JP2003297536A - Ｉｈ制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング素子の破壊の危険性を排除しつ
つ、装置の省エネルギー化を低コストで達成することが
できるＩＨ制御装置及び制御方法を提供するものであ
る。 【解決手段】 磁界発生手段によって発生された磁界を
受けて加熱される発熱体と、前記磁界発生手段に供給す
る電力制御を行うスイッチング手段と、前記スイッチン
グ手段のＯＮ／ＯＦＦ幅を制御する制御手段と、前記磁
界発生手段の両端に入力側が接続され該磁界発生手段の
両端電圧と比例した第一の電圧を出力する電力伝達手段
と、前記電力伝達手段からの出力電圧を整流平滑する第
一の整流平滑手段と、前記第一の整流平滑手段からの出
力電圧を入力とし、前記スイッチング手段を冷却するた
めの冷却手段とを有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＩＨ（Induction He
ating：電磁誘導加熱）制御装置内の発熱素子の異常な
加熱防止を図るＩＨ制御装置及びその制御方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】調理器などを代表的な例として近年加熱
制御にＩＨ制御が用いられている。このＩＨ制御は、従
来のヒーターのように抵抗体に電力を消費させることな
く、また炎を直接使用することなく、コイルから発生す
る磁界の変化によって発熱体を加熱させ、低消費電力で
大きな加熱効果を安全に得ることが可能であり、近年注
目されている技術である。

【０００３】図４は従来のＩＨ制御による代表的な回路
例を示している。商用交流電源ＡＣから入力された電力
は、ブリッヂ接続されたダイオードＤ１〜４によって構
成された整流回路１で整流され、ノイズフィルタＮＦ
１、平滑コンデンサＣ１との平滑回路で直流化される。
Ｑ１はスイッチング素子であり、制御手段ＰＷＭ１によ
りパルス幅制御される。スイッチング素子Ｑ１がスイッ
チング動作を行うことで、筒状発熱体２内の軸線方向に
均等に配設された加熱コイルＬに断続的な電流が流れ、
これにより磁界の変化が発生し、この磁界の変化によっ
て発熱体２にはうず電流が発生し、発熱体２の持つ電気
抵抗によって熱が発生する。発熱体２の近傍に温度検出
用サーミスタＴＨ１を配置し、この温度検出用サーミス
タＴＨ１から得られた温度情報を温度検出手段３で電気
信号として電力制御手段４へ送り、その電力制御手段４
の出力情報を元に、制御手段ＰＷＭ１は発熱体２が目標
温度となるようにスイッチング素子Ｑ１のパルス幅制御
を行う。

【０００４】この時、スイッチング素子Ｑ１では、スイ
ッチングによる電力ロス及びスイッチング素子自体の抵
抗分による電力ロスが発生し、加熱コイルＬに供給する
電力が大きくなる程、スイッチング素子Ｑ１に流れる電
流が増加し、電力ロスが増えて発熱が大きくなる。

【０００５】電力ロスによるスイッチング素子Ｑ１の発
熱が最大となった場合にも、スイッチング素子Ｑ１の最
大定格温度を超えて破壊が起こってはならない為、通常
スイッチング素子Ｑ１には放熱板を取り付け、冷却用の
ファン（冷却手段）ＦＡＮ１を使用して冷却を行うこと
で異常発熱を防止している。このため、最大発熱時を想
定してファンの風量を決定する必要があり、発熱体の制
御状態によってスイッチング素子Ｑ１での電力ロスが少
ないような状況でも、ファンＦＡＮ１は最大発熱時と同
じ風量で動作し、そのため不必要な冷却を行い、不必要
な電力を消費してしまう。また、このファンＦＡＮ１へ
の電力供給源として、外部に電源Ｅを用意する、もしく
はスイッチング電源回路などを設ける必要がある。

【０００６】これを避ける為に発熱体の温度検出情報
や、スイッチング素子Ｑ１付近に新たに温度検出素子を
取り付けるなどして、スイッチング素子Ｑ１での発熱を
予測し、ファンＦＡＮ１の風量を調整する方法も可能で
あるが、この場合は検出した温度情報を元に、ファンＦ
ＡＮ１への入力電圧をリニアにもしくは段階的に変化さ
せる電源が必要となり、この場合、複雑で高価な回路が
必要となってしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のＩＨ制御装置は
上記のように構成されている一方、近年は、省エネルギ
ーの規格が年々厳しくなってきており、消費者の省エネ
ルギーへの関心も高まってきているため、無駄に消費し
ている電力は可能な限り削除しなければならないと共
に、この省エネルギーの規格を満足し、更に市場で製品
を売るためには低コスト化も達成しなければならない。
つまり、今後の課題として、スイッチング素子の破壊の
危険性を排除し、且つ省エネルギーの達成を低コストで
実現できるような対策が必要不可欠である。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、スイッチング素子の破壊の危険
性を排除しつつ、装置の省エネルギー化を低コストで達
成することができるＩＨ制御装置及び制御方法を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は以下の構成を有
することを特徴とするＩＨ制御装置及び制御方法であ
る。

【００１０】（１）．磁界発生手段と、前記磁界発生手
段によって加熱される発熱体と、前記磁界発生手段の電
力制御を行うスイッチング手段と、前記スイッチング手
段をパルス幅制御する制御手段と、前記磁界発生手段の
両端に入力側が接続され該磁界発生手段の両端電圧と比
例した第一の電圧を出力側に出力する電力伝達手段と、
前記電力伝達手段からの出力電圧を整流平滑する第一の
整流平滑手段と、前記第一の整流平滑手段からの出力電
圧を入力とし、前記スイッチング手段を冷却するための
冷却手段とを有することを特徴とするＩＨ制御装置。

【００１１】（２）．（１）において、前記制御手段は
前記第一の整流平滑手段からの出力電圧を元に前記スイ
ッチング手段を制御することを特徴とするＩＨ制御装
置。

【００１２】（３）．（１）において、前記電力伝達手
段は前記磁界発生手段の両端電圧と比例した第二の電圧
を出力し、前記第二の電圧出力を整流平滑する第二の整
流平滑手段を有し、前記第二の整流平滑手段からの出力
電圧を検出して前記スイッチング手段を制御することを
特徴とするＩＨ制御装置。

【００１３】（４）磁界発生手段によって発生させた磁
界によって加熱体を加熱させる行程と、制御手段によっ
てスイッチング手段のＯＮ／ＯＦＦ幅を制御し前記磁界
発生手段に供給する電力制御を行う行程と、電力伝達手
段で磁界発生手段の両端電圧と比例した第一の電圧を出
力する行程と、前記電力伝達手段からの出力電圧を第一
の整流平滑手段で整流平滑する行程と、前記第一の整流
平滑手段からの出力電圧を入力する冷却手段で前記スイ
ッチング手段を冷却する行程とからなることを特徴とす
るＩＨ制御方法。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を添
付図面について説明する。

【００１５】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
係るＩＨ制御装置の概略構成を示すブロック図であり、
前記図４に示す従来装置と同一部分には同一符号を付し
て重複説明を省略する。

【００１６】図１において、図４と異なる点は、加熱コ
イルＬの両端子間にトランスＴ１を接続し、このトラン
スＴ１の出力端子間にダイオードＤ６を介して、コンデ
ンサＣ３を並列に接続して第一の整流平滑手段５を構成
し、そのコンデンサＣ３の出力端子間に冷却ファンＦＡ
Ｎ１を接続したものである。この構成によって、前記図
４に示したフアンＦＡＮ１に電源を供給していた外部電
源Ｅを削除したものである。

【００１７】本実施の形態１に係るＩＨ制御装置の基本
的な回路動作は、上述図４に示した従来例と同一である
から、ここでは、本実施の形態１に係るＩＨ制御装置特
有の回路動作についてのみ説明する。

【００１８】本実施の形態１に係るＩＨ制御装置では、
加熱コイルＬの両端電圧をトランスＴ１の入力電圧とし
ているため、トランスＴ１の出力巻線には加熱コイルＬ
の両端電圧と比例した電圧が出力される。加熱コイルＬ
とコンデンサＣ２の並列回路のインピーダンス値をＺ、
加熱コイルＬの両端電圧をＶ、加熱コイルＬからスイッ
チング素子Ｑ１に流れる電流をＩとすれば、 Ｉ＝Ｖ／Ｚ と表すことができ、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流
と加熱コイルＬの両端電圧が比例の関係にあることがわ
かる。

【００１９】スイッチング素子Ｑ１では流れる電流が大
きくなるほど電力ロスが増え、同時に発熱が増える傾向
にあるので、加熱コイルＬの両端電圧Ｖと比例したスピ
ードで冷却ファンＦＡＮ１を回転させれば、簡易的に発
熱量に応じて回転数を増減していることになる。

【００２０】加熱コイルＬでの最大消費電力を考慮し
て、トランスＴ１の出力電圧が冷却ファンＦＡＮ１の最
大定格を超えないようにトランスＴ１を設計すれば、ス
イッチング素子Ｑ１の最大発熱時に冷却ファンが最大回
転数でスイッチング素子Ｑ１を冷却し、逆に加熱コイル
Ｌでの消費電力が減って、スイッチング素子Ｑ１におけ
る発熱が減った時には冷却ファンＦＡＮ１の回転数が下
がるので、冷却ファンＦＡＮ１での無駄な消費電力が低
減できる。また、従来例ではファンＦＡＮ１は最大風量
で回り続けていたが、本実施例においては回転数が電力
によって低減されるため、冷却ファンＦＡＮ１自身の寿
命を延ばすことができるという利点もある。

【００２１】（実施例２）図２は、本発明の実施例２に
係るＩＨ制御装置の概略構成を示すブロック図であり、
同図において、上述した実施例１を示した図１と同一部
分には同一符号が付して重複説明を省略する。

【００２２】図２において、図１と異なる点は、冷却フ
ァンＦＡＮ１に供給される電圧を制御手段ＰＷＭで検出
し、これにより温度検出用サーミスタＴＨ１での温度検
出、温度検出情報による電力制御手段４を削除したこと
である。

【００２３】本実施例２に係るＩＨ制御装置の基本的な
回路動作は、上述した実施例１を示す図１のＩＨ制御装
置と同一であるから、ここでは、本実施例２に係るＩＨ
制御装置特有の回路動作についてのみ説明する。

【００２４】本実施例２に係るＩＨ制御装置では、冷却
ファンＦＡＮ１に供給される電圧を制御手段ＰＷＭにお
いて検出することで、制御手段ＰＷＭにおいて加熱コイ
ルＬの両端電圧値を予測することが可能となる。つま
り、従来例で行っていた加熱コイルＬでの電力制御を、
温度検出用サーミスタＴＨ１による温度検出情報を用い
なくともトランスＴ１の出力電圧から行うことが可能と
なる。

【００２５】ここで得られる電圧は加熱コイルＬの両端
電圧と比例の関係にあり、加熱コイルＬにおける消費電
力をＷとすれば、 Ｗ＝Ｖ＾２／Ｚ と表されるため、発熱体２での発熱量を、得られた電圧
値から予測することが可能であり、その関係を元にスイ
ッチング素子Ｑ１のスイッチング制御を行えば発熱体２
における発熱量の制御を行うことが可能となる。

【００２６】（実施例３）図３は、本発明の実施例３に
係るＩＨ制御装置の概略構成を示すブロック図であり、
同図において、上述した実施例１を示す図１と同一部分
には同一符号が付して重複説明を省略する。

【００２７】図３において、図１に示す実施例１と異な
る点は、トランスＴ１の出力側、つまり、２次側を２つ
の巻き線Ｌ２−１，Ｌ２−２とし、追加した巻き線Ｌ２
−１の出力端子間に整流ダイオードＤ７を介して平滑コ
ンデンサＣ４を並列に接続し第二の整流平滑手段６を構
成し、コンデンサＣ４の出力を制御手段ＰＷＭ１におい
て検出し、これにより加熱コイルＬでの電力制御を、温
度検出用サーミスタＴＨ１による温度検出情報を用いな
くともトランスＴ１の出力電圧から行うことが可能とな
る。

【００２８】本実施例３に係るＩＨ制御装置の基本的な
回路動作は、図１に示した実施例１のＩＨ制御装置と同
一であるから、ここでは、本実施例３に係るＩＨ制御装
置特有の回路動作についてのみ説明する。

【００２９】本実施例３に係るＩＨ制御装置では、トラ
ンスＴ１の出力側に巻き線Ｌ２−２を追加し、加熱コイ
ルＬの両端電圧と比例した電圧を巻き線Ｌ２−２にも出
力する。この出力をダイオードＤ７とコンデンサＣ４と
で構成された第二の整流平滑手段６で整流平滑し、この
第二の清流平滑手段６の出力を入力された制御手段ＰＷ
Ｍ１ではスイッチング素子スイッチング素子Ｑ１の制御
を行う。

【００３０】ここで得られる電圧は、加熱コイルＬの両
端電圧と比例の関係にあり、加熱コイルＬにおける消費
電力は両端電圧の２乗と比例することから、発熱体２で
の発熱量を、トランスＴ１の出力から得られた電圧値を
もって予測することが可能であり、その予測を元にスイ
ッチング素子Ｑ１のスイッチング制御を行えば発熱体２
における発熱量の制御を行うことが可能となる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、磁界発
生手段と、前記磁界発生手段によって発生された磁界を
受けて加熱される発熱体と、前記磁界発生手段に供給す
る電力制御を行うスイッチング手段と、前記スイッチン
グ手段のＯＮ／ＯＦＦ幅を制御する制御手段と、前記磁
界発生手段の両端に入力側が接続され該磁界発生手段の
両端電圧と比例した第一の電圧を出力する電力伝達手段
と、前記電力伝達手段からの出力電圧を整流平滑する第
一の整流平滑手段と、前記第一の整流平滑手段からの出
力電圧を入力とし、前記スイッチング手段を冷却する冷
却手段とを有するように構成したので、従来ヒーターで
の電力消費が少ない場合でも同じスピードで回転させて
いた冷却手段の回転数を該スイッチング素子の発熱に伴
って制御することで、冷却手段における無駄な消費電力
の低減に大きく貢献することが可能となり、ヒーターの
温度検出回路を省略できることから、低コスト化にも貢
献することができるという効果がある。

【００３２】本発明によれば、制御手段は第一の整流平
滑手段からの出力電圧を元にスイッチング手段を制御す
るように構成したので、加熱コイルでの電力制御を、温
度検出用サーミスタによる温度検出情報を用いなくとも
トランスの出力電圧から行うことが可能となるという効
果がある。

【００３３】本発明によれば、電力伝達手段は磁界発生
手段の両端電圧と比例した第二の電圧を出力し、この第
二の電圧出力を整流平滑する第二の整流平滑手段を有
し、この第二の整流平滑手段からの出力電圧で上記スイ
ッチング手段を冷却する冷却手段を作動させるように構
成したので、加熱コイルでの電力制御を、温度検出用サ
ーミスタによる温度検出情報を用いなくともトランスの
出力電圧から行うことが可能となり、低コスト化に貢献
するという効果がある。

【００３４】本発明によれば、磁界発生手段によって発
生させた磁界によって加熱体を加熱させる行程と、制御
手段によってスイッチング手段のＯＮ／ＯＦＦ幅を制御
し前記磁界発生手段に供給する電力制御を行う行程と、
電力伝達手段で磁界発生手段の両端電圧と比例した第一
の電圧を出力する行程と、前記電力伝達手段からの出力
電圧を第一の整流平滑手段で整流平滑する行程と、前記
第一の整流平滑手段からの出力電圧を入力する冷却手段
で前記スイッチング手段を冷却する行程とからなるよう
にしたので、冷却手段における無駄な消費電力の低減に
大きく貢献し、ヒーターの温度検出回路を省略して、低
コスト化を図る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るＩＨ制御装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の第２の実施の形態に係るＩＨ制御装
置の構成を示すブロック図である。

【図３】 本発明の第３の実施の形態に係るＩＨ制御装
置の構成を示すブロック図である。

【図４】 従来のＩＨ制御装置の構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

ＡＣ 商用交流電源 Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード ＮＦ１ ノイズフィルタ Ｃ１ コンデンサ Ｃ コンデンサ Ｌ１ コイル Ｑ１ スイッチング素子（スイッチング手段） Ｄ５ ダイオード ＰＷＭ１ 制御手段 ＴＨ１ 温度検出素子 ＦＡＮ１ 冷却用ファン Ｔ１ トランス Ｄ６ ダイオード Ｃ３コンデンサ Ｄ７ ダイオード Ｃ４ コンデンサ １ 整流回路 ２ 発熱体 ３ 温度検出手段 ４ 電力制御手段 ５ 第一の整流平滑手段 ６ 第二の整流平滑手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁界発生手段と、前記磁界発生手段によ
   って発生された磁界を受けて加熱される発熱体と、前記
   磁界発生手段に供給する電力制御を行うスイッチング手
   段と、前記スイッチング手段のＯＮ／ＯＦＦ幅を制御す
   る制御手段と、前記磁界発生手段の両端に入力側が接続
   され該磁界発生手段の両端電圧と比例した第一の電圧を
   出力する電力伝達手段と、前記電力伝達手段からの出力
   電圧を整流平滑する第一の整流平滑手段と、前記第一の
   整流平滑手段からの出力電圧を入力とし、前記スイッチ
   ング手段を冷却する冷却手段とを有することを特徴とす
   るＩＨ制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記制御手段は前記
   第一の整流平滑手段からの出力電圧をもとに前記スイッ
   チング手段を制御することを特徴とするＩＨ制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記電力伝達手段は
   前記磁界発生手段の両端電圧と比例した第二の電圧を出
   力し、前記第二の電圧出力を整流平滑する第二の整流平
   滑手段を有し、前記第二の整流平滑手段からの出力電圧
   で前記スイッチング手段を冷却する冷却手段を作動させ
   ることを特徴とするＩＨ制御装置。
4. 【請求項４】 磁界発生手段によって発生させた磁界に
   よって加熱体を加熱させる行程と、制御手段によってス
   イッチング手段のＯＮ／ＯＦＦ幅を制御し前記磁界発生
   手段に供給する電力制御を行う行程と、電力伝達手段で
   磁界発生手段の両端電圧と比例した第一の電圧を出力す
   る行程と、前記電力伝達手段からの出力電圧を第一の整
   流平滑手段で整流平滑する行程と、前記第一の整流平滑
   手段からの出力電圧を入力する冷却手段で前記スイッチ
   ング手段を冷却する行程とからなることを特徴とするＩ
   Ｈ制御方法。