CN1529996A - 感应加热装置 - Google Patents

Abstract

感应加热装置中，防止：由于通过感应加热线圈的电流和被加热物感应电流的相互作用所引起的斥力，被加热物发生偏移或从放置面的浮起。其加热装置包括：具有感应加热线圈和变频电路的、检测高频变频器电源电流的电源电流检测机构、测定电源电流大小随时间的变化来检测烹饪锅偏移或浮起的电源电流变化检测机构和变化判断电路。根据变化判断电路的检测结果，控制电路来控制高频变频器输出的方法，可以获得：可以防止加热开始时或加热中的烹饪锅被浮起或移动(虽然使用者没有接触)的、低廉、安全的感应加热装置。

Description

感应加热装置

技术领域

本发明涉及一般家庭、办公室、餐馆和工厂使用的感应加热烹饪器、利用感应加热的热水器、加温装置等的感应加热装置。

背景技术

首先对作为感应加热装置一例的感应加热烹饪器进行说明。在感应加热烹饪器中，感应加热线圈发生高频磁场，利用电磁感应，在感应加热线圈附近放置的金属制造的锅3等的被加热物上产生涡电流而加热被加热物。

结合图10说明以往的感应加热烹饪器。图10中，烹饪器包括具有两个开关元件(图中未示)的高频变频器1和连接在高频变频器1的感应加热线圈2。

由高频变频器1供给的高频电流在感应加热线圈2中产生高频磁场，由于电磁感应的涡电流，烹饪锅3被加热。为了可变和稳定输入功率，利用电流互感器(图中未示)来检测高频变频器1的电源电流。根据其检测结果，改变高频变频器1的两个开关元件(图中未示)的驱动频率，或使驱动频率一定，但改变其导通比来控制高频变频器1的输出。并且，利用电流互感器(图中未示)来检测通过感应加热线圈2的电流，根据其检测结果来控制高频变频器1的输出。例如，烹饪锅3为非磁性不锈钢制造时，降低上述开关元件的负荷为目的而进行抑制输出的控制。

以往的感应加热烹饪器中，特别是烹饪锅3为铝或铜等的非磁性金属制造时，由于排斥的磁场，对烹饪锅3施加了使其上浮的作用力，这样当烹饪锅3和容纳在烹饪锅3的烹饪物的重量变轻，或加大加热功率时，在浮力的作用下，烹饪锅3有可能横向偏移或从顶板4的安放面浮起。在图11中表示了加热非磁性金属制造的烹饪锅3时的输入功率与浮力的关系的一例。图11中横轴为高频变频器1的输入功率，纵轴为作用在锅的浮力。如图所示：由于随着输入功率的增加浮力也增加，所以当浮力超过烹饪锅的重量时，就会发生上述的偏移、浮起等的移动。

为了解决上述问题，在以往的譬如特开昭61-128492号公报或特开昭62-276787号公报中，公开了利用重量传感器来检测烹饪锅移动的技术。特开昭61-71582号公报中公开了利用磁传感器来检测移动的技术、特开昭61-230289号公报中公开了利用谐振频率检测机构来检测的技术。然而，如上述刊物所公开的那样，重量传感器、磁传感器或用于检测频率变化的频率检测机构等，为了检测烹饪锅移动，都必须把这些附加的新的检测机构安装在烹饪器上，因此，导致了成本、零件数量的增加。

发明内容

本发明的感应加热装置是，利用电源电流检测机构(为了高频变频器的控制而设置的检测机构)或功率检测机构(输入加热线圈电流或电压等的有关高频变频器输出功率大小信息的功率检测机构)的检测结果，可以抑制由于感应加热线圈产生的磁部位引起的烹饪锅等被加热物的偏移和浮起。或，即使对加热装置添加零件，也可确保其简单的结构和低廉的价格。或，该加热装置零件数少且可靠性高。

该加热装置包括：产生高频磁场而加热被加热物的感应加热线圈、向感应加热线圈供给高频电流的变频器、检测变频器输出的大小的输出检测机构、通过测定输出检测机构所检测的变频器输出大小随时间变化而检测出被加热物移动的移动检测机构、根据移动检测机构的检测结果来控制高频变频器输出的控制电路。

附图说明

图1是本发明第1实施例的感应加热装置的大体构成图。

图2是本发明第1实施例的感应加热装置的电路框图。

图3是表示本发明第1实施例的感应加热装置各部的动作波形。

图4A是表示本发明第1实施例的感应加热装置的输入功率的随时间的变化。

图4B是表示本发明第1实施例的感应加热装置的电源电流的随时间的变化。

图5A是表示在本发明第1实施例的感应加热装置中，利用输入功率的时间变化来说明检测被加热物偏移、浮起时的控制的图。

图5B是表示在本发明第1实施例的感应加热装置中，利用电源电流的时间变化来说明检测被加热物偏移、浮起检测时的控制的图。

图6是本发明第2实施例的感应加热装置的大体构成图。

图7是本发明第2实施例的感应加热装置的电路框图。

图8A是表示在本发明第2实施例的感应加热装置中，利用输入功率的时间变化来说明检测被加热物偏移、浮起检测时的控制的图。

图8B是表示在本发明第2实施例的感应加热装置中，为了利用感应加热线圈电流的时间变化来说明检测被加热物偏移、浮起检测时的控制的、输入功率和线圈电流的时间变化的图。

图9是本发明第3实施例的感应加热装置的电路框图。

图10是以往的感应加热装置的大体构成图。

图11是表示以往的感应加热装置的输入功率与浮力的关系的图。

具体实施方式

(第1实施例)

图1表示第1实施例感应加热烹饪器的大体断面构成图，图2是感应加热烹饪器的电路框图。图1和图2中，筐体12的上部设有陶瓷制作的上面板10，上面板10的上面放置被加热物的烹饪锅9。电源插头19连接在民用电源11。筐体12内部中，民用电源11输入到整流滤波部13。在整流滤波部13中，由桥式连接的二极管所构成的全波整流器13a与在其直流输出端之间的第1滤波电容器13b连接。

第1滤波电容器13b的两端连接变频电路7，变频电路7上连接感应加热线圈8。由变频电路7和感应加热线圈8构成高频变频器。变频电路7上设有第1开关元件7c(本实施例中是IGBT)和第2开关元件7d(本实施例中是IGBT)的串联连接体。第1二极管7e与第1开关元件7c反向并联，第2二极管7f与第2开关元件7d反向并联。在IGBT7c和IGBT7d的串联连接体的两端连接第2滤波电容器7b。在上述串联连接体的连接点与全波整流器13a的正极端之间连接扼流圈7a。上述串联连接体的低电位端子与全波整流器13a的负极端子连接。在上述串联连接体的两个开关元件的连接点与全波整流器13a的负极端子之间连接感应加热线圈8和谐振电容器7g的串联连接体。

电流互感器14检测从民用电源11输入到变频电路7的电源电流，向电源电流检测电路15输出检测信号。电源电流检测电路15把与电源电流的大小成正比的检测信号输出到控制电路18和电源电流变化检测电路16。

电源电流变化检测电路16把检测信号输出到变化判断电路17，变化判断电路17把判断信号输出到控制电路18。由电源电流变化检测电路16和变化判断电路17构成移动检测机构。控制电路18驱动变频电路7中的第1开关元件7c和第2开关元件7d。

下面，说明如上构成的感应加热烹饪器的动作。全波整流器13a整流民用电源11，第1滤波电容器13b向具有变频电路7和感应加热线圈8的高频变频器供给电源。

图3表示第1实施例的各部波形。波形(a)表示通过第2开关元件7d和第2二极管7f的电流波形1c2。波形(b)表示通过第1开关元件7c和第1二极管7e的电流波形1c1。波形(c)表示第2开关元件7d的整流子发射器之间产生的电压Vce2。波形(d)表示第1开关元件7c的整流子发射器之间产生的电压Vce1。波形(e)表示通过感应加热线圈8的电流IL。

当第1开关元件7f导通时，在第1开关元件7f(或第2二极管)、感应加热线圈8和谐振电容器7g的闭合电路中产生谐振电流，同时向扼流圈4蓄积能量。蓄积的能量当第2开关元件7f截止时，通过第1二极管7e被释放到第2滤波电容器7b中。

由于在第2开关元件7f截止后，第1开关元件7c导通，所以在第1二极管7e中流过电流后，在包括第1开关元件7c(或第1二极管7e)、感应加热线圈8、谐振电容器7g、第2滤波电容器7b的闭合电路中流过谐振电流。

第1开关元件7c和第2开关元件7d的驱动频率约在25kHz附近可变，如图3所示，驱动时间比例约1/2附近。感应加热线圈8和谐振电容器7g的阻抗设定成：当把为指定材质(例如，铝等的高电导率、非磁性体)的标准锅(感应加热线圈的直径以上的锅)的烹饪锅9放在上面板10的指定部位(譬如表示为加热部分的部位)时，使产生的谐振频率约为驱动频率的3倍。因此，设定成使在此时的谐振频率约为75kHz。

因为感应加热线圈8是产生75kHz高频率电流的线圈，所以即使烹饪锅9铝制的，也可以有效加热。因为第1实施例的高频变频器使通过第1二极管7e、第2二极管7f的再生电流不通过第1滤波电容器13b而供给到第2滤波电容器7b，所以加热效率高。另外，由于通过第2滤波电容器7b供给到感应加热线圈8高频电流的包络线比以往的烹饪器平滑，因此，降低了在加热时的锅等中产生的振动声中的民用电频率的成分。

另外，本实施例的高频变频器具有：在烹饪锅9和感应加热线圈8电磁耦合降低时，如果在相同的驱动条件(频率、驱动时间比)下工作，则输入功率降低的特性。

因为从电源电流检测电路15向控制电路18输入与电源电流的大小成比例的输出信号，所以能够进行驱动频率可变控制或两个开关元件的驱动时间比的可变控制，将第1开关元件7c、第2开关元件7d的输入功率(高频变频器的输出值)控制在规定的值。

如图4A的实线和虚线A1所示，在启动时，控制电路18逐渐增加驱动频率或驱动时间比，以使高频变频器的输出从低输出增加到设定功率为止。此时，如图4B的线A2所示，电源电流也同样增加到对应于上述设定功率的设定电流。

在烹饪锅9为铝等的高电导率、非磁性体制作时，因为通过感应加热线圈8的电流增大，烹饪锅9的感应电流也增加，由于相互作用的斥力，有浮起或偏移的可能性。

在启动时，从低输入功率到设定功率为止，如果产生这样的被加热锅9的浮起等的移动，如图4A的线B1所示，减少输入功率的增加率，如图4B的线B2所示，电源电流的增加率也减少。

电源电流变化检测电路16从电源电流检测电路15所输出的信号测定电源电流值的变化率，输出到变化判断机构17。如果电源电流值的变化率在第1规定的范围内、且如果该状态持续规定的时间以上时，则变化判别机构17判断为因斥力使烹饪锅9移动，并且将表示这种判断的信号输出到控制电路18。控制电路18当输入了这个信号后，停止变频电路7的工作或控制变频电路7的输出，使得不发生烹饪锅9的移动。

图5表示该控制的实例。图5和图4同样，表示加热开始时的输入功率和输入电流随时间的变化。如图5所示，因斥力发生烹饪锅9的浮起或偏移所产生的输入电流的倾斜变化，在发生变化之后约0.1秒时间检测出其倾斜变化之后，保持在低于初始设定电流值。

变频电路7的功率控制的响应速度快时，因为控制电路18跟踪上述耦合变化，使驱动条件变更为输入功率增加的方向，有可能检测不出上述的因锅的偏移、浮起所引起的电源电流变化。因此，在本实施例中，将控制电路18进行功率控制时的单位时间的增加率设定为接近能够检测出电源电流变化的值附近或其以下。

另外，本实施例中，通过实验证明：检测锅的偏移、浮起所要时间可以小于0.1秒。如果检测所要时间小于0.1秒，则，几乎不能目视锅的偏移、浮起，可以消除使用者的不安。根据发明人的实验，如果检测时间延缓到1秒，有时，可以目视烹饪锅9的移动，因此，从这个角度，不超过1秒为好，最好是在0.1秒以内，可以基本避免不适应的感觉。

如上所述，在本实施例中的感应加热烹饪器中，设有：具有感应加热线圈8和变频电路7的检测高频变频器电源电流的电源电流检测电路15、测定电源电流大小随时间的变化来检测烹饪锅9偏移或浮起的电源电流变化检测电路16和变化判断电路17。根据变化判断电路17的检测结果，控制电路18控制高频变频器的输出。因此，利用输入功率设定用的电源电流检测电路15的输出，以低廉、零件少的结构可以实现在加热开始时，可以防止(使用者不接触的情形下)烹饪锅9浮起或偏移的感应加热烹饪器。

根据本发明，通过输出检测机构检测出高频变频器电源电流，使移动检测机构能够根据其检测结果可以容易地检测出高频变频器输出的时间变化。另外，电源电流检测机构平常被用于高频变频器的输出设定，但也可以利用其输出检测出高频变频器输出的时间变化。因此，可以实现低成本或可以抑制零件数增加的感应加热装置。

另外，本实施例中的变频电路7是两个管(晶体管)式的变频器结构，但也可以是只要利用单管式的电压谐振形变频器等的、负荷(被加热物)之间的磁耦合变化来能改变输入电流的，任何结构的变频器都可以。但是，本实施例的变频器7可以加热铝等的高电导率、低导磁率材质的烹饪锅9。加热这样的锅时，由感应加热线圈8、谐振电容器7g和烹饪锅9所形成的谐振电路的Q(谐振的灵敏度)高，因此，同一驱动条件下，对加热线圈8与锅9的电磁耦合变化，变频器7和线圈8的输出变化大。因此，可以高灵敏度(响应性良好)检测出锅9的浮起或偏移(如下实施例也同样)。

另外，本实施例中，变更变频电路7的驱动频率来改变功率或改变两个管的开关元件的导通比来改变变频器的输出，但是，不限于这样的结构(如下实施例也同样)。

另外，利用微电脑来实现本实施例的电源电流变化检测电路16、变化判断电路17、控制电路18功能的一部分或全部的方法，可以获得小型、使用方便且可以防止锅浮起或偏移的感应加热装置。另外，本实施例不是限定：实现这些功能的电路构成或用微电脑实现时编入的程序内容(如下实施例也同样)。

另外，本实施例中，表示了加热开始时的被加热物偏移或浮起的检测例，但加热中产生的偏移或浮起(例如，烹饪锅内的烹饪物不能被加热蒸发或轻微蒸发等现象)时，也可以检测出这些。此时，检测：输入电流几乎一定的状态变为下降状态的变迁(如下实施例也同样)。

第1实施例中，输出检测机构检测高频变频器输出的大小(峰值、平均值)。因此，感应加热装置可以检测规定的驱动条件下的感应加热线圈与被加热物之间的磁耦合变化。即，控制高频变频器输出的开关元件的驱动条件相同，如果两者的磁耦合变小，则高频变频器的输出值减少，相反，两者的磁耦合变大，则高频变频器的输出值增加。

因此，首先，从输出检测机构所检测的高频变频器输出的大小变化，移动检测机构测定两者的磁耦合变化，可以判别：是否产生了被加热物和感应加热线圈之间的距离或相对位置关系变化。

移动检测机构还检测高频变频器输出大小的变化的同时，检测其时间变化的方法，在启动时的低输出到额定输出为止，逐渐增加输出的、所谓软启动工作时，检测输出值增加率的变化，可以判别：被加热锅在通过感应加热线圈的电流与通过被加热锅的电流的相互作用下所产生的斥力作用下，被加热锅的移动。或可以判别：由于使用者抬起或移动被加热锅而产生的磁耦合变化和由于通过感应加热线圈的电流与通过被加热锅的电流的相互作用下所产生的斥力作用而产生的被加热锅的移动。

于是，根据移动检测机构的检测结果可以控制高频变频器的输出，检测出被加热物的偏移或浮起时，譬如暂时或继续停止或减少输出，期间向使用者发出警报，控制高频变频器输出，可以防止不安全状况的发生或适当控制输出来可以继续烹饪。

本实施例中，加热开始时，移动检测机构根据高频变频器低输出到稳定输出为止的上述高频变频器输出的随时间的变化，检测被加热物的偏移或浮起。由此，加热开始时，可以防止：输出到达设定输出中途的被加热物的突然浮起。

本实施例中，移动检测机构根据输出稳定状态的高频变频器输出值的随时间的变化检测被加热物的偏移或浮起。由此，加热中，感应加热装置可以防止：沸腾中的水蒸发而没有了水或从被加热物的锅清除容纳物而被加热物变轻所产生的浮起。

(第2实施例)

图6是本发明的第2实施例感应加热烹饪器的大体的断面图，图7是其电路框图。图6和图7中，变频电路7、感应加热线圈8、被加热物的烹饪锅9、上面板10、筐体体12、整流滤波部13和电源插头19是和第1实施例的图1和图2中的附同样符号的部件具有相同功能的部件，省略其说明。

和第1实施例不同的结构如下。电流互感器20检测感应加热线圈8的电流。线圈电流检测电路21检测感应加热线圈8的电流大小。线圈电流变化检测电路22检测感应加热线圈8的电流大小随时间的变化(随着时间的变化峰值或平均值如何变化)。变化判断电路23根据线圈电流变化检测电路22的检测结果，检测：由于通过感应加热线圈8和通过被加热锅9电流所引起的斥力，是否发生了烹饪锅9的偏移或浮起。控制电路24控制变频电路7的输出。

线圈电流检测电路21的输出信号输入到变化判断电路23，变化判断电路23根据感应加热线圈8的电流大小随时间的变化来检测烹饪锅9的偏移、浮起。

线圈电流检测电路21的输出信号输出到控制电路24，因烹饪锅9为非磁性SUS等而感应加热线圈15的电流变大并构成变频电路7的开关元件7e、7f的负荷变大时，控制电路24限制其输入功率。感应加热线圈8与烹饪锅9之间的磁耦合降低时，如果以相同的频率和相同的驱动时间比来驱动变频电路7，则通过感应加热线圈8的电流变小。

如图8的曲线所示，检测出启动时的软开始期间中的、由于烹饪锅9的偏移或浮起的烹饪锅9和感应加热线圈8之间的磁耦合变化(磁耦合变小)所引起的感应加热线圈9的电流变化倾向(变小的倾向)，利用停止加热、降低输入功率的方法，可以减少烹饪锅9的偏移、浮起。

根据本实施例，因为检测感应加热线圈8的电流变化，比利用输入功率的检测更好、更快检测出变频器的变化，其结果，有可能更高速检测出烹饪锅9的偏移、浮起。

另外，输出检测机构检测出发生在高频变频器的高频电流譬如感应加热线圈、开关元素或谐振电容器的电流，可以检测出高频变频器输出大小随时间的变化。因此，输出检测机构灵敏地检测磁耦合变化的同时，可以兼用于不会变为过电压或过电流的、保护电流或负荷检测电路的高频电流检测机构的输出。

(第3实施例)

图9是本发明第3实施例感应加热烹饪器的电路框图。图9中，和第2实施例中说明的、和图7中附同一符号的部件是具有同样功能的部件，省略其说明。

不同于第2实施例的结构如下。高频电压检测电路25检测构成变频电路7的谐振电容器7g的电压。电压变化检测电路26输入高频电压检测电路25的输出信号而测定电压值随时间的变化。变化判断电路27根据电压变化检测电路26的检测结果，检测烹饪锅9的偏移、浮起等的移动。

其他的结构和工作相同于第2实施例。因为谐振电容器7g的电压和感应加热线圈8的电流是近似成正比关系，可以获得相同于第2实施例的效果。

另外，本实施例中，因为利用电阻分割方法检测谐振电容器7g的电压，比第2实施例的利用电流互感器检测电流方式，可以获得低廉、小型的感应加热装置。另外，如果利用使用于控制电压的电压保护装置的检测电压，就可以更低廉获得本实施例的效果。

另外，上述实施例中，虽然用感应加热烹饪器来进行说明，但是，不是烹饪器而是容纳在业务用金属容器的液体加热或金属加热装置等的、只要是由于感应加热，有可能产生被加热物和感应加热线圈相互位置关系有偏移的感应加热装置，就可以获得同样的作用、效果。

另外，输出检测机构测定发生在高频变频器的高频电压譬如施加在感应加热线圈、谐振电容器或开关元件的电压的方法，可以灵敏、容易检测出高频变频器输出大小随时间的变化。另外，检测电压比电流检测机构先行、低价。

另外，上述实施例中，输出检测机构检测出变频器的电源电流大小随时间的变化、变频器所发生的高频电流随时间的变化和变频器所发生的高频电压大小的随时间的变化，把其检测的结果输出到移动检测机构，也是可以的。

产业上利用的可能性。

根据本发明，可以获得：可以抑制感应加热线圈中发生的磁部位引起的烹饪锅等的被加热物偏移或浮起的感应加热装置。或其加热装置即使附加一些零件，其结构简单、低价。或其加热装置的零件数目少、可靠性高。

Claims (4)

1、一种感应加热装置，其特征在于包括：产生高频磁场而加热被加热物的感应加热线圈、向上述感应加热线圈供给高频电流的变频器、检测上述变频器输出大小的输出检测机构、测定上述输出检测机构检测的上述变频器输出大小随时间的变化来检测上述被加热物移动的移动检测机构、根据上述移动检测机构的检测结果来控制上述变频器输出的控制电路。

2、权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于：上述输出检测机构检测上述变频器的电源电流大小随时间的变化、上述变频器所发生的高频电流大小随时间的变化、上述变频器所发生的高频电压的随时间的变化中的至少一个。

3、权利要求1或2所述的感应加热装置，其特征在于：上述被加热物加热开始时，上述移动检测机构根据上述变频器低输出到稳定输出状态为止的上述变频器输出大小随时间的变化，检测被加热物的上述移动。

4、权利要求1或2所述的感应加热装置，其特征在于：上述移动检测机构根据稳定输出状态的上述变频器输出值随时间的变化，检测上述被加热物的上述移动。

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