JP2004171931A

JP2004171931A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2004171931A
Application number: JP2002336454A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Fujita; 篤志藤田; Motonari Hirota; 泉生弘田; Yuji Fujii; 裕二藤井; Takahiro Miyauchi; 貴宏宮内; Koji Niiyama; 浩次新山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP3997896B2

Abstract

【課題】アルミをはじめとする低抵抗率金属製の被加熱体と、誘導加熱に適さない負荷（小物負荷、無負荷）と、それ以外の金属製の被加熱体との判別を行う。
【解決手段】制御手段４４は、被加熱体３４を高抵抗率の第１の材質、低抵抗率の第２の材質、及び無負荷状態もしくはそれに近い第３の材質としたときに、インバータ３５の出力の大きさがスイッチング素子３２、３７の駆動周波数可変範囲における共振周波数の１／ｎ倍の周波数における出力より小さい出力となるべき駆動周波数である第１の周波数から第２の周波数まで挿引していずれかの材質であることを判別する誘導加熱装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭やオフィス、レストラン、工場等で使用される誘導加熱調理器、誘導加熱を利用した湯沸かし器、加温装置等の誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱装置の例として、誘導加熱調理器について説明する。誘導加熱調理器では、加熱コイルから高周波磁界が発生し、加熱コイル近傍に置かれた金属製の鍋等の被加熱体に電磁誘導によって渦電流が発生し、被加熱体が加熱される。
【０００３】
以下、スイッチング素子の駆動とは、スイッチング素子の駆動制御端子に電圧が加わっている状態を指し、導通とは、スイッチング素子に電流が流れている状態を指すものとする。
【０００４】
従来の誘導加熱調理器においては、加熱調理中に鍋が取り去られると、加熱コイルを含む共振回路のインピーダンスが変化する現象を利用して、被加熱体の有無を検出し、無負荷状態になった場合には加熱停止させるようにしていた。
【０００５】
また、アルミや銅等の低抵抗率金属製の鍋は、抵抗率が低いために渦電流による発熱が十分得られず、インバータに過剰な負荷がかかるため、加熱コイルを含む共振回路のインピーダンスの特性変化が無負荷状態とほぼ同様になる現象を利用して検出し、加熱停止させるようにしていた。
【０００６】
しかしながら近年、誘導加熱調理器には、鉄をはじめとする高抵抗率金属製の鍋だけでなく、アルミ、銅等の低抵抗率金属製の鍋も誘導加熱できることが求められている。このような鍋を加熱するためには、加熱中のインバータにかかる負荷を低減し、さらに無負荷状態と低抵抗率金属製の鍋とを判別することが必要となる。
【０００７】
上記課題を解決するための方法として、例えば特許文献１に開示された従来の誘導加熱調理器の例を説明する。図５は、従来の誘導加熱調理器の全体のブロック図を示している。図において、６は２個のスイッチングトランジスタ７をインバータ駆動回路８によりスイッチングするように構成したインバータで、第１及び第２の加熱コイル９、１０並びに第１及び第２の共振コンデンサ１１、１２を備えた共振回路１３に高周波電力を供給するもので、各加熱コイル９、１０近傍に戴置された鍋等の被加熱体１４に高周波磁界を作用させ、これによる渦電流損によってその被加熱体１４を加熱する。
【０００８】
１６は位相比較回路であり、これは第１の加熱コイル９の電位Ｖ１と第２の共振コンデンサ１２の電位Ｖｃとを比較し、両電位Ｖ１、Ｖｃの位相差が略９０°の状態にするような電圧の周波数指令電圧信号Ｓ１をボルテージ・コントロールド・オシレーター１７（以下ＶＣＯ１７と称す）に出力する。ＶＣＯ１７は周波数指令電圧信号Ｓ１に応じた周波数で発振してインバータ駆動回路８を制御し、これによりインバータ６は両電位Ｖ１、Ｖｃが常に略９０°の位相差の状態（共振状態）となるような周波数（共振周波数）で動作するように制御される。
【０００９】
即ち、上記位相比較回路１６、ＶＣＯ１７及びインバータ駆動回路８はインバータ６の出力周波数を被加熱体１４の加熱時において共振状態となるようにフィードバック制御する共振制御手段１８を構成するもので、また位相比較回路１６から出力される周波数指令電圧信号Ｓ１はその共振周波数に比例した値となる。
【００１０】
次に、１９は周波数検出手段で、周波数指令電圧信号Ｓ１即ち共振周波数が所定値を越えたところでハイレベル信号を出力する。一方、２０はインピーダンス検出手段で、これはインバータ６の出力電流を検出する変流器２１を備え、インバータ６の出力電流が所定値を越えるときにハイレベル信号が出力されるようになっている。
【００１１】
負荷状態とインバータ６の出力電流及び共振周波数との関係について図に示す。図６は被加熱体の材質が鉄、磁性ステンレス、非磁性ステンレス、銅及びアルミニウムであるとき並びに無負荷状態のときにおけるインバータ電流と共振周波数とを実測した結果を示すものである。
【００１２】
被加熱体がアルミニウム或いは銅等の低抵抗金属製の場合（無負荷も含む）と、それが鉄或いはステンレスのような高抵抗金属製の場合とはインバータ電流の大小により区別される。このことは、インバータ電流（換言すれば加熱コイル９、１０の入力インピーダンス）と共振周波数とにより被加熱体の材質及び被加熱体の有無が判別できることを意味する。
【００１３】
また、その動作について説明する。電圧制御回路５によりインバータ６への出力電圧が低い一定値において負荷状態判別動作が開始される。インピーダンス検出手段２０により、加熱コイル９、１０の入力インピーダンスが大きく、インバータ電流が小さいと検出された場合、固有抵抗の大きい鉄等の被加熱体であることが判別される。
【００１４】
また、加熱コイル９、１０の入力インピーダンスが小さく、インバータ電流が大きいと検出され、さらに、周波数検出手段１９により、共振周波数が高いと検出された場合、固有抵抗が小さく、共振周波数の高いアルミニウム等の被加熱体であることが判別される。無負荷の場合は、加熱コイル９、１０の入力インピーダンスが小さく、インバータ電流が大きいと検出され、さらに、共振周波数が低いと検出されることから判別される。
【００１５】
【特許文献１】
特許第２６４７０７９号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、まず第１に、加熱時において共振状態となるようにフィードバック制御する位相比較回路１６、ＶＣＯ１７等の共振制御手段１８が必要となり、回路構成が複雑になる。第２に、インバータ６への出力電圧が大きいままでは、常に共振状態にあるために、加熱不適切な被加熱体であっても過大な電流、電圧が生じる場合がある。前記従来の構成では、これを回避するためにインバータ６への出力電圧を制御する電圧制御回路５を用い、出力電圧を低い一定値にする制御を行うため、新たに回路が必要となり、スイッチング素子の駆動制御以外の制御も必要となる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、高周波磁界を発生し被加熱体を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振する共振コンデンサと、スイッチング素子とを有するインバータと、前記スイッチング素子の導通を制御して前記インバータの出力を制御する制御手段と、前記インバータの出力の大きさを検出する出力検出手段の検出結果に応じて前記被加熱体の材質を判別する材質判別手段とを備え、前記制御手段は、前記加熱コイルと前記共振コンデンサに依存して決まる共振周波数近傍から前記共振周波数の１／ｎ（ｎは２以上の整数、以下同じ）倍近傍の範囲の駆動周波数で前記スイッチング素子を駆動可能とするとともに、前記制御手段が、前記被加熱体を高抵抗率の第１の材質、低抵抗率の第２の材質、及び無負荷状態もしくはそれに近い第３の材質としたときに、前記インバータの出力の大きさが前記スイッチング素子の駆動周波数可変範囲における前記共振周波数の１／ｎ倍の周波数における出力より小さい出力となるべき駆動周波数である第１の周波数から第２の周波数まで挿引して前記スイッチング素子を駆動する間に、前記材質判別手段は、前記被加熱体が前記第１の材質、第２の材質あるいは第３の材質のいずれかであることを判別する誘導加熱装置とするものである。
【００１８】
これによって、アルミをはじめとする低抵抗率金属製の被加熱体と、誘導加熱に適さない負荷（小物負荷、無負荷）と、それ以外の金属製の被加熱体との判別を容易に行い、所定の制御を行う誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、高周波磁界を発生し被加熱体を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振する共振コンデンサと、スイッチング素子とを有するインバータと、前記スイッチング素子の導通を制御して前記インバータの出力を制御する制御手段と、前記インバータの出力の大きさを検出する出力検出手段の検出結果に応じて、前記被加熱体の材質を判別する材質判別手段とを備え、前記制御手段は、前記加熱コイルと前記共振コンデンサに依存して決まる共振周波数近傍から、前記共振周波数の１／ｎ倍近傍の範囲の駆動周波数で前記スイッチング素子を駆動可能とするとともに、前記制御手段が、前記被加熱体を高抵抗率の第１の材質、低抵抗率の第２の材質、及び無負荷状態もしくはそれに近い第３の材質としたときに、前記インバータの出力の大きさが前記スイッチング素子の駆動周波数可変範囲における前記共振周波数の１／ｎ倍の周波数における出力より小さい出力となるべき駆動周波数である第１の周波数から第２の周波数まで挿引して前記スイッチング素子を駆動する間に、前記材質判別手段は、前記被加熱体が前記第１の材質、第２の材質あるいは第３の材質のいずれかであることを判別する誘導加熱装置とするものである。
【００２０】
従来の誘導加熱装置においては、被加熱体の材質判別動作時に共振周波数を追尾して加熱を行うことで、出力が過度に大きくなる恐れがあるため、インバータへの出力電圧を制御し、低い所定値とすることでインバータ出力を制限していたが、請求項１に記載の発明では、如何なる被加熱体であっても、前記被加熱体の材質判別動作時に十分低い出力になるような所定の駆動周波数で動作させるため、共振周波数を追尾する複雑な構成が不要であり、インバータへの出力電圧を制御することなく、容易に被加熱体の材質判別を行うことが出来る。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、出力検出手段は、インバータの電源電流の大きさと、前記インバータが発生する高周波電流の大きさと、前記インバータが発生する高周波電圧の大きさとのうちの少なくとも１つを検出する誘導加熱装置とすることにより、従来の誘導加熱装置のような、構成が複雑な周波数検出手段が不要となる。また材質判別に使用する出力検出手段を、従来、入力電力制御や、前記インバータ保護制御に使用していた出力検出手段とすることにより、比較的構成が簡単で、検知を容易にすることが出来る。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、出力検出手段の検出結果が所定値に到達するまでは、到達後に比較して、インバータの出力の大きさに対する前記出力検出手段の検出結果を拡大する誘導加熱装置とするものである。前記被加熱体材質が低抵抗率金属である場合と、高抵抗率金属である場合では、前記被加熱体を含めた前記加熱コイルの特性が大きく異なるため、前記インバータの出力の大きさも大きく変化し、低抵抗率金属では出力が大きく、高抵抗率金属では小さくなる。請求項３に記載の発明により、前記被加熱体材質により出力が大きく異なる場合においても、前記被加熱体に応じて前記出力検出手段の拡大率を変更することにより、精度良く前記インバータの出力の大きさを検知することが可能となる。
【００２３】
また、起動時には、十分低い出力になるような所定の駆動周波数で動作させるが、前記インバータの出力の大きさが小さい場合においても、正確に前記被加熱体材質判別を行うことが出来る。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、第１の周波数は、加熱コイル近傍に低抵抗率金属製の被加熱体を配置した場合の共振周波数の１／ｎ倍と、無負荷状態の共振周波数の１／（ｎ−１）倍の間で、インバータの出力の大きさが所定値以下になるよう設定する誘導加熱装置とするものである。これにより、第１の周波数では、如何なる被加熱体の共振周波数とも合致せず、所定の出力以下であるため、前記インバータへの出力電圧を制御することなく十分低い出力とすることが出来、前記インバータにかかる負荷を抑えることが可能となる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、材質判別手段の判別結果により、被加熱体に適した共振状態を得るべく、加熱コイルまたは共振コンデンサのうちのすくなくとも１つのインピーダンスを変化させるインピーダンス変更手段を動作する誘導加熱装置とすることにより、アルミをはじめとする低抵抗率金属製の被加熱体と、それ以外の金属製の被加熱体等に適した所定の共振状態を得ることが可能となる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、起動後、第１の周波数で所定の駆動時間比に達するまでスイッチング素子の駆動時間比を変化させる制御を行う誘導加熱装置とすることにより、起動時には前記スイッチング素子の駆動時間を短く設定し、起動直後の短絡電流を制限することが可能となり、起動時のスイッチング素子の負荷を抑えることが出来る。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、インバータを所定の動作状態で動作すべく設定するための動作設定手段と、材質判別手段が被加熱体材質判別する際に使用する第１の所定値を記憶する記憶手段とを備え、制御手段は、前記動作設定手段の出力信号に応じて、第２の所定値が得られるように前記インバータを動作させるとともに、その際に測定した第３の所定値に応じて前記第１の所定値を変更する誘導加熱装置とするものである。
【００２８】
共振周波数は、前記加熱コイルや前記共振コンデンサの容量、前記加熱コイルと前記被加熱体との距離をはじめとする前記インバータばらつきによって大きく左右され、特に前記被加熱体が低抵抗率金属であった場合に顕著となる。そのため、同じ被加熱体であっても、前記インバータばらつきによっては、加熱時の前記インバータ出力特性に差異が生じ、例えば誘導加熱可能な被加熱体と誘導加熱に不適な被加熱体（無負荷、小物負荷など）との判別が困難となる。
【００２９】
請求項７に記載の発明により、それぞれの誘導加熱装置が持つ前記インバータばらつきを含めた材質判別のための所定値を決定することが可能となるため、材質判別をより正確に行うことが出来る。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、第２の所定値をインバータの入力電流とする、または第３の所定値をスイッチング素子の駆動周波数とすることにより、入力電力制御に必要となる出力検出手段と兼ねる、またはスイッチング素子の駆動周波数より共振周波数を推定することが可能となり、新たに回路を追加することなく、第１の所定値の変更が可能となる。
【００３１】
【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。
【００３２】
（実施例１）
図１は、本実施例の誘導加熱装置の回路構成を示す図である。
【００３３】
電源２８は低周波交流電源である２００Ｖ商用電源であり、ブリッジダイオードである整流回路２９の入力端に接続される。整流回路２９の出力端間に第１の平滑コンデンサ３０が接続される。整流回路２９の出力端間には、さらにチョークコイル３１と第１のスイッチング素子３２の直列接続対が接続される。加熱コイル３３は被加熱体である鍋３４と対向して配置されている。
【００３４】
３５はインバータであり、第２の平滑コンデンサ３６の低電位側端子（エミッタ）は整流回路２９の負極端子に接続され、第２の平滑コンデンサ３６の高電位側端子は第２のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）３７の高電位側端子（コレクタ）に接続され、第２のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）３７の低電位側端子はチョークコイル３１と第１のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）３２の高電位側端子（コレクタ）との接続点に接続される。加熱コイル３３と共振コンデンサ３８の直列接続体が第１のスイッチング素子３２に並列に接続される。
【００３５】
第１の逆導通素子３９（第１のダイオード）は第１のスイッチング素子３２に逆並列に接続（第１のダイオード３９のカソードと第１のスイッチング素子３２のコレクタとを接続）され、第２の逆導通素子４１（第２のダイオード）は第２のスイッチング素子３７に逆並列に接続される。
【００３６】
補正用共振コンデンサ４２とリレー４３の直列接続体は共振コンデンサ３８に並列に接続されている。リレー４３は共振コンデンサ３８のインピーダンスを変更する（補正用共振コンデンサ４２を並列に接続する）ためのインピーダンス変更手段である。制御手段４４は、第１のスイッチング素子３２を駆動する第１の駆動手段４７と、第２のスイッチング素子３７を駆動する第２の駆動手段４８と、リレー４３の駆動コイル（図示せず）と、検知抵抗切り換え手段５０に信号を出力する。
【００３７】
また、前記制御手段４４は、電源２８からの入力電流を検知するカレントトランス４５と、加熱コイル３３の電圧を検知する電圧検知手段４６の検知信号を入力するとともに、被加熱体３４の材質を判別する材質判別手段を内包する。前記電圧検知手段４６は、検知倍率を変更出来るよう、第１の検知抵抗４８に加え、前記検知抵抗切り換え手段５０により第２の検知抵抗４９が並列接続されるよう構成する。さらに記憶手段５１は、前記制御手段４４に接続され、前記制御手段４４からの情報を記憶する。
【００３８】
また、５２は、使用者が動作開始、停止、出力調整等を行うための動作設定手段である。
【００３９】
以上のように構成された誘導加熱装置において、以下動作を説明する。電源２８は整流回路２９により全波整流され、整流回路２９の出力端に接続された第１の平滑コンデンサ３０に供給される。この第１の平滑コンデンサ３０はインバータ３５に高周波電流を供給する供給源として働く。
【００４０】
図２、図３は上記回路における各部波形を示す図であり、図２は鍋３４の材質が低抵抗率金属であるアルミなどのものの場合である。
【００４１】
図２（ａ）は第１のスイッチング素子３２と第１の逆導通素子３９に流れる電流を、同図（ｂ）は第２のスイッチング素子３７と第２の逆導通素子４０に流れる電流を、同図（ｃ）は第１のスイッチング素子３２駆動制御端子電圧を、同図（ｄ）は第２のスイッチング素子３７駆動制御端子電圧を、同図（ｅ）は加熱コイル３３に流れる電流をそれぞれ示している。
【００４２】
第１の駆動手段４７は、制御手段４４からの信号に基づき、時点ｔ０から時点ｔ１まで図２（ｃ）に示すように第１のスイッチング素子３２駆動制御端子に駆動期間がＴ１（約２４μ秒）である駆動信号を出力する。この駆動期間Ｔ１の間では第１のスイッチング素子３２及び第１の逆導通素子３９と、加熱コイル３３と、共振コンデンサ３８で形成される閉回路で共振し、鍋３４がアルミ製などの鍋であるときの共振周期（１／ｆ）が駆動期間Ｔ１の約２／３倍（約１６μ秒）となるように加熱コイル３３の巻き数（４４Ｔ）と共振コンデンサ３８の容量（０．０３μＦ）と、駆動期間Ｔ１が設定されている。チョークコイル３１はこの第１のスイッチング素子３２の駆動期間Ｔ１において、第１の平滑コンデンサ３０の静電エネルギを磁気エネルギとして蓄える。
【００４３】
次に、第１のスイッチング素子３２に流れる共振電流の第２番目のピークと共振電流が次に零となる間のタイミングである時点ｔ１、すなわち第１のスイッチング素子３２の順方向に電流が流れている時点で第１のスイッチング素子３２の駆動が停止される。
【００４４】
第１のスイッチング素子３２の遮断後、第１のスイッチング素子３２のコレクタと接続されたチョークコイル３１の端子電圧が立ち上がり、この電位が第２の平滑コンデンサ３６の電位を越えると、第２の逆導通素子４０を通して第２の平滑コンデンサ３６に充電して、チョークコイル３１に蓄えた磁気エネルギを放出する。第２の平滑コンデンサ３６の電圧は、整流回路２９の出力電圧のピーク値よりも高くなるよう昇圧される。昇圧されるレベルは第１のスイッチング素子３２の駆動期間に依存し、駆動期間が長くなると第２の平滑コンデンサ３６に発生する電圧が高くなる傾向にある。
【００４５】
このように、第２の平滑コンデンサ３６−第２のスイッチング素子３７あるいは第２の逆導通素子４０−加熱コイル３３−共振コンデンサ３８で形成される閉回路で共振する際に直流電源として働く第２の平滑コンデンサ３６の電圧レベルが昇圧されることにより、図２（ａ）で示す第１のスイッチング素子３２に流れる共振電流の尖頭値、及び共振経路を変えて継続して共振する同図（ｂ）の第２のスイッチング素子３７に流れる共振電流の尖頭値が零とならないように、あるいは小さくならないようにして、高導電率で非磁性であるアルミなどの鍋を高出力で誘導加熱し、かつ出力を連続的に増減して制御するように出来る。
【００４６】
また、図２（ｃ）、（ｄ）で示すように、第２の駆動手段４８は、制御手段４４からの信号に基づき、時点ｔ１から両スイッチング素子が同時遮断期間後の時点ｔ２において、第２のスイッチング素子３７駆動制御端子に駆動信号を出力する。この結果、同図（ｂ）に示すように加熱コイル３３−共振コンデンサ３８−第２のスイッチング素子３７または第２の逆導通素子４０−第２の平滑コンデンサ３６とからなる閉回路に経路を変えて共振電流が流れることになる。この駆動信号の駆動期間Ｔ２は、この場合にはＴ１とほぼ同じ期間に設定されているので、第１のスイッチング素子３２が導通していた場合と同様に、駆動期間Ｔ１の約２／３倍の周期の共振電流が流れる。
【００４７】
従って、加熱コイル３３に流れる電流は、図２（ｅ）に示すような波形となり、第１及び第２のスイッチング素子３２、３７の駆動周期（Ｔ１とＴ２と同時遮断期間の和）は共振電流の周期の約３倍となり、第１及び第２のスイッチング素子３２、３７の駆動周波数が約２０ｋＨｚであれば、加熱コイル３３に流れる共振電流の周波数は約６０ｋＨｚとなる。
【００４８】
図３は鍋３４の材質がアルミなどに比較して高抵抗率である鉄系のものの場合である。
【００４９】
図３（ａ）は第１のスイッチング素子３２と第１の逆導通素子３９に流れる電流を、同図（ｂ）は第２のスイッチング素子３７と第２の逆導通素子４０に流れる電流を、同図（ｃ）は第１のスイッチング素子３２駆動制御端子電圧を、同図（ｄ）は第２のスイッチング素子３７駆動制御端子電圧を、同図（ｅ）は加熱コイル３３に流れる電流をそれぞれ示している。
【００５０】
この場合においても、基本的な動作は図２に示すような、鍋３４の材質が低抵抗率であるアルミなどの場合と変わらない。しかしながら、鉄系の鍋を誘導加熱するには、共振電流周波数が従来の約２０ｋＨｚ程度で十分であるため、共振電流が約２０ｋＨｚになるよう、リレー４３を投入して、共振コンデンサ３８（０．０３μＦ）と補正用共振コンデンサ４２（０．２１μＦ）が電気的に並列接続されるよう切り換える。
【００５１】
さらに、第１のスイッチング素子３２と第２のスイッチング素子３７を一定の周波数（約２３ｋＨｚ）で所定の出力となるよう、駆動時間比で設定する。共振電流は約２０ｋＨｚ程度になるよう共振コンデンサ３８及び補正用共振コンデンサ４２が接続されているため、第１のスイッチング素子３２に流れる共振電流は第２番目のピークとなる前に駆動が停止される。
【００５２】
次に、起動時における材質判別動作について説明する。制御手段４４はリレー４３を遮断状態にし、無負荷時における共振周波数（約４４ｋＨｚ）と、アルミ鍋加熱時の共振周波数（約６０ｋＨｚ）／２のほぼ中間の周波数（約３６ｋＨｚ）を第１の周波数として第１のスイッチング素子３２と第２のスイッチング素子３７を交互に駆動する。
【００５３】
また、前記共振コンデンサ３８電圧が低い場合においても拡大して検知可能なように、前記電圧検知手段４６の第２の検知抵抗５０が切り離され、分圧比が高まるよう前記検知抵抗切り換え手段５１を制御する。
【００５４】
なお、材質判別動作後の通常加熱時には、前記第２の検知抵抗５０が第１の検知抵抗４９に並列接続され、分圧比が下がるよう、制御手段４４は前記検知抵抗切り換え手段５１を制御される。起動直後の短絡電流による前記第１及び第２のスイッチング素子３２、３７破壊を防止するために、起動時には、前記第１のスイッチング素子３２駆動時間を最小となるよう駆動し（本実施例では、約２μ秒）、徐々に所定の駆動時間比（本実施例では前記第１のスイッチング素子３２駆動時間比が約０．２５）になるよう制御する。
【００５５】
所定の駆動時間比に達した後は、駆動時間比を固定したまま、前記記憶手段５２に記憶されている第２の周波数（本実施例では約３０ｋＨｚ）を参照し、第２の周波数まで駆動周波数を挿引する。
【００５６】
第１の周波数では、如何なる被加熱体であっても共振周波数から外れており、十分な共振が不可能であるために、従来の誘導加熱調理器のように、前記インバータ３５電源となる前記第１の平滑コンデンサ３０電圧を降圧しなくても、前記インバータ３５出力が過大になることはない。材質判別動作中の各種被加熱体での動作線を図４に示す。
【００５７】
図において、横軸は前記電源２８からの入力電流を検知するカレントトランス４５の検知出力、縦軸は前記加熱コイル３３の電圧を検知する電圧検知手段４６の検知出力を示している。図から明らかなように、鍋３４の材質が低抵抗率であるアルミなどのものであると、前記加熱コイル３３電圧の上昇が顕著となり、それ以外の金属製の鍋であると、前記電源２８からの入力電流の上昇が顕著となる。
【００５８】
また無負荷状態では、前記加熱コイル３３電圧も、前記電源２８からの入力電流も十分に上昇しない。制御手段４４内部には、図４に示すように、前記カレントトランス４５検知出力に関するしきい値と、前記加熱コイル３３の電圧検知手段４６検知出力に関するしきい値を保持しており、このしきい値を越えた検知出力が得られたと判断すれば、上記に示すアルミをはじめとする低抵抗金属製鍋に対応した制御、鉄をはじめとする高抵抗金属製鍋に対応した制御を行い、無負荷状態と判断すれば加熱停止する。
【００５９】
また、共振周波数は、前記加熱コイル３３や前記共振コンデンサ３８の容量、前記加熱コイル３３と鍋３４との距離をはじめとする前記インバータ３５ばらつきによって大きく左右されるため、図４に示す各種被加熱体での動作線も変化する。
【００６０】
本実施例では、所定の鍋３４が加熱コイル３３近傍に置かれた後、動作設定手段５３によって所定の動作設定がなされた場合には、動作設定手段５３から制御手段４４に信号が出力され、制御手段４４はカレントトランス４５検知結果より、インバータ３５の入力電流が所定値となるよう加熱制御を行う。このとき、所定の鍋３４で所定のインバータ３５入力電流が得られたスイッチング素子３２、３７の駆動周波数から演算により、アルミをはじめとする低抵抗率金属製の鍋、無負荷状態、それ以外の鍋が判別できるよう、第２の周波数を決定し記憶手段５２に記憶する。
【００６１】
なお、この所定動作設定時には、前記インバータ３５ばらつきを見越し、駆動周波数の制限を通常より緩やかにして、所定鍋３４であれば前記インバータ３５ばらつきがあったとしても、必ず加熱可能になるよう制御する。この所定動作設定により、前記インバータ３５のばらつきを吸収し、正確な判別を行う。
【００６２】
なお、本実施例では、被加熱体がある場合の、動作設定手段５３による所定動作設定時の調整について説明したが、これに限定するものではなく、無負荷状態であっても演算により材質判別基準を変更、決定することは可能である。また、第２の周波数を記憶する例を挙げたが、第１の周波数、前記カレントトランス４５検知出力のしきい値又は前記加熱コイル３３電圧検知手段４６検知出力のしきい値の変更、記憶でも同様の効果が得られる。
【００６３】
また、前記カレントトランス４５検知出力のしきい値、前記電圧検知手段４６検知出力のしきい値に基づき、前記鍋３４の材質判別を行う例を挙げたが、これに限定するものではなく、例えば前記制御手段４４または前記記憶手段５２内部に図４に相当するマトリクスを保持しておき、検知出力とマトリクスの比較により、前記鍋３４材質判別を行ってもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、アルミをはじめとする低抵抗率金属製の被加熱体と、誘導加熱に適さない負荷（小物負荷、無負荷）と、それ以外の金属製の被加熱体との判別を容易に行い、所定の制御を行う誘導加熱装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における誘導加熱調理器の回路構成を示す図
【図２】同、各部波形を示す図
【図３】同、各部波形を示す図
【図４】同、被加熱体の材質と出力検出手段による検知出力との関係を示す特性図
【図５】従来の誘導加熱調理器の全体のブロック図
【図６】同、被加熱体の材質とインバータ電流及び共振周波数との関係を示す特性図
【符号の説明】
３２第１のスイッチング素子
３３加熱コイル
３４鍋（被加熱体）
３５インバータ
３７第２のスイッチング素子
３８共振コンデンサ
４３リレー（インピーダンス変更手段）
４４制御手段（材質判別手段を内包）
４５カレントトランス（出力検出手段）
４６電圧検知手段（出力検出手段）
５２記憶手段
５３動作設定手段

Claims

高周波磁界を発生し被加熱体を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振する共振コンデンサと、スイッチング素子とを有するインバータと、前記スイッチング素子の導通を制御して前記インバータの出力を制御する制御手段と、前記インバータの出力の大きさを検出する出力検出手段の検出結果に応じて前記被加熱体の材質を判別する材質判別手段とを備え、前記制御手段は、前記加熱コイルと前記共振コンデンサに依存して決まる共振周波数近傍から前記共振周波数の１／ｎ（ｎは２以上の整数、以下同じ）倍近傍の範囲の駆動周波数で前記スイッチング素子を駆動可能とするとともに、前記制御手段が、前記被加熱体を高抵抗率の第１の材質、低抵抗率の第２の材質、及び無負荷状態もしくはそれに近い第３の材質としたときに、前記インバータの出力の大きさが前記スイッチング素子の駆動周波数可変範囲における前記共振周波数の１／ｎ倍の周波数における出力より小さい出力となるべき駆動周波数である第１の周波数から第２の周波数まで挿引して前記スイッチング素子を駆動する間に、前記材質判別手段は、前記被加熱体が前記第１の材質、第２の材質あるいは第３の材質のいずれかであることを判別する誘導加熱装置。
出力検出手段は、インバータの電源電流の大きさと、前記インバータが発生する高周波電流の大きさと、前記インバータが発生する高周波電圧の大きさとのうちの少なくとも１つを検出する請求項１に記載の誘導加熱装置。
出力検出手段の検出結果が所定値に到達するまでは、到達後に比較して、インバータの出力の大きさに対する前記出力検出手段の検出結果を拡大する請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
第１の周波数は、加熱コイル近傍に低抵抗率金属製の被加熱体を配置した場合の共振周波数の１／ｎ倍と、無負荷状態の共振周波数の１／（ｎ−１）倍の間で、インバータの出力の大きさが所定値以下になるよう設定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
材質判別手段の判別結果により、被加熱体に適した共振状態を得るべく、加熱コイルまたは共振コンデンサのうちのすくなくとも１つのインピーダンスを変化させるインピーダンス変更手段を動作する請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
起動後、第１の周波数で所定の駆動時間比に達するまでスイッチング素子の駆動時間比を変化させる制御を行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
インバータを所定の動作状態で動作すべく設定するための動作設定手段と、材質判別手段が被加熱体材質判別する際に使用する第１の所定値を記憶する記憶手段とを備え、制御手段は、前記動作設定手段の出力信号に応じて、第２の所定値が得られるように前記インバータを動作させるとともに、その際に測定した第３の所定値に応じて前記第１の所定値を変更する請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
第２の所定値をインバータの入力電流とする、または第３の所定値をスイッチング素子の駆動周波数とする請求項７に記載の誘導加熱装置。