JP2011129262A - 電磁誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】 アルミ製又は銅製の加熱しにくい鍋を使用すると電力損失が大きくなり、部品の劣化を誘導し電磁誘導加熱調理器の寿命が短くなる。
【解決手段】 誘導加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、入力電力を演算する電力演算回路と、出力電流が過電流設定値を越えるとインバータ回路を停止させる過電流検出回路と、電力演算値と電力設定値とを差動増幅する電力制御用差動増幅回路と、電流制限設定値を出力する電流制限設定回路と、出力電流値と電流制限設定値とを差動増幅する電流制御用差動増幅回路と、電力制御用差動増幅値及び電流制御用差動増幅値の大きい方を選択する電流制限制御回路とを備えた電磁誘導加熱調理器において、前記電流制限設定回路は、電力設定値に応じて電流制限設定値が変化すると共に電流制限設定値の最大値が過電流設定値以下であること、を特徴とする電磁誘導加熱調理器である。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ回路を使用して誘導加熱コイルに高周波電流を供給し電磁誘導で鍋を加熱する電磁誘導加熱調理器に係り、特に、電流制限の技術に関するものである。

図７は、従来技術の電磁誘導加熱装置の電気接続図である。同図において、ＤＲ１は商用交流電源の出力を整流して直流電圧に変換する整流回路であり、Ｃ１は整流回路ＤＲ１で直流に変換した電圧を平滑する平滑コンデンサであり、ＴＲ１及びＴＲ２はハーフブリッジ形のインバータ回路を形成するスイッチング素子で、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが使用されている。Ｌは共振コンデンサＣ２、Ｃ３とで直列共振回路を形成する誘導加熱コイルで、この誘導加熱コイルの上に調理鍋を置いて電磁誘導により加熱を行う。

ＰＯは平滑コンデンサＣ１の電圧（インバータの入力電圧）を検出する電圧検出器ＰＴ１からの信号と、インバータの入力端の電流を検出する一次電流検出器ＣＴ１からの信号とを入力してインバータの入力電力を演算する電力演算回路で、ＤＣはスイッチング素子ＴＲ１、ＴＲ２を駆動する駆動回路である。

図８は図７に示す電力制御用差動増幅回路ＤＡ１の詳細図で、非反転入力端子に電力演算回路ＰＯからの入力信号Ｐｏが、反転入力端子に電力設定回路ＷＡによって設定した電力設定信号Ｗａがそれぞれ入力される。そして、電力制御用差動増幅回路ＤＡ１は、電力演算信号Ｐｏが電力設定信号Ｗａより小さいときは両者の編差分を増幅した負の電力制御用差動増幅信号Ｄａ１を出力し、電力演算信号Ｐｏが電力設定信号Ｗａより大きいときは両者の編差分を増幅した正の電力制御用差動増幅信号Ｄａ１を出力する。

運転指令回路ＳＣは、起動スイッチＳＷ及び過電流検出回路ＣＰの各信号に応じて、駆動回路ＤＣの動作を制御する。過電流検出回路ＣＰは、過電流設定回路ＩＯによって設定された予め定めた過電流設定信号Ｉｏと出力電流検出信号Ｃｔ２とを比較して出力電流検出信号Ｃｔ２が過電流設定信号Ｉｏより大きくなると過電流検出信号Ｃｐを出力し、運転指令回路ＳＣは過電流検出信号Ｃｐが入力されると駆動回路ＤＣの動作を停止し、誘導加熱コイルに流れる電流の供給を止める。

図８は図７に示す電流制御用差動増幅回路Ｄａ２の詳細図で、非反転入力端子に出力電流検出器ＣＴ２からの出力電流検出信号Ｃｔ２が、反転入力端子に電流制限回路ＩＣから電流制限信号Ｉｃがそれぞれ入力される。そして、電流制御用差動増幅回路ＤＡ２は、出力電流検出信号Ｃｔ２が電流制限信号Ｉｃより小さいときは両者の編差分を増幅した負の電流制御用差動増幅信号Ｄａ２を出力し、出力電流検出信号Ｃｔ２が電流制限信号Ｉｃより大きいときは両者の編差分を増幅した正の電流制御用差動増幅信号Ｄａ２を出力する。

電流制限制御回路は、図７に示す、ダイオードＤＲ２、ダイオードＤＲ３、抵抗器Ｒ１及びＶ／ＦコンバータＶＦによって形成されている。そして、電流制限制御回路は、ダイオードＤＲ２を介して電力制御用差動増幅回路ＤＡ１と、ダイオードＤＲ３を介して電流制御用差動増幅回路ＤＡ２と接続し、オアー論理を構成し、電力制御用差動増幅信号Ｄａ１及び電流制御用差動増幅信号Ｄａ２の最大値を選択しＶｉとして出力する。Ｖ／ＦコンバータＶＦは、Ｖｉの値に応じて周波数指令信号Ｖｆを出力し、駆動回路ＤＣでレベル変換してインバータ回路の出力周波数を制御する。

ステンレスの鍋を調理者が、例えば、規格外のアルミ製又は銅製の鍋に置き換えて煮物等の調理を行うと、鍋の材質の違いにより、例えば、図５に示すように電力設定値Ｗａをｃ点に設定したとき、インバータ回路の出力電流に大きな違いが生じる。このとき、アルミ製又は銅製の鍋で金属内部に大きな渦電流が発生するが、表面抵抗値が小さいために渦電流損失が小さくなりステンレスの鍋に比べて充分加熱できなくなる。
（例えば、特許文献１）

特開２００４−２５３３１３号公報

電磁誘導加熱調理器で規格外のアルミ製又は銅製の鍋を使用したとき、インバータ回路の出力電流が急激に増加するが、出力電流が所定値を越えないように、電流制限を設けてインバータ回路を形成する各スイッチング素子の保護を行っている。
そして、電流制限設定値は、ステンレス製の鍋に最大電力が供給できる電流を若干越えた値に設定されている。このとき、ステンレス製の鍋をアルミ製又は銅製の鍋に置き換えて使用するとインバータ回路の出力電流が急激に増加するが、この出力電流の増加に比べて鍋の電力供給が低く、鍋が充分加熱する前に電流制限設定値によってインバータ回路の出力電流が制限され鍋が充分加熱できない。
この鍋が充分加熱できない状態を長時間放置すると、インバータ回路を形成する各スイッチング素子の出力電流が最大定格近傍で出力し、スイッチング時に発生する熱損失によって部品の劣化を誘導し、製品の寿命を短くする。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ステンレス製の鍋からアルミ製又は銅製の鍋に置き換えて使用しても部品の劣化が抑制できる電磁誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、共振コンデンサと、前記共振コンデンサとともに直列共振回路を形成する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の入力電流と入力電圧とに基づいて入力電力を演算する電力演算回路と、前記インバータ回路の出力電流値を検出し予め定めた過電流設定値を越えると前記インバータ回路を停止させる過電流検出回路と、前記電力演算値と予め定めた電力設定値とを差動増幅して電力制御用差動増幅値を出力する電力制御用差動増幅回路と、予め定めた電流制限設定値を出力する電流制限設定回路と、前記出力電流値と予め定めた電流制限設定値とを差動増幅して電流制御用差動増幅値を出力する電流制御用差動増幅回路と、前記電力制御用差動増幅値及び前記電流制御用差動増幅値を入力して値の大きい方を前記インバータ回路を制御する周波数変換回路に出力する電流制限制御回路と、を備えた電磁誘導加熱調理器において、
前記電流制限設定回路は、前記電力設定値に応じて前記電流制限設定値が変化すると共に前記電流制限設定値の最大値が前記過電流設定値未満であること、をを特徴とする電磁誘導加熱調理器である。

第２の発明は、前記電流制限設定値は、前記電力設定値に応じて直線的又は放物線的に変化し前記電力設定値が予め定めた電力設定基準値を越えると前記変化が終了し最終変化値が維持されること、を特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱調理器である。

第３の発明は、前記電流制限設定値は、前記電力設定値に応じて台形的に変化し前記電力設定値が予め定めた電力設定基準値を越えると前記変化が終了し最終変化値が維持されること、を特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱調理器である。

第１の発明は、電力設定値に応じて電流制限設定値が変化する。このとき、電力設定値を、例えば、最大から中間に設定すると電流制限設定値は電力設定値の減少に応じて小さくなる。ステンレス製の鍋では電力設定値を中間に設定しても充分加熱できる。しかし、この状態でアルミ製又は銅製の鍋に置き換えると、インバータ回路の出力電流が急激に増加するが、この電流の増加に比べてアルミ製又は銅製の鍋では表面抵抗値が小さいために渦電流損失が小さくなり充分加熱できない。そして、インバータ回路を形成する各スイッチング素子の熱損失のみ大きくなる。
しかし、本発明では電力設定値の減少に応じて電流制限設定値を小さくするので、規格外のアルミ製又は銅製の鍋を加熱したとき熱損失が小さな電流制限設定値によって制限されるので、各スイッチング素子の熱損失が抑制でき熱損失による部品の劣化が防止できる。

上述の効果に加えて、本発明では、過電流設定値と電流制限設定値との差は、電力設定値が小さくなると大きくなる。
例えば、電力設定値を最大から中間にすると、過電流設定値と電流制限設定値との差が大きくなり、この状態でステンレス製の鍋からアルミ製又は銅製の鍋に置き換えると、インバータ回路の出力電流が急激に増加するが、電流制限設定値が小さく設定されるのでインバータ回路の出力電流も小さく制限される。このとき、出力制御の応答性の遅れにより出力電流の出力制限時にオーバシュートが発生する。しかし、過電流設定値と電流制限設定値との差が大きいために出力電流は過電流設定値に達する前に電流制限設定値で制限される。よって、ステンレス製の鍋からアルミ製又は銅製の鍋に置き換えたとき、過電流保護の動作によってインバータ回路の動作を停止することがなくなり、調理者が規格外の鍋を交換したときに感じる加熱が切れるという違和感を取り除くことができる。

第２の発明及び第３の発明は、電流制限設定値が電力設定値に応じて精度良く変化するので、ステンレス製の鍋から規格外のアルミ製又は銅製の鍋に置き換えたとき過電流保護の保護協調がさらに向上する。

本発明の実施形態１の電磁誘導加熱調理器の電気接続図である。 図１に示す、電流制限制御回路の詳細接続図である。 動作を説明する波形タイミング図である。 動作を説明する第２の波形タイミング図である。 電力設定値と出力電流との関係図である。 電力設定値と出力電流との関係図である。 従来技術の電磁誘導加熱調理器の電気接続図である。 図７に示す、電流制御用差動増幅回路及び電力制御用差動増幅回路の詳細 図である。

本発明の実施形態１について、図１〜図５を参照して説明する。図１は、本発明の電磁誘導加熱装置の電気接続図である。また、図２は図１に示す電流制限設定回路の詳細接続図である。図１において、図７に示す従来技術の電気接続図と同一符号は、同一動作を行うので相違する点についてのみ説明を行う。

図２は電流制限設定回路ＩＣ２の詳細図で、オペアンプで構成された加算回路とリミッタ回路とで形成され、加算回路は、電力設定回路ＷＡからの電力設定信号Ｗａと所定の基準信号Ｖａとを加算し、反転増幅して負の信号を出力する。リミッタ回路は、負の信号を正の信号に反転し、予め定めた電力設定基準値（ツェナ・ダイオードの基準電圧）未満のとき、電力設定信号Ｗａの値に応じて電流制限設定値Ｉｃ２を変化させ、電力設定基準値を越えると過電流設定値Ｉｏより小さい予め定めた電流制限設定値Ｉｃ２を出力する。このとき、電力設定信号Ｗａの値が零でも電流制限設定値Ｉｃ２の値は、加算回路により所定の値を出力する。

図１に示すように、Ｖ／ＦコンバータＶＦの入力端は抵抗器Ｒ１を介して接地されている。よって、電力制御用差動増幅回路ＤＡ１の出力信号Ｄａ１及び電流制御用差動増幅回路ＤＡ２の出力信号Ｄａ２は正の値とならない限りＶ／ＦコンバータＶＦの入力端の電圧は零電位に保たれ、Ｖ／ＦコンバータＶＦはその入力電位が零のときインバータを最低周波数で制御するための周波数信号を出力する。ここで、インバータ回路の最低周波数は、載置される調理鍋を含む加熱コイルＬと共振コンデンサＣ２，Ｃ３とからなる直列共振回路の共振周波数より若干高い値に設定される。

図３は、本発明の実施形態１の電磁誘導加熱調理器にアルミ製又は銅製の鍋を使用し、電力設定値Ｗａの増加に応じて電流制限設定値Ｉｃ２の値を増加させたときのタイミング図である。同図において、同図（Ａ）は、出力電流検出信号Ｃｔ２を示し、同図（Ｂ）は、電力設定信号Ｗａを示し、同図（Ｃ）は、電力演算信号Ｐｏを示し、同図（Ｄ）は、電流制御用差動増幅信号Ｄａ２を示し、同図（Ｅ）は、電力制御用差動増幅信号Ｄａ１を示し、同図（Ｆ）は、Ｖ／ＦコンバータＶＦの入力信号Ｖｉを示し、同図（Ｇ）は、電流制限設定値Ｉｃ２を示す。以後、同図を用いて動作を説明する。

アルミ製又は銅製の鍋を誘導加熱コイル上に載置し、図３に示す時刻ｔ＝ｔ０において、図１に示す電力設定回路ＷＡにより、図５に示す電力設定信号Ｗａの値をａ点から増加させると、電力設定信号Ｗａの値の増加に応じて、図３（Ｃ）に示す電力演算信号Ｐｏの値が増大していくが、それ以上に図３（Ａ）に示す出力電流検出信号Ｃｔ２の値の増加が著しい。

また、時刻ｔ＝ｔ０において、電力設定信号Ｗａの値が増加すると、図３（Ｅ）に示す電力制御用差動増幅信号Ｄａ１の値は減少し、逆に、同図（Ｄ）に示す電流制御用差動増幅信号Ｄａ２の値は増加する。同図（Ｆ）に示すＶ／ＦコンバータＶＦの入力信号Ｖｉは、ダイオードＤＲ２、ＤＲ３及びＶ／ＦコンバータＶＦの入力端の抵抗器Ｒ１によって、電力制御用差動増幅信号Ｄａ１又は電流制御用差動増幅信号Ｄａ２の正の電圧のどちらか大きい信号が入力信号Ｖｉとなる。Ｖ／ＦコンバータＶＦは、同図（Ｆ）に示す入力電圧Ｖｉの減少に応じて、インバータの出力周波数を減少させて誘導加熱コイルに流れる電流を増加させる。

時刻ｔ＝ｔ１において、図５に示す電力設定信号Ｗａの値がａ点からｂ点に増加すると、出力電流検出信号Ｃｔ２の値が電流制限設定信号Ｉｃ２の値より大きくなり図３（Ｄ）に示す電流制御用差動増幅信号Ｄａ２は正の電位となって出力する。このとき、図３（Ｅ）に示す電力制御用差動増幅信号Ｄａ１の値より大きくなり、ダイオードＤＲ２及びダイオードＤＲ３により、電流制御用差動増幅信号Ｄａ２が選択されＶ／ＦコンバータＶＦに入力する。

時刻ｔ＝ｔ２以後は、インバータ回路の出力周波数は電流制御用差動増幅信号Ｄａ２に応じて制御され、出力電流検出信号Ｃｔ２の値は、図５に示すｂ点の電流制限設定値で制限される。

上述より、ステンレス製の鍋を規格外のアルミ製又は銅製の鍋に置き換えたとき、誘導加熱コイルに流れる電流が急激に増加するが、電流制限設定値がステンレス製の鍋に対応した値に設定されているので、インバータ回路の出力電流が電流制限設定値によって制限される。これにより、規格外の鍋を使用してもインバータ回路を形成する各スイッチング素子の熱損失が抑制でき、部品の劣化が防止できる。また、電力設定値が小さいほど電流制限設定値が小さくなるので各スイッチング素子の熱損失の抑制がより大きくなる。

図４は、電磁誘導加熱調理器で加熱中にステンレス製の鍋からアルミ製又は銅製の鍋に置き換えたときのタイミング図である。同図において、同図（Ａ）は、出力電流検出信号Ｃｔ２を示し、同図（Ｂ）は、電力演算信号Pｏを示し、同図（Ｃ）は、電流制御用差動増幅信号Ｄａ２を示し、同図（Ｄ）は、電力制御用差動増幅信号Ｄａ１を示し、同図（Ｅ）は、Ｖ／ＦコンバータＶＦの入力信号Ｖｉを示す。以後、同図を用いて動作について説明する。

図５に示す電力設定信号Ｗａの値をｂ点に設定し、この状態でステンレス製鍋をアルミ製又は銅製の鍋に置き換えたとき、図４に示す時刻ｔ＝ｔ３において、急激な負荷変動が生じ出力電流検出信号Ｃｔ２の値が増加する。

電流制御用差動増幅回路ＤＡ２に応答遅れが存在するために、図４（Ａ）に示すｔ＝ｔ４において、出力電流に制限が係るときに出力電流検出信号Ｃｔ２は過度的にオーバシュートが発生し電流制限設定信号Ｉｃ２を越える。このとき、電力設定信号Ｗａの値が図５に示すｂ点の位置に設定され、過電流設定信号Ｉｏの値と電流制限設定信号Ｉｃ２の値との差は大きい。

図４に示す時刻ｔ＝ｔ４において、電流制御用差動増幅信号Ｄａ２が電力制御用差動増幅回路Ｄａ１より大きくなり、インバータ回路の制御は、電力制御用差動増幅回路Ｄａ１から電流制御用差動増幅信号Ｄａ２に切り換わる。このとき、Ｖ／ＦコンバータＶＦの図４（Ｅ）に示す入力信号Ｖｉの電位は上昇し、インバータの出力周波数を高くして誘導加熱コイルに供給する電流を抑制し、出力電流を電流制限設定信号Ｉｃ２の値と略同一にすので、出力電流検出信号Ｃｔ２の値は過電流設定信号Ｉｏまで達しない。

時刻ｔ＝ｔ４〜ｔ５において、出力電流検出信号Ｃｔ２の値は過電流設定信号Ｉｏの値に達しないので、ステンレス製の鍋からアルミ製又は銅製の鍋に置き換えても過電流保護が動作しインバータ回路を停止することがなくなり、調理者が鍋を交換したときに感じる加熱が切れるという違和感を取り除くことができる。

上述より、過電流設定値Ｉｏと電流制限設定値Ｉｃ２との差は、図５に示すように、例えば、電力設定値Ｗａがｃ点とｂ点とを比較すると電力設定値が小さいほど差が大きくなる。例えば、電力設定値を図５に示すｂ点に設定し、この状態で鍋を置き換えると、過電流設定値Ｉｏと電流制限設定値Ｉｃ２との差が大きく、この状態でステンレス製の鍋からアルミ製又は銅製の鍋に置き換えると、誘導加熱コイルに流れる電流が急激に増加するが、電流制限設定値が小さく設定されているので、出力電流が制限されるときに発生するオーバシュートの最大値するが過電流設定値に達しない。よって、電力設定値が小さくなるほど過電流保護の保護協調が向上する。

［実施形態２］
図６は、実施形態２の電力設定値と出力電流との関係図である。
実施形態１では、図５に示すように電力設定値Ｗaの増加に応じて電流制限設定値Ｉｃ２を直線的に増加させているが、電力設定値Ｗaの増加に応じて電流制限設定値Ｉｃ２を図６に示すように放物線又は台形的に増加させ、電力設定値Ｗａがｃ点（例えば、予め定めた電力設定基準値）を越えると図６に示す電流制限設定値Ｉｃ２の所定値に維持するようにしてもよい。

図６に示すように電流制限設定値Ｉｃ２を電力設定値Ｗａの増加に応じて放物線又は台形的に増加させることで、直線的に増加させるより精度のよい電流制限設定値Ｉｃ２が設定でき、規格外のアルミ製又は銅製の鍋を使用したとき過電流保護の保護協調がさらに向上する。

ＣＰ 過電流検出回路
Ｃ１ 平滑コンデンサ
Ｃ２ 共振コンデンサ
Ｃ３ 共振コンデンサ
ＣＴ１ 入力電流検出器
ＣＴ２ 出力電流検出器
ＤＣ 駆動回路
ＤＡ１ 電力制御用差動増幅回路
ＤＡ２ 電流制御用差動増幅回路
ＤＲ１ 整流回路
ＤＲ２ ダイオード
ＤＲ３ ダイオード
ＩＣ２ 電流制限設定回路
ＩＯ 過電流設定回路
Ｌ 誘導加熱コイル
ＰＯ 電力演算回路
ＰＴ１ 電圧検出器
Ｒ１ 抵抗器
Ｒ２ 抵抗器
Ｒ３ 抵抗器
Ｒ４ 抵抗器
Ｒ５ 抵抗器
ＳＣ 運転指令回路
ＳＷ 起動スイッチ
ＴＲ１ スイッチング素子
ＴＲ２ スイッチング素子
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ
ＷＡ 電力設定回路
Ｃｐ 過電流検出信号
Ｃｔ１ 入力電流検出信号
Ｃｔ２ 出力電流検出信号
Ｄａ１ 電力制御用差動増幅信号
Ｄａ２ 電流制御用差動増幅信号
Ｉｃ２ 電流制限設定信号
Ｉｏ 過電流設定信号
Ｐｏ 電力演算信号
Ｐｔ１ 電圧検出信号
Ｓｃ 運転指令信号
Ｓｗ 起動信号
Ｖｆ Ｖ／Ｆコンバータ信号
Ｗａ 電力設定信号

Claims (3)

1. 共振コンデンサと、前記共振コンデンサとともに直列共振回路を形成する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の入力電流と入力電圧とに基づいて入力電力を演算する電力演算回路と、前記インバータ回路の出力電流値を検出し予め定めた過電流設定値を越えると前記インバータ回路を停止させる過電流検出回路と、前記電力演算値と予め定めた電力設定値とを差動増幅して電力制御用差動増幅値を出力する電力制御用差動増幅回路と、予め定めた電流制限設定値を出力する電流制限設定回路と、前記出力電流値と予め定めた電流制限設定値とを差動増幅して電流制御用差動増幅値を出力する電流制御用差動増幅回路と、前記電力制御用差動増幅値及び前記電流制御用差動増幅値を入力して値の大きい方を前記インバータ回路を制御する周波数変換回路に出力する電流制限制御回路と、を備えた電磁誘導加熱調理器において、
   前記電流制限設定回路は、前記電力設定値に応じて前記電流制限設定値が変化すると共に前記電流制限設定値の最大値が前記過電流設定値未満であること、を特徴とする電磁誘導加熱調理器である。
2. 前記電流制限設定値は、前記電力設定値に応じて直線的又は放物線的に変化し前記電力設定値が予め定めた電力設定基準値を越えると前記変化が終了し最終変化値が維持されること、を特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱調理器。
3. 前記電流制限設定値は、前記電力設定値に応じて台形的に変化し前記電力設定値が予め定めた電力設定基準値を越えると前記変化が終了し最終変化値が維持されること、を特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱調理器。

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