JP2004022256A - 電磁誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱のオン／オフを頻繁に行なう場合でも、常に設定した電力を加熱手段に出力する。
【解決手段】電力制御手段２１は、加熱コイル４に出力する電力とスイッチング素子３のオン時間との相関を決定付ける基準データを基にして、インバータ回路２への入力電圧と入力電流を監視しながら、スイッチング素子３のスイッチング動作をフィードバック制御し、加熱コイル４に設定した電力を安定して出力する。このときの基準データは基準データ記憶手段２２に記憶保持され、次に加熱体５を加熱する際にそのまま利用される。そのため、電力制御手段２１は加熱を開始する毎に基準データを測定するための初期通電をいちいち行なう必要がない。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱手段から発生する高周波磁界により負荷を加熱する電磁誘導加熱装置に関し、特に安定した電力制御を行うための制御手段を備えた電磁誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
図５は、この種の電磁誘導加熱装置の回路図を示すものである。同図において、１は例えばＡＣ１００Ｖの商用電源、２はスイッチング素子３を備えた回路すなわちインバータ回路であり、スイッチング手段であるスイッチング素子３のスイッチング動作により、商用電源１からの交流入力電圧をインバータ回路２にて高周波電流に変換し、これを加熱手段である加熱コイル４に供給することで、加熱コイル４に近接して設けた負荷である加熱体５に渦電流を発生させ、この加熱体５を電磁誘導加熱するようになっている。
【０００３】
７はインバータ回路２に供給される入力電圧を監視する入力電圧検出手段、８は同じくインバータ回路２に供給される入力電流を監視する入力電流検出手段であり、また９は加熱体５の温度を検出する負荷温度検出手段である。そして、これらの入力電圧検出手段７，入力電流検出手段８および負荷温度検出手段９からの各検出データを、フィードバック制御手段である電力制御手段１０に送ることにより、設定された電力が得られる制御信号を電力制御手段１０からインバータ回路２のスイッチング素子３に供給し、適切な電力制御を行なうように構成している。
【０００４】
このように、上記図５に示す電磁誘導加熱装置は、インバータ回路２への入力電圧や入力電流、または加熱体５の温度変化に対する特性変化時においても、常に設定された電力を加熱コイル４に安定して供給するために、インバータ回路２に供給される入力電圧および入力電流を監視し、その値により電力制御手段１０によるフィードバック制御を行って、インバータ回路２のスイッチング素子３のオン時間を決めている。
【０００５】
ところで上記構成では、加熱開始時においてフィードバック制御を行なうに当たり、入力電流が流れておらず、基準となるデータ（すなわち、入力電圧と入力電流とを掛け合わせることで得られる電力と、スイッチング素子３のオン時間との相関を決定付けるデータ）が存在しないために、この基準データを測定するための初期通電を行っている。これを図６および図７に基づき説明すると、図６の下段に示すように、加熱体５の加熱を開始するために、電力制御手段１０に送られる加熱制御信号がオフからオンに転じると、電力制御手段１０は先ず基準データを測定するために、所定期間ｔ１（例えば、数１００ｍｓ程度）初期通電を行ない、このときのインバータ回路２の入力電圧値と入力電流値の各検出データを、入力電圧検出手段７および入力電流検出手段８から読み込む。その際、スイッチング素子３のオン時間は固定されているが、通常このオン時間は電力制御手段１０が設定できる電力の下限値（図６の上段に示す固定値）となる。したがって、この所定期間ｔ１の間に、固定したスイッチング素子３のオン時間に対する電力値が基準データとして確定し、以後のフィードバック制御期間ｔ２において、この基準データを基に、加熱コイル４に設定された電力が出力されるように、スイッチング素子３のオン時間を可変する制御信号が電力制御手段１０からインバータ回路２に送られる。
【０００６】
一方、加熱体５の熱容量が小さく、加熱制御を行なうとすぐに加熱体５が温度上昇するものでは、加熱体５の温度リプルを小さくするのに、加熱制御のオン／オフデューティを数１００ｍｓ程度の短時間で繰り返し行なう場合がある（図７の下段参照）。しかし、ここでも設定できる一番低い電力を想定して、スイッチング素子３のオン時間を固定した初期通電が加熱開始直後に行われるため、この所定期間ｔ１の初期通電を行なった後ですぐに加熱制御そのものがオフになり、この動作が次の加熱制御オン時にも繰り返されて、常に設定されたものよりも低い電力しか出力されなくなっていた。
【０００７】
つまり、加熱開始時には基準データを測定するための初期通電が数１００ｍｓ程度行われるため、フィードバック制御が行なわれ設定された電力が出力されるまでに、数１００ｍｓ程度の時間が必要となる。したがって、特に加熱体５の温度制御精度が要求される場合などにおいて、加熱制御のオン／オフが数１００ｍｓ程度の短いデユーティで頻繁に繰り返されるものでは、加熱オン時に必ず初期通電が行われるため、設定された電力が得られないまま、加熱がオフになる場合がある。
【０００８】
また、初期通電時にはスイッチング素子３のオン時間を固定にしているので、入力電圧と加熱体５の温度に応じた電力が出力され、一定の電力が出力されないという問題もある。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決しようとするものであり、加熱のオン／オフを頻繁に行なう場合でも、常に設定した電力を加熱手段に出力できる電磁誘導加熱装置を提供することをその目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１における電磁誘導加熱装置によれば、制御手段は負荷を加熱する際に、加熱手段に出力する電力とスイッチング動作との相関を決定付けるデータを基にしてスイッチング動作を制御し、加熱手段に電力を安定して出力する。このときのデータは記憶手段に記憶保持され、次に負荷を加熱する際にそのまま利用されるので、制御手段は加熱を開始する毎にデータを測定するための初期通電をいちいち行なう必要がない。したがって、加熱開始の当初から初期通電を行なわずにデータに基づく制御が可能になり、負荷への加熱のオン／オフを頻繁に行なう場合でも、常に設定した電力を加熱手段に出力することが可能になる。
【００１１】
本発明の請求項２における電磁誘導加熱装置によれば、加熱開始直後は回路に電流が流れていない状態となるが、制御手段は回路の電圧と負荷の温度とに応じて、スイッチング手段のスイッチング動作を制御するので、加熱開始時から加熱手段に電力を安定して出力することができる。したがって、負荷への加熱のオン／オフを頻繁に行なう場合でも、常に設定した電力を加熱手段に出力することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施形態】
以下、本発明における電磁誘導加熱装置の各実施例について、添付図面を参照しながら説明する。なお、これらの各実施例において、従来例と同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の詳細な説明は重複するため省略する。
【００１３】
図１および図２は本発明の第１実施例に対応するものであり、装置全体の回路図を示す図１において、２１はインバータ回路２への入力電流と入力電圧により算出される加熱コイル４への電力が、設定した電力と一致するようにスイッチング素子３のスイッチング動作をフィードバック制御する従来例と同様な制御手段としての電力制御手段であり、従来例と異なるのは、この電力制御手段２１が、加熱コイル４への電力供給を停止した後も、フィードバック制御を行う上での基準データを記憶保持する記憶手段としての基準データ記憶手段２２を備えている点である。すなわち電力制御手段２１は、加熱コイル４を最初に通電するとき、すなわち最初の加熱オン時にのみが測定した基準データを基準データ記憶手段２２に記憶し、その後の加熱オン時にはこの記憶データ記憶手段２２から基準データを読み出して、フィードバック制御を行なうように構成している。
【００１４】
なお本実施例では、設定された電力が加熱コイル４に出力されるように、電力制御手段２１がスイッチング素子３のオン時間を可変制御しているが、例えばスイッチング素子３のオン／オフデューティを固定し、スイッチング周波数を可変制御するようにしてもよい。その他の構成は従来例と共通している。
【００１５】
次に上記構成について、その作用を図２のグラフに基づき説明する。なお、この図２は従来例における図６や図７と同様に、加熱制御のオン／オフタイミング（下段）と、それに対応する出力電力との関係を示している。
【００１６】
本実施例では、加熱体５の加熱を開始するために、電力制御手段２１に送られる加熱制御信号が最初にオンに転じると、電力制御手段２１は従来例と同様に、スイッチング素子３のオン時間を固定して所定期間ｔ１（例えば数１００ｍｓ程度）だけ初期通電を行ない、入力電圧検出手段７で得られた入力電圧の検出データと、入力電流検出手段８で得られた入力電流の検出データをそれぞれ取り込んで、加熱コイル４に出力する電力と、スイッチング素子３のスイッチング動作すなわちオン時間との相関を決定付ける基準データを測定する。そして、この基準データを基準データ記憶手段２２に記憶する。その後、所定期間ｔ１が経過して次のフィードバック制御期間ｔ２に移行すると、電力制御手段２１は基準データ記憶手段２２に記憶された基準データを基に、加熱コイル４に設定された電力が出力されるように、スイッチング素子３のオン時間を可変する制御信号をインバータ回路２に送り出す。
【００１７】
その後、加熱制御信号がオフになり、加熱体５への電力供給が一時的に遮断されると、電力制御手段２１は内蔵する計時手段（図示せず）のタイマを動作開始させる。そして、次に加熱制御信号がオンに転じるまでの時間が短時間すなわち所定時間以内であれば、電力制御手段２１は基準データ記憶手段２２から基準データを読み出し、初期通電を行なわずに、この基準データに基づいて加熱コイル４に設定された電力が出力されるようなフィードバック制御をその全期間ｔ２にて行なう。こうすると、加熱体５への加熱のオン／オフを頻繁に行なう場合であっても、最初の加熱オン時に初期通電を行なう以外は、全て初期通電を省略したフィードバック制御が可能になり、従来のような電力の低下を招くことなく、常に設定した電力を加熱コイル４に出力することが可能になる。
【００１８】
一方、加熱制御信号がオンに転じるまでの時間が所定時間以上であれば、電力制御手段２１は再度初期通電を行って基準データを測定し、これを基準データ記憶手段２２に上書き更新する。したがって、しばらく経過した後で再度加熱体５を加熱する際に、基準データが合わなくなっていて正確な電力を加熱コイル４に出力できない不都合も解消できる。
【００１９】
以上のように本実施例では、インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング動作させて誘導加熱手段に高周波電流を供給し、この誘導加熱手段に近接して設けた負荷に渦電流を発生させて前記負荷を加熱する電磁誘導加熱装置において、前記誘導加熱手段に設定した電力を安定して出力できるように、前記インバータ回路への入力電圧と入力電流を監視して前記スイッチング素子のスイッチング動作をフィードバック制御する電力制御手段を備え、この電力制御手段は、前記誘導加熱手段への電力供給を停止した後も、前記フィードバック制御における電力とスイッチング動作との相関を決定する基準データを記憶保持する記憶手段を備えて構成される。
【００２０】
この場合、電力制御手段２１は加熱体５を加熱する際に、加熱コイル４に出力する電力とスイッチング素子３のスイッチング動作（オン時間）との相関を決定付ける基準データを基にして、インバータ回路２への入力電圧と入力電流を監視しながら、スイッチング素子３のスイッチング動作をフィードバック制御し、加熱コイル４に設定した電力を安定して出力する。このときの基準データは基準データ記憶手段２２に記憶保持され、次に加熱体５を加熱する際にそのまま利用されるので、電力制御手段２１は加熱を開始する毎に基準データを測定するための初期通電をいちいち行なう必要がない。したがって、加熱開始の当初から初期通電を行なわずに基準データに基づくフィードバック制御が可能になり、加熱体５への加熱のオン／オフを頻繁に行なう場合でも、常に設定した電力を加熱コイル４に出力することが可能になる。
【００２１】
次に、本発明の第２実施例を図３および図４に基づき説明する。装置全体の回路図を示す図３において、ここでの電力制御手段２１は、予め各入力電圧において、加熱体５の温度とスイッチング素子３のオン時間における電力との相関を示すパラメータを記憶保持するパラメータ記憶手段２３を備えている。このパラメータ記憶手段２３は、例えばＲＡＭなどで構成される。そして電力制御手段２１は、加熱開始時において、そのときのインバータ回路２への入力電圧と加熱体５の温度とを、それぞれ入力電圧検出手段８および負荷温度検出手段９からの各検出データから読み取り、パラメータ記憶手段２３にあるパラメータに基づき、加熱コイル４に設定された電力が出力されるように、スイッチング素子３のオン時間をフィードバック制御する。
【００２２】
次に上記構成について、その作用を図４のグラフに基づき説明する。なお、この図４は、前記図２と同様に、下段に加熱制御のオン／オフタイミングを示し、上段にそれに対応する出力電力を示している。
【００２３】
本実施例では、加熱体５の加熱を開始するために、電力制御手段２１に送られる加熱制御信号がオンに転じると、電力制御手段２１は前述のような初期通電を行なわず、期間ｔ３においてインバータ回路２への入力電圧と加熱体５の温度とを、それぞれ入力電圧検出手段８および負荷温度検出手段９からの各検出データから取り込む。そして、パラメータ記憶手段２３にあるパラメータを基に、加熱コイル４に設定された電力が出力されるように、スイッチング素子３のオン時間を可変するフィードバック制御を行なう。ここでのフィードバック制御は、入力データとして入力電流を使用せず、代わりに加熱体５の温度を使用するので、インバータ回路２へ入力電流が流れていない加熱開始時から設定された電力を得ることができる。
【００２４】
上記入力電圧と加熱体５の温度とを入力データとしたフィードバック制御は、加熱制御信号がオフになるまで継続してもよい。この場合、入力電流検出手段８を不要にでき、装置の構成を簡略化することができる。一方、本実施例のようにインバータ回路２へ入力電流が流れた後の期間ｔ４で、入力電圧と入力電流を入力データとしたフィードバック制御に切換われば、より正確な電力の供給が可能になる。本実施例では、この期間ｔ４で、入力電圧検出手段７で得られた入力電圧の検出データと、入力電流検出手段８で得られた入力電流の検出データをそれぞれ取り込み、加熱コイル４に出力する電力と、スイッチング素子３のスイッチング動作すなわちオン時間との相関を決定付ける基準データを測定する。そして、加熱制御信号が一旦オフしてから次にオンするまでの時間が短ければ、この基準データに基づいて加熱コイル４に設定された電力が出力されるようなフィードバック制御を全期間ｔ４にて行なう。
【００２５】
以上のように、本実施例においては、インバータ回路２のスイッチング素子３をスイッチング動作させて誘導加熱手段である加熱コイル４に高周波電流を供給し、この加熱コイル４に近接して設けた負荷である加熱体５に渦電流を発生させて加熱体５を加熱する電磁誘導加熱装置において、加熱コイル４に設定した電力を安定して出力できるように、インバータ回路２の入力電圧と加熱体５の温度とに応じてスイッチング素子３のスイッチング動作をフィードバック制御する電力制御手段２１を備えている。
【００２６】
この場合、加熱開始直後はインバータ回路２に入力電流が流れていない状態となるが、電力制御手段２１はインバータ回路２の入力電圧と加熱体５の温度とに応じて、スイッチング素子３のスイッチング動作をフィードバック制御するので、加熱開始時から加熱コイル４に設定した電力を安定して出力することができる。したがって、加熱体５への加熱のオン／オフを頻繁に行なう場合でも、常に設定した電力を加熱コイル４に出力することが可能になる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば第１実施例における初期通電の期間ｔ１などは、適宜変更が可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の請求項１の電磁誘導加熱装置によれば、加熱のオン／オフを頻繁に行なう場合でも、常に設定した電力を加熱手段に出力することが可能になる。
【００２９】
本発明の請求項２の電磁誘導加熱装置によれば、加熱のオン／オフを頻繁に行なう場合でも、常に設定した電力を加熱手段に出力することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す加熱制御のオン／オフタイミングと出力電力との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施例を示す電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す加熱制御のオン／オフタイミングと出力電力との関係を示すグラフである。
【図５】従来例を示す電磁誘導加熱装置の回路構成図である。
【図６】従来例を示す加熱制御のオン／オフタイミングと出力電力との関係を示すグラフである。
【図７】従来例を示す短時間で加熱制御を行なったときのオン／オフタイミングと出力電力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２　インバータ回路（回路）
３　スイッチング素子（スイッチング手段）
４　加熱コイル（加熱手段）
５　加熱体（負荷）
２１　電力制御手段（制御手段）
２２　基準データ記憶手段（記憶手段）

Claims (2)

1. スイッチング動作させて電流を供給し、負荷に電流を発生させて加熱する電磁誘導加熱装置において、加熱手段に電力を安定して出力できるように制御する制御手段を備え、電力とスイッチング動作のデータを記憶保持する記憶手段を備えたことを特徴とする電磁誘導加熱装置。
2. スイッチング動作させて電流を供給し、負荷に電流を発生させて加熱する電磁誘導加熱装置において、加熱手段に電力を安定して出力できるように、回路の電圧と前記負荷の温度とに応じてスイッチング手段のスイッチング動作を制御する制御手段を備えたことを特徴とする電磁誘導加熱装置。

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