JP2014146531A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子に電圧が残った状態で導通するモード（短絡モード）を検知した場合に、駆動モードを変更することにより、スイッチング素子の耐量を超え、破壊に至ることを防ぐことを目的とする。
【解決手段】制御手段１２が、インバータ８の出力を増加させるために、スイッチング手段である第１のスイッチング素子５、第２のスイッチング素子１０の駆動周波数を低下させたにも関わらず、逆にインバータの出力が減少した場合に、スイッチング手段の駆動周波数が共振周波数より低い状態である短絡状態であることを検知し、加熱を停止、または、出力を制限、または、駆動周波数を変更することにより、スイッチング手段の耐量を超え、破壊に至るのを防ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般家庭及び業務用として使用される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、交流電源を直流に変換する整流回路と、前記整流回路に接続されて高周波磁界を発生して鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共に共振回路を構成する共振コンデンサと、前記共振回路に接続されて共振電流を生成するスイッチング素子とを有したインバータと、前記スイッチング素子の導通時間及び駆動周波数を変更して前記インバータの出力（入力電力）を制御する制御手段を備え、前記インバータ回路に発生する電気的制御要素を検知する制御要素検知手段と、前記インバータ回路の動作開始時に前記制御要素検知手段の出力を基に前記負荷の有無及び被加熱物（鍋）の材質を判定する材質判定手段と、前記材質判定手段が判定した材質に応じて、離散的に設定した２つ以上の前記インバータ回路の基本駆動周波数を選択し、その基本駆動周波数にて前記スイッチング手段を駆動するものが開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許第２６４７０７９号公報 特開平０９−２２３５７９号公報

しかしながら、鍋の材質判定時に供給される電源がひずんでいたり、また、判定時に鍋が移動したり、鍋が定位置から外れた場所に置かれていた場合等で、共振周波数は大きく変動する。その場合に、鍋の材質判定を誤り、共振周波数より低い駆動周波数で加熱を開始してしまうと、スイッチング素子に電圧が残った状態で導通するモード（短絡モード）が発生する。短絡モードでは、駆動開始時に過大な電流が流れるため、スイッチング素子の耐量を超え、破壊に至るという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、スイッチング素子に電圧が残った状態で導通するモード（短絡モード）を検知して、スイッチング素子に過大な電流が流れ耐量を超え、スイッチング素子が破壊に至ることのない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、本発明の加熱調理器は、交流電源を直流に変換する整流回路と、前記整流回路に接続されて高周波磁界を発生して鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共に共振回路を構成する共振コンデンサと、前記共振回路に接続されて共振電流を生成するスイッチング手段とを有したインバータと、前記インバータの動作状態を検知する制御要素検知手段と、前記スイッチング手段の導通時間及び駆動周波数を変更して前記インバータの出力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記インバータの出力を増加させるために、前記スイッチング手段の駆動周波数を低下させたにも関わらず、逆に前記インバータの出力が減少した場合に、前記スイッチング手段の駆動周波数が共振周波数より低い状態である短絡状態であることを検知し、加熱を停止するとしたものである。

これによって、スイッチング手段に電圧が残った状態で導通するモード（短絡モード）を検知して加熱を停止することができる。

本発明の誘導加熱調理器は、スイッチング素子に電圧が残った状態で導通するモード（短絡モード）を検知した場合に、加熱を停止、または、出力を制限、または、駆動周波数を変更することにより、スイッチング素子の耐量を超え、破壊に至るのを防ぐことができる。

本発明の実施の形態１〜４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１〜４における誘導加熱調理器の駆動周波数領域の図 本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器のフロー図 本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器のフロー図 本発明の実施の形態３における誘導加熱調理器のフロー図

第１の発明は、交流電源を直流に変換する整流回路と、前記整流回路に接続されて高周波磁界を発生して鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共に共振回路を構成する共振コンデンサと、前記共振回路に接続されて共振電流を生成するスイッチング手段とを有したインバータと、前記インバータの動作状態を検知する制御要素検知手段と、前記スイッチング手段の導通時間及び駆動周波数を変更して前記インバータの出力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記インバータの出力を増加させるために、前記スイッチング手段の駆動周波数を低下させたにも関わらず、逆に前記インバータの出力が減少した場合に、前記スイッチング手段の駆動周波数が共振周波数より低い状態である短絡状態であることを検知し、加熱を停止することにより、前記スイッチング手段の破壊を回避することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記インバータの動作開始時に前記制御要素検知手段の出力を基に負荷の有無及び前記鍋の材質を判定する材質判定手段を有し、前記材質判定手段が判定した材質に応じて、離散的に設定した２つ以上の周波数から選択した前記インバータの基本駆動周波数にて前記スイッチング手段を駆動し、加熱を停止した後に再度、鍋の材質を判定し、加熱を行うとしたものであり、これによって、一過性の定常状態でなかった為に、鍋の材質判定が間違った場合でも、一旦、加熱を停止した後に、再度、鍋の材質判定から加熱を行うことで、正しい駆動周波により前記スイッチング手段を破壊することなく加熱ができる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、前記スイッチング手段の短絡状態を検知した場合に、加熱を停止することに代えて、前記スイッチング素子の導通時間を加熱設定の最短時間とし、前記インバータの出力を低下させるとしたことにより、前記スイッチング手段の破壊を回避することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明において、前記インバータの出力を低下させた後に、再度、前記スイッチング手段の導通時間を長くし、前記インバータの出力を増加させるとしたものである。

これによって、前記インバータの出力を増加させることにより、目標とするインバータ出力で加熱することができ、前記スイッチング素子が短絡状態でないにも関わらす、一過性の何らかの要因にて、前記インバータの出力が低下してスイッチング手段が短絡モードであると認識された場合でも、再度、導通時間を長くすることにより、目標とするインバ
ータ出力で加熱することができ、使用者の不利益となってしまうことを回避することができる。

第５の発明は、特に、第２または第４に記載の誘導加熱調理器において、前記スイッチング手段の短絡状態の検知をすることにより、加熱開始と停止、もしくは、前記インバータの出力低下を繰り返した場合に、駆動周波数を検知前に比べ高い周波数で加熱を行うとすることで、不安定な加熱出力状態が続くことを回避することができる。

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誘導加熱調理器のブロック図である。図１に示すように、本実施の形態における誘導加熱装置は、商用交流電源である電源１からの交流電圧を整流するダイオードブリッジで構成した整流回路２と、その出力側に第１の平滑コンデンサ３とチョークコイル４が接続されている。

さらにチョークコイル４とスイッチング手段である内部に逆導通ダイオードを内包する第１のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）５と第２のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）１０の直列接続体が接続されている。

第２の平滑コンデンサ９は、後述するインバータ８の電源となるよう作用している。

第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子１０の接続点と、整流回路２の出力低電位側間には、高周波磁界を発生し、被加熱物である鍋７を加熱する加熱コイル６と共振する共振コンデンサ１１が接続されている。

加熱コイル６上部には、絶縁体であり、耐熱セラミックス製のトッププレート（図示せず）が設けられており、被加熱物である鍋７はトッププレートを挟んで加熱コイル６と対向するように載置される。

制御手段１２は、インバータ８の出力制御を行うもので、インバータ８の動作状態を検知する制御要素検知手段である共振電圧検知手段１４および出力検出手段１３、および使用者による操作などに基づいて、第１のスイッチング素子５、第２のスイッチング素子１０の導通／遮断を制御する。

出力検出手段１３は、具体的にはカレントトランスで構成されている。尚、制御要素検知手段は本実施の形態では共振電圧検知手段１４および出力検出手段１３で構成しているが、インバータの出力制御およびインバータの共振状態を検知するものであれば他の方法でも良い。

また、制御手段１２は、制御要素検知手段である共振電圧検知手段１４および出力検出手段１３からの検知信号を基に負荷の有無及び被加熱物である鍋７の鍋の材質を判定する材質判定手段１５を有し、材質に応じて、離散的に設定した２つ以上のインバータの基本駆動周波数を選択し、その基本駆動周波数にてスイッチング手段である第１のスイッチング素子５、第２のスイッチング素子１０を駆動してインバータ８の出力制御を行う。

出力検出手段１３の検知信号は、制御手段１２に出力されるよう接続されている。加熱コイル６と共振コンデンサ１１との接点に接続された共振電圧検知手段１４は、具体的には抵抗で分圧された信号を制御手段１２に出力されるよう接続されている。

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、作用を図２、図３、図４により説明する。

図２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駆動周波数領域の図であり、スイッチング素子の駆動周波数と出力電力の関係を簡易的に表した図である。

図２において、共振の山２０は上記図１の被加熱物である鍋７と加熱コイル６と共振コンデンサ１１から求められる共振の山であり、そのピーク値をとる共振周波数２１、その共振周波数２１よりも低い周波数領域でスイッチング素子を駆動した場合に短絡モードとなる短絡モード領域２２、共振周波数２１よりも高い周波数領域である通常加熱領域２３を示す。

短絡モード領域２２と通常加熱領域２３では、スイッチング手段の駆動周波数の増減に対し、出力電力の増減の特徴が反対となる。

図３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動作フロー図を示すものである。図３において、Ｓｔｅｐ１：加熱を開始。次に、Ｓｔｅｐ２：被加熱物である鍋７の材質を判定する。

Ｓｔｅｐ３：Ｓｔｅｐ２において、鍋の材質判定手段１５が判定した材質に応じて、離散的に設定した２つ以上の前記インバータの基本駆動周波数を選択し、その基本駆動周波数と設定したスイッチングの導通時間にて前記スイッチング手段を駆動する。

Ｓｔｅｐ４：現在駆動している前記インバータ出力値が、目標（制御しようとする）出力値となっているかを判定する。

ここで、目標出力となっていれば、Ｓｔｅｐ５：現在の駆動状態を維持し、随時、現状のインバータ出力が目標とする出力値となっているかを判定する。

Ｓｔｅｐ４において、現状の出力値が、目標出力値と異なる場合は、Ｓｔｅｐ６において、現状の出力値が目標値に対して、小さいのか、大きいのかを判定する。現状の出力値が小さい場合は、Ｓｔｅｐ７で現状の前記スイッチング素子の駆動周波数より低い値に変更することで、現状の出力値を増加させ、目標出力値に近づける。

また、Ｓｔｅｐ６の判定において、逆に現状の出力値が大きい場合は、Ｓｔｅｐ１０で駆動周波数を上げて出力を減少させて、目標出力値に近づける。

また、Ｓｔｅｐ２の被加熱物である鍋７の材質を判定するときに、供給される電源がひずんでいたり、また、判定時に鍋が移動したり、鍋が定位置から外れた場所に置かれていた場合等で、共振周波数が大きく変動し、鍋の材質判定を誤った場合に発生しうる上記Ｓｔｅｐ７の駆動周波数を下げてインバータの出力を上げる制御を行っているにも関わらず、出力が低下する現象の場合は、Ｓｔｅｐ８において、そのことを判定し、Ｓｔｅｐ９において、短絡モードであると判断し、加熱を停止する。

このように、短絡モードによるスイッチング素子の破壊を回避することができる。

（実施の形態２）
図４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フロー図を示したものである。なお、本実施の形態２の基本構成は図１、図２、図３と同じであるので、その同じ部
分の説明は省略し、図４を中心に相違点を説明する。

また、本実施の形態２の図４のフロー図に記載している符号は、実施の形態１の図３のフロー図と同じものには同じ符号を付してその説明を省略する。

実施の形態１と異なる点は、図４に示すＳｔｅｐ９において、短絡モードであると判断し、加熱を停止した後に、再度、被加熱物である鍋の材質を判定し加熱を行う点である。

鍋の材質判定を誤った原因が、例えば、供給される電源がひずんでいたり、また、判定時に鍋が移動したり、鍋が定位置から外れた場所に置かれていた場合等で、共振周波数が大きく変動するような、一過性のものであった場合、本当は正常に加熱ができるにもかかわらず、加熱を停止したままでは、使用者の不利益となってしまうため、一旦、Ｓｔｅｐ９において、加熱を停止した後に、再度、Ｓｔｅｐ２の鍋の材質判定の工程から、加熱をやり直すことで、正しい駆動周波により前記スイッチング素子破壊することなく加熱することができる。

（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動作フロー図を示すものである。Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ８までは、上記（実施の形態１）の中で記述した内容と同じである。Ｓｔｅｐ９で短絡モードであると判断した場合、Ｓｔｅｐ１１で、スイッチング素子の導通時間を現状の時間より短くし、インバータの出力値を下げることにより、短絡モードによるスイッチング素子の破壊を回避することができる。

また、前記スイッチング素子が短絡状態でないにも関わらす、一過性の何らかの要因にて、前記Ｓｔｅｐ８で短絡モードとして認識された場合、本当は正常に加熱ができるにもかかわらず、加熱の出力が低い状態のままとなり、使用者の不利益となってしまう。
そのため、再度、Ｓｔｅｐ３にもどすことにより、設定した駆動周波数とスイッチングの導通時間により、加熱しなおすことになり、目標とするインバータ出力を増加させて加熱することができる。

（実施の形態４）
図示しないが、上記実施形態２、３において、短絡モードが定常的な要因により発生している場合、上記スイッチング素子の短絡状態の検知をすることにより、加熱開始と停止、もしくは、前記インバータの出力低下を無限的に繰り返すことになり、安定した加熱動作ができない状態となる為、複数回上記短絡モードの検知を繰り返した場合、スイッチング素子の駆動周波数を短絡モードの検知前に比べ高い周波数に変更し、加熱を行うことで、不安定な加熱出力状態が続くことを回避することができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器は、スイッチング素子に電圧が残った状態で導通するモード（短絡モード）を検知した場合に、加熱を停止、または、出力を制限、または、駆動周波数を変更することにより、スイッチング素子の耐量を超え、破壊に至るのを防ぐことができるので、誘導加熱調理器の用途に有効である。

１ 電源
２ 整流回路
３ 第１の平滑コンデンサ
４ チョークコイル
５ 第１のスイッチング素子
６ 加熱コイル
７ 鍋
８ インバータ
９ 第２の平滑コンデンサ
１０ 第２のスイッチング素子
１１ 共振コンデンサ
１２ 制御手段
１３ 出力検出手段
１４ 共振電圧検知手段
１５ 材質判定手段

Claims (5)

1. 交流電源を直流に変換する整流回路と、前記整流回路に接続されて高周波磁界を発生して鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共に共振回路を構成する共振コンデンサと、前記共振回路に接続されて共振電流を生成するスイッチング手段とを有したインバータと、前記インバータの動作状態を検知する制御要素検知手段と、前記スイッチング手段の導通時間及び駆動周波数を変更して前記インバータの出力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記インバータの出力を増加させるために、前記スイッチング手段の駆動周波数を低下させたにも関わらず、逆に前記インバータの出力が減少した場合に、前記スイッチング手段の駆動周波数が共振周波数より低い状態である短絡状態であることを検知し、加熱を停止する誘導加熱調理器。
2. 前記制御手段は、前記インバータの動作開始時に前記制御要素検知手段の出力を基に負荷の有無及び前記鍋の材質を判定する材質判定手段を有し、前記材質判定手段が判定した材質に応じて、離散的に設定した２つ以上の周波数から選択した前記インバータの基本駆動周波数にて前記スイッチング手段を駆動し、加熱を停止した後に、再度、前記鍋の材質を判定し、加熱を行う請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記スイッチング手段の短絡状態を検知した場合に、加熱を停止することに代えて、前記スイッチング手段の導通時間を、加熱設定の最短時間とし、前記インバータの出力を低下させる請求項１に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記インバータの出力を低下させた後に、再度、前記スイッチング手段の導通時間を長くし、前記インバータの出力を増加させる請求項３に記載の誘導加熱調理器。
5. 前記スイッチング手段の短絡状態の検知をすることにより、加熱開始と停止、もしくは、前記インバータの出力低下を繰り返した場合に、駆動周波数を検知前に比べ高い周波数で加熱を行う請求項２または４に記載の誘導加熱調理器。

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