JP2022130803A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導加熱装置の加熱動作中におけるインバータ電流を低減させる。【解決手段】誘導加熱装置Ａは、加熱コイルＣを含むインダクタと、共振コンデンサ２６と、を有する並列共振回路２０と、並列共振回路２０に電力を供給するインバータ回路１と、インバータ回路１から並列共振回路２０に出力される出力電流を検出する第１電流検出手段３５と、第１電流検出手段３５で検出された出力電流のピーク電流値が小さくなるようにインバータ回路１の駆動周波数を制御する制御手段４０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、加熱コイルを用いた誘導加熱装置に関するものである。

特許文献１には、共振負荷に接続してＰＷＭ制御されるインバータ装置において、加熱コイルの電圧位相と、インバータ出力電圧位相を一致させることにより共振周波数で動作させる技術が示されている。特許文献１では、短いパルス幅を出力して、パルス幅の位相と共振回路の電圧位相とが一致するように、駆動周波数をシフトさせる。

国際公開第２０１９／１７６２５６号

しかしながら、特許文献１の技術では、加熱途中にインバータの出力電圧の位相状態を検出するのが困難であるため、加熱動作中は、駆動周波数をロックし、変更しないようになっている。そうすると、加熱中に被加熱物が移動して共振点がずれた場合に、インバータの駆動周波数が共振周波数からずれて、効率が劣化するという問題がある。また、特許文献１の技術を高周波の誘導加熱装置に適用する場合、位相を正確に検知するために、高速な位相検知手段が必要であるという課題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、誘導加熱装置の加熱動作中における加熱コイルに流れる電流に対し、インバータ電流を低減させることにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係る誘導加熱装置は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、当該加熱コイルを含むインダクタと共振コンデンサとを含む並列共振回路と、前記並列共振回路に電力を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路から前記並列共振回路に出力される出力電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された出力電流のピーク電流が小さくなるように制御する制御手段とを備える。

上記態様によると、例えば、共振周波数とピーク電流の最小値が一致する場合、電流検出手段で検出された出力電流のピーク電流が小さくなるように制御するので、動作中に並列共振回路の共振点が変化しても、変化した共振点に対して追従が可能であり、共振周波数付近での継続的な動作が可能となる。また、従来技術のように、位相を検知する必要がなく、インバータのピーク電流の取得のみでよいので、共振周波数の制御が容易である。

本発明の第２態様では、第１態様において、前記制御手段は、前記インバータ回路の駆動周波数を変動させつつ前記駆動周波数の変化に対する前記出力電流の傾きが小さくなる方向に前記インバータ回路の駆動周波数を制御する。

本発明の第３態様では、第１態様において、前記制御手段は、前記電流検出手段で検出された出力電流のピーク電流が所定の閾値以下になるように前記インバータ回路の駆動周波数を制御する。

上記第２態様および第３態様では、制御手段による制御の具体的態様を特定している。

第２態様によると、制御手段は、時間変動に対する電流変化を制御するため、電流ピークをより確実に最小電流で制御できる。これに対し、第３態様では、電流ピークを制御する閾値が決められているため、第２態様と比較して制御が容易である。

本発明の第４態様では、第１態様において、前記インバータ回路と前記並列共振回路との間に、前記インバータ回路から出力される矩形波状の出力電圧をならして正弦波状の波形にするフィルタ手段を備える。

これにより、インバータ回路への入力電圧に対してインバータの出力電圧の実効値が小さい場合においても、ピーク電流の検知がしやすくなり、ピーク電流に基づく制御が可能となる。また、インバータ回路の出力電圧のデューティ比を大きな範囲で共振周波数の制御ができる。さらに、火力を幅広く制御することができる。

本発明の第５態様では、第１態様から第４態様において、前記制御手段は、前記インバータ回路の入力電圧を前記加熱コイルの設定熱量に応じて変化させる入力電圧制御部を備える。

これにより、インバータ回路の出力電圧のデューティ比を大きく保持し、入力電圧制御部で入力電圧を変えることにより火力を制御することができるので、火力を幅広く制御することができる。

本発明の第６態様では、第１態様において、前記並列共振回路に流れる電流を検知する第２の電流検出手段を備え、前記制御手段は、前記第１電流検出手段で検出された出力電流のピーク電流が所定の第１閾値以上になると前記インバータ回路の駆動周波数を下げるように制御し、前記第２電流検出手段で検出された電流が所定の第２閾値以下になると前記インバータ回路の駆動周波数を上げるように制御する。

これにより、インバータ回路の出力電圧の実効値がインバータ回路の入力電圧に対して小さいような場合において、動作中に並列共振回路の共振点が変化しても、変化した共振点に対して追従が可能であり、継続して共振周波数付近での動作が可能となる。

本発明の第７態様に係る誘導加熱装置は、加熱コイルと、当該加熱コイルを含むインダクタと共振コンデンサとを含む並列共振回路と、前記並列共振回路に電力を供給するインバータ回路とを備え、前記並列共振回路は、前記インバータ回路の出力から分岐された一方側の回路である第１回路と、他方側の回路である第２回路との並列回路であり、前記第１回路の電流を検出する第１電流検出手段と、前記第２回路の電流を検出する第２電流検出手段と、前記第１電流検出手段で検出された電流の第１ピーク電流値と、前記第２電流検出手段で検出された電流の第２ピーク電流値との差が小さくなるように前記第１電流検出手段で検出された電流の第１ピーク電流値と、前記第２電流検出手段で検出された電流の第２ピーク電流値との差が所定の範囲内になるように前記インバータ回路の駆動周波数を制御する制御手段とをさらに備える。

ここで、並列共振回路が共振している場合には、第１回路に流れる分岐電流の波形と、第２回路に流れる分岐電流の波形とが理想的には同じになる。そこで、制御手段により、第１ピーク電流値と第２ピーク電流値との差が所定の範囲内になるように、インバータ回路の駆動周波数を制御する。そうすることで、インバータ回路の駆動周波数を並列共振回路の共振周波数に近づけることができる。また、加熱中においても、駆動周波数の調整は可能なので、鍋が移動して共振点がずれた場合においても、自動的に共振点での動作に合わせなおすことができる。

本発明の第６態様では、第１態様において、前記制御手段は、前記第１ピーク電流値と前記第２ピーク電流値とを比較し、相互間の誤差が２０％以内になるように、前記インバータ回路の駆動周波数を制御する。

ここでは、第７態様の所定の範囲について、具体的に特定している。

本発明によれば、誘導加熱装置において、インバータの制御周波数が並列共振周波数に追従するように制御できるので、誘導加熱装置の加熱動作中における加熱コイルに流れる電流に対し、インバータ電流を低減させることができる。

実施形態に係る誘導加熱装置の等価回路構成図 図１の誘導加熱装置についての具体的な構成例を示す図 並列共振回路の周波数－インピーダンス特性を示す図 インバータ回路の出力電圧の実効値が大きい場合のシミュレーション波形図 インバータ回路の駆動周波数に対する電流の変化を示す図 コイル（フィルタ手段）を設ける場合と設けない場合とで電流を比較した図 インバータ回路の出力電圧の実効値が大きい場合と小さい場合とをまとめた図 誘導加熱装置の他の例を示す等価回路構成図 図８の誘導加熱装置の動作を説明するための図 誘導加熱装置の他の例を示す等価回路構成図 図１０の誘導加熱装置の動作を説明するための図 並列共振回路の他の構成例を示す図 誘導加熱装置の他の例を示す等価回路構成図 誘導加熱装置の他の例を示す等価回路構成図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１及び図２に示すように、誘導加熱装置Ａは、加熱コイルＣと、加熱コイルＣを含むインダクタ２４，２５と共振コンデンサ２６で構成された並列共振回路２０と、並列共振回路２０に電力を供給するインバータ回路１と、インバータ回路１の出力電流（以下、「インバータ電流Ｉ３」という）を検出する第１電流検出手段３５と、制御手段４０とを備える。

－インバータ－
インバータ回路１の回路構成は、特に限定されるものではなく、従来から知られている構成を適用することができる。本実施形態では、アーム１１，１２が並列接続されたフルブリッジ構成のインバータ回路１の例を示す。

アーム１１，１２は、それぞれ、直列接続された２つのスイッチング素子１３を有する。より詳しくは、アーム１１の両スイッチング素子１３の間が第１配線Ｎ１で接続され、アーム１２の両スイッチング素子１３の間が第２配線Ｎ２で接続される。各スイッチング素子１３は、トランジスタと、該トランジスタに並列かつ逆方向に接続されたダイオードとの並列回路になっている。アーム１１のスイッチング素子１３は、後述するＣＰＵ４２の制御を受けて動作するドライバ６１からの駆動信号を受けてスイッチング動作をする。同様に、アーム１２のスイッチング素子１３は、ＣＰＵ４２の制御を受けて動作するドライバ６２からの駆動信号を受けてスイッチング動作をする。このアーム１１，１２のスイッチング動作により、直流電力が交流電力に変換されて出力される。

第１配線Ｎ１と第２配線Ｎ２との間には、電圧フィルタ用のコイル３１と、並列共振回路２０と、第１電流検出手段３５とが直列に接続される。なお、第１電流検出手段３５は、従来から知られている構成であり、ここでは具体的構成についての説明を省略する。

－電圧フィルタ用コイル－
コイル３１（電圧フィルタ）は、インバータ回路１の出力と並列共振回路２０との間に挿入され、インバータ電流Ｉ３が正弦波に近くなるように作用する（図３の実施例参照）。これにより、直流電源５からの入力電圧に対してインバータ回路１の出力電圧（以下、「インバータ電圧Ｖｏ」という）の実効値が小さいような場合であっても、ピーク電流に基づく共振周波数の制御が可能になる。インバータ電圧Ｖｏは、矩形波状である。なお、コイル３１に代えて、インバータ電圧Ｖｏの高調波成分を除去し、波形をならして正弦波状の波形にするような他のフィルタ回路を用いてもよい。ピーク電流に基づく共振周波数の制御については、後ほど説明する。

－並列共振回路－
並列共振回路２０は、インダクタ２４と共振コンデンサ２６とが直列接続された第１回路２１に、インダクタ２５が並列接続された構成になっている。

図２（ａ），（ｂ）には、図１の等価回路で示される並列共振回路２０の具体的な構成例を示している。図２（ａ），（ｂ）において、加熱コイルＣは、所定の一方向に向かって螺旋状に巻かれている。

図２（ａ）では、加熱コイルＣは、一端が第１電流検出手段３５を介して第２配線Ｎ２に接続され、他端が共振コンデンサ２６及び第１電流検出手段３５を介して第２配線Ｎ２に接続される。そして、加熱コイルＣの中間に位置する中間点Ｐ１がコイル３１を介して第１配線Ｎ１に接続される。すなわち、加熱コイル３は、中間点Ｐ１を境にして、第１加熱コイルＣ１と第２加熱コイルＣ２とに分割されている。第１加熱コイルＣ１は、インダクタ２４を構成し、第２加熱コイルＣ２は、インダクタ２５を構成する。

図２（ｂ）では、並列共振回路２０は、加熱コイルＣと共振コンデンサ２６とが直列接続された第１回路２１と、インダクタ２５で構成された第２回路２２とが並列接続された構成になっている。図２（ｂ）の場合、加熱コイルＣは、インダクタ２４を構成する。

－制御手段－
図１に戻り、制御手段４０は、ピーク電流変換回路４１と、ＣＰＵ４２とを備え、第１電流検出手段３５で検出された出力電流のピーク電流が小さくなるようにインバータ回路１の駆動周波数を制御する。

ピーク電流変換回路４１は、第１電流検出手段３５で検出された出力電流をピーク電流に変換する回路であり、換言すると、インバータ電流Ｉ３のピーク電流値を検知する回路である。ピーク電流変換回路４１は、インバータ回路１の駆動周波数の周期毎のピーク電流値（以下、単に「ピーク電流値」という）をＣＰＵ４２に出力する。

ＣＰＵ４２は、ピーク電流変換回路４１から受信したピーク電流値に基づき、インバータ電圧Ｖｏの実効値が固定条件において、ピーク電流値が最小、もしくは、ある閾値範囲以内になるようにインバータ回路１の駆動周波数を制御する。図１に示すように、ＣＰＵ４２は、インバータ回路１の駆動周波数を制御するために、電圧位相差制御指令を出力する。

＜並列共振回路のインピーダンス＞
図３は、並列共振回路２０の周波数－インピーダンス特性の一例を示している。図３において、太実線は並列共振回路２０の特性を示し、破線は第１回路２１の特性、細実線は第２回路２２の特性をそれぞれ示している。

ここで、並列共振回路２０で、インピーダンスＺ２０が最大値を示す共振周波数ｆｏで共振している場合における第１回路２１のインピーダンスＺ２１及び第２回路２２のインピーダンスＺ２２は、以下の式（１）で近似される。また、並列共振回路２０のインピーダンスＺ２０は、以下の式（２）で近似される。

式（１）において、Ｌｍは第１回路２１（ここではインダクタ２４）のインダクタンス、Ｌｓは第２回路２２（ここではインダクタ２５）のインダクタンス、Ｍは第１回路２１と第２回路２２の相互インダクタンス、Ｃｍは第１回路２１（ここでは共振コンデンサ２６）の容量値である。また、式（２）は、加熱コイルＣ上に鍋が置かれた状態での式であり、Ｒｍは鍋の影響を含む第１回路２１の抵抗成分、Ｒｓは鍋の影響を含む第２回路２２の抵抗成分、Ｒｔは相互インダクタに対応する抵抗成分である。

式（１）のインピーダンスＺ２１は、加熱コイルＣの巻数と被加熱物である鍋の大きさで決まり、鍋の材質にはほとんど依存しない。インピーダンスＺ２１の値は、例えば、３～１０［Ω］程度になるように設計される。

アルミ鍋の場合、（Ｒｍ＋Ｒｓ＋２Ｒｔ）は、１［Ω］程度であり、上記式（１），（２）より、インピーダンスＺ２０は、１０～１００［Ω］程度となる。すなわち、アルミ鍋の場合におけるインピーダンスＺ２０とインピーダンスＺ２１，Ｚ２２との関係は、（Ｚ２０＞Ｚ２１，Ｚ２２）となる。

ＳＵＳ鍋の場合、（Ｒｍ＋Ｒｓ＋２Ｒｔ）は、２０［Ω］程度であり、上記式（１），（２）より、インピーダンスＺ２０は、０．０５～５［Ω］程度となる。すなわち、ＳＵＳ鍋の場合におけるインピーダンスＺ２０とインピーダンスＺ２１，Ｚ２２との関係は、（Ｚ２０＜Ｚ２１，Ｚ２２）となる。

並列共振回路２０のインピーダンスについてまとめると、アルミ鍋のような非磁性の鍋の場合、並列共振周波数において、並列共振回路２０のインピーダンスＺ２０が、第１回路２１のインピーダンスＺ２１より大きく、かつ、第２回路２２のインピーダンスＺ２２より大きいという特徴がある。

＜インバータ回路の駆動周波数制御＞
次に、インバータ回路１の駆動周波数制御について、具体的に説明する。なお、図１の回路において、コイル３１を設けないようにしてもよい。以下では、インバータ回路１の駆動周波数制御について、場合分けをして説明する。

本実施形態では、制御手段４０は、（１）コイル３１を設ける場合、または、コイル３１は設けないがインバータ電圧Ｖｏの実効値が相対的に大きい場合と、（２）コイル３１は設けず、かつ、インバータ電圧Ｖｏの実効値が相対的に小さい場合とで、異なる制御を行う。

なお、インバータ電圧Ｖｏの実効値の相対的な大小の境界は、回路の構成等に応じて任意に設定される。例えば、制御手段４０は、インバータ電圧Ｖｏの実効値がインバータ回路１の入力電圧Ｖｉに対して６０％以上の場合にインバータ電圧Ｖｏの実効値が相対的に大きい（以下、単に「実効値が大きい」という）と判断し、６０％未満の場合にインバータ電圧Ｖｏの実効値が相対的に小さい（以下、単に「実効値が小さい」という）と判断する。

－インバータ回路の駆動周波数制御（１）－
まず、第１回路２１においてコイル３１を設ける場合、または、インバータ電圧Ｖｏの実効値が大きい場合におけるインバータ回路１の駆動周波数制御について説明する。

図４は、第１回路２１に流れる分岐電流Ｉ１、第２回路２２に流れる分岐電流Ｉ２及びインバータ電流Ｉ３のシミュレーション波形を示している。図４において、上図はインバータ電圧Ｖｏの時間変化であり、下図は分岐電流Ｉ１，Ｉ２及びインバータ電流Ｉ３の時間変化である。

また、図５において、上の波形は、共振周波数ｆｏ付近における駆動周波数に対する分岐電流Ｉ１，Ｉ２及びインバータ電流Ｉ３のＡＣ解析の結果を示し、下の波形は、駆動周波数に対するピーク電流値Ｉｐの実測値の変化の一例を示す。

図４に示すとおり、第１回路２１においてコイル３１を設ける場合、または、インバータ電圧Ｖｏの実効値が大きい場合には、インバータ電流Ｉ３が正弦波に近づく。そして、図５の上の波形に示すように、第１回路の分岐電流Ｉ１と第２回路２２の分岐電流Ｉ２が実質的に等しいときが、並列共振回路２０が共振しており、最も効率よく加熱が行われているといえる。

図５からもわかるように、上のＡＣ解析においてインバータ電流Ｉ３が最小値のときの周波数と、実動作における出力電流Ｉ３が最小値ときの周波数とが共振周波数ｆｏとほぼ一致している。具体的には、例えば、ＡＣ解析による並列共振回路２０の共振周波数ｆｏが７５．９５［ｋＨｚ］の場合に、出力電流Ｉ３の最小値（実測値）から換算した駆動周波数が７６．０［ｋＨｚ］であり、ピーク電流値Ｉｐを最小にすることで、実質的に共振周波数での動作が可能であることが確認された。

そこで、ＣＰＵ４２は、インバータ電圧Ｖｏの実効値が大きい場合、第１電流検出手段３５の検出結果に基づくピーク電流値Ｉｐが最小になるようにインバータ回路１の駆動周波数を制御する。これにより、誘導加熱装置Ａの共振周波数での動作を実現させることができる。

ＣＰＵ４２によるインバータ回路１の駆動周波数制御の具体的な方法は、特に限定されない。

例えば、ＣＰＵ４２は、インバータ回路１の駆動周波数を常に微小に（例えば、１［ｋＨｚ］未満で）変動させつつ、駆動周波数の変化Δｆに対する出力電流の傾きΔＩが小さくなる方向にインバータ回路１の駆動周波数を制御する。すなわち、ΔＩ／Δｆが「０」に近づくように制御する。

また、例えば、ＣＰＵ４２は、誘導加熱装置Ａの出力レベルに応じて、インバータ電流Ｉ３に閾値Ｉｔｈ１を設定し、インバータ回路１の駆動周波数が閾値Ｉｔｈ１以下になるように制御する。

具体例を用いて説明すると、例えば、誘導加熱装置Ａの出力電力が２５００［Ｗ］の場合において、標準サイズのアルミ鍋を設置した場合の、駆動周波数における加熱コイルの抵抗値を１［Ω］に設計するとき、加熱コイルに流す電流は、５０［Ａ］となる。ここで、アルミ鍋を設置した場合の各インピーダンス値は、鍋のサイズと相関関係があるので、標準サイズの鍋の場合には、前述の式（１），（２）の値が求まる。例えば、Ｚ２１＝Ｚ２２＝６［Ω］、Ｚ２０＝３６［Ω］となる。この場合において、理論的に求められるインバータ電流Ｉ３は、「出力電流×Ｚ２１／Ｚ２０」となり、ここでは８．３［Ａ］となる。
そうすると、理論的に求められるピーク電流は、１１．７［Ａ］となる。そこで、例えば、この理論値よりも２０％程度大きい１４［Ａ］を制御の閾値として設ければ、共振周波数ｆｏ±３５０［Ｈｚ］の範囲でインバータ回路１の駆動周波数を制御できることになる。

－インバータ回路の駆動周波数制御（２）－
次に、図１においてコイル３１は設けず、かつ、インバータ電圧Ｖｏの実効値が相対的に小さい場合におけるインバータ回路１の駆動周波数制御について説明する。

図６に示すように、インバータ電圧Ｖｏの実効値が大きい場合（左列参照）、インバータ電流Ｉ３が正弦波状の波形であり、ＡＣ解析においてインバータ電流Ｉ３が最小値のときの周波数と、実動作における出力電流Ｉ３が最小値ときの周波数とが共振周波数ｆｏとほぼ一致していた。

これに対し、インバータ電圧Ｖｏの実効値が小さい場合（右列参照）、インバータ電流Ｉ３が正弦波状の波形にならず、実動作における出力電流Ｉ３が最小値ときの周波数が共振周波数ｆｏと一致しない。そこで、コイル３１を設けない場合において、インバータ電圧の実効値が小さい場合には、インバータ電圧の実効値が大きい場合と異なる方法を採用する。

具体的には、図８に示すように、第１電流検出手段３５に加えて、並列共振回路２０に流れる電流を検出する第２電流検出手段３６を設ける。なお、第２電流検出手段３６は、第１回路２１に設けてもよいし、第２回路２２に設けてもよい。

また、図１０に示すように、第１回路２１に第１電流検出手段３７を設け、かつ、第２回路２２に第２電流検知手段３８を設けてもよい。

以下において、それぞれの方法について、図面を参照しつつ説明する。

まず、図８の誘導加熱装置Ａについて説明する。なお、図８において、図１と共通の構成には、図１と同じ符号を付しており、ここでは相違点を中心に説明する。また、図９には、図８の構成において、横軸の駆動周波数に対する分岐電流Ｉ１，Ｉ２及びインバータ電流Ｉ３の変化を示す。

図８の誘導加熱装置Ａは、前述のとおり、第１電流検出手段３５に加えて、並列共振回路２０に流れる電流を検出する第２電流検出手段３６を備える。図８の例では、第２電流検出手段３６が第２回路２２に設けられた例を示す。

さらに、制御手段４０には、第２電流検出手段３６で検出された出力電流をピーク電流に変換するピーク電流変換回路４３を備える。また、ＣＰＵ４２は、ピーク電流変換回路４１から受信したインバータ電流Ｉ３のピーク電流値と、ピーク電流変換回路４３から受信した第２回路２２に流れる分岐電流Ｉ２のピーク電流値に基づき、インバータ回路１の駆動周波数を制御する。

具体的には、ＣＰＵ４２は、インバータ電流Ｉ３が所定の閾値Ｉｔｈ２を超えると、インバータ回路１の駆動周波数を下げるように制御する。図９では、閾値Ｉｔｈ２における駆動周波数はｆ２（ここで、ｆ２＞ｆｏ）なので、駆動周波数をｆ２よりも下げるように制御する。

また、ＣＰＵ４２は、第２回路２２に流れる分岐電流Ｉ２が所定の閾値Ｉｔｈ３（ここで、Ｉｔｈ３＞Ｉｔｈ２）を超えると、インバータ回路１の駆動周波数を上げるように制御する。図９では、閾値Ｉｔｈ３における駆動周波数はｆ１（ここで、ｆ１＜ｆｏ＜ｆ２）なので、駆動周波数をｆ１よりも上げるように制御する。

これにより、ＣＰＵ４２は、インバータ回路１の駆動周波数をｆ１～ｆ２の間で調整することができる。すなわち、ＣＰＵ４２は、インバータ回路１の駆動周波数を並列共振回路２０の共振周波数ｆｏに近づけることができる。また、加熱中においても、駆動周波数の調整は可能なので、鍋が移動して共振点がずれた場合においても、自動的に共振点での動作に合わせなおすことができる。

なお、駆動周波数ｆ１及びｆ２は、それぞれ、閾値Ｉｔｈ２，Ｉｔｈ３により任意の値に設定することができるので、駆動周波数ｆ１と駆動周波数ｆ２との周波数間隔を調整することができる。

次に、図１０の誘導加熱装置Ａについて説明する。なお、図１０において、図１と共通の構成には、図１と同じ符号を付しており、ここでは相違点を中心に説明する。また、図１１には、図１０の構成において、横軸の時間に対する分岐電流Ｉ１，Ｉ２及びインバータ電流Ｉ３の変化を示す。

図１０の誘導加熱装置Ａは、前述のとおり、第１回路２１に流れる分岐電流Ｉ１を検出する第１電流検出手段３７と、第２回路２２に流れる分岐電流Ｉ２を検出する第２電流検出手段３８とを備える。

さらに、制御手段４０には、第１電流検出手段３７で検出された分岐電流Ｉ１をピーク電流に変換するピーク電流変換回路４４と、第２電流検出手段３８で検出された分岐電流Ｉ２をピーク電流に変換するピーク電流変換回路４５と備える。ＣＰＵ４２は、ピーク電流変換回路４４から受信した分岐電流Ｉ１のピーク電流値と、ピーク電流変換回路４５から受信した分岐電流Ｉ２のピーク電流値に基づき、インバータ回路１の駆動周波数を制御する。

ここで、並列共振回路２０が共振している場合、インバータ電流Ｉ３が最小値になり、第１回路２１に流れる分岐電流Ｉ１の波形と、第２回路２２に流れる分岐電流Ｉ２の波形とが理想的には同じになる。

そこで、ＣＰＵ４２は、分岐電流Ｉ１のピーク電流と分岐電流Ｉ２のピーク電流とが一致するように、もしくは、分岐電流Ｉ１のピーク電流と分岐電流Ｉ２のピーク電流と所定の範囲内になるように、インバータ回路１の駆動周波数を制御する。

そうすることで、インバータ回路１の駆動周波数を並列共振回路２０の共振周波数ｆｏに近づけることができる。また、加熱中においても、駆動周波数の調整は可能なので、鍋が移動して共振点がずれた場合においても、自動的に共振点での動作に合わせなおすことができる。

以上のように、本開示の技術の例示として、好ましい実施形態について説明した。しかし、本開示の技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須でない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることを以て、直ちにそれらの必須でない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

例えば、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

上記の実施形態では、インバータ回路１がフルブリッジ型の例について説明したが、図１２に示すように、ハーフブリッジ型のインバータ回路１を用いてもよく、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また、上記実施形態とは異なる並列共振回路２０を用いてもよい。例えば、図１３（ａ）では、並列共振回路２０の第１回路２１が共振コンデンサ２６で構成され、第２回路２２が加熱コイルＣからなるインダクタ２４で構成されている。また、例えば、図１３（ｂ）では、並列共振回路２０の第１回路２１が加熱コイルＣからなるインダクタ２４と共振コンデンサ２６で構成され、第２回路２２が共振コンデンサ２７で構成されている。このように、並列共振回路２０が異なる場合においても、本開示の技術は適用が可能であり、同様の効果を得ることができる。

また、図１４に示すような構成にしてもよい。図１４では、制御手段４０は、インバータ回路１の入力電圧Ｖｉを加熱コイルＣの設定熱量に応じて変化させる入力電圧制御手段を備える。図１４の例では、ＣＰＵ４２が入力電圧制御手段としての機能を有する例を示している。

これにより、インバータ回路の出力電圧のデューティ比を大きく保持し、入力電圧制御部で入力電圧を変えることにより火力を制御することができるので、火力を幅広く制御することができる。

以上説明したように、本発明は、加熱コイルを用いた誘導加熱装置において、アルミ鍋の加熱効率向上(加熱時短化)、部品削減による筐体の小型化、コスト削減、低騒音化に寄与できるので、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

Ａ 誘導加熱装置
Ｃ 加熱コイル
１ インバータ回路
４ 制御手段
１３ スイッチング素子
２４，２５ インダクタ
３５ 第１電流検出手段
３６ 第２電流検出手段
３７ 第１電流検出手段
３８ 第２電流検出手段

Claims (8)

1. 加熱コイルと、
   当該加熱コイルを含むインダクタと、共振コンデンサと、を有する並列共振回路と、
   前記並列共振回路に電力を供給するインバータ回路と、
   前記インバータ回路から前記並列共振回路に出力される出力電流を検出する第１電流検出手段と、
   前記第１電流検出手段で検出された出力電流のピーク電流値が小さくなるように前記インバータ回路の駆動周波数を制御する制御手段とを備える、誘導加熱装置。
2. 請求項１に記載の誘導加熱装置において、
   前記制御手段は、前記インバータ回路の駆動周波数を変動させつつ前記駆動周波数の変化に対する前記出力電流の傾きが小さくなる方向に前記インバータ回路の駆動周波数を制御する、誘導加熱装置。
3. 請求項１に記載の誘導加熱装置において、
   前記制御手段は、前記第１電流検出手段で検出された出力電流のピーク電流が所定の閾値以下になるように前記インバータ回路の駆動周波数を制御する、誘導加熱装置。
4. 請求項１に記載の誘導加熱装置において、
   前記インバータ回路と前記並列共振回路との間に、前記インバータ回路から出力される矩形波状の出力電圧をならして正弦波状の波形にするフィルタ手段を備える、誘導加熱装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の誘導加熱装置において、
   前記制御手段は、前記インバータ回路の入力電圧を前記加熱コイルの設定熱量に応じて変化させる入力電圧制御手段を備える、誘導加熱装置。
6. 請求項１に記載の誘導加熱装置において、
   前記並列共振回路に流れる電流を検知する第２電流検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記第１電流検出手段で検出された出力電流のピーク電流が所定の第１閾値以上になると前記インバータ回路の駆動周波数を下げるように制御し、前記第２電流検出手段で検出された電流が所定の第２閾値以下になると前記インバータ回路の駆動周波数を上げるように制御する、誘導加熱装置。
7. 加熱コイルと、
   当該加熱コイルを含むインダクタと共振コンデンサとを含む並列共振回路と、
   前記並列共振回路に電力を供給するインバータ回路とを備え、
   前記並列共振回路は、前記インバータ回路の出力から分岐された一方側の回路である第１回路と、他方側の回路である第２回路との並列回路であり、
   前記第１回路の電流を検出する第１電流検出手段と、
   前記第２回路の電流を検出する第２電流検出手段と、
   前記第１電流検出手段で検出された電流の第１ピーク電流値と、前記第２電流検出手段で検出された電流の第２ピーク電流値との差が小さくなるように前記インバータ回路の駆動周波数を制御する制御手段とをさらに備える、誘導加熱装置。
8. 請求項７に記載の誘導加熱装置において、
   前記制御手段は、前記第１ピーク電流値と前記第２ピーク電流値とを比較し、相互間の誤差が２０％以内になるように、前記インバータ回路の駆動周波数を制御する、誘導加熱装置。

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