JP2004171934A - Induction heating device - Google Patents
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Abstract
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、誘導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。このような原理のため、誘導加熱には鉄をはじめとする高抵抗率金属製の被加熱体が適している。
【0003】
しかしながら近年、誘導加熱調理器には、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、一般にはインバータの出力周波数を高めることで、被加熱体の表皮抵抗を増加させ、さらに加熱コイルのターン数を増加させると共に、インバータ電源を昇圧することで磁界を強める必要があった。
【0004】
また、インバータ電源にリプルが生じている場合には、加熱コイルと低抵抗率金属製の鍋間の反発力に起因して、リプル周波数に応じた不快音が発生するため、インバータ電源を平滑する必要があった。
【0005】
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6は、従来の誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。図において、電源1は商用電源であり、整流回路2によって整流され、第1の平滑コンデンサ3に伝達される。チョークコイル4は第2のスイッチング素子7の導通時にエネルギを蓄え、第2のスイッチング素子7が遮断された時に第1のダイオード6を通して第2の平滑コンデンサ12に蓄えたエネルギを放出する。
【0006】
すなわち、チョークコイル4、第2のスイッチング素子7、第1のダイオード6は、昇圧手段を構成している。また、第2のスイッチング素子7は、加熱コイル9と共振コンデンサ10の共振周波数で共振する共振電流を発生させ、被加熱体である鍋11に高周波磁界を供給し、誘導加熱する。第1のスイッチング素子5は、第2のスイッチング素子7が遮断期間中に、第2の平滑コンデンサ12に蓄えられたエネルギを加熱コイル9及び共振コンデンサ10に放出し、共振を継続させる。このように、第2の平滑コンデンサ12に一度エネルギを蓄えることにより、加熱コイル9及び共振コンデンサ10にかかる電圧及び流れる電流を平滑化することが可能となり、商用周波数で生じるリプルを軽減し、加熱コイル9と鍋11間の反発力による不快音を抑制することが出来る。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−75620号公報
【0008】
【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、加熱時において加熱コイル9と鍋11間の反発力による不快音を抑制し、昇圧電源を平滑する第2の平滑コンデンサ12の容量が大きいために、加熱停止後の第2の平滑コンデンサ12電圧の低下が緩やかである。そのため、加熱停止後、即座に加熱開始すると、第2のスイッチング素子7導通開始時における第2のスイッチング素子7電圧が高いために、過大な短絡電流が流れ、第2のスイッチング素子7の負荷が大きくなる。これを回避するために、加熱停止後に一定期間再起動を受け付けない制御を行えば、使用者による加熱停止後の再起動や、異常検知時の一時停止後の再起動に時間がかかるという課題が生じる。
【0009】
また、アルミなどの低抵抗率金属製の鍋11以外の材質のものを加熱するため、加熱コイル9あるいは共振コンデンサ10容量を切り換えるべくリレーなどのインピーダンス変更手段を備えた場合においても、加熱停止後に一定期間停止期間を設けなければ、インピーダンス変更手段両端に電圧がかかった状態でインピーダンスの変更が行われることになるため、インピーダンス変更手段動作開始時の突入電流で、インピーダンス変更手段の耐久性が問題となる。
【0010】
【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、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータと、前記インバータ電源を昇圧する昇圧手段と、昇圧された前記インバータ電源を平滑する平滑手段と、前記インバータ及び前記昇圧手段の出力の大きさを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、加熱停止前に、前記平滑手段の電圧を所定の電圧以下にするべく、前記昇圧手段の出力を低下させた後、加熱停止する誘導加熱装置とするものである。
【0011】
これによって、加熱停止時において、平滑手段の電圧が速やかに低下するため、再起動に時間のかからない誘導加熱装置を提供することが出来る。
【0012】
【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、スイッチング素子と、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータと、前記インバータ電源を昇圧する昇圧手段と、昇圧された前記インバータ電源を平滑する平滑手段と、前記インバータ及び前記昇圧手段の出力の大きさを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、加熱停止前に、前記インバータ停止直後の前記平滑手段の電圧を所定の電圧以下にすべく、前記昇圧手段の出力を低下させた後、加熱停止する誘導加熱装置とするものである。
【0013】
この請求項1に記載の発明により、加熱停止前の昇圧手段の出力の低下に伴い、平滑手段へのエネルギの供給が抑制され、また平滑手段からのエネルギ放出が継続するために、平滑手段の電圧が速やかに低下する。平滑手段の電圧が所定の電圧以下となってから再起動を行えば、再起動時におけるスイッチング素子に流れる短絡電流を抑制することが可能となる。
【0014】
請求項2に記載の発明は、昇圧手段は、インバータの出力に応じて昇圧動作を行うとともに、制御手段は、加熱停止前に、前記インバータ停止直後の平滑手段の電圧を所定の電圧以下にすべく、前記インバータの出力を低下させた後、加熱停止する誘導加熱装置とするものである。
【0015】
この請求項2に記載に発明により、昇圧手段はインバータの出力に応じて昇圧動作を行うため、制御手段がインバータの出力を低下させる制御を行うことで、昇圧手段の出力も低下し、平滑手段へのエネルギの供給が抑制され、また平滑手段からのエネルギ放出が継続するために、平滑手段の電圧が速やかに低下する。平滑手段の電圧が所定の電圧以下となってから再起動を行えば、再起動時におけるスイッチング素子に流れる短絡電流を抑制することが可能となる。
【0016】
請求項3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、前記加熱コイルまたは前記共振コンデンサのインピーダンスを変更するインピーダンス変更手段と、スイッチング素子と、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータと、前記インバータ電源を昇圧する昇圧手段と、昇圧された前記インバータ電源を平滑する平滑手段と、前記インバータ及び前記昇圧手段の出力の大きさを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記インピーダンス変更手段動作直前の前記インピーダンス変更手段にかかる電圧を所定の電圧以下にすべく、前記昇圧手段の出力を低下させた後、前記インピーダンス変更手段を動作させる誘導加熱装置とするものである。
【0017】
被加熱体材質によっては、所定の共振を得るべく、加熱コイルまたは共振コンデンサのインピーダンスを切り換える必要が生じた場合、請求項3に記載の発明により、インピーダンス変更手段の両端に加わる電圧が速やかに所定の電圧以下になるよう、昇圧手段の出力を低下させるため、インピーダンス変更手段両端の電位差によってインピーダンス変更手段投入時に突入電流が流れるといった現象を抑制することが可能となる。
【0018】
請求項4に記載の発明は、昇圧手段は、インバータの出力に応じて昇圧動作を行うとともに、制御手段は、インピーダンス変更手段動作直前の前記インピーダンス変更手段にかかる電圧を所定の電圧以下にすべく、前記インバータの出力を低下させた後、インピーダンス変更手段を動作させる誘導加熱装置とするものである。
【0019】
この請求項4に記載に発明により、昇圧手段はインバータの出力に応じて昇圧動作を行うため、制御手段がインバータの出力を低下させる制御を行うことで、昇圧手段の出力が低下し、インピーダンス変更手段の両端に加わる電圧も速やかに低下する。従ってインピーダンス変更手段両端の電位差によってインピーダンス変更手段投入時に突入電流が流れるといった現象を抑制することが可能となる。
【0020】
請求項5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、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータと、導通期間が前記インバータの出力制御に関連するスイッチング素子と、共振動作を継続させ前記インバータの出力制御に寄与しないスイッチング素子と、前記インバータの出力に応じて前記インバータ電源の昇圧動作を行う昇圧手段と、昇圧された前記インバータ電源を平滑する平滑手段と、前記インバータ及び前記昇圧手段の出力の大きさを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、加熱停止前に、前記インバータ停止直後の前記平滑手段の電圧を所定の電圧以下にすべく、前記インバータの出力制御に寄与しないスイッチング素子を所定期間駆動させた後、加熱停止する誘導加熱装置とするものである。
【0021】
この請求項5に記載の発明により、インバータの出力制御に寄与しないスイッチング素子を所定期間駆動させるため、平滑手段へのエネルギ供給は行われないことに加え、インバータ出力は増加しないが共振が継続されるために、平滑手段のエネルギは被加熱体加熱に使用され、速やかに電圧が低下して、再起動までの時間を短縮することが可能である。
【0022】
請求項6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、前記加熱コイルまたは前記共振コンデンサのインピーダンスを変更するインピーダンス変更手段と、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータと、導通期間が前記インバータの出力制御に関連するスイッチング素子と、共振動作を継続させ前記インバータの出力制御に寄与しないスイッチング素子と、前記インバータの出力に応じて前記インバータ電源の昇圧動作を行う昇圧手段と、昇圧された前記インバータ電源を平滑する平滑手段と、前記インバータ及び前記昇圧手段の出力の大きさを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記インピーダンス変更手段動作直前の前記インピーダンス変更手段にかかる電圧を所定の電圧以下にすべく、前記インバータの出力制御に寄与しないスイッチング素子を所定期間駆動させた後、インピーダンス変更手段を動作させる誘導加熱装置とするものである。
【0023】
この請求項6に記載の発明により、インバータの出力制御に寄与しないスイッチング素子を所定期間駆動させるため、昇圧手段の出力が増加しないことに加えて、インバータ出力は増加しないが共振が継続されるために、平滑手段のエネルギは被加熱体加熱に使用されて速やかに電圧が低下して、インピーダンス変更手段の両端に加わる電圧も速やかに低下する。従ってインピーダンス変更手段両端の電位差によってインピーダンス変更手段投入時に突入電流が流れるといった現象を抑制することが可能となる。
【0024】
【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。
【0025】
(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。
【0026】
電源14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15の入力端に接続される。整流回路15の出力端間に第1の平滑コンデンサ16が接続される。整流回路15の出力端間には、さらにチョークコイル17と第1のスイッチング素子18の直列接続対が接続される。加熱コイル19は被加熱体である鍋20と対向して配置されている。
【0027】
21はインバータであり、第2の平滑コンデンサ22の低電位側端子(エミッタ)は整流回路15の負極端子に接続され、第2の平滑コンデンサ22の高電位側端子は第2のスイッチング素子(IGBT)23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)23の低電位側端子はチョークコイル17と第1のスイッチング素子(IGBT)18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19と共振コンデンサ24の直列接続体が第1のスイッチング素子18に並列に接続される。
【0028】
第1の逆導通素子25(第1のダイオード)は第1のスイッチング素子18に逆並列に接続(第1のダイオード25のカソードと第1のスイッチング素子18のコレクタとを接続)され、第2の逆導通素子26(第2のダイオード)は第2のスイッチング素子23に逆並列に接続される。補正用共振コンデンサ28とリレー29の直列接続体は共振コンデンサ24に並列に接続されている。制御手段30は、第1のスイッチング素子18を駆動する第1の駆動手段32と、第2のスイッチング素子23を駆動する第2の駆動手段33と、リレー29の駆動コイル(図示せず)に信号を出力する。
【0029】
また、制御手段30は、電源14からの入力電流を検知するカレントトランス31の検知信号を入力するとともに、被加熱体20の材質を判別する材質判別手段を内包する。
【0030】
また、34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。
【0031】
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14は整流回路15により全波整流され、整流回路15の出力端に接続された第1の平滑コンデンサ16に供給される。この第1の平滑コンデンサ16はインバータ21に高周波電流を供給する供給源として働く。
【0032】
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20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。
【0033】
図2(a)は第1のスイッチング素子18と第1の逆導通素子25に流れる電流を、同図(b)は第2のスイッチング素子23と第2の逆導通素子26に流れる電流を、同図(c)は第1のスイッチング素子18駆動制御端子電圧を、同図(d)は第2のスイッチング素子23駆動制御端子電圧を、同図(e)は加熱コイル19に流れる電流をそれぞれ示している。
【0034】
第1の駆動手段32は、制御手段30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18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18及び第1の逆導通素子25と、加熱コイル19と、共振コンデンサ24で形成される閉回路で共振し、鍋20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19の巻き数(44T)と共振コンデンサ24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17はこの第1のスイッチング素子18の駆動期間T1において、第1の平滑コンデンサ16の静電エネルギを磁気エネルギとして蓄える。
【0035】
次に、第1のスイッチング素子18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18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18の駆動が停止される。
【0036】
第1のスイッチング素子18の遮断後、第1のスイッチング素子18のコレクタと接続されたチョークコイル17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22の電位を越えると、第2の逆導通素子26を通して第2の平滑コンデンサ22に充電して、チョークコイル17に蓄えた磁気エネルギを放出する。
【0037】
第2の平滑コンデンサ22の電圧は、整流回路15の出力電圧のピーク値よりも高くなるよう昇圧される。すなわち、チョークコイル17、第1のスイッチング素子18及び第2の逆導通素子25によって昇圧手段35が構成され、第2の平滑コンデンサ22は昇圧手段35の出力を平滑する平滑手段となる。昇圧されるレベルは第1のスイッチング素子18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22に発生する電圧が高くなる傾向にある。
【0038】
このように、第2の平滑コンデンサ22−第2のスイッチング素子23あるいは第2の逆導通素子26−加熱コイル19−共振コンデンサ24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22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18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23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。
【0039】
また、図2(c)、(d)で示すように、第2の駆動手段33は、制御手段30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23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19−共振コンデンサ24−第2のスイッチング素子23または第2の逆導通素子26−第2の平滑コンデンサ22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18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。
【0040】
従って、加熱コイル19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18、23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18、23の駆動周波数が約20kHzであれば、加熱コイル19に流れる共振電流の周波数は約60kHzとなる。
【0041】
図3は鍋20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。
【0042】
図3(a)は第1のスイッチング素子18と第1の逆導通素子25に流れる電流を、同図(b)は第2のスイッチング素子23と第2の逆導通素子26に流れる電流を、同図(c)は第1のスイッチング素子18駆動制御端子電圧を、同図(d)は第2のスイッチング素子23駆動制御端子電圧を、同図(e)は加熱コイル19に流れる電流をそれぞれ示している。
【0043】
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20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29を投入して、共振コンデンサ24(0.03μF)と補正用共振コンデンサ28(0.21μF)が電気的に並列接続されるよう切り換える。さらに、第1のスイッチング素子18と第2のスイッチング素子23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24及び補正用共振コンデンサ28が接続されているため、第1のスイッチング素子18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。
【0044】
次に、起動時から安定動作までの一連の動作について説明する。制御手段30はリレー29を遮断状態にし、約36kHzの駆動周波数で第1のスイッチング素子18と第2のスイッチング素子23を交互に駆動する。起動直後の短絡電流による第1及び第2のスイッチング素子18、23破壊を防止するために、起動時には、第1のスイッチング素子18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(本実施例では第1のスイッチング素子18駆動時間比が約0.25)になるよう制御する。
【0045】
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、約30kHzとなるまで駆動周波数を挿引する。その間に制御手段30は被加熱体20の材質を判別する。
【0046】
この時、被加熱体20が鉄などの高抵抗金属製であると判別した場合、制御手段30は加熱を一時停止し、共振コンデンサ24と補正用共振コンデンサ28が並列接続されるよう、リレー29を投入し、再度加熱を開始する。制御手段30は、第1のスイッチング素子18駆動時間を最小で、駆動周波数が約20kHzとなるようにして駆動開始し、駆動周波数固定のまま、徐々に駆動時間比を増加させて所定の出力が得られるよう制御する。駆動周波数を固定とするのは、上記のように加熱コイル19に流れる共振電流が約20kHzになるよう設定しており、かつ隣接の加熱コイル(図示せず)との共振電流周波数の差により電磁音が発生しないようにするためである。
【0047】
一方、被加熱体20がアルミなどの低抵抗金属製であると判別した場合、制御手段30は第1のスイッチング素子18駆動時間比が約0.5となるよう設定し、徐々に駆動周波数を下げ、所定の出力が得られるよう制御する。制御手段30は、カレントトランス31から得られる検知出力から判断し、出力が所定値よりも小さければ制御手段30が制御可能な最小単位の数倍で、所定値より大きければ最小単位で駆動周波数を変化させる。
【0048】
また、ほぼ所定出力が得られたと判断すれば、出力の微調整が可能なように、駆動時間比を約0.49から約0.51まで可変とし制御を行う。本実施例では、被加熱体20が通常のアルミ鍋である場合、第1のスイッチング素子18駆動周波数が約20kHzで加熱コイル19に流れる共振電流周波数が約60kHzとなり、最大出力(本実施例では2000W)が得られるよう設定されている。
【0049】
以上のような一連の加熱動作を行う中で、例えば、鍋20が鉄などの高抵抗率金属製であった場合、制御手段30は上記のように駆動周波数一定で、駆動時間比を可変としてインバータ21出力を制御する。第1のスイッチング素子18、チョークコイル17、第2の逆導通素子26は、昇圧手段35を構成しており、第1のスイッチング素子18導通期間が長ければ第2の平滑コンデンサ22電圧が高くなる。第2の平滑コンデンサ22は電源14に同期したリプルを軽減するため、非常に大きな容量とされているため、第1及び第2のスイッチング素子18、23の駆動を停止しただけでは第2の平滑コンデンサ22電圧は、第2の平滑コンデンサ22に並列接続される検知抵抗、放電抵抗(図示せず)を通じた放電のみが行われる。
【0050】
検知抵抗、放電抵抗は、待機時の消費電力を抑制するために高い抵抗値のものが使用されるため、第2の平滑コンデンサ22電圧の低下が非常に緩やかとなる。図4は、本実施例における各部波形を示している。
【0051】
同図(a)は第1のスイッチング素子18電圧を示しており、そのピークを結んだ包絡線は第2の平滑コンデンサ22電圧と同じとなる。同図(b)は電源14電圧のゼロ点でHiからLow、LowからHiに反転するゼロボルトパルス(回路など図示せず、以下ZVPと称す)で、同図(c)は電源14電圧を示している。
【0052】
図4に示すように、時点t1で使用者が動作設定手段34より加熱停止設定を行い、動作設定手段34から制御手段30へ信号が出力された場合、制御手段30はZVPに同期した一連の制御の終了後、次のZVP反転が得られるタイミングとなる時点t2から所定時間後にZVP反転が得られる時点t3にわたって第1のスイッチング素子18の駆動時間比を徐々に低下させることにより、昇圧手段35としての出力を低下させるとともに、第2の平滑コンデンサ22に蓄えられたエネルギを鍋20に消費させているため、第2の平滑コンデンサ22電圧が速やかに低下する。
【0053】
第2の平滑コンデンサ22電圧が所定の電圧以下となる所定時間後、すなわち時点t3後に、制御手段30はインバータ21を停止させ、再起動可能な状態として動作設定手段34からの出力信号を待ち受ける。使用者が動作設定手段34より再度加熱開始設定を行った場合、加熱停止設定後からの時間が短くても、第2の平滑コンデンサ22電圧が所定値以下であるため、起動時の第1及び第2のスイッチング素子18、23の短絡電流は抑制されており、制御手段30も起動可能な状態として待ち受けているため、動作設定手段34から制御手段30に加熱開始信号が出力された時点t4後、制御手段30はZVP反転が得られるタイミングとなる時点t5から加熱を開始する。
【0054】
また、同様に、インバータ21異常を検知し(検知回路など図示せず)、制御手段30がインバータ21を一時停止させる場合においても、一時停止の前に、制御手段30は第1のスイッチング素子18の駆動時間比を徐々に低下させ、第2の平滑コンデンサ22電圧を速やかに低下させるため、再起動するまでの所定時間を短く設定することが可能である。
【0055】
さらに、例えば起動時の材質判別により、鍋20が鉄などの高抵抗率金属製であると判別された場合、制御手段30は第1のスイッチング素子18の駆動時間比を徐々に低下させて、第2の平滑コンデンサ22電圧を速やかに低下させる。リレー29両端に加わる電圧が所定の電圧以下になると思われる所定時間後に、制御手段30はリレー29を投入し、上記のような鉄などの高抵抗率金属製鍋20加熱動作に移行する。
【0056】
(実施例2)
図5は、本発明の第2の実施例を示すもので、前記第1の実施例との相違は、加熱停止時の第2のスイッチング素子23駆動方法にあり、その他の点は第1の実施例と同様であるので、同一部分には同一符号を付して相違ある部分についてのみ説明する。
【0057】
図5は、使用者が動作設定手段34より加熱停止設定を行った時のインバータ21各部波形を示すものであり、図5(a)は第1のスイッチング素子18と第1の逆導通素子25に流れる電流を、同図(b)は第2のスイッチング素子23と第2の逆導通素子26に流れる電流を、同図(c)は第1のスイッチング素子18駆動制御端子電圧を、同図(d)は第2のスイッチング素子23駆動制御端子電圧を、同図(e)は第2の平滑コンデンサ22電圧を、同図(f)は加熱コイル19に流れる電流をそれぞれ示している。
【0058】
使用者が動作設定手段34より加熱停止設定を行い、動作設定手段34から制御手段30へ信号が出力された場合、制御手段30は、次のZVP反転が得られるタイミングとなる時点t1から時点t2までの所定時間第2のスイッチング素子23を駆動する。このとき、第1のスイッチング素子18は遮断されたままであるため、電源14からは電力が供給されず、第2の平滑コンデンサ22−第2のスイッチング素子23あるいは第2の逆導通素子26−加熱コイル19−共振コンデンサ24で形成される閉回路で共振を継続することになる。
【0059】
第2の平滑コンデンサ22に蓄えられたエネルギは、共振が継続される中で、鍋20や閉回路を形成する部品に消費されるため、第2の平滑コンデンサ22電圧は急速に低下する。
【0060】
第2の平滑コンデンサ22電圧が所定の電圧以下となる所定時間後、すなわち時点t2後に、制御手段30は再起動可能な状態として動作設定手段34からの出力信号を待ち受ける。使用者が動作設定手段34より再度加熱開始設定を行った場合、加熱停止設定後からの時間が短くても、第2の平滑コンデンサ22電圧が所定値以下であるため、起動時の第1及び第2のスイッチング素子18、23の短絡電流は抑制されており、制御手段30も起動可能な状態として待ち受けているため、動作設定手段34から制御手段30に加熱開始信号が出力された後、制御手段30はZVP反転が得られるタイミングとなる時点(図示せず)から加熱を開始する。
【0061】
また、同様に、インバータ21異常を検知し(検知回路など図示せず)、制御手段30がインバータ21を一時停止させる場合においても、一時停止の前に、制御手段30は第2のスイッチング素子23を所定時間駆動させ、第2の平滑コンデンサ22電圧を速やかに低下させるため、再起動するまでの所定時間を短く設定することが可能である。
【0062】
さらに、例えば起動時の材質判別により、鍋20が鉄などの高抵抗率金属製であると判別された場合、制御手段30は第2のスイッチング素子23を所定時間駆動させ、第2の平滑コンデンサ22電圧を速やかに低下させる。リレー29両端に加わる電圧が所定の電圧以下になると思われる所定時間後に、制御手段30はリレー29を投入し、上記のような鉄などの高抵抗率金属製鍋20加熱動作に移行する。
【0063】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、加熱停止時の平滑手段の電圧を速やかに低下させ、再起動までの時間を短縮する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、各部波形を示す図
【図5】本発明の実施例2における誘導加熱調理器の各部波形を示す図
【図6】従来の誘導加熱調理器の回路構成を示す図
【符号の説明】
18 第1のスイッチング素子
19 加熱コイル
20 鍋(被加熱体)
21 インバータ
22 第2の平滑コンデンサ(平滑手段)
23 第2のスイッチング素子
29 リレー(インピーダンス変更手段)
30 制御手段
35 昇圧手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an induction heating cooker used in general households, offices, restaurants, factories, and the like, a water heater using induction heating, and an induction heating device such as a heating device.
[0002]
[Prior art]
As an example of the induction heating device, an induction heating cooker will be described. In the induction heating cooker, a high-frequency magnetic field is generated from the induction heating coil, and an eddy current is generated by electromagnetic induction in a heated object such as a metal pot placed near the heating coil, thereby heating the heated object. Due to such a principle, an object to be heated made of a high resistivity metal such as iron is suitable for induction heating.
[0003]
However, in recent years, induction heating cookers have been required to be capable of induction heating even low-resistance metal pots such as aluminum and copper. In order to heat such a pan, generally increasing the output frequency of the inverter increases the skin resistance of the object to be heated, further increasing the number of turns of the heating coil, and increasing the inverter power supply to increase the magnetic field. Had to be strengthened.
[0004]
Also, when ripples occur in the inverter power supply, an unpleasant sound corresponding to the ripple frequency is generated due to the repulsive force between the heating coil and the low-resistance metal pot, so that the inverter power supply is smoothed. Needed.
[0005]
As a method for solving the above-mentioned problem, an example of a conventional induction heating cooker disclosed in
[0006]
That is, the
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-75620
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional configuration, the uncomfortable sound due to the repulsive force between the heating coil 9 and the
[0009]
In addition, in order to heat a material other than the low-
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the conventional problems, the present invention provides a heating coil that generates a high-frequency magnetic field and heats an object to be heated, an inverter that supplies a high-frequency current to the heating coil, and a booster that boosts the inverter power supply. A smoothing means for smoothing the boosted inverter power supply, and a control means for controlling the magnitude of the output of the inverter and the boosting means, wherein the control means adjusts the voltage of the smoothing means before stopping heating. An induction heating device that stops heating after reducing the output of the boosting means so as to keep the voltage below a predetermined value.
[0011]
Thus, when the heating is stopped, the voltage of the smoothing unit is quickly reduced, so that it is possible to provide an induction heating device that does not require a long time to restart.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to
[0013]
According to the first aspect of the present invention, the supply of energy to the smoothing means is suppressed and the energy release from the smoothing means is continued with a decrease in the output of the boosting means before the heating is stopped. The voltage drops quickly. If the restart is performed after the voltage of the smoothing unit becomes equal to or lower than the predetermined voltage, it becomes possible to suppress the short-circuit current flowing through the switching element at the time of the restart.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, the boosting means performs a boosting operation in accordance with the output of the inverter, and the control means reduces the voltage of the smoothing means immediately after stopping the inverter to a predetermined voltage or less before stopping the heating. Therefore, the induction heating device is configured to stop the heating after reducing the output of the inverter.
[0015]
According to the second aspect of the present invention, the boosting means performs a boosting operation in accordance with the output of the inverter. Therefore, the control means performs control to reduce the output of the inverter, so that the output of the boosting means also decreases, and the smoothing means Since the supply of energy to the smoothing means is suppressed and the energy release from the smoothing means is continued, the voltage of the smoothing means rapidly decreases. If the restart is performed after the voltage of the smoothing unit becomes equal to or lower than the predetermined voltage, it becomes possible to suppress the short-circuit current flowing through the switching element at the time of the restart.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a heating coil that generates a high-frequency magnetic field and heats an object to be heated, a resonance capacitor that resonates with the heating coil, and an impedance changing unit that changes impedance of the heating coil or the resonance capacitor. A switching element, an inverter that supplies a high-frequency current to the heating coil, a booster that boosts the inverter power, a smoother that smoothes the boosted inverter power, and a magnitude of an output of the inverter and the booster. Control means for controlling the impedance, the control means reduces the output of the boosting means to reduce the voltage applied to the impedance changing means immediately before the operation of the impedance changing means to a predetermined voltage or less, The induction heating device operates the impedance changing means.
[0017]
In the case where it is necessary to switch the impedance of the heating coil or the resonance capacitor in order to obtain a predetermined resonance depending on the material to be heated, the voltage applied to both ends of the impedance changing means is quickly increased by the invention according to the third aspect. Since the output of the boosting means is reduced so as to be equal to or lower than the voltage of the impedance changing means, it is possible to suppress a phenomenon that a rush current flows when the impedance changing means is turned on due to a potential difference between both ends of the impedance changing means.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, the boosting means performs a boosting operation in accordance with an output of the inverter, and the control means reduces the voltage applied to the impedance changing means immediately before the operation of the impedance changing means to a predetermined voltage or less. And an induction heating device for operating the impedance changing means after reducing the output of the inverter.
[0019]
According to the fourth aspect of the present invention, since the boosting means performs a boosting operation in accordance with the output of the inverter, the control means performs control to reduce the output of the inverter, so that the output of the boosting means decreases and the impedance is changed. The voltage across the means also drops quickly. Therefore, it is possible to suppress a phenomenon that a rush current flows when the impedance changing unit is turned on due to a potential difference between both ends of the impedance changing unit.
[0020]
The invention according to
[0021]
According to the fifth aspect of the present invention, since the switching element that does not contribute to the output control of the inverter is driven for a predetermined period, energy is not supplied to the smoothing means, and the inverter output does not increase but resonance continues. Therefore, the energy of the smoothing means is used for heating the object to be heated, and the voltage is quickly reduced, so that the time until the restart can be shortened.
[0022]
The invention according to
[0023]
According to the sixth aspect of the present invention, the switching element that does not contribute to the output control of the inverter is driven for a predetermined period. In addition to the output of the booster not increasing, the inverter output does not increase but resonance continues. In addition, the energy of the smoothing means is used for heating the object to be heated, and the voltage is quickly reduced, and the voltage applied to both ends of the impedance changing means is also quickly reduced. Therefore, it is possible to suppress a phenomenon that a rush current flows when the impedance changing unit is turned on due to a potential difference between both ends of the impedance changing unit.
[0024]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
(Example 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of the induction heating device according to the present embodiment.
[0026]
The
[0027]
Reference numeral 21 denotes an inverter. The low potential side terminal (emitter) of the
[0028]
The first reverse conducting element 25 (first diode) is connected in antiparallel to the first switching element 18 (the cathode of the
[0029]
In addition, the control means 30 receives a detection signal of the current transformer 31 for detecting an input current from the
[0030]
[0031]
The operation of the induction heating device configured as described above will be described below. The
[0032]
2 and 3 show waveforms at various points in the circuit. FIG. 2 shows a case where the material of the
[0033]
2A shows a current flowing through the first switching element 18 and the first
[0034]
Based on the signal from the control means 30, the first drive means 32 applies a drive period of T1 (about 24 μsec) to the first switching element 18 drive control terminal from time t0 to time t1, as shown in FIG. ) Is output. During this driving period T1, the first switching element 18 and the first
[0035]
Next, a current flows in the forward direction of the first switching element 18 at a time t1, which is a timing between the second peak of the resonance current flowing through the first switching element 18 and the next time the resonance current becomes zero. At this point, the driving of the first switching element 18 is stopped.
[0036]
After the first switching element 18 is cut off, the terminal voltage of the
[0037]
The voltage of the
[0038]
As described above, the second functioning as a DC power supply when resonating in a closed circuit formed by the second smoothing capacitor 22 -the second switching element 23 or the second reverse conducting element 26 -the heating coil 19 -the resonance capacitor 24. 2A, the voltage level of the smoothing
[0039]
Further, as shown in FIGS. 2C and 2D, the
[0040]
Accordingly, the current flowing through the
[0041]
FIG. 3 shows a case in which the
[0042]
FIG. 3A shows a current flowing through the first switching element 18 and the first
[0043]
Also in this case, the basic operation is the same as the case where the material of the
[0044]
Next, a series of operations from startup to stable operation will be described. The control means 30 turns off the relay 29 and alternately drives the first switching element 18 and the second switching element 23 at a driving frequency of about 36 kHz. In order to prevent the destruction of the first and second switching elements 18 and 23 due to the short-circuit current immediately after the startup, at the time of startup, the first switching element 18 is driven so as to minimize the drive time (in this embodiment, about 2 μm). Second), and control is performed so as to gradually reach a predetermined drive time ratio (in this embodiment, the drive time ratio of the first switching element 18 is about 0.25).
[0045]
After reaching the predetermined drive time ratio, the drive frequency is subtracted until the frequency becomes about 30 kHz while the drive time ratio is fixed. In the meantime, the control means 30 determines the material of the object to be heated 20.
[0046]
At this time, if it is determined that the object to be heated 20 is made of a high-resistance metal such as iron, the control means 30 temporarily suspends the heating and sets the relay 29 so that the resonance capacitor 24 and the correction resonance capacitor 28 are connected in parallel. And heating is started again. The control means 30 starts driving with the driving time of the first switching element 18 being the minimum and the driving frequency being about 20 kHz, and gradually increasing the driving time ratio while keeping the driving frequency fixed to output a predetermined output. Control to obtain. The drive frequency is fixed because the resonance current flowing through the
[0047]
On the other hand, if it is determined that the object to be heated 20 is made of a low-resistance metal such as aluminum, the
[0048]
If it is determined that a substantially predetermined output is obtained, the drive time ratio is varied from about 0.49 to about 0.51 and controlled so that the output can be finely adjusted. In this embodiment, when the object to be heated 20 is a normal aluminum pan, the driving frequency of the first switching element 18 is about 20 kHz, the resonance current frequency flowing through the
[0049]
During the series of heating operations as described above, for example, when the
[0050]
Since the detection resistor and the discharge resistor have high resistance values in order to suppress the power consumption during standby, the voltage of the
[0051]
FIG. 5A shows the voltage of the first switching element 18, and the envelope connecting the peaks is the same as the voltage of the
[0052]
As shown in FIG. 4, when the user performs the heating stop setting from the
[0053]
After a predetermined time when the voltage of the
[0054]
Similarly, when the inverter 21 is abnormally detected (a detection circuit or the like is not shown) and the
[0055]
Further, for example, when the
[0056]
(Example 2)
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is the method of driving the second switching element 23 when heating is stopped, and the other points are the same as those of the first embodiment. Since the configuration is the same as that of the embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals, and only different portions will be described.
[0057]
5A and 5B show waveforms of respective parts of the inverter 21 when the user sets the heating stop by the operation setting means 34. FIG. 5A shows the first switching element 18 and the first
[0058]
When the user performs the heating stop setting from the
[0059]
The energy stored in the
[0060]
After a predetermined time when the voltage of the
[0061]
Similarly, when the inverter 21 is abnormally detected (a detection circuit or the like is not shown) and the
[0062]
Further, for example, when it is determined that the
[0063]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can provide an induction heating device that quickly reduces the voltage of the smoothing unit when heating is stopped and shortens the time until restart.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of an induction heating cooker according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing waveforms of respective parts of the same.
FIG. 3 is a diagram showing waveforms of the respective parts.
FIG. 4 is a diagram showing waveforms of the respective parts.
FIG. 5 is a diagram showing waveforms at various points in the induction heating cooker according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional induction heating cooker.
[Explanation of symbols]
18 First switching element
19 heating coil
20 pots (heated body)
21 Inverter
22 Second smoothing capacitor (smoothing means)
23 Second switching element
29 relay (impedance changing means)
30 control means
35 booster
Claims (6)
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2002
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