(57)【要約】【課題】被加熱体の温度分布の均一化を図る。【解決手段】複数の誘導加熱用コイルを用いた誘導加熱方式により加熱体を加熱させる誘導加熱装置であって、前記複数の誘導加熱用コイルに接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対し、同一周波数のＰＷＭ信号を供給して前記複数の誘導加熱用コイルを駆動させる制御部と、を有し、前記制御部は、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに前記ＰＷＭ信号が供給される期間の一部が重なるようにする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘導加熱用コイルを用いた誘導加熱方式により加熱体を加熱させる誘導加熱装置であって、
前記複数の誘導加熱用コイルに接続された複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対し、同一周波数のＰＷＭ信号を供給して前記複数の誘導加熱用コイルを駆動させる制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記複数のスイッチング素子のそれぞれに前記ＰＷＭ信号が供給される期間の一部が重なるようにする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記制御部は、
第一のスイッチング素子に供給される第一のＰＷＭ信号の供給が停止される前または後のうち、少なくとも何れか一方の所定期間において、
第二のスイッチング素子に第二のＰＷＭ信号を供給する請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記第一のスイッチング素子と接続された第一の誘導加熱用コイルと、前記第二のスイッチング素子と接続された第二の誘導加熱用コイルと、を交互に駆動させる請求項２記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記第一の誘導加熱用コイルと、前記第二の誘導加熱用コイルとは、隣接する位置に配置された請求項３記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記第一のＰＷＭ信号の供給が停止されている期間に前記第二のスイッチング素子に供給される前記第二のＰＷＭ信号のデューティ比を調整する請求項２ないし４の何れか一項に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載の誘導加熱装置を有する画像形成装置。
【請求項７】
請求項１ないし５の何れか一項に記載の誘導加熱装置による誘導加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の加熱用コイルを用いた誘導加熱方式により加熱体を加熱させる誘導加熱装置、画像形成装置及び誘導加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、誘導加熱用コイルを用いた誘導加熱（Inducing Heating）方式により被加熱体を加熱する誘導加熱装置が知られている。
【０００３】
従来の誘導加熱装置では、電源装置となるインバータに搭載されたスイッチング素子に供給されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号の周波数を制御してスイッチング素子のオン幅を制御し、誘導加熱用コイルに提供される電流を制御している。
【０００４】
例えば、特許文献１では、複数の誘導加熱用コイルの駆動を制御する複数のスイッチング素子のそれぞれに、周波数が同一のＰＷＭ信号を供給することで、干渉音を発生させずに、定着温度に到達するまで連続的に電力供給をすることが記載されている。
【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、複数のスイッチング素子のそれぞれに周波数が同一のＰＷＭ信号を供給する場合、複数の誘導加熱用コイルが同時に駆動することになり、コイル間で磁束干渉が発生し、被加熱体の温度分布の均一化が困難になる。
【０００６】
開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被加熱体の温度分布の均一化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示の技術は、複数の誘導加熱用コイルを用いた誘導加熱方式により加熱体を加熱させる誘導加熱装置であって、前記複数の誘導加熱用コイルに接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対し、同一周波数のＰＷＭ信号を供給して前記複数の誘導加熱用コイルを駆動させる制御部と、を有し、前記制御部は、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに前記ＰＷＭ信号が供給される期間の一部が重なるようにする。
【発明の効果】
【０００８】
被加熱体の温度分布の均一化を図る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一の実施形態の誘導加熱装置を説明する図である。
【図２】第一の実施形態の加熱体と加熱用コイルを説明する図である。
【図３】第一の実施形態の電圧制御回路による電圧の制御を説明する図である。
【図４】第一の実施形態の電圧制御回路の一例を示す図である。
【図５】電圧制御回路の動作を説明する波形図である。
【図６】第一の実施形態の誘導加熱装置のＣＰＵの機能を説明する図である。
【図７】ＰＷＭ信号を説明する図である。
【図８】第一の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第一の図である。
【図９】第一の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第二の図である。
【図１０】第二の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第一の図である。
【図１１】第二の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第二の図である。
【図１２】第三の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第一の図である。
【図１３】ＰＷＭ信号のデューティ比について説明する図である。
【図１４】第三の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第二の図である。
【図１５】第四の実施形態の加熱体と加熱用コイルを説明する図である。
【図１６】第四の実施形態の誘導加熱装置を説明する図である。
【図１７】第四の実施形態の加熱用コイルの駆動を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第一の実施形態）
以下に、図面を参照して第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の誘導加熱装置を説明する図である。
【００１１】
本実施形態の誘導加熱装置１０は、電源１００、ＡＣ（Alternating Current）電力検出回路１０２、整流回路１０３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０４を有する。また本実施形態の誘導加熱装置１０は、電力検出回路１１０、１２０、電圧制御回路１１１、１２１、コイル駆動部２１０、２２０、２３０、加熱用コイル２１３、２２３、２３３を有する。
【００１２】
本実施形態の誘導加熱装置１０のＣＰＵ１０４は、外部通信ＩＦ（インターフェイス）１４０を介して外部制御ＣＰＵ１３０から加熱の指示を受けると、コイル駆動部２１０、２２０、２３０により誘導加熱用の加熱用コイル２１３、２２３、２３３を加熱し、加熱体３００を加熱する。本実施形態の外部制御ＣＰＵ１３０は、例えば誘導加熱装置１０が搭載される装置のメイン制御部である。
【００１３】
本実施形態において外部通信ＩＦ（インターフェイス）１４０は、誘導加熱装置１０に設けられていても良いし、誘導加熱装置１０の外部に設けられていても良い。一般に外部通信ＩＦは、内部電子回路への破損を防ぐため、フォトカプラ等により絶縁される。本実施形態の加熱体３００は、誘導加熱装置１０が有していても良いし、誘導加熱装置１０の外部に配置されていても良い。
【００１４】
本実施形態の電力検出回路１１０、１２０は、整流回路１０３により整流した電圧Ｖｒｅｃｔに基づき、電圧制御回路１１１、１２１のそれぞれに供給される電圧を検出し、ＣＰＵ１０４へ通知する。
【００１５】
本実施形態の電圧制御回路１１１、１２１は、コイル駆動部２１０、２３０に電圧を供給し、加熱用コイル２１３、２３３を駆動させる。また実施形態のコイル駆動部２２０には、ＣＰＵ１０４から加熱用コイル２２３を駆動させる駆動信号が供給される。
【００１６】
本実施形態のコイル駆動部２１０は、共振コンデンサ２１１、スイッチング素子２１２を有する共振回路である。コイル駆動部２２０は、共振コンデンサ２２１、スイッチング素子２２２を有する共振回路である。コイル駆動部２３０は、共振コンデンサ２３１、スイッチング素子２３２を有する共振回路である。
【００１７】
本実施形態のコイル駆動部２１０、２２０、２３０において、各共振コンデンサ２１１、２２１、２３１は、加熱用コイル２１３、２２３、２３３とそれぞれが並列に接続されて、共振回路を構成している。また各スイッチング素子２１２、２２２、２３２は、加熱用コイル２１３、２２３、２３３と直列に接続されており、上述の共振回路の駆動を制御する。
【００１８】
本実施形態のスイッチング素子２１２、２２２、２３２は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等であり、それぞれのゲートにＣＰＵ１０４から出力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号が印加される。本実施形態のスイッチング素子２１２、２２２、２３２は、ＣＰＵ１０４から供給されるＰＷＭ信号によりオン／オフが制御される。
【００１９】
本実施形態の誘導加熱装置１０では、電源１００から供給される交流電圧を整流回路１０３により整流した電圧Ｖｒｅｃｔが電力検出回路１１０、１２０及びコイル駆動部２２０に供給される。また本実施形態の誘導加熱装置１０では、ＣＰＵ１０４から出力される制御信号Ｖｃｔｒｌが電圧制御回路１１１、１２１に供給される。
【００２０】
本実施形態において、ＣＰＵ１０４から供給されるＰＷＭ信号の周波数は、どれも同一の周波数である。したがって、コイル駆動部２１０、２２０、２３０のそれぞれに供給されるＰＷＭ信号の周波数は同じである。
【００２１】
さらに、本実施形態では、コイル駆動部２１０、２２０、２３０のそれぞれにＰＷＭ信号が供給されるタイミングを異ならせる。具体的には、本実施形態ではコイル駆動部２１０、２２０、２３０のそれぞれにＰＷＭ信号が供給される期間が、所定の間、重なるようにする。
【００２２】
本実施形態では、以上のようにコイル駆動部２１０、２２０、２３０のそれぞれを駆動させるタイミングを変えることで、加熱用コイル２１３、２２３、２３３が同時に駆動することで生じる磁束干渉の発生を抑制し、加熱体３００における温度分布の均一化を図る。
【００２３】
以下の説明では、本実施形態の誘導加熱装置１０が、例えば画像形成装置に搭載される定着装置に適用された場合について説明する。この場合、加熱体３００は、定着装置により加熱される加熱ローラである。
【００２４】
次に図２を参照して本実施形態の加熱体３００と加熱用コイル２１３、２２３、２３３について説明する。図２は、第一の実施形態の加熱体と加熱用コイルを説明する図である。
【００２５】
図２に示す加熱体３００は、加熱用コイル２１３、２２３、２３３により加熱される被加熱体である。
【００２６】
図２では、加熱体３００の長手方向における加熱用コイル２１３、２２３、２３３と加熱体３００の概略を示している。本実施形態では、加熱体３００の長手方向に分割された加熱用コイル２１３、２２３、２３３を有する。
【００２７】
本実施形態では、加熱用コイル２１３の長手方向の幅をＷ１、加熱用コイル２２３の長手方向の幅をＷ２、加熱用コイル２３３の長手方向の幅をＷ３としたとき、Ｗ１＝Ｗ３＜Ｗ２となるように各加熱用コイルを設けた。
【００２８】
すなわち本実施形態では、加熱体３００の中央部分を加熱する加熱用コイル２２３を設け、加熱用コイル２２３の両側に加熱用コイル２２３よりも幅の狭い加熱用コイル２１３、２３３を設けた。
【００２９】
本実施形態の誘導加熱装置１０では、この３つの加熱用コイル２１３、２２３、２３３を駆動させるコイル駆動部２１０、２２０、２３０を同じ周波数で駆動させることで、干渉音を発生させずに連続的に加熱用コイル２１３、２２３、２３３に電力を供給する。
【００３０】
また本実施形態の誘導加熱装置１０では、加熱用コイル２１３及び２３３に供給する電圧と、加熱用コイル２２３に供給する電圧とを調整する。具体的には、加熱用コイル２２３が加熱体３００において加熱する領域は、加熱用コイル２１３、２３３が加熱する領域よりも広くなる。よって加熱用コイル２２３に供給される電力は、加熱用コイル２１３、２３３に供給される電力よりも大きくする必要がある。
【００３１】
そこで、本実施形態では、電圧制御回路１１１、１２１により、加熱用コイル２１３、２３３に印加する電圧が加熱用コイル２２３に印加する電圧よりも低くなるように、制御する。
【００３２】
具体的には、本実施形態のコイル駆動部２２０はＣＰＵ１０４に設定された電力（目標値）に対応したＰＷＭ信号で駆動する。また本実施形態では、ＣＰＵ１０４から出力される制御信号Ｖｃｔｒｌが電圧制御回路１１１、１２１に供給されると、電圧制御回路１１１、１２１は制御信号Ｖｃｔｒｌにより設定された電力に対応した電圧を出力する。電圧制御回路１１１、１２１から出力された電圧は、コイル駆動部２１０、２３０に供給され、加熱用コイル２１３、２３３に印加される。
【００３３】
以下に図３を参照して本実施形態における電圧制御回路１１１の電圧の制御について説明する。図３は、第一の実施形態の電圧制御回路による電圧の制御を説明する図である。図３では、例えば電圧制御回路１１１により加熱用コイル２１３に印加される電圧が制御された場合を示している。
【００３４】
コイル駆動部２１０において、スイッチング素子２１２に供給されるＰＷＭ信号がオン状態（Ｈレベル）のとき、加熱用コイル２１３にはコイル電流Ｉｃｏｉｌが流れる。このときスイッチング素子２１２のコレクタ−エミッタ間は導通した状態となり、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅは、図３（Ａ）に示すように０Ｖとなる。次にＰＷＭ信号がオフ状態（Ｌレベル）になると、コイル電流ＩｃｏｉｌはＧＮＤに流れず、共振コンデンサ２１１を充電し、スイッチング素子２１２のコレクタ-エミッタ間電圧Ｖｃｅが上昇する。
【００３５】
また、共振コンデンサ２１１に充電された電荷は放電されるため、加熱用コイル２１３に対して逆向きのコイル電流Ｉｃｏｉｌが流れ、コイル電流Ｉｃｏｉｌが０から負になる。このとき、スイッチング素子２１２に内蔵されたダイオードが導通し、コレクタ-エミッタ間電圧Ｖｃｅはほぼ０Ｖになる。コイル駆動部２１０では、内蔵されたダイオードが導通している期間でＰＷＭ信号を再びオン状態にすることで、低損失でスイッチング素子２１２を動作させることが可能となる。この共振動作を利用したスイッチング動作を繰り返すことで、加熱用コイル２１３に高周波電流を流すことが可能となる。
【００３６】
図３（Ｂ）は、加熱用コイル２１３に印加される電圧Ｖ１を、図３（Ａ）の電圧Ｖ１より高くすることにより、ＰＷＭ信号のオン幅が同じ状態でスイッチング動作を繰り返したまま加熱用コイル２１３のコイル電流Ｉｃｏｉｌが増えることを示した図である。
【００３７】
このように本実施形態では、加熱用コイル２１３に印加される電圧を制御することにより、コイル駆動部２１０のスイッチング素子２１２に供給するＰＷＭ信号のオン幅を変えずに設定された電力を供給する。
【００３８】
次に図４、図５を参照して本実施形態の電圧制御回路１１１、１２１について説明する。尚、本実施形態では、電圧制御回路１１１、１２１の構成は同様であるから、以下の説明では電圧制御回路１１１の構成を例として説明する。
【００３９】
図４は、第一の実施形態の電圧制御回路の一例を示す図である。図４に示す電圧制御回路１１１は、フライバック方式のＡＣ／ＤＣ変換回路を用いた回路構成であるが、ＡＣ／ＤＣ変換方式はこれに限定しない。
【００４０】
本実施形態の電圧制御回路１１１は、スイッチング素子１１２、トランスＴ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、トランジスタ１１３を有する。
【００４１】
電圧制御回路１１１の入力端子Ｔｉｎは、トランスＴ１の１次巻線Ｌ１を介しスイッチング素子１１２と接続されており、電力検出回路１１０を介して電圧制御回路１１１に入力される電圧Ｖｉｎは、スイッチング素子１１２に供給される。
【００４２】
スイッチング素子１１２のゲートには、ＣＰＵ１０４から出力される制御信号Ｖｃｔｒｌが供給され、制御信号Ｖｃｔｒｌによりオン／オフが制御される。
【００４３】
電圧制御回路１１１において、トランスＴ１の二次巻線Ｌ２の一端は、ダイオードＤ１と接続されており、他端は二次巻線Ｌ３の一端と接続されている。二次巻線Ｌ３の他端は、抵抗Ｒ３の一端と接続されており、抵抗Ｒ３の他端は抵抗Ｒ４の一端と、トランジスタ１１３のベースに接続されている。抵抗Ｒ４の他端は接地されている。トランジスタ１１３のエミッタは接地されており、コレクタは抵抗Ｒ５の一端と接続されている。抵抗Ｒ５の他端は、電源に接続されている。また、トランジスタ１１３のエミッタの電圧は、電流ゼロ検出信号ＺＤＣとしてＣＰＵ１０４へ供給される。電流ゼロ検出信号ＺＤＣとは、二次巻線Ｌ２、Ｌ３に流れる電流Ｉａｋが０になるタイミングを検出するための信号である。
【００４４】
ダイオードＤ１の他端は、コンデンサＣ１の一端と、抵抗Ｒ１の一端と接続されている。また、ダイオードＤ１の他端は、電圧制御回路１１１の出力端子Ｔｏｕｔとして、コイル駆動部２１０に接続されており、出力電圧Ｖ１を出力する。抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２の一端と接続されており、抵抗Ｒ２の他端は接地されている。
【００４５】
抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点の電圧は、電圧制御回路１１１の出力電圧の分圧を示す出力電圧検出信号Ｖｆｂとして、ＣＰＵ１０４へ供給される。
【００４６】
以下に、図５を参照して電圧制御回路１１１の動作を説明する。図５は、電圧制御回路の動作を説明する波形図である。
【００４７】
電圧制御回路１１１では、制御信号Ｖｃｔｒｌがオン（ハイレベル、以下、Ｈレベル）になると、１次巻線Ｌ１に三角波状の電流Ｉｄｓが流れる。１次巻線の電流Ｉｄｓは、制御信号Ｖｃｔｒｌがオンからオフ（ローレベル、以下、Ｌレベル）に切り替わると０になり、トランスＴ１の２次側のダイオードＤ１に電流Ｉａｋが流れる。出力電圧Ｖ１は、スイッチング素子１１２への制御信号Ｖｃｔｒｌのオン幅により、昇降圧が可能となる。
【００４８】
すなわち、電圧制御回路１１１の出力電圧Ｖ１は、スイッチング素子１１２への制御信号Ｖｃｔｒｌのオン幅を広げると昇圧し、オン幅を狭くすると降圧する。
【００４９】
尚、出力電圧Ｖ１は、出力電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した出力電圧検出信号ＶｆｂをＣＰＵ１０４に供給することで、ＣＰＵ１０４により監視される。また、ＣＰＵ１０４は、電流ゼロ検出信号ＺＣＤにより、電流Ｉａｋが０になるタイミングを検出し、制御信号Ｖｃｔｒをオンさせる。
【００５０】
次に、本実施形態の誘導加熱装置１０の有するＣＰＵ１０４の機能について説明する。図６は、第一の実施形態の誘導加熱装置のＣＰＵの機能を説明する図である。
【００５１】
本実施形態のＣＰＵ１０４は、目標値記憶部１０５、タイミング制御部１０６、ＰＷＭ生成部１０７を有する。
【００５２】
目標値記憶部１０５は、誘導加熱装置１０の制御に必要な値が保持されている。具体的には、例えば、コイル駆動部２１０、２２０、２３０のそれぞれの出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の目標値等である。
【００５３】
タイミング制御部１０６は、コイル駆動部２１０及び２３０に対してＰＷＭ信号を供給するタイミングと、コイル駆動部２２０に対してＰＷＭ信号を供給するタイミングとを制御する。尚、以下の説明では、コイル駆動部２１０及び２３０に供給されるＰＷＭ信号をＰＷＭ信号１とし、コイル駆動部２２０に供給されるＰＷＭ信号をＰＷＭ信号２とする。
【００５４】
本実施形態のタイミング制御部１０６は、ＰＷＭ信号１がコイル駆動部２１０及び２３０に供給される期間と、ＰＷＭ信号２がコイル駆動部２２０に供給される期間とが、所定の期間重なるように、ＰＷＭ信号１、２を供給するタイミングを制御する。
【００５５】
また、本実施形態のタイミング制御部１０６は、制御信号Ｖｃｔｒｌにより電圧制御回路１１１、１２１を駆動させるタイミングを制御する。
【００５６】
本実施形態では、電圧制御回路１１１、１２１が駆動しているとき、コイル駆動部２１０及び２３０に電圧制御回路１１１、１２１の出力電圧Ｖ１、Ｖ３がそれぞれ供給され、ＰＷＭ信号１が供給される。
【００５７】
ＰＷＭ生成部１０７は、ＰＷＭ信号１、２を生成する。本実施形態のＰＷＭ信号１とＰＷＭ信号２は、周波数が同一の信号とした。
【００５８】
ここで、図７を参照して本実施形態のＰＷＭ信号について説明する。図７は、ＰＷＭ信号を説明する図である。
【００５９】
本実施形態では、ＰＷＭ信号は、一定周期でＨレベル／Ｌレベルを繰り返す矩形波で示される電気信号であり、加熱用コイル２１３、２２３、２３３のそれぞれにコイル電流を供給させて駆動させる。
【００６０】
したがって、例えば図７がＣＰＵ１０４からコイル駆動部２２０に供給される信号を示す場合、タイミングｔａからタイミングｔｂまでは、ＣＰＵ１０４からコイル駆動部２２０にＰＷＭ信号２が供給されている期間となる。したがって、タイミングｔａからタイミングｔｂまでの期間は、加熱用コイル２２３にコイル電流が供給され、加熱用コイル２２３が駆動する期間である。
【００６１】
また、図７において、タイミングｔａ以前の期間と、タイミングｔｂ以降の期間は、ＣＰＵ１０４からコイル駆動部２２０にＰＷＭ信号２が供給されていない期間となる。したがって、加熱用コイル２２３にはコイル電流が供給されず、加熱用コイル２２３は駆動しない。
【００６２】
また、ＰＷＭ信号２では、１周期である期間Ｔｍにおいて、オンとなっている期間ｔｏｎの比率をデューティ比と呼ぶ。また、ＰＷＭ信号２の周波数ｆは、１／Ｔｍ［Ｈｚ］となる。
【００６３】
次に、図８、図９を参照し、本実施形態の誘導加熱装置１０における加熱用コイル２１３、２２３、２３３の駆動について説明する。
【００６４】
図８は、第一の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第一の図である。図８は、加熱用コイル２１３、２３３に流れるコイル電流Ｉｃｏｉｌ１と、加熱用コイル２２３に流れるコイル電流Ｉｃｏｉｌ２を示している。コイル電流Ｉｃｏｉｌ１は、コイル駆動部２１０及び２３０にＰＷＭ信号１が供給されている期間に、加熱用コイル２１３、２３３に流れる。コイル電流Ｉｃｏｉｌ２は、コイル駆動部２２０にＰＷＭ信号２が供給されている期間に、加熱用コイル２２３に流れる。
【００６５】
図８において、コイル電流Ｉｃｏｉｌ２は、タイミングＴ８０からタイミングＴ８２までの期間、加熱用コイル２２３に流れる。すなわち、ＣＰＵ１０４は、タイミング制御部１０６により、タイミングＴ８０からタイミングＴ８２までの期間、コイル駆動部２２０にＰＷＭ信号２を供給している。
【００６６】
また、コイル電流Ｉｃｏｉｌ１は、タイミングＴ８１からタイミングＴ８４までの期間、加熱用コイル２１３、２３３に流れる。すなわち、ＣＰＵ１０４は、タイミング制御部１０６により、タイミングＴ８１からタイミングＴ８４までの期間、コイル駆動部２１０及び２３０にＰＷＭ信号１を供給している。
【００６７】
また、コイル電流Ｉｃｏｉｌ２は、タイミングＴ８３からタイミングＴ８５までの期間、加熱用コイル２２３に流れる。すなわち、ＣＰＵ１０４は、タイミング制御部１０６により、タイミングＴ８３からタイミングＴ８５までの期間、コイル駆動部２２０にＰＷＭ信号２を供給している。
【００６８】
したがって、図８の例では、タイミングＴ８１からタイミングＴ８２までの期間ｔ８１と、タイミングＴ８３からタイミングＴ８４までの期間ｔ８２において、ＰＷＭ信号１とＰＷＭ信号２が同時にＣＰＵ１０４から出力されている。また、図８の例では、タイミングＴ８２からタイミングＴ８３までの期間ｔ８３はＰＷＭ信号２のみがＣＰＵ１０４から出力されている。
【００６９】
すなわち、図８の例では、期間ｔ８１と期間ｔ８２においてのみ、３つの加熱用コイル２１３、２２３、２３３が同時に駆動される。言い換えれば、本実施形態では、一方のＰＷＭ信号の供給が停止されている期間の前後の所定期間において、他方のＰＷＭ信号が供給されている。したがって、本実施形態では、複数の加熱用コイルが同時に駆動することにより生じる磁束干渉を低減することができる。
【００７０】
さらに、図８の例では、加熱用コイル２１３、２３３にコイル電流Ｉｃｏｉｌ１が供給される時間の方が、加熱用コイル２２３にコイル電流Ｉｃｏｉｌ２が供給される時間よりも短い。
【００７１】
したがって、ＣＰＵ１０４は、コイル電流Ｉｃｏｉｌ１の振幅をコイル電流Ｉｃｏｉｌ２の振幅よりも大きくし、加熱用コイル２１３、２３３と対応する加熱体３００が急速に加熱されるようにした。尚、コイル電流Ｉｃｏｉｌ１の振幅は、電圧制御回路１１１、１２１のそれぞれから出力される電圧Ｖ１と電圧Ｖ３を、電圧Ｖｒｅｃｔより高くすることで、大きくできる。
【００７２】
すなわち、本実施形態では、加熱用コイルにコイル電流が供給される期間に応じて、コイル電流の振幅を調整することができ、加熱用コイル２１３、２２３、２３３により加熱される加熱体の温度分布の均一化に貢献できる。
【００７３】
尚、図８において、ＰＷＭ信号１、２が同時にＣＰＵ１０４から出力される期間ｔ８１、ｔ８２の長さは、電源１００から供給される交流電圧の周波数である５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周期をＴｏとしたとき、Ｔｏ／２（１／２周期）とした。ＰＷＭ信号１、２が同時にＣＰＵ１０４から出力される期間の長さは、図８に示す例に限定されない。
【００７４】
図９は、第一の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第二の図である。図９の例では、ＰＷＭ信号１、２が同時にＣＰＵ１０４から出力される期間ｔ９１、ｔ９２の長さは、電源１００から供給される交流電圧の周波数である５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周期をＴｏとしたとき、Ｔｏ（１周期）とした。
【００７５】
本実施形態において、ＰＷＭ信号１、２が同時にＣＰＵ１０４から出力される期間は、タイミング制御部１０６において予め設定されていても良い。この期間は、例えば加熱用コイルのサイズやサイズの比、加熱用コイルの配置等に応じて設定されても良い。
【００７６】
具体的には、例えば誘導加熱装置１０の出荷前に、加熱体３００の温度分布を測定しながらＰＷＭ信号１、２が同時にＣＰＵ１０４から出力される期間を調整し、温度分布が最も均一に近くなったときの期間がタイミング制御部１０６に設定されても良い。
【００７７】
以上のように、本実施形態では、磁束干渉を抑制し、温度分布の均一化を図ることができる。
【００７８】
（第二の実施形態）
以下に図面を参照して、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、コイル電流Ｉｃｏｉｌ１の振幅を段階的に大きくしていく点のみ、第一の実施形態と相違する。よって、以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態の相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【００７９】
図１０は、第二の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第一の図である。本実施形態では、ＣＰＵ１０４からＰＷＭ信号２が出力され、コイル電流Ｉｃｏｉｌ２が加熱用コイル２２３に供給されている期間におけるタイミングＴ１０１において、ＰＷＭ信号１が出力され、コイル電流Ｉｃｏｉｌ１の供給が開始される。
【００８０】
そして、本実施形態では、タイミングＴ１０１から、コイル電流Ｉｃｏｉｌ２の供給が停止されるタイミングＴ１０２までの期間ｔ１０１の間、徐々にコイル電流Ｉｃｏｉｌ１の振幅を大きくする。そして、本実施形態では、コイル電流Ｉｃｏｉｌ２の供給が停止している期間ｔ１０２において、コイル電流Ｉｃｏｉｌ１の振幅が最大となるようにした。
【００８１】
ＰＷＭ信号１の振幅は、ＣＰＵ１０４により、タイミングＴ１０１からコイル電流Ｉｃｏｉｌ１の振幅が最大となるまでの間、電圧制御回路１１１、１２１に供給される制御信号Ｖｃｔｒｌのオン時間を徐々に長くすることで、徐々に大きくすることができる。
【００８２】
本実施形態では、以上のように、コイル電流Ｉｃｏｉｌ１を制御することで、コイル駆動部２１０、２２０、２３０に供給されるＰＷＭ信号の周波数は同一としつつ、加熱用コイル２１３、２３３の駆動時にソフトスタートを適用できる。したがって本実施形態では、コイル駆動部２１０及び２３０の駆動直後における突入電流によるスイッチング素子２１２、２３２のへの負荷を低減することができる。
【００８３】
さらに、本実施形態では、加熱用コイル２２３に対してコイル電流Ｉｃｏｉｌ２の供給が停止している期間、すなわち加熱用コイル２２３が駆動していない期間に、コイル電流Ｉｃｏｉｌ１の振幅を最大とする。このため、本実施形態では、加熱用コイルが同時に駆動することにより生じる磁束干渉を抑制することができる。
【００８４】
図１０では、ＰＷＭ信号１、２が同時にＣＰＵ１０４から出力される期間ｔ１０１の長さは、電源１００から供給される交流電圧の周波数である５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周期をＴｏとしたとき、Ｔｏ（１周期）とした。
【００８５】
図１１は、第二の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第二の図である。図１１の例では、ＰＷＭ信号１、２が同時にＣＰＵ１０４から出力される期間ｔ１１１の長さは、電源１００から供給される交流電圧の周波数である５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周期をＴｏとしたとき、２Ｔｏ（２周期）とした。
【００８６】
本実施形態において、ＰＷＭ信号１、２が同時にＣＰＵ１０４から出力される期間は、例えばスイッチング素子２１２、２３２の損失を測定し、この損失が少なく、且つ加熱体３００の温度分布がより均一に近づく期間を実験等により求めても良い。この期間は、例えば誘導加熱装置１０の出荷前等に、タイミング制御部１０６に設定されていても良い。
【００８７】
（第三の実施形態）
以下に図面を参照して、第三の実施形態について説明する。第三の実施形態は、ＰＷＭ信号２の供給が停止している期間に、ＰＷＭ信号１のデューティ比を変更する点が第一の実施形態と相違する。よって、以下の第三の実施形態の説明では、第一の実施形態の相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【００８８】
図１２は、第三の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第一の図である。図１２の例では、期間ｔ１２１において供給されるＰＷＭ信号１のデューティ比を変更する。期間ｔ１２１は、コイル電流Ｉｃｏｉｌ２の供給が停止している期間、すなわちＰＷＭ信号２の供給が停止している期間である。
【００８９】
本実施形態のＣＰＵ１０４は、期間ｔ１２１の始点となるタイミングＴ１２１においてＰＷＭ信号１の出力を開始する。そして、ＣＰＵ１０４は、期間ｔ１２１の終点であるタイミングＴ１２２までの間にＰＷＭ信号１のデューティ比をＰＷＭ信号２のデューティ比と一致させ、タイミングＴ１２２からタイミングＴ１２３までの期間ｔ１２２において、デューティ比が一致したＰＷＭ信号１、２を同時に出力する。すなわち、タイミングＴ１２２以降に出力されるＰＷＭ信号１、２は、周波数が同じ信号となる。
【００９０】
図１３は、ＰＷＭ信号のデューティ比について説明する図である。図１３では、期間ｔ１２１におけるコイル電流Ｉｃｏｉｌ１と、スイッチング素子２１２、２３２のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅと、ＰＷＭ信号１の波形を示している。
【００９１】
本実施形態のＣＰＵ１０４は、図１３に示すように、ＰＷＭ信号１のデューティ比を徐々に大きくすることで、コイル電流Ｉｃｏｉｌ１を徐々に大きくし、加熱用コイル２１３、２３３の駆動時にソフトスタートを適用する。
【００９２】
尚、本実施形態におけるＰＷＭ信号１、２のデューティ比は、ＣＰＵ１０４のＰＷＭ生成部１０７に予め設定されていても良い。本実施形態において、ＰＷＭ生成部１０７は、ＰＷＭ信号１を生成する際に、予め設定されたオン時間に基づきデューティ比を調整しても良い。尚、ＰＷＭ信号１のデューティ比は、期間ｔ１２１の間にＰＷＭ信号１のデューティ比がＰＷＭ信号２のデューティ比と等しくなるように設定されるものとした。
【００９３】
すなわち、本実施形態では、加熱用コイル２１３、２３３と、加熱用コイル２２３とが同時に駆動しない期間はＰＷＭ信号１、２の周波数を同一にせずとも干渉音が発生しない点に着目し、該当する期間ｔ１２１にＰＷＭ信号１のデューティ比を調整してソフトスタートを実現した。
【００９４】
したがって、本実施形態でも、第二の実施形態と同様に、コイル駆動部２１０及び２３０の駆動直後における突入電流によるスイッチング素子２１２、２３２のへの負荷を低減することができる。
【００９５】
尚、図１３の例では、ＰＷＭ信号１のみがＣＰＵ１０４から出力される期間ｔ１２１の長さを電源１００から供給される交流電圧の周波数である５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周期をＴｏとしたとき、Ｔｏ／２（１／２周期）とした。また、図１３の例では、ＰＷＭ信号１、２が同時にＣＰＵ１０４から出力される期間ｔ１２２の長さは、電源１００から供給される交流電圧の周波数である５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周期をＴｏとしたとき、Ｔｏ（周期）とした。
【００９６】
図１４は、第三の実施形態における加熱用コイルの駆動を説明する第二の図である。図１４の例では、ＰＷＭ信号１のみがＣＰＵ１０４から出力される期間ｔ１４１の長さを電源１００から供給される交流電圧の周波数である５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周期をＴｏとしたとき、Ｔｏ／２（１／２周期）とした。ＰＷＭ信号１、２が同時にＣＰＵ１０４から出力される期間ｔ１４２の長さを、電源１００から供給される交流電圧の周波数である５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周期をＴｏとしたとき、２Ｔｏ（２周期）とした。
【００９７】
尚、図１４の例でも、図１２と同様に、期間ｔ１４１においてＰＷＭ信号１のデューティ比を徐々に大きくしてソフトスタートを実現している。そして、ＰＷＭ信号１のデューティ比は、期間ｔ１４２が開始するタイミングか、又はそれ以前に、ＰＷＭ信号２のデューティ比と一致するように調整される。
【００９８】
（第四の実施形態）
以下に図面を参照して第四の実施形態について説明する。第四の実施形態は、加熱用コイルの数を５つにした点が第一の実施形態と相違する。したがって、以下の第四の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【００９９】
図１５は、第四の実施形態の加熱体と加熱用コイルを説明する図である。本実施形態では、加熱体３００の長手方向に分割された加熱用コイル２１３、２２３、２３３、２４３、２５３を有する。
【０１００】
本実施形態では、加熱用コイル２４３、２５３の長手方向の長さは、加熱用コイル２１３、２３３と同じとした。
【０１０１】
図１６は、第四の実施形態の誘導加熱装置を説明する図である。本実施形態の誘導加熱装置１０Ａでは、加熱用コイル２４３を駆動させるコイル駆動部２４０と、コイル駆動部２４０に対応した電力検出回路１５０、電圧制御回路１５１を有する。また、本実施形態の誘導加熱装置１０Ａでは、加熱用コイル２５３を駆動させるコイル駆動部２５０と、コイル駆動部２５０に対応した電力検出回路１６０、電圧制御回路１６１を有する。
【０１０２】
本実施形態のコイル駆動部２４０は、共振コンデンサ２４１、スイッチング素子２４２を有する共振回路である。コイル駆動部２５０は、共振コンデンサ２５１、スイッチング素子２５２を有する共振回路である。
【０１０３】
本実施形態のコイル駆動部２４０、２５０には、ＣＰＵ１０４からＰＷＭ信号３が供給される。すなわち、本実施形態では、加熱用コイル２１３、２３３はＰＷＭ信号１により駆動され、加熱用コイル２２３はＰＷＭ信号２で駆動され、加熱用コイル２４３、２５３はＰＷＭ信号３で駆動される。
【０１０４】
本実施形態では、複数の加熱用コイルのうち、隣接する加熱用コイルが同時に駆動しないように制御することで、複数の加熱用コイルが同時に駆動することにより生じる磁束干渉を低減し、加熱体３００の温度分布の均一化を図る。
【０１０５】
図１７は、第四の実施形態の加熱用コイルの駆動を説明する図である。本実施形態では、ＣＰＵ１０４は、コイル電流Ｉｃｏｉｌ１と、コイル電流Ｉｃｏｉｌ２とが同じタイミングで供給されるように、ＰＷＭ信号１、２を出力する。また、ＣＰＵ１０４は、コイル電流Ｉｃｏｉｌ３が、コイル電流Ｉｃｏｉｌ１、２と異なるタイミングで供給されるように、ＰＷＭ信号３を出力する。
【０１０６】
すなわち、本実施形態のＣＰＵ１０４は、タイミングＴ１７１においてＰＷＭ信号１、２の出力を開始し、タイミングＴ１７２においてＰＷＭ信号３の出力を開始する。そしてＣＰＵ１０４は、タイミングＴ１７３においてＰＷＭ信号１、２の出力を停止し、タイミングＴ１７４までの間はＰＷＭ信号３のみを出力する。
【０１０７】
本実施形態では、以上のように、隣接する加熱用コイルを同時に駆動させないようにすることで、磁束分布の干渉の発生を抑制し、加熱体３００の温度分布の均一化を図ることができる。
【０１０８】
以上に説明した実施形態の誘導加熱装置は、例えば調理器具等にも適用できる。本実施形態の誘導加熱装置は、被加熱体が誘導加熱により加熱できるものでる装置に適用できる。
【０１０９】
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１０、１０Ａ  誘導加熱装置
１０４  ＣＰＵ
１１０、１２０  電力検出回路
１１１、１２１  電圧制御回路
２１０、２２０、２３０、２４０、２５０  コイル駆動部
２１２、２２２、２３２、２４２、２５２  スイッチング素子
２１３、２２３、２３３、２４３、２５３  加熱用コイル
３００  加熱体
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特開２０１４−０５６１１４号公報
【図１】
2016004747.tif 000003
【図２】
2016004747.tif 000004
【図３】
2016004747.tif 000005
【図４】
2016004747.tif 000006
【図５】
2016004747.tif 000007
【図６】
2016004747.tif 000008
【図７】
2016004747.tif 000009
【図８】
2016004747.tif 000010
【図９】
2016004747.tif 000011
【図１０】
2016004747.tif 000012
【図１１】
2016004747.tif 000013
【図１２】
2016004747.tif 000014
【図１３】
2016004747.tif 000015
【図１４】
2016004747.tif 000016
【図１５】
2016004747.tif 000017
【図１６】
2016004747.tif 000018
【図１７】
2016004747.tif 000019