JP2010267424A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数個の加熱コイルに対して、加熱コイルの個数より少ない個数のインバータ部を有する誘導加熱装置を提供すること。
【解決手段】制御手段１３は、１個のインバータ部（第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６、第３のスイッチング素子７）のオン／オフを制御することにより、２個の加熱コイル（第１の加熱コイル９および第２の加熱コイル１１）もしくは１個の加熱コイルに供給する高周波電流を制御することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般家庭やオフィス、レストラン、工場などで使用される誘導加熱装置に関するものであり、さらに詳しくは１個のインバータ部により２個の加熱コイルに同時に電流を供給し、スイッチング素子のオン／オフ時の電力損失を低減する誘導加熱装置である。

従来、このような誘導加熱装置は、例えば、天板上に設定された調理具載置範囲下方に誘導加熱コイルが配設され、この誘導加熱コイルによって調理具が加熱されるＩＨコンロ装置であって、調理具載置範囲内の調理具の有無を検知する調理具検知機能を備え、調理具が載置されている場合に誘導加熱コイルを作動させるインバータ部を有するものにおいて、上記調理具載置範囲より小さい複数個の誘導加熱コイルを天板に対して平行に並設し、各誘導加熱コイルに各々インバータ部を接続したことを特徴とする誘導加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、従来の誘導加熱装置として、特許文献１における誘導加熱装置について、図を用いて説明する。

図６は、特許文献１に記載された従来のＩＨコンロ装置の誘導加熱コイルの配設状態を示す図である。図６に示すように、ＩＨ加熱部２２のほぼ全域をカバーするように、小径の誘導加熱コイル２３を配設し、誘導加熱コイル２３の直径を適宜変更して、配設する誘導加熱コイル２３の個数を増減することができる。これらの誘導加熱コイル２３は、すべて同一の形状であり、各誘導加熱コイル２３に各々インバータ部２４を接続している。これらのインバータ部２４は、全て互いに同じものであり、調理具の有無を判別する調理具検知機能を備えた構成にしている。

従って、小径の調理具２５を天板上に載置すると、小径の調理具２５が覆う中央の４個の誘導加熱コイル２３が作動して磁束を発生させるが、小径の調理具２５から外れた８個の誘導加熱コイル２３には通電されず、従って磁束は発生されない。

このため、中央の４個の誘導加熱コイル２３が発生する磁束は、小径の調理具２５内へ流れて漏洩することがなく、また、外れた８個の誘導加熱コイル２３は磁束を発生させないので、結果として、磁束を漏洩させることなく、かつ中央の４個の誘導加熱コイル２３を効率よく作動させることができるものである。

特開２００７−２８７５９０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、複数個の加熱コイルに対して、それぞれインバータ部が接続されるため、例えば、２個の加熱コイルを制御するには、２個のインバータ部が必要になるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、２個の加熱コイルを加熱コイルの個数より少ない１個のインバータ部を制御することにより、２個の加熱コイルに同時に高周波電
流を供給する誘導加熱装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、１個のインバータ部に対して、２個の加熱コイルを接続し、鍋検知手段からの信号を制御手段が受信し、制御手段が１個のインバータ部（第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子）のオン／オフを制御するとしたものである。

これによって、２個もしくは１個の加熱コイルに供給される高周波電流を制御することが可能となる。

本発明の誘導加熱装置は、鍋検知手段からの信号を制御手段が受信し、制御手段が１個のインバータ部のオン／オフを制御することにより、２個もしくは１個の加熱コイルに供給される高周波電流を制御することが可能であるため、あらゆる大きさの鍋を効率的に加熱することができる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の要部概略回路図 （ａ）本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の大径鍋の配置図（ｂ）本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の小径鍋の配置図 （ａ）本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の大径鍋配置時の第１の加熱コイル電流波形図（ｂ）本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の大径鍋配置時の第２の加熱コイル電流波形図 （ａ）本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の小径鍋配置時の第１の加熱コイル電流波形図（ｂ）本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の小径鍋配置時の第２の加熱コイル電流波形図 （ａ）本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の各スイッチング素子の駆動信号波形図（ｂ）本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の第１のスイッチング素子５の電圧・電流波形図（ｃ）本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の第２のスイッチング素子６の電圧・電流波形図（ｄ）本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の第３のスイッチング素子７の電圧・電流波形図 従来のＩＨコンロ装置の誘導加熱コイルの配設状態を示す図

第１の発明は、商用電源と、前記商用電源に接続された交流電圧を整流する整流手段と、前記整流手段に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの高電位端子に一端を接続された共振インダクタと、前記共振インダクタの他端に高電位端子（ＩＧＢＴの場合はコレクタ、ＭＯＳＦＥＴの場合はドレイン）を接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の低電位端子（ＩＧＢＴの場合はエミッタ、ＭＯＳＦＥＴの場合はソース）に高電位端子を接続された第２のスイッチング素子と、互いに直列接続され前記第２のスイッチング素子に並列接続された第１の加熱コイルおよび第１の共振コンデンサと、前記第１の平滑コンデンサの高電位端子にアノード端子を接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソード端子に一端を接続され他端を前記第１のスイッチング素子の低電位端子に接続された第２の共振コンデンサと、互いに直列接続され前記第２の共振コンデンサに並列接続された第２の加熱コイルおよび第３のスイッチング素子と、前記第１の加熱コイルの中心点に配置された第１の鍋検知手段と、前記第２の加熱コイルの中心点に配置された第２の鍋検知手段と、前記第１の鍋検知手段および前記第２の鍋検知手段から発信される鍋検知信号を受信し、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子、前記第３のスイッチング素子のオン／オフを制御する制御手段を備え
ることにより、１個のインバータ部（第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子）が２個もしくは１個の加熱コイルに供給する高周波電流を制御することとなり、誘導加熱装置の小型化を可能とすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の制御手段を第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子のオン／オフを制御することにより、第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルに同時に高周波電流を供給するとしたことにより、第１の加熱コイルの外径より鍋底径が大きい鍋を効率的に加熱することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の制御手段を第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子のオン／オフを制御することにより、第１の加熱コイルのみに高周波電流を供給するとしたことにより、第１の加熱コイルの外径より鍋底径が小さい鍋を効率的に加熱することができる。

第４の発明は、特に、第１または第２の発明の制御手段を第３のスイッチング素子のオン／オフを制御することにより、共振インダクタと第２の共振コンデンサによる電流共振を発生させ、第１のスイッチング素子のオン期間の任意の時点で零電流において前記第１のスイッチング素子をオフさせるとしたことにより、前記第１のスイッチング素子のオフ時の電力損失の低減ができる。

第５の発明は、特に、第１または第２の発明の制御手段を第３のスイッチング素子のオン／オフを制御することにより、第２の加熱コイルと第２の共振コンデンサによる電流共振を発生させ、第３のスイッチング素子を零電流においてオンおよびオフさせるとしたことにより、前記第３のスイッチング素子のオンおよびオフ時の電力損失の低減ができる。

第６の発明は、特に、第１または第２の発明の制御手段を第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子のオン／オフを一定周波数において制御することにより、互いに隣接する加熱コイル間の干渉音の発生を抑制するとしたことにより、互いに隣接する加熱コイル間に干渉音が発生することがないため、静音が要求される一般家庭やオフィス、レストランにおいて快適に使用することができる。

第７の発明は、特に、第１または第２の発明の制御手段を第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルのそれぞれの中心点に配置された第１の鍋検知手段および第２の鍋検知手段により、加熱コイル上面に置かれる鍋の大きさを判定するとしたことにより、加熱コイル上面に置かれる鍋の大きさを容易に判定することができる。

第８の発明は、特に、第１または第２の発明の制御手段を第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子のオン／オフを制御することにより、鍋を検知した鍋検知手段が配置される加熱コイルのみに高周波電流を供給するとしたことにより、鍋の大きさに応じてインバータ部を制御することとなり、インバータ部を効率的に動作させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の要部概略回路図を示すものである。

図１において、商用電源１からの商用電圧を整流するダイオードブリッジからなる整流
手段２の高電位出力側には平滑コンデンサ３（電解コンデンサ）の高電位端子が接続されており、整流手段２の低電位出力側には平滑コンデンサ３（電解コンデンサ）の低電位端子が接続されている。

平滑コンデンサ３の高電位端子には共振インダクタ４の一端が接続されており、共振インダクタ４の他端には第１のスイッチング素子５の高電位端子（ＩＧＢＴの場合はコレクタ、ＭＯＳＦＥＴの場合はドレイン）が接続されている。

第１のスイッチング素子５の低電位端子（ＩＧＢＴの場合にはエミッタ、ＭＯＳＦＥＴの場合にはソース）には、第２のスイッチング素子６の高電位端子が接続されており、第２のスイッチング素子６に互いに直列接続された第１の加熱コイル９および第１の共振コンデンサ８が並列に接続されている。

平滑コンデンサ３の高電位端子にはダイオード１２のアノード端子が接続されており、ダイオード１２のカソード端子には第２の共振コンデンサ１０の一端が接続されている。

第２の共振コンデンサ１０の他端には第１のスイッチング素子６の低電位端子が接続されており、第２の共振コンデンサ１０に互いに直列接続された第２の加熱コイル１１および第３のスイッチング素子７が並列に接続されている。

第１の加熱コイル９および第２の加熱コイル１１の中心点にはそれぞれ第１の鍋検知手段１４および第２の鍋検知手段１５が配置されている。

制御手段１３は、第１の鍋検知手段１４および第２の鍋検知手段１５からの鍋検知信号を受信し、スイッチング素子駆動信号を第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６、第３のスイッチング素子７に出力している。

制御手段１３から出力されるスイッチング素子駆動信号は、第１の加熱コイル９および第２の加熱コイル１１に所定の高周波電流が供給されるように設定されている。

また第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６、第３のスイッチング素子７はそれぞれ逆導通ダイオードを内蔵している。

以上のように構成された誘導加熱装置において、以下その動作、作用を説明する。

まず、商用電源１が投入され、互いに隣接された第１の加熱コイル９および第２の加熱コイル１１の上面に鍋が置かれると、制御手段１３は、第１の鍋検知手段１４および第２の鍋検知手段１５からの鍋検知信号を受信し、制御手段１３から第１のスイッチング素子５に駆動信号を出力し、平滑コンデンサ３を第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６、第３のスイッチング素子７から構成されるインバータ部の電源として、第１のスイッチング素子５を介して、第１の加熱コイル９に高周波電流を供給する第１の電力供給モードとなる。

第１の電力供給モードにおいて、制御手段１３から第３のスイッチング素子７に駆動信号が出力されると、第３のスイッチング素子７を介して第２の加熱コイル１１に高周波電流を供給する第２の電力供給モードとなる。

第２の電力供給モードは、第１の電力供給モードに含まれるため、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置は、１個のインバータ部（第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６、第３のスイッチング素子７）により、２個の加熱コイル（第１の
加熱コイル９および第２の加熱コイル１１）に同時に高周波電流を供給するべく制御することが可能となる。

第２の電力供給モードにおいて、第２の共振コンデンサ１０および第２の加熱コイル１１の共振現象により、第３のスイッチング素子７に流れる高周波電流が第３のスイッチング素子７に内包される逆導通ダイオードに転流している期間に、制御手段１３から第３のスイッチング素子７に出力される駆動信号をオフすると、第３のスイッチング素子７は零電流においてオフされる。

第２の電力供給モードにおいて、共振インダクタ４および第２の共振コンデンサ１０の共振現象により、第１のスイッチング素子５に流れる高周波電流が第１のスイッチング素子５に内包される逆導通ダイオードに転流している期間に、制御手段１３から第１のスイッチング素子５に出力される駆動信号をオフすると、第１のスイッチング素子５は零電流においてオフされる。

第２のスイッチング素子６は、第１の共振コンデンサ８および第１の加熱コイル９の共振現象により、第２のスイッチング素子６に流れる高周波電流が第２のスイッチング素子６に内包される逆導通ダイオードに転流している期間に、制御手段１３から第２のスイッチング素子６に出力される駆動振動をオン／オフすると、第２のスイッチング素子６は零電流においてオンおよびオフされる。

図２は、（ａ）本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の大径鍋の配置図（ｂ）本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の小径鍋の配置図である。

図２（ａ）において、大径鍋の底面の外形１７は第１の加熱コイル９および第２の加熱コイル１１を内包しており、第１の鍋検知手段１４および第２の鍋検知手段１５から鍋検知信号が出力され、インバータ部１６により第１の加熱コイル９および第２の加熱コイル１１に高周波電流が供給される。

図２（ｂ）において、小径鍋の底面の外形１８は第１の加熱コイル９のみを内包しており、第１の鍋検知手段１４のみから鍋検知信号が出力され、インバータ部１６により第１の加熱コイル９のみに高周波電流が供給される。

図３は、（ａ）本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の大径鍋配置時の第１の加熱コイル電流波形図（ｂ）本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の大径鍋配置時の第２の加熱コイル電流波形図である。

図３（ａ）（ｂ）において、大径鍋を配置した場合、制御手段１３が第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６、第３のスイッチング素子７を制御することにより、第１の加熱コイル９および第２の加熱コイルに同時に高周波電流が供給されている。

図４は、（ａ）本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の小径鍋配置時の第１の加熱コイル電流波形図（ｂ）本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の小径鍋配置時の第２の加熱コイル電流波形図である。

図４（ａ）（ｂ）において、小径鍋を配置した場合、制御手段１３が第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６を制御することにより、第１の加熱コイル９のみに高周波電流が供給されている。

図５は、（ａ）本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の各スイッチング素子の駆動信号波形図（ｂ）本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の第１のスイッチング素子５の電圧・電流波形図（ｃ）本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の第２のスイッチング素子６の電圧・電流波形図（ｄ）本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の第３のスイッチング素子７の電圧・電流波形図を示し、本実施の形態における所定の出力が得られている状態での波形図である。

図５において、第１のスイッチング素子５のオン時において、共振インダクタ４の効果により、電流の傾きが緩やかになり、第１のスイッチング素子５は零電流においてオンされている。

第１の共振コンデンサ８は、第１の加熱コイル９と第１の共振コンデンサ８による共振の周波数が第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６、第３のスイッチング素子７のスイッチング周波数より大きくなるように設定している。

第３のスイッチング素子７のオン時において、第２の加熱コイル１１の効果により、電流の傾きが緩やかになり、第３のスイッチング素子７は零電流においてオンされている。

第１のスイッチング素子５および第３のスイッチング素子７のオフ時において、共振インダクタ４および第２の加熱コイル１１、第２の共振コンデンサ１０の電流共振により、第１のスイッチング素子５と第３のスイッチング素子７は零電流においてオフされている。

第２のスイッチング素子６は、第１の共振コンデンサ８および第１の加熱コイル９による共振により、零電流においてオン／オフされている。

以上のように、本実施の形態においては、１個のインバータ部に対して、２個の加熱コイルを接続し、鍋検知手段からの信号を制御手段が受信し、制御手段が１個のインバータ部（第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子）のオン／オフを制御するとすることにより、２個もしくは１個の加熱コイルに供給される高周波電流を制御することが可能となり、あらゆる大きさの鍋を効率的に加熱することができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、１個のインバータ部を用いて、２個の加熱コイルに供給する高周波電流を制御することができるため、あらゆる大きさの鍋を効率的に加熱することが可能である。また共振素子によりスイッチング素子のオン／オフ時の損失を低減することができるため、高効率な誘導加熱装置を提供することができ、誘導加熱調理器としてはもちろんのこと、誘導加熱式湯沸かし器、誘導加熱式炊飯器、またはその他の誘導加熱式加熱装置等の用途にも適用できる。

１ 商用電源
２ 整流手段
３ 平滑コンデンサ
４ 共振インダクタ
５ 第１のスイッチング素子
６ 第２のスイッチング素子
７ 第３のスイッチング素子
８ 第１の共振コンデンサ
９ 第１の加熱コイル
１０ 第２の共振コンデンサ
１１ 第２の加熱コイル
１２ ダイオード
１３ 制御手段
１４ 第１の鍋検知手段
１５ 第２の鍋検知手段

Claims (8)

1. 商用電源と、前記商用電源に接続された交流電圧を整流する整流手段と、前記整流手段に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの高電位端子に一端を接続された共振インダクタと、前記共振インダクタの他端に高電位端子（ＩＧＢＴの場合はコレクタ、ＭＯＳＦＥＴの場合はドレイン）を接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の低電位端子（ＩＧＢＴの場合はエミッタ、ＭＯＳＦＥＴの場合はソース）に高電位端子を接続された第２のスイッチング素子と、互いに直列接続され前記第２のスイッチング素子に並列接続された第１の加熱コイルおよび第１の共振コンデンサと、前記第１の平滑コンデンサの高電位端子にアノード端子を接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソード端子に一端を接続され他端を前記第１のスイッチング素子の低電位端子に接続された第２の共振コンデンサと、互いに直列接続され前記第２の共振コンデンサに並列接続された第２の加熱コイルおよび第３のスイッチング素子と、前記第１の加熱コイルの中心点に配置された第１の鍋検知手段と、前記第２の加熱コイルの中心点に配置された第２の鍋検知手段と、前記第１の鍋検知手段および前記第２の鍋検知手段から発信される鍋検知信号を受信し、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子、前記第３のスイッチング素子のオン／オフを制御する制御手段を備える誘導加熱装置。
2. 制御手段は、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子のオン／オフを制御することにより、第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルに同時に高周波電流を供給する請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 制御手段は、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子のオン／オフを制御することにより、第１の加熱コイルのみに高周波電流を供給する請求項１に記載の誘導加熱装置。
4. 制御手段は、第３のスイッチング素子のオン／オフを制御することにより、共振インダクタと第２の共振コンデンサによる電流共振を発生させ、第１のスイッチング素子のオン期間の任意の時点で零電流において前記第１のスイッチング素子をオフさせる請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
5. 制御手段は、第３のスイッチング素子のオン／オフを制御することにより、第２の加熱コイルと第２の共振コンデンサによる電流共振を発生させ、前記第３のスイッチング素子を零電流においてオンおよびオフさせる請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
6. 制御手段は、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子のオン／オフを一定周波数において制御することにより、互いに隣接する加熱コイル間の干渉音の発生を抑制する請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
7. 制御手段は、第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルのそれぞれの中心点に配置された第１の鍋検知手段および第２の鍋検知手段により、加熱コイル上面に置かれる鍋の大きさを判定する請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
8. 制御手段は、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子のオン／オフを制御することにより、鍋を検知した鍋検知手段が配置される加熱コイルのみに高周波電流を供給する請求項１または２に記載の誘導加熱装置。