JP2003282226A

JP2003282226A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2003282226A
Application number: JP2002080711A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Mino; 和明三野; Michio Tamate; 道雄玉手
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】回路の部品点数を削減し、また、フィルタを
構成するリアクトルやコンデンサの定数を小さくして装
置の小形・軽量化、低コスト化を図る。【解決手段】ダイオード直列回路と、コンデンサ直列
回路と、スイッチングアーム直列回路とを並列接続し、
かつ、スイッチングアームに並列にコンデンサをそれぞ
れ接続すると共に、加熱コイルの一端をスイッチングア
ーム直列回路の内部接続点に接続し、加熱コイルの他端
を前記コンデンサ直列回路の内部接続点に接続して誘導
加熱器を構成する。Ｎ（Ｎは２以上の自然数）台の誘導
加熱器のダイオード直列回路の内部接続点同士を接続し
た第１の接続点と、コンデンサ直列回路の内部接続点同
士を接続した第２の接続点との間に、単一のリアクトル
と単相交流電源とを直列に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般家庭やレスト
ランなどで使用される誘導加熱調理器や金属溶解、シー
ムレス溶接などに使用される産業用誘導加熱装置に関
し、詳しくは、スイッチング素子を用いて交流電源から
高周波交流を作り出す電力変換回路の構成方法に特徴を
有する誘導加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、同一構成の２台の誘導加熱器１
０１，２０１を単相交流電源ＡＣに並列に接続した従来
の誘導加熱装置の主回路構成図である。以下、一方の誘
導加熱器１０１を例に挙げてその構成を説明する。

【０００３】図７において、ダイオードＤ_１，Ｄ_２から
なるダイオード直列回路と、コンデンサＣ_１，Ｃ_２から
なるコンデンサ直列回路と、互いに逆並列接続された半
導体スイッチング素子Ｓ_１及びダイオードＤ_３からなる
スイッチングアーム、並びに、半導体スイッチング素子
Ｓ_２及びダイオードＤ_４からなるスイッチングアームに
より構成されたスイッチングアーム直列回路とが、各々
並列接続されている。また、各スイッチングアームに
は、コンデンサＣ_３，Ｃ_４がそれぞれ並列に接続されて
いる。

【０００４】前記ダイオード直列回路の内部接続点とコ
ンデンサ直列回路の内部接続点との間には、リアクトル
Ｌ_１を介して単相交流電源ＡＣが接続されている。更
に、スイッチングアーム直列回路の内部接続点とコンデ
ンサ直列回路の内部接続点との間には、加熱コイルＬo
_１が接続されている。ここで、リアクトルＬ_１はコンデ
ンサＣ_１またはＣ_２と共にフィルタを構成しており、交
流入力電流の高調波を低減する役割を果たしている。

【０００５】また、他方の誘導加熱器２０１は、リアク
トルＬ_２、ダイオードＤ_５〜Ｄ_８、コンデンサＣ_５〜Ｃ
_８、半導体スイッチング素子Ｓ_３，Ｓ_４及び加熱コイル
Ｌo _２から構成されている。なお、並列接続される誘導
加熱器は２台に限らず、３台以上の場合もある。

【０００６】以下、この従来技術の運転時の動作を説明
する。まず、誘導加熱器１０１において、交流電源電圧
が正（ダイオードＤ_１側を正極性とする）の期間にスイ
ッチング素子Ｓ_１をオンさせると、交流電源ＡＣ→リア
クトルＬ_１→ダイオードＤ_１→スイッチング素子Ｓ_１→
加熱コイルＬo_１→交流電源ＡＣの経路で加熱コイルＬo
_１の電流が増加する。交流電源ＡＣにはダイオードＤ_１
を介してコンデンサＣ_１が並列に接続されているので、
高周波的にはコンデンサＣ_１から加熱コイルＬo_１に電
流が供給されることになる。

【０００７】次に、スイッチング素子Ｓ_１をオフさせる
と、加熱コイルＬo_１の電流はコンデンサＣ_３を充電
し、かつコンデンサＣ_４を放電する方向にコンデンサＣ
_２に流れ込み、コンデンサＣ_３の電圧は緩やかに上昇す
るのでスイッチング素子Ｓ_１は零電圧ターンオフ動作と
なる。その後、ダイオードＤ_４が自然に導通し、加熱コ
イルＬo_１を流れる電流がコンデンサＣ_２を充電する。
この時、スイッチング素子Ｓ_２をオンさせると、コンデ
ンサＣ_２と加熱コイルＬo_１とは共振回路を構成してい
るので、電流はスイッチング素子Ｓ_２を通る経路に反転
する。この状態でスイッチング素子Ｓ_２をオフさせる
と、加熱コイルＬo_１の電流はコンデンサＣ_４を充電
し、かつコンデンサＣ_３を放電する方向にコンデンサＣ
_１に流れ込み、コンデンサＣ_４の電圧は緩やかに上昇す
るのでスイッチング素子Ｓ_２は零電圧ターンオフ動作と
なる。

【０００８】次にダイオードＤ_３が自然に導通し、加熱
コイルＬo_１を流れる電流がコンデンサＣ_１を充電す
る。この時、スイッチング素子Ｓ_１をオンさせるとコン
デンサＣ_１と加熱コイルＬo_１とは共振回路を構成して
いるので、電流はスイッチング素子Ｓ_１を通る経路に反
転する。このような動作を高周波で繰り返すことによ
り、加熱コイルＬo_１には高周波の電流が供給される。
交流電源電圧が負の期間には、スイッチング素子Ｓ_１，
Ｓ _２の動作を正の期間の動作と逆にするだけで、全体の
動作は同様となる。

【０００９】図８は誘導加熱装置の他の従来技術を示す
もので、この従来技術においても、同一構成の２台の誘
導加熱器１０２，２０２を単相交流電源ＡＣに並列に接
続して構成されている。この従来技術では、図７におい
て各スイッチングアームに並列接続されていたコンデン
サＣ_３，Ｃ_４，Ｃ_７，Ｃ_８を除去すると共にし、加熱コ
イルＬo_１，Ｌo _２に並列にコンデンサＣ_９，Ｃ_１０が接
続される。

【００１０】一方の誘導加熱器１０２の動作を略述する
と、交流電源電圧が正の期間にスイッチング素子Ｓ_１を
オンさせると、交流電源ＡＣ→リアクトルＬ_１→ダイオ
ードＤ_１→スイッチング素子Ｓ_１→加熱コイルＬo_１→
交流電源ＡＣの経路で加熱コイルＬo_１の電流が増加す
る。この時、コンデンサＣ_９はスイッチング素子Ｓ_１側
が正になるように充電されており、この極性を正極性と
する。ここで、交流電源ＡＣにはダイオードＤ_１を介し
てコンデンサＣ_１が並列に接続されているので、高周波
的には、コンデンサＣ_１から加熱コイルＬo_１の電流が
供給される。

【００１１】スイッチング素子Ｓ_１をオフさせると、加
熱コイルＬo_１の電流はコンデンサＣ_９に流れ込むた
め、コンデンサＣ_９の電圧は緩やかに低下してスイッチ
ング素子Ｓ_１は零電圧ターンオフ動作となる。コンデン
サＣ_９の電圧が低下すると次にダイオードＤ_４が自然に
導通し、加熱コイルＬo_１を介してコンデンサＣ_２を正
の極性に充電する。この時、スイッチング素子Ｓ_２をオ
ンさせると、コンデンサＣ_２と加熱コイルＬo_１とは共
振回路を構成しているので、電流はスイッチング素子Ｓ
_２を通る経路に反転し、コンデンサＣ_２は負の方向に充
電される。この状態でスイッチング素子Ｓ_２をオフさせ
ると、加熱コイルＬo_１の電流はコンデンサＣ_９を放電
させる。

【００１２】その後、スイッチング素子Ｓ_２の電圧は緩
やかに上昇し、スイッチング素子Ｓ _２は零電圧ターンオ
フ動作となる。次にダイオードＤ_３が自然に導通し、コ
ンデンサＣ_１を充電する。この時、スイッチング素子Ｓ
_１をオンさせるとコンデンサＣ_１と加熱コイルＬo_１と
は共振回路を構成しているので、電流はスイッチング素
子Ｓ_１を通る経路に反転する。

【００１３】以上のような動作を高周波で繰り返すこと
により、加熱コイルＬo_１には高周波の電流が供給され
る。交流電源電圧が負の期間には、スイッチング素子Ｓ
_１，Ｓ_２の動作を交流電源電圧が正の期間の動作と逆に
するだけで、全体の動作は同様となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図７，図８に示した従
来技術では、交流電源に並列接続される複数台の誘導加
熱器が何れも同一の構成であり、誘導加熱器の台数に比
例して部品点数も増加する。そこで請求項１〜請求項６
に記載した発明は、回路構成部品を一部共通化すること
によって全体の部品点数を削減し、装置の小形・軽量
化、低コスト化を可能にした誘導加熱装置を提供しよう
とするものである。

【００１５】また、請求項７に記載した発明は、ある誘
導加熱器のスイッチング素子を駆動するための制御信号
に対して他の誘導加熱器のスイッチング素子を駆動する
ための制御信号の位相をずらすことにより、交流入力電
流に含まれる高調波の周波数を高くし、これによってフ
ィルタを構成するリアクトルやコンデンサの定数（イン
ダクタンス値や容量値）を小さくしてこれらの部品の小
形・軽量化、低コスト化を図った誘導加熱装置を提供し
ようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、２個のダイオードからなる
ダイオード直列回路と、２個のコンデンサからなるコン
デンサ直列回路と、逆並列接続された半導体スイッチン
グ素子及びダイオードからそれぞれ構成された２個のス
イッチングアームからなるスイッチングアーム直列回路
とを並列接続し、かつ、前記スイッチングアームに並列
にコンデンサをそれぞれ接続すると共に、加熱コイルの
一端を前記スイッチングアーム直列回路の内部接続点に
接続し、前記加熱コイルの他端を前記コンデンサ直列回
路の内部接続点に接続して誘導加熱器を構成し、Ｎ（Ｎ
は２以上の自然数）台の前記誘導加熱器の前記ダイオー
ド直列回路の内部接続点同士を接続した第１の接続点
と、前記コンデンサ直列回路の内部接続点同士を接続し
た第２の接続点との間に、単一のリアクトルと単相交流
電源とを直列に接続したものである。

【００１７】請求項２記載の発明は、２個のダイオード
からなるダイオード直列回路と、２個のコンデンサから
なるコンデンサ直列回路と、逆並列接続された半導体ス
イッチング素子及びダイオードからそれぞれ構成された
２個のスイッチングアームからなるスイッチングアーム
直列回路とを並列接続し、かつ、加熱コイルの一端を前
記スイッチングアーム直列回路の内部接続点に接続し、
前記加熱コイルの他端を前記コンデンサ直列回路の内部
接続点に接続すると共に、前記加熱コイルに並列にコン
デンサを接続して誘導加熱器を構成し、Ｎ（Ｎは２以上
の自然数）台の前記誘導加熱器の前記ダイオード直列回
路の内部接続点同士を接続した第１の接続点と、前記コ
ンデンサ直列回路の内部接続点同士を接続した第２の接
続点との間に、単一のリアクトルと単相交流電源とを直
列に接続したものである。

【００１８】請求項３記載の発明は、２個のコンデンサ
からなるコンデンサ直列回路と、逆並列接続された半導
体スイッチング素子及びダイオードからそれぞれ構成さ
れた２個のスイッチングアームからなるスイッチングア
ーム直列回路とを並列接続し、かつ、前記スイッチング
アームに並列にコンデンサをそれぞれ接続すると共に、
加熱コイルの一端を前記スイッチングアーム直列回路の
内部接続点に接続し、前記加熱コイルの他端を前記コン
デンサ直列回路の内部接続点に接続して誘導加熱器を構
成し、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）台の前記誘導加熱器の
前記コンデンサ直列回路をそれぞれ並列に接続すると共
に各コンデンサ直列回路の内部接続点同士を接続し、か
つ、これらのコンデンサ直列回路に対して、２個のダイ
オードからなる単一のダイオード直列回路を並列に接続
し、このダイオード直列回路の内部接続点と前記コンデ
ンサ直列回路の内部接続点との間に、単一のリアクトル
と単相交流電源とを直列に接続したものである。

【００１９】請求項４記載の発明は、２個のコンデンサ
からなるコンデンサ直列回路と、逆並列接続された半導
体スイッチング素子及びダイオードからそれぞれ構成さ
れた２個のスイッチングアームからなるスイッチングア
ーム直列回路とを並列接続し、かつ、加熱コイルの一端
を前記スイッチングアーム直列回路の内部接続点に接続
し、前記加熱コイルの他端を前記コンデンサ直列回路の
内部接続点に接続すると共に、前記加熱コイルに並列に
コンデンサを接続して誘導加熱器を構成し、Ｎ（Ｎは２
以上の自然数）台の前記誘導加熱器の前記コンデンサ直
列回路をそれぞれ並列に接続すると共に各コンデンサ直
列回路の内部接続点同士を接続し、かつ、これらのコン
デンサ直列回路に対して、２個のダイオードからなる単
一のダイオード直列回路を並列に接続し、このダイオー
ド直列回路の内部接続点と前記コンデンサ直列回路の内
部接続点との間に、単一のリアクトルと単相交流電源と
を直列に接続したものである。

【００２０】請求項５記載の発明は、逆並列接続された
半導体スイッチング素子及びダイオードからそれぞれ構
成された２個のスイッチングアームからなるスイッチン
グアーム直列回路と、前記スイッチングアームにそれぞ
れ並列に接続されたコンデンサと、前記スイッチングア
ーム直列回路の内部接続点に一端が接続された加熱コイ
ルとによって誘導加熱器を構成すると共に、２個のダイ
オードからなる単一のダイオード直列回路と、２個のコ
ンデンサからなる単一のコンデンサ直列回路と、Ｎ（Ｎ
は２以上の自然数）台の前記誘導加熱器の前記スイッチ
ングアーム直列回路とをそれぞれ並列に接続し、各誘導
加熱器の前記加熱コイルの他端を一括して前記コンデン
サ直列回路の内部接続点に接続し、前記ダイオード直列
回路の内部接続点と前記コンデンサ直列回路の内部接続
点との間に、単一のリアクトルと単相交流電源とを直列
に接続したものである。

【００２１】請求項６記載の発明は、逆並列接続された
半導体スイッチング素子及びダイオードからそれぞれ構
成された２個のスイッチングアームからなるスイッチン
グアーム直列回路と、前記スイッチングアーム直列回路
の内部接続点に一端が接続された加熱コイルと、この加
熱コイルに並列に接続されたコンデンサとによって誘導
加熱器を構成すると共に、２個のダイオードからなる単
一のダイオード直列回路と、２個のコンデンサからなる
単一のコンデンサ直列回路と、Ｎ（Ｎは２以上の自然
数）台の前記誘導加熱器の前記スイッチングアーム直列
回路とをそれぞれ並列に接続し、各誘導加熱器の前記加
熱コイルの他端を一括して前記コンデンサ直列回路の内
部接続点に接続し、前記ダイオード直列回路の内部接続
点と前記コンデンサ直列回路の内部接続点との間に、単
一のリアクトルと単相交流電源とを直列に接続したもの
である。

【００２２】請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何
れか１項に記載した誘導加熱装置において、１台の誘導
加熱器の半導体スイッチング素子を駆動する制御信号に
対して、他の誘導加熱器の半導体スイッチング素子を駆
動する制御信号の位相をずらしたものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。まず、図１は本発明の第１実施形態を示
す誘導加熱装置の主回路構成図であり、請求項１に相当
する。なお、図７と同一の回路部品については同一の参
照符号を付してある。この実施形態では、ダイオードＤ
_１〜Ｄ_４、コンデンサＣ_１〜Ｃ_４、スイッチング素子Ｓ
_１，Ｓ_２及び加熱コイルＬo_１により第１の誘導加熱器
１１が構成され、同様にしてダイオードＤ_５〜Ｄ_８、コ
ンデンサＣ_５〜Ｃ_８、スイッチング素子Ｓ_３，Ｓ_４及び
加熱コイルＬo_２により第２の誘導加熱器２１が構成さ
れている。

【００２４】そして、ダイオードＤ_１，Ｄ_２からなるダ
イオード直列回路の内部接続点とダイオードＤ_５，Ｄ_６
からなるダイオード直列回路の内部接続点とが接続され
（この接続点を第１の接続点とする）、コンデンサ
Ｃ_１，Ｃ_２からなるコンデンサ直列回路の内部接続点と
コンデンサＣ_５，Ｃ_６からなるコンデンサ直列回路の内
部接続点とが接続されている（この接続点を第２の接続
点とする）と共に、第１の接続点と第２の接続点との間
に、リアクトルＬ_１と単相交流電源ＡＣとが直列に接続
されている。すなわち、本実施形態では第１，第２の誘
導加熱器１１，２１が交流入力側のリアクトルＬ_１を共
用しており、見方を変えれば、第１の誘導加熱器１１と
リアクトルＬ_１とによって図７の誘導加熱器１０１が構
成され、第２の誘導加熱器２１とリアクトルＬ_１とによ
って図７の誘導加熱器２０１が構成される。

【００２５】この実施形態の動作は図７と概ね同様であ
るが、第１の誘導加熱器１１の入力電流はリアクトルＬ
_１を流れ、第２の誘導加熱器２１の入力電流もリアクト
ルＬ _１を流れる。よって、リアクトルＬ_１は各誘導加熱
器１１，１２に対して従来と同様にフィルタの役割を果
たす。このように本実施形態では、図７におけるリアク
トルＬ_１，Ｌ_２を単一のリアクトルＬ_１によって構成す
ることができるので、誘導加熱装置全体としての部品点
数が削減され、装置の小形・軽量化、低コスト化が可能
となる。

【００２６】次に、図２は本発明の第２実施形態を示す
誘導加熱装置の主回路構成図であり、請求項２に相当す
る。なお、図１、図８と同一の回路部品については同一
の参照符号を付してある。この実施形態は、ダイオード
Ｄ_１〜Ｄ_４、コンデンサＣ_１，Ｃ_２，Ｃ_９、スイッチン
グ素子Ｓ_１，Ｓ_２及び加熱コイルＬo_１により第１の誘
導加熱器１２が構成され、同様にしてダイオードＤ_５〜
Ｄ_８、コンデンサＣ_５，Ｃ_６，Ｃ_１０、スイッチング素
子Ｓ_３，Ｓ_４及び加熱コイルＬo_２により第２の誘導加
熱器２２が構成されている。

【００２７】また、図１と同様に、誘導加熱器１２，２
２の各ダイオード直列回路の内部接続点同士が接続さ
れ、各コンデンサ直列回路の内部接続点同士が接続され
ていると共に、これらの接続点の間に、リアクトルＬ_１
と単相交流電源ＡＣとが直列に接続されている。本実施
形態においても、第１，第２の誘導加熱器１２，２２が
リアクトルＬ_１を共用しており、言い換えれば、第１の
誘導加熱器１２とリアクトルＬ_１とによって図８の誘導
加熱器１０２が構成され、第２の誘導加熱器２２とリア
クトルＬ _１とによって図８の誘導加熱器２０２が構成さ
れている。

【００２８】本実施形態でも、リアクトルＬ_１は各誘導
加熱器１２，２２に対して従来と同様にフィルタの役割
を果たしており、図８におけるリアクトルＬ_１，Ｌ_２を
単一のリアクトルＬ_１によって構成することで部品点数
の削減、装置の小形・軽量化、低コスト化が可能とな
る。

【００２９】図３は本発明の第３実施形態を示す誘導加
熱装置の主回路構成図であり、請求項３に相当する。な
お、この実施形態の回路構成部品は図１と同一である。
この実施形態では、コンデンサＣ_１〜Ｃ_４、スイッチン
グ素子Ｓ_１，Ｓ_２、ダイオードＤ_３，Ｄ_４及び加熱コイ
ルＬo_１により第１の誘導加熱器１３が構成され、同様
にしてコンデンサＣ_５〜Ｃ_８、スイッチング素子Ｓ_３，
Ｓ_４、ダイオードＤ_７，Ｄ_８及び加熱コイルＬo_２によ
り第２の誘導加熱器２３が構成されている。

【００３０】そして、コンデンサＣ_１，Ｃ_２の直列回路
とコンデンサＣ_５，Ｃ_６の直列回路とが並列に接続さ
れ、かつ、コンデンサ直列回路の内部接続点同士が一括
して接続されており、これらのコンデンサ直列回路に対
して並列にダイオードＤ_１，Ｄ _２の直列回路が接続され
ると共に、ダイオード直列回路の内部接続点とコンデン
サ直列回路の内部接続点との間にリアクトルＬ_１と単相
交流電源ＡＣとが直列に接続されている。既に明らかな
ように、本実施形態では誘導加熱器１３，２３がダイオ
ードＤ_１，Ｄ_２及びリアクトルＬ_１を共用しているた
め、図７の従来技術に比べてダイオード直列回路及びリ
アクトルの部品点数を削減でき、装置の小形・軽量化、
低コスト化が可能となる。

【００３１】図４は本発明の第４実施形態を示す誘導加
熱装置の主回路構成図であり、請求項４に相当する。な
お、この実施形態の回路構成部品は図２と同一である。
この実施形態では、コンデンサＣ_１，Ｃ_２，Ｃ_９、スイ
ッチング素子Ｓ_１，Ｓ _２、ダイオードＤ_３，Ｄ_４及び加
熱コイルＬo_１により第１の誘導加熱器１４が構成さ
れ、同様にしてコンデンサＣ_５，Ｃ_６，Ｃ_１０、スイッ
チング素子Ｓ_３，Ｓ_４、ダイオードＤ_７，Ｄ_８及び加熱
コイルＬo_２により第２の誘導加熱器２４が構成されて
いる。

【００３２】そして、図３と同様にコンデンサＣ_１，Ｃ
_２の直列回路とコンデンサＣ_５，Ｃ _６の直列回路とが並
列に接続され、かつ、コンデンサ直列回路の内部接続点
同士が一括して接続されており、これらのコンデンサ直
列回路に対して並列にダイオードＤ_１，Ｄ_２の直列回路
が接続されると共に、ダイオード直列回路の内部接続点
とコンデンサ直列回路の内部接続点との間にリアクトル
Ｌ_１と単相交流電源ＡＣとが直列に接続されている。本
実施形態においても、誘導加熱器１４，２４がダイオー
ドＤ_１，Ｄ_２及びリアクトルＬ_１を共用しているため、
図８の従来技術に比べてダイオード直列回路及びリアク
トルの部品点数を削減でき、装置の小形・軽量化、低コ
スト化が可能となる。

【００３３】図５は本発明の第５実施形態を示す誘導加
熱装置の主回路構成図であり、請求項５に相当する。な
お、この実施形態の回路構成部品は図１，図３と同一で
ある。この実施形態では、スイッチング素子Ｓ_１，
Ｓ_２、ダイオードＤ_３，Ｄ_４、コンデンサＣ_３，Ｃ_４及
び加熱コイルＬo_１により第１の誘導加熱器１５が構成
され、同様にしてスイッチング素子Ｓ_３，Ｓ_４、ダイオ
ードＤ_７，Ｄ_８、コンデンサＣ_７，Ｃ_８及び加熱コイル
Ｌo_２により第２の誘導加熱器２５が構成されている。

【００３４】そして、スイッチング素子Ｓ_１，Ｓ_２から
なるスイッチングアーム直列回路とスイッチング素子Ｓ
_３，Ｓ_４からなるスイッチングアーム直列回路とが並列
に接続され、これらのスイッチングアーム直列回路に並
列にダイオードＤ_１，Ｄ_２の直列回路とコンデンサ
Ｃ_１，Ｃ_２の直列回路とが接続されている。また、誘導
加熱器１５内のスイッチングアーム直列回路の内部接続
点に加熱コイルＬo_１の一端が接続され、誘導加熱器２
５内のスイッチングアーム直列回路の内部接続点に加熱
コイルＬo_２の一端が接続されており、これらの加熱コ
イルＬo_１，Ｌo_２の他端は一括してコンデンサ直列回路
の内部接続点に接続されている。更に、ダイオード直列
回路の内部接続点とコンデンサ直列回路の内部接続点と
の間に、リアクトルＬ_１と単相交流電源ＡＣとが直列に
接続されている。

【００３５】本実施形態では誘導加熱器１５，２５が入
力側のダイオードＤ_１，Ｄ_２、コンデンサＣ_１，Ｃ_２及
びリアクトルＬ_１を共用しているため、図７の従来技術
に比べてダイオード直列回路、コンデンサ直列回路及び
リアクトルの部品点数を削減でき、装置の小形・軽量
化、低コスト化が可能となる。

【００３６】図６は本発明の第６実施形態を示す誘導加
熱装置の主回路構成図であり、請求項６に相当する。な
お、この実施形態の回路構成部品は図２，図４と同一で
ある。この実施形態では、スイッチング素子Ｓ_１，
Ｓ_２、ダイオードＤ_３，Ｄ_４、コンデンサＣ_９及び加熱
コイルＬo_１により第１の誘導加熱器１６が構成され、
同様にしてスイッチング素子Ｓ_３，Ｓ_４、ダイオードＤ
_７，Ｄ_８、コンデンサＣ_１ _０及び加熱コイルＬo_２によ
り第２の誘導加熱器２６が構成されている。

【００３７】そして、図５と同様にスイッチング素子Ｓ
_１，Ｓ_２からなるスイッチングアーム直列回路とスイッ
チング素子Ｓ_３，Ｓ_４からなるスイッチングアーム直列
回路とが並列に接続され、これらのスイッチングアーム
直列回路に並列にダイオードＤ_１，Ｄ_２の直列回路とコ
ンデンサＣ_１，Ｃ_２の直列回路とが接続されている。ま
た、誘導加熱器１６内のスイッチングアーム直列回路の
内部接続点に加熱コイルＬo_１の一端が接続され、誘導
加熱器２６内のスイッチングアーム直列回路の内部接続
点に加熱コイルＬo_２の一端が接続されており、これら
の加熱コイルＬo _１，Ｌo_２の他端は一括してコンデンサ
直列回路の内部接続点に接続されている。更に、ダイオ
ード直列回路の内部接続点とコンデンサ直列回路の内部
接続点との間に、リアクトルＬ_１と単相交流電源ＡＣと
が直列に接続されている。

【００３８】本実施形態においても、誘導加熱器１６，
２６が入力側のダイオードＤ_１，Ｄ _２、コンデンサ
Ｃ_１，Ｃ_２及びリアクトルＬ_１を共用しているため、図
８の従来技術に比べてダイオード直列回路、コンデンサ
直列回路及びリアクトルの部品点数を削減でき、装置の
小形・軽量化、低コスト化が可能となる。

【００３９】上記各実施形態では、何れも誘導加熱器が
２台の場合につき説明したが、請求項１〜６記載の発明
は一般にＮ（Ｎは２以上の自然数）台の誘導加熱器を並
列接続して一つの誘導加熱装置を構成する場合に適用す
ることができる。

【００４０】次に、請求項７に記載した発明の実施形態
を説明する。なお、この発明は、上記各実施形態に係る
誘導加熱装置に適用可能である。各実施形態において、
１台の誘導加熱器のスイッチング素子を駆動する制御信
号に対し、他の誘導加熱器のスイッチング素子を駆動す
る制御信号の位相をずらすことにより、交流入力電流に
含まれる高調波成分の周波数を高くすることができる。

【００４１】すなわち、スイッチング素子がオンするこ
とで交流電源から加熱コイルにエネルギーを送るので入
力電流が増加し、スイッチング素子がオフすることで入
力電流が減少する。よって、誘導加熱器が単体で動作し
ている場合はスイッチング周波数と等しい周波数の高調
波成分が入力電流に含まれる。そこで、Ｎ台の誘導加熱
器が動作しているときに、各誘導加熱器における制御信
号の位相をずらすことで、入力電流に含まれる高調波成
分の周波数を誘導加熱器のスイッチング周波数のＮ倍に
することができる。Ｎが３以上の場合には制御信号の位
相を順次ずらせばよい。

【００４２】第１〜第６実施形態におけるリアクトルＬ
_１とコンデンサＣ_１，Ｃ_２またはＣ _５，Ｃ_６は、入力電
流の高調波成分を低減するような定数に決定するため、
高調波成分の周波数が高くなるほど、リアクトルやコン
デンサの定数（インダクタンス値や容量値）は小さくな
る。これにより、リアクトルＬ_１やコンデンサＣ_１，Ｃ
_２またはＣ_５，Ｃ_６を小形・軽量化することができ、こ
の点でも装置を低コスト化することができる。

【００４３】更に、このように複数台の誘導加熱器間で
制御信号の位相をずらすことによって、コンデンサ電圧
の変動も抑制することができ、スイッチング素子やダイ
オード等の半導体素子に印加される電圧を低減できると
いう効果もある。この点を、図５の誘導加熱装置を例に
挙げて説明する。

【００４４】図５において、例えば誘導加熱器１５内の
スイッチング素子Ｓ_１がオンすると、高周波的にはコン
デンサＣ_１→スイッチング素子Ｓ_１→加熱コイルＬo_１
→コンデンサＣ_１の経路で電流が流れ、スイッチング素
子Ｓ_１がオフすると、加熱コイルＬo_１→コンデンサＣ
_２→ダイオードＤ_４→加熱コイルＬo_１の経路で電流が
流れてコンデンサＣ_２の電圧が上昇する。また、スイッ
チング素子Ｓ_２をオンすると、加熱コイルＬo_１とコン
デンサＣ _２との共振により加熱コイルＬo_１を流れる電
流は逆転し、コンデンサＣ_２→加熱コイルＬo_１→スイ
ッチング素子Ｓ_２→コンデンサＣ_２の経路で電流が流れ
る。更に、スイッチング素子Ｓ_２をオフすると、加熱コ
イルＬo_１→ダイオードＤ _３→コンデンサＣ_１→加熱コ
イルＬo_１の経路で電流が流れるため、コンデンサＣ_１
の電圧が上昇する。

【００４５】ここで、コンデンサＣ_２の電圧が上昇した
ときに他方の誘導加熱器２５内のスイッチング素子Ｓ_４
をオンすると、コンデンサＣ_２→加熱コイルＬo_２→ス
イッチング素子Ｓ_４→コンデンサＣ_２の経路で電流が流
れるため、コンデンサＣ_２の電圧の上昇を抑制すること
ができる。また、コンデンサＣ_１の電圧が上昇したとき
に誘導加熱器２５内のスイッチング素子Ｓ_３をオンする
と、コンデンサＣ_１→加熱コイルＬo_２→スイッチング
素子Ｓ_３→コンデンサＣ_１の経路で電流が流れるため、
コンデンサＣ_１の電圧の上昇を抑制することができる。
このように、各誘導加熱器間でスイッチング素子を駆動
する制御信号の位相をずらすことにより、共振回路を構
成するコンデンサの電圧上昇を防止することができる。

【００４６】本発明の各実施形態において、誘導加熱器
内のダイオード直列回路やスイッチングアーム直列回路
を構成する半導体素子に印加される電圧はコンデンサ直
列回路を構成するコンデンサ（例えばＣ_１，Ｃ_２または
Ｃ_５，Ｃ_６）の電圧の和であり、これらのコンデンサの
電圧の上昇を抑制することによって半導体素子への印加
電圧が耐圧を超えて破損するのを防止でき、装置を安全
に動作させることが可能となる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、加熱コイ
ルを備えた誘導加熱器を複数台並列接続してなる誘導加
熱装置において、リアクトルやダイオード、コンデンサ
等を各誘導加熱器が共用することによって部品点数を削
減することができ、装置の小形・軽量化、低コスト化が
可能である。また、各誘導加熱器のスイッチング素子に
対する制御信号の位相をずらすことでリアクトルやコン
デンサの小形化が可能であると共に、コンデンサ電圧の
上昇を防いで半導体素子の破損を防止し、装置を安全に
動作させることができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す主回路構成図であ
る。

【図２】本発明の第２実施形態を示す主回路構成図であ
る。

【図３】本発明の第３実施形態を示す主回路構成図であ
る。

【図４】本発明の第４実施形態を示す主回路構成図であ
る。

【図５】本発明の第５実施形態を示す主回路構成図であ
る。

【図６】本発明の第６実施形態を示す主回路構成図であ
る。

【図７】従来技術を示す主回路構成図である。

【図８】従来技術を示す主回路構成図である。

【符号の説明】

１１〜１６，２１〜２６誘導加熱器ＡＣ単相交流電源Ｌ_１リアクトルＤ_１〜Ｄ_８ダイオードＣ_１〜Ｃ_８コンデンサＳ_１〜Ｓ_４半導体スイッチング素子Ｌo_１，Ｌo_２加熱コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K051 AA07 AB08 CD45 5H007 BB04 BB11 CA01 CB09 CB12 CC01 CC05 CC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２個のダイオードからなるダイオード直列
回路と、２個のコンデンサからなるコンデンサ直列回路
と、逆並列接続された半導体スイッチング素子及びダイ
オードからそれぞれ構成された２個のスイッチングアー
ムからなるスイッチングアーム直列回路とを並列接続
し、かつ、前記スイッチングアームに並列にコンデンサ
をそれぞれ接続すると共に、加熱コイルの一端を前記ス
イッチングアーム直列回路の内部接続点に接続し、前記
加熱コイルの他端を前記コンデンサ直列回路の内部接続
点に接続して誘導加熱器を構成し、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）台の前記誘導加熱器の前記ダ
イオード直列回路の内部接続点同士を接続した第１の接
続点と、前記コンデンサ直列回路の内部接続点同士を接
続した第２の接続点との間に、単一のリアクトルと単相
交流電源とを直列に接続したことを特徴とする誘導加熱
装置。
【請求項２】２個のダイオードからなるダイオード直列
回路と、２個のコンデンサからなるコンデンサ直列回路
と、逆並列接続された半導体スイッチング素子及びダイ
オードからそれぞれ構成された２個のスイッチングアー
ムからなるスイッチングアーム直列回路とを並列接続
し、かつ、加熱コイルの一端を前記スイッチングアーム
直列回路の内部接続点に接続し、前記加熱コイルの他端
を前記コンデンサ直列回路の内部接続点に接続すると共
に、前記加熱コイルに並列にコンデンサを接続して誘導
加熱器を構成し、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）台の前記誘導加熱器の前記ダ
イオード直列回路の内部接続点同士を接続した第１の接
続点と、前記コンデンサ直列回路の内部接続点同士を接
続した第２の接続点との間に、単一のリアクトルと単相
交流電源とを直列に接続したことを特徴とする誘導加熱
装置。
【請求項３】２個のコンデンサからなるコンデンサ直列
回路と、逆並列接続された半導体スイッチング素子及び
ダイオードからそれぞれ構成された２個のスイッチング
アームからなるスイッチングアーム直列回路とを並列接
続し、かつ、前記スイッチングアームに並列にコンデン
サをそれぞれ接続すると共に、加熱コイルの一端を前記
スイッチングアーム直列回路の内部接続点に接続し、前
記加熱コイルの他端を前記コンデンサ直列回路の内部接
続点に接続して誘導加熱器を構成し、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）台の前記誘導加熱器の前記コ
ンデンサ直列回路をそれぞれ並列に接続すると共に各コ
ンデンサ直列回路の内部接続点同士を接続し、かつ、こ
れらのコンデンサ直列回路に対して、２個のダイオード
からなる単一のダイオード直列回路を並列に接続し、こ
のダイオード直列回路の内部接続点と前記コンデンサ直
列回路の内部接続点との間に、単一のリアクトルと単相
交流電源とを直列に接続したことを特徴とする誘導加熱
装置。
【請求項４】２個のコンデンサからなるコンデンサ直列
回路と、逆並列接続された半導体スイッチング素子及び
ダイオードからそれぞれ構成された２個のスイッチング
アームからなるスイッチングアーム直列回路とを並列接
続し、かつ、加熱コイルの一端を前記スイッチングアー
ム直列回路の内部接続点に接続し、前記加熱コイルの他
端を前記コンデンサ直列回路の内部接続点に接続すると
共に、前記加熱コイルに並列にコンデンサを接続して誘
導加熱器を構成し、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）台の前記誘導加熱器の前記コ
ンデンサ直列回路をそれぞれ並列に接続すると共に各コ
ンデンサ直列回路の内部接続点同士を接続し、かつ、こ
れらのコンデンサ直列回路に対して、２個のダイオード
からなる単一のダイオード直列回路を並列に接続し、こ
のダイオード直列回路の内部接続点と前記コンデンサ直
列回路の内部接続点との間に、単一のリアクトルと単相
交流電源とを直列に接続したことを特徴とする誘導加熱
装置。
【請求項５】逆並列接続された半導体スイッチング素子
及びダイオードからそれぞれ構成された２個のスイッチ
ングアームからなるスイッチングアーム直列回路と、前
記スイッチングアームにそれぞれ並列に接続されたコン
デンサと、前記スイッチングアーム直列回路の内部接続
点に一端が接続された加熱コイルとによって誘導加熱器
を構成すると共に、２個のダイオードからなる単一のダイオード直列回路
と、２個のコンデンサからなる単一のコンデンサ直列回
路と、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）台の前記誘導加熱器の
前記スイッチングアーム直列回路とをそれぞれ並列に接
続し、各誘導加熱器の前記加熱コイルの他端を一括して
前記コンデンサ直列回路の内部接続点に接続し、前記ダ
イオード直列回路の内部接続点と前記コンデンサ直列回
路の内部接続点との間に、単一のリアクトルと単相交流
電源とを直列に接続したことを特徴とする誘導加熱装
置。
【請求項６】逆並列接続された半導体スイッチング素子
及びダイオードからそれぞれ構成された２個のスイッチ
ングアームからなるスイッチングアーム直列回路と、前
記スイッチングアーム直列回路の内部接続点に一端が接
続された加熱コイルと、この加熱コイルに並列に接続さ
れたコンデンサとによって誘導加熱器を構成すると共
に、２個のダイオードからなる単一のダイオード直列回路
と、２個のコンデンサからなる単一のコンデンサ直列回
路と、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）台の前記誘導加熱器の
前記スイッチングアーム直列回路とをそれぞれ並列に接
続し、各誘導加熱器の前記加熱コイルの他端を一括して
前記コンデンサ直列回路の内部接続点に接続し、前記ダ
イオード直列回路の内部接続点と前記コンデンサ直列回
路の内部接続点との間に、単一のリアクトルと単相交流
電源とを直列に接続したことを特徴とする誘導加熱装
置。
【請求項７】請求項１〜６の何れか１項に記載した誘導
加熱装置において、１台の誘導加熱器の半導体スイッチング素子を駆動する
制御信号に対して、他の誘導加熱器の半導体スイッチン
グ素子を駆動する制御信号の位相をずらしたことを特徴
とする誘導加熱装置。