(57)【要約】【課題】外形の小さなコイルを多数個用いて負荷を加熱する際に、加熱コイル径を小さくすると加熱効率が悪くなる。【解決手段】加熱コイル２は、個々に中心コア７に巻き線８を巻き付けたソレノイド形状で形成し、かつ中心コア７の軸方向Ｄを同一方向に略直線状に複数個配置したものを平行に複数列並べるとともに、制御手段６は、同一負荷の加熱に用いる各加熱コイルにおいて発生する磁界の位相を揃えるべく各加熱コイルの電流の位相を揃えてインバータ５を動作させることにより、隣接加熱コイルからの影響を一定にすることができるため、各加熱コイルから負荷に供給される電力を安定して制御することが可能となるため、加熱効率の高く制御性に優れた誘導加熱装置を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トッププレートに載置された負荷を複数で加熱すべく個々に隣接配置される加熱コイル群と、
前記加熱コイル群を構成する少なくとも１つの加熱コイルに電力を供給するインバータと、
前記インバータの供給電力を制御する制御手段を備え、
前記加熱コイルは、個々に中心コアに磁性体を巻き付けたソレノイド形状で形成し、かつ中心コアの軸方向を同一方向に略直線状に複数個配置したものを平行に複数列並べるとともに、
前記制御手段は、同一負荷の加熱に用いる各加熱コイルにおいて発生する磁界の位相を揃えるべく前記各加熱コイルの電流の位相を揃えて前記インバータを動作させる誘導加熱装置。
【請求項２】
制御手段は、隣接する加熱コイルに対して発生磁界の位相差をπ／２〜３π／２とすべくインバータを動作させる請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
制御手段は、加熱コイル群の中で、同一負荷の加熱に用いられる少なくとも縦列と横列に配された隣接する加熱コイルに対して、
互いに逆向きの磁界が発生するように各加熱コイル間の位相差をπ／２〜３π／２とすべくインバータを動作させる請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
制御手段は、同一負荷を加熱する加熱コイル群において、負荷に供給する電力に応じて、隣接する加熱コイルに対して発生磁界の位相差をπ／２〜３π／２の間で変化させる請求項１〜３のいずれか１項記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
個々の加熱コイルに電力を供給するインバータは電流共振形インバータとする請求項１〜４のいずれか１項記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波磁界による誘導加熱を利用して被加熱物の加熱を行う誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の誘導加熱装置では、図１４に示すように結晶化ガラスなどで構成されたトッププレート１上に置かれた鍋などの負荷３を加熱する際に、様々な形状の負荷を効率よく加熱するために複数の加熱コイルで構成される加熱コイル群２を用いる方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。加熱コイル２の形状として、同心円上に複数の加熱コイルを配置する構成、加熱コイルの周辺に円心の異なる複数の補助加熱コイルを配置する構成、あるいは図１４の様に形状の小さい加熱コイル２をマトリックス状に配置する構成などが提案されている。
【０００３】
一方、アルミ鍋などの加熱コイルからみた動作周波数での等価抵抗が小さく誘導加熱が難しい金属負荷に対して、巻き線を複数回巻き、巻き線の空芯部に磁性体部材を備えた加熱コイルを用いて、少ない電流で磁界を発生させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０６０４７６号公報
【特許文献２】特開２００８−２１８０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に示された従来のマトリックス状に配置した加熱コイル２を備えた誘導加熱装置においては、できるだけ個々の加熱コイル２の外形が小さい方が負荷の形状に合った良好な加熱分布が得ることができるため望ましい半面、加熱効率が悪化する課題が生じることになる。
【０００６】
これは、加熱コイルの外形が小さくなる分、同等のインダクタンスを得るためより多くの巻き数が必要になるため、加熱コイルの厚みが厚くなり、加熱コイルと負荷の距離が拡がるため、より多く磁界を発生させる必要があるためである。
【０００７】
一方、特許文献２に示された少ない電流で負荷を加熱することにより加熱効率を向上させるため、巻き線を複数回巻き、巻き線の空芯部に磁性体部材を備えた加熱コイルを用いた誘導加熱装置が提案されてはいるが、隣接コイルからの磁界影響が大きく、特に加熱コイル間の距離が取れない構成においては、隣接コイルからの磁界影響により制御が安定せず制御が難しい等、新たな課題が生じることになる。
【０００８】
本発明は、加熱効率が高く制御性に優れた誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、トッププレートに載置された負荷を複数で加熱すべく個々に隣接配置される加熱コイル群と、前記加熱コイル群を構成する少なくとも１つの加熱コイルに電力を供給するインバータと、前記インバータの供給電力を制御する制御手段を備え、前記加熱コイルは、個々に中心コアに磁性体を巻き付けた
ソレノイド形状で形成し、かつ中心コアの軸方向を同一方向に略直線状に複数個配置したものを平行に複数列並べるとともに、前記制御手段は、同一負荷の加熱に用いる各加熱コイルにおいて発生する磁界の位相を揃えるべく前記各加熱コイルの電流の位相を揃えて前記インバータを動作させるものである。
【００１０】
これにより、隣接加熱コイルからの影響を一定にすることができるため、各加熱コイルから負荷に供給される電力を安定して制御することが可能となるため、加熱効率の高く制御性に優れた誘導加熱装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、隣接加熱コイルからの影響を一定にすることができるため、各加熱コイルから負荷に供給される電力を安定して制御することが可能となるため、加熱効率の高く制御性に優れた誘導加熱装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の構成を示す平面図
【図２】本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の構成を示す縦断面図
【図３】本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の動作を示す波形図
【図５】本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の動作を示す波形図
【図７】本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の特性を示す特性図
【図８】本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の構成を示すブロック図
【図９】本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の動作を示す波形図
【図１０】本発明の第３の実施の形態における誘導加熱装置の構成を示すブロック図と波形図
【図１１】本発明の第３の実施の形態における誘導加熱装置の特性を示す特性図
【図１２】本発明の第４の実施の形態における誘導加熱装置の特性を示す特性図
【図１３】本発明の第５の実施の形態における誘導加熱装置の回路構成を示す回路図
【図１４】従来の誘導加熱装置を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、トッププレートに載置された負荷を複数で加熱すべく個々に隣接配置される加熱コイル群と、前記加熱コイル群を構成する少なくとも１つの加熱コイルに電力を供給するインバータと、前記インバータの供給電力を制御する制御手段を備え、前記加熱コイルは、個々に中心コアに磁性体を巻き付けたソレノイド形状で形成し、かつ中心コアの軸方向を同一方向に略直線状に複数個配置したものを平行に複数列並べるとともに、前記制御手段は、同一負荷の加熱に用いる各加熱コイルにおいて発生する磁界の位相を揃えるべく前記各加熱コイルの電流の位相を揃えて前記インバータを動作させるものである。
【００１４】
これにより、隣接加熱コイルからの影響を一定にすることができるため、各加熱コイルから負荷に供給される電力を安定して制御することが可能となるため、加熱効率の高く制御性に優れた誘導加熱装置を実現することができる。
【００１５】
第２の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、隣接する加熱コイルに対して発生磁界の位相差をπ／２〜３π／２とすべくインバータを動作させることにより、加熱コイルによる発生磁界と隣接する加熱コイルからの誘導磁界とを略同一方向にすることができるため、誘導磁界を打ち消すための余分な磁界を発生させる必要がなくなるとともに、磁性体から発生する磁界の方向が隣接する加熱コイルの磁性体から発生する磁界が逆方向となるため、磁性体内に隣接する加熱コイルからの磁界の進入を防止することができ、磁性体内
に余分な磁界が流れないため、磁性体の形状を薄くすることができ、薄型で設置性の良い誘導加熱装置を実現することができる。
【００１６】
第３の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、加熱コイル群の中で、同一負荷の加熱に用いられる少なくとも縦列と横列に配された隣接する加熱コイルに対して、互いに逆向きの磁界が発生するように各加熱コイル間の位相差をπ／２〜３π／２とすべくインバータを動作させることにより、中心コア内に隣接する加熱コイルからの磁界の進入を防止することができ、余分な磁界が流れないため、中心コアの形状を薄くすることができ、薄型で設置性の良い誘導加熱装置を実現することができるものである。
【００１７】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の制御手段は、同一負荷を加熱する加熱コイル群において、負荷に供給する電力に応じて、隣接する加熱コイルに対して発生磁界の位相差をπ／２〜３π／２の間で変化させることにより、隣接する加熱コイルからの磁界影響を制御することができるため、各加熱コイルの電力バランスを取りながら電力を減らすことができ、制御性の良い誘導加熱装置を実現することができるものである。
【００１８】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の制御手段は、個々の加熱コイルに電力を供給するインバータは電流共振形インバータとすることにより、インダクタンス値が大きくする構成の加熱コイルにおいも、負荷に電力を供給する構成を取ることが可能となるため、少ない加熱コイル電流で加熱を行うことができ、加熱コイルの損失を抑えることができるため、加熱効率の高い誘導加熱装置を実現することができるものである。
【００１９】
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。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の誘導加熱装置の構成を示す平面図であり、本開示において主要な構成要素を概略的に示している。図２は、図１に示した本実施の形態１の誘導加熱装置におけるＡ−Ａ線により切断し、模式的に示した側断面図である。
【００２１】
図１及び図２において、誘導加熱装置は、鍋などの負荷３を載置するための結晶化ガラスなどの非金属で形成された平板状のトッププレート１と、トッププレート１の下部に設けられ、トッププレート１に載置された負荷３を誘導加熱するための高周波磁界を発生する複数の加熱コイルで構成された加熱コイル群２と、加熱コイル群２の個々の加熱コイルに接続され高周波電力を供給するインバータ５と、トッププレート１上または近傍に配置された操作・表示部４の設定に従い、インバータ５の供給電力を制御する制御手段６より構成されている。
【００２２】
トッププレート１下部の加熱コイル群２は、個々の形状が１００ｍｍ×１００ｍｍの面積より小さな加熱コイルを複数個、縦横それぞれの方向に隣接し配置し形成している。加熱コイル群２は、複数の加熱コイル２ａａ〜２ｅｉを有するマトリックス状に配置した構成である。加熱コイル群２は、トッププレート１の下方において所定間隔を有して平面的な縦横の直線状の列に並んで配設されている。また、複数の加熱コイル２ａａ〜２ｅｉはすべて実質的に同一の形状、同一構成を有している。
【００２３】
加熱コイル群２は、負荷３の形状やトッププレート１上での負荷３の載置位置に応じ、負荷３に一部または全部が覆われた加熱コイルが複数個連携して動作する。具体的には、負荷３ａに覆われた加熱コイル２ｃｂ、加熱コイル２ｃｃ、加熱コイル２ｄｂ、加熱コイル２ｄｃが連携して動作する。そのため、インバータ５は、少なくとも加熱コイル群２内の個々の加熱コイルが独立して動作させることが必要となるが、加熱コイル個々にインバ
ータ５を設ける構成、あるいは共通するインバータ５に動作させる加熱コイル群２内の加熱コイルをリレー等の切り換え手段でつなぎ込む構成等あるが、特に限定するものではない。なお、加熱コイル群２の各加熱コイルの形状はできるだけ小さい方が、負荷３を無駄なく覆うことができるため望ましい。
【００２４】
図３は、本実施の形態１における誘導加熱装置の加熱コイル群２の中の個々の加熱コイルの構成を示すブロック図である。図４は、本実施の形態１における誘導加熱装置の動作を示す波形図である。本実施の形態の加熱コイルは、銅などの導線からなる磁性体である巻き線８を複数回巻き、巻き線８の空芯内にフェライトのなどの磁性体で形成された中心コア７を挿入したソレノイド形状で形成されている。なお、巻き線８は樹脂など形成されるボビン等の巻き治具に巻かれる場合が多いが、ボビンの構成あるいは有無など特に限定するものではない。また、本実施の形態の加熱コイルは、従来の巻き線の下部に磁性体部材を備えたスパイラル形状の加熱コイルに比べ、インダクタンスを大きく取れるため、本実施の形態のように、より小さい外形の加熱コイルが求められる場合等は、巻き線８の周回数が少なくなるため、加熱コイルの形状が厚くならず、負荷３との実質的な距離が短くすむため、加熱効率を落とさず誘導加熱を行うことが可能となる。
【００２５】
本構成の加熱コイル群２は、中心コア７の軸方向Ｄに配置される加熱コイル２ａにおいて、中心コア７の軸方向Ｄに形成された端部７Ａ，７Ｂが互いに向き合うように個々の加熱コイル２ａを中心コア７の軸方向Ｄに略直線上に隣接して複数個配置している。換言すれば、加熱コイル群２は、中心コア７の軸方向Ｄを同一方向に略直線状に複数個配置される。また、中心コア７の軸方向Ｄを同一方向に略直線状に複数個配置したものを、中心コア７の軸方向Ｄを平行に複数列並べられている。その結果、図１に示すように加熱コイル群２は、マトリックス状に並べることで構成している。これは、巻き線８の空芯部に中心コア７を入れ込む構成の加熱コイルでは、中心コア７の軸方向Ｄから発生する磁界が多いため、磁界の影響がそれぞれの加熱コイルに均一に現れるようにするためであり、少なくとも中心コア７の軸方向Ｄに形成された端部７Ａ，７Ｂが向き合う様な構成を取っている。ただし、中心コア７の軸方向Ｄと垂直な方向に対しても磁界影響があるため、加熱コイルをマトリックス状に並べる方が望ましいことになる。また、加熱コイル群２における中心コア７の軸方向Ｄは、図２に示すようにトッププレート１の主平面と平行に配されている。
【００２６】
以上のように構成された本実施の形態１の誘導加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
鍋などの負荷３ａをトッププレート１上に載置すると、加熱コイル群２は直上に負荷３ａが加熱に適した材質であるか否かの負荷検知を負荷検知手段で行い、負荷３ａが加熱に適した材質であるとき操作・表示部４等に加熱可能な負荷３ａがあることを表示する。なお、負荷検知手段は、加熱コイル群２の個々の加熱コイルに対して高周波電力をわずかに周期的に供給するようにインバータ回路５を動作させ、インバータ回路５の特性の変化で検知する方式や、静電容量など用いた金属検知回路による方式、あるいは赤外線光により負荷３の存在の有無を検知する方式などあるが、特に限定するものではない。
【００２７】
機器使用者が操作・表示部４により負荷３ａへの加熱を指示すると、制御手段６は、負荷検知手段により検出した負荷３ａの形状に応じて負荷３ａの存在を検知した加熱コイル群２内の各加熱コイル２ｃｂ、加熱コイル２ｃｃ、加熱コイル２ｄｂ、加熱コイル２ｄｃに高周波電力を供給するため、インバータ５を動作させる。この際、制御手段６は、各加熱コイル２ｃｂ、加熱コイル２ｃｃ、加熱コイル２ｄｂ、加熱コイル２ｄｃから発生する磁界の隣接する各加熱コイル２ｃｂ、加熱コイル２ｃｃ、加熱コイル２ｄｂ、加熱コイル２ｄｃへの影響が均一になるように、同一負荷３ａを加熱する各加熱コイル２ｃｂ、加熱コイル２ｃｃ、加熱コイル２ｄｂ、加熱コイル２ｄｃの電流が図４に示すように周波数及
び位相を揃えるようにインバータ５を動作させている。この様に動作させることで、互いの磁界の強弱の周期が一定になるため、個々の加熱コイルに供給する電力がばらつくなどの現象を防止することが可能となり、制御性が良く効率の高い加熱を行うことが可能となる。
【００２８】
なお、加熱コイル間の電流位相差に関しては、加熱コイル間での電流位相差が維持されることが必要であり、位相差には位相差０も含まれることになる。
【００２９】
また、本実施の形態では、軸方向Ｄの磁界が均一に発生する様に四角形の形状を採用しているが、縦横の比率は正方形や長方形等特に限定するものではない。
【００３０】
以上のように本実施の形態では、形状が小さく、磁性体である巻き線８を複数回巻いたコイルの空芯部に中心コア７を配置した加熱コイルを中心コア７の軸方向Ｄを同一方向に直線上に複数個配置した加熱コイルを平行に複数列並べてマトリックス状になるように複数個配置することで加熱コイル群２を形成し、負荷３の形状に応じて動作させる加熱コイルの数が変わる誘導加熱装置において、同一の負荷３を加熱する際に、少なくとも軸方向Ｄに直線上に配置された隣接する加熱コイル間では、磁界の位相を揃えるべく、各加熱コイルの電流の位相を揃えてインバータ５を動作させることにより、隣接コイル間からの中心コア７への磁界影響を一定にすることができるため、各加熱コイルから負荷３に供給される電力を安定して制御することが可能となるため、効率の高く制御性に優れた誘導加熱装置を実現することができるものである。
【００３１】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施の形態の構成は、実施の形態１と同一である。
【００３２】
一般的に、中心コア７の軸方向に直線上に配置された加熱コイル群２内の加熱コイルでは、加熱コイル内の磁界が中心コア７内の軸方向に多くが発生するため、軸上に隣接する加熱コイルには、誘導磁界が発生しやすくなる。ここで、隣接する加熱コイルと同位相の電流を加熱コイルに供給すると、誘導磁界を打ち消すために中心コア７内により多くの発生磁界が必要なる。また、中心コアから発生する磁界の方向が隣接する加熱コイルの中心コアから発生する磁界が同方向となるため、中心コア内に隣接する加熱コイルからの磁界が進入し、余分な磁界が流れなることになる。
【００３３】
そのため、中心コア７の磁気飽和が発生しやすくなるため、磁気飽和防止のため中心コア７の厚みが厚くなり、機器の筐体厚みも厚くなることになる。
【００３４】
次に本実施の形態について、以下にその動作を図５ないし図９を用いて説明する。
図５は、本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図、図６は、本発明の第２の実施の形態の動作を示す波形図である。図７は、本発明の第２の実施の形態の特性を示す特性図、図８は、本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図、図９は、本発明の第２の実施の形態の動作を示す波形図である。なお、図５に示す左右方向の白矢印の内、実線で示す白矢印は発生磁界を表し、点線で示す白矢印は誘導磁界を示している。さらに、図５及び図８に示す上下方向の白矢印は加熱コイルに流されるコイル電流の方向を示している。
【００３５】
図５および図６に示すように、軸方向Ｄに配置された加熱コイル群２に対して互いに隣接する加熱コイル２ａｆ、加熱コイル２ａｇ、加熱コイル２ａｈの電流位相をずらせることで、誘導磁界を減らすことができ、中心コア７内の磁界も減らすことが可能となる。なお、図６は、隣接加熱コイル間の電流位相をπずらせた場合の波形図を示している。
【００３６】
特に、加熱コイル２ａｇにおいて、隣接する加熱コイル２ａｆ間の電流位相差をπにする場合には、隣接加熱コイルａｆで発生した発生磁界Ｙによって生まれる加熱コイル２ａｇの誘導磁界Ｘと、加熱コイル２ａｇ自身の発生磁界Ｚとが同方向となるため、余分な磁界を必要としないため中心コア７内の磁界をより多く減らすことが可能となる。
【００３７】
また、加熱コイル２ａｇの中心コア７から発生する発生磁界Ｚの向きが隣接する加熱コイル２ａｆの中心コア７から発生する発生磁界Ｙと反対方向になるため、隣接する加熱コイル２ａｆの中心コア７からの発生磁界Ｙの進入を防止することも可能となる。
【００３８】
図７に隣接加熱コイルとの発生磁界の位相差を示すが、少なくとも誘導磁界と同方向に発生する発生磁界が多くを占めるπ／２〜３π／２の範囲で発生磁界の位相差を設定することにより、余分な磁界の発生を抑制することができるため、中心コア７の飽和抑制のために中心コア７の形状を厚くする必要がなくなることになる。
【００３９】
また、中心コア７内を通過する磁界が少ない状態で動作するため、中心コア７内の損失を減らすことができ、加熱効率も高くなることになる。
【００４０】
更に、図８に示すように中心コア７の軸方向Ｄと垂直に配置された隣接加熱コイルに対しても同一の負荷３を加熱する際に、互いに逆向きの磁界が発生する様に、加熱コイル間の電流位相差をπ／２〜３π／２とすることで、磁界量の発生の抑制をより行うことができ、更に中心コア７の薄型化、低損失化の効果を得ることができるものである。
【００４１】
図８は、加熱コイル２ａｆに対して、加熱コイル２ａｆの中心コア７の軸方向Ｄの隣接に配された加熱コイル２ａｇとが互いに逆向きの磁界が発生する様に、加熱コイル間の電流位相差が設定されている。さらに、加熱コイル２ａｆに対して、加熱コイル２ａｆの中心コア７の軸方向Ｄと垂直方向の隣接に配された加熱コイル２ｂｆとが互いに逆向きの磁界が発生する様に、加熱コイル間の電流位相差が設定されている。図９に隣接加熱コイル間の位相をπずらせた場合を示しており、この場合が最も効果が大きいことになる。
【００４２】
また、複数個の加熱コイルで負荷３を加熱する際には、周囲で加熱動作を行っている加熱コイルの個数に応じて隣接する加熱コイルからの影響度合いが変わるため、周囲で動作している加熱コイルの個数に応じて、加熱コイル毎に位相差を設定する方が望ましい。
【００４３】
以上の様に本実施の形態では、同一負荷を加熱する加熱コイル群２において、隣接する加熱コイルに対し逆相の磁界を多く発生させるため、隣接する加熱コイルに対して発生磁界の位相差をπ／２〜３π／２とするために、隣接する加熱コイルとの電流位相差をπ／２〜３π／２とするようにインバータを動作させることにより、加熱に寄与しない余分な磁界の発生を抑制することができるため、中心コア７の形状を薄くすることができ、薄型で設置性の良い誘導加熱装置を実現することができるものである。
【００４４】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施の形態の構成は、実施の形態１及び２と同一である。
【００４５】
次に本実施の形態について、以下にその動作を図１０と図１１を用いて説明する。
図１０（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック図、同図（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態の動作を示す波形図である。図１１は、本発明の第３の実施の形態の特性を示す特性図である。なお、図１０（Ａ）に示す白矢印は加熱コイルに流されるコイル電流の方向を示している。
【００４６】
前述の実施の形態で説明したように、同一の負荷３の直下にある加熱コイル群２内の加熱コイルを用いる際、隣接する加熱コイルからの発生磁界の位相差をπ／２〜３π／２とすることで、隣接する加熱コイルからの誘導磁界と自身の発生磁界の向きを揃えることができ、中心コア７の形状を薄く、かつ低損失にすることができることになる。
【００４７】
しかしながら、負荷３を誘導加熱する際に加熱量を変える場合において、隣接する加熱コイルからの誘導電流の影響で、特に周囲を動作する加熱コイルで囲まれた位置に配置された加熱コイルにおいては、周囲からの誘導磁界の影響が大きく、電力制御がうまくできない等の課題が生じることになる。
【００４８】
そこで、図１０に示す様に制御手段６が、操作・表示部４からの設定に従い負荷３へ供給する電力量の調整を行う際に、電力量に応じて隣接する加熱コイルとの発生磁界の位相差または加熱コイル電流の位相差を変えていくことで、隣接する加熱コイルからの誘導磁界の寄与度を変えることができるため、誘導磁界の量を変えることができるため、誘導磁界の影響を制御することができ、結果必要な電力量に制御することが可能となる。
【００４９】
図１０（Ｂ）に示すように、加熱コイル２ａｆと加熱コイル２ａｈとの電流の位相差はゼロである同位相である。加熱コイル２ａｆと加熱コイル２ａｈとの間に配された加熱コイル２ａｇと、加熱コイル２ａｆと加熱コイル２ａｈとの電流の位相差はπ+αずらされている。
【００５０】
磁界の位相差および電流の位相差の値としては、図１１に示すように負荷３へ供給する電力量の減少に応じて電流の位相差を減らしていく方法（特性Ａ）や、負荷３へ供給する電力量の範囲毎に電流の位相差を減らしていく方法（特性Ｂ）などあるが、負荷３へ供給する電力量が減少するに従い、隣接する加熱コイルとの電流の位相差を減らす方向であれば特に限定するものではない。
【００５１】
また、複数個の加熱コイルで負荷３を加熱する際には、周囲で加熱動作を行っている加熱コイルの個数に応じて隣接コイルからの影響度合いが変わるため、周囲で動作している加熱コイルの個数に応じて、加熱コイル毎に位相差を設定する方が望ましい。
【００５２】
以上の様に本実施の形態では、同一負荷を加熱する加熱コイル群２において、負荷３に供給する電力に応じて、隣接する加熱コイルに対して発生磁界の位相差をπ／２〜３π／２の間で変化させることにより、隣接コイルからの磁界影響を制御することができるため、各加熱コイルの電力バランスを取りながら電力を減らすことができ、制御性の良い誘導加熱装置を実現することができるものである。
【００５３】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施の形態の構成は、実施の形態１及び２と同一である。
【００５４】
次に本実施の形態について、以下にその動作を図１０と図１２を用いて説明する。
図１０（Ａ）は、本発明の第４の実施の形態の構成を示すブロック図、同図（Ｂ）は、本発明の第４の実施の形態の動作を示す波形図である。図１２は、本発明の第４の実施の形態の特性を示す特性図である。なお、図１０（Ａ）に示す白矢印は加熱コイルに流されるコイル電流の方向を示している。
【００５５】
前述の実施の形態で説明したように、同一の負荷３の直下にある加熱コイル群２内の加熱コイルを用いる際、隣接する加熱コイルからの発生磁界の位相差をπ／２〜３π／２と
することで、隣接する加熱コイルからの誘導磁界と自身の発生磁界の向きを揃えることができ、中心コア７の形状を薄く、かつ低損失にすることができることになる。
【００５６】
しかしながら、負荷３を誘導加熱する際に加熱量を変える場合において、隣接する加熱コイルからの誘導電流の影響で、特に周囲を動作する加熱コイルで囲まれた位置に配置された加熱コイルにおいては、周囲からの誘導磁界の影響が大きく、電力制御がうまくできない等の課題が生じることになる。
【００５７】
そこで、図１２に示す様に制御手段６が、操作・表示部４からの設定に従い負荷３へ供給する電力量の調整を行う際に、電力量に応じて隣接する加熱コイルとの発生磁界の位相差または加熱コイル電流の位相差を変えていくことで、隣接する加熱コイルからの誘導磁界の寄与度を変えることができるため、誘導磁界の量を変えることができるため、誘導磁界の影響を制御することができ、結果必要な電力量に制御することが可能となる。
【００５８】
図１０（Ｂ）に示すように、加熱コイル２ａｆと加熱コイル２ａｈとの電流の位相差はゼロである同位相である。加熱コイル２ａｆと加熱コイル２ａｈとの間に配された加熱コイル２ａｇと、加熱コイル２ａｆと加熱コイル２ａｈとの電流の位相差はπ+αずらされている。
【００５９】
磁界の位相差および電流の位相差の値としては、図１２に示すように負荷３へ供給する電力量の減少に応じて電流の位相差を増やしていく方法（特性Ｃ）や、負荷３へ供給する電力量の範囲毎に位相差を増やしいく方法（特性Ｄ）などあるが、負荷３へ供給する電力量が減少するのに従い、隣接する加熱コイルとの電流の位相差を増やす方向であれば特に限定するものではない。
【００６０】
また、複数個の加熱コイルで負荷３を加熱する際には、周囲で加熱動作を行っている加熱コイルの個数に応じて隣接コイルからの影響度合いが変わるため、周囲で動作している加熱コイルの個数に応じて、加熱コイル毎に位相差を設定する方が望ましい。
【００６１】
以上の様に本実施の形態では、同一負荷を加熱する加熱コイル群２において、負荷３に供給する電力に応じて、隣接する加熱コイルに対して発生磁界の位相差をπ／２〜３π／２の間で変化させることにより、隣接コイルからの磁界影響を制御することができるため、各加熱コイルの電力バランスを取りながら電力を減らすことができ、制御性の良い誘導加熱装置を実現することができるものである。
【００６２】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施の形態の構成は、実施の形態１と同一であるが、インバータの構成として、特に電流共振形を用いている点が異なっている。
【００６３】
一般的に、加熱コイル２として、銅などの導線からなる巻き線８を複数回巻き、巻き線８の空芯内にフェライトなどの中心コア７を挿入する形態のコイルを用いる場合、インダクタンスを得やすい半面、従来の巻き線を同心円状に巻き下部に磁性体を配置するスパイラル形状のコイルと比べて、負荷３との磁気的な結合が弱くなる傾向がある。このため、中心コア７に巻く巻き線８の巻き回数を増やし、従来のものに比べインダクタンスを大きくする構成をとることで、加熱コイルに供給する電流を少なくした状態でも大きな磁界を得られるようにし、加熱効率を高くする構成をとることになる。しかしながら、この構成では加熱コイル両端での負荷３を含む等価抵抗が大きくなりすぎ、インバータ５では加熱コイルに十分な電力を供給できない場合が生じることになる。
【００６４】
そこで、本実施の形態では、図１３に示す構成とした。図１３は、本発明の第５の実施の形態の回路構成を示す回路図である。
【００６５】
図１３に示すように加熱コイル２と共振コンデンサ１５が直列に接続される電流共振形のインバータを用い、共振電圧を高く設定することで、加熱効率の高い状態で電力を供給することが可能となる。
【００６６】
スパイラル構成の加熱コイルでは、インダクタンスを大きく取ると負荷３と加熱コイル２の磁気的な結合が大きくなりすぎるため、十分な共振電圧を得ることができず、加熱コイルに十分な電流を供給することが困難となり、入力電圧を昇圧させるなどしないと、十分な電力を得ることができないことになる。
【００６７】
一方、実施の形態１で示した図３に示すような巻き線８を複数回周回方向に巻き、巻き線８の空芯内にフェライトなどの中心コア７を挿入する形態の加熱コイル２であれば、インダクタンスを大きくしても負荷３と加熱コイル２の磁気的な結合がそれほど大きくならない特性があるため、電流共振形のインバータ５を用いることで、必要な電力を供給することができ、加熱効率を上げることが可能となる。
【００６８】
特に、動作周波数における負荷３の等価抵抗が１０Ωを越える場合でも、加熱コイル２と共振コンデンサ１５で決まる共振電圧を１ｋＶ以上にすることで加熱コイルへの電力供給が可能となる。
【００６９】
次に本実施の形態について、以下にその具体的な回路構成について図１３を用いて説明する。
図１３は、本実施の形態で用いる電流共振形インバータを示している。本実施の形態では、２石のハーフブリッジ構成の例を示しているが、４石のフルブリッジ回路など、加熱コイル２と共振コンデンサ１５が直列に入る構成の電流共振形のインバータであれば特に限定するものではない。
【００７０】
図１３において、本実施の形態の誘導加熱装置は、交流電源１１と、交流電源１１を整流する整流回路１２と、整流回路１２の電流・電圧を平滑するチョークコイル１３及び平滑コンデンサ１４と、平滑コンデンサ１４に並列接続される第１の半導体スイッチ１６、第２の半導体スイッチ１７の直列体と、第１の半導体スイッチ１６または第２の半導体スイッチ１７に並列に接続される加熱コイル２と共振コンデンサ１５の直列体と、第１の半導体スイッチ１６及び第２の半導体スイッチ１７を制御する制御手段６より構成される。第１の半導体スイッチ１６及び第２の半導体スイッチ１７は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体と各パワー半導体に逆方向に並列接続したダイオードで構成する場合が多く、半導体スイッチのコレクタ−エミッタ間にはオンからオフ状態に移行する際の急激な電圧上昇を抑制するスナバコンデンサが並列に接続される場合が多い。
【００７１】
本実施の形態では、加熱コイル群２を構成する個々の加熱コイルにインバータ５を接続する構成で記載しているが、加熱コイルの電流の位相の切り替えが可能であれば、複数の加熱コイルがインバータ５に接続される構成であれば特に限定しない。
【００７２】
次に、本実施の形態における動作を図１及び図１３を用いて説明する。
鍋などの負荷３ａをトッププレート１上に載置すると、加熱コイル群２は直上に負荷３ａが加熱に適した材質であるか否かの負荷検知を負荷検知手段で行い、負荷３ａが加熱に適した材質であるとき操作・表示部４等に加熱可能な負荷３ａがあることを表示する。なお、負荷検知手段は、加熱コイル群２の個々の加熱コイルに対して高周波電力をわずかに周期的に供給するようにインバータ回路５を動作させ、インバータ回路５の特性の変化で検
知する方式や、静電容量など用いた金属検知回路による方式、あるいは赤外線光により負荷３の存在の有無を検知する方式などあるが、特に限定するものではない。
【００７３】
次に、機器使用者が操作・表示部４により負荷３ａへの加熱開始及び加熱量を指示すると、制御手段６は、負荷検知手段により検出した負荷３ａの形状に応じて負荷３ａの存在を検知した加熱コイル群２内の各加熱コイル２ｃｂ、加熱コイル２ｃｃ、加熱コイル２ｄｂ、加熱コイル２ｄｃに高周波電力を供給するため、インバータ５を動作させる。
この際、制御手段６は、各加熱コイル２ｃｂ、加熱コイル２ｃｃ、加熱コイル２ｄｂ、加熱コイル２ｄｃのそれぞれに対して高周波電力を供給するため第１の半導体スイッチ１６を導通状態とする。すると、平滑コンデンサ１４→第１の半導体スイッチ１６→加熱コイル２→共振コンデンサ１５の経路で各加熱コイル２ｃｂ、加熱コイル２ｃｃ、加熱コイル２ｄｂ、加熱コイル２ｄｃのそれぞれに対して、電力が供給されることになる。制御手段６は、各加熱コイル２ｃｂ、加熱コイル２ｃｃ、加熱コイル２ｄｂ、加熱コイル２ｄｃのそれぞれに設定された電流が供給できる導通時間で第１の半導体スイッチ１６を非導通状態とする。
【００７４】
そして、状態の遷移時間の後、制御手段６は第２の半導体スイッチ１７を導通状態とする。すると、共振コンデンサ１５→加熱コイル２→第２の半導体スイッチ１７の経路で加熱コイル２に電力が供給されることになる。
【００７５】
制御手段６は、設定された出力電力が得られる様に、２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ程度の高周波電流を供給し、この高周波電流によって加熱コイル２から発生した高周波磁界によって鍋などの負荷３ａを加熱している。
【００７６】
本実施の形態で用いる電流共振形のインバータ５の動作においては、負荷３ａと結合した加熱コイル２と共振コンデンサ１５により決まる共振周波数と第１の半導体スイッチ１６及び第２の半導体スイッチ１７の動作周波数を近づけることにより、より大きな出力を得ることができることに特徴がある。
【００７７】
従来のスパイラル形の加熱コイルにおいては、少ない電流でより多くの磁界を得るためにインダクタンスを多くとると、共振特性の尖頭値が大きく下がってしまい、共振周波数近傍で動作させても十分な電力が得られない特性があった。
【００７８】
一方、本実施の形態で示す巻き線８を複数回巻き、巻き線８の空芯内にフェライトのなどの中心コア７を挿入する形態のソレノイドコイルであればインダクタンスを大きくとっても、共振特性の尖頭値が高い状態を維持しているため、共振周波数の近傍で動作させることができれば、大きな電力を得ることが可能となる。そのため、ソレノイドコイルを電流共振形のインバータで動作させることで、加熱コイル２の電流が少ない状態で、必要な電力を得ることができるようになる。
【００７９】
以上のように本実施の形態では、個々の加熱コイル２に電力を供給するインバータ５は電流共振形インバータとすることにより、巻き線８を複数回巻き、巻き線８の空芯内にフェライトのなどの中心コア７を挿入する形態のソレノイドコイルのインダクタンス値が大きくなる構成をとっても、負荷３に電力を供給する構成を取ることが可能となるため、少ない加熱コイル電流で加熱を行うことができ、加熱コイルの損失を抑えることができるため、効率の高い誘導加熱装置を実現することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、食材を加熱調理する鍋等の負荷を誘導加熱する誘導加熱装置としているが、誘導加熱装置以外に受電コイルを備えた非接触給電
機器への給電装置としての適用も可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１  トッププレート
２  加熱コイル群
４  操作・表示部
５  インバータ
６  制御手段
７  中心コア
８  巻き線
１１  交流電源
１２  整流回路
１３  チョークコイル
１４  平滑コンデンサ
１５  共振コンデンサ
１６  第１の半導体スイッチ
１７  第２の半導体スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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