JP5361757B2 - Induction heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、誘導加熱装置に関し、とりわけ誘導加熱装置の電源装置に関するものである。 The present invention relates to an induction heating device, and more particularly to a power supply device for an induction heating device.
従来の誘導加熱装置において、フルブリッジ式インバータ回路を用いて、加熱コイルに高周波電流を供給するものが知られており、係るインバータ回路は、2つのスイッチング素子を直列接続した2組のアームと、各アームの中間接点に直列接続された加熱コイルおよび共振コンデンサを有するものである。たとえば特許文献1および2には、干渉音(うなり現象)を防止するために、1つの共用アームと2つの非共用アームとの間に2組の加熱コイルおよび共振コンデンサを直列接続して、各加熱コイルに個別に高周波電流を供給するフルブリッジ式インバータ回路も提案されている。
In a conventional induction heating apparatus, a full-bridge inverter circuit is used to supply a high-frequency current to a heating coil. The inverter circuit includes two sets of arms in which two switching elements are connected in series, It has a heating coil and a resonance capacitor connected in series to the intermediate contact of each arm. For example, in
また特許文献3に記載の誘導加熱装置の電源装置は、2つのスイッチング素子からなる2組のアームを有するフルブリッジ式インバータ回路を用いて、単一の加熱コイルに高周波電流を供給するものであり、スイッチング素子による電力損失を低減し、発熱量を抑制する(ひいては冷却装置等の小型化を図る)ために、4つすべてのスイッチング素子をワイドバンドギャップ半導体デバイスで構成することが記載されている。 In addition, the power supply device of the induction heating device described in Patent Document 3 supplies a high-frequency current to a single heating coil using a full-bridge inverter circuit having two sets of arms composed of two switching elements. In order to reduce the power loss due to the switching elements and to suppress the amount of heat generated (and thus to reduce the size of the cooling device etc.), it is described that all four switching elements are composed of wide band gap semiconductor devices. .
特許文献1および2に記載の誘導加熱装置におけるフルブリッジ式インバータ回路は、2つの同一仕様のスイッチング素子を直列接続したアームからなり、共用アームを共有して複数の加熱コイルに高周波電流を供給するので、共用アームのスイッチング素子に流れる電流実効値が他のスイッチング素子に比して大きくなる。その結果、共用アームのスイッチング素子の電力損失が大きい(発熱量が大きい)ため、その動作信頼性に対するリスクを増大させるおそれがあった。
The full-bridge inverter circuit in the induction heating apparatus described in
一方、特許文献3に記載の誘導加熱装置によれば、フルブリッジ式インバータ回路を構成するすべてのスイッチング素子を、一般的で安価なシリコン製デバイスより高額なワイドバンドギャップ半導体デバイスで構成するため、誘導加熱装置全体の製造コストが大幅に膨らむという問題があった。 On the other hand, according to the induction heating device described in Patent Document 3, since all the switching elements constituting the full-bridge inverter circuit are constituted by wide band gap semiconductor devices that are more expensive than general and inexpensive silicon devices, There was a problem that the manufacturing cost of the entire induction heating apparatus increased significantly.
そこで本願発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、共用アームのスイッチング素子における電力損失の低減および発熱量の抑制を図ることによって、共用アームのスイッチング素子を含む電源装置の信頼性の向上、ならびに共用アームのスイッチング素子を冷却するための放熱フィンおよび冷却ファンなどの電源装置の周辺装置の小型化、軽量化、低コスト化を可能とするより安価な誘導加熱装置を実現することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and by reducing power loss and suppressing heat generation in the switching element of the shared arm, the reliability of the power supply device including the switching element of the shared arm is improved. To realize a cheaper induction heating device that can improve and reduce the size, weight, and cost of peripheral devices of power supply devices such as radiating fins and cooling fans for cooling the switching elements of the shared arm It is aimed.
本願発明に係る誘導加熱装置は、被加熱体が載置される加熱口を備えた誘導加熱装置に
おいて、直列に接続された複数のスイッチング素子をそれぞれ有する共用アームおよび複
数の専用アームで構成される複数のフルブリッジ式インバータ回路と、前記共用アームと
前記複数の専用アームのそれぞれとの間に直列接続された複数の加熱コイルおよび共振コ
ンデンサと、前記共用アームおよび前記複数の専用アームのそれぞれの前記スイッチング
素子に駆動信号を供給する複数のドライブ回路と、前記共用アームに供給される駆動信号
より遅延して前記複数の専用アームに供給される駆動信号の位相差を制御することにより
、前記複数の加熱コイルに流れる電流を制御する制御回路とを備え、前記共用アームの複
数のスイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体素子を用いて構成され、前記複数の
専用アームの複数のスイッチング素子がシリコン半導体素子を用いて構成され、前記複数
の加熱コイルは単一の前記加熱口の直下に配置され、前記複数の加熱コイルは、前記単一の加熱口の直下の中央に配置される中央加熱コイルと、前記中央加熱コイルの周辺に隣合うように配置され、前記中央加熱コイルに沿う円弧形状を有する複数の周辺加熱コイルと、から構成されることを特徴とするものである。
An induction heating device according to the present invention is an induction heating device including a heating port on which a heated object is placed, and is configured by a shared arm and a plurality of dedicated arms each having a plurality of switching elements connected in series. A plurality of full bridge inverter circuits, a plurality of heating coils and resonant capacitors connected in series between each of the shared arm and the plurality of dedicated arms, and each of the shared arm and the plurality of dedicated arms. A plurality of drive circuits for supplying a drive signal to the switching element; and a phase difference between the drive signals supplied to the plurality of dedicated arms with a delay from the drive signal supplied to the shared arm. A control circuit for controlling the current flowing through the heating coil, and the plurality of switching elements of the common arm are wide. Is constructed using a band gap semiconductor element, a plurality of switching elements of the plurality of dedicated arm is constituted by using a silicon semiconductor device, the plurality of heating coils are disposed immediately below the single the heating port, said plurality The heating coil is a central heating coil disposed in the center immediately below the single heating port, and a plurality of arc coils that are arranged adjacent to the periphery of the central heating coil and have an arc shape along the central heating coil. And a peripheral heating coil .
本願発明によれば、共用アームのスイッチング素子における電力損失の低減および発熱量の抑制を図ることができるので、共用アームのスイッチング素子を冷却するための放熱フィンおよび冷却ファンの小型化、軽量化、低コスト化、ならびに温度に対する高い信頼性を実現するといった従来にない顕著な効果を得ることができる。 According to the present invention, since it is possible to reduce the power loss and the amount of heat generated in the switching element of the shared arm, it is possible to reduce the size and weight of the radiating fin and the cooling fan for cooling the switching element of the shared arm. Unprecedented remarkable effects such as low cost and high reliability with respect to temperature can be obtained.
以下、添付図面を参照して本願発明に係る誘導加熱装置の実施の形態を説明する。各実施の形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語(たとえば、「上方向」および「下方向」など)を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本願発明を限定するものでない。 Embodiments of an induction heating apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of each embodiment, terms indicating directions (for example, “upward direction” and “downward direction”) are used as appropriate in order to facilitate understanding. Is not intended to limit the present invention.
実施の形態1.
図1〜図5を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱装置の実施の形態1について以下詳細に説明する。図1は本願発明に係る誘導加熱装置1の全体を示す概略斜視図である。図1において、誘導加熱調理器1は、概略、筐体3と、その上側表面のほぼ全体を覆うガラスなどで形成されたトッププレート4と、左右に配置された第1および第2のIH加熱部10,20と、ラジエント加熱部5と、グリル加熱部6とを有する。各IH加熱部10,20は、ここでは詳細図示しないが、所定平面内に渦巻状に形成された電磁誘導式の加熱コイル(以下、単に「加熱コイル」という。)11,21を有し、後述する高周波電源2から高周波電流が供給されると、トッププレート4上に載置された金属材料からなる被加熱体である鍋に渦電流を形成し、そのジュール熱により鍋を誘導加熱する。
The first embodiment of the induction heating apparatus according to the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view showing an entire
また誘導加熱装置1は、ユーザがIH加熱部10,20、ラジエント加熱部5およびグリル加熱部6の火力等を操作するために用いられる火力調整ダイヤル7a,7b、これらの制御状態を表示するための液晶表示部8、ならびに筐体3の後方に設けられた吸気窓9aおよび排気窓9bを備える。
The
図2は、実施の形態1に係る高周波電源2(電源装置)のブロック回路図である。実施の形態1の高周波電源2は、概略、図2に示すように、単相または三相の商用交流電源110と、商用交流電源110の交流電圧を全波整流する整流回路112と、整流回路112で得られた全波整流の直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ116と、第1および第2のIH加熱部10,20の加熱コイル11,21に高周波電流を供給するための第1および第2のフルブリッジ式インバータ回路12,22(図2の破線で示す)とを有する。
FIG. 2 is a block circuit diagram of the high-frequency power supply 2 (power supply device) according to the first embodiment. As shown schematically in FIG. 2, the high-
一方のフルブリッジ式インバータ回路12は、高圧側スイッチング素子104aおよび低圧側スイッチング素子104bが直列接続された共用アーム100と、第1の高圧側スイッチング素子14aおよび低圧側スイッチング素子14bが直列接続された第1の非共用アーム15と、共用アーム100および第1の非共用アーム15のそれぞれの中間接点の間を電気的に接続する第1の加熱コイル11および第1の共振コンデンサ13とから構成されている。以下、説明を分かりやすくするために、便宜上、非共用アームを「専用アーム」という。
すなわち、第1のフルブリッジ式インバータ回路12は、共用アーム100と、第1の専用アーム15と、これらの間に直列接続された第1の加熱コイル11(および第1の共振コンデンサ13)とから構成されている。
One full-
That is, the first full-
同様に、他方のフルブリッジ式インバータ回路22は、共用アーム100と、第2の高圧側スイッチング素子24aおよび低圧側スイッチング素子24bが直列接続された第2の専用アーム25と、共用アーム100および第2の専用アーム25のそれぞれの中間接点の間を電気的に接続する第2の加熱コイル21および第2の共振コンデンサ23とから構成されている。
すなわち、第2のフルブリッジ式インバータ回路22は、共用アーム100と、第2の専用アーム25と、これらの間に直列接続された第2の加熱コイル21(および第2の共振コンデンサ23)とから構成されている。
Similarly, the other full-
That is, the second full-
なお言及するまでもないが、加熱コイル11,21および共振コンデンサ13,23は、共用アーム100と第1および第2の専用アーム15,25との間で直列接続されていればよく、互いの位置を置換して配置してもよい。
Needless to say, the
上記のようにフルブリッジ式インバータ回路12,22は、共用アーム100と第1および第2の専用アーム15,25とが協働して、第1および第2の加熱コイル11,21に高周波電流を供給するように構成されており、共用アーム100のスイッチング素子104a,104bには、第1および第2の加熱コイル11,21の両方に供給される高周波電流が流れる。
As described above, the full-
また実施の形態1の高周波電源2は、共用アーム100のスイッチング素子104a,104bをスイッチング制御するための駆動信号を出力するドライブ回路106を有する。また高周波電源2は、第1の専用アーム15の第1のスイッチング素子14a,14bをスイッチング制御するための駆動信号を出力する第1のドライブ回路16と、第2の専用アーム25の第2のスイッチング素子24a,24bをスイッチング制御するための駆動信号を出力する第2のドライブ回路26とを有する。同様に、説明を分かりやすくするために、共用アーム100を駆動するためのドライブ回路106を「共用ドライブ回路」といい、専用アーム15,25を駆動するためのドライブ回路16,26を「専用ドライブ回路」という。
さらに高周波電源2は、共用ドライブ回路106ならびに第1および第2の専用ドライブ回路16,26を制御する制御信号を出力する制御回路108を有する。
The high
Further, the high
ところで、ワイドバンドギャップ半導体は、一般に、高い耐電圧性、高い許容電流密度耐性、高い耐熱性を有し、その電力損失が少ないことが知られている。
そこで本願発明に係る高周波電源2によれば、共用アーム100のスイッチング素子104a,104bは、その電流実効値が他の専用アーム15,25のスイッチング素子14,24に比して大きくなるので、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドからなるワイドバンドギャップ半導体を用いて構成し、電流実効値がより小さい専用アーム15,25のスイッチング素子14,24については、より安価なシリコン半導体を用いて構成する。これにより、加熱コイル11,21の両方に流れる大電流をスイッチング制御する共用アーム100のスイッチング素子104の信頼性を担保するとともに、電流実効値が比較的に小さい専用アーム15,25のスイッチング素子14,24をより安価なもので作製して製造コストを抑制することができる。ここで説明の便宜上、共用アーム100を構成するスイッチング素子104を「WB(ワイドバンドギャップの略)スイッチング素子」といい、専用アーム15,25のスイッチング素子14,24を、WBスイッチング素子よりバンドギャップが小さいと意味で「NB(ナローバンドギャップの略)スイッチング素子」という。
By the way, it is known that a wide band gap semiconductor generally has high voltage resistance, high allowable current density resistance, high heat resistance, and low power loss.
Therefore, according to the high
次に、図3〜図5を参照して、実施の形態1に係る誘導加熱装置の高周波電源2の動作について説明する。
ユーザが火力調整ダイヤル7a,7bを調整して鍋の火力を調節しようとすると、図2のブロック回路図において、制御回路108が共用ドライブ回路106ならびに第1および第2の専用ドライブ回路16,26に、火力調整ダイヤル7a,7bに応じた制御信号を出力し、これらのドライブ回路106,16,26がWBスイッチング素子104およびNBスイッチング素子14,24に相当の駆動信号を出力する。そして各スイッチング素子104,14,24は、各ドライブ回路106,16,26からの駆動信号に基づいてスイッチング動作する(オンオフする)。
Next, with reference to FIGS. 3 to 5, the operation of the high
When the user adjusts the heating power adjustment dials 7a and 7b to adjust the heating power of the pan, in the block circuit diagram of FIG. 2, the
図3〜図5は、実施の形態1の高周波電源2における共用アーム100のWBスイッチング素子104a,104bならびに専用アーム15,25の各NBスイッチング素子14a,14b,24a,24bのそれぞれに出力される駆動信号のタイミングチャートである。図3において、WBスイッチング素子104aおよびNBスイッチング素子14a,24aと、WBスイッチング素子104bおよびNBスイッチング素子14b,24bとに出力される駆動信号の位相差は0°であり、このとき加熱コイル11,21には電流は流れない。そして図4に示すように、WBスイッチング素子104に出力される駆動信号に対して、NBスイッチング素子14,24に出力される駆動信号が所定時間(すなわち位相差α1,α2)だけ遅延して出力されるとき、所定の遅延時間に呼応した高周波電流が加熱コイル11,21に流れる。位相差は0°〜180°の間で制御でき、位相差が大きいほど、加熱コイル11,21に流れる電流を増大させることができる。
3 to 5 are output to the
たとえば図1の左側に配置されたIH加熱部10の第1の加熱コイル11は、共用アーム100と専用アーム15で構成されるフルブリッジ式インバータ回路12により駆動され、WBスイッチング素子104およびNBスイッチング素子14に出力される駆動信号の間の位相差α1を調節することにより、第1の加熱コイル11に流れる高周波電流の電流実効値を制御して、鍋などの被加熱体で生じるジュール熱(すなわち鍋に対する「火力」)を調節することができる。これをフルブリッジ式インバータ回路の「位相差制御」という。
For example, the
第1および第2の加熱コイル11,21を同時に使用する場合、上述のように、2つのフルブリッジ式インバータ回路12,22が共用アーム100を共有しているので、WBスイッチング素子104の電流実効値は必然的に大きくなる。しかしながら上述のように、本願発明に係る共用アーム100のWBスイッチング素子104は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドからなるワイドバンドギャップ半導体を用いて形成され、専用アーム15,25のNBスイッチング素子14,24はより安価なシリコン半導体を用いて構成されているので、共用アーム100における電力損失が低減され(発熱量が抑制され)、WBスイッチング素子104を冷却するための周辺装置(放熱フィンや冷却ファンなど)の小型化、軽量化、低コスト化を実現するとともに、高周波電源2を安価に作製することができる。
When the first and second heating coils 11 and 21 are used at the same time, as described above, since the two full-
なお図4においては、共用アーム100のWBスイッチング素子104に出力される駆動信号に対して、専用アーム15,25のNBスイッチング素子14,24に出力される駆動信号が同一の位相差(α1=α2)をもって出力するものとして図示されているが、図5に示すように、互いに異なる位相差で出力することにより(α1≠α2)、第1および第2の加熱コイル11,21により加熱される鍋の火力を独立して調整することができる。
In FIG. 4, the drive signal output to the NB switching elements 14 and 24 of the
実施の形態2.
図6を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱装置1の実施の形態2について以下詳細に説明する。実施の形態1の高周波電源2はWBスイッチング素子104とNBスイッチング素子14,24に出力される駆動信号の位相差を調整することにより鍋の火力を調節するものであったが、実施の形態2の高周波電源2は、いわゆる時分割制御を行うことにより鍋の火力を調節する点を除き、実施の形態1の誘導加熱装置1と同様の構成を有するので、重複する点については説明を省略する。
A second embodiment of the
図6は、実施の形態2の高周波電源2における共用アーム100のWBスイッチング素子104a,104bならびに専用アーム15,25の各NBスイッチング素子14a,14b,24a,24bに出力される駆動信号のタイミングチャートである。
図6に示すように、共用アーム100のWBスイッチング素子104は連続的に交互にスイッチング動作する(オンオフする)。一方、第1の専用アーム15のNBスイッチング素子14は期間Aおよび期間Cにおいてスイッチング(オンオフ)し、第2の専用アーム25のNBスイッチング素子14は期間Bにおいてのみスイッチング(オンオフ)する。第1および第2の専用アーム15,25のスイッチング動作時、共用アーム100のWBスイッチング素子104aと第1および第2の専用アーム15,25のNBスイッチング素子14b,24bとが同期し、共用アーム100のWBスイッチング素子104bと第1および第2の専用アーム15,25のNBスイッチング素子14a,24aとが同期することにより、第1および第2の加熱コイル11,21に所定の高周波電流が流れる。すなわち実施の形態2の高周波電源2によれば、第1および第2の専用アーム15,25のNBスイッチング素子14,24がスイッチング動作している期間(オンオフしている期間)の長さ、すなわち第1および第2の加熱コイル11,21に高周波電流を供給する期間の長さを適宜選択することにより、各IH加熱部10,20上に載置されたそれぞれの鍋に対する火力を制御するものである。これをフルブリッジ式インバータ回路の「時分割制御」という。
FIG. 6 is a timing chart of drive signals output to the
As shown in FIG. 6, the WB switching elements 104 of the shared
図6において、第1および第2の専用アーム15,25のNBスイッチング素子14,24はオフの状態で維持される期間を有するが、共用アーム100のWBスイッチング素子104は、常にスイッチングして、第1および第2の加熱コイル11,21の両方に高周波電流を供給しているので、その電流実効値はNBスイッチング素子14,24より実質的に大きくなる。
しかしながら上述のように、本願発明に係る共用アーム100のWBスイッチング素子104はワイドバンドギャップ半導体を用いて形成され、専用アーム15,25のNBスイッチング素子14,24はより安価なシリコン半導体を用いて構成されているので、共用アーム100における電力損失が低減され(発熱量が抑制され)、WBスイッチング素子104を冷却するための周辺装置(放熱フィンや冷却ファンなど)の小型化、軽量化、低コスト化を実現するとともに、高周波電源2を安価に作製することができる。
In FIG. 6, the NB switching elements 14 and 24 of the first and second
However, as described above, the WB switching element 104 of the shared
実施の形態3.
図7および図8を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱装置1の実施の形態3について以下詳細に説明する。実施の形態1の高周波電源2は2つのIH加熱部10,20に高周波電流を供給するものであったが、実施の形態3の高周波電源2は3つのIH加熱部10,20,30に高周波電流を供給する点を除き、実施の形態1の誘導加熱装置1と同様の構成を有するので、重複する点については説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
A third embodiment of the
図1に示す誘導加熱装置1はIH加熱部10,20およびラジエント加熱部5を有するものであったが、実施の形態3に係る誘導加熱装置1は、ラジエント加熱部5の配置位置に、これに代わって第3のIH加熱部30を具備するものである。
図7は、実施の形態3に係る高周波電源2のブロック回路図である。実施の形態3の高周波電源2は第3のフルブリッジ式インバータ回路32を有し、これは第3の専用アーム35と、これと共用アーム100の間に直列接続された第3の加熱コイル31(および第3の共振コンデンサ33)とから構成されている。また実施の形態3の高周波電源2は、第3の専用アーム35のNBスイッチング素子34a,34bをスイッチング制御するための駆動信号を出力する第3の専用ドライブ回路36を有し、これは上記実施の形態と同様に制御回路108により制御されるものである。
The
FIG. 7 is a block circuit diagram of the high-
図8は、実施の形態3の高周波電源2における共用アーム100のWBスイッチング素子104ならびに専用アーム15,25,35の各NBスイッチング素子14,24,34に出力される駆動信号のタイミングチャートである。図8に示すように、WBスイッチング素子104に出力される駆動信号に対して、NBスイッチング素子14,24,34に出力される駆動信号が所定時間(すなわち位相差α1,α2,α3)だけ遅延して出力されるとき、所定の遅延時間に呼応した高周波電流が加熱コイル11,21,31に流れる。位相差は0°〜180°の間で制御でき、位相差が大きいほど、加熱コイル11,21,31に流れる電流を増大させることができる。こうして、WBスイッチング素子104に出力される駆動信号とNBスイッチング素子14,24,34の間の位相差α1,α2,α3を調節することにより、各加熱コイル11,21,34に流れる高周波電流の電流実効値を制御して、これらの上方に載置された鍋などの被加熱体で生じるジュール熱(すなわち鍋に対する「火力」)を調節することができる。
FIG. 8 is a timing chart of drive signals output to the WB switching element 104 of the shared
3つの加熱コイル11,21,31を同時に使用する場合、3つのフルブリッジ式インバータ回路12,22,32が共用アーム100を共有しているので、WBスイッチング素子104の電流実効値は実質的に大きくなる。
しかしながら上述のように、本願発明に係る共用アーム100のWBスイッチング素子104は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて形成され、専用アーム15,25,35のNBスイッチング素子14,24,34はより安価なシリコン半導体を用いて構成されているので、共用アーム100における電力損失が低減され(発熱量が抑制され)、WBスイッチング素子104を冷却するための周辺装置(放熱フィンや冷却ファンなど)の小型化、軽量化、低コスト化を実現するとともに、高周波電源2を安価に作製することができる。
When the three
However, as described above, the WB switching element 104 of the shared
なお、実施の形態3の高周波電源2は、実施の形態1と同様の位相差制御を行うものとして上記説明したが、実施の形態2と同様に時分割制御を行ってもよい。
Although the high
実施の形態4.
図9を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱装置1の実施の形態4について以下詳細に説明する。上記実施の形態1〜3に係るIH加熱部10,20,30はそれぞれ単一の加熱コイル11,21,31を有するものであったが、実施の形態4においては、加熱コイル40が半径方向に二分割された内側コイル部42および外側コイル部44を有し、高周波電源2が共用アーム100を共有する2つのフルブリッジ式インバータ回路12,22を用いて内側コイル部42および外側コイル部44に高周波電流を供給する点を除き、実施の形態1の誘導加熱装置1と同様の構成を有するので、重複する点については説明を省略する。
Embodiment 4 FIG.
The fourth embodiment of the
実施の形態4の加熱コイル40は、図9の平面図に示すように、所定平面内に渦巻状に形成され、かつ半径方向に二分割された小径の内側コイル部42および大径の外側コイル部44を有する。これらの内側コイル部42および外側コイル部44は互いに独立しており、別個の(第1および第2の)フルブリッジ式インバータ回路12,22により駆動される。
As shown in the plan view of FIG. 9, the
特に図示しないが、実施の形態4に係る高周波電源2のブロック回路図は、図2に示すものと同様であり、図2の第1および第2の加熱コイル11,21を、実施の形態4に係る内側コイル部42および外側コイル部44に置換したものと同等のものである。
また、半径方向に二分割された加熱コイル40は、図1に示す左右のIH加熱部10,20の少なくとも一方または両方に配設されていてもよく、加えてラジエント加熱部5として図示したもの(中央に配置したもの)についても半径方向に二分割された加熱コイル40を有するIH加熱部として構成することができる。
Although not particularly shown, the block circuit diagram of the high-
Moreover, the
こうして第1および第2のフルブリッジ式インバータ回路12,22は、半径方向に二分割された内側コイル部42および外側コイル部44に高周波電流を供給し、制御回路108は、WBスイッチング素子104に出力される駆動信号とNBスイッチング素子14,24の間の位相差(α1,α2)を調節することにより(位相差制御)、鍋の内側領域および外側領域における発熱量を個別に調節することができる。たとえば鍋の大きさ(径)が小さい場合には、外側コイル部44への高周波電流の供給を停止することにより、無駄な電力を消費することなく、エネルギ変換効率を改善することができる。
Thus, the first and second full-
択一的には、実施の形態2と同様に、内側コイル部42のための第1の専用アーム15および外側コイル部44のための第2の専用アーム25のNBスイッチング素子14,24がオンオフしている期間の長さ(すなわち内側コイル部42および外側コイル部44に高周波電流を供給する期間の長さ)を適宜選択することにより(時分割制御)鍋の火力を調節してもよい。
Alternatively, as in the second embodiment, the NB switching elements 14 and 24 of the first
内側コイル部42および外側コイル部44を同時に使用する場合、2つのフルブリッジ式インバータ回路12,22が共用アーム100を共有しているので、WBスイッチング素子104の電流実効値は実質的に大きくなる。
しかしながら本願発明に係る共用アーム100のWBスイッチング素子104はワイドバンドギャップ半導体を用いて形成され、専用アーム15,25のNBスイッチング素子14,24は比較的に安価なシリコン半導体を用いて構成されているので、共用アーム100における電力損失が低減され(発熱量が抑制され)、WBスイッチング素子104を冷却するための周辺装置(放熱フィンや冷却ファンなど)の小型化、軽量化、低コスト化を実現するとともに、より安価に高周波電源2を作製することができる。
When the
However, the WB switching element 104 of the shared
なお、実施の形態4に係る加熱コイル40は、半径方向に二分割された内側コイル部42および外側コイル部44を有するものであったが、これに限定されるものではなく、3つまたはそれ以上のコイル部を有するもの(マルチコイル)であってもよい。
The
変形例1.
図10は、実施の形態4に係る誘導加熱装置1の変形例1を示し、加熱コイル50は中央コイル部52と、その周辺に配設された半円弧状(バナナ状または胡瓜状)の2つの周辺コイル部54a,54bとを有するものであり、互いに独立した3つのコイル部52,54a,54bで構成されている。
FIG. 10 shows a first modification of the
変形例1に係る高周波電源2は、詳細図示しないが、共用アーム100を共有する第1〜第3のフルブリッジ式インバータ回路12,22a,22bを有し、中央コイル部52および周辺コイル部54a,54bに独立して高周波電流を供給する。
Although not shown in detail, the high-
また制御回路108は、WBスイッチング素子104に出力される駆動信号とNBスイッチング素子14,24の間の位相差(α)を調節することにより(位相差制御)、あるいは各コイル部52,54a,54bに高周波電流を供給する期間の長さを適宜選択することにより(時分割制御)、鍋の火力を調節する。たとえば鍋の載置位置が右方向にずれてトッププレート4上に載置されたとき、左側にある周辺コイル部54bへの高周波電流の供給を停止することにより、無駄な電力を消費することなく、エネルギ変換効率を改善することができる。
Further, the
変形例2.
図11は、実施の形態4に係る誘導加熱装置1の変形例2を示し、加熱コイル60は中央コイル部62と、その周辺に配設された半円弧状の4つの周辺コイル部64a〜64dとを有するものであり、互いに独立した5つのコイル部62,64a〜64dで構成されている。
FIG. 11 shows a second modification of the
変形例2に係る高周波電源2は、詳細図示しないが、共用アーム100を共有する第1〜第5のフルブリッジ式インバータ回路12,22a〜22dを有し、中央コイル部62および周辺コイル部64a〜64dに独立して高周波電流を供給する。
択一的には、4つの周辺コイル部64a〜64dをすべて直列に接続して、単一のフルブリッジ式インバータ回路22で駆動するように構成してもよいし、周辺コイル部64a,64bおよび周辺コイル部64c,64dをそれぞれ直列に接続して、2つのフルブリッジ式インバータ回路22a,22bで駆動するように構成してもよい。
Although not shown in detail, the high-
Alternatively, the four peripheral coil portions 64a to 64d may be all connected in series and driven by a single full
また制御回路108は、WBスイッチング素子104に出力される駆動信号とNBスイッチング素子14,24の間の位相差(α)を調節することにより(位相差制御)、あるいは各コイル部62,64a〜64dに高周波電流を供給する期間の長さを適宜選択することにより(時分割制御)、鍋がずれて載置されたとき所望の領域にあるコイル部64a〜64dのみを駆動してエネルギ変換効率を改善することができる。
In addition, the
変形例3.
図12は、実施の形態4に係る誘導加熱装置1の変形例3を示し、加熱コイル70は中央コイル部72と、その周辺に配設された半円弧状の6つの周辺コイル部74a〜74fとを有するものであり、互いに独立した7つのコイル部72,74a〜74fで構成されている。
変形例3に係る高周波電源2は、詳細図示しないが、共用アーム100を共有する第1〜第7のフルブリッジ式インバータ回路12,22a〜22fを有し、中央コイル部72および周辺コイル部74a〜74fに独立して高周波電流を供給する。
また制御回路108は、WBスイッチング素子104に出力される駆動信号とNBスイッチング素子14,24の間の位相差(α)を調節することにより(位相差制御)、あるいは各コイル部72,74a〜74fに高周波電流を供給する期間の長さを適宜選択することにより(時分割制御)、鍋がずれて載置されたとき所望の領域にあるコイル部74a〜74fのみを駆動してエネルギ変換効率を改善することができる。
Modification 3
FIG. 12 shows a third modification of the
Although not shown in detail, the high-
Further, the
変形例4.
同様に図13は、実施の形態4に係る誘導加熱装置1の変形例4を示し、加熱コイル80は中央コイル部82と、その周辺に配設された8つの周辺コイル部84a〜84hとを有するものであり、互いに独立した9つのコイル部82,84a〜84hで構成されている。
変形例4に係る高周波電源2は、詳細図示しないが、共用アーム100を共有する第1〜第10のフルブリッジ式インバータ回路12,22a〜22hを有し、中央コイル部82および周辺コイル部84a〜84hに独立して高周波電流を供給する。
また制御回路108は、WBスイッチング素子104に出力される駆動信号とNBスイッチング素子14,24の間の位相差(α)を調節することにより(位相差制御)、あるいは各コイル部82,84a〜84hに高周波電流を供給する期間の長さを適宜選択することにより(時分割制御)、鍋がずれて載置されたとき所望の領域にあるコイル部84a〜84hのみを駆動してエネルギ変換効率を改善することができる。
Modification 4
Similarly, FIG. 13 shows a fourth modification of the
Although not shown in detail, the high-
In addition, the
以上のように、位相差制御および時分割制御のいずれの場合であっても、複数のコイル部を同時に使用する際に、共用アーム100のWBスイッチング素子104の電流実効値はNBスイッチング素子14,24に比して実質的に大きくなる。しかし本願発明に係る共用アーム100のWBスイッチング素子104はワイドバンドギャップ半導体を用いて形成され、専用アーム15,25のNBスイッチング素子14,24は比較的に安価なシリコン半導体を用いて構成されているので、共用アーム100における電力損失が低減され(発熱量が抑制され)、WBスイッチング素子104を冷却するための周辺装置(放熱フィンや冷却ファンなど)の小型化、軽量化、低コスト化を実現するとともに、安価に高周波電源2を作製することができる。
As described above, in both cases of phase difference control and time-division control, when using a plurality of coil units simultaneously, the effective current value of the WB switching element 104 of the shared
1:誘導加熱装置、2:高周波電源、3:筐体、4:トッププレート、5:ラジエント加熱部、6:グリル加熱部、7:火力調整ダイヤル、8:液晶表示部、9a:吸気窓、9b:排気窓、
10,20,30:IH加熱部、11,21,33:加熱コイル、12,22,32:フルブリッジ式インバータ回路、13,23,33:共振コンデンサ、14,24,34:NBスイッチング素子、15,25,35:専用アーム、16,26,36:専用ドライブ回路、
40,50,60,70,80:加熱コイル、42:内側コイル部、44:外側コイル部、52,62,72,82:中央コイル部、54,64,74,84:周辺コイル部、
100:共用アーム、104:WBスイッチング素子、106:共用ドライブ回路、108:制御回路、110:商用交流電源、112:整流回路、116:平滑コンデンサ。
1: induction heating device, 2: high frequency power supply, 3: housing, 4: top plate, 5: radiant heating unit, 6: grill heating unit, 7: heating power adjustment dial, 8: liquid crystal display unit, 9a: intake window, 9b: exhaust window,
10, 20, 30: IH heating section, 11, 21, 33: heating coil, 12, 22, 32: full bridge inverter circuit, 13, 23, 33: resonance capacitor, 14, 24, 34: NB switching element, 15, 25, 35: dedicated arm, 16, 26, 36: dedicated drive circuit,
40, 50, 60, 70, 80: heating coil, 42: inner coil part, 44: outer coil part, 52, 62, 72, 82: central coil part, 54, 64, 74, 84: peripheral coil part,
100: shared arm, 104: WB switching element, 106: shared drive circuit, 108: control circuit, 110: commercial AC power supply, 112: rectifier circuit, 116: smoothing capacitor.
Claims (3)
直列に接続された複数のスイッチング素子をそれぞれ有する共用アームおよび複数の専
用アームで構成される複数のフルブリッジ式インバータ回路と、
前記共用アームと前記複数の専用アームのそれぞれとの間に直列接続された複数の加熱
コイルおよび共振コンデンサと、
前記共用アームおよび前記複数の専用アームのそれぞれの前記スイッチング素子に駆動
信号を供給する複数のドライブ回路と、
前記共用アームに供給される駆動信号より遅延して前記複数の専用アームに供給される
駆動信号の位相差を制御することにより、前記複数の加熱コイルに流れる電流を制御する
制御回路とを備え、
前記共用アームの複数のスイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体素子を用いて
構成され、前記複数の専用アームの複数のスイッチング素子がシリコン半導体素子を用い
て構成され、
前記複数の加熱コイルは単一の前記加熱口の直下に配置され、
前記複数の加熱コイルは、
前記単一の加熱口の直下の中央に配置される中央加熱コイルと、
前記中央加熱コイルの周辺に隣合うように配置され、前記中央加熱コイルに沿う円弧形状を有する複数の周辺加熱コイルと、から構成されることを特徴とする誘導加熱装置。 In an induction heating apparatus provided with a heating port on which an object to be heated is placed,
A plurality of full-bridge inverter circuits each composed of a shared arm and a plurality of dedicated arms each having a plurality of switching elements connected in series;
A plurality of heating coils and resonant capacitors connected in series between the shared arm and each of the plurality of dedicated arms;
A plurality of drive circuits for supplying drive signals to the switching elements of each of the shared arm and the plurality of dedicated arms;
A control circuit for controlling the current flowing in the plurality of heating coils by controlling the phase difference of the drive signals supplied to the plurality of dedicated arms with a delay from the drive signal supplied to the common arm;
A plurality of switching elements of the shared arm are configured using wide band gap semiconductor elements, and a plurality of switching elements of the plurality of dedicated arms are configured using silicon semiconductor elements,
The plurality of heating coils are arranged directly below the single heating port ,
The plurality of heating coils are:
A central heating coil disposed in the center directly below the single heating port;
An induction heating apparatus comprising: a plurality of peripheral heating coils arranged adjacent to the periphery of the central heating coil and having an arc shape along the central heating coil .
一の位相差となるように制御することを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱装置。 The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the control circuit controls the phase differences of the drive signals supplied to the plurality of dedicated arms so as to be substantially the same phase difference.
で形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の誘導加熱装置。 The induction heating apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the wide band gap semiconductor is formed of silicon carbide, a gallium nitride-based material, or diamond.
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