JP3027090B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁調理器等に利用され
る誘導加熱装置、詳しくはその負荷の有無を検出可能と
した誘導加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】誘導加熱装置を利用した電磁調理器は、
図１３に示すように、交流電源１からの交流電圧を直流
電圧に変換する整流回路２及び平滑コンデンサ３と、前
記整流回路２からの直流電圧を高周波電圧に変換するイ
ンバータ回路６と、該インバータ回路６に接続された誘
導加熱コイル７およびコンデンサ８からなる共振回路９
とからなっている。誘導加熱コイル７の上に置かれた鍋
等の負荷には電磁誘導により渦電流が発生し、該渦電流
に基づくジュール熱により発熱する。

【０００３】この種の電磁調理器では、鍋等の正規の負
荷ではないスプーンやフォーク等の金属製の小物負荷が
誤って置かれると、例え小物であっても鍋と同様に加熱
される。このように小物負荷が加熱された場合、それを
知らずに触れたりすると火傷を負う虞れがあるので危険
である。このため、電磁調理器等では、小物負荷を検知
する手段が講ぜられている。

【０００４】従来の小物検知手段としては、特公昭５８
−８３５号公報に示すように、入力電圧がゼロクロス時
点近傍で一定レベル以上になるのを検知したり、特開平
４−３３２４１９号公報に示すように、通電直後に発振
を中断して周波数の減衰を検出するものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
もコストが高く、かつ、複雑であり、特に後者では減衰
周波数が人の可聴周波数域を通過してチッという検知音
が発生するという問題がある。本発明はかかる問題点を
解決するのを課題とし、安価で、かつ、簡単な構成であ
り、異音の発生のない誘導加熱装置を提供することを目
的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】まず、本発明の基本原理
について説明する。図１３に示す前述の誘導加熱装置に
おいて、インバータ回路６を一定のパルス幅で駆動して
いるときに、負荷の大きさを変えると誘導加熱コイル７
からのエネルギーの放出時間が変化する。すなわち、負
荷無し又は小負荷の状態から負荷有りの状態に変化する
と、図１に示すように、そのエネルギーの放出時間が短
くなり、共振回路９の電圧波形（Ｖｃｅ波形）の周波数
が高くなる。したがって、共振回路９の電圧波形の周波
数を計数することにより、負荷の有無を検出することが
できる。

【０００７】また、負荷無し又は小負荷の状態において
は、力率が悪くなり、交流電圧のゼロクロス点に対応す
る時点で、整流回路２の出力側に接続される平滑コンデ
ンサ３の放電電圧が残留する結果、図２に示すように、
Ｖｃｅ波形のエンベロープ（包絡線）波形に一定の電圧
が生じる。したがって、そのＶｃｅエンベロープを、図
２（Ａ）中１点鎖線で示すように、一定のレベルで切る
と、負荷有りのときは交流電圧のゼロクロス点に対応す
る時点の近傍で波形の山が途切れて周波数が減少する
が、負荷なし又は小負荷のときは波形が連続して周波数
が高くなる。したがって、交流電圧のゼロクロス点に対
応する時点の近傍の周波数を計数することによって負荷
の有無を検出することができる。

【０００８】本発明は、前記基本原理に基づくものであ
り、請求項１に記載のように、交流電圧を直流電圧に変
換する整流回路と、該整流回路からの直流電圧を高周波
電圧に変換するインバータ回路と、該インバータ回路に
接続された誘導加熱コイルおよびコンデンサからなる共
振回路とを備えた誘導加熱装置において、前記共振回路
から発生する電圧波形とこれを平滑した波形とを比較し
て矩形波を出力する比較手段と、該比較手段から出力さ
れる矩形波を、前記交流電圧波形のゼロクロス点に対応
する時点において所定時間内で計数する計数手段と、該
計数手段で計数される計数値を所定の基準値と比較する
ことにより負荷の有無を判定する判定手段と、該判定手
段による判定結果に基づいて前記インバータ回路を制御
する制御手段とを備たことを特徴とするものである。

【０００９】かかる構成において、共振回路の電圧波形
とこれを平滑した波形とが比較手段で比較されると、通
常負荷有りの場合は、周波数が高く、かつ、ゼロクロス
点近傍で途切れた矩形波が出力される。また、負荷無し
又は小物の場合は、周波数が低く、かつ、ゼロクロス点
近傍で途切れがなく連続した矩形波が出力される。した
がって、ゼロクロス点に対応する時点において計数手段
により計数された矩形波の周波数すなわち計数値が、判
定手段によって基準値と比較されると、通常負荷か、負
荷無し又は小物かが判定される。

【００１０】好ましい実施例としては、請求項２に記載
のように、前記計数手段が、前記比較手段から出力され
る矩形波を、複数のゼロクロス点に対応する時点より一
定時間経過した時点から所定時間内で計数するようにし
てもよい。これによると、計数値が基準値より少ない場
合は、周波数が低いので負荷無し又は小物と判断され、
計数値が基準値より多い場合は、周波数が高いので負荷
有りと判断される。

【００１１】好ましい他の実施例としては、請求項３に
記載のように、前記計数手段が、前記比較手段から出力
される矩形波を、複数のゼロクロス点に対応する時点の
前後の所定時間内で計数するようにしてもよい。これに
よると、計数値が基準値より少ない場合は、ゼロクロス
点近傍でパルスが途切れて周波数が低いので負荷有りと
判断され、また、計数値が基準値より多い場合は、ゼロ
クロス点近傍でパルスが連続して周波数が高いので負荷
無し又は小物と判断される。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の実施例を添付図面に従って説
明する。以下に説明する第１実施例は、図１に示す原理
に基づくものであり、第２実施例は、図２に示す原理に
基づくものである。 （１）第１実施例 図３は本発明に係る誘導加熱装置の電気回路図である。
交流電源１には整流回路２が接続され、該整流回路２の
出力側には平滑コンデンサ３が接続されるとともに、ト
ランジスタ（ＩＧＢＴ）４と該トランジスタ４のコレク
タ−エミッタ間に接続されたダイオード５とからなるイ
ンバータ回路６が接続されている。また、インバータ回
路６のトランジスタ４には、誘導加熱コイル７と該誘導
加熱コイル７に並列に接続されたコンデンサ８とからな
る共振回路９が、直列に接続されている。前記トランジ
スタ４のベースには、当該ベースへの駆動パルスを制御
する制御回路１０が接続されている。

【００１３】前記交流電源１に並列に接続された抵抗１
１，１２の間より引き出された交流電圧は、ゼロクロス
検出回路１３に印加され、ここで検出されたゼロクロス
信号はマイクロコンピュータ１４の入力ポートに入力さ
れるようになっている。また、共振回路９に接続された
抵抗１５，１６の間より引き出された高周波電圧（Ｖｃ
ｅ）は、ダイオード１７、抵抗１８、平滑コンデンサ１
９および抵抗２０からなる平滑回路２１を介して比較器
２２の基準入力端子（マイナス）に入力されるととも
に、ダイオード２３および抵抗２４，２５を介して前記
比較器２２の比較入力端子（プラス）に入力されてい
る。なお、ダイオード２６，２７は比較器入力の過電圧
を保護するためのものであり、またダイオード２３はレ
ベル合せのためのものであり、必ずしも必要ではない。

【００１４】前記比較器２２の出力信号は、マイクロコ
ンピュータ１４の入力ポートに入力されるようになって
いる。マイクロコンピュータ１４は、前記ゼロクロス検
出回路１３からのゼロクロス信号および前記比較器２２
からの矩形波（以下、パルスという。）を受け、所定の
プログラムを実行して前記制御回路１０に制御信号を出
力することにより、当該制御回路１０を介してトランジ
スタ４を駆動し、負荷の加熱制御を行うとともに、負荷
の有無又は小物検知を行うようになっている。

【００１５】以下、前記回路構成を備えた誘導加熱装置
における負荷の有無又は小物検知を、図４から図８に示
すフローチャートに従って説明する。図４は、メインル
ーチンを示し、ここでは、ステップ１０１でタイマー割
り込み１の割り込みプログラムで計時される２秒タイマ
の動作をソフト起動し、ステップ１０２でタイマ割り込
み１および外部割り込み２を許可し、ステップ１０３で
入／切キー等のキー入力処理や、その他の処理を行う。

【００１６】図５は、タイマ割り込み１の割り込みプロ
グラムのフローを示し、ここでは、ステップ２０１で２
秒タイマによる計時時間が起動時から２秒経過したか否
かを判断し、２秒経過していなければ待機し、経過して
いればステップ２０２でナベフラグ１をセットし、ステ
ップ２０３でトータルレジをリセットし、ステップ２０
４で４カウンタをリセットする。なお、ナベフラグ１
は、起動後２秒経過して小物検知の開始が可能になった
ことを示すフラグである。また、トータルレジは比較器
２２から出力されるパルスの計数値の総計であり、４カ
ウンタは、４つの計数領域の計数が終了するごとに１づ
つ加算されるカウンタである。

【００１７】図６は、外部割り込み２の割り込みプログ
ラムのフローを示す。ここでは、ステップ３０１で前記
ゼロクロス検出回路１３からのゼロクロス信号に基づい
てゼロクロスがあったか否かを判断する。ゼロクロスが
あれば、ステップ３０２でナベフラグ１が立っている
（Ｈ）か否かを判断し、Ｈであればステップ３０３でナ
ベフラグ２をセットする。ここで、ナベフラグ２は、計
数動作中であることを示すフラグである。

【００１８】次に、ステップ３０４でタイマー割り込み
２の割り込みプログラムで計時される４．６ｍｓタイマ
の動作をソフト起動し、ステップ３０５でカウントレジ
をリセットし、ステップ３０７で１ｍｓ待機した後、ス
テップ３０６で外部割り込み１およびタイマー割り込み
２の割り込みを許可する。

【００１９】ここで、外部割り込み１およびタイマー割
り込み２を説明しておく。外部割り込み１は、図７に示
すように、ステップ４０１で比較器２２からのパルスが
カウント波形か否か、すなわち波形が立ち下がりである
か否かを判断し、立ち下がりであればステップ４０２で
カウントレジに１を加えてこれをカウントレジとする。
タイマー割り込み２は、図８に示すように、ステップ５
０１で４．６ｍｓタイマによってゼロクロス時点から
４．６ｍｓ経過したか否かを判断し、経過していればス
テップ５０２でナベフラグ２をリセットする。

【００２０】外部割り込み２のルーチンのステップ３０
６に戻ると、前述したように、ここでは外部割り込み１
およびタイマー割り込み２の割り込みが許可される。し
たがって、カウント波形になる毎にカウントレジが加算
されて本ルーチンに割り込みがかかり、またゼロクロス
時点から４．６ｍｓ経過した時点でナベフラグ２がリセ
ットされて本ルーチンに割り込みがかかる。

【００２１】タイマー割り込み２の割り込みがかかる
と、ナベフラグ２がリセットされるので、ステップ３０
８でナベフラグ２がＬであると判断して、ステップ３０
９に進み、ここで外部割り込み１およびタイマー割り込
み２の割り込みを禁止する。そして、ステップ３１０で
４カウンタに１を加算し、ステップ３１１でトータルレ
ジにカウントレジを加えてこれをトータルレジとした
後、ステップ３１２で４カウンタが４であるか否かを判
断する。

【００２２】ステップ３１２における判断においてカウ
ンタが４でなければ、ステップ３０１に戻り、次のゼロ
クロス時点からの計数を再開し、４カウンタが４になる
まで繰り返す。ステップ３１２における判断でカウンタ
が４であれば、全ての計数領域での計数が終了したの
で、ステップ３１３に進み、ここでトータルレジが所定
の基準値を越えたか否かを判断する。この基準値は、本
実施例では、０ＤＤＨ（１６進数）である。

【００２３】トータルレジが基準値未満であれば、ナベ
ナシ又は小物とみなしてＩＨ動作すなわち誘導加熱動作
を停止し、トータルレジが基準値以上であれば、ナベア
リとみなして誘導加熱動作を開始し、ステップ３１６で
ナベフラグ２をリセットして終了する。

【００２４】本実施例の誘導加熱装置によると、図９中
（Ａ）で示す交流電源１の電圧波形のゼロクロス点は、
ゼロクロス検出回路１３によって検出され、同図中
（Ｂ）で示すゼロクロス信号がマイクロコンピュータ１
４に入力される。また、この交流電圧は、整流回路２お
よび平滑コンデンサ３によって整流，平滑され、インバ
ータ回路６のトランジスタ４によって同図中（Ｃ）で示
す高周波電圧Ｖｃｅに変換される。そして、この高周波
電圧が共振回路９に印加されて負荷が加熱される。

【００２５】一方、共振回路９より引き出されたＶｃｅ
電圧波形は平滑回路２１によって平滑され、図９中
（Ｄ）で示すような平滑波形となる。そして、この平滑
波形とＶｃｅ高周波電圧が比較器２２によって比較さ
れ、この比較器２２より同図中（Ｅ）で示すパルスがマ
イクロコンピュータ１４に入力される。なお、図９は、
Ｐ時点において負荷がナベアリからナベナシに変化した
として示されている。すなわち、Ｐ時点以降において、
Ｖｃｅの周波数が減少し、ゼロクロス点で残留電圧が発
生している。

【００２６】前述のフローチャートで示すマイクロコン
ピュータのプログラムが実行されることにより、図９中
（Ｆ）で示すようにＳ時点において、起動後２秒が経過
すると、（Ｇ）で示すようにナベフラグ１が立ち、小物
検知が開始される。すなわち、（Ｈ）で示すように、交
流波形のゼロクロス点に対応する時点毎に、ナベフラグ
２が立てられ、所定時間（４．６ｍｓ）経過するとナベ
フラグ２が降ろされる。そして、（Ｉ）で示すように、
このナベフラグ２が立てられてから所定時間（１ｍｓ）
待機後、ナベフラグ２が降ろされるまで、比較器２２か
らのパルスが計数される。ナベフラグ２は合計４回立て
られ、それ毎にパルスが計数され、合計される。

【００２７】パルスの合計の計数値（トータルレジ）
は、所定の基準値と比較され、基準値より多ければ通常
負荷、基準値より少なければ負荷無し又は小物と判断さ
れる。図９では、Ｐ時点でナベナシとなっているが、こ
の場合、それ以降パルスの周波数が減少する結果、基準
値より少なくなるので、負荷無し又は小物と判断される
ことになる。

【００２８】図１１は、径２５０ｍｍの鉄鍋、径１１０
ｍｍの鉄鍋、小物および無負荷（鍋無し）の各状態にお
いてそれぞれ４回づつ計数した結果を示す。これによる
と、判定基準値（０ＤＤＨ）の両側に正常負荷と異常負
荷が分布しており、小物や無負荷の状態が確実に検知で
きることを示している。

【００２９】（２）第２実施例 第２実施例に係る誘導加熱装置の電気回路は、図３に示
す第１実施例のものと全く同一であり、またマイクロコ
ンピュータが実行するプログラムは、図６に示すフロー
チャートのステップ３０４における４．６ｍｓタイマが
１．２ｍｓタイマであり、ステップ３０７における待機
時間が０であり、ステップ３１３における基準値が０Ｂ
ＤＨ（１６進数）であり、かつ、判定の向きが逆であ
り、さらに図８に示すフローチャートのステップ５０１
における経過時間が１．２ｍｓである以外は、全く同一
のフローであるので、第２実施例の電気回路図およびフ
ローチャートの重複図示は省略する。

【００３０】この実施例においても、前述のフローチャ
ートで示すマイクロコンピュータのプログラムが実行さ
れることにより、図１０中（Ｆ）で示すようにＳ時点に
おいて、起動後２秒が経過すると、（Ｇ）で示すように
ナベフラグ１が立ち、小物検知が開始される。すなわ
ち、（Ｈ）で示すように、交流波形のゼロクロス点に対
応する時点毎に、ナベフラグ２が立てられ、所定時間
（１．２ｍｓ）経過するとナベフラグ２が降ろされる。
そして、（Ｉ）で示すように、このナベフラグ２が立っ
ている間に、比較器２２からのパルスが計数される。ナ
ベフラグ２は合計４回立てられ、それ毎にパルスが計数
され、合計される。

【００３１】パルスの合計の計数値（トータルレジ）
は、所定の基準値と比較され、基準値より多ければ負荷
無し又は小物、基準値より少なければ通常負荷と判断さ
れる。図１０では、Ｐ時点まではナベアリでゼロクロス
近傍にはパルスが無いが、Ｐ時点以降ではナベナシとな
っている。この場合、ゼロクロス点近傍にパルスが存在
する結果、パルスの計数値が基準値より大きくなるの
で、負荷無し又は小物と判断されることになる。

【００３２】図１２は、前記第１実施例の図１１と同様
に、４種類の負荷状態においてそれぞれ１０回づつ計数
した結果を示す。これにおいても、判定基準値（０ＢＤ
Ｈ）の両側に正常負荷と異常負荷が分布しており、小物
や無負荷の状態が確実に検知できることが分かる。

【００３３】なお、ＩＨ加熱動作が停止している時に本
第２実施例の小物検知動作を実行するに当たっては、該
小物検知動作とＩＨ動作を同時に開始すると、初回のゼ
ロクロス付近のコンデンサ３のチャージ電圧が高く、第
１回目のゼロクロス付近のパルスの途切れが正確に得ら
れないためにゼロクロスの１周期前からＩＨ動作のみを
開始して（以下、前置きＩＨ動作という。）小物検知動
作に入るとよい。

【００３４】また、本第２実施例の小物検知動作ではマ
イクロコンピュータの処理時間をかせぐ意味でパルス波
形（Ｅ）の周期をできるだけ長くするために最大の出力
状態でＩＨ動作をさせることが必要であるが、前置きＩ
Ｈ動作をいきなり最大出力状態で行うと異音の原因とも
なるため最小の出力状態で前置きＩＨ動作をさせるとよ
い。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、従来のように負荷の有無の検知のために動作
を中断するものではないので、検知音の発生がない。ま
た、負荷の有無、小物検知をソフトウェアによって処理
するので、回路構成が簡単であり、かつ、安価となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の原理を説明するための（Ａ）
駆動パルスの変化、（Ｂ）Ｖｃｅ波形の変化をそれぞれ
示す図である。

【図２】 本発明の第２の原理を説明するための（Ａ）
ゼロクロス近傍のエンベロープ、（Ｂ）計数時間、
（Ｃ）計数パルスを示す図である。

【図３】 本発明の誘導加熱装置の電気回路図である。

【図４】 マイクロコンピュータによる小物検知動作の
メインルーチンのフローチャートである。

【図５】 タイマー割り込み１のフローチャートであ
る。

【図６】 外部割り込み２のフローチャートである。

【図７】 外部割り込み１のフローチャートである。

【図８】 タイマー割り込み２のフローチャートであ
る。

【図９】 第１実施例における（Ａ）ＡＣ波形、（Ｂ）
ゼロクロス信号、（Ｃ）Ｖｃｅエンベロープ、（Ｄ）平
滑波形、（Ｅ）パルス波形、（Ｆ）２ｓタイマ、（Ｇ）
ナベフラグ１、（Ｈ）ナベフラグ２、（Ｉ）計数パルス
のタイムチャートである。

【図１０】 第２実施例における（Ａ）ＡＣ波形、
（Ｂ）ゼロクロス信号、（Ｃ）Ｖｃｅエンベロープ、
（Ｄ）平滑波形、（Ｅ）パルス波形、（Ｆ）２ｓタイ
マ、（Ｇ）ナベフラグ１、（Ｈ）ナベフラグ２、（Ｉ）
計数パルスのタイムチャートである。

【図１１】 第１実施例の計数結果を示す図である。

【図１２】 第２実施例の計数結果を示す図である。

【図１３】 誘導加熱装置の一般回路図である。

【符号の説明】

１…交流電源、２…整流回路、６…インバータ回路、７
…誘導加熱コイル、８…コンデンサ、９…共振回路、１
４…マイクロコンピュータ（計数、判定、制御手段）、
２１…平滑回路、２２…比較器。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を直流電圧に変換する整流回路
   と、該整流回路からの直流電圧を高周波電圧に変換する
   インバータ回路と、該インバータ回路に接続された誘導
   加熱コイルおよびコンデンサからなる共振回路とを備え
   た誘導加熱装置において、 前記共振回路から発生する電圧波形とこれを平滑した波
   形とを比較して矩形波を出力する比較手段と、 該比較手段から出力される矩形波を、前記交流電圧波形
   のゼロクロス点に対応する時点において所定時間内で計
   数する計数手段と、 該計数手段で計数される計数値を所定の基準値と比較す
   ることにより負荷の有無を判定する判定手段と、 該判定手段による判定結果に基づいて前記インバータ回
   路を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする誘導
   加熱回路。
2. 【請求項２】 前記計数手段が、前記比較手段から出力
   される矩形波を、複数のゼロクロス点に対応する時点よ
   り一定時間経過した時点から所定時間内で計数すること
   を特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 【請求項３】 前記計数手段が、前記比較手段から出力
   される矩形波を、複数のゼロクロス点に対応する時点の
   前後の所定時間内で計数することを特徴とする請求項１
   に記載の誘導加熱装置。