JP4978059B2 - Induction heating device - Google Patents

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Description

本発明は、一般家庭やオフィス、レストラン、工場などで使用される誘導加熱装置に関するものである。   The present invention relates to an induction heating device used in general homes, offices, restaurants, factories and the like.

従来の誘導加熱装置としては、アルミニウムなどの低抵抗、低透磁率の被加熱物や鉄系の被加熱物を加熱する際、第1の共振コンデンサと第2の共振コンデンサとの接続を切り換え手段で切り換えるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−362798号公報
As a conventional induction heating device, when heating a low-resistance, low-permeability object to be heated such as aluminum or an iron-based object to be heated, the connection means between the first resonance capacitor and the second resonance capacitor is switched. Is known (see, for example, Patent Document 1).
JP 2004-362798 A

しかしながら、前記従来の構成では、アルミニウムなどの低抵抗、低透磁率の被加熱物であった場合に使用する第1の共振コンデンサに加えて、鉄系の被加熱物であった場合には第2の共振コンデンサを並列に接続するよう切り換え手段が動作する。つまり共振コンデンサが追加で必要になっている。   However, in the conventional configuration, in addition to the first resonant capacitor used when the object is a low resistance, low magnetic permeability object such as aluminum, the first structure is used when the object is an iron type object. The switching means operates to connect the two resonant capacitors in parallel. In other words, an additional resonant capacitor is required.

また、アルミニウムなどの低抵抗、低透磁率の被加熱物を加熱する際、第1の共振コンデンサには大電流、高電圧が印可される。そのため、第1の共振コンデンサは、複数のコンデンサを直列/並列接続した接続体で構成されるのが一般的であり、基板の占有面積も非常に大きい。   Further, when heating an object to be heated such as aluminum having a low resistance and a low magnetic permeability, a large current and a high voltage are applied to the first resonance capacitor. Therefore, the first resonant capacitor is generally constituted by a connection body in which a plurality of capacitors are connected in series / parallel, and the area occupied by the substrate is also very large.

さらには、第1の共振コンデンサに高電圧が印可されているため、第2の共振コンデンサを回路から切断するべく出力を開放された切り換え手段にも同などの高電圧が印可されている。切り換え手段の内部には電極が備え付けられており、その電極の短絡/開放によってコンデンサ切り換えを行うものであるが、高電圧に対する絶縁距離と、確実に電極を短絡できる機械的距離とを両立させなければならない。また、切り換え手段の外殻や電極固定部は一般的に樹脂で構成されているが、この樹脂も高電圧に対して十分な耐圧性能を有していなければ、電極間の空間ではなく、電極−外殻樹脂−電極の経路で放電、短絡するという課題が生じた。   Furthermore, since a high voltage is applied to the first resonance capacitor, the same high voltage is also applied to the switching means whose output is opened to disconnect the second resonance capacitor from the circuit. An electrode is provided inside the switching means, and the capacitor is switched by short-circuiting / opening the electrode. However, both the insulation distance against high voltage and the mechanical distance that can reliably short-circuit the electrode must be achieved. I must. In addition, the outer shell and the electrode fixing portion of the switching means are generally made of resin, but if this resin does not have sufficient pressure resistance against high voltage, it is not the space between the electrodes, -Outer shell resin-The problem of discharge and short circuit occurred in the path of the electrode.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、部品点数の削減と省スペース化を可能にし、さらには低コストを実現する誘導加熱装置を提供することを目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an induction heating apparatus that can reduce the number of parts, save space, and realize low cost.

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、共振コンデンサを複数のコンデンサの直列接続体で構成し、複数のコンデンサの少なくとも1つのコンデンサに短絡/開放切り換え手段を並列接続し、被加熱物の材質を低抵抗非磁性金属と判別した場合、共振コンデンサの合成容量が小さくなるよう短絡/開放切り換え手段の出力を開放とする制御を行い、その他の材質と判別した場合、共振コンデンサの合成容量が大きくなるよう短絡/開放切り換え手段の出力を短絡とする制御を行うものである。   In order to solve the above-described conventional problems, an induction heating apparatus according to the present invention includes a resonance capacitor formed of a series connection body of a plurality of capacitors, and short-circuit / open switching means connected in parallel to at least one of the plurality of capacitors. If the material of the object to be heated is determined to be a low-resistance non-magnetic metal, control is performed to open the output of the short-circuit / open-circuit switching means so that the combined capacity of the resonant capacitor is reduced. Control is performed to short-circuit the output of the short-circuit / open-circuit switching means so that the combined capacity of the capacitors is increased.

これによって、短絡/開放切り換え手段は、共振コンデンサを構成する複数のコンデンサのうち一部を短絡/開放することで、共振コンデンサ全体の合成容量を変更することが可能であるため、例えば、鉄系の被加熱物を加熱するための共振コンデンサを追加で配置する必要がなく、部品点数の削減が可能である。   Thus, the short-circuit / open-circuit switching means can change the combined capacity of the entire resonant capacitor by short-circuiting / opening a part of the plurality of capacitors constituting the resonant capacitor. It is not necessary to additionally arrange a resonance capacitor for heating the object to be heated, and the number of parts can be reduced.

また、短絡/開放切り換え手段は、直列に接続されている複数のコンデンサの一部に接続されている。例えば、アルミニウムなどの低抵抗非磁性金属被加熱物を加熱する際に、共振コンデンサ全体には高電圧が印可されるが、短絡/開放切り換え手段には接続されているコンデンサのインピーダンスに従った割合で高電圧の一部が印可されるため、要求される耐圧性能が従来と比べて低い。従って、短絡/開放切り換え手段の小型化、低コスト化が可能である。   The short-circuit / open-circuit switching means is connected to some of the plurality of capacitors connected in series. For example, when heating a low-resistance nonmagnetic metal heated object such as aluminum, a high voltage is applied to the entire resonant capacitor, but the ratio according to the impedance of the connected capacitor is connected to the short-circuit / open switching means. Since a part of the high voltage is applied, the required withstand voltage performance is lower than the conventional one. Accordingly, it is possible to reduce the size and cost of the short-circuit / open-circuit switching means.

そしてまた、回路部品中、大きな基板占有面積を占める共振コンデンサおよび短絡/開放切り換え手段の部品削減、省スペース化によって、全体を小型化することが可能であり、低コストを実現する誘導加熱装置とすることができる。   In addition, an induction heating device that can be reduced in size and reduced in cost by reducing the components and saving the space of the resonant capacitor and the short-circuit / open switching means that occupy a large board area in the circuit components. can do.

本発明の誘導加熱装置は、部品点数の削減と省スペース化を可能にし、さらには低コストを実現する誘導加熱装置を提供することができる。   The induction heating device of the present invention can provide an induction heating device that can reduce the number of parts and save space, and further realize low cost.

第1の発明は、高周波磁界を発生し被加熱物を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振する共振コンデンサと、前記共振コンデンサを直列接続で構成する複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサの少なくとも1つのコンデンサに並列接続された短絡/開放切り換え手段と、前記加熱コイルに高周波共振電流を供給するインバータと、前記短絡/開放切り換え手段の制御および前記インバータの出力制御を行う制御手段と、前記インバータの出力の大きさを検知して前記制御手段へ検知信号を出力するインバータ出力検知手段とを備え、前記制御手段は、前記インバータ出力検知手段の出力信号に基づいて前記被加熱物の材質を低抵抗非磁性金属と判別した場合、前記共振コンデンサの合成容量が小さくなるよう短絡/開放切り換え手段の出力を開放とする制御を行い、その他の材質と判別した場合、前記共振コンデンサの合成容量が大きくなるよう短絡/開放切り換え手段の出力を短絡とする制御を行い、短絡/開放切り換え手段が並列接続されたコンデンサの合成容量を、その他の複数のコンデンサにおける合成容量と同じまたは小さく設定する誘導加熱装置とするものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a heating coil that generates a high-frequency magnetic field and heats an object to be heated, a resonance capacitor that resonates with the heating coil, a plurality of capacitors that are configured by connecting the resonance capacitors in series, and a plurality of capacitors Short-circuit / open-circuit switching means connected in parallel to at least one capacitor, an inverter for supplying a high-frequency resonance current to the heating coil, control means for controlling the short-circuit / open-circuit switching means and output control of the inverter, Inverter output detection means for detecting the magnitude of the output of the inverter and outputting a detection signal to the control means, and the control means determines the material of the object to be heated based on the output signal of the inverter output detection means. When it is determined as a low-resistance non-magnetic metal, short-circuit / open switching is performed so that the combined capacity of the resonant capacitor is reduced. Performs control to open the output of the stage, when it is determined that other materials, have lines control to short-circuit the output of the combined capacitance becomes large as short / open switching means of said resonant capacitor, short / open switching means Is an induction heating device that sets the combined capacity of capacitors connected in parallel to be equal to or smaller than the combined capacity of other capacitors .

これによって、短絡/開放切り換え手段は、共振コンデンサを構成する複数のコンデンサのうち一部を短絡/開放することで、共振コンデンサ全体の合成容量を変更することが可能であるため、例えば、鉄系の被加熱物を加熱するための共振コンデンサを追加で配置する必要がなく、部品点数の削減が可能である。   Thus, the short-circuit / open-circuit switching means can change the combined capacity of the entire resonant capacitor by short-circuiting / opening a part of the plurality of capacitors constituting the resonant capacitor. It is not necessary to additionally arrange a resonance capacitor for heating the object to be heated, and the number of parts can be reduced.

また、短絡/開放切り換え手段は、直列に接続されている複数のコンデンサの一部に接続されている。例えば、アルミニウムなどの低抵抗非磁性金属被加熱物を加熱する際に、共振コンデンサ全体には高電圧が印可されるが、短絡/開放切り換え手段には接続されているコンデンサのインピーダンスに従った割合で高電圧の一部が印可されるため、要求される耐圧性能が従来と比べて低い。従って、短絡/開放切り換え手段の小型化、低コスト化が可能である。   The short-circuit / open-circuit switching means is connected to some of the plurality of capacitors connected in series. For example, when heating a low-resistance nonmagnetic metal heated object such as aluminum, a high voltage is applied to the entire resonant capacitor, but the ratio according to the impedance of the connected capacitor is connected to the short-circuit / open switching means. Since a part of the high voltage is applied, the required withstand voltage performance is lower than the conventional one. Accordingly, it is possible to reduce the size and cost of the short-circuit / open-circuit switching means.

そしてまた、回路部品中、大きな基板占有面積を占める共振コンデンサおよび短絡/開放切り換え手段の部品削減、省スペース化によって、全体を小型化することが可能であり、低コストを実現する誘導加熱装置とすることができる。   In addition, an induction heating device that can be reduced in size and reduced in cost by reducing the components and saving the space of the resonant capacitor and the short-circuit / open switching means that occupy a large board area in the circuit components. can do.

さらに、第1の発明は、短絡/開放切り換え手段が並列接続されたコンデンサの合成容量を、その他の複数のコンデンサにおける合成容量と同じまたは小さく設定するものである。ここで、被加熱物がアルミニウムなどの低抵抗非磁性金属であった場合、効率よく誘導加熱するために、共振電流の周波数を例えば90kHzと高く設定するべく共振コンデンサ容量を小さくする。逆に鉄系の被加熱物であった場合、インバータ損失を低減するために、共振電流の周波数を例えば23kHzと低く設定するべく共振コンデンサ容量を大きくする。それぞれの場合、共振電流の周波数設定は大きく異なっているため、共振コンデンサ容量も切り換え幅を大きくする必要がある。 Further, according to the first aspect of the present invention, the combined capacity of the capacitors to which the short-circuit / open-circuit switching means is connected in parallel is set equal to or smaller than the combined capacity of the other plurality of capacitors. Here, when the object to be heated is a low-resistance nonmagnetic metal such as aluminum, the resonant capacitor capacity is reduced to set the frequency of the resonant current as high as 90 kHz, for example, in order to efficiently perform induction heating. On the other hand, in the case of an iron-based object to be heated, in order to reduce inverter loss, the resonance capacitor capacity is increased so as to set the resonance current frequency as low as 23 kHz, for example. In each case, since the frequency setting of the resonance current is greatly different, it is necessary to increase the switching width of the resonance capacitor capacity.

本発明では、短絡/開放切り換え手段が並列接続されたコンデンサの合成容量が、その他の複数のコンデンサにおける合成容量と同じもしくは小さく設定されているために、短絡/開放切り換え手段の短絡時、開放時の共振コンデンサ容量の切り換え幅を大きく設定することが容易に可能である。   In the present invention, the combined capacity of the capacitors connected in parallel with the short-circuit / open-circuit switching means is set to be the same as or smaller than the combined capacity of the other plurality of capacitors. It is possible to easily set a large switching width of the resonance capacitor capacity.

第2の発明は、特に、第1の発明において、インバータは複数のスイッチング素子を内包し、制御手段は、加熱コイルの発生する磁界が低抵抗非磁性金属を誘導加熱すると、少なくとも1つのスイッチング素子に流れる高周波共振電流が前記スイッチング素子の駆動期間より短い周期で共振するよう前記スイッチング素子の駆動信号を出力する制御モードを持つものである。ここで、被加熱物が低抵抗非磁性金属であった場合、被加熱物内部に渦電流が誘導されても高周波抵抗が小さいためにジュール熱が発生しにくく十分な誘導加熱が困難である。そのため加熱コイルから発生する磁界周波数を高めることによって、被加熱物の高周波抵抗を高めてジュール熱の発生、誘導加熱を容易にする。しかしながら、一方でインバータに内包されるスイッチング素子の駆動周波数も高くなってしまうため、スイッチング時に発生する損失が増加してしまうという課題が発生する。 According to a second aspect of the invention, in particular, in the first aspect of the invention, the inverter includes a plurality of switching elements, and the control means includes at least one switching element when the magnetic field generated by the heating coil inductively heats the low-resistance nonmagnetic metal. And a control mode for outputting a driving signal for the switching element so that the high-frequency resonance current flowing through the capacitor resonates at a cycle shorter than the driving period of the switching element. Here, when the object to be heated is a low-resistance nonmagnetic metal, even if an eddy current is induced inside the object to be heated, the high frequency resistance is small, so that Joule heat is hardly generated and sufficient induction heating is difficult. Therefore, by increasing the magnetic field frequency generated from the heating coil, the high-frequency resistance of the object to be heated is increased to facilitate the generation of Joule heat and induction heating. However, on the other hand, since the drive frequency of the switching element included in the inverter also increases, there arises a problem that the loss generated at the time of switching increases.

本発明では、スイッチング素子に流れる高周波共振電流がスイッチング素子の駆動期間より短い周期で共振するように制御する加熱モードを有している。そのため、加熱コイルから発生する磁界周波数に対して、スイッチング素子の駆動周波数を低く設定することが可能である。従って、スイッチング素子のスイッチング損失増加を抑制することができる。   The present invention has a heating mode in which the high-frequency resonance current flowing through the switching element is controlled to resonate at a cycle shorter than the switching element drive period. Therefore, it is possible to set the driving frequency of the switching element to be lower than the magnetic field frequency generated from the heating coil. Therefore, an increase in switching loss of the switching element can be suppressed.

しかし、被加熱物が鉄系の金属である場合、被加熱物の抵抗が非常に大きいため、スイッチング素子に流れる高周波共振電流の減衰(つまり被加熱物で消費されるエネルギー)が大きく、本発明のような制御方法では共振が継続しないが、被加熱物が低抵抗非磁性金属である場合、スイッチング素子に流れる高周波共振電流の減衰が小さいため、この制御方法がスイッチング素子の損失低減に非常に有効である。   However, when the object to be heated is an iron-based metal, the resistance of the object to be heated is very large, so that the attenuation of the high-frequency resonance current flowing through the switching element (that is, the energy consumed by the object to be heated) is large. In such a control method, resonance does not continue. However, when the object to be heated is a low-resistance nonmagnetic metal, the attenuation of the high-frequency resonance current flowing through the switching element is small, so this control method is very effective in reducing the loss of the switching element. It is valid.

第3の発明は、特に、第1の発明において、インバータは2つのスイッチング素子の直列接続体を複数個内包し、それぞれの直列接続体のスイッチング素子における接続点間に加熱コイルおよび共振コンデンサを接続するものである。 According to a third invention, in particular, in the first invention, the inverter includes a plurality of series connection bodies of two switching elements, and a heating coil and a resonance capacitor are connected between connection points of the switching elements of the respective series connection bodies. To do.

ここで、インバータ定数の設計上、加熱コイルや共振コンデンサ容量に制限があり、コンデンサの短絡/開放切り換え手段の制御やスイッチング素子の駆動周波数などでは、被加熱物加熱電力の確保が困難となる場合がある。   Here, there is a limit to the capacity of the heating coil and resonant capacitor due to the design of the inverter constant, and it is difficult to ensure the heating power of the object to be heated by controlling the capacitor short-circuit / opening switching means and the driving frequency of the switching element. There is.

本発明では、2つのスイッチング素子の直列接続体を2つ有し、かつそれぞれの直列接続体のスイッチング素子における接続点間に加熱コイルおよび共振コンデンサを接続するよう配置されているため、電源と加熱コイルおよび共振コンデンサ間に配置されるスイッチング素子のいずれかが導通するよう制御することが可能である。つまり、電源から加熱コイルへ電力を供給する時間を長くすることができるため、入力可能な被加熱物加熱電力を高く設定できる。従って、インバータ設計の自由度を大きくすることが可能である。   In the present invention, since there are two series connection bodies of two switching elements and the heating coil and the resonance capacitor are arranged between the connection points of the switching elements of the respective series connection bodies, Any one of the switching elements arranged between the coil and the resonance capacitor can be controlled to conduct. That is, since the time for supplying power from the power source to the heating coil can be lengthened, the input heating power to be heated can be set high. Therefore, it is possible to increase the degree of freedom in inverter design.

第4の発明は、特に、第3の発明において、インバータ出力検知手段は少なくともインバータが発生する高周波電流の大きさを検知するものである。 In the fourth invention, in particular, in the third invention, the inverter output detecting means detects at least the magnitude of the high-frequency current generated by the inverter.

被加熱物の材質判別を行うためには、インバータの出力の大きさを検知して制御手段へ検知信号を出力するインバータ出力検知手段が必要である。しかしながら、第4の発明の場合、スイッチング素子のスイッチングによって、加熱コイルおよび共振コンデンサの両端が不安定な電圧であるため、インバータ出力に密接に相関を持つ加熱コイルや共振コンデンサの電圧を検知することが難しい。   In order to determine the material of the object to be heated, an inverter output detecting means for detecting the magnitude of the output of the inverter and outputting a detection signal to the control means is necessary. However, in the case of the fourth invention, both ends of the heating coil and the resonant capacitor are unstable voltage due to switching of the switching element, and therefore the voltage of the heating coil and the resonant capacitor closely correlated with the inverter output is detected. Is difficult.

本発明では、インバータが発生する高周波電流の大きさ、つまり加熱コイルおよび共振コンデンサ電流を検知する構成としている。電流はカレントトランスなどにより電気的に非接触で検知することが可能であるため、加熱コイル、共振コンデンサの電圧安定度に関係なく、精度よく電流検知することが可能である。   In the present invention, the magnitude of the high-frequency current generated by the inverter, that is, the heating coil and resonant capacitor current is detected. Since the current can be detected electrically in a non-contact manner with a current transformer or the like, the current can be accurately detected regardless of the voltage stability of the heating coil and the resonance capacitor.

第5の発明は、特に、第1の発明において、インバータの電源として作用する平滑手段と、力率改善手段としても作用する昇圧手段とを備え、制御手段はインバータ出力検知手段の出力信号に応じて前記昇圧手段の昇圧量を制御して前記平滑手段電圧を変更するものである。 According to a fifth aspect of the invention, in particular, in the first aspect of the invention, the smoothing means that acts as the power source of the inverter and the boosting means that also acts as the power factor improving means are provided, and the control means responds to the output signal of the inverter output detection means. The smoothing means voltage is changed by controlling the boosting amount of the boosting means.

これによって、インバータ方式の適切な選定などにより入力可能な被加熱物加熱電力を高く設定することが可能である。さらに、被加熱物加熱電力を高く設定することを可能にし、インバータ設計自由度を高めるために、昇圧手段の昇圧量を制御する。   Accordingly, it is possible to set a heating power to be heated that can be input to be high by appropriately selecting an inverter system. Furthermore, in order to make it possible to set the heating power for the object to be heated high and to increase the degree of freedom in designing the inverter, the boosting amount of the boosting means is controlled.

アルミニウムなどの低抵抗非磁性金属からなる被加熱物を誘導加熱した場合、加熱コイルから発生する高周波磁界と、被加熱物内部に誘導される渦電流から発生する誘導磁界とは反発するように作用する。また、一般にアルミニウムなどからなる被加熱物は、その材質の特性から非常に軽量なものが多い。そのため、被加熱物加熱電力によっては、被加熱物が振動して音が発生する。インバータの電源が平滑されていない場合には、商用電源周波数の2倍に同期して被加熱物が振動するため、非常に耳障りな音が発生する。   When a heated object made of a low-resistance nonmagnetic metal such as aluminum is induction-heated, the high-frequency magnetic field generated from the heating coil and the induced magnetic field generated from the eddy current induced inside the heated object are repelled. To do. In general, many objects to be heated, such as aluminum, are very light due to the characteristics of the material. Therefore, depending on the heated object heating power, the heated object vibrates and generates sound. When the power supply of the inverter is not smoothed, the object to be heated vibrates in synchronization with twice the commercial power supply frequency, so that a very harsh sound is generated.

このような音を抑制するために、インバータ電源として大容量の電解コンデンサなどからなる平滑手段を設けることがあるが、これによって力率の低下、入力電流の高調波成分の増加が課題となる。   In order to suppress such noise, smoothing means such as a large-capacity electrolytic capacitor may be provided as an inverter power supply. This causes problems such as a decrease in power factor and an increase in harmonic components of the input current.

本発明では、力率改善手段としても作用する昇圧手段を有しているため、被加熱物の振動から発生する音の抑制と、力率改善、入力電流の高調波成分低減を両立させることが可能である。   In the present invention, since the pressure boosting means that also acts as the power factor improving means is provided, it is possible to achieve both suppression of sound generated from vibration of the heated object, power factor improvement, and reduction of harmonic components of the input current. Is possible.

さらに、インバータ出力に応じて昇圧手段の昇圧量を制御し、平滑手段の電圧を変更することにより、被加熱物加熱電力の可変制御も可能である。昇圧量を高く設定すれば、被加熱物加熱電力も高くすることができる。   Further, the heating power of the object to be heated can be variably controlled by controlling the boosting amount of the boosting means according to the inverter output and changing the voltage of the smoothing means. If the amount of pressure increase is set high, the heating power for the object to be heated can also be increased.

また、新たに昇圧手段を設けるわけではなく、被加熱物の振動音を抑制する平滑手段のための力率改善と電源昇圧を兼ねた昇圧手段としているため、部品点数の増加を抑制することが可能である。   In addition, the boosting means is not newly provided, and the power boosting means for both the power factor improvement and the power source boosting for the smoothing means for suppressing the vibration noise of the object to be heated is used, so that the increase in the number of parts can be suppressed. Is possible.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1〜図4は、本発明の実施の形態1における誘導加熱装置として、誘導加熱調理器を示しているものである。
(Embodiment 1)
1 to 4 show an induction heating cooker as the induction heating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

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、商用交流電源101からの交流電圧を整流するダイオードブリッジからなる整流手段102の出力側には、チョークコイル103および第3のスイッチング素子(MOS−FET)104が直列接続されている。さらに、チョークコイル103および第3のスイッチング素子104の接続点にはダイオード105のアノード側が接続されている。   As shown in FIG. 1, the induction heating apparatus according to the present embodiment includes a choke coil 103 and a third switching element on the output side of rectifying means 102 including a diode bridge that rectifies an AC voltage from a commercial AC power supply 101. (MOS-FET) 104 is connected in series. Further, the anode side of the diode 105 is connected to the connection point between the choke coil 103 and the third switching element 104.

ダイオード105のカソード側と整流手段102の出力低電位側間には、電解コンデンサからなる平滑手段106と、内部に逆導通ダイオードを内包する第1のスイッチング素子(IGBT)107と第2のスイッチング素子(IGBT)108の直列接続体が接続されている。   Between the cathode side of the diode 105 and the output low potential side of the rectifying means 102, a smoothing means 106 made of an electrolytic capacitor, a first switching element (IGBT) 107 containing a reverse conducting diode inside, and a second switching element A series connection body of (IGBT) 108 is connected.

平滑手段106は、後述するインバータ117の電源となるよう作用しており、電圧変動を極力抑制するよう十分大きな容量の電解コンデンサで構成され、具体的には560μFの電解コンデンサを4本使用している。   The smoothing means 106 acts as a power source for an inverter 117, which will be described later, and is composed of an electrolytic capacitor having a sufficiently large capacity so as to suppress voltage fluctuation as much as possible. Specifically, the smoothing means 106 uses four electrolytic capacitors of 560 μF. Yes.

第1のスイッチング素子107と第2のスイッチング素子108の接続点と、整流手段102の出力低電位側間には、高周波磁界を発生し鍋などの被加熱物116を加熱する加熱コイル109と、加熱コイル109と共振する共振コンデンサ110が直列接続されている。   A heating coil 109 that generates a high-frequency magnetic field and heats an object to be heated 116 such as a pan between a connection point of the first switching element 107 and the second switching element 108 and an output low potential side of the rectifying means 102; A resonance capacitor 110 that resonates with the heating coil 109 is connected in series.

加熱コイル109上部には、絶縁体であり、耐熱セラミックス製のトッププレート(図示せず)が設けられており、被加熱物116はトッププレートを挟んで加熱コイル109と対向するように載置される。加熱コイル109は、素線を束ねた撚り線を多層にして平板上に巻き回されて構成されており、内径80mm、外径180mmの略ドーナツ形状をなしている。   A top plate (not shown), which is an insulator and is made of heat-resistant ceramic, is provided on the top of the heating coil 109, and the object to be heated 116 is placed so as to face the heating coil 109 with the top plate interposed therebetween. The The heating coil 109 is formed by winding a stranded wire bundled with strands on a flat plate and has a substantially donut shape with an inner diameter of 80 mm and an outer diameter of 180 mm.

共振コンデンサ110は、複数のコンデンサ110a、110b、110c、110dで構成されており、コンデンサ110aおよび110bの並列接続体、コンデンサ110cおよび110dの並列接続体の直列接続で構成している。   The resonant capacitor 110 includes a plurality of capacitors 110a, 110b, 110c, and 110d, and is configured by a series connection of a parallel connection body of capacitors 110a and 110b and a parallel connection body of capacitors 110c and 110d.

コンデンサ110aおよびコンデンサ110bはそれぞれ0.025μF、コンデンサ110cおよびコンデンサ110dはそれぞれ0.01μFの容量のものが選定されている。従って、共振コンデンサ110の合成容量は約0.014μFとなる。   Capacitors 110a and 110b are each selected to have a capacity of 0.025 μF, and capacitors 110c and 110d are each selected to have a capacity of 0.01 μF. Therefore, the combined capacitance of the resonant capacitor 110 is about 0.014 μF.

コンデンサ110cおよびコンデンサ110dには、リレーからなる短絡/開放切り換え手段111が並列接続されている。つまり、共振コンデンサ110を構成する少なくとも1つのコンデンサに短絡/開放切り換え手段111が並列接続されている状態にある。また、短絡/開放切り換え手段111が並列接続されたコンデンサ110c、110dの合成容量を、その他の複数のコンデンサ110a、110bの合成容量と同じまたは小さく設定している。短絡/開放切り換え手段111の出力が開放時の共振コンデンサ110合成容量は前述の通り0.014μF、短絡時の共振コンデンサ110の合成容量は0.05μFとなる。   The capacitor 110c and the capacitor 110d are connected in parallel with a short-circuit / open-circuit switching means 111 composed of a relay. That is, the short-circuit / open-circuit switching means 111 is connected in parallel to at least one capacitor constituting the resonance capacitor 110. Further, the combined capacity of the capacitors 110c and 110d to which the short-circuit / open-circuit switching means 111 is connected in parallel is set to be the same as or smaller than the combined capacity of the other capacitors 110a and 110b. As described above, the combined capacity of the resonant capacitor 110 when the output of the short-circuit / open switch 111 is open is 0.014 μF, and the combined capacity of the resonant capacitor 110 when short-circuited is 0.05 μF.

インバータ117は、加熱コイル109に高周波共振電流を供給するもので、第1のスイッチング素子107、第2のスイッチング素子108、加熱コイル109、共振コンデンサ110(広い意味で短絡/開放切り換え手段111も含む)で構成されている。   The inverter 117 supplies a high-frequency resonance current to the heating coil 109, and includes a first switching element 107, a second switching element 108, a heating coil 109, and a resonance capacitor 110 (including a short-circuit / open-circuit switching means 111 in a broad sense). ).

制御手段112は、短絡/開放切り換え手段111の制御およびインバータ117の出力制御を行うもので、各種検知手段からの検知信号、使用者による操作などに基づいて、第1のスイッチング素子107、第2のスイッチング素子108の導通/遮断を制御する。   The control means 112 controls the short-circuit / opening switching means 111 and the output control of the inverter 117. Based on detection signals from various detection means, operation by the user, etc., the first switching element 107 and the second switching means 112 are controlled. The conduction / cutoff of the switching element 108 is controlled.

入力電流検知手段113は、具体的にはカレントトランスで構成されている。入力電流検知手段113の検知信号は、制御手段112に出力されるよう接続されている。   Specifically, the input current detection means 113 is configured by a current transformer. The detection signal of the input current detection means 113 is connected to be output to the control means 112.

インバータ出力検知手段114は、加熱コイル109の電流検知手段であるカレントトランスである。インバータ出力検知手段114は、インバータ117の出力の大きさである加熱コイル109の電流を検知して、制御手段112へ検知信号を出力する。   The inverter output detection unit 114 is a current transformer that is a current detection unit of the heating coil 109. The inverter output detection means 114 detects the current of the heating coil 109 that is the magnitude of the output of the inverter 117 and outputs a detection signal to the control means 112.

第3のスイッチング素子104を駆動制御する第2の制御手段115は、平滑手段106の電圧、入力電流などを検知しながら(図示せず)、入力電流が略正弦波状となり、平滑手段106の電圧が所定値となるよう第3のスイッチング素子104の駆動周波数、導通比を制御する。   The second control means 115 that controls the driving of the third switching element 104 detects the voltage of the smoothing means 106, the input current, etc. (not shown), while the input current becomes substantially sinusoidal and the voltage of the smoothing means 106 is detected. The drive frequency and conduction ratio of the third switching element 104 are controlled so that becomes a predetermined value.

以上のような構成において、その動作を説明する。   The operation of the above configuration will be described.

制御手段112は、使用者による操作に基づいて第1のスイッチング素子107および第2のスイッチング素子108が排他的に導通/遮断するよう駆動信号を出力して、入力電流検知手段113およびインバータ出力検知手段114からの検知信号を入力する。   The control means 112 outputs a drive signal so that the first switching element 107 and the second switching element 108 are exclusively turned on / off based on an operation by the user, and detects the input current detection means 113 and the inverter output. A detection signal from the means 114 is input.

図2は、制御手段112内部に保持している入力電流検知手段113の検知出力−インバータ出力検知手段114の検知出力平面での被加熱物116の材質判別領域を示している。第1のスイッチング素子107および第2のスイッチング素子108の駆動によって、入力電流およびインバータ出力が変化し、図2の上方に設定されたアルミなどの低抵抗非磁性金属領域になった場合、制御手段112は第1のスイッチング素子107および第2のスイッチング素子108の駆動を継続して、所定の入力電力となるようインバータ117の出力を制御する。   FIG. 2 shows the material discrimination region of the object to be heated 116 on the detection output plane of the input current detection means 113 -the detection output plane of the inverter output detection means 114 held in the control means 112. When the first switching element 107 and the second switching element 108 are driven, the input current and the inverter output change, and when the low-resistance nonmagnetic metal region such as aluminum set in the upper part of FIG. 112 continues to drive the first switching element 107 and the second switching element 108 to control the output of the inverter 117 so as to obtain a predetermined input power.

また同時に、制御手段112は、入力電流検知手段113およびインバータ出力検知手段114の出力信号に基づいて被加熱物116の材質を低抵抗非磁性金属と判別した場合、共振コンデンサ110の合成容量が小さくなるよう短絡/開放切り換え手段111出力を開放とする制御を行う。   At the same time, when the control unit 112 determines that the material of the object to be heated 116 is a low-resistance nonmagnetic metal based on the output signals of the input current detection unit 113 and the inverter output detection unit 114, the combined capacity of the resonance capacitor 110 is small. Control is performed to open the output of the short-circuit / open switching means 111 so that

共振コンデンサ110の合成容量は、短絡/開放切り換え手段111出力が開放時に0.014μFとなるよう選定されており、また被加熱物116が載置された際の加熱コイル109のインダクタンスは225μHとなるよう設計されているため、加熱コイル109、共振コンデンサ110および被加熱物116の共振周波数は約90kHzとなる。   The combined capacitance of the resonant capacitor 110 is selected so that the output of the short-circuit / opening switching unit 111 is 0.014 μF when opened, and the inductance of the heating coil 109 when the object to be heated 116 is placed is 225 μH. Therefore, the resonance frequency of the heating coil 109, the resonance capacitor 110, and the object to be heated 116 is about 90 kHz.

図3は、低抵抗非磁性金属製の被加熱物116を誘導加熱している際の各部電圧電流波形を示している。   FIG. 3 shows a voltage current waveform of each part when the object to be heated 116 made of a low-resistance nonmagnetic metal is induction-heated.

制御手段112の制御により第1のスイッチング素子107および第2のスイッチング素子108が排他的に導通/遮断され、インバータ117は加熱コイル109および共振コンデンサ110に高周波共振電流を供給する。加熱コイル109は高周波磁界を発生して被加熱物116を加熱する。   The first switching element 107 and the second switching element 108 are exclusively turned on / off by the control of the control means 112, and the inverter 117 supplies a high frequency resonance current to the heating coil 109 and the resonance capacitor 110. The heating coil 109 generates a high-frequency magnetic field and heats the object 116 to be heated.

図3に示すように、第1のスイッチング素子107および第2のスイッチング素子108の導通期間中には、共振電流が1周期以上流れるように制御手段112は制御を行っている。つまり、インバータ117は複数のスイッチング素子107、108を内包し、制御手段112は加熱コイル109の発生する磁界が低抵抗非磁性金属を誘導加熱すると、少なくとも1つのスイッチング素子に流れる高周波共振電流がスイッチング素子の駆動期間より短い周期で共振するようスイッチング素子の駆動信号を出力する制御モードを持っている。   As shown in FIG. 3, during the conduction period of the first switching element 107 and the second switching element 108, the control means 112 performs control so that the resonance current flows for one cycle or more. That is, the inverter 117 includes a plurality of switching elements 107 and 108. When the magnetic field generated by the heating coil 109 induction-heats the low-resistance nonmagnetic metal, the control unit 112 switches the high-frequency resonance current flowing through at least one switching element. It has a control mode for outputting a driving signal for the switching element so as to resonate at a cycle shorter than the element driving period.

この制御モードは、被加熱物116が低抵抗非磁性金属である場合に有効となる。被加熱物116が低抵抗非磁性金属であった場合、抵抗が低いために、高周波共振電流の減衰が少ない。そのため、第1のスイッチング素子107または第2のスイッチング素子108の駆動時間を長く設定しても共振が継続される。第1のスイッチング素子107または第2のスイッチング素子108に共振電流が流れている期間中に、制御手段112がスイッチング素子を遮断させ、もう一方のスイッチング素子を導通制御することにより、第1のスイッチング素子107および第2のスイッチング素子108に負担をかけることなく共振を継続することが可能である。   This control mode is effective when the object to be heated 116 is a low-resistance nonmagnetic metal. When the object to be heated 116 is a low-resistance nonmagnetic metal, the resistance is low, so that the high-frequency resonance current is less attenuated. Therefore, resonance continues even if the drive time of the first switching element 107 or the second switching element 108 is set to be long. During the period in which the resonance current is flowing through the first switching element 107 or the second switching element 108, the control means 112 shuts off the switching element and controls the other switching element to conduct the first switching. Resonance can be continued without imposing a burden on the element 107 and the second switching element 108.

ここで、高周波共振電流の周波数は、加熱コイル109、共振コンデンサ110および被加熱物116で決定され、前述の約90kHzとなる一方、スイッチング素子の駆動周波数は本実施の形態の場合、約30kHzとなる。スイッチング素子が導通から遮断する移行期間には、スイッチング損失が発生するため、スイッチング素子の駆動周波数が高いほどスイッチング回数が多く、スイッチング損失増加につながる。   Here, the frequency of the high-frequency resonance current is determined by the heating coil 109, the resonance capacitor 110, and the object to be heated 116, and is about 90 kHz as described above, while the driving frequency of the switching element is about 30 kHz in the present embodiment. Become. Since a switching loss occurs during the transition period in which the switching element is cut off from conduction, the higher the drive frequency of the switching element, the more the number of switchings, leading to an increase in switching loss.

本実施の形態では、加熱コイル109に供給される高周波共振電流の周波数は90kHzと高く設定することで、低抵抗非磁性金属の被加熱物116であっても見かけの高周波抵抗を高くできるため、少ない加熱コイル109の電流で十分な加熱電力を得ることが可能である。さらに、スイッチング素子の駆動周波数は、90kHzに対して十分低い30kHzであるため、スイッチング損失の増加を抑制することができる。   In this embodiment, by setting the frequency of the high-frequency resonance current supplied to the heating coil 109 as high as 90 kHz, the apparent high-frequency resistance can be increased even with the low-resistance nonmagnetic metal object 116 to be heated. Sufficient heating power can be obtained with a small current of the heating coil 109. Furthermore, since the driving frequency of the switching element is 30 kHz which is sufficiently lower than 90 kHz, an increase in switching loss can be suppressed.

所定の入力電力時の共振コンデンサ110の電圧は、本実施の形態では実効値で約3kVrmsとなっている。従来方式のように、短絡/開放切り換え手段111と追加コンデンサ(図示せず)の直列接続体が、共振コンデンサ110に並列接続されている場合には、短絡/開放切り換え手段111出力には約3kVrmsの高電圧が印可されることになる。   In this embodiment, the voltage of the resonant capacitor 110 at a predetermined input power is an effective value of about 3 kVrms. When the series connection body of the short-circuit / open-circuit switching means 111 and the additional capacitor (not shown) is connected in parallel to the resonance capacitor 110 as in the conventional method, the output of the short-circuit / open-circuit switching means 111 is about 3 kVrms. High voltage is applied.

しかしながら、本実施の形態では、短絡/開放切り換え手段111がコンデンサ110c、110dに並列接続されているために、短絡/開放切り換え手段111出力にはコンデンサ容量に従って、約2.1kVrmsとなり、約30%低減されることになる。短絡/開放切り換え手段111はリレーで構成されており、内部に電極を備えている。確実に切り換えを行うために電極間距離はある程度制限があるが、耐圧を上げるためには電極間距離を取る必要がある。本実施の形態によって、印可される電圧を下げることが可能であるため、電極間距離の自由度を高めることができる。   However, in this embodiment, since the short-circuit / open-circuit switching unit 111 is connected in parallel to the capacitors 110c and 110d, the output of the short-circuit / open-circuit switching unit 111 is about 2.1 kVrms according to the capacitor capacity, about 30%. Will be reduced. The short-circuit / open-circuit switching means 111 is constituted by a relay and has an electrode inside. The distance between the electrodes is limited to some extent for sure switching, but the distance between the electrodes needs to be increased in order to increase the withstand voltage. According to this embodiment mode, the applied voltage can be lowered, so that the degree of freedom in the interelectrode distance can be increased.

また、一般に短絡/開放切り換え手段111外殻は耐圧の高い樹脂で構成されているが、高周波の高電圧が印可されると、樹脂が誘電体の働きを成してしまい、電極を保持する樹脂間で放電が生じてしまう。そのため、電極と樹脂間にできるだけ空間を設ける対策が取られるが、印可電圧を下げることによって、外殻形状を小型化することが可能である。   In general, the outer shell of the short-circuit / open switching means 111 is made of a resin having a high withstand voltage. However, when a high-frequency high voltage is applied, the resin acts as a dielectric, and the resin that holds the electrode. Discharge occurs between them. Therefore, measures are taken to provide as much space as possible between the electrode and the resin, but the outer shell shape can be reduced in size by lowering the applied voltage.

被加熱物116が低抵抗非磁性金属である場合、加熱コイル109から発生する高周波磁界に対して被加熱物116の内部に渦電流が誘起される。この渦電流は、加熱コイル109からの高周波磁界に対して反発するように作用するため、被加熱物116自体が振動する。   When the object to be heated 116 is a low resistance nonmagnetic metal, an eddy current is induced in the object to be heated 116 with respect to the high frequency magnetic field generated from the heating coil 109. Since this eddy current acts to repel the high-frequency magnetic field from the heating coil 109, the article to be heated 116 itself vibrates.

インバータ117の電源となる平滑手段106の電圧が商用交流電源101電圧に同期して変動する場合、被加熱物116も同期した振動を生じるため、使用者が不快に感じる鍋音が発生する。本実施の形態では、平滑手段106の容量を十分大きく設定してインバータ117の電源の変動を抑制し、鍋音が発生しないようにしている。   When the voltage of the smoothing means 106 serving as the power source of the inverter 117 fluctuates in synchronization with the commercial AC power source 101 voltage, the object to be heated 116 also vibrates in synchronism with each other. In the present embodiment, the capacity of the smoothing means 106 is set to be sufficiently large to suppress fluctuations in the power source of the inverter 117 so that no pan sound is generated.

しかしながら、その一方で、平滑手段106の容量を大きく設定すると、商用交流電源101からの入力電流が歪んだ形になってしまい、本来の正弦波状とは異なった波形になって力率が低下する。この入力電流は高調波成分を含んでいるために、同じ商用交流電源101に接続された他機器に影響を与える場合もある。   On the other hand, however, if the capacity of the smoothing means 106 is set large, the input current from the commercial AC power supply 101 becomes distorted, resulting in a waveform different from the original sinusoidal shape and the power factor is lowered. . Since this input current includes a harmonic component, it may affect other devices connected to the same commercial AC power supply 101.

本実施の形態では、チョークコイル103、第3のスイッチング素子104およびダイオード105が力率改善手段としても作用する昇圧手段118を備えている。制御手段112は、使用者の操作に基づいてインバータ117の動作を開始するとともに、第2の制御手段115に動作開始信号を出力する。第2の制御手段115は、平滑手段106の電圧、入力電流などを検知しながら(図示せず)、入力電流が略正弦波状となり、平滑手段106の電圧が所定値となるよう第3のスイッチング素子104の駆動周波数、導通比を制御する。   In the present embodiment, the choke coil 103, the third switching element 104, and the diode 105 are provided with boosting means 118 that also functions as power factor improving means. The control means 112 starts the operation of the inverter 117 based on the user's operation and outputs an operation start signal to the second control means 115. The second control means 115 detects the voltage of the smoothing means 106, the input current, etc. (not shown), and performs the third switching so that the input current becomes substantially sinusoidal and the voltage of the smoothing means 106 becomes a predetermined value. The drive frequency and conduction ratio of the element 104 are controlled.

第3のスイッチング素子104が導通すると、チョークコイル103の短絡電流が流れ、チョークコイル103にエネルギーが蓄積される。第3のスイッチング素子104が遮断されるとともに、チョークコイル103に蓄積されたエネルギーはダイオード105を通して平滑手段106へ送られて電圧上昇させる。   When the third switching element 104 is turned on, a short-circuit current flows through the choke coil 103 and energy is accumulated in the choke coil 103. While the third switching element 104 is cut off, the energy stored in the choke coil 103 is sent to the smoothing means 106 through the diode 105 to increase the voltage.

第2の制御手段115は、内部に基準電圧を保持しており、平滑手段106の電圧検知信号と比較して同じ値になるよう制御を行うが、制御手段112からも平滑手段106の電圧検知を操作するよう電圧印可または抵抗切り換えがなされるために、結果として制御手段112によって平滑手段106の電圧が制御されることになる。   The second control means 115 holds a reference voltage inside and controls the same value as compared with the voltage detection signal of the smoothing means 106, but the control means 112 also detects the voltage of the smoothing means 106. As a result, the voltage of the smoothing means 106 is controlled by the control means 112.

制御手段112は、入力電流検知手段113およびインバータ出力検知手段114の出力信号に応じて、平滑手段106の電圧検知信号を操作し、間接的に昇圧手段118の昇圧量を制御して平滑手段106の電圧を変更している。   The control unit 112 operates the voltage detection signal of the smoothing unit 106 according to the output signals of the input current detection unit 113 and the inverter output detection unit 114, and indirectly controls the boosting amount of the boosting unit 118 to smooth the smoothing unit 106. The voltage has changed.

被加熱物116が低抵抗非磁性金属であった場合、加熱コイル109、共振コンデンサ110が共振を継続できる周波数領域が非常に狭いため、インバータ117出力の制御が非常に難しい。しかしながら、平滑手段106はインバータ117電源としても作用しているため、平滑手段106の電圧を変更することによってもインバータ117出力の制御が可能である。   When the object 116 to be heated is a low-resistance nonmagnetic metal, the frequency range in which the heating coil 109 and the resonance capacitor 110 can continue to resonate is very narrow, and thus the output of the inverter 117 is very difficult to control. However, since the smoothing means 106 also functions as a power supply for the inverter 117, the output of the inverter 117 can be controlled by changing the voltage of the smoothing means 106.

制御手段112によってインバータ117が動作開始をした際、制御手段112が被加熱物116材質を低抵抗非磁性金属以外と判別した場合、制御手段112はインバータ117の動作を一時(約2秒間)停止して、共振コンデンサ110の合成容量が大きくなるよう短絡/開放切り換え手段111の出力を短絡とする制御を行う。本実施の形態では、前述の通り、共振コンデンサ110の合成容量は0.05μFとなるよう設定されている。   When the control unit 112 starts the operation of the inverter 117 and the control unit 112 determines that the material to be heated 116 is other than a low-resistance nonmagnetic metal, the control unit 112 temporarily stops the operation of the inverter 117 (about 2 seconds). Then, the output of the short-circuit / open-circuit switching unit 111 is controlled to be short-circuited so that the combined capacity of the resonant capacitor 110 is increased. In the present embodiment, as described above, the combined capacitance of the resonant capacitor 110 is set to be 0.05 μF.

短絡/開放切り換え手段111の切り換え完了後、制御手段112は再度インバータ117の動作を開始させる。   After completing the switching of the short-circuit / opening switching unit 111, the control unit 112 starts the operation of the inverter 117 again.

図4は、低抵抗非磁性金属以外の被加熱物116を誘導加熱している際の各部電圧電流波形を示している。おおよそは低抵抗非磁性金属を加熱している際の各部波形と似ているが、大きく異なる点は第1のスイッチング素子107および第2のスイッチング素子108に流れている電流波形である。   FIG. 4 shows each part voltage current waveform when the object to be heated 116 other than the low resistance nonmagnetic metal is induction heated. The waveform is similar to the waveform of each part when heating the low-resistance nonmagnetic metal, but the difference is the waveform of the current flowing through the first switching element 107 and the second switching element 108.

低抵抗非磁性金属以外の被加熱物116を加熱する際は、被加熱物116自体が抵抗が高いために磁界周波数をさほど高める必要がない。従って共振コンデンサ110の容量が大きくなるよう切り換えて、加熱コイル109、共振コンデンサ110および被加熱物116の共振周波数を低くなるよう(本実施の形態では約43kHz)設定している。   When heating the object to be heated 116 other than the low-resistance nonmagnetic metal, it is not necessary to increase the magnetic field frequency so much because the object to be heated 116 has high resistance. Therefore, switching is performed so that the capacity of the resonance capacitor 110 is increased, and the resonance frequency of the heating coil 109, the resonance capacitor 110, and the article to be heated 116 is set to be low (about 43 kHz in the present embodiment).

共振周波数が低いために、第1のスイッチング素子107および第2のスイッチング素子108の駆動周波数を共振周波数と同一としてもスイッチング損失の大幅な増加は生じない。また、被加熱物116抵抗が高いために、必要となる高周波共振電流も少なく、スイッチング損失、導通時の損失も低く抑えられる。   Since the resonance frequency is low, even if the drive frequency of the first switching element 107 and the second switching element 108 is the same as the resonance frequency, the switching loss does not increase significantly. In addition, since the resistance of the object to be heated 116 is high, the required high-frequency resonance current is small, and switching loss and loss during conduction can be kept low.

従来方式であれば、共振コンデンサ110の容量を大きく設定するために、追加コンデンサ(図示せず)を短絡/開放切り換え手段によって追加するよう接続していたが、本実施の形態では、耐圧を下げて小型化された短絡/開放切り換え手段を採用でき、さらにコンデンサを追加する必要がないため、基板スペースを小さく、コストを低く抑えることが可能である。   In the case of the conventional system, an additional capacitor (not shown) is connected to be added by the short-circuit / open-circuit switching means in order to set the capacitance of the resonant capacitor 110 large, but in this embodiment, the breakdown voltage is lowered. Therefore, it is possible to employ a short-circuit / open-circuit switching means that is miniaturized and there is no need to add a capacitor, so that the board space can be reduced and the cost can be kept low.

本実施の形態では、共振コンデンサ110を2つのコンデンサの並列接続体を2セット直列接続したものとしたが、必要となる共振コンデンサ110の耐圧、電流容量などを鑑みて適宜設定すればよい。2つのコンデンサの直列接続体で構成してもよいし、コンデンサ並列接続体を3セット以上直列接続してもよい。   In the present embodiment, the resonance capacitor 110 is configured by connecting two sets of parallel connection bodies of two capacitors in series. However, the resonance capacitor 110 may be appropriately set in view of the required breakdown voltage, current capacity, and the like. Two capacitors may be connected in series, or three or more sets of capacitor parallel connections may be connected in series.

また、短絡/開放切り換え手段111を低電位側のコンデンサ110c、110dに接続する構成としたが、高電位側コンデンサ110a、110bに接続してもよい。短絡/開放切り換え手段111の出力−入力間の絶縁能力と基板レイアウトを鑑みて適宜設定すればよい。短絡/開放切り換え手段111はリレーに限らず、耐圧、電流容量などが許せば、スイッチング素子を使用してもよい。   Further, although the short-circuit / open-circuit switching unit 111 is connected to the low-potential side capacitors 110c and 110d, it may be connected to the high-potential side capacitors 110a and 110b. What is necessary is just to set suitably in view of the insulation capacity between the output-input of the short circuit / opening switching means 111 and the substrate layout. The short-circuit / open-circuit switching unit 111 is not limited to a relay, and a switching element may be used as long as the withstand voltage, current capacity, and the like allow.

インバータ出力検知手段114として、加熱コイル109の電流を検知するカレントトランスの例を挙げたが、共振コンデンサ110の電圧を検知してもよいし、加熱コイル109の電流の一部である第1のスイッチング素子107または第2のスイッチング素子108の電流、インバータ117の電源となる平滑手段106の電流を検知しても同様の効果が得られる。   Although an example of a current transformer that detects the current of the heating coil 109 has been given as the inverter output detection unit 114, the voltage of the resonance capacitor 110 may be detected, or the first current that is a part of the current of the heating coil 109 may be detected. The same effect can be obtained by detecting the current of the switching element 107 or the second switching element 108 and the current of the smoothing means 106 serving as the power source of the inverter 117.

制御手段112と別に第2の制御手段115を設ける構成を挙げたが、第2の制御手段115の動作を制御手段112で兼ねることも可能である。   Although the second control unit 115 is provided separately from the control unit 112, the operation of the second control unit 115 can be combined with the control unit 112.

また、被加熱物116がアルミニウムなどの低抵抗非磁性金属とそれ以外の例を挙げたが、例えばアルミニウムに比べて抵抗の高い非磁性ステンレスとさらに抵抗の高い金属として材質判別してもよい。材質判別を2種に限らず、3種、4種として判別し、第1のスイッチング素子107および第2のスイッチング素子108の導通期間制御、短絡/開放切り換え手段111の制御などを組み合わせて、必要なインバータ117出力を得てもよい。   In addition, although the object 116 to be heated is a low resistance nonmagnetic metal such as aluminum and other examples, the material may be identified as nonmagnetic stainless steel having a higher resistance than aluminum and a metal having a higher resistance than aluminum. The material discrimination is not limited to two types, it is discriminated as three or four types, and it is necessary by combining the conduction period control of the first switching element 107 and the second switching element 108, the control of the short-circuit / opening switching means 111, etc. Inverter 117 output may be obtained.

特に、鍋音は、アルミニウムなどの低抵抗非磁性金属で軽い材質のものに特有の現象であるため、それ以外の材質の被加熱物116に加熱対象を限定するのであれば、平滑手段106の容量を過度に大きく設定する必要はないし、力率の低下、入力電流の高調波成分が許容範囲内であれば、昇圧手段118を設ける必要はない。コスト、効果を鑑みて適宜組み合わせて構成すればよい。   In particular, since the pot sound is a phenomenon peculiar to a low resistance non-magnetic metal such as aluminum and a light material, if the heating target is limited to the object to be heated 116 of other materials, the smoothing means 106 It is not necessary to set the capacity too large, and it is not necessary to provide the booster 118 if the power factor is reduced and the harmonic component of the input current is within the allowable range. What is necessary is just to comprise suitably combining in view of cost and an effect.

また、本実施の形態では、第1のスイッチング素子107と第2のスイッチング素子108の導通期間がほぼ同一となる例を挙げたがこれに限定するものではない。例えば、低抵抗非磁性金属の被加熱物116を加熱する際に、第1のスイッチング素子107の導通期間を共振電流の1周期より短くなるよう制御して低抵抗非磁性金属以外の被加熱物116を加熱する際の電流波形と相似の状態にし、第2のスイッチング素子108の導通期間は共振電流の1周期以上となるように制御してもよい。また、第1のスイッチング素子107と第2のスイッチング素子108の導通期間を入れ替えるように制御してもよい。   In the present embodiment, an example is given in which the conduction period of the first switching element 107 and the second switching element 108 is substantially the same, but the present invention is not limited to this. For example, when the object 116 to be heated of low resistance nonmagnetic metal is heated, the conduction period of the first switching element 107 is controlled to be shorter than one period of the resonance current to be heated other than the low resistance nonmagnetic metal. The current waveform when heating 116 may be similar to the current waveform, and the conduction period of the second switching element 108 may be controlled to be one period or more of the resonance current. In addition, the conduction period of the first switching element 107 and the second switching element 108 may be controlled to be switched.

本実施の形態のように、低抵抗非磁性金属の被加熱物116を加熱する際に、第1のスイッチング素子107および第2のスイッチング素子108の導通期間を共振電流の1周期以上に制御すると、スイッチング素子駆動1周期中にインバータ117の電源である平滑手段106から電力を供給する時間の比率が低下して、原理的に入力可能な加熱電力が低下する。しかしながら、第1のスイッチング素子107の導通期間は共振電流の1周期より短く、第2のスイッチング素子108の導通期間は共振電流の1周期以上となるよう制御する(またはその逆)で、平滑手段106から電力を供給する時間比率を高めて、原理的に入力可能な加熱電力を増加させることが可能である。   As in the present embodiment, when the low-resistance nonmagnetic metal object to be heated 116 is heated, the conduction period of the first switching element 107 and the second switching element 108 is controlled to be one period or more of the resonance current. The ratio of the time during which power is supplied from the smoothing means 106, which is the power source of the inverter 117, during one switching element drive cycle is reduced, and the heating power that can be input in principle is reduced. However, the conduction period of the first switching element 107 is shorter than one period of the resonance current, and the conduction period of the second switching element 108 is controlled to be one period or more of the resonance current (or vice versa), thereby smoothing means. The heating power that can be input in principle can be increased by increasing the time ratio for supplying power from 106.

その場合、第1のスイッチング素子107と第2のスイッチング素子108の導通期間差から発生する損失差が生じるが、第1のスイッチング素子107と第2のスイッチング素子108の導通期間を入れ替えるように制御することで、損失の平準化が可能である。   In that case, a loss difference is generated due to a difference in conduction period between the first switching element 107 and the second switching element 108, but the conduction period between the first switching element 107 and the second switching element 108 is controlled to be switched. By doing so, the loss can be leveled.

また、導通期間の長い方のスイッチング素子の損失が大きいことは明白であるため、導通期間の長い方のスイッチング素子を冷却が容易な場所に優先的に配置してもよい。   Further, since it is obvious that the switching element having the longer conduction period has a large loss, the switching element having the longer conduction period may be preferentially disposed in a place where the cooling is easy.

(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2における誘導加熱装置を示すものである。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。
(Embodiment 2)
FIG. 5 shows an induction heating apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施の形態における誘導加熱装置は、ダイオード105のカソード側と整流手段102の出力低電位側間には、電解コンデンサからなる平滑手段106と、内部に逆導通ダイオードを内包する第1のスイッチング素子107aと第2のスイッチング素子108aの直列接続体および第1のスイッチング素子107bと第2のスイッチング素子108bの直列接続体が接続されている。   In the induction heating apparatus according to the present embodiment, a smoothing means 106 made of an electrolytic capacitor and a first switching element containing a reverse conducting diode are provided between the cathode side of the diode 105 and the output low potential side of the rectifying means 102. A series connection body of 107a and the second switching element 108a and a series connection body of the first switching element 107b and the second switching element 108b are connected.

第1のスイッチング素子(IGBT)107aと第2のスイッチング素子(IGBT)108aの接続点と、第1のスイッチング素子(IGBT)107bと第2のスイッチング素子(IGBT)108bの接続点間には、加熱コイル109と共振コンデンサ110が直列接続されている。   Between the connection point of the first switching element (IGBT) 107a and the second switching element (IGBT) 108a, and the connection point of the first switching element (IGBT) 107b and the second switching element (IGBT) 108b, A heating coil 109 and a resonant capacitor 110 are connected in series.

インバータ出力検知手段114は加熱コイル109の電流検知手段であるカレントトランスであり、少なくともインバータ117が発生する高周波電流の大きさ、つまり加熱コイル109および共振コンデンサ110の電流を検知して、制御手段112へ検知信号を出力する。   The inverter output detection means 114 is a current transformer that is a current detection means for the heating coil 109, and detects at least the magnitude of the high-frequency current generated by the inverter 117, that is, the current of the heating coil 109 and the resonance capacitor 110 to control the control means 112. A detection signal is output to

本実施の形態のような構成であった場合、スイッチング素子のスイッチングによって、加熱コイル109および共振コンデンサ110の両端が不安定な電圧であるため、インバータ117の出力に密接に相関を持つ加熱コイル109や共振コンデンサ110の電圧を検知することは困難であるが、インバータ117が発生する高周波電流の大きさ、つまり加熱コイル109および共振コンデンサ110の電流を検知する構成としている。電流はカレントトランスなどにより電気的に非接触で検知することが可能であるため、加熱コイル109、共振コンデンサ110の電圧安定度に関係なく、精度よく電流検知することが可能である。   In the case of the configuration of the present embodiment, both ends of the heating coil 109 and the resonant capacitor 110 are unstable voltages due to switching of the switching element, and thus the heating coil 109 having a close correlation with the output of the inverter 117. Although it is difficult to detect the voltage of the resonant capacitor 110, the magnitude of the high-frequency current generated by the inverter 117, that is, the current of the heating coil 109 and the resonant capacitor 110 is detected. Since the current can be detected in a non-contact manner with a current transformer or the like, the current can be accurately detected regardless of the voltage stability of the heating coil 109 and the resonance capacitor 110.

以上のような構成で、制御手段112は、使用者による操作に基づいて第1のスイッチング素子107aおよび第2のスイッチング素子108a、第1のスイッチング素子107bおよび第2のスイッチング素子108bが排他的に導通/遮断するよう駆動信号を出力して、入力電流検知手段113およびインバータ出力検知手段114からの検知信号を入力する。   With the configuration as described above, the control means 112 is configured so that the first switching element 107a, the second switching element 108a, the first switching element 107b, and the second switching element 108b are exclusively based on an operation by the user. A drive signal is output so as to conduct / cut off, and detection signals from the input current detection means 113 and the inverter output detection means 114 are input.

制御手段112は、図2に示すような入力電流検知手段113検知出力−インバータ出力検知手段114検知出力平面での被加熱物116の材質判別領域をもとに被加熱物116の材質を判別して、スイッチング素子、短絡/開放切り換え手段111、第2の制御手段115に制御信号を出力する。   The control means 112 discriminates the material of the object to be heated 116 based on the material discrimination region of the object to be heated 116 on the input current detection means 113 detection output-inverter output detection means 114 detection output plane as shown in FIG. Then, a control signal is output to the switching element, the short-circuit / open-circuit switching unit 111 and the second control unit 115.

このとき、第1のスイッチング素子107aおよび第2のスイッチング素子108b、第2のスイッチング素子108aおよび第1のスイッチング素子107bが同一動作となるよう制御手段112は制御を行う。   At this time, the control means 112 performs control so that the first switching element 107a and the second switching element 108b, and the second switching element 108a and the first switching element 107b perform the same operation.

つまり、第1のスイッチング素子107a−加熱コイル109−共振コンデンサ110−第2のスイッチング素子108b−平滑手段106に高周波共振電流が流れる経路、第1のスイッチング素子107b−共振コンデンサ110−加熱コイル109−第2のスイッチング素子107a−平滑手段106に高周波共振電流が流れる経路が入れ替わりながら共振が継続する。   That is, the first switching element 107a-the heating coil 109-the resonance capacitor 110-the second switching element 108b-the path through which the high-frequency resonance current flows in the smoothing means 106, the first switching element 107b-the resonance capacitor 110-the heating coil 109- Resonance continues while the path through which the high-frequency resonance current flows is switched between the second switching element 107a and the smoothing means 106.

被加熱物116が低抵抗非磁性金属以外の材質であった場合、抵抗が高いために、共振が継続しにくく共振電流が流れにくい。特に、本実施の形態では、従来方式のように共振コンデンサ110にコンデンサを追加することがないため、共振コンデンサ110の調整幅がやや狭いとも言える。   When the object to be heated 116 is made of a material other than the low-resistance nonmagnetic metal, since the resistance is high, resonance does not continue and resonance current does not flow easily. In particular, in this embodiment, since no capacitor is added to the resonant capacitor 110 as in the conventional method, it can be said that the adjustment range of the resonant capacitor 110 is somewhat narrow.

本実施の形態では、被加熱物116が低抵抗非磁性金属以外の材質であった場合、共振周波数が約43kHzになるよう共振コンデンサ110および短絡/開放切り換え手段111が設定されている。被加熱物116の高周波抵抗は、43kHzでの抵抗値となるために従来方式での約20kHzに比べて高い値となる。そのため、被加熱物116の材質が非常に抵抗の高い金属の場合、43kHzでの高周波抵抗では十分な共振電流が流れず、所定の加熱電力が得られない場合も生じる。   In the present embodiment, when the object to be heated 116 is made of a material other than the low-resistance nonmagnetic metal, the resonance capacitor 110 and the short-circuit / opening switching unit 111 are set so that the resonance frequency is about 43 kHz. Since the high-frequency resistance of the object to be heated 116 has a resistance value at 43 kHz, it is higher than about 20 kHz in the conventional method. Therefore, when the material of the object to be heated 116 is a metal having a very high resistance, a sufficient resonance current does not flow with a high frequency resistance at 43 kHz, and a predetermined heating power may not be obtained.

しかしながら、本実施の形態のような構成であれば、インバータ117の電源である平滑手段106と加熱コイル109および共振コンデンサ110間に配置されるスイッチング素子のいずれかが導通するよう制御することが可能である。つまり、インバータ117の電源から加熱コイル109へ電力を供給する時間を長くすることができるため、入力可能な被加熱物116の加熱電力を高く設定できる。従って、インバータ117の設計自由度を大きくすることが可能である。   However, with the configuration as in the present embodiment, it is possible to control so that either the smoothing means 106, which is the power source of the inverter 117, the switching element disposed between the heating coil 109 or the resonance capacitor 110 is conductive. It is. That is, since the time for supplying power from the power source of the inverter 117 to the heating coil 109 can be extended, the heating power of the input object to be heated 116 can be set high. Therefore, it is possible to increase the design freedom of the inverter 117.

本実施の形態では、インバータ117に2つのスイッチング素子の直列接続体を2個内包する構成を挙げたが、これに限定するものではない。商用交流電源101によっては、2つのスイッチング素子の直列接続体を3個内包しても同様以上の効果が得られる。   In the present embodiment, the inverter 117 includes two serially connected bodies of two switching elements. However, the present invention is not limited to this. Depending on the commercial AC power supply 101, the same effect can be obtained even if three series-connected bodies of two switching elements are included.

また、昇圧手段118の昇圧量を制御して平滑手段106の電圧を変更し、インバータ117出力を高く(または低く)設定してもよい。   Further, the boosting amount of the boosting unit 118 may be controlled to change the voltage of the smoothing unit 106 to set the output of the inverter 117 high (or low).

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、部品点数の削減と省スペース化を可能にし、さらには低コストを実現する誘導加熱装置を提供することができるので、誘導加熱調理器としてはもちろんのこと、誘導加熱式湯沸かし器、誘導加熱式アイロン、またはその他の誘導加熱式加熱装置としても有用である。   As described above, the induction heating device according to the present invention can reduce the number of parts and save space, and can provide an induction heating device that realizes low cost. Of course, it is also useful as an induction heating type water heater, induction heating type iron, or other induction heating type heating device.

本発明の実施の形態1における誘導加熱装置の回路図The circuit diagram of the induction heating apparatus in Embodiment 1 of this invention 同誘導加熱装置の制御手段内部に保持している入力電流検知手段検知出力−インバータ出力検知手段検知出力平面での被加熱物の材質判別領域を示した図The figure which showed the material discrimination | determination area | region of the to-be-heated object in the input current detection means detection output-inverter output detection means detection output plane currently hold | maintained inside the control means of the same induction heating apparatus 同誘導加熱装置の低抵抗非磁性金属製の被加熱物を誘導加熱している際の各部電圧電流波形を示した図The figure which showed the voltage current waveform of each part at the time of induction heating the to-be-heated object made from a low resistance nonmagnetic metal of the induction heating device 同誘導加熱装置の低抵抗非磁性金属以外の被加熱物を誘導加熱している際の各部電圧電流波形を示した図The figure which showed the voltage current waveform of each part at the time of induction heating the to-be-heated object other than the low resistance nonmagnetic metal of the same induction heating device 本発明の実施の形態2における誘導加熱装置の回路図The circuit diagram of the induction heating apparatus in Embodiment 2 of this invention

符号の説明Explanation of symbols

106 平滑手段
107、108、107a、108a、107b、108b スイッチング素子
109 加熱コイル
110 共振コンデンサ
110a、110b、110c、110d コンデンサ
111 短絡/開放切り換え手段
112 制御手段
114 インバータ出力検知手段
116 被加熱物
117 インバータ
118 昇圧手段
106 Smoothing means 107, 108, 107a, 108a, 107b, 108b Switching element 109 Heating coil 110 Resonant capacitor 110a, 110b, 110c, 110d Capacitor 111 Short-circuit / opening switching means 112 Control means 114 Inverter output detection means 116 Heated object 117 Inverter 118 Boosting means

Claims (5)

高周波磁界を発生し被加熱物を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振する共振コンデンサと、前記共振コンデンサを直列接続で構成する複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサの少なくとも1つのコンデンサに並列接続された短絡/開放切り換え手段と、前記加熱コイルに高周波共振電流を供給するインバータと、前記短絡/開放切り換え手段の制御および前記インバータの出力制御を行う制御手段と、前記インバータの出力の大きさを検知して前記制御手段へ検知信号を出力するインバータ出力検知手段とを備え、前記制御手段は、前記インバータ出力検知手段の出力信号に基づいて前記被加熱物の材質を低抵抗非磁性金属と判別した場合、前記共振コンデンサの合成容量が小さくなるよう短絡/開放切り換え手段の出力を開放とする制御を行い、その他の材質と判別した場合、前記共振コンデンサの合成容量が大きくなるよう短絡/開放切り換え手段の出力を短絡とする制御を行い、短絡/開放切り換え手段が並列接続されたコンデンサの合成容量を、その他の複数のコンデンサにおける合成容量と同じまたは小さく設定する誘導加熱装置。 A heating coil that generates a high-frequency magnetic field to heat an object to be heated, a resonance capacitor that resonates with the heating coil, a plurality of capacitors that are configured by connecting the resonance capacitors in series, and at least one of the plurality of capacitors in parallel Connected short-circuit / open-circuit switching means, an inverter for supplying a high-frequency resonance current to the heating coil, control means for performing control of the short-circuit / open-circuit switching means and output control of the inverter, and magnitude of output of the inverter And an inverter output detection means for outputting a detection signal to the control means, and the control means uses a low-resistance nonmagnetic metal as the material of the object to be heated based on the output signal of the inverter output detection means. If it is determined, the output of the short-circuit / open-switching means is opened so that the combined capacity of the resonant capacitors is reduced. Performs control to, if it is determined that other materials, have lines control to short-circuit the output of the combined capacitance becomes large as short / open switching means of said resonant capacitor, short / open switching means are connected in parallel An induction heating device that sets the combined capacity of capacitors to be the same as or smaller than the combined capacity of other capacitors . インバータは複数のスイッチング素子を内包し、制御手段は、加熱コイルの発生する磁界が低抵抗非磁性金属を誘導加熱すると、少なくとも1つのスイッチング素子に流れる高周波共振電流が前記スイッチング素子の駆動期間より短い周期で共振するよう前記スイッチング素子の駆動信号を出力する制御モードを持つ請求項1に記載の誘導加熱装置。 The inverter includes a plurality of switching elements, and when the magnetic field generated by the heating coil inductively heats the low-resistance nonmagnetic metal, the control means has a high-frequency resonance current flowing through at least one switching element shorter than the driving period of the switching element. The induction heating device according to claim 1, wherein the induction heating device has a control mode in which a drive signal of the switching element is output so as to resonate with a period. インバータは2つのスイッチング素子の直列接続体を複数個内包し、それぞれの直列接続体のスイッチング素子における接続点間に加熱コイルおよび共振コンデンサを接続する請求項1に記載の誘導加熱装置。 The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the inverter includes a plurality of series connection bodies of two switching elements, and the heating coil and the resonance capacitor are connected between connection points of the switching elements of the respective series connection bodies. インバータ出力検知手段は少なくともインバータが発生する高周波電流の大きさを検知する請求項に記載の誘導加熱装置。 The induction heating device according to claim 3 , wherein the inverter output detection means detects at least the magnitude of the high-frequency current generated by the inverter. インバータの電源として作用する平滑手段と、力率改善手段としても作用する昇圧手段とを備え、制御手段はインバータ出力検知手段の出力信号に応じて前記昇圧手段の昇圧量を制御して前記平滑手段電圧を変更する請求項1に記載の誘導加熱装置。 A smoothing unit that functions as a power source for the inverter; and a boosting unit that also functions as a power factor correction unit. The control unit controls the boosting amount of the boosting unit according to an output signal of the inverter output detection unit, and the smoothing unit. The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the voltage is changed.
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