JP4358701B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents
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Description
また、入力電流変化部分抽出手段の出力を利用して負荷温度の検出を行っているが、空焚きの検出を目的とするものではないため、確実に空焚き検出することができるとはいえないという問題もあった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、新たに負荷温度検出手段を設けることなく確実に空焚きを検出し、コストアップを回避できる誘導加熱装置を得ることを目的とするものである。
また、負荷温度検出を行うための入力電流検出手段は既存の入力電流を検出するものを用いているので、新たな負荷温度検出回路を設ける必要が無く、コストアップを回避できるという効果もある。
図1はこの発明の実施の形態1に係る誘導加熱装置の構成を示すブロック図、図2は同誘導加熱装置の動作を示すフローチャート、図3は同誘導加熱装置の負荷に管状SUS440を用いて空焚き加熱を行った際の負荷温度と入力電流の実測データを示すグラフである。
図1において、交流電源1からの入力電流を整流回路2が整流し、整流回路2の出力側には平滑用コンデンサ11とインバータ回路3が接続される。
インバータ回路3は一対のスイッチング素子3a、3bと、これらスイッチング素子3a、3bにそれぞれ駆動信号を出力するドライバ3cとで構成されている。インバータ回路3の出力側には加熱コイル4と共振コンデンサ12から成る共振回路が接続され、加熱コイル4の近くに負荷5が配されている。
更に、誘導加熱装置使用者が設定する電力(火力)の情報は設定電力生成手段7から駆動信号制御回路8bに送られる。
インバータ回路3から出力される高周波電流は加熱コイル4と共振コンデンサ12から成る共振回路により共振電流となって加熱コイル4を流れ、加熱コイル4の近くに配された金属で形成される負荷5を誘導加熱により加熱する。
まず、電源がオンとなると、制御手段8の駆動信号制御回路8bは起動信号をドライバ3cに出力する(ステップS1)。こうすることでインバータ回路3は動作を開始し、入力電流が流れ始める。そして、入力電流検出手段6は入力電流を検出し(ステップS2)、その入力電流は制御回路8の温度判定処理回路8aと駆動信号制御回路8bに出力される。
次に、誘導加熱装置使用者による設定電力情報PIに対し設定電力生成手段7は指令電圧IAを生成し(ステップS3)、制御手段8の駆動信号制御回路8bとに出力する(ステップS4)。
駆動信号制御回路8bでは、入力電流検出手段6が検出した入力電流に基づき、その入力電流から変換した直流の検出電圧DAが設定電力生成手段7の指令電圧IAと一致しているかどうかを判断する(ステップS5)。
また、前記検出電圧DAが前記指令電圧IAと一致していない場合には入力電流検出手段6による入力電流に基づく検出電圧DAが設定電力生成手段7の指令電圧IAと一致するようにインバータ回路3への出力を変化させることにより、所望の加熱出力を得るようにしている。
正常状態での加熱動作においては、負荷温度変化に対する入力電流変化は小さく(温度上昇100degで入力電流10%程度減少、特許文献1の第2頁参照)、従って、入力電流値から負荷温度を精度良く検出することは極めて困難である。
このとき、負荷5の負荷インピーダンスは急峻に減少し、従って入力電流は急峻に増大
することになる。
図3に示すように、インバータ回路3の動作開始により負荷温度は上昇し、負荷インピーダンスの増大に伴って入力電流は減少する(図3の経過時間約40secまで)。更に、負荷温度が上昇するとキュリー温度に達し、負荷5の材料特性が大きく変化することから負荷インピーダンスは急峻に減少し、従って入力電流は急峻に増大する(図3の経過時間約45sec以降)。
その入力電流の時間変化分ΔIinが、予め温度判定処理回路8aで設定された値Yを超えた時点をキュリー温度到達点とみなし、温度判定処理回路8aは駆動信号制御回路8bの出力を変化させ(ステップS7)、インバータ回路3を出力停止又は下降させるものとする。
ΔIin=12.33-10.54/49.0-47.0=0.895[A/sec]
であり、経過時間47sec以前と比較してΔIin値が急速に大きくなることから、入力電流検出手段6が検出する入力電流の時間変化分ΔIinも同様に急速に大きくなり、この時点をキュリー温度到達点とみなしてインバータ回路3を出力停止又は下降させる。
また、誘導加熱装置に、既存の入力電流検出手段6を用いて入力電流値の時間変化分から負荷5の温度検出を行うため、新たに特別の検出回路を設ける必要がなく、コストアップを回避できるという効果もある。
図4はこの発明の実施の形態2に係る誘導加熱装置の構成を示すブロック図、図2は同誘導加熱装置の動作を示すフローチャートである。
上記実施の形態1では、入力電流検出手段6が検出した入力電流値の時間変化を利用して負荷5の温度検出を行うようにしたものであるが、この実施の形態2は、実施の形態1に加え、インバータ回路3のスイッチング素子の温度を検出するようにしたものである。
電源がオンされると素子温度検出手段9の動作が開始し、スイッチング素子3aの温度を素子温度検出素子9aが検出する(ステップS8)。素子温度検出素子9aの温度検出信号は素子温度検出手段9でデジタル信号に変換されて制御手段8の温度判定処理回路8aに出力される(ステップS4)。
そして、素子温度検出手段9が検出した素子温度が予め設定された素子温度の上限値に達した場合、温度判定処理回路8aは駆動信号制御回路8bの出力を変化させ(ステップS7)、インバータ回路3を出力停止又は下降させるものである。
なお、図5のステップS1〜S6の動作については実施の形態1と同様であり、説明を省略する。
図6はこの発明の実施の形態3に係る誘導加熱装置の構成を示すブロック図、図7は同誘導加熱装置の動作を示すフローチャートである。
上記実施の形態2は、インバータ回路3のスイッチング素子3a(又は3b)が予め設定された上限値の温度を超えないよう制御して誘導加熱装置の安全を図ったものであるが、この実施の形態3は実施の形態1に加え、負荷5が予め設定された上限値の温度を超えないよう制御して誘導加熱装置の安全を図ったものである。
この実施の形態3では、図6に示すように金属で形成される負荷5にサーミスタ等の負荷温度検出素子10aが取り付けられ、負荷温度検出素子10aを有する負荷温度検出手段10により負荷5の温度を監視するようにしたものである。その他の構成は実施の形態1と同様であり、説明を省略する。
電源がオンされると負荷温度検出手段10の動作が開始し、金属で形成される負荷5の温度を負荷温度検出素子10aが検出する(ステップS10)。負荷温度検出素子10aの温度検出信号は負荷温度検出手段10でデジタル信号に変換されて制御手段8の温度判定処理回路8aに出力される(ステップS4)。
そして、負荷温度検出手段10が検出した負荷温度が予め設定された負荷温度に達した場合、温度判定処理回路8aは駆動信号制御回路8bの出力を変化させ(ステップS7)、インバータ回路3を出力停止又は下降させるものである。
図8はこの発明の実施の形態4に係る誘導加熱装置の加熱コイル4と負荷5の部分を示す断面図である。
この実施の形態4は、誘導加熱装置として誘導加熱給湯器を模したものである。
上記実施の形態3では、負荷温度検出手段10の取付位置や構造を任意としたが、この実施の形態4では、負荷温度検出手段10の取付位置や構造を限定し、加熱コイル4に流す高周波電流が生成する交番磁束による誤検出を防止するようにしたものである。
この実施の形態4は、図8に示すように、負荷温度検出手段10を負荷5の端部近傍で加熱コイル4の端部内側に取り付けて負荷温度を監視するようにしたものである。なお、誘導加熱装置の構成は実施の形態3と同様であり、説明を省略する。
加熱コイル4の周囲には加熱コイル4に流す高周波電流により交番磁束が発生し、負荷5を通過することにより負荷5を誘導加熱させている。
ここで、加熱コイル4の端部は加熱コイル4の中心部付近と比較し交番磁束発生量が少なく(磁束密度が小さく)、故に加熱コイル4の端部付近に負荷温度検出手段10を取り付けると、負荷温度検出手段10自身の誘導加熱による誤検出を防止しやすくなる。
なお、負荷温度検出手段10自身の誘導加熱による誤検出を防止するために負荷温度検出手段10をシールド材で覆い、防磁構造としても良い。
また、その負荷温度検出手段10をシールド材で覆い、防磁構造とすることにより、負荷温度検出手段10自身の誘導加熱による誤検出をより一層防止することができる。
Claims (5)
- 交流電源からの入力電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力側に接続された入力電流を高周波電流に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力側に接続され、高周波電流が供給されて負荷を誘導加熱する加熱コイルと、
前記整流回路への入力電流又は前記整流回路からの入力電流を検出する入力電流検出手段と、
設定入力電力信号を生成する設定電力生成手段と、
前記設定電力生成手段が生成した設定入力電力信号から変換した指令電圧と前記入力電流検出手段が検出した入力電流から変換した検出電圧とに基づいて前記インバータ回路へ前記検出電圧が前記指令電圧に一致するような駆動信号を出力する駆動信号制御回路と、
前記入力電流検出手段が検出した入力電流の時間変化分がキュリー温度に起因する負荷インピーダンスに基づいて予め設定された値を超えた時に前記駆動信号制御回路に前記インバータ回路の出力を停止又は下降させる指令を出力する温度判定処理回路と
を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。 - 前記インバータ回路を構成するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の温度を検出する素子温度検出手段とを備え、
前記温度判定処理回路は前記負荷温度検出手段の出力が予め設定された値を超えた時に、前記駆動信号制御回路に前記インバータ回路の出力を停止又は下降させることを特徴とする請求項1記載の誘導加熱装置。 - 前記加熱コイルが誘導加熱する負荷の温度を検出する負荷温度検出手段を備え、
前記温度判定処理回路は前記負荷温度検出手段の出力が予め設定された値を超えた時に、前記駆動信号制御回路に前記インバータ回路の出力を停止又は下降させることを特徴とする請求項1記載の誘導加熱装置。 - 前記負荷温度検出手段は、前記加熱コイルに流す高周波電流が生成する交番磁束の影響を受けない箇所に設けられていることを特徴とする請求項3記載の誘導加熱装置。
- 前記負荷温度検出手段は、シールド材に覆われた防磁構造をしたことを特徴とする請求項3記載の誘導加熱装置。
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