JP2015222619A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つのインバータ回路に接続された複数の加熱コイルの入力電力をそれぞれ制御するための複数の副スイッチング素子の耐圧破壊を防止することができる誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】制御手段４９は、第１のスイッチング素子４３、第２のスイッチング素子４４のオン状態の期間と第３のスイッチング素子４５のオン状態の期間との重なり期間を短くして、または第３のスイッチング素子４５に電流が流れない期間を長くして加熱コイル１１に流れる電流が零または略零の値を所定期間有する不連続状態で制御するときに、加熱コイル１１に流れる電流が所定期間零の状態となる期間で第３のスイッチング素子４５に発生する寄生振動電圧を電圧低減手段７１により第３のスイッチング素子４５の耐電圧以下に低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘導加熱装置に関し、特に、トッププレート上に載置された金属製の調理用鍋などの被加熱物を誘導加熱する誘導加熱装置に関する。

誘導加熱装置において、例えば被加熱物である鍋を載置するトッププレートの下方に複数の加熱コイルをマトリクス状に配置し、鍋が載置された領域の下方に位置する複数の加熱コイルに高周波電流を供給することにより１つの鍋を誘導加熱するものがある。

この種の誘導加熱装置は、加熱コイルが下方に配置されているトッププレートのどこに鍋を載置しても鍋を加熱することが可能なため、鍋を載置する位置を制約することがなく使い勝手を向上させることができる。

しかし、この種の誘導加熱装置は、加熱コイルが下方に存在する場所の鍋の温度と加熱コイルが下方に存在しない場所の鍋の温度の差、つまり鍋の加熱ムラを抑制するために複数の加熱コイルは近接して配置されるため、それぞれの加熱コイルから発生する磁界の干渉レベルは大きい。このとき、隣接する加熱コイルから発生する高周波磁界に周波数差が存在すると、その周波数差に起因した干渉音が発生し、使用者にとって耳障りで不快感を与えてしまうという課題を有していた。

この課題を解決する手段として、例えば複数の加熱コイルを１つのインバータ回路に並列に接続するとともに、複数の加熱コイルそれぞれと直列に副スイッチング素子を接続した回路構成を有し、加熱コイルに流れる電流が零の値を一定期間有する不連続状態となるように副スイッチング素子をオンオフ制御することにより加熱コイルの入力電力を可変制御する誘導加熱装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この回路構成では、１つのインバータ回路を動作することによって複数の加熱コイルに電力を供給するため、複数の加熱コイルに流れる電流の周波数はインバータ回路の動作周波数と同一となり、インバータ回路の動作周波数を変化してもそれぞれの加熱コイルから発生する高周波磁界に周波数差がなく、干渉音が発生しないようにすることができる。

独国特許出願公開第９０５４５８２号明細書

しかしながら、特許文献１で開示された回路構成では、副スイッチング素子をオフ状態にして加熱コイルに流れる電流を零値に維持するように制御するとき、副スイッチング素子に印加される電圧値が副スイッチング素子の耐電圧値を超過することにより副スイッチング素子を破壊してしまうという課題があった。

加熱コイルに流れる電流が零値を維持する期間において、副スイッチング素子には電源の電圧値と加熱コイルに流れる電流が零値になる直前までに共振コンデンサに充電された電圧値の和の電圧値が印加される。

また、副スイッチング素子は半導体材料で構成されていることから、副スイッチング素
子がオフ状態であっても副スイッチング素子が有する接合容量や静電容量などの寄生容量を介して加熱コイルと共振回路を構成するため、加熱コイルに流れる電流が零値になったときに加熱コイルや副スイッチング素子に印加される電圧値が加熱コイルに流れる電流が零値になる前の電圧状態から変化することにより発生する共振動作によって副スイッチング素子にリンギング電圧が発生する。

つまり、特許文献１で開示された回路構成において、副スイッチング素子をオフ状態にして加熱コイルに流れる電流を零値に維持するように制御するとき、副スイッチング素子には電源の電圧値と共振コンデンサの電圧値の和の電圧値がベースとして印加され、またリンギング電圧など寄生振動電圧値が重畳されることにより、副スイッチング素子の耐電圧値を超過して副スイッチング素子を破壊してしまうという課題があった。特に加熱コイルに流れる電流が零値を一定期間有する制御範囲内において大きな電力を供給すると寄生振動電圧値が大きくなり、副スイッチング素子は耐圧破壊しやすくなる。

本発明は、従来の課題を解決するもので、１つのインバータ回路を動作して複数の加熱コイルに電力を供給することにより、複数の加熱コイルに流れる電流の周波数は同一として干渉音が発生しないようにすることができる回路構成を有し、複数の加熱コイルそれぞれに流れる電流を制御する副スイッチング素子の耐圧破壊を防止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、被加熱物を載置するためのトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置された複数の加熱コイルと、前記複数の加熱コイルとそれぞれ共振回路を構成する複数の共振コンデンサと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する少なくとも２つの主スイッチング素子を直列に接続した構成を有するインバータ回路と、前記インバータ回路と前記共振回路との間に直列に接続した副スイッチング素子と、前記副スイッチング素子と直列または並列に接続して前記副スイッチング素子に印加する最大電圧値を低減する電圧低減手段と、前記複数のスイッチング素子のオンオフ制御を行う制御手段と、前記トッププレートの上方の前記被加熱物の状態を判別する被加熱物判別手段と、を備え、
前記複数の主スイッチング素子のうち、電源と前記加熱コイルの電流経路の接続状態を制御する主スイッチング素子のオン状態の期間と前記副スイッチング素子のオン状態の期間との重なり期間を制御することにより電源から加熱コイルに流れる電流値を変化し、また前記副スイッチング素子をオフ状態にして前記副スイッチング素子に電流が流れない期間を変化して前記加熱コイルの入力電力の可変制御を行い、
前記主スイッチング素子のオン状態の期間と前記副スイッチング素子のオン状態の期間との重なり期間を短くして、または前記副スイッチング素子に電流が流れない期間を長くして前記加熱コイルに流れる電流が零または略零の値を所定期間有する不連続状態で制御するときに、前記加熱コイルに流れる電流が所定期間零の状態となる期間で前記副スイッチング素子に発生する寄生振動電圧を前記電圧低減手段により前記副スイッチング素子の耐電圧以下に低減するものである。

本発明の誘導加熱装置は、副スイッチング素子がオフ状態であっても副スイッチング素子が有する接合容量や静電容量などの寄生容量を介して加熱コイルと共振回路を構成することにより発生するリンギング電圧など寄生振動電圧を副スイッチング素子と直列または並列に接続した電圧低減手段によって低減させるため、副スイッチング素子の耐圧破壊を防止することができる。

本発明の実施の形態１にかかる誘導加熱装置の概略平面図 本発明の実施の形態１にかかる誘導加熱装置の回路構成を示す回路図 本発明の実施の形態１にかかる複数のスイッチング素子に供給する電圧信号シーケンスと加熱コイルに流れる電流波形およびスイッチング素子に印加される電圧波形を示す波形図 本発明の実施の形態２にかかる誘導加熱装置の回路構成を示す回路図 本発明の実施の形態２にかかる誘導加熱装置の第２の回路構成を示す回路図 本発明の実施の形態２にかかる複数のスイッチング素子に供給する電圧信号シーケンスと加熱コイルに流れる電流波形およびスイッチング素子に印加される電圧波形を示す波形図 本発明の実施の形態３にかかる誘導加熱装置の回路構成を示す回路図 本発明の実施の形態３にかかる複数のスイッチング素子に供給する電圧信号シーケンスと加熱コイルに流れる電流波形およびスイッチング素子に印加される電圧波形を示す波形図 本発明の実施の形態３にかかる複数の加熱コイルを同一のインバータ回路に接続した誘導加熱装置の回路構成を示す回路図

第１の発明は、被加熱物を載置するためのトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置された複数の加熱コイルと、前記複数の加熱コイルとそれぞれ共振回路を構成する複数の共振コンデンサと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する少なくとも２つの主スイッチング素子を直列に接続した構成を有するインバータ回路と、前記インバータ回路と前記共振回路との間に直列に接続した副スイッチング素子と、前記副スイッチング素子と直列または並列に接続して前記副スイッチング素子に印加する最大電圧値を低減する電圧低減手段と、前記複数のスイッチング素子のオンオフ制御を行う制御手段と、前記トッププレートの上方の前記被加熱物の状態を判別する被加熱物判別手段と、を備え、
前記複数の主スイッチング素子のうち、電源と前記加熱コイルの電流経路の接続状態を制御する主スイッチング素子のオン状態の期間と前記副スイッチング素子のオン状態の期間との重なり期間を制御することにより電源から加熱コイルに流れる電流値を変化し、また前記副スイッチング素子をオフ状態にして前記副スイッチング素子に電流が流れない期間を変化して前記加熱コイルの入力電力の可変制御を行い、
前記主スイッチング素子のオン状態の期間と前記副スイッチング素子のオン状態の期間との重なり期間を短くして、または前記副スイッチング素子に電流が流れない期間を長くして前記加熱コイルに流れる電流が零または略零の値を所定期間有する不連続状態で制御するときに、前記加熱コイルに流れる電流が所定期間零の状態となる期間で前記副スイッチング素子に発生する寄生振動電圧を前記電圧低減手段により前記副スイッチング素子の耐電圧以下に低減するものである。

これによって、副スイッチング素子に発生する寄生振動電圧を副スイッチング素子の耐電圧以下に低減することができるため、副スイッチング素子の耐圧破壊を防止することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記電圧低減手段はツェナーダイオードにより構成し、前記副スイッチング素子と並列に前記ツェナーダイオードを接続するものである。

これによって、副スイッチング素子には降伏電圧（ツェナー電圧）を超過する電圧が印加されないため、降伏電圧が副スイッチング素子の耐電圧値以下となるツェナーダイオードを副スイッチング素子と並列に接続することにより、副スイッチング素子の耐圧破壊を防止することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、前記電圧低減手段は少なくともコンデンサにより構成し、前記副スイッチング素子と並列に前記コンデンサを接続するものである。

これによって、副スイッチング素子の寄生容量と新たに接続したコンデンサの合成容量は大きくなることから、共振回路のＱ値を低下して寄生振動電圧値を小さくすることができ、副スイッチング素子の耐圧破壊を抑制することができる。

第４の発明は、特に、第１の発明において、前記電圧低減手段は少なくともダイオードにより構成し、前記副スイッチング素子と直列に前記ダイオードを接続するものである。

これによって、副スイッチング素子に印加される電圧が電源の電圧値を超過しようとするとダイオードが導通して副スイッチング素子に印加される電圧が電源の電圧値に固定されるため、電源の電圧値が副スイッチング素子の耐電圧よりも小さければ、スイッチング素子の耐圧破壊を防止することができる。

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。なお、以下の全ての図において、同一又は相当部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（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上面の平面図である。また、図２は、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の上面に載置された被加熱物を加熱するために用いる回路の回路図である。図１および図２は、本実施の形態において主要な構成要素を概略的に示している。

図１で示すように、実施の形態１の誘導加熱装置１０の上面は、被加熱物を載置するためのトッププレート１３と、トッププレート１３の下方にマトリクス状に配置された４５個の加熱コイル１１ａａ〜１１ｅｉと、トッププレート１３に載置した被加熱物の加熱の開始や停止、電力の調節などを操作する操作手段１２とから成る。なお、操作手段１２は、トッププレート１３に複数の被加熱物が載置された時に、どの被加熱物に対して加熱の開始や停止、電力の調節などの操作を行うのかを明確にするために、例えば被加熱物が載置された位置を視覚的に示す表示手段を備えていてもよい。

この誘導加熱装置１０は、加熱コイル１１の上方であればトッププレート１３のどの位置に被加熱物を載置しても被加熱物を誘導加熱することができる構成のものであり、被加熱物を載置する位置の自由度を高めて使い勝手を向上させることができる。

また、この誘導加熱装置１０は、被加熱物の下方に位置する複数の加熱コイルに通電して１つの被加熱物を誘導加熱するため、被加熱物の加熱ムラを抑制するためにそれぞれの加熱コイルは近接して配置される。

誘導加熱装置１０は、図２に示す構成の回路を加熱コイル１１と同数の４５個有し、４５個の加熱コイルにそれぞれ接続されている。この回路は、加熱コイル１１の上方に載置された被加熱物を誘導加熱するために必要な高周波電流を加熱コイル１１に供給するための回路であるとともに、加熱コイル１１の上方に被加熱物が載置されているか否かを判別するために必要な高周波電流を加熱コイル１１に供給するための回路でもある。

まず、図２に示した回路の構成を説明する。図２において、直流化手段４２は、交流電源４１を直流電源に変換する手段であり、ダイオードブリッジなどにより構成される。な
お、直流化手段４２は、インダクタやコンデンサで構成されるＬＣフィルタなどを内包してもよい。

直流化手段４２の出力側には、第１の逆導通ダイオード４３ｄが並列接続された第１の主スイッチング素子である第１のスイッチング素子４３と、第２の逆導通ダイオード４４ｄが並列接続された第２の主スイッチング素子である第２のスイッチング素子４４が直列に接続されており、第１のスイッチング素子４３と第２のスイッチング素子４４を排他的にオンオフ制御することにより、直流化手段４２から出力される直流電源を高周波電源に変換することができる。なお、本実施の形態では、第２のスイッチング素子４４と並列に接続され、第１のスイッチング素子４３や第２のスイッチング素子４４をオン状態からオフ状態に遷移（ターンオフ動作）する際にスイッチング素子の内部で発生するスイッチング損失を抑制するためのスナバコンデンサ４８を含めてインバータ回路６１とする。

インバータ回路６１の出力側には、加熱コイル１１と、加熱コイル１１と共振回路６２を形成する共振コンデンサ４６と、第３の逆導通ダイオード４５ｄが並列接続された副スイッチング素子である第３のスイッチング素子４５が直列に接続されている。

また、第３のスイッチング素子４５と並列に、第３のスイッチング素子４５に印加される電圧を低減するための電圧低減手段であるツェナーダイオード７１が接続され、第３のスイッチング素子４５に印加される電圧がツェナーダイオード７１の降伏電圧を超過することがないようにしている。

また、インバータ回路６１の出力側と加熱コイル１１を内包する共振回路６２の接続経路には、加熱コイル１１に流れる電流を検出するための電流検出手段４７が接続されている。電流検出手段４７からの出力値は、共振回路６２を形成する加熱コイル１１の領域に対応するトッププレート１３の上方の被加熱物の状態である被加熱物が載置されているか否かを判別する被加熱物判別手段５０に入力される。

被加熱物判別手段５０はカレントトランスやシャント抵抗（電流検知用抵抗）などで構成される電流検出手段４７の検知出力と共振コンデンサ４６に発生した電圧値の検知出力から、被加熱物の材質を検知する。

また、少なくともスイッチング素子のオンオフ制御を行う信号を出力する制御手段４９は、第１のスイッチング素子４３、第２のスイッチング素子４４、第３のスイッチング素子４５それぞれと接続されているとともに、電流検出手段４７とも接続される。なお、被加熱物判別手段５０や制御手段４９の機能を１つのマイコンの中で構成してもよい。

なお、共振コンデンサ４６に発生した電圧値以外にも、共振回路６２に流れる電流と第１のスイッチング素子４３や第２のスイッチング素子４４、あるいは第３のスイッチング素子４５のオンオフ制御との位相差を判断するための値を検出するものであってもよい。また、例えば共振回路６２に流れる電流値を検出するものに代替してもよい。

次に、本実施の形態における誘導加熱装置の動作を説明する。図３は、第１のスイッチング素子４３、第２のスイッチング素子４４、第３のスイッチング素子４５をオンオフ制御するためにそれぞれのスイッチング素子に与える電圧信号のシーケンスおよび加熱コイル１１に流れる電流、第３のスイッチング素子４５に印加される電圧を示している。図３において、第１のスイッチング素子４３に与える電圧信号をＶｍ１、第２のスイッチング素子４４に与える電圧信号をＶｍ２、第３のスイッチング素子４５に与える電圧信号をＶｓ、加熱コイル１１に流れる電流をＩｃ、第３のスイッチング素子４５のうち共振電流が流れる端子間に発生する電圧をＶｃｅ１とする。なお、それぞれのスイッチング素子は電
圧信号が高くなっている時にオン状態となり、第１のスイッチング素子４３では期間Ｔｍ１に、第２のスイッチング素子４４では期間Ｔｍ２にそれぞれオン状態となっている。

インバータ回路６１の出力側に高周波の電圧を発生するために、第１のスイッチング素子４３と第２のスイッチング素子４４は排他的にオン制御を行う。そのときのインバータ回路６１の動作周期はＴｆとなる（動作周波数は１／Ｔｆ）。また、スイッチング素子に電圧信号が与えられてからスイッチング素子が実際にオン状態からオフ状態に、またはオフ状態からオン状態に遷移するのに遅れが発生した際に直流化手段４２の出力側が電源短絡することのないように、第１のスイッチング素子４３と第２のスイッチング素子４４が共にオフ状態となるデットタイム期間Ｔｄを有している。

直流化手段４２が直流電圧を出力しているとき、高電位側のスイッチング素子である第１のスイッチング素子４３をオン状態とすると、インバータ回路６１の出力側に電圧が発生する。このとき、第３のスイッチング素子４５がオフ状態であると、電圧が印加されても電流が流れる経路が形成されないため、加熱コイル１１には電流が流れない。一方、第３のスイッチング素子４５がオン状態であると、第３のスイッチング素子４５を介して電流経路が形成されて加熱コイル１１に電流が流れる。従って、本実施の形態における誘導加熱装置の回路では、第１のスイッチング素子４３をオン状態にしている期間Ｔｍ１内に第３のスイッチング素子４５をオフ状態からオン状態に遷移し、第１のスイッチング素子４３のオン状態の期間Ｔｍ１と第３のスイッチング素子４５のオン状態の期間との重なり期間Ｔａ１を制御することによって、加熱コイル１１に流れる電流を制御して、被加熱物に供給する電力を調節することができる。なお、第１のスイッチング素子４３のオン状態の期間Ｔｍ１と第３のスイッチング素子４５のオン状態の期間との重なり期間Ｔａ１が長いほど加熱コイル１１に印加される電圧の期間が長くなり多くの電流が流れるため、加熱コイル１１の上方に載置された被加熱物への供給可能な電力は大きくなる。

第１のスイッチング素子４３をオン状態からオフ状態へと遷移し、デットタイム期間Ｔｄが経過すると、今度は第１のスイッチング素子４３と排他的に動作する第２のスイッチング素子４４がオフ状態からオン状態へと遷移する。これにより、共振回路６２に流れていた電流Ｉｃが共振動作によって電流Ｉｃの流れる方向が反転すると、第２のスイッチング素子４４を電流経路として電流Ｉｃが連続して流れる。

第２のスイッチング素子４４に電流Ｉｃが流れている期間Ｔｃ１は第３の逆導通ダイオード４５ｄに電流Ｉｃが流れており、第３のスイッチング素子４５には電流が流れていないため、第２のスイッチング素子４４に電流Ｉｃが流れている期間Ｔｃ１に第３のスイッチング素子４５をオン状態からオフ状態へと遷移させることにより、第３のスイッチング素子４５から発生するスイッチング動作による損失を零とすることができる。

第２のスイッチング素子４４に電流Ｉｃが流れている期間Ｔｃ１に第３のスイッチング素子４５をオフ状態しておくと、共振回路６２に流れている電流Ｉｃが共振動作によって再び反転しようとしても電流の流れる経路が遮断（オフ状態）されているため、共振回路６２に流れる電流Ｉｃは停止Ｔｇ１する。

しかし、例えば第３のスイッチング素子４５をＭＯＳＦＥＴで構成すると、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子とドレイン端子間およびゲート端子とソース端子間にはそれぞれ静電容量が存在し、またドレイン端子とソース端子間にはＰＮ接合が形成されることによる接合容量が存在する。ＭＯＳＦＥＴの代わりにＩＧＢＴを用いても同様に静電容量や接合容量などの寄生容量は存在する。この寄生容量より、第３のスイッチング素子４５をオフ状態にしても第３のスイッチング素子４５を介して新たな共振回路が構成される。

寄生容量を含む新たな共振回路が構成されるときに加熱コイル１１に流れている電流は零または略零のため、新たな共振回路が構成されても共振電流は殆ど流れないが、寄生容量は極めて小さく、また少なくとも共振コンデンサ４６の容量より小さいため、寄生容量に印加される電圧値、即ち第３のスイッチング素子４５に印加される電圧値が大きくなるとともに共振動作によって電圧は振動する。

この振動する電圧値の最大値Ｖｐ１を第３のスイッチング素子４５と並列に接続したツェナーダイオード７１により第３のスイッチング素子４５の耐電圧以下に低減することにより、第３のスイッチング素子４５の耐圧破壊を防止することができる。

また、加熱コイル１１に流れる電流が零値を所定期間有する制御範囲内において、大きな電力を供給するにつれて寄生振動電圧値が大きくなり第３のスイッチング素子４５が耐圧破壊しやすくなっていたが、ツェナーダイオード７１の接続によって第３のスイッチング素子４５に印加する電圧値が第３のスイッチング素子４５の耐電圧値以下に設定できるため、加熱コイル１１に流れる電流が零値を所定期間有する制御から加熱コイル１１に流れる電流が連続となる定格電力供給時の制御まで連続して電力制御を行うことができる。

また、第１のスイッチング素子４３、第２のスイッチング素子４４、第３のスイッチング素子４５のいずれのスイッチング素子も同一の周波数で動作することにより、加熱コイル１１に流れる電流が不連続動作であったとしても、加熱コイル１１に流れる電流の基本周波数は動作周波数となる。例えば複数の加熱コイル１１や回路を近接して配置し、それぞれの回路の動作周波数を一致させることにより、仮に異なる被加熱物の鍋を判別したり加熱しようとしても、うなり干渉音が発生せず、不快感を与えることのない誘導加熱装置を実現することが可能となる。

また、加熱コイル１１に流れる電流の基本周波数は、第１のスイッチング素子４３、第２のスイッチング素子４４、第３のスイッチング素子４５の全てのスイッチング素子の動作周波数と同じとなることから、複数の加熱コイル１１や回路を近接して同時に動作させてもうなり干渉音が発生しないようにトッププレート１３上に載置された被加熱物の判別をすることができる。

また、隣接して配設された複数の加熱コイル１１に同時に電力を供給してもうなり干渉音が発生せず不快感を与えない誘導加熱装置を実現することが可能となる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の上面に載置された被加熱物を加熱するために用いる回路の回路図である。また、図５は、第１のスイッチング素子４３、第２のスイッチング素子４４、第３のスイッチング素子４５をオンオフ制御するためにそれぞれのスイッチング素子に与える電圧信号のシーケンスおよび加熱コイル１１に流れる電流、第３のスイッチング素子４５に印加される電圧を示している。図５において、第１のスイッチング素子４３に与える電圧信号をＶｍ１、第２のスイッチング素子４４に与える電圧信号をＶｍ２、第３のスイッチング素子４５に与える電圧信号をＶｓ、加熱コイル１１に流れる電流をＩｃ、第３のスイッチング素子４５のうち共振電流が流れる端子間に発生する電圧をＶｃｅ２とする。

実施の形態２は、電圧低減手段として電圧低減用コンデンサ７２を用いている点で実施の形態１と異なる。

実施の形態１に示したように、第３のスイッチング素子４５をオフ状態して共振回路６２に流れている電流Ｉｃを零値に維持する制御を行うと、第３のスイッチング素子４５に
大きな振動電圧が印加され第３のスイッチング素子４５の耐圧破壊が生じる。しかし、図４に示したように第３のスイッチング素子４５と並列に電圧低減用コンデンサ７２を接続することにより、第３のスイッチング素子４５が有する寄生容量と電圧低減用コンデンサ７２の容量の合成容量が大きくなるため、共振動作による電流が流れたときの電圧上昇Ｖｐ２を小さくすることができるため、第３のスイッチング素子４５に印加される電圧を小さくして第３のスイッチング素子４５の電圧破壊を抑制することができる。

図６は、本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の上面に載置された被加熱物を加熱するために用いる回路の第２の回路図である。電圧低減手段として電圧低減用コンデンサ７２を用いている点に加え、第３のスイッチング素子４５がオフ状態からオン状態に遷移したときに電圧低減用コンデンサ７２に充電された電荷が第３のスイッチング素子４５を介して短絡状態で放電することを回避するための抵抗７３が電圧低減用コンデンサ７２と直接に接続されている。これにより、大きな短絡電流が流れてノイズが発生し、例えば他の機器に誤作動の影響を与えたりしないようにすることができる。

また、電圧低減用コンデンサ７２を充電するときの電流が抵抗７３を流れると損失となり加熱効率低減の要因となるため、抵抗７３と並列かつ電圧低減用コンデンサ７２と直列にダイオード７４を接続することにより、効率高く誘導加熱を行うことができる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の第３の実施の形態における誘導加熱装置の上面に載置された被加熱物を加熱するために用いる回路の回路図である。また、図８は、第１のスイッチング素子４３、第２のスイッチング素子４４、第３のスイッチング素子４５をオンオフ制御するためにそれぞれのスイッチング素子に与える電圧信号のシーケンスおよび加熱コイル１１に流れる電流、第３のスイッチング素子４５に印加される電圧を示している。図８において、第１のスイッチング素子４３に与える電圧信号をＶｍ１、第２のスイッチング素子４４に与える電圧信号をＶｍ２、第３のスイッチング素子４５に与える電圧信号をＶｓ、加熱コイル１１に流れる電流をＩｃ、第３のスイッチング素子４５のうち共振電流が流れる端子間に発生する電圧をＶｃｅ３とする。

実施の形態３は、電圧低減手段としてダイオード７５を用いている点で実施の形態１および実施の形態２と異なる。

本実施の形態では、図６に示したように第３のスイッチング素子４５の高電位側アノードとし、直流化手段４２の高電位側をカソードとしてダイオード７５を接続することにより、第３のスイッチング素子４５が直流化手段４２の電圧を超過する場合はダイオード７５が導通することにより、第３のスイッチング素子４５に印加される電圧の上昇Ｖｐ３を抑制することができるため、第３のスイッチング素子４５に印加される電圧を直流化手段４２の出力電圧以下にして第３のスイッチング素子４５の電圧破壊を抑制することができる。

上記全ての実施の形態では、１つの加熱コイルに１つの回路が接続された構成における動作説明を行ったが、本発明の誘導加熱装置は加熱コイルが４５個配置されているため、同様の構成が４５セット存在する。複数の加熱コイルに同時に給電して１つの被加熱物を加熱する際は、加熱コイルに流れる電流の周波数は一定でないとうなり干渉音が発生し使用者に不快感を与えてしまうが、本発明の誘導加熱装置でのインバータ回路は、被加熱物の判別動作と、被加熱物に電力を供給する際の小電力供給時から大電力供給時まで、全ての動作において同一の動作周波数で行うことが可能であるため、複数の加熱コイルに同時に給電して１つの被加熱物を加熱する構成では極めて有用な手段である。

また、交流電源から直流電源に変換するための回路構成やインバータ回路の構成、加熱コイルなど電子部品の接続方法を限定するものでなく、同様の効果を奏する回路構成であればいかなる構成であってもよい。

また、図９に示すように複数の加熱コイルを１つのインバータ回路に接続しても加熱コイルとそれぞれ接続したスイッチング素子の動作により加熱コイルに流れる電流を制御して加熱コイルの入力電力の可変制御が可能なため、１つのインバータ回路に複数の共振回路と副スイッチング素子の直列体を並列に接続して部品点数を削減する構成をとってもよい。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、複数の加熱コイルそれぞれに流れる電流を制御する副スイッチング素子の耐圧破壊を防止することが可能であるため、誘導加熱装置など家庭用の応用にとどまらず、特に複数の加熱コイルが近接して配置するような構成の誘導加熱装置にも有効である。

１０ 誘導加熱装置
１１ａａ〜１１ｅｉ 加熱コイル
１２ 操作手段
１３ トッププレート
４１ 電源
４２ 直流化手段
４３ 第１のスイッチング素子
４４ 第２のスイッチング素子
４５ 第３のスイッチング素子
４６ 共振コンデンサ
４７ 電流検出手段
４８ スナバコンデンサ
４９ 制御手段
５０ 被加熱物判別手段
６１ インバータ回路
６２ 共振回路
７１ ツェナーダイオード
７２ コンデンサ
７５ ダイオード

Claims (4)

1. 被加熱物を載置するためのトッププレートと、
   前記トッププレートの下方に配置された複数の加熱コイルと、
   前記複数の加熱コイルとそれぞれ共振回路を構成する複数の共振コンデンサと、
   前記加熱コイルに高周波電流を供給する少なくとも２つの主スイッチング素子を直列に接続した構成を有するインバータ回路と、
   前記インバータ回路と前記共振回路との間に直列に接続した副スイッチング素子と、
   前記副スイッチング素子と直列または並列に接続して前記副スイッチング素子に印加する最大電圧値を低減する電圧低減手段と、
   前記複数のスイッチング素子のオンオフ制御を行う制御手段と、
   前記トッププレートの上方の前記被加熱物の状態を判別する被加熱物判別手段と、
   を備え、
   前記複数の主スイッチング素子のうち、電源と前記加熱コイルの電流経路の接続状態を制御する主スイッチング素子のオン状態の期間と前記副スイッチング素子のオン状態の期間との重なり期間を制御することにより電源から加熱コイルに流れる電流値を変化し、また前記副スイッチング素子をオフ状態にして前記副スイッチング素子に電流が流れない期間を変化して前記加熱コイルの入力電力の可変制御を行い、
   前記主スイッチング素子のオン状態の期間と前記副スイッチング素子のオン状態の期間との重なり期間を短くして、または前記副スイッチング素子に電流が流れない期間を長くして前記加熱コイルに流れる電流が零または略零の値を所定期間有する不連続状態で制御するときに、前記加熱コイルに流れる電流が所定期間零の状態となる期間で前記副スイッチング素子に発生する寄生振動電圧を前記電圧低減手段により前記副スイッチング素子の耐電圧以下に低減する誘導加熱装置。
2. 前記電圧低減手段はツェナーダイオードにより構成し、前記副スイッチング素子と並列に前記ツェナーダイオードを接続する請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記電圧低減手段は少なくともコンデンサにより構成し、前記副スイッチング素子と並列に前記コンデンサを接続する請求項１に記載の誘導加熱装置。
4. 前記電圧低減手段は少なくともダイオードにより構成し、前記副スイッチング素子と直列に前記ダイオードを接続する請求項１に記載の誘導加熱装置。

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