JP2003339167A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低損失、高効率、構成が簡単な誘導加熱装置
を提供する。 【解決手段】 加熱コイル２１と双方向スイッチング素
子２２の直列回路に接続した直流電源２３、共振コンデ
ンサ２４を設け、高効率の誘導加熱を行う。

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１４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】スイッチング素子３は内蔵されたダイオー
ドを有することにより、逆方向、すなわちＩＧＢＴのエ
ミッタからコレクタの向きに電圧がかかった場合におい
て、ほぼ素通りの状態となり、スイッチで言うところの
オン状態となるものである。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】

【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、スイッチング素子３がスイッチとしてオン
オフの制御ができるのは、コレクタからエミッタに流れ
る電流のみであり、逆方向すなわちエミッタからコレク
タに向かう電流については、ダイオード部分を通ること
から制御ができず、オンの状態のみに限られるという特
性であった。

【０００８】このため、特にスイッチング素子３のオン
期間を長くした場合には、加熱コイル２と共振コンデン
サ５の共振作用が強くなり、スイッチング素子３内のダ
イオードに流れる電流が大きくなるとともに、その時間
も長くなり、ダイオードとしての順電圧降下があるため
かなりの損失が発生するものとなる。

【０００９】また、スイッチング素子３のダイオード部
分に流れる電流は、加熱コイル２に蓄えられた磁気エネ
ルギの一部が再び平滑用コンデンサ１１に逆流、すなわ
ち回生されている動作が行われていることになり、無効
電力が発生していると見ることができる。

【００１０】これらの結果、特に加熱パワーを大きくし
た場合に、装置の効率を上げることが難しくなるという
第１の課題を有しているものであった。

【００１１】

【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、加熱コイルと双方向スイッチング
素子の直列回路と、前記加熱コイルと双方向スイッチン
グ素子の直列回路の両端に接続した直流電源と、前記加
熱コイルと前記双方向スイッチング素子の接続点と前記
直流電源の端子間に接続された共振コンデンサと、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
する構成とすることにより、前記双方向スイッチング素
子に流れる逆方向電流も制御し、前記双方向スイッチン
グ素子の損失を低減するとともに、回生電流も低減して
高効率の装置を実現するものである。

【００１２】

【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、加熱コイルと双方向ス
イッチング素子の直列回路と、前記加熱コイルと双方向
スイッチング素子の直列回路の両端に接続した直流電源
と、前記加熱コイルと前記双方向スイッチング素子の接
続点と前記直流電源の端子間に接続された共振コンデン
サと、前記双方向スイッチング素子をオンオフさせる駆
動回路を有する構成とすることにより、前記加熱コイル
と前記共振コンデンサの共振現象のが生じている期間中
に、前記双方向スイッチング素子の逆阻止期間を設ける
ことができることから、その分前記双方向スイッチング
素子に流れる電流が減少し、前記双方向スイッチング素
子の損失を低減するとともに、回生電流も低減して高効
率の装置を実現するものである。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
誘導加熱装置の駆動回路は、双方向スイッチング素子を
オフした後、逆阻止状態としてから前記双方向スイッチ
ング素子をオンさせることにより、やはり前記加熱コイ
ルと前記共振コンデンサの共振現象のが生じている期間
中に、前記双方向スイッチング素子の逆阻止期間を設け
ることができることから、その分前記双方向スイッチン
グ素子に流れる電流が減少し、次にオンさせる際の損失
を抑え、前記双方向スイッチング素子の損失を低減する
とともに、回生電流も低減して高効率の装置を実現する
ものである。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１記載の
誘導加熱装置の駆動回路は選択手段を有し、前記選択手
段が第１の信号を出力する場合は、双方向スイッチング
素子をオフした後、逆阻止状態としてから前記双方向ス
イッチング素子をオンさせ、前記選択手段が第２の信号
を出力する場合は、双方向スイッチング素子をオフした
後、逆阻止状態となる前に前記双方向スイッチング素子
をオンさせることにより、負荷の種類に応じて選択手段
が第１の信号と第２の信号とを使い分けることが可能と
なり、広い負荷の範囲において、十分な加熱パーが得ら
れ、また高効率の運転が可能な誘導加熱装置を実現する
ことができるものである。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項１記載の
誘導加熱装置の駆動回路は、双方向スイッチング素子の
順導通期間の後、順阻止期間、逆導通期間、逆阻止期間
の順に設けた後、再び順導通期間に入らせることによ
り、加熱パワーと前記双方向スイッチング素子の印加電
圧の関係、周波数との関係などをある程度の範囲で調整
可能とすることができるものとなり、より広い負荷の特
性に対応し、高効率で十分な加熱パワーが供給できる誘
導加熱装置を実現するこどができるものである。

【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項４記載の
誘導加熱装置の駆動回路は、逆導通期間を変化させ、周
波数が略一定の状態で加熱パワーを変化させることによ
り、負荷の種類や加熱パワーが変化しても、周波数が一
定となり、近接した誘導加熱装置との干渉が抑えられ、
騒音の低減も可能な誘導加熱装置を実現するものであ
る。

【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項１から請
求項５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置の直流電源
は、交流電源と前記交流電源の出力に接続された整流ブ
リッジを有する構成としたことにより、一般的な交流電
源が使用では、簡単な構成で実現できてかつ高効率の誘
導加熱装置を実現できるものである。

【００１８】請求項７に記載の発明は、請求項１から請
求項６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置双方向スイ
ッチング素子は、ＳｉＣ半導体を用いたことにより、前
記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、さらに高効率とするものである。

【００１９】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。

【００２０】請求項９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。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の具体例を説明する。

【００２２】（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。

【００２３】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２１と、ＳｉＣ半導体すなわち炭化珪素半導体を
ＭＯＳ構造としたを用いた双方向スイッチング素子２２
は直列に接続され、加熱コイル２１と双方向スイッチン
グ素子２２の直列回路の両端には直流電源２３が接続さ
れている。

【００２４】また、加熱コイル２１と双方向スイッチン
グ素子２２の接続点と直流電源２３のプラス端子間には
プラスチックフィルム形の共振コンデンサ２４が接続さ
れている。

【００２５】そして、双方向スイッチング素子２２を２
５ｋＨｚでオンオフさせる駆動回路２５を有しており、
駆動回路２５は、双方向スイッチング素子２２をオフし
た後、一旦逆阻止状態とした後に、再び双方向スイッチ
ング素子２２をオンさせるものとなっている。

【００２６】直流電源２３は、１００Ｖ６０Ｈｚの商用
電源を用いた交流電源２６と、交流電源２６の出力に接
続された整流ブリッジ２７、チョークコイル２８、平滑
コンデンサ２９を有しており、２５ｋＨｚという高周波
に対する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２６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。

【００２７】なお、鍋である負荷３０は、加熱コイル２
１に底面が対向させている。

【００２８】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。（ア）は交流電
源２６の出力電圧ＶＡＣの波形、（イ）は双方向スイッ
チング素子２２の端子間電圧ＶＳＷの波形、（ウ）は双
方向スイッチング素子２２に流れる電流ＩＳＷの波形を
示している。

【００２９】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。

【００３０】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２２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、プラス側の最大電圧は５５０Ｖ、マイナス側
の最大値は６０Ｖとなっている。

【００３１】またＩＳＷ波形についても、正弦波の包烙
線（エンベロープ）をプラス側に持ち、双方向スイッチ
ング素子２２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、電流ピークは５３Ａとな
っている。

【００３２】なお、この状態において交流電源２６から
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。

【００３３】図３は、図２のｔ１および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の絶対値はほぼ１４１Ｖある。
（ア）は駆動回路２５からのオンオフ信号Ｓｇ、（イ）
は双方向スイッチング素子２２の端子間電圧ＶＳＷ、
（ウ）は双方向スイッチング素子２２に流れる電流ＩＳ
Ｗの波形を示している。

【００３４】ｔ３において、駆動回路２５によって双方
向スイッチング素子２２がターンオフすると、ＩＳＷは
零となり、加熱コイル２１と共振コンデンサ２４による
共振回路が形成される。

【００３５】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２２には、最大５５０Ｖの電圧が印加
され、その後更に加熱コイル２１と共振コンデンサ２４
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。

【００３６】その後ｔ５まで逆阻止状態とし、ｔ５にて
双方向スイッチング素子２２は、駆動回路２５によって
オンされ、順導通期間に入るものとなる。

【００３７】このような動作を繰り返すことにより、加
熱コイル２１に高周波電流が供給されるものとなる。

【００３８】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。

【００３９】（実施例２）第２の実施例における誘導加
熱装置は、共振コンデンサ３３の一端は実施例１と同
様、加熱コイル２１と双方向スイッチング素子２２の接
続点に接続しているが、もう一つの端子は直流電源２３
のマイナス端子に接続しており、これによって共振コン
デンサ３３は、双方向スイッチング素子２２の両端子間
に接続された状態となっている。

【００４０】駆動回路３４は、電圧比較器を用いた選択
手段３５と発振回路３６を備えており、選択手段３５が
ハイ、すなわち第１の信号を出力する場合は、双方向ス
イッチング素子２２をオフした後、逆阻止状態としてか
ら双方向スイッチング素子２２をオンさせるものとなっ
ている。

【００４１】また、選択手段３５がロー、すなわち第２
の信号を出力する場合は、双方向スイッチング素子２２
をオフした後、逆阻止状態となる前に双方向スイッチン
グ素子２２をオンさせるものとなっているものである。

【００４２】入力電流検知回路３７は、交流電源２６か
らの流入電流のピーク値を検知し、装置の入力電流を検
知することで、加熱パワーにほぼ対応した電力値を知る
ためのものであり、電圧検知回路３８は、双方向スイッ
チング素子２２に印加される電圧のピーク値を検出する
ものである。

【００４３】したがって、選択手段３５は、入力電流検
知回路３７と電圧検知回路３８の出力電圧の大小比較を
行い、前者が大の場合にはハイを、後者が大の場合には
ローを出力するものとなっている。

【００４４】本実施例において、その他の部分の構成に
おいては、実施例１の場合と同じである。

【００４５】次に、本実施例の誘導加熱装置の動作につ
いて、説明する。

【００４６】まず、負荷３０の鍋が、底の直径が２２ｃ
ｍである場合などは、装置の入力電流に対する、双方向
スイッチング素子２２の電圧が比較的低いものとなり、
選択手段３５の出力はハイとなって、ちょうど実施例１
と同様の動作でもって駆動回路３４による動作が行われ
るものとなり、加熱コイル２１への高周波電流の供給に
よる負荷３０の誘導加熱が行われるものとなる。

【００４７】すなわち、逆阻止状態の後、ＶＳＷ＝０と
なる時点で双方向スイッチング素子２２がオンされて、
順導通状態となり、逆導通電流が流れないことから、双
方向スイッチング素子２２の損失は少なくてすむものと
なり、また回生動作が無いことから、直流電源２３から
能率良く加熱の電力が供給されるものとなる。

【００４８】次に底の直径が８０ｍｍという比較的小さ
いポットを加熱する場合の動作について説明する。

【００４９】このような場合には、装置の入力電流に対
し、双方向スイッチング素子２２の印加電圧のピーク値
が比較的大きくなり、選択手段３５の出力がローとな
る。

【００５０】よって、駆動回路３４は逆阻止状態となる
前に、双方向スイッチング素子２２をオンさせて、逆導
通状態とすることになる。

【００５１】図６は、本実施例において、比較的小さい
負荷を加熱する場合の動作波形図を示している。

【００５２】（ア）は交流電源２６の出力電圧ＶＡＣの
波形、（イ）は双方向スイッチング素子２２の端子間電
圧ＶＳＷの波形、（ウ）は双方向スイッチング素子２２
に流れる電流ＩＳＷの波形を示している。

【００５３】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。

【００５４】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２２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、プラス側への最大電圧は５５０Ｖに達する。

【００５５】またＩＳＷ波形についても、正弦波の包烙
線（エンベロープ）をプラス側とマイナス側の両方に持
ち、双方向スイッチング素子２２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、電流
ピークはプラス側が５０Ａ、マイナス側が２５Ａとなっ
ている。

【００５６】なお、この状態においても交流電源２６か
らの出力電流波形は、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。

【００５７】図６は、図５のｔ１および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の絶対値はほぼ１４１Ｖある。
（ア）は駆動回路３４からのオンオフ信号Ｓｇ、（イ）
は双方向スイッチング素子２２の端子間電圧ＶＳＷ、
（ウ）は双方向スイッチング素子２２に流れる電流ＩＳ
Ｗの波形を示している。

【００５８】ｔ６において、駆動回路２５によって双方
向スイッチング素子２２がターンオフすると、ＩＳＷは
零となり、加熱コイル２１と共振コンデンサ３３による
共振回路が形成される。

【００５９】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２２には、最大５５０Ｖの電圧が印加
され、その後更に加熱コイル２１と共振コンデンサ３３
の共振により共振電圧波形がＶＳＷに印加され、ｔ７に
おいて再びＶＳＷが零となる。

【００６０】ｔ７にて双方向スイッチング素子２２は、
駆動回路３４によってオンされ、逆導通期間に入り、ｔ
８以降は順導通期間となる。

【００６１】このような動作を繰り返すことにより、加
熱コイル２１に高周波電流が供給されるものとなる。

【００６２】図７は、本実施例において、底の直径が２
２ｃｍの鍋を負荷３０とした場合の、入力パワーと双方
向スイッチング素子２２の損失を示したもので、ａは図
６に示したように逆導通期間を設けた場合、ｂは図３に
示すように逆阻止期間を設けた場合の特性を示している
ものである。

【００６３】すなわちｂの逆阻止期間を設けた場合に
は、双方向スイッチング素子２２に流れる電流が少なく
てすむ分、入力パワーに対する損失はａに比べて小とな
るものとなる。

【００６４】よって、本実施例においては、直径２２ｃ
ｍの鍋は選択手段３５の出力がハイとなって、逆阻止期
間を有するものとなるので、双方向スイッチング素子２
２の損失が小さい高効率の運転が実現されるものとな
る。

【００６５】図８は、入力パワーに対する双方向スイッ
チング素子２２の印加電圧のピーク値ＶＳＷを示してい
るが、ａとｂは直径２２ｃｍの鍋を負荷３０とした場合
で、ｃとｄは直径８０ｍｍのポットを負荷３０としてい
るものであり、破線で示したａとｃは逆導通期間を設け
た場合、実線で示したｂとｄは逆阻止期間を設けた場合
の特性を示したものとなっている。

【００６６】また、一点鎖線ｅは選択手段３５のしきい
値（スレッショルド）を示すもので、一点鎖線ｅよりも
上側では、選択手段３５は出力がローとなり、駆動回路
３４は逆導通期間を有する動作となり、ｃのカーブで入
力パワーに対するＶＳＷが決まる特性となって実際の動
作がなされるものとなる。

【００６７】ここで、双方向スイッチング素子２２に
は、印加することのできる最大電圧値、すなわち耐圧と
いう仕様が存在し、現実にはそれを越えないように、所
定のＶＳＷ以下での運転を制限する構成となる。

【００６８】本実施例では、ＶＳＷの最大値を７００Ｖ
としていることから、ｃ曲線においては７６０Ｗの入力
パワーを実現することができるものとなる。

【００６９】一方、逆阻止期間を設けて動作させた場合
にはｄ曲線でＶＳＷ＝７００Ｖまでで、動作が可能とな
り、最大入力パワーは６５０Ｗにとどまるものとなる。

【００７０】したがって、本実施例は選択手段３４によ
り、直径が大きい負荷３０では低損失で高効率の運転が
でき、また直径が小さい負荷３０では高パワーでの運転
が可能となる。

【００７１】ただし、直径が小さい負荷３０で低パワー
でも良い場合、すなわち６５０Ｗ以下などの時には、選
択手段からハイを出力するという構成としてもよく、そ
の場合には逆阻止期間が有る分、双方向スイッチング素
子２２の損失が減り、効率も良くなると言う優れた効果
が得られるものとなる。

【００７２】（実施例３）図９は、本実施例の第３の実
施例における誘導加熱装置の交流電源２６のピーク付近
での拡大動作波形図を示したもので、この期間において
はＶＡＣの絶対値はほぼ１４１Ｖある。（ア）は駆動回
路２５からのオンオフ信号Ｓｇ、（イ）は双方向スイッ
チング素子２２の端子間電圧ＶＳＷ、（ウ）は双方向ス
イッチング素子２２に流れる電流ＩＳＷの波形を示して
いる。

【００７３】本実施例においては、回路構成上は実施例
１と同等であるが、駆動回路２５の動作のみが異なるも
のとなっている。

【００７４】本実施例においては、双方向スイッチング
素子２２の順導通期間の後、順阻止期間、逆導通期間、
逆阻止期間の順に設けた後、再び順導通期間に入らせる
ものとしている。

【００７５】加えて、駆動回路２５は、逆導通期間を変
化させ、周波数が２５ｋＨｚのほぼ一定の状態で、加熱
パワーを変化させるものとなっている。

【００７６】図９においては、順導通期間Ｔｏｎ１が終
了すると、ｔ９において双方向スイッチング素子２２が
オフされると、ＶＳＷには共振電圧波形が印加される順
阻止期間Ｔｏｆｆ１となり、再びＶＳＷ＝０となるｔ１
０において、駆動回路２５は一旦双方向スイッチング素
子２２をオンとし、逆導通期間Ｔｏｎ２に入る。

【００７７】Ｔ１１においては、駆動回路２５によって
双方向スイッチング素子２２はオフされて逆阻止期間Ｔ
ｏｆｆ２に入る。

【００７８】ｔ１２には、電流ＩＳＷが再び零となり、
駆動回路２５から双方向スイッチング素子２２がオンさ
れ、以降は順導通期間Ｔｏｎ１となる。

【００７９】以上のような動作を繰り返されることによ
り、負荷３０の誘導加熱が行われるものとなる。

【００８０】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を存在させ、かつ逆導通期
間Ｔｏｎ２の長さを変化させることにより、入力パワ
ー、すなわち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２２の損失などの特性が変化するものとな
り、負荷３０の種類、および入力パワーに応じて、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。

【００８１】また、周波数を一定として種類の異なる負
荷３０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。

【００８２】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。

【００８３】（実施例４）第４の実施例における誘導加
熱装置は、駆動回路２５が、双方向スイッチング素子２
２をオフした後、双方向スイッチング素子２２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２２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。

【００８４】図１０は、第２の実施例における誘導加熱
装置が負荷３０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２６
の出力電圧ＶＡＣの瞬時値の絶対値がほぼ１４１Ｖにな
っている期間を拡大したもので、（ア）は駆動回路２５
からのオンオフ信号Ｓｇ、（イ）は双方向スイッチング
素子２２の端子間電圧ＶＳＷ、（ウ）は双方向スイッチ
ング素子２２に流れる電流ＩＳＷの波形を示している。

【００８５】銅バリの磁性ステンレス鍋は、加熱コイル
２１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２２のオフ期間中の共振コンデンサ２４と加熱コ
イル２１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、ｔ１３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。

【００８６】本実施例においては、駆動回路２５による
双方向スイッチング素子２２のスイッチング周波数は、
やはり２５ｋＨｚとなっている。

【００８７】ＶＳＷが零でない時に、双方向スイッチン
グ素子２２がオンされると、平滑コンデンサ２９と共振
コンデンサ２４を通じて双方向スイッチング素子２２に
短絡電流が流れて、双方向スイッチング素子２２の損失
が大となる傾向がある。

【００８８】本実施例では、特に双方向スイッチング素
子２２の端子間電圧の絶対値がほぼ極小となるｔ１４の
時点で、双方向スイッチング素子２２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。

【００８９】なお、ｔ１４におけるＶＳＷの絶対値は４
０Ｖとなっている。

【００９０】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。

【００９１】（実施例５）図８は、本発明の第５の実施
例に用いている双方向スイッチング素子２２の詳細回路
図を示している。

【００９２】その他の部分については、実施例１と全く
同等であり、動作も同じである。

【００９３】図８においては、シリコン半導体によるＭ
ＯＳＦＥＴ４１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４３、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５０に接続されているものとなっている。

【００９４】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い。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】駆動回路５０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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】（実施例６）図１２は、本発明の第６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。

【０１０３】図１２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。

【０１０４】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２１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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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２２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。

【０１０９】（実施例７）図１３は、本発明の第７の実
施例における炊飯器の要部の構成図を示している。

【０１１０】図１３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。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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２１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２２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。

【０１１６】

【発明の効果】以上のように、本発明は特に、加熱コイ
ルと双方向スイッチング素子の直列回路と、前記加熱コ
イルと双方向スイッチング素子の直列回路の両端に接続
した直流電源と、前記加熱コイルと前記双方向スイッチ
ング素子の接続点と前記直流電源の端子間に接続された
共振コンデンサと、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する構成とすることにより、高
効率の装置を実現するものである。

【０１１７】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、拡大動作波形図

【図４】本発明の実施例２における誘導加熱装置の回路
図

【図５】本発明の実施例２における誘導加熱装置の動作
波形図

【図６】同、拡大動作波形図

【図７】同、入力パワーと双方向スイッチング素子の損
失のグラフ

【図８】同、入力パワーとＶＳＷピーク値のグラフ

【図９】本発明の実施例３における誘導加熱装置の動作
波形図

【図１０】本発明の実施例４における誘導加熱装置の動
作波形図

【図１１】本発明の実施例５における双方向スイッチン
グ素子の回路図

【図１２】本発明の実施例６における誘導加熱調理器の
断面図

【図１３】本発明の実施例７における炊飯器の要部構成
図

【図１４】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、１０４、２０３ 加熱コイル ２２ 双方向スイッチング素子 ２３ 直流電源 ２４、３３ 共振コンデンサ ２５、３４、５０ 駆動回路 ３５ 選択手段 ２６ 交流電源 ２７ 整流ブリッジ 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 CD44 3K059 AA02 AA03 CD02 CD19 CD22 4B055 AA03 AA09 DB14 5H007 AA02 BB04 CA02 CB09 CC07 DA04 DC02 DC05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱コイルと双方向スイッチング素子の
   直列回路と、前記加熱コイルと双方向スイッチング素子
   の直列回路の両端に接続した直流電源と、前記加熱コイ
   ルと前記双方向スイッチング素子の接続点と前記直流電
   源の端子間に接続された共振コンデンサと、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する誘
   導加熱装置。
2. 【請求項２】 駆動回路は、双方向スイッチング素子を
   オフした後、逆阻止状態としてから前記双方向スイッチ
   ング素子をオンさせる請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 【請求項３】 駆動回路は選択手段を有し、前記選択手
   段が第１の信号を出力する場合は、双方向スイッチング
   素子をオフした後、逆阻止状態としてから前記双方向ス
   イッチング素子をオンさせ、前記選択手段が第２の信号
   を出力する場合は、双方向スイッチング素子をオフした
   後、逆阻止状態となる前に前記双方向スイッチング素子
   をオンさせる請求項１に記載の誘導加熱装置。
4. 【請求項４】 駆動回路は、双方向スイッチング素子の
   順導通期間の後、順阻止期間、逆導通期間、逆阻止期間
   の順に設けた後、再び順導通期間に入らせる請求項１に
   記載の誘導加熱装置。
5. 【請求項５】 駆動回路は、逆導通期間を変化させ、周
   波数が略一定の状態で加熱パワーを変化させる請求項４
   に記載の誘導加熱装置。
6. 【請求項６】 直流電源は、交流電源と前記交流電源の
   出力に接続された整流ブリッジを有する請求項１から５
   のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
7. 【請求項７】 双方向スイッチング素子は、ＳｉＣ半導
   体を用いた請求項１から請求項６のいずれか１項に記載
   の誘導加熱装置。
8. 【請求項８】 請求項１から７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。
9. 【請求項９】 請求項１から７のいずれか１項に記載の
   誘導加熱装置を有する炊飯器。