JP2004113596A

JP2004113596A - 誘導加熱炊飯器

Info

Publication number: JP2004113596A
Application number: JP2002283184A
Authority: JP
Inventors: Hideki Morozumi; 両角　英樹; Hironori Hamada; 浜田　浩典; Kazunori Kono; 河野　一典; Toru Niiyama; 新山　融; Shinichi Sato; 佐藤　慎一
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】スイッチング手段により加熱コイルに流れる高周波電流を制御して鍋を加熱する誘導加熱炊飯器において、整流平滑手段の出力電圧が低いときに、導通時間の設定を瞬時に長く変更することで、加熱コイルに供給する高周波電力を増やすことができる誘導加熱炊飯器を提供する。
【解決手段】鍋１に高周波電力を供給する加熱コイル２と共振コンデンサ３とで共振回路を構成し、加熱コイル２に流れる高周波電流をスイッチング手段４により制御し、加熱コイル２に電力を供給する交流電源５を整流平滑手段６により整流平滑し、スイッチング手段４の導通時間を導通時間設定手段１２により設定する。導通時間設定手段１２は、スイッチング手段４の両端電圧を設定する電圧設定手段１０とスイッチング手段４の両端電圧の包絡線を検知する包絡線検知手段１１の出力に応じて、導通時間を設定するよう構成する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング手段により加熱コイルに流れる高周波電流を制御して鍋を加熱する誘導加熱炊飯器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の誘導加熱炊飯器は図７に示すように構成していた。以下、その構成について説明する。
【０００３】
図７に示すように、鍋１は水や米を入れるもので、電気回路モデルで示しており、この鍋１は磁束を通す金属を複数用いた積層体で構成している。加熱コイル２は、複数の銅線を束ねたリッツ線で構成し、鍋１と加熱コイル２は電磁気的に結合している。
【０００４】
つまり、加熱コイル２に電流が流れることにより、加熱コイル２に磁束が発生し、この磁束が鍋１の金属を通過することにより、鍋１の金属に電流が流れ、この電流と金属の抵抗により鍋１を加熱するようにしている。
【０００５】
共振コンデンサ３は、加熱コイル２に並列接続しており、加熱コイル２と並列共振回路を構成している。スイッチング手段４は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体素子と、この半導体素子に逆接続した逆接続ダイオードで構成している。
【０００６】
交流電源５は１００Ｖ６０Ｈｚで、整流平滑手段６は、ダイオードブリッジ７、チョークコイル８、コンデンサ９で構成し、交流電源５を整流している。このとき、コンデンサ９の容量は数μＦと小さいので、加熱コイル２に高周波電流を流した場合、大きなリプルを発生し、交流電源５を整流した波形と同一となるが、２０数ｋＨｚの高周波電圧を平滑することができる。
【０００７】
ピーク電圧設定手段６１は、２つ以上の抵抗からなる分圧回路で構成しており、スイッチング手段４の両端電圧の基準電圧を設定する。この基準電圧は７００Ｖ付近になるように、トリミングやボリュームにて調整済みである。
【０００８】
ピーク電圧検知手段６２は、スイッチング手段４に印加される電圧を２つ以上の抵抗で分圧する分圧回路と、この分圧回路の出力ピーク値を保持するピークホールド回路で構成している。ここで、ピークホールド回路は、分圧回路の出力をベース端子に入力するトランジスタと、このトランジスタのエミッタ端子に接続した電解コンデンサと、この電解コンデンサに並列接続した放電抵抗で構成している。このとき、電解コンデンサと放電抵抗の時定数は、交流電源５の半周期よりも十分長い時間になるように設定している。
【０００９】
ＡＤ変換器６３は、マイクロコンピュータ内部に予め設けたものを使用している。このＡＤ変換器６３は、ピーク電圧検知手段６２の出力電圧をＡＤ変換し、その値を導通時間設定手段６５に出力する。
【００１０】
零電圧検知手段６４は、交流電源５の両端にフォトカプラを接続することで構成している。フォトカプラは、交流電源５の両端電圧が所定値を越えるとハイを導通時間設定手段６５に出力し、交流電源５の両端電圧が所定値以下ではローを導通時間設定手段６５に出力する。
【００１１】
導通時間設定手段６５はマイクロコンピュータで構成しており、この導通時間設定手段６５は、零電圧検知手段６４の出力エッジを検知するごとに、ピーク電圧設定手段６１とピーク電圧検知手段４１の出力を比較して、スイッチング手段４の導通時間を設定し、駆動手段１３に設定された導通時間、ハイを出力する。
【００１２】
駆動手段１３は、ＰＮＰトランジスタ、ＮＰＮトランジスタからなるプッシュプル回路で構成し、この駆動手段１３は、導通時間設定手段６５のハイ、ローの信号を受けて、スイッチング手段４を構成するＩＧＢＴのゲートに信号を出力する。ＩＧＢＴは、この信号を受けてオンオフし、加熱コイル２に電流を流したり、遮断したりする。
【００１３】
上記構成において動作を説明する。炊飯を開始すると、導通時間設定手段６５を構成するマイクロコンピュータは、零電圧検知手段６４の出力エッジを検知すると、ピーク電圧設定手段６１とピーク電圧検知手段６２の出力を比較して、ピーク電圧設定手段６１の出力が大きければ、スイッチング手段４の導通時間を現在の設定よりも長くし、ピーク電圧設定手段６１の出力が小さければ、スイッチング手段４の導通時間を現在の設定よりも短くする。そして導通時間設定手段６５は設定された時間ハイを駆動手段１３に出力する。
【００１４】
駆動手段１３は、スイッチング手段４をオンし、加熱コイル２に電流を流す。このときの導通時間をＴｄ、整流平滑手段６の印加電圧をＶ、加熱コイル２のインダクタンスをＬとすると、Ｔｄ時に加熱コイル２に流れている電流ＩＬは、
ＩＬ＝Ｖ／Ｌ×Ｔｄ
で表すことができる。
【００１５】
つまり、加熱コイル２の電流ＩＬは、導通時間や整流平滑手段の印加電圧に比例している。なお、このときに加熱コイル２にたまるエネルギをＷＬとすると、ＷＬは、
ＷＬ＝１／２×Ｌ×ＩＬ２
で表すことができる。
【００１６】
この加熱コイル２のエネルギＷＬは共振コンデンサ３との共振エネルギになる。共振コンデンサ３にたまるエネルギをＷＣ、共振コンデンサ３の両端電圧をＶＣとすると、ＷＣは、
ＷＣ＝１／２×Ｃ×ＶＣ２
で表すことができる。
【００１７】
加熱コイル２のエネルギＷＬが共振コンデンサ３のエネルギＷＣに変換されるので、ＷＬ＝ＷＣとなる。なお、スイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗは整流平滑手段６の出力電圧Ｖと共振コンデンサ１の両端電圧ＶＣの和となる。
【００１８】
以上の動作をまとめると、大きく２つのことがわかる。第１は、スイッチング手段４の導通時間を長くするほど、加熱コイル２に流れる電流が大きくなり、加熱コイル２にたまるエネルギも大きくなるが、共振コンデンサ３の両端電圧も高くなり、その結果、スイッチング手段４の両端電圧が高くなるということである。
【００１９】
第２は、導通時間が同じでも、整流平滑手段６の印加電圧が変化すると加熱コイル２に流れる電流が変化するので、スイッチング手段４の両端電圧も変化するということである。
【００２０】
図８は交流電源５の１周期における、主要部の動作波形を示している。図８（ａ）は交流電源５の電圧波形を示している。図８（ｂ）は交流電源５の入力電流波形を示している。図８（ｃ）は整流平滑手段６の出力電圧波形を示している。図８（ｄ）はスイッチング手段４の両端電圧の包絡線を示している。図８（ｅ）は加熱コイル２に供給される電流、すなわちスイッチング手段４を構成するＩＧＢＴが導通しているときの電流の包絡線を示している。
【００２１】
図８に示すように、交流電源５の半周期の間は、導通時間が一定なため、加熱コイル２に供給される電流は整流平滑手段６の出力電圧に比例して変動している。つまり、整流平滑手段６の出力電圧は交流電源５の電圧に対応しているので、加熱コイル２に供給される電流は交流電源５の電圧に対応して変動していることとなる。
【００２２】
以上のように、従来の誘導加熱炊飯器においては、交流電源５の半周期ごとにスイッチング手段４の両端電圧のピーク値と設定値を比較してスイッチング手段４の導通時間を設定し、スイッチング手段４の両端電圧を設定値に抑えるものであった（例えば、特許文献１参照）。
【００２３】
【特許文献１】
特開平５−１１４４７２号公報（第３−７頁、図１−図２）
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、交流電源５の半周期ごとにスイッチング手段４の導通時間を変更するので、加熱コイル２に流れる電流が整流平滑手段６の電圧に応じて変動する。そのため、加熱コイル２により大きな高周波電力を供給できるよう電流を増やそうとしても、整流平滑手段６の電圧がピークのときに、スイッチング手段４の両端電圧が最大定格を越えてしまうという問題があった。
【００２５】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、整流平滑手段の出力電圧が低いときに、導通時間の設定を瞬時に長く変更することで、加熱コイルに供給する高周波電力を増やすことができる誘導加熱炊飯器を提供することを目的としている。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、鍋に高周波電力を供給する加熱コイルと、共振コンデンサとで共振回路を構成し、加熱コイルに流れる高周波電流をスイッチング手段により制御し、加熱コイルに電力を供給する交流電源を整流平滑手段により整流平滑し、スイッチング手段の導通時間を導通時間設定手段により設定するよう構成し、導通時間設定手段は、スイッチング手段の両端電圧を設定する電圧設定手段とスイッチング手段の両端電圧の包絡線を検知する包絡線検知手段の出力に応じて、導通時間を設定するよう構成したものである。
【００２７】
これにより、スイッチング手段の両端電圧が低くなるとき、すなわち整流平滑手段の電圧が低いときには、電圧設定手段の出力電圧と包絡線検知手段の出力が同じになるように、スイッチング手段の導通時間を長くして加熱コイルに流れる電流を大きくすることができるので、鍋に供給される高周波電力を大きくすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、鍋に高周波電力を供給する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルに流れる高周波電流を制御するスイッチング手段と、前記加熱コイルに電力を供給する交流電源と、前記交流電源を整流平滑する整流平滑手段と、前記スイッチング手段の両端電圧を設定する電圧設定手段と、前記スイッチング手段の両端電圧の包絡線を検知する包絡線検知手段と、前記スイッチング手段の導通時間を設定する導通時間設定手段とを備え、前記導通時間設定手段は前記電圧設定手段と前記包絡線検知手段の出力に応じて導通時間を設定するよう構成したものであり、スイッチング手段の両端電圧が低いとき、すなわち整流平滑手段の電圧が低いときには、導通時間設定手段が電圧設定手段の出力と包絡線検知手段の出力が同じになるように瞬時にスイッチング手段の導通時間を長くし、加熱コイルに供給する高周波電力を増やすことができる。
【００２９】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、導通時間設定手段は導通時間の設定値に上限値を設けたものであり、加熱コイルに流れる高周波電流の周波数範囲を限定することとなり、加熱コイルに流れる高周波電流の周波数が人間の可聴周波数域に入るのを防止することができる。
【００３０】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２に記載の発明において、交流電源の入力電流を設定する入力電流設定手段と、前記交流電源からの入力電流を検知する入力電流検知手段とを備え、電圧設定手段は前記入力電流設定手段と前記入力電流検知手段の出力に応じてスイッチング手段の両端電圧の設定値を変更し、導通時間設定手段は前記電圧設定手段と包絡線検知手段の出力に応じて導通時間を設定するよう構成したものであり、入力電流に応じてスイッチング手段の両端電圧を補正することとなり、加熱コイルに供給される電流を一定に制御できる。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載の発明において、電圧設定手段はスイッチング手段の両端電圧の設定値に上限値を設けたものであり、スイッチング手段の両端電圧を制限することとなり、スイッチング手段の両端に最大定格を越える電圧がかかるのを防止することができる。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、上記請求項３または４に記載の発明において、入力電流検知手段は入力電流の平均値を検知するよう構成したものであり、入力電流波形の影響を受けにくくなり、入力電流を精度よく制御できる。
【００３３】
請求項６に記載の発明は、上記請求項３または４に記載の発明において、入力電流検知手段は入力電流の実効値を検知するよう構成したものであり、入力電流波形の影響を受けにくくなり、入力電流を精度よく制御できる。
【００３４】
請求項７に記載の発明は、上記請求項１〜６に記載の発明において、スイッチング手段の両端電圧が所定値を越えると、所定期間前記スイッチング手段をオフとする過電圧検知手段を備え、前記所定値は電圧検知手段が設定するスイッチング手段の両端電圧の設定値よりも大としたものであり、スイッチング手段の両端電圧の急峻な変化に対応できることとなり、スイッチング手段の両端電圧が急激に上昇しても、スイッチング手段の両端に最大定格を越える電圧がかかるのを防止することができる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施例１）
図１に示すように、鍋１は水や米を入れるもので、電気回路モデルで示しており、この鍋１は磁束を通す金属を複数用いた積層体で構成している。ただし、これは一例で、積層体で構成する必要はなく、金属めっき処理をした鍋や、同一の金属のみを材料とした鍋でも構わない。鍋１を積層体や同一金属のみで構成する場合は、金属の厚さを管理するのが容易である。鍋１を金属めっき処理した場合は、表面の金属のみを変更するだけで、様々な種類の鍋を作成できる。
【００３７】
加熱コイル２は、複数の銅線を束ねたリッツ線をさらに２０数本で撚った線で構成しており、高周波電流が流れたときの電流分布を均一にしている。特に図示していないが、加熱コイル２の上には鍋１が置かれており、鍋１と加熱コイル２は電磁気的に結合している。つまり、加熱コイル２に電流が流れることにより、加熱コイル２に磁束が発生し、この磁束が鍋１の金属を通過することにより、鍋１の金属に電流が流れ、この電流と金属の抵抗により鍋１が発熱するようにしている。
【００３８】
共振コンデンサ３は、本実施例では高周波電流が流れても損失の少ないポリプロピレンコンデンサを使用している。共振コンデンサ３は、加熱コイル２に並列接続しており、加熱コイル２と並列共振回路を構成している。
【００３９】
スイッチング手段４は、加熱コイル３に流れる高周波電流を制御するもので、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体素子と、この半導体素子に逆接続した逆接続ダイオードで構成している。ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴは耐圧が高く、高周波のスイッチングが可能で、大電流を流すことができるという利点がある。
【００４０】
整流平滑手段６は、交流電源５を整流平滑するもので、ダイオードブリッジ７、チョークコイル８、コンデンサ９で構成し、１００Ｖ６０Ｈｚの交流電源５を整流している。このとき、コンデンサ９の容量は数μＦと小さく、加熱コイル２に高周波電流を流した場合、リプルが生じる。本実施例では、このリプル電圧は、交流電源５の電圧と同じとなる。
【００４１】
電圧設定手段１０は、スイッチング手段４の両端電圧を設定するもので、マイクロコンピュータに内蔵されたＤＡ変換器で構成している。本実施例の誘導加熱炊飯器には、炊飯、保温などの複数の動作モードがある。本実施例では、これらの動作モードそれぞれに対応して、スイッチング手段４の両端電圧値を設定できるようになっている。この両端電圧の設定値（以下、電圧設定値Ｖｓという）はマイクロコンピュータ内のＲＯＭに記憶されている。つまり、電圧設定手段１０は、ＲＯＭから、動作モードに対応して電圧設定値Ｖｓを呼び出し、この電圧設定値ＶｓをＤＡ変換器を介してアナログ電圧Ｖ１に変換し、導通時間設定手段に１２に出力している。
【００４２】
包絡線検知手段１１は、スイッチング手段４の両端電圧の包絡線を検知するもので、スイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗの包絡線に相当する電圧Ｖ２を出力する。包絡線検知手段１１は分圧回路とピークホールド回路で構成している。分圧回路は、スイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗを検知するもので、少なくとも２つ以上の抵抗からなる直列回路をスイッチング手段４に並列接続して構成している。
【００４３】
ピークホールド回路は分圧回路の出力電圧の包絡線を検知するもので、トランジスタとこのトランジスタのエミッタに接続したコンデンサとこのコンデンサに並列接続した抵抗で構成している。このとき、コンデンサは、前記分圧回路の出力を平滑する必要がないので、容量を小さくでき、部品を小型化することができる。ただし、これは一例で、ダイオードを用いた検波回路を使用しても構わない。
【００４４】
導通時間設定手段１２は、スイッチング手段４の導通時間を設定するもので、オペアンプなどを用いた増幅回路と、コンパレータなどを用いた発振回路で構成している。増幅回路は、電圧設定手段１０の出力電圧Ｖ１と、包絡線検知手段１１の出力電圧Ｖ２の出力が同じになるように、Ｖ１とＶ２を誤差増幅し、発振回路に出力する。
【００４５】
なお、このときの出力電圧をＶ３とする。発振回路は増幅回路の出力電圧Ｖ３に応じてハイ信号の時間を変化させ、ロー信号の時間を一定にすることで発振周波数を変化させる。
【００４６】
以上のように、導通時間設定手段１２をアナログ回路で構成する場合は、演算スピードの遅いマイクロコンピュータを使用することができるので、低コスト化、マイコン消費電力の削減が可能である。
【００４７】
ただし、これは一例であり、演算スピードの速いマイクロコンピュータを使用し、導通時間設定手段１２をこのマイクロコンピュータで構成することもできる。例えば、最近のマイクロコンピュータにはＡＤ変換器やＰＷＭ出力端子が内蔵されているので、包絡線検知手段１１の出力電圧Ｖ２を前記ＡＤ変換器に入力し、ＡＤ変換器のデジタル出力と電圧設定手段１０の電圧設定値Ｖｓを比較して、導通時間を設定する。
【００４８】
この導通時間に応じて、マイクロコンピュータのＰＷＭ端子からハイまたはローの信号を出力することでスイッチング手段４をオンオフすることが可能となる。この場合には、オペアンプやコンパレータなどのアナログ回路分の実装面積を減らすことができる。また、電圧設定手段１０と導通時間設定手段１２がマイクロコンピュータで構成されるので、電圧設定手段１０を構成するＤＡ変換器を省略することができる。
【００４９】
駆動手段１３は、ＰＮＰトランジスタ、ＮＰＮトランジスタからなるプッシュプル回路で構成している。駆動手段１３は、導通時間設定手段１１のハイ、ローの信号を受けて、スイッチング手段４を構成するＩＧＢＴのゲートに信号を出力する。ＩＧＢＴは、この信号を受けてオンオフし、加熱コイル２に電流を流したり、遮断したりする。
【００５０】
上記構成において動作を説明する。まず、炊飯が開始されると、電圧設定手段１０が動作モードごとに決められた電圧設定値Ｖｓを設定し、それに対応したアナログ電圧Ｖ１を導通時間設定手段１２に出力する。本実施例では、各動作モードごとに電圧設定値Ｖｓがあるが、ここでは、一例として、Ｖｓ＝７００Ｖを設定する。この７００Ｖはスイッチング手段４を構成するＩＧＢＴの最大定格電圧から１００Ｖほど低い電圧となっている。
【００５１】
交流電源５の電圧が低いときには、整流平滑手段６の出力電圧も低いので、加熱コイル２への印加電圧が低くなる。このため、同じ導通時間でも加熱コイル２に流れる電流は小さい。このときの導通時間をＴｄ、整流平滑手段６の印加電圧をＶ、加熱コイル２のインダクタンスをＬとすると、Ｔｄ時に加熱コイル２に流れている電流ＩＬは、
ＩＬ＝Ｖ／Ｌ×Ｔｄ・・・・・・（１）
で表すことができる。
【００５２】
したがって、加熱コイル２のエネルギも小さくなる。このときに加熱コイル２にたまるエネルギをＷＬとすると、ＷＬは、
ＷＬ＝１／２×Ｌ×ＩＬ２・・・・（２）
で表すことができる。
【００５３】
この加熱コイル２のエネルギは共振コンデンサ３との共振エネルギになる。共振コンデンサ３にたまるエネルギをＷＣ、共振コンデンサ３の両端電圧をＶＣとすると、ＷＣは、
ＷＣ＝１／２×Ｃ×ＶＣ２・・・・（３）
で表すことができる。
【００５４】
加熱コイル２と共振コンデンサ３の共振により、加熱コイル２のエネルギＷＬが共振コンデンサ３のエネルギＷＣに変換される。したがって、ＷＬ＝ＷＣとなるので、加熱コイル２に流れる電流が小さければ、共振コンデンサ３の両端電圧ＶＣも小さくなる。
【００５５】
スイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗは整流平滑手段６の出力電圧Ｖと共振コンデンサ３の両端電圧ＶＣの和なので、電圧設定値Ｖｓより低くなる。したがって、包絡線検知手段１１の出力電圧Ｖ２も小さくなる。
【００５６】
そこで、導通時間設定手段１２を構成する増幅回路は、電圧設定値Ｖｓに対応したアナログ電圧Ｖ１と包絡線検知手段１１の出力電圧Ｖ２が同じ値になるように誤差増幅し瞬時に出力電圧を大きくする。すると、導通時間設定手段１２を構成する発振回路が、ハイ信号を長くするのでスイッチング手段４の導通時間が長くなる。この結果、加熱コイル２に流れる電流が増え、スイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗが電圧設定値Ｖｓに近づく。
【００５７】
逆に、交流電源５の電圧がピーク値付近のときには、整流平滑手段６の出力もピーク値付近に上昇し、加熱コイル２への印加電圧が高くなるので、導通時間が同じでも、加熱コイル２に流れる電流が大きくなる。したがって、加熱コイル２と共振コンデンサ３の共振エネルギも大きくなり、スイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗは電圧設定値Ｖｓより高くなる。
【００５８】
したがって、包絡線検知手段１１の出力電圧Ｖ２が電圧設定値Ｖｓに対応したアナログ電圧Ｖ１より大きくなるので、導通時間設定手段１２を構成する増幅回路は出力電圧Ｖ３を小さくする。導通時間設定手段１２を構成する発振回路はこの出力電圧に応じてハイ信号を短くするので、スイッチング手段４の導通時間が短くなり、スイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗは電圧設定値Ｖｓまで下がってくる。
【００５９】
図２（ａ）は交流電源５の電圧波形を示している。図２（ｂ）は交流電源５の入力電流波形を示している。図２（ｃ）は整流平滑手段６の電圧波形を示している。図２（ｄ）はスイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗの包絡線を示している。図２（ｅ）は加熱コイル２に流れる電流ＩＬのうち整流平滑手段６より供給される電流の包絡線を示している。
【００６０】
図２に示すように、交流電源５の電圧が０Ｖのときには、整流平滑手段６の出力電圧も０Ｖであるので、スイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗは０Ｖとなり、加熱コイル２に流れる電流も０Ａとなっているが、交流電源５の電圧が低いときに加熱コイル２に流れる電流は、交流電源５の電圧が高いときと同じくらいになっている。
【００６１】
図３は導通時間設定手段１２を構成する増幅回路の入出力波形を示している。図３（ａ）は電圧設定手段１０の出力電圧Ｖ１、図３（ｂ）は包絡線検知手段１１の出力電圧Ｖ２、図３（ｃ）は増幅回路の出力電圧Ｖ３、図３（ｄ）は整流平滑手段６の出力電圧Ｖを示している。
【００６２】
図３に示すように、電圧設定手段１０の出力電圧Ｖ１は一定なので、包絡線検知手段１１の出力電圧Ｖ２が小さいとき、すなわち、整流平滑手段６の出力電圧Ｖが小さいときには前記増幅回路の出力電圧Ｖ３は大きくなっている。したがって、導通時間設定手段１２を構成する発振回路のハイ出力時間が長くなるので、スイッチング手段４の導通時間が長くなる。
【００６３】
以上のように、整流平滑手段６の電圧が低いときでも、導通時間設定手段１２がスイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗが電圧設定値Ｖｓになるまで瞬時にスイッチング手段４の導通時間を長くするので、加熱コイル２の高周波電流を増やすことができる。これにより、スイッチング手段４の導通時間を交流電源５の半周期ごとに制御していたときに比べ、交流電源５の半周期全体の電力量は増加する。したがって、鍋１に供給される高周波電力が増加するので、加熱時間を短縮することができる。
【００６４】
また、本実施例で示した誘導加熱炊飯器では、スイッチング手段４の両端電圧を電圧設定値Ｖｓで一定制御しようとするので、従来の誘導加熱炊飯器と入力電流を同じにすれば、スイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗを低くすることができる。これにより、従来の誘導加熱炊飯器に比べ、スイッチング手段の電圧定格が低いものでも使用することができる。スイッチング手段にＭＯＳＦＥＴを使用する場合には、電圧定格が低くなればオン抵抗も小さくなるので、損失を下げることができる。また、スイッチング手段の両端電圧Ｖｓｗが低くなることで、２００Ｖ電源の地域にも対応可能となる。
【００６５】
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２における誘導加熱炊飯器の導通時間設定手段の回路構成を示している。他の構成は上記実施例１と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。
【００６６】
図４に示すように、増幅回路２１は、オペアンプ２２、抵抗２３、２４からなる反転増幅回路として構成している。増幅回路２１は、電圧設定手段１０が設定する電圧設定値Ｖｓと瞬時電圧検知手段１１が検知する検知電圧の差分を抵抗２３、２４の抵抗値の比率で誤差増幅している。
【００６７】
リードラグフィルタ２５は、２つの抵抗２６、２７と電解コンデンサ２８の直列回路で構成している。導通時間制限回路２９は、ツェナーダイオードで構成している。本実施例では、このツェナーダイオードのツェナー電圧で上限値を設定することにより、リードラグフィルタ２５の出力値が所定値以下に制限されている。
【００６８】
発振回路３０は、複数のコンパレータで構成しており、この発振回路３０は、リードラグフィルタ２５の出力値に応じて、ハイの出力時間を変化させるとともにローの出力時間を一定にすることで、駆動手段１３への出力信号の発振周波数を変化させる。
【００６９】
上記構成において動作を説明する。整流平滑手段６の出力電圧が低いときには、上記（式１）から（式３）の結果から導通時間が同じでもスイッチング手段４の両端電圧Ｖｓｗが電圧設定値Ｖｓより非常に小さくなるので、増幅回路２１の出力は非常に大きくなる。このため、リードラグフィルタ２５の出力も大きくなるが、導通時間制限回路２９を構成するツェナーダイオードが動作するので、一定電圧以上増加しなくなる。
【００７０】
発振回路３０は、この出力電圧に応じてハイ信号の出力時間を変えているので、ハイ信号は一定時間までしか増加しないことになる。本実施例では、発振回路３０はハイ信号の出力時間を変化させるとともにロー信号の出力時間を一定にしているので、発振周波数は一定値以下には下がらないこととなる。
【００７１】
以上のように、導通時間設定手段１２が設定する導通時間に上限値を設ける構成にすることにより、加熱コイル２に流れる高周波電流の周波数に下限値を設けることができるので、加熱コイル２に流れる高周波電流の周波数が人間の可聴周波数範囲の上限値２０ｋＨｚより下がらないようにすることができ、騒音の小さい誘導加熱炊飯器を実現できる。
【００７２】
なお、本実施例における導通時間設定手段１２の構成はこれに限るものではなく、例えば、マイクロコンピュータを利用しても構わない。
【００７３】
（実施例３）
図５に示すように、入力電流設定手段４１は、交流電源５の入力電流を設定するもので、マイクロコンピュータで構成している。本実施例の誘導加熱炊飯器には、炊飯、保温などの複数の動作モードがある。この動作モードごとに対応した入力電流の設定値（以下、電流設定値という）を設けている。この電流設定値はマイクロコンピュータ内のＲＯＭなどに記憶されている。つまり、入力電流設定手段４１は、動作モードごとにＲＯＭデータから所定の電流設定値を呼び出している。
【００７４】
入力電流検知手段４２は、交流電源５からの入力電流を検知するもので、交流電源５と整流平滑手段６の間に設けた電流トランスと、この電流トランスの出力を整流平滑する整流平滑回路で構成している。整流平滑回路は整流ダイオードと電解コンデンサで構成しており、電流トランスの出力電圧の平均電圧を出力する。他の構成は上記実施例１と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。
【００７５】
上記構成において動作を説明する。まず、炊飯が開始されると、入力電流設定手段４１が動作モードごとに決められた電流設定値Ｉｓを設定する。つぎに、電圧設定手段１０が動作モードごとに決められた初期値を電圧設定値Ｖｓとして設定する。本実施例の誘導加熱炊飯器では、電圧設定値Ｖｓの初期値を６５０Ｖとしている。
【００７６】
さらに、電圧設定手段１０は電流設定値Ｉｓと入力電流検知手段９が検知した電流値Ｉｉｎの差分に基づき、変動電圧値ｄＶｓを設定する。具体的には、電流設定値Ｉｓが検知電流値Ｉｉｎより大きければ変動電圧値ｄＶｓをプラス値にし、電流設定値Ｉｓが検知電流値Ｉｉｎより小さければ変動電圧値ｄＶｓをマイナス値にする。
【００７７】
その後、電圧設定手段１０は、（式４）に基づいて、電圧設定値Ｖｓを変更し、電圧設定値Ｖｓに対応したアナログ電圧Ｖ１をＤＡ変換器を介して出力する。
【００７８】
Ｖｓ＝Ｖｓ＋ｄＶｓ・・・・・・・・（４）
なお、本実施例における電圧設定値Ｖｓの更新タイミングは交流電源５の半周期につき１回である。
【００７９】
導通時間設定手段１２は、電圧設定手段１０の出力電圧Ｖ１と包絡線検知手段１１の検知電圧Ｖ２を比較して導通時間を設定する。
【００８０】
整流平滑手段６の電圧が低いときには、加熱コイル２への印加電圧が低いので、同じ導通時間でも加熱コイル２に流れる電流は小さい。
【００８１】
したがって、加熱コイル２と共振コンデンサ３の共振エネルギも小さいので、スイッチング手段４の両端電圧は、電圧設定手段１０の設定値Ｖｓより低くなる。そこで、導通時間設定手段１２は導通時間を長くすることで、加熱コイル２に流れる電流を増やし、スイッチング手段４の両端電圧を設定値Ｖｓまで上げようとする。
【００８２】
逆に、整流平滑手段６の電圧がピーク値付近のときには、加熱コイル２への印加電圧が高くなるので、導通時間が同じでも、加熱コイル２に流れる電流が大きくなる。したがって、加熱コイル２と共振コンデンサ３の共振エネルギも大きくなり、スイッチング手段４の両端電圧は電圧設定手段１０の設定値Ｖｓより高くなる。そこで、導通時間設定手段１２は導通時間を短くすることで、スイッチング手段４の両端電圧を設定値Ｖｓまで下げようとする。
【００８３】
図５に示した誘導加熱炊飯器の主要部の波形は図２と同様となるが、電圧設定手段１０が入力電流設定手段４１と入力電流検知手段４２の出力に応じて、電圧設定値Ｖｓを更新するので、入力電流の変動に対応することができ、入力電流のばらつきを抑えることができる。
【００８４】
以上のように、入力電流設定手段４１と入力電流検知手段４２の出力を受けて電圧設定手段１０がスイッチング手段４の両端電圧の設定を変更することで、加熱コイル２から鍋１に供給される電力のばらつきが小さく、加熱むらも小さい誘導加熱炊飯器を提供できる。
【００８５】
なお、本実施例の電圧設定手段１０が設定する電圧設定値Ｖｓに上限値を設けることもできる。例えば、電圧設定手段１０を構成するマイクロコンピュータのＲＯＭに予め電圧設定値の上限値を記憶しておき、この上限値と電圧設定手段１０が設定した電圧設定値Ｖｓとを比較する工程を追加する。この比較工程で、電圧設定値Ｖｓが上限値より大きければ、電圧設定手段１０は電圧設定値を上限値に変更する。
【００８６】
このように、電圧設定手段１０が設定する電圧設定値に上限値を設けることにより、スイッチング手段４の両端電圧に最大定格以上の電圧がかからないようにすることができる。したがって、故障の少ない、信頼性の高い誘導加熱炊飯器を提供できる。
【００８７】
なお、本実施例では、入力電流検知手段４２は入力電流の平均値を検知している。入力電流波形は、図２（ｄ）に示したように、正弦波波形ではないが、平均値を検知することにより、入力電流波形が変化しても容易に入力電流値を推測することができる。
【００８８】
また、入力電流検知手段４２は入力電流の実効値を検知するようにしてもよい。この場合、入力電流検知手段４２を構成する電流トランスの出力値の実効値を検知する実効値検知回路を設ける。実効値検知回路はオペアンプなどで構成することができる。入力電流の実効値を検知する場合も、平均値の検知と同様に、入力電流波形の変化に対応でき、容易に入力電流値を推測することができる。さらに、実効値を検知する場合は、交流電源の電圧を検知することで、入力電力を正確に把握することができるので、より電力供給の安定した誘導加熱炊飯器を提供できる。
【００８９】
（実施例４）
図６に示すように、過電圧検知手段５１は、スイッチング手段４の両端電圧が所定値を越えると、所定期間スイッチング手段４をオフとするもので、コンパレータとマイクロコンピュータで構成している。コンパレータは瞬時電圧検知手段１１の出力が所定値を越えると、導通時間設定手段１２の出力信号を強制的にローにするとともに、マイクロコンピュータにロー信号を出力する。マイクロコンピュータはロー信号を検知すると、マイクロコンピュータで構成している電圧設定手段１０、入力電流設定手段４１の設定値を所定時間ゼロとする。なお、前記所定値は、電圧設定手段１０が設定する電圧設定値よりも高い値で、かつスイッチング手段４の最大定格電圧より充分低い値としている。
【００９０】
以上のように、過電圧検知手段５１を設けることで、スイッチング手段４に定格電圧を超える電圧が印加されるのを防止することができ、スイッチング手段４の故障を防止できる信頼性の高い誘導加熱炊飯器を提供できる。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１に記載の発明によれば、整流平滑手段の電圧が低いときに加熱コイルに流す電流を増加することができので、スイッチング手段の両端電圧が低いままで、加熱コイルから鍋への高周波電力の供給を増加することができる。
【００９２】
また、請求項２に記載の発明によれば、加熱コイルに流れる高周波電流の周波数範囲を限定することとなり、加熱コイルに流れる高周波電流の周波数が人間の可聴周波数域に入るのを防止することができる。
【００９３】
また、請求項３に記載の発明によれば、入力電流に応じてスイッチング手段の両端電圧を補正することとなり、加熱コイルに供給される電流を一定に制御できる。
【００９４】
また、請求項４に記載の発明によれば、スイッチング手段の両端電圧を制限することとなり、スイッチング手段の両端に最大定格を越える電圧がかかるのを防止することができる。
【００９５】
また、請求項５に記載の発明によれば、入力電流波形の影響を受けにくくなり、入力電流を精度よく制御できる。
【００９６】
また、請求項６に記載の発明によれば、入力電流波形の影響を受けにくくなり、入力電流を精度よく制御できる。
【００９７】
また、請求項７に記載の発明によれば、スイッチング手段の両端電圧の急峻な変化に対応できることとなり、スイッチング手段の両端電圧が急激に上昇しても、スイッチング手段の両端に最大定格を越える電圧がかかるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の誘導加熱炊飯器の一部ブロック化した回路図
【図２】同誘導加熱炊飯器の要部電圧電流波形図
【図３】同誘導加熱炊飯器の導通時間設定手段の要部電圧波形図
【図４】本発明の第２の実施例の誘導加熱炊飯器の導通時間設定手段の一部ブロック化した回路図
【図５】本発明の第３の実施例の誘導加熱炊飯器の一部ブロック化した回路図
【図６】本発明の第４の実施例の誘導加熱炊飯器の一部ブロック化した回路図
【図７】従来の誘導加熱炊飯器の一部ブロック化した回路図
【図８】同誘導加熱炊飯器の要部電圧電流波形図
【符号の説明】
１　鍋
２　加熱コイル
３　共振コンデンサ
４　スイッチング手段
５　交流電源
６　整流平滑手段
１０　電圧設定手段
１１　包絡線検知手段
１２　導通時間設定手段

Claims

鍋に高周波電力を供給する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルに流れる高周波電流を制御するスイッチング手段と、前記加熱コイルに電力を供給する交流電源と、前記交流電源を整流平滑する整流平滑手段と、前記スイッチング手段の両端電圧を設定する電圧設定手段と、前記スイッチング手段の両端電圧の包絡線を検知する包絡線検知手段と、前記スイッチング手段の導通時間を設定する導通時間設定手段とを備え、前記導通時間設定手段は前記電圧設定手段と前記包絡線検知手段の出力に応じて導通時間を設定するよう構成した誘導加熱炊飯器。
導通時間設定手段は導通時間の設定値に上限値を設けた請求項１記載の誘導加熱炊飯器。
交流電源の入力電流を設定する入力電流設定手段と、前記交流電源からの入力電流を検知する入力電流検知手段とを備え、電圧設定手段は前記入力電流設定手段と前記入力電流検知手段の出力に応じてスイッチング手段の両端電圧の設定値を変更し、導通時間設定手段は前記電圧設定手段と包絡線検知手段の出力に応じて導通時間を設定するよう構成した請求項１または２記載の誘導加熱炊飯器。
電圧設定手段はスイッチング手段の両端電圧の設定値に上限値を設けた請求項３記載の誘導加熱炊飯器。
入力電流検知手段は入力電流の平均値を検知するよう構成した請求項３または４記載の誘導加熱炊飯器。
入力電流検知手段は入力電流の実効値を検知するよう構成した請求項３または４記載の誘導加熱炊飯器。
スイッチング手段の両端電圧が所定値を越えると、所定期間前記スイッチング手段をオフとする過電圧検知手段を備え、前記所定値は電圧検知手段が設定するスイッチング手段の両端電圧の設定値よりも大とした請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱炊飯器。