JP2011192575A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の破損を防ぎ、安定した調理が可能な誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】高周波磁界を発生させる誘導加熱コイル２３と、誘導加熱コイル２３に高周波電流を通電させるパワースイッチング素子２５と、パワースイッチング素子２５を駆動する駆動回路２７と、パワースイッチング素子２５の温度を検知するサーミスタ２６と、サーミスタ２６の出力によりパワースイッチング素子２５の駆動回路２７への出力を制御する制御手段２８を備え、制御手段２８は所定時間のサーミスタ２６の出力の変化からパワースイッチング素子２５の温度を推定し、この推定温度が一定以上である場合にパワースイッチング素子２５の駆動周波数をパワースイッチング素子２５の損失が少なくなるよう制御することにより、パワースイッチング素子や周辺の電子部品の破損を防ぎつつ、安定した調理性能を得ることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品の破損を防ぎ、安定した調理が可能な誘導加熱調理器に関するものである。

従来、この種の誘導加熱調理器は、スイッチング素子の温度により自動的に加熱コイルの出力を制御して、電子部品の破損を防ぎつつ調理を行なうものがある（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された従来の誘導加熱調理器を示すものである。

図７に示すように、出力制限手段１０は、温度検知手段１１によるパワースイッチング素子５の検知温度に応じて加熱コイル３の出力を自動的に制御する。

これによって、パワースイッチング素子５の温度上昇を抑制することができ、スイッチング素子へ十分な冷却風が得られない構成においても連続加熱時間の長い調理ができ、かつ、制限表示手段を備えることにより、出力の自動制限動作に対して、機器の誤作動が発生したと誤解することをなくすことができるものである。

特開２００５−２７６５５７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、パワースイッチング素子の温度を検出する手段にサーミスタ等の感温素子を利用するのが一般的であり、この場合、パワースイッチング素子とサーミスタの検知温度には差が生じ、その温度差も一定ではなく状況により変化する。

特に、温度上昇が激しい場合にパワースイッチング素子と感温素子の温度差が大きくなる。

この場合、電子部品の破損を第１に防ぐためには、パワースイッチング素子とサーミスタの温度差を考慮して火力を制限することに加え、さらに、この温度差は状況により大きく変化するため、余裕をもって火力制限する仕様とならざるをえず、その結果、パワースイッチング素子の温度に余裕がある場合でも火力制限することとなり、調理性能が落ちるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、サーミスタの絶対温度と時間とともに変化する温度変化からパワースイッチング素子の温度を推定し、この推定温度が一定以上である場合にパワースイッチング素子の駆動周波数をパワースイッチング素子の損失が少なくなるよう制御することにより、パワースイッチング素子や周りの電子部品の破損を防ぎ、安定した火力を入力することで調理性能の向上を図った誘導加熱調理器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、本発明の誘導加熱調理器は、高周波磁界を発生させる誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルに高周波電流を通電させるパワースイッチング素子と、パワースイッチング素子を駆動する駆動回路と、パワースイッチング素子の近傍に配置されたサーミスタと、パワースイッチング素子の駆動回路を制御する制御手段とを備え、制御手段は所定時間のサーミスタの出力からサーミスタの温度を検知し、このサーミスタの温度と時間による温度変化によりパワースイッチング素子の温度を推定し、この推定温度によりパワースイッチング素子の駆動周波数をパワースイッチング素子の損失が少なくなるよう制御するものである。

これによって、パワースイッチング素子とサーミスタの温度差が大きい場合などでもパワースイッチング素子の温度を推定し、パワースイッチング素子の損失が少なくなるよう制御することで、パワースイッチング素子や周辺の電子部品の破損を防ぎつつ、安定した調理性能を得ることが可能となる。

本発明の誘導加熱調理器は、パワースイッチング素子や周りの電子部品の破損を防ぎ、安定した火力を入力することで調理性能の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器のブロック図 （ａ）本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の加熱開始からの時間と温度および駆動周波数の関係を示した図（ｂ）本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の加熱開始からの時間と温度および駆動周波数の関係を示した図 本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器のブロック図 （ａ）本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の加熱開始からの時間と温度およびファン速度の関係を示した図（ｂ）本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の加熱開始からの時間と温度およびファン速度の関係を示した図 本発明の実施の形態３における誘導加熱調理器のブロック図 本発明の実施の形態３における誘導加熱調理器の加熱開始からの時間と温度および駆動周波数および入力電力の関係を示した図 従来の誘導加熱調理器のブロック図

第１の発明は、高周波磁界を発生させ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通電させるパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記パワースイッチング素子の近傍に配置されたサーミスタ（感温素子）と、前記パワースイッチング素子の前記駆動回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は所定時間のサーミスタの出力から前記サーミスタの温度を検知し、このサーミスタの温度と時間による温度変化により前記パワースイッチング素子の温度を推定し、この推定温度が一定以上である場合に、前記パワースイッチング素子の駆動周波数を前記パワースイッチング素子の損失が少なくなるよう制御するものである。

これによって、何らかの原因、例えばパワースイッチング素子のスイッチング損失が増加する種類の鍋を使用した場合や、パワースイッチング素子の周囲の温度が高い状態で加熱調理を継続して、パワースイッチング素子のスイッチング損失が増大することにより発熱量も増大し、パワースイッチング素子や周辺の電子部品の温度が急激に上昇した場合においても、パワースイッチング素子や周辺の電子部品の破損を防ぎつつ、安定した調理性能を得ることができる。

また、従来のようにインバータ回路への入力を制限するのではなく、パワースイッチング素子の駆動周波数を変更する制御であるため、パワースイッチング素子や周辺の電子部品の破壊にいたらない領域で最大限の火力を維持するので使用者は調理を続けることができ、使い勝手の良い誘導加熱調理器を実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の誘導加熱調理器において、パワースイッチング素子を冷却するためのファンを有し、制御手段は前記パワースイッチング素子の推定温度により前記ファンの回転数を制御するものである。

これにより、パワースイッチング素子の温度の推定温度が高い場合にはファンの回転数を上げることにより、パワースイッチング素子の温度を下げ、部品の破損を防ぐとともに入力をできる限り落とさずに加熱できることから安定した調理性能を確保することができる。逆にパワースイッチング素子の推定温度が十分低い場合には、ファンの回転数を低めに設定し、ファンによる騒音を低くできることから快適な調理環境を提供することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の誘導加熱調理器において、パワースイッチング素子の駆動周波数を変更した場合でも前記パワースイッチング素子の推定温度が上昇を続け、一定以上の温度に達した際に誘導加熱コイルに供給する電流を制限するものである。

これにより、吸排気口がふさがり冷却性能が極端に落ちている場合など、パワースイッチング素子の駆動周波数を制御してもパワースイッチング素子の温度上昇が続く場合においても、パワースイッチング素子や周辺の電子部品の破損を防ぎつつ、必要以上に入力を落とさないため安定した調理性能を得ることが可能となる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の誘導加熱調理器において、表示部を有し、パワースイッチング素子の駆動周波数を変更した場合でもパワースイッチング素子の推定温度が上昇し続け一定の温度に達した際に加熱を停止し、前記表示部に加熱停止したことを表示するものである。

これによって、吸排気口がふさがっている場合など、パワースイッチング素子の駆動周波数を制御してもパワースイッチング素子の温度上昇が続く場合においても、加熱停止することでパワースイッチング素子や周辺の電子部品の破損を防ぐことができ、パワースイッチング素子の温度が異常に高くなった原因が吸排気口の目詰まりである場合などは、表示部を利用して使用者に伝えることで原因を解消できる可能性があり、使い勝手のよい商品を提供することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の誘導加熱調理器において、雰囲気の温度を検知するサーミスタを、パワースイッチング素子の温度を検出するサーミスタとは別に有し、制御手段は所定時間の感温手段の出力の変化と雰囲気の温度により前記パワースイッチング素子の温度を推定するものである。

これによって、温度と時間による温度変化によりパワースイッチング素子の温度を推定する際に雰囲気温度測定用サーミスタの温度を使用することで推定温度の精度を高めることができ、雰囲気温度が高い場合、または低い場合においてもパワースイッチング素子の温度を正確に推定することができ、パワースイッチング素子や周辺の電子部品の破損を防ぎつつ、安定した調理性能を得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は、本発明の第１の実施の形態におけるブロック図である。

図１において、商用電源２１、ダイオードブリッジ２２、被加熱物を加熱する加熱コイル２３、加熱コイル２３に高周波電流を供給するインバータ回路２４、インバータ回路２４内のパワースイッチング素子２５、パワースイッチング素子２５の温度を検知するためにパワースイッチング素子２５の近傍に配置されたサーミスタ２６、サーミスタ２６の出力によりインバータ回路２４から加熱コイル２３へ供給される電流を制御するため駆動回路２７を制御する制御手段２８で構成している。

以上のように構成された誘導加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、交流電源である商用電源２１をダイオードブリッジ２２により直流電源とし、インバータ回路２４に入力する。インバータ回路２４は直流電源を高速スイッチングすることで高周波電流を加熱コイル２３に供給する。

インバータ回路２４の内部には高速スイッチングするためのパワースイッチング素子２５を備え、これを駆動する駆動回路２７は制御手段２８により制御される。この制御手段２８はマイコンを想定している。

このように制御手段２８が駆動回路２７を制御することでパワースイッチング素子２５を制御し、加熱コイル２３へ供給される電流を制御することから、制御手段２８により入力電力を制御することができる。

このとき、パワースイッチング素子２５は、高電圧の直流電源を高速でスイッチングする必要があるためオン、オフ時に大きなロスが発生し発熱する。このような大きなロスが発生するパワースイッチング素子を使用する場合には素子にヒートシンクを付け、ファンで冷却を行なうのが一般的であり、通常この冷却構成により問題なく動作し続けることができる。

ただし、状況によってはパワースイッチング素子２５の温度が通常時に比べ上昇する場合があり、この場合には部品の破損を防ぐ制御が必要となる。

通常時に比べ温度が上昇する場合というのは、加熱コイル上に置かれた被加熱物の特性、パワースイッチング素子２５のスイッチング損失が増加する種類の鍋を使用した場合など、すなわち、パワースイッチング素子２５が短絡動作状態で動作しているような場合を想定している。

このように、通常時に比べ温度が上昇する場合にもその温度を検知し、パワースイッチング素子２５の制御を行なう必要があるため、パワースイッチング素子２５の近傍にサーミスタ２６を配置し、サーミスタ２６の出力を制御手段２８に入力させることでパワースイッチング素子２５の温度を把握し、温度が高すぎる場合には駆動回路を変更し、部品の破壊を防ぐ制御を行なう。

ただし、サーミスタ２６はパワースイッチング素子２５の近傍にはあるが温度が完全に一致しない。特に、パワースイッチング素子２５の温度上昇が激しい場合にはサーミスタ２６との温度差が大きくなる。

このようなサーミスタ温度と実際のパワースイッチング素子２５の温度差が大きい場合においても部品の破損がなく安定した調理性能を実現するために、サーミスタ２６の温度と時間による温度変化によりパワースイッチング素子２５の温度を推定し、この推定温度が一定以上の高温となった場合にはインバータの駆動周波数を制御することで、パワースイッチング素子２５が短絡動作状態から通常動作状態に移行するため、パワースイッチング素子２５の発熱を抑制することができる。

実際の温度と駆動周波数の関係を図２で説明する。図２は（ａ）本発明の第１の実施の形態における誘導加熱調理器の加熱開始からの時間と温度および駆動周波数の関係を示した図、（ｂ）は本発明の第１の実施の形態における誘導加熱調理器の加熱開始からの時間と温度および駆動周波数の関係を示した図である。

図２（ａ）、（ｂ）において、それぞれのスタート時の駆動周波数は２３ｋＨｚとして、サーミスタ２６の温度上昇が小さい場合を（ａ）に、温度上昇が大きい場合を（ｂ）にそれぞれ示している。

まず、図２（ａ）から説明する。加熱を開始すると制御手段２８が駆動回路２７を制御し、パワースイッチング素子２５がスイッチングを開始する。前述の通りスイッチングに伴いロスが発生し、パワースイッチング素子２５の温度が上昇し、その近傍に配置されたサーミスタ２６の温度も上昇する。

（ａ）の点線のように加熱開始からの時間を横軸にすると、加熱開始直後の温度変化（傾き）が大きく、徐々に温度変化（傾き）が小さくなっていることが分かる。この温度変化（傾き）とサーミスタ温度によりパワースイッチング素子の推定温度を計算する。

この計算式の一例を示すが、これは実測またはシミュレーションにより決定する。
［推定温度］ ＝ ［サーミスタの温度］ ＋ ［サーミスタの温度変化 × 係数］ ＋ ［定数］
このようにサーミスタの温度が高く、温度変化（傾き）が大きい場合に推定温度が高くなる。

推定温度の計算結果を図２（ａ）の実線で示す。制御手段２８はこの推定温度の数値により加熱コイル２３へ供給される高周波電流を制御する。パワースイッチング素子２５の推定温度が上昇し、１００℃を超えた場合に駆動周波数を２３ｋＨｚから３１ｋＨｚに変更するような制御としているが、図２（ａ）の温度は１００℃に達していないため、２３ｋＨｚのまま制御し安定した状態となっている。

同様に図２（ｂ）のパワースイッチング素子２５の温度上昇が大きい場合について説明する。加熱開始後、図２（ａ）の場合に比べてサーミスタの検知温度の温度変化（傾き）が大きいことからパワースイッチング素子２５の推定温度が高くなり、駆動周波数を変更する。前述の通り１００℃を超えた場合に駆動周波数を２３ｋＨｚから３１ｋＨｚに変更する制御としている。

この結果、図２（ｂ）の場合では、加熱開始直後に急激に推定温度が上がるため駆動周波数を変更し、パワースイッチング素子２５の発熱を抑制することでサーミスタ２６の温度変化（傾き）が小さくなり、最終的には駆動周波数は３１ｋＨｚで安定する。

以上のように、本実施の形態においては実際のサーミスタ２６の温度ではなく、スイッチング素子２５の推定温度を使用し、その温度が高い場合に駆動周波数を制御することでパワースイッチング素子や周りの電子部品の破損を防ぎ、必要以上に入力を落とすこともないことから、安定した火力を入力することができ、調理性能の向上を図った誘導加熱調理器を提供することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施例における誘導加熱調理器のブロック図である。

本実施の形態は、冷却用のファン２９を設けた点が実施例１と異なるだけで、それ以外の同一構成及び作用効果を表す部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

図３において、制御手段２８はパワースイッチング素子２５の推定温度によりファン２９の回転数を制御する構成としている。

この動作を図４で説明する。図４（ａ）は本発明の第２の実施の形態における誘導加熱調理器の加熱開始からの時間と温度およびファン速度の関係を示した図（ｂ）は本発明の第２の実施の形態における誘導加熱調理器の加熱開始からの時間と温度およびファン速度の関係を示した図である。

ファン２９の回転速度は加熱開始時は低速とし、パワースイッチング素子２５の推定温度が６０℃以上で中速、１００℃以上で高速とする。

図４（ａ）では推定温度が６０℃を超えて安定しているため中速で安定する。図４（ｂ）の場合は加熱開始直後に推定温度が１００℃を超えているため高速になるが、その後推定温度が下がり中速で安定する。

ファン速度が速い方が冷却性能が上がり、パワースイッチング素子の温度上昇を抑制することができるが、一般的にファン速度が速いと騒音が増すため、ファン速度は低い方が快適な調理を行なうことができる。

以上のように、本実施の形態においては、パワースイッチング素子２５の温度が高い場合にのみファン速度を上げることで騒音を考慮した動作とすることができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態における誘導加熱調理器のブロック図である。

本実施の形態は、誘導加熱調理器に雰囲気温度を検知するためのサーミスタＢ３０を備えた点と、制御手段２８がパワースイッチング素子２５の推定温度によりインバータ回路２４に供給する電流を制限する機能、又は加熱を停止する機能を有する点、表示手段を有する点が実施の形態１と異なり、それ以外の同一構成及び作用効果を表す部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明する。ただし、サーミスタ２６はサーミスタＡとする。

図５において、雰囲気温度測定用にサーミスタＢ３０を設け、パワースイッチング素子２５の推定温度を算出する式に利用することでより正確にパワースイッチング素子の温度を推定することができる。

この動作により雰囲気温度が高い場合または低い場合においてもスイッチング素子２５の温度をより正確に推定でき、パワースイッチング素子や周りの電子部品の破損を防ぎ、必要以上に入力を落とすこともないことから、安定した火力を入力することができ調理性能の向上を図った誘導加熱調理器を提供することができる。

また、パワースイッチング素子２５の駆動周波数を変更した場合でもパワースイッチング素子２５の推定温度が上昇を続け、一定以上の温度に達した際に誘導加熱コイル２３に供給する電流を制限、または加熱を停止する動作について図６を使用して説明する。

図６は本発明の第３の実施の形態における誘導加熱調理器の加熱開始からの時間と温度および駆動周波数および入力電力の関係を示した図である。

図６において、パワースイッチング素子２５の推定温度が上昇し、１００℃を超えた場合に駆動周波数を２３ｋＨｚから３１ｋＨｚに変更するような制御としているが、その後もパワースイッチング素子２５の推定温度が上昇を続けた場合に制御手段２８は駆動回路２７を制御し、インバータ回路２４に供給する電流を制限する構成としている。

また、図６に示す通り、推定温度が１００℃以上で１５００Ｗ、１１０℃以上で１０００Ｗ、１２０℃以上で５００Ｗ、１３０℃で加熱停止としている。

これは通常の状態ではなく、吸排気口が遮蔽された場合などの異常状態を想定しており、そのような状態においてもパワースイッチング素子２５や周りの電子部品の破損を防ぐことが可能となる。

なお、この時に表示手段３１（図６）にて異常状態で加熱を停止した旨を使用者に報知することで、吸排気口の目詰まりに問題がある場合などはそれを取り除くなど原因を解消することができる可能性があり、使い勝手のよい誘導加熱調理器を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器は、サーミスタの絶対温度と温度変化からパワースイッチング素子の温度を推定し、この推定温度が一定以上である場合にパワースイッチング素子の駆動周波数をパワースイッチング素子の損失が少なくなるよう制御することにより、パワースイッチング素子や周りの電子部品の破損を防ぎ、安定した火力を入力することで調理性能の向上を図ることが可能となるので、調理器の用途に有効である。

２３ 加熱コイル（誘導加熱コイル）
２４ インバータ回路
２５ パワースイッチング素子
２６ サーミスタ、サーミスタＡ（感温素子）
２７ 駆動回路
２８ 制御手段（マイコン）

Claims (5)

1. 高周波磁界を発生させ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通電させるパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記パワースイッチング素子の近傍に配置されたサーミスタ（感温素子）と、前記パワースイッチング素子の前記駆動回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は所定時間のサーミスタの出力から前記サーミスタの温度を検知し、このサーミスタの温度と時間による温度変化により前記パワースイッチング素子の温度を推定し、この推定温度が一定以上である場合に、前記パワースイッチング素子の駆動周波数を前記パワースイッチング素子の損失が少なくなるよう制御する誘導加熱調理器。
2. パワースイッチング素子を冷却するためのファンを有し、制御手段は前記パワースイッチング素子の推定温度により前記ファンの回転数を制御する請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. パワースイッチング素子の駆動周波数を変更した場合でも前記パワースイッチング素子の推定温度が上昇を続け、一定以上の温度に達した際に誘導加熱コイルに供給する電流を制限する請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。
4. 表示部を有し、パワースイッチング素子の駆動周波数を変更した場合でもパワースイッチング素子の推定温度が上昇し続け一定の温度に達した際に加熱を停止し、前記表示部に加熱停止したことを表示する請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
5. 雰囲気の温度を検知するサーミスタを、パワースイッチング素子の温度を検出するサーミスタとは別に有し、制御手段は所定時間の感温手段の出力の変化と雰囲気の温度により前記パワースイッチング素子の温度を推定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。

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