JP2005340130A - Induction heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被加熱体と加熱コイルとの間にシールド体を設けた誘導加熱装置に関する。 The present invention relates to an induction heating apparatus in which a shield body is provided between a heated body and a heating coil.
誘導加熱を応用しインバータを用いた誘導加熱装置は、負荷となる鍋等の近傍に温度検知素子等を載置し、鍋温度等を検知し、それに応じて火力の調節や調理時間の調節を行うことにより、優れた加熱応答性及び制御性を有する。誘導加熱装置は、きめ細かな調理を実現すると共に、炎を用いないので室内の空気を汚すことが少なく、熱効率が高く、安全でかつ清潔であるという特性も有する。近年、これらの特性が注目され、誘導加熱装置の需要が急速に伸びてきている。 An induction heating device that uses induction heating and uses an inverter is equipped with a temperature detection element in the vicinity of the load pan, etc., detects the pan temperature, etc., and adjusts the heating power and cooking time accordingly. By performing, it has excellent heat response and controllability. The induction heating device realizes fine cooking and has the characteristics of not polluting indoor air because it does not use a flame, high thermal efficiency, safety and cleanliness. In recent years, these characteristics have attracted attention, and the demand for induction heating devices has increased rapidly.
図5を用いて従来例1の誘導加熱装置を説明する。従来例1の誘導加熱装置は、鉄のような高透磁率(磁性体)の被加熱体(又は18−8ステンレスのような低透磁率で高抵抗の被加熱体)と、アルミニウム又は銅のような低透磁率(非磁性体)で低抵抗の被加熱体とを加熱できる。図5は従来例1の誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。図5において、加熱コイル101は高周波磁界を発生し被加熱体(鍋、フライパン等の金属製の容器)110を加熱する、商用交流電源入力127に接続され、整流平滑部108はブリッジ108aと平滑コンデンサ108bで構成され商用交流電源を整流する、インバータ回路1402は整流平滑部108によって整流された電源を高周波電力に変換し加熱コイル101に高周波電流を供給する。セラミック製のトッププレート118は筐体125の上部に配置され被加熱体110を載せる。
The induction heating apparatus of Conventional Example 1 will be described with reference to FIG. The induction heating device of Conventional Example 1 is a high magnetic permeability (magnetic body) heated object such as iron (or a low magnetic permeability and high resistance heated object such as 18-8 stainless steel) and aluminum or copper. Such a low magnetic permeability (non-magnetic material) and a low resistance object to be heated can be heated. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the induction heating apparatus of Conventional Example 1. In FIG. 5, a
マイクロコンピュータ105は制御部104を有する。操作部1409は設定入力部113及び設定表示部114を有する。設定入力部113は複数のキースイッチ(誘導加熱装置の目標出力を定める出力段階の設定指令を入力するキースイッチと、誘導加熱装置のON指令を入力するキースイッチと、誘導加熱装置のOFF指令を入力するキースイッチとを含む)を有する。設定表示部114は複数の可視LED(Light Emitting Diode)を有し、誘導加熱装置の設定状態を表示する。
The
制御部104は、設定入力部113から入力された指令に応じて駆動回路111を駆動する。駆動回路111はインバータ回路102の出力を制御する。制御部104は、低透磁率で低抵抗の被加熱体を加熱する場合と、高透磁率の被加熱体(又は低透磁率で高抵抗の被加熱体)を加熱する場合とで、リレー(図示してない)をON/OFF制御して、インバータ回路102が駆動する加熱コイル101の巻数を切り換え、加熱コイル101に印加される電圧を切り換える。低透磁率で低抵抗の被加熱体を加熱する場合の方が、高透磁率の被加熱体(又は低透磁率で高抵抗の被加熱体)を加熱する場合よりも、加熱コイル101の巻数が多く、加熱コイル101に印加される電圧が高い。被加熱体110が低透磁率でしかも低抵抗のアルミニウムや銅等からなる鍋の時、加熱コイル101に印加される電圧が1kV以上になる。
The
加熱コイル101と被加熱体110との間に浮遊容量(等価容量)1411が存在する。ユーザが被加熱体110に触ると、浮遊容量(等価容量)1411及びユーザの身体の内部抵抗(等価抵抗)1412を通じて、加熱コイル101からグラウンド(略大地アースの低電位部)に電流が流れる。高圧の加熱コイル101から人体に所定以上の電流が漏洩することは危険である。
A stray capacitance (equivalent capacitance) 1411 exists between the
高圧の加熱コイル101から人体に電流が漏洩することを防止する従来例2の誘導加熱装置が記載されている(例えば、特許文献1参照)。
The induction heating apparatus of the prior art example 2 which prevents that an electric current leaks from the high voltage |
図6及び図7を用いて、特許文献1に記載された従来例2の誘導加熱装置を説明する。図6は、従来例2の誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。図6において従来例1(図5)と同一のブロックには同一の符号を付している。従来例2の誘導加熱装置は、トッププレート118の下面に導電性のシールド体1512と、シールド体1512を覆う絶縁層とを設けている点において従来例1と異なる。シールド体1512は整流平滑回路108の低電位部と接続されている。それ以外の点において、従来例2は従来例1と同一である。
The induction heating apparatus of Conventional Example 2 described in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the induction heating device of Conventional Example 2. In FIG. 6, the same blocks as those in the conventional example 1 (FIG. 5) are denoted by the same reference numerals. The induction heating apparatus of Conventional Example 2 differs from Conventional Example 1 in that a
図7は、従来例2の誘導加熱装置のトッププレート118に形成されたシールド体1512のパターンを示す図である。理解の容易のため、図7においては絶縁層を除き、シールド体1512のパターンを示す。シールド体1512は、トッププレート118の下面に塗布されて焼付け装着されている。シールド体1512は環状の形状を有する。整流平滑回路108の低電位部からの接続線が、シールド体1512の電極1513に接続されている。
FIG. 7 is a diagram showing a pattern of the
加熱コイル101とシールド体1512との間に浮遊容量(等価容量)1514が存在する。浮遊容量(等価容量)1514及びシールド体1512の内部抵抗(等価抵抗)1515を通じて、加熱コイル101からグラウンド(信号グラウンド)に電流が流れる。導電性のシールド体1512の内部抵抗(等価抵抗)1515のインピーダンスは、浮遊容量(等価容量)1514のインピーダンスと比較して十分に小さい(加熱コイル101を流れる高周波電流の周波数は20〜60kHz程度である)。それ故にシールド体1512に誘起される電圧は十分低い。シールド体1512と被加熱体110との間に浮遊容量(等価容量)1516が存在する。ユーザが被加熱体110に触ると、加熱コイル101によりシールド体1512に誘起された電圧により、浮遊容量(等価容量)1516及びユーザの身体の内部抵抗(等価抵抗)1412を通じて、漏洩電流がグラウンド(略大地アース)に流れる。シールド体1512に誘起される電圧は十分低いので、ユーザの身体の内部抵抗(等価抵抗)1412を通じてグラウンドに流れる漏洩電流は非常に小さい。
A stray capacitance (equivalent capacitance) 1514 exists between the
言いかえれば、シールド体1512とグラウンド(信号グラウンドまたは略大地アース)との間に、シールド体1512の内部抵抗(等価抵抗)1515と、浮遊容量(等価容量)1516及びユーザの身体の内部抵抗(等価抵抗)1412と、が並列に接続される(信号グラウンドと略大地アースが同電位とみなせる場合、特に100V系商用交流電源で方極が所定の抵抗を介して大地アースに接続される場合)。シールド体1512の内部抵抗(等価抵抗)1515のインピーダンスは、浮遊容量(等価容量)1516及びユーザの身体の内部抵抗(等価抵抗)1412のインピーダンスと比較して非常に小さいので、加熱コイル101からの漏洩電流はほとんどシールド体1512を通じてグラウンド(信号グラウンド)に流れる。ユーザの身体にはほとんど電流が漏洩しない。
In other words, an internal resistance (equivalent resistance) 1515 of the
従来例2の構成において、被加熱体110が低透磁率でしかも低抵抗のアルミニウムや銅等からなる鍋のとき、加熱コイル101の巻数が増大される。このとき、加熱コイルに印加される電圧が1kV以上になる。従来例2においては、低電位部に電気的に結合されているシールド体が存在し、被加熱体110とシールド体1512との間にはほとんど電位差がない(両者ともにグラウンドレベルに近い電位である)、故に、被加熱体110に漏洩電流が誘起されることがない。したがって、被加熱体110に人体が触れても安全である。
In the configuration of Conventional Example 2, when the
特許文献4に、トッププレートの裏面に導電性の塗料により形成された細いパターン(トッププレートの割れ検知回路)を設けた誘導加熱装置が開示されている。このパターンに直流電流を流す。トッププレートが割れてこのパターンを流れる電流が遮断されたことに基づいて、加熱コイルを停止させる。 Patent Document 4 discloses an induction heating device in which a thin pattern (top plate crack detection circuit) formed of a conductive paint is provided on the back surface of a top plate. A direct current is passed through this pattern. The heating coil is stopped based on the fact that the current flowing through this pattern is interrupted by the crack of the top plate.
特許文献2及び特許文献3に、トッププレートに導電性の細いパターンを設けた誘導加熱装置が開示されている。加熱コイルを駆動した時に、このパターンに漏洩電流が流れる。漏洩電流が、加熱コイルの出力に比例した基準値より小さくなった時、加熱コイルを停止させる。
しかしながら、火力感の向上といった更なる高性能化(高出力化・高周波数化)を図ろうとするとき、特に被加熱体が低透磁率でしかも低抵抗のアルミニウムや銅等からなる鍋のときに、加熱コイルに印加される電圧が更に大きくなってくるので、被加熱体に漏洩電流が誘起され易い状態になってくる。したがって、安全性が必ずしも十分に保証されない(ユーザが被加熱体に触れると、所定以上の漏洩電流が人体を流れる恐れがある)という課題を有していた。 However, when trying to achieve higher performance (higher output, higher frequency) such as improved thermal feeling, especially when the heated object is a pan made of aluminum, copper, etc. with low magnetic permeability and low resistance. Since the voltage applied to the heating coil is further increased, a leakage current is easily induced in the heated object. Therefore, there is a problem that safety is not always sufficiently ensured (when the user touches the object to be heated, a leakage current of a predetermined level or more may flow through the human body).
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、漏洩電流が人体に流れることを防止し、感電する恐れのない安全性の高い誘導加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a highly safe induction heating apparatus that prevents leakage current from flowing through the human body and does not cause electric shock.
前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、加熱コイルの周囲に配置し、低電位部に電気的に接続された導電材料からなる環状のシールドリングを設けたものである。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the induction heating device of the present invention is provided with an annular shield ring made of a conductive material disposed around a heating coil and electrically connected to a low potential portion. .
これによって、シールド体及びシールドリングと、グラウンドとの間に、シールド体及びシールドリングの内部抵抗(等価抵抗)と、浮遊容量(等価容量)及びユーザの身体の内部抵抗(等価抵抗)と、が並列に接続される。シールド体及びシールドリングの内部抵抗(等価抵抗)のインピーダンスは、浮遊容量(等価容量)及びユーザの身体の内部抵抗(等価抵抗)のインピーダンスと比較して非常に小さいので、加熱コイルからの漏洩電流はほとんどシールド体及びシールドリングを通じてグラウンドに流れる(シールド体のみの内部抵抗に比べ、シールド体及びシールドリングの内部抵抗はより小さくなり、漏洩電流防止効果が大きくなる)。 As a result, the internal resistance (equivalent resistance) of the shield body and the shield ring, the stray capacitance (equivalent capacitance), and the internal resistance (equivalent resistance) of the user's body between the shield body and the shield ring and the ground. Connected in parallel. Since the impedance of the internal resistance (equivalent resistance) of the shield body and the shield ring is very small compared to the impedance of the stray capacitance (equivalent capacitance) and the internal resistance (equivalent resistance) of the user's body, the leakage current from the heating coil Almost flows to the ground through the shield body and the shield ring (compared to the internal resistance of the shield body only, the internal resistance of the shield body and the shield ring is smaller, and the leakage current prevention effect is greater).
別の言い方をすると、シールド体の外周をすり抜けて、被加熱体と加熱コイルの間に生じようとする浮遊容量(等価容量)に対し、加熱コイルの周囲の低電位部と接続されたシールドリングが存在することにより、シールド体とシールドリングが被加熱体と加熱コイルの間に位置することで、被加熱体と加熱コイルの間に生じようとする浮遊容量(等価容量)を低減することができる。 In other words, the shield ring connected to the low potential part around the heating coil against the stray capacitance (equivalent capacity) that passes through the outer periphery of the shield body and is about to occur between the heated body and the heating coil. As a result, the stray capacitance (equivalent capacity) that is about to occur between the heated body and the heating coil can be reduced by positioning the shield body and the shield ring between the heated body and the heating coil. it can.
したがって、ユーザの身体にはほとんど電流が漏洩しないようにすることができる。 Therefore, almost no current leaks to the user's body.
本発明の誘導加熱装置は、被加熱体と加熱コイルとの間に設けたシールド体に加えて、さらなる漏洩電流の低減を図ることができる。 The induction heating apparatus of the present invention can further reduce the leakage current in addition to the shield body provided between the body to be heated and the heating coil.
第1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、前記加熱コイルを駆動するインバータ回路と、前記被加熱体と前記加熱コイルとの間に設けられ、低電位部に電気的に接続された導電性のシールド体と、前記加熱コイルを支持する加熱コイル保持部材と、前記加熱コイルの周囲に配置し前記加熱コイル保持部材に設けられ、低電位部に電気的に接続された導電材料からなる環状のシールドリングとを有することにより、シールド体及びシールドリングと、グラウンド(信号グラウンドまたは略大地アース)との間に、シールド体及びシールドリングの内部抵抗(等価抵抗)と、浮遊容量(等価容量)及びユーザの身体の内部抵抗(等価抵抗)と、が並列に接続される。シールド体及びシールドリングの内部抵抗(等価抵抗)のインピーダンスは、浮遊容量(等価容量)及びユーザの身体の内部抵抗(等価抵抗)のインピーダンスと比較して非常に小さいので、加熱コイルからの漏洩電流はほとんどシールド体及びシールドリングを通じてグラウンド(信号グラウンド)に流れる(シールド体のみの内部抵抗に比べ、シールド体及びシールドリングの内部抵抗はより小さくなり、漏洩電流防止効果が大きくなる)。 A first invention is provided between a heating coil that generates a high-frequency magnetic field and heats a heated body, an inverter circuit that drives the heating coil, and the heated body and the heating coil. An electrically connected conductive shield body, a heating coil holding member that supports the heating coil, and arranged around the heating coil and provided on the heating coil holding member, and electrically connected to a low potential portion By having the annular shield ring made of the conductive material formed, the internal resistance (equivalent resistance) of the shield body and the shield ring is between the shield body and the shield ring and the ground (signal ground or substantially earth ground). The stray capacitance (equivalent capacitance) and the internal resistance (equivalent resistance) of the user's body are connected in parallel. Since the impedance of the internal resistance (equivalent resistance) of the shield body and the shield ring is very small compared to the impedance of the stray capacitance (equivalent capacitance) and the internal resistance (equivalent resistance) of the user's body, the leakage current from the heating coil Almost flows to the ground (signal ground) through the shield body and the shield ring (compared to the internal resistance of only the shield body, the internal resistance of the shield body and the shield ring is smaller, and the leakage current prevention effect is greater).
別の言い方をすると、シールド体の外周をすり抜けて、被加熱体と加熱コイルの間に生じようとする浮遊容量(等価容量)に対し、加熱コイルの周囲の低電位部と接続されたシールドリングが存在することにより、シールド体とシールドリングが被加熱体と加熱コイルの間に位置することで、被加熱体と加熱コイルの間に生じようとする浮遊容量(等価容量)を低減することができる。 In other words, the shield ring connected to the low potential part around the heating coil against the stray capacitance (equivalent capacity) that passes through the outer periphery of the shield body and is about to occur between the heated body and the heating coil. As a result, the stray capacitance (equivalent capacity) that is about to occur between the heated body and the heating coil can be reduced by positioning the shield body and the shield ring between the heated body and the heating coil. it can.
したがって、ユーザの身体にはほとんど電流が漏洩しないようにすることができる。 Therefore, almost no current leaks to the user's body.
第2の発明は、特に、第1の発明のシールド体及びシールドリングに低電位部との接続部を1点以上具備し、前記シールド体の接続部と前記シールドリングの接続部を電気的に接続することにより、共通の低電位部を使用することで、接続を最小限とし、構造的にも簡素化されるので、コストも安くなり、信頼性も向上する。 In particular, the second invention includes at least one connection portion with the low potential portion in the shield body and the shield ring of the first invention, and electrically connects the connection portion of the shield body and the connection portion of the shield ring. By using the common low potential portion, the connection is minimized and the structure is simplified, so that the cost is reduced and the reliability is improved.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明のシールド体及びシールドリングに低電位部との接続部を1点以上具備し、前記接続部各々は加熱コイル保持部材からみて同方向からの接続とすることにより、その結線作業は全て同方向からの作業となり、組立性が向上する。 In particular, the third invention includes at least one connection portion with the low potential portion in the shield body and the shield ring of the first or second invention, and each of the connection portions is viewed from the same direction as viewed from the heating coil holding member. With this connection, all the connection work is performed from the same direction, and assemblability is improved.
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明の低電位部とシールドリングを接続する接続線を前記シールドリングに直接ネジ締結することにより、相互の接触が確実になり、接続部の電気的信頼性が向上する。 In the fourth aspect of the invention, in particular, by mutually screwing the connection line connecting the low potential portion of any one of the first to third aspects of the invention and the shield ring to the shield ring, mutual contact is ensured, The electrical reliability of the connecting portion is improved.
第5の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明の低電位部とシールドリングを接続する接続線を前記シールドリングに平型接続端子により接続することにより、タブ端子とレセプタクル端子の嵌合で接続するので、接続部の作業性が向上する。 According to a fifth aspect of the invention, in particular, a tab terminal and a receptacle terminal are formed by connecting a connection line connecting the low potential portion of any one of the first to third aspects and the shield ring to the shield ring with a flat connection terminal. Therefore, the workability of the connecting portion is improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1〜4を用いて本発明の実施の形態1の誘導加熱装置を説明する。図1は実施の形態1の誘導加熱装置の概略的な構成を示す図、図2(a)は実施の形態1の誘導加熱装置のシールド体のパターンを示す図、図2(b)は実施の形態1の誘導加熱装置の要部断面図、図3は実施の形態1の誘導加熱装置の回路構成を示す図である。
(Embodiment 1)
The induction heating apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the induction heating device according to the first embodiment, FIG. 2A is a diagram showing a pattern of a shield body of the induction heating device according to the first embodiment, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of the induction heating apparatus according to the first embodiment.
実施例の誘導加熱装置は、鉄のような高透磁率(磁性体)の被加熱体(又は18−8ステンレスのような低透磁率で高抵抗の被加熱体)と、アルミニウム又は銅のような低透磁率で(非磁性体で)低抵抗の被加熱体とを加熱できる。 The induction heating device of the embodiment includes a high magnetic permeability (magnetic material) heated object such as iron (or a low magnetic permeability and high resistance heated object such as 18-8 stainless steel) and aluminum or copper. It is possible to heat an object to be heated with a low magnetic permeability (non-magnetic material) and a low resistance.
図1〜3において、トッププレート118は筐体125の上面に設けられ被加熱体(鍋、フライパン等の金属製の容器である負荷)110を載置する、シールド体112はトッププレート下に設けられ、導電性カーボン塗料を塗布して焼き付け形成される、絶縁層117はシールド体112を被覆する、加熱コイル101は高周波磁界を発生し被加熱体110を加熱する、加熱コイル保持部材124は加熱コイル101を上面に載置する。プラグ121は商用交流電源127を入力する。制御基板126は、商用交流電源127を整流する整流平滑部108、整流平滑部108によって整流された電源を高周波電力に変換し加熱コイル101に高周波電流を供給するインバータ回路102、インバータ回路102の駆動回路111、検知部103、マイクロコンピュータ105、LED駆動回路106、圧電ブザー駆動回路(警告ブザー駆動回路)107、設定表示部駆動回路108を有する。制御基板126上の各ブロックは共通のグラウンド線(グラウンドパターン、信号グラウンド)を有する。2本の接続線119及び120はインバータ回路102と加熱コイル101とを接続する。2本の接続線122及び123はシールド体112と制御基板126とを接続する。
1 to 3, the
シールド体112は、加熱コイル101と略同程度の外径を有し、スリット128により分割され、加熱コイル101と同軸で加熱コイル101をほぼ覆う略円弧状の形状を有する。シールド体112は、加熱コイル101の中心軸を中に含む閉ループがその上に存在しない形状を有する。
The
シールド体112には接続部129が2個設けられている。接続部129はL型のタブ端子130であり、その一端は導電性カーボン塗料と電気的に接続されている。もう一端は、コイル保持部材124の下方に突出しており、接続線122、123のファストン端子(レセプタクル端子)により接続されている。もう一端がコイル保持部材124の下方に突出しているのは、各種温度検知用のサーミスタなどと接続する配線(図示せず)を、コイル保持部材124の下方に配置することが、組立性や性能上問題が少なく、その配線の一部に接続線122、123をユニットとして含む場合、コイル保持部材124の下方で全ての配線処理が完結することが好ましいからである。接続線122の他端は検知部103のグラウンドに接続され、接続線123の他端は検知部103の入力端子(抵抗103cの一端)に接続される。
The
コイル保持部材124には磁気シールド用のシールドリング131が加熱コイル101の周囲に取り付けられている。シールドリング131は誘導加熱されにくいアルミ、銅等の導電材料で作製されており、円環状の形状になっている。制作上においては、アルミダイカストまたは、アルミ板のプレス部品が一般的である。シールドリング131からコイル保持部材124を貫通して接続部132が突出して形成されている。厚肉のアルミダイカストの場合は、接続部132はセルフタップ可能な下穴133が設けられている。また、薄肉のアルミプレスの場合は、接続部132はファストン端子を接続可能とするタブ134が設けられている。
A
接続部132は接続部129のどちらか片側と接続線135で接続されている。本実施例の場合は、接続部129のファストン端子136に接続線122または、123の接続線と接続線135がダブルかしめされており、接続線135の他端に設けられた丸型端子137を接続部132にセルフタップでネジ締結することにより、シールド体112とシールドリング131を電気的に接続するとともに、低電位部(信号グラウンド)に接続している。
The
接続線119は、加熱コイル101の外周端と共振コンデンサ102gの1端とを接続し、接続線120は加熱コイル101の内周端とスイッチング素子102cのエミッタ及びスイッチング素子102dのコレクタとを接続する。螺旋状に巻かれた加熱コイル101の外終端の電位は、内周端の電位より低い。マイクロコンピュータ105は制御部104を有する。制御部104の機能はソフトウエアにより処理される。操作部109は、設定入力部113、設定表示部114、赤色の警告LED116、圧電ブザー(警告ブザー)115を有する。設定入力部113は、使用者が加熱出力設定指令、又は加熱開始若しくは停止指令を入力するために操作する複数の入力キースイッチを有する。設定入力部113が入力した指令は制御部104に入力される。
The
制御部104は、駆動回路111、LED駆動回路106、圧電ブザー駆動回路107、設定表示部駆動回路108を駆動する。駆動回路111はインバータ回路102のスイッチング素子102c及び102dを駆動する。設定表示部駆動回路108は設定表示部114(複数の可視LEDを有する)を駆動する。設定表示部114は、設定入力部113を通じて設定された加熱出力設定内容等を使用者に対して表示する。
The
制御部104は、設定入力部113から入力された種々の指令、出力検知部(図示してない)の出力信号(インバータ回路102の電源電流に応じた信号)及び検知部103の出力信号に応じて駆動回路111を通じてインバータ回路102の出力を制御する。加熱出力の変動はスイッチング素子の駆動周波数を制御することにより行われる。被加熱体110がアルミニウム又は銅のような低透磁率で(非磁性体で)低抵抗の材料でできている場合に、鉄のような高透磁率(磁性体)の材料でできている場合(又は18−8ステンレスのような低透磁率で高抵抗の材料でできている場合)と比較して、加熱コイル101は高い周波数で且つ高い電圧で駆動される。被加熱体110が低透磁率で低抵抗の材料でできている場合に、リレー(図示してない)の接点を切り換えて、加熱コイルの巻数を多くしても良い。
The
商用電源127は整流平滑部108に入力される。整流平滑部108はブリッジダイオードで構成される全波整流器108aと、その直流出力端間に接続された第1の平滑コンデンサ108bとを有する。第1の平滑コンデンサ108bの両端(整流平滑部108の出力端子)にインバータ回路102の入力端子が接続される。インバータ回路102の出力端子に加熱コイル101が接続される。インバータ回路102と加熱コイル101は高周波インバータを構成する。インバータ回路102には、第1のスイッチング素子102c(IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))と、第2のスイッチング素子102d(本実施の形態ではIGBT)の直列接続体(「直列接続体102c及び102d」と呼ぶ。)が設けられる。第1のダイオード102eが第1のスイッチング素子102cに逆方向且つ並列に、第2のダイオード102fが第2のスイッチング素子102dに逆方向且つ並列に接続されている。直列接続体102c及び102dの両端には第2の平滑コンデンサ102bが接続される。
The
第1のスイッチング素子102cと第2のスイッチング素子102dとの接続点(「直列接続体102c及び102dの中点」と呼ぶ。)と、全波整流器108aの正極端間にはチョークコイル102aが接続される。直列接続体102c及び102dの低電位端子は全波整流器108aの負極端子(実施例においてはグラウンド端子)に接続される。直列接続体102c及び102dの中点と全波整流器108aの負極端子間には加熱コイル101と共振コンデンサ102gの直列接続体が接続される。制御部104は、駆動回路111を通じて第1のスイッチング素子102c及び第2のスイッチング素子102dを駆動する。
A
以上のように構成された誘導加熱調理器の動作を説明する。全波整流器108aは商用交流電源127を整流する。第1の平滑コンデンサ108bはインバータ回路102と加熱コイル101を有する高周波インバータに電源を供給する。第2のスイッチング素子102dがオンしている場合には、第2のスイッチング素子102d(若しくは第2のダイオード102f)と、加熱コイル101と、共振コンデンサ102gとを含む閉回路に共振電流が流れると共に、チョークコイル102aにエネルギが蓄えられる。蓄えられたエネルギは第2のスイッチング素子102dがオフすると、第1のダイオード102eを介して第2の平滑コンデンサ102bに放出される。
The operation of the induction cooking device configured as described above will be described. The
第2のスイッチング素子102dがオフした後、第1のスイッチング素子102cがオンし、第1のスイッチング素子102c及び第1のダイオード102eに電流が流れる。第1のスイッチング素子102c(若しくは第1のダイオード102e)と、加熱コイル101と、共振コンデンサ102gと、第2の平滑コンデンサ102bとを含む閉回路に共振電流が流れる。
After the
第1のスイッチング素子102c及び第2のスイッチング素子102dの駆動周波数は約20kHz近傍で可変される。磁性体の被加熱体(典型的には鉄製の調理容器)を加熱する場合、加熱コイル101には約20kHzの高周波電流が流れる。第1のスイッチング素子102c及び第2のスイッチング素子102dの駆動時間比率はそれぞれ約1/2近傍で可変される。加熱コイル101と共振コンデンサ102gのインピーダンスは、指定の材質(例えばアルミニウム等の高導電率の非磁性体)で標準的な大きさ(例えば直径が加熱コイルの直径以上)の被加熱体(調理鍋)110がトッププレートの指定の場所(例えば加熱部分として示されている場所)に載置された場合、その共振周波数が駆動周波数の約3倍になるように設定されている。従ってこの場合共振周波数は約60kHzになるよう設定される。
The driving frequency of the first switching element 102c and the
被加熱体110がアルミ製であれば加熱コイル101には通常より高い周波数である約60kHzの高周波電流が流れるので、調理鍋110を効率良く加熱できる。本実施の形態の高周波インバータは、第1のダイオード102e、第2のダイオード102fに流れる回生電流が第1の平滑コンデンサ108bに流れず、第2の平滑コンデンサ102bに供給されるので加熱効率が高い。第2の平滑コンデンサ102bにより、加熱コイル101に供給される高周波電流の包絡線(エンベロープ)が実施の誘導加熱装置より平滑化される。これにより、加熱時に鍋110などから振動音を発生する原因となる、加熱コイル101に流れる電流ILの商用周波数成分が低減される。
If the object to be heated 110 is made of aluminum, a high frequency current of about 60 kHz, which is a higher frequency than normal, flows through the
シールド体112とシールドリング131は、加熱コイル101と被加熱体110との間をシールドして、加熱コイル101が誘起した漏洩電流が使用者の身体を流れることを効果的に防止する。すなわち、シールド体112のみのシールド力に比べ、シールド体112とシールドリング131を合成したシールド力はシールド面積としては大きくなり、また、内部抵抗としてはより小さくなり、漏洩電流防止効果も大きくなってくる。
The
別の言い方をすると、シールド体112の外周をすり抜けて、被加熱体110と加熱コイル101の間に生じようとする浮遊容量(等価容量)に対し、加熱コイル101の周囲の低電位部(信号グラウンド)と接続されたシールドリング131が存在することにより、シールド体112とシールドリング131が被加熱体110と加熱コイル101の間に位置することで、被加熱体110と加熱コイル101の間に生じようとする浮遊容量(等価容量)を低減することができる。
In other words, the low potential portion (signal) around the
シールド体112の接続部129とシールドリング131の接続部132を電気的に接続することにより、共通の低電位部を使用することで、接続を最小限とし、構造的にも簡素化されるので、コストも安くなり、信頼性も向上する。
By electrically connecting the connecting
シールド体112及びシールドリング131の接続部129、132各々は加熱コイル保持部材124からみて同方向からの接続とすることにより、結線作業時全て同方向からの作業となり、組立性が向上する。
By connecting the connecting
シールドリング131がアルミダイカスト製などの場合、接続線135のシールドリング131への接続はシールドリング131の下穴133に接続線135に設けられた丸型端子137を接続部132にセルフタップでネジ締結することにより直接ネジ締結することにより、相互の接触が確実になり、接続部132の電気的信頼性が向上する。
When the
また、シールドリング131がアルミ薄板製などの場合、接続線135のシールドリングへの接続はシールドリング131に平型接続端子(ファストン端子)により接続することにより、すなわち、接続部132のシールドリング131に設けたファストン端子(タブ端子)134(図示してない)と接続線135に接続したファストン端子(レセプタクル端子)(図示してない)の嵌合で接続してもよいので、接続部132の作業性を向上できる。
When the
なお、検知部103は、シールド体112と制御基板126との導通状態を検知する。検知部103は、トランジスタ103a、抵抗103b、103c、103dを有する。検知部103は、接続線122、123を通じて、シールド体112に直流電流(加熱コイル101が発生する電圧と異なる電圧)を流して、その導通状態を検知する。検知部103は、シールド体112を通じて低電位部(実施の形態1では信号グラウンド)に電流を流す。
The
通常、シールド体112と制御基板126との導通状態は良好である。この場合、+5Vの直流電源電圧から、抵抗103b及びトランジスタ103a、抵抗103c、接続線123、シールド体112、接続線123を通じてグラウンド線に直流電流が流れる。PNPトランジスタ103aのベース電流が流れることにより、トランジスタ103aは導通する。トランジスタ103aのエミッタ及びコレクタ間に電流が流れることにより、トランジスタ103aのコレクタ電位(抵抗103dの両端電圧)はほぼ+5Vになる。
Normally, the conduction state between the
例えば接続線122の一端の接続が外れたならば(シールド体112と制御基板126との導通状態が悪化したならば)、+5Vの直流電源電圧から、抵抗103b及びトランジスタ103a、抵抗103c、接続線123、シールド体112、接続線123を通じてグラウンド線に直流電流が流れなくなる。PNPトランジスタ103aのベース電流が流れなくなることにより、トランジスタ103aは遮断する。トランジスタ103aのエミッタ及びコレクタ間に電流が流れなくなることにより、トランジスタ103aのコレクタ電位(抵抗103dの両端電圧)は0Vになる。
For example, if one end of the
制御部104(マイクロコンピュータ105)は、トランジスタ103aのコレクタ電位を入力する。制御部104は、シールド体112と制御基板126との導通状態が悪化した場合に、加熱コイル101を停止させ、LED駆動回路106を通じて赤色の警告LED116を点灯し、圧電ブザー駆動回路107を通じて圧電ブザー115を鳴らす。使用者は、シールド体112が異常であることを容易に認識することができる。警告LED116に代えて、液晶ディスプレイを使用しても良い。圧電ブザー115に代えて、音声ガイダンス用のスピーカを使用しても良い。
The control unit 104 (microcomputer 105) inputs the collector potential of the transistor 103a. When the conduction state between the
図4は、実施の形態1の誘導加熱装置の制御方法を示すフローチャートである。図4は、ステップ401〜409を有する。最初に、制御部104は、シールド体112の導通状態が良好か否か(トランジスタ103aのコレクタ電位が+5Vか又は0Vか)をチェックする(ステップ401)。導通状態が良好であればステップ402に進み、導通状態が悪ければステップ407に進む。ステップ402において、制御部104は、加熱コイル101をONする指令が出されているか否かをチェックする。加熱コイル101をONする指令が出されていればステップ404に進む。加熱コイル101をONする指令が出されていなければステップ403に進み、インバータ回路102を制御して加熱コイル101を停止させる。ステップ405に進む。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for controlling the induction heating apparatus according to the first embodiment. FIG. 4 includes
ステップ404において(加熱コイルをONする指令が出されている)、制御部104は、インバータ回路102を制御して、指令通りの電力を加熱コイル101に印加する。ステップ405において、警告LED116を消灯する。次ぎに、警告ブザー(圧電ブザー)115をOFF状態にする(ステップ406)。ステップ401に戻って上記の処理を繰り返す。ステップ407において(導通状態が悪い。)、制御部104は、インバータ回路102を制御して加熱コイル101を停止させる。次ぎに、ステップ408において、警告LED116を点灯する。次ぎに、警告ブザー(圧電ブザー)115をON状態にする(ステップ409)。ステップ401に戻って上記の処理を繰り返す。
In step 404 (a command to turn on the heating coil is issued), the
実施の形態1において、シールド体112と加熱コイル101との間の浮遊容量(等価容量)1514が大きければ、加熱コイル101が通電されている時、検知部103の入力電圧には大きなノイズが乗り、検知部103はシールド体112の導通状態を正しく検知できない場合がある。このような場合、加熱コイル101が通電されていない時にのみ、検知部103はシールド体112の導通状態を検知する。即ち、加熱コイル101をOFFからONに変化させる指令を入力した時にシールド体112の導通状態が悪ければ、制御部104は加熱コイル101を導通させない。これにより、検知部103はシールド体112の導通状態を正しく検知できる。一旦加熱コイル101が動作状態(通電状態)になった後は、検知部103はシールド体112の導通状態をチェックしない。
In the first embodiment, if the stray capacitance (equivalent capacitance) 1514 between the
インバータ回路102(駆動部)を駆動して加熱コイル101に高周波電流を流すと、発生する高周波磁界により鍋等の被加熱体110に渦電流が生じる。被加熱体110が発熱し、これにより調理が行われる。被加熱体110が鉄などの高透磁率の鍋であれば、比較的低周波数で低電圧を加熱コイル101に印加することにより被加熱体110を加熱することができる。しかし、アルミニウムや銅等の低透磁率の鍋を加熱するためには、高い周波数で高い電圧を加熱コイル101に印加する必要がある。そのため、例えば加熱コイル101の巻き数を多くしなければならない。
When the inverter circuit 102 (drive unit) is driven and a high-frequency current is passed through the
図1において、加熱コイル101は、12ターン程度の単層コイルとして記載されている。加熱コイル101は複層であっても良く、例えば総巻数が約30〜60ターン程度の複層であっても良い。このような巻数の加熱コイル101の両端電圧は、1kVを超えるような高電圧になる。実施の形態1の誘導加熱装置においては、使用者が被加熱体110に触れると、加熱コイル101と被加熱体110との間の等価容量1411により被加熱体110を通じて人体に漏洩電流が流れる恐れがある。そこで本実施の形態では、シールド体112を設け、これを低電位部に接続することにより、被加熱体110の電位を下げ、漏洩電流が誘起されないようにしている。
In FIG. 1, the
実施の形態1はシールド体112の通電状態を検知することも特徴としている。この検知部103はシールド体112の通電状態を検知することにより、シールド体112が正常な状態か否かを検知する。例えば、シールド体112または接続線122、123が冷熱サイクルなどの熱的な刺激、又は腐食などの経年的な劣化に起因して、電流が流れ難くなること又は断線により流れなくなること等の異常状態が発生した場合、これを検知し制御部104(駆動部の一部)に伝達する。制御部104はインバータ回路102(駆動部の他の一部)の出力を低減し又は停止させる。このようにしてシールド体112の異常により、電流漏洩防止機能が失われた場合にも、漏洩電流が被加熱体110を通じて人に漏洩電流が流れるのを防止し、安全を確保できる。
The first embodiment is also characterized in that the energization state of the
断線などのように異常状態が明確である場合は、通電状態が良好であるか否かの判断は容易である。熱刺激や経年的な劣化などのように通電状態が徐々に悪化する場合がある。この場合は、好ましくは予め実験などにより、通電状態と被加熱体110への漏洩電流との関係を求め、通電状態が安全を保証できる基準値を定める。基準値以下になったときインバータ回路102の出力低減もしくは出力停止を行う。
When the abnormal state is clear, such as disconnection, it is easy to determine whether the energized state is good. There may be a case where the energized state gradually deteriorates, such as thermal stimulation or deterioration over time. In this case, the relationship between the energized state and the leakage current to the
シールド体112のパターンの大きさを加熱コイル101と略同程度とし、形状をスリット201で分割された略円弧状としている。このパターンの両端の接続部202にそれぞれリード線122、123を接続している。これにより、略円形状の加熱コイル101に対して満遍なくシールドを施すことができるとともに加熱コイル101から発生する電界に対しても安定したシールド効果を生むことができる。検知部103が接続部202間の通電状態を検知するので、シールド体自体が損傷等で断線しても的確に異常状態を検出できる。
The size of the pattern of the
検知部103は、本体の電源スイッチ(図示せず)を入れると、加熱コイル101に通電していない状態においても常時シールド体112に電流を流して、その導通状態の検知を行っている。加熱コイル101に通電していない状態において検知部17が異常状態を検知した場合は、使用者が加熱を操作する前にインバータ回路102の出力を停止することができ、より高い安全性を維持できる。加熱コイル101からの漏洩電流があっても検知部103がシールド体112の導通状態を検知できる場合は、検知部103は加熱コイル101に通電中も動作する。
When the power switch (not shown) of the main body is turned on, the
なお、本実施の形態ではシールド体を設け、かつ、シールド体の導通状態(通電状態)を常に(加熱コイルの停止時にも)チェックし、導通状態が基準値以下になると、制御部はインバータ回路を制御して、その出力を低減し又は停止させる。これにより漏洩電流が被加熱体を通して人体に流れることがなく安全である。 In the present embodiment, a shield body is provided, and the conduction state (energization state) of the shield body is always checked (even when the heating coil is stopped). To reduce or stop its output. As a result, the leakage current does not flow to the human body through the body to be heated and is safe.
実施の形態1の誘導加熱装置は、シールド体112の導通が悪化したことを表示する表示部(警告LED116)と、そのことを報知する報知部(圧電ブザー(警告ブザー)115)とを有した。表示部及び報知部のいずれか一方のみを有していても良い。
The induction heating device of the first embodiment has a display unit (warning LED 116) that displays that the continuity of the
誘導加熱装置は、螺旋状に巻かれた加熱コイル101の外終端の電位が内周端の電位より低い構成を有する。底面が大きな被加熱体110(例えば大きな直径を有する鍋)を加熱する場合、シールド体112の外周側を経由し、加熱コイル101と被加熱体110とを接続する浮遊容量(等価容量)が発生する。本構成においては、加熱コイル101の外終端の電位が低いので、加熱コイル101と被加熱体110とを接続する浮遊容量(等価容量)に印加される電圧は非常に低い。加熱コイル101から被加熱体110を通じて使用者に漏洩電流がほとんど流れない。
The induction heating apparatus has a configuration in which the potential at the outer end of the
以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、被加熱物に触れた際の漏洩電流の低減を図ることができるので、被加熱物を誘導加熱し、被加熱物に使用者が触れるおそれのある加熱装置等の用途にも適用できる。 As described above, since the induction heating device according to the present invention can reduce the leakage current when touching the object to be heated, the object may be heated by induction heating and the user touching the object to be heated. It can also be applied to uses such as a heating device.
101 加熱コイル
102 インバータ回路
110 被加熱体
112 シールド体
122、123、135 接続線
124 加熱コイル保持部材
129、132 接続部
131 シールドリング
DESCRIPTION OF
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JP2014116087A (en) * | 2012-12-06 | 2014-06-26 | Panasonic Corp | Induction heating cooker |
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