(57)【要約】【課題】加熱コイルに大電力が供給できるとともに、高効率で電力制御ができ、スイッチング素子の電力損失を低減することができる誘導加熱装置を提供することを目的とする。【解決手段】直流電源１１と、共振コンデンサ１７と、加熱コイル１６と、インバータを構成する第１〜第４のスイッチング素子１２〜１５と、制御回路１８とを備え、第１、第２のスイッチング素子１２、１３の組、および第３、第４のスイッチング素子１４、１５の組に与える駆動信号を交互に切り換え、第１、第４のスイッチング素子１２、１５、および第２、第３のスイッチング素子１３、１４を同位相で駆動し、一定の周期で全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うようにしたものである。これによって、加熱コイル１６に大電力が供給できるとともに、高効率で電力制御ができ、スイッチング素子１２〜１５の電力損失を低減することができる。【選択図】図１
2007103049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱コイルと、前記加熱コイルと直列に接続した共振コンデンサと、前記加熱コイルにエネルギーを供給する直流電源と、前記加熱コイルと前記直流電源の正極側との間に接続した第１のスイッチング素子と、前記加熱コイルと前記直流電源の負極側との間に接続した第２のスイッチング素子と、前記共振コンデンサと前記直流電源の正極側との間に接続した第３のスイッチング素子と、前記共振コンデンサと前記直流電源の負極側との間に接続した第４のスイッチング素子と、前記第１〜第４のスイッチング素子に駆動信号を与える制御回路とを備え、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の組、および第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子の組に与える駆動信号を交互に切り換え、第１のスイッチング素子と第４のスイッチング素子、および第２のスイッチング素子と第３のスイッチング素子を同位相で駆動し、一定の周期で前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行う誘導加熱装置。
【請求項２】
第１〜第４のスイッチング素子に駆動信号を与える期間と、第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設け、スイッチング素子に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の和の期間を一定とし、スイッチング素子に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の駆動比率を制御して、加熱コイルに流れる電流の基本周波数を一定で電力制御を行う請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
第１のスイッチング素子と第４のスイッチング素子、および第２のスイッチング素子と第３のスイッチング素子を任意の位相差で駆動し、一定の周期で前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けることにより電力制御を行う請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間がスイッチング素子駆動時の制御信号１パルスの期間よりも短い場合、前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止状態からスイッチング素子の駆動状態へ移行する際に、制御回路から発生する駆動信号を前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止状態になる直前に駆動していたスイッチング素子と同じスイッチング素子の駆動信号から発生することによりスイッチング素子を駆動し、前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間がスイッチング素子駆動時の制御信号１パルスの期間よりも長い場合、前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止状態からスイッチング素子の駆動状態へ移行する際に、前記制御回路から発生する駆動信号を前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止状態になる直前に駆動していたスイッチング素子と異なるスイッチング素子の駆動信号から発生することによりスイッチング素子を駆動し電力制御を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
加熱負荷の共振周波数とスイッチング素子の駆動周波数の周波数関係を検知する手段を備え、加熱負荷の変化に追従して制御回路から発生する駆動信号の周波数を変化してスイッチング素子を駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
制御回路から発生する駆動信号の周波数を変化して加熱負荷の共振点付近でスイッチング素子を駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
電流を検知する電流検出手段を備え、第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止状態からスイッチング素子の駆動状態への移行時に、制御回路から発生する駆動信号を電流が流れているスイッチング素子の駆動信号から発生してスイッチング素子を駆動し電力制御を行う請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
加熱コイルに流れる電流値を検知する電流検出手段と、共振コンデンサに印加する電圧値を検知する電圧検出手段との少なくとも１つを備え、検知した値をもとに制御回路から発生する駆動信号のタイミングを変化してスイッチング素子を駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて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】
消費電力を検知する電力検出手段を備え、設定値以上の電力が供給されている場合はスイッチング素子の駆動周波数を高くし、設定値以下の電力が供給されている場合はスイッチング素子の駆動周波数を低くし、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行う請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
消費電力を検知する電力検出手段を備え、設定値以上の電力が供給されている場合は第１のスイッチング素子と第４のスイッチング素子、および第２のスイッチング素子と第３のスイッチング素子の位相差を広げ、設定値以下の電力が供給されている場合は前記第１のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子、および前記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子の位相差を縮め、一定の周期で前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行う請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１１】
消費電力を検知する電力検出手段を備え、設定電力に応じて一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けるか、または一定の周期で前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けずに位相シフトのみによる制御を行うかを切り換えて電力制御を行う請求項１〜１０のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１２】
加熱コイルにエネルギーを供給する電源は、直流電源に代えて商用電源とダイオードブリッジを用いることにより得られる全波整流電源または半波整流電源とした請求項１〜１１のいずれか１項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、誘導加熱調理器などとして用いられる誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の誘導加熱装置において、加熱コイルに供給する電力制御は、位相シフト制御方法に行なわれているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１４９９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の位相シフト制御方法では、低電力時の無効電流が多く、インバータの効率が低くなり、誘導加熱装置の効率が低くなる。また、加熱コイルと共振コンデンサで決まる共振周波数とスイッチング素子の駆動周波数の差が大きくなる場合もインバータの効率が低くなり、誘導加熱装置の効率も低くなる。さらに、スイッチング素子に流れている電流が多いときにスイッチング素子の切り換えを行う場合が発生し、この場合はスイッチング素子の電力損失が大きくなり、スイッチング素子の破壊、発熱、効率の低下の原因となるものであった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、加熱コイルに大電力が供給できるとともに、高効率で電力制御ができ、スイッチング素子の電力損失を低減することができる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】
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、共振コンデンサと、加熱コイルと、インバータを構成する第１〜第４のスイッチング素子と、制御回路とを備え、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の組、および第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子の組に与える駆動信号を交互に切り換え、第１のスイッチング素子と第４のスイッチング素子、および第２のスイッチング素子と第３のスイッチング素子を同位相で駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うようにしたものである。
【０００６】
これによって、インバータの負荷接続部分は正の電源電圧と負の電源電圧を交互に印加することができるため、加熱コイルに大電力を供給することができる。また、スイッチング素子駆動期間とスイッチング素子非駆動期間の割合、さらに制御回路から発生する駆動信号の位相差を制御することにより、高効率で平均電力を任意に制御することができる。さらに、加熱コイルに電力を供給しない期間はスイッチング素子の駆動を停止するため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が発生せず、高効率で電力を制御することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の誘導加熱装置は、加熱コイルに大電力を供給できるとともに、高効率で平均電力を任意に制御することができ、しかもスイッチング素子の切り換え時の電力損失が発生せず、高効率で電力を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、加熱コイルと、前記加熱コイルと直列に接続した共振コンデンサと、前記加熱コイルにエネルギーを供給する直流電源と、前記加熱コイルと前記直流電源の正極側との間に接続した第１のスイッチング素子と、前記加熱コイルと前記直流電源の負極側との間に接続した第２のスイッチング素子と、前記共振コンデンサと前記直流電源の正極側との間に接続した第３のスイッチング素子と、前記共振コンデンサと前記直流電源の負極側との間に接続した第４のスイッチング素子と、前記第１〜第４のスイッチング素子に駆動信号を与える制御回路とを備え、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の組、および第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子の組に与える駆動信号を交互に切り換え、第１のスイッチング素子と第４のスイッチング素子、および第２のスイッチング素子と第３のスイッチング素子を同位相で駆動し、一定の周期で前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行う誘導加熱装置としたものである。これによって、インバータの負荷接続部分は正の電源電圧と負の電源電圧を交互に印加することができるため、加熱コイルに大電力を供給することができる。また、スイッチング素子駆動期間とスイッチング素子非駆動期間の割合、さらに制御回路から発生する駆動信号の位相差を制御することにより、高効率で平均電力を任意に制御することができる。さらに、加熱コイルに電力を供給しない期間はスイッチング素子の駆動を停止するため、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が発生せず、高効率で電力を制御することができる。
【０００９】
第２の発明は、特に、第１の発明において、第１〜第４のスイッチング素子に駆動信号を与える期間と、第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設け、スイッチング素子に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の和の期間を一定とし、スイッチング素子に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の駆動比率を制御して、加熱コイルに流れる電流の基本周波数を一定で電力制御を行うことにより、誘導加熱装置から発生する電流の基本周波数成分は加熱コイルに電力を供給する期間と供給しない期間を合わせた期間で決まる。このため、一定の周波数で電力制御することができ、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置してもうなり干渉音が発生しないようにすることができる。
【００１０】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、第１のスイッチング素子と第４のスイッチング素子、および第２のスイッチング素子と第３のスイッチング素子を任意の位相差で駆動し、一定の周期で前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けることにより電力制御を行うことにより、位相差制御を併用して用いることで加熱コイルに供給する電力の分解能を高くすることができるため、加熱コイルに任意の電力を供給しやすくなり電力を制御できる間隔を狭くすることができ、利便性の向上を図ることができる。
【００１１】
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４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間がスイッチング素子駆動時の制御信号１パルスの期間よりも短い場合、前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止状態からスイッチング素子の駆動状態へ移行する際に、制御回路から発生する駆動信号を前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止状態になる直前に駆動していたスイッチング素子と同じスイッチング素子の駆動信号から発生することによりスイッチング素子を駆動し、前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間がスイッチング素子駆動時の制御信号１パルスの期間よりも長い場合、前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止状態からスイッチング素子の駆動状態へ移行する際に、前記制御回路から発生する駆動信号を前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止状態になる直前に駆動していたスイッチング素子と異なるスイッチング素子の駆動信号から発生することにより、スイッチング素子を駆動し電力制御を行うものである。これにより、スイッチング素子の駆動停止状態から駆動状態へ移行する際に、加熱コイルに流れている電流の振動に同期して再び加熱コイルに電力を供給することになるため、加熱コイルに供給する電力を大きくすることができる。また、スイッチング素子の駆動停止状態から駆動状態へ移行する際に、スイッチング素子と並列に接続したダイオードに電流が流れているスイッチング素子から駆動することになり、スナバコンデンサに印加している電圧を短絡することがなくなる。そのため、スイッチング素子の発熱が少なくなり、冷却装置を小型化することができる。さらに、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が少なくなるため、誘導加熱装置の効率を高くすることができる。
【００１２】
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、加熱負荷の共振周波数とスイッチング素子の駆動周波数の周波数関係を検知する手段を備え、加熱負荷の変化に追従して制御回路から発生する駆動信号の周波数を変化してスイッチング素子を駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うことにより、被加熱物体の交換などで加熱コイルの負荷パラメータが変化した場合、スイッチング素子の駆動周波数を変化した加熱コイルの負荷パラメータと共振コンデンサで決まる共振周波数に近い周波数に設定し直すため、被加熱物体の交換などに関係なく加熱コイルに大電力を高力率・高効率で供給することができる。また、誘導加熱装置から発生する電流の基本周波数成分は加熱コイルに電力を供給する期間と供給しない期間を合わせた期間で決まるため、被加熱物体の交換などによりスイッチング素子の駆動周波数が変化しても一定の周波数で電力制御することができ、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置してもうなり干渉音が発生しないようにすることができる。
【００１３】
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、制御回路から発生する駆動信号の周波数を変化して加熱負荷の共振点付近でスイッチング素子を駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うことにより、加熱コイルに電力を供給する期間はスイッチング素子の駆動周波数を加熱コイルと共振コンデンサで決まる共振周波数に近い周波数に設定するため、加熱コイルに大電力を高力率・高効率で供給することができる。
【００１４】
第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明において、電流を検知する電流検出手段を備え、第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止状態からスイッチング素子の駆動状態への移行時に、制御回路から発生する駆動信号を電流が流れているスイッチング素子の駆動信号から発生してスイッチング素子を駆動し電力制御を行うことにより、スイッチング素子の駆動停止状態から駆動状態へ移行する際に、加熱コイルに流れている電流の振動に同期して再び加熱コイルに電力を供給することになるため、加熱コイルに供給する電力を大きくすることができる。また、スイッチング素子の駆動停止状態から駆動状態へ移行する際に、スイッチング素子と並列に接続したダイオードに電流が流れているスイッチング素子から駆動することになり、スナバコンデンサに印加している電圧を短絡することがなくなる。そのため、スイッチング素子の発熱が少なくなり、冷却装置を小型化することができる。さらに、スイッチング素子の切り換え時の電力損失が少なくなるため、誘導加熱装置の効率を高くすることができる。
【００１５】
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、加熱コイルに流れる電流値を検知する電流検出手段と、共振コンデンサに印加する電圧値を検知する電圧検出手段との少なくとも１つを備え、検知した値をもとに制御回路から発生する駆動信号のタイミングを変化してスイッチング素子を駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うことにより、加熱コイルに電力を供給する期間は、検知した値をもとにスイッチング素子の駆動周波数を加熱コイルと共振コンデンサで決まる共振周波数に近い周波数に設定するため、加熱コイルに大電力を高力率・高効率で供給することができる。また、異常な電圧値や電流値を検知した場合、スイッチング素子の駆動を停止し加熱コイルに電力の供給を行わないようにすることができるため、誘導加熱装置の安全性を向上することができる。
【００１６】
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、消費電力を検知する電力検出手段を備え、設定値以上の電力が供給されている場合はスイッチング素子の駆動周波数を高くし、設定値以下の電力が供給されている場合はスイッチング素子の駆動周波数を低くし、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うことにより、加熱コイルに供給する電力を設定した電力に合わせることができるため、要望する任意の発熱量を安定して得ることができる。
【００１７】
第１０の発明は、特に、第１〜第８のいずれか１つの発明において、消費電力を検知する電力検出手段を備え、設定値以上の電力が供給されている場合は第１のスイッチング素子と第４のスイッチング素子、および第２のスイッチング素子と第３のスイッチング素子の位相差を広げ、設定値以下の電力が供給されている場合は前記第１のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子、および前記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子の位相差を縮め、一定の周期で前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うことにより、加熱コイルに供給する電力を設定した電力に合わせることができるため、要望する任意の発熱量を安定して得ることができる。
【００１８】
第１１の発明は、特に、第１〜第１０のいずれか１つの発明において、消費電力を検知する電力検出手段を備え、設定電力に応じて一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けるか、または一定の周期で前記第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けずに位相シフトのみによる制御を行うかを切り換えて電力制御を行うことにより、加熱コイルに大電力を供給したい場合は、第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けないように切り換えて、第１〜第４の全てのスイッチング素子に駆動信号停止期間を設けるより、更に大きな電力を供給することができるため、電力制御の値を大きくすることができる。
【００１９】
第１２の発明は、特に、第１〜第１１のいずれか１つの発明において、加熱コイルにエネルギーを供給する電源は、直流電源に代えて商用電源とダイオードブリッジを用いることにより得られる全波整流電源または半波整流電源としたことにより、商用電源から直流平滑電源に変換する回路が不必要となり、部品の削減により安価なインバータを形成することができる。
【００２０】
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。
【００２１】
（実施の形態１）
図１、図２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。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態における誘導加熱装置は、鍋などの被加熱物体１０を加熱する加熱コイル１６と、加熱コイル１６と直列に接続した共振コンデンサ１７と、加熱コイル１６にエネルギーを供給する直流電源１１と、加熱コイル１６と直流電源１１の正極側との間に接続した第１のスイッチング素子１２と、加熱コイル１６と直流電源１１の負極側との間に接続した第２のスイッチング素子１３と、共振コンデンサ１７と直流電源１１の正極側との間に接続した第３のスイッチング素子１４と、共振コンデンサ１７と直流電源１１の負極側との間に接続した第４のスイッチング素子１５と、第１〜第４のスイッチング素子１２〜１５に駆動信号を与える制御回路１８とを備え、第１のスイッチング素子１２と第２のスイッチング素子１３の組、および第３のスイッチング素子１４と第４のスイッチング素子１５の組に与える駆動信号を交互に切り換え、第１のスイッチング素子１２と第４のスイッチング素子１５、および第２のスイッチング素子１３と第３のスイッチング素子１４を同位相で駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うものである。
【００２３】
また、各スイッチング素子１２〜１５は、フルブリッジ型インバータを構成しており、各スイッチング素子１２〜１５にはそれぞれ並列に第１〜第４のダイオード１２ａ〜１５ａを接続している。さらに、スイッチング素子１３、１５にはそれぞれ並列に第１のスナバコンデンサ１９、第２のスナバコンデンサ２０を接続しており、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５でソフトスイッチング動作を行うようにしている。
【００２４】
次に、上記構成における誘導加熱装置の動作を説明する。
【００２５】
第１のスイッチング素子１２と第４のスイッチング素子１５をオンすると、直流電源１１→第１のスイッチング素子１２→加熱コイル１６→共振コンデンサ１７→第４のスイッチング素子１５→直流電源１１の回路ループを形成し、直流電源１１と加熱コイル１６が接続した状態となり加熱コイル１６に電力を供給する。一定期間後に第１のスイッチング素子１２と第４のスイッチング素子１５を同時にオフすると、第１のスナバコンデンサ１９と第２のスナバコンデンサ２０との電荷の充放電が起こり、その後、加熱コイル１６に流れていた電流は第２のスイッチング素子１３と並列に接続したダイオード１３ａと第３のスイッチング素子１４と並列に接続したダイオード１４ａを流れ、加熱コイル１６→共振コンデンサ１７→ダイオード１４ａ→直流電源１１→ダイオード１３ａ→加熱コイル１６の回路ループを形成する。この状態にしておくと、一定期間後には直流電源１１→第３のスイッチング素子１４→共振コンデンサ１７→加熱コイル１６→第２のスイッチング素子１３→直流電源１１の回路ループを形成し、直流電源１１と加熱コイル１６が接続した状態となり加熱コイル１６に電力を供給する。この状態では加熱コイル１６には初期状態からみて逆方向の電流が流れている。
【００２６】
さらに、第２のスイッチング素子１３から第１のスイッチング素子１２へ、および第３のスイッチング素子１４から第４のスイッチング素子１５への切り換え動作も前述と同様の手順で行うことにより成り立つ。
【００２７】
また、この動作を複数回繰り返した後、図２に示すように、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けることにより、加熱コイル１６に電流が流れなくなり加熱コイル１６に電力を供給しないようにする。また、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５が駆動信号停止期間を経た後、再びスイッチング素子の駆動を開始することで一連の動作となる。
【００２８】
上記制御方法において、インバータの負荷接続部分は正の電源電圧と負の電源電圧を交互に印加することができるため、加熱コイル１６に大電力を供給することができる。また、フルブリッジ型インバータを用いることにより、電源電圧が低くても加熱コイル１６に大電力を供給することができるため、電源電圧の昇圧機能が不必要となり、部品の削減により安価なインバータを形成することができる。さらに、加熱コイル１６に電力を供給しない期間はスイッチング素子１２〜１５の駆動を停止するため、スイッチング素子１２〜１５の切り換え時の電力損失が発生せず、高効率で電力を制御することができる。
【００２９】
また、誘導加熱装置から発生する電流の基本周波数成分は加熱コイル１６に電力を供給する期間と供給しない期間を合わせた期間で決まるため、一定の周波数で電力制御することができ、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置してもうなり干渉音が発生しないようにすることができる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態では、インバータの負荷接続部分は正の電源電圧と負の電源電圧を交互に印加することができるため、加熱コイル１６に大電力を供給することができる。また、スイッチング素子１２〜１５の駆動期間とスイッチング素子１２〜１５の非駆動期間の割合、さらに制御回路１８から発生する駆動信号の位相差を制御することにより、高効率で平均電力を任意に制御することができる。さらに、加熱コイル１６に電力を供給しない期間はスイッチング素子１２〜１５の駆動を停止するため、スイッチング素子１２〜１５の切り換え時の電力損失が発生せず、高効率で電力を制御することができる。
【００３１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の電圧と電流波形を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。
【００３２】
本実施の形態における誘導加熱装置は、第１〜第４のスイッチング素子に駆動信号を与える期間と、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設け、スイッチング素子１２〜１５に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の和の期間を一定とし、スイッチング素子１２〜１５に駆動信号を与える期間と駆動信号停止期間の駆動比率を制御して、加熱コイル１６に流れる電流の基本周波数を一定で電力制御を行うようにしたものである。
【００３３】
次に、制御方法における動作を説明する。
【００３４】
第１のスイッチング素子１２と第４のスイッチング素子１５をオンすると、直流電源１１→第１のスイッチング素子１２→加熱コイル１６→共振コンデンサ１７→第４のスイッチング素子１５→直流電源１１の回路ループを形成し、直流電源１１と加熱コイル１６が接続した状態となり加熱コイル１６に電力を供給する。一定期間後に第４のスイッチング素子１５をオフすると、第２のスナバコンデンサ２０において電荷の充放電が起こり、その後、加熱コイル１６に流れていた電流は第３のスイッチング素子１４と並列に接続したダイオード１４ａを流れ、加熱コイル１６→共振コンデンサ１７→ダイオード１４ａ→第１のスイッチング素子１２→加熱コイル１６の回路ループを形成する。
【００３５】
第４のスイッチング素子１５をオフしてから一定期間後に、次は第１のスイッチング素子１２をオフすると、第１のスナバコンデンサ１９において電荷の充放電が起こり、その後、加熱コイル１６に流れていた電流は第２のスイッチング素子１３と並列に接続したダイオード１３ａを流れ、加熱コイル１６→共振コンデンサ１７→ダイオード１４ａ→直流電源１１→ダイオード１３ａ→加熱コイル１６の回路ループを形成する。この状態にしておくと、一定期間後には直流電源１１→第３のスイッチング素子１４→共振コンデンサ１７→加熱コイル１６→第２のスイッチング素子１３→直流電源１１の回路ループを形成し、直流電源１１と加熱コイル１６が接続した状態となり加熱コイル１６に電力を供給する。この状態では加熱コイル１６には初期状態からみて逆方向の電流が流れている。
【００３６】
また、第２のスイッチング素子１３から第１のスイッチング素子１２へ、および第３のスイッチング素子１４から第４のスイッチング素子１５への切り換え動作も前述と同様の手順で行うことにより成り立つ。
【００３７】
また、この動作を複数回繰り返した後、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けることにより、加熱コイル１６に電流が流れなくなり加熱コイル１６に電力を供給しないようにする。
【００３８】
また、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を経た後、再びスイッチング素子１２〜１５の駆動を開始することで一連の動作となる。
【００３９】
上記制御方法において、加熱コイル１６に電力を供給しない期間はスイッチング素子１２〜１５の駆動を停止するため、スイッチング素子１２〜１５の切り換え時の電力損失が発生せず、高効率で電力を制御することができる。
【００４０】
また、誘導加熱装置から発生する電流の基本周波数成分は加熱コイル１６に電力を供給する期間と供給しない期間を合わせた期間で決まるため、一定の周波数で電力制御することができ、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置してもうなり干渉音が発生しないようにすることができる。
【００４１】
さらに、位相差制御を併用して用いることで加熱コイル１６に供給する電力の分解能を高くすることができるため、加熱コイル１６に任意の電力を供給しやすくなり電力を制御できる間隔を狭くすることができ、利便性の向上を図ることができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態では、第１のスイッチング素子１２と第４のスイッチング素子１５、および第２のスイッチング素子１３と第３のスイッチング素子１４を任意の位相差で駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うことにより、誘導加熱装置を高効率で電力を制御することができ、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置してもうなり干渉音が発生しないようにすることができ、電力を制御できる間隔を狭くすることができ利便性の向上を図ることができる。
【００４３】
（実施の形態３）
図４、図５は、本発明の実施の形態３における誘導加熱装置の電圧と電流波形を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。
【００４４】
本実施の形態における誘導加熱装置は、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間がスイッチング素子駆動時の制御信号１パルスの期間よりも短い場合、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止状態からスイッチング素子の駆動状態へ移行する際に、制御回路１８から発生する駆動信号を第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止状態になる直前に駆動していたスイッチング素子と同じスイッチング素子の駆動信号から発生することによりスイッチング素子を駆動する。また、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間がスイッチング素子駆動時の制御信号１パルスの期間よりも長い場合、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止状態からスイッチング素子の駆動状態へ移行する際に、制御回路１８から発生する駆動信号を第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止状態になる直前に駆動していたスイッチング素子と異なるスイッチング素子の駆動信号から発生することにより、スイッチング素子を駆動し電力制御を行うものである。
【００４５】
すなわち、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間とスイッチング素子駆動時の制御信号１パルスの期間を検知し制御に反映するものである。図４の波形は、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５における駆動信号停止期間がスイッチング素子駆動時の制御信号１パルスの期間よりも短い場合の波形であるため、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止状態になる直前に駆動していたスイッチング素子と同じスイッチング素子から駆動を開始している。また、図５の波形は、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５における駆動信号停止期間がスイッチング素子駆動時の制御信号１パルスの期間よりも長い場合の波形であるため、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止状態になる直前に駆動していたスイッチング素子と異なるスイッチング素子から駆動を開始している。
【００４６】
以上のように、本実施の形態では、スイッチング素子１２〜１５の駆動停止状態から駆動状態へ移行する際に、加熱コイル１６に流れている電流の振動に同期して再び加熱コイル１６に電力を供給することになるため、加熱コイル１６に供給する電力を大きくすることができる。また、スイッチング素子１２〜１５の駆動停止状態から駆動状態へ移行する際に、スイッチング素子と並列に接続したダイオードに電流が流れているスイッチング素子から駆動することになり、スナバコンデンサに印加している電圧を短絡することがなくなる。そのため、スイッチング素子１２〜１５の発熱が少なくなり、冷却装置を小型化することができる。さらに、スイッチング素子１２〜１５の切り換え時の電力損失が少なくなるため、誘導加熱装置の効率を高くすることができる。
【００４７】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４における誘導加熱装置の電圧と電流波形を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。
【００４８】
本実施の形態における誘導加熱装置は、加熱負荷の共振周波数とスイッチング素子１２〜１５の駆動周波数の周波数関係を検知する手段を備え、加熱負荷の変化に追従して制御回路１８から発生する駆動信号の周波数を変化してスイッチング素子１２〜１５を駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うものである。
【００４９】
すなわち、スイッチング素子１２〜１５の駆動周波数が異なるものである。例えば、誘導加熱装置により鍋を加熱する場合、鍋の材質や形状などにより加熱コイル１６のパラメータが変化するため、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数も変化する。共振周波数が変化した場合はスイッチング素子の駆動周波数との関係を一定にするため、スイッチング素子の駆動周波数を変化する。
【００５０】
以上のように、本実施の形態では、被加熱物体１０の交換などで加熱コイル１６の負荷パラメータが変化した場合、スイッチング素子１２〜１５の駆動周波数を変化した加熱コイル１６の負荷パラメータと共振コンデンサ１７で決まる共振周波数に近い周波数に設定し直すため、被加熱物体１０の交換などに関係なく加熱コイル１６に大電力を高力率・高効率で供給することができる。また、誘導加熱装置から発生する電流の基本周波数成分は加熱コイル１６に電力を供給する期間と供給しない期間を合わせた期間で決まるため、被加熱物体１０の交換などによりスイッチング素子１２〜１５の駆動周波数が変化しても一定の周波数で電力制御することができ、２つの異なる誘導加熱装置を隣接して設置してもうなり干渉音が発生しないようにすることができる。
【００５１】
（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５における誘導加熱装置の電圧と電流波形を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。
【００５２】
本実施の形態における誘導加熱装置は、制御回路１８から発生する駆動信号の周波数を変化して加熱負荷の共振点付近でスイッチング素子１２〜１５を駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うものである。
【００５３】
すなわち、加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数とスイッチング素子１２〜１５の駆動周波数の差が大きいと加熱コイル１６に電力を供給しにくくなる。そのため、加熱コイル１６に電力を多く供給するためには、スイッチング素子１２〜１５の駆動周波数を加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数に近い周波数で駆動するものである。
【００５４】
以上のように、本実施の形態では、加熱コイル１６に電力を供給する期間はスイッチング素子１２〜１５の駆動周波数を加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数に近い周波数に設定するため、加熱コイル１６に大電力を高力率・高効率で供給することができる。
【００５５】
（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６における誘導加熱装置を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。
【００５６】
本実施の形態における誘導加熱装置は、電流を検知する電流検出手段２１を備え、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５における駆動信号停止状態からスイッチング素子の駆動状態への移行時に、制御回路１８から発生する駆動信号を電流が流れているスイッチング素子の駆動信号から発生してスイッチング素子を駆動し電力制御を行うようにしている。
【００５７】
また、共振コンデンサ１７に印加する電圧値を検知する電圧検出手段２２を備え、検知した値をもとに制御回路１８から発生する駆動信号のタイミングを変化してスイッチング素子を駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うようにしている。
【００５８】
すなわち、電流検出手段２１を備えることにより、回路に流れる電流の向きと電流の大きさを検知し、また、電流が第１〜第４のスイッチング素子１２〜１５のどのスイッチング素子を流れているかを検知している。また、電圧検出手段２２を備えることにより、共振コンデンサ１７などに印加する電圧の向きと電圧の大きさを検知している。
【００５９】
上記構成において、スイッチング素子１２〜１５の駆動停止状態から駆動状態へ移行する際に、加熱コイル１６に流れている電流の振動に同期して再び加熱コイル１６に電力を供給することになるため、加熱コイル１６に供給する電力を大きくすることができる。
【００６０】
また、スイッチング素子１２〜１５の駆動停止状態から駆動状態へ移行する際に、スイッチング素子と並列に接続したダイオードに電流が流れているスイッチング素子から駆動することになり、スナバコンデンサに印加している電圧を短絡することがなくなる。そのため、スイッチング素子の発熱が少なくなり、冷却装置を小型化することができる。
【００６１】
また、スイッチング素子１２〜１５の切り換え時の電力損失が少なくなるため、誘導加熱装置の効率を高くすることができる。
【００６２】
また、加熱コイル１６に電力を供給する期間は、検知した値をもとにスイッチング素子の駆動周波数を加熱コイル１６と共振コンデンサ１７で決まる共振周波数に近い周波数に設定するため、加熱コイル１６に大電力を高力率・高効率で供給することができる。
【００６３】
さらに、異常な電圧値や電流値を検知した場合、スイッチング素子の駆動を停止し加熱コイル１６に電力の供給を行わないようにすることができるため、誘導加熱装置の安全性を向上することができる。
【００６４】
なお、電流検出手段２１と電圧検出手段２２とは、その両者を備えることなく、一方のみであってもよい。
【００６５】
以上のように、本実施の形態では、電流検出手段２１と電圧検出手段２２の少なくとも１つを備え、検知した値をもとに制御回路１８から発生する駆動信号のタイミングを変化してスイッチング素子１２〜１５を駆動し、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うことにより、加熱コイル１６に大電力を高力率・高効率で供給することができ、冷却装置を小型化することができ、誘導加熱装置の効率を高くすることができ、誘導加熱装置の安全性を向上することができる。
【００６６】
（実施の形態７）
図９は、本発明の実施の形態７における誘導加熱装置を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。
【００６７】
本実施の形態における誘導加熱装置は、消費電力を検知する電力検出手段２３を備え、誘導加熱装置で消費する電力または加熱コイル１６で消費する電力を検知している。
【００６８】
すなわち、電力検出手段２３の検出により、設定値以上の電力が供給されている場合はスイッチング素子１２〜１５の駆動周波数を高くし、設定値以下の電力が供給されている場合はスイッチング素子１２〜１５の駆動周波数を低くし、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うことにより、加熱コイル１６に供給する電力を設定した電力に合わせることができるため、要望する任意の発熱量を安定して得ることができる。
【００６９】
また、電力検出手段２３の検出により、設定値以上の電力が供給されている場合は、第１のスイッチング素子１２と第４のスイッチング素子１５、および第２のスイッチング素子１３と第３のスイッチング素子１４の位相差を広げ、設定値以下の電力が供給されている場合は、第１のスイッチング素子１２と第４のスイッチング素子１５、および第２のスイッチング素子１３と第３のスイッチング素子１４の位相差を縮め、一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けて電力制御を行うことにより、加熱コイル１６に供給する電力を設定した電力に合わせることができるため、要望する任意の発熱量を安定して得ることができる。
【００７０】
さらに、電力検出手段２３の検出により、設定電力に応じて一定の周期で第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けるか、または一定の周期で前記第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けずに位相シフトのみによる制御を行うかを切り換えて電力制御を行うことにより、加熱コイル１６に大電力を供給したい場合は、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けないように切り換えて、第１〜第４の全てのスイッチング素子１２〜１５に駆動信号停止期間を設けるよりも更に大きな電力を供給することができるため、電力制御の値を大きくすることができる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態では、電力検出手段２３を備えることにより、要望する任意の発熱量を安定して得ることができ、電力制御の値を大きくすることができる。
【００７２】
（実施の形態８）
図１０は、本発明の実施の形態８における誘導加熱装置を示すものである。実施の形態１と回路構成は同じであるのでその説明は省略する。
【００７３】
本実施の形態における誘導加熱装置は、加熱コイル１６にエネルギーを供給する電源は、直流電源１１に代えて商用電源２４とダイオードブリッジ２５を用いることにより得られる全波整流電源または半波整流電源とした。また、電源に並列に平滑コンデンサ２６を設けている。
【００７４】
以上のように、本実施の形態では、加熱コイル１６にエネルギーを供給する電源は、商用電源とダイオードブリッジを用いることにより得られる全波整流電源または半波整流電源を利用することにより、商用電源から直流平滑電源に変換する回路が不必要となり、部品の削減による安価なインバータを形成することができる。また、本実施の形態による制御方式は、加熱コイル１６に大電力を供給することができるため、一定電圧の電源でなくても必要な電力を得ることができる。そのため、商用電源の平滑動作を行う必要がなく、誘導加熱装置の力率を高くすることができる。
【００７５】
なお、各実施の形態１〜８における構成は、必要に応じて適宜組み合わせることができるものであり、実施の形態そのものの構成に限定されるものではない。また、インバータとしてフルブリッジ型インバータを示したが、これ以外のインバータも適用できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、加熱コイルに大電力を供給できるとともに、高効率で平均電力を任意に制御することができ、しかもスイッチング素子の切り換え時の電力損失が発生せず、高効率で電力を制御することができるので、ＩＨクッキングヒータやＩＨ炊飯器のような家電製品のみならず、金属の焼入れなど業務用製品を含め誘導加熱により加熱を行う全ての装置に適用可能である。さらに、この制御方法はスイッチング素子を高周波で駆動してもスイッチング素子の負担が小さいため、アルミなど固有抵抗の小さい金属を加熱することも容易にできるので産業上の利用可能性は大いにある。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示す回路図
【図２】同誘導加熱装置における電圧波形と電流波形を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の電圧波形と電流波形を示す図
【図４】本発明の実施の形態３における誘導加熱装置の電圧波形と電流波形を示す図
【図５】同誘導加熱装置の図４とは異なる電圧波形と電流波形を示す図
【図６】本発明の実施の形態４における誘導加熱装置の電圧波形と電流波形を示す図
【図７】本発明の実施の形態５における誘導加熱装置の電圧波形と電流波形を示す図
【図８】本発明の実施の形態６における誘導加熱装置を示す回路図
【図９】本発明の実施の形態７における誘導加熱装置を示す回路図
【図１０】本発明の実施の形態８における誘導加熱装置を示す回路図
【符号の説明】
【００７８】
１０  被加熱物体
１１  直流電源
１２  第１のスイッチング素子
１２ａ  第１のダイオード
１３  第２のスイッチング素子
１３ａ  第２のダイオード
１４  第３のスイッチング素子
１４ａ  第３のダイオード
１５  第４のスイッチング素子
１５ａ  第４のダイオード
１６  加熱コイル
１７  共振コンデンサ
１８  制御回路
１９  第１のスナバコンデンサ
２０  第２のスナバコンデンサ
２１  電流検出手段
２２  電圧検出手段
２３  電力検出手段
２４  商用電源
２５  ダイオードブリッジ
２６  平滑コンデンサ
【図１】
2007103049.tif 000003
【図２】
2007103049.tif 000004
【図３】
2007103049.tif 000005
【図４】
2007103049.tif 000006
【図５】
2007103049.tif 000007
【図６】
2007103049.tif 000008
【図７】
2007103049.tif 000009
【図８】
2007103049.tif 000010
【図９】
2007103049.tif 000011
【図１０】
2007103049.tif 000012