JP2006019149A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】 小物負荷の温度上昇を抑えつつ、負荷検知動作を行い、かつ、負荷のあおりに対して速やかに火力を復帰させる。
【解決手段】 高周波電流に変換するインバータ手段３と、負荷が誘導加熱に対し適切か否かを判断する負荷検知手段６と、この負荷検知手段６が負荷を不適と判断したとき所定時間を周期的に計測する第１のタイマ手段７と、第１のタイマ手段７の計測開始とともに所定時間を間欠的に計測を開始する第２のタイマ手段８と、前記第２のタイマ手段８の所定時間中はインバータ手段３を通電するように制御する発振制御部５とを有し、前記第１のタイマ手段７の計測する回数にしたがって、前記第２のタイマ手段８の計測する所定時間を短くするとともに、第１のタイマ手段７の計測する回数が所定回数に達したとき、以後のインバータ手段３の通電を停止するように発振制御部５で制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、誘導加熱される負荷が適切か否かを判別してインバータ手段の発振制御を行う誘導加熱調理器に関するものである。

従来のこの種の誘導加熱調理器は、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で、効率よく加熱することができるもので、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によって、これらの置き換えが進んでいる。

また、使用者が誤ってナイフやフォーク等の小物負荷を加熱コイル近傍に置いて加熱しようとしても加熱できないように、さらに、加熱中に鍋などの負荷を取り去ったりした場合にも加熱が継続されないように、負荷が加熱に適しているか否かを、誘導加熱調理器への入力電流と、誘導加熱調理器内で発生する電圧・電流等のバランスとを検知して判別することができる負荷検知手段を備えることにより、安全性を高めている。

ただし、このような負荷検知手段において、負荷が適切でない状態から適切な状態に速やかに移行した場合には、使用者が再度通電指示操作を行うことなく自動的に加熱状態に移行できるように、間欠的に加熱コイルを通電する間欠通電を行って負荷検知手段を動作させ、負荷が適切か否かを判別し、負荷が適切ならば加熱復帰することができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、間欠的に加熱コイルに通電を行うため、小物負荷を置いた場合は誘導加熱により温度が上昇し、使用者が誤って触れると火傷をするおそれがあり、安全性の面から問題があった。

そのため使い勝手を悪くすることなく負荷不適時の消費電力の低減及び不適負荷の加熱防止を実現するため、間欠的に発振するインバータ手段の発振停止時間を、負荷不適状態の時間が短い時には短く、負荷不適状態の時間が長いときには長くするというように、負荷不適状態の時間に応じて変化させ、使い勝手を悪くすることなく間欠発振により消費電力を低減するようにした不適負荷の加熱防止方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平２−１１４４８６号公報

特許２９６４１００号公報

しかしながら、上記の従来技術においては下記のような課題が存在する。

誘導加熱調理器の加熱コイルの近傍で、調理のため鍋やフライパンをあおる動作を行う場合、このような動作は比較的短時間の周期で行われるため、負荷が不適な状態に移行し加熱停止した後、負荷が加熱復帰されるようになるには、間欠通電による負荷検知のタイミングと鍋やフライパンなどの負荷が正規の加熱位置に戻されることが必要であり、間欠通電の周期が長く加熱停止時間が長いと負荷検知手段による負荷の状態を検知するタイミングがまばらになり、そのため加熱復帰が遅れて負荷が加熱されるまでに時間がかかってしまい、調理の出来上がりが悪くなるという問題がある。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、請求項１では商用電源を整流する整流手段と、この整流手段で変換した直流電源を高周波電流に変換するインバータ手段と、このインバータ手段に接続され負荷を誘導加熱する加熱コイルと、負荷が誘導加熱に対し適切か否かを判断する負荷検知手段と、この負荷検知手段が負荷を不適と判断したとき所定時間を周期的に計測する第１のタイマ手段と、第１のタイマ手段の計測開始とともに所定時間を間欠的に計測を開始する第２のタイマ手段と、前記第２のタイマ手段の所定時間中はインバータ手段を通電するように制御する発振制御部とを有し、前記第１のタイマ手段の計測する回数にしたがって、前記第２のタイマ手段の計測する所定時間を短くするとともに、第１のタイマ手段の計測する回数が所定回数に達したとき、以後のインバータ手段の通電を停止するように発振制御部で制御するものである。

また、請求項２では第１のタイマ手段の計測する回数にしたがって、第２のタイマ手段によるインバータ手段の通電期間における発振設定を一定か、あるいは高くするように発振制御部で制御するものである。

本発明の誘導加熱調理器は、上記のように構成したことにより、負荷検知手段により負荷が加熱不適状態であることを検知した直後であっても、または検知後からしばらく時間が経過した後であっても、負荷検知手段の検知周期は常に一定の周期で行うため、どの時点で負荷が正規の加熱位置に戻されても短時間で加熱復帰することが可能である。

また、調理のため鍋やフライパンをあおる動作を行うと、短い周期で負荷の状態が変化するが、負荷が加熱不適状態に移行した直後は負荷検知手段の検知時間を長く設定してあるため、負荷が正規の加熱位置に戻されれば直ちに負荷が適切であることを検知でき、加熱復帰することが可能であり、調理の仕上がりが悪くなるようなことがない。

また、負荷が加熱不適状態に移行した直後は、負荷検知における通電電力を低く押さえるとともに通電時間を長く設定し、時間が経過するにしたがい通電電力を高くしていくとともに通電時間を短く設定していくことにより、小物負荷の温度上昇をより低く抑えることができるとともに、無駄な消費電力を低減することができる。

以下、本発明の一実施例を図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器のブロック図、図２は同じく発振制御部の発振設定例を示す図、図３は同じく負荷温度の変化を示す図、図４は従来例と本発明の一実施例における負荷検知期間の比較を示す図である。

図１において、１は商用電源。２は整流手段。３はインバータ手段で、商用電源１を整流手段２で変換した直流電源を入力し、接続された加熱コイル４に内蔵するスイッチング素子により高周波電流を流し、加熱コイル４の近傍に置かれた負荷を誘導加熱するものである。

５は発振制御部で、インバータ手段３の発振周波数や加熱コイル４に印可される高周波電力を可変するようにインバータ手段３を発振設定により制御している。

６は負荷検知手段で、加熱コイル４近傍に置かれた負荷が誘導加熱に適しているか否かを、インバータ手段３を動作させた時のインバータ手段３内のインバータ電流やインバータ電圧、インバータ手段３の入力電流などから判断するものである。

７は第１のタイマ手段で、負荷検知手段６が加熱不適と判断した場合に、所定の時間を間欠的に計測する。

８は第２のタイマ手段で、前記第１のタイマ手段７の計測開始とともに計測を開始し、所定の時間を計測する。

そして、発振制御部５は負荷検知手段６が加熱に適している負荷と判断した場合は、加熱コイル４に目標とする電力を引加して負荷を継続加熱するようにインバータ手段３を制御する。

そして、負荷検知手段６が加熱不適と判断した場合は、前記第２のタイマ手段８の計測状態の所定時間加熱コイル４を通電するようにインバータ手段３に対し発振設定を行い通電する。

また、第１のタイマ手段７の計測が所定回数に達した場合には、負荷が加熱に適していない、あるいは、無負荷であると判断し、発振制御部５は発振設定を発振停止状態にしてインバータ手段３を非通電状態にし、加熱コイル４の誘導加熱を停止する。

図２は、負荷検知手段６により負荷の状態が負荷不適と判断したときの発振制御部５の発振設定をタイムチャートで示したものである。

図２において、（ａ）は負荷検知手段６の負荷判断結果を示し、（ｂ）は発振制御部５の第１の発振設定例を示し、（ｃ）は同じく発振制御部５の第２の発振設定例を示したものである。

時刻Ｔ０で負荷状態が加熱の「適」から「不適」に変化すると、第１のタイマ手段７が所定時間Ｔａの計測を開始し、同時に第２のタイマ手段８もＴ１の計測を開始する。

そして、第１の発振設定例である（ｂ）は、Ｔ０まで発振設定は出力「大」、つまり加熱コイル４により負荷に引加する誘導加熱出力が高い状態で設定されていたが、Ｔ０で発振設定を誘導加熱出力の低い状態Ｓ１に設定する。そして、同時に第１のタイマ手段７は計測時間Ｔａの計測を開始し、また、同時に第２のタイマ手段８も計測を開始して期間Ｔ１の間、発振設定Ｓ１を継続し、Ｔ１経過後は発振設定を停止状態とする。そして第１のタイマ手段７によって２回目のＴａの計測が開始されると、第２のタイマ手段８は再度計測を開始して期間Ｔ２の間、発振設定をＳ２とし、Ｔ２経過後は発振設定を停止状態とする。以下、所定の継続時間Ｔｂに達するまでの間、負荷状態が「不適」に継続されていると、Ｔａの計測回数のｋ回目に発振設定がＳｋとなり、発振出力期間がＴｋに設定され、それがｎ回目まで続く。

第２の発振設定例（ｃ）も同様な動作であり、期間Ｔａにおける発振設定Ｓｋの発振出力期間Ｔｋが発振設定の停止状態の後になるという違いだけである。

そして、図２の発振設定において、第２のタイマ手段８の計測時間を、
Ｔ１≧Ｔ２≧・・・≧Ｔｋ≧・・・≧Ｔｎ
のごとく計測回数が増えるにしたがい一定か、あるいは短くなるように設定し、同時に発振制御部５の発振設定を
Ｓ１≦Ｓ２≦・・・≦Ｓｋ≦・・・≦Ｓｎ
のごとく計測回数が増えるにしたがい一定か、あるいは高くなるように設定する。

つまり、負荷が加熱不適になった直後は低めの電力を設定する発振設定とし、長めの時間で負荷検知を行い、加熱不適のまま時間が継続した場合は一定かあるいは徐々に発振設定のＳｎを高くしつつ、一定かあるいは短めの時間で負荷検知を行うようにしたものである。

これは、誘導加熱調理器で調理する人が鍋をあおる動作を考慮した場合に、鍋をずらした直後は再び鍋が正規の加熱位置に戻る場合が多いので、発振を停止している期間を極力減らす設定にし、鍋が正規の加熱位置に戻った場合に短時間に負荷が適切であることを検知して加熱復帰するとともに、加熱不適期間が継続した場合には無駄な電力を消費しないように短い発振設定時間にして、かつ短い時間でも発振設定を高くすることにより確実に高精度で負荷検知することができるようにしている。また、これにより小物負荷が加熱されて高温になることを防ぐことができる。

なお、負荷検知手段６における通常の負荷検知方法は、インバータ手段３に十分な発振（通電）期間と、発振設定（周波数やデューティなどを可変して行う加熱出力設定）がなされ、かつ、負荷の状態を検知する検知回路の出力が安定化するのに時間を要するため、当然のことながら、所定の期間で負荷検知を行う場合に、発振設定を低く抑えれば負荷検知手段６の検知精度は悪くなる傾向になる。逆に発振設定を高く設定すれば検知精度は向上するが、インバータ手段３のスイッチング素子に過負荷がかかり故障の原因になったり、ナイフやフォーク等の小物負荷が加熱されて高温になるという恐れがあるため、これらを総合的に考慮して図２に示すような発振設定を行うようにすればよい。

図３は上記の実施例において、小物負荷の温度変化を示したものである。

図３（ａ）、（ｂ）は第１のタイマ手段７および第２のタイマ手段８による計測期間は同じで、発振設定を（ａ）は一定とし、（ｂ）は計測回数により徐々に高く変化させたものである。また、（ｃ）は小物負荷の温度変化を示している。

図３において、第１のタイマ手段７による計測期間はＴであり、第２のタイマ手段８の計測期間を１、２回目は２Ｔ／３とし、３、４回目はＴ／２とし、５、６回目はＴ／３としている。また、発振設定はＳを発振設定の標準値として、（ａ）はＳ／３の一定とし、（ｂ）は回数とともにＳ／６、Ｓ／３、Ｓ／２と変化させている。

そして、（ｃ）に示すように、小物負荷の温度は負荷に投入される電力によって変化し、発振設定が（ａ）の場合に比べ、（ｂ）の場合の負荷温度の方が負荷に投入される電力がすくない分だけ相対的に低くなる。さらに、発振設定Ｓｎの値が安定して負荷判断をできる必要最小限の設定とし、この値がＳ／３とすることができれば、（ｂ）における５、６回目の温度変化は破線のごとくなり、さらに小物負荷の温度上昇を抑えることができる。

図４は上記の実施例において、鍋やフライパンなどの負荷をあおるような動作に対して速やかに負荷を検知し速やかに加熱復帰できることを説明する図である。

図４（ａ）は従来例における負荷不適時の発振設定パターンであり、（ｂ）は本実施例における発振設定パターンである。（ａ）では負荷の検知は最初は短い周期で行い、負荷不適状態が継続する時間が長くなるほど長い周期に移行していく。（ｂ）では周期は一定であるが、１周期の間の発振出力デューティが徐々に低くなっていく。

すなわち、（ａ）では最初に発振周期はＴ／２であり、発振出力期間はＴ／６であり、その後発振周期はＴに移行している。

（ｂ）では発振周期はＴで一定しているが、発振出力期間は２Ｔ／３から、Ｔ／２と変化している。

図において、発振出力が０の期間は負荷が在っても負荷検知手段６が検知できない。よって、負荷をあおっている最中に、たまたま発振出力が０の期間に正規の位置に置かれ直しても負荷を検知できないために加熱復帰することができない。

例えば図中の期間Ｃで負荷のあおりから正規位置に負荷が置かれた場合（負荷の不適検知から期間４Ｔ経過までの間）、それまでの負荷検知手段６の負荷検知の有効期間は、
（ａ）では （７Ｔ／６）／４Ｔ＝７／２４（＝２９．２％）
（ｂ）では （２Ｔ／３×３＋Ｔ／２）／４Ｔ＝５／８（＝６０％）
となり、（ｂ）の発振設定パターンでは、従来よりも負荷のあおりに対して速やかに負荷判断を行うことができ、短時間に加熱復帰させることが可能となる。よって、調理性能を大幅に向上させることが可能となる。

このように、負荷検知手段６により負荷が加熱不適状態であることを検知した直後であっても、または検知後からしばらく時間が経過した後であっても、負荷検知手段６の負荷が適切か否かを検知する周期は常に一定の周期で行うことにより、どの時点でも負荷が正規の加熱位置に戻されれば直ちに正常加熱に復帰することが可能である。

また、調理のため鍋やフライパンをあおる動作を行うと、短い周期で負荷の状態が変化するが、負荷が加熱不適状態に移行した直後は負荷検知手段６の検知時間設定を長く設定してあるため、負荷が正規の加熱位置に戻されれば直ちに負荷が適切であることを検知でき、加熱復帰することが可能であり、調理の仕上がりが悪くなるようなことがない。

また、負荷が加熱不適状態に移行した直後は、負荷検知における通電電力を低く押さえるとともに通電時間を長く設定し、時間が経過する毎に通電電力を高くしていくとともに通電時間を短く設定していくことにより、小物負荷の場合の負荷の温度上昇をより低く抑えることができるとともに、無駄な消費電力を低減することができる。

本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器のブロック図である。 同じく発振制御部の設定例を示す図である。 同じく負荷温度の変化を示す図である。 従来例と本発明の一実施例における負荷検知期間の比較を示す図である。

符号の説明

１ 商用電源
２ 整流手段
３ インバータ手段
４ 加熱コイル
５ 発振制御部
６ 負荷検知手段
７ 第１のタイマ手段
８ 第２のタイマ手段

Claims (2)

1. 商用電源（１）を整流する整流手段（２）と、この整流手段（２）で変換した直流電源を高周波電流に変換するインバータ手段（３）と、このインバータ手段（３）に接続され負荷を誘導加熱する加熱コイル（４）と、負荷が誘導加熱に対し適切か否かを判断する負荷検知手段（６）と、この負荷検知手段（６）が負荷を不適と判断したとき所定時間を周期的に計測する第１のタイマ手段（７）と、第１のタイマ手段（７）の計測開始とともに所定時間を間欠的に計測を開始する第２のタイマ手段（８）と、前記第２のタイマ手段（８）の所定時間中はインバータ手段（３）を通電するように制御する発振制御部（５）とを有し、前記第１のタイマ手段（７）の計測する回数にしたがって、前記第２のタイマ手段（８）の計測する所定時間を短くするとともに、第１のタイマ手段（７）の計測する回数が所定回数に達したとき、以後のインバータ手段（３）の通電を停止するように発振制御部（５）で制御することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 第１のタイマ手段（７）の計測する回数にしたがって、第２のタイマ手段（８）によるインバータ手段（３）の通電期間における発振設定を一定か、あるいは高くするように発振制御部（５）で制御することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
   
   

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