JP2016004747A - Induction heating device, image forming apparatus, and induction heating method - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an induction heating apparatus, an image forming apparatus, and an induction heating method for heating a heating element by an induction heating method using a plurality of heating coils.
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。 Conventionally, an induction heating apparatus that heats an object to be heated by an induction heating (Inducing Heating) method using an induction heating coil is known.
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。 In the conventional induction heating device, the on-width of the switching element is controlled by controlling the frequency of the PWM (Pulse Width Modulation) signal supplied to the switching element mounted on the inverter serving as the power supply device, and provided to the induction heating coil The current being controlled.
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。
For example, in
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。 However, when a PWM signal having the same frequency is supplied to each of the plurality of switching elements, the plurality of induction heating coils are driven simultaneously, magnetic flux interference occurs between the coils, and the temperature distribution of the heated object Uniformity becomes difficult.
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。 The disclosed technique has been made in view of the above circumstances, and aims to make the temperature distribution of the heated body uniform.
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。 The disclosed technique is an induction heating device that heats a heating body by an induction heating method using a plurality of induction heating coils, the plurality of switching elements connected to the plurality of induction heating coils, and the plurality of the plurality of induction heating coils. A control unit that supplies a PWM signal of the same frequency to each of the switching elements to drive the plurality of induction heating coils, and the control unit supplies the PWM signal to each of the plurality of switching elements. Overlapping parts of the period during which are supplied.
被加熱体の温度分布の均一化を図る。 Uniform temperature distribution of the object to be heated.
（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。
(First embodiment)
The first embodiment will be described below with reference to the drawings.
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。
The
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。
When the
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。
In the present embodiment, the external communication IF (interface) 140 may be provided in the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
In the
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。
The
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。
In the
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。
In this embodiment, the frequency of the PWM signal supplied from the
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。
Furthermore, in this embodiment, the timing at which the PWM signal is supplied to each of the
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。
In this embodiment, by changing the timing for driving each of the
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。
In the following description, a case where the
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。
Next, the
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。
A
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。
FIG. 2 schematically shows the
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。
In this embodiment, assuming that the longitudinal width of the
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。
That is, in this embodiment, the
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。
In the
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。
Moreover, in the
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。
Therefore, in this embodiment, the
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。
Specifically, the
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。
Hereinafter, the voltage control of the
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。
In the
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。
Further, since the electric charge charged in the
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。
In FIG. 3B, the voltage V1 applied to the
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。
As described above, in the present embodiment, by setting the voltage applied to the
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。
Next, the
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。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the voltage control circuit according to the first embodiment. The
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。
The
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。
The input terminal Tin of the
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。
A control signal Vctrl output from the
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。
In the
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。
The other end of the diode D1 is connected to one end of the capacitor C1 and one end of the resistor R1. The other end of the diode D1 is connected to the
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。
The voltage at the connection point between the resistor R1 and the resistor R2 is supplied to the
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。
The operation of the
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。
In the
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。
That is, the output voltage V1 of the
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。
The output voltage V1 is monitored by the
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。
Next, the function of CPU104 which the
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。
The
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。
The target
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。
The
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。
The
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。
In addition, the
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。
In the present embodiment, when the
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。
The
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。 Here, the PWM signal of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining the PWM signal.
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。 In the present embodiment, the PWM signal is an electric signal indicated by a rectangular wave that repeats H level / L level at a constant cycle, and is driven by supplying coil current to each of the heating coils 213, 223, and 233.
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。
Therefore, for example, when FIG. 7 shows a signal supplied from the
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。
In FIG. 7, a period before the timing ta and a period after the timing tb are periods in which the PWM signal 2 is not supplied from the
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。 In the PWM signal 2, the ratio of the period ton that is on in the period Tm that is one cycle is referred to as a duty ratio. The frequency f of the PWM signal 2 is 1 / Tm [Hz].
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。
Next, driving of the heating coils 213, 223, and 233 in the
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。
FIG. 8 is a first diagram illustrating driving of the heating coil in the first embodiment. FIG. 8 shows a coil current Icoil1 that flows through the heating coils 213 and 233 and a coil current Icoil2 that flows through the
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。
In FIG. 8, the coil current Icoil2 flows through the
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。
Further, the coil current Icoil1 flows through the heating coils 213 and 233 during the period from the timing T81 to the timing T84. That is, the
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。
Further, the coil current Icoil2 flows through the
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。
Therefore, in the example of FIG. 8, the
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。
That is, in the example of FIG. 8, only in the period t81 and the period t82, the three
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。
Furthermore, in the example of FIG. 8, the time during which the coil current Icoil1 is supplied to the heating coils 213 and 233 is shorter than the time during which the coil current Icoil2 is supplied to the
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。
Therefore, the
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。 That is, in this embodiment, the amplitude of the coil current can be adjusted according to the period during which the coil current is supplied to the heating coil, and the temperature distribution of the heating body heated by the heating coils 213, 223, and 233 Can contribute to the homogenization.
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。
In FIG. 8, the lengths of the periods t81 and t82 in which the PWM signals 1 and 2 are simultaneously output from the
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。
FIG. 9 is a second diagram illustrating driving of the heating coil in the first embodiment. In the example of FIG. 9, the lengths of the periods t91 and t92 in which the PWM signals 1 and 2 are simultaneously output from the
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。
In the present embodiment, the period during which the PWM signals 1 and 2 are simultaneously output from the
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。
Specifically, for example, before shipment of the
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。 As described above, in the present embodiment, magnetic flux interference can be suppressed and the temperature distribution can be made uniform.
（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。
(Second embodiment)
The second embodiment will be described below with reference to the drawings. The second embodiment is different from the first embodiment only in that the amplitude of the coil current Icoil1 is increased stepwise. Therefore, in the following description of the second embodiment, only differences from the first embodiment will be described, and those having the same functional configuration as the first embodiment will be used in the description of the first embodiment. The same reference numerals as those used are assigned, and the description thereof is omitted.
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。
FIG. 10 is a first diagram illustrating driving of the heating coil in the second embodiment. In the present embodiment, the
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。 In the present embodiment, the amplitude of the coil current Icoil1 is gradually increased during a period t101 from timing T101 to timing T102 when the supply of the coil current Icoil2 is stopped. In the present embodiment, the amplitude of the coil current Icoil1 is maximized during the period t102 when the supply of the coil current Icoil2 is stopped.
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。
The amplitude of the
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。
In the present embodiment, as described above, by controlling the coil current Icoil1, the frequency of the PWM signal supplied to the
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。
Further, in the present embodiment, the amplitude of the coil current Icoil1 is maximized during the period in which the supply of the coil current Icoil2 to the
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。
In FIG. 10, the length of the period t101 in which the PWM signals 1 and 2 are simultaneously output from the
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。
FIG. 11 is a second diagram illustrating driving of the heating coil in the second embodiment. In the example of FIG. 11, the length of the period t111 in which the PWM signals 1 and 2 are simultaneously output from the
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。
In the present embodiment, the period in which the PWM signals 1 and 2 are simultaneously output from the
（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。
(Third embodiment)
The third embodiment will be described below with reference to the drawings. The third embodiment is different from the first embodiment in that the duty ratio of the
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。
FIG. 12 is a first diagram illustrating driving of the heating coil in the third embodiment. In the example of FIG. 12, the duty ratio of the
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。
The
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。
FIG. 13 is a diagram for explaining the duty ratio of the PWM signal. In FIG. 13, the coil current Icoil1 in the period t121, the collector-emitter voltage Vce of the switching
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。
As shown in FIG. 13, the
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。
Note that the duty ratios of the PWM signals 1 and 2 in this embodiment may be preset in the
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。
In other words, in the present embodiment, attention is paid to the fact that no interference sound is generated even if the frequencies of the PWM signals 1 and 2 are not the same during the period in which the heating coils 213 and 233 and the
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。
Therefore, also in this embodiment, similarly to the second embodiment, it is possible to reduce the load on the switching
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。
In the example of FIG. 13, when the length of the period t121 in which only the
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。
FIG. 14 is a second diagram illustrating driving of the heating coil in the third embodiment. In the example of FIG. 14, when the length of the period t141 in which only the
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。
In the example of FIG. 14 as well, similarly to FIG. 12, the duty ratio of the
（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。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment will be described below with reference to the drawings. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that the number of heating coils is five. Therefore, in the following description of the fourth embodiment, the same reference numerals as those used in the description of the first embodiment are given to those having the same functional configuration as the first embodiment, and the description thereof Is omitted.
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。
FIG. 15 is a diagram illustrating a heating body and a heating coil according to the fourth embodiment. In the present embodiment, the
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。 In the present embodiment, the lengths of the heating coils 243 and 253 in the longitudinal direction are the same as those of the heating coils 213 and 233.
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。
FIG. 16 is a diagram illustrating an induction heating device according to the fourth embodiment. The
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。
The
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。
The PWM signal 3 is supplied from the
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。
In the present embodiment, by controlling the adjacent heating coils not to be driven at the same time among the plurality of heating coils, magnetic flux interference caused by the simultaneous driving of the plurality of heating coils is reduced, and the
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。
FIG. 17 is a diagram illustrating driving of the heating coil according to the fourth embodiment. In the present embodiment, the
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。
That is, the
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。
In the present embodiment, as described above, by preventing the adjacent heating coils from being driven at the same time, the occurrence of magnetic flux distribution interference can be suppressed and the temperature distribution of the
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。 The induction heating device of the embodiment described above can be applied to, for example, a cooking appliance. The induction heating apparatus of this embodiment can be applied to an apparatus in which a heated object can be heated by induction heating.
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。 As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on each embodiment, this invention is not limited to the requirements shown in the said embodiment. With respect to these points, the gist of the present invention can be changed without departing from the scope of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form.
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
10, 10A
110, 120
Claims (7)
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。 An induction heating device that heats a heating element by an induction heating method using a plurality of induction heating coils,
A plurality of switching elements connected to the plurality of induction heating coils;
A control unit for supplying a PWM signal of the same frequency to each of the plurality of switching elements to drive the plurality of induction heating coils;
The controller is
An induction heating apparatus that overlaps a part of a period during which the PWM signal is supplied to each of the plurality of switching elements.
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。 The controller is
Before or after the supply of the first PWM signal supplied to the first switching element is stopped, at least one of the predetermined periods,
The induction heating apparatus according to claim 1, wherein a second PWM signal is supplied to the second switching element.
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。 The controller is
The induction heating according to claim 2, wherein the first induction heating coil connected to the first switching element and the second induction heating coil connected to the second switching element are alternately driven. apparatus.
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。 The controller is
5. The duty ratio of the second PWM signal supplied to the second switching element is adjusted during a period in which the supply of the first PWM signal is stopped. Induction heating device.
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|---|---|---|---|---|
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| KR20210038949A (en) * | 2018-08-30 | 2021-04-08 | 엘지전자 주식회사 | Induction heating device and control method of induction heating device |
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2014
- 2014-06-19 JP JP2014126154A patent/JP2016004747A/en active Pending
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