JP2006344469A - Induction heating cooker - Google Patents

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Jun Fumiya
潤 文屋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an induction heating cooker wherein a booster circuit is provided between a rectifier circuit and an inverter circuit to supply the raised voltage to the inverter circuit to thereby improve heating efficiency, and wherein the inverter circuit is configured as a full bridge inverter circuit to reduce a load current to thereby improve the heating efficiency more effectively. <P>SOLUTION: The inverter circuit 10 is configured as a full bridge inverter circuit to reduce the load current, and the booster circuit 3 is provided in a front stage of the inverter circuit 10 to improve heating efficiency. Furthermore, a heating coil 21 is formed into a double layer lap winding structure to improve the heating efficiency, and a further improvement in heating efficiency is obtained by adjusting the gap length. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、加熱コイルに高周波電流を供給して被加熱体を誘導加熱する誘導加熱調理器に関するものである。   The present invention relates to an induction heating cooker that supplies a high-frequency current to a heating coil to induction-heat an object to be heated.

従来、「加熱コイルのリッツ線は、40本の素線を一度に束ねて撚り合わせて一次撚りとし、この一次撚りを2束づつ撚り合わせて二次撚りとし、この二次撚りをさらに4束撚り合わせて三次撚りとして構成されている。このようなリッツ線を巻回して構成された加熱コイルは、加熱コイルの全体寸法に対し、素線(含む絶縁層)の体積の占める割合、即ち占積率を増やすと、素線同士がまず密に結合してインダクタンスが大きくなり、鍋との電磁的結合が増加する」ようにした誘導加熱調理器が存在する(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, “the litz wire of the heating coil is bundled with 40 strands at a time and twisted to make a primary twist, and this primary twist is twisted two by two into a secondary twist, and this secondary twist is further bundled into four bundles. The heating coil formed by winding the litz wire is a ratio of the volume of the element wire (including the insulating layer) to the entire dimension of the heating coil, that is, the occupation. There is an induction heating cooker in which when the product ratio is increased, the strands are first tightly coupled to increase the inductance and the electromagnetic coupling with the pan increases (see, for example, Patent Document 1).

また、「金属体から発生した磁界は、漏れ磁界を妨げる方向に働くため、磁界を閉じ込めることで、被加熱体へ向かう磁界量を増加させることが可能となる。従って、磁気伝達損を抑え、加熱効率を向上させることができる」ようにした誘導加熱調理器が存在する(たとえば、特許文献2参照)。   In addition, “the magnetic field generated from the metal body works in a direction to prevent the leakage magnetic field, so it is possible to increase the amount of magnetic field toward the heated object by confining the magnetic field. There is an induction heating cooker that can improve the heating efficiency (see, for example, Patent Document 2).

さらに、「商用電源から供給される交流が、整流回路によって直流に変換され、昇圧回路の入力部、即ち、コイルの一端に直流電圧VINが供給される。他方、昇圧用駆動回路は、方形波の駆動信号VG’を昇圧用スイッチング素子のゲートに出力して、昇圧用スイッチング素子を駆動する。昇圧用スイッチング素子は、駆動信号VG’が方形波のためオン、オフされて、そのコレクタに方形波の電圧VCE’を出力する。昇圧用スイッチング素子のコレクタ電圧VCE’は、ダイオードを介してコンデンサに伝わると、平滑されるとともに昇圧され、VCE’より高い直流電圧VC’となる」ようにした誘導加熱装置が存在する(たとえば、特許文献3参照)。   Further, “AC supplied from a commercial power source is converted into DC by a rectifier circuit, and a DC voltage VIN is supplied to an input portion of the booster circuit, that is, one end of the coil. The drive signal VG ′ is output to the gate of the boosting switching element to drive the boosting switching element.The boosting switching element is turned on and off because the drive signal VG ′ is a square wave, and the collector is squared. The collector voltage VCE ′ of the step-up switching element is smoothed and boosted when transmitted to the capacitor via the diode, and becomes a DC voltage VC ′ higher than VCE ′. There is an induction heating device (see, for example, Patent Document 3).

特開平11−126679号公報(第4頁、第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 11-126679 (page 4, FIG. 1) 特開2003−151745号公報(第3頁、第1図)JP 2003-151745 A (page 3, FIG. 1) 特開2002−246161号公報(第4頁、第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 2002-246161 (page 4, FIG. 1)

特許文献1に記載の誘導加熱調理器は、加熱コイルの構造のみの工夫により加熱効率を向上させるようにしたものである。しかしながら、設定電力を大きく設定した場合においては、加熱コイルに供給される高周波電流の電圧が低下してしまい、それに伴って加熱効率も低減してしまうという問題があった。すなわち、加熱コイルに載置する被加熱体の種類によっては、加熱効率の大幅な向上が困難であり、顕著に加熱性能を向上させることはできなかった。   The induction heating cooker described in Patent Document 1 improves the heating efficiency by devising only the structure of the heating coil. However, when the set power is set large, there is a problem that the voltage of the high-frequency current supplied to the heating coil is lowered, and the heating efficiency is also reduced accordingly. That is, depending on the type of the object to be heated placed on the heating coil, it is difficult to significantly improve the heating efficiency, and the heating performance cannot be remarkably improved.

また、特許文献2に記載の誘導加熱調理器は、金属体を設けて磁気伝達損を低減することで加熱効率を向上させるようにしたものである。言い換えれば、加熱コイルと被加熱体との間の磁気伝達損を低減することによって、加熱効率を相対的に向上するようにしたものである。したがって、加熱コイルの構造や電気回路を特に工夫するものではなく、積極的に加熱効率を向上させるものではなかった。   In addition, the induction heating cooker described in Patent Literature 2 is provided with a metal body to improve the heating efficiency by reducing the magnetic transmission loss. In other words, the heating efficiency is relatively improved by reducing the magnetic transmission loss between the heating coil and the object to be heated. Therefore, the structure and electric circuit of the heating coil are not particularly devised, and the heating efficiency is not positively improved.

さらに、特許文献3に記載の誘導加熱装置は、整流回路とインバータ部との間に直流電圧を昇圧する昇圧回路を設けることで、加熱効率を向上させるようにしたものである。しかしながら、インバータ部の構成が一石電圧共振回路に特化したものであり、インバータ部の回路構成を特に工夫するものではなかった。すなわち、設定電力が大きくなるに伴って加熱コイルの動作周波数が低下することは明らかであり、それを回避するために昇圧回路を設けただけであった。   Furthermore, the induction heating apparatus described in Patent Document 3 is provided with a booster circuit that boosts a DC voltage between the rectifier circuit and the inverter unit, thereby improving the heating efficiency. However, the configuration of the inverter unit is specialized for the monolithic voltage resonance circuit, and the circuit configuration of the inverter unit is not particularly devised. That is, it is clear that the operating frequency of the heating coil decreases as the set power increases, and only a booster circuit is provided to avoid this.

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、効果的に加熱効率の向上を実現することのできる誘導加熱調理器を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an induction heating cooker that can effectively improve heating efficiency.

この発明に係る誘導加熱調理器は、交流電源を全波整流する整流回路と、前記整流回路で全波整流された直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路で昇圧された直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力段に接続され、加熱コイル及び共振コンデンサで構成される共振回路とを備え、前記インバータ回路を直列に接続された2つのスイッチング素子2組で形成されるフルブリッジインバータ回路として構成することを特徴とする。   An induction heating cooker according to the present invention includes a rectifier circuit that full-wave rectifies an AC power supply, a booster circuit that boosts a DC voltage that has been full-wave rectified by the rectifier circuit, and a DC voltage boosted by the booster circuit at a high frequency. Two switching elements, each of which includes an inverter circuit that converts the AC voltage into an AC voltage, and a resonance circuit that is connected to an output stage of the inverter circuit and includes a heating coil and a resonance capacitor, the inverter circuit being connected in series It is characterized by comprising as a full bridge inverter circuit formed by.

この発明に係る誘導加熱調理器は、交流電源を全波整流する整流回路と、前記整流回路で全波整流された直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路で昇圧された直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力段に接続され、加熱コイル及び共振コンデンサで構成される共振回路とを備え、前記インバータ回路を直列に接続された2つのスイッチング素子2組で形成されるフルブリッジインバータ回路として構成するので、インバータ回路損失を低減することができ、加熱効率を向上することが可能になる。また、インバータ回路損失を低減するので、誘導加熱調理器を構成する回路の冷却を容易に実現することも可能になる。   An induction heating cooker according to the present invention includes a rectifier circuit that full-wave rectifies an AC power supply, a booster circuit that boosts a DC voltage that has been full-wave rectified by the rectifier circuit, and a DC voltage boosted by the booster circuit at a high frequency. Two switching elements, each of which includes an inverter circuit that converts the AC voltage into an AC voltage, and a resonance circuit that is connected to an output stage of the inverter circuit and includes a heating coil and a resonance capacitor, the inverter circuit being connected in series Therefore, the inverter circuit loss can be reduced and the heating efficiency can be improved. Moreover, since the inverter circuit loss is reduced, it is possible to easily realize cooling of the circuits constituting the induction heating cooker.

以下、本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器について図面に基づいて説明する。
[実施の形態1]
実施の形態1では、インバータ回路10をフルブリッジインバータ回路で構成し、そのインバータ回路10の前段に昇圧回路3を備えるようにして、加熱コイル21の加熱効率を向上させる場合を例に説明する。
Hereinafter, an induction heating cooker according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
In the first embodiment, a case will be described as an example where the inverter circuit 10 is configured by a full-bridge inverter circuit, and the booster circuit 3 is provided in the previous stage of the inverter circuit 10 to improve the heating efficiency of the heating coil 21.

図1は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器50の回路構成を示す概略構成図である。誘導加熱調理器50は、整流回路2と、昇圧回路3と、インバータ回路10と、共振回路20と、スナバコンデンサ8とで構成されている。また、誘導加熱調理器50は、商用電源1に接続されており、この商用電源1から供給される交流電圧は、整流回路2で直流電圧に変換されるようになっている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a circuit configuration of induction heating cooker 50 according to the first embodiment. The induction heating cooker 50 includes a rectifier circuit 2, a booster circuit 3, an inverter circuit 10, a resonance circuit 20, and a snubber capacitor 8. The induction heating cooker 50 is connected to the commercial power source 1, and the AC voltage supplied from the commercial power source 1 is converted into a DC voltage by the rectifier circuit 2.

整流回路2は、全波整流を行なうダイオードブリッジで構成されており、交流電圧を整流して直流電圧に変換するものである。ここで変換された直流電圧が昇圧回路3に供給されるようになっている。昇圧回路3は、整流回路2で変換された直流電圧を昇圧するものである。この昇圧回路3には、図示省略のリアクトルや平滑コンデンサ等を備えているのが望ましい。ここで昇圧された直流電圧がインバータ回路10に供給されるようになっている。   The rectifier circuit 2 is composed of a diode bridge that performs full-wave rectification, and rectifies an AC voltage to convert it into a DC voltage. The converted DC voltage is supplied to the booster circuit 3. The booster circuit 3 boosts the DC voltage converted by the rectifier circuit 2. The booster circuit 3 preferably includes a reactor, a smoothing capacitor, etc. (not shown). The DC voltage boosted here is supplied to the inverter circuit 10.

インバータ回路10は、整流回路2の正負母線4間に直列に接続された2つのスイッチング素子の2組(スイッチング素子11とスイッチング素子12、スイッチング素子13とスイッチング素子14)で構成されている。すなわち、インバータ回路10は、直列に接続された2つのスイッチング素子2組で形成されるフルブリッジインバータ回路として構成されているのである。ここでは、4つのスイッチング素子がIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)である場合を例に示している。なお、各スイッチング素子には、それぞれのスイッチング素子に逆並列に接続された図示省略のダイオードが備えられているとよい。   The inverter circuit 10 includes two sets of switching elements (switching element 11 and switching element 12, switching element 13 and switching element 14) connected in series between the positive and negative buses 4 of the rectifier circuit 2. That is, the inverter circuit 10 is configured as a full bridge inverter circuit formed by two sets of two switching elements connected in series. Here, a case where the four switching elements are IGBTs (insulated gate bipolar transistors) is shown as an example. Each switching element may be provided with a diode (not shown) connected in antiparallel to each switching element.

インバータ回路10におけるスイッチング素子11とスイッチング素子12、スイッチング素子13とスイッチング素子14の出力点間には、加熱コイル21と共振コンデンサ22とで構成されている共振回路20が接続されている。加熱コイル21と共振コンデンサ22とは、直列共振回路を形成し共振周波数を有するが、インバータ回路10は、その共振周波数よりも高い周波数で駆動されるので、共振回路20が誘導特性を有するようになっている。   A resonance circuit 20 including a heating coil 21 and a resonance capacitor 22 is connected between output points of the switching element 11 and the switching element 12 and the switching element 13 and the switching element 14 in the inverter circuit 10. Although the heating coil 21 and the resonance capacitor 22 form a series resonance circuit and have a resonance frequency, the inverter circuit 10 is driven at a frequency higher than the resonance frequency, so that the resonance circuit 20 has induction characteristics. It has become.

この加熱コイル21に被加熱体(鍋ややかん、フライパン等)7が載置されるようになっており、ユーザからの指示に基づいて加熱が実行されるようになっている。また、スイッチング素子12及びスイッチング素子14のノイズ低減、損失低減を図るためにスナバコンデンサ8がそれぞれのスイッチング素子と並列になるように接続されている。なお、スナバコンデンサ8と抵抗とを直列に接続してスナバ回路を構成して、スイッチング素子12及びスイッチング素子14のノイズ低減、損失低減を図ってもよい。また、インバータ回路10を構成する各スイッチング素子は、図示省略の制御回路で制御されるようになっている。   An object to be heated (a pot, a kettle, a frying pan, etc.) 7 is placed on the heating coil 21, and heating is performed based on an instruction from the user. Further, in order to reduce noise and loss of the switching element 12 and the switching element 14, a snubber capacitor 8 is connected in parallel with each switching element. Note that a snubber circuit may be configured by connecting the snubber capacitor 8 and a resistor in series to reduce noise and loss of the switching element 12 and the switching element 14. Each switching element constituting the inverter circuit 10 is controlled by a control circuit (not shown).

図2は、加熱コイル21の母線電圧に対する加熱効率の実験結果を示す説明図である。この図では、横軸が母線電圧(V)、縦軸が加熱効率(%)をそれぞれ示しており、6つの加熱コイル21(Aコイル〜Fコイル)の実験結果を示している。この6つの加熱コイル21は、巻線仕様(巻数及び撚り数)でインダクタンス(μH)を変化させたものである。つまり、Aコイルから順にインダクタンスが大きくなるように設定されているものである(図3参照)。ここでは、各加熱コイル21に定格電力を投入したときの加熱効率を示している。また、母線電圧とは、昇圧回路3から出力される電圧を示すものとする。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing experimental results of the heating efficiency with respect to the bus voltage of the heating coil 21. In this figure, the horizontal axis indicates the bus voltage (V) and the vertical axis indicates the heating efficiency (%), respectively, and the experimental results of six heating coils 21 (A coil to F coil) are shown. The six heating coils 21 are obtained by changing the inductance (μH) according to the winding specifications (the number of turns and the number of twists). That is, the inductance is set so as to increase in order from the A coil (see FIG. 3). Here, the heating efficiency when rated power is supplied to each heating coil 21 is shown. The bus voltage indicates a voltage output from the booster circuit 3.

図に示すように、各加熱コイル21に定格電力を投入したとき各加熱コイル21に印加される母線電圧は異なる。つまり、各加熱コイル21に定格電力を投入したとき、Aコイルに印加される母線電圧は約140V、Bコイルに印加される母線電圧は約200V、Cコイルに印加される母線電圧は約260V、Dコイルに印加される母線電圧は約350V、Eコイルに印加される母線電圧は約360V、Fコイルに印加される母線電圧は約390Vとなっている。   As shown in the figure, the bus voltage applied to each heating coil 21 is different when rated power is applied to each heating coil 21. That is, when rated power is applied to each heating coil 21, the bus voltage applied to the A coil is about 140V, the bus voltage applied to the B coil is about 200V, the bus voltage applied to the C coil is about 260V, The bus voltage applied to the D coil is about 350V, the bus voltage applied to the E coil is about 360V, and the bus voltage applied to the F coil is about 390V.

また、各加熱コイル21の加熱効率が異なることもわかる。つまり、各加熱コイル21の加熱効率は、母線電圧が約300Vになるまでは母線電圧に比例するように上昇するが(Aコイル〜Cコイル)、母線電圧が約300Vを超えると鈍化してしまう(Dコイル〜Fコイル)ということがわかる。これは、加熱コイル21の巻数増加に伴う層数増加で加熱コイル21と被加熱体7との電磁的結合が悪化する(つまり、漏れ損失が増加する)こと、及び加熱コイル損失が増加することに起因するものであることがわかっている。   It can also be seen that the heating efficiency of each heating coil 21 is different. That is, the heating efficiency of each heating coil 21 increases so as to be proportional to the bus voltage until the bus voltage reaches about 300 V (A coil to C coil), but becomes slow when the bus voltage exceeds about 300 V. It can be seen that (D coil to F coil). This is because the electromagnetic coupling between the heating coil 21 and the object 7 to be heated deteriorates due to the increase in the number of layers accompanying the increase in the number of turns of the heating coil 21 (that is, the leakage loss increases), and the heating coil loss increases. It is known that it is caused by

図3は、無負荷状態での各加熱コイル21のインダクタンスを示す説明図である。ここでは、各加熱コイル21上に被加熱体7を載置しない状態での各加熱コイル21における抵抗値(以下、無負荷時抵抗RSnと称する。)とインダクタンス(LSn)とを計測したものをそれぞれ示している。なお、投入される定格電力の周波数は21kHzで統一されているものとする。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing the inductance of each heating coil 21 in a no-load state. Here, the resistance value (hereinafter referred to as no-load resistance R Sn ) and the inductance (L Sn ) in each heating coil 21 in a state where the heated object 7 is not placed on each heating coil 21 were measured. Each one is shown. It is assumed that the frequency of the rated power to be input is unified at 21 kHz.

図に示すように、各加熱コイル21の無負荷時抵抗RSnは、それぞれ異なっている。つまり、Aコイルから順に無負荷時抵抗RSnが大きくなるようになっている。これは、各加熱コイル21に投入される定格電力から生じる母線電圧も異なるということを示している(図2参照)。言い換えれば、母線電圧を異ならせても定格電力が投入されるようにするには、各加熱コイル21の無負荷時抵抗RSnを変化させなければならないということである。 As shown in the drawing, the no-load resistance R Sn of each heating coil 21 is different. That is, the no-load resistance R Sn increases from the A coil in order. This indicates that the bus voltage generated from the rated power input to each heating coil 21 is also different (see FIG. 2). In other words, it is necessary to change the no-load resistance R Sn of each heating coil 21 in order for the rated power to be input even if the bus voltage is varied.

図4は、加熱コイル21の負荷電流に対する加熱効率の実験結果を示す説明図である。この図では、横軸が負荷電流(A)、縦軸が加熱効率(%)をそれぞれ示しており、6つの加熱コイル21(Aコイル〜Fコイル)の実験結果を示している。図に示すように、各加熱コイル21に定格電力を投入したときの負荷電流は異なる。つまり、各加熱コイル21に定格電力を投入したとき、Aコイルにおける負荷電流は約29A、Bコイルにおける負荷電流は約21A、Cコイルにおける負荷電流は約16A、Dコイルにおける負荷電流は約12A、Eコイルにおける負荷電流は約12A、Fコイルにおける負荷電流は約11Aとなっている。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing experimental results of the heating efficiency with respect to the load current of the heating coil 21. In this figure, the horizontal axis indicates the load current (A) and the vertical axis indicates the heating efficiency (%), respectively, and shows the experimental results of six heating coils 21 (A coil to F coil). As shown in the figure, the load current when the rated power is input to each heating coil 21 is different. That is, when rated power is applied to each heating coil 21, the load current in the A coil is about 29A, the load current in the B coil is about 21A, the load current in the C coil is about 16A, the load current in the D coil is about 12A, The load current in the E coil is about 12A, and the load current in the F coil is about 11A.

また、ここで示す各加熱コイル21の加熱効率は、図2で示した加熱効率に対応しているものとする。つまり、加熱コイル21における負荷電流が約13Aまでは加熱効率に顕著な変化はなく、負荷電流が約15Aを超えると加熱効率は負荷電流に比例するように低下することがわかる。これは、母線電圧の上昇によって負荷電流が低減し、インバータ損失(インバータ回路10の損失)、及び加熱コイル損失(銅損)が低減したことに起因するためである。   The heating efficiency of each heating coil 21 shown here corresponds to the heating efficiency shown in FIG. That is, it can be seen that there is no significant change in the heating efficiency until the load current in the heating coil 21 reaches about 13A, and that the heating efficiency decreases in proportion to the load current when the load current exceeds about 15A. This is because the load current is reduced due to the rise in the bus voltage, and the inverter loss (loss of the inverter circuit 10) and the heating coil loss (copper loss) are reduced.

図5は、加熱コイル21における損失の実験結果を示す説明図である。この図では、AコイルとCコイルとEコイルとの3つの加熱コイル21における漏れ損失(W)と加熱コイル損失(W)とインバータ損失(W)とを示している。また、各グラフにおける上段が漏れ損失を、中断が加熱コイル損失を、下段がインバータ損失をそれぞれ示している。図に示すように、Aコイルにおける損失の総計が一番大きいことがわかる。これは、後述するようにAコイルに2層重ね巻き構造を採用しているからである。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing experimental results of loss in the heating coil 21. In this figure, leakage loss (W), heating coil loss (W), and inverter loss (W) in three heating coils 21 of A coil, C coil, and E coil are shown. In each graph, the upper part shows leakage loss, the interruption shows heating coil loss, and the lower part shows inverter loss. As shown in the figure, the total loss in the A coil is the largest. This is because a two-layer lap winding structure is adopted for the A coil as will be described later.

以上のことから、誘導加熱調理器50における加熱効率を高効率で向上させるには、母線電圧が約300V以上となるように設定することが望ましい。つまり、このような母線電圧となる定格電力が投入されるように加熱コイル21の無負荷時抵抗RSnを設定するとよいのである。また、昇圧回路3の出力段に備えられている図示省略の平滑コンデンサの耐圧を考慮すると、母線電圧を400V以下とすることが望ましい。以上のことから、誘導加熱調理器50には、このような母線電圧を得ることが可能な無負荷時抵抗RSnを有し、その母線電圧に耐え得る加熱コイル21を備えるようにするのが望ましいことがわかる。 From the above, in order to improve the heating efficiency in the induction heating cooker 50 with high efficiency, it is desirable to set the bus voltage to be about 300 V or higher. That is, the no-load resistance R Sn of the heating coil 21 may be set so that the rated power as such a bus voltage is input. In consideration of the withstand voltage of a smoothing capacitor (not shown) provided in the output stage of the booster circuit 3, it is desirable that the bus voltage be 400 V or less. From the above, the induction heating cooker 50 includes the heating coil 21 that has the no-load resistance R Sn that can obtain such a bus voltage and can withstand the bus voltage. It turns out to be desirable.

次に、誘導加熱調理器50の動作について説明する。
誘導加熱調理器50に商用電源1から交流電圧が供給されると、その交流電圧は、整流回路2で全波整流されて直流電圧に変換される。変換された直流電圧は、脈流電圧波形を示し、昇圧回路3に入力される。昇圧回路3は、この直流電圧を略リプルの無い直流電圧に変換する。この直流電圧(母線電圧)に対する各加熱コイル21の加熱効率を示したものが、図2に示した実験結果である。
Next, the operation of the induction heating cooker 50 will be described.
When an AC voltage is supplied from the commercial power source 1 to the induction heating cooker 50, the AC voltage is full-wave rectified by the rectifier circuit 2 and converted to a DC voltage. The converted DC voltage shows a pulsating voltage waveform and is input to the booster circuit 3. The booster circuit 3 converts this DC voltage into a DC voltage having substantially no ripple. The experimental results shown in FIG. 2 show the heating efficiency of each heating coil 21 with respect to this DC voltage (bus voltage).

インバータ回路10は、フルブリッジインバータ回路として構成されているので、ハーフブリッジインバータ回路として構成するよりも負荷電流をさらに低減することができる。また、誘導加熱調理器50は、昇圧回路3を備えており、この昇圧回路3によって直流電圧を昇圧してからインバータ回路10に直流電圧を供給するので、昇圧回路3を設けないときに比べてさらに加熱効率は向上する。   Since the inverter circuit 10 is configured as a full bridge inverter circuit, the load current can be further reduced as compared with the case where the inverter circuit 10 is configured as a half bridge inverter circuit. Further, the induction heating cooker 50 includes the booster circuit 3 and boosts the DC voltage by the booster circuit 3 and then supplies the DC voltage to the inverter circuit 10, so that the booster circuit 3 is not provided. Furthermore, the heating efficiency is improved.

インバータ回路10を構成するスイッチング素子11及びスイッチング素子12は、図示省略の制御回路(インバータ制御手段等)から出力される駆動信号によりオン/オフ駆動される。また、インバータ回路10を構成するスイッチング素子13及びスイッチング素子14も同様に、図示省略の制御回路から出力される駆動信号によりオン/オフ駆動される。   The switching element 11 and the switching element 12 constituting the inverter circuit 10 are turned on / off by a drive signal output from a control circuit (not shown) (not shown). Similarly, the switching element 13 and the switching element 14 constituting the inverter circuit 10 are also turned on / off by a drive signal output from a control circuit (not shown).

なお、制御回路は、スイッチング素子11をオンさせている間はスイッチング素子12をオフにし、スイッチング素子11をオフさせている間はスイッチング素子12をオンにするというように、スイッチング素子11とスイッチング素子12とを交互にオン/オフする駆動信号を出力するようになっている。同様に、スイッチング素子13とスイッチング素子14とを交互にオン/オフする駆動信号を出力するようになっている。   The control circuit turns off the switching element 12 while the switching element 11 is turned on, and turns on the switching element 12 while the switching element 11 is turned off. The drive signal for alternately turning on / off 12 is output. Similarly, a drive signal for alternately turning on / off the switching element 13 and the switching element 14 is output.

次に、インバータ回路10のスイッチング及び共振回路20への印加電圧のタイミングについて説明する。このインバータ回路10は、スイッチング素子11とスイッチング素子12、スイッチング素子13とスイッチング素子14は、180度位相をずらした状態であり、それぞれ所定の周波数で高周波駆動されている。つまり、スイッチング素子11とスイッチング素子13、スイッチング素子12とスイッチング素子14の通電率(オン時間比)を調整することで加熱コイル21の加熱出力を制御するようになっているのである。   Next, the switching of the inverter circuit 10 and the timing of the voltage applied to the resonance circuit 20 will be described. In this inverter circuit 10, the switching element 11 and the switching element 12, the switching element 13 and the switching element 14 are 180 degrees out of phase, and each is driven at a high frequency at a predetermined frequency. That is, the heating output of the heating coil 21 is controlled by adjusting the energization rate (on-time ratio) of the switching element 11 and switching element 13 and the switching element 12 and switching element 14.

以上のように、インバータ回路10の前段に昇圧回路3を設けて母線電圧を約300V〜400Vとし、さらにインバータ回路10をフルブリッジインバータ回路として構成するようにしているので、昇圧回路3を設けない時よりも加熱効率を向上させることが可能となる。また、母線電圧は昇圧回路3により略リプルの無い直流電圧へと変換されるので、商用周波数に起因する鍋振動を防止することも可能となる。   As described above, the booster circuit 3 is provided in the previous stage of the inverter circuit 10 so that the bus voltage is about 300 V to 400 V, and the inverter circuit 10 is configured as a full bridge inverter circuit, so the booster circuit 3 is not provided. It becomes possible to improve heating efficiency than time. Further, since the bus voltage is converted into a DC voltage substantially free of ripples by the booster circuit 3, it is possible to prevent pan vibration caused by the commercial frequency.

[実施の形態2]
実施の形態2では、加熱コイル21の巻き構造及び巻線仕様(巻数や撚り数)により、さらに誘導加熱調理器50における加熱効率を向上させる場合を例に説明する。つまり、実施の形態1と併せて誘導加熱調理器50を構成するようにすれば、さらに高効率な加熱効率を得ることが可能になるのである。
[Embodiment 2]
In the second embodiment, a case where the heating efficiency in the induction heating cooker 50 is further improved by the winding structure and winding specifications (the number of turns and the number of twists) of the heating coil 21 will be described as an example. That is, if the induction heating cooker 50 is configured in combination with the first embodiment, it is possible to obtain a higher efficiency of heating efficiency.

まず、加熱コイル21の巻き構造について説明する。
図6は、加熱コイル21の巻線構造を示すコイル上面図である。撚り構造を持つ巻線をコイルベース9上に巻き回す際、1ターン目を図の(a)とすると、次なる2ターン目(b)は(a)の斜め下段に入り込むように巻き回し、次なる3ターン目(c)は(b)の斜め上段に巻き回すようにする。
First, the winding structure of the heating coil 21 will be described.
FIG. 6 is a coil top view showing the winding structure of the heating coil 21. When winding a winding having a twisted structure on the coil base 9, if the first turn is (a) in the figure, the next second turn (b) is wound so as to enter the diagonally lower stage of (a), The next third turn (c) is wound around the diagonally upper part of (b).

こうすることで(c)は、(a)と同一平面に戻ることになる。これを所定の回数繰り返して、目的の巻き数にするとよい。なお、ここでは巻き数を9ターンとしている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。また、1ターン目(a)から順に外周方向へと巻き回すようにしているが、(a)を最外周とし、順に内周方向へと巻き回してもよい。   By doing so, (c) returns to the same plane as (a). This may be repeated a predetermined number of times to achieve the desired number of turns. In addition, although the case where the winding number is 9 turns is shown here as an example, it is not limited to this. Moreover, although it is made to wind in the outer peripheral direction in order from the 1st turn (a), (a) may be made into the outermost periphery, and you may wind in the inner peripheral direction in order.

図7は、加熱コイル21の断面を示す断面図である。ここでは、図6で示したように所定の巻き数となった加熱コイル21の断面を示している。このように巻き回して形成された加熱コイル21を2層重ね巻き構造と称することにする。加熱コイル21をこのような2層重ね巻き構造とすれば、加熱コイル21の層数を2としても、加熱コイル21の巻線と天板下面との間隙(以下、ギャップと称する)を小さくすること可能になるからである。すなわち、加熱コイル21と被加熱体7との十分な電磁的結合を得ることができるので、漏れ損失を低減することが可能となるのである。なお、この2層重ね巻き構造をAコイルに採用しているものとする。したがって、Aコイルの漏れ損失が他の加熱コイル21に比べて低減されているのである(図5参照)。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing a cross section of the heating coil 21. Here, the cross section of the heating coil 21 having a predetermined number of turns as shown in FIG. 6 is shown. The heating coil 21 formed by winding in this way will be referred to as a two-layer overlapping structure. If the heating coil 21 has such a two-layered structure, even if the number of layers of the heating coil 21 is two, the gap (hereinafter referred to as a gap) between the winding of the heating coil 21 and the bottom surface of the top plate is reduced. Because it becomes possible. That is, since sufficient electromagnetic coupling between the heating coil 21 and the heated object 7 can be obtained, leakage loss can be reduced. It is assumed that this two-layer overlapping structure is adopted for the A coil. Therefore, the leakage loss of the A coil is reduced compared to the other heating coils 21 (see FIG. 5).

次に、加熱コイル21の巻線仕様について説明する。
前述のように、定格電力を投入する際に母線電圧を上げるには、無負荷時抵抗RSnを増加させて負荷インピーダンスを大きくする必要がある。この無負荷時抵抗RSnを増加させるために、単純に加熱コイル21の巻数増加を行なうと、層数増加を伴うことになり上述したように漏れ損失が増加してしまうことになってしまう。この漏れ損失を増加させずに、かつ、加熱コイル21の層数を増やさずに無負荷時抵抗RSnを増加させるには、加熱コイル21のコイル断面積を小とする必要がある(式(1))。しかしながら、こうすると、今度は加熱コイル損失が増加してしまうことになる。
Next, the winding specification of the heating coil 21 will be described.
As described above, in order to increase the bus voltage when applying the rated power, it is necessary to increase the load impedance by increasing the no-load resistance R Sn . If the number of turns of the heating coil 21 is simply increased in order to increase the no-load resistance R Sn , the number of layers will increase and leakage loss will increase as described above. In order to increase the no-load resistance R Sn without increasing the leakage loss and without increasing the number of layers of the heating coil 21, it is necessary to reduce the coil cross-sectional area of the heating coil 21 (formula ( 1)). However, this will in turn increase the heating coil loss.

Figure 2006344469
L(m)は、コイルの巻数(つまり、層数)に相当するコイルの長さを、S(m2 )は、コイルの撚り数(つまり、コイル断面積)に相当するコイル断面積を、ρ(Ω・m)は、コイル線の材質による抵抗率をそれぞれ示している。したがって、加熱コイル損失をも低減するような巻線仕様の加熱コイル21を誘導加熱調理器50に備えるようにするのが望ましいことがわかる。
Figure 2006344469
L (m) is the coil length corresponding to the number of turns of the coil (that is, the number of layers), and S (m 2 ) is the coil cross-sectional area corresponding to the number of twists of the coil (that is, the coil cross-sectional area), ρ (Ω · m) indicates the resistivity depending on the material of the coil wire. Therefore, it can be seen that it is desirable to provide the induction heating cooker 50 with the heating coil 21 having a winding specification that also reduces the heating coil loss.

図8は、加熱コイル21における損失の実験結果を示す説明図である。この図では、CコイルとDコイルとFコイルとの3つの加熱コイル21における漏れ損失(W)と加熱コイル損失(W)とインバータ損失(W)を示している。また、各グラフにおける上段が漏れ損失を、中断が加熱コイル損失を、下段がインバータ損失をそれぞれ示している。Fコイルは、Cコイル、Dコイルよりもコイル断面積が小となるように構成されているものとする。そのために、Fコイルの加熱コイル損失が他の加熱コイル21に比べて増加していることが分かる。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing experimental results of loss in the heating coil 21. In this figure, leakage loss (W), heating coil loss (W), and inverter loss (W) in three heating coils 21 of C coil, D coil, and F coil are shown. In each graph, the upper part shows leakage loss, the interruption shows heating coil loss, and the lower part shows inverter loss. The F coil is assumed to have a smaller coil cross-sectional area than the C coil and the D coil. Therefore, it can be seen that the heating coil loss of the F coil is increased compared to the other heating coils 21.

以上より、誘導加熱調理器50における損失を低減して加熱効率を向上させるには、加熱コイル21の漏れ損失を増加させることなく(つまり、層数を増やすことなく)、かつ、加熱コイル損失を増加させることのない加熱コイル巻線仕様を得ることが要求されるということがわかる。この加熱コイル損失(PC )は、加熱コイル21の無負荷時抵抗RSnと負荷電流IR から算出される(式(2))。

Figure 2006344469
From the above, in order to reduce the loss in the induction heating cooker 50 and improve the heating efficiency, the leakage loss of the heating coil 21 is not increased (that is, the number of layers is not increased), and the heating coil loss is reduced. It can be seen that it is required to obtain a heating coil winding specification that does not increase. This heating coil loss (P C ) is calculated from the no-load resistance R Sn and the load current I R of the heating coil 21 (formula (2)).
Figure 2006344469

図9は、加熱コイル21の負荷電流IR 及び無負荷時抵抗RSn、加熱コイル損失PC の実験結果を示す説明図である。ここでは、Bコイル、Cコイル、Dコイル、Fコイルの4つの加熱コイル21を示してある。それらの加熱コイル21は、加熱効率の高低で選定したものである。つまり、加熱効率が高い加熱コイル21(Cコイル、Dコイル、Fコイル)と加熱効率が比較的高くない加熱コイル21(Bコイル)とを照合するようにしたものである(図2参照)。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing experimental results of the load current I R, the no-load resistance R Sn , and the heating coil loss P C of the heating coil 21. Here, four heating coils 21 of B coil, C coil, D coil, and F coil are shown. Those heating coils 21 are selected based on the heating efficiency. That is, the heating coil 21 (C coil, D coil, F coil) with high heating efficiency is compared with the heating coil 21 (B coil) with relatively low heating efficiency (see FIG. 2).

Bコイルのように無負荷時抵抗RSnが小さいと、定格電力を得るのに負荷電流IR が顕著に大きくなり、それに伴って加熱コイル損失PC も顕著に増大することがわかる。逆に、Fコイルのように無負荷時抵抗RSnが大きいと、負荷電流IR は小さくなるものの加熱コイル損失PC は増加傾向を示すようになることがわかる。このことから、無負荷時抵抗RSn≒0.3Ω〜0.7Ωとすることで加熱コイル損失PC が最小値となるという結果を得ることができた。したがって、加熱コイル損失Pを低減して高効率な誘導加熱調理器50を得るには、無負荷時抵抗RSn≒0.3Ω〜0.7Ωとすることが望ましいことがわかる。 When no load resistor R Sn as B coil is small, the load current I R for obtaining the rated power becomes remarkably large, the heating coil loss P C it can be seen that significantly increased accordingly. Conversely, it can be seen that when the no-load resistance R Sn is large as in the F coil, the load current I R becomes small, but the heating coil loss P C tends to increase. From this, it was possible to obtain the result that the heating coil loss P C becomes the minimum value by setting the resistance at no load R Sn ≈0.3Ω to 0.7Ω. Therefore, it can be seen that in order to reduce the heating coil loss P and to obtain a highly efficient induction heating cooker 50, it is desirable to set the resistance at no load R Sn ≈0.3Ω to 0.7Ω.

以上のように、実施の形態1に加え、加熱コイル21の巻き構造を2層重ね巻き構造とし、かつ、加熱コイル21の無負荷時抵抗RSnが0.3Ω〜0.7Ωとなるような巻線仕様とすることで、加熱コイル損失PC 及び漏れ損失を低減することが可能となり、実施の形態1よりもさらに加熱効率を向上させることができるようになるのである。さらに、加熱コイル損失PC の低減により、加熱コイル21の冷却も容易に実現できるようになる。 As described above, in addition to the first embodiment, the heating coil 21 has a two-layer winding structure, and the no-load resistance R Sn of the heating coil 21 is 0.3Ω to 0.7Ω. by winding specifications, it is possible to reduce the heating coil losses P C and leakage losses, is to be able to be improved further heating efficiency than in the first embodiment. Furthermore, by reducing the heating coil loss P C, also it can be easily realized cooling of the heating coil 21.

[実施の形態3]
実施の形態3では、ギャップ(加熱コイル21の巻線と天板下面との間隙)を限定することにより、さらに加熱コイル21の加熱効率を向上させる場合を例に説明する。つまり、実施の形態1と実施の形態2とを併せて誘導加熱調理器50を構成するようにすれば、さらに高効率な加熱効率を得ることが可能になるのである。
[Embodiment 3]
In the third embodiment, a case in which the heating efficiency of the heating coil 21 is further improved by limiting the gap (the gap between the winding of the heating coil 21 and the bottom surface of the top plate) will be described as an example. That is, if the induction heating cooker 50 is configured by combining the first embodiment and the second embodiment, it is possible to obtain a higher efficiency of heating efficiency.

図10は、実施の形態3に係る誘導加熱調理器50の断面を示す構成断面図である。ギャップは、加熱コイル21の巻線上面と天板5の下面との空気層として構成され、加熱コイル21のコイルベース9に設けられた図示省略のスペーサ等によって保持されるようになっている。   FIG. 10 is a configuration cross-sectional view showing a cross section of induction heating cooker 50 according to the third embodiment. The gap is configured as an air layer between the upper surface of the winding of the heating coil 21 and the lower surface of the top plate 5, and is held by a spacer (not shown) provided on the coil base 9 of the heating coil 21.

図11は、誘導加熱調理器50のギャップの長さに対する加熱効率の実験結果を示す説明図である。この図では、横軸がギャップ(mm)、縦軸が加熱効率(%)をそれぞれ示している。図に示すように、ギャップの長さによって加熱効率は異なる。つまり、ギャップを長く設定すると、加熱コイル21と被加熱体7との電磁的結合が弱くなり加熱効率が低下してしまうということである。   FIG. 11 is an explanatory diagram showing experimental results of the heating efficiency with respect to the gap length of the induction heating cooker 50. In this figure, the horizontal axis indicates the gap (mm), and the vertical axis indicates the heating efficiency (%). As shown in the figure, the heating efficiency varies depending on the length of the gap. That is, if the gap is set to be long, the electromagnetic coupling between the heating coil 21 and the object to be heated 7 is weakened and the heating efficiency is lowered.

このギャップの長さによる加熱効率への影響について説明する。
図11は、母線電圧を一定として定格電力を投入した場合における加熱コイル21の加熱効率を示す実験データである。この実験データによれば、ギャップが約2.5mm以下では漏れ損失の差異が比較的少なく、加熱効率の顕著な変化はないことがわかる。しかしながら、ギャップが約2.5mm以上になるに従い漏れ損失は増加し、加熱効率が低下してしまうことがわかる。したがって、高効率な加熱効率を得るには、ギャップを約2.5mm以下とすることが望ましいことがわかる。
The influence of the gap length on the heating efficiency will be described.
FIG. 11 is experimental data showing the heating efficiency of the heating coil 21 when the rated power is input while keeping the bus voltage constant. According to this experimental data, it can be seen that when the gap is about 2.5 mm or less, the difference in leakage loss is relatively small, and there is no significant change in heating efficiency. However, it can be seen that the leakage loss increases and the heating efficiency decreases as the gap becomes about 2.5 mm or more. Therefore, it can be seen that the gap is desirably about 2.5 mm or less in order to obtain high heating efficiency.

以上のように、実施の形態1及び実施の形態2に加え、加熱コイル21の巻線と天板5の下面との間隙であるギャップを約2.5mm以下とすることで、加熱コイル21の漏れ損失を抑制することが可能となり、実施の形態1及び実施の形態2よりさらに高効率な加熱効率の誘導加熱調理器50を得ることが可能になる。   As described above, in addition to the first embodiment and the second embodiment, the gap that is the gap between the winding of the heating coil 21 and the lower surface of the top plate 5 is set to about 2.5 mm or less. Leakage loss can be suppressed, and the induction heating cooker 50 having a higher heating efficiency than that of the first and second embodiments can be obtained.

実施の形態1に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the circuit structure of the induction heating cooking appliance which concerns on Embodiment 1. FIG. 加熱コイルの母線電圧に対する加熱効率の実験結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the experimental result of the heating efficiency with respect to the bus-line voltage of a heating coil. 無負荷状態での各加熱コイルのインダクタンスを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the inductance of each heating coil in a no-load state. 加熱コイルの負荷電流に対する加熱効率の実験結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the experimental result of the heating efficiency with respect to the load current of a heating coil. 加熱コイルにおける損失の実験結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the experimental result of the loss in a heating coil. 加熱コイルの巻線構造を示すコイル上面図である。It is a coil top view which shows the winding structure of a heating coil. 加熱コイルの断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross section of a heating coil. 加熱コイルにおける損失の実験結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the experimental result of the loss in a heating coil. 負荷電流、無負荷時抵抗、加熱コイル損失の実験結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the experimental result of load current, a no-load resistance, and a heating coil loss. 誘導加熱調理器におけるギャップの状態を示す構成断面図である。It is composition sectional drawing which shows the state of the gap in an induction heating cooking appliance. ギャップの長さに対する加熱効率の実験結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the experimental result of the heating efficiency with respect to the length of a gap.

符号の説明Explanation of symbols

1 商用電源、2 整流回路、3 昇圧回路、4 正負母線、5 天板、7 被加熱体、8 スナバコンデンサ、9 コイルベース、10 インバータ回路、11 スイッチング素子、12 スイッチング素子、13 スイッチング素子、14 スイッチング素子、20 共振回路、21 加熱コイル、22 共振コンデンサ、50 誘導加熱調理器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Commercial power supply, 2 Rectifier circuit, 3 Booster circuit, 4 Positive / negative bus, 5 Top plate, 7 Heated object, 8 Snubber capacitor, 9 Coil base, 10 Inverter circuit, 11 Switching element, 12 Switching element, 13 Switching element, 14 Switching element, 20 resonance circuit, 21 heating coil, 22 resonance capacitor, 50 induction heating cooker.

Claims (6)

交流電源を全波整流する整流回路と、
前記整流回路で全波整流された直流電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路で昇圧された直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力段に接続され、加熱コイル及び共振コンデンサで構成される共振回路とを備え、
前記インバータ回路を直列に接続された2つのスイッチング素子2組で形成されるフルブリッジインバータ回路とする
ことを特徴とする誘導加熱調理器。
A rectifier circuit for full-wave rectification of the AC power supply;
A booster circuit that boosts a DC voltage that has been full-wave rectified by the rectifier circuit;
An inverter circuit that converts the DC voltage boosted by the booster circuit into a high-frequency AC voltage;
A resonance circuit connected to the output stage of the inverter circuit and composed of a heating coil and a resonance capacitor;
An induction heating cooker characterized in that the inverter circuit is a full-bridge inverter circuit formed by two sets of two switching elements connected in series.
前記昇圧回路には、
昇圧する直流電圧の電圧値をあらかじめ所定の電圧値となるように設定してある
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。
In the booster circuit,
The induction heating cooker according to claim 1, wherein the voltage value of the DC voltage to be boosted is set in advance to be a predetermined voltage value.
前記昇圧回路に設定されている所定の電圧値を300V〜400Vとする
ことを特徴とする請求項1または2に記載の誘導加熱調理器。
The induction heating cooker according to claim 1 or 2, wherein a predetermined voltage value set in the booster circuit is 300V to 400V.
前記加熱コイルを、
巻き線を2層とする2層重ね巻き構造とする
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。
The heating coil;
The induction heating cooker according to claim 1, wherein the induction heating cooker has a two-layer wrapping structure with two windings.
前記加熱コイル上に被加熱体を載置しないときにおける前記加熱コイルの抵抗値を、0.3Ω〜0.7Ωとする
ことを特徴とする請求項4に記載の誘導加熱調理器。
The induction heating cooker according to claim 4, wherein a resistance value of the heating coil when the object to be heated is not placed on the heating coil is 0.3Ω to 0.7Ω.
前記加熱コイルの巻き線と前記加熱コイルの上面に配置される天板との間隙であるギャップを、2.5mm以下とする
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の誘導加熱調理器。

The induction heating according to any one of claims 1 to 5, wherein a gap that is a gap between a winding of the heating coil and a top plate disposed on an upper surface of the heating coil is 2.5 mm or less. Cooking device.

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