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JP7657095B2 - Electromagnetic induction heating device - Google Patents
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Description

本発明は、被加熱物に対し所望の電力を供給して誘導加熱を行うインバータ方式の電磁誘導加熱装置に関するものである。 The present invention relates to an inverter-type electromagnetic induction heating device that supplies a desired amount of power to an object to be heated to perform induction heating.

近年、火を使わずに鍋などの被加熱物を加熱するインバータ方式の電磁誘導加熱装置が広く用いられるようになってきている。電磁誘導加熱装置は、加熱コイルに高周波電流を流し、加熱コイルに近接して配置された金属製の被加熱物(鍋など)に渦電流を発生させ、被加熱物自体の電気抵抗により発熱させるものである。 In recent years, inverter-type electromagnetic induction heating devices that heat objects such as pots without using fire have come into widespread use. An electromagnetic induction heating device passes a high-frequency current through a heating coil, generating eddy currents in a metal object to be heated (such as a pot) placed close to the heating coil, causing the object to generate heat through its own electrical resistance.

加熱コイルを2つ備えた場合に加熱できる従来例として、特許文献1に開示される電磁誘導加熱装置がある。この電磁誘導加熱装置は、直流電源に直列接続された3つ半導体スイッチ(同文献の図1、符号Q1a、Q1b、Q1c)を備え、2つの加熱コイル(同文献の図1、符号6、7)に同位相の電流を流して加熱したい場合は、Q1bを常時オン状態にし、Q1aとQ1cを交互にオンオフ(同文献の図3)して誘導加熱し、2つの加熱コイルに逆位相の電流を流して加熱したい場合は、同期してオンオフするQ1aとQ1cに対し、Q1bを排他的にオンオフ(同文献の図24)して誘導加熱するものである。 An electromagnetic induction heating device disclosed in Patent Document 1 is a conventional example that can heat when two heating coils are provided. This electromagnetic induction heating device has three semiconductor switches (Q1a, Q1b, and Q1c, Figure 1 of the same document) connected in series to a DC power source. When it is desired to heat by passing currents of the same phase through the two heating coils (6 and 7, Figure 1 of the same document), Q1b is always on and Q1a and Q1c are alternately turned on and off (Figure 3 of the same document) for induction heating. When it is desired to heat by passing currents of opposite phases through the two heating coils, Q1b is exclusively turned on and off (Figure 24 of the same document) for induction heating, while Q1a and Q1c are turned on and off synchronously.

国際公開第2014/064932号International Publication No. 2014/064932

特許文献1では、加熱コイルと被加熱物との磁気的な結合状態によって加熱コイルおよび被加熱物の抵抗を含む等価インピーダンスが異なる場合(例えば、被加熱物の材質や載置位置が異なる場合など)、2つの加熱コイルに流れる電流の大きさは各々の等価インピーダンスにより定まるためコイル電流は均等にならず加熱効率は低下する。 In Patent Document 1, when the equivalent impedance including the resistance of the heating coil and the object to be heated differs depending on the magnetic coupling state between the heating coil and the object to be heated (for example, when the material or position of the object to be heated differs), the magnitude of the current flowing through the two heating coils is determined by their respective equivalent impedances, so the coil currents are not uniform and the heating efficiency decreases.

本発明の目的は、上記の課題に対処することであり、加熱コイルおよび被加熱物の抵抗を含む等価インピーダンスが異なる場合においても、複数の加熱コイルに流れる電流を均等化し、被加熱物に対して所望の電力を効率良く供給できるインバータ方式の電磁誘導加熱装置を提供することである。 The object of the present invention is to address the above-mentioned problems and to provide an inverter-type electromagnetic induction heating device that can equalize the current flowing through multiple heating coils and efficiently supply the desired power to the heated object, even when the equivalent impedance, including the resistance of the heating coils and the heated object, is different.

上記課題を達成するために、本発明の電磁誘導加熱装置は、直流電圧を出力する直流電源と、前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、前記交流電圧を用いて被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、を備えた電磁誘導加熱装置であって、前記インバータ回路は、前記直流電源の正電極と負電極の間に設けた、3個以上のスイッチング素子を直列接続したスイッチング素子直列体を備え、前記負電極には、第一スイッチング素子と第一加熱コイルと第一共振コンデンサを直列接続した第一直列体と、前記第一スイッチング素子と第二スイッチング素子と第一電源コンデンサと第二加熱コイルと第二共振コンデンサを直列接続した第二直列体と、が接続されており、前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子は、前記スイッチング素子直列体に含まれているものとした。 In order to achieve the above object, the electromagnetic induction heating device of the present invention is an electromagnetic induction heating device including a DC power source that outputs a DC voltage, an inverter circuit that converts the DC voltage into an AC voltage, and a heating coil that uses the AC voltage to inductively heat an object to be heated. The inverter circuit includes a switching element series body in which three or more switching elements are connected in series, which is provided between the positive electrode and the negative electrode of the DC power source. The negative electrode is connected to a first series body in which a first switching element, a first heating coil, and a first resonant capacitor are connected in series, and a second series body in which the first switching element, a second switching element, a first power supply capacitor, a second heating coil, and a second resonant capacitor are connected in series. The first switching element and the second switching element are included in the switching element series body.

本発明の電磁誘導加熱装置によれば、加熱コイルおよび被加熱物の抵抗を含む等価インピーダンスが異なる場合においても、複数の加熱コイルの電流を均等化し、被加熱物対して所望の電力を効率良く供給することができる。 The electromagnetic induction heating device of the present invention can equalize the currents in multiple heating coils and efficiently supply the desired power to the heated object even when the equivalent impedances, including the resistances of the heating coils and the heated object, are different.

実施例1の電磁誘導加熱装置の回路構成図。FIG. 2 is a circuit diagram of the electromagnetic induction heating device according to the first embodiment. 実施例1の電磁誘導加熱装置の動作波形。4 shows operational waveforms of the electromagnetic induction heating device of the first embodiment. 実施例1のモードa時の電流経路。4 shows a current path in mode a in the first embodiment. 実施例1のモードb時の電流経路。4 shows a current path in mode b in the first embodiment. 実施例1のモードc時の電流経路。4 shows a current path in mode c in the first embodiment. 実施例1のモードd時の電流経路。4 shows a current path in mode d in the first embodiment. 実施例2の電磁誘導加熱装置の回路構成図。FIG. 11 is a circuit diagram of an electromagnetic induction heating device according to a second embodiment. 実施例2の電磁誘導加熱装置の動作波形。11 is an operational waveform of the electromagnetic induction heating device of the second embodiment. 実施例2の電磁誘導加熱装置の動作波形。11 is an operational waveform of the electromagnetic induction heating device of the second embodiment. 実施例3の電磁誘導加熱装置の回路構成図。FIG. 11 is a circuit diagram of an electromagnetic induction heating device according to a third embodiment. 実施例3の電磁誘導加熱装置の回路構成図。FIG. 11 is a circuit diagram of an electromagnetic induction heating device according to a third embodiment.

以下、本発明の実施例について、図面を用いながら説明する。なお、各図において、符号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示しており、適宜重複説明を省略している。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that in each drawing, the same reference numerals indicate the same components or components with similar functions, and redundant explanations are omitted where appropriate.

まず、図1から図3Dを用いて、本発明の実施例1に係る電磁誘導加熱装置を説明する。なお、本実施例の電磁誘導加熱装置は、金属筐体の上部に耐熱ガラス製のトッププレートを設置し、トッププレートの下方に配置した加熱コイルに高周波電流を供給することで、トッププレート上面の所定位置に載置した金属製の被加熱物を誘導加熱するものであるが、以下ではこのような周知構成の説明は省略する。 First, an electromagnetic induction heating device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 3D. The electromagnetic induction heating device of this embodiment has a heat-resistant glass top plate placed on top of a metal housing, and a high-frequency current is supplied to a heating coil placed below the top plate to inductively heat a metal object to be heated placed at a predetermined position on the top surface of the top plate; however, a description of this well-known configuration will be omitted below.

図1は、実施例1の電磁誘導加熱装置の回路構成図である。図1において、直流電源1は200Vまたは100Vの商用交流電源から供給される交流電圧を整流し直流電圧を出力する電源である。この直流電源1の正電極Pと負電極Nとの間には、4個のパワー半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)5a、5c、5e、5fが直列に接続されている。また、スイッチング素子5a、5c、5e、5fにはそれぞれ、ダイオード6a、6c、6e、6fが逆方向に並列接続されている。なお、図1では4個のスイッチング素子を直列接続した構成を例示しているが、3個以上のスイッチング素子の直列体を、正電極Pと負電極Nの間に配置した電磁誘導加熱装置であれば、本発明を適用することができる。 Figure 1 is a circuit diagram of an electromagnetic induction heating device of Example 1. In Figure 1, a DC power supply 1 is a power supply that rectifies an AC voltage supplied from a commercial AC power supply of 200V or 100V and outputs a DC voltage. Four power semiconductor switching elements (hereinafter simply referred to as "switching elements") 5a, 5c, 5e, and 5f are connected in series between the positive electrode P and the negative electrode N of this DC power supply 1. In addition, diodes 6a, 6c, 6e, and 6f are connected in parallel in the opposite direction to the switching elements 5a, 5c, 5e, and 5f, respectively. Note that, although Figure 1 illustrates a configuration in which four switching elements are connected in series, the present invention can be applied to any electromagnetic induction heating device in which a series body of three or more switching elements is arranged between the positive electrode P and the negative electrode N.

ここで、スイッチング素子5a、5cの接続点を出力端子A、スイッチング素子5c、5eの接続点を出力端子C、スイッチング素子5e、5fの接続点を出力端子Eと称することとする。 Here, the connection point of switching elements 5a and 5c is referred to as output terminal A, the connection point of switching elements 5c and 5e is referred to as output terminal C, and the connection point of switching elements 5e and 5f is referred to as output terminal E.

図1に示すように、出力端子Aには電源コンデンサ31の一端が接続され、電源コンデンサ31の他端と直流電源1の負電極Nの間には、加熱コイル11と共振コンデンサ21の直列体が接続されている。この構成は、負電極Nに、スイッチング素子5f,5e,5c、電源コンデンサ31、加熱コイル11、共振コンデンサ21の直列体が接続されていると見做すこともできる。尚、加熱コイル11と共振コンデンサ21の接続順は入れ替えても問題はない。 As shown in FIG. 1, one end of the power supply capacitor 31 is connected to the output terminal A, and a series circuit of the heating coil 11 and resonant capacitor 21 is connected between the other end of the power supply capacitor 31 and the negative electrode N of the DC power supply 1. This configuration can also be considered as a series circuit of the switching elements 5f, 5e, 5c, the power supply capacitor 31, the heating coil 11, and the resonant capacitor 21 being connected to the negative electrode N. Note that there is no problem if the connection order of the heating coil 11 and the resonant capacitor 21 is reversed.

また、出力端子Cには電源コンデンサ32の一端が接続され、電源コンデンサ32の他端と直流電源1の負電極Nの間には、加熱コイル12と共振コンデンサ22の直列体が接続されている。この構成は、負電極Nに、スイッチング素子5f,5e、電源コンデンサ32、加熱コイル12、共振コンデンサ22の直列体が接続されていると見做すこともできる。尚、加熱コイル12と共振コンデンサ22の接続順は入れ替えても問題はない。 In addition, one end of the power supply capacitor 32 is connected to the output terminal C, and a series circuit of the heating coil 12 and resonant capacitor 22 is connected between the other end of the power supply capacitor 32 and the negative electrode N of the DC power supply 1. This configuration can also be considered as a series circuit of the switching elements 5f, 5e, power supply capacitor 32, heating coil 12, and resonant capacitor 22 being connected to the negative electrode N. Note that there is no problem if the connection order of the heating coil 12 and resonant capacitor 22 is reversed.

更に、出力端子Eと直流電源1の負電極Nの間には、加熱コイル13と共振コンデンサ23の直列体が接続されている。この構成は、負電極Nに、スイッチング素子5f、加熱コイル13、共振コンデンサ23の直列体が接続されていると見做すこともできる。尚、加熱コイル13と共振コンデンサ23の接続順は入れ替えても問題はない。 Furthermore, a series circuit of the heating coil 13 and the resonant capacitor 23 is connected between the output terminal E and the negative electrode N of the DC power supply 1. This configuration can also be regarded as a series circuit of the switching element 5f, the heating coil 13, and the resonant capacitor 23 being connected to the negative electrode N. Note that there is no problem if the connection order of the heating coil 13 and the resonant capacitor 23 is reversed.

上記した回路構成の電磁誘導加熱装置において、スイッチング素子5a、5c、5e、5fを適切にオンオフすることにより、加熱コイル11から13に均等に電流を流す電流共振形インバータを実現することができる。 In an electromagnetic induction heating device with the circuit configuration described above, by appropriately turning on and off the switching elements 5a, 5c, 5e, and 5f, a current resonant inverter that flows current evenly through the heating coils 11 to 13 can be realized.

次に、図2および図3Aから図3Dを用いて、本実施例の電磁誘導加熱装置が備える各スイッチング素子の具体的な制御方法を説明する。なお、加熱コイル11、12、13に流れる電流i11、i12、i13の向きは、図1に示す一点鎖線の矢印方向を正方向とする。 Next, a specific method for controlling each switching element provided in the electromagnetic induction heating device of this embodiment will be described with reference to Fig. 2 and Fig. 3A to Fig. 3D. Note that the direction of currents i11 , i12, and i13 flowing through heating coils 11, 12 , and 13 is defined as the positive direction in the dashed-dotted arrow direction shown in Fig. 1.

図2は、各部の動作波形であり、上から順に、(a)各スイッチング素子のゲート駆動信号vg5a~vg5f、(b)各加熱コイルの電流i11、i12、i13、(c)各スイッチング素子および各ダイオードの電流i5a~i5f、i6a~i6fである。 Figure 2 shows the operating waveforms of each part, from top to bottom: (a) gate drive signals vg5a to vg5f of each switching element, (b) currents i11 , i12 , and i13 of each heating coil, and (c) currents i5a to i5f , and i6a to i6f of each switching element and diode.

図2の下部に示すa~dは、スイッチング素子5a~5fのオンオフにより規定される4つの動作モードである。以下、図3Aから図3Dを用いて、各動作モードにおける電流経路を説明する。 In the lower part of Figure 2, a to d indicate four operating modes defined by the on/off state of switching elements 5a to 5f. The current paths in each operating mode are explained below with reference to Figures 3A to 3D.

<モードa>
図3Aに示すように、スイッチング素子5aと5eがオン、スイッチング素子5cと5fがオフの期間には、直流電源1からスイッチング素子5a、電源コンデンサ31、加熱コイル11、共振コンデンサ21の経路で電流が流れる。この電流によって、電源コンデンサ31には電荷が蓄積される。なお、電源コンデンサ31は、共振コンデンサ21以上の容量を持ち、共振コンデンサ21以上の電荷を蓄積できるものとする。また、後述するモードcで充電された電源コンデンサ32を電圧源として、スイッチング素子5e、加熱コイル13、共振コンデンサ23、共振コンデンサ22、加熱コイル12の経路で電流が流れる。
<Mode a>
3A, during a period in which switching elements 5a and 5e are on and switching elements 5c and 5f are off, a current flows from DC power supply 1 through switching element 5a, power supply capacitor 31, heating coil 11, and resonant capacitor 21. This current causes charge to accumulate in power supply capacitor 31. Note that power supply capacitor 31 has a capacity equal to or greater than resonant capacitor 21 and can accumulate a charge equal to or greater than that of resonant capacitor 21. Also, with power supply capacitor 32 charged in mode c, which will be described later, as a voltage source, a current flows through the path of switching element 5e, heating coil 13, resonant capacitor 23, resonant capacitor 22, and heating coil 12.

<モードb>
次に、スイッチング素子5aと5eがターンオフ、スイッチング素子5cと5fがターンオンすると、図3Bに示すように、加熱コイル11と加熱コイル12の蓄積エネルギーによって、加熱コイル11、共振コンデンサ21、共振コンデンサ22、加熱コイル12、電源コンデンサ32、ダイオード6c、電源コンデンサ31の経路で電流が環流する。また、加熱コイル13の蓄積エネルギーによって、加熱コイル13、共振コンデンサ23、ダイオード6fの経路で電流が環流する。
<Mode b>
Next, when switching elements 5a and 5e are turned off and switching elements 5c and 5f are turned on, as shown in Fig. 3B, the stored energy in heating coils 11 and 12 causes a current to circulate through the path of heating coil 11, resonant capacitor 21, resonant capacitor 22, heating coil 12, power supply capacitor 32, diode 6c, and power supply capacitor 31. Also, the stored energy in heating coil 13 causes a current to circulate through the path of heating coil 13, resonant capacitor 23, and diode 6f.

ここで、スイッチング素子5cと5fは、ダイオード6cと6fに電流が流れている期間にターンオンさせることにより、ゼロ電圧スイッチング動作となりスイッチング損失の少ないソフトスイッチング動作が可能となる。 Here, by turning on switching elements 5c and 5f while current is flowing through diodes 6c and 6f, zero-voltage switching operation is performed, enabling soft switching operation with little switching loss.

<モードc>
加熱コイル11と加熱コイル12の蓄積エネルギーがゼロになると、図3Cに示すように、電源コンデンサ31を電圧源として、スイッチング素子5c、電源コンデンサ32、加熱コイル12、共振コンデンサ22、共振コンデンサ21、加熱コイル11の経路で電流が流れ、加熱コイル11と加熱コイル12の電流は負方向に切り替わる。このモードcにより、電源コンデンサ31の電荷が電源コンデンサ32に移動する。なお、電源コンデンサ32は、共振コンデンサ22以上の容量を持ち、共振コンデンサ22以上の電荷を蓄積できるものとする。また、加熱コイル13の蓄積エネルギーがゼロになると、共振コンデンサ23から加熱コイル13、スイッチング素子5fの経路で電流が流れ、加熱コイル13の電流も負方向に切り替わる。
<Mode c>
When the stored energy in heating coils 11 and 12 becomes zero, as shown in Fig. 3C, current flows through a path of switching element 5c, power supply capacitor 32, heating coil 12, resonant capacitor 22, resonant capacitor 21, and heating coil 11, with power supply capacitor 31 as a voltage source, and the current in heating coils 11 and 12 switches to the negative direction. This mode c causes the charge in power supply capacitor 31 to move to power supply capacitor 32. Note that power supply capacitor 32 has a capacity equal to or greater than that of resonant capacitor 22, and can store a charge equal to or greater than that of resonant capacitor 22. Furthermore, when the stored energy in heating coil 13 becomes zero, current flows through a path from resonant capacitor 23 to heating coil 13 and switching element 5f, and the current in heating coil 13 also switches to the negative direction.

<モードd>
次にスイッチング素子5cと5fがターンオフ、スイッチング素子5aと5eがターンオンすると、図3Dに示すように、加熱コイル11の蓄積エネルギーによって、加熱コイル11、電源コンデンサ31、ダイオード6a、直流電源1の経路で電流が還流する。また、加熱コイル12と加熱コイル13の蓄積エネルギーによって、加熱コイル12、共振コンデンサ22、共振コンデンサ23、加熱コイル13、ダイオード6e、電源コンデンサ32の経路で電流が環流する。
<Mode d>
3D, the stored energy in heating coil 11 causes a current to circulate through the path of heating coil 11, power supply capacitor 31, diode 6a, and DC power supply 1. The stored energy in heating coils 12 and 13 also causes a current to circulate through the path of heating coil 12, resonant capacitor 22, resonant capacitor 23, heating coil 13, diode 6e, and power supply capacitor 32.

ここで、スイッチング素子5aと5eは、ダイオード6aと6eに電流が流れている期間にターンオンさせることにより、ゼロ電圧スイッチング動作となりスイッチング損失の少ないソフトスイッチング動作が可能となる。 Here, by turning on the switching elements 5a and 5e while current is flowing through the diodes 6a and 6e, zero-voltage switching operation is performed, enabling soft switching operation with little switching loss.

加熱コイル11~13の蓄積エネルギーがゼロになるとモードaに移行し加熱コイル11~13の電流は正方向に切り替わる。 When the stored energy in heating coils 11 to 13 becomes zero, the mode changes to mode a and the current in heating coils 11 to 13 switches to the positive direction.

以上のモードa~dを繰り返すことにより、モードaにおいて加熱コイル11に流れる電流が共振コンデンサ21と電源コンデンサ31を充電し、モードcにおいて電源コンデンサ31を電源として加熱コイル12に流れる電流が共振コンデンサ22と電源コンデンサ32を充電し、モードaにおいて電源コンデンサ32を電源して加熱コイル13に流れる電流が共振コンデンサ23を充電する。このように、電源コンデンサ31と電源コンデンサ32を用いることにより、電源コンデンサ31と電源コンデンサ32の電荷量が保存されながら加熱コイル11~13に電流が流れる。その結果、加熱コイルおよび被加熱物の抵抗を含む等価インピーダンスが異なる場合においても、加熱コイル11~13の電流は特別な制御を加えることなく自然とバランスする。なお、共振コンデンサ21と共振コンデンサ22を省略した構成でも、加熱コイル11~13の電流をバランスさせることができるが、共振コンデンサと電源コンデンサを別個に設けて直列接続することで耐圧を向上させることができる。 By repeating the above modes a to d, in mode a, the current flowing through the heating coil 11 charges the resonant capacitor 21 and the power supply capacitor 31, in mode c, the current flowing through the heating coil 12 using the power supply capacitor 31 as the power supply charges the resonant capacitor 22 and the power supply capacitor 32, and in mode a, the current flowing through the heating coil 13 using the power supply capacitor 32 as the power supply charges the resonant capacitor 23. In this way, by using the power supply capacitor 31 and the power supply capacitor 32, current flows through the heating coils 11 to 13 while the charge amount of the power supply capacitor 31 and the power supply capacitor 32 is preserved. As a result, even if the equivalent impedance including the resistance of the heating coil and the heated object is different, the current of the heating coils 11 to 13 is naturally balanced without applying special control. Note that the current of the heating coils 11 to 13 can be balanced even in a configuration in which the resonant capacitor 21 and the resonant capacitor 22 are omitted, but the withstand voltage can be improved by providing the resonant capacitor and the power supply capacitor separately and connecting them in series.

以上で説明したように、本実施例の電磁誘導加熱装置によれば、加熱コイルおよび被加熱物の抵抗を含む等価インピーダンスが異なる場合においても、複数の加熱コイルの電流を均等化し、被加熱物対して所望の電力を効率良く供給することができる。 As described above, the electromagnetic induction heating device of this embodiment can equalize the currents in multiple heating coils and efficiently supply the desired power to the heated object even when the equivalent impedances, including the resistances of the heating coils and the heated object, are different.

次に、図4から図6を用いて、本発明の実施例2に係る電磁誘導加熱装置を説明する。なお、実施例1との共通点については、重複説明を省略する。 Next, an electromagnetic induction heating device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 4 to 6. Note that a duplicated description of the points common to the first embodiment will be omitted.

図4に示す本実施例の回路構成は、概説すれば、図1に示す実施例1の回路構成に2つの並列スイッチング素子(スイッチング素子5b、5d)を付加したものである。図4において、電源コンデンサ31と加熱コイル11の接続点を出力端子Bと称すると、出力端子Bと直流電源1の負電極Nとの間にスイッチング素子5bが接続されている。また、電源コンデンサ32と加熱コイル12の接続点を出力端子Dと称すると、出力端子Dと直流電源1の負電極Nとの間にスイッチング素子5dが接続されている。また、スイッチング素子5b、5dにはそれぞれダイオード6b、6dが逆方向に並列接続されている。 The circuit configuration of this embodiment shown in FIG. 4 is roughly the same as that of the embodiment 1 shown in FIG. 1, with two parallel switching elements (switching elements 5b, 5d) added. In FIG. 4, if the connection point between the power supply capacitor 31 and the heating coil 11 is called output terminal B, switching element 5b is connected between output terminal B and the negative electrode N of the DC power supply 1. If the connection point between the power supply capacitor 32 and the heating coil 12 is called output terminal D, switching element 5d is connected between output terminal D and the negative electrode N of the DC power supply 1. Diodes 6b, 6d are connected in parallel in the opposite direction to switching elements 5b, 5d, respectively.

本実施例では、追加したスイッチング素子5bがスイッチング素子5aと相補にオンオフし、追加したスイッチング素子5dがスイッチング素子5cと相補にオンオフする。これにより、スイッチング素子5a、5bと電源コンデンサ31、加熱コイル11、共振コンデンサ21が一段目のインバータを構成し、スイッチング素子5c、5dと電源コンデンサ32、加熱コイル12、共振コンデンサ22が二段目のインバータを構成し、スイッチング素子5e、5fと加熱コイル13、共振コンデンサ23が三段目のインバータを構成する。以下、各インバータの使用方法の一例として、モードaとモードcの特徴的な電流経路を説明する。 In this embodiment, the added switching element 5b turns on and off in a complementary manner with the switching element 5a, and the added switching element 5d turns on and off in a complementary manner with the switching element 5c. As a result, the switching elements 5a and 5b, the power supply capacitor 31, the heating coil 11, and the resonant capacitor 21 form a first-stage inverter, the switching elements 5c and 5d, the power supply capacitor 32, the heating coil 12, and the resonant capacitor 22 form a second-stage inverter, and the switching elements 5e and 5f, the heating coil 13, and the resonant capacitor 23 form a third-stage inverter. Below, the characteristic current paths of modes a and c are explained as an example of how to use each inverter.

実施例1のモードaでは、図3Aに示したように、電源コンデンサ32を電圧源として、スイッチング素子5e、加熱コイル13、共振コンデンサ23、共振コンデンサ22、加熱コイル12の経路で電流が流れていたが、本実施例のモードaでは、スイッチング素子5cと相補にオンオフするスイッチング素子5dがターンオンしているため、電源コンデンサ32を電圧源として、スイッチング素子5e、加熱コイル13、共振コンデンサ23、スイッチング素子5dの経路で、すなわち、加熱コイル12を回避する経路で電流が流れる。このようにして、電源コンデンサ32から加熱コイル12に給電しない電流経路を形成することができる。 In mode a of embodiment 1, as shown in FIG. 3A, current flows through the path of switching element 5e, heating coil 13, resonant capacitor 23, resonant capacitor 22, and heating coil 12, with power supply capacitor 32 as the voltage source. However, in mode a of this embodiment, switching element 5d, which turns on and off complementarily to switching element 5c, is turned on, so current flows through the path of switching element 5e, heating coil 13, resonant capacitor 23, and switching element 5d, with power supply capacitor 32 as the voltage source, that is, a path that avoids heating coil 12. In this way, a current path can be formed that does not supply power from power supply capacitor 32 to heating coil 12.

また、実施例1のモードcでは、図3Cに示したように、電源コンデンサ31を電圧源として、スイッチング素子5c、電源コンデンサ32、加熱コイル12、共振コンデンサ22、共振コンデンサ21、加熱コイル11の経路で電流が流れていたが、本実施例のモードcでは、スイッチング素子5aと相補にオンオフするスイッチング素子5bがターンオンしているため、電源コンデンサ31を電圧源として、スイッチング素子5c、電源コンデンサ32、加熱コイル12、共振コンデンサ22の経路で、すなわち、加熱コイル11を回避する経路で電流が流れる。このようにして、電源コンデンサ31から加熱コイル11に給電しない電流経路を形成することができる。 In addition, in mode c of Example 1, as shown in FIG. 3C, current flows through the path of switching element 5c, power supply capacitor 32, heating coil 12, resonant capacitor 22, resonant capacitor 21, and heating coil 11, with power supply capacitor 31 as the voltage source. However, in mode c of this embodiment, switching element 5b, which turns on and off complementarily to switching element 5a, is turned on, so current flows through the path of switching element 5c, power supply capacitor 32, heating coil 12, and resonant capacitor 22, with power supply capacitor 31 as the voltage source, that is, a path that avoids heating coil 11. In this way, a current path that does not supply power from power supply capacitor 31 to heating coil 11 can be formed.

図5は、各部の動作波形であり、上から順に、(a)各スイッチング素子のゲート駆動信号vg5a~vg5f、(b)各加熱コイルの電流i11、i12、i13、(c)各スイッチング素子および各ダイオードの電流i5a~i5f、i6a~i6fである。 Figure 5 shows the operating waveforms of each part, from top to bottom: (a) gate drive signals vg5a to vg5f of each switching element, (b) currents i11 , i12 , and i13 of each heating coil, and (c) currents i5a to i5f , and i6a to i6f of each switching element and diode.

図5において、スイッチング素子5aと5cと5eがオンしているタイミングをスイッチング周期内で120度ずつずらすことで、加熱コイル11から13の電流位相を120度ずつシフトさせながら電流をバランスさせることが可能である。 In FIG. 5, by shifting the timing at which switching elements 5a, 5c, and 5e are turned on by 120 degrees each within a switching period, it is possible to balance the current while shifting the current phase of heating coils 11 to 13 by 120 degrees each.

なお、インバータの段数を3段から4段に増やした場合は、90度ずつずらすことで同様に加熱コイル電流の位相をシフトさせることが可能である。このように、複数の加熱コイルの電流位相をシフトさせながら電流をバランスさせることにより被加熱物をむらなく加熱することが可能となる。 If the number of inverter stages is increased from three to four, it is possible to similarly shift the phase of the heating coil current by shifting it by 90 degrees at a time. In this way, it is possible to balance the current while shifting the current phase of multiple heating coils, thereby heating the object to be heated evenly.

また、実施例2の電磁誘導加熱装置において、加熱コイル電流の位相をシフトさせず加熱コイル11から13の電流を同位相で流す場合には、図6に示すようにスイッチング素子5aと5dと5eがオンしているタイミングを合わせれば良い。 In the electromagnetic induction heating device of Example 2, if the currents in heating coils 11 to 13 are to flow in the same phase without shifting the phase of the heating coil current, it is sufficient to synchronize the timing at which switching elements 5a, 5d, and 5e are turned on, as shown in Figure 6.

図7と図8は、実施例3の電磁誘導加熱装置の回路構成図である。実施例1や実施例2との共通点については重複説明を省略する。 Figures 7 and 8 are circuit diagrams of the electromagnetic induction heating device of Example 3. A duplicated explanation of points common to Examples 1 and 2 will be omitted.

図7に示す電磁誘導加熱装置は、概説すれば、図1に示す実施例1の加熱コイルと共振コンデンサを直流電源1の正電極P側に移動したものであり、実施例1と同様にスイッチング素子5a、5c、5e、5fを駆動することによって各加熱コイルの電流位相を制御するものである。 The electromagnetic induction heating device shown in Figure 7 is, in general, a device in which the heating coil and resonant capacitor of Example 1 shown in Figure 1 have been moved to the positive electrode P side of the DC power supply 1, and the current phase of each heating coil is controlled by driving switching elements 5a, 5c, 5e, and 5f in the same manner as in Example 1.

同様に、図8に示す電磁誘導加熱装置は、概説すれば、図4に示す実施例2の加熱コイルと共振コンデンサを直流電源1の正電極P側に移動したものであり、実施例2と同様にスイッチング素子5aから5fを駆動することによって各加熱コイルの電流位相を制御するものである。 Similarly, the electromagnetic induction heating device shown in FIG. 8 is roughly the same as that shown in FIG. 4, except that the heating coil and resonant capacitor of the second embodiment are moved to the positive electrode P side of the DC power supply 1, and the current phase of each heating coil is controlled by driving the switching elements 5a to 5f in the same manner as in the second embodiment.

図7や図8のように、電磁誘導加熱装置を構成しても、実施例1や実施例2と同等の効果を得ることができる。 Even if the electromagnetic induction heating device is configured as shown in Figures 7 and 8, the same effects as in Examples 1 and 2 can be obtained.

1 直流電源、
2 インバータ、
5 スイッチング素子、
6 ダイオード、
11~13 加熱コイル、
21~23 共振コンデンサ、
31、32 電源コンデンサ
1 DC power source,
2 inverters,
5 switching element,
6 diodes,
11 to 13 heating coil,
21 to 23 resonant capacitor,
31, 32 Power supply capacitor

Claims (8)

直流電圧を出力する直流電源と、
前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記交流電圧を用いて被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
を備えた電磁誘導加熱装置であって、
前記インバータ回路は、前記直流電源の正電極と負電極の間に設けた、3個以上のスイッチング素子を直列接続したスイッチング素子直列体を備え、
前記負電極には、
第一スイッチング素子と第一加熱コイルと第一共振コンデンサを環状接続した第一回路と、
前記第一スイッチング素子と第二スイッチング素子と第一電源コンデンサと第二加熱コイルと第二共振コンデンサを環状接続した第二回路と、
が接続されており、
前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子は、前記スイッチング素子直列体に含まれていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
A DC power supply that outputs a DC voltage;
an inverter circuit that converts the DC voltage into an AC voltage;
A heating coil that uses the AC voltage to inductively heat an object to be heated;
An electromagnetic induction heating device comprising:
the inverter circuit includes a switching element series body having three or more switching elements connected in series, the switching element series body being provided between a positive electrode and a negative electrode of the DC power supply,
The negative electrode has
a first circuit in which a first switching element, a first heating coil, and a first resonant capacitor are connected in a ring ;
a second circuit in which the first switching element, the second switching element, a first power supply capacitor, a second heating coil, and a second resonant capacitor are connected in a ring ;
is connected,
The electromagnetic induction heating device, wherein the first switching element and the second switching element are included in the switching element series body.
直流電圧を出力する直流電源と、
前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記交流電圧を用いて被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
を備えた電磁誘導加熱装置であって、
前記インバータ回路は、前記直流電源の正電極と負電極の間に設けた、3個以上のスイッチング素子を直列接続したスイッチング素子直列体を備え、
前記正電極には、
第一スイッチング素子と第一加熱コイルと第一共振コンデンサを環状接続した第一回路と、
前記第一スイッチング素子と第二スイッチング素子と第一電源コンデンサと第二加熱コイルと第二共振コンデンサを環状接続した第二回路と、
が接続されており、
前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子は、前記スイッチング素子直列体に含まれていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
A DC power supply that outputs a DC voltage;
an inverter circuit that converts the DC voltage into an AC voltage;
A heating coil that uses the AC voltage to inductively heat an object to be heated;
An electromagnetic induction heating device comprising:
the inverter circuit includes a switching element series body having three or more switching elements connected in series, the switching element series body being provided between a positive electrode and a negative electrode of the DC power supply,
The positive electrode includes:
a first circuit in which a first switching element, a first heating coil, and a first resonant capacitor are connected in a ring ;
a second circuit in which the first switching element, the second switching element, a first power supply capacitor, a second heating coil, and a second resonant capacitor are connected in a ring ;
is connected,
The electromagnetic induction heating device, wherein the first switching element and the second switching element are included in the switching element series body.
請求項1または請求項2に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記第一スイッチング素子をオフし、前記第二スイッチング素子をオンした期間には、前記第一電源コンデンサを電圧源として、前記第二スイッチング素子、前記第一加熱コイル、前記第一共振コンデンサ、前記第二共振コンデンサ、前記第二加熱コイルの経路で電流が流れることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
3. The electromagnetic induction heating device according to claim 1,
An electromagnetic induction heating device characterized in that, during a period in which the first switching element is turned off and the second switching element is turned on, a current flows through a path of the second switching element, the first heating coil, the first resonant capacitor, the second resonant capacitor, and the second heating coil, with the first power supply capacitor as a voltage source.
請求項1または請求項2に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記第二加熱コイルと前記第二共振コンデンサには並列に、第一並列スイッチング素子が接続されていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
3. The electromagnetic induction heating device according to claim 1,
An electromagnetic induction heating device, characterized in that a first parallel switching element is connected in parallel to the second heating coil and the second resonant capacitor.
請求項1に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記負電極には、前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子と第三スイッチング素子と第二電源コンデンサと第三加熱コイルと第三共振コンデンサを環状接続した第三回路が接続されており、前記第三スイッチング素子は、前記スイッチング素子直列体に含まれていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
2. The electromagnetic induction heating device according to claim 1,
An electromagnetic induction heating device characterized in that a third circuit in which the first switching element, the second switching element, the third switching element, a second power supply capacitor, a third heating coil, and a third resonant capacitor are connected in a ring shape to the negative electrode, and the third switching element is included in the switching element series.
請求項2に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記正電極には、前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子と第三スイッチング素子と第二電源コンデンサと第三加熱コイルと第三共振コンデンサを環状接続した第三回路が接続されており、前記第三スイッチング素子は、前記スイッチング素子直列体に含まれていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
3. The electromagnetic induction heating device according to claim 2,
An electromagnetic induction heating device characterized in that a third circuit in which the first switching element, the second switching element, the third switching element, a second power supply capacitor, a third heating coil, and a third resonant capacitor are connected in a ring shape to the positive electrode, and the third switching element is included in the switching element series.
請求項5または請求項6に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記第二スイッチング素子をオフし、前記第三スイッチング素子をオンした期間には、前記第二電源コンデンサを電圧源として、前記第三スイッチング素子、前記第一電源コンデンサ、前記第二加熱コイル、前記第二共振コンデンサ、前記第三共振コンデンサ、前記第三加熱コイルの経路で電流が流れることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
7. The electromagnetic induction heating device according to claim 5,
an electromagnetic induction heating device characterized in that, during a period in which the second switching element is turned off and the third switching element is turned on, a current flows through a path of the third switching element, the first power supply capacitor, the second heating coil, the second resonant capacitor, the third resonant capacitor, and the third heating coil, with the second power supply capacitor as a voltage source.
請求項5または請求項6に記載の電磁誘導加熱装置において、
前記第三加熱コイルと前記第三共振コンデンサには並列に、第二並列スイッチング素子が接続されていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
7. The electromagnetic induction heating device according to claim 5,
An electromagnetic induction heating device, characterized in that a second parallel switching element is connected in parallel to the third heating coil and the third resonant capacitor.
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