JP2008147056A - 誘導加熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】温度検知手段の破壊や、接続不良などが発生した場合には故障検知ができ、インバータ回路のスイッチング手段が熱破壊することをなくした誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路23と、インバータ回路の制御回路25と、インバータ回路の電源電流を検知する電流検知手段37とを備え、制御回路25はスイッチング手段の温度を検知する第1の温度検知手段27と、負荷24の温度を検知する第2の温度検知手段28と、故障検知手段29とを有し、電流検知手段により所定以上の電流値を検知し且つ第2の温度検知手段により検知した温度変化量が所定以上であるにも関わらず、第1の温度検知手段により所定以上の温度変化量が検知できなければ第1の温度検知手段が故障であると判断する。これによって、インバータ回路のスイッチング手段が熱破壊することをなくすことができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、誘導加熱調理器やその他の加熱装置として用いられる誘導加熱装置に関するものである。
近年、誘導加熱装置として、特に、誘導加熱調理器が安全かつ清潔であるという特性が注目され、普及してきている。そして、その加熱制御としては、インバータ回路のスイッチング手段の温度を温度検知手段で検知し、その温度によってインバータ回路の入力を制御する方式が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平10−154579号公報
しかしながら、前記従来の構成では、例えば、温度検知手段であるサーミスタ本体の破壊や、半田不良による接続不良などが発生した場合には、本来検出するべきインバータ回路のスイッチング手段の温度検知ができなくなる。このため、温度検知手段の検知温度に応じて動作するインバータ回路への入力制限機能が果たせなくなる。よってスイッチング素子の温度上昇を抑制することができず、スイッチング素子は温度過昇によって熱破壊に至る場合も発生する。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、温度検知手段の破壊や、接続不良などが発生した場合には故障検知ができ、インバータ回路のスイッチング手段が熱破壊することをなくした誘導加熱装置を提供することを目的とする。
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、加熱コイルとスイッチング手段を有し、直流を高周波交流に変換して加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、インバータ回路の動作を制御する制御回路と、インバータ回路に入力される電源電流の大きさを検知する電流検知手段とを備え、前記制御回路はスイッチング手段の温度を検知する第1の温度検知手段と、加熱コイルにより加熱される負荷の温度を検知する第2の温度検知手段と、電流検知手段により所定以上の電流値を検知し且つ第2の温度検知手段により検知した温度変化量が所定以上であるにも関わらず、第1の温度検知手段により所定以上の温度変化量が検知できなければ第1の温度検知手段が故障であると判断する故障検知手段とを有するものである。
これによって、電流検知手段により電源電流供給を検知して且つ第2の温度検知手段により負荷の温度を検知することで負荷への誘導加熱の発生、すなわちインバータ回路の動作状態を把握して、動作中であればスイッチング手段にはスイッチング損失が発生するために発熱が発生し放熱する。このため第1の温度検知手段によりその温度変化を検知できれば故障ではなく、逆に検知できなければ、第1の温度検知手段の破壊や、接続不良などが発生したために温度検知が不可能であると故障検知手段によって判断することができ、インバータ回路のスイッチング手段の熱破壊をなくすことができる。
本発明の誘導加熱装置は、温度検知手段の破壊や、接続不良などが発生した場合には故障検知ができ、インバータ回路のスイッチング手段の熱破壊をなくすことができる。
第1の発明は、加熱コイルとスイッチング手段を有し、直流を高周波交流に変換して加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、インバータ回路の動作を制御する制御回路と、インバータ回路に入力される電源電流の大きさを検知する電流検知手段とを備え、前記制御回路はスイッチング手段の温度を検知する第1の温度検知手段と、加熱コイルにより加熱される負荷の温度を検知する第2の温度検知手段と、電流検知手段により所定以上の電流値を検知し且つ第2の温度検知手段により検知した温度変化量が所定以上であるにも関わらず、第1の温度検知手段により所定以上の温度変化量が検知できなければ第1の温度検知手段が故障であると判断する故障検知手段とを有する誘導加熱装置としたものである。これによって、電流検知手段により電源電流供給を検知して且つ第2の温度検知手段により負荷の温度を検知することで負荷への誘導加熱の発生、すなわちインバータ回路の動作状態を把握して、動作中であればスイッチング手段にはスイッチング損失が発生するために発熱が発生し放熱する。このため第1の温度検知手段によりその温度変化を検知できれば故障ではなく、逆に検知できなければ、第1の温度検知手段の破壊や、接続不良などが発生したために温度検知が不可能であると故障検知手段によって判断することができ、インバータ回路のスイッチング手段の熱破壊をなくすことができる。
第2の発明は、特に、第1の発明において、スイッチング手段の駆動を開始した時点での第1の温度検知手段の検知温度に応じて、故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を判断するための第1の温度検知手段による温度変化量の所定値を変更するものである。ここで、負荷の種類やインバータ回路の入力、および冷却ファンなどによる冷却条件などに変更がなければ、第1の温度検知手段の検知する温度、すなわちスイッチング手段のスイッチング損失に伴う発熱による温度上昇はいずれ安定して所定値で飽和するため、スイッチング手段が駆動を開始した時点での第1の温度検知手段の検知温度が高いほど飽和温度との温度差は小さくなる。このため温度変化量を検知しにくくなる。スイッチング手段の駆動を開始した時点での第1の温度検知手段の検知温度に応じて温度変化量の所定値を最適な値に変更することで、故障検知手段により第1の温度検知手段の故障と誤検知するのを防止することができる。
第3の発明は、特に、第1または第2の発明において、スイッチング手段の駆動を開始した時点での第2の温度検知手段の検知温度に応じて、故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を判断するための第2の温度検知手段による温度変化量の所定値を変更するものである。ここで、インバータ回路の入力および負荷などの種類に変更がなければ、第2の温度検知手段の検知する温度、すなわち誘導加熱による負荷自身の発熱による温度上昇はいずれ安定して所定値で飽和するため、スイッチング手段が駆動を開始した時点での第2の温度検知手段の検知温度が高いほど飽和温度との温度差は小さくなる。このため、温度変化量を検知しにくくなる。スイッチング手段の駆動を開始した時点での第2の温度検知手段の検知温度に応じて温度変化量の所定値を最適な値に変更することで、故障検知手段により第1の温度検知手段の故障と誤検知するのを防止することができる。
第4の発明は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明において、故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を検知した場合には、インバータ回路への入力を制限する入力制限手段を有するものである。これにより、第1の温度検知手段が故障してスイッチング手段の発熱を検知できなくなった場合には、誘導加熱を継続させた場合にもスイッチング手段が熱破壊しない温度レベルで温度飽和するように入力制限手段によってインバータ回路の入力を制限することで、スイッチング手段のスイッチング損失による発熱を低減させて熱破壊を防止することができる。
第5の発明は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明において、故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を検知した場合には、スイッチング手段の駆動を停止する駆動停止手段を有するものである。これにより、第1の温度検知手段が故障してスイッチング手段の発熱を検知できなくなった場合には、駆動停止手段からスイッチング手段の駆動を停止する信号を出力してインバータ回路の動作を停止させて負荷への誘導加熱を終了し、スイッチング手段の熱破壊を防止することができる。
第6の発明は、特に、第1〜第5のいずれか1つの発明において、スイッチング手段を強制的に冷却する冷却ファンと、故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を検知した場合に、冷却ファンの回転数を変化させるファン制御手段とを有するものである。これにより、第1の温度検知手段が故障してスイッチング手段の発熱を検知できなくなった場合には、誘導加熱を継続させた場合にもスイッチング手段が熱破壊しない温度で飽和するようにファン制御手段により冷却ファンの回転数を上げることで、スイッチング手段の温度上昇を抑制して熱破壊を防止することができる。
第7の発明は、特に、第1〜第6のいずれか1つの発明において、故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を検知したことを報知する報知手段を有するものである。これにより、第1の温度検知手段の故障を視覚または聴覚によって把握し易くし、使用者に問い合わせなどの適切な改善を促すことができる。
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2は、本発明の実施の形態1における誘導加熱装置として誘導加熱調理器を例示したものである。
図1(a)に示すように、本実施の形態では、商用電源21、整流回路22、インバータ回路23、インバータ回路23の動作を制御する制御回路25と、インバータ回路23に入力される電源電流の大きさを検知する電流検知手段37とを備えている。
インバータ回路23は、スイッチング手段23aと加熱コイル23bとを有し、直流を高周波交流に変換して加熱コイル23bに高周波電流を供給する。これにより、鍋などの負荷24を誘導加熱する。
制御回路25は、スイッチング手段23aを駆動する駆動手段26と、スイッチング手段23aの温度をトッププレート(図示せず)裏面から検知する第1の温度検知手段27と、加熱コイル23bにより加熱される負荷24の温度を検知する第2の温度検知手段28と、電流検知手段37により所定以上の電流値を検知し且つ第2の温度検知手段28により検知した温度変化量が所定以上であるにも関わらず、第1の温度検知手段27により所定以上の温度変化量が検知できなければ第1の温度検知手段27が故障であると判断する故障検知手段29と、故障検知手段29の検知結果によりインバータ回路23の入力を制限する信号を駆動手段26に出力する入力制限手段30と、冷却ファン31の回転数を制御するファン制御手段32と、第1の温度検知手段27の異常を使用者に報知する発光素子あるいは圧電素子などで構成された報知手段33とを有する。
また、図1(b)に示すように、スイッチング手段23aはアルミニウムなどからなる放熱体34に取り付けられており、冷却ファン31からの冷却風が送られるようになっている。また、印刷配線板35は、放熱体34を含むインバータ回路23の一部または全部と、第1の温度検知手段27を含む制御回路25の一部または全部を搭載している。そして、印刷配線板35の導体箔は制御回路25およびインバータ回路23を構成する電気回路部品の必要なもの同士を電気的に結合している。
また、サーミスタからなる第1の温度検知手段27は、印刷配線板35上の放熱体34と印刷配線板35との当接部のごく近傍に半田付けなどにより他の電気部品と同様に取り付けられているので、スイッチング手段23aのスイッチング損失によって変化するスイッチング手段23aの温度、すなわち放熱体34の温度を精度よく検知できる。
以上の構成における動作、作用を説明する。
駆動手段26がインバータ回路23のスイッチング手段23aを駆動して、商用電源21を整流回路22で整流した直流を高周波交流に変換し、加熱コイル23aから発生する磁束により負荷24を誘導加熱する。負荷24の加熱は、駆動手段26の出力でスイッチング手段23aの駆動タイミングを変化させて、加熱コイル23bに供給する高周波電流を変化させて制御している。
インバータ回路23が動作している間は、電流検知手段37は負荷24による消費電力に応じた電源電流値を検知し、またスイッチング手段23aはスイッチング損失によって発熱するため、その放熱手段として取り付けられた放熱体34の温度も同様に上昇するため、第1の温度検知手段27は放熱体34の温度上昇を検知して、図2(a)に示すように加熱開始時からT1以上の温度変化量を検知する。また負荷24は誘導加熱により発熱しているため、第2の温度検知手段28も同様に図2(a)に示すように加熱開始時からT2以上の温度変化量を検知するものである。
図2(b)は、第1の温度検知手段27であるサーミスタ本体の破壊や、半田不良によって印刷配線板35内に構成された温度検知回路との非接続などにより、第1の温度検知手段27に異常が発生した場合の、第1の温度検知手段27および第2の温度検知手段28の温度変化を示す。図に示すように、負荷24は加熱コイル23bから発生する磁束によって誘導加熱されているため、第2の温度検知手段28は負荷24の温度上昇を検知して加熱開始時からT2以上の温度変化量を検知しているのは、図2(a)と同様である。ところが、第1の温度検知手段27は先に述べたとおり異常状態であるため、放熱体34、すなわちインバータ回路23が動作していれば発生するはずであるスイッチング損失によるスイッチング手段23aの発熱を検知することができないため、加熱開始時からの温度変化量T1を検知することができない。このように第2の温度検知手段28によって温度変化量T2が検知されているにも関わらず第1の温度検知手段27によって温度変化量T1が検知できない場合で、且つ電流検知手段37が所定以上の電流値を検知しておれば、制御回路25に備えられた故障検知手段29は、第1の温度検知手段27が先に述べた異常状態であると判断して、その判断結果を入力制限手段30、ファン制御手段32および報知手段33にそれぞれ信号伝達する。
入力制限手段30は故障検知手段29からの信号入力によって、駆動手段26にインバータ回路23の入力を制限する信号を出力し、これを受けた駆動手段26はスイッチング手段23aのスイッチングタイミングを変化させて、スイッチング手段23aの温度が許容耐熱温度以下で温度飽和されるようにインバータ回路23の入力を所定の入力値以下に制限する。これによって、インバータ回路23の動作が継続した場合にも、スイッチング手段23aは許容耐熱温度を超えて熱暴走あるいは熱破壊が生じることがないため、インバータ回路23が動作不能となることを防止する。
ファン制御手段32は、故障検知手段29からの信号伝達があった場合には、冷却ファン31の回転数を上昇させることで冷却ファン31の風量を増加させて、スイッチング手段23aおよび放熱体34の温度上昇を抑制する。
また、報知手段33、本実施の形態では圧電素子であるブザーを吹鳴させて、第1の温度手段27が異常状態であることを使用者に報知して問い合わせなどの適切な改善対策を促す。もちろん光や音声あるいはこれらの組み合わせであっても良い。
図2(c)は、例えば、加熱開始時の第1の温度検知手段27および第2の温度検知手段28の検知温度がそれぞれ高温である場合の温度変化を示す。図に示すように、負荷24の種類やインバータ回路23の入力、および冷却ファン31などの冷却性能などに変化がなければ、第1の温度検知手段27および第2の温度検知手段28の飽和温度には変化がないため、加熱開始時の検知温度が高温であるほど第1の温度検知手段27および第2の温度検知手段28ともに、それぞれの飽和温度までの温度変化量は小さくなる。極端に言えば、温度飽和状態において加熱停止後に即加熱再開というような状態が発生した場合には、温度変化量は0となってしまう。そのため、加熱開始時の検知温度が低温である場合と同様の温度変化量T1およびT2を故障検知手段29による判断条件として有した場合には、第1の温度検知手段27の異常状態を誤検知する場合が生じてしまう。
そこで、故障検知手段29は、加熱開始時の第1の温度検知手段27が高温であれば、第1の温度検知手段27の異常を判断するための温度変化量を、T1からT1’に減少させる。同様に、加熱開始時の第2の温度検知手段28が高温であれば、第2の温度検知手段28の異常を判断するための温度変化量を、T2からT2’に減少させて、動作開始温度に応じて適宜最適な値にて異常判断を実行する。
以上のように、本実施の形態においては、インバータ回路に入力される電源電流の大きさを検知する電流検知手段37と、スイッチング手段23aの温度を検知する第1の温度検知手段27と、負荷24の温度を検知する第2の温度検知手段28と、電流検知手段37により所定以上の電流値を検知して且つ第2の温度検知手段28により検知した温度変化量がT2以上であるにも関わらず第1の温度検知手段27によりT1以上の温度変化量が検知できなければ、第1の温度検知手段27が故障であると判断する故障検知手段29とを有する構成とすることにより、電流検知手段37により電源電流供給を検知して且つ第2の温度検知手段28により負荷24の温度変化量T2を検知することで負荷24への誘導加熱の発生、すなわちインバータ回路23の動作状態を把握して、動作中であればスイッチング手段23aにはスイッチング損失が発生するために発熱が発生し、スイッチング手段23aの発熱を放熱するための放熱体34にも温度上昇が発生するが、近傍に取り付けられた第1の温度検知手段27によりその温度変化量T1を検知できなければ、第1の温度検知手段27は、サーミスタ本体の破壊や、半田不良により印刷配線板35内に構成された温度検知回路とサーミスタの非接続などが発生したために温度検知が不可能であると故障検知手段29によって判断することが可能となる。
また、本実施の形態においては、スイッチング手段23aの駆動を開始した時点での第1の温度検知手段27の検知温度に応じて、故障検知手段29により第1の温度検知手段27の故障を判断するための、第1の温度検知手段27による温度変化量の所定値をT1からT1’に変更する構成とすることにより、負荷24の種類やインバータ回路23の入力、および冷却ファン31などによる冷却条件に変更がなければ、第1の温度検知手段27の検知する温度、すなわちスイッチング手段23aのスイッチング損失に伴う発熱による温度上昇はいずれ安定して飽和するため、スイッチング手段23aが駆動を開始した時点での検知温度が高いほど先に述べた飽和温度との温度差は小さくなるため温度変化量T1を検知しにくくなる。スイッチング手段23aの駆動を開始した時点での第1の温度検知手段27の検知温度に応じて温度変化量を最適な値T1’に変更することで、故障検知手段29により第1の温度検知手段27の故障と誤検知するのを防止することができる。
また、本実施の形態においては、スイッチング手段23aの駆動を開始した時点での第2の温度検知手段28の検知温度に応じて、故障検知手段29により第1の温度検知手段27の故障を判断するための、第2の温度検知手段28による温度変化量の所定値をT2からT2’に変更する構成とすることにより、インバータ回路23の入力および負荷24の種類などに変更がなければ、第2の温度検知手段28の検知する温度、すなわち誘導加熱による負荷自身の発熱による温度上昇はいずれ飽和するため、スイッチング手段23aが駆動を開始した時点での第2の温度検知手段28の検知温度が高いほど先に述べた飽和温度との温度差は小さくなるため温度変化量T2を検知しにくくなる。スイッチング手段23aの駆動を開始した時点での第2の温度検知手段28の検知温度に応じて温度変化量を最適な値T2’に変更することで、故障検知手段29により第1の温度検知手段27の故障と誤検知するのを防止することができる。
また、本実施の形態においては、故障検知手段29により第1の温度検知手段27の故障を検知した場合には、インバータ回路23の入力を制限する入力制限手段30を有する構成とすることにより、第1の温度検知手段27が故障してスイッチング手段23aの発熱を検知できなくなった場合には、誘導加熱を継続させた場合にもスイッチング手段23aが熱破壊しない温度レベルで温度飽和するように入力制限手段によってインバータの入力を制限することで、スイッチング手段のスイッチング損失による発熱を低減させて熱破壊を防止することができる。
また、本実施の形態においては、放熱体34を強制的に冷却する冷却ファン31と、故障検知手段29により第1の温度検知手段27の故障を検知した場合には、冷却ファン31の回転数を変化させるファン制御手段32とを有する構成とすることにより、第1の温度検知手段27が故障してスイッチング手段23aの発熱を検知できなくなった場合には、誘導加熱を継続させた場合にもスイッチング手段23aが熱破壊しない温度で飽和するようにファン制御手段32により冷却ファン31の回転数を上げることで、スイッチング手段23aの温度上昇を抑制して熱破壊を防止することができる。
また、本実施の形態においては、故障検知手段29により第1の温度検知手段27の故障を検知したことを報知する報知手段33を有する構成とすることにより、第1の温度検知手段27の故障を視覚または聴覚によって把握し易くし、使用者に問い合わせなどの適切な改善を促すことができる。
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2における誘導加熱装置の構成を示すものである。実施の形態1と基本構成は同じであるので、異なる部分のみについて説明する。
図に示すように、本実施の形態では、故障検知手段29の検知結果によりスイッチング手段23aの駆動を停止する駆動停止手段36を備えたものである。
第2の温度検知手段28によって温度変化量T2が検知されたにも関わらず、第1の温度検知手段27によって温度変化量T1が検知できない場合には、制御回路25に備えられた故障検知手段29は、第1の温度検知手段27がサーミスタ本体の破壊や、半田不良によって印刷配線板35内に構成された温度検知回路との非接続などにより異常が発生した場合には異常状態であると判断し、その判断結果を駆動停止手段36に伝達する。
駆動停止手段36は、故障検知手段29からの信号入力によって駆動手段26にスイッチング手段23aの駆動を停止する信号を出力し、これを受けた駆動手段26はスイッチング手段23aのスイッチングを停止させて誘導加熱を終了させる。すなわちスイッチング手段23aにはスイッチング損失による発熱は発生せず許容耐熱温度を超えて熱暴走あるいは熱破壊が生じることがないため、インバータ回路23が動作不能となることを防止する。
以上のように、本実施の形態においては、故障検知手段29により第1の温度検知手段27の故障を検知した場合には、スイッチング手段23aの駆動を停止する駆動停止手段36を有する構成とすることにより、第1の温度検知手段27が故障してスイッチング手段23aの発熱を検知できなくなった場合には、駆動停止手段36からスイッチング手段23aの駆動を停止する信号を出力してインバータ回路23の動作を停止させて負荷24への誘導加熱を終了することで、スイッチング手段23aの熱破壊を防止することができる。
以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、温度検知手段の破壊や、接続不良などが発生した場合には故障検知ができ、インバータ回路のスイッチング手段の熱破壊をなくすことができるので、誘導加熱調理器はもちろんのこと、その他の一般の誘導加熱としても適用することができる。
本発明の実施の形態1における誘導加熱装置の構成を示すブロック図 同誘導加熱装置の温度検知を示す特性図 本発明の実施の形態2における誘導加熱装置の構成を示すブロック図
符号の説明
21 商用電源
22 整流回路
23 インバータ回路
24 負荷(鍋)
25 制御回路
26 駆動手段
27 第1の温度検知手段
28 第2の温度検知手段
29 故障検知手段
30 入力制限手段
31 冷却ファン
32 ファン制御手段
33 報知手段
34 放熱体
35 印刷配線板
36 駆動停止手段
37 電流検知手段

Claims (7)

  1. 加熱コイルとスイッチング手段を有し、直流を高周波交流に変換して加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、インバータ回路の動作を制御する制御回路と、インバータ回路に入力される電源電流の大きさを検知する電流検知手段とを備え、前記制御回路はスイッチング手段の温度を検知する第1の温度検知手段と、加熱コイルにより加熱される負荷の温度を検知する第2の温度検知手段と、電流検知手段により所定以上の電流値を検知し且つ第2の温度検知手段により検知した温度変化量が所定以上であるにも関わらず、第1の温度検知手段により所定以上の温度変化量が検知できなければ第1の温度検知手段が故障であると判断する故障検知手段とを有する誘導加熱装置。
  2. スイッチング手段の駆動を開始した時点での第1の温度検知手段の検知温度に応じて、故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を判断するための第1の温度検知手段による温度変化量の所定値を変更する請求項1に記載の誘導加熱装置。
  3. スイッチング手段の駆動を開始した時点での第2の温度検知手段の検知温度に応じて、故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を判断するための第2の温度検知手段による温度変化量の所定値を変更する請求項1または2に記載の誘導加熱装置。
  4. 故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を検知した場合には、インバータ回路への入力を制限する入力制限手段を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
  5. 故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を検知した場合には、スイッチング手段の駆動を停止する駆動停止手段を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
  6. スイッチング手段を強制的に冷却する冷却ファンと、故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を検知した場合に、冷却ファンの回転数を変化させるファン制御手段とを有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
  7. 故障検知手段により第1の温度検知手段の故障を検知したことを報知する報知手段を有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
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