(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、直流電源に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチの直列体と、第１、第２の半導体スイッチにそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子と、第１、第２の半導体スイッチの接続点と直流電源の間に接続される、加熱コイルと共振コンデンサの直列回路と、第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御する制御手段と、第１または第２の半導体スイッチと並列に接続され、共振回路を備えた補助共振手段とを備え、第１または第２の半導体スイッチがオン状態となる前に補助共振手段に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチを導通状態とする誘導加熱装置。
【請求項２】
第１または第２の半導体スイッチの一方または両方にスナバコンデンサを接続した請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
制御手段は、第１、第２の半導体スイッチの切り替え時に生じる非導通時間の一方を固定とし、もう一方の非導通時間を可変とする請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
第１、第２の半導体スイッチの導通時間をほぼ同じとし、入力電力に応じて第１、第２の半導体スイッチの導通時間を変えるとともに、非導通時間の一方を可変して一定周波数で動作させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
補助共振手段は、第３の半導体スイッチと補助共振コイルと補助共振コンデンサの直列回路と、第３の半導体スイッチを逆並列に接続された第３の逆導通素子とを有し、所定のタイミングで補助共振コンデンサに蓄えられたエネルギーを第３の半導体スイッチを用いて第１または第２の逆導通素子に供給する請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
第３の半導体スイッチは、可変する非導通時間が終了し、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に導通状態とし、導通状態となった第１または第２の半導体スイッチが非導通状態になる前に非導通状態となるように動作させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
補助共振コンデンサの容量をスナバコンデンサの容量より大とした請求項５または６に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
加熱コイルと共振コンデンサからなる共振回路の共振周波数が動作周波数より低い場合には、非導通時間を固定とし導通時間比で入力電力制御を行う請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
加熱コイルと共振コンデンサからなる共振回路の共振周波数が動作周波数より低い場合には、補助共振手段を動作させない請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
加熱コイルと共振コンデンサからなる共振回路の共振周波数が動作周波数より低い場合には、第１または第２の半導体スイッチの非導通状態への動作遷移時と第３の半導体スイッチの導通状態への動作遷移時をほぼ同時とする請求項８に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、誘導加熱装置としては種々の回路構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これは、図６に示すように、直流電源１と並列に第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４の直列体が接続され、第１の半導体スイッチ５には加熱コイル３と共振コンデンサ２の直列接続体と、スナバコンデンサ７および第１の逆導通素子１５が接続され、第２の半導体スイッチ４には第２の逆導通素子１４が接続され、更に鍋などの負荷６は加熱コイル３と磁気的に結合する様に加熱コイル３の直上に配置されている。
【０００４】
そして、第２の半導体スイッチ４が導通すると、加熱コイル３に直流電源１と共振コンデンサ２の電圧の差で決まる電流が供給される。次に、第２の半導体スイッチ４を非導通状態にすると、スナバコンデンサ７に蓄えられた電荷が加熱コイル３を通して共振コンデンサ２に移動し、スナバコンデンサ７の電荷がなくなった後は第１の逆導通素子１５が導通することで、加熱コイル３から共振コンデンサ２に電流が流れることになる。この第１の逆導通素子１５が導通しているタイミングで、第１の半導体スイッチ５を導通状態としておくことで、加熱コイル３の電力が共振コンデンサ２に遷移した後、共振コンデンサ２を電源として加熱コイル３に電力を供給することになる。さらに、所定時間が経過した後、第１の半導体スイッチ５を非導通状態にすると、スナバコンデンサ７に電荷を蓄えた後、第２の逆導通素子１４を通して加熱コイル３に蓄えられた電力を直流電源１に回生することになる。この回生期間に、再び第２の半導体スイッチ４を導通状態にすることで最初の動作に戻ることになる。
【０００５】
ここで、スナバコンデンサ７は、第１および第２の半導体スイッチ５、４が非導通状態になる際に電圧を緩やかに増加させることで、半導体スイッチのターンオフ時の損失を減少させる役割を担っている。また、この誘導加熱装置は、共振コンデンサ２の容量を加熱コイル３と共振コンデンサ２で形成される共振回路の共振周波数の近傍に設定しなければ必要な電力が確保されず、一方、負荷６の種類によって共振周波数は大きく異なるため、制御手段８が駆動周波数を共振周波数の近くに併せる制御、つまり駆動周波数を変化させて制御を行っている。
【特許文献１】特開平５−１１４４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、負荷６の種類が変わった場合に駆動周波数を変化させることで、入力電力を確保する必要が生じる。一方、制御手段８は、共振コンデンサ２と加熱コイル３によって形成される共振回路の共振周波数に入力電力が大きく依存するため、入力電力を安定に確保するためには負荷６に応じて第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４の駆動周波数を変える必要がある。このため、誘導加熱装置が複数のバーナを持つ場合には、互いの駆動周波数差の周波数による干渉音が発生する課題を有することになる。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、加熱コイルから放射される商用電源の周波数成分が少なく、隣接バーナ間で発生する負荷間の干渉音のない騒音の少ない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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、直流電源と、直流電源に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチの直列体と、第１、第２の半導体スイッチにそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子と、第１、第２の半導体スイッチの接続点と直流電源の間に接続される、加熱コイルと共振コンデンサの直列回路と、第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御する制御手段と、第１または第２の半導体スイッチと並列に接続され、共振回路を備えた補助共振手段とを備え、第１または第２の半導体スイッチがオン状態となる前に補助共振手段に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチを導通状態とするものである。
【０００９】
これによって、加熱コイルを流れる電流は常に共振コンデンサを通過することになり、電源の周波数成分を持った電流が加熱コイルに印可されることが減少するため、加熱コイルから電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能になるとともに、第１または第２の半導体スイッチが導通状態になる直前に補助共振手段により第１または第２の逆導通素子に電流を流すことで、第１または第２の半導体スイッチのターンオン時におけるスイッチング損失を抑制することができるため、加熱コイルに流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことができ、隣接バーナ間で発生する負荷間の干渉音のない騒音の少ないものとすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の誘導加熱装置は、加熱コイルから放射される商用電源の周波数成分が少なく、隣接バーナ間で発生する負荷間の干渉音のない騒音の少ないものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、直流電源と、直流電源に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチの直列体と、第１、第２の半導体スイッチにそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子と、第１、第２の半導体スイッチの接続点と直流電源の間に接続される、加熱コイルと共振コンデンサの直列回路と、第１、第２の半導体スイッチの導通時間を制御する制御手段と、第１または第２の半導体スイッチと並列に接続され、共振回路を備えた補助共振手段とを備え、第１または第２の半導体スイッチがオン状態となる前に補助共振手段に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチを導通状態とすることにより、加熱コイルを流れる電流は常に共振コンデンサを通過することになり、電源の周波数成分を持った電流が加熱コイルに印可されることが減少するため、加熱コイルから電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能になるとともに、第１または第２の半導体スイッチが導通状態になる直前に補助共振手段により第１または第２の逆導通素子に電流を流すことで、第１または第２の半導体スイッチのターンオン時におけるスイッチング損失を抑制することができるため、加熱コイルに流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことができ、隣接バーナ間で発生する負荷間の干渉音のない騒音の少ないものとすることができる。
【００１２】
第２の発明は、特に、第１の発明において、第１または第２の半導体スイッチの一方または両方にスナバコンデンサを接続したことにより、第１および第２の半導体スイッチのターンオフ時のコレクタ−エミッタ間の電圧の急峻な立ち上がりをスナバコンデンサにより抑えることができるため、ターンオフ損失を大幅に減少させることができる。このため、簡易な冷却構成をとることができ、小形で騒音の少ない誘導加熱装置を実現できるものである。
【００１３】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、制御手段は、第１、第２の半導体スイッチの切り替え時に生じる非導通時間の一方を固定とし、もう一方の非導通時間を可変とすることにより、補助共振手段は第１の半導体スイッチから第２の半導体スイッチまたは第２の半導体スイッチから第１の半導体スイッチのいずれかの状態遷移に関して動作すればよくなるため、簡易な回路構成をとることができ、安価な回路手段で第１または第２の半導体スイッチのターンオン時におけるスイッチング損失を抑制することができる。このため、加熱コイルに流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことができる誘導加熱装置を実現するものである。
【００１４】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、第１、第２の半導体スイッチの導通時間をほぼ同じとし、入力電力に応じて第１、第２の半導体スイッチの導通時間を変えるとともに、非導通時間の一方を可変して一定周波数で動作させることにより、第１、第２の半導体スイッチの非導通時間で電力制御ができるようになるため、簡易な回路構成で電力制御をすることができる誘導加熱装置を実現するものである。
【００１５】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明において、補助共振手段は、第３の半導体スイッチと補助共振コイルと補助共振コンデンサの直列回路と、第３の半導体スイッチを逆並列に接続された第３の逆導通素子とを有し、所定のタイミングで補助共振コンデンサに蓄えられたエネルギーを第３の半導体スイッチを用いて第１または第２の逆導通素子に供給することにより、補助共振回路をコイルとコンデンサと半導体スイッチという簡易な構成で実現することができ、安価な回路手段で第１または第２の半導体スイッチのターンオン時におけるスイッチング損失を抑制することができる。このため、加熱コイルに流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことができる誘導加熱装置を実現するものである。
【００１６】
第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明において、第３の半導体スイッチは、可変する非導通時間が終了し、第１または第２の半導体スイッチが導通状態となる前に導通状態とし、導通状態となった第１または第２の半導体スイッチが非導通状態になる前に非導通状態となるように動作させることにより、第１または第２の半導体スイッチのターンオン時におけるスイッチング損失を抑制することができるともに、第３の半導体スイッチの損失を抑えることができるため、加熱コイルに流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことができる誘導加熱装置を実現するものである。
【００１７】
第７の発明は、特に、第５または第６の発明において、補助共振コンデンサの容量をスナバコンデンサの容量より大としたことにより、第１および第２の半導体スイッチのターンオフ時における急峻な立ち上がりを抑える動作がスナバコンデンサのみに依存する様になるため、簡易な設計で半導体スイッチの損失を抑えることができ、簡易な冷却構成をとることができ、小形で騒音の少ない誘導加熱装置を実現できるものである。
【００１８】
第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明において、加熱コイルと共振コンデンサからなる共振回路の共振周波数が動作周波数より低い場合には、非導通時間を固定とし導通時間比で入力電力制御を行うことにより、加熱コイルと共振コンデンサの共振周波数が低い場合、つまり磁性ステンレスなどの磁性材料である負荷の場合において、簡易な制御方法で加熱コイルに流れる電流の周波数を一定としたまま負荷に応じた最適な電力制御を行うことができるようになるため、制御性に優れた誘導加熱装置を実現するものである。
【００１９】
第９の発明は、特に、第１〜第８のいずれか１つの発明において、加熱コイルと共振コンデンサからなる共振回路の共振周波数が動作周波数より低い場合には、補助共振手段を動作させないことにより、加熱コイルと共振コンデンサの共振周波数が低い場合、つまり磁性ステンレスなどの磁性材料の負荷の場合において、簡易な制御方法で加熱コイルに流れる電流の周波数を一定としたまま負荷に応じた最適な電力制御を行うことができるようになるため、制御性に優れた誘導加熱装置を実現するものである。
【００２０】
第１０の発明は、特に、第８の発明において、加熱コイルと共振コンデンサからなる共振回路の共振周波数が動作周波数より低い場合には、第１または第２の半導体スイッチの非導通状態への動作遷移時と第３の半導体スイッチの導通状態への動作遷移時をほぼ同時とすることにより、簡易な制御回路で加熱コイルに流れる電流の周波数を一定としたまま負荷に応じた最適な電力制御を行うことができるようになるため、制御性に優れた誘導加熱装置を実現するものである。
【００２１】
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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示すものである。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態の誘導加熱装置は、直流電源１と、直流電源１に並列に接続された第１、第２の半導体スイッチ５、４の直列体と、第１、第２の半導体スイッチ５、４にそれぞれ逆並列に接続される第１、第２の逆導通素子１５、１４と、第１、第２の半導体スイッチ５、４の接続点と直流電源１の間に接続される、加熱コイル３と共振コンデンサ２の直列回路と、第１、第２の半導体スイッチ５、４の導通時間を制御する制御手段８と、第１または第２の半導体スイッチ５、４と並列に接続され、共振回路を備えた補助共振手段９とを備えている。そして、第１または第２の半導体スイッチ５、４がオン状態となる前に補助共振手段９に蓄えられたエネルギーを放出し第１または第２の逆導通素子１５、１４に電流を流し、逆導通素子に電流が流れている期間に並列に接続された第１または第２の半導体スイッチ５、４を導通状態とするものである。
【００２４】
また、加熱コイル３には鍋などの負荷６が加熱コイル３と磁気的に結合すべく配置され、第１の半導体スイッチ５または第２の半導体スイッチ４の一方あるいは双方の両端にはスナバコンデンサ７が接続されている。
【００２５】
前記補助共振手段９は、第３の半導体スイッチ１２と補助共振コイル１１と補助共振コンデンサ１０の直列回路と、第３の半導体スイッチ１２に並列に接続された第３の逆導通素子１３で構成される。第１の半導体スイッチ５、第２の半導体スイッチ４および第３の半導体スイッチ１２は、制御手段８の指令により加熱コイル３に高周波磁界を発生させ、この高周波磁界により負荷６を誘導加熱する。
【００２６】
負荷６を誘導加熱する際、制御手段８は第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４の駆動周波数を一定にすることで、隣接するバーナで加熱動作を行っても鍋間の干渉音が生じないようにしている。また、本実施の形態では、第１の半導体スイッチ５、第２の半導体スイッチ４および第３の半導体スイッチ１２は順方向に導通するＩＧＢＴとこれに逆並列に接続したダイオードで記載しているが、ＭＯＳＦＥＴのように素子内部にダイオードを構成した素子を用いても問題ない。更に、本実施の形態では、補助共振手段９を第３の半導体スイッチ１２と補助共振コイル１１と補助共振コンデンサ１０の直列共振回路で構成しているが、補助共振コイル１１と補助共振コンデンサ１０の共振電流を第１の逆導通素子１５または／および第２の逆導通素子１４に流す構成であれば特に限定するものではない。
【００２７】
次に、図２、図３に基づき本実施の形態における誘導加熱装置の動作について説明する。
【００２８】
図２はインバータ回路の各区間における電流経路を示し、図３は図２に対応した波形を示している。
【００２９】
図２（ａ）の状態から説明する。制御手段８は電力指令値に応じて第２の半導体スイッチ４を導通状態（図３のＶｇｅ４）とする。すると、直流電源１からは第２の半導体スイッチ４の導通時間に応じ、加熱コイル３と共振コンデンサ２に電流が流れ（図３のＩｃ４）電力が供給される。加熱コイル３には鍋などの負荷６が磁気的に結合しており、加熱コイル３で発生した高周波磁界が負荷６に供給され、負荷６に高周波磁界による渦電流が流れ負荷６を加熱する。
【００３０】
次に、制御手段８が第２の半導体スイッチ４を非導通状態とすると、図２（ｂ）の状態になり、スナバコンデンサ７に蓄えられたエネルギーが加熱コイル３→共振コンデンサ２の経路で放出され、スナバコンデンサ７の電荷がなくなった時点で第１の逆導通素子１５が導通状態となり、加熱コイル３→共振コンデンサ２→第１の逆導通素子１５のループで電流が流れる。この第１の逆導通素子１５が導通状態にある時に、第１の半導体スイッチ５を導通状態にしておく（図３のＶｇｅ５）と、図２（ｃ）の状態に移行し、共振コンデンサ２を電源として第１の半導体スイッチ５が導通することで加熱コイル３に電流が流れ（図３のＩｃ５）電力が供給される。その後、制御手段８は第１の半導体スイッチ５を非導通状態にすると、図２（ｄ）の状態に移行し、共振コンデンサ２→加熱コイル３→スナバコンデンサ７の経路でスナバコンデンサ７を充電し、スナバコンデンサ７の電位が直流電源１と同電位になると第２の逆導通素子１４が導通状態となり、共振コンデンサ２→加熱コイル３→第２の逆導通素子１４→直流電源１の経路で電流が流れる。
【００３１】
その後、加熱コイル３の電流が逆向きに流れ出し、図２（ｅ）の状態に移行し加熱コイル３→共振コンデンサ２→スナバコンデンサ７の経路で電流が流れ、その後、加熱コイル３→共振コンデンサ２→第１の逆導通素子１５の経路で電流が流れることになる。その後、制御手段８は所定にタイミングで第３の半導体スイッチ１２を導通状態とし、図２（ｆ）の状態に移行する。この状態では、第３の補助共振コンデンサ１０に蓄えられた電荷が補助共振コイル１１および第３の半導体スイッチ１２を通してスナバコンデンサ７を充電し、その後第２の逆導通素子１４に電流が流れることになる。この第２の逆導通素子１４が導通状態になった時点で第２の半導体スイッチ４を導通状態にすることで図２（ａ）の状態に戻り、以下この動作を繰り返すことになる。この動作を２０〜５０ｋＨｚ程度の周波数で連続的に繰り返すことで、図３のＩ３に示すように加熱コイル３に高周波電流が流れ、この高周波電流により生じる高周波磁界が負荷６に吸収され、負荷６自身がもつ高周波抵抗と高周波磁界により生じる渦電流により負荷６自身が発熱することになる。
【００３２】
なお、図３のＶｇｅ１２は制御手段８が第３の半導体スイッチ１２に与える制御信号を、Ｉｃ１４は第１の逆導通素子１４を流れる電流を、Ｉｃ１５は第１の逆導通素子１５を流れる電流を、Ｉ１２は第３の半導体スイッチ１２を流れる電流を、Ｉ１３は第３の逆導通素子１３を流れる電流をそれぞれ示している。
【００３３】
このような構成をとることで、加熱コイル３には直流成分（低周波成分）が流れず、加熱に必要とされる高周波成分のみが加熱コイル３に供給されており、不要な周波成分が外部に放射されることを防止することができる。さらに、本実施の形態では、負荷６の種類が異なる場合、あるいは入力電力変化させる場合において、第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４の駆動周波数を一定としたままで、それぞれの導通時間および非導通時間を変化させることで、各半導体スイッチの損失を大きく増加させず入力電力を設定値にすることができる。このことにより、隣接するバーナ間で生じる負荷６間の干渉音を防止することができる。
【００３４】
また、制御手段８は第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４の導通時間を同一とし、共通の非導通時間を調整することで駆動周波数を一定とすることにより入力電力制御を簡易に行うことができる。更に、半導体スイッチの切り替え時に生じる一方の非導通時間を常に固定値とし、もう一方の切り替え時間を可変とすることで補助共振手段９は一方の切り替え時のみ対応すれば良く、回路を簡素化することができる。
【００３５】
一方、制御手段８は第３の半導体スイッチ１２が第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４間における所定の非導通時間が終了する直前（終了する２μｓｅｃ程度前）に導通状態とし、次に第１の半導体スイッチ５または第２の半導体スイッチ４を導通状態とする。その後、制御手段８は第３の逆導通素子１３に電流が流れているタイミングで第３の半導体スイッチ１２を非導通状態にし、その後所定のタイミングで導通状態にある第１の半導体スイッチ５または第２の半導体スイッチ４を非導通状態とする様に動作させる。この様なタイミングで動作させることにより、第３の半導体スイッチ１２はターンオフ損失が発生しないため、スイッチング損失を抑えることが可能となる。
【００３６】
さらに、補助共振コンデンサ１０の容量をスナバコンデンサ７の容量より大とすることで、補助共振コンデンサ１０からの電流を、スナバコンデンサ７を充電した後、第２の逆導通素子１４にも十分流すことが可能となる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態によれば、第１または第２の半導体スイッチ５、４が導通状態になる直前に補助共振手段９により第１または第２の逆導通素子１５、１４に電流を流すことで第１または第２の半導体スイッチ５、４のターンオン時のスイッチング損失を抑制することができるため、加熱コイル３に流れる電流の周波数を入力電力や負荷の種類によらず一定に保つことができるとともに、加熱コイル３に共振コンデンサ２が直列に接続されるため、電源の周波数成分を持った電流が加熱コイル３に印可されることが減少するため、加熱コイル３から直流電源の周波数成分を持った磁界が外部に放射されることを減少させることが可能になる誘導加熱装置を実現するものである。
【００３８】
（実施の形態２）
次に、図４、図５に基づき、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置について説明する。基本構成は実施の形態１と同じであるのでその説明は省略する。
【００３９】
図４はインバータ回路の各区間における電流経路を示し、図５は図４に対応した波形を示している。
【００４０】
本実施の形態では、負荷６が磁気的に結合した状態の加熱コイル３と共振コンデンサ２で構成される共振回路の共振周波数が第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４の駆動周波数よりも低い場合、すなわち負荷６が磁性ステンレスなどの磁性体で構成されているものとする。
【００４１】
図４（ａ）の状態から説明する。制御手段８は電力指令値に応じて第２の半導体スイッチ４を導通状態（図５のＶｇｅ４）とする。すると、直流電源１からは第２の半導体スイッチ４の導通時間に応じ、加熱コイル３と共振コンデンサ２に電流が流れ（図５のＩｃ４）電力が供給される。加熱コイル３には鍋などの負荷６が磁気的に結合しており、加熱コイル３で発生した高周波磁界が負荷６に供給され、負荷６に高周波磁界による渦電流が流れ負荷６を加熱する。
【００４２】
次に、制御手段８が第２の半導体スイッチ４を非導通状態とすると図４（ｂ）の状態になり、スナバコンデンサ７に蓄えられたエネルギーが加熱コイル３→共振コンデンサ２の経路で放出され、スナバコンデンサ７の電荷がなくなった時点で第１の逆導通素子１５が導通状態となり、加熱コイル３→共振コンデンサ２→第１の逆導通素子１５のループで電流が流れる。この第１の逆導通素子１５が導通状態にある時に、第１の半導体スイッチ５を導通状態にしておく（図５のＶｇｅ５）と、図４（ｃ）の状態に移行し、共振コンデンサ２を電源として第１の半導体スイッチ５が導通することで加熱コイル３に電流が流れ（図５のＩｃ５）電力が供給される。その後、制御手段８は第１の半導体スイッチ５を非導通状態にすると、図４（ｄ）の状態に移行し、共振コンデンサ２→加熱コイル３→スナバコンデンサ７の経路でスナバコンデンサ７を充電し、スナバコンデンサ７の電位が直流電源１と同電位になると第２の逆導通素子１４が導通状態となり、共振コンデンサ２→加熱コイル３→第２の逆導通素子１４→直流電源１の経路で電流が流れる。この第２の逆導通素子１４が導通状態になった時点で第２の半導体スイッチ４を導通状態にすることで図４（ａ）の状態に戻り、以下この動作を繰り返すことになる。この動作を２０〜５０ｋＨｚ程度の周波数で連続的に繰り返すことで、図５のＩ３に示すように加熱コイル３に高周波電流が流れ、この高周波電流により生じる高周波磁界が負荷６に吸収され、負荷６自身がもつ高周波抵抗と高周波磁界により生じる渦電流により負荷６自身が発熱することになる。
【００４３】
なお、図５のＶｇｅ１２、Ｉｃ１４、Ｉｃ１５、Ｉ１２、およびＩ１３については、実施の形態１で説明したとおりである。
【００４４】
以上の動作においては、負荷６と磁気的な結合した加熱コイル３と共振コンデンサ２で構成された共振回路の共振周波数が駆動周波数よりも低いため、実施の形態１のように非導通時間を可変せずに第１、第２の半導体スイッチ５、４の導通時間比で入力電力を調整することができる。この際、非導通時間は固定とする方が、制御回路が簡素化されるため望ましい。
【００４５】
また、第３の半導体スイッチ１２は第１の半導体スイッチ５から第２の半導体スイッチ４の遷移時、または第２の半導体スイッチ４から第１の半導体スイッチ５とほぼ同時に導通状態として、一定時間導通時間を設けておくことで、半導体スイッチの状態の遷移時に、逆導通素子に電流が流れやすくなるため、半導体スイッチのターンオン損失を防止することができる。
【００４６】
また、負荷６が磁気的に結合した状態の加熱コイル３と共振コンデンサ２で構成される共振回路の共振周波数が第１の半導体スイッチ５と第２の半導体スイッチ４の駆動周波数よりも低い場合、すなわち負荷６が磁性ステンレスなどの磁性体で構成される場合においては、第３の半導体スイッチ１２を動作させなくとも良い。
【００４７】
以上のように、本実施の形態によれば、加熱コイル３と共振コンデンサ２からなる共振回路の共振周波数が動作周波数より低い場合には、非導通時間を固定とし導通時間比で入力電力制御を行うことにより、加熱コイル３と共振コンデンサ２の共振周波数が低い場合、つまり磁性ステンレスなどの磁性材料による負荷の場合において、簡易な制御方法で加熱コイル３に流れる電流の周波数を一定としたまま負荷に応じた最適な電力制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、加熱コイルから放射される商用電源の周波数成分が少なく、隣接バーナ間で発生する負荷間の干渉音のない騒音の少ないものとすることができるので、調理機器としてはもちろんのこと各種の加熱装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の回路図
【図２】同誘導加熱装置のインバータ回路の各区間における電流経路を示す図
【図３】同誘導加熱装置の図２に対応した各動作波形図
【図４】本発明の実施の形態２における誘導加熱装置のインバータ回路の各区間における電流経路を示す図
【図５】同誘導加熱装置の図４に対応した各動作波形図
【図６】従来の誘導加熱装置の回路構成図
【符号の説明】
【００５０】
１  直流電源
２  共振コンデンサ
３  加熱コイル
４  第２の半導体スイッチ
５  第１の半導体スイッチ
６  負荷
７  スナバコンデンサ
８  制御手段
９  補助共振手段
１０  補助共振コンデンサ
１１  補助共振コイル
１２  第３の半導体スイッチ
１３  第３の逆導通素子
１４  第２の逆導通素子
１５  第１の逆導通素子
【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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