JP2722738B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 第一の発明は、複数の加熱コイルを有する誘導加熱式
アイロン等に利用されるもので、その加熱コイルの切り
替えを行う誘導加熱装置に関するものである。また第二
の発明は、一般家庭において使用される２口の誘導加熱
調理器等に利用される誘導加熱装置に関するものであ
る。

従来の技術 第５図に従来の技術におけるアイロンを誘導加熱する
誘導加熱装置の回路図を示す。第５図に於て１は直流電
源で、例えば100V60Hzの交流電源２、前記交流電源２の
出力に接続され、交流電圧を直流電圧に変換する４本の
シリコンダイオードのブリッジ構成による整流器３と、
整流器３の出力に接続され、誘導加熱装置の動作周波数
の高周波リプルを除去するためのチョークコイル４と平
滑コンデンサ５によって構成されている。直流電源１の
出力には、２つの全く同じ構成のインバータ６とインバ
ータ13が並列に接続されている。インバータ６は、トラ
ンジスタ７とトランジスタ９、トランジスタ７のコレク
タとエミッタの間に逆並列に設けられたダイオード８、
トランジスタ９のコレクタとエミッタの間に逆並列に設
けられたダイオード10、共振コンデンサ11と加熱コイル
12の直列回路がトランジスタ７のエミッタとトランジス
タ９のコレクタの接続点から直流電源１のプラス端子の
間に設けられた構成となっている。インバータ13は、ト
ランジスタ14・ダイオード15・トランジスタ16・ダイオ
ード17・共振コンデンサ18・加熱コイル19を有し、イン
バータ６と同様の構成となっている。制御回路20は、ト
ランジスタ７・トランジスタ９・トランジスタ14・トラ
ンジスタ16のベースに接続され、これらのトランジスタ
のオンオフを制御している。21は負荷であるアイロン
で、このアイロンベースは誘導加熱に適した磁性材料で
構成されている。

次に従来の技術における誘導加熱装置の動作について
述べる。まずインバータ６を構成している加熱コイル12
の上にアイロン21が存在し、これを加熱する場合の動作
について述べる。制御回路20は、トランジスタ７とトラ
ンジスタ９を25kHzの周波数で交互にオンオフする。こ
れによって加熱コイル12と共振コンデンサ11の直列回路
に高周波の方形波電圧が印加される。ここでアイロン21
が加熱コイル12の上に存在している状態における加熱コ
イル12と共振コンデンサ11の直列回路の共振周波数は、
25kHzになるように設計されているため、加熱コイル12
に高い電圧が発生し、アイロン21が誘導加熱される。ま
た加熱コイル12と共振コンデンサ11の共振周波数がトラ
ンジスタ７とトランジスタ９のオンオフ周波数とずれた
場合には、ダイオード８とダイオード10に電流が流れ
て、加熱コイル12に高周波電流が流れてアイロン21が誘
導加熱されるものである。つぎに加熱コイル19の上にア
イロン21が存在し、これを加熱する場合の動作について
述べる。制御回路20は、トランジスタ14とトランジスタ
16を25kHzの周波数で交互にオンオフする。これによっ
て加熱コイル19と共振コンデンサ18の直列回路に高周波
の方形波電圧が印加される。ここでアイロン21が加熱コ
イル19の上に存在している状態における加熱コイル19と
共振コンデンサ18の直列回路の共振周波数は、25kHzに
なるように設計されているため、加熱コイル19に高い電
圧が発生し、アイロン21が誘導加熱される。また加熱コ
イル19と共振コンデンサ18の共振周波数がトランジスタ
14とトランジスタ16のオンオフ周波数とずれた場合に
は、ダイオード15とダイオード17に電流が流れて、加熱
コイル19に高周波電流が流れてアイロン21が誘導加熱さ
れるものである。

以上のように本従来例は、負荷であるアイロン21の位
置に応じて、トランジスタ７とトランジスタ９を交互に
オンオフしたりトランジスタ14とトランジスタ16を交互
にオンオフすることによって、加熱コイル12と加熱コイ
ル19を選択して高周波電流を供給することが出来、アイ
ロン21を誘導加熱することが出来るものである。

また第５図に示した誘導加熱装置はアイロンを誘導加
熱するものであったが、負荷として鉄製あるいはステン
レス製の鍋が使用された場合は、誘導加熱調理器となる
ものである。この場合も、２個の加熱コイルを備えた構
成の場合にはトランジスタを４個使用する、前記第５図
と共通の構成となる。

この動作は、前記のアイロンを加熱する誘導加熱装置
の場合と同様に、２個のトランジスタのみにオンオフ信
号を送って２個の加熱コイルのうちの１個を選択して高
周波電流を供給する他、４個のトランジスタを全てオン
オフさせることによって２個の加熱コイルに同時に高周
波電流を供給し、２個の負荷を同時に加熱することも可
能であり、また、トランジスタのオンオフ周波数を加減
することにより、２個の負荷に加わる加熱パワーを別々
に制御することも行うことができるものであった。

発明が解決しようとする課題 上記の従来の技術においては、複数の加熱コイルから
１個の加熱コイルを選択して加熱する誘導加熱装置の場
合においても、また２個の加熱コイルを同時に動作さ
せ、かつ各々の加熱コイルの加熱パワーを別々に加減す
ることができる誘導加熱装置においても、１個の加熱コ
イルについて２個のトランジスタを使用している。この
ため、加熱コイルの数が２個である場合にはトランジス
タが４個必要となり、一般に加熱コイルの数がＮ個の場
合にはトランジスタの数が2N個と必要となり、非常に多
くなる。またこの場合使用されるトランジスタは、加熱
コイルに供給する高周波電流の周波数でスイッチングで
きる高速のものが必要であることから高価であり、かつ
個々のトランジスタについてそれを駆動する機能が制御
回路内に必要となるため制御回路が複雑となり、従って
装置が高価になるという第一の課題を有するものであっ
た。

また２個の加熱コイルを同時に動作させ、かつ各々の
加熱コイルの加熱パワーを各々の加熱コイルに接続され
たトランジスタのオンオフ周波数で加減する場合におい
ては、２個の負荷が違う場合や、加熱パワーを２個の加
熱コイルで変えたい場合などには、２個の加熱コイルに
供給される高周波電流の周波数に差が生じ、その差の周
波数でビート音と呼ばれる耳障りな騒音が発生するとい
う第二の課題もあった。

そこで第一の発明は、このような従来の技術が有して
いた第一の課題に鑑みてなされたものであり、複数の加
熱コイルから１個の加熱コイルを選択して加熱する誘導
加熱装置のトランジスタの数を減らすことによってトラ
ンジスタのコストを低減し、かつトランジスタを駆動す
る制御回路を簡単にすることにより、装置のコストを低
減できる誘導加熱装置を提供することを目的とするもの
である。また第二の発明は、同第二の課題に鑑みてなさ
れたものであり、２個の加熱コイルを同時に動作させ、
かつ各々の加熱コイルの加熱パワーを別々に加減する誘
導加熱装置のトランジスタの数を減らすことによってト
ランジスタのコストを低減し、かつトランジスタを駆動
する制御回路を簡単にすることにより、装置のコストを
低減し、かつ２個の加熱コイルに供給される高周波電流
の周波数を同一とすることにより、ビート騒音が発生し
ない静かな誘導加熱装置を提供することを目的とするも
のである。

課題を解決するための手段 第一の課題を解決するための第一の発明の手段は、直
流電源と、前記直流電源の出力に接続した第一のトラン
ジスタと第二のトランジスタの直列回路と、前記第一の
トランジスタに逆並列接続した第一のダイオードと、前
記第二のトランジスタに逆並列接続した第二のダイオー
ドと、前記第一のトランジスタと前記第二のトランジス
タの接続点と前記直流電源の一端子間に接続された複数
の負荷回路と、前記第一のトランジスタと前記第二のト
ランジスタのオンオフを制御する制御回路を有し、前記
複数の負荷回路は全て加熱コイルと前記加熱コイルと直
列に接続された共振コンデンサで構成され、各々の負荷
回路は互いに異なった共振周波数を有する構成とした誘
導加熱装置とするものである。

また第二の課題を解決するための第二の発明の手段
は、出力電圧を可変できる直流電源と、前記直流電源の
出力に接続した第一のトランジスタと第二のトランジス
タの直列回路と、前記第一のトランジスタに逆並列接続
した第一のダイオードと、前記第二のトランジスタに逆
並列接続した第二のダイオードと、前記第二のトランジ
スタと前記第二のトランジスタの接続点と前記直流電源
の一端子間に接続された２個の負荷回路と、前記第一の
トランジスタと前記第二のトランジスタのオンオフと前
記直流電源の出力電圧を制御する制御回路を有し、前記
２個の負荷回路は全て加熱コイルと前記加熱コイルと直
列接続された共振コンデンサで構成され、各々の負荷回
路は互いに異なった共振周波数を有する構成とした誘導
加熱装置とするものである。

作 用 第一の発明の手段は、加熱したい加熱コイルに応じて
制御回路が第一のトランジスタと第二のトランジスタの
オンオフ周波数を変えることによって、選択された加熱
コイルだけが加熱動作を行い、加熱コイルの数が複数で
あってもトランジスタの数が２個で済むためトランジス
タのコストが小となり、またトランジスタを駆動する制
御回路も簡単になる。また第二の発明の手段は、制御回
路が２個の加熱コイルの加熱パワーの比に応じた周波数
で第一のトランジスタと第二のトランジスタを交互にオ
ンオフさせ、かつ直流電源の出力電圧も制御することに
よって各々の加熱コイルの加熱パワーの絶対レベルを一
定値に制御することができる。すなわち２個の加熱コイ
ルの加熱パワーの比と絶対レベルをそれぞれ任意に可変
とすることができるので、トランジスタの数が２個であ
るにも関わらず２個の加熱コイルの加熱パワーをそれぞ
れ独立して所望の値に設定することができ、トランジス
タのコストが小となり、またトランジスタを駆動する制
御回路も簡単になる。

実施例 第１図は、第一の発明の一実施例を示す誘導加熱装置
の回路図である。第１図において、31は直流電源で、例
えば100V60Hzの交流電源32の出力に接続され、交流電圧
を直流電圧に変換する４本のシリコンダイオードのブリ
ッジ構成による整流器33と、整流器33の出力に接続され
装置の動作周波数での高周波リプルを除去するためのチ
ョークコイル34と、平滑コンデンサ35によって構成され
ている。36は、直流電源31のプラス端子にコレクタを接
続した第一のトランジスタ、37はトランジスタ36のコレ
クタとエミッタの間に逆並列接続された第一のダイオー
ド、38はトランジスタ36に直列に接続され、直流電源31
のマイナス端子にエミッタを接続した第二のトランジス
タ、39はトランジスタ38のコレクタとエミッタの間に逆
並列接続された第二のダイオードである。40と41は、第
一のトランジスタ36のエミッタと第二のトランジスタ38
のコレクタの接続点から直流電源31のプラス出力端子間
に接続された負荷回路である。負荷回路40は、加熱コイ
ル42と共振コンデンサ43の直列共振回路で構成されてお
り、負荷回路41は、加熱コイル44と共振コンデンサ45の
直列共振回路で構成されている。また負荷回路40と負荷
回路41の共振周波数は異なっており、本実施例では負荷
回路40の共振周波数が25kHzであるのに対し、負荷回路4
1のそれは35kHzとなるように加熱コイル42・共振コンデ
ンサ43・加熱コイル44・共振コンデンサ45の値が設計さ
れている。46は、第一のトランジスタ36と第二のトラン
ジスタ38のオンオフを制御する制御回路である。

次にこの実施例の誘導加熱装置の動作について述べ
る。第２図は、第１図に示した誘導加熱装置の第一のト
ランジスタ36と第二のトランジスタ38のオンオフ周波数
と各加熱コイルの加熱パワーの特性を表わした図であ
る。第２図に示したように加熱コイル42の加熱パワーは
25kHzで共振コンデンサ43と共振してピーク値を持ち100
0Wとなり、加熱コイル44の加熱パワーは35kHzで共振コ
ンデンサ45と共振してピーク値を持ち1000Wとなる。な
お各加熱コイルの上に負荷がある場合と無い場合では、
そのインダクタンスに若干の差が生じるため各負荷回路
の共振周波数も多少変化する。しかし本実施例において
は、２つの負荷回路の共振周波数の差を10kHzと大きく
しているため、加熱コイル42は35kHzではほとんど加熱
パワーがなく、負荷の有無に関わらず加熱コイル42の電
流値は極めて小さな値となる。また加熱コイル44に関し
ても25kHzではほとんど加熱パワーがなく、負荷の有無
に関わらず加熱コイル44の電流値は極めて小さな値とな
るものである。そのため第一のトランジスタ36および第
二のトランジスタ38の電流容量は、１個の加熱コイルの
みに高周波電流を供給する場合とそれほど変わらない。

以上のように本実施例においては、制御回路46は加熱
コイル42の上にある負荷を加熱したい場合には25kHzで
第一のトランジスタ36と第二のトランジスタ38を交互に
オンオフし、加熱コイル44の上にある負荷を加熱したい
場合には35kHzで第一のトランジスタ36と第二のトラン
ジスタ38を交互にオンオフすることにより、複数の加熱
コイルを選択して負荷の加熱を行うことができる。

なお本実施例においては、加熱コイルの数を２個とし
ているが、３個以上であってもよく要するに負荷回路の
共振周波数が異なるものを多数設けることにより、２個
のトランジスタで済むという効果は同じである。

第３図は、第二の発明の一実施例である誘導加熱装置
の回路図である。第３図において、51は直流電源で以下
の各要素から構成されており出力電圧を可変・制御する
ことが出来るものである。53は、例えば100V60Hzの交流
電源52の出力に接続されており交流電圧を直流電圧に変
換するもので、ダイオード70・71と、サイリスタ72・73
によって構成されており、サイリスタ72・73のターンオ
ンの位相を加減することことが出来る。さらに54は、整
流回路53の出力に接続され装置の動作周波数の高周波リ
プルを除去するためのチョークコイルで、55は平滑コン
デンサである。

56は、直流電源51のプラス端子にコレクタを接続した
第一のトランジスタ、57はトランジスタ56のコレクタと
エミッタの間に逆並列接続された第一のダイオード、58
はトランジスタ56に直列接続され直流電源51のマイナス
端子にエミッタを接続した第二のトランジスタ、59はト
ランジスタ58のコレクタとエミッタの間に逆並列接続さ
れ第二のダイオードである。60と61は、第一のトランジ
スタ56のエミッタと第二のトランジスタ58のコレクタの
接続点から直流電源51のプラス出力端子間に接続された
負荷回路である。負荷回路60は、加熱コイル62と共振コ
ンデンサ63の直列共振回路で構成されており、負荷回路
61は、加熱コイル64と共振コンデンサ65の直列共振回路
で構成されている。また負荷回路60と負荷回路61の共振
周波数は異なっており、本実施例においては負荷回路60
の共振周波数が25kHzであるのに対し、負荷回路61のそ
れは28kHzとなるように加熱コイル62・共振コンデンサ6
3・加熱コイル64・共振コンデンサ65の各値が設計され
ている。66は第一のトランジスタ56と第二のトランジス
タ58のオンオフと、サイリスタ72・73のターンオンの位
相を制御することによって直流電源51の出力電圧を制御
する制御回路である。68と69は負荷である鍋である。

次にこの誘導加熱装置の動作について説明する。第４
図は、第３図に示した誘導加熱装置における第一のトラ
ンジスタと第二のトランジスタのオンオフ周波数と各加
熱コイルの加熱パワーの特性図である。第４図に示され
るように、加熱コイル62と加熱コイル64の加熱パワー
は、第一のトランジスタ56と第二のトランジスタ58のオ
ンオフ周波数と、直流電源51の出力電圧の値によって変
化するという特性を持っているものである。ここで例え
ば加熱コイル62の加熱パワーを1000W、加熱コイル64の
加熱パワーを600Wにしたい場合には、２個の加熱コイル
の加熱パワーの比が10対６であるため、制御回路66は、
まず加熱パワーの比が10対６となる周波数である26kHz
で第一のトランジスタ56と第二のトランジスタ58を交互
にオンオフする。そして制御回路66は、直流電源51のサ
イリスタ72・73をターンオンさせる位相を調節し、直流
電源51の出力電圧を85Vにする。これにより、加熱コイ
ル62の加熱パワーは1000Wとなり、加熱コイル64の加熱
パワーは600Wとなる。なおそのほかの加熱パワーで加熱
する場合においても同様の方法で、周波数と直流電源の
出力電圧を制御することにより、本装置を動作させるこ
とが出来る。

このような鍋を加熱する誘導加熱装置の場合には、鍋
の材質や底の厚さ・直径・加熱コイルと鍋底のギャップ
の大きさ、鍋と加熱コイルの中心のずれ具合い等によっ
て、多少第４図の特性が変化するが、本実施例の誘導加
熱装置では、常に２個の加熱コイルの加熱パワーの比が
満足されるように周波数を決定し、また直流電源51の出
力を調節することによって上記の特性変化に対応するこ
とが出来る。また加熱コイル62と加熱コイル64とには、
制御回路66からの出力により第一・第二のトランジスタ
56・58のオンオフによる同一周波数の高周波電流が供給
されるため、この２つの加熱コイルの間には周波数の差
が生ずることはない。従って負荷である鍋68・69の種類
が異なる等の条件であってもビート音が生ずるおそれは
ないものである。

なお以上説明した第一の発明の実施例・第二の発明の
実施例では、バイポーラ形のトランジスタを用いている
が、特にバイポーラ形である必要はなくMOSFETやIGBT等
を用いてもよい。また、共振コンデンサと加熱コイルの
直列回路の接続についても、その一方を直流電源のプラ
ス側に接続しているが、必ずしもプラス側に接続する必
要性はなく、マイナス側に接続しても共振コンデンサの
電圧値に若干の差異が生ずるだけで同様に動作するもの
である。

発明の効果 以上の実施例からも明らかなように、第一の発明は、
直流電源と、前記直流電源の出力に接続した第一のトラ
ンジスタと第二のトランジスタの直列回路と、前記第一
のトランジスタに逆並列接続した第一のダイオードと、
前記第二のトランジスタに逆並列接続した第二のダイオ
ードと、前記第一のトランジスタと前記第二のトランジ
スタの接続点と前記直流電源の一端子間に接続された複
数の負荷回路と、前記第一のトランジスタと前記第二の
トランジスタのオンオフを制御する制御回路を有し、前
記複数の負荷回路は、全て加熱コイルと前記加熱コイル
と直列接続された共振コンデンサで構成され、各々の負
荷回路は互いに異なった共振周波数を有する構成とする
ことにより、複数の加熱コイルを切り換えることが可能
であり、かつ加熱コイルの数に関係なくトランジスタの
数が２個で済むものである。このためトランジスタのコ
ストが小となり、またトランジスタを駆動する制御回路
も簡単になり、その結果低コストの誘導加熱装置を提供
することができる。

また第二の発明は、出力電圧が可変できる直流電源
と、前記直流電源の出力に接続した第一のトランジスタ
と第二のトランジスタの直列回路と、前記第一のトラン
ジスタに逆並列接続した第一のダイオードと、前記第二
のトランジスタに逆並列接続した第二のダイオードと、
前記第一のトランジスタと前記第二のトランジスタの接
続点と前記直流電源の一端子間に接続された２個の負荷
回路と、前記第一のトランジスタと前記第二のトランジ
スタのオンオフと前記直流電源の出力電圧を制御する制
御回路を有し、前記２個の負荷回路は、全て加熱コイル
と前記加熱コイルと直列接続された共振コンデンサで構
成され、各々の負荷回路は互いに異なった共振周波数を
有する構成としたことにより、２個の加熱コイルを同時
に動作させ、かつ各々の加熱コイルの加熱パワーを別々
に加減することが可能であり、かつ加熱コイルの数が２
個であるにも関わらずトランジスタの数が２個で済み、
加えて２個の加熱コイルに供給される高周波電流の周波
数を常に同一に保つことが出来ることからビート騒音の
発生もない誘導加熱装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一の発明の一実施例における誘導加熱装置の
回路図、第２図は同第一のトランジスタと第二のトラン
ジスタのオンオフ周波数と各加熱コイルの加熱パワーの
特性図、第３図は第二の発明の一実施例における誘導加
熱装置の回路図、第４図は同第一のトランジスタと第二
のトランジスタのオンオフ周波数と各加熱コイルの加熱
パワーの特性図、第５図は従来の技術における誘導加熱
装置の回路図である。 31……直流電源、36・56……第一のトランジスタ、38・
58……第二のトランジスタ、37・57……第一のダイオー
ド、39・59……第二のダイオード、40・41……負荷回
路、46・66……制御回路、42・44・62・64……加熱コイ
ル、43・45・63・65……共振コンデンサ、51……直流電
源、60・61……負荷回路。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−42194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−106946（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−96487（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−72738（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−209296（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−45346（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−48232（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−44449（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源と、前記直流電源の出力に接続し
   た第一のトランジスタと第二のトランジスタの直列回路
   と、前記第一のトランジスタに逆並列接続した第一のダ
   イオードと、前記第二のトランジスタに逆並列接続した
   第二のダイオードと、前記第一のトランジスタと前記第
   二のトランジスタの接続点と前記直流電源の一端子間に
   接続された複数の負荷回路と、前記第一のトランジスタ
   と前記第二のトランジスタのオンオフを制御する制御回
   路を有し、前記複数の負荷回路は、全て加熱コイルと前
   記加熱コイルと直列接続された共振コンデンサで構成さ
   れ、各々の負荷回路は互いに異なった共振周波数を有す
   る誘導加熱装置。
2. 【請求項２】出力電圧が可変できる直流電源と、前記直
   流電源の出力に接続した第一のトランジスタと第二のト
   ランジスタの直列回路と、前記第一のトランジスタに逆
   並列接続した第一のダイオードと、前記第二のトランジ
   スタに逆並列接続した第二のダイオードと、前記第一の
   トランジスタと前記第二のトランジスタの接続点と前記
   直流電源の一端子間に接続された２個の負荷回路と、前
   記第一のトランジスタと前記第二のトランジスタのオン
   オフと前記直流電源の出力電圧を制御する制御回路を有
   し、前記２個の負荷回路は、全て加熱コイルと前記加熱
   コイルと直列接続された共振コンデンサで構成され、各
   々の負荷回路は互いに異なった共振周波数を有する誘導
   加熱装置。