JP3931038B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子の温度を検出して、加熱出力を制御する誘導加熱調理器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱調理器は、スイッチング素子を高周波で駆動して加熱コイルに高周波電流を流し、加熱コイルに近接させた鉄やステンレスの鍋等の負荷に渦電流を発生させ、負荷自体の発熱作用によって加熱するものである。
【０００３】
この加熱コイルに流れるコイル電流は、出力レベルに応じて増減する。
【０００４】
また、コイル電流は負荷の材質がＳＵＳ３０４等の場合、ＳＵＳ４３０や鉄などの適正な負荷の材質の場合と比べ増大してしまう。この模様を図４によって説明する。
【０００５】
図４は負荷の材質の違いによる周波数と表皮抵抗の関係を表す図である。図は縦軸を表皮抵抗、横軸を周波数とし、５種類の材質について示している。
【０００６】
表皮抵抗は周波数によって変化すると同時に、材質の違いによっても差があることを示している。
【０００７】
図において、ある周波数で比較すると、表皮抵抗を大きい順に並べるとＳＵＳ４３０、鉄、ＳＵＳ３０４、アルミニウム、銅となる。
【０００８】
ところで、加熱出力をＰ、コイル電流をＩ、負荷の抵抗をＲとして、これらの関係を式で表すと、略Ｐ∝Ｒ・Ｉ・Ｉ（∝は比例、・は乗算を表す。）となる。表皮抵抗をＲｈとすると、負荷の抵抗ＲとはＲｈ∝Ｒの関係があるので、Ｐと、Ｉと、Ｒｈとの間には略Ｐ∝Ｒｈ・Ｉ・Ｉの関係がある。
【０００９】
つまり、同じコイル電流を流した場合、ＳＵＳ４３０、鉄、ＳＵＳ３０４、アルミニウム、銅の順に加熱出力が小さくなる。
【００１０】
逆にいえば、ＳＵＳ３０４の負荷を加熱する場合、所望の加熱出力を出すには、ＳＵＳ４３０や鉄の場合より大きなコイル電流を流す必要がある。
【００１１】
このため、誘導加熱調理器は所望の加熱出力を出すために、ＳＵＳ３０４の負荷を加熱すると過大なコイル電流を流してしまう。
【００１２】
しかし、スイッチング素子に過大なコイル電流が流れ続けると、スイッチング素子は損失量も増加し、温度が上昇して定格を超え、故障に繋がる。この時、スイッチング素子だけでなく、コイル電流が流れる閉回路を構成する他の部品も過大な電流が流れて、損傷を与えるので、場合によっては安全性の問題を生じることもある。
【００１３】
この防止のため、従来行っている方法を図５で説明する。図５は従来例のスイッチング素子の温度と出力レベルの関係を示す図である。
【００１４】
図において、検出温度レベルはスイッチング素子の温度で、Ｔｌｉｍｉｔはこれを超えると破壊するスイッチング素子の限界温度レベルである。出力レベルは複数段階の出力レベルを表し、横軸の時間軸はスイッチング素子の温度の場合と一致させている。図は、負荷の材質がＳＵＳ３０４等で過大なコイル電流が流れる場合の時間的経過を示す一例である。
【００１５】
この例では、設定された出力レベル１０で加熱が開始されるが、負荷の材質がＳＵＳ３０４等の為、過大なコイル電流が流れるので、検出温度レベルが急激に上昇し、限界温度レベルＴｌｉｍｉｔに達する。そこで、出力レベルを０として、加熱を停止させる。出力レベルを０としたので、その後スイッチング素子の温度は下降してゆく。
【００１６】
このように、スイッチング素子等の故障を防止するため、スイッチング素子の温度を検出し、ある温度に到達した時、出力を停止させていた。
（特開平５−３２６１３０号公報など参照）。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来の誘導加熱調理器は、スイッチング素子に過大なコイル電流が流れ続け故障に至ることを防止するため、スイッチング素子の温度を検出し、ある温度に到達した時、加熱を停止させていたが、この結果、材質がＳＵＳ３０４等の負荷の場合、加熱をしたくても加熱することができないという問題がある。
【００１８】
本発明は前記不具合を解決するものであり、従来加熱できなかったＳＵＳ３０４等の負荷の場合でも、最大限の加熱を可能とし、使用者の使い勝手を向上するものである。
【００１９】
同時に、スイッチング素子や他の部品の破損を防止し、信頼性および安全性を保つことを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、交流の電源に接続され直流に変換する整流回路と、加熱コイル及び共振コンデンサから成る共振回路と、スイッチング素子が設けられ前記共振回路に高周波の共振電流を発生させるインバータ回路と、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、前記電源と前記整流回路との間の電流を検出する一次電流検出素子と、前記加熱コイルの電流を検出するコイル電流検出素子と、出力レベルの設定を行う操作部と、前記一次電流検出素子と前記コイル電流検出素子と前記操作部からの信号を入力し、前記インバータ回路を制御する制御部と、該制御部により、出力を複数段階で変化可能とした誘導加熱調理器において、前記スイッチング素子の限界温度を上限にした複数段階の温度レベルを設け、設定された出力レベルで加熱を開始後、前記温度検出素子の検出温度が所定の段階の温度レベルを超えた場合、出力レベルの段階を一段階下げ、その後前記検出温度が現段階から一段階上昇する毎に出力レベルを現段階から一段階下げ、前記検出温度が現段階から一段階低下する毎に出力レベルの段階を現段階から一段階上げる如く前記制御部で出力制御するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、前述のように、交流の電源に接続され直流に変換する整流回路と、加熱コイル及び共振コンデンサから成る共振回路と、スイッチング素子が設けられ前記共振回路に高周波の共振電流を発生させるインバータ回路と、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、前記電源と前記整流回路との間の電流を検出する一次電流検出素子と、前記加熱コイルの電流を検出するコイル電流検出素子と、出力レベルの設定を行う操作部と、前記一次電流検出素子と前記コイル電流検出素子と前記操作部からの信号を入力し、前記インバータ回路を制御する制御部と、該制御部により、出力を複数段階で変化可能とした誘導加熱調理器において、前記スイッチング素子の限界温度を上限にした複数段階の温度レベルを設け、設定された出力レベルで加熱を開始後、前記温度検出素子の検出温度が所定の段階の温度レベルを超えた場合、出力レベルの段階を一段階下げ、その後前記検出温度が現段階から一段階上昇する毎に出力レベルを現段階から一段階下げ、前記検出温度が現段階から一段階低下する毎に出力レベルの段階を現段階から一段階上げる如く前記制御部で出力制御するものである。
【００２２】
これによって、従来加熱できなかったＳＵＳ３０４等の負荷の場合でも、最大限の加熱を可能とし、使用者の使い勝手を向上するものである。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。
【００２４】
図１は本発明の一実施例を示す回路構成図、図２は本発明の一実施例におけるスイッチング素子の検出温度レベルと出力レベルの関係を示す図、図３は本発明の制御方法の主要部を示すフローチャート図である。
【００２５】
図１において、１は交流の電源で、両端に整流回路２を接続し、平滑コンデンサ３の一端を整流回路２の＋端子部に接続し、他の一端を整流回路２の−端子部に接続し、直流電源を形成する。
【００２６】
４は共振コンデンサで、二つを直列に接続し、その一端を前記直流電源の高圧側（整流回路２の＋端子部。以下同様。）に接続し、他の一端を前記直流電源の低圧側（整流回路２の−端子部。以下同様。）に接続するとともに、二つの直列接続点を後記加熱コイル５の第一の端子と接続している。
【００２７】
５は加熱コイルで、これに流れる高周波電流によって、この上部に載置された負荷を加熱する。６は共振回路で、加熱コイル５と共振コンデンサ４によって形成される。
【００２８】
７はスナバコンデンサで、二つを直列に接続し、その一端を前記直流電源の高圧側に接続し、他の一端を前記直流電源の低圧側に接続するとともに、二つの直列接続点を前記加熱コイル５の第二の端子と接続している。
【００２９】
８はスイッチング素子で、逆並列ダイオードを有し、二つを直列に接続し、その一端を前記直流電源の高圧側に接続し、他端を前記直流電源の低圧側に接続するとともに、二つの直列接続点を加熱コイル５の第二の端子と接続している。９はインバータ回路で、スイッチング素子８とスナバコンデンサ７によって形成される。
【００３０】
また、この二つのスイッチング素子８のゲート部は後記駆動部１０の出力部と接続されている。
【００３１】
１０は駆動部で、後記制御部１４の出力部と接続している。
【００３２】
１１は一次電流検出素子で、電源１と整流回路２との間に流れる電流を検出するよう設置され、その出力部を後記制御部１４の入力部に接続している。
【００３３】
１２はコイル電流検出素子で、加熱コイル５に流れる電流を検出するよう設置され、その出力部を後記制御部１４の入力部に接続している。
【００３４】
１３は温度検出素子で、スイッチング素子８の温度を間接的に検出するようスイッチング素子８の近傍に設置され、その出力部を後記制御部１４の入力部に接続している。
【００３５】
１４は制御部で、前述したようにその入力部に一次電流検出素子１１、コイル電流検出素子１２、温度検出素子１３が接続され、その出力部に駆動部１０が接続される。
【００３６】
以上の構成において全体の動作を説明する。
【００３７】
交流の電源が、電源１から整流回路２に供給され、整流回路２によって整流され、平滑コンデンサ３によって平滑されて直流の電源に変換される。この直流の電源が共振回路６を形成する加熱コイル５及び共振コンデンサ４、インバータ回路９を形成するスナバコンデンサ７及びスイッチング素子８等に供給される。
【００３８】
この状態において、制御部１４は前述した一次電流検出素子１１、コイル電流検出素子１２、温度検出素子１３の値を把握しながら、駆動部１０に信号を出力し、駆動部１０を介してスイッチング素子８を駆動してインバータ回路９を動作させる。これにより共振回路６が動作し、加熱コイル５に高周波電流を流し、鍋等の負荷の加熱を行う。
【００３９】
更に、制御部１４は図１には表示していない操作部にも接続され、設定等のための入力や表示も制御する。
【００４０】
次に、図２および図３に基づき、本発明の特徴である出力の制御方法について説明する。尚、図２の温度レベルＴ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔｌｉｍｉｔは図３においては夫々レベル０、レベル１、レベル２、レベル３、レベル４、レベルｌｉｍｉｔと表している。
【００４１】
この例において、出力レベルは１から１０までの１０段階を設け、温度レベルはＴ０からＴ４の段階を設け、さらにＴ４より高い限界温度Ｔｌｉｍｉｔを設けたものとする。また、使用者は出力をレベル１０に設定したものとする。
【００４２】
ＳＵＳ４３０や鉄の負荷を加熱する場合は、検出温度レベルはレベル１（Ｔ１）に達することなく、正常に加熱が行われ終了する。図３においては、開始後、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ１→Ｓ２・・・が繰り返される。
【００４３】
ＳＵＳ３０４の負荷を加熱する場合は、出力レベル１０で加熱していると検出温度レベルがレベル１（Ｔ１）に達する。検出温度レベルがレベル１（Ｔ１）以上になると、出力レベルを１段階下げてレベル９で加熱する（図３のＳ２→Ｓ３）。
【００４４】
検出温度レベルは上昇するが現レベル＋１（即ちＴ２）に達しない間は出力レベルはレベル９で加熱が推移する（図３のＳ４→Ｓ５→Ｓ７→Ｓ４→・・・を繰り返す流れ）。
【００４５】
温度が上昇して、検出温度レベルが現レベル＋１（即ちＴ２）に達すると、出力レベルを１段階下げてレベル８で加熱する（図３のＳ４→Ｓ５→Ｓ６）。この後も温度が上昇し、検出温度レベルが現レベル＋１（即ちＴ３）に達すると、出力レベルをさらに１段階下げてレベル７で加熱する（図３のＳ４→Ｓ５→Ｓ６）。さらに、温度が上昇し、検出温度レベルが現レベル＋１（即ちＴ４）に達すると、出力をさらに１段階下げてレベル６で加熱する（図３のＳ４→Ｓ５→Ｓ６）。
【００４６】
出力レベル６で加熱した時、温度が低下し始め、検出温度レベルが現レベル−１（即ちＴ３）以下となった時には、出力レベルを１段階上げてレベル７で加熱する（図３のＳ４→Ｓ５→Ｓ７→Ｓ８）。このような場合は、検出温度レベルはＴ３とＴ４の間を往復する状態が繰り返され、時間が経過すれば加熱が終了する。
【００４７】
このとき、出力レベルはレベル６とレベル７が交互に繰り返される（図３のＳ４→Ｓ５→Ｓ７→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ７→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ４→・・・を繰り返す流れ）。
【００４８】
図２は上記の推移を表したものである。
【００４９】
尚、検出温度が温度レベル４を超えてさらに上昇し、限界温度Ｔｌｉｍｉｔに達した場合には、出力レベルを０即ち加熱停止とする（図３のＳ４→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ９→・・・を繰り返す流れ）。その後、出力レベルを０としているので、温度が下がり、検出温度がレベル０（即ちＴ０）以下となったら、加熱を再開する（図３のＳ１０→Ｓ１）。
【００５０】
以上のように出力制御を行うことにより、過大なコイル電流が流れることを防止し、かつスイッチング素子８等が故障しない範囲で最大限の加熱が可能となり、目的を達成することができる。
【００５１】
尚、出力レベルの具体的な適用については、最大加熱出力値が５ｋＷの場合、レベル１０は５ｋＷ、レベル９は５．５ｋＷ、以下同様にレベルと出力の関係を０．５ｋＷ間隔で対応させればよい。温度レベルについては、スイッチング素子８の最大温度定格値が１５０℃の場合、Ｔｌｉｍｉｔを１４０℃、これ以下のレベルは温度を数℃間隔で対応させればよい。
【００５２】
製品の最大加熱出力値やスイッチング素子８の最大温度定格値が前記と異なる値の場合、出力レベルや温度レベルの段階数、電力値または温度値との対応等は、製品仕様や部品仕様等に合わせて適切なものとすればよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の誘導加熱調理器によれば、従来加熱できなかったＳＵＳ
３０４等の負荷の場合でも、加熱を可能とし、使用者の使い勝手を向上するものである。しかも、加熱停止とならない最大限の出力で加熱が可能であるという大きな効果が得られる。
【００５４】
同時に、スイッチング素子や他の部品の破損を防止し、信頼性および安全性を保つという効果も得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図である。
【図２】本発明の一実施例におけるスイッチング素子の検出温度レベルと出力レベルの関係を示す図である。
【図３】本発明の制御方法の主要部を示すフローチャート図である。
【図４】負荷の材質の違いによる周波数と表皮抵抗の関係を表す図である。
【図５】従来例のスイッチング素子の温度と出力レベルの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 電源
２ 整流回路
３ 平滑コンデンサ
４ 共振コンデンサ
５ 加熱コイル
６ 共振回路
７ スナバコンデンサ
８ スイッチング素子
９ インバータ回路
１０ 駆動部
１１ 一次電流検出素子
１２ コイル電流検出素子
１３ 温度検出素子
１４ 制御部

Claims (1)

1. 交流の電源に接続され直流に変換する整流回路と、加熱コイル及び共振コンデンサから成る共振回路と、スイッチング素子が設けられ前記共振回路に高周波の共振電流を発生させるインバータ回路と、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、前記電源と前記整流回路との間の電流を検出する一次電流検出素子と、前記加熱コイルの電流を検出するコイル電流検出素子と、出力レベルの設定を行う操作部と、前記一次電流検出素子と前記コイル電流検出素子と前記操作部からの信号を入力し、前記インバータ回路を制御する制御部と、該制御部により、出力を複数段階で変化可能とした誘導加熱調理器において、前記スイッチング素子の限界温度を上限にした複数段階の温度レベルを設け、設定された出力レベルで加熱を開始後、前記温度検出素子の検出温度が所定の段階の温度レベルを超えた場合、出力レベルの段階を一段階下げ、その後前記検出温度が現段階から一段階上昇する毎に出力レベルを現段階から一段階下げ、前記検出温度が現段階から一段階低下する毎に出力レベルの段階を現段階から一段階上げる如く前記制御部で出力制御することを特徴とする誘導加熱調理器。

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