JP2012074245A

JP2012074245A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP2012074245A
Application number: JP2010218053A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Isogai; 雅之磯貝; Tatsuro Ueda; 達朗上田
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: JP5450335B2

Abstract

【課題】入力電流を検出する検出感度の切替えを行う部品の故障を検出する。
【解決手段】インバータ手段３に流れる電流を検出する入力電流検出手段８を備え、入力電流検出手段８は電流を検出するカレントトランス７を設け、カレントトランス７の出力端子間に接続し検出値を電圧に変換する負荷抵抗の抵抗を設け、抵抗の端子間に直列に接続した抵抗と切替手段を設け、高電力域で加熱するときは切替手段をオン、低電力域で加熱するときは切替手段をオフにした後、前記負荷抵抗の端子間に発生する電圧の値に応じてインバータ手段３を制御する制御手段１１を備えた誘導加熱調理器において、制御手段１１は、前記低電力域で加熱している時に、周期的に切替手段をオンからオフへと駆動して、前記負荷抵抗の端子間に発生する電圧の値が変化しなかった時は、切替手段が正常に動作していないと判断するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導加熱調理器に関するものである。

誘導加熱調理器に用いるインバータは、加熱コイルに流れる電流を制御することによって、負荷（鍋）に発生させる電力を制御することができる。制御方法としては、インバータ自体の動作周波数を変化させる周波数制御方式と、インバータに印可される電圧を変化させる電圧制御方式に大別される。

いずれの方式においても、商用電源の電流を検出するカレントトランスの出力と商用電源電圧を検出することによって制御手段の内部演算から商用電源側から供給している電力を求めることができる。そして、インバータの内部回路電流等の仕様制限内であれば使用者が調理等で要求する火力にしたがい、制御手段は電力を制御することができる。

カレントトランスによる電源電流の検出は、１５Ａ程度の電流を精度良く検出することが求められる。カレントトランス自体の出力は交流となるために、整流回路を通した後に平滑ないしノイズ除去フィルタ等を配置し、その出力電圧を制御に用いるマイクロコンピュータのＡＤ入力端子に接続している。通常はマイクロコンピュータの電源電圧である５Ｖが最大入力電圧であるために、前記出力電圧は、短期的な変動や重畳するノイズ等を考慮して、最大入力電圧の８０％程度等になるように、カレントトランスの出力端子間に接続する負荷抵抗を設定している。

このような方法により検出した電流を用いて電力制御を行うが、最大レベルの検出に最適化されているため、低い電力（例えば３ｋＷ定格に対して１００Ｗや５００Ｗ等）で加熱しようとした場合に、検出電流の精度が低くなるために、目標とする電力に対して実際の電力に誤差が生じてしまう。

さらに、カレントトランスの出力を整流するために使用しているダイオードは約０.６Ｖ以上の順電圧がかからなければ出力電圧は発生しないため、電源電流が低電流である場合はより精度が低下してしまう。

このような課題に対して、特許文献１で改善方法が提案されている。すなわち、カレントトランスの出力端子間に接続する変換抵抗（負荷抵抗）を検出する電流の大きさに応じて切替えることで、検出する電流の精度を向上させるものである。

特開２００６−４０７８９号公報

上記した特許文献１に示す電磁調理器の制御方法においては、高電力や低電力の両方を精度良く検出する方法は有効的である。しかし、カレントトランスの出力端子間に接続する変換抵抗に切替える回路を追加しているため、その切替える回路（内部接点１２やトランジスタ１３）に不具合が生じたとき、制御装置は、第２変換抵抗の接続状態が確認できない状態で電圧信号Ｖｓを検出してインバータ回路を制御することになる。

この様な状態では、例えば、鍋を意図しているよりも高く加熱する場合も考えられる。

本発明は、上記の課題を解決するものであり、鍋を加熱する加熱コイルと、該加熱コイルに電力を供給するインバータ手段と、該インバータ手段に流れ込む電流を検出する入力電流検出手段と、を備えた誘導加熱調理器であって、該入力電流検出手段には、前記インバータ手段に流れ込む電流を検出するカレントトランスと、該カレントトランスの出力端子間に接続し検出値を電圧に変換する負荷抵抗の抵抗Ａと、該抵抗Ａの端子間に直列に接続した抵抗Ｂとスイッチの役目をする切替手段と、を設け、更に、前記鍋を高電力域で加熱するときは前記切替手段をオンに駆動し、低電力域で加熱するときは前記切替手段をオフに駆動し、前記切替手段を駆動した後、前記負荷抵抗の端子間に発生する電圧の値に応じて前記インバータ手段を制御する制御手段を備え、該制御手段は、前記低電力域で加熱している時に、周期的に前記切替手段をオンからオフへと駆動して、前記負荷抵抗の端子間に発生する電圧の値が変化しなかった時は、前記切替手段が正常に動作していないと判断するものである。

また、前記制御手段は、前記低電力域で加熱している時に、前記トランジスタをオンからオフへと駆動して、前記負荷抵抗の端子間に発生する電圧の値が複数回連続して変化しなかった時は、前記トランジスタが正常に動作していないと判断するものである。

本発明によれば、低電力域で調理している時に、周期的にカレントトランスの出力端子間に接続する負荷抵抗を抵抗値の高い状態から低い状態に変化させ、そのときの入力電流検出手段の出力電圧の変化の有無をチェックすることで、検出感度の切替えを行う部品の故障を発見することができる。

また、前記出力電圧の変化は、素子故障の状態によらず、必ず低い方向へ遷移するようになるため、マイクロコンピュータのＡＤ入力端子に過電圧が印加されて故障するような状態にはならない。

さらに、故障判定の確定を複数回連続した場合にのみ有効とすることにより、外乱や負荷の変動による誤判定を無くすことができ、信頼性を向上することができる。

一実施例の誘導加熱調理器の要部ブロック図。一実施例の入力電流検出手段の回路図。一実施例の制御電力域と感度切替えによる電流検出特性。一実施例の感度切替え設定と故障時の動作説明図。一実施例の入力電流検出手段の感度切替え時の出力値の説明図。一実施例の故障検出方法の説明図。

以下、本発明の実施例を図１〜図６に従って説明する。

図１において、まず商用交流電源１から供給される電力を直流電源手段２で直流に変換する。直流電源手段２に接続されたインバータ手段３は、内部に備えたスイッチング素子にて、加熱コイル４と共振コンデンサ（図示せず）で構成する共振回路に高周波電流（インバータ電流）を流すことで、加熱コイル４の近傍に配置した鍋５に渦電流を生じさせ、鍋５を発熱する。

制御手段１１で行われる電力の制御は、インバータ手段３のスイッチング周波数の制御、または、インバータ手段３に印加する直流電源電圧の制御、またはこれらの組み合わせで行われる。実際には、商用交流電源１の電圧を検出する電源電圧検出手段６と電源電流の検出を行う入力電流検出手段８から出力される電圧を演算し、使用者の火力設定に従い、インバータ手段３を制御して加熱コイル４に供給する電力を調整する。また、加熱コイル４に供給される電流を検出するインバータ電流検出手段１０の出力と、入力電流検出手段８の出力から負荷の状態を判別し、加熱可能かどうかを判定する。

次に、図２を用いて入力電流検出手段８について詳細に説明する。入力電流検出手段８は商用交流電源１の電源線に配したカレントトランス７の出力を整流し、出力端子間（イ）に負荷抵抗を接続することによって交流電流を直流電圧に変換する。インバータ電流検出手段１０も同様の構成をとる。カレントトランス７の出力端子は整流回路８１に接続し直流に変換した後、出力端子間（イ）に負荷抵抗となる抵抗Ａ８２に電流を流して電圧に変換し、変換した電圧から抵抗８６およびコンデンサ８７で構成するフィルタ回路でノイズ等を除去した後、制御手段１１のＡＤ入力端子１１ｂに入力される。このとき、ＡＤ入力端子１１ｂに、制御手段１１（マイクロコンピュータ）の電源電圧である５Ｖを越える電圧が印加されないようにダイオード８８を接続する。

そして、カレントトランス７の出力端子間（イ）に接続された負荷抵抗（抵抗Ａ８２）の端子間、つまり抵抗Ａ８２に並列に、負荷抵抗の値を切替える抵抗Ｂ８３と切替手段８４との直列回路を接続する。

この切替手段８４は、トランジスタを使用し制御手段１１の感度切替用の出力ポート１１ａによって動作し、負荷抵抗となる抵抗Ａ８２と抵抗Ｂ８３の接続を切替えて電流検出の感度を切替える。そして、入力電流検出手段８は負荷抵抗の端子間に発生した電圧値を制御手段１１のＡＤ入力端子１１ｂに入力する。

具体的には、制御手段１１の感度切替用の出力ポート１１ａをＨ出力とすることで切替手段８４がオンし、抵抗Ａ８２と抵抗Ｂ８３が並列に接続され、負荷抵抗の抵抗値が下がることで入力電流の検出感度は低下する（以下、「低感度」とよぶ）。

また、出力ポート１１ａをＬ出力とすることで切替手段８４がオフして抵抗Ｂ８３が切り離されるのでカレントトランス７に接続する負荷抵抗は抵抗Ａ８２のみになるため入力電流の検出感度は上がる（以下、「高感度」とよぶ）。

図３は、図２の入力電流検出手段８を用いた場合の電流を検出した場合の特性の例である。本実施例では、定格電圧２００Ｖ、定格電流が１５Ａの場合を示し、目標電力が１ｋＷまで、つまり入力電流が０〜５Ａまでは低電力域、１ｋＷを超え３ｋＷまで、つまり５Ａを超え１５Ａまでは高電力域としている（どこで分けるかは、必要に応じて抵抗Ａ８２，抵抗Ｂ８３を組み合わせる）。いずれの領域でも、検出しようとする最大電流における変換電圧は、制御手段１１の電源電圧である５Ｖに対して約８０％程度としている。

次に、本例の検出感度（負荷抵抗）を切替える制御において、故障が発生した時の動作について、図４を用いて説明する。上記で述べた調理時の電力設定に対して、検出する入力電流の感度設定と検出感度を切替える回路部分の故障について説明する。

なお、故障現象としては、加熱時の電力設定に関係なく、入力電流検出手段８の感度設定が高感度あるいは低感度のいずれかの状態に固定されることが想定される。その故障を起こす主な部品は、検出感度（負荷抵抗）を切替える切替手段８４と制御手段１１の感度切替用の出力ポート１１ａが想定され、最終的な現象として、切替手段８４がオン／オフと正常に動作しなくなり、感度設定が高感度あるいは低感度に固定されるものである。

正常動作では、電力設定が低電力の場合は、入力電流の検出するための感度設定は高感度とする。この状態で感度設定が高感度の状態で固定故障した場合は、その検出値は正常状態の時と同じになる。しかし、低感度側の状態で固定故障した場合は、本来の検出レベルよりも低い電圧値が制御手段１１に入力されるため、制御手段１１は電力が低下したものと判断してインバータ手段３に電力の供給を大きくするように制御を行う。従って、制御手段１１が目標電力に到達したと判断したときには、実際の電力は高くなってしまう。

次に、電力設定が高電力の場合は、感度設定を低感度とする。この状態で感度設定が低感度の状態で固定故障した場合は、その検出値は正常状態の時と同じになる。しかし、高感度側の状態で固定故障した場合は、本来の電流検出レベルよりも高い検出値が制御手段１１に入力されるため、制御手段１１は電力が上昇したものと判断してインバータ手段３に電力の供給を小さくするように制御を行う。従って、制御手段１１が目標電力に到達したと判断したときには、実際の電力は低くなってしまう。

このように、検出感度の切替えに関する部品などの故障により検出感度が固定故障した場合には、使用者が設定している火力設定と異なる場合が発生し、特に低電力域では設定よりも高い電力を負荷に投入することになる。

図５は一実施例の故障判定方法を説明したものである。図５（Ａ）は高電力域で加熱、（Ｂ）（Ｃ）は低電力域で加熱している場合の説明図である。

図５（Ａ）は、高電力域において加熱を行っているので、その時の感度設定は低感度である。このとき、既に故障しているかどうかは不明であるという前提で故障を判別しようとすると、現在の感度設定から異なる感度設定へ変更して検出値の変化を捉える必要がある。この場合は低感度から高感度への変更を行う必要がある。しかし、感度設定が正常であるならば、同じ入力電流で低感度から高感度へ感度変更を行うと入力電流検出手段８の出力電圧（制御手段１１のＡＤ入力端子に入力される電圧）は上昇する。例えば、最大電力に近い状態でこの変更を行うと、前記出力電圧は制御手段１１の電源電圧を超えてしまう。ただし、図２のダイオード８８を接続しておくことにより、電源電圧にダイオード順方向電圧（Ｖｆ）が加わった電圧に抑えることが可能であるが、ＡＤ入力端子の入力電圧範囲の定格を超え、逆に故障を引き起こす場合が想定される。

また、検出感度の切替えを行う部品が既に高感度側に故障している場合は、使用者の設定した火力に対して低い電力で加熱することになるだけであるため、予期せぬ過加熱状態には至らない。

したがって、高電力域の通電では、「予期せぬ過加熱状態にならない」「故障検出動作を行うことで悪影響がある」ことから、故障検出動作を行わない。

図５（Ｂ）は、低電力域において加熱している状態で、検出感度の切替えを行う部品が正常の場合である。図５（Ｂ）は、低電力域において通電を行っているので、感度設定は高感度を設定している。このとき、電力制御を固定した上で感度を低感度側に短時間切替えると必ず出力電圧（制御手段１１のＡＤ入力端子に入力される電圧）が低下する。さらに高感度側に切替えると前記出力電圧は上昇し正常状態に戻る。したがって、感度切替えを高感度から低感度に切替えたときに、出力電圧が下がることを検出できれば検出感度の切替えを行う部品が正常であることが分かる。

図５（Ｃ）は低電力域において加熱している状態で、検出感度の切替えを行う部品が固定故障している場合である。この場合、上記同様に検出感度を切替えると、制御手段１１側の設定にかかわらず回路状では検出感度の切替えができないために前記出力電圧は変化しない。これは、あらかじめ高感度側あるいは低感度側のどちらに固定された状態でも同じである。従って、検出感度の切替え動作を行っても前記出力電圧に変化が無ければ検出感度の切替えを行う部品が故障していると判定できる。

ただし、故障検出のために検出感度の切替えを行う期間では電力制御を固定する必要があるため、負荷の変化に追従するためには極力短時間であることが求められる。よって、この故障検出動作は、周期的かつ短時間で行う必要がある。例えば、１０秒に１回の検出動作で感度の切替え期間は０.１秒間程度である（上記数値は一例である）。

しかし、故障検出のための検出感度の切替え中に電力制御を固定していても、使用者が鍋を移動したり、商用電源の電圧が変動するなどにより、入力電流検出電圧自体が変動し、結果として故障もしくは正常と誤判定する場合も考えられる。

このような誤判定を抑制するため、上記の故障検出動作において、複数回連続して故障と判定した場合にのみ故障判定を確定するようにする。

図６は上記の判定方法を示したものである。低電力域で加熱中に周期的に検出感度を切替えて故障判定動作を行う。例えば、３回目の故障判定動作では検出電圧が低下していないので故障の可能性があるが、４回目の故障判定動作では検出電圧が低下しているので検出感度の切替えを行う部品は正常であると言える。したがって、３回目の故障判定動作中に外乱により検出電圧が変化しなかった、とみなせる。また、７回目，８回目では２回連続で検出電圧が低下していないので、故障の可能性が高いと言える。このように複数回連続して故障判定が続いたときには、故障判定を確定することで信頼性の高い故障判定ができる。上記で故障と判定した場合は、制御手段１１は加熱を停止して報知音などによって使用者に故障を知らせる。

上記した本実施例によれば、低電力域で調理している時に、周期的にカレントトランスの出力端子間に接続する負荷抵抗を抵抗値の高い状態から低い状態に変化させ、そのときの入力電流検出手段の出力電圧の変化の有無をチェックすることで、検出感度の切替えを行う部品の故障を発見することができる。

また、前記出力電圧の変化は素子故障の状態によらず必ず低い方向へ遷移するようになるため、マイクロコンピュータのＡＤ入力端子に過電圧が印加されて故障するような状態にはならない。

３インバータ手段
４加熱コイル
７カレントトランス
８入力電流検出手段
１１制御手段
８１整流回路
８２抵抗Ａ
８３抵抗Ｂ
８４切替手段

Claims

鍋を加熱する加熱コイルと、
該加熱コイルに電力を供給するインバータ手段と、
該インバータ手段に流れ込む電流を検出する入力電流検出手段と、を備えた誘導加熱調理器であって、
該入力電流検出手段には、前記インバータ手段に流れ込む電流を検出するカレントトランスと、該カレントトランスの出力端子間に接続し検出値を電圧に変換する負荷抵抗の抵抗Ａと、該抵抗Ａの端子間に直列に接続した抵抗Ｂとスイッチの役目をする切替手段と、を設け、
更に、前記鍋を高電力域で加熱するときは前記切替手段をオンに駆動し、低電力域で加熱するときは前記切替手段をオフに駆動し、前記切替手段を駆動した後、前記負荷抵抗の端子間に発生する電圧の値に応じて前記インバータ手段を制御する制御手段を備え、
該制御手段は、前記低電力域で加熱している時に、周期的に前記切替手段をオンからオフへと駆動して、前記負荷抵抗の端子間に発生する電圧の値が変化しなかった時は、前記切替手段が正常に動作していないと判断することを特徴とする誘導加熱調理器。
前記制御手段は、前記低電力域で加熱している時に、前記切替手段をオンからオフへと駆動して、前記負荷抵抗の端子間に発生する電圧の値が複数回連続して変化しなかった時は、前記切替手段が正常に動作していないと判断することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。