JP2009163894A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】共通アームに流れる負荷電流を抑制し、共通アームに使用するスイッチング素子の電流容量を下げた低コストの誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】直流電源回路２の母線間にそれぞれ接続された第１および第２アーム８、９と、第１および第２アーム８、９間に配置され、前記母線間に接続された共通アーム７と、共通アーム７の出力点と第１アーム８の出力点との間に挿入され、第１加熱コイル２５と共振コンデンサ２６からなる第１の負荷回路２７と、共通アーム７の出力点と第２アーム９の出力点との間に挿入され、第２加熱コイル２８と共振コンデンサ２９からなる第２の負荷回路３０と、第１および第２加熱コイル２５、２８に略同時に通電する際、共通アーム７への駆動信号に対して、第１アーム８への駆動信号を進み位相とし、第２アーム９への駆動信号を遅れ位相とする制御回路３１とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の加熱口を備えた誘導加熱調理器に係わり、その加熱口に対応して設けられた複数の加熱コイルにフルブリッジ式インバータ回路を用いて通電し複数の被加熱物を略同時に加熱する誘導加熱調理器に関するものである。

従来の誘導加熱調理器は、共通電流路の２つのスイッチング素子に対し、２つの加熱コイルに対応して設けられた各個別電流路の２つのスイッチング素子がそれぞれブリッジ状に結合されてなるフルブリッジ式インバータ回路を備え、その共通電流路の第１および第２のスイッチング素子を制御信号により一定周波数で交互にオン／オフすると共に、２つの個別電流路の第３および第４のスイッチング素子をそれぞれ同一周波数の制御信号で交互にオン／オフし、その制御信号の位相差を加熱出力に応じて変えるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１８５９８６号公報

前述した従来の誘導加熱調理器では、共通電流路を有するフルブリッジ式インバータ回路を用いることで低コスト化を図ると共に、加熱口間の駆動周波数差による干渉音を防止している。しかし、共通電流路には各個別電流路の負荷電流が略同位相で重畳することになり、共通電流路を構成する２つのスイッチング素子に電流容量の大きい高価なスイッチング素子を使用しなければならないという課題があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、共通電流路である共通アームに流れる負荷電流を抑制し、共通アームに使用するスイッチング素子の電流容量を下げた低コストの誘導加熱調理器を得ることを目的とする。

本発明に係る誘導加熱調理器は、交流電源を直流に変換する直流電源回路と、直流電源回路の母線間にそれぞれ直列に接続された２個のスイッチング素子を有する第１アームおよび第２アームと、第１アームおよび第２アームと同様に前記母線間に直列に接続された２個のスイッチング素子を有する共通アームと、第１アームおよび第２アームと共通アームをそれぞれ制御するインバータ制御手段と、共通アームの２個のスイッチング素子の接続点と第１アームの２個のスイッチング素子の接続点との間に挿入され、第１の加熱コイルとその共振コンデンサからなる第１の負荷回路と、共通アームの２個のスイッチング素子の接続点と第２アームの２個のスイッチング素子の接続点との間に挿入され、第２の加熱コイルとその共振コンデンサからなる第２の負荷回路とを備え、インバータ制御手段は、第１および第２加熱コイルに略同時に通電する際、共通アームへの駆動信号に対して、第１アームおよび第２アームへの駆動信号の一方を進み位相とし、他方への駆動信号を遅れ位相としたものである。

本発明によれば、第１および第２加熱コイルに略同時に通電する際、共通アームへの駆動信号に対して、例えば、第１アームへの駆動信号を進み位相とし、第２アームへの駆動信号を遅れ位相としたので、共通アームに接続された２つの負荷回路に印加される電圧位相が従来方式より異なり、２つの負荷回路に流れる電流の位相ずれが大きくなり、このため、２つの負荷回路に流れる電流の位相差が小さい場合と比べて共通アームに流れる電流を抑制することができ、共通アームでのスイッチング素子の損失が低減し、第１および第２アームのスイッチング素子と同等のスイッチング素子を使用できる低コストの誘導加熱装置を提供できる。

図１は本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器の構成を示す回路図である。
図において、直流電源回路２は、ダイオードブリッジ回路３と、リアクトル４および平滑コンデンサ５とから構成され、商用交流電源１からの交流電力を直流電力に変換する。インバータ回路６は、直流電源回路２の出力母線間にそれぞれ挿入された共通アーム７、第１加熱コイル２５用の第１アーム８および第２加熱コイル２８用の第２アーム９を備え、共通アーム７を共有とするフルブリッジ式インバータ回路からなっている、共通アーム７は、直流電源回路２の出力母線間に直列に接続された２個のスイッチング素子１０、１１と、各スイッチング素子１０、１１にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード１２、１３とから構成され、第１アーム８は、前記の出力母線間に直列に接続された２個のスイッチング素子１５、１６と、各スイッチング素子１５、１６にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード１７、１８とから構成され、第２アーム９は、前記と同様に出力母線間に直列に接続された２個のスイッチング素子２０、２１と、各スイッチング素子２０、２１にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード２２、２３とからなっている。なお、これ以降、出力母線の高電位側のスイッチング素子１０、１５、２０をそれぞれ上スイッチ、低電位側のスイッチング素子１１、１６、２１をそれぞれ下スイッチと呼ぶことにする。

共通アーム７の上スイッチ１０と下スイッチ１１の接続点（以下、「出力点」という）と第１アーム８の出力点間には、第１加熱コイル２５とその共振コンデンサ２６から構成される第１の負荷回路２７が接続されている。また、共通アーム７の出力点と第２アーム９の出力点間には、第２加熱コイル２８とその共振コンデンサ２９から構成される第２の負荷回路３０が接続されている。これにより、第１の負荷回路２７には共通アーム７の出力点と第１アーム８の出力点の電位差が印加され、第２の負荷回路３０には共通アーム７の出力点と第２アーム９の出力点の電位差が印加される。

インバータ制御手段である制御回路３１は、２つの加熱口から略同時に被加熱物を加熱する際、共通アーム駆動回路１４、第１アーム駆動回路１９および第２アーム駆動回路２４を制御して同一周波数の駆動信号を出力させ、共通アーム７への駆動信号に対して第１アーム８への駆動信号を進み位相とし、その位相差を制御して第１加熱コイル２５における加熱出力を調整し、また、共通アーム７への駆動信号に対して第２アーム９への駆動信号を遅れ位相とし、その位相差を制御して第２加熱コイル２８における加熱出力を調整する。

ここで、前記のように構成された本実施の形態の誘導加熱調理器において、インバータ回路６の共通アーム７の駆動に対して第１アーム８と第２アーム９を遅れ位相で駆動したときの動作について図２を用いて説明する。これは、後述する本実施の形態におけるインバータ回路６の共通アーム７に流れる電流の違いを説明するためである。

図２は実施の形態におけるインバータ回路の共通アームの駆動に対して第１アームと第２アームを遅れ位相で駆動したときの参考用波形図である。この図は、前述したように共通アーム７への駆動信号に対して、第１アーム８への駆動信号と第２アーム９への駆動信号を共に遅れ位相とした場合の駆動信号と、第１の負荷回路２７および第２の負荷回路３０に印加される電圧と、第１の負荷回路２７および第２の負荷回路３０のそれぞれに流れる電流の主要成分である一次周波数成分とを示している。インバータ回路６の駆動周波数は、第１の負荷回路２７および第２の負荷回路３０の共振周波数より高い周波数として、各負荷回路２７、３０に印加される高周波電圧より各負荷回路２７、３０に流れる高周波電流が遅れ位相で流れるようにしている。

図２において、φ１ａは共通アーム７への駆動信号に対する第１アーム８への駆動信号の遅れ位相差で、０°〜１８０°の範囲で調整可能であり、このφ１ａを大きくすると第１の負荷回路２７に印加される実効交流電圧は高くなり、第１加熱コイル２５に流れる電流も大きくなって加熱出力も大きくなる。同様に、φ２ａは共通アーム７への駆動信号に対する第２アーム９への駆動信号の遅れ位相差で、前記と同様に０°〜１８０°の範囲で調整可能であり、このφ２ａを大きくすると第２の負荷回路３０に印加される実効交流電圧は高くなり、第２加熱コイル２８に流れる電流も大きくなって加熱出力も大きくなる。

また、θ１ａは第１の負荷回路２７における印加電圧に対する負荷電流の遅れ位相差であり、θ２ａは第２の負荷回路３０における印加電圧に対する負荷電流の遅れ位相差である。θ１ａとθ２ａの値は、それぞれの負荷回路２７、３０のインピーダンスにより決まるので、第１加熱コイル２５と第２加熱コイル２８として同等の加熱コイルを使用し、それぞれの共振コンデンサ２６、２９として同等のコンデンサを使用している場合には、材質や鍋径等が同等の鍋（以下、「同等の鍋」と記す）を使用すれば、第１加熱コイル２５と第２加熱コイル２８のインピーダンスも同等となり、θ１ａとθ２ａの位相は近い値となる。

図２に示すように、共通アーム７への駆動信号に対して、第１アーム８への駆動信号と第２アーム９への駆動信号を共に遅れ位相（あるいは共に進み位相）で駆動したとすると、第１の負荷回路２７と第２の負荷回路３０に印加される電圧の位相は重なって近接し（位相差：（φ１ａ−φ２ａ）／２）、同等の鍋を使用した場合にはθ１ａ≒θ２ａとなるので、共通アーム７から第１の負荷回路２７に流れる電流との位相と、共通アーム７から第２の負荷回路３０に流れる電流の位相も近接する（位相差：（φ１ａ−φ２ａ）／２＋（θ１ａ−θ２ａ））。同時に、同等の鍋を同等の火力で加熱する場合には、φ１ａ≒φ２ａ、θ１ａ≒θ２ａとなるので、第１の負荷回路２７に流れる電流と第２の負荷回路３０に流れる電流は、ほぼ同等の大きさ、同等の位相となって、共通アーム７には、第１アーム８あるいは第２アーム９に流れる電流の約２倍の電流が流れることになる。

次に、図３を用いて、本実施の形態における誘導加熱調理器のインバータ回路６の動作を説明する。図３は実施の形態における誘導加熱調理器のインバータ回路の動作を示す波形図である。
図３は、共通アーム７への駆動信号に対して、第１アーム８への駆動信号を進み位相とし、第２アーム９への駆動信号を遅れ位相とした場合の駆動信号と、第１の負荷回路２７および第２の負荷回路３０に印加される電圧と、第１の負荷回路２７および第２の負荷回路３０のそれぞれに流れる電流の主要成分である１次周波数成分とを示している。ここで、φ１ｂは共通アーム７への駆動信号に対する第１アーム８への駆動信号の進み位相差で、φ２ｂは共通アーム７への駆動信号に対する第２アーム９への駆動信号の遅れ位相差であり、θ１ｂは第１の負荷回路２７における印加電圧に対する負荷電流の遅れ位相差、θ２ｂは第２の負荷回路３０における印加電圧に対する負荷電流の遅れ位相差である。

図３に示すように、共通アーム７への駆動信号に対して、第１アーム８へは進み位相（進み位相差：φ１ｂ）の駆動信号を出力し、第２アーム９へは遅れ位相（遅れ位相差：φ２ｂ）の駆動信号を出力した場合には、第１の負荷回路２７に印加される電圧と第２の負荷回路３０に印加される電圧との位相差は｛１８０°−(φ１ｂ＋φ２ｂ）／２｝となり、位相差φ１ｂ、φ２ｂが小さい範囲では大きな位相差を確保できる。

同等の鍋を加熱する場合には、第１の負荷回路２７における印加電圧に対する負荷電流の遅れ位相差θ１ｂと第２の負荷回路３０における印加電圧に対する負荷電流の遅れ位相差θ２ｂとは、ほぼ同等（θ１ｂ≒θ２ｂ）となるので、第１の負荷回路２７に流れる電流と第２の負荷回路３０に流れる電流との位相差は｛１８０°−（φ１ｂ＋φ２ｂ）／２＋（θ１ｂ−θ２ｂ）｝≒｛１８０°−（φ１ｂ＋φ２ｂ）／２｝となって、アーム間の駆動信号の位相差φ１ｂとφ２ｂが小さい範囲では、２つの負荷電流の位相差も大きくなる。共通アーム７に流れる第１の負荷回路２７の電流と第２の負荷回路３０の電流の和は、図２に示す共通アーム７への駆動信号に対して第１アーム８への駆動信号も第２アーム９への駆動信号も共に遅れ位相（あるいは共に進み位相）とした場合と比較して、低い電流値とすることができる。特に駆動信号の進み位相差と遅れ位相差の和（φ１ｂ＋φ２ｂ）を１２０°以下とすれば、第１の負荷回路２７の電流と第２の負荷回路３０の電流の位相差をほぼ１２０°以上とすることができるので、共通アーム７に流れる電流を、第１アーム８あるいは第２アーム９に流れる電流と略同等以下とすることができる。

以上のように実施の形態によれば、２つの加熱口を有する誘導加熱調理器において、第１加熱コイル２５用の第１アーム８および第２加熱コイル２８用の第２アーム９と、これらアーム８、９の共有としての共通アーム７とからなるフルブリッジ式インバータを備え、第１加熱コイル２５と第２加熱コイル２８に略同時に通電して２つの被加熱部を加熱する際、共通アーム７への駆動信号に対して、第１アーム８への駆動信号を進み位相とし、第２アーム９への駆動信号を遅れ位相としたので、加熱口間の鍋の干渉音を抑制すると共に、共通アーム７に流れる電流を抑制することが可能になり、このため、共通アーム７でのスイッチング損失を低減でき、他のアーム８、９のスイッチング素子と同等のスイッチング素子を使用できる低コストの誘導加熱調理器を提供できる。

なお、前記の実施の形態では、第１加熱コイル２５と第２加熱コイル２８として同等の加熱コイルを使用し、それぞれの共振コンデンサ２６、２９として同等のコンデンサを使用することとしたが、第１加熱コイル２５の巻き数を増やしてインダクタンス値を第２加熱コイル２８のインダクタンス値より大きくすることにより、あるいは第１加熱コイル２５の共振コンデンサ２６として第２加熱コイル２８の共振コンデンサ２９より大きな静電容量のコンデンサを使用することにより、第１の負荷回路２７の電流の遅れ位相差θ１ｂを第２の負荷回路３０の電流の遅れ位相差θ２ｂより大きくすることができれば、２つの負荷回路２７、３０の電流の位相差｛１８０°−（φ１ｂ＋φ２ｂ）／２＋（θ１ｂ−θ２ｂ）｝をより大きくして、共通アーム７に流れる電流を抑えることができる。

また、前記の実施の形態では、第１加熱コイル２５と第２加熱コイル２８に略同時に通電して２つの被加熱部を加熱する際、共通アーム７への駆動信号に対して、第１アーム８への駆動信号を進み位相とし、第２アーム９への駆動信号を遅れ位相としたことを述べたが、共通アーム７への駆動信号に対して、第１アーム８への駆動信号を遅れ位相とし、第２アーム９への駆動信号を進み位相としても良い。この場合も、加熱口間の鍋の干渉音を抑制すると共に、共通アーム７に流れる電流を抑制することが可能になり、このため、共通アーム７でのスイッチング損失を低減でき、他のアーム８、９のスイッチング素子と同等のスイッチング素子を使用できる低コストの誘導加熱調理器を提供できる。

本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器の構成を示す回路図である。 実施の形態におけるインバータ回路の共通アームの駆動に対して第１アームと第２アームを遅れ位相で駆動したときの参考用波形図である。 実施の形態における誘導加熱調理器のインバータ回路の動作を示す波形図である。

符号の説明

２ 直流電源回路、６ インバータ回路、７ 共通アーム、８ 第１アーム、９ 第２アーム、１４ 共通アーム駆動回路、１９ 第１アーム駆動回路、２４ 第２アーム駆動回路、２５ 第１加熱コイル、２７ 第１の負荷回路、２８ 第２加熱コイル、３０ 第２の負荷回路、３１ 制御回路。

Claims (5)

1. 交流電源を直流に変換する直流電源回路と、
   該直流電源回路の母線間にそれぞれ直列に接続された２個のスイッチング素子を有する第１アームおよび第２アームと、
   前記第１アームおよび第２アームと同様に前記母線間に直列に接続された２個のスイッチング素子を有する共通アームと、
   前記第１アームおよび第２アームと前記共通アームをそれぞれ制御するインバータ制御手段と、
   前記共通アームの２個のスイッチング素子の接続点と前記第１アームの２個のスイッチング素子の接続点との間に挿入され、第１加熱コイルとその共振コンデンサからなる第１の負荷回路と、
   前記共通アームの２個のスイッチング素子の接続点と前記第２アームの２個のスイッチング素子の接続点との間に挿入され、第２加熱コイルとその共振コンデンサからなる第２の負荷回路とを備え、
   前記インバータ制御手段は、前記第１および第２加熱コイルに略同時に通電する際、前記共通アームへの駆動信号に対して、前記第１アームおよび第２アームへの駆動信号の一方を進み位相とし、他方への駆動信号を遅れ位相としたことを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記インバータ制御手段は、前記第１および第２加熱コイルに略同時に通電する際、前記共通アームへの駆動信号に対して、前記第１アームへの駆動信号を進み位相とし、前記第２アームへの駆動信号を遅れ位相としたことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 前記インバータ制御手段は、前記第１および第２加熱コイルに略同時に通電する際、前記共通アームへの駆動信号に対して、前記第１アームへの駆動信号を遅れ位相とし、前記第２アームへの駆動信号を進み位相としたことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
4. 前記第１加熱コイルのインダクタンス値を前記第２加熱コイルのインダクタンス値より大きくして、前記第１の負荷回路の共振周波数を前記第２の負荷回路の共振周波数より低くしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の誘導加熱調理器。
5. 前記第１加熱コイルの共振コンデンサの静電容量を前記第２加熱コイルの共振コンデンサの静電容量より大きくして、前記第１の負荷回路の共振周波数を前記第２の負荷回路の共振周波数より低くしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の誘導加熱調理器。

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