JP2005142044A

JP2005142044A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP2005142044A
Application number: JP2003377879A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Isogai; 雅之磯貝
Original assignee: Hitachi Home Tech Ltd
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-06-02

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て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す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、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な切替手段１０から１３と、前記複数のインバータ手段５、６のそれぞれの負荷加熱状態を検知する負荷状態検出手段８、９と、加熱制御を行う制御手段７を有し、前記インバータ手段５および６は加熱開始時に第１の直流電源１４に接続する。
【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になってきている。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によって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、素子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す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、前記第１および第２の直流電源のいずれかに接続可能な切替手段と、前記複数のインバータ手段のそれぞれの負荷加熱状態を検知する負荷状態検出手段と、加熱制御を行う制御手段を有し、前記インバータ手段は加熱開始時に第１の直流電源に接続するものである。

また、請求項２では、インバータ手段の加熱開始時に負荷状態検出手段により第２の直流電源に接続すべきと制御手段が判定した場合、すでに第２の直流電源が他のインバータ手段で使用されていた場合は、当該インバータ手段においては加熱不可と判断し、第２の直流電源が未接続状態の場合は、当該インバータ手段に接続切り替えを行うものである。

本発明の請求項１によれば、複数のインバータ手段を有する誘導加熱調理器において、アルミニウムや銅などに代表される非磁性金属の負荷をすべてのインバータ手段で加熱可能な構成とすることができる。

つまり、第２の直流電源の状態にかかわらず、負荷状態の検知を行うことができ、第２の直流電源が必要かどうかを判断することが可能となる。

また、請求項２によれば、第２の直流電源の状態によってインバータ手段と直流電源の接続切り替えの可否によって、非磁性金属の負荷の加熱可否を判別することができる。

さらに、いずれの場合においても、第２の直流電源がすでにインバータ手段に接続されていなければ、他のインバータ手段を使用中であっても非磁性金属の負荷を加熱することが可能となる。

従って、各インバータ手段ごとに第１および第２の直流電源を確保しておかなくても、非磁性金属の負荷を各インバータ手段で加熱可能となるので、低コストかつ省容積で構成することができ、かつ、使い勝手のよい誘導加熱調理器を提供することができる。

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に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る。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あるいは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。

したがって、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を採らない構成となり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から１３において負電源側の接続切替が省略できるので、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、上記図１から図４においては、２個のインバータ手段５および６を使用した場合の例について説明したが、これ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に接続することができる。

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および１７は切替手段（図示せず）を設けて接続する。

次に、複数のインバータ手段を使用する場合の加熱シーケンスについて説明する。

図６はインバータ手段５および６を使用した場合の加熱シーケンスの例を示したものである。ＩＮＶ１、ＩＮＶ２はそれぞれインバータ手段５および６を示し、ＰＳ１、ＰＳ２はそれぞれ第１の直流電源１４、第２の直流電源１５を示す。Ａ１〜Ｄ４は時系列的な変化順を示し、Ｂ１〜Ｂ２、Ｃ１〜Ｃ２、Ｄ１〜Ｄ４は第１、第２のインバータ手段５および６と第１の直流電源１４、第２の直流電源１５の接続状態の場合分けを示す。

また、図中の（Ｃ）は加熱適否の判断中、（Ｈ）は加熱中、×は未使用を表す。

Ａ１において、インバータ手段５を第１の直流電源１４に接続し、加熱可否の判断を行う。その結果、第１の直流電源１４で加熱可能であれば接続状態をそのままにしてＢ１に移行する。第１の直流電源１４で加熱不可であれば、第２の直流電源１５に切り替えてＢ２に移行する。

Ｂ１およびＢ２では直流電源の接続を維持したままインバータ手段５の加熱を継続する。

Ｂ１およびＢ２の状態において、新たにインバータ手段６で加熱を開始する場合、インバータ手段６を第１の直流電源１４に接続し、加熱可否の判断をする。したがって、Ｂ１の状態であればＣ１に移行し、両方のインバータ手段５、６は第１の直流電源１４に接続している状態となり、Ｂ２の状態であればＣ２に移行し、インバータ手段５は第２の直流電源１５に接続し、インバータ手段６は第１の直流電源１４に接続している状態となり、それぞれインバータ手段６の加熱可否判断を行う。

Ｃ１の状態において、インバータ手段６が第１の直流電源１４で加熱可能であれば接続状態をそのままにしてＤ１に移行する。第１の直流電源１４で加熱不可であれば、第２の直流電源１５に切り替えてＤ２に移行し、それぞれ加熱を継続する。

Ｃ２の状態において、インバータ手段６が第１の直流電源１４で加熱可能であれば接続状態をそのままにしてＤ３に移行する。第１の直流電源１４で加熱不可の場合は、第２の直流電源１５がすでにインバータ手段５に接続し使用しているためにインバータ手段６は加熱を継続できない。したがって、Ｄ４に移行し、インバータ手段５のみが通電している状態となる。

なお、この図６では、先にインバータ手段５から加熱を開始しようとした場合について説明したが、逆にインバータ手段６から開始する場合でも同様である。

さらに、図５に示すように、インバータ手段１６、１７がある場合でも、場合分けは増加することになるが、少なくともいずれかのインバータ手段１６、１７において、第２の直流電源１５を必要とする負荷を加熱しようとしたときには加熱を継続できるようになることは言うまでもない。

したがって、複数のインバータ手段を非磁性金属（アルミニウムなど）を加熱できるような構成にし、少なくともその場合には電源電圧を可変することで電力制御可能な構成としておけば、先使用優先で非磁性金属負荷を加熱することができる。従来、場所が固定された一つのインバータ手段のみでしか対応していなかったという条件が大幅に緩和され、使い勝手が非常に向上する。

つまり、図６においては、
Ｄ１：ＩＮＶ１（磁性負荷）ＩＮＶ２（磁性負荷）
Ｄ２：ＩＮＶ１（磁性負荷）ＩＮＶ２（非磁性負荷）
Ｄ３：ＩＮＶ１（非磁性負荷）ＩＮＶ２（磁性負荷）
Ｄ４：ＩＮＶ１（非磁性負荷）ＩＮＶ２（非磁性負荷）
に対応させることができ、同時に非磁性負荷を加熱することは出来ないが、少なくともどちらかでは可能であることを示している。

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部の制御方式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。本発明の加熱動作シーケンスの例を示す図である。

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
１０切替手段
１２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す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、前記第１および第２の直流電源のいずれかに接続可能な切替手段と、前記複数のインバータ手段のそれぞれの負荷加熱状態を検知する負荷状態検出手段と、加熱制御を行う制御手段を有し、前記インバータ手段は加熱開始時に第１の直流電源に接続することを特徴とする誘導加熱調理器。
インバータ手段の加熱開始時に負荷状態検出手段により第２の直流電源に接続すべきと制御手段が判定した場合、すでに第２の直流電源が他のインバータ手段で使用されていた場合は、当該インバータ手段においては加熱不可と判断し、第２の直流電源が未接続状態の場合は、当該インバータ手段に接続切り替えを行うことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。