(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加熱コイルを備える電磁誘導加熱装置において、
前記複数の加熱コイルは、少なくとも第１加熱コイルと第２加熱コイルを含み、
前記第１加熱コイルと第１半導体スイッチング素子とが直列に接続される第１直列回路と、
前記第２加熱コイルと第２半導体スイッチング素子とが直列に接続される第２直列回路と、
前記第１加熱コイルと前記第１半導体スイッチング素子の接続点と、前記第２加熱コイルと前記第２半導体スイッチング素子の接続点との間に接続される第１共振コンデンサと、を有する第１インバータ回路と、
を備え、
前記第１直列回路の両端の内、前記第１加熱コイル側の一端と、前記第２直列回路の両端の内、前記第２半導体スイッチンク素子側の一端とが接続され、
前記第１直列回路の前記両端の内、前記第１半導体スイッチング素子側の他端と、前記第２直列回路の前記両端の内、前記第２加熱コイル側の他端とが接続され、
前記第１半導体スイッチング素子には第１コンデンサが並列に接続され、前記第２半導体スイッチング素子には第２コンデンサが並列に接続されることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁誘導加熱装置において、さらに、
前記複数の加熱コイルは、第３加熱コイルを含み、
前記第２直列回路と、
前記第３加熱コイルと第３半導体スイッチング素子とが直列に接続される第３直列回路と、
前記第２加熱コイルと前記第２半導体スイッチング素子の前記接続点と、前記第３加熱コイルと前記第３半導体スイッチング素子の接続点との間に接続される第２共振コンデンサと、
を有する第２インバータ回路を備え、
前記第２直列回路の前記両端の内、前記第２半導体スイッチング素子側の前記一端と、前記第３直列回路の両端の内、前記第３加熱コイル側の一端とが接続され、
前記第２直列回路の前記両端の内、前記第２加熱コイル側の前記他端と、前記第３直列回路の前記両端の内、前記第３半導体スイッチング素子側の他端とが接続され、
前記第３半導体スイッチング素子には第３コンデンサが並列に接続されることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電磁誘導加熱装置において、さらに、
前記複数の加熱コイルは、第３加熱コイルを含み、
前記第１直列回路と、
前記第３加熱コイルと第３半導体スイッチング素子とが直列に接続される第３直列回路と、
前記第１加熱コイルと前記第１半導体スイッチング素子の前記接続点と、前記第３加熱コイルと前記第３半導体スイッチング素子の接続点との間に接続される第２共振コンデンサと、
を有する第２インバータ回路を有し、
前記第１直列回路の前記両端の内、前記第１加熱コイル側の前記一端と、前記第３直列回路の両端の内、前記第３半導体スイッチング素子側の一端とが接続され、
前記第１直列回路の前記両端の内、前記第１半導体スイッチング素子側の前記他端と、前記第３直列回路の前記両端の内、前記第３加熱コイル側の他端とが接続され、
前記第３半導体スイッチング素子には第３コンデンサが並列に接続されることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導加熱装置に関し、特に複数の加熱コイルが用いられる電磁誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火を使わずに鍋などの被加熱物を加熱するインバータ方式の電磁誘導加熱装置が広く用いられるようになってきている。家庭で使われる電磁誘導加熱装置としてはＩＨクッキングヒータがある。ＩＨクッキングヒータは、鍋を載置するトッププレートの下部に加熱コイルを備えており、その加熱コイルに高周波電流を流し、金属製の鍋に渦電流を発生させ、鍋自体の電気抵抗により発熱させる。従来のＩＨクッキングヒータでは、鍋を加熱するための交番磁束は加熱コイル線直上が最も強く、鍋の加熱分布は加熱コイル線と同様のドーナツ状となり、加熱ムラが発生してしまう。加熱ムラを低減するために、加熱コイルを分割して内側コイルと外側コイルを設け、磁界の強い部分を分散させる方法がある。しかし、加熱ムラは多少低減できるが、加熱分布はドーナツ状となり、鍋を均一に加熱すること難しい。
【０００３】
これに対し、特許文献１に記載される従来技術が知られている。本従来技術においては、近接する二つの加熱コイルに流れる電流は同一周波数とし、かつ同期を取るとともに、電流の位相差がπ／２〜０の間とする。これにより、二つの加熱コイル間の磁界は打ち消し合い、二つの加熱コイル間で磁界を強く発生して加熱し過ぎることはなくなるため、二つの加熱コイル間距離を短くして設置面積を減らしながらも鍋を均一に加熱することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２９３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数の加熱コイルを使って加熱する場合、加熱コイルに高周波電流を供給するためのインバータ回路が複数必要になる。このため、回路規模が大きくなり、装置が大型化したり、コスト増加になったりする。
【０００６】
そこで、本発明は、複数の加熱コイルを使いながらも回路規模を低減できる電磁誘導加熱装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明による電磁誘導加熱装置は、複数の加熱コイルを備えるものであって、複数の加熱コイルは、少なくとも第１加熱コイルと第２加熱コイルを含み、第１加熱コイルと第１半導体スイッチング素子とが直列に接続される第１直列回路と、第２加熱コイルと第２半導体スイッチング素子とが直列に接続される第２直列回路と、第１加熱コイルと第１半導体スイッチング素子の接続点と、第２加熱コイルと第２半導体スイッチング素子の接続点との間に接続される第１共振コンデンサと、を有する第１インバータ回路と、を備え、第１直列回路の両端の内、第１加熱コイル側の一端と、第２直列回路の両端の内、第２半導体スイッチンク素子側の一端とが接続され、第１直列回路の両端の内、第１半導体スイッチング素子側の他端と、第２直列回路の両端の内、第２加熱コイル側の他端とが接続され、第１半導体スイッチング素子には第１コンデンサが並列に接続され、第２半導体スイッチング素子には第２コンデンサが並列に接続される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１加熱コイルと第２加熱コイルが、第１共振コンデンサを有するインバータ回路によって駆動できるので、電磁誘導加熱装置の共振コンデンサ数を半減できる。これにより、複数の加熱コイルを有する電磁誘導加熱装置の回路規模を低減できる。
【０００９】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図２】実施例１の電磁誘導加熱装置の概略全体構成図である。
【図３】実施例１である電磁誘導加熱装置の動作を示す波形図である。
【図４】図３の各動作モードにおける回路動作を示す。
【図５】非磁性鍋および磁性鍋を加熱する時の周波数と入力電力の関係を示す。
【図６】非磁性鍋および磁性鍋を加熱する時の周波数と共振電圧の関係を示す。
【図７】本発明の実施例２である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図８】本発明の実施例３である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図９】実施例３である電磁誘導加熱装置の動作を示す波形図である。
【図１０】本発明の実施例４である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図１１】本発明の実施例５である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図１２】本発明の実施例６である電磁誘導加熱装置における加熱コイルの配置図である。
【図１３】実施例６におけるインバータ回路のＩＧＢＴのゲート信号波形を示す。
【図１４】実施例６の変形例である電磁誘導加熱装置における加熱コイルの配置図である。
【図１５】変形例におけるインバータ回路のＩＧＢＴのゲート信号波形を示す。
【図１６】本発明の実施例７である電磁誘導加熱装置における加熱コイルの配置図である。
【図１７】実施例７におけるインバータ回路のＩＧＢＴのゲート信号波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態である電磁誘導加熱装置は第１インバータ回路で駆動される複数の加熱コイルを備える。ここで、第１インバータ回路は、共振型インバータであり、次のように構成される。複数の加熱コイルは、少なくとも第１加熱コイルと第２加熱コイルを含んでおり、第１加熱コイルと第１半導体スイッチング素子とが、直列に接続されて、第１直列回路を構成し、第２加熱コイルと第２半導体スイッチング素子とが、直列に接続されて、第２直列回路を構成する。第１加熱コイルと第１半導体スイッチング素子の接続点と、第２加熱コイルと前記第２半導体スイッチング素子の接続点との間には、第１共振コンデンサが接続される。
【００１２】
本実施形態によれば、第１加熱コイルと第２加熱コイルが、第１共振コンデンサ、すなわち一個の共振コンデンサを備える第１インバータ回路によって駆動される。これにより、電磁誘導加熱装置の回路規模を低減することができる。
【００１３】
他の実施形態として、さらに、同様の構成の１個ないし複数のインバータ回路（第２〜ｎインバータ回路）を有するものでも良い。
【００１４】
後述する実施例において、上記実施形態における第１インバータ回路、第１加熱コイル、第２加熱コイル、第１半導体スイッチング素子、第２半導体スイッチング素子、第１共振コンデンサは、それぞれ、インバータ回路（４（図４，７，１１），１０（図８））、加熱コイルＬｒ１（図１，７，８，１０，１１）、加熱コイルＬｒ２（図１，７，８，１０，１１）、ＩＧＢＴ１１（図１，７，８，１０，１１）、ＩＧＢＴ１２（図１，７，１０，１１）並びにＩＧＢＴ１５（図８，１１）、共振コンデンサＣｒ１（図１，７，８，１０，１１）に対応する。
【００１５】
なお、半導体スイッチング素子として、各実施例においてはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用されているが、これに限らず、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などを適用しても良い。また、各実施例におけるＩＧＢＴはｎチャネル型であるが、これに限らずｐチャネル型でも良い。
【００１６】
以下、図面を用いながら本発明の実施例を説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【００１８】
商用電源１から整流回路２を介して、インダクタＬ０とコンデンサＣ０からなるＬＣフィルタ３に接続され、フィルタ３の出力であるコンデンサＣ０の両端（ノードｐとノードｎ）にインバータ回路４およびインバータ回路５が接続される。なお、本実施例１において、整流回路２はダイオードブリッジからなる。
【００１９】
インバータ回路４は、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路と、加熱コイルＬｒ２とＩＧＢＴ１２の直列回路が、ＬＣフィルタ３のコンデンサＣ０と並列に接続されている。加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の接続点（ノードａ）と加熱コイルＬｒ２とＩＧＢＴ１２の接続点（ノードｂ）の間に、共振コンデンサＣｒ１が接続されている。インバータ回路５も同様に、加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の直列回路と、加熱コイルＬｒ４とＩＧＢＴ１４の直列回路が、コンデンサＣ０と並列に接続されている。加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の接続点（ノードｃ）と加熱コイルＬｒ４とＩＧＢＴ１４の接続点（ノードｄ）の間には、共振コンデンサＣｒ２が接続されている。
【００２０】
なお、インバータ回路４においては、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端（一端および他端）の内、加熱コイルＬｒ１側の一端と、加熱コイルＬｒ２とＩＧＢＴ１２の直列回路の両端の内、加熱コイルＬｒ２側の一端とが接続される。また、インバータ回路４においては、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１１側の他端と、加熱コイルＬｒ２とＩＧＢＴ１２の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１２側の他端とが接続される。インバータ回路５についても同様である。
【００２１】
ＩＧＢＴ１１には、逆並列にダイオードＤ１が接続されている。ＩＧＢＴ１２には、逆並列にダイオードＤ２が接続されている。ＩＧＢＴ１３には、逆並列にダイオードＤ３が接続されている。ＩＧＢＴ１４には、逆並列にダイオードＤ４が接続されている。これらのダイオードＤ１〜Ｄ４は環流ダイオードとして機能する。
【００２２】
ここで、加熱コイルＬｒ１の共振電流ＩＬ１の向きは、ノードｐからノードａへの方向（図１の矢印方向）を正とし、加熱コイルＬｒ２の共振電流ＩＬ２の向きは、ノードｐからノードｂへの方向（図１の矢印方向）を正とする。
【００２３】
制御回路６は、ＩＧＢＴ１１を駆動するドライブ回路６２−１と、ＩＧＢＴ１２を駆動するドライブ回路６２−２と、ＩＧＢＴ１３を駆動するドライブ回路６２−３と、ＩＧＢＴ１４を駆動するドライブ回路６２−４を備えている。ドライブ回路６２−１，６２−２，６２−３，６２−４は、いずれも駆動信号発生回路６１によって制御される。さらに加熱コイルＬｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｒ４に流れる電流が、それぞれ電流検出器ＣＭ１，ＣＭ２，ＣＭ３，ＣＭ４によって検出される。電流検出器ＣＭ１〜ＣＭ４の各出力は、電流検出部６３を介して演算回路６５に入力される。また、ＩＧＢＴ１１〜１４の各々のコレクタ・エミッタ間に発生する共振電圧が、電圧検出部６４で検出され、演算回路６５に入力される。演算回路６５は、各加熱コイルに流れる電流と、各共振電圧と、電力指令値とに基づいて、各ＩＧＢＴの駆動信号を演算して、各ＩＧＢＴを駆動するドライブ回路に出力する。
【００２４】
図２は、本実施例１の電磁誘導加熱装置の概略全体構成図である。
【００２５】
電磁誘導加熱装置１００は、整流回路２と、ＬＣフィルタ３と、インバータ回路４およびインバータ回路５と、制御回路６と、加熱コイルＬｒ（図１中のＬｒ１〜Ｌｒ４）と、トッププレート７と、磁性体８と、制御回路６に対して加熱や停止もしくは加熱条件などの指令を与える操作部６６と、加熱中であること加熱条件などを表示する表示部６７を含んで構成される。このような電磁誘導加熱装置１００は、トッププレート７に載置された鍋９を、加熱コイルＬｒが発生する高周波の交番磁界によって誘導加熱する。
【００２６】
なお、本実施例１において、加熱対象の鍋９は調理器具である。また、トッププレート７は、磁気損失の少ない耐熱ガラスなどで構成され、加熱コイルＬｒの上面を覆っている。さらに、磁性体８は、例えば高い透磁率を持つフェライトで構成され、加熱コイルＬｒの下面に設けられる。
【００２７】
図３は、実施例１である電磁誘導加熱装置の動作を示す波形図である。また、図４は、図３の各動作モード（Ｍ１〜Ｍ８）における回路動作を示す。以下、これら図３，４を用いて、インバータ回路４の動作について説明する。なお、インバータ回路５についてはインバータ回路４と同様の動作であるため説明を省略する。
【００２８】
モードＭ１において、ＩＧＢＴ１１はオン、ＩＧＢＴ１２はオフしている。モードＭ１では、コンデンサＣ０から加熱コイルＬｒ２、共振コンデンサＣｒ１、ＩＧＢＴ１１をこの順に通る経路（図４のモードＭ１における実線矢印）に電流が流れる。また、加熱コイルＬｒ２、共振コンデンサＣｒ１、加熱コイルＬｒ１をこの順に通る経路（図４のモードＭ１における破線矢印）に電流が流れる。この時、ＩＧＢＴ１２のコレクタ電圧は、共振コンデンサＣｒ１と加熱コイルＬｒ１および加熱コイルＬｒ２の各インダクタンスの共振動作によって、正弦波状に上昇する。このため、モードＭ１開始時点におけるＩＧＢＴ１２のターンオフ動作は、ゼロボルトスイッチング（以下、ＺＶＳ（Zero Voltage Switching）と記す）となる。加熱コイルＬｒ１の電流ＩＬ１が負から正に反転すると、動作モードはモードＭ１からモードＭ２に遷移する。
【００２９】
モードＭ２では、コンデンサＣ０から加熱コイルＬｒ１、ＩＧＢＴ１１をこの順に通る経路（図４のモードＭ２における実線矢印）と、コンデンサＣ０から加熱コイルＬｒ２、共振コンデンサＣｒ１、ＩＧＢＴ１１をこの順に通る経路（図４のモードＭ２における破線矢印）に電流が流れる。このときのＩＧＢＴ１２のコレクタ電圧は、極大値まで上昇する。加熱コイル電流ＩＬ２が正から負に反転すると、動作モードはモードＭ２からモードＭ３に遷移する。
【００３０】
モードＭ３では、加熱コイルＬｒ２、加熱コイルＬｒ１、共振コンデンサＣｒ１をこの順に通る経路（図４のモードＭ３における破線矢印）と、コンデンサＣ０から加熱コイルＬｒ１、ＩＧＢＴ１１をこの順に通る経路（図４のモードＭ３における実線矢印）に電流が流れる。この時、ＩＧＢＴ１２のコレクタ電圧は極大値から正弦波状に減少する。ＩＧＢＴ１２のコレクタ電圧が０Ｖになると、ダイオードＤ２がオンし、動作モードはモードＭ３からモードＭ４に遷移する。
【００３１】
モードＭ４では、コンデンサＣ０から加熱コイルＬｒ１、ＩＧＢＴ１１をこの順に通る経路（図４のモードＭ４における実線矢印）と、加熱コイルＬｒ２、加熱コイルＬｒ１、ＩＧＢＴ１１、ダイオードＤ２をこの順に通る経路（図４のモードＭ４における破線矢印）に電流が流れる。この時、ＩＧＢＴ１１およびダイオードＤ２には、共振電流が流れるため、入力電流（但し、ダイオードＤ２では零）に共振電流が加算された電流が流れる。制御回路６がＩＧＢＴ１１をターンオフすると同時にＩＧＢＴ１２をターンオンすると、動作モードはモードＭ４からモードＭ５に遷移する。
【００３２】
モードＭ５において、ＩＧＢＴ１１はオフ、ＩＧＢＴ１２はオンしている。モードＭ５では、コンデンサＣ０から加熱コイルＬｒ１、共振コンデンサＣｒ１、ＩＧＢＴ１２をこの順に通る経路（図４のモードＭ５における実線矢印）と、加熱コイルＬｒ２、加熱コイルＬｒ１、共振コンデンサＣｒ１をこの順に通る経路（図４のモードＭ５における破線矢印）に電流が流れる。この時、ＩＧＢＴ１１のコレクタ電圧は、共振コンデンサＣｒ１と加熱コイルＬｒ１および加熱コイルＬｒ２のインダクタンスの共振動作によって、正弦波状に上昇する。このため、モードＭ５開始時点におけるＩＧＢＴ１１のターンオフ動作は、ＺＶＳとなる。加熱コイルＬｒ２の電流ＩＬ２が負から正に反転すると、動作モードはモードＭ５からモードＭ６に遷移する。
【００３３】
モードＭ６では、コンデンサＣ０から加熱コイルＬｒ１、共振コンデンサＣｒ１、ＩＧＢＴ１２をこの順に通る経路（図４のモードＭ６における実線矢印）と、コンデンサＣ０から加熱コイルＬｒ２、ＩＧＢＴ１２をこの順に通る経路（図４のモードＭ６における破線矢印）に電流が流れる。このときのＩＧＢＴ１１のコレクタ電圧は極大値まで上昇する。加熱コイルＬｒ１の電流ＩＬ１が正から負に反転すると、動作モードはモードＭ６からモードＭ７に遷移する。
【００３４】
モードＭ７では、加熱コイルＬｒ２、共振コンデンサＣｒ１、加熱コイルＬｒ１をこの順に通る経路（図４のモードＭ７における破線矢印）と、コンデンサＣ０から加熱コイルＬｒ２、ＩＧＢＴ１２をこの順に通る経路（図４のモードＭ３における実線矢印）に電流が流れる。この時、ＩＧＢＴ１１のコレクタ電圧は、極大値から正弦波状に減少する。ＩＧＢＴ１１のコレクタ電圧が０Ｖになると、ダイオードＤ１がオンし、動作モードはモードＭ７からモードＭ８に遷移する。
【００３５】
モードＭ８では、コンデンサＣ０から加熱コイルＬｒ２、ＩＧＢＴ１２をこの順に通る経路（図４のモードＭ８における実線矢印）と、加熱コイルＬｒ１、加熱コイルＬｒ２、ＩＧＢＴ１２、ダイオードＤ１をこの順に通る経路（図４のモードＭ８における破線矢印）に電流が流れる。この時、ＩＧＢＴ１２およびダイオードＤ１には、共振電流が流れるため、入力電流（但し、ダイオードＤ１では零）に共振電流が加算された電流が流れる。モードＭ８において、制御回路６がＩＧＢＴ１２をターンオフすると同時にＩＧＢＴ１１をターンオンすると、動作モードは、モードＭ８からモードＭ１にもどる。
【００３６】
以上のモードＭ１〜Ｍ８の８種類の動作モードを繰り返すことで、加熱コイルＬｒ１およびＬｒ２に流れる高周波の共振電流ＩＬ１およびＩＬ２によって発生する高周波の交番磁界によって、加熱コイルＬｒ１およびＬｒ２の上側のトッププレート７上に載置された鍋９が誘導加熱される。
【００３７】
次にインバータの電力制御方法を、図５および図６を用いて説明する。
【００３８】
図５は、非磁性鍋および磁性鍋を加熱する時の周波数と入力電力の関係を示す。入力電力は、鍋の材質によらず、インバータの駆動周波数により制御することができる。また、非磁性鍋は、磁性鍋よりもインダクタンスおよび電気抵抗が小さいため、同一の周波数において、磁性鍋よりも入力電力が大きくなる。このため、非磁性鍋は、磁性鍋よりも高い周波数帯を使い入力電力を制御する。
【００３９】
図６は、非磁性鍋および磁性鍋を加熱する時の周波数と共振電圧の関係を示す。共振電圧は、周波数を高くすると、入力電力が低下するため（図５参照）、低くなる。共振電圧は、ＩＧＢＴのコレクタに印加されるため、ＩＧＢＴの素子耐圧以下になるように制御される。
【００４０】
上述のように、本実施例１によれば、二つの加熱コイル（インバータ回路４ではＬｒ１およびＬｒ２）に対して、一つの共振コンデンサＣｒ１を用いて、加熱コイルに高周波電流を供給するので、電磁誘導加熱装置の回路規模を低減できる。また、ＩＧＢＴに流れる共振電流は一部の期間（モード４，８）しか流れないため、ＩＧＢＴの電力損失を低減できる。従って、これにより、誘導加熱調理器などの電磁誘導加熱装置を小型化できたり、低コスト化できたりする。
【実施例２】
【００４１】
図７は、本発明の実施例２である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。
【００４２】
図７に示すように、本実施例２の電磁誘導加熱装置１００の回路においては、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の接続点（ノードａ）を共通端子とし、ノードａと、加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の接続点（ノードｃ）の間に共振コンデンサＣｒ２が接続され、ノードａと、加熱コイルＬｒ４とＩＧＢＴ１４の接続点（ノードｄ）の間に共振コンデンサＣｒ３が接続される。このようにして、実施例１と同様の共振コンデンサＣｒ１を備えるインバータ回路のほかに、共振コンデンサＣｒ２を備えるインバータ回路と、共振コンデンサＣｒ３を備えるインバータ回路が構成される。
【００４３】
ここで、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端（一端および他端）の内、加熱コイルＬｒ１側の一端と、加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の直列回路の両端の内、加熱コイルＬｒ３側の一端とが接続され。また、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１１側の他端と、加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１３側の他端とが接続される。また、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端の内、加熱コイルＬｒ１側の一端と、加熱コイルＬｒ４とＩＧＢＴ１４の直列回路の両端の内、加熱コイルＬｒ４側の一端とが接続され。また、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１１側の他端と、加熱コイルＬｒ４とＩＧＢＴ１４の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１４側の他端とが接続される。
【００４４】
他の構成は、実施例１の電磁誘導加熱装置と同様である。また、回路動作も実施例１と同様である。
【００４５】
本実施例２によれば、ＩＧＢＴ１１および加熱コイルＬｒ１の直列回路と共にインバータ回路を構成する他の直列回路を、複数（本実施例２では三個）の直列回路から任意に選択できる。これにより、電磁誘導加熱装置において加熱したい領域を選択的に変更可能となる。
【実施例３】
【００４６】
図８は、本発明の実施例３である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。なお、本図８において、制御回路６における電圧検出部６４および電圧検出部６４の入出力は、図が繁雑になるため、図示を省略している（後述する図１０，１１も同様）。
【００４７】
商用電源１から整流回路２を介して、フィルタ３に接続され、フィルタ３の出力であるコンデンサＣ０の正極端子のノードｐと負極端子のノードｎとの間に、インバータ回路４及びインバータ回路５が接続される。
【００４８】
インバータ回路１０は、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路と、ＩＧＢＴ１５と加熱コイルＬｒ２の直列回路が、コンデンサＣ０と並列に接続されている。加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の接続点（ノードａ）と、ＩＧＢＴ１５と加熱コイルＬｒ２の接続点（ノードｂ）の間に共振コンデンサＣｒ１が接続されている。インバータ回路２０も同様に加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の直列回路と、ＩＧＢＴ１６と加熱コイルＬｒ４の直列回路が、コンデンサＣ０と並列に接続されている。加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の接続点（ノードｃ）と、ＩＧＢＴ１６と加熱コイルＬｒ４の接続点（ノードｄ）の間に共振コンデンサＣｒ２が接続されている。
【００４９】
本実施例３において、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路と共にインバータ回路１０を構成する、ＩＧＢＴ１５と加熱コイルＬｒ２の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１５側の一端（コレクタ）がコンデンサＣ０の正極端子に接続され、加熱コイルＬｒ２側の他端がコンデンサＣ０の負極端子に接続される。また、加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の直列回路と共にインバータ回路２０を構成する、ＩＧＢＴ１６と加熱コイルＬｒ４の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１６側の一端（コレクタ）がコンデンサＣ０の正極端子に接続され、加熱コイルＬｒ４側の他端がコンデンサＣ０の負極端子に接続される。
【００５０】
従って、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端（一端および他端）の内、加熱コイルＬｒ１側の一端と、ＩＧＢＴ１５と加熱コイルＬｒ２の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１５側の一端とが接続され。また、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１１側の他端と、ＩＧＢＴ１５と加熱コイルＬｒ２の直列回路の両端の内、加熱コイルＬｒ２側の他端とが接続される。
【００５１】
ＩＧＢＴ１１には、逆並列にダイオードＤ１が接続されている。ＩＧＢＴ１５には、逆並列にダイオードＤ５が接続されている。ＩＧＢＴ１３には、逆並列にダイオードＤ３が接続されている。ＩＧＢＴ１６には、逆並列にダイオードＤ６が接続されている。これらのダイオードＤ１，Ｄ５，Ｄ３，Ｄ６は環流ダイオードとして機能する。
【００５２】
ＩＧＢＴ１１，１５，１３，１６には、コレクタ・エミッタ間に、それぞれ、スナバコンデンサ２１，２２，２３，２４が接続される。
【００５３】
ここで、加熱コイルＬｒ１の共振電流ＩＬ１の向きは、コンデンサＣ０の正極端子からノードａへの方向（図８の矢印方向）を正とし、加熱コイルＬｒ２の共振電流ＩＬ２の向きは、ノードｂからコンデンサＣ０の負極端子への方向（図１の矢印方向）を正とする。
【００５４】
制御回路６は、ＩＧＢＴ１１を駆動するドライブ回路６２−１と、ＩＧＢＴ１５を駆動するドライブ回路６２−２と、ＩＧＢＴ１３を駆動するドライブ回路６２−３と、ＩＧＢＴ１６を駆動するドライブ回路６２−４を備えている。ドライブ回路６２−１，６２−２，６２−３，６２−４は、いずれも駆動信号発生回路６１によって制御される。さらに加熱コイルＬｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｒ４に流れる電流が、それぞれ電流検出器ＣＭ１，ＣＭ２，ＣＭ３，ＣＭ４によって検出される。電流検出器ＣＭ１〜ＣＭ４の各出力は、電流検出部６３を介して演算回路６５に入力される。また、図８においては図示されないが、実施例１と同様に、ＩＧＢＴ１１〜１４の各々のコレクタ・エミッタ間に発生する共振電圧が、電圧検出部（６４）で検出され、演算回路６５に入力される。演算回路６５は、各加熱コイルに流れる電流と、各共振電圧と、電力指令値とに基づいて、各ＩＧＢＴの駆動信号を演算して、各ＩＧＢＴを駆動するドライブ回路に出力する。
【００５５】
図９は、実施例３である電磁誘導加熱装置の動作を示す波形図である。図９中に、動作モードとしてモードＭ１１〜Ｍ１６を示す。以下、図９および前述の図８を用いて、インバータ回路１０の動作について説明する。なお、インバータ回路２０についてはインバータ回路１０と同様の動作であるため説明を省略する。
【００５６】
モードＭ１１において、ＩＧＢＴ１１はオンしており、ＩＧＢＴ１５はオフしている。ＩＧＢＴ１５のコレクタ電圧は、コンデンサＣ０の正極・負極端子間に共振コンデンサＣｒ１の電圧を加算した値を有する。ＩＧＢＴ１１のコレクタ電圧は、ほぼ０Ｖである。
【００５７】
コンデンサＣ０から加熱コイルＬｒ１、ＩＧＢＴ１１を通る経路と、加熱コイルＬｒ２、共振コンデンサＣｒ１、ＩＧＢＴ１１を通る経路に電流が流れる。ＩＧＢＴ１５はオフしているので、ＩＧＢＴ１５に電流は流れない。制御回路６がＩＧＢＴ１１をターンオフすると、動作モードは、モードＭ１１からモードＭ１２に遷移する。
【００５８】
モードＭ１２において、ＩＧＢＴ１１とＩＧＢＴ１５は、オフしている。加熱コイルＬｒ１およびＬｒ２に蓄えられたエネルギーにより、加熱コイルＬｒ１、スナバコンデンサ２１、コンデンサＣ０を通る経路と、加熱コイルＬｒ１、スナバコンデンサ２１、加熱コイルＬｒ２、スナバコンデンサ２２を通る経路と、加熱コイルＬｒ１、共振コンデンサＣｒ１、加熱コイルＬｒ２、コンデンサＣ０を通る経路に電流が流れる。このとき、ＩＧＢＴ１１のコレクタ電圧は、スナバコンデンサ２１によって緩やかに上昇するので、ＩＧＢＴ１１は、ＺＶＳでターンオフされる。このため、ＩＧＢＴ１１のスイッチング損失が低減する。ＩＧＢＴ１１のコレクタ電圧（ノードａの電圧）が、コンデンサＣ０の正極端子の電圧を超えると、動作モードはモードＭ１２からモードＭ１３に遷移する。
【００５９】
モードＭ１３において、ダイオードＤ５がオンし、ダイオードＤ５、加熱コイルＬｒ１、共振コンデンサＣｒ１を通る経路と、加熱コイルＬｒ２、ダイオードＤ５、コンデンサＣ０を通る経路に電流が流れる。制御回路６は、このようなダイオードＤ５の通電期間中に、ＩＧＢＴ１５をターンオンする。ダイオードＤ５に流れる電流が減衰して零になると、動作モードはモードＭ１３からモードＭ１４に遷移する。
【００６０】
モードＭ１４において、ＩＧＢＴ１５に正方向の電流が流れ出す時、ＩＧＢＴ１５は既にオンしているため、実質ＺＶＳとなり、スイッチング損失が低減する。共振コンデンサＣｒ１に蓄えられたエネルギーにより、共振コンデンサＣｒ１から加熱コイルＬｒ１、ＩＧＢＴ１５を通る経路と、コンデンサＣ０からＩＧＢＴ１５、加熱コイルＬｒ２を通る経路に電流が流れる。これにより、加熱コイルＬｒ１およびＬｒ２にエネルギーが蓄積される。制御回路６がＩＧＢＴ１５をターンオフすると、動作モードはモードＭ１４からモードＭ１５に遷移する。
【００６１】
モードＭ１５において、ＩＧＢＴ１１とＩＧＢＴ１５は、オフしている。加熱コイルＬｒ１およびＬｒ２に蓄えられたエネルギーにより、加熱コイルＬｒ２、コンデンサＣ０、スナバコンデンサ２２を通る経路と、加熱コイルＬｒ１、スナバコンデンサ２２、加熱コイルＬｒ２、スナバコンデンサ２１を通る経路と、加熱コイルＬｒ１、スナバコンデンサ２２、共振コンデンサＣｒ１を通る経路に電流が流れる。このとき、ＩＧＢＴ１５のコレクタ電圧は、スナバコンデンサ２２によって緩やかに上昇するので、ＩＧＢＴ１５は、ＺＶＳでターンオフされる。このため、ＩＧＢＴ１５のスイッチング損失が低減する。ＩＧＢＴ１５のコレクタ電圧（ノードａの電圧）が、コンデンサＣ０の正極端子の電圧を超えると、動作モードはモードＭ１５からモードＭ１６に遷移する。
【００６２】
モードＭ１６において、ダイオードＤ１がオンし、ダイオードＤ１、共振コンデンサＣｒ１、加熱コイルＬｒ２を通る経路と、ダイオードＤ１、加熱コイルＬｒ１、コンデンサＣ０を通る経路に電流が流れる。制御回路６は、このようなダイオードＤ１の通電期間中に、ＩＧＢＴ１１をターンオンする。ダイオードＤ１に流れる電流が減衰して零になると、動作モードはモードＭ１６からモードＭ１１に戻る。
【００６３】
以上のモードＭ１１〜Ｍ１６の６種類の動作モードを繰り返すことで、加熱コイルＬｒ１およびＬｒ２に流れる高周波の共振電流ＩＬ１およびＩＬ２によって発生する高周波の交番磁界によって、加熱コイルＬｒ１およびＬｒ２の上側のトッププレート７上に載置された鍋９が誘導加熱される。
【００６４】
本実施例３によれば、ＩＧＢＴ１１のターンオフ時に、共振コンデンサＣｒ１およびＩＧＢＴ１５を含む回路部が、アクティブクランプとして機能する。さらに、ＩＧＢＴ１５のターンオフ時に、共振コンデンサＣｒ１およびＩＧＢＴ１１を含む回路部が、アクティブクランプとして機能する。すなわち、本実施例３のインバータ１０，２０はアクティブクランプ電圧共振インバータとなり、共振電圧の大きさが低減できる。このため、ＩＧＢＴを低耐圧化できるので、電磁誘導加熱装置を低損失化できたり、低コスト化できたりする。
【実施例４】
【００６５】
図１０は、本発明の実施例４である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。以下、主に、実施例３と異なる点について説明する。なお、各インバータ回路の具体的な動作は実施例３と同様である。
【００６６】
本実施例４においては、実施例３（図８）と異なり、ノードｂとノードｃの間に共振コンデンサＣｒ３が接続される。これにより、インバータ回路１０，２０に加えて、インバータ回路１０の加熱コイルＬｒ２とＩＧＢＴ１２およびスナバコンデンサ２２と、インバータ回路２０の加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３およびスナバコンデンサ２３とで、インバータ回路３０が構成される。
【００６７】
ここで、ＩＧＢＴ１２と加熱コイルＬｒ２の直列回路の両端（一端および他端）の内、ＩＧＢＴ１２側の一端と、加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の直列回路の両端の内、加熱コイルＬｒ３側の一端とが接続される。また、ＩＧＢＴ１２と加熱コイルＬｒ２の直列回路の両端の内、加熱コイルＬｒ２側の他端と、加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１３側の他端とが接続される。
【００６８】
インバータ回路３０を動作させて、加熱コイルＬｒ２およびＬｒ３に高周波電流を流し、加熱コイルＬｒ２およびＬｒ３上部にトッププレート７を介して載置される鍋を加熱する。従って、隣り合う加熱コイルとＩＧＢＴとスナバコンデンサによりインバータ回路を構成することができる。これにより、鍋の加熱したい領域における加熱コイルに通電するインバータを駆動することで、鍋における所望の領域を選択的に加熱することができる。また、時間分割によりインバータ回路を選択して動作させることにより、鍋の加熱領域を時間的に変化することができるため、鍋の内容物に対流を起こして均一に加熱することができる。
【実施例５】
【００６９】
図１１は、本発明の実施例５である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。以下、主に、実施例３と異なる点について説明する。なお、各インバータ回路の具体的な動作は実施例３と同様である。
【００７０】
本実施例５においては、実施例３（図８）とは異なり、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の接続点（ノードａ）を共通端子とし、ノードａと、加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の接続点（ノードｃ）の間に共振コンデンサＣｒ２が接続され、ノードａと、ＩＧＢＴ１６と加熱コイルＬｒ４の接続点（ノードｄ）の間に共振コンデンサＣｒ３が接続される。
【００７１】
ここで、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端（一端および他端）の内、加熱コイルＬｒ１側の一端と、加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の直列回路の両端の内、加熱コイルＬｒ３側の一端とが接続される。また、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１１側の他端と、加熱コイルＬｒ３とＩＧＢＴ１３の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１３側の他端とが接続される。さらに、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端の内、加熱コイルＬｒ１側の一端と、ＩＧＢＴ１６と加熱コイルＬｒ４の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１６側の一端とが接続され。また、加熱コイルＬｒ１とＩＧＢＴ１１の直列回路の両端の内、ＩＧＢＴ１１側の他端と、ＩＧＢＴ１６と加熱コイルＬｒ４の直列回路の両端の内、加熱コイルＬｒ４側の他端とが接続される。
【００７２】
他の構成は、実施例３の電磁誘導加熱装置と同様である。また、インバータ回路４，５，４０の回路動作も実施例３と同様である。
【００７３】
本実施例５によれば、ＩＧＢＴ１１および加熱コイルＬｒ１の直列回路と共にインバータ回路を構成する他の直列回路を、複数（本実施例２では三個）の直列回路から任意に選択できる。これにより、電磁誘導加熱装置において加熱したい領域を選択的に変更可能となる。従って、実施例４と同様に、鍋における所望の領域を選択的に加熱することができる。また、実施例４と同様に、鍋の内容物に対流を起こして均一に加熱することができる。
【００７４】
本実施例においても、実施例４と同様に、加熱したい領域の加熱コイルに通電するインバータを駆動することで選択的に加熱部分の決定することができる。また、時間分割によりインバータ回路を選択することで、加熱領域を時間的に変化することができるため、鍋の内容物に対流を起こし、均一に加熱することができる。
【００７５】
さらに、本実施例５によれば、複数の加熱コイルの内、隣り合う加熱コイル以外でも、任意の２個の加熱コイルによりインバータ回路を構成できるので、加熱領域の設定の自由度が大きくなる。
【実施例６】
【００７６】
図１２は、本発明の実施例６である電磁誘導加熱装置における加熱コイルの配置図である。また、図１３は、本実施例６におけるインバータ回路のＩＧＢＴのゲート信号波形を示す。なお、本実施例６の加熱コイルは、実施例１（図１）のインバータ回路によって通電される。
【００７７】
図１２に示すように、加熱コイルＬｒ１〜Ｌｒ４は縦横に整列に配置されている。これらの加熱コイルには、実施例１のインバータ回路によって高周波電流が流れる。この時、図１３に示すように、ＩＧＢＴ１１とＩＧＢＴ１２には相補的なゲート信号が与えられ、ＩＧＢＴ１３とＩＧＢＴ１４にも相補的なゲート信号が与えられる。ここで、ＩＧＢＴ１１とＩＧＢＴ１３のゲート信号は同位相であり、ＩＧＢＴ１２とＩＧＢＴ１４のゲート信号も同位相である。
【００７８】
図１３に示すゲート信号によってインバータ回路のＩＧＢＴが駆動されると、各加熱コイルには、図１２中の左図に実線矢印で示すようなコイル電流が流れる。この時、加熱コイル上の鍋には、図１２中の右図に破線矢印で示すような渦電流が流れようとするが、加熱コイルＬｒ１およびＬｒ３上の領域間、並びに加熱コイルＬｒ２およびＬｒ４上の領域間では、渦電流同士が打ち消し合う。したがって、渦電流経路は、図１２中の右図に実線矢印で示すように、加熱コイルＬｒ１およびＬｒ３上に位置する経路と、加熱コイルＬｒ２およびＬｒ４上に位置する経路となる。また、加熱コイルＬｒ１およびＬｒ２上の領域間、並びに加熱コイルＬｒ３およびＬｒ４上の領域間では渦電流同士が強め合うため、この部分の発熱量を増加することができる。
【００７９】
図１４は、実施例６の変形例である電磁誘導加熱装置における加熱コイルの配置図である。また、図１５は、本変形例におけるインバータ回路のＩＧＢＴのゲート信号波形を示す。なお、本変形例の加熱コイルは、実施例１（図１）のインバータ回路によって通電される。
【００８０】
本変形例においては、図１５に示すように、ＩＧＢＴ１１とＩＧＢＴ１２には相補的なゲート信号が与えられ、ＩＧＢＴ１３とＩＧＢＴ１４にも相補的なゲート信号が与えられる。ここで、ＩＧＢＴ１１とＩＧＢＴ１３のゲート信号の位相は互いに反転位相であり、ＩＧＢＴ１２とＩＧＢＴ１４のゲート信号の位相も互いに反転位相である。
【００８１】
図１５に示すゲート信号によってインバータ回路のＩＧＢＴが駆動されると、各加熱コイルには、図１４中の左図に実線矢印で示すようなコイル電流が流れる。ここで、加熱コイルＬｒ３およびＬｒ４に流れる電流の向きが、それぞれ実施例６（図１２中の右図）とは逆方向となる。このため、加熱コイル上の鍋には、図１４中の右図に破線矢印で示すような渦電流が流れようとするが、実施例とは異なり、加熱コイルＬｒ１およびＬｒ３上の領域間、並びに加熱コイルＬｒ２およびＬｒ４上の領域間では、渦電流同士が強め合う。したがって、渦電流経路は、図１４中の右図に実線矢印で示すように、隣接する加熱コイル間の間隙上の領域の渦電流が増加し、この領域の発熱量が増加する。
【００８２】
本実施例６および変形例から判るように、ＩＧＢＴのゲート信号を変更することで、鍋の発熱領域を変更することができる。これにより、鍋の内容物に対流を発生させ、ムラなく鍋内の食材を加熱することができる。
【実施例７】
【００８３】
図１６は、本発明の実施例７である電磁誘導加熱装置における加熱コイルの配置図である。また、図１７は、本実施例７におけるインバータ回路のＩＧＢＴのゲート信号波形を示す。なお、本実施例７の加熱コイルは、実施例１（図１）のインバータ回路によって通電される。
【００８４】
図１６に示すように、加熱コイルＬｒ１を中心にして、加熱コイルＬｒ２〜Ｌｒ４が加熱コイルＬｒ１の周囲に配置される。
【００８５】
図１７に示すようなゲート信号により、ＩＧＢＴ１１は、所定の期間において連続的にオン状態にされる。また、ＩＧＢＴ１２〜１４は、ＩＧＢＴ１１のオン期間内において、時間分割で動作させる。すなわち、ＩＧＢＴ１２〜１４は、この順に、所定の時間間隔にて、ＩＧＢＴ１１のオン期間よりも短い期間で順次オン状態にされる。なお、ＩＧＢＴ１２〜１４のオン期間はオーバーラップしない。このように、ＩＧＢＴ１１〜１４を動作することにより、加熱コイルＬｒ１上の領域を中心にして加熱コイルＬｒ２〜Ｌｒ４上の領域を周期的に加熱できる。これにより、鍋の内容物に対流を発生させ、ムラなく鍋内の食材を加熱することができる。
【００８６】
なお、ＩＧＢＴ１２〜１４の通電期間の幅や間隔は、本実施例７のものに限らず、任意に設定できる。
【００８７】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
【００８８】
例えば、加熱コイル数は、任意の複数個で良い。また、加熱対象は、鍋などの調理器具に限らず、他の器具でも良い。
【符号の説明】
【００８９】
１  商用電源
２  整流回路
３  フィルタ
４，５，１０，２０，３０，４０  インバータ回路
６  制御回路
７  トッププレート
８  磁性体
９  鍋
１１，１２，１３，１４，１５，１６  ＩＧＢＴ
２１，２２，２３，２４  スナバコンデンサ
６１  駆動信号発生回路
６２−１，６２−２，６２−３，６２−４  ドライブ回路
６３  電流検出部
６４  電圧検出部
６５  演算回路
６６  操作部
６７  表示部
１００  電磁誘導加熱装置
Ｌｒ，Ｌｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｒ４  加熱コイル
Ｌ０  インダクタ
Ｃ０  コンデンサ
ＣＭ１，ＣＭ２，ＣＭ３，ＣＭ４  電流検出器
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４  ダイオード
【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】
0006666750.tif 000009
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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