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JP4909980B2 - Electromagnetic induction heating device - Google Patents

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JP4909980B2 JP2008331831A JP2008331831A JP4909980B2 JP 4909980 B2 JP4909980 B2 JP 4909980B2 JP 2008331831 A JP2008331831 A JP 2008331831A JP 2008331831 A JP2008331831 A JP 2008331831A JP 4909980 B2 JP4909980 B2 JP 4909980B2
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Description

本発明は、異なる材質の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 apparatus that performs induction heating by supplying desired power to an object to be heated of different materials.

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鉄やステンレスなどの材質で作られた被加熱物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。被加熱物の温度制御が可能で安全性が高いことから、新しい熱源として認知されている。   In recent years, an inverter type electromagnetic induction heating apparatus that heats an object to be heated such as a pot without using a fire has been widely used. The electromagnetic induction heating device applies a high-frequency current to the heating coil, generates eddy currents in the heated object made of a material such as iron or stainless steel arranged in the vicinity of the heating coil, and the electric resistance of the heated object itself To generate heat. It is recognized as a new heat source because it can control the temperature of the object to be heated and is highly safe.

従来、システムキッチン等に組み込まれる電気調理器等を代表とする電磁誘導加熱装置には、シーズヒータやプレートヒータ、ハロゲンヒータ等の抵抗体を熱源としたものが使われていたが、近年では、熱源の一部を誘導加熱に置き換えたもの、もしくは全てを誘導加熱にしたものに代わりつつある。   Conventionally, electromagnetic induction heating devices represented by electric cookers and the like incorporated in system kitchens and the like have been used with a resistor such as a sheathed heater, a plate heater, or a halogen heater as a heat source. A part of the heat source is replaced with induction heating, or the whole is replaced with induction heating.

このような電磁誘導加熱装置の従来例として、特許文献1に開示されたような誘導加熱調理器がある。この公知例は、商用交流電源を整流平滑して直流電圧に変換し、ハーフブリッジ型のインバータにより加熱コイルに高周波電流を供給して、加熱コイルに近接して配置された被加熱物を誘導加熱する。   As a conventional example of such an electromagnetic induction heating apparatus, there is an induction heating cooker as disclosed in Patent Document 1. In this known example, a commercial AC power supply is rectified and smoothed and converted into a DC voltage, a high-frequency current is supplied to the heating coil by a half-bridge inverter, and an object to be heated arranged in the vicinity of the heating coil is induction-heated. To do.

特開2001−126853号公報JP 2001-126853 A

前記特許文献1に開示された例では、低抵抗の被加熱物に十分な電力を供給するには加熱コイルに大きな電流を流す必要があり、加熱コイルの発熱やスイッチング素子の損失増加を招き、加熱効率が低下する。   In the example disclosed in Patent Document 1, it is necessary to flow a large current through the heating coil in order to supply sufficient power to the low-resistance object to be heated, which causes heating of the heating coil and an increase in loss of the switching element, Heating efficiency decreases.

この模様を図に基づいて説明する。   This pattern will be described with reference to the drawings.

図24は、加熱コイル側からみた加熱コイル及び磁気結合している被加熱物の等価インピーダンスを示した図で、横軸は等価インダクタンス、縦軸は等価抵抗を表している。等価インピーダンスは被加熱物の材質によって大きく異なり、材質が鉄製の被加熱物は図中のA、非磁性ステンレス製の被加熱物はB、銅又はアルミ製の被加熱物はCのような特性を示す。一般的にAのような高抵抗の被加熱物が誘導加熱に適している。   FIG. 24 is a diagram showing the equivalent impedance of the heating coil and the object to be magnetically coupled as seen from the heating coil side, where the horizontal axis represents the equivalent inductance and the vertical axis represents the equivalent resistance. The equivalent impedance varies greatly depending on the material of the object to be heated, such as A in the figure for an object made of iron, B for the object to be heated in nonmagnetic stainless steel, and C in the object to be heated made of copper or aluminum. Indicates. Generally, a high-resistance object to be heated such as A is suitable for induction heating.

図25は、図24に示した等価インピーダンスの特性を有する被加熱物の入力電力と共振電流の関係を表した図で、横軸は入力電力、縦軸は共振電流を表している。   FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the input power and the resonance current of the object to be heated having the characteristic of the equivalent impedance shown in FIG. 24, where the horizontal axis represents the input power and the vertical axis represents the resonance current.

目的とする入力電力を、例えば2kWとした場合、被加熱物Aでは約40Aの共振電流を加熱コイルに流すことによって出力は得られる。しかしながら、被加熱物Bでは、抵抗が小さい為に約55Aの電流を流す必要があり、被加熱物Cでは、更に抵抗が小さい為に約140Aの電流を流す必要がある。   When the target input power is 2 kW, for example, the object to be heated A can obtain an output by flowing a resonance current of about 40 A through the heating coil. However, the object to be heated B needs to pass a current of about 55 A because the resistance is small, and the object to be heated C needs to pass a current of about 140 A because the resistance is even smaller.

本発明は、上記課題を解決するものであり、異なる材質の被加熱物に対し所望の電力を効率良く供給することが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を目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide an inverter type electromagnetic induction heating apparatus that can efficiently supply desired power to an object to be heated of different materials.

上記課題を解決するために、本発明の電磁誘導加熱装置は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、直流電圧を生成する電源回路と、この直流電圧を交流電圧に変換して前記加熱コイルに電力を供給するインバータとを備えた電磁誘導加熱装置において、前記電源回路は商用交流電源を整流する整流回路と、商用交流電源と前記整流回路の入力端子との間に接続されたインダクタンス及び直列接続したコンデンサから形成される平滑回路と、スイッチ手段とで構成され、直列接続した前記コンデンサの両端と前記整流回路の出力端子を接続し、前記商用交流電源の一端と前記各コンデンサの接続点との間に前記スイッチ手段を接続し、前記スイッチ手段により前記電源回路の出力電圧を倍電圧整流後の出力に基づく直流電圧、または全波整流後の出力に基づく直流電圧のいずれかに切り替える構成とし、前記整流回路の入力端子間に、商用交流電源に対し前記インダクタンスを負荷とする短絡回路を備え、該短絡回路を、商用交流電源の電圧ゼロクロスから遅延時間を設けて短絡通電し、出力電力に応じて遅延時間と通電時間を制御し、前記被加熱物が鉄製である場合は、前記スイッチ手段をオン状態にして倍電圧整流を行い直流電圧を上げ、前記被加熱物が銅又はアルミ製である場合は、前記スイッチ手段をオフ状態にして全波整流を行い直流電圧を下げる構成とした。 In order to solve the above problems, an electromagnetic induction heating device according to the present invention includes a heating coil that induction-heats an object to be heated, a power supply circuit that generates a DC voltage, and the heating coil that converts the DC voltage into an AC voltage. In the electromagnetic induction heating apparatus including an inverter for supplying power to the power source, the power circuit includes a rectifier circuit that rectifies a commercial AC power source, an inductance connected between the commercial AC power source and an input terminal of the rectifier circuit, and a series circuit. A smoothing circuit formed by a connected capacitor, and a switch means, connecting both ends of the capacitor connected in series and the output terminal of the rectifier circuit, one end of the commercial AC power supply, and a connection point of each capacitor The switch means is connected between them, and the DC voltage based on the output after double voltage rectification of the output voltage of the power supply circuit by the switch means, or full wave rectification Switching to any one of the DC voltages based on the output of the rectifier circuit, comprising a short circuit between the input terminals of the rectifier circuit using the inductance as a load with respect to the commercial AC power supply, the short circuit being a voltage zero cross of the commercial AC power supply The delay time and the energization time are controlled according to the output power by controlling the delay time and the energization time, and when the object to be heated is made of iron, the switch means is turned on to perform the double voltage rectification and the DC voltage When the object to be heated is made of copper or aluminum, the switch means is turned off and full-wave rectification is performed to reduce the DC voltage .

また、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、直流電圧を生成する電源回路と、この直流電圧を交流電圧に変換して前記加熱コイルに電力を供給するインバータとを備えた電磁誘導加熱装置において、前記電源回路は商用交流電源を整流する整流回路と、前記商用交流電源と前記整流回路の入力端子との間に接続されたインダクタンス及び直列接続したコンデンサから形成される平滑回路と、スイッチ手段とで構成され、直列接続した前記コンデンサの両端と前記整流回路の出力端子を接続し、前記商用交流電源の一端と前記各コンデンサの接続点との間に前記スイッチ手段を接続し、前記スイッチ手段により前記電源回路の出力電圧を倍電圧整流後の出力に基づく直流電圧、または全波整流後の出力に基づく直流電圧のいずれかに切り替える構成とし、前記インバータは前記加熱コイルと共振コンデンサを含む共振負荷回路を備え、前記整流回路の入力端子の一端に、該共振コンデンサの一端を接続し、前記共振負荷回路の該共振コンデンサに生じる電圧を帰還させ、前記被加熱物が鉄製である場合は、前記スイッチ手段をオン状態にして倍電圧整流を行い直流電圧を上げ、前記被加熱物が銅又はアルミ製である場合は、前記スイッチ手段をオフ状態にして全波整流を行い直流電圧を下げる構成とした。 An electromagnetic induction heating apparatus comprising a heating coil that induction-heats an object to be heated, a power supply circuit that generates a DC voltage, and an inverter that converts the DC voltage into an AC voltage and supplies power to the heating coil. The power supply circuit is a rectifier circuit for rectifying a commercial AC power supply, an inductance connected between the commercial AC power supply and an input terminal of the rectifier circuit, and a smoothing circuit formed from a capacitor connected in series, and switch means. Connected to both ends of the capacitors connected in series and the output terminal of the rectifier circuit, the switch means is connected between one end of the commercial AC power supply and the connection point of the capacitors, and the switch means Switch the output voltage of the power supply circuit to either DC voltage based on output after voltage doubler rectification or DC voltage based on output after full-wave rectification The inverter includes a resonant load circuit including the heating coil and a resonant capacitor, and one end of the resonant capacitor is connected to one end of the input terminal of the rectifier circuit, and a voltage generated in the resonant capacitor of the resonant load circuit When the object to be heated is made of iron, the switch means is turned on to perform double voltage rectification to increase the DC voltage, and when the object to be heated is made of copper or aluminum, the switch means Was turned off to perform full-wave rectification to reduce the DC voltage .

本発明によれば、異なる材質の被加熱物に対し所望の電力を効率良く供給することが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ができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electromagnetic induction heating apparatus of the inverter system which can supply desired electric power efficiently with respect to the to-be-heated material of a different material can be provided.

以下、本発明の実施例および参考例を図面に基づいて説明する。 Embodiments and reference examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.

尚、図2以降においては、図1または図6の参考例と共通する構成の一部を省略すると共に、重複する説明を省略する。各実施例、参考例の図における同一符号は、同一物又は相当物を示す。また、同一物が二つ以上あり、これらを判別して説明した方が分り易い場合は、数字の符号にa、b等の接尾辞を付け、他の場合は前記接尾辞を付けていない。 In FIG. 2 and subsequent figures, a part of the configuration common to the reference example of FIG. 1 or FIG. 6 is omitted, and a redundant description is omitted. The same reference numerals in the drawings of each example and reference example indicate the same or equivalent. In addition, when there are two or more of the same objects and it is easier to understand by explaining them, suffixes such as a and b are added to the numerals of the numbers, and in other cases, the suffixes are not added.

参考例1
図1は参考例1である電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。
[ Reference Example 1 ]
FIG. 1 is a main circuit configuration diagram of an electromagnetic induction heating apparatus as Reference Example 1 .

図1において、1は電源回路で、本参考例では第一の電源1aと第二の電源1bとで構成され、第一の電源1aと第二の電源1bは異なる直流電圧を生成する。第一、第二の電源1a、1b双方の負電極側はo点で共通接続されている。第一、第二の電源1a、1bの正電極側をそれぞれp1点、p2点とする。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a power supply circuit, which is composed of a first power supply 1a and a second power supply 1b in this reference example , and the first power supply 1a and the second power supply 1b generate different DC voltages. The negative electrode sides of both the first and second power supplies 1a and 1b are commonly connected at point o. The positive electrode sides of the first and second power supplies 1a and 1b are defined as p1 point and p2 point, respectively.

2は上下アームで、2aと2bの二つあり、次記符号3〜5の部品から構成され、電源回路1が生成する直流電圧を交流電圧に変換して後記共振負荷回路10に電力を供給するインバータを形成する。   Reference numeral 2 denotes an upper and lower arm, 2a and 2b, which are composed of parts 3 to 5 below, and converts the DC voltage generated by the power supply circuit 1 into an AC voltage to supply power to the resonant load circuit 10 described later. To form an inverter.

3はスイッチング素子で、上下アーム2の構成部品であり、IGBT等のパワー半導体スイッチング素子が用いられ、二個が直列に接続されて上下アーム2の基本的構成を形作り、高電位側を上アーム、低電位側を下アームとする(以後、同様)。   Reference numeral 3 denotes a switching element, which is a component of the upper and lower arms 2, and a power semiconductor switching element such as an IGBT is used. Two elements are connected in series to form the basic structure of the upper and lower arms 2, and the upper potential side is the upper arm. The lower potential side is the lower arm (hereinafter the same).

前記p1点とo点間には、上下アーム2aが接続され、p2点とo点間には上下アーム2bが接続されている。   The upper and lower arms 2a are connected between the points p1 and o, and the upper and lower arms 2b are connected between the points p2 and o.

尚、上下アーム2は、本参考例で示す二つの例ばかりではなく、一つの例や、上アームが二つで下アームを兼用した例もあるが、これらについては後述する。 The upper and lower arms 2 are not limited to the two examples shown in the present reference example , but there are one example and an example in which two upper arms are also used as a lower arm, which will be described later.

4はダイオードで、上下アーム2(2a、2b)の構成部品であり、上下アーム2(2a、2b)を構成する4つのスイッチング素子3のそれぞれに逆方向に並列接続されている。   Reference numeral 4 denotes a diode, which is a component of the upper and lower arms 2 (2a, 2b), and is connected in parallel to each of the four switching elements 3 constituting the upper and lower arms 2 (2a, 2b) in the opposite direction.

5はスナバコンデンサで、上下アーム2(2a、2b)の構成部品であり、上下アーム2(2a、2b)を構成する4つのスイッチング素子3のそれぞれに並列接続されており、スイッチング素子3のターンオフ時の遮断電流によって充電、もしくは放電される。このスナバコンデンサ5の容量は、スイッチング素子3のコレクタとエミッタ間の出力容量より十分に大きいため、ターンオフ時にスイッチング素子3に印加される電圧の変化は低減され、ターンオフ損失は抑制される。   A snubber capacitor 5 is a component of the upper and lower arms 2 (2a, 2b), and is connected in parallel to each of the four switching elements 3 constituting the upper and lower arms 2 (2a, 2b). It is charged or discharged by the interruption current at the time. Since the capacity of the snubber capacitor 5 is sufficiently larger than the output capacity between the collector and the emitter of the switching element 3, the change in the voltage applied to the switching element 3 at the time of turn-off is reduced, and the turn-off loss is suppressed.

6は加熱コイルで、本参考例では二つに分割された第一、第二の加熱コイル6a、6bで形成され、高周波電流が流れることにより、被加熱物を誘導加熱する。尚、この加熱コイル6の構造の詳細は後述する。また、この加熱コイル6の構成は、本参考例で示す二つに分割された例ばかりではなく、一つの例や、三つに分割された例もあるが、これらについても後述する。 Reference numeral 6 denotes a heating coil, which is formed of first and second heating coils 6a and 6b which are divided into two in this reference example , and the object to be heated is inductively heated by the flow of a high-frequency current. Details of the structure of the heating coil 6 will be described later. Further, the configuration of the heating coil 6 is not limited to the example divided into two shown in the present reference example , but includes one example and an example divided into three, which will be described later.

7a、7bは第一、第二の共振コンデンサである。8a、8bはスイッチング素子で、逆直列に接続されている。9はダイオードで、スイッチング素子8a、8bのそれぞれに逆方向に並列接続されている。   Reference numerals 7a and 7b denote first and second resonance capacitors. 8a and 8b are switching elements and are connected in anti-series. A diode 9 is connected in parallel to each of the switching elements 8a and 8b in the opposite direction.

10は共振負荷回路で、第一、第二の加熱コイル6a、6b、第一、第二の共振コンデンサ7a、7b、ダイオード9を逆並列接続したスイッチング素子8a、8b、および図示していない被加熱物とで構成される。尚、この共振負荷回路10の構成は、前記本参考例の構成ばかりではなく、一部の構成部品を省略または追加した構成の例もあるが、これらについては後述する。 A resonant load circuit 10 includes first and second heating coils 6a and 6b, first and second resonant capacitors 7a and 7b, switching elements 8a and 8b in which diodes 9 are connected in reverse parallel, and a not-shown device. It consists of heated objects. Note that the configuration of the resonant load circuit 10 includes not only the configuration of the present reference example but also a configuration in which some components are omitted or added, which will be described later.

上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3と同下アーム用スイッチング素子3の接続点、即ち上下アーム2aの出力端子をd点とし、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3と同下アーム用スイッチング素子3の接続点、即ち上下アーム2bの出力端子をa点とする。   The connection point between the upper arm switching element 3 and the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a, that is, the output terminal of the upper and lower arms 2a is defined as d point, and the upper arm switching element 3 and the lower arm switching are operated at the upper and lower arms 2b. A connection point of the element 3, that is, an output terminal of the upper and lower arms 2b is a point.

d点とo点間には第一の加熱コイル6aと第一の共振コンデンサ7a及び逆直列に接続されたスイッチング素子8a、8bが接続されている。スイッチング素子8a、8bにはそれぞれダイオード9が逆方向に並列接続されている。前記第一の加熱コイル6aと第一の共振コンデンサ7aの接続点をc点とし、a点とc点間には第二の共振コンデサ7bと第二の加熱コイル6bが直列に接続されている。   Between the point d and the point o, the first heating coil 6a, the first resonance capacitor 7a, and switching elements 8a and 8b connected in reverse series are connected. A diode 9 is connected in parallel in the reverse direction to each of the switching elements 8a and 8b. A connection point between the first heating coil 6a and the first resonance capacitor 7a is a point c, and a second resonance capacitor 7b and a second heating coil 6b are connected in series between the points a and c. .

このように、第一、第二の加熱コイル6a、6b及び第一、第二の共振コンデンサ7a、7bを含む共振負荷回路10は、上下アーム2a、2bの出力端子d、a間に挟まれた構成となっている。   Thus, the resonant load circuit 10 including the first and second heating coils 6a and 6b and the first and second resonant capacitors 7a and 7b is sandwiched between the output terminals d and a of the upper and lower arms 2a and 2b. It becomes the composition.

前記加熱コイル6の具体的な構造を図2に基づいて説明する。図2は参考例1である電磁誘導加熱装置の加熱コイルの平面図である。 A specific structure of the heating coil 6 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a plan view of a heating coil of the electromagnetic induction heating apparatus which is Reference Example 1. FIG.

図2に示すように、加熱コイル6は渦巻状に巻く導線で形成され、かつ内側の巻線と外側の巻線に分割され、第一の加熱コイル6aは内側の巻線、第二の加熱コイル6bは外側の巻線で形成されている。   As shown in FIG. 2, the heating coil 6 is formed of a spirally wound conducting wire, and is divided into an inner winding and an outer winding, and the first heating coil 6a is an inner winding and a second heating coil. The coil 6b is formed by an outer winding.

内側に配置された第一の加熱コイル6aは、図1のc点とd点間に接続されており、外側の第二の加熱コイル6bは図1のb点とc点間に接続されている。   The first heating coil 6a disposed on the inner side is connected between the points c and d in FIG. 1, and the outer second heating coil 6b is connected between the points b and c in FIG. Yes.

以上の構成において、全体の動作を説明するとともに、本参考例では、被加熱物の材質に応じて駆動する上下アーム2(2a、2b)を選択することにより、電源回路1の出力電圧を切り替えることができ、さらに、駆動される加熱コイルの巻数および共振コンデンサの容量を切り替えることができることを説明する。 In the above configuration, the overall operation is described, and in this reference example , the output voltage of the power supply circuit 1 is switched by selecting the upper and lower arms 2 (2a, 2b) to be driven according to the material of the object to be heated. Further, it will be described that the number of turns of the driven heating coil and the capacity of the resonant capacitor can be switched.

この説明に先立ち、被加熱物の材質と加熱コイルの巻数の対応について説明する。   Prior to this description, the correspondence between the material of the object to be heated and the number of turns of the heating coil will be described.

図3は、被加熱物の材質の違いによる加熱コイルの巻数と等価抵抗の関係を示す図である。横軸は加熱コイルの巻数、縦軸は等価抵抗である。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the number of turns of the heating coil and the equivalent resistance depending on the material of the object to be heated. The horizontal axis is the number of turns of the heating coil, and the vertical axis is the equivalent resistance.

加熱コイルに流す電流が同じ状態で巻数を増やすと、磁束が増えるため、加熱コイル側からみた被加熱物の等価抵抗は増加する。前述したように、等価抵抗は被加熱物の材質によって大きく異なり、材質が鉄製の被加熱物は図中のA、非磁性ステンレス製の被加熱物はB、銅又はアルミ製の被加熱物はCのような特性を示す。   If the number of turns is increased with the same current flowing through the heating coil, the magnetic flux increases, so the equivalent resistance of the object to be heated as viewed from the heating coil side increases. As described above, the equivalent resistance varies greatly depending on the material of the object to be heated. The object to be heated made of iron is A in the figure, the object to be heated made of nonmagnetic stainless steel is B, and the object to be heated made of copper or aluminum is C-like characteristics are shown.

ここで、等価抵抗値を1Ωにするには、被加熱物がAのような高抵抗の場合、加熱コイルの巻数は20ターンになるが、被加熱物がCのような低抵抗の場合、50ターンまで巻数を増やすことになる。   Here, in order to set the equivalent resistance value to 1Ω, when the object to be heated has a high resistance such as A, the number of turns of the heating coil is 20 turns, but when the object to be heated has a low resistance such as C, The number of turns will be increased to 50 turns.

参考例では、例えば、第一の加熱コイル6aの巻数を20ターン、第二の加熱コイル6bの巻数を30ターンに設定し、第一、第二の加熱コイル6a、6bを直列接続状態で駆動することができれば、巻数は合せて50ターンまで増やすことができる。 In this reference example , for example, the number of turns of the first heating coil 6a is set to 20 turns, the number of turns of the second heating coil 6b is set to 30 turns, and the first and second heating coils 6a and 6b are connected in series. If it can be driven, the total number of turns can be increased to 50 turns.

つまり、鉄製の被加熱物は巻数が20ターンの第一の加熱コイル6aで加熱し、銅又はアルミ製の被加熱物は第一、第二の加熱コイル6a、6bを直列接続状態で駆動することにより、巻数が50ターンで加熱することができる。   That is, the iron heated object is heated by the first heating coil 6a having 20 turns, and the copper or aluminum heated object drives the first and second heating coils 6a and 6b in a serial connection state. Thus, the number of turns can be heated at 50 turns.

次に、鉄製の被加熱物を加熱する場合の動作モードについて、図4を参照して説明する。   Next, an operation mode in the case of heating an iron object to be heated will be described with reference to FIG.

図4は参考例1における動作説明図で、主要素子の動作と主要部の電圧および電流を示すタイミングチャートである。 FIG. 4 is an operation explanatory diagram in Reference Example 1 , and is a timing chart showing the operation of main elements and the voltage and current of main parts.

図4の上半分は、各スイッチング素子3、8a、8bの動作を示しており、上下アーム2a、2bのスイッチング素子3については、各上下アーム2a、2bの符号に上アーム用を示す「上」、または下アーム用を示す「下」を付けて示し、スイッチング素子8a、8bについてはその符号で示している。   The upper half of FIG. 4 shows the operation of each switching element 3, 8 a, 8 b, and for the switching element 3 of the upper and lower arms 2 a, 2 b, the upper and lower arms 2 a, 2 b indicate “for the upper arm” ”Or“ lower ”indicating the lower arm, and the switching elements 8a and 8b are indicated by the reference numerals.

図4の下半分は、主要素子に流れる電流または電圧であり、Ic2a上は上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3及びこれに逆並列接続されたダイオード4に流れる電流、Vdは図1のd点の電圧、Ic2a下は上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3及びこれに逆並列接続されたダイオード4に流れる電流、IL6aは第一の加熱コイル6aに流れる共振電流である。   The lower half of FIG. 4 is the current or voltage that flows through the main element. On Ic2a, the current that flows through the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a and the diode 4 connected in reverse parallel thereto, Vd is d in FIG. The voltage at the point, Ic2a, the current flowing in the switching element 3 for the lower arm of the upper and lower arms 2a and the diode 4 connected in reverse parallel thereto, IL6a is the resonance current flowing in the first heating coil 6a.

尚、図1のd点からc点の方向を正と定義する。   The direction from point d to point c in FIG. 1 is defined as positive.

また、図1において、上下アーム2aの上アーム用および下アーム用のスイッチング素子3を交互にオンオフし、スイッチング素子8a、8bを常時オン状態にする。他方の上下アーム2bは、上アーム用スイッチング素子3を常時オフ状態にし、下アーム用スイッチング素子3を常時オン状態にする。   In FIG. 1, the switching elements 3 for the upper and lower arms of the upper and lower arms 2a are alternately turned on and off, so that the switching elements 8a and 8b are always turned on. The other upper and lower arm 2b always turns off the upper arm switching element 3 and keeps the lower arm switching element 3 on.

(モード1)
上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3がターンオンし、第一の加熱コイル6aの蓄積エネルギーがゼロになると、共振電流IL6aは極性が負から正に変わり、第一の電源1aから上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3、第一の加熱コイル6a、第一の共振コンデンサ7a、スイッチング素子8a、スイッチング素子8bに逆並列接続されたダイオード9の経路で流れる。
(Mode 1)
When the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a is turned on and the stored energy of the first heating coil 6a becomes zero, the resonance current IL6a changes its polarity from negative to positive, and the first power source 1a turns on the upper and lower arms 2a. It flows through the path of the diode 9 connected in reverse parallel to the switching element 3 for the upper arm, the first heating coil 6a, the first resonance capacitor 7a, the switching element 8a, and the switching element 8b.

(モード2)
次に、上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3がターンオフすると、共振電流IL6aは正の極性を有しており、この電流は上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3に並列接続されたスナバコンデンサ5を充電し、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3に並列接続されたスナバコンデンサ5を放電し、d点の電圧Vdは徐々に低下する。
(Mode 2)
Next, when the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a is turned off, the resonance current IL6a has a positive polarity, and this current is a snubber capacitor connected in parallel to the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a. 5 is discharged, and the snubber capacitor 5 connected in parallel to the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a is discharged, and the voltage Vd at the point d gradually decreases.

その後、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3に逆並列接続されたダイオード4に順方向の電圧が印加されると、共振電流IL6aは環流電流として第一の加熱コイル6a、第一の共振コンデンサ7a、スイッチング素子8a、スイッチング素子8bに逆並列接続されたダイオード9、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3に逆並列接続されたダイオード4の経路で流れ続ける。   After that, when a forward voltage is applied to the diode 4 connected in reverse parallel to the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a, the resonance current IL6a is converted into the first heating coil 6a, the first resonance capacitor as a reflux current. 7a, the switching element 8a, the diode 9 connected in antiparallel to the switching element 8b, and the diode 4 connected in antiparallel to the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a.

(モード3)
次に、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3がターンオンし、第一の加熱コイル6aの蓄積エネルギーがゼロになると、共振電流IL6aは極性が正から負に変わり、第一の共振コンデンサ7a、第一の加熱コイル6a、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3、スイッチング素子8b、スイッチング素子8aに逆並列接続されたダイオード9の経路で流れる。
(Mode 3)
Next, when the switching element 3 for the lower arm of the upper and lower arms 2a is turned on and the stored energy of the first heating coil 6a becomes zero, the resonance current IL6a changes in polarity from positive to negative, and the first resonance capacitor 7a, The first heating coil 6a, the lower arm switching element 3 for the upper and lower arms 2a, the switching element 8b, and the diode 9 connected in reverse parallel to the switching element 8a.

(モード4)
次に、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3がターンオフすると、共振電流IL6aは負の極性を有しており、この電流は上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3に並列接続されたスナバコンデンサ5を充電し、上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3に並列接続されたスナバコンデンサ5を放電し、d点の電圧Vdは徐々に上昇する。
(Mode 4)
Next, when the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a is turned off, the resonance current IL6a has a negative polarity, and this current is a snubber capacitor connected in parallel to the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a. 5 is discharged, the snubber capacitor 5 connected in parallel to the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a is discharged, and the voltage Vd at the point d gradually increases.

その後、上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3に逆並列接続されたダイオード4に順方向の電圧が印加されると、共振電流IL6aは環流電流として第一の加熱コイル6a、上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3に逆並列接続されたダイオード4、第一の電源1a、スイッチング素子8b、スイッチング素子8aに逆並列接続されたダイオード9の経路で流れ続ける。   Thereafter, when a forward voltage is applied to the diode 4 connected in reverse parallel to the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a, the resonance current IL6a is converted into a reflux current as the first heating coil 6a and the upper and lower arms 2a. It continues to flow through the path of the diode 4 connected in antiparallel to the arm switching element 3, the first power source 1a, the switching element 8b, and the diode 9 connected in antiparallel to the switching element 8a.

上記した四つのモードの動作を繰り返すことによって、第一の電源1aを電源として第一の加熱コイル6aと第一の共振コンデンサ7aに高周波電流を供給することができ、被加熱物は第一の加熱コイル6aから発生する磁束によって誘導加熱される。尚、被加熱物に供給する電力は、上下アーム2aの駆動周波数を制御することによって調整することができる。   By repeating the operation in the above four modes, the first power source 1a can be used as a power source to supply a high-frequency current to the first heating coil 6a and the first resonance capacitor 7a. Induction heating is performed by the magnetic flux generated from the heating coil 6a. The electric power supplied to the object to be heated can be adjusted by controlling the driving frequency of the upper and lower arms 2a.

参考例のように、共振負荷回路10に流れる電流、すなわち共振電流IL6aは第一の加熱コイル6aのインダクタンスと第一の共振コンデンサ7aによって正弦波状になり、共振電流IL6aの位相はd点の電圧Vd、即ちインバータの出力電圧より遅れ位相になる。 As in this reference example , the current flowing through the resonant load circuit 10, that is, the resonant current IL6a, becomes a sine wave shape due to the inductance of the first heating coil 6a and the first resonant capacitor 7a, and the phase of the resonant current IL6a is a point d. The phase is delayed from the voltage Vd, that is, the output voltage of the inverter.

従って、スイッチング素子3がターンオンする際は、コレクタとエミッタ間の電圧がゼロボルトの状態でスイッチング(以後ZVSという。)を行うため、ターンオン損失は発生しない。   Therefore, when the switching element 3 is turned on, switching (hereinafter referred to as ZVS) is performed in a state where the voltage between the collector and the emitter is zero volts, so that no turn-on loss occurs.

しかしながら、被加熱物に供給する電力を小さくした場合には、上下アーム2aの遮断電流が小さくなり、スナバコンデンサ5の充放電が完了する前にスイッチング素子3がターンオンし、ZVSを満足しない条件が発生する。   However, when the power supplied to the object to be heated is reduced, the cut-off current of the upper and lower arms 2a is reduced, and the switching element 3 is turned on before the charging / discharging of the snubber capacitor 5 is completed. appear.

このような場合には、スイッチング素子3にターンオン損失が発生するため、図5に示すように、例えばスイッチング素子3に並列接続されたスナバコンデンサ5と直列にスイッチング素子で形成されるスイッチ手段11を接続し、このスイッチ手段11に逆並列にダイオード12を接続して、スイッチ手段11をオフすることで前記スナバコンデンサ5を上下アーム2aから切り離すことが望ましい。これにより、スイッチング素子3のスイッチングにおいて、常時ZVSを実現することができ、遮断電流が小さい場合においてもターンオン損失を無くすことができる。   In such a case, since a turn-on loss occurs in the switching element 3, as shown in FIG. 5, for example, the switch means 11 formed of the switching element in series with the snubber capacitor 5 connected in parallel to the switching element 3 is provided. It is desirable that the snubber capacitor 5 be disconnected from the upper and lower arms 2a by connecting, connecting a diode 12 in reverse parallel to the switch means 11, and turning off the switch means 11. Thereby, in switching of the switching element 3, ZVS can always be realized, and even when the cutoff current is small, the turn-on loss can be eliminated.

尚、図2に示すように、第一、第二の加熱コイル6a、6b同士は近接して配置されるため磁気的に結合し、第一の加熱コイル6aに電流が流れると第二の加熱コイル6bに誘導電圧が発生する。この誘導電圧によって、誘導電流が第二の加熱コイル6b、第二の共振コンデンサ7b、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3に逆並列接続されたダイオード4を介して第二の電源1bに流れる経路が生じる。   As shown in FIG. 2, since the first and second heating coils 6a and 6b are arranged close to each other, they are magnetically coupled, and when a current flows through the first heating coil 6a, the second heating coil An induced voltage is generated in the coil 6b. Due to this induced voltage, an induced current flows to the second power source 1b via the second heating coil 6b, the second resonant capacitor 7b, and the diode 4 connected in reverse parallel to the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b. A route is created.

従って、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3をオン状態にすることにより、前記経路で誘導電流が第二の電源1bに流れ込むことを防止することができる。   Accordingly, by turning on the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b, it is possible to prevent the induced current from flowing into the second power source 1b through the path.

次に、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合の動作について説明する。   Next, the operation for heating an object to be heated made of copper or aluminum will be described.

図1において、上下アーム2bの上アーム用および下アーム用のスイッチング素子3を交互にオンオフし、スイッチング素子8a、8bを常時オン状態にする。他方の上下アーム2aは、上アーム用スイッチング素子3を常時オフ状態、下アーム用スイッチング素子3を常時オン状態にする。   In FIG. 1, the switching elements 3 for the upper and lower arms of the upper and lower arms 2b are alternately turned on and off, and the switching elements 8a and 8b are always turned on. The other upper and lower arm 2a always turns the upper arm switching element 3 off and the lower arm switching element 3 always on.

これにより、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の電源1bから第二の共振コンデンサ7b、第二、第一の加熱コイル6b、6a、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3の経路で電流が流れ、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の共振コンデンサ7bから上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3に逆並列接続されたダイオード4、第一、第二の加熱コイル6a、6bの経路で電流が流れる。   Thus, when the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the second resonance capacitor 7b, the second and first heating coils 6b and 6a, and the lower arm 2a When a current flows through the path of the arm switching element 3 and the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the on state, the lower arm switching element 3 and the upper and lower arms 2a of the upper and lower arms 2a from the second resonance capacitor 7b. Current flows through the path of the diode 4, the first and second heating coils 6a and 6b connected in reverse parallel to the lower arm switching element 3.

従って、被加熱物は第一、第二の加熱コイル6a、6b双方から発生する磁束によって誘導加熱される。   Accordingly, the object to be heated is induction-heated by the magnetic flux generated from both the first and second heating coils 6a and 6b.

尚、上下アーム2aと同様に、上下アーム2bのターンオン時はZVSを実現する動作モードとなるため、スイッチング素子3のターンオン損失は発生しないが、前述のように低出力時においては、ZVSを満足しない条件が発生する場合があるため、上下アーム2aと同様に、前述の図5に示したようにスイッチ手段11およびダイオード12を用いてスナバコンデンサ5を切り離すことが望ましい。   As in the case of the upper and lower arms 2a, the ZVS is realized when the upper and lower arms 2b are turned on. Therefore, the turn-on loss of the switching element 3 does not occur. However, as described above, ZVS is satisfied when the output is low. In some cases, it is desirable to disconnect the snubber capacitor 5 by using the switch means 11 and the diode 12 as shown in FIG. 5 as described above, similarly to the upper and lower arms 2a.

以上のように、被加熱物の材質に応じて駆動する上下アーム2(2a、2b)を選択することにより、電源回路1の出力電圧、駆動される加熱コイルの巻数および共振コンデンサの容量を切り替えることができる。   As described above, by selecting the upper and lower arms 2 (2a, 2b) to be driven according to the material of the object to be heated, the output voltage of the power supply circuit 1, the number of turns of the heating coil to be driven, and the capacity of the resonance capacitor are switched. be able to.

特に、銅又はアルミ製の被加熱物に対しては、駆動される加熱コイルの巻数を増やし、等価抵抗の増加分を利用して電流を減らすことができるため、第一、第二の加熱コイル6a、6bやスイッチング素子3の損失を抑えることができ、効率の高い誘導加熱を実現することが可能となる。   In particular, for copper or aluminum objects to be heated, the number of turns of the heating coil to be driven can be increased, and the current can be reduced by utilizing the increase in equivalent resistance, so the first and second heating coils The loss of 6a, 6b and the switching element 3 can be suppressed, and highly efficient induction heating can be realized.

また、被加熱物の表皮抵抗は周波数の平方根に比例する特徴があり、銅又はアルミなどの低抵抗の被加熱物を加熱する場合には、周波数を高くすることが有効である。従って、上下アーム2bは例えば約60kHzの周波数で駆動できるように第二の共振コンデンサ7bの容量を設定することが望ましい。   Further, the skin resistance of the object to be heated is proportional to the square root of the frequency, and it is effective to increase the frequency when heating the object to be heated such as copper or aluminum. Therefore, it is desirable to set the capacity of the second resonance capacitor 7b so that the upper and lower arms 2b can be driven at a frequency of about 60 kHz, for example.

一方、鉄など高抵抗の被加熱物の場合には、周波数が高いと等価抵抗が大きくなり過ぎるため逆に電流が流れず、電力が入らない。従って、上下アーム2aは約20kHzで駆動できるように第一の共振コンデンサ7aの容量を設定することが望ましい。   On the other hand, in the case of an object to be heated such as iron, if the frequency is high, the equivalent resistance becomes too large, so that no current flows and no power is input. Therefore, it is desirable to set the capacity of the first resonance capacitor 7a so that the upper and lower arms 2a can be driven at about 20 kHz.

参考例2
図6は参考例2である電磁誘導加熱装置の電源回路構成図であり、図1の電源回路1の詳細を主に示し、上下アーム2(2a、2b)および共振負荷回路10の詳細は省略している。
[ Reference Example 2 ]
FIG. 6 is a power circuit configuration diagram of an electromagnetic induction heating apparatus as Reference Example 2 , and mainly shows details of the power circuit 1 of FIG. 1 and details of the upper and lower arms 2 (2a, 2b) and the resonant load circuit 10 are omitted. is doing.

図6において、13は商用交流電源である。14は整流回路で、ダイオードのブリッジで構成し、商用交流電源13を全波整流する。15はインダクタンス、16はコンデンサで、これらで平滑回路を構成し、整流回路14で全波整流された電圧を平滑した直流電圧に変換する。   In FIG. 6, 13 is a commercial AC power source. Reference numeral 14 denotes a rectifier circuit, which is composed of a diode bridge, and full-wave rectifies the commercial AC power supply 13. Reference numeral 15 denotes an inductance, and reference numeral 16 denotes a capacitor. These components constitute a smoothing circuit, and the voltage rectified by the rectifier circuit 14 is converted into a smoothed DC voltage.

前記整流回路14と、インダクタンス15と、コンデンサ16とで第一の電源1aが構成され、この第一の電源1aは、コンデンサ16の容量を小さくし、完全に平滑しないことで商用交流電源13の入力電流を正弦波に近づけ、高調波を低減することができる。   The rectifier circuit 14, the inductance 15, and the capacitor 16 constitute a first power source 1a. The first power source 1a reduces the capacity of the capacitor 16 and does not completely smooth the commercial AC power source 13. The input current can be approximated to a sine wave, and harmonics can be reduced.

例えば図7に示すように、整流直後の平滑されていない直流電圧は0から商用交流電源13の電圧ピーク値まで変動することになり、鉄製の被加熱物を加熱する場合には、上下アーム2aを駆動すると第一の加熱コイル6aには0からピークまで変動する共振電流が流れる。   For example, as shown in FIG. 7, the unsmoothed DC voltage immediately after rectification varies from 0 to the voltage peak value of the commercial AC power supply 13, and when heating an object to be heated, the upper and lower arms 2a Is driven, a resonance current that fluctuates from 0 to the peak flows through the first heating coil 6a.

一方、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合には、前述のような0からピーク値まで変動する高周波電流で誘導加熱を行うと、商用周波数に起因したうなり音が被加熱物から発生する。従って、これを防ぐために、図8に示すように、直流電圧を平滑し、共振電流の変動を抑制する必要がある。   On the other hand, when heating an object to be heated made of copper or aluminum, if induction heating is performed with a high-frequency current that fluctuates from 0 to the peak value as described above, a beat sound caused by the commercial frequency is generated from the object to be heated. To do. Therefore, in order to prevent this, as shown in FIG. 8, it is necessary to smooth the DC voltage and suppress the fluctuation of the resonance current.

一般的に使用されるコンデンサインプット型の平滑回路では、入力電流に多くの高調波を含むため、電圧平滑と高調波抑制の両者を満足する回路が必要となる。   In a generally used capacitor input type smoothing circuit, since many harmonics are included in the input current, a circuit that satisfies both voltage smoothing and harmonic suppression is required.

参考例では、図6に示す昇圧チョッパ回路17により前記課題を解決することができる。 In the present reference example , the above-described problem can be solved by the boost chopper circuit 17 shown in FIG.

昇圧チョッパ回路17は、インダクタンス18、スイッチング素子19、ダイオード20、コンデンサ21から構成され、前記スイッチング素子19のオン期間に商用交流電源13の電圧がインダクタンス18に印加されてエネルギーが蓄積され、オフ期間にダイオード20を介してコンデンサ21にエネルギーが放出される。   The step-up chopper circuit 17 includes an inductance 18, a switching element 19, a diode 20, and a capacitor 21. During the ON period of the switching element 19, the voltage of the commercial AC power supply 13 is applied to the inductance 18 to accumulate energy, and the OFF period Energy is released to the capacitor 21 via the diode 20.

従って、商用交流電源13の入力電流が正弦波になるようにスイッチング素子19のオン期間をコントロールすることにより、高調波を低減するとともに、コンデンサ21により直流電圧を平滑することができる。   Therefore, by controlling the ON period of the switching element 19 so that the input current of the commercial AC power supply 13 becomes a sine wave, harmonics can be reduced and the DC voltage can be smoothed by the capacitor 21.

ここで、銅又はアルミなど低抵抗の被加熱物を加熱する場合、前述のように等価抵抗が小さいため、加熱コイルの巻数増加や高周波化による等価抵抗の増加を図る。しかしながら、装置形状や使用できる周波数帯域の規制により何れも限界が生じる。加熱コイル及び共振コンデンサで構成される直列共振回路は等価抵抗によって共振の鋭さを示す回路のQが変化し、等価抵抗が小さい場合にはQが大きく、共振回路に流れる電流も大きくなる。   Here, when heating an object to be heated such as copper or aluminum having a low resistance, the equivalent resistance is small as described above, so the number of turns of the heating coil is increased or the equivalent resistance is increased by increasing the frequency. However, there are limitations due to restrictions on the shape of the device and the frequency band that can be used. In a series resonance circuit composed of a heating coil and a resonance capacitor, the Q of the circuit showing the sharpness of resonance changes due to the equivalent resistance, and when the equivalent resistance is small, Q is large and the current flowing through the resonance circuit is also large.

参考例のように、共振回路に流れる電流が正弦波状になる電流共振型のインバータでは、共振周波数よりも駆動周波数を高くしていくことにより共振電流を制限することができる。しかしながら、共振周波数と駆動周波数の差が大きいとインバータの出力電圧と共振電流の位相差が大きくなり、上下アーム2a、2bの遮断電流が大きくなるため、スイッチング素子3のスイッチング損失が増加する。 As in this reference example , in a current resonance type inverter in which the current flowing through the resonance circuit is sinusoidal, the resonance current can be limited by making the drive frequency higher than the resonance frequency. However, if the difference between the resonance frequency and the drive frequency is large, the phase difference between the output voltage of the inverter and the resonance current increases, and the cutoff currents of the upper and lower arms 2a and 2b increase, so that the switching loss of the switching element 3 increases.

従って、共振周波数に近い周波数でインバータを駆動し、遮断電流を小さくすることが望ましく、直流電圧を下げて共振電流を制限すべきである。本参考例では、入力電流の高調波を低減するために前記のような昇圧チョッパ回路17を設けており、コンデンサ21の電圧下限値は、商用交流電源13の電圧ピーク値よりも高くなる。 Therefore, it is desirable to drive the inverter at a frequency close to the resonance frequency to reduce the cut-off current, and the resonance current should be limited by lowering the DC voltage. In this reference example , the step-up chopper circuit 17 as described above is provided to reduce the harmonics of the input current, and the voltage lower limit value of the capacitor 21 is higher than the voltage peak value of the commercial AC power supply 13.

そこで、図6に示す降圧チョッパ回路22を設けることにより、直流電圧を下げることができ、共振電流を制限することが可能となる。   Therefore, by providing the step-down chopper circuit 22 shown in FIG. 6, the DC voltage can be lowered and the resonance current can be limited.

この降圧チョッパ回路22は、スイッチング素子19、ダイオード20、インダクタンス18、コンデンサ21から構成される。   The step-down chopper circuit 22 includes a switching element 19, a diode 20, an inductance 18, and a capacitor 21.

また、降圧チョッパ回路22は、構成するスイッチング素子19のオン時間デューティを制御することで出力部のコンデンサ21の電圧を変化させることができるため、この電圧変化によって電力制御を行うことが可能となる。   Further, since the step-down chopper circuit 22 can change the voltage of the capacitor 21 of the output unit by controlling the on-time duty of the switching element 19 to be configured, it is possible to perform power control by this voltage change. .

尚、第二の電源1bは、本参考例では前記昇圧チョッパ回路17と降圧チョッパ回路22とで構成される。 The second power source 1b is composed of the step-up chopper circuit 17 and the step-down chopper circuit 22 in this reference example .

参考例3
加熱コイル6が前述した図2に示したような二分割された構造においては、鉄製の被加熱物を加熱する場合、内側に配置された第一の加熱コイル6aのみ使用して誘導加熱を行うため、被加熱物の外径が大きいと、加熱される部分が内側に集中し加熱ムラが生じる課題がある。
[ Reference Example 3 ]
In the structure in which the heating coil 6 is divided into two as shown in FIG. 2 described above, when heating an object to be heated made of iron, induction heating is performed using only the first heating coil 6a disposed inside. Therefore, when the outer diameter of the object to be heated is large, there is a problem that the heated portion is concentrated on the inner side and uneven heating occurs.

そこで、この課題を解決する例が本参考例である。 Therefore, an example for solving this problem is this reference example .

図9は参考例3である電磁誘導加熱装置の加熱コイルの平面図である。 FIG. 9 is a plan view of a heating coil of the electromagnetic induction heating apparatus according to Reference Example 3 .

図9において、加熱コイル6は三分割の構造になっており、内側の巻線6a1と中間の巻線6bと外側の巻線6a2で構成され、前記第一の加熱コイル6aは内側の巻線6a1と外側の巻線6a2で形成され、前記第二の加熱コイル6bは中間の巻線6bで形成されている。   In FIG. 9, the heating coil 6 has a three-part structure, and is composed of an inner winding 6a1, an intermediate winding 6b, and an outer winding 6a2. The first heating coil 6a is an inner winding. 6a1 and an outer winding 6a2, and the second heating coil 6b is formed of an intermediate winding 6b.

鉄製の被加熱物を加熱する場合には、内側の巻線6a1と外側の巻線6a2、すなわち第一の加熱コイル6aに高周波電流を流して誘導加熱を行うことにより、前述のような加熱ムラを防止することができる。   In the case of heating an object to be heated made of iron, heating unevenness as described above is performed by applying high-frequency current to the inner winding 6a1 and the outer winding 6a2, that is, the first heating coil 6a to perform induction heating. Can be prevented.

図1の参考例において、図9に示す加熱コイル6を適用する場合には、図10に示すように、d点とc点間に加熱コイル6の内側の巻線6a1と外側の巻線6a2が接続されることになる。 In the reference example of FIG. 1, when the heating coil 6 shown in FIG. 9 is applied, as shown in FIG. 10, the inner winding 6a1 and the outer winding 6a2 of the heating coil 6 between the points d and c. Will be connected.

図9において、加熱コイル6は、内側の巻線6a1の外側端と外側の巻線6a2の外側端が接続され、外側の巻線6a2の内側端と中間の巻線6bの外側端が接続されている。このような接続方法をとることにより、内側の巻線6a1と中間の巻線6bの隙間にのみ高い電圧がかかることになり、加熱コイル6の配置、及びこれを支えるコイルベース(図示せず)の構造は、この間の絶縁耐圧を考慮し設計することになる。   In FIG. 9, the heating coil 6 has the outer end of the inner winding 6a1 and the outer end of the outer winding 6a2 connected, and the inner end of the outer winding 6a2 and the outer end of the intermediate winding 6b connected. ing. By adopting such a connection method, a high voltage is applied only to the gap between the inner winding 6a1 and the intermediate winding 6b, and the arrangement of the heating coil 6 and the coil base (not shown) for supporting the heating coil 6 are arranged. This structure is designed in consideration of the withstand voltage during this period.

参考例4
前記図1で示した参考例1においては、鉄製の被加熱物を加熱する場合、上下アーム2a以外に逆直列に接続したスイッチング素子8a、8b、及びこれらに逆並列接続されたダイオード9には共振電流が流れるため損失が発生する。また、第一、第二の加熱コイル6a、6b間の結合による誘導電流が上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3及びこれに逆並列接続されたダイオード4に流れるため、ここでも損失が発生する。
[ Reference Example 4 ]
In the first reference example shown in FIG. 1, when heating an object to be heated, other than the upper and lower arms 2a, switching elements 8a and 8b connected in reverse series and diodes 9 connected in reverse parallel to these are included. A loss occurs because the resonance current flows. In addition, since the induced current due to the coupling between the first and second heating coils 6a and 6b flows to the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b and the diode 4 connected in reverse parallel thereto, a loss is also generated here. .

そこで、この課題を解決する例が本参考例である。 Therefore, an example for solving this problem is this reference example .

図11は参考例4である電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。 FIG. 11 is a main circuit configuration diagram of an electromagnetic induction heating device according to Reference Example 4 .

図11において前記参考例1(図1)と異なる点は、スイッチング素子8a、8b及びこれらに逆並列接続されたダイオード4をリレー等で形成されるスイッチ手段27に変更し、上下アーム2bのa点と第二の共振コンデンサ7bの間にリレー等で形成されるスイッチ手段28を挿入した点である。 In FIG. 11, the difference from the reference example 1 (FIG. 1) is that the switching elements 8a and 8b and the diode 4 connected in antiparallel thereto are changed to switch means 27 formed by a relay or the like, and a The switch means 28 formed by a relay or the like is inserted between the point and the second resonance capacitor 7b.

次に、動作を説明するが、前記参考例1(図1)の動作と同様の部分は省略し、異なる部分を説明する。 Next, the operation will be described. The same parts as those of the reference example 1 (FIG. 1) are omitted, and different parts will be described.

上下アーム2aを駆動し、鉄製の被加熱物を加熱する場合、スイッチ手段27をオンし、スイッチ手段28をオフ状態にする。これにより、共振電流は第一の加熱コイル6a、第一の共振コンデンサ7a、スイッチ手段27を流れ、第二の加熱コイル6bに発生する誘導電圧によって生じる誘導電流はスイッチ手段28によって完全に遮断される。   When the upper and lower arms 2a are driven to heat the object to be heated, the switch means 27 is turned on and the switch means 28 is turned off. Thereby, the resonance current flows through the first heating coil 6a, the first resonance capacitor 7a, and the switch means 27, and the induced current generated by the induced voltage generated in the second heating coil 6b is completely cut off by the switch means 28. The

従って、前記参考例1のスイッチング素子8a、8b及びこれらに逆並列接続されたダイオード4で発生する損失と、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3及びこれに逆並列接続されたダイオード4で発生する損失を無くすことができ、インバータの変換効率を上げることが可能となる。 Therefore, the loss generated in the switching elements 8a and 8b of the reference example 1 and the diode 4 connected in antiparallel thereto, and the loss generated in the switching element 3 for the lower arm of the upper and lower arms 2b and the diode 4 connected in antiparallel thereto. Loss can be eliminated, and the conversion efficiency of the inverter can be increased.

一方、上下アーム2bを駆動し、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合、スイッチ手段27をオフし、スイッチ手段28をオン状態にする。   On the other hand, when the upper and lower arms 2b are driven to heat an object to be heated made of copper or aluminum, the switch means 27 is turned off and the switch means 28 is turned on.

これにより、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の電源1bからスイッチ手段28、第二の共振コンデンサ7b、第二、第一の加熱コイル6b、6a、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3の経路で電流が流れる。   Thus, when the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the switch means 28, the second resonance capacitor 7b, the second and first heating coils 6b and 6a, the upper and lower A current flows through the path of the switching element 3 for the lower arm of the arm 2a.

上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の共振コンデンサ7bからスイッチ手段28、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3に逆並列接続されたダイオード4、第一、第二の加熱コイル6a、6bの経路で電流が流れる。   When the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the switch means 28, the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b, and the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a are switched from the second resonance capacitor 7b. A current flows through the path of the diode 4 and the first and second heating coils 6a and 6b connected in reverse parallel.

参考例5
参考例は前記図6で示した参考例2の回路構成を簡略化した例である。
[ Reference Example 5 ]
This reference example is an example in which the circuit configuration of the reference example 2 shown in FIG. 6 is simplified.

図12は参考例5である電磁誘導加熱装置の電源回路構成図であり、図13は参考例5である電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。図6または図11と同一部分については同一符号を付しており説明は省略する。 Figure 12 is a power supply circuit configuration of an electromagnetic induction heating device is a reference example 5, FIG. 13 is a main circuit configuration of an electromagnetic induction heating device is a reference example 5. The same parts as those in FIG. 6 or FIG.

図12において前記参考例2(図6)と異なる点は、参考例2における第二の電源1bを構成する昇圧チョッパ回路17と降圧チョッパ回路22を、スイッチング素子19、インダクタンス18、ダイオード20、コンデンサ21から構成される昇降圧チョッパ回路29に変更した点である。 12 differs from the reference example 2 (FIG. 6) in that the step-up chopper circuit 17 and the step-down chopper circuit 22 constituting the second power source 1b in the reference example 2 are replaced by a switching element 19, an inductance 18, a diode 20, and a capacitor. The step-up / step-down chopper circuit 29 is composed of 21.

第二の電源1bすなわち昇降圧チョッパ回路29は、スイッチング素子19のオン期間に商用交流電源13の電圧がインダクタンス18に印加されてエネルギーが蓄積され、同オフ期間にダイオード20を介してコンデンサ21にエネルギーが放出される。   In the second power source 1b, that is, the step-up / step-down chopper circuit 29, the voltage of the commercial AC power source 13 is applied to the inductance 18 during the ON period of the switching element 19, and energy is stored. In the OFF period, the energy is accumulated in the capacitor 21. Energy is released.

従って、商用交流電源13の入力電流が正弦波になるようにスイッチング素子19のオン期間をコントロールすることにより高調波を低減するとともに、コンデンサ21の直流電圧を変化させることができるため、この電圧変化によって電力制御を行うことが可能となる。   Therefore, by controlling the ON period of the switching element 19 so that the input current of the commercial AC power supply 13 becomes a sine wave, harmonics can be reduced and the DC voltage of the capacitor 21 can be changed. Thus, power control can be performed.

このように、一つのチョッパ回路(昇降圧チョッパ回路29)で高調波の低減と電圧コントロールを実現することができるため、回路の小形化に有効である。   In this way, harmonic reduction and voltage control can be realized with a single chopper circuit (buck-boost chopper circuit 29), which is effective for miniaturization of the circuit.

但し、コンデンサ21の電圧は、図12に示すように、o点に対しp2点が負電位となるため、主要回路すなわちインバータの回路構成は図13に示すように、o点を基準として、プラス側の第一の電源1aとマイナス側の第二の電源1bにそれぞれ上下アーム2a、2bが接続された構成となる。   However, as shown in FIG. 12, the voltage of the capacitor 21 has a negative potential at the point p2 with respect to the point o. Therefore, the circuit configuration of the main circuit, that is, the inverter is positive with respect to the point o as shown in FIG. The upper and lower arms 2a and 2b are connected to the first power source 1a on the side and the second power source 1b on the negative side, respectively.

図13において、鉄製の被加熱物を加熱する場合は、前述の参考例4(図11)と同様の動作なので、説明は省略する。 In FIG. 13, when heating an object to be heated made of iron, the operation is the same as in Reference Example 4 (FIG. 11) described above, and a description thereof is omitted.

上下アーム2bを駆動し、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合は、スイッチ手段27をオフし、スイッチ手段28をオン状態にする。   When the upper and lower arms 2b are driven to heat an object to be heated made of copper or aluminum, the switch means 27 is turned off and the switch means 28 is turned on.

これにより、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の電源1bから上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3に逆並列接続されたダイオード4、第一、第二の加熱コイル6a、6b、第二の共振コンデンサ7b、スイッチ手段28、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3の経路で電流が流れる。   Thus, when the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the diode 4 connected in reverse parallel from the second power source 1b to the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a, the first and second Current flows through the path of the heating coils 6a and 6b, the second resonance capacitor 7b, the switch means 28, and the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b.

上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の共振コンデンサ7bから第二、第一の加熱コイル6b、6a、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3、スイッチ手段28の経路で電流が流れる。   When the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the second and first heating coils 6b and 6a, the lower arm switching element 3 and the upper and lower arms 2b from the second resonance capacitor 7b. Current flows through the upper arm switching element 3 and the switch means 28.

参考例6
前述した参考例1(図1)、参考例4(図11)、及び参考例5(図13)では、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合、上下アーム2b以外に上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3及びこれに逆並列接続されたダイオード4に共振電流が流れるため損失が発生する。
[ Reference Example 6 ]
In the above-described Reference Example 1 (FIG. 1), Reference Example 4 (FIG. 11), and Reference Example 5 (FIG. 13), when heating an object to be heated made of copper or aluminum, in addition to the upper and lower arms 2b, Since a resonance current flows through the lower arm switching element 3 and the diode 4 connected in antiparallel thereto, a loss occurs.

そこで、この課題を解決する例が本参考例である。 Therefore, an example for solving this problem is this reference example .

図14は参考例6である電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。図1と同一部分については同一符号を付しており説明は省略する。 FIG. 14 is a main circuit configuration diagram of an electromagnetic induction heating device according to Reference Example 6 . The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図14において前記参考例1(図1)、参考例4(図11)、及び参考例5(図13)と異なる点は、上下アーム2aの出力端子が第一の加熱コイル6aと第二の加熱コイル6bの接続点であるc点と接続されている点である。また、上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3および同下アーム用スイッチング素子3に逆直列にスイッチング素子3bが接続され、この二つのスイッチング素子3bにはそれぞれダイオード4bが逆並列に接続されている点が異なっている。 In FIG. 14, the difference from the reference example 1 (FIG. 1), reference example 4 (FIG. 11), and reference example 5 (FIG. 13) is that the output terminals of the upper and lower arms 2a are the first heating coil 6a and the second heating coil 6a. This is a point connected to a point c which is a connection point of the heating coil 6b. A switching element 3b is connected in anti-series to the upper arm switching element 3 and the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a, and a diode 4b is connected to each of the two switching elements 3b in anti-parallel. The point is different.

鉄製の被加熱物を加熱する場合、スイッチ手段28をオフし、上下アーム2aのスイッチング素子3b二つを常時オン状態にして、上下アーム2aの上下アーム用スイッチング素子3二つをオンオフする。   When heating an iron object to be heated, the switch means 28 is turned off, the two switching elements 3b of the upper and lower arms 2a are always turned on, and the two upper and lower arm switching elements 3 of the upper and lower arms 2a are turned on and off.

これにより、上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第一の電源1aから上下アーム2aの上アームのダイオード4b、同上アーム用スイッチング素子3、第一の加熱コイル6a、第一の共振コンデンサ7aの経路で電流が流れる。   Thus, when the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a is in the ON state, the upper arm diode 4b, the upper arm switching element 3, the first heating coil 6a, from the first power source 1a, A current flows through the path of the first resonant capacitor 7a.

上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第一の共振コンデンサ7aから第一の加熱コイル6a、上下アーム2aの下アームのダイオード4b、同下アーム用スイッチング素子3の経路で電流が流れる。環流電流については、上下アーム2aの上アーム用ダイオード4、同上アームのスイッチング素子3bの経路、または上下アーム2aの下アーム用ダイオード4、同下アームのスイッチング素子3bの経路で流れることになる。   When the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a is in the ON state, the path from the first resonance capacitor 7a to the first heating coil 6a, the lower arm diode 4b of the upper and lower arms 2a, and the lower arm switching element 3 Current flows. The circulating current flows through the upper arm diode 4 of the upper and lower arm 2a and the path of the switching element 3b of the upper arm, or the path of the lower arm diode 4 and the lower arm switching element 3b of the upper and lower arm 2a.

一方、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合、上下アーム2aはオフ、スイッチ手段28はオン状態にし、上下アーム2bを駆動する。   On the other hand, when heating an object to be heated made of copper or aluminum, the upper and lower arms 2a are turned off and the switch means 28 is turned on to drive the upper and lower arms 2b.

これにより、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の電源1bから上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3、スイッチ手段28、第二の共振コンデンサ7b、第二、第一の加熱コイル6b、6a、第一の共振コンデンサ7aの経路で電流が流れる。   Thereby, when the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the upper arm switching element 3, the switch means 28, the second resonance capacitor 7b, the second power source 1b, the second resonance capacitor 7b, the second A current flows through the path of the first heating coils 6b and 6a and the first resonance capacitor 7a.

上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の共振コンデンサ7bからスイッチ手段28、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3、第一の共振コンデンサ7a、第一、第二の加熱コイル6a、6bの経路で電流が流れる。   When the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the switching means 28 from the second resonance capacitor 7b, the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b, the first resonance capacitor 7a, the first and first A current flows through the path of the second heating coils 6a and 6b.

従って、前記参考例1参考例4、及び参考例5において、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合に、上下アーム2aの下アーム用スイッチング素子3及びこれに逆並列接続されたダイオード4で発生した損失は、本参考例においては発生しない。 Therefore, in the reference example 1 , the reference example 4 and the reference example 5 , when heating an object to be heated made of copper or aluminum, the lower arm switching element 3 for the upper and lower arms 2a and the diode connected in reverse parallel thereto. The loss generated in 4 does not occur in this reference example .

しかしながら、本参考例では、上下アーム2aを第一、第二の加熱コイル6a、6b間に移動したことにより、上下アーム2bが駆動している状態では、上下アーム2aの各素子には高電圧が印加される。従って、上下アーム2aには高耐圧の素子が必要となる。 However, in this reference example , when the upper and lower arms 2b are driven by moving the upper and lower arms 2a between the first and second heating coils 6a and 6b, a high voltage is applied to each element of the upper and lower arms 2a. Is applied. Therefore, a high breakdown voltage element is required for the upper and lower arms 2a.

また、鉄製の被加熱物を加熱する場合には、上下アーム2aに追加したスイッチング素子3b及びダイオード4bで損失が発生する。従って、ここでは図示しないが、スイッチング素子3b及びダイオード4bをそれぞれ高耐圧リレーに変更し、上下アーム2aの上下アーム用スイッチング素子3の印加電圧を低減して損失を減らすことが有効である。   Further, when heating an iron object to be heated, loss occurs in the switching element 3b and the diode 4b added to the upper and lower arms 2a. Therefore, although not shown here, it is effective to reduce the loss by changing the switching element 3b and the diode 4b to high withstand voltage relays and reducing the voltage applied to the upper and lower arm switching elements 3 of the upper and lower arms 2a.

参考例7〕
前述した参考例6(図14)では、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合の損失は低減されるが、鉄製の被加熱物を加熱する場合には、前記のようにスイッチング素子3b、ダイオード4bなどの半導体素子、または高耐圧リレーが必要となる。
[ Reference Example 7]
In the above-described Reference Example 6 (FIG. 14), the loss when heating the copper or aluminum object to be heated is reduced, but when the iron object to be heated is heated, the switching element 3b as described above. In addition, a semiconductor element such as the diode 4b or a high voltage relay is required.

そこで、この課題を解決する例が本参考例である。 Therefore, an example for solving this problem is this reference example .

図15は参考例7である電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。図1と同一部分については同一符号を付しており説明は省略する。また、第一、第二の電源1a、1bは図6に示す構成の一部のみ示している。 FIG. 15 is a main circuit configuration diagram of an electromagnetic induction heating device according to Reference Example 7 . The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Further, the first and second power supplies 1a and 1b show only a part of the configuration shown in FIG.

図15において前記参考例と異なる点は、上下アーム2bの下アームを上下アーム2aの下アームとして兼用している点である。 In FIG. 15, the difference from the reference example is that the lower arm of the upper and lower arms 2b is also used as the lower arm of the upper and lower arms 2a.

従って、上下アーム2aの出力端子d点と上下アーム2bの出力端子a点は共通点で接続され、d点とo点間には、共振負荷回路10が接続される。共振負荷回路10は、d点とo点間に第一の加熱コイル6aと第一の共振コンデンサ7a及びスイッチ手段27が直列に接続されており、第一の加熱コイル6aと第一の共振コンデンサ7aの接続点をc点とすると、c点とo点間には第二の加熱コイル6bと第二の共振コンデサ7b及びスイッチ手段28が直列に接続されている。   Therefore, the output terminal point d of the upper and lower arms 2a and the output terminal point a of the upper and lower arms 2b are connected at a common point, and the resonant load circuit 10 is connected between the points d and o. The resonant load circuit 10 includes a first heating coil 6a, a first resonant capacitor 7a, and a switch means 27 connected in series between a point d and a point o, and the first heating coil 6a and the first resonant capacitor. Assuming that the connection point of 7a is a point c, the second heating coil 6b, the second resonance capacitor 7b, and the switch means 28 are connected in series between the points c and o.

参考例において、鉄製の被加熱物を加熱する場合、スイッチ手段27をオン状態、スイッチ手段28及び上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3をオフ状態にして、上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3をオンオフする。 In this reference example , when heating an object to be heated, the switching means 27 is turned on, the switching means 28 and the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b are turned off, and the upper arm switching is performed for the upper and lower arms 2a. The lower arm switching element 3 of the element 3 and the upper and lower arms 2b is turned on / off.

これにより、上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第一の電源1aから上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3、第一の加熱コイル6a、第一の共振コンデンサ7a、スイッチ手段27の経路で電流が流れる。   Thus, when the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a is in the ON state, the upper arm switching element 3, the first heating coil 6a, and the first resonant capacitor 7a from the first power source 1a. A current flows through the path of the switch means 27.

上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第一の共振コンデンサ7aから第一の加熱コイル6a、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3、スイッチ手段27の経路で電流が流れる。   When the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, current flows from the first resonance capacitor 7a to the first heating coil 6a, the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b, and the switch means 27. Flowing.

一方、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合、スイッチ手段27及び上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3はオフ、スイッチ手段28はオン状態にし、上下アーム2bの上下アーム用スイッチング素子3をオンオフする。   On the other hand, when heating an object to be heated made of copper or aluminum, the switch means 27 and the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a are turned off, the switch means 28 is turned on, and the upper and lower arm switching elements 3 of the upper and lower arms 2b are turned on. Turn on and off.

これにより、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の電源1bから上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3、第一、第二の加熱コイル6a、6b、第二の共振コンデンサ7b、スイッチ手段28の経路で電流が流れる。   Thus, when the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b, the first and second heating coils 6a and 6b, A current flows through the path of the second resonance capacitor 7 b and the switch means 28.

上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の共振コンデンサ7bから第二、第一の加熱コイル6b、6a、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3、スイッチ手段28の経路で電流が流れる。   When the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the second and first heating coils 6b and 6a from the second resonance capacitor 7b, the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b, and the switch means 28 Current flows through the path.

ここで、上下アーム2aと2bでは、それぞれ異なる第一、第二の電源1a、1bから電流が供給されるため、例えば、第一の電源1aの電圧が第二の電源1bの電圧よりも高い場合には、上下アーム2aを駆動した際、第一の電源1aから上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3に逆並列接続されたダイオード4、第二の電源1bのコンデンサ21の経路で電流が流れ、コンデンサ21を充電する経路が生じる。   Here, in the upper and lower arms 2a and 2b, currents are supplied from different first and second power sources 1a and 1b, respectively. For example, the voltage of the first power source 1a is higher than the voltage of the second power source 1b. In this case, when the upper and lower arms 2a are driven, the diode 4 connected in reverse parallel from the first power source 1a to the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a and the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b, Current flows in the path of the capacitor 21 of the power source 1b, and a path for charging the capacitor 21 is generated.

同様に、第二の電源1bの電圧が第一の電源1aの電圧よりも高い場合には、上下アーム2bを駆動した際、第二の電源1bから上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3、上下アーム2aの上アーム用スイッチング素子3に逆並列接続されたダイオード4、第一の電源1aのコンデンサ16の経路で電流が流れ、コンデンサ16を充電する経路が生じる。   Similarly, when the voltage of the second power source 1b is higher than the voltage of the first power source 1a, when the upper and lower arms 2b are driven, the lower arm switching element 3 from the second power source 1b to the upper and lower arms 2b, A current flows through the path of the diode 4 connected in reverse parallel to the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2a and the capacitor 16 of the first power supply 1a, and a path for charging the capacitor 16 is generated.

従って、上下アーム2aを駆動する際には、予め第二の電源1bの電圧を第一の電源1aの電圧よりも高くなるようにし、逆に上下アーム2bを駆動する際には、第一の電源1aの電圧を第二の電源1bの電圧よりも高くなるようにする。   Therefore, when driving the upper and lower arms 2a, the voltage of the second power source 1b is set higher than the voltage of the first power source 1a in advance, and conversely, when driving the upper and lower arms 2b, The voltage of the power source 1a is set higher than the voltage of the second power source 1b.

これにより、第一、第二の電源1a、1bのそれぞれのコンデンサ16、21を充電するモードを防止することができる。   Thereby, the mode which charges each capacitor | condenser 16 and 21 of 1st, 2nd power supply 1a, 1b can be prevented.

参考例8
図16は参考例8である電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。図15と同一部分については同一符号を付しており説明は省略する。
[ Reference Example 8 ]
FIG. 16 is a main circuit configuration diagram of an electromagnetic induction heating device according to Reference Example 8 . The same parts as those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

前述の参考例7(図15)は、上下アーム2bの下アームを上下アーム2aの下アームとして兼用したが、本参考例は上アーム及び下アームの両アームとも上下アーム2bで兼用し、第一の電源1a及び第二の電源1bと上下アーム2bとの間にそれぞれスイッチ手段34を設けて、電源回路1の出力電圧を切り替える。 In the above-described Reference Example 7 (FIG. 15), the lower arm of the upper and lower arms 2b is also used as the lower arm of the upper and lower arms 2a. In this reference example , both the upper arm and the lower arm are also used as the upper and lower arms 2b. Switch means 34 is provided between the first power supply 1a and the second power supply 1b and the upper and lower arms 2b, respectively, to switch the output voltage of the power supply circuit 1.

参考例において、鉄製の被加熱物を加熱する場合、第一の共振コンデンサ7aに接続されるスイッチ手段27および第一の電源1aに接続されるスイッチ手段34をオン状態、第二の共振コンデンサ7bに接続されるスイッチ手段28および第二の電源1bに接続されるスイッチ手段34をオフ状態にして、上下アーム2bの上下アーム用スイッチング素子3をオンオフする。 In this reference example , when heating an object to be heated made of iron, the switch means 27 connected to the first resonance capacitor 7a and the switch means 34 connected to the first power supply 1a are turned on, and the second resonance capacitor The switch means 28 connected to 7b and the switch means 34 connected to the second power source 1b are turned off, and the upper and lower arm switching elements 3 of the upper and lower arms 2b are turned on and off.

これにより、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第一の電源1aから第一の電源1aに接続されるスイッチ手段34、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3、第一の加熱コイル6a、第一の共振コンデンサ7a、スイッチ手段27の経路で電流が流れる。   Thus, when the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the switch means 34 connected from the first power source 1a to the first power source 1a, the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b, A current flows through the path of the first heating coil 6 a, the first resonance capacitor 7 a, and the switch means 27.

上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第一の共振コンデンサ7aから第一の加熱コイル6a、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3、スイッチ手段27の経路で電流が流れる。   When the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, current flows from the first resonance capacitor 7a to the first heating coil 6a, the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b, and the switch means 27. Flowing.

一方、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合、スイッチ手段27および第一の電源1aに接続されるスイッチ手段34はオフ状態、スイッチ手段28および第二の電源1bに接続されるスイッチ手段34はオン状態にし、上下アーム2bの上下アーム用スイッチング素子3をオンオフする。   On the other hand, when heating an object to be heated made of copper or aluminum, the switch means 27 and the switch means 34 connected to the first power supply 1a are in the OFF state, and the switch means connected to the switch means 28 and the second power supply 1b. 34 is turned on, and the upper and lower arm switching elements 3 of the upper and lower arms 2b are turned on and off.

これにより、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の電源1bから第二の電源1bに接続されるスイッチ手段34、上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3、第一、第二の加熱コイル6a、6b、第二の共振コンデンサ7b、スイッチ手段28の経路で電流が流れる。   Thus, when the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the switch means 34 connected from the second power source 1b to the second power source 1b, the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b, A current flows through the path of the first and second heating coils 6 a and 6 b, the second resonance capacitor 7 b, and the switch means 28.

上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3がオン状態の時は、第二の共振コンデンサ7bから第二、第一の加熱コイル6b、6a、上下アーム2bの下アーム用スイッチング素子3、スイッチ手段28の経路で電流が流れる。   When the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is in the ON state, the second and first heating coils 6b and 6a from the second resonance capacitor 7b, the lower arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b, and the switch means 28 Current flows through the path.

参考例9
図17は参考例9である電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。図16と同一部分については同一符号を付しており説明は省略する。
[ Reference Example 9 ]
FIG. 17 is a main circuit configuration diagram of an electromagnetic induction heating device according to Reference Example 9 . The same parts as those in FIG. 16 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

前述の参考例8(図16)は、第一、第二の電源1a、1bと上下アーム2bとの間にそれぞれスイッチ手段34を設け、これらを切り替えて電源回路1の出力電圧の切り替えを行ったが、本参考例では第二の電源1bと上下アーム2bとの間にダイオード35が接続されている点と、上下アーム2bの両端にコンデンサ36が設けられている点が前記参考例と異なる。 In the above-described Reference Example 8 (FIG. 16), the switch means 34 is provided between the first and second power supplies 1a and 1b and the upper and lower arms 2b, respectively, and these are switched to switch the output voltage of the power supply circuit 1. However, this reference example differs from the reference example in that a diode 35 is connected between the second power source 1b and the upper and lower arms 2b and that capacitors 36 are provided at both ends of the upper and lower arms 2b. .

従って、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合は、スイッチ手段27および第一の電源1aに接続されるスイッチ手段34はオフ状態、スイッチ手段28はオン状態にする。   Therefore, when heating an object to be heated made of copper or aluminum, the switch means 27 and the switch means 34 connected to the first power source 1a are turned off and the switch means 28 is turned on.

これにより、第二の電源1bからダイオード35を介して上下アーム2bに電流が供給される。上下アーム2bの両端に設けられたコンデンサ36は上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3に逆並列接続されたダイオード4を介して流れる環流電流を回生する。   As a result, current is supplied from the second power source 1b to the upper and lower arms 2b via the diode 35. Capacitors 36 provided at both ends of the upper and lower arms 2b regenerate the circulating current flowing through the diodes 4 connected in reverse parallel to the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b.

上下アーム2bの上アーム用スイッチング素子3がオンすると、先にコンデンサ36から電流が供給され、コンデンサ36の電圧が第二の電源1bの電圧より下がると、第二の電源1bからダイオード35を介して電流が供給される。   When the upper arm switching element 3 of the upper and lower arms 2b is turned on, the current is first supplied from the capacitor 36. When the voltage of the capacitor 36 falls below the voltage of the second power source 1b, the second power source 1b passes through the diode 35. Current is supplied.

一方、鉄製の被加熱物を加熱する場合には、前記参考例8(図16)と同様に、第一の電源1aからスイッチ手段34を介して上下アーム2bに電流が供給される。この動作の詳細は参考例8とほぼ同様なので、詳細は割愛する。 On the other hand, when heating an object to be heated made of iron, a current is supplied from the first power source 1a to the upper and lower arms 2b via the switch means 34, as in Reference Example 8 (FIG. 16). The details of this operation are almost the same as those in Reference Example 8, and the details are omitted.

図18は実施例1である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。前述の参考例は被加熱物の材質に応じて加熱コイルの巻数及び共振コンデンサの容量を切り替えたが、本実施例では加熱コイルの巻数は固定し、共振コンデンサの容量のみ切り替えて異なる材質の被加熱物を誘導加熱する。 FIG. 18 is a circuit configuration diagram of the electromagnetic induction heating device according to the first embodiment . In the above-described reference example, the number of turns of the heating coil and the capacity of the resonant capacitor are switched according to the material of the object to be heated. However, in this embodiment, the number of turns of the heating coil is fixed and only the capacity of the resonant capacitor is switched. Inductively heat the heated object.

図18において、上下アーム2bのa点とo点との間には加熱コイル6と第二の共振コンデンサ7bが接続され、第二の共振コンデンサ7bには直列接続された第一の共振コンデンサ7aとスイッチ手段27が並列に接続されている。   In FIG. 18, the heating coil 6 and the second resonance capacitor 7b are connected between points a and o of the upper and lower arms 2b, and the first resonance capacitor 7a connected in series to the second resonance capacitor 7b. And the switch means 27 are connected in parallel.

加熱コイル6は銅、アルミなど低抵抗の被加熱物を考慮して巻数を増やすことになる。しかしながら、鉄など高抵抗の被加熱物では、巻数が多いと等価抵抗が大きくなり過ぎるため逆に電流が流れず電力が入らない。   The heating coil 6 increases the number of turns in consideration of a low-resistance object to be heated such as copper or aluminum. However, in the case of an object to be heated such as iron, if the number of turns is large, the equivalent resistance becomes too large, so that no current flows and no power is input.

そこで、本実施例では図18に示すように、インダクタンス15、整流回路14、直列接続したコンデンサ16a及び16b、スイッチ手段34から構成される電源回路1を設け、倍電圧整流と全波整流の切り替えにより直流電圧を制御する。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 18, a power supply circuit 1 including an inductance 15, a rectifier circuit 14, capacitors 16a and 16b connected in series, and a switch means 34 is provided to switch between voltage doubler rectification and full wave rectification. To control the DC voltage.

即ち、鉄製の被加熱物を加熱する場合は、スイッチ手段34をオン状態にして倍電圧整流を行い直流電圧を上げ、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合は、スイッチ手段34をオフ状態にして全波整流を行い直流電圧を下げる。   That is, when heating an object to be heated made of iron, the switch means 34 is turned on to perform voltage doubler rectification to increase the DC voltage, and when heating an object to be heated made of copper or aluminum, the switch means 34 is turned off. In this state, full-wave rectification is performed to reduce the DC voltage.

共振負荷回路10のスイッチ手段27は、鉄製の被加熱物を加熱する場合にはオン状態にし、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合にはオフ状態にする。   The switch means 27 of the resonant load circuit 10 is turned on when heating an object to be heated made of iron, and turned off when heating an object to be heated made of copper or aluminum.

電力制御については、被加熱物の材質に関係なく、上下アーム2bの駆動周波数を調整することで加熱コイル6に流す電流を調整する。   About electric power control, the electric current sent through the heating coil 6 is adjusted by adjusting the drive frequency of the upper and lower arms 2b regardless of the material of the object to be heated.

ここで、倍電圧整流時すなわちスイッチ手段34のオン状態時、電源回路1のコンデンサ16a、16bは、商用周波数の半周期のみ充電が行われるため、容量を大きくする必要がある。従って、入力電流は多くの高調波を含むことになるため、高調波を抑制する必要がある。   Here, at the time of voltage doubler rectification, that is, when the switch means 34 is in the ON state, the capacitors 16a and 16b of the power supply circuit 1 are charged only for a half cycle of the commercial frequency, so that the capacity needs to be increased. Accordingly, since the input current includes many harmonics, it is necessary to suppress the harmonics.

本実施例では、商用交流電源13に対しインダクタンス15を負荷とする短絡回路37を設けており、商用周波数の半周期毎に短絡回路37を動作させて入力電流の高調波を低減する。   In the present embodiment, a short circuit 37 having an inductance 15 as a load is provided for the commercial AC power supply 13, and the short circuit 37 is operated every half cycle of the commercial frequency to reduce the harmonics of the input current.

この短絡回路37は、ダイオードで形成される整流回路38とパワー半導体スイッチング素子で形成されるスイッチング素子39から構成されている。   The short circuit 37 includes a rectifier circuit 38 formed of a diode and a switching element 39 formed of a power semiconductor switching element.

次に、短絡回路37の動作について、図19に示すタイミングチャートを用いて説明する。図19は実施例1である電磁誘導加熱装置の短絡回路の動作を説明する図で、スイッチング素子39の動作と、商用交流電源13の電圧および入力電流を示している。 Next, the operation of the short circuit 37 will be described with reference to the timing chart shown in FIG. FIG. 19 is a diagram for explaining the operation of the short circuit of the electromagnetic induction heating apparatus according to the first embodiment, showing the operation of the switching element 39, the voltage of the commercial AC power supply 13, and the input current.

図19に示すように、スイッチング素子39は商用交流電源13の電圧のゼロクロスから所望の遅延時間を設けてオンさせ、短絡通電を開始し、商用交流電源13から電流を吸い込む。負荷の大きさ、即ち所望の出力電力に応じて、スイッチング素子39の遅延時間とオン期間を制御することにより、高調波を低減することができる。   As shown in FIG. 19, the switching element 39 is turned on with a desired delay time from the zero cross of the voltage of the commercial AC power supply 13, starts short-circuit energization, and sucks current from the commercial AC power supply 13. By controlling the delay time and the ON period of the switching element 39 according to the size of the load, that is, the desired output power, harmonics can be reduced.

図20は実施例2である電磁誘導加熱装置の電源回路構成図である。図18と同一部分については同一符号を付しており説明は省略する。 FIG. 20 is a configuration diagram of a power supply circuit of the electromagnetic induction heating device according to the second embodiment . The same parts as those in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図20において、前述の実施例1(図18)と異なる点は、電源回路1の後段に降圧チョッパ回路22で形成される第三の電源40を設け、ダイオード35、コンデンサ36を介して上下アーム2bに電流を供給し、銅又はアルミ製の被加熱物を誘導加熱する点と、電源回路1の出力点p1と上下アーム2bの正電極側との間にスイッチ手段34を接続した点である。 20 is different from the above-described first embodiment (FIG. 18) in that a third power source 40 formed of a step-down chopper circuit 22 is provided at the subsequent stage of the power source circuit 1, and upper and lower arms are connected via a diode 35 and a capacitor 36. The switch means 34 is connected between the point where the current is supplied to 2b to inductively heat the object to be heated made of copper or aluminum, and the output point p1 of the power supply circuit 1 and the positive electrode side of the upper and lower arms 2b. .

この降圧チョッパ回路22は、スイッチング素子19、ダイオード20、インダクタンス18、コンデンサ21から構成される。   The step-down chopper circuit 22 includes a switching element 19, a diode 20, an inductance 18, and a capacitor 21.

前記参考例2(図6)で述べたように、共振周波数に近い周波数で上下アーム2bを駆動し、遮断電流を小さくした方が上下アーム2bの上下アーム用スイッチング素子3のスイッチング損失は低減されるため、本実施例では、第三の電源40すなわち降圧チョッパ回路22によりコンデンサ21の電圧を変化させて電力制御を行う。 As described in the reference example 2 (FIG. 6), the switching loss of the upper and lower arm switching elements 3 of the upper and lower arms 2b is reduced by driving the upper and lower arms 2b at a frequency close to the resonance frequency and reducing the cutoff current. Therefore, in this embodiment, power control is performed by changing the voltage of the capacitor 21 by the third power source 40, that is, the step-down chopper circuit 22.

つまり、銅又はアルミ製の被加熱物は、整流回路14と、コンデンサ16a、16bの接続点との間に接続されたスイッチ手段34、およびp1点と上下アーム2bの正電極側との間に接続されたスイッチ手段34をオフ状態とし、誘導加熱を行う。   That is, the object to be heated made of copper or aluminum is connected between the rectifier circuit 14 and the switch means 34 connected between the connection points of the capacitors 16a and 16b, and between the point p1 and the positive electrode side of the upper and lower arms 2b. The connected switch means 34 is turned off to perform induction heating.

一方、鉄製の被加熱物は、整流回路14と、コンデンサ16a、16bの接続点との間に接続されたスイッチ手段34、およびp1点と上下アーム2bの正電極側との間に接続されたスイッチ手段34をオン状態とし、電源回路1からp1点と上下アーム2bの正電極側との間に接続されたスイッチ手段34を介して上下アーム2bに電流を供給し、誘導加熱を行う。   On the other hand, the iron object to be heated was connected between the rectifier circuit 14 and the switch means 34 connected between the connection points of the capacitors 16a and 16b, and between the point p1 and the positive electrode side of the upper and lower arms 2b. The switch means 34 is turned on, and current is supplied from the power supply circuit 1 to the upper and lower arms 2b through the switch means 34 connected between the point p1 and the positive electrode side of the upper and lower arms 2b to perform induction heating.

本実施例では、上下アーム2bを駆動することにより共振負荷回路10に電流を供給するが、前記参考例1(図1)のように、二つの上下アーム2a、2bを設けた構成でも構わない。この場合は、p1点と上下アーム2bの正電極側との間に接続されたスイッチ手段34、ダイオード35、およびコンデンサ36を削除することが可能となる。 In this embodiment, the current is supplied to the resonant load circuit 10 by driving the upper and lower arms 2b. However, as in the first reference example (FIG. 1), a configuration in which two upper and lower arms 2a and 2b are provided may be used. . In this case, it is possible to delete the switch means 34, the diode 35, and the capacitor 36 that are connected between the point p1 and the positive electrode side of the upper and lower arms 2b.

前述した実施例1(図18)では、短絡回路37を設けて入力電流の高調波を低減するが、短絡回路37を構成する整流回路38及びスイッチング素子39などの追加部品が必要となる。 In the first embodiment (FIG. 18) described above, the short circuit 37 is provided to reduce the harmonics of the input current, but additional components such as a rectifier circuit 38 and a switching element 39 constituting the short circuit 37 are required.

そこで、この課題を解決する例が本実施例である。   Therefore, this embodiment is an example for solving this problem.

図21は実施例3である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。図18と同一部分については同一符号を付しており説明は省略する。 FIG. 21 is a circuit configuration diagram of an electromagnetic induction heating device according to the third embodiment . The same parts as those in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施例において前記実施例1(図18)と異なる点は、共振負荷回路10の電圧変化を利用して商用交流電源13から電流を吸い込む経路を設けている点である。 This embodiment is different from the first embodiment (FIG. 18) in that a path for sucking current from the commercial AC power supply 13 is provided by using the voltage change of the resonant load circuit 10.

図21において、a点とo点との間には、加熱コイル6及び第二の共振コンデンサ7bと直列に補助の共振コンデンサ7cが接続され、第二の共振コンデンサ7bには直列接続した第一の共振コンデンサ7aとスイッチ手段27が並列に接続され、これらにより共振負荷回路10が構成されている。   In FIG. 21, an auxiliary resonance capacitor 7c is connected in series with the heating coil 6 and the second resonance capacitor 7b between the points a and o, and the first resonance capacitor 7b is connected in series. The resonance capacitor 7a and the switch means 27 are connected in parallel, and the resonance load circuit 10 is constituted by these.

第二の共振コンデンサ7bと補助の共振コンデンサ7cの接続点をh点とすると、h点は整流回路14の入力側の一端と接続され、商用交流電源13とh点との間にはインダクタンス15が接続されている。つまり、前記補助の共振コンデンサ7cの電圧を前記整流回路14の入力端子の一端に帰還させているので、商用交流電源13に対してはインダクタンス15と共振負荷回路10が負荷回路として見える。   Assuming that the connection point between the second resonance capacitor 7b and the auxiliary resonance capacitor 7c is h point, the h point is connected to one end on the input side of the rectifier circuit 14, and an inductance 15 is connected between the commercial AC power supply 13 and the h point. Is connected. That is, since the voltage of the auxiliary resonant capacitor 7c is fed back to one end of the input terminal of the rectifier circuit 14, the inductance 15 and the resonant load circuit 10 appear to the commercial AC power supply 13 as a load circuit.

また、前述した実施例1(図18)における短絡回路37は削除されている。 Further, the short circuit 37 in the first embodiment (FIG. 18) is omitted.

以上が前述した実施例1(図18)と異なる点である。 This is the difference from the first embodiment (FIG. 18) described above.

本実施例の動作においては、上下アーム2bが高周波で駆動している際、補助の共振コンデンサ7cの電圧、即ちh点の電圧は、共振負荷回路10に流れる共振電流によって変化するため、商用交流電源13の電圧が低い領域においても、整流回路14は導通状態と非導通状態を繰り返す。   In the operation of the present embodiment, when the upper and lower arms 2b are driven at a high frequency, the voltage of the auxiliary resonant capacitor 7c, that is, the voltage at the point h changes depending on the resonant current flowing through the resonant load circuit 10, so that the commercial AC Even in a region where the voltage of the power supply 13 is low, the rectifier circuit 14 repeats a conductive state and a non-conductive state.

これにより、商用周波数のほぼ全域に渡り入力電流が流れるため高調波を低減することができる。   As a result, since the input current flows almost over the entire commercial frequency, harmonics can be reduced.

図22は実施例4である電磁誘導加熱装置の回路構成図である。図21と同一部分については同一符号を付しており説明は省略する。尚、上下アーム2bの内部構成は省略したが、図21の場合と同様である。 FIG. 22 is a circuit configuration diagram of an electromagnetic induction heating device according to the fourth embodiment . The same parts as those in FIG. 21 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Although the internal configuration of the upper and lower arms 2b is omitted, it is the same as in the case of FIG.

本実施例は、電源回路部は前記実施例2(図20)と同様の構成とし、共振負荷回路10部は前記実施例3(図21)と同様の構成としたものである。 In this embodiment, the power supply circuit section has the same configuration as that of the second embodiment (FIG. 20), and the resonant load circuit 10 section has the same configuration as that of the third embodiment (FIG. 21).

前述のように、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合は、上下アーム2bは遮断電流を小さくしてスイッチング損失を低減するため、共振周波数に近い周波数で駆動し、第三の電源40すなわち降圧チョッパ回路22の動作によるコンデンサ21の電圧変化を利用して電力制御を行う。   As described above, when heating an object to be heated made of copper or aluminum, the upper and lower arms 2b are driven at a frequency close to the resonance frequency in order to reduce the cutoff current and reduce the switching loss, and the third power supply 40 That is, power control is performed using the voltage change of the capacitor 21 due to the operation of the step-down chopper circuit 22.

一方、鉄製の被加熱物を加熱する場合は、電源回路1のp1点と上下アーム2bの正電極側との間に接続されたスイッチ手段34を介して上下アーム2bに電流を供給し、誘導加熱を行う。   On the other hand, when heating an object to be heated made of iron, current is supplied to the upper and lower arms 2b via the switch means 34 connected between the point p1 of the power supply circuit 1 and the positive electrode side of the upper and lower arms 2b to induce induction. Heat.

参考例10
前述した実施例2(図20)、実施例4(図22)においては、電源回路1の後段に降圧チョッパ回路22を設けることにより、直流電圧の下限値を下げることが可能であるが、インダクタンス18やスイッチング素子19など追加部品が必要となる。
[ Reference Example 10 ]
In the above-described second embodiment (FIG. 20) and fourth embodiment (FIG. 22), it is possible to lower the lower limit value of the DC voltage by providing the step-down chopper circuit 22 at the subsequent stage of the power supply circuit 1. Additional components such as 18 and switching element 19 are required.

そこで、この課題を解決する例が本参考例である。 Therefore, an example for solving this problem is this reference example .

図23は参考例10である電磁誘導加熱装置の回路構成図であり、主に電源回路部分を示している。 FIG. 23 is a circuit configuration diagram of an electromagnetic induction heating device according to Reference Example 10 , and mainly shows a power supply circuit portion.

国内において、家電民生用の200V商用交流電源は、単相三線式が多く利用され、100V商用交流電源系を直列に接続し、その両端電圧から200Vを得ている。   In Japan, a 200V commercial AC power supply for consumer electronics is often used as a single-phase three-wire system, and a 100V commercial AC power supply system is connected in series, and 200V is obtained from the voltage at both ends.

図23において、13は商用交流電源で、単相三線式の電圧源であり、二つの100V商用交流電源が直列に接続されて構成されている。   In FIG. 23, reference numeral 13 denotes a commercial AC power supply, which is a single-phase three-wire voltage source, and is configured by connecting two 100 V commercial AC power supplies in series.

電源回路1は前記商用交流電源13を整流するダイオードブリッジで形成される整流回路14と、インダクタンス15及び直列接続したコンデンサ16a、16bから形成される平滑回路と、スイッチ手段34とで構成されている。   The power supply circuit 1 includes a rectifier circuit 14 formed of a diode bridge for rectifying the commercial AC power supply 13, a smoothing circuit formed of an inductance 15 and capacitors 16a and 16b connected in series, and a switch means 34. .

直列接続したコンデンサ16a、16bの両端と整流回路14の出力端子を接続し、整流回路14の入力端子の一端と商用交流電源13の中性点を接続し、商用交流電源13の一端と前記コンデンサ16a、16bの接続点との間にスイッチ手段34を接続している。   Both ends of the capacitors 16a and 16b connected in series are connected to the output terminal of the rectifier circuit 14, one end of the input terminal of the rectifier circuit 14 is connected to the neutral point of the commercial AC power supply 13, and one end of the commercial AC power supply 13 is connected to the capacitor. The switch means 34 is connected between the connection points 16a and 16b.

尚、整流回路14の入力端子の一端と商用交流電源13との接続においては、商用交流電源13の接続点はその中性点ではなく、その一端とする構成でもよい。   In the connection between one end of the input terminal of the rectifier circuit 14 and the commercial AC power supply 13, the connection point of the commercial AC power supply 13 is not the neutral point, but may be configured as one end thereof.

以上の構成において、スイッチ手段34を切り替えることにより、200V倍電圧整流と100V全波整流を切り替えることができる。   In the above configuration, by switching the switch means 34, it is possible to switch between 200V voltage doubler rectification and 100V full wave rectification.

即ち、鉄製の被加熱物を加熱する場合は、スイッチ手段34をオン状態にして200V倍電圧整流を行い、電源回路1の出力電圧を倍電圧整流後の出力に基づく直流電圧とし、直流電圧を上げる。   That is, when heating an object to be heated made of iron, the switch means 34 is turned on to perform 200V voltage rectification, the output voltage of the power supply circuit 1 is set to a DC voltage based on the output after voltage rectification, and the DC voltage is increase.

一方、銅又はアルミ製の被加熱物を加熱する場合は、スイッチ手段34をオフ状態して100V全波整流を行い、電源回路1の出力電圧を全波整流後の出力に基づく直流電圧とし、直流電圧を下げる。   On the other hand, when heating an object to be heated made of copper or aluminum, the switch means 34 is turned off to perform 100 V full-wave rectification, and the output voltage of the power supply circuit 1 is set to a DC voltage based on the output after full-wave rectification. Reduce the DC voltage.

これにより、電源回路1の生成する直流電圧の上下の差を大きくすることができ、異なる材質の被加熱物に対する対応が容易となる。   Thereby, the upper and lower difference of the DC voltage which the power supply circuit 1 produces | generates can be enlarged, and the response | compatibility with respect to the to-be-heated object of a different material becomes easy.

ここでは図示しないが、整流回路14に印加する電圧を100V商用交流電源、または200V商用交流電源の何れかに切り替える構造にすることにより、200V全波整流を選択することも可能である。   Although not shown here, 200 V full-wave rectification can be selected by switching the voltage applied to the rectifier circuit 14 to either a 100 V commercial AC power supply or a 200 V commercial AC power supply.

尚、図23に示す回路では、入力電流の高調波が大きいため、前記図18、図20に示すような短絡回路37、もしくは前記図21、図22に示すような共振負荷回路10の電圧変化を利用した高調波対策などと組み合わせることになる。   In the circuit shown in FIG. 23, since the harmonics of the input current are large, the voltage change of the short circuit 37 as shown in FIGS. 18 and 20 or the resonant load circuit 10 as shown in FIGS. It will be combined with measures against harmonics using.

参考例1の電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。It is a main circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of Reference Example 1 . 参考例1の電磁誘導加熱装置の加熱コイルの平面図である。It is a top view of the heating coil of the electromagnetic induction heating device of Reference Example 1 . 被加熱物の材質の違いによる加熱コイルの巻数と等価抵抗の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of turns of a heating coil by the difference in the material of to-be-heated material, and an equivalent resistance. 参考例1の動作説明図である。6 is an operation explanatory diagram of Reference Example 1. FIG. 参考例1の電磁誘導加熱装置の回路の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of circuit of the electromagnetic induction heating apparatus of the reference example 1. FIG. 参考例2の電磁誘導加熱装置の電源回路構成図である。It is a power supply circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of the reference example 2 . 参考例2の第一の説明図である。10 is a first explanatory diagram of Reference Example 2. FIG. 参考例2の第二の説明図である。 10 is a second explanatory diagram of Reference Example 2. FIG. 参考例3の電磁誘導加熱装置の加熱コイルの平面図である。It is a top view of the heating coil of the electromagnetic induction heating apparatus of Reference Example 3 . 参考例3の説明図である。It is explanatory drawing of the reference example 3. FIG. 参考例4の電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。It is a main circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of the reference example 4 . 参考例5の電磁誘導加熱装置の電源回路構成図である。It is a power supply circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of the reference example 5 . 参考例5の電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。It is a main circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of the reference example 5 . 参考例6の電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。It is a main circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of the reference example 6 . 参考例7の電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。It is a main circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of the reference example 7 . 参考例8の電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。It is a main circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of the reference example 8 . 参考例9の電磁誘導加熱装置の主要回路構成図である。It is a main circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of the reference example 9 . 実施例1の電磁誘導加熱装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of Example 1 . 実施例1の電磁誘導加熱装置の短絡回路の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the short circuit of the electromagnetic induction heating apparatus of Example 1. FIG. 実施例2の電磁誘導加熱装置の電源回路構成図である。It is a power circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of Example 2 . 実施例3の電磁誘導加熱装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of Example 3 . 実施例4の電磁誘導加熱装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of Example 4 . 参考10の電磁誘導加熱装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the electromagnetic induction heating apparatus of the reference 10 . 加熱コイル及び被加熱物の等価インピーダンスを示した図である。It is the figure which showed the equivalent impedance of a heating coil and a to-be-heated material. 図24に示した等価インピーダンスの特性を有する被加熱物の入力電力と共振電流の関係を表した図である。It is a figure showing the relationship between the input electric power and resonance current of the to-be-heated object which has the characteristic of the equivalent impedance shown in FIG.

1 電源回路
1a 第一の電源
1b 第二の電源
2、2a、2b 上下アーム
3、3b スイッチング素子
5 スナバコンデンサ
6 加熱コイル
6a 第一の加熱コイル
6b 第二の加熱コイル
7a 第一の共振コンデンサ
7b 第二の共振コンデンサ
7c 補助の共振コンデンサ
10 共振負荷回路
11 スイッチ手段
13 商用交流電源
14 整流回路
15 インダクタンス
16 コンデンサ
18 インダクタンス
19 スイッチング素子
20 ダイオード
21 コンデンサ
27、28、34 スイッチ手段
35 ダイオード
36 コンデンサ
37 短絡回路
38 整流回路
39 スイッチング素子
40 第三の電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply circuit 1a 1st power supply 1b 2nd power supply 2, 2a, 2b Upper / lower arm 3, 3b Switching element 5 Snubber capacitor 6 Heating coil 6a 1st heating coil 6b 2nd heating coil 7a 1st resonance capacitor 7b Second resonant capacitor 7c Auxiliary resonant capacitor 10 Resonant load circuit 11 Switch means 13 Commercial AC power supply 14 Rectifier circuit 15 Inductance 16 Capacitor 18 Inductance 19 Switching element 20 Diode 21 Capacitor 27, 28, 34 Switch means 35 Diode 36 Capacitor 37 Short circuit Circuit 38 Rectifier circuit 39 Switching element 40 Third power source

Claims (3)

被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、直流電圧を生成する電源回路と、この直流電圧を交流電圧に変換して前記加熱コイルに電力を供給するインバータとを備えた電磁誘導加熱装置において、
前記電源回路は商用交流電源を整流する整流回路と、商用交流電源と前記整流回路の入力端子との間に接続されたインダクタンス及び直列接続したコンデンサから形成される平滑回路と、スイッチ手段とで構成され、
直列接続した前記コンデンサの両端と前記整流回路の出力端子を接続し、前記商用交流電源の一端と前記各コンデンサの接続点との間に前記スイッチ手段を接続し、前記スイッチ手段により前記電源回路の出力電圧を倍電圧整流後の出力に基づく直流電圧、または全波整流後の出力に基づく直流電圧のいずれかに切り替える構成とし
前記整流回路の入力端子間に、商用交流電源に対し前記インダクタンスを負荷とする短絡回路を備え、
該短絡回路を、商用交流電源の電圧ゼロクロスから遅延時間を設けて短絡通電し、出力電力に応じて遅延時間と通電時間を制御し、
前記被加熱物が鉄製である場合は、前記スイッチ手段をオン状態にして倍電圧整流を行い直流電圧を上げ、前記被加熱物が銅又はアルミ製である場合は、前記スイッチ手段をオフ状態にして全波整流を行い直流電圧を下げることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
In an electromagnetic induction heating apparatus including a heating coil that induction-heats an object to be heated, a power supply circuit that generates a DC voltage, and an inverter that converts the DC voltage into an AC voltage and supplies power to the heating coil.
The power supply circuit includes a rectifier circuit for rectifying a commercial AC power supply, a smoothing circuit formed from an inductance connected between the commercial AC power supply and an input terminal of the rectifier circuit, and a capacitor connected in series, and a switch unit. And
Connecting both ends of the capacitors connected in series and the output terminal of the rectifier circuit, connecting the switch means between one end of the commercial AC power supply and a connection point of the capacitors, and the switch means of the power supply circuit The output voltage is switched to either a DC voltage based on the output after voltage doubler rectification or a DC voltage based on the output after full-wave rectification ,
Between the input terminals of the rectifier circuit, comprising a short circuit with the inductance as a load for a commercial AC power supply,
The short circuit is short-circuited with a delay time from the voltage zero cross of the commercial AC power supply, and the delay time and energization time are controlled according to the output power,
When the object to be heated is made of iron, the switch means is turned on and voltage rectification is performed to increase the DC voltage. When the object to be heated is made of copper or aluminum, the switch means is turned off. Electromagnetic induction heating device characterized by full-wave rectification and lowering DC voltage .
被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、直流電圧を生成する電源回路と、この直流電圧を交流電圧に変換して前記加熱コイルに電力を供給するインバータとを備えた電磁誘導加熱装置において、
前記電源回路は商用交流電源を整流する整流回路と、前記商用交流電源と前記整流回路の入力端子との間に接続されたインダクタンス及び直列接続したコンデンサから形成される平滑回路と、スイッチ手段とで構成され、
直列接続した前記コンデンサの両端と前記整流回路の出力端子を接続し、前記商用交流電源の一端と前記各コンデンサの接続点との間に前記スイッチ手段を接続し、前記スイッチ手段により前記電源回路の出力電圧を倍電圧整流後の出力に基づく直流電圧、または全波整流後の出力に基づく直流電圧のいずれかに切り替える構成とし、
記インバータは前記加熱コイルと共振コンデンサを含む共振負荷回路を備え、
前記整流回路の入力端子の一端に、該共振コンデンサの一端を接続し、前記共振負荷回路の該共振コンデンサに生じる電圧を帰還させ
前記被加熱物が鉄製である場合は、前記スイッチ手段をオン状態にして倍電圧整流を行い直流電圧を上げ、前記被加熱物が銅又はアルミ製である場合は、前記スイッチ手段をオフ状態にして全波整流を行い直流電圧を下げることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
In an electromagnetic induction heating apparatus including a heating coil that induction-heats an object to be heated, a power supply circuit that generates a DC voltage, and an inverter that converts the DC voltage into an AC voltage and supplies power to the heating coil.
The power supply circuit includes a rectifier circuit for rectifying a commercial AC power supply, an inductance connected between the commercial AC power supply and an input terminal of the rectifier circuit, a smoothing circuit formed from a capacitor connected in series, and a switch means. Configured,
Connecting both ends of the capacitors connected in series and the output terminal of the rectifier circuit, connecting the switch means between one end of the commercial AC power supply and a connection point of the capacitors, and the switch means of the power supply circuit The output voltage is switched to either a DC voltage based on the output after voltage doubler rectification or a DC voltage based on the output after full-wave rectification,
Before Symbol inverter comprises a resonant load circuit including a resonance capacitor and the heating coil,
One end of the resonant capacitor is connected to one end of the input terminal of the rectifier circuit, and the voltage generated in the resonant capacitor of the resonant load circuit is fed back .
When the object to be heated is made of iron, the switch means is turned on and voltage rectification is performed to increase the DC voltage. When the object to be heated is made of copper or aluminum, the switch means is turned off. Electromagnetic induction heating device characterized by full-wave rectification and lowering DC voltage .
請求項1または2に記載の電磁誘導加熱装置において、In the electromagnetic induction heating device according to claim 1 or 2,
前記電源回路と前記インバータの間に降圧チョッパ回路を設け、A step-down chopper circuit is provided between the power supply circuit and the inverter,
前記降圧チョッパ回路は、インダクタンス、スイッチング素子、ダイオード、コンデンサで構成され、前記スイッチング素子のオン期間に前記インダクタンスにエネルギーが蓄積され、オフ期間に前記ダイオードを介して前記コンデンサに前記エネルギーを放出するものであり、The step-down chopper circuit includes an inductance, a switching element, a diode, and a capacitor, and energy is accumulated in the inductance during the ON period of the switching element, and the energy is released to the capacitor via the diode during the OFF period. And
前記被加熱物が銅又はアルミ製である場合に、前記降圧チョッパ回路を動作させることを特徴とする電磁誘導加熱装置。An electromagnetic induction heating apparatus that operates the step-down chopper circuit when the object to be heated is made of copper or aluminum.
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