JP2005135717A

JP2005135717A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP2005135717A
Application number: JP2003369720A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Isogai; 雅之磯貝
Original assignee: Hitachi Home Tech Ltd
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】アルミニウムや非磁性金属の鍋を使える誘導加熱部がどちらか一方に固定され使い勝手が悪くなってしまうのを改良し、複数のインバータ手段を用いて非磁性金属を加熱できる誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】交流電源１を整流してなる第１の直流電源１４と、整流後に安定化するとともに電圧可変とする第２の直流電源１５と、加熱コイルと共振コンデンサとスイッチング素子で構成される複数のインバータ手段５および６を有し、前記複数のインバータ手段５および６は切替手段１０から１３により前記第１および第２の直流電源１４、１５のいずれかに接続可能にし、前記第２の直流電源１５には最大でインバータ手段５および６のいずれかのみが接続できる制限を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱コイルを用いて金属負荷（鍋）を加熱する誘導加熱調理器の電力制御方法に関するものである。

誘導加熱調理器は、高周波電流を流す加熱コイルの近傍に配置した金属負荷（鍋）に渦電流を発生させ、そのジュール熱によって負荷自体が自己発熱することにより効率よく金属負荷を加熱するものである。

近年、ガスコンロや電熱ヒータによる調理器具に対して、安全性や温度制御性に優れた点が評価され、この誘導加熱調理器への置き換えが進んでいる。

この誘導加熱調理器に高周波電流を流すための電源は、いわゆる共振型インバータと呼ばれ、金属負荷を含めた加熱コイルのインダクタンスと共振コンデンサを接続し、スイッチング素子を２０〜４０ｋＨｚ程度の周波数でオンオフする構成が一般的である。また、共振型インバータには電圧共振型と電流共振型があり、前者は１００Ｖ電源、後者は２００Ｖ電源用として適用されることが多い。

この誘導加熱調理器は、当初は鉄などの磁性金属のみが加熱できるだけであったが、近年は非磁性ステンレスなども加熱できるような構成のものも提案されている。さらに、加熱できないとされてきたアルミニウム負荷を加熱できるような構成のものも実用化されている。

具体的には、特許文献１に示すように、加熱コイルの巻き数を増やして等価抵抗を高くすることによって加熱効率を上げたり、動作周波数を高くして表皮抵抗を増加させて加熱しやすくしたりするものである。

また、特許文献２に示すように、インバータに供給する電圧を変化させることで投入する電力を制御する方法も提案されている。

さらに、非磁性ステンレスやアルミニウムを加熱することができるインバータ部の筐体実装方法については、特許文献３に示すように、冷却ファンに近い部分に加熱コイルを実装する方法が提案されている。

特開昭６１−１６４９１０号

特開平１１−２６０５４２号特開２００３−１７２３２号

しかしながら、上記従来技術においては下記の課題が存在する。

つまり、アルミニウムや非磁性金属の負荷（鍋）で実用上十分な加熱力を得るために、インバータ部に供給する直流電源部の出力を安定化させる必要があり、そのために構成部品が多くなったり、各素子の損失を冷却するための部材が大型化し、実装容積が増大するという課題がある。

一般に、筐体内に配置される加熱コイルは左右に１口づつの構成となるが、上記の課題により、筐体内に加熱コイルを実装するにあたっては片側のみがアルミニウムや非磁性金属製負荷に対応できるようにすることが限度であった。つまり、２口のうち１口は従来の磁性金属製の負荷のみに対応した加熱コイルになってしまう。

このため、アルミニウムや非磁性金属の鍋を使える誘導加熱部がどちらか一方に固定されてしまい、使い勝手が悪くなってしまう場合があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１では、交流電源を整流してなる第１の直流電源と、整流後に安定化するとともに電圧可変とする第２の直流電源と、加熱コイルと共振コンデンサとスイッチング素子で構成される複数のインバータ手段を有し、前記複数のインバータ手段は、切替手段により前記第１および第２の直流電源のいずれかに接続可能にしたものである。

また、請求項２では、筐体内に複数のインバータ手段を有し、前記第２の直流電源には最大で一つのインバータ手段のみが接続できる制限を設けるものである。

さらに、請求項３では、前記複数のインバータ手段は、加熱負荷材質の許容範囲をほぼ同一に設定可能な能力を持つようにしたものである。

本発明の請求項１によれば、直流非安定化電源と直流安定化電源をそれぞれ最小の数だけ筐体内に納めるだけでよく、必要スペースの極小化を図ることができる。

また、請求項２によれば、直流安定化電源を最小１つのみで可能となり、必要スペースの極小化およびコストの低減を図ることができる。

さらに、請求項３によれば、１つの筐体においてインバータ手段の性能に差をつけることなく使用者が必要とする性能、たとえば、非磁性ステンレスやアルミニウムを加熱できる性能を複数のインバータ手段で実現可能となり、使い勝手が大幅に向上する。

図１は本発明の第１の実施例を示すブロック図である。

図１において、交流電源１に整流手段２および整流手段３が接続されている。

整流手段２は第１の直流電源１４を構成するもので、この第１の直流電源１４は整流手段２の出力を安定化せず、フィルタ等（図示せず）のみを通して出力する。そして、この第１の直流電源１４の正負電圧出力は、切替手段１０のそれぞれの共通端子に接続されている。

第２の直流電源１５は、整流手段３の出力に電圧可変型直流電源手段４を接続して構成されたものであり、その正負出力は切替手段１２のそれぞれの共通端子に接続されている。

インバータ手段５および６は、加熱コイル、共振コンデンサ、スイッチング素子等で構成される共振型インバータ回路であり、それぞれ第１の直流電源１４および第２の直流電源１５を接続可能とし、内部で高周波交流電流に変換するものである。インバータ手段５および６の正負電圧入力端子はそれぞれ切替手段１１、１３の共通端子に接続されている。

制御手段７はインバータ手段５および６の通電電力制御を行うものである。すなわち、インバータ手段５の負荷状態を検出する第１の負荷状態検出手段８と、インバータ手段６の負荷状態を検出する第２の負荷状態検出手段９からそれぞれの通電電力状態や負荷状態を判別し、切替手段１０から１３の設定状態およびインバータ手段５および６の制御パラメータ（動作周波数やパルスデューティなど）を設定するものである。また、第２の直流電源１５をインバータ手段５および６のいずれかに接続している場合は、制御手段７の設定により第２の直流電源１５の出力電圧を変化させる。

なお、切替手段１０から１３は、その状態の設定によって、
（ａ）第１の直流電源１４の出力と第１のインバータ手段５または第２のインバータ手段６
（ｂ）第２の直流電源１５の出力と第１のインバータ手段５または第２のインバータ手段６
のそれぞれの組み合わせで接続が可能な構成としている。

図２は図１の構成において、第１および第２の直流電源１４、１５とインバータ手段５および６の接続状態を示したものである。

なお、第１の直流電源１４および第２の直流電源１５をそれぞれＰＳ１、ＰＳ２と表し、インバータ手段５および６はＩＮＶ１、ＩＮＶ２と表して簡略化している。

接続状態は下記の４通りとなる。

（Ａ）ＰＳ１→ＩＮＶ１とＩＮＶ２
（Ｂ）ＰＳ１→ＩＮＶ１
ＰＳ２→ＩＮＶ２
（Ｃ）ＰＳ１→ＩＮＶ２
ＰＳ２→ＩＮＶ１
（Ｄ）ＰＳ２→ＩＮＶ１とＩＮＶ２
インバータ手段５および６の電力制御方式は、多数の方式が実用化されているが、基本的には下記の３種類に分類される。

１）電源電圧固定デューティ固定周波数制御（周波数制御）
２）電源電圧固定周波数固定デューティ制御（デューティ制御）
３）周波数固定デューティ固定電源電圧制御（電圧制御）
通常、商用電源を整流した直流電源手段をそのまま用いる場合は、電源電圧が商用電源電圧で決まるため、上記１または２の方法が用いられる。電源電圧を変化させることができる直流電源手段を用いることができる場合は３の方式が採られる。従って、インバータ手段側では、それぞれの電源方式に合わせて電力制御方式を用いなければならない。

図３は、上記の点を考慮した場合の、第１、第２の直流電源手段１４、１５とインバータ手段５および６の組み合わせ制御方式である。

図中、Ａ〜Ｄは図２における接続状態、１〜３は上記の電力制御方式に対応した制御で、制御可能な方式は「○」、制御不可能な方式は「×」としている。

接続状態Ａでは、ＩＮＶ１とＩＮＶ２は、それぞれ周波数制御かデューティ制御が可能である。同様に、
接続状態Ｂでは、ＩＮＶ１は周波数制御かデューティ制御、ＩＮＶ２はすべての方式。

接続状態Ｃでは、接続状態Ｂの逆となる。

ただし、接続状態Ｄにおいては、ＩＮＶ１とＩＮＶ２は同時に電圧制御方式を採ることができないことは明らかであり、少なくとも、どちらかのインバータ手段が必要とする直流電源電圧を設定しておき、一方または両方を周波数制御かデューティ制御で電力を制御しなければならない。つまり、ＩＮＶ１とＩＮＶ２のどちらかが必要とする電源電圧を優先して設定しなければならないため、制御が複雑となる。

従って、本発明においては、第２の直流電源１５へは最大でインバータ手段５および６のうちいずれか一つのみが接続できる制限を設けることにより、上記の接続状態Ｄを採らない構成とすることができ、制御が単純化される。

図４は第２の実施例を示す要部ブロック図である。

この図４は、図１の構成に対して、整流手段２を共用するとともに、各インバータ手段５、６の負電源側を共通ラインとして使用するものである。これにより、切替手段１０〜１３において負電源側の接続切り替えが省略できるので、切替手段１０から１３の素子数が半減する。

図４においても、回路構成は図１と機能的に同等であるため、動作説明は省略する。

なお、上記説明で明らかなように、インバータ手段５および６は同一機能でも可能である。従って、例えば非磁性ステンレスやアルミニウムを加熱可能なインバータ手段を複数内蔵し、直流電源を切り替えることによっていずれかを優先的に上記負荷対応とすることができる。つまり、従来は１つの筐体では１カ所のインバータ手段のみが上記負荷対応だったものが、本発明の構成を採用することによって、複数のインバータ手段で加熱可能となる。

また、このインバータ手段は、図１および図２に示すように２個に限定されるものではなく、複数個、すなわち、３個以上設けて第１および第２の直流手段１４、１５に接続することもできる。

図５はその実施例を示すもので、１６および１７は追加されたインバータ手段であり、この場合の接続状態は、
ＰＳ１→ＩＮＶ１とＩＮＶ２とＩＮＶｎ
ＰＳ２→ＩＮＶ３
となる。この場合、ＰＳ２、すなわち、第２の直流電源１５に接続できるインバータ手段は最大一つで、インバータ手段１６とし、その他のインバータ手段１７はＰＳ１、すなわち、第１の直流電源１４に接続する。この場合でも各インバータ手段１６、１７は切替手段（図示せず）を設けて接続される。

本発明における第１の実施例のブロック図である。第１の実施例における直流電源とインバータ手段の組み合わせを示す図である。図２におけるインバータ手段の制御方式の組み合わせを示す図である。本発明における第２の実施例のブロック図である。本発明のさらに他の実施例における直流電源とインバータ手段の組み合わせを示す図である

符号の説明

２整流手段
３整流手段
４電圧可変型直流電源手段
５インバータ手段
６インバータ手段
７制御手段
８負荷状態検出手段
９負荷状態検出手段
１１切替手段
１３切替手段
１４第１の直流電源
１５第２の直流電源
１６インバータ手段
１７インバータ手段

Claims

交流電源を整流してなる第１の直流電源と、整流後に安定化するとともに電圧可変とする第２の直流電源と、加熱コイルと共振コンデンサとスイッチング素子で構成される複数のインバータ手段を有し、前記複数のインバータ手段は、切替手段により前記第１および第２の直流電源のいずれかに接続可能にしたことを特徴とする誘導加熱調理器。
筐体内に複数のインバータ手段を有し、前記第２の直流電源には最大で一つのインバータ手段のみが接続できる制限を設けることとする請求項１記載の誘導加熱調理器。
前記複数のインバータ手段は、加熱負荷材質の許容範囲をほぼ同一に設定可能であることを特徴とする請求項１および２記載の誘導加熱調理器。