DE112013007526B4

DE112013007526B4 - Induktionsherd

Info

Publication number: DE112013007526B4
Application number: DE112013007526.1T
Authority: DE
Inventors: Hayato Yoshino; Koshiro Takano; Yuichiro Ito
Original assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2033-10-25
Also published as: CN105659697A; WO2015059801A1; CN105659697B; DE112013007526T5; JP6038343B2; JPWO2015059801A1; CN204377175U

Abstract

Induktionsherd (100), umfassend:- eine Heizspule (11a, 11b, 11c), welche eingerichtet ist, ein zu erwärmendes Objekt (5) induktiv zu erwärmen;- einen Steuerkreis (50), welcher eingerichtet ist, die Heizspule (11a, 11b, 11c) mit Hochfrequenzleistung zu versorgen;- eine Lastbestimmungseinheit (32), welche eingerichtet ist, für das zu erwärmende Objekt (5) eine Lastbestimmungsverarbeitung durchzuführen;- eine Steuereinheit (45), welche eingerichtet ist, den Antrieb des Steuerkreises (50) zu steuern, um die Hochfrequenzleistung zu steuern, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird,- eine Eingangsstromerfassungseinheit (25a), welche eingerichtet ist, einen Eingangsstrom zum Steuerkreis (50) zu erfassen; und- eine Spulenstromerfassungseinheit (25b, 25c, 25d), welche eingerichtet ist, einen durch die Heizspule (11a, 11b, 11c) fließenden Spulenstrom zu erfassen, wobei die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, eine Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts (5) auf der Grundlage von einem Änderungsbetrag von einem Strom aus dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom, ausgewählt in Abhängigkeit von einem Bestimmungsergebnis der Lastbestimmungseinheit (32), zu erfassen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsherd.
Hintergrund zum Stand der Technik
Verwandte Induktionsherde umfassen solche Arten, welche eingerichtet sind, die Temperatur von einem zu erwärmenden Objekt auf der Grundlage von einem Eingangsstrom oder einer Steuervariablen eines Wechselrichters zu bestimmen.
Somit wird beispielsweise ein Induktionsherd vorgeschlagen, welcher eine Steuereinheit umfasst, welche eingerichtet ist, den Wechselrichter so zu steuern, dass der Eingangsstrom des Wechselrichters konstant wird, und zu bestimmen, dass die Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts groß ist, wenn sich die Steuervariable um den vorherbestimmten Betrag oder mehr in der vorherbestimmten Zeitperiode ändert, und die Ausgabe des Wechselrichters (siehe beispielsweise Patentliteratur 1) zu steuern.
Des Weiteren wird beispielsweise eine Temperaturerfassungsvorrichtung für einen Induktionsherd vorgeschlagen, umfassend eine Temperaturbestimmungs-Verarbeitungseinheit, welche eingerichtet ist, eine Temperatur auf der Grundlage eins Änderungsbetrag des Eingangsstroms zu bestimmen, welcher von einer Eingangsstrom-Änderungsbetrag-Erfassungseinheit erfasst wurde, welche eingerichtet ist, nur den Änderungsbetrag des Eingangsstroms (siehe beispielsweise Patentliteratur 2) zu erfassen.
Liste der zitierten Schriften
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2008-181892 A (Seite 3 bis Seite 5 und 1)
Patentliteratur 2: JP H05-62773 A (Seite 2 bis Seite 3 und 1)

WO 2013 / 137 287 A offenbart eine Wechselrichterschaltung die entsprechend den Bestimmungsergebnissen einer Lastbestimmungseinrichtung angesteuert wird, wobei in einem Zustand, in dem eine Ansteuerungsfrequenz für die Wechselrichterschaltung konstant ist, Änderungen pro vorgegebener Zeit im Eingangsstrom oder Spulenstrom festgestellt werden. Auf der Grundlage der Änderungen pro vorgeschriebener Zeit werden Änderungen der Temperatur eines zu beheizenden Objekts erkannt.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
In dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Induktionsherd wird eine Steuerfrequenz bzw. Antriebsfrequenz des Wechselrichters so gesteuert, dass die Eingangsleistung konstant wird, und eine Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts auf der Grundlage von einer Änderung (Δf) der Steuervariablen des Wechselrichters bestimmt. Bei einigen Materialien des zu erwärmenden Objekts besteht allerdings das Problem, dass die Änderung (Δf) der Steuervariablen der Steuerfrequenz sehr klein wird, so dass die Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts nicht erfasst werden kann.
Die Temperaturerfassungsvorrichtung für den in Patentliteratur 2 beschriebenen Induktionsherd geht mit dem Problem einher, dass bei der Verwendung eines anderen Materials des zu erwärmenden Objekts die Gefahr besteht, dass der Eingangsstrom in Abhängigkeit von einer Steuerfrequenz des Wechselrichters zur Erhöhung der Temperatur des Wechselrichters übermäßig groß wird, um die Temperatur des Wechselrichters zu erhöhen, wodurch es zum Versagen des Wechselrichters kommt.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme realisiert und stellt einen Induktionsherd bereit, welcher in der Lage ist, eine Temperaturänderung von einem zu erwärmenden Objekt unabhängig von dem Material des zu erwärmenden Objekts zu erfassen. Die vorliegende Erfindung stellt außerdem einen Induktionsherd mit einer hohen Zuverlässigkeit durch Steuerung einer Zunahme des Eingangsstroms bereit.
Lösung des Problems
Ein Induktionsherd gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Heizspule, welche eingerichtet ist, ein zu erwärmendes Objekt induktiv zu erwärmen, einen Steuerkreis, welcher eingerichtet ist, die Heizspule mit Hochfrequenzleistung zu versorgen, eine Lastbestimmungseinheit, welche eingerichtet ist, für das zu erwärmende Objekt eine Lastbestimmungsverarbeitung durchzuführen, eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, den Antrieb des Steuerkreises zu steuern, um die Hochfrequenzleistung zu steuern, mit welcher die Heizspule versorgt wird, eine Eingangsstrom-Erfassungseinheit, welche eingerichtet ist, einen Eingangsstrom zum Steuerkreis zu erfassen, und eine Spulenstrom-Erfassungseinheit, welche eingerichtet ist, einen Spulenstrom zu erfassen, welcher durch die Heizspule fließt. Die Steuereinheit ist eingerichtet, einen Strom aus dem Eingangsstrom oder dem Spulenstrom auf der Grundlage von einem Bestimmungsergebnis der Lastbestimmungseinheit auszuwählen, und einen Änderungsbetrag des ausgewählten Stroms je vorherbestimmter Zeit zu erhalten, um eine Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts auf der Grundlage von dem Änderungsbetrag je vorherbestimmter Zeit zu erfassen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts unabhängig von dem Material des zu erwärmenden Objekts erfasst werden. Des Weiteren kann der Anstieg des Eingangsstroms gesteuert und zuverlässig verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Explosionszeichnung zur Darstellung eines Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.
2 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Steuerkreises des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.
3 ist ein Funktions-Blockdiagramm zur Darstellung eines Beispiels einer Steuereinheit des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.
4 ist ein Charakteristik-Diagramm zur Lastbestimmung eines zu erwärmenden Objekts auf der Grundlage von einer Korrelation zwischen einem Heizspulenstrom und einem Eingangsstrom in dem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 1.
5 ist ein Korrelationsdiagramm von einem Strom in Bezug auf eine Steuerfrequenz des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1, wenn sich eine Temperatur des zu erwärmenden Objekts verändert.
6 ist eine vergrößerte Ansicht zur Darstellung eines Abschnitts, welcher in 5 durch die Strichlinie hervorgehoben ist.
7 ist ein Graph zur Darstellung eines Stromauswahlvorgangs auf der Grundlage von der Korrelation zwischen dem Heizspulenstrom und dem Eingangsstrom in dem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 1.
In der 8 sind Graphen zur Darstellung der Verhältnisse zwischen der Zeit und der jeweiligen Steuerfrequenz, der Temperatur und den Strömen in dem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 1 gezeigt.
9 ist eine vergrößerte Ansicht zur Darstellung des Abschnitts, welcher in 5 durch die Strichline hervorgehoben ist.
In der 10 sind Graphen zur Darstellung der Verhältnisse zwischen der Zeit und der jeweiligen Steuerfrequenz, der Temperatur und dem Strom in dem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 1 gezeigt.
11 ist ein Diagramm zur Darstellung eines anderen Steuerkreises des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.
In 12 sind Graphen zur Darstellung der Verhältnisse zwischen der Zeit und der jeweiligen Steuerfrequenz, einer Temperatur, und einem Strom in einem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 2 gezeigt.
13 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Teils von einem Steuerkreis von einem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 3.
In der 14 sind Tabellen zur Darstellung eines Beispiels eines Steuersignals von einem Halbrückenschaltkreis gemäß Ausführungsform 3 gezeigt.
15 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Teils von einem Steuerkreis von einem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 4.
In den 16 sind Tabellen zur Darstellung eines Beispiels eines Steuersignals von einem Vollbrückenschaltkreis gemäß Ausführungsform 4 dargestellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsform 1
(Konfiguration)
1 ist eine perspektivische Explosionszeichnung von einem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 1.
Wie in 1 dargestellt, umfasst ein Induktionsherd 100 auf seiner Oberseite eine Oberplatte 4, auf welcher ein zu erwärmendes Objekt 5, beispielsweise ein Topf, platziert wird. Der Induktionsherd 100 umfasst einen ersten Erwärmungsbereich 1, einen zweiten Erwärmungsbereich 2 und einen dritten Erwärmungsbereich 3 in der Oberplatte 4 als Erwärmungsbereiche, welche eingerichtet sind, das zu erwärmende Objekt 5 induktiv zu erwärmen, und umfasst des Weiteren eine erste Heizeinheit 11, eine zweite Heizeinheit 12 und eine dritte Heizeinheit 13, welche jeweils den Erwärmungsbereichen entsprechen. Das zu erwärmende Objekt 5 kann auf den jeweiligen Erwärmungsbereichen platziert sein, um induktiv erwärmt zu werden.
In der Ausführungsform 1 sind die erste Heizeinheit 11 und die zweite Heizeinheit 12 bereitgestellt, um rechts und links auf einer Vorderseite von einem Grundkörper angeordnet zu werden, und die dritte Heizeinheit 13 ist im Wesentlichen in der Mitte von einer Rückseite des Grundkörpers vorgesehen.
Die Anordnung der Erwärmungsbereiche ist nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können die drei Erwärmungsbereiche nebeneinander in einer im Wesentlichen linearen Weise angeordnet sein. Des Weiteren kann eine Anordnung vorgesehen sein, in welcher sich die Mitte der ersten Heizeinheit 11 und die Mitte der zweiten Heizeinheit 12 in verschiedenen Positionen in einer Tiefenrichtung befindet.
Die Oberplatte 4 ist vollständig aus einem Material ausgebildet, welches Infrarotstrahlung überträgt, beispielsweise hitzebeständiges Hartglas oder Glaskeramik, und ist an einem äußeren Umfang von einer oberen Öffnung des Grundkörpers des Induktionsherds 100 durch eine Gummidichtung oder ein Dichtungsmaterial in einem wasserdichten Zustand befestigt. In der Oberplatte 4 sind kreisförmige Topfpositions-Indikatoren, welche die allgemeinen Platzierungspositionen von Töpfen anzeigen, durch den Auftrag von Farben, Drucken oder anderen Methoden ausgebildet, um Heizbereichen (Erwärmungsbereichen) der ersten Heizeinheit 11, der zweiten Heizeinheit 12 und der dritten Heizeinheit 13 zu entsprechen.
An einer Vorderseite der Oberplatte 4 sind eine Betriebseinheit 40a, eine Betriebseinheit 40b und eine Betriebseinheit 40c (nachstehend manchmal kollektiv als „Betriebseinheit 40“ bezeichnet) als Eingabevorrichtungen vorgesehen, welche eingerichtet sind, eine Heizleistung und Kochmenüs (Wasserkochmodus, Frittiermodus und dergleichen) zum Erwärmen des zu erwärmenden Objekts 5 durch die erste Heizeinheit 11, die zweite Heizeinheit 12 und die dritte Heizeinheit 13 einzustellen. Außerdem sind in der Umgebung der Betriebseinheit 40 eine Anzeigeeinheit 41a, eine Anzeigeeinheit 41b und eine Anzeigeeinheit 41c (nachstehend manchmal kollektiv als „Anzeigeeinheit 41“ bezeichnet) vorgesehen, welche eingerichtet sind, einen Betriebszustand des Induktionsherds 100, Eingabe- und Betriebsdetails der Betriebseinheit 40 und weitere Informationen als Bekanntgabeeinheit 42 anzuzeigen. Die vorliegende Erfindung ist nicht speziell auf den Fall beschränkt, in welchem die Betriebseinheiten 40a bis 40c und die Anzeigeeinheiten 41a bis 41c jeweils für die Erwärmungsbereiche vorgesehen sind, oder einen Fall, bei welchem die Betriebseinheit 40 und die Anzeigeeinheit 41 kollektiv für die Erwärmungsbereiche vorgesehen sind.
Unterhalb der Oberplatte 4 und innerhalb des Grundkörpers sind die erste Heizeinheit 11, die zweite Heizeinheit 12 und die dritte Heizeinheit 13 vorgesehen, wobei jede Heizeinheit eine Heizspule (nicht dargestellt) umfasst.
Innerhalb des Grundkörpers des Induktionsherds 100 ist ein Steuerkreis 50 vorgesehen, welcher eingerichtet ist, die Heizspulen der ersten Heizeinheit 11, der zweiten Heizeinheit 12 und der dritten Heizeinheit 13 mit Hochfrequenzleistung zu versorgen, und eine Steuereinheit 45, welche eingerichtet ist, den Betrieb des gesamten den Steuerkreis 50 enthaltenden Induktionsherds 100 zu steuern.
Jede Heizspule weist eine im Wesentlichen kreisförmige, ebene Form auf und ist eingerichtet durch Wickeln in einer Umfangsrichtung eines leitfähigen Drahtes, welcher aus einem beliebigen Isolator-beschichteten Metall (beispielsweise Kupfer und Aluminium) gefertigt ist. Durch die Versorgung der Heizspulen mit der Hochfrequenzleistung von dem Steuerkreis 50 wird ein Induktionsheizbetrieb durchgeführt.
2 ist ein Diagramm zur Darstellung des Steuerkreises des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1. Der Steuerkreis 50 ist für jede Heizeinheit vorgesehen. Die Schaltkreiskonfiguration kann für die jeweiligen Heizeinheiten gleich sein oder für jede Heizeinheit geändert werden. In 2 ist nur ein Steuerkreis 50 dargestellt. Wie in 2 dargestellt, umfasst der Steuerkreis 50 einen Gleichstromversorgungsschaltkreis 22, einen Wechselrichterschaltkreis 23 und einen Resonanzkondensator 24a.
Eine Eingangsstrom-Erfassungseinheit 25a erfasst einen Stromeingang von einer Wechselstromversorgung 21 (kommerzielle Stromversorgung) zu dem Gleichstromversorgungsschaltkreis 22, und gibt ein Spannungssignal entsprechend einem Eingangsstromwert an die Steuereinheit 45 aus.
Der Gleichstromversorgungsschaltkreis 22 enthält eine Diodenbrücke 22a, eine Drosselspule 22b und einen Glättungskondensator 22c, und wandelt einen Wechselstrom, welcher von der Wechselstromversorgung 21 eingetragen wird, in einen Gleichstrom um, um den Gleichstrom an den Wechselrichterschaltkreis 23 auszugeben.
Der Wechselrichterschaltkreis 23 ist ein Wechselrichter von einem sogenannten Halbrückentyp, in welchem IGBTs 23a und 23b als Schaltelemente in Reihe mit dem Ausgang des Gleichstromversorgungsschaltkreises 22 geschaltet sind, und Dioden 23c und 23d als Freilaufdioden mit den IGBTs 23a beziehungsweise 23b jeweils parallel geschaltet sind. Der Wechselrichterschaltkreis 23 ist eingerichtet, den von dem Gleichstromversorgungsschaltkreis 22 ausgegebenen Gleichstrom in hochfrequenten Wechselstrom von etwa 20 kHz bis etwa 50 kHz umzuwandeln, und den hochfrequenten Wechselstrom für einen Resonanzkreis, umfassend eine Heizspule 11a und den Resonanzkondensator 24a, bereitzustellen. Der Resonanzkondensator 24a ist mit der Heizspule 11a in Reihe geschaltet und der Resonanzkreis weist eine Resonanzfrequenz auf, welche einer Induktivität der Heizspule 11a, einer Kapazität des Resonanzkondensators 24a und anderen Faktoren entspricht. Die Induktivität der Heizspule 11a verändert sich in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu erwärmenden Objekts 5 (Metalllast), wenn die Metalllast magnetisch gekoppelt ist, und die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises verändert sich in Abhängigkeit von der Änderung in der Induktivität.
Durch die vorangehend beschriebene Konfiguration fließt ein hochfrequenter Strom von einigen zehn Ampere durch die Heizspule 11a. Durch einen hochfrequenten Magnetfluss, welcher durch den fließenden Hochfrequenzstrom generiert wird, wird das auf der Oberplatte 4 platzierte zu erwärmende Objekt 5 direkt über der Heizspule 11a induktiv erwärmt. Die IGBTs 23a und 23b, welche Schaltelemente sind, sind beispielsweise als siliziumbasierte Halbleiter ausgebildet, und können aus Halbleitern mit einer breiten Bandlücke aus Siliziumcarbid, einem Galliumnitrid-basierten Material oder einem anderen Material ausgebildet sein.
Die Halbleiter mit einer breiten Bandlücke können für die Schaltelemente verwendet werden, um Einspeisungsverluste in den Schaltelementen zu verringern. Außerdem strahlt der Steuerkreis, selbst wenn eine Schaltfrequenz (Steuerfrequenz) zu einer hohen Frequenz (hohen Geschwindigkeit) eingestellt wird, zufriedenstellend Wärme ab, mit dem Ergebnis, dass eine Heizrippe für den Steuerkreis klein ausgeführt werden kann, und dass Größen- und Kostenreduzierungen des Steuerkreises realisiert werden können.
Eine Spulenstrom-Erfassungseinheit 25b ist zwischen der Heizspule 11a und dem Resonanzkondensator 24a geschaltet. Die Spulenstrom-Erfassungseinheit 25b erfasst einen Strom, welcher beispielsweise durch die Heizspule 11a fließt, und gibt ein Spannungssignal entsprechend einem Heizspulen-Stromwert an die Steuereinheit 45 ab.
Eine Temperaturerfassungseinheit 30 ist beispielsweise aus einem Thermistor ausgebildet und erfasst eine Temperatur auf der Grundlage von Wärme, welche von dem zu erwärmenden Objekt 5 an die Oberplatte 4 übertragen wird. Die Temperaturerfassungseinheit 30 ist nicht auf den Thermistor beschränkt und jeder beliebige Sensor, beispielsweise ein Infrarotsensor, kann verwendet werden.
3 ist ein Funktions-Blockdiagramm zur Darstellung eines Beispiels der Steuereinheit in dem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 1. Die Steuereinheit 45 ist unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Die Steuereinheit 45, welche durch einen Mikrocomputer, einen digitalen Signalprozessor (DSP) oder dergleichen angelegt ist, ist eingerichtet, um den Betrieb des Induktionsherds 100 zu steuern, und enthält eine Antriebssteuereinheit 31, eine Lastbestimmungseinheit 32, eine Steuerfrequenz-Einstelleinheit 33, eine Stromänderungs-Erfassungseinheit 34, eine Stromauswahleinheit 35, eine Eingangs-/Ausgangs-Steuereinheit 36 und einen A/D-Wandler 37.
Die Antriebssteuereinheit 31 gibt Steuersignale DS an die IGBTs 23a und 23b des Wechselrichterschaltkreises 23 aus, um die IGBTs 23a und 23b zu veranlassen, Schaltoperationen durchzuführen und dadurch den Wechselrichterschaltkreis 23 anzutreiben. Dann steuert die Antriebssteuereinheit 31 die Hochfrequenzleistung, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird, um die Erwärmung des zu erwärmenden Objekts 5 zu steuern. Jedes der Steuersignale DS ist beispielsweise ein Signal, welches eine vorherbestimmte Steuerfrequenz (die Steuerfrequenz bzw. driving frequency wird im Rahmen der Erfindung auch als Antriebsfrequenz bezeichnet) von etwa 20 kHz bis etwa 50 kHz mit einem vorherbestimmten Einschaltverhältnis (beispielsweise 0,5) aufweist.
Die Lastbestimmungseinheit 32 ist eingerichtet, die Lastbestimmungsverarbeitung an dem zu erwärmenden Objekt 5 durchzuführen, und bestimmt ein Material des zu erwärmenden Objekts 5 als eine Last. Die Lastbestimmungseinheit 32 bestimmt das Material des zu erwärmenden Objekts 5 (Topf), welches als die Last dient, durch allgemeines Einteilen des Materials in zum Beispiel ein magnetisches Material, beispielsweise Eisen und SUS 430, ein hoch widerstandsfähiges, nichtmagnetisches Material, beispielsweise SUS 304, und ein gering widerstandsfähiges, nichtmagnetisches Material, beispielsweise Aluminium und Kupfer.
Die Steuerfrequenz-Einstelleinheit 33 ist eingerichtet, eine Steuerfrequenz f der Steuersignale DS einzustellen, welche an den Wechselrichterschaltkreis 23 ausgegeben werden soll, wenn der Wechselrichterschaltkreis 23 die Heizspule 11a mit Leistung versorgt. Insbesondere weist die Steuerfrequenz-Einstelleinheit 33 eine Funktion zur automatischen Einstellung der Steuerfrequenz f auf der Grundlage von einem Bestimmungsergebnis der Lastbestimmungseinheit 32 auf. Noch spezieller speichert die Steuerfrequenz-Einstelleinheit 33 beispielsweise eine Tabelle zur Bestimmung der Steuerfrequenz f in Abhängigkeit von dem Material des zu erwärmenden Objekts 5 und der eingestellten Heizleistung. Dann, wenn ein Ergebnis der Lastbestimmung und die eingestellte Heizleistung eingegeben werden, greift die Steuerfrequenz-Einstelleinheit 33 auf die Tabelle zur Bestimmung eines Werts fd der Steuerfrequenz f zurück. Die Steuerfrequenz-Einstelleinheit 33 stellt eine Frequenz ein, welche höher ist als die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises, so dass der Eingangsstrom nicht zu groß wird.
Auf diese Weise treibt die Steuerfrequenz-Einstelleinheit 33 den Wechselrichterschaltkreis 23 mit der Steuerfrequenz f entsprechend dem Material des zu erwärmenden Objekts 5 auf der Grundlage von dem Lastbestimmungsergebnis an, mit dem Ergebnis, dass eine Erhöhung im Eingangsstrom gesteuert werden kann und somit der Temperaturanstieg des Wechselrichterschaltkreises 23 gesteuert werden kann, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen.
Der A/D-Wandler 37 wandelt ein analoges Signal des Eingangsstroms, welcher durch die Eingangsstrom-Erfassungseinheit 25a erfasst wurde, und einen analogen Wert des Spulenstroms, welcher durch die Spulenstrom-Erfassungseinheit 25b erfasst wurde, in digitale Werte um. Beispielsweise wird durch die Wandlung mit einer 8-Bit Auflösung ein 256-Stufen Digitalwert (Zählwert) variierend zwischen 0 bis 255 erhalten.
Die Stromauswahleinheit 35 wählt einen Strom aus dem Eingangsstrom oder dem Spulenstrom in Abhängigkeit von einem Bestimmungsergebnis der Lastbestimmungseinheit 32 aus. Die Einzelheiten von einer Stromauswahloperation werden später beschrieben.
Die Stromänderungserfassungseinheit 34 erfasst einen Änderungsbetrag ΔI (Zeitänderung) in dem Strom, welcher zwischen dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom durch die Stromauswahleinheit 35 je vorherbestimmter Zeit ausgewählt wurde, wenn der Wechselrichterschaltkreis 23 mit der Steuerfrequenz f = fd betrieben wird, welche durch die Steuerfrequenz-Einstelleinheit 33 eingestellt wurde. Die vorherbestimmte Zeit kann eine voreingestellte Zeitperiode oder eine Zeitperiode sein, welche durch einen Betrieb der Betriebseinheit 40 veränderbar ist.
Wenn der Änderungsbetrag ΔI, welcher durch die Stromänderungs-Erfassungseinheit 34 erfasst wurde, gleich oder kleiner als ein Schwellenwert wird, stellt die Antriebssteuereinheit 31 die Fixierung der Steuerfrequenz f = fd zurück, und erhöht die Steuerfrequenz f um den Zunahmebetrag Δf (f = fd + Δf), um den Wechselrichterschaltkreis 23 anzutreiben.
Funktionsweise
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Induktionsherds 100 gemäß Ausführungsform 1 beschrieben.
Zunächst wird eine Funktionsweise beschrieben, in einem Fall, in welchem das zu erwärmende Objekt 5, welches auf dem Erwärmungsbereich der Oberplatte 4 platziert ist, mit der Heizleistung induktiv erwärmt wird, welche durch die Betriebseinheit 40 eingestellt wird.
Das zu erwärmende Objekt 5 wird durch den Benutzer auf dem Erwärmungsbereich platziert und an der Betriebseinheit 40 wird eine Anweisung ausgegeben, um die Erwärmung (Eingangsheizleistung) zu starten. Dann führt die Steuereinheit 45 (Lastbestimmungseinheit) die Lastbestimmungsverarbeitung durch.
4 ist ein Charakteristik-Diagramm zur Lastbestimmung des zu erwärmenden Objekts auf der Grundlage von einer Korrelation zwischen dem Heizspulenstrom und dem Eingangsstrom in dem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 1.
Das Material des zu erwärmenden Objekts 5 (Topf), welches als die Last dient, wird allgemein als magnetisches Material, beispielsweise Eisen und SUS 430, als hoch widerstandsfähiges, nichtmagnetisches Material, beispielsweise SUS 304, und als wenig widerstandsfähiges, nichtmagnetisches Material, beispielsweise Aluminium und Kupfer, klassifiziert.
Wie in 4 dargestellt, ändert sich die Korrelation zwischen dem Spulenstrom und dem Eingangsstrom in Abhängigkeit von dem Material der Topflast, welche auf der Oberplatte 4 platziert wird. Die Steuereinheit 45 speichert eine Lastbestimmungstabelle, welche die Korrelation zwischen dem Spulenstrom und dem Eingangsstrom ausdrückt, welches bereits im Vorfeld in 4 in Tabellenform dargestellt ist. Durch internes Speichern der Lastbestimmungstabelle kann eine Lastbestimmungseinheit mit einer kostengünstigen Konfiguration ausgeführt sein.
Bei der Lastbestimmungsverarbeitung treibt die Steuereinheit 45 den Wechselrichterschaltkreis 23 durch ein bestimmtes Steuersignal zur Lastbestimmung an, um den Eingangsstrom von einem Ausgangssignal zu erfassen, welches von der Eingangsstrombestimmungseinheit 25a ausgegeben wurde. Gleichzeitig erfasst die Steuereinheit 45 außerdem den Spulenstrom von einem Ausgangssignal, welches von der Spulenstrom-Erfassungseinheit 25b ausgegeben wurde. Die Steuereinheit 45 bestimmt das Material des platzierten zu erwärmenden Objekts 5 (Topf) aus dem erfassten Spulenstrom und Eingangsstrom und aus der Lastbestimmungstabelle zur Anzeige des Verhältnisses gemäß 4. Auf diese Weise bestimmt die Steuereinheit 45 (Lastbestimmungseinheit) das Material des zu erwärmenden Objekts 5, welches über der Heizspule 11a platziert ist, auf der Grundlage von einer Korrelation zwischen dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom.
Nach der vorangehend beschriebenen Lastbestimmungsverarbeitung führt die Steuereinheit 45 einen Steuerbetrieb auf der Grundlage von einem Lastbestimmungsergebnis durch.
Wenn das Lastbestimmungsergebnis darauf hinweist, dass keine Last vorliegt, steuert die Steuereinheit 45 die Bekanntgabeeinheit 42 zur Bekanntgabe, dass die Erwärmung nicht durchgeführt werden kann, wodurch der Benutzer veranlasst wird, einen Topf zu platzieren. Zu diesem Zeitpunkt wird die Hochfrequenzleistung nicht von dem Steuerkreis 50 für die Heizspule 11a bereitgestellt.
Wenn das Lastbestimmungsergebnis auf das magnetische Material, das hoch widerstandsfähige, nichtmagentische Material und das gering widerstandsfähige, nichtmagnetische Material hinweist, bestehen die Töpfe aus Materialien, welche durch den Induktionsherd 100 gemäß Ausführungsform 1 erwärmt werden können. Somit bestimmt die Steuereinheit 45 die Steuerfrequenz, welche für das bestimmte Material geeignet ist. Die Steuerfrequenz wird auf eine Frequenz eingestellt, welche höher ist als die Resonanzfrequenz, so dass der Eingangsstrom nicht übermäßig groß wird. Die Steuerfrequenz kann durch Zurückgreifen beispielsweise auf eine Frequenztabelle bestimmt werden, welche für das Material des zu erwärmenden Objekts 5 und die eingestellte Heizleistung geeignet ist.
Die Steuereinheit 45 treibt den Wechselrichterschaltkreis 23 in einem Zustand an, in welchem die bestimmte Steuerfrequenz fest wird, und startet einen Induktionswärmebetrieb. In dem Zustand, in welchem die Steuerfrequenz fest wird, wird außerdem die Einschaltzeit (An/Aus-Verhältnis) der Schaltelemente des Wechselrichterschaltkreises 23 in einen festen Zustand eingestellt.
5 ist ein Korrelationsdiagramm des Stroms in Bezug auf die Steuerfrequenz des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1, wenn sich die Temperatur des zu erwärmenden Objekts verändert. In 5 repräsentiert die dünn gezeichnete Linie eine Charakteristik, wenn eine Temperatur des zu erwärmenden Objekts 5 (Topf) niedrig ist, wohingegen die dick gezeichnete Linie eine Charakteristik repräsentiert, wenn die Temperatur des zu erwärmenden Objekts 5 hoch ist.
Wie in 5 dargestellt, besteht der Grund dafür, dass sich die Eigenschaft in Abhängigkeit von der Temperatur des zu erwärmenden Objekts 5 verändert, darin, dass die magnetische Kopplung zwischen der Heizspule 11a und dem zu erwärmenden Objekt 5 aufgrund einer Erhöhung des elektrischen Widerstands verändert wird, welche durch einen Temperaturanstieg und eine Verringerung der magnetischen Permeabilität des zu erwärmenden Objekts 5 verursacht wird.
In der Steuereinheit 45 des Induktionsherds 100 gemäß Ausführungsform 1 wird eine Frequenz als Steuerfrequenz bestimmt, welche höher ist als eine Frequenz, mit welcher der Strom (Eingangsstrom oder Spulenstrom), gezeigt in 5, sein Maximum erreicht. Wenn die Steuerfrequenz fest ist, wird der Wechselrichterschaltkreis 23 gesteuert.
6 ist eine vergrößerte Ansicht zur Darstellung eines Abschnitts, welcher in 5 durch eine eingezeichnete Strichlinie hervorgehoben ist.
Der Wechselrichterschaltkreis 23 wird mit der festen Steuerfrequenz gesteuert, welche für das Topfmaterial geeignet ist, welches in der vorangehend beschriebenen Lastbestimmungsverarbeitung bestimmt wird.
Dann, wenn sich die Temperatur des zu erwärmenden Objekts 5 von niedrig auf hoch verändert, verändert sich ein Stromwert (Betriebspunkt) der Steuerfrequenz von dem Punkt A zu dem Punkt B. Mit dem Temperaturanstieg des zu erwärmenden Objekts 5 wird der Strom schrittweise reduziert.
In diesem Fall erhält die Steuereinheit 45 den Änderungsbetrag ΔI in dem Strom (Eingangsstrom oder Spulenstrom) je vorherbestimmter Zeit in dem Zustand, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest wird. Auf der Grundlage von dem Änderungsbetrag je vorherbestimmter Zeit wird eine Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts 5 erfasst.
Somit kann die Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts 5 unabhängig von dem Material des zu erwärmenden Objekts 5 erfasst werden. Außerdem kann die Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts 5 auf der Grundlage der Veränderung des Stroms erfasst werden, mit dem Ergebnis, dass die Temperaturänderung im Vergleich zu einem Temperatursensor oder einer anderen Vorrichtung mit hoher Geschwindigkeit erfasst werden kann.
Des Weiteren wird das Material des zu erwärmenden Objekts 5, welches über der Heizspule 11a platziert ist, bestimmt. In Abhängigkeit von dem Material des zu erwärmenden Objekts 5 wird die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 bestimmt. Der Wechselrichterschaltkreis 23 wird mit der Steuerfrequenz betrieben. Somit kann der Wechselrichterschaltkreis 23 in dem Zustand betrieben werden, in welchem die Steuerfrequenz fest wird, welche für das Material des zu erwärmenden Objekts 5 geeignet ist, wodurch eine Erhöhung in dem Eingangsstrom gesteuert wird. Somit kann ein Temperaturanstieg des Wechselrichterschaltkreises 23 gesteuert werden, wodurch es möglich ist, die Zuverlässigkeit zu erhöhen.
Stromauswahlbetrieb
Mit dem Temperaturanstieg des zu erwärmenden Objekts 5 kommt es zu einer Reduzierung sowohl des Eingangsstroms, welcher durch die Eingangsstrom-Erfassungseinheit 25a erfasst wird, als auch des Spulenstroms, welcher durch die Spulenstrom-Erfassungseinheit 25b erfasst wird. In Abhängigkeit von dem Material des zu erwärmenden Objekts 5 unterscheiden sich allerdings die Änderungsbeträge in dem Spulenstrom und in dem Eingangsstrom. Insbesondere gibt es einige Materialien, bei welchen der Änderungsbetrag (Abnahmebetrag) in dem Spulenstrom groß ist, und wiederum andere Materialien, bei welchen der Änderungsbetrag (Abnahmebetrag) in dem Eingangsstrom groß ist.
Durch die Auswahl des Stroms mit einem großen Änderungsbetrag zwischen dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom kann eine größere Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts 5 festgestellt werden. Folglich kann die Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts 5 mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
7 ist ein Graph zur Darstellung eines Stromauswahlbetriebs auf der Grundlage von der Korrelation zwischen dem Heizspulenstrom und dem Eingangsstrom in dem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 1.
Wie vorangehend beschrieben kann die Kategorie des Materials des zu erwärmenden Objekts 5 (Topf), welches als eine Last dient, auf der Grundlage von einer Korrelation zwischen dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom bestimmt werden. Einige der zu erwärmenden Objekte 5, welche in dieselbe Kategorie fallen, weisen einen hohen Änderungsbetrag in dem Spulenstrom auf, wobei andere zu erwärmende Objekte 5 wiederum einen hohen Änderungsbetrag in dem Eingangsstrom aufweisen. Im Hinblick auf diese Tatsache, wie in 7 dargestellt, speichert die Lastbestimmungseinheit 32 vorab ein Größenverhältnis zwischen dem Änderungsbetrag in dem Eingangsstrom und dem Änderungsbetrag in dem Spulenstrom in Verbindung mit dem Wert des Eingangsstroms und dem Wert des Spulenstroms basierend auf experimentellen Daten oder anderen Faktoren. Dann bestimmt die Lastbestimmungseinheit 32 das Größenverhältnis zwischen der Änderung in dem Eingangsstrom und der Änderung in dem Spulenstrom während der induktiven Erwärmung des zu erwärmenden Objekts 5, indem diese auf die vorabgespeicherten Informationen zu dem korrespondierenden Verhältnis auf der Grundlage von dem Eingangsstrom, welcher durch die Eingangsstrom-Erfassungseinheit 25a erfasst wurde, und dem Spulenstrom, welcher durch die Spulenstrom-Erfassungseinheit 25b erfasst wurde, zurückgreift. Die Stromauswahleinheit 35 wählt denjenigen Strom mit dem größeren Änderungsbetrag zwischen dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom in Abhängigkeit von dem Bestimmungsergebnis der Lastbestimmungseinheit 32 aus. Dann erhält die Stromveränderungs-Erfassungseinheit 34 den Änderungsbetrag in dem Strom, welcher durch die Stromauswahleinheit 35 je vorherbestimmter Zeit ausgewählt wurde.
Wasserkochmodus 1
Anschließend wird ein Betrieb beschrieben, wenn der Wasserkochmodus zum Abschluss eines Wasserkochbetriebs für Wasser, welches in das zu erwärmende Objekt 5 eingefüllt ist, durch die Betriebseinheit 40 als Kochmenü (Betriebsmodus) ausgewählt wird.
Die Steuereinheit 45 führt die Lastbestimmungsverarbeitung in einer Weise ähnlich dem vorangehend beschriebenen Betrieb durch, bestimmt die Steuerfrequenz, welche für das bestimmte Topfmaterial geeignet ist, und treibt den Wechselrichterschaltkreis 23 mit der bestimmten Steuerfrequenz an, welche fest ist, um den Induktionswärmebetrieb durchzuführen. Dann bestimmt die Steuereinheit 45 den Abschluss des Kochvorgangs auf der Grundlage von der zeitlichen Veränderung in dem Strom. Hierbei werden die abgelaufene Zeit und Veränderungen der Eigenschaften während dem Wasserkochvorgang unter Bezugnahme auf die 8 erläutert.
Die 8 sind Graphen zur Darstellung der Verhältnisse zwischen der Zeit und der jeweiligen Steuerfrequenz, der Temperatur und den Strömen in dem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 1. In den 8 sind die abgelaufene Zeit und die Veränderungen der Eigenschaften während dem Wasserkochvorgang dargestellt, nachdem das Wasser in das zu erwärmende Objekt 5 eingefüllt wurde. 8 (a) ist ein Graph zur Darstellung der Steuerfrequenz, 8 (b) ist ein Graph zur Darstellung der Temperatur (Wassertemperatur) und 8 (c) ist ein Graph zur Darstellung der Ströme (Eingangsstrom und Spulenstrom).
Wie in 8 (a) dargestellt, wird der Wechselrichterschaltkreis 23 durch die feste Steuerfrequenz gesteuert. Wie in 8 (b) dargestellt, steigt die Temperatur (Wassertemperatur) des zu erwärmenden Objekts 5 schrittweise bis zum Erreichen des Siedepunktes an. Nach Erreichen des Siedepunktes wird die Temperatur konstant. Wie in 8 (c) dargestellt, fallen die Ströme (Eingangsstrom und Spulenstrom) mit dem Temperaturanstieg des zu erwärmenden Objekts 5 schrittweise ab. Wenn das Wasser kocht und die Temperatur konstant wird, werden auch die Ströme konstant. Insbesondere bedeuten die konstanten Ströme, dass das Wasser zur Durchführung des Wasserkochvorgangs gekocht wird.
Aus den vorangehend beschriebenen Tatsachen wählt die Steuereinheit 45 gemäß Ausführungsform 1 einen Eingangsstrom oder Spulenstrom durch den vorstehend beschriebenen Stromauswahlbetrieb aus, erhält den Änderungsbetrag (Zeitveränderung) in dem ausgewählten Strom je vorherbestimmter Zeit, und bestimmt den Abschluss des Wasserkochvorgangs, wenn der Änderungsbetrag für die vorherbestimmte Zeit gleich oder kleiner als ein vorherbestimmter Wert wird.
Informationen über den vorherbestimmten Wert können in der Steuereinheit 45 im Voraus eingestellt oder durch die Betriebseinheit 40 oder durch andere Methoden eingegeben werden.
Dann verwendet die Steuereinheit 45 die Bekanntgabeeinheit 42 zur Bekanntgabe des Abschlusses des Kochvorgangs. Die Bekanntgabeeinheit 42 zeigt den Abschluss des Kochvorgangs auf der Anzeigeeinheit 41 an oder gibt an den Benutzer eine Audio-Bekanntgabe unter Verwendung eines Lautsprechers (nicht dargestellt) aus, und ein diesbezügliches Verfahren ist nicht speziell eingeschränkt.
Wie vorstehend erläutert wird in dem Wasserkochmodus zur Einstellung des Wasserkochbetriebs der Änderungsbetrag in dem Eingangsstrom oder dem Spulenstrom je vorherbestimmter Zeit in dem Zustand erhalten, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest wird. Wenn der Änderungsbetrag je vorherbestimmte Zeit gleich oder kleiner als der vorherbestimmte Wert wird, wird der Abschluss des Wasserkochvorgangs durch die Bekanntgabeeinheit 42 bekannt gegeben.
Somit kann der Abschluss des Wasserkochvorgangs schnell bekannt gegeben und der einfach zu handhabende Induktionsherd dementsprechend realisiert werden.
Des Weiteren kann durch die Auswahl des Stroms mit dem größeren Änderungsbetrag zwischen dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom eine größere Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts 5 festgestellt werden. Die Erfassungsgenauigkeit des Kochvorgangs kann verbessert werden. Im Ergebnis kann der einfach zu handhabende Induktionsherd realisiert werden.
Wasserkochmodus 2
Nachfolgend wird ein weiterer Steuerbetrieb in einem Fall beschrieben, in welchem der Wasserkochmodus durch die Betriebseinheit 40 ausgewählt wird.
Die Steuereinheit 45 führt die Lastbestimmungsverarbeitung in einer Weise ähnlich dem vorangehend beschriebenen Betrieb durch, bestimmt die Steuerfrequenz, welche für das bestimmte Topfmaterial geeignet ist, und treibt den Wechselrichterschaltkreis 23 mit der bestimmten Steuerfrequenz an, welche fest ist, um den Induktionswärmebetrieb zu realisieren. Des Weiteren wird der vorangehend beschriebene Stromauswahlbetrieb durchgeführt, um einen Strom aus dem Eingangsstrom oder dem Spulenstrom auszuwählen. Dann bestimmt die Steuereinheit 45 den Abschluss des Kochvorgangs auf der Grundlage von dem Änderungsbetrag in dem Strom, welcher zwischen dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom (nachfolgend einfach als „Strom“ bezeichnet) je vorherbestimmter Zeit ausgewählt wurde.
Außerdem, wenn der Änderungsbetrag je vorherbestimmter Zeit, welcher in dem Zustand erhalten wurde, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest wird, gleich oder kleiner als der vorherbestimmte Wert wird, stellt die Steuereinheit 45 die Fixierung der Steuerfrequenz zurück, so dass die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 variabel verändert wird, wodurch die Hochfrequenzleistung, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird, variabel verändert wird. Die Einzelheiten des vorangehend beschriebenen Betriebs sind unter Bezugnahme auf die 9 und die 10 erläutert.
9 ist eine vergrößerte Ansicht zur Darstellung eines Abschnitts, welcher in 5 durch die eingezeichnete Strichlinie hervorgehoben ist.
Die 10 sind Graphen zur Darstellung der Verhältnisse zwischen der Zeit und der jeweiligen Steuerfrequenz, der Temperatur und dem Strom in dem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 1. In den 10 sind die abgelaufene Zeit und Veränderungen in den Eigenschaften während dem Wasserkochvorgang dargestellt, nachdem das Wasser in das zu erwärmende Objekt 5 eingefüllt wurde. 10 (a) ist ein Graph zur Darstellung der Steuerfrequenz, 10 (b) ist ein Graph zur Darstellung der Temperatur (Wassertemperatur) und 10 (c) ist ein Graph zur Darstellung des Stroms (des durch die Stromauswahleinheit 35 ausgewählten Stroms).
Ähnlich dem vorangehend beschriebenen Betrieb in dem Wasserkochmodus 1, nachdem die Erwärmung mit der festen Steuerfrequenz gestartet ist ( 10 (a)), steigt die Temperatur (Wassertemperatur) des zu erwärmenden Objekts 5 schrittweise an, bis der Siedepunkt erreicht ist (10 (b)). Während der Steuerung mit der festen Steuerfrequenz verändert sich der Stromwert (Betriebspunkt) mit der Steuerfrequenz von dem Punkt E zu dem Punkt B, wie in 9 dargestellt ist. Mit dem Temperaturanstieg des zu erwärmenden Objekts 5 fällt der Strom schrittweise ab.
Nachdem das Wasser zum Kochen gebracht wurde, um die Temperatur konstant zu halten, wird auch der Strom konstant (10 (c)). Im Ergebnis bestimmt die Steuereinheit 45 zu einer Zeit t1, dass der Änderungsbetrag in dem Strom je vorherbestimmter Zeit gleich oder kleiner als der vorherbestimmte Wert wird, und bestimmt somit den Abschluss des Wasserkochvorgangs.
Anschließend stellt die Steuereinheit 45 die Fixierung der Steuerfrequenz zurück, erhöht die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23, um den Strom herabzusetzen, und reduziert die Hochfrequenzleistung (Heizleistung), mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird. Zu diesem Zeitpunkt, selbst wenn die Steuerfrequenz erhöht wird, um die Heizleistung zu reduzieren, fällt die Temperatur kaum ab. Somit verschiebt (verändert) sich der Betriebspunkt von dem Punkt B zu dem Punkt C, wie in 9 dargestellt ist.
Danach legt die Steuereinheit 45 die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 erneut fest und fährt mit der Erwärmung mit einer reduzierten Heizleistung fort.
In dem Fall des Wasserkochvorgangs (Aufkochen von Wasser), wird die Wassertemperatur nicht höher als 100 Grad Celsius, selbst wenn die Heizleistung mehr als erforderlich erhöht wird. Somit kann die Wassertemperatur gehalten werden, selbst nachdem die Steuerfrequenz erhöht wurde, um die Heizleistung zu reduzieren.
Wie vorangehend beschrieben, wenn der Änderungsbetrag in dem Strom je vorherbestimmter Zeit gleich oder kleiner als der vorherbestimmte Wert wird, wird der Antrieb des Wechselrichterschaltkreises 23 gesteuert, um die Hochfrequenzleistung zu reduzieren, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird. Somit kann die Eingangsleistung zur Energieersparnis reduziert werden.
Weiterhin erhöht die Steuereinheit 45 zum Zeitpunkt t1 die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23, während der Abschluss des Wasserkochvorgangs dem Benutzer durch die Bekanntgabeeinheit 42 bekannt gegeben wird. Die Bekanntgabe an den Nutzer kann vor oder nach der Erhöhung der Steuerfrequenz erfolgen.
Der Benutzer gibt manchmal eine Zutat in das zu erwärmende Objekt 5 (Topf) hinein, da die Bekanntgabe des Abschlusses des Wasserkochvorgangs erfolgt ist. Hierbei wird ein Fall als Beispiel erläutert, bei welchem eine Zutat in das zu erwärmende Objekt 5 zu einem Zeitpunkt t2 hineingegeben wird.
Wie in 10 dargestellt, kommt es nachdem die Zutat in das zu erwärmende Objekt 5 zu dem Zeitpunkt t2 hineingegeben wurde, zu einer Senkung der Temperatur des zu erwärmenden Objekts 5, wie in 10 (b) dargestellt. Der Temperaturabfall ist erheblicher, wenn die hineingegebene Zutat eine niedrige Temperatur aufweist, wie dies beispielsweise bei tiefgefrorenen Lebensmitteln der Fall ist. Weiterhin kommt es mit dem Temperaturabfall zu einem plötzlichen Stromanstieg, wie in 10 (c) dargestellt ist.
Zu diesem Zeitpunkt verschiebt (verändert) sich der Betriebspunkt von dem Punkt C zu dem Punkt D, wie in 9 dargestellt ist.
Wenn sich der Änderungsbetrag je vorherbestimmter Zeit, welcher in dem Zustand erhalten wird, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest wird, um einen zweiten vorherbestimmten Wert oder mehr vergrößert, bestimmt die Steuereinheit 45, dass die Temperatur aufgrund eines Kochzutat-Hinzugabebetriebs, eines Wasserzugabebetriebs oder andere Betriebe (Zeit t3) gesenkt wird.
Informationen über den zweiten vorherbestimmten Wert können in der Steuereinheit 45 voreingestellt sein oder über die Betriebseinheit 40 oder durch andere Methoden eingegeben sein.
Dann wird zum Zeitpunkt t3 durch die Steuereinheit 45 die Fixierung der Steuerfrequenz zurückgestellt, die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 herabgesetzt, um den Strom zu erhöhen, und die Hochfrequenzleistung (Heizleistung) erhöht, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird. Auf diese Weise verschiebt (verändert) sich der Betriebspunkt von dem Punkt D auf den Punkt E, wie in 9 dargestellt ist.
Dann legt die Steuereinheit 45 die Steuerfrequenz des Wechselrichterschalkreises 23 erneut fest, und fährt mit der Erwärmung mit der erhöhten Heizleistung fort.
Zum Zeitpunkt t3 wird die Steuerfrequenz in einen Niedrigtemperaturzustand gesenkt und somit der Strom weiter erhöht. Mit dem Temperaturanstieg sinkt allerdings schrittweise der Strom (10 (b) und 10 (c)). Zu diesem Zeitpunkt, wie in 9 dargestellt, verschiebt (verändert) sich der Betriebspunkt von dem Punkt E auf den Punkt B.
Auf diese Weise bestimmt die Steuereinheit 45 zum Zeitpunkt t4, dass der Änderungsbetrag in dem Strom je vorherbestimmter Zeit gleich oder kleiner als der vorherbestimmte Wert wird, und bestimmt somit, dass der Wasserkochvorgang erneut durchgeführt wurde.
Anschließend stellt die Steuereinheit 45 die Fixierung der Steuerfrequenz zurück, erhöht erneut die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23, um den Strom herabzusetzen, und reduziert die Hochfrequenzleistung (Heizleistung), mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird. Anschließend wird der vorangehend beschriebene Betrieb wiederholt, bis ein Heizstoppbetrieb (Ende des Wasserkochmodus) durch die Betriebseinheit 40 eingeleitet wird.
Mit dem vorangehend beschriebenen Betrieb verschiebt (verändert) sich der in 9 dargestellte Betriebspunkt in der Reihenfolge von Punkt E, dem Punkt B und dem Punkt C.
Wie vorangehend beschrieben, wenn der Änderungsbetrag je vorherbestimmter Zeit, welcher in dem Zustand erhalten wird, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest wird, gleich oder größer als der zweite vorherbestimmte Wert wird, wird die Fixierung der Steuerfrequenz zurückgestellt und der Antrieb des Wechselrichterschaltkreises 23 gesteuert, um die Hochfrequenzleistung zu erhöhen, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird. Auf diese Weise kann der Temperaturabfall des zu erwärmenden Objekts 5 schnell erfasst werden, um die Heizleistung zu erhöhen. Folglich kann ein Kurzzeit-Kochvorgang realisiert werden. Des Weiteren kann die Realisierung des Kurzzeit-Kochvorgangs Benutzerkomfort bereitstellen, um Energie einzusparen.
Des Weiteren, wenn die Steuerung mit der Steuerfrequenz erfolgt, welche fest aufrechterhalten bleibt beispielsweise in dem Fall, in welchem nach dem Aufkochen eine Zutat hinzugefügt oder Wasser hinzu gefüllt wird, kann die zur Erwärmung der Zutat (Wasser) notwendige Heizleistung nicht hinreichend erzielt werden. Somit besteht ein Problem darin, dass sich die Kochzeit verlängert, so dass sich der Benutzerkomfort verschlechtert und der Stromverbrauch insgesamt erhöht wird.
Obwohl das Verfahren zur Steuerung der Heizleistung durch Verändern der Steuerfrequenz vorangehend beschrieben wurde, kann auch ein Verfahren zur Steuerung der Heizleistung durch Verändern der Einschaltzeit (Ein/Aus-Verhältnis) der Schaltelemente des Wechselrichterschaltkreises 23 eingesetzt werden.
Frittiermodus
Nachfolgend wird ein Frittierbetrieb zum Erhitzen von Öl in dem zu erwärmenden Objekt 5 auf eine vorherbestimmte Temperatur beschrieben.
Im Unterschied zum Aufkochen von Wasser, wird in dem Fall, in welchem Öl erhitzt wird, selbst dann wenn die Steuerung mit der festen Steuerfrequenz fortgeführt wird, eine Veränderung in dem Strom nicht konstant und eine Temperatur des Öls steigt kontinuierlich an. Im ungünstigsten Fall besteht ein Risiko, dass sich das Öl entzünden kann.
In der Ausführungsform 1, wie in 2 dargestellt, werden unter Verwendung der Temperaturerfassungseinheit 30, beispielsweise dem Thermistor und dem Infrarotsensor, zur Erfassung der Temperatur des zu erwärmenden Objekts 5 sowohl die Erfassung des Änderungsbetrages in dem Strom als auch die Temperaturerfassung durch die Temperaturerfassungseinheit 30 durchgeführt. Auf diese Weise wird der Induktionsherd mit hoher Zuverlässigkeit durch Steuerung einer Überhitzung des Öls realisiert.
Wenn ein Frittiermodus als Kochmenü (Betriebsmodus) über die Betriebseinheit 40 ausgewählt wird, führt die Steuereinheit 45 die Lastbestimmungsverarbeitung wie vorangehend beschrieben durch, bestimmte eine geeignete Steuerfrequenz für das Material des zu erwärmenden Objekts 5 und führt den Induktionswärmebetrieb mit der so bestimmten Steuerfrequenz, welche fest ist, durch.
Außerdem kann durch die Ausgabe eines Stromwerts während der Erwärmung und der Temperatur, welche durch die Temperaturerfassungseinheit 30 erfasst wurde, an die Steuereinheit 45, durch die Steuereinheit 45 ein Verhältnis zwischen der Temperatur und dem Strom gespeichert werden.
Wenn die Temperatur, welche durch die Temperaturerfassungseinheit 30 erfasst wurde, eine Temperatur erreicht, welche für den Frittiervorgang (vorherbestimmte Temperatur) geeignet ist, stellt die Steuereinheit 45 die Fixierung der Steuerfrequenz zurück, und erhöht schrittweise die Steuerfrequenz, um die Heizleistung herabzusetzen, um die Temperatur zu halten. Zu diesem Zeitpunkt, insbesondere, wenn die Steuerfrequenz schrittweise erhöht wird, werden der Wert des Eingangsstroms, welcher durch die Eingangsstrom-Erfassungseinheit 25a erfasst wurde, und die Temperatur, welche durch die Temperaturerfassungseinheit 30 erfasst wurde, sowie die veränderte Steuerfrequenz in der Steuereinheit 45 gespeichert.
Die Steuereinheit 45 steuert die Bekanntgabeeinheit 42 zur Bekanntgabe des Abschlusses des Vorheizens für den Frittiervorgang an den Benutzer, und legt die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 erneut fest, um mit der Erwärmung mit der reduzierten Heizleistung fortzufahren. Die Bekanntgabe an den Benutzer kann vor oder nach dem Erhöhen der Steuerfrequenz erfolgen.
Nachdem die Lebensmittelzutat durch den Benutzer nach der Bekanntgabe des Abschlusses des Vorheizens in das zu erwärmende Objekt 5 hineingegeben wurde, steigt die Temperatur des Öls an. In dem Fall, in welchem die hinzugegebene Lebensmittelzutat ein Tiefkühllebensmittel ist, ist die Temperaturdifferenz zu dem Öl groß. Falls die Menge der hinzugegebenen Lebensmittelzutat groß ist, fällt die Öltemperatur plötzlich ab.
Wenn der Änderungsbetrag in dem Eingangsstrom oder dem Spulenstrom je vorherbestimmter Zeit, welcher in dem Zustand erhalten wird, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest wird, gleich oder größer als ein dritter vorherbestimmter Wert wird, steuert die Steuereinheit 45 den Antrieb des Wechselrichterschaltkreises 23 zur Erhöhung der Hochfrequenzleistung, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird.
Informationen über den dritten vorherbestimmten Wert können in der Steuereinheit 45 voreingestellt oder über die Betriebseinheit 40 oder durch andere Methoden eingegeben sein.
Wie vorangehend beschrieben, wenn die Temperatur, welche durch die Temperaturerfassungseinheit 30 erfasst wurde, die vorherbestimmte Temperatur überschreitet, wird die Hochfrequenzleistung reduziert, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird. Wenn der Änderungsbetrag in dem Strom je vorherbestimmter Zeit, welcher in dem Zustand erhalten wird, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest wird, gleich oder größer als der dritte vorherbestimmte Wert wird, wird der Antrieb des Wechselrichterschaltkreises 23 gesteuert, um die Hochfrequenzleistung zu erhöhen, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird. Somit wird der Temperaturabfall des Öls gesteuert, um den Erhalt einer geeigneten Temperatur für den Frittiervorgang zu ermöglichen. Somit kann der leicht zu handhabende Induktionsherd mit einer verkürzten Frittierzeit bereitgestellt werden.
Wenn die Temperatur beispielsweise nur durch die Temperaturerfassungseinheit 30 erfasst wird, beispielsweise den Thermistor und den Infrarotsensor, besteht ein Problem in der Erzeugung einer Verzögerung bei der Erfassung der Temperaturänderung des Öls, nachdem die Lebensmittelzutat hinzugegeben wurde. In der Ausführungsform 1 verändert sich der Strom, welcher durch die feste Steuerfrequenz gesteuert wird, plötzlich. Somit kann durch die Erfassung des Änderungsbetrages des Stroms der Temperaturabfall des Öls erfasst werden.
Konfigurationsbeispiel eines weiteren Steuerkreises
Nachfolgend wird ein Beispiel unter Verwendung eines weiteren Steuerkreises erläutert. 11 ist ein Diagramm zur Darstellung des anderen Steuerkreises des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.
Der Steuerkreis 50, gezeigt in 11, umfasst in der in 2 dargestellten Konfiguration zusätzlich einen Resonanzkondensator 24b. Der Rest der Konfiguration entspricht der Konfiguration gemäß 2 und gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Wie vorangehend beschrieben, bilden die Heizspule 11a und die Resonanzkondensatoren den Resonanzkreis. Somit werden die Kapazitäten der Resonanzkondensatoren auf der Grundlage der Maximalheizleistung (Maximaleingangsleistung) bestimmt, welche für den Induktionsherd erforderlich ist. In dem in 11 dargestellten Steuerkreis 50 sind die Resonanzkondensatoren 24a und 24b parallel geschaltet, um ein Halbieren der Kapazität von jedem Kondensator zu ermöglichen. Somit, selbst wenn zwei Resonanzkondensatoren eingesetzt werden, kann ein kostengünstiger Steuerkreis realisiert werden.
Weiterhin wird durch die Anordnung der Spulenstromerfassungseinheit 25b auf der Seite des Resonanzkondensators 24a der beiden parallel zueinander geschalteten Resonanzkondensatoren der durch die Spulenstromerfassungseinheit 25b fließende Strom um die Hälfte des durch die Heizspule 11a fließenden Stroms reduziert. Somit kann die Spulenstromerfassungseinheit 25b mit einer kleinen Größe und einer kleinen Kapazität eingesetzt werden, ein klein ausgeführter und kostengünstiger Steuerkreis erhalten und ein kostengünstiger Induktionsherd realisiert werden.
Ausführungsform 2
Die 12 sind Graphen zur Darstellung der Verhältnisse zwischen der Zeit und der jeweiligen Steuerfrequenz, einer Temperatur und einem Strom in dem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 2. In den 12 sind die abgelaufene Zeit und die Veränderungen der Eigenschaften während dem Wasserkochvorgang dargestellt, nachdem das Wasser in das zu erwärmende Objekt 5 eingefüllt wurde. 12 (a) ist ein Graph zur Darstellung der Steuerfrequenz, 12 (b) ist ein Graph zur Darstelllung der Temperatur (Temperatur am Boden des zu erwärmenden Objekts 5) und 12 (c) ist ein Graph zur Darstellung des Stroms.
Wasserkochmodus 3
Anschließend wird ein weiterer Steuerbetrieb in einem Fall erläutert, in welchem der Wasserkochmodus durch die Betriebseinheit 40 ausgewählt wird.
Die Steuereinheit 45 führt die Lastbestimmungsverarbeitung in einer Weise ähnlich dem in der Ausführungsform 1 beschriebenen Betrieb durch, bestimmt die Steuerfrequenz, welche für das bestimmte Topfmaterial geeignet ist, und treibt den Wechselrichterschaltkreis 23 mit der bestimmten Steuerfrequenz an, welche fest ist, um den Induktionswärmebetrieb zu realisieren. Dann bestimmt die Steuereinheit 45 den Abschluss des Kochvorgangs in Abhängigkeit von der zeitlichen Veränderung in dem Strom.
Außerdem, wenn der Änderungsbetrag je vorherbestimmter Zeit, welcher in dem Zustand erhalten wird, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest wird, gleich oder kleiner als der vorherbestimmte Wert wird, stellt die Steuereinheit 45 die Fixierung der Steuerfrequenz zurück, so dass die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 variabel verändert wird, wodurch die Hochfrequenzleistung, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird, variabel verändert wird. Die Einzelheiten des vorangehend beschriebenen Betriebs sind unter Bezugnahme auf die 12 erläutert. Ähnlich dem vorangehend beschriebenem Betrieb in dem Wasserkochmodus 1 und 2, nachdem die Erwärmung mit der festen Steuerfrequenz gestartet wird (12 (a)), steigt die Temperatur am Boden des zu erwärmenden Objekts 5 schrittweise an, bis das Wasser innerhalb des zu erwärmenden Objekts 5 aufkocht (12 (b)). Während der Steuerung mit der festen Steuerfrequenz wird der Strom schrittweise mit dem Temperaturanstieg des zu erwärmenden Objekts 5 gesenkt.
Nach dem Aufkochen des Wassers, um die Temperatur konstant zu halten, wird auch der Strom konstant (12 (c)). Folglich bestimmt die Steuereinheit 45 zum Zeitpunkt t1, dass der Änderungsbetrag in dem Strom je vorherbestimmter Zeit gleich oder kleiner als der vorherbestimmte Wert wird, und bestimmt somit den Abschluss des Wasserkochvorgangs.
Anschließend stellt die Steuereinheit 45 die Fixierung der Steuerfrequenz zurück, erhöht die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23, um den Strom herabzusetzen, und reduziert die Hochfrequenzleistung (Heizleistung), mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird. Zu diesem Zeitpunkt, selbst wenn die Steuerfrequenz erhöht wird, um die Heizleistung zu reduzieren, fällt die Temperatur kaum ab. Dann legt die Steuereinheit 45 die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 erneut fest, und fährt mit der Erwärmung mit der reduzierten Heizleistung fort.
In dem Fall des Wasserkochvorgangs (Aufkochen von Wasser), wird die Wassertemperatur nicht höher als 100 Grad Celsius, selbst wenn die Heizleistung mehr als notwendig erhöht wird. Somit kann die Wassertemperatur gehalten werden, selbst nachdem die Steuerfrequenz erhöht wurde, um die Heizleistung zu reduzieren.
Wie vorangehend beschrieben, wenn der Änderungsbetrag in dem Strom je vorherbestimmter Zeit gleich oder kleiner als der vorherbestimmte Wert wird, wird der Antrieb des Wechselrichterschaltkreises 23 gesteuert, um die Hochfrequenzleistung zu reduzieren, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird. Somit kann die Eingangsleistung reduziert werden, um Energie einzusparen.
Des Weiteren erhöht die Steuereinheit 45 zum Zeitpunkt t1 die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23, während der Abschluss des Wasserkochvorgangs dem Benutzer durch die Bekanntgabeeinheit 42 bekannt gegeben wird. Die Bekanntgabe an den Benutzer kann vor oder nach dem Erhöhen der Steuerfrequenz erfolgen.
Selbst nach der Bekanntgabe des Abschlusses des Wasserkochvorgangs lässt der Benutzer das Wasser manchmal weiterkochen, wodurch sich ein kontinuierliches Kochen des Wassers ergibt. Hierbei wird ein Fall beschrieben, in welchem das Wasser in dem zu erwärmenden Objekt 5 zum Zeitpunkt t2 verdampft.
Wenn sich in dem zu erwärmenden Objekt 5 Wasser befindet, verschiebt sich die Temperatur des zu erwärmenden Objekts 5 (Temperatur am Boden des Topfes) auf eine Temperatur, welche näherungsweise gleich der Wassertemperatur oder eine Temperatur geringfügig höher als die Wassertemperatur ist. Insbesondere während das Wasser kocht liegt die Temperatur des zu erwärmenden Objekts 5 konstant bei etwa 100 Grad Celsius.
Zum Zeitpunkt t2, nachdem das Wasser in dem zu erwärmenden Objekt 5 verdampft, steigt die Temperatur des zu erwärmenden Objekts 5 plötzlich an. Mit dem Temperaturanstieg des zu erwärmenden Objekts 5 fällt der Strom plötzlich ab, wie in 12 (c) dargestellt ist.
Wenn der Änderungsbetrag (Abfallbetrag) je vorherbestimmter Zeit, welcher in dem Zustand erhalten wird, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest wird, ein vierter vorherbestimmter Wert oder mehr wird (wenn sich der Änderungsbetrag um einen vierten vorherbestimmten Wert oder mehr verkleinert) bestimmt die Steuereinheit 45, dass das Wasser verdampft wird (Zeitpunkt t3).
Die Informationen über den vierten vorherbestimmten Wert können in der Steuereinheit 45 voreingestellt oder durch die Betriebseinheit 40 oder durch andere Methoden eingegeben sein.
Dann wird zum Zeitpunkt t3 durch die Steuereinheit 45 die Versorgung der Heizspule 11a mit der Hochfrequenzleistung (Heizleistung) gestoppt. Zu diesem Zeitpunkt steuert die Steuereinheit 45 die Bekanntgabeeinheit 42 zur Bekanntgabe der Verdampfung des Wassers an den Benutzer.
Wie vorangehend beschrieben, wenn der Abnahmebetrag (Änderungsbetrag) je vorherbestimmter Zeit, welcher in dem Zustand erhalten wird, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest wird, gleich oder größer als der vierte vorherbestimmte Wert wird (wenn sich der Änderungsbetrag um den vierten vorherbestimmten Wert oder mehr reduziert), wird die Fixierung der Steuerfrequenz zurückgestellt, und der Antrieb des Wechselrichterschaltkreises 23 gesteuert, um gestoppt zu werden, um die Versorgung der Heizspule 11a mit der Hochfrequenzleistung zu stoppen. Auf diese Weise kann ein plötzlicher Temperaturanstieg des zu erwärmenden Objekts 5 gesteuert werden. Folglich kann der Induktionsherd mit einem hohen Sicherheitsgrad realisiert werden. Des Weiteren kann durch die Bekanntgabe der Verdampfung des Wassers an den Benutzer die Sicherheit weiter erhöht werden. Im Ergebnis kann ein einfach zu handhabender Induktionsherd realisiert werden.
Obwohl die Verdampfung von Wasser erfasst werden kann, selbst wenn beispielsweise ein Thermistor vom Kontakttyp oder ein Infrarotsensor vom kontaktlosen Typ als Temperaturerfassungseinheit 30 eingesetzt wird, ist es schwierig, eine steile Veränderung in der Temperatur des zu erwärmenden Objekts 5 bei der Verdampfung des Wassers sofort zu erfassen. Somit besteht hierbei ein Risiko (Problem) für einen plötzlichen Temperaturanstieg des zu erwärmenden Objekts 5.
In der vorangehenden Beschreibung wurde das Verfahren beschrieben, bei welchem die Steuerfrequenz verändert wird, um die Heizleistung zu steuern, es kann aber auch ein Verfahren eingesetzt werden, bei welchem die Einschaltzeit (Ein/Aus-Verhältnis) der Schaltelemente des Wechselrichterschaltkreises 23 verändert wird, um die Heizleistung zu steuern.
Die in der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 2 beschriebenen Betriebsmodi können miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann der Betriebsmodus eine Kombination aus dem Betrieb in dem Wasserkochmodus 2 und dem Betrieb in dem Wasserkochmodus 3 sein.
Obwohl in der vorangehend beschriebenen Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2 der Wechselrichterschaltkreis 23 vom Halbbrückentyp erläutert wurde, kann auch eine Konfiguration mit einem Wechselrichter vom Vollbrückentyp oder vom Spannungsresonanztyp mit einem einzelnen Schaltkreis oder auch ein anderer Wechselrichter eingesetzt werden.
Weiterhin, obwohl das Verfahren unter Verwendung der Korrelation zwischen dem Spulenstrom und dem Primärstrom in der Lastbestimmung für das Topfmaterial beschrieben wurde, kann ein Verfahren zur Erfassung der Resonanzspannungen beider Anschlüsse des Resonanzkondensators zur Durchführung der Lastbestimmung eingesetzt werden, und jedes beliebige Verfahren zur Lastbestimmung eingesetzt werden.
Ausführungsform 3
In der Ausführungsform 3 wird der Steuerkreis 50 jeweils gemäß Ausführungsform 1 und 2 wie vorstehend beschrieben im Detail erläutert.
13 ist ein Diagramm zur Darstellung von einem Teil des Steuerkreises des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 3. 13 ist eine Darstellung von einer Konfiguration von nur einem Teil des Steuerkreises 50 jeweils gemäß der vorangehend beschriebenen Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2.
Wie in 13 dargestellt, umfasst der Wechselrichterschaltkreis 23 einen Satz Arme mit zwei Schaltelementen (IGBTs 23a und 23b), welche zwischen positiven und negativen Bussen in Reihe zueinander geschaltet sind, und die Dioden 23c und 23d umfasst, welche jeweils gegenparallel zu den Schaltelementen geschaltet sind.
Der IGBT 23a und der IGBT 23b wird angetrieben, um mit Steuersignalen ein- und ausgeschaltet zu werden, welche von der Steuereinheit 45 ausgegeben werden.
Die Steuereinheit 45 gibt die Steuersignale zum abwechselnden Ein- und Ausschalten des IGBTs 23a und des IGBTs 23b aus, so dass der IGBT 23b in einen Aus-Zustand versetzt wird, während der IGBT 23a eingeschaltet ist, und der IGBT 23b in einen eingeschalteten Zustand versetzt wird, während der IGBT 23a ausgeschaltet ist. Auf diese Weise bilden der IGBT 23a und der IGBT 23b einen Halbbrücken-Wechselrichter, welcher eingerichtet ist, die Heizspule 11a anzutreiben.
Der IGBT 23a und der IGBT 23b bilden einen „Halbbrücken-Wechselrichterschaltkreis“ gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Steuereinheit 45 gibt die Steuersignale mit der hohen Frequenz an den IGBT 23a und den IGBT 23b in Abhängigkeit von der elektrischen Eingangsleistung (Heizleistung) zur Steuerung der Heizleistung aus. Die an den IGBT 23a und den IGBT 23b ausgegebenen Steuersignale werden in einem Steuerfrequenzbereich variiert, welcher größer ist als die Resonanzfrequenz von einem Lastschaltkreis, umfassend die Heizspule 11a und den Resonanzkondensator 24a, um einen durch den Lastschaltkreis fließenden Strom zu steuern, so dass dieser im Vergleich zu einer an dem Lastschaltkreis angelegten Spannung in einer Nacheilphase fließt.
Nachfolgend wird der Betrieb zur Steuerung der elektrischen Eingangsleistung (Heizleistung) mit der Steuerfrequenz und der Einschaltzeit des Wechselrichterschaltkreises 23 beschrieben.
Die 14 sind Diagramme zur Darstellung eines Beispiels der Steuersignale eines Halbbrückenschaltkreises gemäß Ausführungsform 3. 14 (a) ist ein Beispiel der Steuersignale der entsprechenden Schalter in einem hohen Heizleistungszustand. 14 (b) zeigt ein Beispiel der Steuersignale der entsprechenden Schalter in einem geringen Heizleistungszustand.
Die Steuereinheit 45 gibt die Steuersignale, welche eine höhere Frequenz aufweisen als die Resonanzfrequenz des Lastschaltkreises, an den IGBT 23a und den IGBT 23b des Wechselrichterschaltkreises 23 aus.
Die Frequenz der jeweiligen Steuersignale wird variiert, um die Leistung des Wechselrichterschaltkreises 23 zu erhöhen oder herabzusetzen.
Beispielsweise, wie in 14 (a) dargestellt, wenn die Steuerfrequenz reduziert wird, nähert sich die Frequenz des Hochfrequenzstroms, mit welchem die Heizspule 11a versorgt wird, der Resonanzfrequenz des Lastschaltkreises an, mit dem Ergebnis, dass sich die elektrische Leistung, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird, erhöht.
Andererseits, wie in 14 (b) dargestellt, wenn die Steuerfrequenz erhöht wird, bewegt sich die Frequenz des Hochfrequenzstroms, mit welchem die Heizspule 11a versorgt wird, weg von der Resonanzfrequenz des Lastschaltkreises, mit dem Ergebnis, dass die elektrische Leistung reduziert wird, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird.
Des Weiteren variiert die Steuereinheit 45 die Steuerfrequenz, um die bereitgestellte elektrische Leistung wie vorstehend beschrieben zu steuern, und kann auch die Einschaltzeit des IGBT 23a und des IGBT 23b des Wechselrichterschaltkreises 23 variieren, um eine Zeitperiode zu steuern, in welcher die Ausgangsspannung des Wechselrichterschaltkreises 23 angelegt und somit die elektrische Leistung gesteuert wird, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird.
In dem Fall der Erhöhung der Heizleistung wird ein Verhältnis (Einschaltverhältnis) einer Einschaltzeit des IGBT 23a (Ausschaltzeit des IGBT 23b) in einer Periode der Steuersignale erhöht, um die Zeitspanne der Spannungsanlage in einer Periode zu erhöhen.
Andererseits, in dem Fall der Reduzierung der Heizleistung, wird das Verhältnis (Einschaltverhältnis) der Einschaltzeit des IGBT 23a (Ausschaltzeit des IGBT 23b) in einer Periode der Steuersignale reduziert, um die Zeitspanne der Spannungsanlage in einer Periode zu reduzieren.
In einem Beispiel gemäß 14 (a), ist ein Fall beschrieben, in welchem die Verhältnisse zwischen einer Einschaltzeit T11a des IGBT 23a (Ausschaltzeit des IGBT 23b) und einer Ausschaltzeit T11b des IGBT 23a (Einschaltzeit des IGBT 23b) in einer Periode T11 der Steuersignale gleich sind (Einschaltverhältnis von 50%).
Andererseits ist in einem Beispiel gemäß 14 (b) ein Fall dargestellt, in welchem die Verhältnisse einer Einschaltzeit T12a des IGBT 23a (Ausschaltzeit des IGBT 23b) und eine Ausschaltzeit T12b des IGBT 23a (Einschaltzeit des IGBT 23b) in einer Periode T12 der Steuersignale gleich sind (Einschaltverhältnis von 50%).
Die Steuereinheit 45 stellt das Einschaltverhältnis des IGBT 23a und das IGBT 23b des Wechselrichterschaltkreises 23 in den festen Zustand ein, in dem Zustand, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 bei der Bestimmung des Änderungsbetrages in dem Strom je vorherbestimmter Zeit, wie vorangehend in den Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben, fest wird.
Auf diese Weise kann der Änderungsbetrag in dem Strom je vorherbestimmter Zeit in einem Zustand bestimmt werden, in welchem die elektrische Leistung, mit welcher die Heizspule 11a versorgt wird, fest wird.
Ausführungsform 4
In der Ausführungsform 4 wird der Wechselrichterschaltkreis 23 unter Verwendung eines Vollbrückenschaltkreises erläutert. 15 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Teils des Steuerkreises von einem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 4. In 15 sind nur Unterschiede zum Steuerkreis 50 in den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen 1 und 2 dargestellt.
In der Ausführungsform 4 sind zwei Heizspulen für einen Erwärmungsbereich vorgesehen. Die zwei Heizspulen weisen unterschiedliche Durchmesser auf und sind beispielsweise konzentrisch angeordnet. Nachfolgend wird die Heizspule mit dem kleineren Durchmesser als innere Spule 11b und die Heizspule mit dem größeren Durchmesser als äußere Spule 11c bezeichnet.
Die Anzahl und die Anordnung der Heizspulen sind nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Konfiguration realisiert sein, bei welcher eine Vielzahl von Heizspulen um eine Heizspule angeordnet ist, welche in der Mitte des Erwärmungsbereichs angeordnet ist.
Der Wechselrichterschaltkreis 23 umfasst drei Sätze von Armen, welche jeweils zwei Schaltelemente (IGBT), welche in Reihe zueinander zwischen positiven und negativen Bussen geschaltet sind, und Dioden umfassen, welche jeweils gegenparallel zu den Schaltelementen geschaltet sind. Nachfolgend werden unter den drei Sätzen von Armen ein Satz als gemeinsamer Arm und die anderen zwei Sätze als innerer Spulenarm und äußerer Spulenarm bezeichnet.
Der gemeinsame Arm ist ein Arm, welcher mit der inneren Spule 11b und der äußeren Spule 11c verbunden ist, und umfasst einen IGBT 232a, einen IGBT 232b, eine Diode 232c und eine Diode 232d.
Der innere Spulenarm ist ein Arm, welcher mit der inneren Spule 11b verbunden ist, und umfasst einen IGBT 231a, einen IGBT 231b, eine Diode 231c und eine Diode 231d.
Der äußere Spulenarm ist ein Arm, welcher mit der äußeren Spule 11c verbunden ist, und umfasst einen IGBT 233a, einen IGBT 233c, eine Diode 233c und eine Diode 233d.
Der IGBT 232a und der IGBT 232b des gemeinsamen Arms, der IGBT 231a und der IGBT 231b des inneren Spulenarms und der IGBT 233a und der IGBT 233b des äußeren Spulenarms werden angetrieben, um mit den Steuersignalen, welche von der Steuereinheit 45 ausgegeben werden, eingeschaltet und ausgeschaltet zu werden.
Die Steuereinheit 45 gibt Steuersignale zum abwechselnden Ein- und Ausschalten des IGBT 232a und des IGBT 232b des gemeinsamen Arms aus, so dass der IGBT 232b in einen Ausschaltzustand versetzt wird, während der IGBT 232a eingeschaltet ist, und der IGBT 232b wird in einen Einschaltzustand versetzt, während der IGBT 232a ausgeschaltet ist.
In ähnlicher Weise gibt die Steuereinheit 45 Steuersignale zum abwechselnden Ein- und Ausschalten des IGBT 231a und des IGBT 231b des inneren Spulenarms, und des IGBT 233a und des IGBT 233b des äußeren Spulenarms aus.
Auf diese Weise bilden der gemeinsame Arm und der äußere Spulenarm einen Vollbrückenwechselrichter, welcher eingerichtet ist, die innere Spule 11b anzutreiben. Weiterhin bilden der gemeinsame Arm und der äußere Spulenarm einen Vollbrückenwechselrichter, welcher eingerichtet ist, die äußere Spule 11c anzutreiben.
Der gemeinsame Arm und der innere Spulenarm bilden einen „Vollbrücken-Wechselrichterschaltkreis“ gemäß der vorliegenden Erfindung. Des Weiteren bilden der gemeinsame Arm und der äußere Spulenarm einen „Vollbrücken-Wechselrichterschaltkreis“ gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ein Lastschaltkreis, umfassend die innere Spule 11b und einen Resonanzkondensator 24c, ist zwischen einem Ausgangspunkt (Knoten des IGBT 232a und des IGBT 232b) des gemeinsamen Arms und einem Ausgangspunkt (Knoten des IGBT 231a und des IGBT 231b) des inneren Spulenarms geschaltet.
Ein Lastschaltkreis, umfassend die äußere Spule 11c und einen Resonanzkondensator 24d, ist zwischen dem Ausgangspunkt des gemeinsamen Arms und einem Ausgangspunkt (Knoten des IGBT 233a und des IGBT 233b) des äußeren Spulenarms geschaltet.
Die innere Spule 11b ist eine Heizspule, welche im Wesentlichen kreisförmig gewickelt ist und eine kleine äußere Form aufweist, und die äußere Spule 11c ist im Umfang der inneren Spule 11b angeordnet.
Ein Spulenstrom, welcher durch die innere Spule 11b fließt, wird durch eine Spulenstromerfassungseinheit 25c erfasst. Die Spulenstromerfassungseinheit 25c erfasst beispielsweise eine Spitze von einem Strom, welcher durch die innere Spule 11b fließt, und gibt ein Spannungssignal entsprechend einem Spitzenwert eines Heizspulenstroms an die Steuereinheit 45 aus.
Ein Spulenstrom, welcher durch die äußere Spule 11c fließt, wird durch eine Spulenstromerfassungseinheit 25d erfasst. Die Spulenstromerfassungseinheit 25d erfasst beispielsweise eine Spitze von einem Strom, welcher durch die äußere Spule 11c fließt, und gibt ein Spannungssignal entsprechend einem Spitzenwert eines Heizspulenstroms an die Steuereinheit 45 aus.
Die Steuereinheit 45 gibt die Steuersignale mit der hohen Frequenz an die Schaltelemente (IGBTs) von jedem Arm in Abhängigkeit von der elektrischen Eingangsleistung (Heizleistung) aus, um die Heizleistung zu steuern.
Die Steuersignale, welche an die Schaltelemente des gemeinsamen Arms und den inneren Spulenarm ausgegeben werden, werden in einem Steuerfrequenzbereich variiert, welcher größer ist als eine Resonanzfrequenz des Lastschaltkreises, welcher die innere Spule 11b und den Resonanzkondensator 24c umfasst, um einen durch den Lastschaltkreis fließenden Strom zu steuern, so dass dieser gegenüber einer an den Lastschaltkreis angelegten Spannung in einer Nacheilphase fließt.
In ähnlicher Weise werden die Steuersignale, welche an die Schaltelemente des gemeinsamen Arms und den äußeren Spulenarms ausgegeben werden, in einem Steuerfrequenzbereich variiert, welcher größer ist als eine Resonanzfrequenz des Lastschaltkreises, welcher die äußere Spule 11c und den Resonanzkondensator 24d umfasst, um einen durch den Lastschaltkreis fließenden Strom zu steuern, so dass dieser gegenüber einer an den Lastschaltkreis angelegten Spannung in einer Nacheilphase fließt.
Anschließend wird ein Betrieb zur Steuerung der elektrischen Eingangsleistung (Heizleistung) mit einer Phasendifferenz zwischen den Armen des Wechselrichterschaltkreises 23 erläutert.
Die 16 sind Diagramme zur Darstellung eines Beispiels der Steuersignale des Vollbrückenschaltkreises gemäß Ausführungsform 4.
16 (a) ist ein Beispiel der Steuersignale der entsprechenden Schalter und einer Einspeisungszeit von jeder Heizspule in dem hohen Heizleistungszustand.
16 (b) ist ein Beispiel der Steuersignale der entsprechenden Schalter und einer Einspeisungszeit von jeder Heizspule in dem niedrigen Heizleistungszustand.
Die in 16 (a) und 16 (b) dargestellten Einspeisungszeiten beziehen sich auf eine Potentialdifferenz der Ausgangspunkte (Knotenpaare der IGBTs) der entsprechenden Arme und einen Zustand, in welchem der Ausgangspunkt des gemeinsamen Arms niedriger liegt als der Ausgangspunkt des inneren Spulenarms, und wobei der Ausgangspunkt des äußeren Spulenarms mit „EIN“ angegeben wird. Andererseits werden ein Zustand, in welchem der Ausgangspunkt des gemeinsamen Arms höher liegt als der Ausgangspunkt des inneren Spulenarms und der Ausgangspunkt des äußeren Spulenarms, und ein Zustand mit dem gleichen Potential mit „AUS“ angegeben.
Wie in 16 dargestellt, gibt die Steuereinheit 45 Steuersignale mit einer hohen Frequenz aus, welche höher ist als die Resonanzfrequenz des Lastschaltkreises des IGBT 232a und des IGBT 232b des gemeinsamen Arms.
Zudem gibt die Steuereinheit 45 Steuersignale aus, welche gegenüber den Steuersignalen des gemeinsamen Arms zu dem IGBT 231a und dem IGBT 231b des inneren Spulenarms und dem IGBT 233a und dem IGBT 233b des äußeren Spulenarms phasenvorgerückt sind. Die Frequenzen der Steuersignale der entsprechenden Arme weisen die gleiche Frequenz auf und ihre Einschaltverhältnisse sind ebenfalls gleich.
An den Ausganspunkt (Knoten von einem Paar von IGBTs) von jedem Arm wird in Abhängigkeit von dem Einschalt-/Ausschaltzustand des Paars der IGBTs ein positives Buspotential oder ein negatives Buspotential ausgegeben, das heißt, eine Leistung des Gleichstromversorgungsschaltkreises wird ausgegeben, während dieser mit der hohen Frequenz geschaltet wird. Auf diese Weise wird die Potentialdifferenz zwischen dem Ausgangspunkt des gemeinsamen Arms und dem Ausgangspunkt des inneren Spulenarms an die innere Spule 11b angelegt. In ähnlicher Weise wird die Potentialdifferenz zwischen dem Ausgangspunkt des gemeinsamen Arms und dem Ausgangspunkt des äußeren Spulenarms an die äußere Spule 11c angelegt.
Somit können die Phasendifferenz zwischen den Steuersignalen zu dem gemeinsamen Arm und die Steuersignale zu dem inneren Spulenarm und dem äußeren Spulenarm erhöht oder gesenkt werden, um die Hochfrequenzspannungen zu steuern, welche an die innere Spule 11b und die äußere Spule 11c angelegt werden, und um die Hochfrequenz-Ausgangsströme und -Eingangsströme zu steuern, welche durch die innere Spule 11b und die äußere Spule 11c fließen.
In dem Fall der Erhöhung der Heizleistung wird eine Phase α zwischen den Armen erhöht, um die Zeitdauer der angelegten Spannung in einer Periode zu erhöhen. Die Phase α zwischen den Armen erreicht in dem Fall einer Umkehrphase (Phasendifferenz von 180 Grad) eine Obergrenze, und die Wellenform der Ausgangsspannung ist zu diesem Zeitpunkt im Wesentlichen rechtwinklig.
In dem Beispiel gemäß 16 (a) ist ein Fall dargestellt, in welchem die Phase α zwischen den Armen 180 Grad beträgt. Zusätzlich wird ein Fall dargestellt, in welchem das Tastverhältnis der Steuersignale von jedem Arm 50 % beträgt, das heißt ein Fall, in welchem die Verhältnisse von einer Einschaltzeit T13a und einer Ausschaltzeit T13b in einer Periode T13 identisch sind.
In diesem Fall weisen eine EinspeisungseinschaltzeitdauerT14a und eine Einspeisungsausschaltzeitdauer T14b der inneren Spule 11b und der äußeren Spule 11c in einer Periode T14 der Steuersignale das gleiche Verhältnis auf.
In dem Fall der Reduzierung der Heizleistung wird die Phase α zwischen den Armen gegenüber dem hohen Heizleistungszustand reduziert, um die Zeitdauer der angelegten Spannung in einer Periode zu verkürzen. Eine niedrigere Grenze der Phase α zwischen den Armen wird beispielsweise auf ein solches Niveau eingestellt, dass ein Durchfluss von Überstrom durch die Schaltelemente sowie eine Zerstörung der Schaltelemente in Bezug auf die Phase des Stroms verhindert wird, welcher beispielsweise zum Zeitpunkt des Einschaltens durch den Lastschaltkreis fließt.
In dem Beispiel gemäß 16 (b) ist ein Fall dargestellt, in welchem die Phase α zwischen den Armen im Vergleich zu 16 (a) verkürzt ist. Die Frequenz und das Tastverhältnis der Steuersignale von jedem Arm sind mit denen gemäß 16 (a) identisch.
In diesem Fall ist die Einspeisungseinschaltzeitdauer T14a der inneren Spule 11b und der äußeren Spule 11c in einer Periode T14 der Steuersignale eine Zeitperiode, welche der Phase α zwischen den Armen entspricht.
Auf diese Weise kann die elektrische Leistung (Heizleistung), mit welcher die innere Spule 121b und die äußere Spule 11c versorgt werden, mit der Phasendifferenz zwischen den Armen gesteuert werden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde der Fall erläutert, in welchem sowohl die innere Spule 11b als auch die äußere Spule 11c den Heizbetrieb durchführen, aber der Antrieb des inneren Spulenarms oder des äußeren Spulenarms gestoppt werden kann, so dass entweder nur die innere Spule 11b oder die äußere Spule 11c den Heizbetrieb durchführen kann.
Die Steuereinheit 45 stellt jeweils die Phase α zwischen den Armen und das Einschaltverhältnis der Schaltelemente von jedem Arm in einen festen Zustand ein, in dem Zustand, in welchem die Steuerfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 bei der Bestimmung des Änderungsbetrages in dem Strom je vorherbestimmter Zeit, wie vorangehend in der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 2 beschrieben, fest wird. Die weiteren Vorgänge ähneln den Vorgängen gemäß den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen 1 oder 2.
Auf diese Weise kann der Änderungsbetrag in dem Strom je vorherbestimmter Zeit in einem Zustand bestimmt werden, in welchem die elektrischen Leistungen, mit welchen die innere Spule 11b und die äußere Spule 11c versorgt werden, fest werden.
In der Ausführungsform 4 wird der Spulenstrom, welcher durch die innere Spule 11b fließt, und der Spulenstrom, welcher durch die äußere Spule 11c fließt, durch die Spulenstromerfassungseinheit 25c beziehungsweise durch die Spulenstromerfassungseinheit 25d erfasst.
Somit kann in dem Fall, wenn sowohl die innere Spule 11b als auch die äußere Spule 11c den Heizbetrieb durchführen, und selbst in dem Fall, wenn die Spulenstromerfassungseinheit 25c oder die Spulenstromerfassungseinheit 25d den Spulenstromwert beispielsweise aufgrund eines Fehlers nicht erfassen kann, der Änderungsbetrag in dem Spulenstrom je vorherbestimmter Zeit auf der Grundlage von einem durch die andere Einheit erfassten Wert erfasst werden.
Außerdem kann die Steuereinheit 45 jeweils den Änderungsbetrag in dem Spulenstrom je vorherbestimmter Zeit, welcher durch die Spulenstromerfassungseinheit 25c erfasst wurde, und den Änderungsbetrag in dem Spulenstrom je vorherbestimmter Zeit, welcher durch die Spulenstromerfassungseinheit 25d erfasst wurde, bestimmen, und den jeweils größeren Änderungsbetrag einsetzen, um die entsprechenden in den vorangehenden Ausführungsformen 1 und 2 beschriebenen Bestimmungsoperationen durchzuführen. Des Weiteren kann ein Durchschnittswert der Änderungsbeträge eingesetzt werden, um die jeweils in den vorangehenden Ausführungsformen 1 und 2 beschriebenen Bestimmungsoperationen durchzuführen.
Eine solche Steuerung kann durchgeführt werden, um den Änderungsbetrag in dem Spulenstrom je vorherbestimmter Zeit genauer zu bestimmen, selbst in dem Fall, wenn die Spulenstromerfassungseinheit 25c oder die Spulenstromerfassungseinheit 25d eine geringe Erfassungsgenauigkeit aufweist. Obwohl in den Ausführungsformen 1 bis 4 ein Induktionsherd vorstehend als ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Induktionsherd beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann für beliebige Induktionsherde unter Verwendung des Induktionswärmeverfahrens angewandt werden, beispielsweise einen Reiskocher zum Kochen mit Induktionswärme.
Bezugszeichenliste

1: erster Erwärmungsbereich
2: zweiter Erwärmungsbereich
3: dritter Erwärmungsbereich
4: Oberplatte
5: zu erwärmendes Objekt
11: erste Heizeinheit
11a: Heizspule
12: zweite Heizeinheit
13: dritte Heizeinheit
21: Wechselstromversorgung
22: Gleichstromversorgungsschaltkreis
22a: Diodenbrücke
22b: Drosselspule
22c: Glättungskondensator
23: Wechselrichterschaltkreis
23a, 23b: IGBT
23c, 23d: Diode
24a, 24b: Resonanzkondensator
25a: Eingangsstromerfassungseinheit
25b: Spulenstromerfassungseinheit
30: Temperaturerfassungseinheit
31: Antriebssteuereinheit
32: Lastbestimmungseinheit
33: Steuerfrequenz/Antriebsfrequenz-Einstelleinheit
34: Stromänderungserfassungseinheit
35: Stromauswahleinheit
36: Eingangs-/Ausgangs-Steuereinheit
37: AD-Wandler
40a bis 40c: Betriebseinheit
41a bis 41c: Anzeigeeinheit
42: Bekanntgabeeinheit
45: Steuereinheit
50: Steuerkreis
100: Induktionsherd
11b: innere Spule
11c: äußere Spule
24c, 24d: Resonanzkondensator
25c, 25d: Spulenstromerfassungseinheit
231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b: IGBT
231c, 231d, 232c, 232d, 233c, 233d: Diode

Claims

Induktionsherd (100), umfassend: - eine Heizspule (11a, 11b, 11c), welche eingerichtet ist, ein zu erwärmendes Objekt (5) induktiv zu erwärmen; - einen Steuerkreis (50), welcher eingerichtet ist, die Heizspule (11a, 11b, 11c) mit Hochfrequenzleistung zu versorgen; - eine Lastbestimmungseinheit (32), welche eingerichtet ist, für das zu erwärmende Objekt (5) eine Lastbestimmungsverarbeitung durchzuführen; - eine Steuereinheit (45), welche eingerichtet ist, den Antrieb des Steuerkreises (50) zu steuern, um die Hochfrequenzleistung zu steuern, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird, - eine Eingangsstromerfassungseinheit (25a), welche eingerichtet ist, einen Eingangsstrom zum Steuerkreis (50) zu erfassen; und - eine Spulenstromerfassungseinheit (25b, 25c, 25d), welche eingerichtet ist, einen durch die Heizspule (11a, 11b, 11c) fließenden Spulenstrom zu erfassen, wobei die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, eine Temperaturänderung des zu erwärmenden Objekts (5) auf der Grundlage von einem Änderungsbetrag von einem Strom aus dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom, ausgewählt in Abhängigkeit von einem Bestimmungsergebnis der Lastbestimmungseinheit (32), zu erfassen.
Induktionsherd (100) nach Anspruch 1, wobei die Lastbestimmungseinheit (32) eingerichtet ist, ein Größenverhältnis zwischen einem Änderungsbetrag des Eingangsstroms und einem Änderungsbetrag des Spulenstroms in Verbindung mit Werten des Eingangsstroms und des Spulenstroms vorab zu speichern, und auf der Grundlage von dem erfassten Eingangsstrom und Spulenstrom und dem gespeicherten Größenverhältnis zu bestimmen, welcher von dem Änderungsbetrag des Eingangsstroms und dem Änderungsbetrag des Spulenstroms während einer induktiven Erwärmung des zu erwärmenden Objekts (5) größer ist; und die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, denjenigen Strom aus dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom auszuwählen, der einen größeren Änderungsbetrag aufweist.
Induktionsherd (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, den Steuerkreis (50) in Abhängigkeit von dem Bestimmungsergebnis der Lastbestimmungseinheit (32) anzutreiben und die Temperatuveränderung des zu erwärmenden Objekts (5) auf der Grundlage von dem Änderungsbetrag in einem Zustand zu erfassen, in welchem eine Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn der Änderungsbetrag in einem Zustand, in welchem eine Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, gleich oder kleiner als ein Schwellenwert wird, die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, den Antrieb des Steuerkreises (50) so zu steuern, dass die Hochfrequenzleistung, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird, variabel verändert werden kann.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn der Änderungsbetrag in einem Zustand, in welchem eine Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, gleich oder kleiner als ein Schwellenwert wird, die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, die Fixierung der Antriebsfrequenz zurückzustellen, und die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) zu erhöhen, um die Hochfrequenzleistung herabzusetzen, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn sich der Änderungsbetrag in einem Zustand, in welchem eine Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, um einen zweiten Schwellenwert oder mehr erhöht, die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, den Antrieb des Steuerkreises (50) zu steuern, um die Hochfrequenzleistung zu erhöhen, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn sich der Änderungsbetrag in einem Zustand, in welchem eine Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, um einen vierten Schwellenwert oder mehr reduziert, die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, den Antrieb des Steuerkreises (50) zu stoppen, um die Versorgung der Heizspule (11a, 11b, 11c) mit der Hochfrequenzleistung zu stoppen.
Induktionsherd (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) oder ein Einschaltverhältnis von Schaltelementen (23a, 23b, 231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b) variabel zu steuern, um die Hochfrequenzleistung, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird, variabel zu verändern.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, wenn der Änderungsbetrag in einem Zustand, in welchem die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, gleich oder kleiner als ein Schwellenwert wird, die Fixierung der Antriebsfrequenz zurückzustellen, die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) zu erhöhen, um die Hochfrequenzleistung herabzusetzen, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird, und die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) festzulegen, anschließend, wenn sich der Änderungsbetrag in dem Zustand, in welchem die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, um einen zweiten Schwellenwert oder mehr erhöht, die Fixierung der Antriebsfrequenz zurückzustellen, die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) herabzusetzen, um die Hochfrequenzleistung zu erhöhen, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird, und die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) festzulegen, und anschließend , wenn der Änderungsbetrag in dem Zustand, in welchem die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, gleich oder kleiner als der Schwellenwert wird, die Fixierung der Antriebsfrequenz zurückzustellen, die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) zu erhöhen, um die Hochfrequenzleistung herabzusetzen, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird, und die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) festzulegen.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, - wenn der Änderungsbetrag in einem Zustand, in welchem die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, gleich oder kleiner als ein Schwellenwert wird, die Fixierung einer Antriebsfrequenz zurückzustellen, die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) zu erhöhen, um die Hochfrequenzleistung herabzusetzen, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird, und die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) festzulegen, anschließend, wenn sich der Änderungsbetrag in dem Zustand, in welchem die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, um einen zweiten Schwellenwert oder mehr erhöht, die Fixierung der Antriebsfrequenz zurückzustellen, die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) herabzusetzen, um die Hochfrequenzleistung zu erhöhen, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird, und die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) festzulegen, anschließend, wenn der Änderungsbetrag in dem Zustand, in welchem die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, gleich oder kleiner als der Schwellenwert wird, die Fixierung der Antriebsfrequenz zurückzustellen, die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) zu erhöhen, um die Hochfrequenzleistung herabzusetzen, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird, und die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) festzulegen, und anschließend, wenn sich der Änderungsbetrag in dem Zustand, in welchem die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, um einen vierten Schwellenwert oder mehr verkleinert, den Antrieb des Steuerkreises (50) zu stoppen, um die Versorgung der Heizspule (11a, 11b, 11c) mit Hochfrequenzleistung zu stoppen.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: eine Betriebseinheit (40a, 40b, 40c), mit welcher ein Betriebsmodus ausgewählt wird; und eine Bekanntgabeeinheit (42), wobei, wenn als Betriebsmodus ein Wasserkochmodus zur Einstellung einer Wasserkochfunktion ausgewählt ist, die Steuereinheit (45) eingerichtet ist: - den Steuerkreis (50) anzutreiben, und - die Bekanntgabeeinheit (42) zu steuern, um einen Abschluss des Wasserkochvorgangs bekanntzugeben, wenn der Änderungsbetrag in einem Zustand, in welchem eine Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, gleich oder kleiner als ein Schwellenwert wird.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: eine Betriebseinheit (40a, 40b, 40c), mit welcher ein Betriebsmodus ausgewählt wird; und eine Temperaturerfassungseinheit (30), welche eingerichtet ist, eine Temperatur des zu erwärmenden Objekts (5) zu erfassen, wobei, wenn ein Frittiermodus zur Erhitzung von Öl auf eine Zieltemperatur als Betriebsmodus ausgewählt wird, die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, - den Steuerkreis (50) anzutreiben, - den Antrieb des Steuerkreises (50) zu steuern, um die Hochfrequenzleistung, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird, herabzusetzen, wenn die durch die Temperaturerfassungseinheit (30) erfasste Temperatur die Zieltemperatur überschreitet, und eine Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) festzulegen, und - den Antrieb des Steuerkreises (50) zu steuern, um die Hochfrequenzleistung zu erhöhen, mit welcher die Heizspule (11a, 11b, 11c) versorgt wird, wenn sich der Änderungsbetrag in einem Zustand, in welchem die Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist, um einen dritten Schwellenwert oder mehr erhöht.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Lastbestimmungseinheit (32) eingerichtet ist, die Lastbestimmungsverarbeitung für das zu erwärmende Objekt (5) auf der Grundlage von einer Korrelation zwischen dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom durchzuführen.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, ein Einschaltverhältnis von Schaltelementen (23a, 23b, 231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b) des Steuerkreises (50) in einen festen Zustand einzustellen, in einem Zustand, in welchem eine Antriebsfrequenz des Steuerkreises (50) fest ist.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei - der Steuerkreis (50) einen Vollbrückenwechselrichterschaltkreis mit zumindest zwei Armen umfasst, welche jeweils zwei in Reihe zueinander geschaltete Schaltelemente (23a, 23b, 231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b) aufweisen, und die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, eine Antriebsfrequenz der Schaltelemente (23a, 23b, 231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b) des Vollbrückenwechselrichterschaltkreises, eine Steuerphasendifferenz der Schaltelemente (23a, 23b, 231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b) zwischen zumindest zwei Armen und ein Einschaltverhältnis der Schaltelemente (23a, 23b, 231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b) festzulegen.
Induktionsherd (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei - der Steuerkreis (50) einen Halbrückenwechselrichterschaltkreis mit einem Arm umfasst, welcher zwei in Reihe zueinander geschaltete Schaltelemente (23a, 23b, 231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b) aufweist, und - in einem Zustand, in welchem eine Antriebsfrequenz der Schaltelemente (23a, 23b, 231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b) des Halbbrückenwechselrichterschaltkreises fest ist, die Steuereinheit (45) eingerichtet ist, ein Einschaltverhältnis der Schaltelemente (23a, 23b, 231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b) in einen festen Zustand einzustellen.