JPH04351878A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は誘導加熱装置に関するも
ので、特に直流モータで、誘導加熱用の加熱コイルや、
高周波スイッチング素子を冷却構成したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属性鍋の加熱用として、様々な
誘導加熱装置が開発されてきた。

【０００３】図８に従来の誘導加熱装置の回路構成を示
す。図８において、商用電源１をダイオードブリッジ２
で整流、ノイズフィルタ３、平滑コンデンサ４で平滑し
、単方向電源５を構成している。単方向電源５は、共振
コンデンサ６、スイッチング素子７などからなるインバ
ータ回路８に接続されている。インバータ回路８で単方
向電源５の出力を高周波電源の出力に変換し、加熱コイ
ル９に供給する。加熱コイル９は、高周波による表皮効
果のための損失を低減するためリッツ線で構成され円盤
状に巻かれている。加熱コイル９から金属性の鍋などの
被加熱物１０に高周波磁束を供給し、金属中にうず電流
を発生させる。この渦電流によりジュール熱が発生し、
被加熱物１０は加熱される。

【０００４】ここで、加熱コイル９とスイッチング素子
７、および、ダイオードブリッジ２を冷却するために、
ファンモータ１１が設けられている。ファンモータには
、商用電源から電力が供給され、常に同じ冷却をしてい
た。ファンモータ１１には、くまどり形モータなどが用
いられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成のものでは、冷却能力が常に一定であるため、効率が
低下する課題があった。

【０００６】すなわち、誘導加熱装置の出力が小さくて
も、冷却能力が出力最大時に対応して設定した値で常に
一定のため、必要以上に冷却することがあった。特に、
加熱出力が少ない状態で長時間連続動作させる場合など
は、機器の効率低下のわりあいが大きいという課題があ
った。

【０００７】本発明はかかる課題を解決するため、半導
体スイッチング素子の損失に応じて冷却能力を変化させ
ることが可能な誘導加熱装置を提供することを第１の目
的としている。

【０００８】また、冷却用のファンモータは、交流モー
タを用いており比較的大きなもので、さらに、コストも
高いものとなっていたという課題があった。

【０００９】したがって、低コストで、誘導加熱装置の
冷却構成を実現することを第２の目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、商用電源と、前記商用電源を高周波に変
換する半導体スイッチング素子を備えたインバータ回路
と、前記インバータ回路の出力を受け高周波磁束をつく
る平板状の加熱コイルと、前記加熱コイルに直列に接続
された高周波トランスと、前記高周波トランスの出力に
設けたコンデンサとインダクタンスからなる共振回路と
、前記共振回路を整流し、直流電源をつくりだす整流回
路と、前記整流回路の出力電力を受けるファンモータと
を備え、前記ファンモータの冷却風は、前記加熱コイル
と、前記半導体スイッチング素子を冷却する構成とした
ものである。

【００１１】さらに、本発明は、商用電源と、前記商用
電源を高周波に変換する半導体スイッチング素子を備え
たインバータ回路と、前記インバータ回路の出力を受け
高周波磁束をつくる平板状の加熱コイルと、前記平板状
の加熱コイルの下面に設けた強磁性体に２次巻線を施し
、前記２次巻線の出力に設けたコンデンサとインダクタ
ンスからなる共振回路と、前記共振回路を整流し、直流
電源をつくりだす整流回路と、前記整流回路の出力電力
を受けるファンモータとを備え、前記ファンモータの冷
却風は、前記加熱コイルと、前記半導体スイッチング素
子を冷却する構成としたものである。

【００１２】

【作用】本発明の誘導加熱装置は、ファンモータの電源
を、インバータ回路の出力から得ているため、装置の出
力に応じて、ファンモータ電源の周波数と出力電圧が変
化する。それを共振回路で整合させ、スイッチング素子
の損失が大きい周波数帯域で、ファンの回転数を増加さ
せる。したがって、出力に応じた冷却が可能となる。し
たがって、無駄な冷却による装置の効率の低下を防ぐこ
とができる。

【００１３】また、ファンモータの電源を加熱コイルの
下面に設けた強磁性体に施した巻線から得て、その高周
波を整流することで、直流モータを駆動可能となり、低
コストの冷却構成が実現可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図７を参照
して説明する。

【００１５】図１は本発明の誘導加熱装置の回路図であ
る。図１において、図８と同じ構成要素は、同符号を施
し、説明を省略する。

【００１６】インバータ回路８において、１２は電流回
生用ダイオードであり共振回路に蓄えられた電力を電源
に回生する。１３は半導体スイッチング素子７を駆動す
る駆動制御回路である。

【００１７】図２に各部の電圧電流波形を示す。駆動回
路１３の駆動電圧Ｖｄが印加されるとスイッチング素子
７が導通する。すると、スイッチング素子７にコレクタ
電流Ｉｃｄが流れる。そこで、駆動電圧Ｖｄを切ると、
スイッチング素子が非導通となるので、コレクタ・エミ
ッタ間に電圧Ｖｃｅが発生する。電圧Ｖｃｅは、加熱コ
イル９のインダクタンスと共振コンデンサ６によって共
振波形となる。この電圧がゼロとなった時点で、再びス
イッチング素子７をオンすると、共振回路に蓄えられた
エネルギーは回生電流Ｉｄとして、電源に回生される。 この繰り返しにより、インバータ回路が動作し、加熱コ
イル９に誘導加熱に必要な高周波電流を供給する。この
とき、スイッチング素子７の電圧Ｖｃｅが、ゼロのとき
にオンオフを行なういわゆるゼロ電圧スイッチングによ
り、半導体スイッチング素子７の損失を低減している。

【００１８】図１において、加熱コイル９はエナメル被
服された導線を束ねたリッツ線を用いている。これは、
高周波による表皮効果のため、導線の損失が大きくなり
発熱するのを防いでいる。加熱コイル９に直列に高周波
トランス１４が設けている。高周波トランス１４の１次
巻線１５には、インバータ回路８により高周波電流が流
れるため、トランス１４の大きさは小さくてすむ。高周
波トランス１４の２次巻線１６には、コンデンサ１８と
インダクタンス１７からなる共振回路１９と、整流ダイ
オード２０と平滑コンデンサ２１からなる整流回路２２
が設けられている。これらにより、２次巻線１６に発生
する高周波電力を直流電源へ変換している。ファンモー
タ２３は、直流モータであり、半導体スイッチング素子
７、加熱コイル９、ダイオードブリッジ２等を空冷する
ための、冷却ファンを駆動する。

【００１９】図３にスイッチング周波数を変えて、装置
の出力を変化させたスイッチング素子７の電圧Ｖｃｅ電
流Ｉｃｄ波形を示す。図３（ａ）は出力が高いときの波
形、図３（ｂ）は出力が低いときの波形である。図３に
示すように低出力の場合には、スイッチング素子の電圧
Ｖｃｅのダンピングが小さくなり、ゼロ電圧スイッチン
グが困難となり、スイッチング素子のオンオフ時の損失
が大きくなる。したがって、出力が低くなっても、スイ
ッチング素子の損失は、あまり小さくならないという現
象がある。

【００２０】図４に装置の出力Ｐｏと半導体スイッチの
損失Ｐ１の関係を示す。低い出力のＰ１で損失が最大と
なっているのは、前述のように、ゼロ電圧スイッチング
が困難となっているためである。このように、半導体ス
イッチング素子の損失Ｐ１は、出力Ｐｏに比例しない。

【００２１】図１において高周波トランス１４の２次巻
線１６には、高周波トランス１４の１次巻線１５に比例
した起電圧が生じる。すなわち、装置の出力Ｐに応じて
起電圧と周波数が変化する。共振回路１９は、共振周波
数を装置の出力がＰ１のときの周波数にほぼ等しくして
いる。このため、インダクタンス１７とコンデンサ１８
の直列共振の合成インピーダンスは出力がＰ１のときに
、小さくなるため、整流回路２２を通って冷却用ファン
モータ２３に供給される電圧は、出力Ｐ１のときに大き
くなる傾向にあるはずである。ところが一方、２次巻線
１６の起電圧は装置の出力に比例するので、装置の出力
が最大からＰ１に変化するときには、相殺されて、冷却
用ファンモータに供給される電力はあまり変化しない。

【００２２】図５に出力Ｐｏと冷却ファンの風量Ｑの関
係を示す。本発明の構成では、出力Ｐｏの変化にともな
って風量Ｑも変化して、必要かつ十分な無駄のない冷却
が可能となっている。

【００２３】図６のように、高周波トランス１４の出力
を整流するのみで、冷却ファンモータ２０に供給する共
振回路なしの構成では、図５に示したように、風量Ｑが
出力に比例するので、スイッチング損失の大きい出力Ｐ
１時に冷却能力が不十分である。本発明の構成では、ス
イッチング損失の大きい時に充分な冷却を得られるよう
に共振回路で同調させ、冷却ファンモータ２０の入力電
力を調整している。

【００２４】従来、最大出力において、十分な冷却能力
を得るように、設計されていた。このため、誘導加熱装
置の出力Ｐを小さく絞った状態では、冷却が過剰であっ
た。本発明の誘導加熱装置は、出力に応じて、冷却ファ
ンモータ２０への電力を変えて必要十分な冷却能力を得
ている。さらに、共振回路で、損失の大きいときにファ
ンモータ２０の回転があがるようにしているため装置と
しての効率が向上する。特に、煮込み料理などのように
被加熱物に鍋を用いて低出力かつ長時間動作させる場合
には、効果が大きい。

【００２５】図７に本発明の実施例の構成を示す。図７
は本発明の誘導加熱装置の一実施例の破断斜視図である
。

【００２６】図７において、平板状の加熱コイル２４は
リッツ線で構成され、セラミック性のトッププレート２
５により、保護されている。加熱コイル２４の下面には
、加熱コイル２４が作る磁束を低損失で導くための、フ
ァライトコアの強磁性体２６が設けられている。強磁性
体２６には２次巻線２７が施され、ここに、１次巻線を
兼ねる加熱コイル２４の電流に比例した高周波電力が発
生する。２次巻線２７の電力は、基盤２８上のインダク
タンス２９、共振用のフィルムコンデンサ３０により構
成される共振回路により整合をとり、ダイオード３１、
平滑コンデンサ３２によって整流され、直流電源３３が
構成され、ファンモータ３４に供給される。ファンモー
タ３４に設けられているファン３５の発生する冷却風は
ガイド３６により導かれて、加熱コイル２４、および、
放熱フィン３７に取り付けられている半導体スイッチン
グ素子３８、ダイオードブリッジ３９を冷却する。

【００２７】上記のように直流電源をインバータの回路
から構成することで、直流ファンモータを使用すること
ができる。また、加熱コイルの下部に設けた強磁性体２
６に直流電源用の２次巻線２７をほどこしているので、
電源トランスが不用であり、コンパクトで低コストな冷
却構成が可能となる。また、インバータ回路により、高
周波に変換された電流が流れる加熱コイルから誘起電力
を得て、ファンモータ２０に供給する構成のため、共振
回路もコンパクトな構成となる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明の誘導加熱装置では
次の効果が得られる。 （１）冷却ファンの電源を加熱コイルに直列に設けた高
周波トランスから得て、電源と負荷の間に共振回路を設
けているため、スイッチング素子の損失に応じた冷却が
可能となる。このため、無駄な冷却がないので、効率が
高い誘導加熱装置が実現できる。 （２）加熱コイルの下面に設けた強磁性体に２次巻線を
巻き付け、その電力を整流してファンモータに供給する
構成なので、低コストで、直流モータが利用でき、コン
パクトで安価に冷却が可能な誘導加熱装置が実現できる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における誘導加熱装置の回路
図

【図２】同装置の各部電圧電流波形図

【図３】同装置の出力を変えたときの各部電圧電流波形
図

【図４】誘導加熱装置の出力−半導体スイッチ損失特性
図

【図５】誘導加熱装置の出力−風量特性図

【図６】従来
の共振回路のない誘導加熱装置の回路図

【図７】本発明
の一実施例の誘導加熱装置の破断斜視図

【図８】従来の
誘導加熱装置の回路図

【符号の説明】 １　　商用電源 ７，３８　　半導体スイッチング素子 ８　　インバータ回路 ９，２４　　加熱コイル １４　　高周波トランス １６，２７　　２次巻線 １７　　インダクタンス １８　　コンデンサ １９　　共振回路 ２０，３４　　ファンモータ ２２　　整流回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用電源と、前記商用電源を高周波に変換
   する半導体スイッチング素子を備えたインバータ回路と
   、前記インバータ回路の出力を受け高周波磁束をつくる
   平板状の加熱コイルと、前記加熱コイルに直列に接続さ
   れた高周波トランスと、前記高周波トランスの出力に設
   けたコンデンサとインダクタンスからなる共振回路と、
   前記共振回路を整流し、直流電源をつくりだす整流回路
   と、前記整流回路の出力電力を受けるファンモータとを
   備え、前記ファンモータの冷却風は、前記加熱コイルと
   、前記半導体スイッチング素子を冷却する構成とした誘
   導加熱装置。
2. 【請求項２】商用電源と、前記商用電源を高周波に変換
   する半導体スイッチング素子を備えたインバータ回路と
   、前記インバータ回路の出力を受け高周波磁束をつくる
   平板状の加熱コイルと、前記平板状の加熱コイルの下面
   に設けた強磁性体に２次巻線を施し、前記２次巻線の出
   力に設けたコンデンサとインダクタンスからなる共振回
   路と、前記共振回路を整流し、直流電源をつくりだす整
   流回路と、前記整流回路の出力電力を受けるファンモー
   タとを備え、前記ファンモータの冷却風は、前記加熱コ
   イルと、前記半導体スイッチング素子を冷却する構成と
   した誘導加熱装置。