JP2003338357A

JP2003338357A - 誘導加熱装置、およびこれを用いた誘導加熱調理器と炊飯器

Info

Publication number: JP2003338357A
Application number: JP2002144227A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Asada; 和彦麻田; Hideki Omori; 英樹大森; Hidekazu Yamashita; 秀和山下; Masanori Ogawa; 正則小川; Makoto Kitahata; 真北畠; Nobuyoshi Osagata; 信義長潟; Tetsuya Tawara; 哲哉田原; Kazuhiro Nobori; 一博登
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2003-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】低損失、高効率、構成が簡単な誘導加熱装
置、誘導加熱調理器、炊飯器を提供する。【解決手段】加熱コイル２２に接続された双方向スイ
ッチング素子２３、駆動回路２４を有し、交流電源２１
の周波数よりも高い周波数でオンオフさせ、直流に整流
する損失を発生させることなく誘導加熱を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般家庭や業務用
などで使用される誘導加熱調理器、誘導加熱式炊飯器、
誘導加熱加工機、誘導加熱式融雪装置などの誘導加熱装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平１１−１１１４４１号に示
されている誘導加熱装置は、図１５に示されているよう
に、１００Ｖ５０Ｈｚや６０Ｈｚの商用電源を用いた交
流電源１、加熱コイル２、加熱コイル２に接続されＩＧ
ＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）とダイオ
ードを内蔵させて実現したスイッチング素子３、スイッ
チング素子３をオンオフさせる駆動回路４を設けてい
る。

【０００３】さらに、共振コンデンサ５を加熱コイル２
と並列に接続し、４本のダイオード６、７、８、９で構
成した全波式のダイオードブリッジ１０、およびダイオ
ードブリッジ１０の出力端子間に並列に接続した平滑用
コンデンサ１１を接続したものとなっている。

【０００４】負荷鍋１２は、加熱コイル５に磁気結合し
たものとなっている。

【０００５】以上の構成において、交流電源１は、ダイ
オードブリッジ１０によってリプルを含んだ直流に変換
された電圧を平滑用コンデンサ１１の端子間に発生さ
せ、駆動回路４が高周波でスイッチング素子３をオンオ
フし、加熱コイル２に高周波電流を供給することによっ
て、加熱コイル２と磁気的に結合した負荷鍋１２に誘導
電流を発生させるなどして、鉄損を生じさせて加熱する
ものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の技術
においては、交流電源１の出力電圧をダイオードブリッ
ジ１０で一旦直流に変換していることから、ダイオード
ブリッジ１０での電圧降下が発生するが、その電圧値は
交流電源１の全位相において、ダイオードブリッジ１０
を構成するダイオード６、７、８、９の内の２個分が作
用するものとなり、そのため誘導加熱装置の効率が低く
なるとともに、ダイオードブリッジ１０の発熱が大き
く、その冷却のための構造として例えば放熱器を設けた
り、冷却ファンを設けたりする必要が発生する場合もあ
り、装置が複雑になるという第１の課題を有しているも
のであった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記第１の課
題を解決するために、交流電源と、加熱コイルと、前記
加熱コイルに接続された双方向スイッチング素子と、前
記双方向スイッチング素子をオンオフさせる駆動回路を
有し、前記駆動回路は、前記交流電源の周波数よりも高
い周波数で、前記双方向スイッチング素子をオンオフさ
せることにより、ダイオードブリッジでの損失を無くし
て高効率とし、簡単な構成の誘導加熱装置を実現するも
のである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、上記課題を解決するために、交流電源と、加熱コイ
ルと、前記加熱コイルに接続された双方向スイッチング
素子と、前記双方向スイッチング素子をオンオフさせる
駆動回路を有し、前記駆動回路は、前記交流電源の周波
数よりも高い周波数で、前記双方向スイッチング素子を
オンオフさせることにより、前記交流電源から整流によ
る大きな損失を発生することがなく、交流のままで使用
することができ、双方向スイッチング素子で自在に加熱
コイルへの高周波電流の供給がなされることから、高効
率で構成の簡単な誘導加熱装置が実現されるものとな
る。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
誘導加熱装置を、共振コンデンサを有し、加熱コイルと
双方向スイッチング素子は直列に接続した上、交流電源
の出力端子間に接続し、前記共振コンデンサは、前記加
熱コイルに並列に接続した構成とすることにより、双方
向スイッチング素子のターンオフ時の損失を抑え、ノイ
ズを抑えることができるものとなる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１記載の
誘導加熱装置を、共振コンデンサを有し、加熱コイルと
双方向スイッチング素子は直列に接続した上、交流電源
の出力端子間に接続し、前記共振コンデンサは、前記双
方向スイッチング素子に並列に接続した構成とすること
により、やはり双方向スイッチング素子のターンオフ時
の損失を抑え、ノイズを抑えることができるものとな
る。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項２または
請求項３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置を、駆動
回路は、双方向スイッチング素子をオフした後、前記双
方向スイッチング素子の端子間電圧が次に零となる点付
近で、前記双方向スイッチング素子をオンさせる構成と
することにより、前記双方向スイッチング素子のターン
オン時の損失を抑え、より効率の高い装置を実現するも
のである。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項２または
請求項３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置を、駆動
回路は、双方向スイッチング素子をオフした後、前記双
方向スイッチング素子の端子間電圧が次の次に零となる
点付近で、前記双方向スイッチング素子をオンさせる構
成とすることにより、前記双方向スイッチング素子のタ
ーンオン時の損失を抑えて高効率とし、加熱パワーに対
する前記双方向スイッチング素子に流れる電流を極力抑
え、さらに高効率を実現するものである。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項２または
請求項３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置を、駆動
回路は、双方向スイッチング素子をオフした後、前記双
方向スイッチング素子の端子間電圧の絶対値がほぼ極小
となる時点で、前記双方向スイッチング素子をオンさせ
る構成とすることにより、前記双方向スイッチング素子
のターンオン時に共振コンデンサを通して流れる電流の
大きさを極小として、ターンオン時の損失を低減すると
ともに、ノイズの発生を抑えるものである。

【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項２または
請求項３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置の駆動回
路は、交流電源の電圧に対して双方向スイッチング素子
に逆向きの電流を流す逆導通期間と、交流電源の電圧に
対して双方向スイッチング素子に逆向きの電圧を印加す
る逆阻止期間と、交流電源の電圧に対して双方向スイッ
チング素子に同じ逆向きの電流を流す順導通期間の順に
制御する構成とすることにより、負荷の種類への対応を
広めた装置を実現するものである。

【００１５】請求項８に記載の発明は、請求項１から請
求項７のいずれか１項に記載の誘導加熱装置の双方向ス
イッチング素子は、ＳｉＣ半導体を用いたものとするこ
とにより、双方向スイッチング素子のオン損失とスイッ
チング損失を効果的に抑えて高効率とするものである。

【００１６】請求項９に記載の発明は、請求項１から請
求項８のいずれか１項に記載の誘導加熱装置を有する構
成とすることにより、構成が簡単で高効率の誘導加熱調
理器を実現するものである。

【００１７】請求項１０に記載の発明は、請求項１から
請求項８のいずれか１項に記載の誘導加熱装置を有する
構成とすることにより、構成が簡単で高効率の炊飯器を
実現するものである。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の具体例を説明する。

【００１９】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例における、鍋を加熱する誘導加熱装置の回路図であ
る。

【００２０】図１において、１００Ｖ６０Ｈｚの商用電
源を用いた交流電源２１、直径０．３５ｍｍのエナメル
線３５本をよったリッツ線を、平板の渦巻き状に巻いて
構成した加熱コイル２２、ＳｉＣ半導体、すなわち炭化
珪素半導体をＭＯＳ構造とした双方向スイッチング素子
２３が加熱コイル２２に一端を接続したものとしてい
る。

【００２１】双方向スイッチング素子２３は、ちょうど
電極式のスイッチのように、正負の両極性の電流を自在
に入り切りできるスイッチング素子である。

【００２２】さらに、双方向スイッチング素子２３をオ
ンオフさせる駆動回路２４が接続され、駆動回路２４
は、交流電源２１の周波数よりも高い周波数である２５
ｋＨｚで、双方向スイッチング素子２３をオンオフさせ
るものとなっており、本実施例では駆動回路２４は、双
方向スイッチング素子２３をオフした後、双方向スイッ
チング素子２３の端子間電圧が次に零となる点付近で、
双方向スイッチング素子２３をオンさせるものとなって
いる。

【００２３】フィルム形の共振コンデンサ２５は、加熱
コイル２２に並列に接続して設けられているものとなっ
ている。

【００２４】また交流電源２１にはチョークコイル２６
と平滑コンデンサ２７によって構成したフィルタ回路２
８が接続されており、特に２５ｋＨｚという高周波に対
してインピーダンスを低くすることで、電圧の安定化を
図るとともに、交流電源２１への高周波電流の逆流を抑
える作用をするものとなっている。

【００２５】図２は、本実施例の動作波形図を示したも
ので、直径２２ｃｍのホーロー鍋が負荷２９として置か
れている状態で、装置に１２００Ｗの入力電力を受けて
動作している状態におけるものである。

【００２６】（ア）は交流電源２１の出力電圧ＶＡＣの
波形、（イ）は双方向スイッチング素子２３の端子間電
圧ＶＳＷの波形、（ウ）は双方向スイッチング素子２３
に流れる電流ＩＳＷの波形を示している。

【００２７】ＶＡＣ波形は、６０Ｈｚで実効値１００Ｖ
の正弦波であり、そのピークの絶対値は、実効値のルー
ト２倍に相当する１４１Ｖとなる。

【００２８】また、ＶＳＷ波形は正弦波の包烙線（エン
ベロープ）を有し、双方向スイッチング素子２３のスイ
ッチング周波数の高周波で埋め尽くされた電圧波形とな
っており、最大電圧は５５０Ｖとなっている。

【００２９】またＩＳＷ波形についても、正弦波の包烙
線（エンベロープ）を正と負の両側に持ち、双方向スイ
ッチング素子２３のスイッチング周波数の高周波で埋め
尽くされた電流波形となっており、ＶＡＣと同極性の電
流ピークは５０Ａ、逆極性の電流ピークが２５Ａとなっ
ている。

【００３０】なお、この状態において交流電源２１の出
力電流波形は、電圧ＶＡＣと同じ正弦波であり、位相も
等しく、力率がほぼ１のものとなり、送配電系統の損失
を極力抑えた高能率のものとなっている。

【００３１】図３は、図２のｔ１付近の位相で、時間方
向を拡大した動作波形図を示しており、この期間におい
てはＶＡＣはほぼ＋１４１Ｖとなる。（ア）は駆動回路
２４からのオンオフ信号Ｓｇ、（イ）は双方向スイッチ
ング素子２３の端子間電圧ＶＳＷ、（ウ）は双方向スイ
ッチング素子２３に流れる電流ＩＳＷの波形を示してい
る。

【００３２】ｔ３において、駆動回路２４によって双方
向スイッチング素子２３がターンオフすると、ＩＳＷは
零となり、加熱コイル２２と共振コンデンサ２５による
共振回路が形成される。

【００３３】共振によって発生する電圧により、双方向
スイッチング素子２３には、最大５５０Ｖの電圧が印加
され、その後更に加熱コイル２２と共振コンデンサ２５
の共振により共振電圧波形がＶＳＷに印加され、ｔ４に
おいて再びＶＳＷが零となる。

【００３４】本実施例において、駆動回路２４はｔ４に
おいてＶＳＷが零になったことを検知して、再び双方向
スイッチング素子２３をオンとし、その後はＶＡＣとは
逆向きの電流、すなわちＩＳＷ＜０が流れた後、ＶＡＣ
と同じ向きの電流ＩＳＷ＞０に転じるものとなる。

【００３５】このような動作を繰り返すことにより、加
熱コイル２２に高周波電流が供給されるものとなる。

【００３６】図４は、図２のｔ２付近の位相で、時間方
向を拡大した動作波形図を示しており、この期間におい
てはＶＡＣはほぼ−１４１Ｖとなる。（ア）は駆動回路
２４からのオンオフ信号Ｓｇ、（イ）は双方向スイッチ
ング素子２３の端子間電圧ＶＳＷ、（ウ）は双方向スイ
ッチング素子２３に流れる電流ＩＳＷの波形を示してい
る。

【００３７】ｔ５において、駆動回路２４によって双方
向スイッチング素子２３がターンオフすると、ＩＳＷは
零となり、加熱コイル２２と共振コンデンサ２５による
共振回路が形成される。

【００３８】共振によって発生する電圧により、双方向
スイッチング素子２３には、絶対値の最大となる−５５
０Ｖの電圧が印加され、その後更に加熱コイル２２と共
振コンデンサ２５の共振により共振電圧波形がＶＳＷに
印加され、ｔ６において再びＶＳＷが零となる。

【００３９】本実施例において、駆動回路２４はｔ６に
おいてＶＳＷが零になったことを検知して、再び双方向
スイッチング素子２３をオンとし、その後はＶＡＣとは
逆向きの電流、すなわちＩＳＷ＞０が流れた後、ＶＡＣ
と同じ向きの電流ＩＳＷ＜０に転じるものとなる。

【００４０】このような動作を繰り返すことにより、加
熱コイル２２に高周波電流が供給されるものとなる。

【００４１】以上のように、交流電源２１の出力電圧Ｖ
ＡＣの瞬時値が正負にかかわらず、加熱コイル２２に高
周波電流が供給されることにより、負荷２９であるホー
ロー鍋の底には２５ｋＨｚの高周波電流が流れ、１２０
０Ｗの誘導加熱が行われるものとなる。

【００４２】本実施例においては、ｔ４およびｔ６にお
いてＶＳＷが零となる時点で、駆動回路２４が双方向ス
イッチング素子２３をターンオンすることから、ターン
オン時における共振コンデンサ２５を通じた電流はなが
れないため、ターンオン損失がほぼ零となり、ノイズの
発生も抑えられるものとなる。

【００４３】また、ｔ４の直後およびｔ６の直後は、Ｖ
ＡＣの極性に対して逆方向の電流、すなわち平滑コイル
２７への回生電流が流れるものとなるため、負荷２９が
比較的小さい場合、例えば直径８０ｍｍのホーローのポ
ットなどでも、オン期間Ｔｏｎが長くとも、供給された
パワーは適度に回生されることになり、ＶＳＷが過大と
なることなく、安定に動作させることができるものとな
る。

【００４４】また、本実施例では双方向スイッチング素
子２３として、ＳｉＣ半導体を使用していることから、
簡単な構成で低損失の双方向スイッチング素子２３が実
現され、さらに高温での動作も可能であるため、誘導加
熱装置においては、非加熱物に近い高温の雰囲気中にあ
っても冷却が簡単に行うことができ、例えば冷却ファン
なども不要、もしくは風量の少ないもので間に合うとい
う構成となり、装置の小形化・軽量化と同時に、冷却フ
ァンに要する電力の削減や冷却風によって非加熱物が冷
却されてしまうというようなムダが省け、非常に高効率
の誘導加熱装置が実現されるものとなる。

【００４５】（実施例２）第２の実施例における誘導加
熱装置は、駆動回路２４が、双方向スイッチング素子２
３をオフした後、双方向スイッチング素子２３の端子間
電圧の絶対値がほぼ極小となる時点で、双方向スイッチ
ング素子２３をオンさせるものとなっているが、その他
の構成については、第１の実施例と全くの同等のものと
なっている。

【００４６】図５は、第２の実施例における誘導加熱装
置が負荷２９として銅バリの磁性ステンレス鍋が置かれ
た状態で、３００Ｗの装置への入力パワーで誘導加熱し
ている時の、動作波形図を示すもので、交流電源２１の
出力電圧ＶＡＣの瞬時値がほぼ＋１４１Ｖになっている
期間を拡大したもので、（ア）は駆動回路２４からのオ
ンオフ信号Ｓｇ、（イ）は双方向スイッチング素子２３
の端子間電圧ＶＳＷ、（ウ）は双方向スイッチング素子
２３に流れる電流ＩＳＷの波形を示している。

【００４７】銅バリの磁性ステンレス鍋は、加熱コイル
２２との磁気的結合が強いことから、双方向スイッチン
グ素子２３のオフ期間中の共振コンデンサ２５と加熱コ
イル２２の共振電圧の減衰が大きく、また加熱のパワー
も実施例１よりも小さいため、ｔ７においてターンオフ
された後のＶＳＷのピーク値は、３２０Ｖにとどまり、
その後再びＶＳＷが零となることはないものとなる。

【００４８】本実施例においては、駆動回路２４による
双方向スイッチング素子２３のスイッチング周波数は、
やはり２５ｋＨｚとなっている。

【００４９】ＶＳＷが零でない時に、双方向スイッチン
グ素子２３がオンされると、平滑コンデンサ２７と共振
コンデンサ２５を通じて双方向スイッチング素子２３に
短絡電流が流れて、双方向スイッチング素子２３の損失
が大となる傾向がある。

【００５０】本実施例では、特に双方向スイッチング素
子２３の端子間電圧の絶対値がほぼ極小となるｔ８の時
点で、双方向スイッチング素子２３をオンさせることに
より、その際に発生する前記短絡電流を極小に抑え、極
力損失を抑えて、連続的な加熱動作を行わせている。

【００５１】なお、ｔ８におけるＶＳＷの絶対値は４０
Ｖとなっている。

【００５２】同時に、上記短絡電流が流れることにより
発生する電磁的ノイズも極小とすることができ、ラジオ
などに与える妨害電波の発生も最小限に抑えることがで
きるものとなる。

【００５３】図６は、第２の実施例における交流電源２
１の出力電圧ＶＡＣの瞬時値がほぼ−１４１Ｖになって
いる期間を拡大した動作波形図であり、図５と同様に
（ア）は駆動回路２４からのオンオフ信号Ｓｇ、（イ）
は双方向スイッチング素子２３の端子間電圧ＶＳＷ、
（ウ）は双方向スイッチング素子２３に流れる電流ＩＳ
Ｗの波形を示している。

【００５４】図６においても、ｔ９においてターンオフ
された双方向スイッチング素子２３の電圧ＶＳＷが、そ
の後絶対値がほぼ極小となるｔ１０の時点でオンするこ
とにより、やはり短絡電流を極小に抑えているものであ
る。

【００５５】なお、ｔ１０におけるＶＳＷの絶対値は４
０Ｖとなっている。

【００５６】（実施例３）図７は、本発明の第３の実施
例における、鍋を加熱する誘導加熱装置の回路図であ
る。

【００５７】図７において、１００Ｖ６０Ｈｚの商用電
源を用いた交流電源３１、直径０．３５ｍｍのエナメル
線３５本をよったリッツ線を、平板の渦巻き状に巻いて
構成した加熱コイル３２、双方向スイッチング素子３３
が加熱コイル３２に一端を接続したものとしている。

【００５８】さらに、双方向スイッチング素子３３をオ
ンオフさせる駆動回路３４が接続され、駆動回路３４
は、交流電源３１の周波数よりも高い周波数である２
１．３ｋＨｚで、双方向スイッチング素子３３をオンオ
フさせるものとなっており、本実施例では駆動回路３４
は、双方向スイッチング素子３３をオフした後、双方向
スイッチング素子３３の端子間電圧が次の次に零となる
点付近で、双方向スイッチング素子３３をオンさせるも
のとなっている。

【００５９】本実施例においては、フィルム形の共振コ
ンデンサ３５は、双方向スイッチング素子３３に並列に
接続して設けられているものとなっている。

【００６０】また交流電源３１にはチョークコイル３６
と平滑コンデンサ３７によって構成したフィルタ回路３
８が接続されており、特に２１．３ｋＨｚという高周波
に対してインピーダンスを低くすることで、電圧の安定
化を図るとともに、交流電源３１への高周波電流の逆流
を抑える作用をするものとなっている。

【００６１】負荷３９は、加熱コイル３２に磁気的に結
合した直径２８ｃｍのステンレス鍋である。

【００６２】図８は、本実施例に用いている双方向スイ
ッチング素子３３の詳細回路図を示しており、シリコン
半導体によるＭＯＳＦＥＴ４１と、並列に接続されたダ
イオード４２によって構成したスイッチング素子４３、
同様にシリコン半導体によるＭＯＳＦＥＴ４４と、並列
に接続されたダイオード４５によって構成したスイッチ
ング素子４６が使用されており、スイッチング素子４
３、４６のゲート端子Ｇとソース端子Ｓはいずれも共通
に接続された上で、駆動回路３４に接続されているもの
となっている。

【００６３】ここで、ダイオード４２、４５は、ＭＯＳ
ＦＥＴを製造する際に、寄生的に形成されるものを、そ
のまま使用しても良く、本実施例のように双方向スイッ
チング素子が１石であることから逆方向の回復時間がそ
れほど必要としない場合には、上記寄生的に存在するダ
イオードでも十分な動作ができ、またダイオードとして
の順方向の電圧降下も比較的小さくて済み、損失が低く
抑えられるものとなる。

【００６４】従来の技術に用いられているダイオードブ
リッジは、ダイオード素子２個分の順方向の電圧降下が
発生するのに対し、ダイオード４２、４５はいずれか１
個分のみが直列に入るだけであるので、その分電圧降下
は小さく、損失が小さいものとなる。

【００６５】さらに、ダイオード４２、４５に順方向電
流が流れている期間に、ＭＯＳＦＥＴ４１、４４のゲー
ト・ソース間電圧を＋２０Ｖとしてオンさせていること
から、ＭＯＳＦＥＴ４１、４５にも電流が分流し、さら
に電圧降下による損失は低減されるものとなる。

【００６６】スイッチング素子４３のドレイン端子Ｄは
端子Ａとして、またスイッチング素子４６のドレイン端
子Ｄは端子Ｂとして双方向スイッチング素子３３の両端
子となっている。

【００６７】駆動回路３４からの出力電圧ＶＧＳが２０
ボルトとなると、ＭＯＳＦＥＴ４１、４４は共にオンと
なり、ＶＧＳが０ボルトとなると、共にオフの状態とな
る。

【００６８】オンの場合、Ａ端子の電位が高い場合に
は、電流がＭＯＳＦＥＴ４１のドレインＤからソースＳ
に流れ、ダイオード４５を経てＢ端子に達し、逆にＢ端
子の電位が高い場合には、電流がＭＯＳＦＥＴ４４のド
レインＤからソースＳに流れ、ダイオード４２を経てＡ
端子に達するものとなる。

【００６９】またオフの場合には、Ａ端子が高電位の場
合は、ＭＯＳＦＥＴ４１のドレインＤとソースＳ間に順
方向の阻止電圧が加わるものとなり、Ｂ端子が高電位の
場合は、ＭＯＳＦＥＴ４４のドレインＤとソースＳ間に
順方向の阻止電圧が加わるものなる。

【００７０】したがって、双方向スイッチング素子３３
として動作するものとなる。

【００７１】図９は、本実施例の誘導加熱装置が１００
０Ｗの入力パワーで負荷３９を誘導加熱している場合
の、交流電源３１の電圧ＶＡＣがほぼ＋１４１Ｖとなる
期間で、時間方向を拡大した動作波形図を示しており、
（ア）は駆動回路３４からの出力電圧ＶＧＳ、（イ）は
双方向スイッチング素子３３の端子間電圧ＶＳＷ、
（ウ）は双方向スイッチング素子３３に流れる電流ＩＳ
Ｗの波形を示している。

【００７２】ｔ１１において、駆動回路３４によって双
方向スイッチング素子３３がターンオフすると、ＩＳＷ
は零となり、加熱コイル３２と共振コンデンサ３５によ
る共振回路が形成される。

【００７３】共振によって発生する電圧により、双方向
スイッチング素子３３には、最大５５０Ｖの電圧が印加
され、その後更に加熱コイル３２と共振コンデンサ３５
の共振により共振電圧波形がＶＳＷに印加され、ｔ１２
において再びＶＳＷが零となる。

【００７４】その後さらに共振により、ＶＳＷ＜０の期
間が到来し、その絶対値は６０Ｖにまで達するものとな
る。

【００７５】本実施例において、駆動回路３４はｔ１３
においてＶＳＷが零になった時点、すなわちオフした後
ＶＳＷが次の次に零となったことを検知して、再び双方
向スイッチング素子３３をオンとする。

【００７６】このような動作を繰り返すことにより、加
熱コイル３２に２１．３ｋＨｚの高周波電流が供給され
るものとなる。

【００７７】図１０は、交流電源３１の電圧ＶＡＣがほ
ぼ−１４１Ｖとなる期間で、時間方向を拡大した動作波
形図を示しており、（ア）は駆動回路３４からの出力電
圧ＶＧＳ、（イ）は双方向スイッチング素子３３の端子
間電圧ＶＳＷ、（ウ）は双方向スイッチング素子３３に
流れる電流ＩＳＷの波形を示している。

【００７８】ｔ１４において、駆動回路３４によって双
方向スイッチング素子３３がターンオフすると、ＩＳＷ
は零となり、加熱コイル３２と共振コンデンサ３５によ
る共振回路が形成される。

【００７９】共振によって発生する電圧により、双方向
スイッチング素子３３には、やはり絶対値が最大５５０
Ｖの電圧が印加され、その後更に加熱コイル３２と共振
コンデンサ３５の共振により共振電圧波形がＶＳＷに印
加され、ｔ１５において再びＶＳＷが零となる。

【００８０】その後さらに共振により、ＶＳＷ＞０の期
間が到来し、その絶対値は６０Ｖにまで達するものとな
る。

【００８１】駆動回路３４はｔ１６においてＶＳＷが零
になった時点、すなわちオフした後ＶＳＷが次の次に零
となったことを検知して、再び双方向スイッチング素子
３３をオンとする。

【００８２】このような動作を繰り返すことにより、加
熱コイル３２に２１．３ｋＨｚの高周波電流が供給され
るものとなる。

【００８３】以上の様に、本実施例においては、ｔ１２
からｔ１３までの期間、およびｔ１５からｔ１６までの
期間は、双方向スイッチング素子３３がオフ期間となっ
ているため、双方向スイッチング素子３３にこの期間
に、交流電源３１の電圧ＶＡＣとは逆方向の電圧がＶＳ
Ｗとして印加されるものとなり、回生電流は流れないも
のとなる。

【００８４】したがって加熱パワーに対する双方向スイ
ッチング素子３３の電流は、実施例１の場合よりも少な
くて済むものとなり、同一パワーにおける双方向スイッ
チング素子の定格電流を少なくすることができるものと
なる。

【００８５】したがって、本実施例の誘導加熱装置もま
た、低損失、高効率の誘導加熱装置を実現することがで
きるものとなる。

【００８６】また、共振コンデンサ２５、３５にかかる
電圧も両極性ともほぼ等しい値となることから、共振コ
ンデンサに使用される誘電体の耐電圧が有効に利用され
るという効果も得られるものとなる。

【００８７】なお、実施例１から実施例３は、いずれも
負荷として鍋を加熱する誘導加熱装置としているが、特
に負荷は鍋に限るものではなく、加熱コイルに磁気結合
して誘導加熱されるあらゆる種類のものが負荷となりう
るものである。

【００８８】また、実施例１と実施例２には双方向スイ
ッチング素子２３にＳｉＣ半導体を使用し、共振コンデ
ンサ２５を加熱コイルと並列に接続しているのに対し、
実施例３にはシリコン形のＭＯＳＦＥＴなどを使用した
もので双方向スイッチング素子３３を構成し、共振コン
デンサ３５を双方向スイッチング素子３３の両端子間に
並列に接続したものとしているが、これらの組み合わせ
については、全くの自由であり、例えば実施例３にＳｉ
Ｃを用いてもかまわない。

【００８９】駆動回路の動作についても同様であり、オ
ンさせた後の双方向スイッチング素子電圧の、次の零点
でオンさせるか、次の次の零点でオンさせるかは、双方
向スイッチング素子のいかなる種類、また共振コンデン
サの接続位置とも自由に組み合わせて構成することがで
きるものである。

【００９０】加えて、駆動回路が双方向スイッチング素
子をオンさせるタイミングを負荷の種類、入力パワー
（加熱パワー）などによって変化させてもよく、例えば
負荷の直径が小さい鉄鍋の場合などには、次の零点付近
とし、ステンレス鍋の高入力パワー時には、次の次の零
点付近とし、銅バリの磁性ステンレス鍋の場合には、双
方向スイッチング素子電圧の絶対値が極小となる時点付
近とするなど、設計に応じて切り換えても良い。

【００９１】このようなターンオンのタイミングを検知
する方法も自由であり、双方向スイッチング素子の両端
子間の電圧を直接検知する方法以外にも、例えば加熱コ
イルの両端の電圧波形を検知して、その零点から所定の
時間の後に所定の遅延時間を設けてその後に、駆動回路
から双方向スイッチング素子をターンオンさせてもよ
く、その場合にも上記遅延時間を適切な値に設計するこ
とによって、双方向スイッチング素子をターンオンする
タイミングを、次の零点付近、あるいは次の次の零点付
近、また双方向スイッチング素子の両端子間電圧の絶対
値が極小となる時点の付近などに合わせることができ、
また負荷の種類やパワーなどがかなり変化しても、対応
することができるものとなる。

【００９２】（実施例４）本発明の第４の実施例におけ
る誘導加熱装置は、回路構成上は、実施例１と全くの同
等であり、駆動回路２４の動作のみが異なるものとなっ
ている。

【００９３】本実施例において、駆動回路２４は、交流
電源２１の電圧ＶＡＣに対して双方向スイッチング素子
２３に逆向きの電流を流す逆導通期間と、交流電源２１
の電圧ＶＡＣに対して双方向スイッチング素子２３に逆
向きの電圧を印加する逆阻止期間と、交流電源２１の電
圧ＶＡＣに対して双方向スイッチング素子２３に同じ逆
向きの電流を流す順導通期間の順に制御がなされるもの
となっている。

【００９４】図１１は、本発明の実施例４における誘導
加熱装置のＶＡＣ＝＋１４１Ｖ付近を拡大した動作波形
図を示している。

【００９５】（ア）は駆動回路２４からの出力信号Ｓ
ｇ、（イ）は双方向スイッチング素子２３の印加電圧Ｖ
ＳＷ、（ウ）は双方向スイッチング素子２３に流れる電
流ＩＳＷの波形を示している。

【００９６】図１１において、Ｔｏｎ１は双方向スイッ
チング素子２３が駆動回路２４によってオンされている
が、この期間においてはＩＳＷはＶＡＣと同じ正であ
り、順導通期間となる。

【００９７】Ｔｏｆｆ１に移ると双方向スイッチング素
子２３が駆動回路２４によってオフされるが、この期間
においては、ＶＳＷはＶＡＣと同じ正であり、順阻止期
間となる。

【００９８】Ｔｏｆｆ１の間に共振作用が生じ、最高で
＋５５０Ｖの電圧がＶＳＷとして印加されるものとな
る。

【００９９】そして、共振作用により、ＶＳＷ＝０とな
った時点で、駆動回路２４は実施例１と同様に、双方向
スイッチング素子２３をオンさせるが、この期間におい
てはＩＳＷは負となりＶＡＣとは逆となるので、逆導通
期間Ｔｏｎ２となる。

【０１００】駆動回路２４は、所定の時間だけＴｏｎ２
を設けた後に、再度双方向スイッチング素子２３をオフ
とし、ＶＡＣとは逆である負のＶＳＷの期間、すなわち
逆阻止期間を経させた後、ＶＳＷ＝０となった時点で、
また再びもとの順導通期間に入れさせ、これを繰り返す
ものとなる。

【０１０１】図１２は、本発明の実施例４における誘導
加熱装置のＶＡＣ＝−１４１Ｖ付近を拡大した動作波形
図を示している。

【０１０２】（ア）は駆動回路２４からの出力信号Ｓ
ｇ、（イ）は双方向スイッチング素子２３の印加電圧Ｖ
ＳＷ、（ウ）は双方向スイッチング素子２３に流れる電
流ＩＳＷの波形を示している。

【０１０３】図１２において、Ｔｏｎ１は双方向スイッ
チング素子２３が駆動回路２４によってオンされている
が、この期間においてはＩＳＷはＶＡＣと同じ負であ
り、順導通期間となる。

【０１０４】Ｔｏｆｆ１に移ると双方向スイッチング素
子２３が駆動回路２４によってオフされるが、この期間
においては、ＶＳＷはＶＡＣと同じ負であり、順阻止期
間となる。

【０１０５】Ｔｏｆｆ１の間に共振作用が生じ、最高で
−５５０Ｖの電圧がＶＳＷとして印加されるものとな
る。

【０１０６】そして、共振作用により、ＶＳＷ＝０とな
った時点で、駆動回路２４は実施例１と同様に、双方向
スイッチング素子２３をオンさせるが、この期間におい
てはＩＳＷは正となりＶＡＣとは逆となるので、逆導通
期間Ｔｏｎ２となる。

【０１０７】駆動回路２４は、所定の時間だけＴｏｎ２
を設けた後に、再度双方向スイッチング素子２３をオフ
とし、ＶＡＣとは逆である正のＶＳＷの期間、すなわち
逆阻止期間を経させた後、ＶＳＷ＝０となった時点で、
また再びもとの順導通期間に入れさせ、これを繰り返す
ものとなる。

【０１０８】以上のような動作を繰り返して行うことに
より、本発明の誘導加熱装置は、交流電源２１の正負の
いずれの場合でも、加熱コイル２２に高周波電流を供給
し、負荷２９の加熱を行うことができるものとなる。

【０１０９】特に本実施例においては、逆導通期間Ｔｏ
ｎ２と逆阻止期間Ｔｏｆｆ２が存在し、Ｔｏｎ２の長さ
を変化させることにより、加熱パワーに対するＶＳＷの
絶対値の最大値、ＩＳＷの絶対値の最大値、動作周波
数、双方向スイッチング素子２３の損失などの特性が変
化するものとなり、負荷２９の種類、および加熱パワー
に応じて、例えば最も効率が高くなるようにＴｏｎ２の
期間を調整することも可能となる。

【０１１０】また、周波数を一定として種類の異なる負
荷２９の加熱を行わせたり、周波数一定で加熱パワーを
変化させることも可能となる。

【０１１１】周波数が一定で制御ができるということ
は、複数の誘導加熱装置を近接して動作させた場合に
も、動作周波数の差に起因して発生する耳障りな干渉音
の発生はなく、静かな装置の実現も可能となるものであ
る。

【０１１２】（実施例５）図１３は、本発明の第５の実
施例における誘導加熱調理器の断面図を示している。

【０１１３】図１３において、１００Ｖ６０Ｈｚの交流
電源をとるため、電源プラグ１０１から電源コード１０
２が、誘導加熱装置１０３に接続されている。

【０１１４】本実施例においては、誘導加熱装置１０３
は、ちょうど実施例１と同等の構成となっているが、図
１に示す加熱コイル２２のみを省いた状態にあるものと
なっていて、図１３の加熱コイル１０４が、その代わり
に接続されている。

【０１１５】加熱コイル１０４の下側には、放射状にフ
ェライトコア１０５が８本設けられている。

【０１１６】誘導加熱装置１０３の動作と停止、および
加熱パワーを変化させるための操作部１０６を接続して
いる。

【０１１７】セラミック製のトッププレートが、加熱コ
イル１０４の上側に設けられており、鉄やステンレスな
どの鍋である負荷１０８を誘導加熱するものとなってい
る。

【０１１８】以上の構成により、負荷１０８が誘導加熱
されるが、特に本実施例においては、電源プラグから導
かれた交流電源をダイオードブリッジなどによる整流を
行うことなしに、双方向スイッチング素子２３による直
接の高周波電流への変換によって加熱コイル１０４が誘
導加熱動作を行うことから効率が高いという効果を得て
いるものである。

【０１１９】（実施例６）図１４は、本発明の第６の実
施例における炊飯器の要部の構成図を示している。

【０１２０】図１４において、外コイル２０１と内コイ
ル２０２は、それぞれリッツ線を９ターンずつ巻いて構
成したもので、外コイル２０１と内コイル２０２は直列
に接続されて加熱コイル２０３としている。

【０１２１】特に外コイル２０１は、平板状ではなく、
特に外側が上にせりあがった形状となっている。

【０１２２】フェライトコア２０４は、加熱コイル２０
３の下方に放射状に８本設けられており、加熱コイル２
０３の磁界を有効に利用して高効率の誘導加熱動作が行
われるものとなっている。

【０１２３】負荷２０５は、外側に磁性ステンレス層、
内側にアルミ層を有し、中に米と水を適量入れて加熱す
ることにより、飯が炊けるものとなっている。

【０１２４】また、このような加熱コイル２０３構成、
フェライトコア２０４の配置、および負荷２０５の形状
としたことにより、負荷２０５の加熱パワーの分布が良
くなり、加熱による水の対流が程良く得られ、非常に美
味な飯を炊くことができるものとなる。

【０１２５】加熱コイル２０３は、例えば図１に示した
実施例１の誘導加熱装置の加熱コイル２３に代わって接
続されるものであり、交流電源をダイオードブリッジな
どによる整流を行うことなしに、双方向スイッチング素
子２３による直接の高周波電流への変換によって加熱コ
イル２０３が誘導加熱動作を行うことから効率が高いと
いう効果を得ているものである。

【０１２６】

【発明の効果】以上のように、本発明は特に交流電源
と、加熱コイルと、前記加熱コイルに接続された双方向
スイッチング素子を設け、駆動回路は前記双方向スイッ
チング素子を前記交流電源の周波数よりも高い周波数
で、オンオフさせることにより、高効率で構成の簡単な
誘導加熱装置が実現されるものとなる。

【０１２７】また、高効率で構成の簡単な誘導加熱調理
器と炊飯器を実現するものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における誘導加熱装置の回路
図

【図２】同、動作波形図

【図３】同、ｔ１付近を拡大した動作波形図

【図４】同、ｔ２付近を拡大した動作波形図

【図５】本発明の実施例２における誘導加熱装置のＶＡ
Ｃ＝＋１４１Ｖ付近を拡大した動作波形図

【図６】同、ＶＡＣ＝−１４１Ｖ付近を拡大した動作波
形図

【図７】本発明の実施例３における誘導加熱装置の回路
図

【図８】同、双方向スイッチング素子の詳細回路図

【図９】同、ＶＡＣ＝＋１４１Ｖ付近を拡大した動作波
形図

【図１０】同、ＶＡＣ＝−１４１Ｖ付近を拡大した動作
波形図

【図１１】本発明の実施例４における誘導加熱装置のＶ
ＡＣ＝＋１４１Ｖ付近を拡大した動作波形図

【図１２】同、ＶＡＣ＝−１４１Ｖ付近を拡大した動作
波形図

【図１３】本発明の実施例５における誘導加熱調理器の
断面図

【図１４】本発明の実施例６における炊飯器の要部構成
図

【図１５】従来の技術における誘導加熱装置の回路図

【符号の説明】

２１、３１交流電源２２、３２、１０４、２０３加熱コイル２３、３３双方向スイッチング素子２４、３４駆動回路２５、３５共振コンデンサ１０３誘導加熱装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者小川正則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)発明者北畠真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)発明者長潟信義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)発明者田原哲哉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)発明者登一博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 AA03 AC03 AD03 AD35 BD07 CD02 3K059 AA03 AC03 AC13 AD03 AD12 AD35 BD07 CD02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源から電力を入力するものであっ
て、加熱コイルと、前記加熱コイルに接続された双方向
スイッチング素子と、前記双方向スイッチング素子をオ
ンオフさせる駆動回路を有し、前記駆動回路は、前記交
流電源の周波数よりも高い周波数で、前記双方向スイッ
チング素子をオンオフさせる誘導加熱装置。
【請求項２】共振コンデンサを有し、加熱コイルと双
方向スイッチング素子は直列に接続した上、交流電源の
出力端子間に接続し、前記共振コンデンサは、前記加熱
コイルに並列に接続した請求項１に記載の誘導加熱装
置。
【請求項３】共振コンデンサを有し、加熱コイルと双
方向スイッチング素子は直列に接続した上、交流電源の
出力端子間に接続し、前記共振コンデンサは、前記双方
向スイッチング素子に並列に接続した請求項１に記載の
誘導加熱装置。
【請求項４】駆動回路は、双方向スイッチング素子を
オフした後、前記双方向スイッチング素子の端子間電圧
が次に零となる点付近で、前記双方向スイッチング素子
をオンさせる請求項２または請求項３のいずれか１に項
に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】駆動回路は、双方向スイッチング素子を
オフした後、前記双方向スイッチング素子の端子間電圧
が次の次に零となる点付近で、前記双方向スイッチング
素子をオンさせる請求項２または３に記載の誘導加熱装
置。
【請求項６】駆動回路は、双方向スイッチング素子を
オフした後、前記双方向スイッチング素子の端子間電圧
の絶対値がほぼ極小となる時点で、前記双方向スイッチ
ング素子をオンさせる請求項２または３に記載の誘導加
熱装置。
【請求項７】駆動回路は、交流電源の電圧に対して双
方向スイッチング素子に逆向きの電流を流す逆導通期間
と、交流電源の電圧に対して双方向スイッチング素子に
逆向きの電圧を印加する逆阻止期間と、交流電源の電圧
に対して双方向スイッチング素子に同じ逆向きの電流を
流す順導通期間の順に制御する請求項２または３に記載
の誘導加熱装置。
【請求項８】双方向スイッチング素子は、ＳｉＣ半導
体を用いた請求項１から７のいずれか１項に記載の誘導
加熱装置。
【請求項９】請求項１から８のいずれか１項に記載の
誘導加熱装置を有する誘導加熱調理器。
【請求項１０】請求項１から８のいずれか１項に記載
の誘導加熱装置を有する炊飯器。