並列
にコンデンサを配置した請求項６記載の誘導加熱装置。
【請求項８】第１及び第２のクランプコンデンサを被
加熱物を判別して切り替える請求項１〜７のいずれか１
項に記載の誘導加熱装置。