JP2011165510A

JP2011165510A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2011165510A
Application number: JP2010027929A
Authority: JP
Inventors: Ikuro Suga; 郁朗菅; Miyuki Takeshita; みゆき竹下; Satoshi Nomura; 智野村
Original assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: JP5361757B2

Abstract

【課題】本願発明は、共用アームのスイッチング素子における電力損失の低減および発熱量の抑制を図り、小型、軽量、高信頼性で、かつ安価な誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】本願発明に係る誘導加熱装置は、共用アームおよび複数の専用アームで構成される複数のフルブリッジ式インバータ回路と、共用アームと専用アームのそれぞれとの間に直列接続された加熱コイルおよび共振コンデンサと、各アームのそれぞれのスイッチング素子に駆動信号を供給する複数のドライブ回路と、共用アームに供給される駆動信号より遅延して専用アームに供給される駆動信号の位相差を制御するか、あるいは専用アームに駆動信号を供給する期間の長さを制御することにより、加熱コイルに流れる電流を制御する制御回路とを備え、共用アームのスイッチング素子をワイドバンドギャップ半導体素子で構成し、専用アームのスイッチング素子をシリコン半導体素子で構成する。
【選択図】図２

Description

本願発明は、誘導加熱装置に関し、とりわけ誘導加熱装置の電源装置に関するものである。

従来の誘導加熱装置において、フルブリッジ式インバータ回路を用いて、加熱コイルに高周波電流を供給するものが知られており、係るインバータ回路は、２つのスイッチング素子を直列接続した２組のアームと、各アームの中間接点に直列接続された加熱コイルおよび共振コンデンサを有するものである。たとえば特許文献１および２には、干渉音（うなり現象）を防止するために、１つの共用アームと２つの非共用アームとの間に２組の加熱コイルおよび共振コンデンサを直列接続して、各加熱コイルに個別に高周波電流を供給するフルブリッジ式インバータ回路も提案されている。

また特許文献３に記載の誘導加熱装置の電源装置は、２つのスイッチング素子からなる２組のアームを有するフルブリッジ式インバータ回路を用いて、単一の加熱コイルに高周波電流を供給するものであり、スイッチング素子による電力損失を低減し、発熱量を抑制する（ひいては冷却装置等の小型化を図る）ために、４つすべてのスイッチング素子をワイドバンドギャップ半導体デバイスで構成することが記載されている。

特開平９−１８５９８６公報（段落１９〜２２）特許第３６８７０２８号公報（段落１５〜２６）特開２００６−３３１９６５公報（請求項８）

特許文献１および２に記載の誘導加熱装置におけるフルブリッジ式インバータ回路は、２つの同一仕様のスイッチング素子を直列接続したアームからなり、共用アームを共有して複数の加熱コイルに高周波電流を供給するので、共用アームのスイッチング素子に流れる電流実効値が他のスイッチング素子に比して大きくなる。その結果、共用アームのスイッチング素子の電力損失が大きい（発熱量が大きい）ため、その動作信頼性に対するリスクを増大させるおそれがあった。

一方、特許文献３に記載の誘導加熱装置によれば、フルブリッジ式インバータ回路を構成するすべてのスイッチング素子を、一般的で安価なシリコン製デバイスより高額なワイドバンドギャップ半導体デバイスで構成するため、誘導加熱装置全体の製造コストが大幅に膨らむという問題があった。

そこで本願発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、共用アームのスイッチング素子における電力損失の低減および発熱量の抑制を図ることによって、共用アームのスイッチング素子を含む電源装置の信頼性の向上、ならびに共用アームのスイッチング素子を冷却するための放熱フィンおよび冷却ファンなどの電源装置の周辺装置の小型化、軽量化、低コスト化を可能とするより安価な誘導加熱装置を実現することを目的としている。

本願発明に係る誘導加熱装置は、複数のスイッチング素子を有する共用アームおよび複数の専用アームで構成される複数のフルブリッジ式インバータ回路と、前記共用アームと前記専用アームのそれぞれとの間に直列接続された加熱コイルおよび共振コンデンサと、前記共用アームおよび前記専用アームのそれぞれの前記スイッチング素子に駆動信号を供給する複数のドライブ回路と、前記共用アームに供給される駆動信号より遅延して前記専用アームに供給される駆動信号の位相差を制御することにより、あるいは前記専用アームに駆動信号を供給する期間の長さを制御することにより、前記加熱コイルに流れる電流を制御する制御回路とを備え、前記共用アームのスイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体素子を用いて構成され、前記専用アームのスイッチング素子がシリコン半導体素子を用いて構成されていることを特徴とするものである。

本願発明によれば、共用アームのスイッチング素子における電力損失の低減および発熱量の抑制を図ることができるので、共用アームのスイッチング素子を冷却するための放熱フィンおよび冷却ファンの小型化、軽量化、低コスト化、ならびに温度に対する高い信頼性を実現するといった従来にない顕著な効果を得ることができる。

本願発明に係る誘導加熱装置１の全体を示す概略斜視図である。実施の形態１に係る高周波電源のブロック回路図である。実施の形態１に係る各フルブリッジ式インバータ回路のスイッチング素子に出力される駆動信号のタイミングチャートである（位相差制御、位相差が０°のとき）。図３と同様の各フルブリッジ式インバータ回路のスイッチング素子に出力される駆動信号のタイミングチャートである（位相差が０°でなく、同じであるとき）。図３と同様の各フルブリッジ式インバータ回路のスイッチング素子に出力される駆動信号のタイミングチャートである（位相差が０°でなく、異なるとき）。実施の形態２に係る各フルブリッジ式インバータ回路のスイッチング素子に出力される駆動信号のタイミングチャートである（時分割制御）。実施の形態３に係る高周波電源のブロック回路図である。実施の形態３に係る各フルブリッジ式インバータ回路のスイッチング素子に出力される駆動信号のタイミングチャートである（位相差制御）。実施の形態４に係る加熱コイルの平面図である。実施の形態４に係る加熱コイルの変形例１を示す。実施の形態４に係る加熱コイルの変形例２を示す。実施の形態４に係る加熱コイルの変形例３を示す。実施の形態４に係る加熱コイルの変形例４を示す。

以下、添付図面を参照して本願発明に係る誘導加熱装置の実施の形態を説明する。各実施の形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（たとえば、「上方向」および「下方向」など）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本願発明を限定するものでない。

実施の形態１．
図１〜図５を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱装置の実施の形態１について以下詳細に説明する。図１は本願発明に係る誘導加熱装置１の全体を示す概略斜視図である。図１において、誘導加熱調理器１は、概略、筐体３と、その上側表面のほぼ全体を覆うガラスなどで形成されたトッププレート４と、左右に配置された第１および第２のＩＨ加熱部１０，２０と、ラジエント加熱部５と、グリル加熱部６とを有する。各ＩＨ加熱部１０，２０は、ここでは詳細図示しないが、所定平面内に渦巻状に形成された電磁誘導式の加熱コイル（以下、単に「加熱コイル」という。）１１，２１を有し、後述する高周波電源２から高周波電流が供給されると、トッププレート４上に載置された金属材料からなる被加熱体である鍋に渦電流を形成し、そのジュール熱により鍋を誘導加熱する。

また誘導加熱装置１は、ユーザがＩＨ加熱部１０，２０、ラジエント加熱部５およびグリル加熱部６の火力等を操作するために用いられる火力調整ダイヤル７ａ，７ｂ、これらの制御状態を表示するための液晶表示部８、ならびに筐体３の後方に設けられた吸気窓９ａおよび排気窓９ｂを備える。

図２は、実施の形態１に係る高周波電源２（電源装置）のブロック回路図である。実施の形態１の高周波電源２は、概略、図２に示すように、単相または三相の商用交流電源１１０と、商用交流電源１１０の交流電圧を全波整流する整流回路１１２と、整流回路１１２で得られた全波整流の直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ１１６と、第１および第２のＩＨ加熱部１０，２０の加熱コイル１１，２１に高周波電流を供給するための第１および第２のフルブリッジ式インバータ回路１２，２２（図２の破線で示す）とを有する。

一方のフルブリッジ式インバータ回路１２は、高圧側スイッチング素子１０４ａおよび低圧側スイッチング素子１０４ｂが直列接続された共用アーム１００と、第１の高圧側スイッチング素子１４ａおよび低圧側スイッチング素子１４ｂが直列接続された第１の非共用アーム１５と、共用アーム１００および第１の非共用アーム１５のそれぞれの中間接点の間を電気的に接続する第１の加熱コイル１１および第１の共振コンデンサ１３とから構成されている。以下、説明を分かりやすくするために、便宜上、非共用アームを「専用アーム」という。
すなわち、第１のフルブリッジ式インバータ回路１２は、共用アーム１００と、第１の専用アーム１５と、これらの間に直列接続された第１の加熱コイル１１（および第１の共振コンデンサ１３）とから構成されている。

同様に、他方のフルブリッジ式インバータ回路２２は、共用アーム１００と、第２の高圧側スイッチング素子２４ａおよび低圧側スイッチング素子２４ｂが直列接続された第２の専用アーム２５と、共用アーム１００および第２の専用アーム２５のそれぞれの中間接点の間を電気的に接続する第２の加熱コイル２１および第２の共振コンデンサ２３とから構成されている。
すなわち、第２のフルブリッジ式インバータ回路２２は、共用アーム１００と、第２の専用アーム２５と、これらの間に直列接続された第２の加熱コイル２１（および第２の共振コンデンサ２３）とから構成されている。

なお言及するまでもないが、加熱コイル１１，２１および共振コンデンサ１３，２３は、共用アーム１００と第１および第２の専用アーム１５，２５との間で直列接続されていればよく、互いの位置を置換して配置してもよい。

上記のようにフルブリッジ式インバータ回路１２，２２は、共用アーム１００と第１および第２の専用アーム１５，２５とが協働して、第１および第２の加熱コイル１１，２１に高周波電流を供給するように構成されており、共用アーム１００のスイッチング素子１０４ａ，１０４ｂには、第１および第２の加熱コイル１１，２１の両方に供給される高周波電流が流れる。

また実施の形態１の高周波電源２は、共用アーム１００のスイッチング素子１０４ａ，１０４ｂをスイッチング制御するための駆動信号を出力するドライブ回路１０６を有する。また高周波電源２は、第１の専用アーム１５の第１のスイッチング素子１４ａ，１４ｂをスイッチング制御するための駆動信号を出力する第１のドライブ回路１６と、第２の専用アーム２５の第２のスイッチング素子２４ａ，２４ｂをスイッチング制御するための駆動信号を出力する第２のドライブ回路２６とを有する。同様に、説明を分かりやすくするために、共用アーム１００を駆動するためのドライブ回路１０６を「共用ドライブ回路」といい、専用アーム１５，２５を駆動するためのドライブ回路１６，２６を「専用ドライブ回路」という。
さらに高周波電源２は、共用ドライブ回路１０６ならびに第１および第２の専用ドライブ回路１６，２６を制御する制御信号を出力する制御回路１０８を有する。

ところで、ワイドバンドギャップ半導体は、一般に、高い耐電圧性、高い許容電流密度耐性、高い耐熱性を有し、その電力損失が少ないことが知られている。
そこで本願発明に係る高周波電源２によれば、共用アーム１００のスイッチング素子１０４ａ，１０４ｂは、その電流実効値が他の専用アーム１５，２５のスイッチング素子１４，２４に比して大きくなるので、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドからなるワイドバンドギャップ半導体を用いて構成し、電流実効値がより小さい専用アーム１５，２５のスイッチング素子１４，２４については、より安価なシリコン半導体を用いて構成する。これにより、加熱コイル１１，２１の両方に流れる大電流をスイッチング制御する共用アーム１００のスイッチング素子１０４の信頼性を担保するとともに、電流実効値が比較的に小さい専用アーム１５，２５のスイッチング素子１４，２４をより安価なもので作製して製造コストを抑制することができる。ここで説明の便宜上、共用アーム１００を構成するスイッチング素子１０４を「ＷＢ（ワイドバンドギャップの略）スイッチング素子」といい、専用アーム１５，２５のスイッチング素子１４，２４を、ＷＢスイッチング素子よりバンドギャップが小さいと意味で「ＮＢ（ナローバンドギャップの略）スイッチング素子」という。

次に、図３〜図５を参照して、実施の形態１に係る誘導加熱装置の高周波電源２の動作について説明する。
ユーザが火力調整ダイヤル７ａ，７ｂを調整して鍋の火力を調節しようとすると、図２のブロック回路図において、制御回路１０８が共用ドライブ回路１０６ならびに第１および第２の専用ドライブ回路１６，２６に、火力調整ダイヤル７ａ，７ｂに応じた制御信号を出力し、これらのドライブ回路１０６，１６，２６がＷＢスイッチング素子１０４およびＮＢスイッチング素子１４，２４に相当の駆動信号を出力する。そして各スイッチング素子１０４，１４，２４は、各ドライブ回路１０６，１６，２６からの駆動信号に基づいてスイッチング動作する（オンオフする）。

図３〜図５は、実施の形態１の高周波電源２における共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４ａ，１０４ｂならびに専用アーム１５，２５の各ＮＢスイッチング素子１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂのそれぞれに出力される駆動信号のタイミングチャートである。図３において、ＷＢスイッチング素子１０４ａおよびＮＢスイッチング素子１４ａ，２４ａと、ＷＢスイッチング素子１０４ｂおよびＮＢスイッチング素子１４ｂ，２４ｂとに出力される駆動信号の位相差は０°であり、このとき加熱コイル１１，２１には電流は流れない。そして図４に示すように、ＷＢスイッチング素子１０４に出力される駆動信号に対して、ＮＢスイッチング素子１４，２４に出力される駆動信号が所定時間（すなわち位相差α_１，α_２）だけ遅延して出力されるとき、所定の遅延時間に呼応した高周波電流が加熱コイル１１，２１に流れる。位相差は０°〜１８０°の間で制御でき、位相差が大きいほど、加熱コイル１１，２１に流れる電流を増大させることができる。

たとえば図１の左側に配置されたＩＨ加熱部１０の第１の加熱コイル１１は、共用アーム１００と専用アーム１５で構成されるフルブリッジ式インバータ回路１２により駆動され、ＷＢスイッチング素子１０４およびＮＢスイッチング素子１４に出力される駆動信号の間の位相差α_１を調節することにより、第１の加熱コイル１１に流れる高周波電流の電流実効値を制御して、鍋などの被加熱体で生じるジュール熱（すなわち鍋に対する「火力」）を調節することができる。これをフルブリッジ式インバータ回路の「位相差制御」という。

第１および第２の加熱コイル１１，２１を同時に使用する場合、上述のように、２つのフルブリッジ式インバータ回路１２，２２が共用アーム１００を共有しているので、ＷＢスイッチング素子１０４の電流実効値は必然的に大きくなる。しかしながら上述のように、本願発明に係る共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドからなるワイドバンドギャップ半導体を用いて形成され、専用アーム１５，２５のＮＢスイッチング素子１４，２４はより安価なシリコン半導体を用いて構成されているので、共用アーム１００における電力損失が低減され（発熱量が抑制され）、ＷＢスイッチング素子１０４を冷却するための周辺装置（放熱フィンや冷却ファンなど）の小型化、軽量化、低コスト化を実現するとともに、高周波電源２を安価に作製することができる。

なお図４においては、共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４に出力される駆動信号に対して、専用アーム１５，２５のＮＢスイッチング素子１４，２４に出力される駆動信号が同一の位相差（α_１＝α_２）をもって出力するものとして図示されているが、図５に示すように、互いに異なる位相差で出力することにより（α_１≠α_２）、第１および第２の加熱コイル１１，２１により加熱される鍋の火力を独立して調整することができる。

実施の形態２．
図６を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱装置１の実施の形態２について以下詳細に説明する。実施の形態１の高周波電源２はＷＢスイッチング素子１０４とＮＢスイッチング素子１４，２４に出力される駆動信号の位相差を調整することにより鍋の火力を調節するものであったが、実施の形態２の高周波電源２は、いわゆる時分割制御を行うことにより鍋の火力を調節する点を除き、実施の形態１の誘導加熱装置１と同様の構成を有するので、重複する点については説明を省略する。

図６は、実施の形態２の高周波電源２における共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４ａ，１０４ｂならびに専用アーム１５，２５の各ＮＢスイッチング素子１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂに出力される駆動信号のタイミングチャートである。
図６に示すように、共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４は連続的に交互にスイッチング動作する（オンオフする）。一方、第１の専用アーム１５のＮＢスイッチング素子１４は期間Ａおよび期間Ｃにおいてスイッチング（オンオフ）し、第２の専用アーム２５のＮＢスイッチング素子１４は期間Ｂにおいてのみスイッチング（オンオフ）する。第１および第２の専用アーム１５，２５のスイッチング動作時、共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４ａと第１および第２の専用アーム１５，２５のＮＢスイッチング素子１４ｂ，２４ｂとが同期し、共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４ｂと第１および第２の専用アーム１５，２５のＮＢスイッチング素子１４ａ，２４ａとが同期することにより、第１および第２の加熱コイル１１，２１に所定の高周波電流が流れる。すなわち実施の形態２の高周波電源２によれば、第１および第２の専用アーム１５，２５のＮＢスイッチング素子１４，２４がスイッチング動作している期間（オンオフしている期間）の長さ、すなわち第１および第２の加熱コイル１１，２１に高周波電流を供給する期間の長さを適宜選択することにより、各ＩＨ加熱部１０，２０上に載置されたそれぞれの鍋に対する火力を制御するものである。これをフルブリッジ式インバータ回路の「時分割制御」という。

図６において、第１および第２の専用アーム１５，２５のＮＢスイッチング素子１４，２４はオフの状態で維持される期間を有するが、共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４は、常にスイッチングして、第１および第２の加熱コイル１１，２１の両方に高周波電流を供給しているので、その電流実効値はＮＢスイッチング素子１４，２４より実質的に大きくなる。
しかしながら上述のように、本願発明に係る共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４はワイドバンドギャップ半導体を用いて形成され、専用アーム１５，２５のＮＢスイッチング素子１４，２４はより安価なシリコン半導体を用いて構成されているので、共用アーム１００における電力損失が低減され（発熱量が抑制され）、ＷＢスイッチング素子１０４を冷却するための周辺装置（放熱フィンや冷却ファンなど）の小型化、軽量化、低コスト化を実現するとともに、高周波電源２を安価に作製することができる。

実施の形態３．
図７および図８を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱装置１の実施の形態３について以下詳細に説明する。実施の形態１の高周波電源２は２つのＩＨ加熱部１０，２０に高周波電流を供給するものであったが、実施の形態３の高周波電源２は３つのＩＨ加熱部１０，２０，３０に高周波電流を供給する点を除き、実施の形態１の誘導加熱装置１と同様の構成を有するので、重複する点については説明を省略する。

図１に示す誘導加熱装置１はＩＨ加熱部１０，２０およびラジエント加熱部５を有するものであったが、実施の形態３に係る誘導加熱装置１は、ラジエント加熱部５の配置位置に、これに代わって第３のＩＨ加熱部３０を具備するものである。
図７は、実施の形態３に係る高周波電源２のブロック回路図である。実施の形態３の高周波電源２は第３のフルブリッジ式インバータ回路３２を有し、これは第３の専用アーム３５と、これと共用アーム１００の間に直列接続された第３の加熱コイル３１（および第３の共振コンデンサ３３）とから構成されている。また実施の形態３の高周波電源２は、第３の専用アーム３５のＮＢスイッチング素子３４ａ，３４ｂをスイッチング制御するための駆動信号を出力する第３の専用ドライブ回路３６を有し、これは上記実施の形態と同様に制御回路１０８により制御されるものである。

図８は、実施の形態３の高周波電源２における共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４ならびに専用アーム１５，２５，３５の各ＮＢスイッチング素子１４，２４，３４に出力される駆動信号のタイミングチャートである。図８に示すように、ＷＢスイッチング素子１０４に出力される駆動信号に対して、ＮＢスイッチング素子１４，２４，３４に出力される駆動信号が所定時間（すなわち位相差α_１，α_２，α_３）だけ遅延して出力されるとき、所定の遅延時間に呼応した高周波電流が加熱コイル１１，２１，３１に流れる。位相差は０°〜１８０°の間で制御でき、位相差が大きいほど、加熱コイル１１，２１，３１に流れる電流を増大させることができる。こうして、ＷＢスイッチング素子１０４に出力される駆動信号とＮＢスイッチング素子１４，２４，３４の間の位相差α_１，α_２，α_３を調節することにより、各加熱コイル１１，２１，３４に流れる高周波電流の電流実効値を制御して、これらの上方に載置された鍋などの被加熱体で生じるジュール熱（すなわち鍋に対する「火力」）を調節することができる。

３つの加熱コイル１１，２１，３１を同時に使用する場合、３つのフルブリッジ式インバータ回路１２，２２，３２が共用アーム１００を共有しているので、ＷＢスイッチング素子１０４の電流実効値は実質的に大きくなる。
しかしながら上述のように、本願発明に係る共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて形成され、専用アーム１５，２５，３５のＮＢスイッチング素子１４，２４，３４はより安価なシリコン半導体を用いて構成されているので、共用アーム１００における電力損失が低減され（発熱量が抑制され）、ＷＢスイッチング素子１０４を冷却するための周辺装置（放熱フィンや冷却ファンなど）の小型化、軽量化、低コスト化を実現するとともに、高周波電源２を安価に作製することができる。

なお、実施の形態３の高周波電源２は、実施の形態１と同様の位相差制御を行うものとして上記説明したが、実施の形態２と同様に時分割制御を行ってもよい。

実施の形態４．
図９を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱装置１の実施の形態４について以下詳細に説明する。上記実施の形態１〜３に係るＩＨ加熱部１０，２０，３０はそれぞれ単一の加熱コイル１１，２１，３１を有するものであったが、実施の形態４においては、加熱コイル４０が半径方向に二分割された内側コイル部４２および外側コイル部４４を有し、高周波電源２が共用アーム１００を共有する２つのフルブリッジ式インバータ回路１２，２２を用いて内側コイル部４２および外側コイル部４４に高周波電流を供給する点を除き、実施の形態１の誘導加熱装置１と同様の構成を有するので、重複する点については説明を省略する。

実施の形態４の加熱コイル４０は、図９の平面図に示すように、所定平面内に渦巻状に形成され、かつ半径方向に二分割された小径の内側コイル部４２および大径の外側コイル部４４を有する。これらの内側コイル部４２および外側コイル部４４は互いに独立しており、別個の（第１および第２の）フルブリッジ式インバータ回路１２，２２により駆動される。

特に図示しないが、実施の形態４に係る高周波電源２のブロック回路図は、図２に示すものと同様であり、図２の第１および第２の加熱コイル１１，２１を、実施の形態４に係る内側コイル部４２および外側コイル部４４に置換したものと同等のものである。
また、半径方向に二分割された加熱コイル４０は、図１に示す左右のＩＨ加熱部１０，２０の少なくとも一方または両方に配設されていてもよく、加えてラジエント加熱部５として図示したもの（中央に配置したもの）についても半径方向に二分割された加熱コイル４０を有するＩＨ加熱部として構成することができる。

こうして第１および第２のフルブリッジ式インバータ回路１２，２２は、半径方向に二分割された内側コイル部４２および外側コイル部４４に高周波電流を供給し、制御回路１０８は、ＷＢスイッチング素子１０４に出力される駆動信号とＮＢスイッチング素子１４，２４の間の位相差（α_１，α_２）を調節することにより（位相差制御）、鍋の内側領域および外側領域における発熱量を個別に調節することができる。たとえば鍋の大きさ（径）が小さい場合には、外側コイル部４４への高周波電流の供給を停止することにより、無駄な電力を消費することなく、エネルギ変換効率を改善することができる。

択一的には、実施の形態２と同様に、内側コイル部４２のための第１の専用アーム１５および外側コイル部４４のための第２の専用アーム２５のＮＢスイッチング素子１４，２４がオンオフしている期間の長さ（すなわち内側コイル部４２および外側コイル部４４に高周波電流を供給する期間の長さ）を適宜選択することにより（時分割制御）鍋の火力を調節してもよい。

内側コイル部４２および外側コイル部４４を同時に使用する場合、２つのフルブリッジ式インバータ回路１２，２２が共用アーム１００を共有しているので、ＷＢスイッチング素子１０４の電流実効値は実質的に大きくなる。
しかしながら本願発明に係る共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４はワイドバンドギャップ半導体を用いて形成され、専用アーム１５，２５のＮＢスイッチング素子１４，２４は比較的に安価なシリコン半導体を用いて構成されているので、共用アーム１００における電力損失が低減され（発熱量が抑制され）、ＷＢスイッチング素子１０４を冷却するための周辺装置（放熱フィンや冷却ファンなど）の小型化、軽量化、低コスト化を実現するとともに、より安価に高周波電源２を作製することができる。

なお、実施の形態４に係る加熱コイル４０は、半径方向に二分割された内側コイル部４２および外側コイル部４４を有するものであったが、これに限定されるものではなく、３つまたはそれ以上のコイル部を有するもの（マルチコイル）であってもよい。

変形例１．
図１０は、実施の形態４に係る誘導加熱装置１の変形例１を示し、加熱コイル５０は中央コイル部５２と、その周辺に配設された半円弧状（バナナ状または胡瓜状）の２つの周辺コイル部５４ａ，５４ｂとを有するものであり、互いに独立した３つのコイル部５２，５４ａ，５４ｂで構成されている。

変形例１に係る高周波電源２は、詳細図示しないが、共用アーム１００を共有する第１〜第３のフルブリッジ式インバータ回路１２，２２ａ，２２ｂを有し、中央コイル部５２および周辺コイル部５４ａ，５４ｂに独立して高周波電流を供給する。

また制御回路１０８は、ＷＢスイッチング素子１０４に出力される駆動信号とＮＢスイッチング素子１４，２４の間の位相差（α）を調節することにより（位相差制御）、あるいは各コイル部５２，５４ａ，５４ｂに高周波電流を供給する期間の長さを適宜選択することにより（時分割制御）、鍋の火力を調節する。たとえば鍋の載置位置が右方向にずれてトッププレート４上に載置されたとき、左側にある周辺コイル部５４ｂへの高周波電流の供給を停止することにより、無駄な電力を消費することなく、エネルギ変換効率を改善することができる。

変形例２．
図１１は、実施の形態４に係る誘導加熱装置１の変形例２を示し、加熱コイル６０は中央コイル部６２と、その周辺に配設された半円弧状の４つの周辺コイル部６４ａ〜６４ｄとを有するものであり、互いに独立した５つのコイル部６２，６４ａ〜６４ｄで構成されている。

変形例２に係る高周波電源２は、詳細図示しないが、共用アーム１００を共有する第１〜第５のフルブリッジ式インバータ回路１２，２２ａ〜２２ｄを有し、中央コイル部６２および周辺コイル部６４ａ〜６４ｄに独立して高周波電流を供給する。
択一的には、４つの周辺コイル部６４ａ〜６４ｄをすべて直列に接続して、単一のフルブリッジ式インバータ回路２２で駆動するように構成してもよいし、周辺コイル部６４ａ，６４ｂおよび周辺コイル部６４ｃ，６４ｄをそれぞれ直列に接続して、２つのフルブリッジ式インバータ回路２２ａ，２２ｂで駆動するように構成してもよい。

また制御回路１０８は、ＷＢスイッチング素子１０４に出力される駆動信号とＮＢスイッチング素子１４，２４の間の位相差（α）を調節することにより（位相差制御）、あるいは各コイル部６２，６４ａ〜６４ｄに高周波電流を供給する期間の長さを適宜選択することにより（時分割制御）、鍋がずれて載置されたとき所望の領域にあるコイル部６４ａ〜６４ｄのみを駆動してエネルギ変換効率を改善することができる。

変形例３．
図１２は、実施の形態４に係る誘導加熱装置１の変形例３を示し、加熱コイル７０は中央コイル部７２と、その周辺に配設された半円弧状の６つの周辺コイル部７４ａ〜７４ｆとを有するものであり、互いに独立した７つのコイル部７２，７４ａ〜７４ｆで構成されている。
変形例３に係る高周波電源２は、詳細図示しないが、共用アーム１００を共有する第１〜第７のフルブリッジ式インバータ回路１２，２２ａ〜２２ｆを有し、中央コイル部７２および周辺コイル部７４ａ〜７４ｆに独立して高周波電流を供給する。
また制御回路１０８は、ＷＢスイッチング素子１０４に出力される駆動信号とＮＢスイッチング素子１４，２４の間の位相差（α）を調節することにより（位相差制御）、あるいは各コイル部７２，７４ａ〜７４ｆに高周波電流を供給する期間の長さを適宜選択することにより（時分割制御）、鍋がずれて載置されたとき所望の領域にあるコイル部７４ａ〜７４ｆのみを駆動してエネルギ変換効率を改善することができる。

変形例４．
同様に図１３は、実施の形態４に係る誘導加熱装置１の変形例４を示し、加熱コイル８０は中央コイル部８２と、その周辺に配設された８つの周辺コイル部８４ａ〜８４ｈとを有するものであり、互いに独立した９つのコイル部８２，８４ａ〜８４ｈで構成されている。
変形例４に係る高周波電源２は、詳細図示しないが、共用アーム１００を共有する第１〜第１０のフルブリッジ式インバータ回路１２，２２ａ〜２２ｈを有し、中央コイル部８２および周辺コイル部８４ａ〜８４ｈに独立して高周波電流を供給する。
また制御回路１０８は、ＷＢスイッチング素子１０４に出力される駆動信号とＮＢスイッチング素子１４，２４の間の位相差（α）を調節することにより（位相差制御）、あるいは各コイル部８２，８４ａ〜８４ｈに高周波電流を供給する期間の長さを適宜選択することにより（時分割制御）、鍋がずれて載置されたとき所望の領域にあるコイル部８４ａ〜８４ｈのみを駆動してエネルギ変換効率を改善することができる。

以上のように、位相差制御および時分割制御のいずれの場合であっても、複数のコイル部を同時に使用する際に、共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４の電流実効値はＮＢスイッチング素子１４，２４に比して実質的に大きくなる。しかし本願発明に係る共用アーム１００のＷＢスイッチング素子１０４はワイドバンドギャップ半導体を用いて形成され、専用アーム１５，２５のＮＢスイッチング素子１４，２４は比較的に安価なシリコン半導体を用いて構成されているので、共用アーム１００における電力損失が低減され（発熱量が抑制され）、ＷＢスイッチング素子１０４を冷却するための周辺装置（放熱フィンや冷却ファンなど）の小型化、軽量化、低コスト化を実現するとともに、安価に高周波電源２を作製することができる。

１：誘導加熱装置、２：高周波電源、３：筐体、４：トッププレート、５：ラジエント加熱部、６：グリル加熱部、７：火力調整ダイヤル、８：液晶表示部、９ａ：吸気窓、９ｂ：排気窓、
１０，２０，３０：ＩＨ加熱部、１１，２１，３３：加熱コイル、１２，２２，３２：フルブリッジ式インバータ回路、１３，２３，３３：共振コンデンサ、１４，２４，３４：ＮＢスイッチング素子、１５，２５，３５：専用アーム、１６，２６，３６：専用ドライブ回路、
４０，５０，６０，７０，８０：加熱コイル、４２：内側コイル部、４４：外側コイル部、５２，６２，７２，８２：中央コイル部、５４，６４，７４，８４：周辺コイル部、
１００：共用アーム、１０４：ＷＢスイッチング素子、１０６：共用ドライブ回路、１０８：制御回路、１１０：商用交流電源、１１２：整流回路、１１６：平滑コンデンサ。

Claims

複数のスイッチング素子を有する共用アームおよび複数の専用アームで構成される複数のフルブリッジ式インバータ回路と、
前記共用アームと前記専用アームのそれぞれとの間に直列接続された加熱コイルおよび共振コンデンサと、
前記共用アームおよび前記専用アームのそれぞれの前記スイッチング素子に駆動信号を供給する複数のドライブ回路と、
前記共用アームに供給される駆動信号より遅延して前記専用アームに供給される駆動信号の位相差を制御することにより、あるいは前記専用アームに駆動信号を供給する期間の長さを制御することにより、前記加熱コイルに流れる電流を制御する制御回路とを備え、
前記共用アームのスイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体素子を用いて構成され、前記専用アームのスイッチング素子がシリコン半導体素子を用いて構成されていることを特徴とする誘導加熱装置。
ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドで形成されることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
複数の専用アームのそれぞれに接続された各加熱コイルは、複数の被加熱体のうちの一つの被加熱体を加熱するか、あるいは単一の被加熱体の一部領域を加熱するように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱装置。