JP3711483B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路を駆動する周波数を鍋の材質に応じて選択する誘導加熱調理器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図10は例えば特許第2532565 号公報に開示された従来の誘導加熱調理器の回路図であり、図において、11は直流電源、12はインバータ回路で、直流電源11に直列に接続された第1及び第2スイッチング素子13,14、加熱コイル15、加熱コイル15に直列に接続された共振コンデンサ16、第1スイッチング素子13に並列に接続された第1ダイオード17、及び第2スイッチング素子14に並列に接続された第2ダイオード18で構成されている。19はインバータ回路12の制御回路で、入力設定部19a、入力検知部19b、比較部19c、発振器19f及び可変導通比設定部19gからなっている。
【0003】
前記のように構成された従来の誘導加熱調理器の動作を説明する。
比較部19cが、入力設定部19aに設定された入力設定値と入力検知部19bで検知された実際の入力値とを比較して誤差電圧を出力すると、可変導通比設定部19gは、その誤差電圧に応じて第1スイッチング素子13と第2スイッチング素子14の導通比を変化させる。この入力電力の帰還ループにより、第1及び第2スイッチング素子13,14の導通比は実際の入力値が入力設定値に等しくなるように制御される。
【0004】
これは、第1スイッチング素子13のオン期間T2 と発振周期T1 の比T2 /T1 と、電力及び発振周波数との関係が図11の特性曲線図に示される関係にあることに着目したもので、発振周期T1 が一定で第1スイッチング素子13のオン期間T2 を変えれば発振周波数一定で電力を変化させることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の誘導加熱調理器で、例えば、図12(a)に示すように発振周波数の周期T1 に対しデューティ比がほぼ0.5 (T2 /T1 、T3 /T1 )の波形で第1及び第2スイッチング素子13,14を交互にオン・オフしたとき最大の電力が得られるが、鍋の材質が変わった場合では、同じ最大の電力を得ようとしても発振周波数が一定であるため、第1及び第2スイッチング素子13,14を交互に駆動する波形が同図(b)に示すようになり、第2スイッチング素子14側の損失が増大して効率が良くなかった。
【0006】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、鍋の材質に最適な発振周波数を選択してそれを基に第1及び第2スイッチング素子を交互に駆動する誘導加熱調理器を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る誘導加熱調理器は、商用電源を直流に変換する直流電源回路と、加熱コイル及び一対のスイッチング素子を有し、その一対のスイッチング素子を交互にオン・オフして加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、調理の電力を選択する操作部と、予め鍋の材質に応じて発振周波数が設定され、操作部により電力が設定されたとき、調理開始と判断してその発振周波数のうち何れかの周波数を発振する周波数可変発振部と、調理が開始されたとき、所定の上昇率を有する信号を予め設定された時間t B まで出力し、その後、操作部で設定された電力に応じて制御信号を出力する電力制御部と、周波数可変発振部から発振された高周波と電力制御部の所定信号とに基づいてインバータ回路の加熱コイルの電力を徐々に上昇させる駆動信号を生成し、一対のスイッチング素子にそれぞれ出力するインバータ駆動手段と、一対のスイッチング素子の駆動から所定時間t A に達すると、直流電源回路に入力する電流値とインバータ回路に発生する電圧値との組合せに基づいて加熱コイル上の異常の有無を判別し、異常のときはインバータ駆動手段の動作を停止させ、異常でないときは時間t B に達したときに鍋の材質を判別してその材質に最適な周波数を特定し、周波数可変発振部から発振させる鍋判別部とを備え、インバータ駆動手段は、その鍋判別部により特定された周波数と電力制御部からの制御信号が入力されたときは、加熱コイルに操作部により設定された電力が得られるようその周波数と制御信号とに基づいて駆動信号を生成し、一対のスイッチング素子にそれぞれ出力する。
【0008】
本発明の請求項2に係る誘導加熱調理器は、インバータ駆動手段は、操作部によって設定された電力が最大のときは、入力された周波数の周期に対し一対のスイッチング素子のオン期間がほぼ半分となる波形の駆動信号をそれぞれ生成する。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施形態を示す誘導加熱調理器の回路図、図2は本実施形態の誘導加熱調理器における制御手段のブロック構成図、図3はその誘導加熱調理器のインバータ駆動手段の回路図、図4は調理開始時に電力制御部から出力される信号レベルと加熱コイル上の異常の有無及び鍋の材質を判別するタイミングとの関係を示す図、図5は加熱コイル上の異常の有無及び鍋の材質を判別するための説明図、図6は鍋の材質の違いによる第1スイッチング素子のオン期間の幅を示す図である。
【0011】
図において、1は商用電源、2は商用電源1の交流を整流する整流回路、3は平滑回路で、整流回路2に並列に接続されたコンデンサ31と、整流回路2の正極側に挿入されたチョークコイル32と、コンデンサ31に並列に接続された平滑コンデンサ33とで構成され、整流回路2の出力(脈流)を平滑して直流分だけを出力する。
【0012】
4はインバータ回路で、平滑回路3の両極間に挿入されたHighアーム及びLow アームスイッチング素子41,42と、Highアームスイッチング素子41(以下、「第1スイッチング素子41」という)に並列に接続されたダイオード43と、Low アームスイッチング素子42(以下、「第2スイッチング素子42」という)に並列に接続されたダイオード44と、一端がその第1及び第2スイッチング素子41,42の接続点に接続された加熱コイル45と、一端が加熱コイル45を介して第1及び第2スイッチング素子41,42の接続点に接続され、他端が第2スイッチング素子42のエミッタ側に接続された共振コンデンサ46と、共振コンデンサ46に並列に接続されたダイオード47とで構成され、第1及び第2スイッチング素子41,42を交互にオン・オフさせることにより加熱コイル45と共振コンデンサ46に高周波電流が流れる。
【0013】
5は整流素子のダイオードを有する変流器で、調理の電力設定に応じて流れる交流電流を検出し、それを直流電圧に変換して出力する。6は分圧回路で、共振コンデンサ46に並列に接続され、その共振コンデンサ46に流れる電流に比例して発生する両端電圧を分圧する。
【0014】
7は例えばマイクロコンピュータからなる制御手段で、変流器5からの直流電圧に基づいて入力電流を検知する入力電流検知部71と、分圧回路6により分圧された電圧に基づいて共振コンデンサ46の電圧を検知するコンデンサ電圧検知部72と、タクトスイッチ9により設定された調理電力(強・中・弱)に基づいて信号を生成する入力設定部73と、鍋判別部74と、例えば固定周期T11の周波数21KHZ 及び固定周期T21の周波数25KHZ がそれぞれ設定され、鍋判別部74の選択に基づいて何れか一方の周波数を発振する2周波可変発振部75と、入力設定部73からの信号が入力されると、後述するインバータ駆動手段8の出力禁止を解除する禁止解除信号B,Cを出力する第1及び第2禁止解除部76,77と、電力制御部78とで構成されている。
【0015】
前記鍋判別部74は、タクトスイッチ9により設定された調理電力に基づく信号を入力設定部73が出力すると、加熱開始と判断して例えば周波数21KHZ の高周波を2周波可変発振部75から発振させ、そして、加熱開始から所定時間tA 例えば1秒経過したとき、入力電流検知部71の検知による入力電流とコンデンサ電圧検知部72の検知によるコンデンサ電圧との組合せから加熱コイル上の異常の有無を判別する。
【0016】
例えば、図5に示すように入力電流がI1 以内のときは加熱コイル45上に鍋10無し或いは小物が載置されていると判別し、また、コンデンサ電圧がV2 以上のときは材質がアルミや銅等からなる鍋10と判別する。このような場合は、異常ありとして第1及び第2禁止解除部76,77に禁止指令を出してインバータ駆動手段の動作を停止させる。また、入力電流がI1 を越え、コンデンサ電圧がV2 未満のときは異常なしと判別する。
【0017】
1秒経過したときに異常なしと判断した場合は、さらに所定時間tB 例えば調理開始から1.5 秒経過したとき、鍋10が磁性系か非磁性系かを判別する。入力電流がI1 を越え、コンデンサ電圧がV1 未満のときは磁性系の鍋10と判別し、入力電流がI1 を越え、コンデンサ電圧がV2 未満でV1 以上のときは非磁性系の鍋10と判別する。磁性系の鍋10の場合は、例えば周波数21KHZ を継続して発振させ、非磁性系の鍋10の場合は、2周波可変発振部75から発振されている周波数21KHZ を周波数25KHZ の高周波に切り換えさせる。
【0018】
前記電力制御部78は、入力設定部73からの信号が入力されると調理開始と判断して所定の信号をインバータ駆動手段8に出力し、その信号のレベル(電圧)を時間の経過と共に徐々に上げていく。そして、1.5 秒(時間tB )を経過したときは、入力設定部73からの信号と入力電流検知部71からの信号(入力電流)とを比較し、その誤差を制御信号としてインバータ駆動手段8に出力する。
【0019】
前述した所定信号は予め設定されたもので、図4に示すように調理開始から1.5 秒経過するまで電位レベルを徐々に上げて第1スイッチング素子41のオン期間が徐々に広くなるようにし、加熱コイル45の出力を徐々に上昇させている。これは、前述したように異常の有無及び鍋10の材質の判別を鍋判別部74に行わせるためである。
【0020】
前記インバータ駆動手段8は、図3に示すように、直列に接続された4種のコンパレータ81,82,83,84と、コンパレータ82の出力側より分岐して直列に接続された2種のコンパレータ85,86と、コンパレータ85の入力側と第1禁止解除部76との間に挿入された第1ダイオード87と、2種のコンパレータ85,86の接続点と第2禁止解除部77との間に挿入された第2ダイオード88とで構成され、そのうち、コンパレータ81の入力側は2周波可変発振部75と接続され、コンパレータ82のもう一方の入力側は電力制御部78と接続され、また、コンパレータ84の出力端はインバータ回路4の第1スイッチング素子41のゲート側に接続され、コンパレータ86の出力端は第2スイッチング素子42のゲート側に接続されている。
【0021】
このインバータ駆動手段8は、動作説明時で詳述するが、タクトスイッチ9により設定された調理電力が得られるよう電力制御部78からの制御信号のレベルに基づいて第1スイッチング素子41をオンする波形(高周波信号)を、入力された周波数(21KHZ 又は25KHZ )の周期内において生成すると共に、その生成した波形を基に第2スイッチング素子42を駆動する波形を生成する。第1スイッチング素子41のオン期間は、図6に示すように鍋の材質によって異なり、電力が最大のとき、即ち、周波数の周期に対しデューティ比が0.5 のとき最もそのオン期間が広くなり、この幅によって電力が決定される。
【0022】
次に、本実施形態の誘導加熱調理器の動作を図7、図8及び図9を参照しながら説明する。図7は調理開始から周波数設定までの動作を示すフローチャート、図8はインバータ駆動手段の動作波形図、図9は鍋の材質に応じて出力される駆動信号の波形図である。
タクトスイッチ9により調理電力が例えば「強」の2KWが設定されると(S1)、制御手段7の入力設定部73がその設定に応じた信号を鍋判別部74、第1及び第2禁止解除部76,77、電力制御部78にそれぞれ出力する。この時、第1及び第2禁止解除部76,77が、第1及び第2ダイオード87,88のカソード側に禁止解除信号B,C(ハイレベル)を出力して、コンパレータ84,86から駆動信号が出力されるよう出力禁止を解除し(S2)、鍋判別部74は、周波数21KHZ を2周波可変発振部75から発振してコンパレータ81に出力させ(S3)、電力制御部78は、調理開始と判断して所定の信号をコンパレータ82に出力しその信号のレベルを徐々に上げていく(S4)。インバータ駆動手段8は、後述するが、周波数21KHZ と電位レベルが徐々に上がる前記信号とに基づいて第1スイッチング素子41のオン期間を徐々に広くする駆動信号を生成すると共に、第2スイッチング素子42をオンする駆動信号を生成し、インバータ回路4の第1及び第2スイッチング素子41,42にそれぞれ出力する。
【0023】
一方、電力制御部78は、調理開始から1秒(時間tA )経過したかどうかを判定しており(S5)、その時間を確認したときはその旨を鍋判別部74に通知する。この時、鍋判別部74は、入力電流検知部71の検知による入力電流値とコンデンサ電圧検知部72の検知によるコンデンサ電圧値との組合せから加熱コイル45上の異常の有無を判別する(S6)。この時点において、入力電流がI1 以内でコンデンサ電圧がV2 以上のときは異常ありとして、第1及び第2禁止解除部76,77から禁止信号(ローレベル)を出力させ、インバータ駆動手段8からの高周波信号の出力を停止させる(S7)。また、入力電流がI1 を越え、コンデンサ電圧がV2 未満のときは異常なしと判断する。
【0024】
この時、電力制御部78は、さらに第1スイッチング素子41のオン期間が広くなるよう信号レベルを上昇させると共に、調理開始から1.5 秒(時間tB )を経過したかどうかを判定しており(S8,S9)、その時間を経過していないときは信号のレベルをさらに上昇させる(S8)。そして、1.5 秒の経過を確認したときはその旨を鍋判別部74に通知する。
【0025】
鍋判別部74は、前記通知を受けると、鍋10が磁性系か非磁性系かを判別する(S10)。入力電流がI1 を越え、コンデンサ電圧がV1 未満のときは磁性系の鍋10と判別し、また、入力電流がI1 を越え、コンデンサ電圧がV2 未満でV1 以上のときは非磁性系の鍋10と判別する。磁性系の鍋10の場合は、周波数21KHZ を継続して発振させ(S11)、非磁性系の鍋の場合は、2周波可変発振部75から発振されている周波数21KHZ を周波数25KHZ に切り換えさせる(S12)。この時、電力制御部78は、入力電流検知部71からの入力電流を取り込んで入力設定部73の信号(2KW)と比較し、その誤差を制御信号としてインバータ駆動手段8に出力し、電力の一定制御に入る(S13又はS14)。
【0026】
例えば、図8に示すように周波数21KHZ が2周波可変発振部75から発振されると(同図(a)参照)、インバータ駆動手段8のコンパレータ81は、その波形のハイ及びローレベルをそれぞれ反転すると共に、ローレベルに反転した波形を数μ秒後ハイレベルまで徐々に上げてなる波形を前記周波数21KHZ の周期T11毎に生成して出力し((b)参照)、コンパレータ82は、電力制御部78からの制御信号のレベルとそのコンパレータ81からの信号とを比較し((c)参照)、制御信号のレベル以下の信号を反転すると共に矩形波に変換してコンパレータ83,85にそれぞれ出力する((d)参照)。コンパレータ83は、その波形を鋸波状に変換してコンパレータ84に出力し((e)参照)、コンパレータ84はその波形の斜線と基準電位との交点を信号の立ち上がりとする波形、即ち、周波数21KHZ の波形の立ち上がりより時間t3 遅れた波形を前記周期T11毎に生成し((f)参照)、インバータ回路4の第1スイッチング素子41に出力する((g)参照)。
【0027】
一方、コンパレータ85は、入力された波形の各レベルをそれぞれ反転して図に示す波形を生成し((h)参照)、コンパレータ86は、その波形の斜線と基準電位との交点を信号の立ち上がりとする波形、即ち、図8(d)に示すの波形の立ち下がりより時間t4 遅れた波形を前記周期T11毎に生成し((i)参照)、インバータ回路4の第2スイッチング素子42に出力する((j)参照)。
この場合、インバータ駆動手段8から出力される駆動信号は、図9(a)に示すように周波数21KHZ の周期T11に対しデューティ比がほぼ0.5 の波形となり、設定された電力が低下した場合には、第1スイッチング素子41のオン期間T12が狭くなり、これに対し第2スイッチング素子42のオン期間T13がさらに広くなる波形となる。また、設定された電力が「強」の2KW で、鍋10が非磁性系の場合、即ち、2周波可変発振部75から発振された周波数が25KHZ の場合は、図9(b)に示すようにその周波数25KHZ の周期T21に対しデューティ比がほぼ0.5 の波形となり、第1スイッチング素子41はオン期間T22で、第2スイッチング素子42はオン期間T23で交互にオン・オフされる。
【0028】
以上のように本実施形態においては、調理開始から1秒経過したとき加熱コイル45上の異常の有無を判別し、異常のときはインバータ駆動手段8の動作を停止させ、異常がないときはさらに0.5 秒経過したときに鍋10の材質を判別し、その鍋10が磁性系の場合は周波数21KHZ を、非磁性系のときは周波数25KHZ を選択して、タクトスイッチ9に設定された電力が得られるようその選択周波数を基に第1及び第2スイッチング素子41,42をそれぞれ駆動する駆動信号を生成するようにしたので、鍋10の材質が異なっても効率よく電力が得られ、しかも、鍋10の材質が異なってもデューティ比がほぼ0.5 の波形の高周波信号を生成できるので、第2スイッチング素子42側の損失を低減でき、より効率のよい電力を得ることができるという効果がある。
【0029】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項1の発明によれば、調理開始から所定時間t A 経過したとき加熱コイル上の異常の有無を判別し、異常が有るときはインバータ駆動手段の動作を停止させ、異常がないときは予め設定された時間t B 経過したときに鍋の材質を判別して最適な周波数を特定し、かつ、その周波数と操作部により設定された電力に応じた制御信号とに基づいて一対のスイッチング素子をそれぞれ駆動する駆動信号を生成するようにしたので、鍋の材質が異なっても効率よく電力が得られるという効果がある。
【0030】
本発明の請求項2の発明によれば、操作部によって設定された電力が最大のときは、入力された周波数の周期に対し一対のスイッチング素子のオン期間がほぼ半分となる波形の駆動信号をそれぞれ生成するようにしたので、鍋の材質が異なっていても片方のスイッチング素子側の損失を低減でき、より効率のよい電力を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態を示す誘導加熱調理器の回路図である。
【図2】 本実施形態の誘導加熱調理器における制御手段のブロック構成図である。
【図3】 誘導加熱調理器のインバータ駆動手段の回路図である。
【図4】 調理開始時に電力制御部から出力される信号レベルと加熱コイル上の異常の有無及び鍋の材質を判別するタイミングとの関係を示す図である。
【図5】 加熱コイル上の異常の有無及び鍋の材質を判別するための説明図である。
【図6】 鍋の材質の違いによる第1スイッチング素子のオン期間の幅を示す図である。
【図7】 調理開始から周波数設定までの動作を示すフローチャートである。
【図8】 インバータ駆動手段の動作波形図である。
【図9】 鍋の材質に応じて出力される駆動信号の波形図である。
【図10】 従来の誘導加熱調理器の回路図である。
【図11】 デューティ比と電力及び発振周波数との関係を示す特性曲線図である。
【図12】 従来の課題を説明するための駆動信号の波形図である。
【符号の説明】
1 商用電源、2 整流回路、3 平滑回路、4 インバータ回路、5 変流器、6 分圧回路、7 制御手段、8 インバータ駆動手段、9 タクトスイッチ。
Claims (2)
- 商用電源を直流に変換する直流電源回路と、
加熱コイル及び一対のスイッチング素子を有し、その一対のスイッチング素子を交互にオン・オフして加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、
調理の電力を選択する操作部と、
予め鍋の材質に応じて発振周波数が設定され、操作部により電力が設定されたとき、調理開始と判断してその発振周波数のうち何れかの周波数を発振する周波数可変発振部と、
調理が開始されたとき、所定の上昇率を有する信号を予め設定された時間t B まで出力し、その後、操作部で設定された電力に応じて制御信号を出力する電力制御部と、
前記周波数可変発振部から発振された高周波と電力制御部の所定信号とに基づいて前記インバータ回路の加熱コイルの電力を徐々に上昇させる駆動信号を生成し、前記一対のスイッチング素子にそれぞれ出力するインバータ駆動手段と、
前記一対のスイッチング素子の駆動から所定時間t A に達すると、前記直流電源回路に入力する電流値と前記インバータ回路に発生する電圧値との組合せに基づいて加熱コイル上の異常の有無を判別し、異常のときは前記インバータ駆動手段の動作を停止させ、異常でないときは前記時間t B に達したときに鍋の材質を判別してその材質に最適な周波数を特定し、前記周波数可変発振部から発振させる鍋判別部とを備え、
前記インバータ駆動手段は、その鍋判別部により特定された周波数と前記電力制御部からの制御信号が入力されたときは、前記加熱コイルに操作部により設定された電力が得られるようその周波数と制御信号とに基づいて駆動信号を生成し、前記一対のスイッチング素子にそれぞれ出力することを特徴とする誘導加熱調理器。 - 前記インバータ駆動手段は、前記操作部によって設定された電力が最大のときは、入力された周波数の周期に対し前記一対のスイッチング素子のオン期間がほぼ半分となる波形の駆動信号をそれぞれ生成することを特徴とする請求項1記載の誘導加熱調理器。
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