JP4894269B2

JP4894269B2 - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP4894269B2
Application number: JP2006002060A
Authority: JP
Inventors: 洋一黒瀬; 武北泉; 篤志藤田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-01-10
Also published as: JP2007184177A

Description

本発明は、誘導加熱調理器などとして用いられる誘導加熱装置に関するものである。

従来、この種の誘導加熱装置において、加熱コイルに供給する電力制御は、位相シフト制御方法などで行なわれているものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許第２８１６６２１号公報特開２００５−１４９９１５号公報

しかしながら、前記従来の位相シフト制御方法では、低電力時の無効電流が多く、インバータの効率が低くなり、誘導加熱装置の効率が低くなる。また、加熱コイルと共振コンデンサで決まる共振周波数と全スイッチング素子の駆動周波数の差が大きくなる場合もインバータの効率が低くなり、誘導加熱装置の効率が低くなる。さらに、スイッチング素子に流れている電流が多い状態でスイッチング素子の切り換えを行う場合が発生し、この場合はスイッチング素子の電力損失が大きくなり、スイッチング素子の発熱量の増大やインバータ効率の低下、ひいてはスイッチング素子の破壊の原因となるものであった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、加熱コイルに大電力が供給できるとともに、高効率で電力制御ができ、スイッチング素子の電力損失を低減することができ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、加熱コイルと、前記加熱コイルと直列に接続した共振コンデンサと、前記加熱コイルにエネルギーを供給する直流電源と、前記加熱コイルと前記直流電源の正極側との間に接続した第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と並列に接続された第１のダイオードと、前記加熱コイルと前記直流電源の負極側との間に接続した第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子と並列に接続された第２のダイオードと、前記共振コンデンサと前記直流電源の正極側との間に接続した第３のスイッチング素子と、前記第３のスイッチング素子と並列に接続された第３のダイオードと、前記共振コンデンサと前記直流電源の負極側との間に接続した第４のスイッチング素子と、前記第４のスイッチング素子と並列に接続された第４のダイオードと、前記第１〜第４のスイッチング素子に駆動信号を与える制御回路とを備え、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子からなる第１のスイッチング素子の組、および前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子からなる第２のスイッチング素子の組に与える駆動信号を交互に切り換え、前記第１のスイッチング素子の組と前記第２のスイッチング素子の組のどちらか一方の組は、力率を高くするために前記加熱コイルと前記共振コンデンサで決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動し、もう一方の組は、前記スイッチング素子の組の駆動周波数より低い周波数で駆動して電力供給を行うものである。

これによって、インバータの負荷接続部分は正の電源電圧と負の電源電圧を交互に印加することができるため、加熱コイルに大電力を供給することができる。また、スイッチング素子の駆動周波数、オン期間とオフ期間の駆動比率、スイッチング素子駆動期間とスイッチング素子非駆動期間の割合、さらに制御回路から発生する駆動信号の位相差を制御することにより、高効率で平均電力を任意に制御することができる。さらに、スイッチング素子に流れている電流が少ない状態でスイッチング素子の切り換えを行うことが全てのスイッチング素子において可能であるため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が低減し、高効率で電力を供給することができる。

本発明の誘導加熱装置は、加熱コイルに大電力を供給できるとともに、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が低減し、高効率で平均電力を任意に制御することができる。

第１の発明は、加熱コイルと、前記加熱コイルと直列に接続した共振コンデンサと、前記加熱コイルにエネルギーを供給する直流電源と、前記加熱コイルと前記直流電源の正極側との間に接続した第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と並列に接続された第１のダイオードと、前記加熱コイルと前記直流電源の負極側との間に接続した第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子と並列に接続された第２のダイオードと、前記共振コンデンサと前記直流電源の正極側との間に接続した第３のスイッチング素子と、前記第３のスイッチング素子と並列に接続された第３のダイオードと、前記共振コンデンサと前記直流電源の負極側との間に接続した第４のスイッチング素子と、前記第４のスイッチング素子と並列に接続された第４のダイオードと、前記第１〜第４のスイッチング素子に駆動信号を与える制御回路とを備え、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子からなる第１のスイッチング素子の組、および第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子からなる第２のスイッチング素子の組とに与える駆動信号を交
互に切り換え、第１のスイッチング素子の組と第２のスイッチング素子の組とのどちらか一方の組は、力率を高くするために加熱コイルと共振コンデンサで決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動し、もう一方の組は、前記スイッチング素子の組の駆動周波数より低い周波数で駆動して電力供給を行う誘導加熱装置としたものである。これにより、加熱コイルと共振コンデンサで決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動しているスイッチング素子の組により、力率が常に高い状態で加熱コイルに電力を供給することができる。また、２つのスイッチング素子の組のうち低い周波数で駆動しているスイッチング素子の組により、加熱コイルと共振コンデンサの部分は正の電源電圧と負の電源電圧を交互に印加することができるため、加熱コイルに大電力を供給することができる。さらに、スイッチング素子に流れている電流が少ない状態でスイッチング素子の切り換えを行うため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が低減し、高効率で電力を供給することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、第１のスイッチング素子の組と第２のスイッチング素子の組とのうち、駆動周波数の低いスイッチング素子の組の駆動周波数を変化して電力制御を行うことにより、２つのスイッチング素子の組のうち高い周波数で駆動しているスイッチング素子の組の駆動周波数を変化することなく電力制御することができ、高力率・高効率動作を維持することができる。また、電力制御してもスイッチング素子に流れている電流が少ない状態でスイッチング素子の切り換えを行うため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が低減し、高効率で電力を供給することができる。

また、第１のスイッチング素子の組と第２のスイッチング素子の組とのうち、駆動周波数の低いスイッチング素子の組に含まれる２つのスイッチング素子のオン期間とオフ期間の駆動比率を変化して電力制御を行うことにより、２つのスイッチング素子の組のうち高い周波数で駆動しているスイッチング素子の組の駆動周波数を変化することなく電力制御することができ、高力率・高効率動作を維持することができる。また、電力制御してもスイッチング素子に流れている電流が少ない状態でスイッチング素子の切り換えを行うため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が低減し、高効率で電力を供給することができる。さらに、２つのスイッチング素子の組の駆動周波数を変化しないため、一定の周波数で電力制御することができ、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置しても、うなり干渉音が発生しないようにすることができる。

また、第１のスイッチング素子の組と第２のスイッチング素子の組とのうち、駆動周波数の高いスイッチング素子の組に含まれる２つのスイッチング素子の両方がオフする駆動信号停止期間を設け、スイッチング素子に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の和の期間を一定とし、スイッチング素子に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の割合を変化して電力制御を行うことにより、２つのスイッチング素子の組のうち高い周波数で駆動しているスイッチング素子の組の駆動周波数を変化することなく電力制御することができ、高力率・高効率動作を維持することができる。また、電力制御してもスイッチング素子に流れている電流が少ない状態でスイッチング素子の切り換えを行うため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が低減し、高効率で電力を供給することができる。さら
に、スイッチング回数が減少するため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が低減し、高効率で電力を供給することができる。さらに、２つのスイッチング素子の組の駆動周波数を変化しないため、一定の周波数で電力制御することができ、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置してもうなり干渉音が発生しないようにすることができる。

また、第１のスイッチング素子の組と第２のスイッチング素子の組との駆動に位相差を設けて電力制御を行うことにより、位相差制御を併用して用いることで加熱コイルに供給する電力の分解能を高くすることができるため、加熱コイルに任意の電力を供給しやすくなり電力を制御できる間隔を狭くすることができ、利便性の向上を図ることができる。

また、第１のスイッチング素子の組と第２のスイッチング素子の組とのうち、駆動周波数の低いスイッチング素子の組の駆動周波数を一定の周期で駆動周波数の高いスイッチング素子の組の駆動周波数と同じ周波数で駆動する期間を設けて電力制御を行うことにより、加熱コイルに大電力を供給するときは力率を殆ど１で動作させることができるため、高力率・高効率でインバータを動作することができる。また、スイッチング素子に流れている電流が少ない状態でスイッチング素子の切り換えを行うため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が低減し、高効率で電力を供給することができる。

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。

（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示すものである。

図１に示すように、本実施の形態における誘導加熱装置は、鍋などの被加熱物体１０を加熱する加熱コイル１６と、加熱コイル１６と直列に接続した共振コンデンサ１７と、加熱コイル１６にエネルギーを供給する直流電源１１と、加熱コイル１６と直流電源１１の正極側との間に接続した第１のスイッチング素子１２と、加熱コイル１６と直流電源１１の負極側との間に接続した第２のスイッチング素子１３と、共振コンデンサ１７と直流電源１１の正極側との間に接続した第３のスイッチング素子１４と、共振コンデンサ１７と直流電源１１の負極側との間に接続した第４のスイッチング素子１５と、第１〜第４のスイッチング素子１２〜１５に駆動信号を与える制御回路１８とを備えている。そして、第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３からなる第１のスイッチング素子の組、および第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５からなる第２のスイッチング素子の組とに与える駆動信号を交互に切り換え、第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３を加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動し、第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５を第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の駆動周波数より低い周波数で駆動して電力供給を行うものである。

また、各スイッチング素子１２〜１５は、フルブリッジ型インバータを構成しており、各スイッチング素子１２〜１５にはそれぞれ並列に第１〜第４のダイオード１２ａ〜１５ａを接続している。さらに、スイッチング素子１３、１５にはそれぞれ並列に第１のスナバコンデンサ１９、第２のスナバコンデンサ２０を接続しており、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５でソフトスイッチング動作を行うようにしている。

次に、上記構成における誘導加熱装置の動作を説明する。

第１のスイッチング素子１２と第４のスイッチング素子１５をオンすると、直流電源１１→第１のスイッチング素子１２→加熱コイル１６→共振コンデンサ１７→第４のスイッチング素子１５→直流電源１１の回路ループを形成し、直流電源１１と加熱コイル１６が接続した状態となり、加熱コイル１６に電力を供給する。一定期間後に第１のスイッチング素子１２をオフすると、第１のスナバコンデンサ１９で電荷の放電が起こり、その後、加熱コイル１６に流れていた電流は第２のスイッチング素子１３と並列に接続したダイオード１３ａを流れ、加熱コイル１６→共振コンデンサ１７→第４のスイッチング素子１５→ダイオード１３ａ→加熱コイル１６の回路ループを形成する。この期間に第２のスイッチング素子１３に駆動信号を与えておくと、共振により一定期間後には加熱コイル１６→第２のスイッチング素子１３→ダイオード１５ａ→共振コンデンサ１７→加熱コイル１６の回路ループを形成する。

次に、一定期間後に第２のスイッチング素子１３をオフすると、第１のスナバコンデンサ１９で電荷の充電が起こり、その後、加熱コイル１６に流れていた電流は第１のスイッチング素子１２と並列に接続したダイオード１２ａを流れ、加熱コイル１６→ダイオード１２ａ→直流電源１１→ダイオード１５ａ→共振コンデンサ１７→加熱コイル１６の回路ループを形成する。この期間に第１のスイッチング素子１２に駆動信号を与えておくと、共振により一定期間後には直流電源１１→第１のスイッチング素子１２→加熱コイル１６→共振コンデンサ１７→第４のスイッチング素子１５→直流電源１１の回路ループを形成し、直流電源１１と加熱コイル１６が接続した状態となり、加熱コイル１６に電力を供給する。

これらの動作を数回繰り返した後、第４のスイッチング素子１５をオフすると、第２のスナバコンデンサ２０で電荷の充電が起こり、その後、加熱コイル１６に流れていた電流は第３のスイッチング素子１４と並列に接続したダイオード１４ａを流れ、加熱コイル１６→共振コンデンサ１７→ダイオード１４ａ→直流電源１１→ダイオード１３ａ→加熱コイル１６の回路ループを形成する。この期間に第２のスイッチング素子１３と第３のスイッチング素子１４に駆動信号を与えておくと、共振により一定期間後には直流電源１１→第３のスイッチング素子１４→共振コンデンサ１７→加熱コイル１６→第２のスイッチング素子１３→直流電源１１の回路ループを形成し、直流電源１１と加熱コイル１６が接続した状態となり加熱コイル１６に電力を供給する。このときのスイッチング素子のオン状態は初期状態に対して、第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３、および第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５がそれぞれ対称になっている。

また、第２のスイッチング素子１３から第１のスイッチング素子１２へ、および第３のスイッチング素子１４から第４のスイッチング素子１５への切り換え動作も前述と同様の手順で行うことにより成り立つ。

さらに、再び第１のスイッチング素子１２と第４のスイッチング素子１５をオン状態にすることで一連の動作となる。

上記制御方法において、第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の動作により、力率が常に高い状態で加熱コイル１６に電力を供給することができるため、インバータの高効率動作が可能となる。また、それによりスイッチング動作時に発生する第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の発熱量を低減させることができるため、スイッチング素子を取り付ける放熱フィンを小型化にしたり、スイッチング素子の熱による破壊を回避したりすることができる。

さらに、第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の動作により、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７の部分は正の電源電圧と負の電源電圧を交互に印加することができるため、加熱コイル１６に大電力を供給することができる。また、第３のスイッチング素子１４および第４のスイッチング素子１５に流れている電流が少ない状態でスイッチング動作を行うため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失を最低限にし、高効率で加熱コイル１６に電力を供給することができる。

なお、本実施の形態における誘導加熱装置の電圧と電流波形は、図２に示すとおりである。

以上のように、本実施の形態では、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動している第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の動作により、力率が常に高い状態で加熱コイル１６に電力を供給することができる。また、第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の動作により、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７の部分は正の電源電圧と負の電源電圧を交互に印加することができるため、加熱コイル１６に大電力を供給することができる。さらに、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に流れている電流が少ない状態でスイッチング素子の切り換えを行うため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が低減し、高効率で加熱コイル１６に電力を供給することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の電圧と電流波形を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。

本実施の形態における誘導加熱装置は、駆動周波数の低いスイッチング素子の組である第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の駆動周波数を変化して電力制御を行うものである。

すなわち、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７の部分に印加する正の電源電圧と負の電源電圧を切り換える期間を変化することにより、加熱コイル１６に供給する電力を制御するものである。この制御方法において、加熱コイル１６に供給できる電力の最小値は、第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の駆動周波数が０Ｈｚのときであり、加熱コイル１６に供給できる電力の最大値は、第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の駆動周波数が加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数またはその近傍の周波数のときである。

以上のように、本実施の形態では、第３のスイッチング素子１４および第４のスイッチング素子１５に流れている電流が少ない状態でスイッチング素子の切り換えを行うため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が低減し、高効率で加熱コイル１６に供給する電力を制御することができる。また、加熱コイル１６に供給する電力を小さくするにつれて第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５とのスイッチング動作の回数が減少するため、スイッチング素子の切り換えによる電力損失が低減し、小電力のときも高効率で加熱コイル１６に電力を供給することができる。さらに、誘導加熱装置から発生する電流の主な周波数成分は第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の駆動周波数で決まるため、一定の周波数で電力制御することができ、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置してもうなり干渉音が発生しないようにすることができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における誘導加熱装置の電圧と電流波形を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。

本実施の形態における誘導加熱装置は、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動する第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３と、それより低い周波数で駆動する第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５との両方の駆動周波数を変化して電力制御を行うものである。

すなわち、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動していた第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の駆動周波数を変化し、それに伴いインバータを高効率で動作するために、第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の駆動周波数も変化する。

以上のように、本実施の形態では、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動していた第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の駆動周波数を任意に変化するため、加熱コイル１６に供給する電力の分解能を高くすることができる。そのため、加熱コイル１６に任意の電力を供給しやすくなり、利便性の向上を図ることができる。また、周波数を大きく変化することにより加熱コイル１６に供給する電力を零からある一定値まで任意に制御することができるので、加熱コイル１６に超小電力も供給でき、利便性の向上を図ることができる。

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４における誘導加熱装置の電圧と電流波形を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。

本実施の形態における誘導加熱装置は、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動する第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３のオン期間とオフ期間の駆動比率を変化して電力制御を行うものである。

すなわち、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動していた第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の駆動比率を変化して加熱コイル１６に供給する電力を制御するため、加熱コイル１６に流れる電流の周波数成分を変化することなく供給する電力を制御でき、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置しても、うなり干渉音が発生しないようにすることができる。また、第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の駆動周波数が変化できない状態であっても加熱コイル１６に供給する電力を任意に制御することができる。

以上のように、本実施の形態では、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動していた第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の駆動比率を変化して加熱コイル１６に供給する電力を制御することにより、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置しても、うなり干渉音が発生しないようにすることができる。また、第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の駆動周波数に束縛されることなく、加熱コイル１６に供給する電力を任意に制御することができる。

（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５における誘導加熱装置の電圧と電流波形を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。

本実施の形態における誘導加熱装置は、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数よりも低い周波数で駆動する第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５のオン期間とオフ期間の駆動比率を変化して電力制御を行うものである。

すなわち、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数よりも低い周波数で駆動していた第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の駆動比率を変化して加熱コイル１６に供給する電力を制御するため、加熱コイル１６に流れる電流の周波数成分を変化することなく供給する電力を制御でき、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置しても、うなり干渉音が発生しないようにすることができる。また、第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の駆動周波数は変化しないため、第１のスイッチング素子１２および第２のスイッチング素子１３に流れている電流が少ない状態でスイッチング動作でき、スイッチング素子の切り換え時の電力損失を最低限にし、高効率で加熱コイル１６に電力を供給することができる。

以上のように、本実施の形態では、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数よりも低い周波数で駆動していた第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の駆動比率を変化して加熱コイル１６に供給する電力を制御することにより、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置しても、うなり干渉音が発生しないようにすることができる。また、第１のスイッチング素子１２および第２のスイッチング素子１３に流れている電流が少ない状態でスイッチング動作でき、スイッチング素子の切り換え時の電力損失を最低限にし、高効率で加熱コイル１６に電力を供給することができる。

（実施の形態６）
図７は、本発明の実施の形態６における誘導加熱装置の電圧と電流波形を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。

本実施の形態における誘導加熱装置は、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動する第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の両方がオフする駆動信号停止期間を設け、スイッチング素子に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の和の期間を一定とし、スイッチング素子に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の割合を変化して電力制御を行うものである。

すなわち、第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の両方に一定期間オフ信号を与え続ける。そうすると、直流電源１１から加熱コイル１６に電力を供給することができなくなり、加熱コイル１６に流れていた共振電流は減衰しやがて零になる。この現象を利用して電力の制御を行う。

以上のように、本実施の形態では、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動する第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の両方がオフする駆動信号停止期間を設けて加熱コイル１６に供給する電力を制御することにより、加熱コイル１６に小電力を供給しているときは第１のスイッチング素子１２および第２のスイッチング素子１３に流れている電流が少ない状態でスイッチング動作を行うため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失を最低限にし、高効率で加熱コイル１６に電力を供給することができる。また、加熱コイル１６に供給する電力が小さくなるにつれてスイッチング回数が減少するため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が低減し、高効率で電力を供給することができる。さらに、誘導加熱装置から発生する電流の周波数成分は一定のため、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置しても、うなり干渉音が発生しないようにすることができる。

（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７における誘導加熱装置の電圧と電流波形を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。

本実施の形態における誘導加熱装置は、第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３からなるスイッチング素子の組と、第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５からなるスイッチング素子の組との駆動に位相差を設けて電力制御を行うものである。

すなわち、フルブリッジ型インバータの従来の制御方法である位相シフト制御法を本実施の形態の制御方法に組み込んだ形となる。これにより、位相シフト制御法の特徴である供給する電力の連続的な制御と一定周波数での制御を併せ持つことができる。また、供給する電力の大まかな制御を、例えば、実施の形態２で示した方法で行い、供給する電力の微調整を本実施の形態で示した位相シフト制御法で行うことにより、供給する電力の制御法を最適な状態にすることができる。

以上のように、本実施の形態では、第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３からなるスイッチング素子の組と、第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５からなるスイッチング素子の組との駆動に位相差を設けて電力制御を行うことを、各実施の形態で提案した制御方法に組込むことにより、供給する電力を高効率で、かつ連続的に制御することができる。

（実施の形態８）
図９は、本発明の実施の形態８における誘導加熱装置の電圧と電流波形を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。

本実施の形態における誘導加熱装置は、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数より低い周波数で駆動する第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の駆動周波数を、一定の周期で第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の駆動周波数と同じ周波数で駆動する期間を設けて電力制御を行うものである。

すなわち、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５を一定の期間同じ周波数で駆動するものである。これにより、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数の近傍の周波数でフルブリッジ型インバータが動作するため、加熱コイル１６に超大電力を供給することができる。また、加熱コイル１６に超大電力を供給しているときも第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に流れている電流が少ない状態でスイッチング動作できるため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失を最低限にし、高効率で加熱コイル１６に電力を供給することができる。

以上のように、本実施の形態では、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５を一定の期間同じ周波数で駆動することにより、加熱コイル１６に超大電力を供給することができる。また、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に流れている電流が少ない状態でスイッチング動作できるため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失を最低限にし、高効率で加熱コイル１６に電力を供給することができる。

なお、上記した各実施の形態１〜８の制御法は、必要に応じて適宜組み合わせることもできるものであり、各実施の形態で示した制御法そのものに限定されるものではない。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、加熱コイルに大電力を供給できるとともに、高効率で平均電力を任意に制御することができ、しかもスイッチング素子の切り換え時の電力損失を最低限に抑え、高効率で電力を制御することができるので、ＩＨクッキングヒーターやＩＨ炊飯器のような家電製品のみならず、金属の焼入れなど業務用製品を含め誘導加熱により加熱を行う全ての装置に適用可能である。さらに、この制御方法はスイッチング素子を高周波で駆動してもスイッチング素子の負担が小さいため、アルミや銅など固有抵抗の小さい金属を実用レベルにまで加熱することもできる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示す回路図同誘導加熱装置における電圧波形と電流波形を示す図本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の電圧波形と電流波形を示す図本発明の実施の形態３における誘導加熱装置の電圧波形と電流波形を示す図本発明の実施の形態４における誘導加熱装置の電圧波形と電流波形を示す図本発明の実施の形態５における誘導加熱装置の電圧波形と電流波形を示す図本発明の実施の形態６における誘導加熱装置の電圧波形と電流波形を示す図本発明の実施の形態７における誘導加熱装置の電圧波形と電流波形を示す図本発明の実施の形態８における誘導加熱装置の電圧波形と電流波形を示す図

符号の説明

１０被加熱物体
１１直流電源
１２第１のスイッチング素子
１２ａ第１のダイオード
１３第２のスイッチング素子
１３ａ第２のダイオード
１４第３のスイッチング素子
１４ａ第３のダイオード
１５第４のスイッチング素子
１５ａ第４のダイオード
１６加熱コイル
１７共振コンデンサ
１８制御回路
１９第１のスナバコンデンサ
２０第２のスナバコンデンサ

Claims

加熱コイルと、前記加熱コイルと直列に接続した共振コンデンサと、前記加熱コイルにエネルギーを供給する直流電源と、前記加熱コイルと前記直流電源の正極側との間に接続した第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と並列に接続された第１のダイオードと、前記加熱コイルと前記直流電源の負極側との間に接続した第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子と並列に接続された第２のダイオードと、前記共振コンデンサと前記直流電源の正極側との間に接続した第３のスイッチング素子と、前記第３のスイッチング素子と並列に接続された第３のダイオードと、前記共振コンデンサと前記直流電源の負極側との間に接続した第４のスイッチング素子と、前記第４のスイッチング素子と並列に接続された第４のダイオードと、前記第１〜第４のスイッチング素子に駆動信号を与える制御回路とを備え、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子からなる第１のスイッチング素子の組、および前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子からなる第２のスイッチング素子の組に与える駆動信号を交互に切り換え、前記第１のスイッチング素子の組と前記第２のスイッチング素子の組のどちらか一方の組は、力率を高くするために前記加熱コイルと前記共振コンデンサで決まる共振周波数の近傍の周波数で駆動し、もう一方の組は、前記スイッチング素子の組の駆動周波数より低い周波数で駆動して電力供給を行う誘導加熱装置。
第１のスイッチング素子の組と第２のスイッチング素子の組のうち、駆動周波数の低いスイッチング素子の組の駆動周波数を変化して電力制御を行う請求項１に記載の誘導加熱装置。
第１のスイッチング素子の組と第２のスイッチング素子の組のうち、駆動周波数の低いスイッチング素子の組に含まれる２つのスイッチング素子のオン期間とオフ期間の駆動比率を変化して電力制御を行う請求項１または請求項２に記載の誘導加熱装置。
第１のスイッチング素子の組と第２のスイッチング素子の組のうち、駆動周波数の高いスイッチング素子の組に含まれる２つのスイッチング素子の両方がオフする駆動信号停止期間を設け、且つスイッチング素子に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の和の期間を一定とし、スイッチング素子に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の割合を変化
して電力制御を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
第１のスイッチング素子の組と第２のスイッチング素子の組の駆動に位相差を設けて電力制御を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
第１のスイッチング素子の組と第２のスイッチング素子の組のうち、駆動周波数の低いスイッチング素子の組の駆動周波数を一定の周期で駆動周波数の高いスイッチング素子の組の駆動周波数と同じ周波数で駆動する期間を設けて電力制御を行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。