JP4904902B2

JP4904902B2 - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP4904902B2
Application number: JP2006116421A
Authority: JP
Inventors: 武北泉; 秀樹定方; 洋一黒瀬
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2026-04-20
Also published as: JP2007287600A

Description

本発明は、高周波磁界による誘導加熱を利用して被加熱物の加熱を行う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として、図６に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この誘導加熱装置は、図に示すように、直流電源１と直列に配置された鍋などの負荷６と磁気的に結合する加熱コイル３と第１の半導体スイッチ５との直列回路と、加熱コイル３と並列に接続される第１のコンデンサ２３と第１のコンデンサ２３と並列に接続される第２のコンデンサ２４と第２の半導体スイッチ４との直列回路と、第１の半導体スイッチ５に並列に接続される第１の逆導通素子１５と、第２の半導体スイッチ４に並列に接続される第２の逆導通素子１４と、第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４を交互に動作させる制御手段８とで構成される。

図７は、図６に示す誘導加熱装置の動作波形を示している。Ｉ５、Ｉ１５は第１の半導体スイッチ５および第１の逆導通素子１５を流れる電流を、Ｖ６はそのコレクタ−エミッタ間電圧を、Ｉ４、Ｉ１４は第２の半導体スイッチ４および第２の逆導通素子１４を流れる電流を、Ｖ４はそのコレクタ−エミッタ間電圧を、Ｉ３は加熱コイル３を流れる電流をそれぞれ示している。

この誘導加熱装置は、まず、制御手段８が第１の半導体スイッチ５を導通状態にすることで直流電源１から加熱コイル３に電力を供給する。この際、図７のＩ５に示すように略直線状に電流が流れることになる。

次に、制御手段８は所定の時間で第１の半導体スイッチ５を非導通状態にする。すると加熱コイル３に貯えられたエネルギーは、まず第１のコンデンサ２３を充電し、図７のＶ６に示すように、第１の半導体スイッチ５のコレクタ電位を緩やかに上昇させていく。そして、第１の半導体スイッチ５のコレクタ電位が第２のコンデンサ２４の電位と等しくなった時に第２の逆導通素子１４が導通状態になり、加熱コイル３のエネルギーは第２のコンデンサ２４に蓄えられる。第２の逆導通素子２４が導通状態の時に第２の半導体スイッチ４を導通状態にしておくことで、今度は図７のＩ４に示すように、第２のコンデンサ２４を電源として加熱コイル３に電力を供給することになる。

制御手段８は、所定の時間が経過したところで、第２の半導体スイッチ４を非導通状態にする。すると加熱コイル３に蓄えられたエネルギーおよび第１のコンデンサ２３に蓄えられたエネルギーは、第１の逆導通素子１５を通して直流電源１に回生される。この回生期間に第１の半導体スイッチ５を導通状態にすることで、再び直流電源１から加熱コイル３に電力が供給されることになる。この動作を２０〜５０ｋＨｚ程度で行うことで、Ｉ３に示すような電流を加熱コイル３に流すことで高周波磁界が負荷６に供給され、負荷６の表面に渦電流が生じ負荷６が誘導加熱されることになる。

このように、この誘導加熱装置は、簡単な部品構成で誘導加熱が行え、かつ第２のコンデンサ２４の容量を第１のコンデンサ２３よりも大きくしておくことで、第１、第２の半導体スイッチ５、４の耐圧が抑えられ、安価な半導体スイッチが使えるなどの特徴がある。さらに、第１、第２のスイッチング素子５、４の駆動周波数よりも加熱コイル３と第２のコンデンサ２４で形成される共振回路の共振周波数よりも充分低くなるように第２のコンデンサ２４の容量を設定することにより、制御手段８は、入力電力や負荷の種類によらず周波数一定の条件で第１、第２の半導体スイッチ５、４の導通時間を制御することができる。このことにより、隣接して２種類の負荷を加熱した場合においても、負荷同士の駆動周波数の差による干渉音が発生しない特徴がある。

また、誘導加熱装置として、図８に示すようなものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

これは、図に示すように、直流電源１と並列に第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４の直列体が接続され、第１の半導体スイッチ５には加熱コイル３と共振コンデンサ２の直列接続体と、スナバコンデンサ７および第１の逆導通素子１５が接続され、第２の半導体スイッチ４には第２の逆導通素子１４が接続され、さらに鍋などの負荷６は加熱コイル３と磁気的に結合するように加熱コイル３の直上に配置される。

ここで、第２の半導体スイッチ４が導通すると、加熱コイル３に直流電源１と共振コンデンサ２の電圧の差で決まる電流が供給される。次に、第２の半導体スイッチ４をオフ状態にすると、スナバコンデンサ７に蓄えられた電荷が加熱コイル３を通して共振コンデンサ２に移動し、スナバコンデンサ７の電荷がなくなった後は第１の逆導通素子１５が導通することで、加熱コイル３から共振コンデンサ２に電流が流れることになる。この第１の逆導通素子１５が導通しているタイミングで、第１の半導体スイッチ５を導通状態としておくことで、加熱コイル３の電力が共振コンデンサ２に遷移した後、共振コンデンサ２を電源として加熱コイル３に電力を供給することになる。さらに、所定時間が経過した後、第１の半導体スイッチ５を非導通状態にすると、スナバコンデンサ７に電荷を蓄えた後、第２の逆導通素子１４を通して加熱コイル３に蓄えられた電力を直流電源１に回生することになる。この回生期間に、再び第２の半導体スイッチ４を導通状態にすることで最初の動作に戻ることになる。

スナバコンデンサ７は、第１、第２の半導体スイッチ５、４が非導通状態になる際に電圧を緩やかに増加させることで、半導体スイッチのターンオフ時の損失を減少させる役割を担っている。また、この誘導加熱装置は、共振コンデンサ２の容量を、加熱コイル３と共振コンデンサ２で形成される共振回路の共振周波数の近傍に設定しなければ必要な電力が確保されず、一方負荷６の種類によって共振周波数は大きく異なるため、制御手段８が駆動周波数を共振周波数の近くに併せる制御、つまり駆動周波数を変化させて制御を行っている。
特開平８−２６２６６６号公報特開平５−１１４４７４号公報

しかしながら、特許文献１参照の従来の誘導加熱装置では、加熱コイル３に流れる電流は直流成分を中心として高周波成分が重畳した形となるため、例えば、直流電源１が商用電源を整流した場合などでは、負荷６を加熱する際に必要な高周波成分以外に、商用電源の２倍成分が加熱コイル３に供給されることになる。この商用電源成分は負荷６に吸収されないため、加熱コイル３から外部に放射されることになる。このような不要な電磁界の放射は周囲に雑音などを発生させる原因となる課題を有することになる。

また、特許文献２参照の従来の誘導加熱装置では、負荷６の種類が変わった場合に駆動周波数を変化させることで、入力電力を確保する必要が生じる。よって、制御手段８は、共振コンデンサ２と加熱コイル３で形成される共振回路の共振周波数に入力電力が大きく依存するため、入力電力を安定に確保するためには負荷６に応じて第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子４の駆動周波数を変える必要がある。このため、誘導加熱装置が複数のバーナーを持つ場合には、互いの駆動周波数の差における周波数の干渉音が発生する課題を有することになる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、周囲への雑音などの発生を抑え、かつ複数バーナー間で発生する負荷の干渉音がない誘導加熱装置を提供することを目的としている。

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、直流電源と直流電源に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチの直列体、第１及び第２の半導体スイッチにそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子と、第１、第２の半導体スイッチの接続点と直流電源の間に接続される加熱コイルと共振コンデンサの直列回路と、第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御する制御手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、第１または第２の半導体スイッチと並列に接続され共振回路と第３の半導体スイッチを備えた補助共振手段とを備え、前記制御手段は前記入力電流検出手段により検出された入力電流が所定の値になるように第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御するとともに、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に第３の半導体スイッチを導通状態とすることにより補助共振手段に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチを導通状態とする。

これによって、加熱コイルを流れる電流は常に共振コンデンサを通過することになり、直流電源の周波数成分を持った電流が加熱コイルに印可されることが減少するため、加熱コイルから直流電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能になり、周囲への雑音などの発生を抑えることができる。また、入力電力に応じて第１、第２の半導体スイッチの導通時間を変えることで所定に入力電力に制御するとともに第１または第２の半導体スイッチが導通状態になる直前に補助共振手段により第１または第２の逆導通素子に電流を流すことで、第１または第２の半導体スイッチにおけるターンオン時のスイッチング損失を抑制することができる。このため、入力電力を変化させても加熱コイルに流れる電流の周波数を一定に保つことができ、複数バーナー間で発生する負荷の干渉音がないものである。

本発明の誘導加熱装置は、周囲への雑音などの発生を抑え、かつ複数バーナー間で発生する負荷の干渉音がない誘導加熱装置を提供することができる。

第１の発明は、本発明の誘導加熱装置は、直流電源と直流電源に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチの直列体、第１及び第２の半導体スイッチにそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子と、第１、第２の半導体スイッチの接続点と直流電源の間に接続される加熱コイルと共振コンデンサの直列回路と、第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御する制御手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、第１または第２の半導体スイッチと並列に接続され共振回路と第３の半導体スイッチを備えた補助共振手段とを備え、前記制御手段は前記入力電流検出手段により検出された入力電流が所定の値になるように第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御するとともに、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に第３の半導体スイッチを導通状態とすることにより補助共振手段に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチを導通状態とする。これによって、加熱コイルを流れる電流は常に共振コンデンサを通過することになり、直流電源の周波数成分を持った電流が加熱コイルに印加されることが減少するため、加熱コイルから直流電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能になり、周囲への雑音などの発生を抑えることができる。また、入力電力に応じて第１、第２の半導体スイッチの導通時間を変えることで所定に入力電力に制御するとともに第１または第２の半導体スイッチが導通状態になる直前に補助共振手段により第１または第２の逆導通素子に電流を流すことで、第１または第２の半導体スイッチにおけるターンオン時のスイッチング損失を抑制することができる。このため、入力電力を変化させても加熱コイルに流れる電流の周波数を一定に保つことができ、複数バーナー間で発生する負荷の干渉音がないものである。

第２の発明は、直流電源と直流電源に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチの直列体、第１及び第２の半導体スイッチにそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子と、第１、第２の半導体スイッチの接続点と直流電源の間に接続される加熱コイルと共振コンデンサの直列回路と、第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御する制御手段と、加熱コイルの電流を検出するコイル電流検出手段と、第１または第２の半導体スイッチと並列に接続され共振回路と第３の半導体スイッチを備えた補助共振手段とを備え、前記制御手段は前記コイル電流検出手段の出力値が所定の値になるように第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御するとともに、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に第３の半導体スイッチを導通状態とすることにより補助共振手段に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチを導通状態とする。これによって、加熱コイルを流れる電流は常に共振コンデンサを通過することになり、直流電源の周波数成分を持った電流が加熱コイルに印可されることが減少するため、加熱コイルから直流電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能になり、周囲への雑音などの発生を抑えることができる。また、加熱コイルに流れる電流に応じて第１、第２の半導体スイッチの導通時間を変えることで、加熱コイルの電流による電力制御が可能になるとともに、第１または第２の半導体スイッチが導通状態になる直前に補助共振手段により第１または第２の逆導通素子に電流を流すことで、第１または第２の半導体スイッチにおけるターンオン時のスイッチング損失を抑制することができ
る。このため、入力電力を変化させても加熱コイルに流れる電流の周波数を一定に保つことができ、複数バーナー間で発生する負荷の干渉音がないものである。

第３の発明は、直流電源と直流電源に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチの直列体、第１及び第２の半導体スイッチにそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子と、第１、第２の半導体スイッチの接続点と直流電源の間に接続される加熱コイルと共振コンデンサの直列回路と、第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御する制御手段と、共振コンデンサと加熱コイルの接続点の電圧を検出する共振電圧検出手段と、第１または第２の半導体スイッチと並列に接続され共振回路と第３の半導体スイッチを備えた補助共振手段とを備え、前記制御手段は前記共振電圧検出手段の出力値が所定の値になるように第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御するとともに、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に第３の半導体スイッチを導通状態とすることにより補助共振手段に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチを導通状態とする。これによって、加熱コイルを流れる直流電流は常に共振コンデンサを通過することになり、直流電源の周波数成分を持った電流が加熱コイルに印可されることが減少するため、加熱コイルから直流電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能になる。また、共振電圧に応じて第１、第２の半導体スイッチの導通時間を変えることで、共振電圧による電力制御が可能になるとともに、第１または第２の半導体スイッチが導通状態になる直前に補助共振手段により第１または第２の逆導通素子に電流を流すことで、第１または第２の半導体スイッチにおけるターンオン時のスイッチング損失を抑制することができる。このため、入力電力を変化させても加熱コイルに流れる電流の周波数を一定に保つことができ、複数バーナー間で発生する負荷の干渉音がないものである。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、第１または第２の半導体スイッチの一方または両方にスナバコンデンサを接続したことにより、第１、第２の半導体スイッチのターンオフ時におけるコレクタ−エミッタ間電圧の急峻な立ち上がりをスナバコンデンサにより抑えることができるため、ターンオフ損失を大幅に減少させることができる。このため、簡易な冷却構成をとることができ、小形で騒音の少ない誘導加熱装置を実現できるものである。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明において、制御手段は第１、第２の半導体スイッチにおける互いの切り替え時に生じる第１、第２の半導体スイッチがともに非導通となる時間を、一方を固定とし、もう一方を可変とすることにより、補助共振手段は第１の半導体スイッチから第２の半導体スイッチ、または第２の半導体スイッチから第１の半導体スイッチのいずれかの状態遷移に関して動作すればよくなるため、簡易な回路構成をとることができる。このため安価で回路手段により第１または第２の半導体スイッチのターンオン時におけるスイッチング損失を抑制することができる。したがって、加熱コイルに流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことができる誘導加熱装置を実現するものである。

第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明において、第１、第２の半導体スイッチの導通時間を略同じとし、入力電力に応じて前記第１、第２の半導体スイッチの導通時間を変えるとともに、第１、第２の半導体スイッチがともに非導通となる時間の一方を可変することで第１、第２の半導体スイッチを一定周波数で動作させることにより、簡易な回路構成で電力制御をすることができる誘導加熱装置を実現するものである。

第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明において、補助共振手段は、第３の半導体スイッチと補助共振コイルと補助共振コンデンサの直列回路と第３の半導体スイッチと逆並列に接続された逆導通素子からなり、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に補助共振コンデンサに蓄えられたエネルギーを第３の半導体スイッチを用いて第１または第２の逆導通素子に供給することにより、補助共振回路を補助共振コイルと補助共振コンデンサと半導体スイッチという簡易な構成で実現することができるため、安価な回路手段で第１または第２の半導体スイッチのターンオン時におけるスイッチング損失を抑制することができる。このため、加熱コイルに流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことができる誘導加熱装置を実現するものである。

第８の発明は、特に、第５〜第７のいずれか１つの発明において、第３の半導体スイッチは、可変する非導通時間が終了し、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に導通状態とし、導通状態となった半導体スイッチが非導通状態になる前に非導通状態となるように動作させるようにしたことにより、第１または第２の半導体スイッチのターンオン時におけるスイッチング損失を抑制することができるともに、第３の半導体スイッチの損失を抑えることができるため、加熱コイルに流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことができる誘導加熱装置を実現するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照にしながら説明する。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３は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示している。

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、直流電源１と、直流電源１に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチ５、４の直列体と、第１、第２の半導体スイッチ５、４にそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子１５、１４と、第１、第２の半導体スイッチ５、４の接続点と直流電源１の間に接続される加熱コイル３と共振コンデンサ２の直列回路と、第１、第２の半導体スイッチ５、４の導通時間を制御する制御手段８と、直流電源１の入力電流を検出する入力電流検出手段１６と、第１または第２の半導体スイッチ５、４と並列に接続され共振回路を備えた補助共振手段９とを備えたものである。

そして、前記制御手段８は、入力電流検出手段１６により検出された入力電流が所定の値になるように第１、第２の半導体スイッチ５、４の導通時間を制御するとともに、第１または第２の半導体スイッチ５、４が導通状態となる前に補助共振手段９に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子１５、１４に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチ５、４を導通状態とするものである。

ここで、鍋などの負荷６は、加熱コイル３と磁気的に結合すべく配置されている。また、第１の半導体スイッチ５または第２の半導体スイッチ４の一方あるいは双方の両端にはスナバコンデンサ７が接続されている。また、補助共振手段９は、第３の半導体スイッチ１２と補助共振コイル１１と補助共振コンデンサ１０の直列回路と、第３の半導体スイッチ１２に逆並列に接続された第３の逆導通素子２２で構成されている。

なお、本実施の形態では、第１の半導体スイッチ５、第２の半導体スイッチ４および第３の半導体スイッチ１２は、順方向に導通するＩＧＢＴとこれに逆並列に接続した逆導通素子１５、１４、２２で記載しているが、ＭＯＳＦＥＴのように素子内部に逆導通素子を構成した素子を用いても問題ない。また、本実施の形態では、補助共振手段９を第３の半導体スイッチ１２と補助共振コイル１１と補助共振コンデンサ１０の直列共振回路で構成しているが、補助共振コイル１１と補助共振コンデンサ１０の共振電流を第１の逆導通素子１５および／または第２の逆導通素子１４に流す構成であれば特に限定するものではない。また、入力電流を検出する手段はカレントトランスや抵抗などを使用することがあるが、特にこれらに限定するものではない。

次に、本実施の形態における動作に関して説明する。

図２は、インバータ回路の各区間における電流経路を示しており、図３は、図２に対応した波形を示している。

図２（ａ）の状態から説明する。制御手段８が、第２の半導体スイッチ４を導通状態（図３のＶｇｅ４、以下同じ）にすると、直流電源１から第２のスイッチング素子４の導通時間に応じ、加熱コイル３と共振コンデンサ２に電流が流れ（Ｉｃ４）、加熱コイル３に電力が供給される。加熱コイル３には鍋などの負荷６が磁気的に結合しており、加熱コイル３に流れる高周波電流に応じて加熱コイル３に高周波磁界が発生し、その高周波磁界が負荷６に供給される。この高周波磁界を受け、負荷６の表層部に生じる渦電流により、負荷６を誘導加熱する。

次に、制御手段８は入力電流に応じて決まる導通時間が経過した後、第２の半導体スイッチ４を非導通状態とすると、図２（ｂ）の状態になり、スナバコンデンサ７に蓄えられたエネルギーが加熱コイル３→共振コンデンサ２の経路で放出され、スナバコンデンサ７の電荷がなくなった時点で第１の逆導通素子１５が導通状態となり、加熱コイル３→共振コンデンサ２→第１の逆導通素子１５のループで電流が流れる。この第１の逆導通素子１５が導通状態にある時に、第１の半導体スイッチ５を導通状態にしておく（Ｖｇｅ５）と、図２（ｃ）の状態に移行し、共振コンデンサ２を電源として第１の半導体スイッチ５が導通することで、加熱コイル２に電流が流れ（Ｉｃ５）電力が供給される。その後、制御手段８は入力電流に応じて決定される所定の導通時間が経過すると、第１の半導体スイッチ５を非導通状態にし、図２（ｄ）の状態に移行し、共振コンデンサ２→加熱コイル３→スナバコンデンサ７の経路でスナバコンデンサ７を充電し、スナバコンデンサ７の電位が直流電源１と同電位になると第２の逆導通素子１５が導通状態となり、共振コンデンサ２→加熱コイル３→第２の逆導通素子１４→直流電源１の経路で電流が流れる。

その後、加熱コイル３の電流が逆向きに流れ出し、図２（ｅ）の状態に移行し、加熱コイル３→共振コンデンサ２→スナバコンデンサ７の経路で電流が流れ、その後、加熱コイル３→共振コンデンサ２→第１の逆導通素子１５の経路で電流が流れることになる。その後、制御手段８は所定のタイミングで第３の半導体スイッチ１２を導通状態とし、図２（ｆ）の状態に移行する。この状態では、補助共振コンデンサ１０に蓄えられた電荷が補助共振コイル１１および第３の半導体スイッチ１２を通してスナバコンデンサ７を充電し、その後、第２の逆導通素子１４に電流が流れることになる。この第２の逆導通素子１４が導通状態になった時点で第２の半導体スイッチ４を導通状態にすることで、図２（ａ）の状態に戻り、以下この動作を繰り返すことになる。この動作を２０〜５０ｋＨｚ程度の周波数で連続的に繰り返すことで、図３のＩ３に示すように加熱コイル３に高周波電流が流れ、この高周波電流により生じる高周波磁界が負荷６に吸収され、負荷６自身が持つ高周波抵抗と高周波磁界により生じる渦電流により負荷６自身が発熱することになる。

このような構成をとることで、加熱コイル３には直流成分（低周波成分）が流れず、加熱に必要とされる高周波成分のみが加熱コイル３に供給されており、不要な周波成分が外部に放射されることを防止することができる。さらに、本実施の形態では、負荷６の種類が異なる場合、あるいは入力電力変化させる場合において、第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４の駆動周波数を一定としたままで、それぞれの導通時間および非導通時間を変化させることで、各半導体スイッチの損失を大きく増加させず、入力電力を設定値にすることができる。このことにより、隣接するバーナー間で生じる負荷６間の干渉音を防止することができる。

また、第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４の導通時間を略同じとし、制御手段８は入力電流検出手段１６の出力が所定の値になるように入力電力に応じて第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４の導通時間を変えるとともに、非導通時間の一方を可変して一定周波数で動作させることができる。

さらに、制御手段８は、第１、第２の半導体スイッチ５、４における互の切り替え時に生じる非導通状態の時間を、一方を固定とし、もう一方の非導通時間を可変とすることで、補助共振手段９は一方の切り替え時のみ対応すれば良く、回路を簡素化することができる。

一方、制御手段８は第３の半導体スイッチ１２が第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４間における所定の非導通時間が終了する直前（終了する２μｓｅｃ程度前）に導通状態とし、次に第１の半導体スイッチ５または第２の半導体スイッチ４を導通状態とする。その後、制御手段８は第３の逆導通素子２２に電流が流れているタイミングで第３の半導体スイッチ１２をオフ状態にし、その後、所定のタイミングで導通状態にある第１の半導体スイッチ５または第２の半導体スイッチ４を非導通状態とするように動作させる。このようなタイミングで動作させることにより、第３の半導体スイッチ１２はターンオフ損失が発生しないため、スイッチング損失を抑えることが可能となる。

さらに、補助共振コンデンサ１０の容量をスナバコンデンサ７の容量より大きくすることで、補助共振コンデンサ１０からの電流を、スナバコンデンサ７を充電した後、第２の逆導通素子１４にも十分流すことが可能となる。

以上のように、本実施の形態によれば、第１または第２の半導体スイッチ５、４が導通状態になる直前に、補助共振手段９により第１または第２の逆導通素子１５、１４に電流を流すことで、第１または第２の半導体スイッチ５、４のターンオン時におけるスイッチング損失を抑制することができる。このため、加熱コイル３に流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことができるとともに加熱コイル３に共振コンデンサ２が直列に接続されるため、電源の周波数成分を持った電流が加熱コイル３に印可されることが減少するため、加熱コイル３から直流電源１の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能になる誘導加熱装置を実現するものである。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置を示している。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態における誘導加熱装置は、加熱コイル３および共振コンデンサ２の直列回路の電流経路に、加熱コイル３の電流を検出するコイル電流検出手段１７が接続され、コイル電流検出手段１７の出力は制御手段８に接続されるものである。その他の構成は実施の形態１と同じである。

次に、本実施の形態における動作に関して説明する。

本実施の形態の動作に関しては、実施の形態１と略同一であるが、コイル電流検出手段１７が所定値になるように、制御手段８が第１の半導体スイッチ５、第２の半導体スイッチ４および第３の半導体スイッチ１２を制御している点で実施の形態１とは異なる。また、コイル電流検出手段１７が所定値になるように、第１、第２の半導体スイッチ５、４の導通時間を変えるとともに加熱コイル３を流れる電流の周波数が一定になるように共通の非導通時間を制御することで、隣接するバーナー間の鍋の干渉音を防止することができる。

なお、制御手段８は負荷６の種類に応じて入力電流検出手段１６とコイル電流検出手段１７の出力のどちらを優先制御するかを決めることで、回路への負担を軽減することができ、信頼性の高い誘導加熱装置を実現することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、第１または第２の半導体スイッチ５、４が導通状態になる直前に、補助共振手段９により第１または第２の逆導通素子１５、１４に電流を流すことで、第１または第２の半導体スイッチ５、４のターンオン時におけるスイッチング損失を抑制することができるため、加熱コイル３に流れる電流の周波数を入力電力や負荷６の種類によらず一定に保つことができるとともに、加熱コイル３に共振コンデンサ２が直列に接続されるため、直流電源１の周波数成分を持った電流が加熱コイル３に印可されることが減少する。このため、加熱コイル３から直流電源１の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能になる誘導加熱装置を実現するものである。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における誘導加熱装置を示している。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態における誘導加熱装置は、加熱コイル３と共振コンデンサ２の直列回路の接続点に共振電圧を検出する共振電圧検出手段１８が接続され、共振電圧検出手段１８の出力は制御手段８に接続されているものである。その他の構成は実施の形態１と同じである。

次に、本実施の形態における動作に関して説明する。

本実施の形態の動作に関しては、実施の形態１と略同一であるが、共振電圧検出手段１８が所定値になるように、制御手段８が第１の半導体スイッチ５、第２の半導体スイッチ４および第３の半導体スイッチ１２を制御している点で実施の形態１と異なる。また、共振電圧検出手段１８が所定値になるように、第１の半導体スイッチ５および第２の半導体スイッチ４の導通時間を変えるとともに加熱コイル３を流れる電流の周波数が一定になるように共通の非導通時間を制御することで、隣接するバーナー間の鍋の干渉音を防止することができる。

なお、制御手段８は負荷６の種類に応じて入力電流検出手段１６と共振電圧検出手段１８の出力のどちらを優先制御するかを決めることで、回路への負担を軽減することができ、信頼性の高い誘導加熱装置を実現することができる。

なお、上記した各実施の形態１〜３の構成は、必要に応じて適宜組み合わせることができるものであり、実施の形態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、周囲への雑音などの発生を抑え、かつ複数バーナー間で発生する負荷の干渉音がない誘導加熱装置を提供することができるので、加熱調理器としてはもちろんのこと、各種の誘導加熱装置として適用できるものである。

本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の回路構成図（ａ）同誘導加熱装置の第１の半導体スイッチを導通状態とする動作モードを示す図（ｂ）同第１の半導体スイッチを非導通状態とする動作モードを示す図（ｃ）同誘導加熱装置の第２の半導体スイッチを導通状態とする動作モードを示す図（ｄ）同第２の半導体スイッチが非導通状態とする動作モードを示す図（ｅ）同第１、第２の半導体スイッチが共にオフ状態とする動作モードを示す図（ｆ）同誘導加熱装置の補助共振手段が動作する動作モードを示す図図２の（ａ）〜（ｆ）に対応する誘導加熱装置の動作波形図本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の回路構成図本発明の実施の形態３における誘導加熱装置の回路構成図従来の誘導加熱装置の回路構成図同誘導加熱装置の波形図従来の他の誘導加熱装置の回路構成図

符号の説明

１直流電源
２共振コンデンサ
３加熱コイル
４第２の半導体スイッチ
５第１の半導体スイッチ
６負荷
７スナバコンデンサ
８制御手段
９補助共振手段
１０補助共振コンデンサ
１１補助共振コイル
１２第３の半導体スイッチ
１４第２の逆導通素子
１５第１の逆導通素子
１６入力電流検出手段
１７コイル電流検出手段
１８共振電圧検出手段
２２第３の逆導通素子

Claims

直流電源と直流電源に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチの直列体、第１及び第２の半導体スイッチにそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子と、第１、第２の半導体スイッチの接続点と直流電源の間に接続される加熱コイルと共振コンデンサの直列回路と、第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御する制御手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、第１または第２の半導体スイッチと並列に接続され共振回路と第３の半導体スイッチを備えた補助共振手段とを備え、前記制御手段は前記入力電流検出手段により検出された入力電流が所定の値になるように第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御するとともに、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に第３の半導体スイッチを導通状態とすることにより補助共振手段に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチを導通状態とする誘導加熱装置。
直流電源と直流電源に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチの直列体、第１及び第２の半導体スイッチにそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子と、第１、第２の半導体スイッチの接続点と直流電源の間に接続される加熱コイルと共振コンデンサの直列回路と、第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御する制御手段と、加熱コイルの電流を検出するコイル電流検出手段と、第１または第２の半導体スイッチと並列に接続され共振回路と第３の半導体スイッチを備えた補助共振手段とを備え、前記制御手段は前記コイル電流検出手段の出力値が所定の値になるように第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御するとともに、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に第３の半導体スイッチを導通状態とすることにより補助共振手段に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチを導通状態とする誘導加熱装置。
直流電源と直流電源に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチの直列体、第１及び第２の半導体スイッチにそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子と、第１、第２の半導体スイッチの接続点と直流電源の間に接続される加熱コイルと共振コンデンサの直列回路と、第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御する制御手段と、共振コンデンサと加熱コイルの接続点の電圧を検出する共振電圧検出手段と、第１または第２の半
導体スイッチと並列に接続され共振回路と第３の半導体スイッチを備えた補助共振手段とを備え、前記制御手段は前記共振電圧検出手段の出力値が所定の値になるように第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御するとともに、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に第３の半導体スイッチを導通状態とすることにより補助共振手段に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチを導通状態とする誘導加熱装置。
第１または第２の半導体スイッチの一方または両方にスナバコンデンサを接続した請求項１〜３いずれか１項記載の誘導加熱装置。
制御手段は第１、第２の半導体スイッチにおける互いの切り替え時に生じる第１、第２の半導体スイッチがともに非導通となる時間を、一方を固定とし、もう一方を可変とする請求項１〜４のいずれか１項記載の誘導加熱装置。
第１、第２の半導体スイッチの導通時間を略同じとし、入力電力に応じて前記第１、第２の半導体スイッチの導通時間を変えるとともに、第１、第２の半導体スイッチがともに非導通となる時間の一方を可変することで第１、第２の半導体スイッチを一定周波数で動作させる請求項１〜５いずれか１項記載の誘導加熱装置。
補助共振手段は、第３の半導体スイッチと補助共振コイルと補助共振コンデンサの直列回路と第３の半導体スイッチと逆並列に接続された逆導通素子からなり、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に補助共振コンデンサに蓄えられたエネルギーを第３の半導体スイッチを用いて第１または第２の逆導通素子に供給する請求項１〜６のいずれか１項記載の誘導加熱装置。
第３の半導体スイッチは、可変する非導通時間が終了し、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に導通状態とし、導通状態となった半導体スイッチが非導通状態になる前に非導通状態となるように動作させる請求項５〜７のいずれか１項記載の誘導加熱装置。