JP2005129539A - 誘導加熱調理器及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インバータ回路の共振キャパシタ電圧及びスイッチングパルスを用いて負荷にかかわらず正確に加熱容器の材質が磁性か非磁性かを判別できる容器材質判別部を含めて構成される誘導加熱調理器及びその動作方法を提供する。
【解決手段】 交流電源を整流及びフィルタリングして誘導加熱調理器の入力電源を供給する電源供給部と、電源供給部から供給される入力電源を用いて容器を加熱するインバータ部と、誘導加熱調理器の初期動作の際インバータ部の共振キャパシタ電圧とインバータ部のスイッチングパルスを用いて誘導加熱調理器の容器材質が磁性か非磁性かを判別して選択的に容器が加熱されるようにする容器材質判別部と、を含めて構成されることによって、容器の負荷にかかわらず正確な容器材質の判別ができ、且つ、簡単なロジックの構成からコスト低を達成でき、製品の信頼性及び価格競争力を向上させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、誘導加熱調理器及びその動作方法に関し、特に、インバータ部の共振キャパシタ電圧の位相変移を利用して磁性負荷と非磁性負荷との共振特性の差によって正確に容器の材質を判別できる容器材質判別部を含めて構成される誘導加熱調理器及びその動作方法に関する。

図１は、一般の誘導加熱調理器におけるインバータ部及び容器材質判別部の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、従来の誘導加熱調理器は、スイッチ素子をスイッチング駆動してコイルに電流を流すことによって磁場を生成し、生成された磁場が調理容器に誘導されて発生する渦電流によって容器を加熱するインバータ部を含む。

ここで、インバータ部は、通常の交流電源が供給される交流電源部と、交流電源を整流する整流部と、整流部で整流された電源をフィルタリングするフィルタ部と、フィルタ部でフィルタリングされた電源を受けてスイッチング駆動されることによってコイルに高出力高周波数の電源を印加するスイッチング部と、を含めて構成される。

従来の技術に係る誘導加熱調理器の容器材質判別部は、図１に示すように、インバータ部のコイルに流れる電流を検出する電流検出部１と、電流検出部１から出力された直流電圧と二つの抵抗に分圧された基準電圧とを比較する電圧比較部２と、から構成される。

電流検出部１は、電流検出器(図示せず)、ダイオード及びキャパシタから構成され、電流検出器に入力されたインバータ部のコイルに流れる高周波の正弦波電流を検出し、検出した電流を、ダイオード及びキャパシタにより整流及び平滑した後直流電圧として出力する。

また、電流検出部１から出力された直流電圧は、電圧比較部２に入力され、磁性または非磁性を判別できるように一定水準の電圧である基準電圧と比較され、直流電圧が基準電圧よりも小さいと磁性負荷であると判断し、基準電圧よりも大きいと非磁性負荷であると判断して判別信号を出力する。

電圧比較部２から出力された信号は、マイコン３で読み取られ、それが磁性負荷であると、インバータ部を動作させて容器を加熱し、非磁性負荷であると、インバータ部を動作させないことによって調理器を適宜動作させる。

しかし、従来の技術に係る容器材質検出部は、電流検出部１で検出された電流の値が、基準電圧との境界またはその近傍にあると、容器材質を判別する電圧比較部２が誤作動する恐れがあり、そのため調理器が誤作動するという問題点があった。

また、インバータ部から発生する高周波のコイル電流を検出するためには、フェライト(ferrite)材質を用いた高価な電流検出器を使用しなければならず、コスト高となる問題点があった。

本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、共振キャパシタの位相変移及びスイッチングパルスを使って負荷にかかわらず正確に磁性または非磁性材質を判別できる容器材質判別部を含めて構成される誘導加熱調理器及びその動作方法を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、本発明の誘導加熱調理器は、交流電源を整流及びフィルタリングして誘導加熱調理器の入力電源を供給する電源供給部と、電源供給部から供給される入力電源を用いて調理器容器を加熱するインバータ部と、誘導加熱調理器の初期動作の際インバータ部の共振キャパシタ電圧とインバータ部のスイッチングパルスを利用して容器の材質が磁性か非磁性か判別して選択的に容器が加熱されるようにする容器材質判別部と、を有することを特徴とする。

容器材質判別部は、インバータ部の共振キャパシタ電圧を検出、半波整流及び分圧し、分圧電圧を検出結果として出力する電圧検出部と、電圧検出部の出力電圧とインバータ部のスイッチングパルスとを比較し、磁性または非磁性を持つ容器の材質によって異なるパルス幅のパルス信号を出力するロジック判断部とを有することが好ましい。

また、容器材質判別部は、ロジック判断部から出力されたパルス信号を直流電圧に変換する直流電圧平滑部と、直流電圧平滑部から出力された直流電圧を比較して容器の材質が磁性か非磁性かを判断してインバータ部を制御するマイコンとを有することが好ましい。

ロジック判断部では、容器の材質によって可変される負荷に基づき、磁性材質の容器であるとスイッチングパルス周期の１／４乃至１／２の範囲でパルス幅が可変され、非磁性材質の容器であると０乃至スイッチングパルス周期の１／４範囲でパルス幅が可変されるパルス信号を出力するようにアンドゲートを使用されることが好ましい。

ここで、マイコンは、内部基準値と直流電圧平滑部から出力された直流電圧とを比較し、直流電圧が内部基準値の１／４以上の値を持つと磁性材質であると判断し、そうでない場合には非磁性材質であると判断する磁性判断部と、磁性材質と判断された場合インバータ部を動作させて容器を加熱させるインバータ制御部とを有することが好ましい。

上記の目的を達成するべく、本発明の誘導加熱調理器の動作方法は、誘導加熱調理器の初期動作の際インバータ部を動作させる第１段階と、インバータ部の共振キャパシタ電圧とインバータ部のスイッチングパルスを用いて調理器の加熱容器材質によって異なるパルス幅を持つパルス信号を材質判別信号として出力する第２段階と、第２段階において出力された材質判別信号に基づいて容器の材質が磁性か非磁性かを判断する第３段階と、第３段階の判断結果容器の材質が磁性であると判断された場合インバータ部を動作させて容器を加熱する第４段階と、を有することを特徴とする。

第３段階は、第２段階で出力されたパルス信号を直流電圧に変換し、直流電圧を所定の基準値と比較し、基準電圧の２５％以上の値を持つと磁性材質と判断し、そうでない場合には非磁性材質と判断して前記インバータ回路が動作されることが好ましい。

上記の誘導加熱調理器及びその動作方法は、容器の負荷にかかわらず正確な容器材質の判別ができ、容器材質に対する誤判断に起因して起こる誘導加熱調理器の誤動作を防止できる利点がある。

以下、本発明に係る誘導加熱調理器の実施形態を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

本発明に係る誘導加熱調理器の実施形態は多数のものが存在でき、以下では最も好ましい実施形態について説明する。

図２は本発明に係る誘導加熱調理器の容器材質判別部の構成を示すブロック図であり、図３は本発明に係るインバータ部のコイルに流れる電流波形及び共振キャパシタ電圧波形を示すグラフであり、図４は本発明に係るロジック判断部の動作波形を順次的に示す図であり、図５は本発明に係る容器材質判別部の構成を詳細に示す詳細図であり、図６は本発明に係る誘導加熱調理器の容器材質判別部の動作流れを示すフロー図である。

本発明に係る誘導加熱調理器は、通常の交流電源を整流して供給する整流部(図示せず)と、整流された電源をフィルタリングするフィルタ部(図示せず)とを含めて構成されて電源を供給する電源供給部と、電源供給部から供給される入力電源により誘導加熱調理器を加熱するインバータ部２０と、を含めて構成される。

特に、本発明に係る誘導加熱調理器は、誘導加熱調理器が動作される場合、インバータ部２０の共振キャパシタの電圧及びスイッチングパルスを用いて容器材質が磁性か非磁性かを判別し、この判別結果による容器の材質に応じて加熱がなされるようにする容器材質判別部１０を含む。

ここで、容器の材質を判別するための容器材質判別部１０は、図２に示すように、検出されたインバータ部２０の共振キャパシタ電圧とインバータ部２０のスイッチングパルスとを比較して容器材質によって可変するパルス幅の信号を出力するロジック判断部１２を含む。

また、容器材質判別部１０は、インバータ部２０の共振キャパシタ電圧を検出し、半波整流及び分圧して、ロジック判断部１２に伝達する電圧検出部１１と、ロジック判断部１２から出力されたパルス信号を直流電圧に変換する直流電圧平滑部１３と、直流電圧に基づいて容器が磁性か非磁性かを判断し、この判断結果に応じてインバータ部２０を動作させるマイコン１４と、を含む。

電圧検出部１１は、インバータ部２０と連結されてインバータ部２０の共振キャパシタの電圧を検出し、検出された電圧の半波だけを整流し、半波整流された電圧を分圧してロジック判断部１２に伝達する。

特に、電圧検出部１１は、容器の材質によって負荷が可変し、相異なる共振周波数を示す特性に基づいてインバータ部２０の共振キャパシタ電圧を検出し、位相変移によって容器の材質を判別するように検出された共振キャパシタ電圧をロジック判断部１２に伝達する。

このとき、ロジック判断部１２は、電圧検出部１１の出力電圧及びインバータ部２０のスイッチングパルスを受けて、両入力値を比較し、スイッチングパルスと検出された共振キャパシタ電圧の位相変位幅内で容器の材質によってパルス幅が可変される材質判別信号を出力する。

また、直流電圧平滑部１３はロジック判断部１２の材質判別信号を平滑な直流電圧としてマイコン１４に出力し、マイコン１４は入力された直流電圧に基づいて容器の材質が磁性か非磁性か判断し、その判断結果に応じてインバータ部２０を動作させる。

マイコン１４は、直流電圧平滑部１３から出力された直流電圧とマイコン１４の内部基準値とを比較し、直流電圧に基づいて容器が磁性か非磁性かを判断する磁性判断部１４ａと、磁性材質と判断された場合、インバータ部２０を動作させて容器を加熱させるインバータ制御部１４ｂと、を含めて構成される。

つまり、磁性判断部１４ａは、直流電圧が内部基準値の１／４以上である場合は、容器が磁性材質からなっていると判断し、それ以外の場合は非磁性材質からなっていると判断する。

図３に示すように、インバータ部２０のコイルに流れる電流波形及び共振キャパシタ電圧波形は、容器が磁性(Ｓｇ１)か非磁性(Ｓｇ２)かによって異なる位相を示す。

コイルに流れる電流(Ｉ_WC)は、容器が磁性(Ｓｇ１)か非磁性(Ｓｇ２)かによって位相が異なり、また、コイル電流と９０゜の位相差を持つ共振キャパシタ電圧(Ｖ_C)も、容器が磁性(Ｓｇ１)か非磁性(Ｓｇ２)かによって位相が異なってくる。

コイルに流れる電流と共振キャパシタ電圧はその位相が異なり、電圧検出部１１は共振キャパシタ電圧(Ｖ_C)を検出して容器の材質による共振キャパシタ電圧(Ｖ_c)の位相変移特性を利用してその容器の材質を判断する。

図４に示すように、ロジック判断部１２は、容器が磁性(Ｓｇ３)か非磁性(Ｓｇ４)かによって異なってくる電圧検出部１１の出力電圧とインバータ部２０のスイッチングパルスとを比較し、パルス信号である材質判別信号を出力する(Ｐ３、Ｐ４)。

このとき、インバータ部２０のスイッチングパルスと電圧検出部１１の出力電圧との間の論理的ＡＮＤの結果、容器の材質が磁性である場合(Ｓｇ３)、ロジック判断部１２から出力されるパルス信号は、スイッチングパルス周期の１／４乃至１／２範囲内でパルス幅が設定され、非磁性である場合(Ｓｇ４)には、０乃至スイッチングパルス周期の１／４範囲でパルス幅が設定される。

したがって、ロジック判断部１２は、磁性または非磁性からなる容器の材質によって異なるパルス幅を持つ材質判別信号を出力させ、本発明では、容器が磁性材質からなる場合(Ｓｇ３)にはパルス信号Ｐ３を出力し、非磁性材質からなる場合(Ｓｇ４)にはパルス信号Ｐ４を出力する。

図５を参照して容器材質判別部１０の構成をさらに詳細に説明すると、下記のようである。

電圧検出部１１は、ダイオード及び多数の抵抗を含めてなり、半波整流された電圧を分圧し出力するが、このとき多数の抵抗のうち第１抵抗(Ｒ１)及び第２抵抗(Ｒ２)の抵抗値の比に基づいて分圧した電圧をロジック判断部１２に伝達する。

また、ロジック判断部１２は、アンドゲートで構成され、アンドゲートに入力される電圧検出部１１の出力電圧とインバータ部２０のスイッチングパルスとを比較し、磁性または非磁性を持つ容器の材質によって異なるパルス幅の材質判別信号を出力する。

このとき、ロジック判断部１２は、出力される材質判別信号のパルス幅が、スイッチングパルスと共振キャパシタ電圧の位相変位範囲内で可変されるようにして、容器の負荷量にかかわらず容器材質によって相異なるパルス幅の信号を出力する。

また、直流電圧平滑部１３は、ロジック判断部１２から出力された材質判別信号を、抵抗及びキャパシタからなるローパスフィルタを経て平滑な直流電圧として出力する。

次に、上記のように構成された本発明の動作を、本発明に係る誘導加熱調理器の容器材質判別部の動作流れを示すフロー図である図６を参照して詳細に説明する。

まず、交流電源を整流及びフィルタリングして誘導加熱調理器の入力電源を供給する電源供給部から入力電源を受けてインバータ部２０を動作させる(Ｓ１)。
インバータ部２０の共振キャパシタ電圧を検出し、ダイオードを通じて電圧を半波整流し、整流された電圧を再び多数の抵抗を通じて抵抗の比に基づいて分圧し出力する(Ｓ２)。
分圧された電圧は、前記インバータ部２０のスイッチングパルスと共にロジック判断部のアンドゲートに入力され比較される(Ｓ３)。
すると、アンドゲートは、容器が磁性材質からなる場合にはスイッチングパルス周期の１／４乃至１／２のパルス幅を持つ信号を出力し、非磁性材質からなる場合には０乃至スイッチングパルス周期の１／４のパルス幅を持つ材質判別信号を出力する。

出力された材質判別信号は、抵抗及びキャパシタから構成されたローパスフィルタを経て平滑な直流電圧となる(Ｓ４)。
平滑な直流電圧が入力されたマイコン１３は、内部の基準値と直流電圧とを比較する(Ｓ５)。
この比較の結果、直流電圧が内部基準値の２５％以上であると、マイコン１３は容器が磁性材質からなっていると判断し(Ｓ６)、そうでないと、容器が非磁性材質からなっていると判断する(Ｓ７)。
容器の材質が磁性か非磁性かの判断の結果、容器の材質が磁性であるとインバータ部２０を動作させて容器を加熱し、非磁性であるとインバータ部２０を動作させない。

上記のように構成される本発明に係る誘導加熱調理器は、容器の負荷にかかわらず正確な容器材質の判別ができるため、負荷の境界において発生する容器材質判別部の容器材質に対する誤判断に起因する誘導加熱調理器の誤動作を防止することができる。

また、誘導加熱調理器は、加熱される容器の材質が磁性か非磁性かを判別する容器材質判別部を含むため、高価な電流検出器を備えることなく簡単に電圧検出部を構成でき、またロジック判断部も一般の論理素子アンドゲートを用いて構成されるため、コストを大きく節減できる効果がある。

したがって、簡単なロジックの構成からコスト低が達成され、製品の信頼性及び価格競争力を向上させる効果がある。

従来の技術に係る誘導加熱調理器のインバータ部及び容器材質判別部の構成を示すブロック図である。 本発明に係る誘導加熱調理器の容器材質判別部の構成を示すブロック図である。 本発明に係るインバータ部のコイルに流れる電流波形及び共振キャパシタ電圧波形を示すグラフである。 本発明に係るロジック判断部の動作波形を順次的に示すグラフである。 本発明に係る容器材質判別部の構成を詳細に示す詳細図である。 本発明に係る誘導加熱調理器の容器材質判別部の動作流れを示すフロー図である。

符号の説明

１１ 電圧検出部
１２ ロジック判断部
１３ 直流電圧平滑部
１４ａ 磁性判断部

Claims (11)

1. 交流電源を整流及びフィルタリングして誘導加熱調理器の入力電源を供給する電源供給部と、
   前記電源供給部から供給される入力電源を用いて調理器容器を加熱するインバータ部と、
   前記誘導加熱調理器の初期動作の際、前記インバータ部の共振キャパシタ電圧と前記インバータ部のスイッチングパルスを利用して前記容器の材質が磁性か非磁性か判別して選択的に前記容器が加熱されるようにする容器材質判別部と、
   を有することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記容器材質判別部は、
   前記インバータ部の共振キャパシタ電圧を検出、半波整流及び分圧し、分圧電圧を検出結果として出力する電圧検出部と、
   前記電圧検出部の出力電圧と前記インバータ部のスイッチングパルスとを比較し、磁性または非磁性を持つ前記容器の材質によって異なるパルス幅のパルス信号を出力するロジック判断部と、
   を有する請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記容器材質判別部は、
   前記ロジック判断部から出力されたパルス信号を直流電圧に変換する直流電圧平滑部と、
   前記直流電圧平滑部から出力された直流電圧を比較し、前記容器の材質が磁性か非磁性かを判断して前記インバータ部を制御するマイコンと、
   を有する請求項２に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記ロジック判断部では、前記容器の材質によって可変される負荷に基づき、磁性材質の容器であるとスイッチングパルス周期の１／４乃至１／２の範囲でパルス幅が可変され、非磁性材質の容器であると０乃至スイッチングパルス周期の１／４範囲でパルス幅が可変されるパルス信号を出力するようにアンドゲートが使用される、請求項２に記載の誘導加熱調理器。
5. 前記電圧検出部は抵抗比に基づいて電圧を分圧する多数の抵抗を有する、請求項２に記載の誘導加熱調理器。
6. 前記直流電圧平滑部は前記ロジック判断部から伝達されたパルス信号を直流電圧の形態に平滑するローパスフィルタを有する、請求項３に記載の誘導加熱調理器。
7. 前記マイコンは、
   内部基準値と前記直流電圧平滑部から出力された直流電圧とを比較し、前記直流電圧が前記内部基準値の１／４以上の値を持つと磁性材質であると判断し、そうでない場合は非磁性材質であると判断する磁性判断部と、
   磁性材質と判断された場合、前記インバータ部を動作させて容器を加熱させるインバータ制御部と、
   を有する請求項３に記載の誘導加熱調理器。
8. 前記電源供給部は、
   通常の交流電源が供給される電源部と、
   交流電源を整流する整流部と、
   整流された電源をフィルタリングするフィルタ部と、
   を有する請求項１に記載の誘導加熱調理器。
9. 誘導加熱調理器の初期動作の際、インバータ部を動作させる第１段階と、
   前記インバータ部の共振キャパシタ電圧と前記インバータ部のスイッチングパルスを用いて前記調理器の加熱容器材質によって異なるパルス幅を持つパルス信号を材質判別信号として出力する第２段階と、
   前記第２段階において出力された材質判別信号に基づいて前記容器の材質が磁性か非磁性か判断する第３段階と、
   前記第３段階の判断結果、前記容器の材質が磁性であると判断された場合には前記インバータ部を動作させて前記容器を加熱する第４段階と、
   を有することを特徴とする誘導加熱調理器の動作方法。
10. 前記第２段階は、
    前記インバータ部の共振キャパシタ電圧を検出する過程と、
    検出された電圧を半波整流する過程と、
    整流された電圧を分圧する過程と、
    分圧された電圧を前記インバータ部のスイッチングパルスと比較する過程と、
    前記比較結果を前記材質判別信号として出力する過程と、
    を有する請求項９に記載の誘導加熱調理器の動作方法。
11. 前記第３段階は、
    前記第２段階で出力されたパルス信号をキャパシタを用いて直流電圧に変換する過程と、
    前記直流電圧を所定の基準値と比較し、前記基準値の２５％以上の値を持つと磁性材質と判断し、そうでない場合には非磁性材質と判断する過程と、
    を有する請求項９に記載の誘導加熱調理器の動作方法。

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