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JP2009252565A - Induction heating device - Google Patents

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JP2009252565A
JP2009252565A JP2008099895A JP2008099895A JP2009252565A JP 2009252565 A JP2009252565 A JP 2009252565A JP 2008099895 A JP2008099895 A JP 2008099895A JP 2008099895 A JP2008099895 A JP 2008099895A JP 2009252565 A JP2009252565 A JP 2009252565A
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JP
Japan
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semiconductor switch
heating coil
heating
resonance
circuit
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Application number
JP2008099895A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Kitaizumi
武 北泉
Naoaki Ishimaru
直昭 石丸
Tadashi Sadahira
匡史 貞平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Filing date
Publication date
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  • Induction Heating Cooking Devices (AREA)

Abstract

【課題】複数の加熱コイルを同時に使用する際の干渉音の発生を防止するとともに、高火力時の回路損失を少なくすること。
【解決手段】直流電源1に並列に接続された第1及び第2の半導体スイッチ5、6の直列体と、前記直流電源に並列に接続される第3及び第4の半導体スイッチ15、16の直列体と、一端を前記第1及び第2の半導体スイッチの直列体の中点に接続した第1の共振回路9と、一端を前記第3及び第4の半導体スイッチの直列体の中点に接続した第2の共振回路19と、一端を前記第1の共振回路と前記第2の共振回路の接続点と接続し他端を前記直流電源の一端と接続する切替手段4を備えた。
【選択図】図1
An object of the present invention is to prevent the generation of interference sound when using a plurality of heating coils at the same time and reduce circuit loss at high heating power.
A serial body of first and second semiconductor switches 5 and 6 connected in parallel to a DC power source 1 and third and fourth semiconductor switches 15 and 16 connected in parallel to the DC power source. A series body, a first resonance circuit 9 having one end connected to the midpoint of the series body of the first and second semiconductor switches, and one end at the midpoint of the series body of the third and fourth semiconductor switches. The connected second resonance circuit 19 and switching means 4 for connecting one end to the connection point of the first resonance circuit and the second resonance circuit and connecting the other end to one end of the DC power source are provided.
[Selection] Figure 1

Description

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。   The present invention relates to an induction heating apparatus that heats an object to be heated using induction heating by a high-frequency magnetic field.

従来、この種の誘導加熱装置はインバータ回路を並列に配置しているものもある(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, some induction heating apparatuses of this type have inverter circuits arranged in parallel (see, for example, Patent Document 1).

図3は、特許文献1に記載された従来の誘導加熱装置を示すものである。図3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6の直列体が接続され、第2の半導体スイッチ6には第1の加熱コイル3と第1の共振コンデンサ2の直列接続体と、第1のスナバコンデンサ7が接続されるとともに、同じく直流電源1と並列に第3の半導体スイッチ15と第4の半導体スイッチ16の直列体が接続され、第4の半導体スイッチ16には第2の加熱コイル13と第2の共振コンデンサ12の直列接続体と、第2のスナバコンデンサ17が接続されている。   FIG. 3 shows a conventional induction heating apparatus described in Patent Document 1. In FIG. As shown in FIG. 3, a series body of a first semiconductor switch 5 and a second semiconductor switch 6 is connected in parallel with the DC power source 1, and the first heating coil 3 and the first semiconductor switch 6 are connected to the second semiconductor switch 6. The series connection body of the resonance capacitor 2 and the first snubber capacitor 7 are connected, and the series body of the third semiconductor switch 15 and the fourth semiconductor switch 16 is connected in parallel with the DC power source 1. The fourth semiconductor switch 16 is connected to the series connection body of the second heating coil 13 and the second resonance capacitor 12 and the second snubber capacitor 17.

第1〜第4の半導体スイッチは、制御手段8により、第1の加熱コイル3及び第2の加熱コイル13に磁気的に結合した鍋などの負荷に所定の電力が供給できる様に導通時間及び動作周波数を制御するようにしている。   The first to fourth semiconductor switches have a conduction time and a control means 8 so that predetermined power can be supplied to a load such as a pan magnetically coupled to the first heating coil 3 and the second heating coil 13. The operating frequency is controlled.

従来例の動作を説明する。なお、本動作説明は直流電源1、第1の半導体スイッチ5、第2の半導体スイッチ6、第1の加熱コイル3、第1の共振コンデンサ2、第1のスナバコンデンサ7及び制御手段8で構成される回路に関して行う。   The operation of the conventional example will be described. This operation description is made up of a DC power source 1, a first semiconductor switch 5, a second semiconductor switch 6, a first heating coil 3, a first resonant capacitor 2, a first snubber capacitor 7, and a control means 8. To do with the circuit.

直流電源1、第3の半導体スイッチ15、第4の半導体スイッチ16、第2の加熱コイル13、第2の共振コンデンサ12、第2のスナバコンデンサ17及び制御手段8で構成される回路に関しても同様に動作をするものである。   The same applies to the circuit constituted by the DC power source 1, the third semiconductor switch 15, the fourth semiconductor switch 16, the second heating coil 13, the second resonance capacitor 12, the second snubber capacitor 17 and the control means 8. It will work.

第1の半導体スイッチ5が導通すると第1の加熱コイル3に直流電源1と第1の共振コンデンサ2の電圧の差で決まる電流が供給される。   When the first semiconductor switch 5 is turned on, a current determined by the voltage difference between the DC power source 1 and the first resonant capacitor 2 is supplied to the first heating coil 3.

次に第1の半導体スイッチ5をオフ状態にすると、第1のスナバコンデンサ7に蓄えられた電荷が第1の加熱コイル3を通して第1の共振コンデンサ2に移動し、第1のスナバコンデンサ7の電荷がなくなった後は第2の半導体スイッチ6内の逆導通素子が導通することで、第1の加熱コイル3から第1の共振コンデンサ2に電流が流れることになる。   Next, when the first semiconductor switch 5 is turned off, the electric charge stored in the first snubber capacitor 7 moves to the first resonant capacitor 2 through the first heating coil 3, and the first snubber capacitor 7 After the charge disappears, the reverse conducting element in the second semiconductor switch 6 is turned on, so that a current flows from the first heating coil 3 to the first resonant capacitor 2.

この逆導通素子が導通しているタイミングで、第2の半導体スイッチ6を導通状態としておくことで、第1の加熱コイル3の電力が第1の共振コンデンサ2に遷移した後、第1の共振コンデンサ2を電源として第1の加熱コイル3に電力を供給することになる。   By setting the second semiconductor switch 6 in a conductive state at the timing when the reverse conducting element is conducting, the first resonance after the electric power of the first heating coil 3 has transitioned to the first resonant capacitor 2. Electric power is supplied to the first heating coil 3 using the capacitor 2 as a power source.

さらに、所定時間が経過した後、第2の半導体スイッチ6を非導通状態にすると、第1のスナバコンデンサ7に電荷を蓄えた後、第1の半導体スイッチ5内の逆導通素子を通して第1の加熱コイル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。   Further, when the second semiconductor switch 6 is turned off after a predetermined time has elapsed, the first snubber capacitor 7 stores electric charge, and then passes through the reverse conducting element in the first semiconductor switch 5. The electric power stored in the heating coil 3 is regenerated in the DC power source 1.

この回生期間に、再び第1の半導体スイッチ5を導通状態にすることで最初の動作に戻ることになる。   In this regeneration period, the first semiconductor switch 5 is turned on again to return to the initial operation.

この一連の動作を20〜50kHz程度の周波数で行うことにより、第1の加熱コイル3に高周波電流が供給され、この高周波電流により発生する高周波磁界が第1の加熱コイル3と磁気的に結合する鍋などの負荷に入り、この高周波磁界により負荷に渦電流が発生し、この渦電流と鍋自身の表皮抵抗により鍋自身が発熱することになる。   By performing this series of operations at a frequency of about 20 to 50 kHz, a high frequency current is supplied to the first heating coil 3, and a high frequency magnetic field generated by the high frequency current is magnetically coupled to the first heating coil 3. When entering a load such as a pan, an eddy current is generated in the load by the high-frequency magnetic field, and the pan itself generates heat due to the eddy current and the skin resistance of the pan itself.

なお、第1のスナバコンデンサ7は第1の半導体スイッチ5及び第2の半導体スイッチ6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。   The first snubber capacitor 7 serves to reduce the loss when the semiconductor switch is turned off by gradually increasing the voltage when the first semiconductor switch 5 and the second semiconductor switch 6 are turned off. Is responsible.

また、本実施の形態の誘導加熱装置は、第1の共振コンデンサ2の容量を第1の加熱コイル3と第1の共振コンデンサ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、第1の加熱コイル3と磁気的に結合して配置される鍋など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。   Further, in the induction heating apparatus of the present embodiment, the capacity of the first resonance capacitor 2 must be set in the vicinity of the resonance frequency of the resonance circuit formed by the first heating coil 3 and the first resonance capacitor 2. The necessary power is not secured, and on the other hand, the resonance frequency varies greatly depending on the type of pan or the like that is magnetically coupled to the first heating coil 3, so that the control means 8 brings the drive frequency close to the resonance frequency. In addition, control is performed by changing the driving frequency.

ここで、第1の加熱コイル3と第2の加熱コイル12は一つの鍋の下部に配置され、一つの負荷を交互にあるいは同時に加熱することになる。
特開平5−114474号公報
Here, the 1st heating coil 3 and the 2nd heating coil 12 are arrange | positioned at the lower part of one pan, and heat one load alternately or simultaneously.
JP-A-5-114474

しかしながら、前記従来の構成では、例えば外径の大きな鍋を加熱する際に、複数の加熱コイルを用いて同時に加熱する際にそれぞれの加熱コイルが独立に動作するとそれぞれの加熱コイルに供給される電流の周波数が異なると、お互いの加熱コイルに流れる電流の周波数の差が機器使用者に聞こえることになり、不快に感じることになる。   However, in the conventional configuration, for example, when heating a pan having a large outer diameter, when each heating coil operates independently when simultaneously heating using a plurality of heating coils, the current supplied to each heating coil If the frequency is different, the difference between the frequencies of the currents flowing in the heating coils can be heard by the device user, which makes it uncomfortable.

一方、大きな外径に併せた加熱コイルを単独で用いると、外径の小さい鍋を加熱する際に加熱コイルの外径の方が大きくなり効率の良い加熱ができなくなることになる。   On the other hand, when a heating coil combined with a large outer diameter is used alone, when the pan with a small outer diameter is heated, the outer diameter of the heating coil becomes larger and efficient heating cannot be performed.

更に、複数の加熱コイルがある場合に、一方の加熱コイルのみで高出力を得ようとすると半導体スイッチの損失が大きくなり、冷却設計が困難になるという課題を有していた。   Furthermore, in the case where there are a plurality of heating coils, there is a problem that if a high output is obtained with only one of the heating coils, the loss of the semiconductor switch becomes large and the cooling design becomes difficult.

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、前記直流電源に並列に接続された第1の半導体スイッチ及び第2の半導体スイッチの直列体と、前記直流電源に並列に接続される第3の半導体スイッチ及び第4の半導体スイッチの直列体と、一端を前記第1の半導体スイッチ及び前記第2の半導体スイッチの直列体の中点に接続した第1の加熱コイルと第1の共振コンデンサの直列回路で構成される第1の共振回路と、一端を前記第3の半導体スイッチ及び前記第4の半導体スイッチの直列体の中点に他端を前記第1の共振コンデンサの他端と接続した第2の加熱コイルと第2の共振コンデンサの直列回路で構成される第2の共振回路と、一端を前記第1の共振回路と前記第2の共振回路の接続点と接続し他端を前記直流電源の一端と接続する切替手段と、前記第1の半導体スイッチ、前記第2の半導体スイッチ、前記第3の半導体スイッチ、前記第4の半導体スイッチの導通時間および動作周波数の制御ならびに前記切替手段の動作を指令する制御手段とを備え、前記切替手段は前記第1の加熱コイル及び前記第2の加熱コイルの一方のみに電力を供給する際には短絡状態とし、前記第1の加熱コイル及び前記第2の加熱コイルに同時に電力を供給する際には開放状態にするものである。   In order to solve the conventional problems, an induction heating apparatus according to the present invention includes a DC power source, a series body of a first semiconductor switch and a second semiconductor switch connected in parallel to the DC power source, and the DC power source. And a first heating unit in which one end of the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch connected in parallel is connected to a midpoint of the series body of the first semiconductor switch and the second semiconductor switch. A first resonance circuit constituted by a series circuit of a coil and a first resonance capacitor; one end of the first resonance circuit and the other end of the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch in series; A second resonance circuit composed of a series circuit of a second heating coil and a second resonance capacitor connected to the other end of the resonance capacitor, and one end connected to the first resonance circuit and the second resonance circuit Connect the point and forward the other end Switching means connected to one end of a DC power supply, control of conduction time and operating frequency of the first semiconductor switch, the second semiconductor switch, the third semiconductor switch, the fourth semiconductor switch, and the switching means Control means for instructing the operation of the first heating coil, and the switching means is in a short-circuit state when supplying power to only one of the first heating coil and the second heating coil, and the first heating coil and When power is simultaneously supplied to the second heating coil, the second heating coil is opened.

これにより、同じ負荷を第1の加熱コイル及び第2の加熱コイルが単独で加熱する際にはそれぞれが独立したハーフブリッジ回路として動作させることができるとともに、第1
の加熱コイル及び第2の加熱コイルで同時に一つの負荷を加熱する際には、第1の加熱コイル及び第2の加熱コイル及び第1の共振コンデンサ及び第2の共振コンデンサが直列に接続されフルブリッジ回路として動作するため、第1の加熱コイル及び第2の加熱コイルには同じ電流が流れるため互いの動作周波数の差により生じる干渉音がない状態での加熱ができ、回路損失も少なくすることができるため、干渉音や冷却ファンの風量を少なくすることができ、かつ負荷に適した最適な加熱構成を実現できる。
As a result, when the first heating coil and the second heating coil heat the same load independently, each can be operated as an independent half-bridge circuit, and the first
When heating one load at the same time with the heating coil and the second heating coil, the first heating coil, the second heating coil, the first resonance capacitor, and the second resonance capacitor are connected in series and Since it operates as a bridge circuit, the same current flows through the first heating coil and the second heating coil, so heating without interference noise caused by the difference in operating frequency can be achieved, and circuit loss is also reduced. Therefore, it is possible to reduce the interference noise and the air volume of the cooling fan, and to realize an optimum heating configuration suitable for the load.

本発明の誘導加熱装置は、鍋などの負荷の形状などに応じ、使用する加熱コイルを選択することができ、加熱コイルを同時に使用する際には鍋の干渉音が発生せず、更に高火力時には回路方式を切り替えることで回路損失を少なくすることができるため、機器使用時の騒音が少なく使い勝手の良い誘導加熱装置を実現することができる。   The induction heating device of the present invention can select a heating coil to be used according to the shape of a load such as a pan, etc. When using the heating coil at the same time, no interference noise of the pan is generated, and further high heating power Since circuit loss can sometimes be reduced by switching the circuit system, it is possible to realize an induction heating device that is easy to use with little noise when using the equipment.

第1の発明は、直流電源と、前記直流電源に並列に接続された第1及び第2の半導体スイッチの直列体と、前記直流電源に並列に接続される第3及び第4の半導体スイッチの直列体と、一端を前記第1及び第2の半導体スイッチの直列体の中点に接続した第1の加熱コイルと第1の共振コンデンサの直列回路で構成される第1の共振回路と、一端を前記第3及び第4の半導体スイッチの直列体の中点に他端を前記第1の共振コンデンサの他端と接続した第2の加熱コイルと第2の共振コンデンサの直列回路で構成される第2の共振回路と、一端を前記第1の共振回路と前記第2の共振回路の接続点と接続し他端を前記直流電源の一端と接続する切替手段と、前記第1の半導体スイッチ、前記第2の半導体スイッチ、前記第3の半導体スイッチ、前記第4の半導体スイッチの導通時間および動作周波数の制御ならびに前記切替手段の動作を指令する制御手段とを備え、前記切替手段は前記第1及び第2の加熱コイルの一方のみに電力を供給する際には短絡状態とし、前記第1及び第2の加熱コイルに同時に電力を供給する際には開放状態とすることにより、同じ負荷を第1及び第2の加熱コイルが単独で加熱する際にはそれぞれが独立したハーフブリッジ回路として動作させることができるとともに、第1及び第2の加熱コイルで同時に一つの負荷を加熱する際には、第1及び第2の加熱コイル及び第1及び第2の共振コンデンサが直列に接続されフルブリッジ回路として動作するため、第1及び第2の加熱コイルには同じ電流が流れるため、互いの動作周波数の差により生じる干渉音がない状態での加熱ができ、回路損失も少なくすることができるため、干渉音や冷却ファンの風量を少なくすることができ、かつ負荷に適した最適な加熱構成を実現できることがでるため使い勝手の良い誘導加熱装置を実現することができる。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a DC power source, a series body of first and second semiconductor switches connected in parallel to the DC power source, and third and fourth semiconductor switches connected in parallel to the DC power source. A first resonance circuit including a series body, a first heating coil having one end connected to a midpoint of the series body of the first and second semiconductor switches, and a first resonance capacitor; and one end Is constituted by a series circuit of a second heating coil and a second resonance capacitor, in which the other end of the first resonance capacitor is connected to the midpoint of the series body of the third and fourth semiconductor switches. A second resonance circuit, switching means having one end connected to a connection point of the first resonance circuit and the second resonance circuit, and the other end connected to one end of the DC power supply, the first semiconductor switch, The second semiconductor switch, the third semiconductor switch Control means for controlling the conduction time and operating frequency of the fourth semiconductor switch and the operation of the switching means, and the switching means supplies power only to one of the first and second heating coils. When the first and second heating coils heat the same load by short-circuiting them and opening them when supplying power to the first and second heating coils simultaneously. Can be operated as independent half-bridge circuits, and when heating one load simultaneously with the first and second heating coils, the first and second heating coils and the first and second heating coils are used. Because the same current flows through the first and second heating coils because the resonant capacitors are connected in series and operate as a full bridge circuit, interference occurs due to the difference in the operating frequency of each other. It can be heated in the absence of heat and circuit loss can be reduced, so that interference noise and cooling fan airflow can be reduced, and an optimal heating configuration suitable for the load can be realized, making it easy to use. A good induction heating device can be realized.

第2の発明は、特に、第1の発明の切替手段を電磁開閉器とすることにより、安価に回路方式の切替を実現することができる。   In the second invention, in particular, the switching of the circuit system can be realized at low cost by using the electromagnetic switch as the switching means of the first invention.

第3の発明は、特に、第1の発明の切替手段を半導体スイッチとすることにより、切替の際の耐久性を格段に上げることができるため信頼性の高い誘導加熱装置を実現することができる。   In the third invention, in particular, by using the semiconductor switch as the switching means of the first invention, the durability at the time of switching can be remarkably increased, so that a highly reliable induction heating apparatus can be realized. .

第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明の第1及び第2の半導体スイッチの少なくとも一方及び第3及び第4の半導体スイッチの少なくとも一方の半導体スイッチに並列にコンデンサを接続することにより、半導体スイッチの損失を少なくしかつスイッチング動作時のノイズを少なくすることができるため、効率が良くノイズの少ない誘導加熱装置を実現することができる。   In particular, the fourth invention provides a capacitor in parallel with at least one of the first and second semiconductor switches of any one of the first to third inventions and at least one semiconductor switch of the third and fourth semiconductor switches. By connecting, the loss of the semiconductor switch can be reduced and the noise during the switching operation can be reduced, so that an induction heating apparatus with high efficiency and low noise can be realized.

第5の発明は、特に、第1及び第2の加熱コイルは同一負荷を加熱すべく同心円上に配置し、第1の加熱コイルの外径を第2の加熱コイルの内径より小さくすることにより、一
つの負荷を分布良く加熱することができるため調理性能に優れた誘導加熱装置を実現することができる。
In the fifth invention, in particular, the first and second heating coils are arranged concentrically to heat the same load, and the outer diameter of the first heating coil is made smaller than the inner diameter of the second heating coil. Since one load can be heated with good distribution, an induction heating device with excellent cooking performance can be realized.

第6の発明は、特に、第1及び第2の加熱コイルは、同一負荷を加熱すべく同心平面上に配置することにより、加熱コイルを一つの台上に配置することができるとともに、加熱コイル裏面に配置するフェライトなどの防磁部品を共有化することができるため、安価の構成を実現することができる。   In the sixth invention, in particular, the first and second heating coils are arranged on a concentric plane so as to heat the same load, so that the heating coil can be arranged on one table and the heating coil. Since a magnetic-shielding component such as ferrite disposed on the back surface can be shared, an inexpensive configuration can be realized.

第7の発明は、特に、制御手段は、切替手段を動作させる際に、一定時間加熱を停止させることにより、第1及び第2の共振コンデンサに貯まった電荷がない状態で切替手段を切り替えることができるため、過電流が切替手段に発生しないため、信頼性の高い誘導加熱装置とすることができる。   In the seventh aspect of the invention, in particular, the control means switches the switching means without charge accumulated in the first and second resonance capacitors by stopping heating for a certain period of time when operating the switching means. Therefore, since an overcurrent does not occur in the switching means, a highly reliable induction heating device can be obtained.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における誘導加熱装置の回路構成図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a circuit configuration diagram of an induction heating apparatus according to a first embodiment of the present invention.

図2は、実施の形態1における誘導加熱装置の加熱コイルの構成図である。   FIG. 2 is a configuration diagram of a heating coil of the induction heating apparatus in the first embodiment.

図1において、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6の直列体と、第3の半導体スイッチ15と第4の半導体スイッチ16の直列体がそれぞれ接続される。   In FIG. 1, a series body of a first semiconductor switch 5 and a second semiconductor switch 6 and a series body of a third semiconductor switch 15 and a fourth semiconductor switch 16 are connected in parallel with the DC power source 1.

第1の半導体スイッチ5と第2の半導体スイッチ6の中点と第3の半導体スイッチ15と第4の半導体スイッチ16の中点には、第1の加熱コイル3と第1の共振コンデンサ2が直列接続して形成される第1の共振回路9と第2の加熱コイル13と第2の共振コンデンサ12が直列接続して形成される第2の共振回路19の直列回路が接続され、第1の共振回路9と第2の共振回路19の接続点と直流電源1の一端には切替手段4が接続される。   At the midpoint of the first semiconductor switch 5 and the second semiconductor switch 6 and at the midpoint of the third semiconductor switch 15 and the fourth semiconductor switch 16, the first heating coil 3 and the first resonant capacitor 2 are provided. A series circuit of a first resonance circuit 9 formed by connecting in series, a second heating coil 13 and a second resonance circuit 19 formed by connecting the second resonance capacitor 12 in series is connected. The switching means 4 is connected to a connection point between the resonance circuit 9 and the second resonance circuit 19 and one end of the DC power supply 1.

第1〜第4の半導体スイッチは制御手段8により、第1の加熱コイル3及び第2の加熱コイル13に磁気的に結合した鍋などの負荷に所定の電力が供給できる様に導通時間及び動作周波数を制御される。本実施の形態では、切替手段4は、リレーなどの電磁開閉器で構成している。   The first to fourth semiconductor switches are operated by the control means 8 so that predetermined power can be supplied to a load such as a pan magnetically coupled to the first heating coil 3 and the second heating coil 13. The frequency is controlled. In the present embodiment, the switching means 4 is configured by an electromagnetic switch such as a relay.

なお、第1〜第4の半導体スイッチは、通常IGBTやFETなどの順方向の電流を制御する半導体スイッチと半導体スイッチに対して逆向きの電流を流す逆阻止ダイオードと並列回路で構成されるがこの構成に限定するものではない。   The first to fourth semiconductor switches are usually composed of a semiconductor switch for controlling a forward current such as an IGBT or an FET, a reverse blocking diode for passing a current in the reverse direction to the semiconductor switch, and a parallel circuit. The configuration is not limited to this.

以上のように構成された誘導加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。   About the induction heating apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

第1の半導体スイッチ5と第2の半導体スイッチの6の少なくとも一方と、第3の半導体スイッチ15と第4の半導体スイッチの16の少なくとも一方に第1のスナバコンデンサ7及び第2のスナバコンデンサ17を並列に接続することで、第1〜第4の半導体スイッチがオフ状態になった際の電圧の立ち上がりを緩やかにすることができるためターンオフ時のスイッチング損失を少なくすることができるとともに、半導体スイッチから発生するノイズも低く抑えることができる。   At least one of the first semiconductor switch 5 and the second semiconductor switch 6, and at least one of the third semiconductor switch 15 and the fourth semiconductor switch 16 have a first snubber capacitor 7 and a second snubber capacitor 17. Are connected in parallel, the rise of the voltage when the first to fourth semiconductor switches are turned off can be moderated, so that the switching loss during turn-off can be reduced, and the semiconductor switch The noise generated from the can also be kept low.

ここで、第1の加熱コイル3及び第2の加熱コイル13が同一の鍋などの負荷を加熱する際に、一方の加熱コイルのみもしくは交互に加熱コイルに電力を供給して加熱を行う際には、切替手段4は閉状態とし、第1の加熱コイル3と第1の共振コンデンサ2で構成される第1の共振回路9及び第2の加熱コイル13と第2の共振コンデンサ12で構成される第2共振回路19が直流電源1の一端と接続することで、個々の加熱コイルを通して鍋などの負荷に必要な電力を供給する構成をとる。   Here, when the first heating coil 3 and the second heating coil 13 heat a load such as the same pan, when heating is performed by supplying power to only one heating coil or alternately to the heating coil. The switching means 4 is in a closed state, and includes a first resonance circuit 9 including a first heating coil 3 and a first resonance capacitor 2, a second heating coil 13 and a second resonance capacitor 12. The second resonance circuit 19 is connected to one end of the DC power source 1 to supply power necessary for a load such as a pan through each heating coil.

この際、所定の電力を得るために、制御手段8は第1及び第2の半導体スイッチの駆動周波数と第3及び第4の半導体スイッチの駆動周波数を独立して可変させることで、それぞれの加熱コイルに必要とされる電力を発生させることになる。   At this time, in order to obtain a predetermined electric power, the control means 8 independently varies the driving frequency of the first and second semiconductor switches and the driving frequency of the third and fourth semiconductor switches, so that each heating is performed. Electric power required for the coil is generated.

一方、第1の加熱コイル3と第2の加熱コイル13が同時に同一の負荷を加熱する際には、切替手段4は開状態とし、第1の加熱コイル3と第1の共振コンデンサ2で構成される第1の共振回路9と第2の加熱コイル13と第2の共振コンデンサ12で構成される第2の共振回路19が直列接続する構成となるため、第1〜第4の半導体スイッチの中点間に双方の加熱コイルと共振コンデンサが接続され、フルブリッジ回路を構成することになる。   On the other hand, when the first heating coil 3 and the second heating coil 13 heat the same load at the same time, the switching means 4 is opened, and the first heating coil 3 and the first resonant capacitor 2 are configured. Since the second resonance circuit 19 composed of the first resonance circuit 9, the second heating coil 13, and the second resonance capacitor 12 is connected in series, the first to fourth semiconductor switches Both heating coils and a resonant capacitor are connected between the midpoints to form a full bridge circuit.

この際、所定の電力を得るために、制御手段8は第1〜第4の半導体スイッチを、交互に動作させることになり、第1の加熱コイル3と第2の加熱コイル13には同一の電流が流れることになる。   At this time, in order to obtain a predetermined power, the control means 8 operates the first to fourth semiconductor switches alternately, and the first heating coil 3 and the second heating coil 13 are identical. Current will flow.

なお、この場合に鍋などの負荷上の電力分布は、第1の加熱コイル3と第2の加熱コイル13の形状、巻数など比に依存することになる。   In this case, the power distribution on the load such as the pan depends on the ratios of the shape and the number of turns of the first heating coil 3 and the second heating coil 13.

また、図2に示すように第1の加熱コイル3と第2の加熱コイル13は同心円上の配置することで負荷に対して均等に加熱分布を得ることができ、更に同一平面上の配置することで加熱コイルを一つの台上に配置することができるとともに、加熱コイル裏面に配置するフェライトなどの防磁部品を共有化することができる。   In addition, as shown in FIG. 2, the first heating coil 3 and the second heating coil 13 are arranged concentrically so that a heating distribution can be obtained evenly with respect to the load, and further arranged on the same plane. Thus, the heating coil can be arranged on one table, and a magnetic-shielding component such as ferrite arranged on the back surface of the heating coil can be shared.

更に、第1の加熱コイル3と第2の加熱コイル13が直列につながった場合には、フルブリッジ回路で動作するため加熱コイルのインダクタンスが大きくても加熱コイルには2倍の電圧がかかるため発生電力を大きくとることができる。   Further, when the first heating coil 3 and the second heating coil 13 are connected in series, the heating coil is operated with a full bridge circuit, so even if the inductance of the heating coil is large, twice the voltage is applied to the heating coil. The generated power can be increased.

その結果、少ない電流で発生磁界を多く取ることができ、回路損失を少なくすることができる。   As a result, a large amount of generated magnetic field can be obtained with a small current, and circuit loss can be reduced.

よって、大電力が必要な場合は第1の加熱コイル3と第2の加熱コイル13を直列に配置する構成を取ることにより少ない冷却風で回路を冷却することが可能となり運転音の静かな誘導加熱装置を提供することができる。   Therefore, when large power is required, the circuit can be cooled with a small amount of cooling air by adopting a configuration in which the first heating coil 3 and the second heating coil 13 are arranged in series. A heating device can be provided.

また、鍋などの負荷の外径が小さい場合は内側の加熱コイル(図2では第1の加熱コイル3)のみで加熱を行い、負荷の外径が大きくなった場合には内側の加熱コイル(図2では第1の加熱コイル3)と外側の加熱コイル(図2では第2の加熱コイル13)を直列に構成することで鍋の形状に併せた最適な加熱構成を実現できるものである。   When the outer diameter of the load such as a pan is small, heating is performed only with the inner heating coil (first heating coil 3 in FIG. 2), and when the outer diameter of the load is larger, the inner heating coil ( In FIG. 2, the first heating coil 3) and the outer heating coil (second heating coil 13 in FIG. 2) are configured in series to realize an optimum heating configuration in accordance with the shape of the pan.

なお、鍋の径を検知する方法としては、加熱コイルからの漏洩磁界をピックアップコイルで検出する方法、鍋を載積するトッププレート上の温度分布を検出する方法、あるいは加熱コイルに流れる電流と発生電圧の関係から推定する方法などあるが特に限定するもの
ではない。
In addition, as a method of detecting the diameter of the pan, a method of detecting a leakage magnetic field from the heating coil with a pickup coil, a method of detecting a temperature distribution on the top plate on which the pan is mounted, or a current flowing through the heating coil and generation There is a method of estimating from the voltage relationship, but it is not particularly limited.

更に、切替手段4にリレーを用いる場合は特にリレーが切り替わる際には、鍋などの負荷へ電力供給を所定時間停止した後、行うことがリレーの信頼性を高める点からも望ましい。   Further, when a relay is used for the switching means 4, it is desirable to increase the reliability of the relay after the power supply to the load such as a pan is stopped for a predetermined time, especially when the relay is switched.

また、切替手段4にリレーを用いず半導体スイッチを用いることも可能であり、この構成を取ることで機械的接点の切替手段に比べ、使用回数に対する耐久性が向上するため信頼性を向上することができる。   In addition, it is possible to use a semiconductor switch without using a relay for the switching means 4, and by adopting this configuration, the durability with respect to the number of times of use is improved compared to the mechanical contact switching means, thereby improving the reliability. Can do.

なお、切替手段4及び第1〜第4の半導体スイッチは制御手段8の指令にもとずき切替動作を行うものである。   Note that the switching means 4 and the first to fourth semiconductor switches perform a switching operation based on a command from the control means 8.

以上のように本実施の形態においては、切替手段4の状態により、同一の負荷を第1の加熱コイル3及び第2の加熱コイル13が単独で加熱する際にはそれぞれが独立したハーフブリッジ回路として動作する。   As described above, in the present embodiment, when the first heating coil 3 and the second heating coil 13 are independently heating the same load depending on the state of the switching means 4, each is an independent half-bridge circuit. Works as.

また、第1の加熱コイル3及び第2の加熱コイル13で同時に同一の負荷を加熱する際には、第1の加熱コイル3及び第2の加熱コイル13及び第1の共振コンデンサ2及び第2の共振コンデンサ12が直列に接続され第1〜第4の半導体スイッチがフルブリッジ回路として動作するため、加熱コイルには同一電流が流れるため互いの動作周波数の差により生じる干渉音がない状態での加熱ができる。   Further, when the same load is simultaneously heated by the first heating coil 3 and the second heating coil 13, the first heating coil 3, the second heating coil 13, the first resonant capacitor 2 and the second heating coil 3 are used. The resonance capacitors 12 are connected in series and the first to fourth semiconductor switches operate as a full bridge circuit, so that the same current flows through the heating coil, so that there is no interference sound caused by the difference between the operating frequencies of each other. Can be heated.

さらに、第1の加熱コイル3と第2の加熱コイル13のインダクタンスが足し合わせた状態で必要電力を得ることができるため少ない電流で発生磁界を多く取ることができ回路損失を少なくすることができるため、干渉音がなく、冷却ファンの風量も少なくすることができるため使い勝手の良い誘導加熱装置を実現できるものである。   Further, since the required power can be obtained in the state where the inductances of the first heating coil 3 and the second heating coil 13 are added together, a large amount of generated magnetic field can be obtained with a small current, and the circuit loss can be reduced. Therefore, since there is no interference sound and the air volume of the cooling fan can be reduced, a user-friendly induction heating device can be realized.

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、鍋などの負荷の形状などに応じ、使用する加熱コイルを選択することができるので、誘導加熱などの調理器に有効である。   As described above, the induction heating device according to the present invention is effective for cooking appliances such as induction heating because the heating coil to be used can be selected according to the shape of a load such as a pan.

本発明の実施の形態1における誘導加熱装置の回路構成図The circuit block diagram of the induction heating apparatus in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における誘導加熱装置の加熱コイルの構成図The block diagram of the heating coil of the induction heating apparatus in Embodiment 1 of this invention 従来の誘導加熱装置の回路構成図Circuit diagram of a conventional induction heating device

符号の説明Explanation of symbols

1 直流電源
2 第1の共振コンデンサ
3 第1の加熱コイル
4 切替手段
5 第1の半導体スイッチ
6 第2の半導体スイッチ
8 制御手段
9 第1の共振回路
12 第2の共振コンデンサ
13 第2の加熱コイル
15 第3の半導体スイッチ
16 第4の半導体スイッチ
19 第2の共振回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply 2 1st resonance capacitor 3 1st heating coil 4 Switching means 5 1st semiconductor switch 6 2nd semiconductor switch 8 Control means 9 1st resonance circuit 12 2nd resonance capacitor 13 2nd heating Coil 15 Third semiconductor switch 16 Fourth semiconductor switch 19 Second resonance circuit

Claims (7)

直流電源と、前記直流電源に並列に接続された第1の半導体スイッチ及び第2の半導体スイッチの直列体と、前記直流電源に並列に接続される第3の半導体スイッチ及び第4の半導体スイッチの直列体と、一端を前記第1の半導体スイッチ及び前記第2の半導体スイッチの直列体の中点に接続した第1の加熱コイルと第1の共振コンデンサの直列回路で構成される第1の共振回路と、一端を前記第3の半導体スイッチ及び前記第4の半導体スイッチの直列体の中点に他端を前記第1の共振コンデンサの他端と接続した第2の加熱コイルと第2の共振コンデンサの直列回路で構成される第2の共振回路と、一端を前記第1の共振回路と前記第2の共振回路の接続点と接続し他端を前記直流電源の一端と接続する切替手段と、前記第1の半導体スイッチ、前記第2の半導体スイッチ、前記第3の半導体スイッチ、前記第4の半導体スイッチの導通時間および動作周波数の制御ならびに前記切替手段の動作を指令する制御手段とを備え、前記切替手段は前記第1の加熱コイル及び前記第2の加熱コイルの一方のみに電力を供給する際には短絡状態とし、前記第1の加熱コイル及び前記第2の加熱コイルに同時に電力を供給する際には開放状態とする誘導加熱装置。 A DC power source, a series body of a first semiconductor switch and a second semiconductor switch connected in parallel to the DC power source, and a third semiconductor switch and a fourth semiconductor switch connected in parallel to the DC power source. A first resonance composed of a series body, a series circuit of a first heating coil and a first resonance capacitor, one end of which is connected to a midpoint of the series body of the first semiconductor switch and the second semiconductor switch. A circuit, a second heating coil having one end connected to the midpoint of a series body of the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch and the other end connected to the other end of the first resonance capacitor, and a second resonance A second resonance circuit constituted by a series circuit of capacitors, and switching means for connecting one end to a connection point of the first resonance circuit and the second resonance circuit and connecting the other end to one end of the DC power supply; , The first semiconductor device Control means for controlling the conduction time and operating frequency of the second semiconductor switch, the third semiconductor switch, the fourth semiconductor switch, and the operation of the switching means, and the switching means When power is supplied to only one of the first heating coil and the second heating coil, it is in a short-circuit state, and when power is supplied simultaneously to the first heating coil and the second heating coil. Induction heating device to be opened. 切替手段は、電磁開閉器を用いる請求項1に記載の誘導加熱装置。 The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the switching unit uses an electromagnetic switch. 切替手段は、半導体スイッチを用いる請求項1に記載の誘導加熱装置。 The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the switching means uses a semiconductor switch. 第1の半導体スイッチ及び第2の半導体スイッチの少なくとも一方及び第3の半導体スイッチ及び第4の半導体スイッチの少なくとも一方の半導体スイッチに並列にコンデンサを接続する請求項1〜3のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。 4. The capacitor according to claim 1, wherein a capacitor is connected in parallel to at least one of the first semiconductor switch and the second semiconductor switch and at least one semiconductor switch of the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch. The induction heating apparatus described. 第1の加熱コイル及び第2の加熱コイルは同一負荷を加熱すべく同心円上に配置し、前記第1の加熱コイルの外径を前記第2の加熱コイルの内径より小さくする請求項1〜4のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。 The first heating coil and the second heating coil are arranged concentrically to heat the same load, and the outer diameter of the first heating coil is made smaller than the inner diameter of the second heating coil. The induction heating device according to any one of the above. 第1の加熱コイル及び第2の加熱コイルは同一負荷を加熱すべく同心平面上に配置する請求項1〜5のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。 The induction heating apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the first heating coil and the second heating coil are arranged on a concentric plane so as to heat the same load. 制御手段は、切替手段を動作させる際に、一定時間加熱を停止させる請求項1〜6のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。 The induction heating apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the control means stops heating for a predetermined time when operating the switching means.
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