JP4363302B2

JP4363302B2 - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP4363302B2
Application number: JP2004305455A
Authority: JP
Inventors: 知也藤濤; 泉生弘田; 篤志藤田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: JP2006120394A

Description

本発明は、一般家庭で使用される誘導加熱装置に関するものである。

従来、この種の誘導加熱装置は、誘導加熱コイルから高周波磁界が発生し、電磁誘導による渦電流のために調理鍋などの被加熱体を加熱するものである。そして、被加熱体を加熱するにあたっては、材質判別手段で被加熱体の材質を判別し、その材質を加熱するのに適した駆動周波数と導通比にて高周波インバータを駆動して効率よく被加熱体を加熱している（例えば、特許文献１参照）。

これは、図６に示すように、高周波インバータ１、電源２を備えている。高周波インバータ１は、スイッチング素子３、誘導加熱コイル４、誘導加熱コイル４と直列接続された共振コンデンサ５で構成されている。そして、調理鍋などの被加熱体６は誘導加熱コイル４により加熱されるものであり、被加熱体６の材質を材質判別手段８で判別するものである。

この構成において、高周波インバータ１は材質判別手段８の判別結果より、被加熱体６を加熱する上で最も加熱しやすい駆動周波数とスイッチング素子３の導通比で駆動する。高周波インバータ１より供給された高周波電流によって誘導加熱コイル４からは高周波磁界が発生し、被加熱体６内には電磁誘導による渦電流が流れ、そのジュール熱のために被加熱体６が加熱され、調理が行えるものである。

ここで、材質判別手段８は、図７に示すようにそれぞれの材質の被加熱体６が誘導加熱コイル４や共振コンデンサ５で構成する共振回路の共振周波数の違いを利用する。そして
、高周波インバータ１を駆動した際の入力電流と誘導加熱コイル電圧との関係より決められた図８に示すような材質判別領域で被加熱体６の材質を判別し、その材質を加熱するのに適した駆動周波数と導通比にて高周波インバータ１を駆動して効率よく被加熱体６を加熱している。
特開２００４−１７１９３１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、高周波インバータ１の駆動周波数を変更してその際のインバータ出力の大きさを検出し、その検出結果に応じて被加熱体６の材質を判別しているので、被加熱体６が材質判別制御中に移動した場合や、低抵抗金属と高抵抗金属の中間に属するような被加熱体６の場合は、被加熱体の材質を見極めることが難しいものである。

すなわち、被加熱体６を誘導加熱コイル４の中心からずらして置いた場合や、材質判別制御を行っている際に手が当たって被加熱体６が移動した場合にはインピーダンスが変化し、正しく材質判別をできない場合がある。特に、例えば、アルミニウムに代表される低抵抗金属と、ホーロー鍋に代表される高抵抗金属の中間の特性をもつ被加熱体６の場合、図９に示すように、誘導加熱コイル４と共振コンデンサ５の共振周波数をｆｃ、ｆｃ’とすると、インバータ駆動周波数がｆｃ／２、ｆｃ’／２の時に第２高調波、ｆｃ／３、ｆｃ’／３の時に第３高調波による共振が起こり、図９のような周波数−入力電力特性となる。高周波インバータ１のロスはスイッチング素子３のスイッチングロスが少ない周波数の低いところが有利であるため、第３高調波の共振に近いところで高周波インバータ１を駆動することが望ましい。その際、低抵抗金属の第３高調波の共振では十分な電力が得られるが、低抵抗金属と高抵抗金属の中間に属するような金属の第３高調波の場合は十分な電力が得られないので、その場合にはｆｃ’／２の第２高調波を利用して加熱すると制御がし易くかつ十分な入力電力が得られる。

しかし、低抵抗金属と高抵抗金属の中間に属するような金属と、低抵抗金属である被加熱体６が誘導加熱コイル４の中心からずれて置かれた場合の共振周波数は、図９に示すようにｆｃ’で同じとなる。したがって、中心からずれて置かれた低抵抗金属が第２高調波の共振に近いところで加熱され、高周波インバータ１のロスが大となっていた。

また、従来の方法では、高周波インバータ１の駆動周波数を変更してその際のインバータ出力の大きさを検出して材質を判別しているが、その駆動周波数を変更している最中に被加熱体６が置かれた場合にも材質を正しく判別するのが困難であった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被加熱体が材質判別制御中に移動した場合や、低抵抗金属と高抵抗金属の中間に属するような場合など、如何なる場合でも被加熱体の材質を見極め、最適な駆動周波数で高周波インバータを駆動することによって、スイッチング損失が小さく、効率のよい誘導加熱を実現する誘導加熱装置を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、高周波インバータと、前記高周波インバータに電力を供給する電源と、前記高周波インバータを構成するスイッチング素子、誘導加熱コイルおよび共振コンデンサと、前記高周波インバータの入力電力の値および前記高周波インバータの駆動周波数を検出する出力検出手段と、前記誘導加熱コイルと前記共振コンデンサで共振が起こる共振点よりも高い周波数で、駆動周波数−入力電力特性における共振ピークの谷間にあたる周波数で前記高周波インバータの駆動を開始
し、前記高周波インバータは周波数を下げていき、前記出力検出手段の値より前記被加熱体の材質を判別し、判別された材質に最も適した駆動周波数にて被加熱体の加熱制御に移行する誘導加熱装置であって、前記被加熱体の１回目の材質判別の結果と２回目の材質判別の結果が異なった場合には、材質判別を行うための高周波インバータの駆動を再度行うようにしたものである。

これによって、その材質を加熱する際に最もロスの少ない駆動周波数で制御することが可能となり、省エネルギーで利便性の高いものとなる。

本発明の誘導加熱装置は、如何なる場合でも被加熱体の材質判別を正確に行い、最もロスの少ない駆動周波数で制御することが可能となり、省エネルギーで利便性の高いものとなる。

第１の発明は、高周波インバータと、前記高周波インバータに電力を供給する電源と、前記高周波インバータを構成するスイッチング素子、誘導加熱コイルおよび共振コンデンサと、前記高周波インバータの入力電力の値および前記高周波インバータの駆動周波数を検出する出力検出手段と、前記誘導加熱コイルと前記共振コンデンサで共振が起こる共振点よりも高い周波数で、駆動周波数−入力電力特性における共振ピークの谷間にあたる周波数で前記高周波インバータの駆動を開始し、前記高周波インバータは周波数を下げていき、前記出力検出手段の値より前記被加熱体の材質を判別し、判別された材質に最も適した駆動周波数にて被加熱体の加熱制御に移行する誘導加熱装置であって、前記被加熱体の１回目の材質判別の結果と２回目の材質判別の結果が異なった場合には、材質判別を行うための高周波インバータの駆動を再度行うようにした誘導加熱装置とすることにより、その材質を加熱する際に最もロスの少ない駆動周波数で制御することが可能となり、省エネルギーで利便性の高いものとなる。

第２の発明は、高周波インバータと、前記高周波インバータに電力を供給する電源と、前記高周波インバータを構成するスイッチング素子、誘導加熱コイルおよび共振コンデンサと、前記誘導加熱コイルの入力インピーダンス、高周波インバータの電流、および、前記インバータの駆動周波数を検出する出力検出手段と、前記誘導加熱コイルと前記共振コンデンサで共振が起こる共振点よりも高い周波数で、駆動周波数−入力電力特性における共振ピークの谷間にあたる周波数で前記高周波インバータの駆動を開始し、前記高周波インバータは周波数を下げていき、前記出力検出手段の値より前記被加熱体の材質を判別し、判別された材質に最も適した駆動周波数にて被加熱体の加熱制御に移行する誘導加熱装置であって、前記被加熱体の１回目の材質判別の結果と２回目の材質判別の結果が異なった場合には、材質判別を行うための高周波インバータの駆動を再度行うようにした誘導加熱装置とすることにより、その材質を加熱する際に最もロスの少ない駆動周波数で制御することが可能となり、省エネルギーで利便性の高いものとなる。

第３の発明は、高周波インバータと、前記高周波インバータに電力を供給する電源と、前記高周波インバータを構成するスイッチング素子、誘導加熱コイルおよび共振コンデンサと、前記共振コンデンサの電圧および前記高周波インバータの入力電流の値を検出する出力検出手段と、前記誘導加熱コイルと前記共振コンデンサで共振が起こる共振点よりも高い周波数で、駆動周波数−入力電力特性における共振ピークの谷間にあたる周波数で前記高周波インバータの駆動を開始し、前記高周波インバータは周波数を下げていき、前記出力検出手段の値の組み合わせにより前記被加熱体の材質を判別し、判別された材質に最も適した駆動周波数にて被加熱体の加熱制御に移行する誘導加熱装置であって、
前記被加熱体の１回目の材質判別の結果と２回目の材質判別の結果が異なった場合には、
材質判別を行うための高周波インバータの駆動を再度行うようにした誘導加熱装置とすることにより、その材質を加熱する際に最もロスの少ない駆動周波数で制御することが可能となり、省エネルギーで利便性の高いものとなる。

第４の発明は、特に、第１〜３の発明において、高周波インバータは、材質判別を行った判別結果が合致した場合に被加熱体の加熱制御を行うことにより、被加熱体が移動することなく安定に置かれていることが確認でき、その際の誘導加熱コイルを含む共振回路のインピーダンスに最も適切な駆動周波数で高周波インバータを駆動して被加熱体を加熱することが可能となるため、高周波インバータのロスを小さくして省エネルギー化がはかれる。

第５の発明は、特に、第１〜２の発明において、高周波インバータは、材質判別で材質が判別された時の高周波インバータの駆動周波数が合致した場合に被加熱体の加熱制御を行うことにより、たとえ、同じ材質と判定された場合でも被加熱体と誘導加熱コイルの相対的な位置が異なりインピーダンスが異なる可能性があるため、駆動周波数が合致していることを確認してそのインピーダンスに対して最も適切な駆動周波数で高周波インバータを駆動して被加熱体を加熱することが可能となる。

第６の発明は、特に、第１〜３の発明において、出力検出手段は高周波インバータ出力値を検知し、材質判別を行うための高周波インバータ出力値が所定範囲を超えた場合に材質判別をやり直すことにより、被加熱体が移動した場合のようにインバータ出力値が急激に変化すると、その場合は材質判別をやり直して被加熱体が移動していない状態で材質判別を行う。これにより、機器を破壊することなく正確に材質判別を行うことができる。

第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明において、材質判別手段が材質を判別できるまで高周波インバータの制御を継続し、材質判別が可能となった時に高周波インバータの駆動周波数と導通比を固定して高周波インバータの駆動を継続し、材質判別を行う値が変動しない場合に材質判別を完了することにより、被加熱体が移動しているか否かを判別することができ、被加熱体が移動している時には材質判別制御を完了して加熱制御に移行することがないため、機器の破壊を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示すものである。

図１に示すように、本実施の形態における誘導加熱装置は、高周波インバータ１と、この高周波インバータ１に電力を供給する電源２と、前記高周波インバータ１を構成するスイッチング素子３、誘導加熱コイル４および誘導加熱コイル４と直列に接続された共振コンデンサ５と、誘導加熱コイル４により加熱される調理鍋などの被加熱体６と、前記高周波インバータ１のスイッチング素子３、誘導加熱コイル４、共振コンデンサ５、高周波インバータ１に接続された各部の電圧や電流などの出力の大きさを検出する出力検出手段７と、前記出力検出手段７の値より前記被加熱体６の材質を判別する材質判別手段８とを有している。そして、前記高周波インバータ１を駆動させて前記被加熱体６の材質を判別する際に、前記誘導加熱コイル４を含む共振回路のインピーダンスが変化した場合には、材質判別を行うための高周波インバータ１の駆動を複数回行うように構成している。

上記の構成において、誘導加熱装置の駆動について説明する。

電源２は、商用の単相１００Ｖまたは２００Ｖの交流電源をダイオードブリッジで直流化した直流電源を、昇圧コンバータで昇圧されたものを用いる場合が多いが、それに限定するものではない。電源２の電圧を昇圧しておくことによって、高周波インバータ１に同電力を供給する場合に電流を減らすことが可能となり、高周波インバータ１を構成する各部品の部品定格を下げることが可能となり、部品の小型化と低コスト化を可能としてより安価で小型の製品とすることで使用者に便益をもたらすことができるため、電源２の電圧は高い方が望ましい。

電源２によって供給された電力は、スイッチング素子３によって電流経路を切り替えて誘導加熱コイル４に高周波電流として供給される。誘導加熱コイル４からは高周波磁界が発生し、被加熱体６内には電磁誘導による渦電流が流れ、そのジュール熱のために被加熱体６が加熱され、調理が行えるものである。

材質判別手段８は被加熱体６の材質を判別するもので、材質に応じた加熱を行うためのものである。図２に示すように、誘導加熱コイル４と共振コンデンサ５の共振周波数をｆｃとすると、インバータ駆動周波数がｆｃ／２、ｆｃ／３の時にそれぞれ第２高調波、第３高調波による共振が起こり、図２のような駆動周波数−入力電力特性となる。この駆動周波数−入力電力特性は、被加熱体６の材質によって共振ピークの山の高さや中心となる周波数や山のすそ野の広がり方などがそれぞれ異なる。それぞれの被加熱体６で十分な入力電力が得られ、かつインバータを保護するためにどの周波数帯で駆動させるのがよいかはこの駆動周波数−入力電力特性によって決まる。

アルミニウムや銅などの低抵抗金属は、第３高調波で加熱を行っても十分な入力電力が得られるので、スイッチングロスの少ない第３高調波を利用するとよいが、低抵抗金属と高抵抗金属の中間の特性をもつ被加熱体６を第３高調波で駆動させた場合には、駆動周波数−入力電力のピークの山が低いために十分な入力電力が得られず、さらにはインバータを破壊する恐れがある。このような被加熱体６の場合には、第２高調波で駆動させると十分な電力が得られ、かつインバータを保護することができる。このように、被加熱体６の材質によって負荷特性が異なるため、材質に応じて高周波インバータ１の駆動周波数を選択する必要があり、被加熱体６の材質を判別することが必要となる。

ここで、例えば、アルミニウムに代表される低抵抗金属と、ホーロー鍋に代表される高抵抗金属の中間の特性をもつ被加熱体６について説明すると、誘導加熱装置の被加熱体６は主に鍋になるが、鍋には複数の異なる金属を張り合わせた多層構造になっているものもある。あるいは、鍋の底に鍋を形成する金属とは別の金属を張り合わせているような鍋もあり、その金属の組み合わせや形状などによって、高周波インバータ１側から見た特性が低抵抗金属と高抵抗金属の中間の特性を持つような場合が存在する。

被加熱体６の材質判別は、誘導加熱コイル４および共振コンデンサ５に流れる共振電流、スイッチング素子３の電圧、誘導加熱コイル４および共振コンデンサ５に流れる共振電流周波数、共振コンデンサ５の電圧、入力電流などを出力検出手段７によってこれらの値を検出し、その組み合わせによって被加熱体６の材質判別が可能である。材質判別を行う材質判別手段８は、出力検出手段７の値を入力値として取り込み材質判別を行うが、高周波インバータ１の制御を兼用してもよい。

次に、材質判別を行うための高周波インバータ１の制御方法について説明する。図３のように、アルミや銅に代表される低抵抗金属と、低抵抗金属と高抵抗金属の中間の特性を持つ金属では共振周波数が低抵抗金属の方が高く、また入力電力の山が高くなっている。この特性を利用して、高周波インバータ１は共振点であるｆｃ、またはｆｃ／２、ｆｃ／３よりも高い周波数で、ピークの山の谷間にあたる周波数より駆動を始める。高周波イン
バータ１の駆動周波数をピークの山の谷間とすることで、高周波インバータ１の駆動開始直後に急激に電力が入り、高周波インバータ１の破壊に至ることを避ける。また、共振点よりも高い周波数の山の谷間としたのは、共振点よりも低い周波数で入力電力が大きくなるとスイッチング素子３のロスが大となって破壊に至るためである。

材質判別の一例を説明する。山の谷間の周波数から高周波インバータ１を駆動し、駆動周波数を下げていくと、図３のように、低抵抗金属の入力電力の方が先に入力電力が大となる。すなわち、低抵抗金属の場合は高周波インバータ１の駆動周波数を少し下げるだけで入力電力が大となるのに対して、低抵抗金属と高抵抗金属の中間の特性を持つ金属では駆動周波数を大きく下げなければ入力電力が大とはならない。したがって、被加熱体６が低抵抗金属であるかどうかがわかる。

それぞれの材質の判別は、既述した図８に示すような材質判別の閾値を基準に判別される。その閾値の設計は次の通りである。誘導加熱コイル４の入力インピーダンスが大きく、インバータ電流が小さいと検出された場合、鉄などの高抵抗金属であることが判別される。さらに誘導加熱コイル４の入力インピーダンスが小さく、インバータ電流が大きいと検出され、さらに、高周波インバータ１の駆動周波数が高いと検出された場合、固有抵抗が小さく、共振周波数の高いアルミニウムなどの低抵抗金属であることが判別される。無負荷の場合は、誘導加熱コイル４の入力インピーダンスが小さく、インバータ電流が大きいと検出され、さらに、駆動周波数が低いと検出されることから判別される。

他にも材質を判別する方法としては、インバータの入力電流やスイッチング素子３にかかる電圧、共振コンデンサ５の電圧などから判別することが可能である。例えば、アルミなどの低抵抗金属の場合は、入力電流に対して共振コンデンサ５の電圧が高くなり、鉄系の場合は入力電流に対して共振コンデンサ５の電圧が低いという傾向があるからである。

このようにして、被加熱体６が低抵抗金属であるアルミや銅などの場合は高周波インバータ１の駆動周波数を高周波化し、抵抗を大きくすることで低抵抗金属を加熱することができ、高抵抗金属の場合は低抵抗金属を加熱する駆動周波数よりも低い周波数で高周波インバータ１を駆動することで高周波インバータ１のロスを小さくするといったことが可能となる。また、材質に応じて誘導加熱コイル４や共振コンデンサ５の容量を切り替えるといったことも可能となる。

被加熱体６を加熱するまでの流れを整理すると、高周波インバータ１は駆動周波数−入力電力特性におけるピークの谷間の駆動周波数で高周波インバータの駆動を開始し、駆動周波数を下げていく。その際の出力検出手段７の値より、被加熱体６の材質を材質判別手段８によって判別する。被加熱体６の材質が判別されると、その材質の駆動周波数−入力電力特性に最も適した駆動周波数にて被加熱体６の加熱制御に移行する。加熱制御を開始する駆動周波数は、それぞれの材質であまり入力電力が大きくならない駆動周波数とし、そこから駆動周波数を徐々に下げていくことで入力電力を増加させていく。これは、入力電力を一気に上昇させると機器の破壊につながるからである。

被加熱体６の材質と駆動周波数−入力電力特性については既に説明したが、この駆動周波数−入力電力特性は、被加熱体６と誘導加熱コイル４の相対的な位置によっても変化する。被加熱体６の中心と誘導加熱コイル４の中心が水平方向で一致し、かつ、その垂直方向の距離が短いほど駆動周波数−入力電力特性における山のピークの中心周波数は高くなる。したがって、たとえ、材質は違っても被加熱体６と誘導加熱コイル４の相対的な位置によってはピークの中心にあたる周波数は同じになることがある。但し、ピークの山の高さは材質によって異なるので、十分なパワーが得られるとは限らない。

したがって、次のようなケースが考えられる。材質判別制御中は被加熱体６が誘導加熱コイル４との相対的な距離が離れた状態に置かれている場合、その同じ被加熱体６が誘導加熱コイル４との相対的な距離が最も短い距離にあるときと比べて低い周波数で材質を判別することとなり、材質判別を間違えてしまう。そして、高周波インバータ１は、その間違えた材質で最も効率よく加熱できるパラメータで加熱を開始する。その後、被加熱体６が中心に置かれた場合にロスが大となる駆動周波数で高周波インバータ１を駆動しているため、機器内部に熱がこもって機器を破壊する。それを避けるために入力電力を下げてロスを小さくした場合、被加熱体６を加熱する電力が下がり、火力感がなくなるために使い勝手の悪い誘導加熱装置となってしまう。

本実施の形態における誘導加熱装置では、高周波インバータ１を駆動させて被加熱体６の材質を判別する際、誘導加熱コイル４を含む共振回路のインピーダンスが変化した場合には材質判別を行うための高周波インバータ１の駆動を複数回行うこととする。材質判別制御を１度しか行わないと、被加熱体６がずれた状態で材質判別が行われ、加熱制御に移行後に被加熱体６が移動された場合や、材質判別制御中に被加熱体６が置かれた場合に既述のような理由から、材質判別を間違える。その結果、その材質を加熱するのに最適ではない高周波インバータ１の駆動周波数と導通比で加熱を行っていたために、高周波インバータ１のロスが大となる場合や、最悪の場合は機器の破壊に至ることがあった。高周波インバータ１のロスが大となると、結果として火力が弱くなってしまい、使い勝手の悪い誘導加熱装置となる。本実施の形態においては、材質判別の精度が高まるので最適な駆動周波数と導通比で被加熱体６を加熱することが可能となるため、火力が強く使い勝手のよい誘導加熱装置を実現することが可能となる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置について説明する。実施の形態１と基本構成は同一であるのでその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

本実施の形態では、高周波インバータ１は、複数回の材質判別を行った判別結果が合致した場合に被加熱体６の加熱制御を行うことにより、被加熱体６が移動することなく安定に置かれていることが確認でき、その際の誘導加熱コイル４を含む共振回路のインピーダンスに最も適切な駆動周波数で高周波インバータ１を駆動して被加熱体６を加熱することが可能としている。そのため、高周波インバータ１のロスを小さくして省エネルギー化をはかっている。

これは、例えば、１回目と２回目の材質判別制御の間に被加熱体６が入れ替わった場合や、被加熱体６が移動した場合に、１回目と２回目の材質判別の結果が異なる場合があるため、そのような場合には材質判別を確定せず、再度、材質判別を行うか使用者に報知するなどして確実に材質が判別できてから加熱制御に移行することで、高周波インバータ１を最適な周波数と導通比で駆動することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における誘導加熱装置について説明する。実施の形態１と基本構成は同一であるのでその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

本実施の形態では、高周波インバータ１は、複数回の材質判別で材質が判別された時の高周波インバータ１の駆動周波数が合致した場合に被加熱体６の加熱制御を行うことにより、たとえ、同じ材質と判定された場合でも被加熱体６と誘導加熱コイル４の相対的な位置が異なりインピーダンスが異なる可能性があるため、駆動周波数が合致していることを確認してそのインピーダンスに対して最も適切な駆動周波数で高周波インバータ１を駆動して被加熱体６の加熱を可能としている。

図２に示すような、駆動周波数−入力電力特性は、被加熱体６の材質と、被加熱体６と誘導加熱コイル４との相対的な位置関係によっても変化する。また、図９に示すように、被加熱体６の中心と誘導加熱コイル４の中心が水平方向で一致し、かつ、その垂直方向の距離が短いほど駆動周波数−入力電力特性における山のピークの中心周波数は高くなり、中心からずらす、あるいは誘導加熱コイル４との距離が離れると共振の山が低い周波数にずれて行く。したがって、たとえ、同じ被加熱体６であっても違う材質と判別される可能性がある。また、同じ材質と判別されたとしても、図８に示すような材質判別閾値を越えるときの高周波インバータ１の駆動周波数は被加熱体６と誘導加熱コイル４との相対的な位置関係によって異なるので、複数回の材質判別で材質が判別されたとき、すなわち、材質判別閾値を超えたときの駆動周波数が一致した場合に被加熱体６が誘導加熱コイル４との相対的な位置関係が変わることなく材質判別が行われたことが確認できるため、被加熱体６の加熱制御に移行する。被加熱体６と誘導加熱コイル４との相対的な位置関係が変化しているような状態で加熱制御に移行すると、その加熱制御を行っている高周波インバータ１の駆動周波数で加熱するのに相応しくないような位置、すなわち、インピーダンスとなっていると、高周波インバータ１のロスが大となる場合や、最悪の場合は機器の破壊に至る。

実際の使用シーンで考えると、誘導加熱装置の被加熱体６としては調理用の鍋などであるが、鍋を移動させたり持ち上げたりすることによってインピーダンスは絶えず変化するため、その間に材質判別制御を行うと、既述のような状況が起こる。これまでは最初の材質判別の結果に基づいて高周波インバータ１を駆動することになるが、本実施の形態においては、被加熱体６が静止してから加熱を行うため、より確実に材質判別ができ、高周波インバータ１の最適な制御が可能となる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における誘導加熱装置について説明する。実施の形態１と基本構成は同一であるのでその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

本実施の形態では、材質判別を行うための高周波インバータ出力値が所定範囲を超えた場合に材質判別をやり直すことにより、被加熱体６が移動した場合のようにインバータ出力値が急激に変化すると、その場合は材質判別をやり直して被加熱体６が移動していない状態で材質判別を行うようにしている。これにより、機器を破壊することなく正確に材質判別を行うことができる。

被加熱体６の材質判別は、誘導加熱コイル４および共振コンデンサ５に流れる共振電流、スイッチング素子３の電圧、誘導加熱コイル４および共振コンデンサ５に流れる共振電流周波数、共振コンデンサ５の電圧、入力電流などを出力検出手段７によってこれらの値を検出し、その組み合わせによって被加熱体６の材質判別を行っている。

例えば、入力電流と誘導加熱コイル電圧で材質判別を行う場合、図８のように、材質判別閾値が設定でき、被加熱体６の代表的な材質では高周波インバータ１の駆動周波数を変化させていく材質判別制御で図８のような軌跡を描くことが事前にわかっている。この軌跡は、被加熱体６の材質や形状などによって異なるものの、材質が異なるものと比べるとその差違は少ない。つまり、材質が同じであればおおまかな軌跡は事前にわかっている。

このため、材質判別を行うための高周波インバータ１の制御時において、出力検出手段７によって検出されるインバータ出力値が所定の範囲を超えた場合に材質判別をやり直すことによって、被加熱体６が材質判別制御中に移動したことを検出し、確実に材質判別を行うために材質判別をやり直すこととしている。

被加熱体６の移動検出は、図４のように、被加熱体６が静止しているときの出力検出値の軌跡と比べて被加熱体６が移動した場合には軌跡が折れ曲がるため、簡単に検出することができる。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５における誘導加熱装置について説明する。実施の形態１と基本構成は同一であるのでその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

本実施の形態では、材質判別手段８が材質を判別できるまで高周波インバータ１の制御を継続し、材質判別が可能となった時に高周波インバータ１の駆動周波数と導通比を固定して高周波インバータ１の駆動を継続し、材質判別を行う値が変動しない場合に材質判別を完了することにより、被加熱体６が移動しているか否かを判別することができ、被加熱体６が移動している時には材質判別制御を完了して加熱制御に移行することがないようにしている。このため、機器の破壊を防ぐことができる。

ここで、材質判別制御を行うと、例えば、入力電流と誘導加熱コイル電圧で材質判別を行う場合、図８のように、高周波インバータ１の駆動周波数を変化させていくと、原点側から図のような軌跡を描き、さらに駆動周波数を変化させていくとやがて材質判別閾値を越えて材質が判別できる。

このような材質判別制御において、図８の軌跡が材質判別閾値を越えて材質判別手段８が材質を判別できるまで高周波インバータ１の制御を継続し、その材質判別が可能となった時の高周波インバータ１の駆動周波数と導通比で固定して高周波インバータ１の駆動を継続し、材質判別を行う値が変動しない場合に材質判別を完了して加熱制御に移行する。

このような制御とすることによって、材質判別が完了直後に被加熱体６が移動した場合を想定し、そのような場合には材質判別を確定しない仕様とすることで材質判別をより確実にすることができる。

これは、高周波インバータ１の駆動周波数と導通比を固定して動作させた場合、図５に示すように被加熱体６が静止した状態では出力検出手段７で検出した値はほとんど変化しないのに対して、被加熱体６が移動した場合には値が大きく変化する。このような特性を利用して、被加熱体６が静止しているか否かを判別することができる。

図８において、横軸方向の０点は、軌跡が材質判別閾値を越えて材質判別手段８が材質を判別できたときの出力検出手段７の検出値を表し、高周波インバータ１の駆動周波数と導通比を固定して継続的に動作している間の出力検出手段７の検出値が横軸の右方向にプロットされている。

（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６における誘導加熱装置について説明する。実施の形態１と基本構成は同一であるのでその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

本実施の形態では、高周波インバータ１の駆動周波数と導通比を固定した直後は値の変動を許可し、一定時間以降の材質判別を行う値が変動しない場合に材質判別を完了することにより、高周波インバータ１の駆動周波数と導通比を固定した直後はインバータ出力の応答遅れによって変動するため、その遅れの変動分を無視することで誤判定を防止している。

実施の形態５で説明したとおり、高周波インバータ１の駆動周波数と導通比を固定して継続的に動作させて出力検出手段７の検出値が変動していないかどうかを確認しているが、図５に示すとおり、高周波インバータ１の駆動周波数を固定してから数回の出力検出手段７の検出値は変動している。

これは、高周波インバータ１の駆動周波数と導通比を固定した直後はインバータ出力の応答遅れによって変動するため、その遅れの変動分を無視することで誤判定を防止することができるためである。

（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７における誘導加熱装置について説明する。実施の形態１と基本構成は同一であるのでその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

本実施の形態では、材質判別を確定できない場合の回数をカウントし、所定回数以上となった場合に使用者に報知することにより、被加熱体を安定な状態にすることを促し、材質判別を行って効率よく被加熱体を加熱することができるようにしている。

すなわち、実施の形態１〜６で説明してきたような方法で材質判別を確実に行うことができるが、材質判別が確定できない場合が発生すれば、被加熱体６は加熱されない状態となる。そのような状態が続くと、誘導加熱装置の使用者にとっては被加熱体６がいつまでも加熱されず、使用上とても不便なものとなる。

したがって、ここでは、材質判別を確定できない場合の回数をカウントし、所定回数以上となった場合に使用者に報知するようにしている。報知の仕方としては、音による報知であってもよいし、液晶やＬＥＤの点灯などの表示による報知、または音と表示の組合せであってもよい。

材質判別を確定できない理由としては、被加熱体６が誘導加熱コイル４との相対的な位置関係が変化していることが原因であるため、使用者に被加熱体６が移動しているために材質判別ができないことを報知することによって、被加熱体６が静止するように促すことができる。誘導加熱装置の被加熱体６としては調理鍋などであるので、鍋を振って調理するという状況は発生する確率が高く、報知は使用者に便益を与えることができる。

（実施の形態８）
次に、本発明の実施の形態７における誘導加熱装置について説明する。実施の形態１と基本構成は同一であるのでその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

本実施の形態では、材質判別を確定できない場合の回数をカウントし、所定回数以上となった場合に高周波インバータ１を停止することにより、被加熱体６が使用者の意図しないところで動いているような場合に加熱制御を行い、危険な状態となることを回避することを可能としている。

これは、誘導加熱装置の使用者が気のつかないところで、例えば、被加熱体６が移動したような場合、加熱を継続すると危険な可能性があるため、高周波インバータ１を停止することによって機器の安全性を向上させている。

このように、本発明の誘導加熱装置においては、材質判別手段８の判別精度を高めるために材質判別制御を複数回行い、材質判別の判別精度を高めることができる。また、それによってその被加熱体６に最適な駆動周波数と導通比で高周波インバータ１を駆動することができるため、機器のロスを少なくすることが可能となり、火力感を下げることなく使
い勝手のよい誘導加熱装置を実現することができるものである。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置では、如何なる場合でも被加熱体の材質判別を正確に行い、最もロスの少ない駆動周波数で制御することが可能となり、省エネルギーで利便性の高いものとなるので、誘導加熱調理器などに適用でき使い勝手の向上がはかれる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の概略構成図同誘導加熱装置の駆動周波数−入力電力特性を示す図同誘導加熱装置において被加熱体の材質が異なる場合の駆動周波数−入力電力特性を示す図同誘導加熱装置における材質判別制御中の出力検出値の軌跡を示す図同誘導加熱装置における駆動周波数固定時の出力検出値の変化を示す図従来の誘導加熱装置の概略構成図同誘導加熱装置において被加熱体の材質が異なる場合の駆動周波数−入力電力特性を示す図同誘導加熱装置における材質判別領域を示す図同誘導加熱装置において被加熱体が移動した場合の駆動周波数−入力電力特性を示す図

１高周波インバータ
２電源
３スイッチング素子
４誘導加熱コイル
５共振コンデンサ
６被加熱体
７出力検出手段
８材質判別手段

Claims

高周波インバータと、前記高周波インバータに電力を供給する電源と、前記高周波インバータを構成するスイッチング素子、誘導加熱コイルおよび共振コンデンサと、前記高周波インバータの入力電力の値および前記高周波インバータの駆動周波数を検出する出力検出手段と、前記誘導加熱コイルと前記共振コンデンサで共振が起こる共振点よりも高い周波数で、駆動周波数−入力電力特性における共振ピークの谷間にあたる周波数で前記高周波インバータの駆動を開始し、前記高周波インバータは周波数を下げていき、前記出力検出手段の値より前記被加熱体の材質を判別し、判別された材質に最も適した駆動周波数にて被加熱体の加熱制御に移行する誘導加熱装置であって、
前記被加熱体の１回目の材質判別の結果と２回目の材質判別の結果が異なった場合には、材質判別を行うための高周波インバータの駆動を再度行うようにした誘導加熱装置。
高周波インバータと、前記高周波インバータに電力を供給する電源と、前記高周波インバータを構成するスイッチング素子、誘導加熱コイルおよび共振コンデンサと、前記誘導加熱コイルの入力インピーダンス、高周波インバータの電流、および、前記インバータの駆動周波数を検出する出力検出手段と、前記誘導加熱コイルと前記共振コンデンサで共振が起こる共振点よりも高い周波数で、駆動周波数−入力電力特性における共振ピークの谷間にあたる周波数で前記高周波インバータの駆動を開始し、前記高周波インバータは周波数を下げていき、前記出力検出手段の値より前記被加熱体の材質を判別し、判別された材質に最も適した駆動周波数にて被加熱体の加熱制御に移行する誘導加熱装置であって、
前記被加熱体の１回目の材質判別の結果と２回目の材質判別の結果が異なった場合には、材質判別を行うための高周波インバータの駆動を再度行うようにした誘導加熱装置。
高周波インバータと、前記高周波インバータに電力を供給する電源と、前記高周波インバータを構成するスイッチング素子、誘導加熱コイルおよび共振コンデンサと、前記共振コンデンサの電圧および前記高周波インバータの入力電流の値を検出する出力検出手段と、前記誘導加熱コイルと前記共振コンデンサで共振が起こる共振点よりも高い周波数で、駆動周波数−入力電力特性における共振ピークの谷間にあたる周波数で前記高周波インバータの駆動を開始し、前記高周波インバータは周波数を下げていき、前記出力検出手段の値の組み合わせにより前記被加熱体の材質を判別し、判別された材質に最も適した駆動周波
数にて被加熱体の加熱制御に移行する誘導加熱装置であって、
前記被加熱体の１回目の材質判別の結果と２回目の材質判別の結果が異なった場合には、材質判別を行うための高周波インバータの駆動を再度行うようにした誘導加熱装置。
高周波インバータは、材質判別を行った結果が合致した場合に被加熱体の加熱制御を行う請求項１〜３に記載の誘導加熱装置。
高周波インバータは、材質判別で材質が判別された時の高周波インバータの駆動周波数が合致した場合に被加熱体の加熱制御を行う請求項１〜２に記載の誘導加熱装置。
出力検出手段は高周波インバータ出力値を検知し、材質判別を行うための高周波インバータ出力値が所定範囲を超えた場合に材質判別をやり直す請求項１〜３に記載の誘導加熱装置。
材質判別手段が材質を判別できるまで高周波インバータの制御を継続し、材質判別が可能となった時に高周波インバータの駆動周波数と導通比を固定して高周波インバータの駆動を継続し、材質判別を行う値が変動しない場合に材質判別を完了する請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。