JP2006228543A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な条件で正確に被加熱体の高温状態を検知し、安全で使い勝手の良い誘導加熱装置を実現することを目的とする。
【解決手段】制御手段８は、制御量の時間変化に応じて高周波インバータ１の加熱出力を抑制または停止するように制御するとともに、加熱出力を制御する制御量の判定値を温度検知手段９の検知温度によって変更するようにしたものである。これによって、被加熱体６の種類や載置状態、あるいは装置を構成するトッププレート１０やスイッチング素子３の温度、揚げ物などの調理後といった様々な条件の違いを排除して、被加熱体６の温度が確実に高くなっていることを検出できるため、安全で使い勝手の良いものとすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般家庭やオフィス、レストランなどで使用される誘導加熱装置に関するものである。

従来、誘導加熱装置は、空焚きなどにより被加熱体（調理鍋など）が異常な高温状態となるのを防ぐため、高周波インバータの入力電流が一定となった後の高周波インバータにおける制御量の時間的な変化によって被加熱体の温度を検知する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２４７２３７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、被加熱体の材質や径などによってパラメータの変化度合いが異なるため、被加熱体の温度と制御量の変化度合いが一意でないために設計が困難で精度も低いという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、様々な条件で正確に被加熱体の高温状態を検知し、安全で使い勝手の良い誘導加熱装置を実現することを目的としたものである。

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、制御手段が制御量の時間変化に応じて高周波インバータの加熱出力を抑制または停止するように制御するとともに、加熱出力を制御する制御量の判定値を温度検知手段の検知温度によって変更するようにした誘導加熱装置とするものである。

これによって、被加熱体の種類や載置状態、あるいは装置を構成するトッププレートやスイッチング素子の温度、揚げ物などの調理後といった様々な条件の違いを排除して、被加熱体の温度が確実に高くなっていることを検出できるため、安全で使い勝手の良いものとすることができる。

本発明の誘導加熱装置は、被加熱体の高温状態を確実に検知して高周波インバータの加熱出力を抑制または停止し、安全で使い勝手の良い誘導加熱装置が実現できる。

第１の発明は、スイッチング素子、被加熱体を加熱する誘導加熱コイル、および共振コンデンサを有する高周波インバータと、この高周波インバータに電力を供給する電源と、高周波インバータの入力電流を検知する検知手段と、高周波インバータを制御する制御手段と、被加熱体の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記制御手段は、制御量の時間変化に応じて高周波インバータの加熱出力を抑制または停止するように制御するとともに、加熱出力を制御する制御量の判定値を温度検知手段の検知温度によって変更するようにした誘導加熱装置とすることにより、被加熱体の種類や載置状態、あるいは装置を構成するトッププレートやスイッチング素子の温度、揚げ物などの調理後といった様々な条件の違いを排除して、被加熱体の温度が確実に高くなっていることを検出できるため、安全で使い勝手の良いものとすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、温度検知手段の検知温度が所定値より大の場合に判定値を変更することにより、揚げ物などの調理後は温度検知手段が高温となっているため、そのような場合は制御量の時間的変化も早くなるのでその差を補正し、被加熱体が高温であることを検出する温度の誤差を少なくすることが可能となる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、複数の温度検知手段を有し、複数の温度検知手段の温度差が所定値より大の場合に判定値を変更することにより、被加熱体の熱容量が小さいことがわかるため、判定値を変更することによって被加熱体が高温であることを検出する温度の誤差を少なくすることが可能となる。

第４の発明は、特に、第３の発明において、複数の温度検知手段の検知温度が高周波インバータの加熱開始後に高くなるものと低くなるものがある場合に判定値を変更することにより、一方の温度検知手段の検知温度が下がるということは何らかの調理後であるために温度検知手段が暖まっていることを示しており、また他方の温度検知手段の検知温度が上がるというといことは局部的に急激に温度が上がっていることを示し、つまり、これは径が小さい被加熱体を加熱しているということがわかるため、それに応じた判定値とすることで被加熱体が高温であることを検出する温度の誤差を少なくすることが可能となる。

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。

（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示すものである。

図１に示すように、本実施の形態における誘導加熱装置は、高周波インバータ１と、この高周波インバータ１に電力を供給する電源２と、高周波インバータ１の入力電流を検知するカレントトランスなどの検知手段７と、高周波インバータ１を制御する制御手段８と、トッププレート１０上に載置した調理鍋などの被加熱体６の温度を検出する温度検知手段９とを備えている。そして、制御手段８は、制御量の時間変化に応じて高周波インバータ１の加熱出力を抑制または停止するように制御するとともに、加熱出力を制御する制御量の判定値を温度検知手段９の検知温度によって変更するようにしたものである。

前記高周波インバータ１は、電源２によって供給された電力を、電流経路を切り替えて供給するスイッチング素子３、スイッチング素子３の切り替えで電力が供給され被加熱体６を加熱する誘導加熱コイル４、および誘導加熱コイル４と直列に接続された共振コンデンサ５を有するものである。

電源２は、商用の単相１００Ｖまたは２００Ｖの交流電源をダイオードブリッジで直流化した直流電源を高周波インバータ１に供給する。通常、直流電源は昇圧コンバータなどの昇圧手段で昇圧されたものを用いる場合が多いが、それに限定するものではない。ここでは、昇圧コンバータを含めて電源２としている。電源２の電圧を昇圧しておくことによって、高周波インバータ１に同電力を供給する場合に電流を減らすことが可能であるため、高周波インバータ１を構成する各部品の部品定格を下げることが可能となり、部品の小型化と低コスト化を可能として、より安価で小型の製品とすることで使用者に便益をもたらすことができるため、電源２の電圧は高い方が望ましい。

ここで、高周波インバータ１は、電源２によって供給された電力をスイッチング素子３によって電流経路を切り替えて誘導加熱コイル４に高周波電流を供給する。誘導加熱コイル４からは高周波磁界が発生し、被加熱体６内には電磁誘導による渦電流が流れ、そのジュール熱のために被加熱体６が加熱されるものである。

高周波インバータ１の制御としては、高周波インバータ１の入力電流を検知手段７によって制御手段８に入力し、誘導加熱装置の使用者が設定した入力電力とするべく制御手段８がフィードバック制御を行っている。

また、図に示すように、温度検知手段９により被加熱体６の温度を検出し、被加熱体６の温度に応じて制御手段８は高周波インバータ１の電力を制御する。例えば、揚げ物調理を行う場合には、被加熱体６の温度を２００度前後の温度で保つために温度検知手段９で温度を計測し、制御手段８が高周波インバータ１の電力を制御する。あるいは、被加熱体６である調理鍋に内容物が入っていない空焚きの状態の場合、被加熱体６の温度は急激に上昇して調理鍋が赤熱するといった危険な状態となる。そのような状態で調理鍋に油を落とすと、発火に至るために火災の原因となってしまう。このような状態を回避するため、安全機能として温度検知手段９によって計測された被加熱体６の温度が高温である場合には、制御手段８が高周波インバータ１の電力を抑制または停止する機能を有している。

図２は、高周波インバータ１の駆動周波数と入力電力の相関を示しており、実線は被加熱体６が低温時の時の相関、破線は被加熱体６が高温時の相関を示している。一般的に抵抗率は温度上昇に伴い上昇するため、誘導加熱コイル４を含む共振回路のインピーダンスが変化する。その結果、被加熱体６の温度によって駆動周波数との相関が変化し、高周波インバータ１の入力電力を維持するためには、駆動周波数を徐々に低下させていく必要がある。

その結果を図３に示している。入力電力を増加させるために駆動周波数を徐々に低下させていき、時間Ｔ１となって入力電力が一定となる。被加熱体６の温度が一定であれば駆動周波数も一定となるが、既述のとおり被加熱体６の温度が上昇するに伴って抵抗値が変化するためにそれに応じて駆動周波数が低下していく。このＴ１以降の駆動周波数の時間的な変化により、被加熱体６の温度上昇を計測する。

例えば、被加熱体６である調理鍋に内容物が入っていない空焚きの場合は被加熱体６の温度上昇が大きいため、それに伴って駆動周波数の時間的な変化も大となる。したがって、そのような場合は空焚きであると判定して高周波インバータ１の加熱出力を停止または抑制することによって温度上昇を抑え、危険な状態を回避することが可能となる。

以上、駆動周波数の時間的な変化によって被加熱体６の温度上昇を判別する方法について説明したが、これは高周波インバータ１の駆動周波数によって高周波インバータ１の加熱出力を制御している場合であって、高周波インバータ１の加熱出力制御を、高周波インバータ１を構成するスイッチング素子３の導通割合を示す導通比や、電源２から高周波インバータ１に供給する電圧を制御する昇圧コンバータの昇圧比によって制御する場合には、それぞれその制御パラメータの時間的な変化に表れるため、同様の検知が可能であり、駆動周波数の変化に限定するものではない。

しかしながら、このような検知方式の場合、被加熱体６の径や材質によって熱容量が異なるため一意の判定値で判定を行うと、被加熱体６の温度がそれほど上がっていないにも関わらず空焚きと検知して加熱出力が低下したり、逆に被加熱体６の温度が危険なほど上昇していても空焚きと検知することができないといったりする場合が存在していた。また、揚げ物調理などを行った後はトッププレート１０が高温となっているため、被加熱体６をトッププレート１０上に置くと、トッププレート１０からの熱伝導によって被加熱体６の温度が上昇するために誤差が生じる。

本実施の形態では、制御手段８が制御量の時間変化に応じて高周波インバータ１の加熱出力を抑制または停止するように制御するとともに、加熱出力を制御する制御量の判定値を温度検知手段９の検知温度によって変更するようにしたことにより、トッププレート１０の状態を検出してトッププレート１０から被加熱体６に熱伝導する熱量の分の誤差を補正することができ、被加熱体６の種類や載置状態、あるいは装置を構成するトッププレート１０やスイッチング素子３の温度、揚げ物などの調理後といった様々な条件の違いを排除して、被加熱体６の温度が確実に高くなっていることを検出できるため、安全で使い勝手の良いものとすることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置について説明する。基本構成は、実施の形態１と同様であるので、相違点についてのみ説明する。

本実施の形態における誘導加熱装置は、温度検知手段９の検知温度が所定値より大の場合に加熱出力を制御する制御量の判定値を変更するようにしたものである。

実施の形態１で説明したように、揚げ物調理などを行った場合、トッププレート１０は１５０℃以上の温度となっている場合がある。その後、被加熱体６として常温の調理鍋などに置き換えて加熱を行った場合、調理鍋などは誘導加熱による温度上昇とは別にトッププレート１０からの熱伝導によっても温度が上昇する。抵抗率の変化は温度に起因するので、その熱がどこからきたかには関係なく抵抗率が変化し、それに伴って制御量も変化する。しかし、実施の形態１で説明したように制御量の時間変化によって温度を検出しているため、トッププレート１０からの熱伝導によって温度上昇が時間的に早くなっている分が検出の誤差要因となる。

本実施の形態では、温度検知手段９が所定値より大の場合にトッププレート１０からの熱伝導による誤差を考慮するために判定値を変更し、より正確に被加熱体６の温度を検出することが可能となり、機器の安全性を高めることができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における誘導加熱装置について説明する。基本構成は、実施の形態１と同様であるので、相違点についてのみ説明する。

本実施の形態における誘導加熱装置は、図４、図５に示すように、複数の温度検知手段９ａ、９ｂを有し、複数の温度検知手段９ａ、９ｂの温度差が所定値より大の場合に加熱出力を制御する制御量の判定値を変更するようにしたものである。温度検知手段９ａは誘導加熱コイル４を巻くときの中心に配置し、温度検知手段９ｂは誘導加熱コイル４を分割したその間に配置している。

図５に示すように、誘導加熱装置では誘導加熱コイル４を巻くときの中心Ａよりもコイル幅の中心であるＢとＣの位置が最も磁界が集中して温度が高くなる。そのため、温度検知手段９ａと温度検知手段９ｂを比較すると、温度検知手段９ａよりも分割された誘導加熱コイル４の間に置かれた温度検知手段９ｂの温度が高くなる。

その傾向は熱容量の小さい被加熱体６の方が顕著となる。すなわち、熱容量の大きい調理鍋などは位置による温度の差が少ないが、熱容量の小さい調理鍋などはその位置による温度差が大きい。具体的には、熱容量の小さい調理鍋などは誘導加熱コイル４を巻くときの中心上とコイル幅の中心上の温度差が１００℃前後の差があるのに対し、熱容量の大きい調理鍋などではその差が５０℃にも満たない程度である。よって、２つの温度検知手段９ａ、９ｂの温度差から被加熱体６の熱容量が大きいのか小さいのかが判別できる。

本実施の形態では、複数の温度検知手段９ａ、９ｂの温度差が大きい場合には熱容量の小さい被加熱体６であることがわかるため、判定値を変更することによって短時間で急激に温度が上昇するような熱容量の小さい被加熱体６でも早く空焼きを検知することが可能となり、検出する温度の誤差を少なくし機器の安全性を高めることができる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における誘導加熱装置について説明する。基本構成は、実施の形態１と同様であるので、相違点についてのみ説明する。

本実施の形態における誘導加熱装置は、複数の温度検知手段９ａ、９ｂの検知温度が高周波インバータ１の加熱開始後に高くなるものと低くなるものがある場合に加熱出力を制御する制御量の判定値を変更するようにしたものである。

加熱を開始しているにもかかわらず、例えば、温度検知手段９ａの検知温度が下がるということより、何らかの調理後であるために温度検知手段が暖まっていることを示しており、また他方の温度検知手段９ｂの検知温度が上がるというといことは局部的に急激に温度が上がっていることを示している。つまり、これは径が小さい被加熱体を加熱しているということがわかるため、それに応じた判定値とすることで被加熱体６が高温であることを検出する温度の誤差を少なくすることが可能となる。

したがって、本実施の形態では、検出する温度の誤差を少なくし機器の安全性を高めることができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、被加熱体の高温状態を確実に検知して高周波インバータの加熱出力を抑制または停止し、安全で使い勝手の良いので、一般家庭やオフィス、レストランなどで使用される誘導加熱調理器として適用できる。

本発明の実施の形態１、２における誘導加熱装置の構成を示すブロック図 同誘導加熱装置の駆動周波数と入力電力の相関を示す図 同誘導加熱装置の被加熱体の温度と入力電力および駆動周波数の時間変化を示す図 本発明の実施の形態３、４における誘導加熱装置の構成を示すブロック図 同誘導加熱装置における被加熱体の温度分布を示す図

符号の説明

１ 高周波インバータ
２ 電源
３ スイッチング素子
４ 誘導加熱コイル
５ 共振コンデンサ
６ 被加熱体
７ 検知手段
８ 制御手段
９ 温度検知手段
１０ トッププレート

Claims (4)

1. スイッチング素子、被加熱体を加熱する誘導加熱コイル、および共振コンデンサを有する高周波インバータと、この高周波インバータに電力を供給する電源と、高周波インバータの入力電流を検知する検知手段と、高周波インバータを制御する制御手段と、被加熱体の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記制御手段は、制御量の時間変化に応じて高周波インバータの加熱出力を抑制または停止するように制御するとともに、加熱出力を制御する制御量の判定値を温度検知手段の検知温度によって変更するようにした誘導加熱装置。
2. 温度検知手段の検知温度が所定値より大の場合に判定値を変更する請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 複数の温度検知手段を有し、複数の温度検知手段の温度差が所定値より大の場合に判定値を変更する請求項１に記載の誘導加熱装置。
4. 複数の温度検知手段の検知温度が高周波インバータの加熱開始後に高くなるものと低くなるものがある場合に判定値を変更する請求項３に記載の誘導加熱装置。

Images