JP3614736B2

JP3614736B2 - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP3614736B2
Application number: JP30832599A
Authority: JP
Inventors: 雅之磯貝
Original assignee: 株式会社日立ホームテック
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: JP2001120425A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱調理器の負荷判定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、誘導加熱調理器には加熱する際、加熱に適している負荷か否かを判別する手段を有している。
【０００３】
これらの判別手段としては、商用電源側からみた電流（一次電流）と加熱コイルあるいは共振コンデンサに流れる電流（共振電流）の比率から、あるいは一次電流と商用電源電圧から入力している電力を算出して判別する方法などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
負荷の判別においては、前記のそれぞれを単独あるいは組合せて用いることが多い。
【０００５】
ここで、一次電流と共振電流の比率で判断する方法について詳細に述べる。
【０００６】
図４は、図１の電圧共振型インバータにおける一次電流と共振電流の比率から、負荷加熱の適否を判断するグラフである。
【０００７】
このグラフでは、閾値ラインＺの上側が加熱不適の領域となる。
【０００８】
例えば、ナイフやスプーンなどのいわゆる小物負荷では一次電流はほとんど流れないが共振電流はある程度流れる。
【０００９】
また、アルミ材質の鍋では一次電流に対して共振電流が非常に大きくなるなどの特徴がある。
【００１０】
いずれも図４の加熱不適領域になり、制御部は加熱不可と判断し、通電を停止することができる。
【００１１】
一般に、一次電流や共振電流を検出する素子としては、カレントトランス（以下ＣＴ）が用いられている。
【００１２】
ＣＴは二次巻線が細く、断線等が発生しやすい。
【００１３】
また、インバータ部分と制御部が別々の基板構成になっている場合は接続ケーブルの断線や外れなどが発生しやすい。
【００１４】
これらの不具合が一次電流の検出部分に発生した場合は、一次電流検出値がほぼゼロになるため、小物負荷と判別され、加熱を停止することができる。
【００１５】
しかし、共振電流の検出部分に発生した場合は、図４における加熱適領域になるため、加熱を継続してしまうことになり、過電流や過電圧の発生によって素子の破壊や製品の故障を引き起こす等の問題点があった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、交流電源を直流電源に変換する整流器と、この直流電源を平滑する平滑回路と、平滑回路の出力をスイッチング素子により高周波電流に変換し、加熱コイル、共振コンデンサからなる共振回路に供給し、近傍に配置した負荷を加熱するインバータと、このインバータを制御する制御部と、交流電源からみた電流を検出する一次電流検出回路と、加熱コイルあるいは共振コンデンサの電流を検出する共振電流検出回路からなる誘導加熱調理器において、加熱動作中に一次電流と共振電流の状態から負荷の状態を判断し、加熱継続あるいは停止を判断する負荷判別回路を有し、一次電流に対して共振電流が著しく低下している場合は加熱不可と判断し、制御部は加熱動作を停止するものとした。
【００１７】
また、前記負荷判別回路は、一次電流が低い領域に対しては共振電流の閾値を下げるものとした。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明では、前記構成により、前記負荷判別回路は、加熱動作中に一次電流の状態から負荷の状態を判断し、加熱継続あるいは停止を判断するとともに、一次電流に対して共振電流が著しく低下している場合は加熱不可と判断し、制御部は加熱動作を停止する。
【００１９】
また、前記負荷判別回路は、一次電流が低い領域に対しては共振電流の閾値を下げる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の要部ブロック図であり、１００Ｖ電源系でよく使われる電圧共振型の誘導加熱用インバータ回路図である。
【００２２】
商用電源１を整流器２で直流電源に変換し、チヨークコイル３１及びコンデンサ３２で構成する平滑回路３で平滑化する。
【００２３】
前記直流電源の正電圧出力端に、加熱コイル４と共振コンデンサ５で構成する共振回路の一端を接続し、他端をスイッチング素子６及び逆並列に接続したダンパダイオード７で構成するスイッチング部に接続してある。
【００２４】
スイッチング部の他端は直流電源１の基準電圧側に接続してある。
【００２５】
ＣＴ（カレントトランス）８は商用電源１からみた電流を検出するための電流検出素子であり、その出力は一次電流検出回路９に接続してある。
【００２６】
またＣＴ１０は、加熱コイル４に流れる共振電流を検出するための共振電流検出素子であり、その出力は共振電流検出回路１１に接続してある。
【００２７】
一次電流検出回路９及び共振電流検出回路１１は、それぞれ入力した信号を直流化し適当な信号レベルに変換し、負荷判別回路１２に出力している。
【００２８】
制御部１３は、操作部（図示せず）の操作入力によって加熱動作を開始し、スイッチング素子６を駆動するドライブ回路１４に駆動信号を出力している。
【００２９】
スイッチング素子６駆動の結果、一次電流検出回路９および共振電流検出回路１１より、負荷の状態及び駆動信号のデューティに対応した信号が出力され、負荷判別回路１２はその信号から、加熱に適している負荷かどうか、あるいは加熱を継続できる状態か否かを判別して制御部１３に出力している。その判別信号によって制御部１３は加熱動作を継続するか、停止するかを決定する。
【００３０】
図２は、一次電流を検出する一次電流検出回路例である。
【００３１】
一次電流を一次側とするＣＴ８の２次側出力を一次電流検出回路９に接続してある。
【００３２】
一次電流検出回路９は、その検出信号レベルは抵抗９１で振幅を設定し、整流回路９２で直流化する。その信号を抵抗９３、９４で分圧し、コンデンサ９５で平滑している。
【００３３】
図３は、共振電流を検出する共振電流検出回路例である。
【００３４】
共振電流を一次側とするＣＴ１０の二次側出力を共振電流検出回路１１に接続している。
【００３５】
共振電流検出回路１１は、その検出信号レベルは抵抗１１１で振幅を設定し、整流回路１１２で直流化する。その信号を抵抗１１３、１１４で分圧し、コンデンサ１１５で平滑する。
【００３６】
図２および図３の回路例において、実際に負荷に通電した場合の一次電流と共振電流の組合せは図４で示すように、ある閾値に対する位置関係で加熱に適している負荷の状態か、加熱を停止しなければならない状態かを判別することができる。
【００３７】
図４において、ａ〜ｄの各点は、ａはナイフやスプーンなどの小物負荷、ｂはアルミ鍋、ｃはある種のステンレス鍋、ｄはホーローなどの加熱に適した鍋、等を示すものの例である。
【００３８】
また、「’」は制御部の設定するスイッチング素子６の駆動デューテイを高くした（高い電力設定）場合の例である。
【００３９】
ラインＺは負荷の状態を判定するための閾値であり、Ｚの上側は加熱不適、下側が加熱適の領域となる。
【００４０】
図中、ａ〜ｃの負荷はＺの上側にあるため、負荷判別回路１２は制御部１３に対して加熱不適の判定結果を表わす。
【００４１】
同様にｄの負荷は加熱適の判定結果を表わす。
【００４２】
ここで、ＣＴ１０の故障あるいは共振電流検出回路１１の故障が発生し、検出出力がほぼゼロになった場合、ａーａ’、ｂーｂ’、ｃーｃ’、ｄーｄ’であつた正常な検出値はそれぞれ、ＡーＡ’、ＢーＢ’、ＣーＣ’、ＤーＤ’となり、本来、加熱不適であつた小物負荷、アルミ鍋、ある種のステンレス鍋の全てが加熱適の領域に入ってきてしまう。
【００４３】
このまま加熱を継続すれば、インバータ部分に過電流あるいは過電圧が発生し、部品の過負荷やスイッチング素子６の故障が発生することは明らかである。
【００４４】
したがって、ラインＹのごとく、共振電流の低い領域に対しても何らかの閾値を設けることが必要となる。
【００４５】
図５は、このような故障に対応した負荷判別回路１２の回路例である。
【００４６】
負荷判別回路１２の入力信号は、一次電流検出信号ｉ１と共振電流検出信号ｉ２である。
【００４７】
比較器１２１はｉ１を非反転入力端子ｉ２を反転入力端子に接続してある。
【００４８】
したがって、比較器１２１は図４におけるラインＺの閾値を設定するものである。
【００４９】
比較器１２２はｉ１を抵抗１２４、１２５で分圧した信号を反転入力端子に接続し、ｉ２を非反転入力端子に接続する。ｉ１の信号レベルによってｉ２の許容信号レベルを設定するものであり、図４におけるラインＹの閾値に相当する。
【００５０】
比較器１２１および比較器１２２の出力は、ワイアード・オア接続し抵抗１２３でプルアップする。
【００５１】
したがって、この負荷判別回路１２例ではハイレベルが出力されると加熱適、ロウレベルが出力されると加熱不適の判別出力となる。
【００５２】
図６は、負荷判別回路１２の別の回路例である。
【００５３】
一次電流検出信号ｉ１と共振電流検出信号ｉ２をそれぞれＡ／Ｄ変換回路１２６、１２７に入力し、その出力結果と負荷判別用閾値表１２８を直接比較し、負荷の状態を判別するものである。
【００５４】
通常は制御用マイクロコンピュータに内蔵するソフトウエアで行うものである。
【００５５】
この方法は負荷判別用閾値表１２８の閾値をある程度自由に設定できるという利点がある。
【００５６】
例えば、図７において図５の回路例で設定できる閾値ラインをそれぞれＺ（正常出力用）、Ｙ（共振電流出力異常用）とすると、図７の回路例ではＺ１、Ｚ２、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３のような設定が可能になる。
【００５７】
Ｚ１はｉ１とｉ２の関係をより適切に関係付けた例
Ｚ２はｉ１に対して、大電流領域ではｉ２を制限する例
Ｙ１はＺ１と同様にｉ１とｉ２の関係をより適切に関係付けた例
Ｙ２はｉ１に対して数段階の閾値に設定し、ソフトウエアの簡略化を図った例
Ｙ３はｉ１に対して常に一定の閾値に設定し、ソフトウエアの簡略化を図った例
図８は、本発明の第二の実施例を示したものであり、２００Ｖ電源系でよく使われる電流共振型インバータ方式の例である。
【００５８】
商用電源１を整流器２で直流電源に変換し、チョークコイル３１およびコンデンサ３２で構成する平滑回路３で平滑化する。
【００５９】
直流電源出力の両端に共振コンデンサ５１、５２を直列に接続してある。
【００６０】
同様にスイッチング素子６１と逆並列に接続したダンパダイオード７１と、スイッチング素子６２と逆並列に接続したダンパダイオード７２を直列に接続してある。
【００６１】
前記共振コンデンサ５１、５２の直列接続とスイッチング素子６１、６２の直列接続の中点同士に加熱コイル４の両端を接続してある。
【００６２】
ＣＴ８は商用電源からみた電流を検出するための電流検出素子であり、その出力は一次電流検出回路９に接続してある。
【００６３】
ＣＴ１０は加熱コイル４に流れる共振電流を検出するための共振電流を検出素子であり、その出力は共振電流検出回路１１に接続してある。
【００６４】
一次電流検出回路９および共振電流検出回路１１はそれぞれ入力した信号を直流化し適当な信号レベルに変換し、負荷判別回路１２に出力している。
【００６５】
制御部１３は操作部（図示せず）の操作入力によって加熱動作を開始し、スイッチイング素子６１、６２を交互に駆動するドライブ回路１４１、１４２に駆動信号を出力している。
【００６６】
スイッチイング素子６１およびスイッチイング素子６２駆動の結果、一次電流検出回路９および共振電流検出回路１１より、負荷の状態および駆動信号のデューテイに対応した信号が出力され、負荷判別回路１２はその信号から、加熱に適している負荷かどうか、あるいは加熱を継続できる状態か否かを判別して制御部１３に出力している。
【００６７】
その判別信号によって制御部１３は加熱動作を継続するか、停止するかを決定する。
【００６８】
図８の実施例においても、一次電流検出回路９、共振電流検出回路１１、負荷判別回路１２は同様な構成であり、同様な作用を行なう。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、交流電源を直流電源に変換する整流回路と、この直流電源を平滑する平滑回路と、平滑回路の出力をスイッチング素子により高周波電流に変換し、加熱コイル、共振コンデンサからなる共振回路に供給し、近傍に配置した負荷を加熱するインバータと、このインバータを制御する制御部と、交流電源からみた電流を検出する一次電流検出回路と、加熱コイルあるいは共振コンデンサの電流を検出する共振電流検出回路からなる誘導加熱調理器において、加熱動作中に一次電流及び共振電流の状態から負荷の状態を判断し、加熱継続あるいは停止を判断する負荷判別回路を有し、一次電流に対して共振電流が著しく低下している場合は加熱不可と判断し、制御部は加熱動作を停止することができる。
【００７０】
また、一次電流が低い領域に対しては共振電流の閾値を下げることで検出精度を上げることができる。
【００７１】
従って、共振電流検出部分が故障し、負荷の状態が正常に検出できなくなっても加熱を停止する判断ができ、過電流や過電圧の発生によるインバータ部分の部品ストレス増大や、スイッチイング素子の故障を未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の回路ブロック図である。
【図２】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の一次電流検出回路図である。
【図３】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の共振電流検出回路図である。
【図４】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の一次電流と共振電流検出値および加熱適否閾値の例図である。
【図５】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の負荷判別回路図である。
【図６】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の負荷判別回路図である。
【図７】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の負荷判別回路における閾値の設定例図である。
【図８】本発明の他の一実施例を示す誘導加熱調理器の回路ブロック図である。
【符号の説明】
１商用電源
２整流器
３平滑回路
４加熱コイル
５共振コンデンサ
６スイッチング素子
７ダンパダイオード
８カレントトランス
９一次電流検出回路
１０カレントトランス
１１共振電流検出回路
１２負荷判別回路
１３制御部
１４ドライブ回路

Claims

交流電源（１）を直流電源に変換する整流器（２）と、この直流電源を平滑する平滑回路（３）と、平滑回路（３）の出力をスイッチング素子（６）により高周波電流に変換し、加熱コイル（４）、共振コンデンサ（５）からなる共振回路に供給し、近傍に配置した負荷を加熱するインバータと、このインバータを制御する制御部（１３）と、交流電源（１）からみた電流を検出する一次電流検出回路（９）と、加熱コイル（４）あるいは共振コンデンサ（５）の電流を検出する共振電流検出回路（１１）からなる誘導加熱調理器において、加熱動作中に一次電流と共振電流の状態から負荷の状態を判断し、加熱継続あるいは停止を判断する負荷判別回路（１２）を有し、一次電流に対して共振電流が著しく低下している場合は加熱不可と判断し、制御部（１３）は加熱動作を停止することを特徴とする誘導加熱調理器。
前記負荷判別回路（１２）は、一次電流が低い領域に対しては共振電流の閾値を下げることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。