DE112013007556B4 - induction cooker - Google Patents
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Abstract
Induktionsherd, umfassend:eine Heizspule (11a), die zum Heizen eines zu heizenden Objekts (5) mittels Induktion ausgelegt ist;einen Betriebsschaltkreis (50), der zum Versorgen der Heizspule (11a) mit Hochfrequenzleistung ausgelegt ist;eine Lastbestimmungseinheit (32), die zum Ausführen eines Lastbestimmungsprozesses zum Bestimmen einer Last des Objektes (5) ausgelegt ist;wobei der Prozess die Bestimmung des Materials des Objektes (5) als in eine Materialkategorie von zumindest zweien aus einem magnetischen Material, einem nichtmagnetischen Material hohen Widerstands und einem nichtmagnetischen Material geringen Widerstands fallend durch Hauptklassifikation beinhaltet,eine Steuerung (45), die zum Steuern eines Betriebs des Betriebsschaltkreises (50) ausgelegt ist, um die Hochfrequenzleistung zu steuern, welcher der Heizspule (11a) zugeführt wird;eine Eingangsstromerkennungseinheit (25a), die zum Erkennen eines Eingangsstroms zu dem Betriebsschaltkreis (50) ausgelegt ist; undeine Spulenstromerkennungseinheit (25b), die zum Erkennen eines Spulenstroms ausgelegt ist, der durch die Heizspule (11 a) fließt,wobei die Lastbestimmungseinheit (32) ausgelegt ist zumbasierend auf einem Stromänderungsbetrag (11) in wenigstens einem von dem Eingangsstrom oder dem Spulenstrom, in einer Spanne vom Start einer Leistungsversorgung der Heizspule (11a) bis zum Ablauf eines ersten Heizzeitraums (t1),Bestimmen, durch eine Unterordnungsklassifikation, des Materials des Objekts (5) das durch die Hauptklassifikation als ein Material aus einer Vielzahl von Materialien bestimmt wurde, wobei die Vielzahl von Materialien in eine Kategorie fallen, die durch die Hauptklassifikation bestimmt wurde,wobei die Steuerung (45) ausgelegt ist, den Betrieb des Betriebsschaltkreises (50) in Übereinstimmung mit einem Bestimmungsergebnis durch die Lastbestimmungseinheit (32) zu steuern.An induction cooker comprising:a heating coil (11a) adapted to heat an object (5) to be heated by induction;a drive circuit (50) adapted to supply high-frequency power to said heating coil (11a);a load determination unit (32), adapted to perform a load determination process for determining a load of the object (5);wherein the process includes determining the material of the object (5) as being in a material category of at least two of a magnetic material, a high resistance non-magnetic material and a non-magnetic material low resistance falling through major classification,a controller (45) adapted to control an operation of the operating circuit (50) to control the high-frequency power supplied to the heating coil (11a);an input current detection unit (25a) adapted to detect an input current to the operating circuit (50); anda coil current detection unit (25b) configured to detect a coil current flowing through the heating coil (11a),wherein the load determination unit (32) is configured to based on a current change amount (11) in at least one of the input current or the coil current, in a period from the start of power supply of the heating coil (11a) to the lapse of a first heating period (t1),determining, by a subordinate classification, the material of the object (5) determined by the main classification as one of a plurality of materials, wherein the plurality of materials fall into a category determined by the main classification, wherein the controller (45) is adapted to control operation of the operation circuit (50) in accordance with a determination result by the load determination unit (32).
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Induktionsherd.The present invention relates to an induction cooker.
Technischer HintergrundTechnical background
Bei einigen Induktionsherden des betreffenden Standes der Technik wird ein Material eines zu heizenden Objekts basierend auf einem Ausgangsstrom bestimmt, der durch eine Heizspule fließt (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1).In some related art induction cookers, a material of an object to be heated is determined based on an output current flowing through a heating coil (see
Ein Induktionsherd von Patentliteratur 1 bestimmt ein Material des zu heizenden Objekts aus Aluminium, rostfreiem Stahl und Eisen, was auf dem Ausgangsstrom der Heizspule basiert.An induction cooker of
Weiterhin wird bei Induktionsherden des betreffenden Standes der Technik eine Temperatur des zu heizenden Objekts basierend auf einem Eingangsstrom zu oder einem Steuerbetrag für einen Wechselrichter bestimmt (siehe zum Beispiel Patentliteratur 2 und 3).Furthermore, in related art induction cookers, a temperature of the object to be heated is determined based on an input current to or a control amount for an inverter (see, for example, Patent Literatures 2 and 3).
Ein Induktionsherd von Patentliteratur 2 schließt ein Steuermittel zum Steuern des Wechselrichters ein, so dass der Eingangsstrom zu dem Wechselrichter konstant wird. Wenn sich der Steuerbetrag um einen vorbestimmten Betrag oder mehr in einem vorbestimmten Zeitraum ändert, stellt der Induktionsherd fest, dass eine Änderung in einer Temperatur des zu heizenden Objekts groß ist und unterdrückt eine Ausgabe des Wechselrichters. Es ist auch offenbart, dass wenn die Änderung in einem Steuerbetrag gleich oder kleiner als der vorbestimmte Betrag in dem vorbestimmten Zeitraum wird, der Induktionsherd feststellt, dass ein Wasserkochen abgeschlossen ist, und eine Betriebsfrequenz reduziert, um die Ausgabe des Wechselrichters zu reduzieren.An induction cooker of Patent Literature 2 includes control means for controlling the inverter so that the input current to the inverter becomes constant. When the control amount changes by a predetermined amount or more in a predetermined period of time, the induction cooker determines that a change in a temperature of the object to be heated is large and suppresses an output of the inverter. It is also disclosed that when the change in a control amount becomes equal to or smaller than the predetermined amount in the predetermined time period, the induction cooker judges that water boiling is completed and reduces an operation frequency to reduce the output of the inverter.
In Patentliteratur 3 wird ein Induktionsherd vorgeschlagen, der ein Eingangsstromänderungsbetragserkennungsmittel zum Erkennen des Änderungsbetrags im Eingangsstrom und ein Temperaturbestimmungsprozessmittel zum Bestimmen einer Temperatur des zu heizenden Objekts basierend auf dem Änderungsbetrag im Eingangsstrom einschließt, welcher von der Eingangsstromänderungsbetragserkennungseinheit erkannt wird. Es ist offenbart, dass wenn von dem Temperaturbestimmungsprozessmittel festgestellt wird, dass die Temperatur des zu heizenden Objekts gleich einer Überkochtemperatur wird, ein Stoppsignal ausgegeben wird, um das Heizen zu stoppen.In
Zitatlistequote list
Patentliteraturpatent literature
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Patentliteratur 1:
JP S63 - 2284 A JP S63 - 2284 A -
Patentliteratur 2:
JP 2008 - 181892 A 1 )Patent Literature 2:JP 2008 - 181892 A page 3 topage 5 and1 ) -
Patentliteratur 3:.
JP H05 62773 A 1 )Patent Literature 3:.JP H05 62773 A page 3 and1 )
Die
Die
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Technisches ProblemTechnical problem
Bei dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Induktionsherd kann das zu heizende Objekt grob klassifiziert und als irgendeines aus Aluminium, rostfreiem Stahl und Eisen bestimmt werden. Insbesondere kann eine grobe Bestimmung durchgeführt werden, ob das zu heizende Objekt aus einem magnetischen Material oder einem nicht magnetischen Material besteht, zum Beispiel basierend auf Eigenschaften des Materials. In nachteiliger Weise kann das festgestellte Material des zu heizenden Objekts jedoch nicht weiter klassifiziert werden. Zum Beispiel liegt das Problem darin, dass ein zu heizendes Objekt, das aus einem Aluminium hergestellt ist, und ein zu heizendes Objekt, das aus einem Kupfer hergestellt ist, beide nicht magnetische Materialien niedrigen Widerstands sind, und deshalb für eine detailliertere Bestimmung der Materialien nicht weiter klassifiziert werden können.In the induction cooker described in
Bei dem in Patentliteratur 2 beschriebenen Induktionsherd wird eine Betriebsfrequenz des Wechselrichters so gesteuert, dass ein Eingangsstrom konstant wird, und eine Änderung in einer Temperatur des zu heizenden Objekts basierend auf einer Änderung (Δf) in einem Steuerungsbetrag davon bestimmt wird. Für einige Materialien des zu heizenden Objekts besteht jedoch ein Problem darin, dass die Änderung (Δf) im Steuerbetrag der Betriebsfrequenz so extrem klein wird, dass ein Fehler bei einer Erkennung der Temperaturänderung des zu heizenden Objekts verursacht wird.In the induction cooker described in Patent Literature 2, an operation frequency of the inverter is controlled so that an input current becomes constant, and a change in temperature of the object to be heated is determined based on a change (Δf) in a control amount thereof. However, for some materials of the object to be heated, there is a problem that the change (Δf) in the amount of control of the operating frequency becomes so extremely small as to cause an error in detecting the temperature change of the object to be heated.
Das Temperaturerkennungsgerät für den in Patentliteratur 3 beschriebenen Induktionsherd weist ein Problem dahingehend auf, dass wenn ein Objekt, das aus unterschiedlichem Material hergestellt ist, während eines Heizens platziert wird, ein Risiko darin besteht, dass der Eingangsstrom abhängig von einer Betriebsfrequenz des Wechselrichters übermäßig groß wird, wobei eine Temperatur des Wechselrichters erhöht wird, was zu einem Bruch des Wechselrichters führt.The temperature detection device for the induction cooker described in
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um wenigstens eines der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, und stellt einen Induktionsherd bereit, das in der Lage ist, ein Material eines zu heizenden Objekts mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Die vorliegende Erfindung stellt auch einen Induktionsherd zur Verfügung, das in der Lage ist, eine Temperaturänderung des zu heizenden Objekts ungeachtet des Materials des zu heizenden Objekts zu erkennen.The present invention has been made to solve at least one of the problems described above, and provides an induction cooker capable of determining a material of an object to be heated with high accuracy. The present invention also provides an induction cooker capable of detecting a temperature change of the object to be heated regardless of the material of the object to be heated.
ProblemlösungTroubleshooting
Die Erfindung ist in dem beigefügten Anspruch 1 definiert. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Induktionsherd zur Verfügung gestellt, der insbesondere umfasst: eine Heizspule, die zum Heizen eines zu heizenden Objekts mittels Induktion ausgelegt ist; einen Betriebsschaltkreis, der zum Versorgen der Heizspule mit Hochfrequenzleistung ausgelegt ist; eine Lastbestimmungseinheit, die zum Ausführen eines Lastbestimmungsprozesses zum Bestimmen einer Last auf das Objekt ausgelegt ist; eine Steuerung, die zum Steuern eines Betriebs des Betriebsschaltkreis ausgelegt ist, um die Hochfrequenzleistung zu steuern, welcher der Heizspule zugeführt wird; eine Eingangsstromerkennungseinheit, die zum Erkennen eines Eingangsstroms an dem Betriebsschaltkreis ausgelegt ist; und eine Spulenstromerkennungseinheit, die zum Erkennen eines Spulenstroms ausgelegt ist, der durch die Heizspule fließt, wobei die Lastbestimmungseinheit ausgelegt ist zum Erhalten eines Stromänderungsbetrags von wenigstens einem, von dem Eingangsstrom oder dem Spulenstrom, in einer Spanne vom Start einer Leistungsversorgung der Heizspule bis zum Ablauf eines ersten Heizzeitraums, und Bestimmen eines Materials des Objekts basierend auf dem Stromänderungsbetrag, wobei die Steuerung ausgelegt ist, den Betrieb des Betriebsschaltkreises in Übereinstimmung mit einem Bestimmungsergebnis von der Lastbestimmungseinheit zu steuern.The invention is defined in
Vorteilhafte Effekte der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention
Gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Material des zu heizenden Objekts mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.According to one embodiment of the present invention, the material of the object to be heated can be determined with high accuracy.
Figurenlistecharacter list
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1 ]1 ist eine explosionsperspektivische Ansicht zum Darstellen eines Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.[1 ]1 14 is an exploded perspective view showing an induction cooker according toEmbodiment 1. -
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2 ]2 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Betriebsschaltkreises des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.[2 ]2 13 is a diagram showing an operating circuit of the induction cooker according toEmbodiment 1. -
[
3 ]3 ist ein Funktionsblockdiagramm zum Darstellen eines Beispiels einer Steuerung des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.[3 ]3 12 is a functional block diagram showing an example of control of the induction cooker according toEmbodiment 1. -
[
4 ]4 ist ein Charakteristik-Diagramm zur Lastbestimmung für ein zu heizendes Objekt basierend auf einer Beziehung zwischen einem Heizspulenstrom und einem Eingangsstrom des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.[4 ]4 14 is a characteristic diagram for determining load for an object to be heated based on a relationship between a heating coil current and an input current of the induction cooker according toEmbodiment 1. -
[
5 ]5 ist ein Beziehungsdiagramm des Eingangsstroms bezüglich einer Betriebsfrequenz des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1, wenn sich eine Temperatur des zu heizenden Objekts ändert.[5 ]5 14 is a relational diagram of input current with respect to an operating frequency of the induction cooker according toEmbodiment 1 when a temperature of the object to be heated changes. -
[
6 ]6 ist eine Kurve eines Anteils in einer vergrößerten Art, der in5 von der gestrichelten Linie umgeben ist.[6 ]6 is a graph of a proportion in an enlarged manner, which in5 surrounded by the dashed line. -
[
7 ]7 sind Kurven zum Zeigen von Beziehungen zwischen Zeit und von jedem, einer Betriebsfrequenz, einer Temperatur und Strömen des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.[7 ]7 are curves showing relationships between time and each, an operating frequency, a temperature and currents of the induction cooker according toEmbodiment 1. -
[
8 ]8 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Beispiels eines Betriebs des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1 in einem Wasserheizmodus.[8th ]8th 14 is a flowchart showing an example of operation of the induction cooker according toEmbodiment 1 in a water heating mode. -
[
9 ]9 ist ein Charakteristik-Diagramm zur Lastbestimmung für ein zu heizendes Objekt basierend auf einer Beziehung zwischen dem Heizspulestrom und dem Eingangsstrom des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.[9 ]9 14 is a characteristic diagram for load determination for an object to be heated based on a relationship between the heating coil current and the input current of the induction cooker according toEmbodiment 1. -
[
10 ]10 sind Kurven zum Zeigen von Beziehungen zwischen der Zeit und von jedem, der Betriebsfrequenz, der Temperatur und der Ströme des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.[10 ]10 are curves showing relationships between time and each, operating frequency, temperature and currents of the induction cooker according toEmbodiment 1. -
[
11 ]11 sind Kurven zum Zeigen von Beziehungen zwischen der Zeit und von jedem, der Betriebsfrequenz, der Temperatur und der Ströme in des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1.[11 ]11 are curves showing relationships between time and each, operating frequency, temperature and currents in the induction cooker according toEmbodiment 1. -
[
12 ]12 ist ein Diagramm zum Darstellen eines anderen Betriebsschaltkreises von dem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 1.[12 ]12 13 is a diagram showing another operating circuit of the induction cooker according toEmbodiment 1. -
[
13 ]13 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Teils eines Betriebsschaltkreises von einem Induktionsherd gemäß Ausführungsform 2.[13 ]13 13 is a diagram showing part of an operation circuit of an induction cooker according to Embodiment 2. -
[
14 ]14 sind Schaubilder zum Darstellen eines Beispiels eines Betriebssignals eines Halbbrückenschaltkreises gemäß Ausführungsform 2.[14 ]14 12 are graphs showing an example of an operation signal of a half-bridge circuit according to Embodiment 2. -
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15 ]15 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Teils eines Betriebsschaltkreises eines Induktionsherds gemäß Ausführungsform 3.[15 ]15 Fig. 12 is a diagram showing part of an operation circuit of an induction cooker according toEmbodiment 3. -
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16 ]16 sind Schaubilder zum Darstellen eines Beispiels eines Betriebssignals eines Vollbrückenschaltkreises gemäß Ausführungsform 3.[16 ]16 12 are graphs showing an example of an operation signal of a full bridge circuit according toEmbodiment 3.
Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments
Ausführungsform 1
(Konfiguration)(Configuration)
Wie in
In Ausführungsform 1 sind die erste Heizeinheit 11 und die zweite Heizeinheit 12 so angeordnet, dass sie zu der Linken und Rechten auf einer Vorderseite eines Hauptkörpers vorgesehen sind, und die dritte Heizeinheit 13 ist im Wesentlichen in der Mitte einer Rückseite des Hauptkörpers bereitgestellt.In
Die Anordnung der Heizfelder ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die drei Heizfelder Seite an Seite in einer im Wesentlichen linearen Art angeordnet sein. Darüber hinaus kann eine Anordnung vorgenommen werden, in welcher eine Mitte der ersten Heizeinheit 11 und eine Mitte der zweiten Heizeinheit 12 in einer Tiefenrichtung an verschiedenen Positionen sind.The arrangement of the heating panels is not limited to this. For example, the three heating panels can be arranged side by side in a substantially linear fashion. Moreover, an arrangement can be made in which a center of the
Das Ganze der Kopfplatte 4 ist vollständig aus einem Material ausgebildet, das für Infrarotstrahlung transparent ist, wie ein hitzebeständiges gehärtetes Glas oder Kristallglas, und ist an einem Außenumfang einer Kopföffnung des Hauptkörpers des Induktionsherds 100 über eine Gummimanschette oder ein Dichtmaterial in einem wasserdichten Zustand befestigt. Auf der Kopfplatte 4 sind kreisförmige Topfpositionsindikatoren durch Anstrich, Aufdruck oder dergleichen ausgebildet, welche die allgemeinen Platzierpositionen von Töpfen angeben, die den Heizbereichen (Heizfeldern) der ersten Heizeinheit 11, der zweiten Heizeinheit 12 und der dritten Heizeinheit 13 entsprechen.The whole of the
An der Vorderseite der Kopfplatte 4 sind eine Bedienungseinheit 40a, eine Bedienungseinheit 40b und eine Bedienungseinheit 40c (hier nachstehend manchmal gemeinsam als „Bedienungseinheit 40“ bezeichnet) als Eingabegeräte vorgesehen, die zum Einstellen von Heizleistung und Koch-Menüs (Wasserheizmodus, Frittiermodus und andere Modi) zum Heizen des Objekts 5 durch die erste Heizeinheit 11, die zweite Heizeinheit 12 und die dritte Heizeinheit 13 ausgebildet sind. Darüber hinaus sind in der Nähe der Bedienungseinheit 40 eine Anzeigeeinheit 41a, eine Anzeigeeinheit 41b und eine Anzeigeeinheit 41c (nachstehend manchmal gemeinsam als „Anzeigeeinheit 41“ bezeichnet), die zum Anzeigen eines Betriebszustands des Induktionsherds 100, Eingabe- und Betriebsdetails der Bedienungseinheit 40 und dergleichen ausgebildet sind, als eine Benachrichtigungseinheit 42 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist nicht speziell eingeschränkt auf den Fall, wo die Bedienungseinheiten 40a bis 40c und die Anzeigeeinheiten 41a bis 41c für die entsprechenden Heizfelder vorgesehen sind, oder einen Fall, wo die Bedienungseinheit 40 und die Anzeigeeinheit 41 gemeinsam für die Heizfelder vorgesehen sind.On the front of the
Unterhalb der Kopfplatte 4 und innerhalb des Hauptkörpers sind die erste Heizeinheit 11, die zweite Heizeinheit 12 und die dritte Heizeinheit 13 vorgesehen, und jede der Heizeinheiten schließt eine Heizspule (nicht gezeigt) ein.Below the
Innerhalb des Hauptkörpers des Induktionsherds 100 sind ein Betriebsschaltkreis 50 vorgesehen, der zum Zuführen von Hochfrequenzleistung an die Heizspule der ersten Heizeinheit 11, der zweiten Heizeinheit 12 und der dritten Heizeinheit 13 ausgelegt sind, und eine Steuerung 45, die zum Steuern eines Betriebs des gesamten Induktionsherds 100 einschließlich des Betriebsschaltkreises 50 ausgelegt ist.Provided within the main body of the
Die Heizspulen weisen eine im Wesentlichen kreisförmige ebene Form auf, und sind durch Wickeln eines leitfähigen Drahts in einer Umfangsrichtung aufgebaut, welcher aus einem isolationsbeschichteten Metall (zum Beispiel Kupfer, Aluminium oder anderen Metallen) hergestellt ist. Ein Induktionsheizbetrieb wird durch Versorgen jeder der Heizspulen mit der Hochfrequenzleistung des Betriebsschaltkreises 50 durchgeführt.The heating coils have a substantially circular planar shape, and are constructed by winding in a circumferential direction a conductive wire made of an insulation-coated metal (e.g., copper, aluminum or other metals). An induction heating operation is performed by supplying the high-frequency power of the
Eine Eingangsstromerkennungseinheit 25a erkennt einen Strom, der von einer AC-Leistungsversorgung (herkömmliche Leistungsversorgung) 21 an dem DC-Leistungsversorgungsschaltkreis 22 eingespeist wird, und gibt ein Spannungssignal an die Steuerung 45 aus, das einem Eingangsstromwert entspricht.An input
Der DC-Leistungsversorgungschaltkreis 22 schließt eine Diodenbrücke 22a, eine Drosselspule (reactor) 22b und einen Glättungskondensator 22c ein, und wandelt eine AC-Spannungseingabe von der AC-Leistungsversorgung 21 in einer DC-Spannung um, um die DC-Spannung an den Wechselrichterschaltkreis 23 auszugeben.The DC
Der Wechselrichterschaltkreis 23 ist ein Wechselrichter von einem so genannten Halbbrückentyp, in welchem IGBTs 23a und 23b, die als Schaltelemente dienen, in Reihe mit der Ausgabe des DC-Leistungsversorgungschaltkreises 22 verbunden sind, und Dioden 23c und 23d entsprechend parallel zu den IGBTs 23a und 23b als Freilaufdioden angebunden sind. Der Wechselrichterschaltkreis 23 ist ausgelegt, um DC-Leistung, welche von dem DC-Leistungsversorgungsschaltkreis 22 ausgegeben wird, in Hochfrequenz-AC-Leistung von ungefähr 20 kHz bis ungefähr 50 kHz zu wandeln, und die Hochfrequenz-AC-Leistung einem Resonanzschaltkreis zuzuführen, der eine Heizspule 11a und den Resonanzkondensator 24a einschließt. Der Resonanzkondensator 24a ist in Reihe mit der Heizspule 11a verbunden, und der Resonanzschaltkreis weist eine Resonanzfrequenz entsprechend einer Induktion der Heizspule 11a, einer Kapazität des Resonanzkondensators 24a und dergleichen auf. Die Induktion der Heizspule 11a ändert sich in Übereinstimmung mit Charakteristiken des Objekts 5 (Metalllast), wenn die Metalllast magnetisch gekoppelt ist, und die Resonanzfrequenz des Resonanzschaltkreises ändert sich in Übereinstimmung mit der Induktionsänderung.The
Mit der vorstehenden Auslegung fließt ein Hochfrequenzstrom von ungefähr mehreren 10 Ampere durch die Heizspule 11a. Mit dem hochfrequenzmagnetischen Fluss, der durch das Fließen von Hochfrequenzstrom erzeugt wird, wird das Objekt 5, das unmittelbar über der Heizspule 11a auf der Kopfplatte 4 platziert ist, durch Induktion beheizt. Die IGBTs 23a und 23b, die Schaltelemente sind, sind zum Beispiel aus Silizium-basierten Halbleitern hergestellt, können jedoch unter Verwenden von Halbleitern mit großer Bandlücke gebildet werden, die aus Siliziumkarbid, einem Galliumnitrid-basierten Material oder anderen Materialien mit großer Bandlücke hergestellt sind.With the above configuration, a high-frequency current of about several tens of amperes flows through the
Die Halbleiter mit großer Bandlücke können für die Schaltelemente verwendet werden, um Einspeiseverluste in den Schaltelementen zu reduzieren. Darüber hinaus strahlt, selbst wenn eine Schaltfrequenz (Betriebsfrequenz) auf eine hohe Frequenz (hohe Geschwindigkeit) eingestellt ist, der Betriebsschaltkreis zufriedenstellend Wärme ab, mit dem Ergebnis, dass eine Kühlrippe für den Betriebsschaltkreises klein gemacht werden kann, und dass Reduktionen in Größe und Kosten des Betriebsschaltkreises realisiert werden können.The wide bandgap semiconductors can be used for the switching elements to reduce injection losses in the switching elements. In addition, even when a switching frequency (operating frequency) is set to a high frequency (high speed), the operating circuit satisfactorily radiates heat, with the result that a cooling fin for the operating circuit can be made small, and reductions in size and cost of the operating circuit can be realized.
Eine Spulenstromerkennungseinheit 25b ist zwischen der Heizspule 11a und dem Resonanzkondensator 24a angebunden. Die Spulenstromerkennungseinheit 25b erkennt einen Strom, der zum Beispiel durch die Heizspule 11a hindurch fließt, und gibt ein Spannungssignal an die Steuerung 45 aus, welches einem Heizspulenstromwert entspricht.A coil
Eine Temperaturerkennungseinheit 30 ist zum Beispiel aus einem Thermistor gebildet, und erkennt eine Temperatur basierend auf Wärme, die von dem Objekt 5 an die Kopfplatte 4 übertragen wird. Die Temperaturerkennungseinheit 30 ist nicht auf den Thermistor beschränkt, und es kann irgendein Sensor wie ein Infrarotsensor verwendet werden.A
Die Steuerung 45, welche durch einen Mikrocomputer, einen digitalen Signalprozessor (DSP) oder dergleichen aufgebaut ist, ist zum Steuern des Betriebs des Induktionsherds 100 ausgelegt, und schließt eine Betriebssteuereinheit 31, eine Lastbestimmungseinheit 32, eine Betriebsfrequenzeinstelleinheit 33, eine Stromänderungserkennungseinheit 34, eine Leistungsanpassungseinheit 35 und eine Eingabe/Ausgabesteuereinheit 36 ein.The
Die Betriebssteuereinheit 31 gibt Betriebssignale DS an die IGBTs 23a und 23b des Wechselrichterschaltkreises 23 aus, um die IGBTs 23a und 23b zu veranlassen, einen Schaltprozess durchzuführen, und damit den Wechselrichterschaltkreis 23 zu betreiben. Dann steuert die Betriebssteuereinheit 31 die Hochfrequenzleistung, welche der Heizspule 11a zugeführt wird, um ein Heizen des Objekts 5 zu steuern. Jedes der Betriebssignale DS ist zum Beispiel ein Signal mit einer vorbestimmten Betriebsfrequenz von ungefähr 20 kHz bis ungefähr 50 kHz mit einem vorbestimmten EIN-Schaltverhältnis (zum Beispiel 0,5).The
Die Lastbestimmungseinheit 32 ist ausgelegt, um einen Lastbestimmungsprozesses auf das Objekt 5 durchzuführen, und ein Material des Objekts 5 als eine Last zu bestimmen. Details des Lastbestimmungsprozesses werden nachstehend beschrieben.The
Die Betriebsfrequenzeinstelleinheit 33 ist ausgelegt, um eine Betriebsfrequenz f der Betriebssignals DS einzustellen, die an den Wechselrichterschaltkreis 23 ausgegeben werden, um der Heizspule 11a Leistung von dem Wechselrichterschaltkreis 23 zuzuführen. Insbesondere hat die Betriebsfrequenzeinstelleinheit 33 eine Funktion des automatischen Einstellens der Betriebsfrequenz f in Übereinstimmung mit einem Bestimmungsergebnis der Lastbestimmungseinheit 32. Genauer gesagt speichert die Betriebsfrequenzeinstelleinheit 33 zum Beispiel eine Tabelle zum Bestimmen der Betriebsfrequenz f in Übereinstimmung mit dem Material des Objekts 5 und der eingestellten Heizleistung. Wenn mit einem Ergebnis der Lastbestimmung und der eingestellten Heizleistung eingegeben, bezieht sich die Betriebsfrequenzeinstelleinheit 33 auf die Tabelle, um einen Wert fd der Betriebsfrequenz f zu bestimmen. Die Betriebsfrequenzeinstelleinheitswert 33 stellt eine Frequenz ein, die höher ist als die Resonanzfrequenz des Resonanzschaltkreises, so dass der Eingangsstrom nicht zu groß wird.The operation
Auf diese Art betreibt die Betriebsfrequenzeinstelleinheit 33 den Wechselrichterschaltkreis 23 mit der Betriebsfrequenz f, die dem Material des Objekts 5 entspricht, basierend auf dem Lastbestimmungsergebnis, mit dem Ergebnis, dass ein Eingangsstromanstieg unterdrückt werden kann, und somit der Temperaturanstieg des Wechselrichterschaltkreis ist 23 unterdrückt werden kann, um eine Zuverlässigkeit zu erhöhen.In this way, the operating
Die Stromänderungserkennungseinheit 34 erkennt einen Stromänderungsbetrag ΔI von wenigstens einem, dem Eingangsstrom oder dem Spulenstrom, pro vorbestimmte Zeit, wenn der Wechselrichterschaltkreis 23 bei der Betriebsfrequenz f=fd betrieben wird, die von der Betriebsfrequenzeinstelleinheit 33 eingestellt wird. Die vorbestimmte Zeit kann ein voreingestellter Zeitraum sein, oder kann ein Zeitraum sein, der durch eine Nutzerbedienung an der Bedienungseinheit 40 änderbar ist.The current
Die Leistungsanpassungseinheit 35 ist ausgelegt, um einen Anpassungsbetrag für das Betriebssignale DS einzustellen, wenn der Stromänderungsbetrag ΔI, der von der Stromänderungserkennungseinheit 34 erkannt wird, gleich oder kleiner als ein Schwellwert wird. Insbesondere bestimmt die Leistungsanpassungseinheit 35 einen voreingestellten Anstiegsbetrag Δf in einer Betriebsfrequenz als den Anpassungsbetrag. Dann löst die Betriebssteuereinheit 31 die Festlegung der Betriebsfrequenz f, und erhöht die Betriebsfrequenz f um den Anpassungsbetrag Δf (f=fd+Δf), um den Wechselrichterschaltkreis 23 zu betreiben.The
Die Betriebssteuereinheit 31 reduziert die elektrische Leistung, die der Heizspule 11a in Übereinstimmung mit dem Anpassungsbetrag zugeführt wird, der von der Leistungsanpassungseinheit 35 eingestellt ist. Die Betriebssteuereinheit 31 löst die Festlegung der Betriebsfrequenz f=fd, und erhöht die Betriebsfrequenz f um den Anstiegsbetrag Δf (f=fd+Δf), um den Wechselrichterschaltkreis 23 zu betreiben.The
(Betrieb)(Operation)
Als nächstes wird ein Beispiel eines Betriebs des Induktionsherds 100 gemäß Ausführungsform 1 beschrieben.Next, an example of operation of the
Als erstes wird ein Betrieb in einem Fall beschrieben, wo das Objekt 5, das auf dem Heizfeld der Kopfplatte 4 platziert ist, durch Induktion mit Heizleistung geheizt wird, die von der Bedienungseinheit 40 eingestellt ist.First, an operation in a case where the
Das zu heizende Objekt 5 wird von dem Nutzer auf dem Heizfeld platziert, und es wird eine Nutzeranweisung durch Betätigen von Bedienungseinheit 40 eingegeben, um ein Heizen zu starten (Eingeben von Heizleistung). Dann führt die Lastbestimmungseinheit 32 der Steuerung 45 den Lastbestimmungsprozess aus. Der Lastbestimmungsprozess, der von der Lastbestimmungseinheit 32 ausgeführt wird, schließt einen „Lastbestimmungsprozesses bei dem Heizstart“ und einen „Lastbestimmungsprozess während eines Heizbetriebs“ ein.The
(Lastbestimmungsprozess beim Heizstart)(Load determination process at heating start)
Das Material des Objekts 5 (Topf), das als einen Last dient, wird durch eine Hauptklassifikation (durch welche das Objekt grob klassifiziert wird) als ein magnetisches Material, ein nicht magnetisches Material mit hohem Widerstand, oder ein nicht magnetisches Material mit geringem Widerstand bestimmt, basierend auf magnetischen Charakteristiken und Impedanz-Charakteristiken. Das magnetischen Material schließt zum Beispiel Eisen und Ferrit-basierten Edelstahl (zum Beispiel 18Cr: JIS SUS430) ein. Das nicht magnetischen Material mit hohem Widerstand schließt zum Beispiel austenitischen Edelstahl (zum Beispiel 18Cr-8Ni: JIS SUS304) ein. Das nicht magnetische Material mit geringem Widerstand schließt Aluminium oder Kupfer ein.The material of the object 5 (pot) serving as a load is classified by a main classification (by which the object is roughly classified) as a magnetic material, non-magnetic High resistance material, or a low resistance non-magnetic material determined based on magnetic characteristics and impedance characteristics. The magnetic material includes, for example, iron and ferrite-based stainless steel (for example, 18Cr: JIS SUS430). The high resistance non-magnetic material includes, for example, austenitic stainless steel (for example, 18Cr-8Ni: JIS SUS304). The low resistance non-magnetic material includes aluminum or copper.
Die Lastbestimmungseinheit 32 klassifiziert und bestimmt grob das Material des Objekts 5 in irgend einer Kategorie, die dem magnetischen Material, dem nicht magnetischen Material mit hohem Widerstand und dem nicht magnetischen Material mit geringem Widerstand entspricht, basierend auf einer Beziehung zwischen dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom in dem Lastbestimmungsprozess bei dem Heizstart. Die Lastbestimmungseinheit 32 bestimmt auch, basierend auf der Beziehung zwischen dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom, ob ein Keine-Last-Zustand herrscht oder nicht, einschließlich eines Zustands, in welchem das Objekt 5 nicht auf der Kopfplatte 4 platziert ist, und einem Zustand, in welchem das Objekt 5 nicht in einer ausreichenden Größe platziert ist.The
Wie in
In dem Lastbestimmungsprozess beim Heizstart betreibt die Steuerung 45 den Wechselrichterschaltkreis 23 in einer voreingestellten Betriebsfrequenz zur Lastbestimmung für einen vorgegebenen Bestimmungszeitraum, um den Eingangsstrom aus einem Ausgangssignal zu erkennen, das von der Eingangsstrombestimmungseinheit 25a ausgegeben wird. Zu dieser Zeit erkennt die Steuerung 45 auch den Spulenstrom aus einem Ausgangssignal, das von der Spulenstromerkennungseinheit 25b ausgegeben wird. Die Steuerung 45 bestimmt die Kategorie des Materials von dem platzierten, zu heizenden Objekt (Topf) 5 aus dem erkannten Spulenstrom und Eingangsstrom und von der Lastbestimmungstabelle von
Nachdem der Lastbestimmungsprozess bei dem Heizstart durchgeführt ist, führt die Steuerung 45 einen Steuerungsbetrieb basierend auf einem Lastbestimmungsergebnis durch.After the load determination process is performed at the heating start, the
Wenn das Lastbestimmungsergebnis angibt, dass keine Last vorliegt, steuert die Steuerung 45 die Benachrichtigungseinheit 42 zum Benachrichtigen, dass ein Heizen nicht durchgeführt werden kann, wodurch der Nutzer zum Platzieren eines Topfs aufgefordert wird. Zu dieser Zeit wird der Heizspule 11a keine Hochfrequenzleistung von dem Betriebsschaltkreis 50 zugeführt.When the load determination result indicates that there is no load, the
Wenn das Lastbestimmungsergebnis irgendein magnetisches Material, das nicht magnetische Material mit hohem Widerstand, und das nicht magnetische Material mit niedrigem Widerstand angibt, sind die Töpfe aus Materialien hergestellt, die von dem Induktionsherd 100 von Ausführungsform 1 geheizt werden können. Deshalb bestimmt die Steuerung 45 die Betriebsfrequenz in Übereinstimmung mit dem bestimmten Material. Die Betriebsfrequenz wird auf eine Frequenz gesetzt, die höher als die Resonanzfrequenz ist, so dass der Eingangsstrom nicht übermäßig hoch wird. Die Betriebsfrequenz kann unter Bezugnehmen auf zum Beispiel eine Frequenztabelle in Übereinstimmung mit dem Material des Objekts 5 und der eingestellten Heizleistung bestimmt werden.When the load determination result indicates any of the magnetic material, the high-resistance nonmagnetic material, and the low-resistance nonmagnetic material, the pots are made of materials that can be heated by the
Die Steuerung 45 betreibt den Wechselrichterschaltkreis 23 in einem Zustand, in welchem die bestimmte Betriebsfrequenz fest ist, und startet einen Induktionsheizbetrieb. In dem Zustand, in welchem die Betriebsfrequenz fest ist, ist auch IN-Betrieb (EIN/AUS-Verhältnis) der Schaltelemente des Wechselrichterschaltkreises 23 fest.The
Auf diese Weise wird das Material des Objekts 5, das oberhalb der Heizspule 11a platziert ist, durch die Hauptklassifikation festgestellt und bestimmt, In Übereinstimmung mit dem Material des Objekts 5 wird die Betriebsfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 bestimmt. Der Wechselrichterschaltkreis 23 wird bei der Betriebsfrequenz betrieben. Deshalb kann der Wechselrichterschaltkreis 23 in einer festen Art bei der Betriebsfrequenz in Übereinstimmung mit dem Material des Objekts 5 betrieben werden, was einen Anstieg des Eingangsstroms unterdrücken kann. Daher kann ein Temperaturanstieg des Wechselrichterschaltkreises 23 unterdrückt werden, wodurch eine Zuverlässigkeitsverbesserung ermöglicht wird.In this way, the material of the
(Lastbestimmungsprozess während eines Heizbetriebs)(Load determination process during a heating operation)
In
Wie in
Die Steuerung 25 führt der Heizspule 11a die elektrische Leistung mit einer festen Betriebsfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 zu, wodurch das Heizen des Objekts 5 implementiert wird. In diesem Fall ändert sich, wie in
Der vorstehend erwähnte Stromänderungsbetrag unterscheidet sich abhängig von der Materialart des zu heizenden Objekts. Einige Materialien weisen einen großen Stromänderungsbetrag auf, und die anderen Materialien weisen einen kleinen Stromänderungsbetrag auf.The current change amount mentioned above differs depending on the material type of the object to be heated. Some materials have a large amount of current change, and the other materials have a small amount of current change.
Wie in
Wenn die Temperaturen der zu heizenden Objekte 5 aufgrund des Heizbetriebs ansteigen, nimmt ein Strom für den Topf mit einer „großen“ Stromänderung, gezeichnet als skiziertes Rautenzeichen, ab. Auf der anderen Seite ist, verglichen mit dem Topf mit einer „großen“ Stromänderung, die Strombetragsabnahme für den Topf mit einer „kleinen“ Stromänderung, gezeichnet als ein skizziertes Quadratzeichen, gering.When the temperatures of the objects to be heated 5 rise due to the heating operation, a current for the pot with a “large” current change, drawn as a sketched rhombus, decreases. On the other hand, compared to the pot with a "large" current change, the current magnitude decrease for the pot with a "small" current change, plotted as a square sign sketched, is small.
Basierend auf der vorstehend erwähnten Tatsache erhält in dem Lastbestimmungsprozess während des Heizbetriebs die Lastbestimmungseinheit 32 einen Stromänderungsbetrag I1 von jedem, dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom, in einer Spanne von dem Start einer Leistungsversorgung der Heizspule 11a bis zum Ablauf eines ersten Heizzeitraums. Dann wird, basierend auf dem Stromänderungsbetrag I1 das Material des Objekts 5 durch eine Unterordnungsklassifikation (feiner als die Hauptklassifikation) bestimmt. Insbesondere wird das Material aus einer Materialvielzahl bestimmt, welche in die Kategorie fallen, die in dem vorstehend erwähnten Lastbestimmungsprozess bei dem Heizstart in die Hauptklassifikation fallen.Based on the above-mentioned fact, in the load determination process during the heating operation, the
Zum Beispiel speichert die Lastbestimmungseinheit 32 im Vorhinein ein Verhältnis zwischen dem Stromänderungsbetrag 11 und der Materialart im Zusammenhang mit dem Wert des Eingangsstroms und dem Wert des Spulenstroms, basierend auf experimentellen Daten oder dergleichen.For example, the
Dann bestimmt die Lastbestimmungseinheit 32 durch die Unterordnungsklassifikation die Materialart des Objekts 5 unter Bezugnehmen auf die vorgespeicherte Information des Verhältnisses zwischen dem Stromänderungsbetrag 11 und der Materialart, basierend auf wenigstens einem, dem Eingangsstrom, der von der Eingangsstromerkennungseinheit 25a erkannt wird, oder dem Spulenstrom, der von der Spulenstromerkennungseinheit 25b erkannt wird.Then, the
Auf diese Art kann das Material des Objekts 5 durch die Unterordnungsklassifikation als zum Beispiel ein Material aus Eisen, Ferrit-basiertem Edelstahl und dergleichen bestimmt werden, das in die Kategorie des magnetischen Materials fällt.In this way, the material of the
Mit dem Temperaturanstieg des Objekts 5 nehmen beide, der Eingangsstrom und der Spulenstrom ab. Deshalb kann in dem Lastbestimmungsprozesses während des Heizbetriebs das Material des Objekts 5 unter Verwenden des Stromänderungsbetrags I1 in einem, dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom bestimmt werden. Wenn der Eingangsstrom und der Spulenstrom beide verwendet werden, muss nur ein Stromänderungsbetrag I1=Wurzel{(Änderungsbetrag im Eingangsstrom)2+(Änderungsbetrag im Ausgangsstrom)2} verwendet werden. Beim Verwenden von beiden, dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom, kann eine Bestimmungsgenauigkeit des Materials des Objekts 5 weiter verbessert werden.As the temperature of the
Der erste Heizzeitraum kann ein voreingestellter Zeitraum sein, oder kann basierend auf der Heizleistung oder dem Kochmodus bestimmt werden, der durch eine Benutzerbedienung der Bedienungseinheit 40 eingestellt ist.The first heating period may be a preset period, or may be determined based on the heating power or the cooking mode set by a user's operation of the
Nach dem Lastbestimmungsprozess, während der Heizprozess durchgeführt wird, führt die Steuerung 45 einen Steuerbetrieb basierend auf dem Lastbestimmungsergebnis durch. Zum Beispiel kann die Betriebsfrequenz in Übereinstimmung mit der Materialart des Objekts 5 korrigiert werden, das durch die Unterordnungsklassifikation bestimmt wird. Alternativ kann zum Beispiel ein oberer Grenzwert einer Eingangsheizleistung in Übereinstimmung mit der Materialart des Objekts 5 eingestellt werden.After the load determination process, while the heating process is being performed, the
Wie vorstehend beschrieben wird, basierend auf dem Stromänderungsbetrag in der Spanne von dem Start einer Leistungsversorgung der Heizspule 11a bis zum Ablauf des ersten Heizzeitraums das Material des Objekts 5 durch die Unterordnungsklassifikation als eines aus der Materialvielzahl bestimmt, welches in die Kategorie fällt, die durch das Festlegen von der Unterordnungsklassifikation bestimmt wird. Deshalb kann das Material des Objekts 5 mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. As described above, based on the amount of current change in the period from the start of power supply to the
(Erkennung einer Temperaturänderung)(detection of a temperature change)
In einem Zustand, in welchem die Betriebsfrequenz fest ist, nehmen die Ströme (Eingangsstrom und Spulenstrom) in Übereinstimmung mit der Temperatur des Objekts 5 ab. Wie in
Wegen der vorstehend erwähnten Tatsache erhält die Steuerung 25 einen Stromänderungsbetrag (Eingangsstrom oder Spulenstrom) pro vorbestimmte Zeit (Stromänderungsbetrag ΔI) mit der festen Betriebsfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23, und erkennt eine Temperaturänderung des Objekts 5 basierend auf dem Stromänderungsbetrag ΔI.Because of the above fact, the controller 25 obtains a current change amount (input current or coil current) per predetermined time (current change amount ΔI) at the fixed operating frequency of the
Wie vorstehend beschrieben kann die Temperaturänderung des Objekts 5 basierend auf der Stromänderung erkannt werden. Deshalb kann, verglichen mit einem Temperatursensor oder dergleichen, die Temperaturänderung des Objekts mit einer höheren Geschwindigkeit erkannt werden.As described above, the temperature change of the
(Wasserkochmodus)(water boiling mode)
Als nächstes wird ein Betrieb beschrieben, der durchgeführt wird, wenn der Wasserkochmodus zum Durchführen eines Wasserkochbetriebs für Wasser, das in das Objekt 5 eingefüllt wurde, von der Bedienungseinheit 40 als das Koch-Menü (Betriebsmodus) ausgewählt wird.Next, an operation performed when the water boiling mode for performing a water boiling operation for water poured into the
In
Wie in
Wie in
Aus der vorstehend erwähnten Tatsache erhält die Steuerung 25 von Ausführungsform 1 den Stromänderungsbetrag pro Zeit (Stromänderungsbetrag ΔI) bei der festen Betriebsfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23. Wenn der Stromänderungsbetrag ΔI gleich oder kleiner als der Schwellwert wird, wird festgestellt, dass das Wasserkochen abgeschlossen ist.From the above fact, the controller 25 of
Vorstehend beschriebene Details des Wasserkochmodus werden bezugnehmend auf
Als erstes empfängt, nachdem das Objekt 5 durch den Nutzer auf das Heizfeld der Kopfplatte 4 platziert wird, die Bedienungseinheit 40 eine Nutzerbedienung, um ein Heizen zu starten (Eingeben von Heizleistung). Dann führt die Lastbestimmungseinheit 32 den Lastbestimmungsprozess beim Heizstart durch. In dem Lastbestimmungsprozess bei dem Heizstart wird die Kategorie des Materials des zu heizenden Objekts (Topf) 5 durch die Hauptklassifikation unter Verwenden der Lastbestimmungstabelle festgestellt, die das Verhältnis zwischen dem Eingangsstrom und dem Spulenstrom angibt (Schritt ST1). Wenn festgestellt wird, dass keine Last vorhanden ist, steuert die Steuerung 45 die Benachrichtigungseinheit 42, um mitzuteilen, dass keine Last vorhanden ist, wobei eine Steuerung so durchgeführt wird, dass an die Heizspule 11a keine Hochfrequenzleistung von dem Betriebsschaltkreis 50 zugeführt wird.First, after the
Als nächstes bestimmt die Betriebsfrequenzeinstelleinheit 33 den Wert fd der Betriebsfrequenz f in Übereinstimmung mit der Kategorie des Materials, welches basierend auf dem Ergebnis des Lastbestimmungsprozesses bei dem Heizstart festgestellt wird (Schritt ST2). Zu dieser Zeit wird die Betriebsfrequenz f auf die Betriebsfrequenz f=fd gesetzt, die höher als die Resonanzfrequenz des Resonanzschaltkreises ist, so dass der Eingangsstrom nicht übermäßig groß wird.Next, the operation
In Schritt ST2 kann die Betriebsfrequenzeinstelleinheit 33 den Wert fd der Betriebsfrequenz f bestimmen, so dass die Hochfrequenzleistung, die der Heizspule 11a zugeführt wird, in Übereinstimmung mit der Kategorie einen Maximalwert aufweist, die von der Hauptklassifikation durch die Lastbestimmungseinheit 32 bestimmt wird. Zum Beispiel wird, wenn das Material des Objekts 5 ein magnetisches Material ist, der Wert fd der Betriebsfrequenz f so bestimmt, dass die elektrische Leistung, die der Heizspule 11a zugeführt wird, 3 kW wird. Weiterhin wird zum Beispiel, wenn das Material des Objekts 5 ein nicht magnetisches Material mit geringem Widerstand ist, der Wert fd der Betriebsfrequenz f so bestimmt, dass die elektrische Leistung, die der Heizspule 11a zugeführt wird, 1 kW wird.In step ST2, the operation
Wie vorstehend beschrieben steigt durch Einstellen der Hochfrequenzleistung auf den Maximalwert, die der Heizspule 11a zugeführt wird, eine Temperaturänderungsgeschwindigkeit des Objekts 5, um den Stromänderungsbetrag I1 in dem Lastbestimmungsprozess während des Heizbetriebs zu erhöhen. Deshalb kann die Bestimmungsgenauigkeit des Objekts 5 weiter verbessert werden.As described above, by setting the high-frequency power supplied to the
Danach steuert die Betriebssteuereinheit 31 den Wechselrichterschaltkreis 23 mit der Betriebsfrequenz f, die auf fd festgelegt ist, wodurch der Induktionsheizbetrieb gestartet wird (Schritt ST3). Die Lastbestimmungseinheit 32 startet ein Messen eines ersten Heizzeitraums t1 zusammen mit dem Start des Induktionsheizbetriebs.Thereafter, the
Nachdem das Heizen mit der festen Betriebsfrequenz gestartet ist, steigt die Temperatur (Wassertemperatur) des Objekts 5 allmählich bis zum Kochen an (
Während des Induktionsheizbetriebs berechnet die Stromänderungserkennungseinheit 34 den Stromänderungsbetrag ΔI in vorbestimmten Abtastintervallen (Schritt ST4).During the induction heating operation, the current
Als nächstes bestimmt die Lastbestimmungseinheit 32, ob der erste Heizzeitraum t1 ab dem Heizstart abgelaufen ist oder nicht (Schritt ST5). Wenn der erste Heizzeitraum t1 ab dem Heizstart abgelaufen ist, kehrt der Betrieb zu Schritt ST4 zurück.Next, the
Wenn der erste Heizzeitraum t1 ab dem Heizstart abgelaufen ist, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 32 durch die Unterordnungsklassifikation in dem vorstehend erwähnten Lastbestimmungsprozess während des Heizbetriebes das Material des Objekts 5 als ein Material aus einer Materialvielzahl, welches in die Kategorie fällt, die von der Hauptklassifikation bestimmt ist (Schritt ST6).When the first heating period t1 has elapsed from the heating start, the
Wenn der erste Heizzeitraum abgelaufen ist, kann die Steuerung 45 in Schritt ST6 auch den Wechselrichterschaltkreis 23 bei der vorliegenden Betriebsfrequenz zur Lastbestimmung für den vorbestimmten Bestimmungszeitraum steuern. Insbesondere in einem Fall, wo ein Zuführen der Leistung zu der Heizspule 11a gestartet wird, und der erste Heizzeitraum t1 abgelaufen ist, kann die Steuerung 45 den Wechselrichterschaltkreis 23 bei der voreingestellten Betriebsfrequenz zur Lastbestimmung für den vorbestimmten Bestimmungszeitraum steuern. Die Lastbestimmungseinheit 32 kann das Material des Objekts 5 basierend auf dem Änderungsbetrag I1 bestimmen, der zwischen dem Strom bei dem Start einer Leistungsversorgung der Heizspule 11a und dem Strom nach Ablauf des ersten Heizzeitraums t1 erzeugt wird.When the first heating period has elapsed, the
Als nächstes stellt die Steuerung 45 einen Schwellwert (Iref) des Stromänderungsbetrags ΔI in Übereinstimmung mit dem Material des Objekts 5 ein, welches durch die Lastbestimmungseinheit 32 in Schritt ST6 (Schritte ST7) bestimmt wird. Ein Anfangswert des Schwellwerts (Iref) kann voreingestellt sein, oder kann über die Bedienungseinheit 40 oder dergleichen eingebbar sein. Alternativ kann der Anfangswert des Schwellwerts aus dem Ergebnis des Lastbestimmungsprozesses bei dem Heizstart in Schritt ST1 bestimmt werden.Next, the
Der Schwellwert (Iref) wird so eingestellt, dass je größer der Stromänderungsbetrag I1 während des ersten Heizzeitraums t1 in dem Material des Objekts 5 ist, der von der Lastbestimmungseinheit 32 bestimmt wird, desto größer wird der Schwellwert (Iref) eingestellt. Insbesondere dann, wenn das Material des Objekts 5 einen kleinen Stromänderungsbetrag I1 aufweist, wird eine Kochbestimmungsbedingung eng gesetzt (der Schwellwert wird klein eingestellt), so dass zum Beispiel der Stromänderungsbetrag ΔI pro vorbestimmte Zeit durch Rauschen verdeckt wird, das während einer Erkennung des Stroms erzeugt wird. Weiterhin wird, wenn das Material des Objekts 5 den großen Stromänderungsbetrag I1 aufweist, die Kochbestimmungsbedingung weit gesetzt (der Schwellwert wird hoch eingestellt). Auf diese Art kann das Kochen in Übereinstimmung mit dem Material des Objekts 5 mit hoher Genauigkeit erkannt werden.The threshold value (Iref) is set such that the larger the current change amount I1 during the first heating period t1 in the material of the
Nach Schritt ST7 bestimmt die Steuerung 45, ob oder nicht der Stromänderungsbetrag ΔI gleich oder kleiner als der Schwellwert (Iref) ist, der in Übereinstimmung mit dem Material des Objekts 5 eingestellt wird (Schritt ST8).After step ST7, the
Wenn sich die Temperatur des Objekts 5 von niedrig auf hoch ändert, nimmt der Stromänderungsbetrag ΔI ab (
Wenn der Stromänderungsbetrag ΔI gleich oder kleiner als der Schwellwert wird, löst die Betriebssteuereinheit 31 der Steuerung 45 die Festlegung der Betriebsfrequenz und erhöht die Betriebsfrequenz f des Wechselrichterschaltkreises 23 um den Erhöhungsbetrag Δf (f=fd+fΔ), um die Hochfrequenzleistung (Heizleistung) zu reduzieren, die der Heizspule 11a zugeführt wird (Schritt ST9). Insbesondere während einer Wärmeaufrechterhaltung für das Objekt 5 ist die Heizleistung nicht erforderlich, die hoch genug ist, um die Temperatur zu erhöhen. Deshalb wird ein Heizbetrag von der Heizspule 11a an das Objekt 5 reduziert.When the current change amount ΔI becomes equal to or smaller than the threshold value, the
Die Steuerung 45 benutzt die Benachrichtigungseinheit 42 in zum Mitteilen des Abschlusses des Wasserkochens (Schritt ST10). Die Benachrichtigungseinheit 42 gibt den Kochabschluss an der Anzeigeeinheit 41 an, oder gibt dem Nutzer eine Audio-Mitteilung unter Verwenden eines Lautsprechers (nicht gezeigt), und deshalb ist ein Verfahren dazu nicht speziell eingeschränkt.The
Wie vorstehend beschrieben wird in dem Wasserkochmodus zum Einstellen der Wasserkochbetriebs der Änderungsbetrag ΔI des Stroms pro vorbestimmter Zeit in dem Zustand erhalten, in welchem die Betriebsfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest ist. Wenn der Änderungsbetrag pro vorbestimmte Zeit gleich oder kleiner als der vorbestimmte Schwellwert ist, wird der Abschluss des Wasserkochens durch die Benachrichtigungseinheit 42 mitgeteilt.As described above, in the water boiling mode for setting the water boiling operation, the change amount ΔI of the current per predetermined time is obtained in the state where the operating frequency of the
Deshalb kann der Wasserkochabschluss schnell mitgeteilt werden. Dementsprechend kann der Induktionsherd erzielt werden, der einfach zu nutzen ist.Therefore, the conclusion of water boiling can be communicated quickly. Accordingly, the induction cooker that is easy to use can be achieved.
Weiterhin benötigt die Steuerung 45 keinen hochgenauen Mikrocomputer, um den Stromänderungsbetrag ΔI des Eingangsstroms zu berechnen. Deshalb kann der Induktionsherd erzielt werden, der in der Lage ist, ein Wasserkochen durch ein kostengünstiges Verfahren zu erkennen.Furthermore, the
Weiterhin wird das Material des Objekts 5 durch die Hauptklassifikation von der Lastbestimmungseinheit 32 bestimmt, so dass der Schwellwert (Iref) in Übereinstimmung mit dem Material des Objekts 5 eingestellt wird. Deshalb kann die Wasserkocherkennung in Übereinstimmung mit dem Material des Objekts 5 mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.Furthermore, the material of the
(Varianten)(Variants)
Als nächstes werden Varianten des Lastbestimmungsprozesses während des Heizbetriebs beschrieben.Next, variants of the load determination process during the heating operation will be described.
(Bestimmung unter Berücksichtigung von Temperatur in früher Spanne des Heizens)(Determination considering temperature in early period of heating)
Der Stromänderungsbetrag I1 in der Spanne von dem Heizstart bis zum Ablauf des ersten Heizzeitraums t1 hängt von dem Temperaturänderungsbetrag des Objekts 5 ab, und ist deshalb von der Temperatur des Objekts 5 in der frühen Spanne des Heizens beeinflusst. Deshalb kann durch Bestimmen des Materials unter Berücksichtigung der Temperatur des Objekts 5 bei dem Heizstart das Material mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden.The current change amount I1 in the period from the heating start to the lapse of the first heating period t1 depends on the temperature change amount of the
In
Verglichen mit dem vorstehend erwähnten Fall, der in
Wegen der vorstehend erwähnten Tatsache erhält die Lastbestimmungseinheit 32 die Temperatur des Objekts 5, welches von der Temperaturerkennungseinheit 30 bei dem Heizstart erkannt wird. Dann bestimmt in dem Lastbestimmungsprozess während des Heizbetriebs die Lastbestimmungseinheit 32 durch die Unterordnungsklassifikation das Material des Objekts 5 als ein Material aus der Materialvielzahl, welches in die Kategorie fällt, die von der Hauptklassifikation basierend auf der Temperatur des Objekts 5 bestimmt wird, welche von der Temperaturerkennungseinheit 30 bei dem Heizstart erkannt wird, und dem Stromänderungsbetrag I1 in der Spanne von dem Heizstart bis zum Ablauf des ersten Heizzeitraums t1.Because of the above fact, the
Zum Beispiel wird ein Verhältnis zwischen dem Stromänderungsbetrag I1 und der Materialart, die durch experimentelle Daten oder dergleichen erhalten wird, im Vorhinein im Zusammenhang mit der Temperatur in der frühen Spanne des Heizens gespeichert. Dann bezieht sich die Lastbestimmungseinheit 32 auf die vorgespeicherte Information des Verhältnisses zwischen dem Stromänderungsbetrag I1 und der Materialart, basierend auf der Temperatur des Objekts 5 bei dem Heizstart und dem Stromänderungsbetrag I1, um die Materialart des Objekts 5 durch Unterordnungsklassifikation zu bestimmen.For example, a relationship between the current change amount I1 and the kind of material obtained by experimental data or the like is stored in advance in association with the temperature in the early period of heating. Then, the
Auf diese Art kann das Material des Objekts 5 mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden.In this way, the material of the
(Bestimmung unter Berücksichtigung von Hochfrequenzleistung)(Determination considering radio frequency power)
Die Temperaturänderungsrate des Objekts 5 hängt von der Hochfrequenzleistung (Heizleistung) ab, die der Heizspule 11a zugeführt wird, und der Stromänderungsbetrag I1 in der Spanne von dem Heizstart bis zum Ablauf des ersten Heizzeitraums t1 wird von der Hochfrequenzleistung beeinflusst. Deshalb kann durch Bestimmen des Materials unter Berücksichtigung der Hochfrequenzleistung (Betriebsfrequenz) in der Spanne von dem Heizstart bis zum Ablauf des ersten Heizzeitraums t1 das Material mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden.The temperature change rate of the
In
Wenn die Hochfrequenzleistung, welche in die Heizspule 11a eingespeist wird, so klein wie in
Basierend auf der vorstehend erwähnten Tatsache bestimmt in dem Lastbestimmungsprozess während des Heizbetriebs die Lastbestimmungseinheit 32 durch die Unterordnungsklassifikation das Material des Objekts 5 als ein Material aus der Materialvielzahl, welches in die Kategorie fällt, die von der Hauptklassifikation basierend auf der Hochfrequenzleistung (Betriebsfrequenz) von dem Betriebsschaltkreis 50 und dem Stromänderungsbetrag I1 in der Spanne von dem Heizstart bis zum Ablauf des ersten Heizzeitraums t1 bestimmt wird.Based on the above-mentioned fact, in the load determination process during the heating operation, the
Zum Beispiel wird ein Verhältnis zwischen dem Stromänderungsbetrag I1 und der Materialart im Vorhinein in Zusammenhang mit der Hochfrequenzleistung durch experimentelle Daten oder dergleichen gespeichert. Dann bezieht sich die Lastbestimmungseinheit 32 auf die vorgespeicherte Information des Verhältnisses zwischen dem Stromänderungsbetrag I1 und der Materialart, basierend auf der Hochfrequenzleistung und dem Stromänderungsbetrag I1 in dem ersten Heizzeitraum t1, um die Materialart des Objekts 5 durch Unterordnungsklassifikation zu bestimmen.For example, a relationship between the current change amount I1 and the kind of material is stored in advance in association with the high-frequency power through experimental data or the like. Then, the
Auf diese Art kann das Material des Objekts 5 mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden.In this way, the material of the
(Einstellen von erstem Heizzeitraum t1)(Setting of first heating period t1)
In dem vorstehend erwähnten Lastbestimmungsprozess in dem Wasserkochmodus wird die Lastbestimmung vor der Erkennung eines Kochens nach dem Heizstart durchgeführt. Insbesondere ist gewünscht, den ersten Heizzeitraum t1 vor einer Kochzeit einzustellen.In the above-mentioned load determination process in the water boiling mode, the load determination is performed before the detection of boiling after the heating start. In particular, it is desired to set the first heating period t1 before a cooking time.
Aus dem vorstehend erwähnten Grund stellt in dem Lastbestimmungsprozess während des Heizbetriebs die Lastbestimmungseinheit 32 den ersten Heizzeitraum t1 in Übereinstimmung mit einem Stromänderungsbetrag I2 von wenigstens einem, dem Eingangsstrom oder dem Spulenstrom, in einer Spanne von dem Heizstart bis zum Ablauf einer zweiten Heizzeitdauer t2 ein, die kürzer ist als die erste Heizzeitdauer t1.For the reason mentioned above, in the load determination process during the heating operation, the
In
Wie in
Deshalb stellt, wenn der Stromänderungsbetrag I2 in der Spanne von dem Heizstart bis zum Ablauf des zweiten Heizzeitraums t2 ist, die Lastbestimmungseinheit 32 den ersten Heizzeitraum t1 kurz ein.Therefore, when the current change amount I2 is in the range from the heating start to the lapse of the second heating period t2, the
Im Gegensatz dazu wird, wenn der Stromänderungsbetrag I2 wie in einem Fall klein ist, wenn die Wassermenge in dem Objekt 5 groß oder die Hochfrequenzleistung klein ist, der erste Heizzeitraum t1 lang eingestellt.In contrast, when the current change amount I2 is small as in a case when the amount of water in the
Zum Beispiel wird ein Verhältnis zwischen dem Stromänderungsbetrag I2 und dem ersten Heizzeitraum t1 durch experimentelle Daten oder dergleichen erhalten, die im Vorhinein gespeichert werden. Dann bezieht sich die Lastbestimmungseinheit 32 auf die vorgespeicherte Information, basierend auf dem Stromänderungsbetrag I2 in dem zweiten Heizzeitraum t2, um den ersten Heizzeitraum t1 einzustellen.For example, a relationship between the current change amount I2 and the first heating period t1 is obtained through experimental data or the like that is stored in advance. Then, the
Auf dieser Art kann das Material des Objekts 5 mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden.In this way, the material of the
Der erste Heizzeitraum t1 kann auch in Übereinstimmung mit einer Änderungsrate von wenigstens einem, dem Eingangsstrom oder dem Spulenstrom, in der Spanne von dem Heizstart bis zum Ablauf des zweiten Heizzeitraums t2 eingestellt werden. Zum Beispiel fällt, wenn die Änderungsrate groß ist, der Strom plötzlich ab. Deshalb wird der erste Heizzeitraum t1 kurz eingestellt. Wenn die Änderungsrate klein ist, ist die Stromänderung langsam. Deshalb wird der erste Heizzeitraum t1 lang eingestellt.The first heating period t1 can also be set in accordance with a rate of change of at least one of the input current and the coil current in the period from the heating start to the lapse of the second heating period t2. For example, when the rate of change is large, the current drops suddenly. Therefore, the first heating period t1 is set short. When the rate of change is small, the current change is slow. Therefore, the first heating period t1 is set long.
Der Einstellbetrieb des ersten Heizzeitraums t1 kann periodisch für eine Vielzahl von Zeiten durchgeführt werden.The setting operation of the first heating period t1 may be periodically performed for a plurality of times.
(Kombination von Varianten)(combination of variants)
Die vorstehend erwähnten Varianten des Lastbestimmungsprozesses während des Heizbetriebs können auch willkürlich kombiniert werden. Zum Beispiel kann in dem Lastbestimmungsprozesses während des Heizbetriebs die Lastbestimmungseinheit 32 durch eine Unterordnungsklassifikation das Objekt 5 als ein Material aus der Materialvielzahl bestimmen, welches in die Kategorie fällt, die durch die Hauptklassifikation bestimmt wird, basierend auf der Temperatur des Objekts 5, welche von der Temperaturerkennungseinheit 30 bei dem Heizstart erkannt wird, und der Betriebsfrequenz des Betriebsschaltkreises 50 und dem Stromänderungsbetrag I1 in der Spanne von dem Heizstart bis zum Ablauf des ersten Heizzeitraums t1.The above-mentioned variants of the load determination process during the heating operation can also be arbitrarily combined. For example, in the load determination process during the heating operation, the
Auf diese Art kann das Material des Objekts 5 mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden.In this way, the material of the
(Konfigurationsbeispiel des anderen Betriebsschaltkreises)(Configuration example of the other operation circuit)
Nachfolgend wird ein Beispiel mit der Verwendung eines anderen Betriebsschaltkreises beschrieben.An example using another operating circuit will be described below.
Der Betriebsschaltkreis 50, der in
Wie vorstehend beschrieben bilden die Heizspule 11a und die Resonanzkondensatoren den Resonanzschaltkreis. Deshalb werden die Kapazitäten der Resonanzkondensatoren durch die maximale Heizleistung (maximale Eingangsleistung) bestimmt, die für den Induktionsherd erforderlich ist. In dem Betriebsschaltkreis 50, der in
Weiterhin wird durch Anordnen der Spulenstromerkennungseinheit 25b auf der Seite des Resonanzkondensators 24a der Resonanzkondensatoren, die parallel miteinander verbunden sind, der Strom, der durch die Spulenstromerkennungseinheit 25b fließt, zu der Hälfte des Stroms, der auf der Seite der Heizspule 11a fließt. Deshalb kann die Spulenstromerkennungseinheit 25b mit einer geringen Größe und einer geringen Kapazität verwendet werden, eine kleiner und kostengünstiger Steuerschaltkreis kann erhalten und ein kostengünstiger Induktionsherd kann erlangt werden.Furthermore, by arranging the coil
Obwohl in Ausführungsform 1 der Wechselrichterschaltkreis vom Typ einer Halbbrücke 23 beschrieben wurde, kann auch eine Konfiguration verwendet werden, die einen Vollbrücken-typischen oder Einzelschalter-Spannungsresonanz-typischen Wechselrichter oder andere Wechselrichter nutzt.Although the half-bridge
Weiterhin kann auch, obwohl das Verfahren einer Verwendung des Verhältnisses zwischen dem Spulenstrom und dem Primärstrom in dem Lastbestimmungsprozess bei dem Heizstart beschrieben wurde, der von der Lastbestimmungseinheit 32 durchgeführt wird, ein Erkennungsverfahren für Resonanzspannungen über beide Busse des Resonanzkondensators zum Durchführen des Lastbestimmungsprozesses verwendet werden, und deshalb kann jegliches Lastbestimmungsverfahren genutzt werden.Furthermore, although the method of using the ratio between the coil current and the primary current in the load determination process at the heating start performed by the
In der vorstehenden Beschreibung wurde das Verfahren beschrieben, in welchem die Betriebsfrequenz geändert wird, um die Hochfrequenzleistung (Heizleistung) zu steuern, es kann jedoch auch ein Verfahren verwendet werden, bei welchem das EINSchalten (EIN/AUS-Verhältnis) der Schaltelemente des Wechselrichterschaltkreises 23 geändert wird, um die Heizleistung zu steuern.In the above description, the method in which the operating frequency is changed to control the high-frequency power (heating power) has been described, but a method in which turning ON (ON/OFF ratio) the switching elements of the
Ausführungsform 2Embodiment 2
In Ausführungsform 2 wird der vorstehend beschriebene Betriebsschaltkreis 50 gemäß Ausführungsform 1 im Detail beschrieben.In Embodiment 2, the
Wie in
Der IGBTs 23a und der IGBT 23b werden gesteuert, um mit Betriebssignalen von der Steuerung 45 ein- und ausgeschaltet zu werden.The
Die Steuerung 45 gibt die Betriebssignale zum abwechselnden Ein- und Ausschalten des IGBT 23a und des IGBT 23b aus, so dass der IGBT 23b in einen AUS-Zustand versetzt wird, während der IGBT 23a EIN ist, und der IGBT 23b in einen EIN-Zustand versetzt wird, während der IGBT 23a AUS ist.The
Auf diese Art formen der IGBT 23a und der IGBT 23b einen Halbbrückenwechselrichter, der zum Betreiben der Heizspule 11a ausgelegt ist.In this way, the
Der IGBT 23a und der IGBT 23b bilden gemäß der vorliegenden Erfindung einen „Halbbrückenwechselrichterschaltkreis“.The
Die Steuerung 45 gibt die Betriebssignale mit der hohen Frequenz in den IGBT 23a und den IGBT 23b abhängig von der eingegebenen elektrischen Leistung (Heizleistung) ein, um eine Heizausgabe anzupassen. Die Betriebssignale, welche an den IGBT 23a und den IGBT 23b ausgegeben werden, werden in einem Bereich der Betriebsfrequenz variiert, die größer als die Resonanzfrequenz eines Lastschaltkreises ist, welcher die Heizspule 11a und den Resonanzkondensator 24a einschließt, um einen Strom, der durch den Lastschaltkreis fließt, in einer verzögerten Phase fließend zu steuern, verglichen mit einer Spannung, die auf den Lastschaltkreis angewendet wird.The
Als nächstes wird der Steuerbetrieb der eingespeisten elektrischen Leistung (Heizleistung) mit der Betriebsfrequenz und dem EIN-Schaltverhältnis des Wechselrichterschaltkreises 23 beschrieben.Next, the operation of controlling the input electric power (heating power) with the operating frequency and the ON duty ratio of the
Die Steuerung 45 gibt die Betriebssignale mit der hohen Frequenz, welche höher ist als die Resonanzfrequenz des Lastschaltkreises, an den IGBT 23a und den IGBT 23b des Wechselrichterschaltkreises 23 aus.The
Die Frequenz von jedem der Betriebssignale wird variiert, um die Ausgabe des Wechselrichterschaltkreises 23 zu erhöhen oder zu verringern.The frequency of each of the operation signals is varied to increase or decrease the output of the
Zum Beispiel nähert sich, wie in
Auf der anderen Seite weicht, wie in
Weiterhin variiert die Steuerung 45 die Betriebsfrequenz, um die eingespeiste elektrische Leistung wie vorstehend beschrieben zu steuern, und kann auch das EIN-Schaltverhältnis des IGBT 23a und des IGBT 23b des Wechselrichterschaltkreises 23 variieren, um einen Zeitraum zu steuern, in welchem die Ausgabespannung des Wechselrichterschaltkreises 23 angewendet wird, und somit die elektrische Leistung, welche an der Heizspule 11a eingespeist wird, zu steuern.Furthermore, the
In einem Fall des Erhöhens der Heizleistung wird ein Verhältnis (EIN-Schaltverhältnis) einer EIN-Zeit des IGBT 23a (AUS-Zeit des IGBT 22b) in einer Spanne der Betriebssignale erhöht, um eine Spannungsanwendungszeitbreite in einem Zeitraum zu erhöhen.In a case of increasing the heating power, a ratio (ON duty ratio) of an ON time of the
Auf der anderen Seite wird in einem Fall des Reduzierens der Heizleistung das Verhältnis (EIN-Schaltverhältnis) der EIN-Zeit des IGBT 23a (AUS-Zeit des IGBT 23b) in einer Spanne der Betriebssignale verringert, um die Spannungsanwendungszeitbreite in einem Zeitraum zu reduzieren.On the other hand, in a case of reducing the heating power, the ratio (ON duty ratio) of the ON time of the
In einem Beispiel von
Auf der anderen Seite ist in einem Beispiel von
Die Steuerung 45 hält das EIN-Schaltverhältnis von dem IGBT 23a und dem IGBT 23b des Wechselrichterschaltkreises 23 in dem Zustand, in welchem die Betriebsfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 fest ist, beim Bestimmen des Stromänderungsbetrags ΔI in dem Eingangsstrom (oder dem Spulenstrom) pro vorbestimmte Zeit fest, wie vorstehend in Ausführungsform 1 beschrieben.The
Auf diese Art kann der Strom von Änderungsbetrag ΔI in dem Eingangsstrom (oder dem Spulenstrom) pro vorbestimmte Zeit in einem Zustand bestimmt werden, in welchem die elektrische Leistung, die in die Heizspule 11a eingespeist wird, fest ist.In this way, the current can be determined from the amount of change ΔI in the input current (or the coil current) per predetermined time in a state where the electric power fed to the
Ausführungsform 3
In Ausführungsform 3 ist der Wechselrichterschaltkreis 23 beschrieben, der einen Vollbrückenschaltkreis nutzt.In
In Ausführungsform 3 sind zwei Heizspulen für ein Heizfeld vorgesehen. Die zwei Heizspulen weisen entsprechend unterschiedliche Durchmesser auf und sind zum Beispiel konzentrisch angeordnet. Im Folgenden wird die Heizspule mit dem kleineren Durchmesser als „innere Spule 11b“ bezeichnet, und die Heizspule mit dem größeren Durchmesser wird als „äußere Spule 11c“ bezeichnet.In
Die Anzahl und die Anordnung der Heizspulen ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann eine Konfiguration angenommen werden, in welcher eine Vielzahl von Heizspulen um eine Heizspule angeordnet ist, die in dem Zentrum des Heizfelds liegt.The number and arrangement of the heating coils are not limited to this. For example, a configuration can be adopted in which a plurality of heating coils are arranged around a heating coil located at the center of the heating panel.
Der Wechselrichterschaltkreis 23 schließt drei Sätze von Armen ein, von denen jeder zwei Schaltelemente (IGBTs) einschließt, welche in Reihe zwischen positiven und negativen Bussen miteinander verbunden sind, und Dioden, welche entsprechend umgekehrt parallel zu den Schaltelementen angebunden sind. Im Folgenden wird von den drei Armsätzen ein Satz als „gemeinsamer Arm“ bezeichnet, und die anderen zwei Armsätze entsprechend als „innerer Spulenarm“ und „äußerer Spulenarm“.The
Der gemeinsame Arm ist ein Arm, der mit der inneren Spule 11b und der äußeren Spule 11c verbunden ist, und schließt einen IGBT 232a, einen IGBT 232b, eine Diode 232c und eine Diode 232d ein.The common arm is an arm connected to the
Der innere Spulenarm ist mit der inneren Spule 11b verbunden, und schließt einen IGBT 231a, einen IGBT 231b, eine Diode 231c und eine Diode 231d ein.The inner coil arm is connected to the
Der äußere Spulenarm ist mit der äußeren Spule 11c verbunden, und schließt einen IGBT 233a, einen IGBT 233b, eine Diode 233c und eine Diode 233d ein.The outer coil arm is connected to the
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 mit den Betriebssignalen betrieben, die von der Steuerung 45 ausgegeben werden, um ein- und ausgeschaltet zu werden.The common-
Die Steuerung 45 gibt Betriebssignale zum abwechselnden Ein- und Ausschalten des IGBT 232a und des IGBT 232b des gemeinsamen Arms aus, so dass der IGBT 232b in einen AUS-Zustand versetzt wird, während der IGBT 232a EIN ist, und der IGBT 232b in einen EIN Zustand versetzt wird, während der IGBT 232a AUS ist.The
In ähnlicher Weise gibt die Steuerung 45 Betriebssignale 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.Similarly, the
Auf diese Art bilden der gemeinsame Arm und der innere Spulenarm einen Vollbrückenwechselrichter, der zum Betreiben der inneren Spule 11b ausgelegt ist. Weiterhin bilden der gemeinsame Arm und der äußere Spulenarm einen Vollbrückenwechselrichter, der zum Betreiben der äußeren Spule 11c ausgelegt ist.In this way, the common arm and the inner coil arm form a full-bridge inverter designed to drive the
Der gemeinsame Arm und der innere Spulenarm bilden gemäß der vorliegenden Erfindung einen „Vollbrückenwechselrichterschaltkreis“. Weiterhin bilden der gemeinsame Arm und der äußere Spulenarm gemäß der vorliegenden Erfindung einen „Vollbrückenwechselrichterschaltkreis“.The common arm and the inner coil arm form a “full bridge inverter circuit” according to the present invention. Furthermore, according to the present invention, the common arm and the outer coil arm form a “full bridge inverter circuit”.
Ein Lastschaltkreis, welcher die innere Spule 11b und einen Resonanzkondensator 24c einschließt, ist zwischen einem Ausgabepunkt (Knoten von dem IGBT 232a und dem IGBT 232b) des gemeinsamen Arms und einem Ausgabepunkt (Knoten von dem IGBT 231a und den IGBT 231b) des inneren Spulenarms angebunden.A load circuit including the
Ein Lastschaltkreis, welcher die äußere Spule 11c und einen Resonanzkondensator 24d einschließt, ist zwischen dem Ausgabepunkt des gemeinsamen Arms und einem Ausgabepunkt (Knoten von dem IGBT 233a und dem IGBT 233b) des äußeren Spulenarms angebunden.A load circuit including the
Die innere Spule 11b ist eine Heizspule, die in einer im Wesentlichen kreisförmigen Form gewunden ist und eine kleinen Außenform aufweist, und die äußere Spule 11c ist in der Umgebung der inneren Spule 11b angeordnet.The
Ein Spulenstrom, der durch die innere Spule 11b fließt, wird von einer Spulenstromerkennungseinheit 25c erkannt. Die Spulenstromerkennungseinheit 25c erkennt zum Beispiel eine Spitze eines Stroms, der durch die innere Spule 11b fließt, und gibt ein Spannungssignal an die Steuerung 45 aus, das einem Spitzenwert eines Heizspulenstroms entspricht.A coil current flowing through the
Ein Spulenstrom, der durch die äußere Spule 11c fließt, wird von einer Spulenstromerkennungseinheit 25d erkannt. Die Spulenstromerkennungseinheit 25d erkennt zum Beispiel eine Spitze eines Stroms, der durch die äußere Spule 11c fließt, und gibt ein Spannungssignal an die Steuerung 45 aus, das einem Spitzenwert eines Heizspulenstroms entspricht.A coil current flowing through the
Die Steuerung 45 gibt die Betriebssignale mit der hohen Frequenz an den Schaltelementen (IGBTs) von jedem Arm abhängig von der eingespeisten elektrischen Leistung (Heizleistung) ein, um die Heizausgabe anzupassen.The
Die Betriebssignale, welche an die Schaltelemente des gemeinsamen Arms und des inneren Spulenarms ausgegeben werden, werden in einem Bereich der Betriebsfrequenz variiert, der höher ist als eine Resonanzfrequenz des Lastschaltkreises, welcher die innere Spule 11b und den Resonanzkondensator 24c einschließt, um einen Strom, der durch den Lastschaltkreis fließt, in einer verzögerten Phase fließend zu steuern, verglichen mit einer Spannung, die auf den Lastschaltkreis angewendet wird.The operation signals, which are output to the switching elements of the common arm and the inner coil arm, are varied in a range of operation frequency higher than a resonance frequency of the load circuit including the
In ähnlicher Weise werden die Betriebssignale, welche an die Schaltelemente des gemeinsamen Arms und des äußeren Spulenarms ausgegeben werden, in einem Bereich der Betriebsfrequenz variiert, der höher als eine Resonanzfrequenz eines Lastschaltkreises ist, welcher die äußere Spule 11c und den Resonanzkondensator 24d einschließt, um einen Strom, der durch den Lastschaltkreis fließt, in einer verzögerten Phase fließend zu steuern, verglichen mit einer Spannung, die auf den Lastschaltkreis angewendet wird.Similarly, the operation signals output to the switching elements of the common arm and the outer coil arm are varied in a range of operation frequency higher than a resonance frequency of a load circuit including the
Als nächstes wird ein Steuerbetrieb der eingespeisten elektrischen Leistung (Heizleistung) mit einer Phasendifferenz zwischen den Armen des Wechselrichterschaltkreises 23 beschrieben.Next, a control operation of the input electric power (heating power) with a phase difference between the arms of the
Die Versorgungs-Timings, die in
Wie in
Zusätzlich gibt die Steuerung 45 Betriebssignale an den IGBT 231a und den IGBT 231b des inneren Spulenarms und den IGBT 233a und den IGBT 233b des äußeren Spulenarms aus, die in einer Phase relativ zu den Betriebssignalen des gemeinsamen Arms fortgeschritten sind. Frequenzen der Betriebssignale der entsprechenden Arme sind die gleiche Frequenz, und EIN-Schaltverhältnisse davon sind auch die gleichen.In addition, the
An den Ausgabepunkt (Knoten von einem Paar von IGBTs) von jedem Arm wird, abhängig von dem EIN/AUS-Zustand von dem Paar von IGBTs, ein positives Buspotenzial oder ein negatives Buspotenzial ausgegeben, welches eine Ausgabe von dem DC-Leistungsversorgungschaltkreis ist, während es bei der hohen Frequenz geschaltet wird. Auf diese Art wird die Potenzialdifferenz zwischen dem Ausgabepunkt des gemeinsamen Arms und dem Ausgabepunkt des inneren Spulenarms auf die innere Spule 11b angewendet. In ähnlicher Weise wird die Potenzialdifferenz zwischen dem Ausgabepunkt des gemeinsamen Arms und dem Ausgabepunkt des äußeren Spulenarms auf die äußere Spule 11c angewendet.At the output point (node of a pair of IGBTs) of each arm, depending on the ON/OFF state of the pair of IGBTs, a positive bus potential or a negative bus potential, which is an output from the DC power supply circuit during it is switched at the high frequency. In this way, the potential difference between the common arm output point and the inner coil arm output point is applied to the
Deshalb kann die Phasendifferenz zwischen den Betriebssignalen des gemeinsamen Arms und den Betriebssignalen des inneren Spulenarms und des äußeren Spulenarms erhöht oder verringert werden, um Hochfrequenzspannungen anzupassen, die auf die innere Spule 11b und die äußere Spule 11c angewendet werden, und Hochfrequenzausgabeströme und die Eingabeströme zu steuern, welche durch die innere Spule 11b und die äußere Spule 11c fließen.Therefore, the phase difference between the common arm operation signals and the inner coil arm and outer coil arm operation signals can be increased or decreased to adjust high-frequency voltages applied to the
In dem Fall des Erhöhens der Heizleistung wird eine Phase α zwischen den Armen erhöht, um die Spannungsanwendungszeitbreite in einer Spanne zu erhöhen. Eine obere Grenze von der Phase α zwischen den Armen ist ein Fall einer umgekehrten Phase (Phasendifferenz von 180°), und eine Ausgabespannungswellenform zu dieser Zeit ist eine im Wesentlichen rechtwinklige Welle.In the case of increasing the heating power, a phase α between the arms is increased to increase the voltage application time width in a span. An upper limit of the phase α between the arms is a case of reverse phase (phase difference of 180°), and an output voltage waveform at this time is a substantially rectangular wave.
In dem Beispiel von
In diesem Fall weisen eine Versorgung-EIN-Zeitbreite T14a und eine Versorgung-AUS-Zeitbreite T14b der inneren Spule 11b und der äußeren Spule 11c in einer Spanne T14 der Betriebssignale das gleiche Verhältnis auf.In this case, a supply ON time width T14a and a supply OFF time width T14b of the
In dem Fall des Reduzierens der Heizleistung wird die Phase α zwischen den Armen verglichen mit dem hohen Heizleistungszustand reduziert, um die Spannungsanwendungszeitbreite in einer Spanne zu reduzieren. Eine niedrige Grenze der Phase α zwischen den Armen wird zum Beispiel auf solch eine Stufe eingestellt, dass ein Überstrom, der durch die Schaltelemente fließt und diese zerstört, im Verhältnis zu der Phase des Stroms vermieden wird, der zum Beispiel zu der Zeit des Einschaltens durch den Lastschaltkreis fließt.In the case of reducing the heating power, the phase α between the arms is reduced compared to the high heating power state to reduce the voltage application time width in a margin. A low limit of the phase α between the arms is set, for example, to such a level that an overcurrent flowing through the switching elements and destroying them is avoided in relation to the phase of the current flowing through, for example, at the time of turn-on flows through the load circuit.
In dem Beispiel von
In diesem Fall ist die Versorgungs-EIN-Zeitbreite T14a der inneren Spule 11b und der äußeren Spule 11c in einer Spanne T14 der Betriebssignale ein Zeitraum, welcher der Phase α zwischen den Armen entspricht.In this case, the supply ON time width T14a of the
Auf diese Art kann die elektrische Leistung (Heizleistung), welche in die innere Spule 11b und die äußere Spule 11c eingespeist wird, mit der Phasendifferenz zwischen den Armen gesteuert werden.In this way, the electric power (heating power) fed to the
In der vorstehenden Beschreibung wurde der Fall beschrieben, wo beide, die innere Spule 11b und die äußere Spule 11c, den Heizbetrieb durchführen, doch das Betreiben des inneren Spulenarms oder des äußeren Spulenarms kann gestoppt werden, so dass nur eine von der inneren Spule 11b und der äußeren Spule 11c den Heizbetrieb durchführen können.In the above description, the case was described where both the
Die Steuerung 45 versetzt jede der Phasen α zwischen den Armen und das EIN-Schaltverhältnis der Schaltelemente von jedem Arm in einen festen Zustand, in dem Zustand, in welchem die Betriebsfrequenz des Wechselrichterschaltkreises 23 beim Bestimmen des Stromänderungsbetrags ΔI des Eingangsstroms (oder des Spulenstroms) pro vorbestimmter Zeit fest ist, wie vorstehend in Ausführungsform 1 beschrieben. Die anderen Vorgänge sind ähnlich zu vorstehend beschriebener Ausführungsform 1.The
Auf diese Art kann der Stromänderungsbetrag ΔI in dem Eingangsstrom (oder dem Spulenstrom) pro vorbestimmter Zeit in einem Zustand bestimmt werden, in welchem die elektrischen Leistungseingaben an der inneren Spule 11b und der äußeren Spule 11c fest sind.In this way, the current change amount ΔI in the input current (or the coil current) per predetermined time can be determined in a state where the electric power inputs to the
In Ausführungsform 3 werden der Spulenstrom, der durch die innere Spule 11b fließt, und der Spulenstrom, der durch die äußere Spule 11c fließt, entsprechend von der Spulenstromerkennungseinheit 25c und der Spulenstromerkennungseinheit 25d erkannt.In
Deshalb kann in dem Fall, wo beide, die innere Spule 11b und die äußere Spule 11c, den Heizbetrieb durchführen, und selbst in einem Fall, wo eine, die Spulenstromerkennungseinheit 25c und die Spulenstromerkennungseinheit 25d zum Beispiel den Spulenstromwert aufgrund eines Fehlers nicht erkennen können, der Stromänderungsbetrag ΔI des Spulenstroms pro vorbestimmte Zeit basierend auf einem Wert erkannt werden, der von der anderen erkannt wird.Therefore, in the case where both the
Darüber hinaus kann die Steuerung 45 jeden Stromänderungsbetrag ΔI des Spulenstroms pro vorbestimmter Zeit bestimmen, der von der Spulenstromerkennungseinheit 25c erkannt wird, und den Stromänderungsbetrag ΔI in dem Spulenstrom pro vorbestimmter Zeit, der von der Spulenstromerkennungseinheit 25d erkannt wird, und den größeren der Stromänderungsbeträge ΔI verwenden, um jeden der Bestimmungsvorgänge durchzuführen, die vorstehend in Ausführungsform 1 beschrieben sind. Darüber hinaus kann ein Mittelwert der Stromänderungsbeträge ΔI verwendet werden, um jeden der vorstehend in Ausführungsform 1 beschriebenen Bestimmungsvorgänge durchzuführen.In addition, the
Solch eine Steuerung kann durchgeführt werden, um den Stromänderungsbetrag ΔI des Spulenstroms pro vorbestimmte Zeit genauer zu bestimmen, selbst in einem Fall, wo eine von der Spulenstromerkennungseinheit 25c und der Spulenstromerkennungseinheit 25d eine geringe Erkennungsgenauigkeit aufweist.Such control can be performed to more accurately determine the current change amount ΔI of the coil current per predetermined time even in a case where one of the coil
Obwohl ein IH(Induktionswärme, Induktion Heat) Heizkocher in vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 3 beispielhaft für den Induktionsherd der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf jeden Induktionsherd angewendet werden, welcher das Induktionsheizverfahren nutzt, wie einen Reiskocher zum Induktionsheizkochen.Although an IH (Induction Heat) heating cooker has been described in the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- erstes Heizfeldfirst heating field
- 22
- zweites Heizfeldsecond heating field
- 33
- drittes Heizfeldthird heating field
- 44
- Kopfplatteheadstock
- 55
- zu heizendes Objektobject to be heated
- 1111
- erste Heizeinheitfirst heating unit
- 11a11a
- Heizspuleheating coil
- 11b11b
- innere Spuleinner coil
- 11c11c
- äußere Spuleouter coil
- 1212
- zweite Heizeinheitsecond heating unit
- 1313
- dritteHeizeinheitthird heating unit
- 2121
- AC-LeistungsversorgungAC power supply
- 2222
- DC-LeistungsversorgungsschaltkreisDC power supply circuit
- 22a22a
- Diodenbrückediode bridge
- 22b22b
- Drosselspulechoke coil
- 22c22c
- Glättungskondensatorsmoothing capacitor
- 2323
- Wechselrichterschaltkreisinverter circuit
- 23a, 23b23a, 23b
- IGBTIGBT
- 23c, 23d23c, 23d
- Diodediode
- 24a-24d24a-24d
- Resonanzkondensatorresonant capacitor
- 25a25a
- Eingangsstromerkennungseinheitinput current detection unit
- 25b-25d25b-25d
- Spulenstromerkennungseinheitcoil current detection unit
- 3030
- Temperaturerkennungseinheittemperature detection unit
- 3131
- Betriebssteuereinheitoperational control unit
- 3333
- Lastbestimmungseinheitload determination unit
- 3333
- Betriebsfrequenzeinstelleinheitoperating frequency setting unit
- 3434
- Stromänderungserkennungseinheitcurrent change detection unit
- 3535
- Leistungsanpassungseinheitpower adjustment unit
- 3636
- Eingabe/Ausgabesteuereinheitinput/output controller
- 40a-40c40a-40c
- Bedienungseinheitoperating unit
- 41a-41c41a-41c
- Anzeigeeinheitdisplay unit
- 4242
- Benachrichtigungseinheitnotification unit
- 4545
- Steuereinheitcontrol unit
- 5050
- Betriebsschaltkreisoperating circuit
- 100100
- Induktionsherdinduction cooker
- 231a, 2 31b IGBT 232a, 232b231a, 231b IGBTs 232a, 232b
- IGBTIGBT
- 233a, 233b233a, 233b
- IGBTIGBT
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