(57)【要約】【課題】共振回路の共振周波数以下にならないようにスイッチング周波数を制御可能な誘導加熱装置を提供する。【解決手段】１は交流電源、２は交流電源１からの交流電力を直流入力電力に整流する直流整流回路、３は誘導加熱コイル、４ａ，４ｂはスイッチング素子、５は入力電圧検知手段、６は入力電流検知手段、７は共振コンデンサ、８は誘導加熱制御回路、９は誘導加熱制御回路８を任意の電力で動作させるための信号入力手段である。誘導加熱制御回路８が、スイッチング周波数に対する入力電力の変化が緩やかになったことを検知し、スイッチング素子４ａ，４ｂを共振周波数ｆ0より高い周波数でスイッチング動作させることにより、誘導加熱コイル３と共振コンデンサ７とからなる共振回路10の動作が誘導性になり、スイッチング素子４ａが故障することを防止することができる。【選択図】図１
2008053070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振手段と、電力を供給するスイッチ手段と、入力を検知する検知手段と、この検知手段の検知結果に基づいて前記スイッチ手段を制御する制御手段とを備えた誘導加熱装置であって、前記制御手段は、スイッチング周波数を変化させたときに、前記検知結果が所定値以下になったときのスイッチング周波数を共振周波数として検知して、前記スイッチング周波数を前記共振周波数以下にしないよう制御するものであることを特徴とする誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導により加熱を行う、誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力を検知してスイッチング周波数を変えて、制御をおこなう誘導加熱装置（例えば特許文献１）がある。
【特許文献１】特開２００４−０２２２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スイッチング周波数が共振周波数以下になると共振手段が誘導性から容量性となり、スイッチ手段に過大な短絡電流が流れる不具合があった。
【０００４】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、共振周波数以下にならないようにスイッチング周波数を制御可能な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】
【０００５】
本発明における請求項１の誘導加熱装置では、スイッチング周波数に対する共振周波数を検知し、この共振周波数より高い周波数でスイッチ手段を動作させることにより、共振手段の動作が誘導性になり、スイッチ手段が故障することを防止することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の請求項１によると、共振周波数以下にならないようにスイッチング周波数を制御可能な誘導加熱装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明における誘導加熱装置の好ましい実施例を説明する。
【０００８】
図１は本実施例の構成図であり、これに基づいて本実施例における電気的構成を説明する。同図において、１は例えばＡＣ１００Ｖなどの交流電源、２は交流電源１からの交流電力を直流入力電力に整流する例えばダイオードブリッジと平滑コンデンサとチョークコイルなどを含む直流整流回路、３は加熱手段としての誘導加熱コイル、４ａ，４ｂは逆方向ダイオードを含む例えばトランジスタなどからなるスイッチ手段としてのスイッチング素子、５は入力電圧検知手段、６は入力電流検知手段、７は共振コンデンサ、８は例えば入力電力検知手段とスイッチング素子駆動手段を内蔵したマイクロコンピュータなどを含む制御手段としての誘導加熱制御回路、９は誘導加熱制御回路８を任意の電力で動作させるための信号入力手段である。
【０００９】
交流電源１の両端は直流整流回路２の入力側へ接続されており、この直流整流回路２の出力側には前記直流電力を高周波電力に変換するインバータ回路が構成されている。当該インバータ回路は、スイッチング素子４ａ，４ｂの直列回路と、誘導加熱コイル３と共振コンデンサ７とを直列接続してなる共振手段としての共振回路10とから構成される。スイッチング素子４ａ，４ｂは、両者の導通方向が直流整流回路２の出力側正極から負極向きになるよう接続される。反対に、これらの導通端子間にそれぞれ逆接続された逆方向ダイオードは、その導通方向が直流整流回路２の出力側負極から正極向きになる。共振回路10はスイッチング素子４ｂの例えばコレクタ−エミッタ間などの導通端子間に並列接続される。
【００１０】
他方、直流整流回路２の入力側となる交流電源１には、前記インバータ回路に供給する入力電圧を検知する入力電圧検知手段５と、入力電流を検知する入力電流検知手段６の入力側が接続されており、これらの検知結果を出力する出力側は誘導加熱制御回路８へ接続されている。また、誘導加熱制御回路８には、信号入力手段９が接続されている。
【００１１】
誘導加熱制御回路８は、この入力電圧検知手段５と入力電流検知手段６で得られた検知結果を基に、スイッチング素子４ａ，４ｂのスイッチング動作すなわちオン時間を可変制御するものである。従って、誘導加熱制御回路８において、パルス駆動信号を出力するための出力端子がスイッチング素子４ａ，４ｂの例えばベースなどの駆動端子へそれぞれ接続される。そして、スイッチング素子４ａ，４ｂの駆動端子に供給される前記パルス駆動信号によりスイッチング素子４ａ，４ｂを交互にスイッチング動作させ、誘導加熱コイル３と共振コンデンサ７との間で共振を起こすことで、誘導加熱コイル３に高周波電流を流すように構成している。
【００１２】
次に、上記構成についてその作用を説明する。交流電源１から入力された電源は直流整流回路２で直流に整流され、後段の前記インバータ回路へ供給される。信号入力手段９から入力された情報を基に、誘導加熱制御回路８に対して目標電力が指示される。誘導加熱制御回路８は、入力電圧検知手段５及び入力電流検知手段６から入力された電圧・電流情報をもとに入力電力を算出する。入力電力が目標電力となるように誘導加熱制御回路８に含まれているスイッチング素子駆動手段からスイッチング素子４ａ，４ｂのオン／オフ周波数（スイッチング周波数）を制御し、インバータ電流の増減を行う。これにより、誘導加熱コイル３に高周波電流が供給され、誘導加熱コイル３から交番磁界が発生して、誘導加熱コイル３に近接して置かれた被加熱物が電磁誘導加熱される。
【００１３】
図３はスイッチング素子４ａ，４ｂのオン／オフによるインバータ電流及び各部の波形を示したものである。同図から、スイッチング素子４ａ，４ｂが若干のデッドタイム（双方が同時にオフになる時間）を挟んで前記オン／オフ周波数で交互にオンしているのがわかる。スイッチング素子４ａがオンすると、このスイッチング素子４ａを通じて直流整流回路２からの前記直流電力が誘導加熱コイル３と共振コンデンサ７とからなる共振回路10に供給され、インバータ電流Ｉinvが正方向（図１においては右向き）に流れる。この正方向のインバータ電流Ｉinvにより誘導加熱コイル３に電磁エネルギーが蓄えられると共に、共振コンデンサ７に電荷エネルギーが蓄えられる。スイッチング素子４ａがオフ、すなわち前記デッドタイムとなると、スイッチング素子４ｂの逆方向ダイオードを通じて、誘導加熱コイル３の電磁エネルギーが放出され、正方向のインバータ電流Ｉinvが流れ続け、誘導加熱コイル３の電磁エネルギーが電荷エネルギーとして共振コンデンサ７へ移動する。
【００１４】
続いて、スイッチング素子４ｂがオンし、誘導加熱コイル３が電磁エネルギーを放出し終わると、スイッチング素子４ｂを通じて共振コンデンサ７が電荷エネルギーを放出し、インバータ電流Ｉinvが負方向（図１においては左向き）に流れる。同様に、この負方向のインバータ電流Ｉinvにより誘導加熱コイル３に電磁エネルギーが蓄えられる。スイッチング素子４ｂがオフ、すなわち前記デッドタイムとなると、スイッチング素子４ａの逆方向ダイオードと直流整流回路２の平滑コンデンサを通じて誘導加熱コイル３の電磁エネルギーが放出され、負方向のインバータ電流Ｉinvが流れ続け、誘導加熱コイル３の電磁エネルギーが電荷エネルギーとして前記平滑コンデンサへ移動する。
【００１５】
以上のようなスイッチング動作を繰り返すことにより、インバータ電流Ｉinvは、前記スイッチング周波数に略等しい周波数を有する交流電流として誘導加熱コイル３ひいては共振回路10を流れる。
【００１６】
ここで、誘導加熱制御回路８における周波数制御について説明する。
【００１７】
図２は、共振回路10の周波数に対するインピーダンス変化を示したもので共振周波数ｆ0でインピーダンスが最小となり、共振周波数ｆ0より高い場合には誘導性、低い場合には容量性となる。従って、共振回路10に与えるインバータ電流Ｉinvが共振周波数ｆ0以下になると容量性となり、スイッチング素子４ａに短絡電流が流れて破壊される恐れがあることから、スイッチング周波数は共振周波数ｆ0以上にする必要がある。これに加え、動作開始時の突入電流を低くするために、誘導加熱の動作開始時は共振周波数ｆ0から離れた高い周波数からスタートする。また、共振周波数ｆ0から離れると共振回路10のインピーダンスが高くなることから、スタート時の入力電力は低い電力からスタートし、目標の入力電力となるようにスイッチング周波数を変化させる。
【００１８】
図２のインピーダンスと周波数の関係から、共振周波数ｆ0付近では周波数変化に対するインピーダンス変化の傾きが緩やかになり、共振周波数ｆ0では傾きがゼロとなる。目標電力に対し、入力電力が低いときはスイッチング周波数が低くなるように動作させるが、このときにスイッチング周波数の変化幅に対して入力電力の変化幅が緩やかになったことを検知し、共振周波数ｆ0より高い周波数になるよう、内蔵するスイッチング素子駆動手段の動作を制限する。
【００１９】
具体的な例を示すと、例えば、インバータ動作周波数たる前記スイッチング周波数を、２０ｍｓ毎に約１ｋＨｚずつ下げ、入力電圧・電流を２０ｍｓ毎に測定し、毎回測定値との差を計算し、電力値変化幅が５０Ｗ程度以下で、緩やかと判断し、周波数低減を止めるよう構成すればよい。なお、入力電流だけを監視する場合には、一定時間間隔で入力電流を測定し、前回電流測定値との差を計算し、計算値が所定値以下で、入力電流変化が緩やかと判断すればよい。
【００２０】
以上のようにして、スイッチング周波数に対する入力電力の変化が緩やかになったことを検知し、共振周波数ｆ0より高い周波数で動作させることにより、共振回路10の動作が誘導性になり、スイッチング素子４ａが故障することを防止することができる。目標電力に対し、入力電力が不足している場合でも、共振周波数ｆ0より高い安全な周波数領域において目標電力に対して出力可能な最大の電力で制御を行なうことができる。
【００２１】
以上のように本実施例の誘導加熱装置は、共振手段としての共振回路10と、スイッチング動作により共振回路10へ入力電力を断続的に供給するスイッチ手段としてのスイッチング素子４ａ，４ｂと、共振回路10への入力を検知する検知手段としての入力電圧検知手段５，入力電流検知手段６と、この入力電圧検知手段５，入力電流検知手段６の検知結果に基づいてスイッチング素子４ａ，４ｂのスイッチング周波数を変化させる制御手段としての誘導加熱制御回路８とを備えた誘導加熱装置であって、誘導加熱制御回路８は、前記スイッチング周波数を低減していったときに、前記検知結果の変化幅が所定値以下になったときのスイッチング周波数を共振周波数ｆ0として検知して、前記スイッチング周波数を前記共振周波数ｆ0以下にしないよう制御するものであることを特徴とする。
【００２２】
このようにすると、スイッチング周波数に対する入力電力の変化が緩やかになったことから共振回路10の共振周波数ｆ0を検知し、この共振周波数ｆ0より高い周波数でスイッチング素子４ａ，４ｂを動作させることにより、共振回路10の動作が誘導性になり、スイッチング素子４ａ，４ｂが故障することを防止することができる。また、目標電力に対し、入力電力が不足している場合でも、共振周波数ｆ0より高い安全な周波数領域において目標電力に対して出力可能な最大の電力で制御を行なうことができる。以上により、共振回路10の共振周波数ｆ0以下にならないようにスイッチング周波数を制御可能な誘導加熱装置を提供することができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。インバータ回路等は、上記で説明した回路構成に限定されず、あらゆる方式の回路に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例における誘導加熱装置の電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図２】共振回路の周波数に対するインピーダンス変化を示した特性図である。
【図３】スイッチング素子の駆動信号及び共振回路を流れるインバータ電流の各波形を示した波形図である。
【符号の説明】
【００２５】
４ａ，４ｂ  スイッチング素子（スイッチ手段）
５  入力電圧検知手段
６  入力電流検知手段
８  誘導加熱制御回路（制御手段）
10  共振回路（共振手段）
【図１】
2008053070.tif 000003
【図２】
2008053070.tif 000004
【図３】
2008053070.tif 000005