JP4470313B2 - 誘導加熱装置の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は共振負荷回路と該共振負荷回路に高周波電力を供給するインバータとを複数組備え、これらを近接設置してなる誘導加熱装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４はこの種の誘導加熱装置として、同一筐体内にインバータが２台配置され、それぞれのインバータが電磁調理器の高周波電源に供されるときの従来例を示す回路構成図であり、１は商用電源などの単相の交流電源、２は交流電源１から給電される誘導加熱装置、３，４は誘導加熱装置２でそれぞれ誘導加熱される鍋を示す。
【０００３】
この誘導加熱装置２には一方のインバータとしての整流回路２１，フィルタコンデンサ２２，ＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路を上下アームとしたインバータ主回路２３、一方の共振負荷回路を形成する加熱コイル２４，共振コンデンサ２５及び２６と、他方のインバータとしての整流回路３１，フィルタコンデンサ３２，ＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路を上下アームとしたインバータ主回路３３、他方の共振負荷回路を形成する加熱コイル３４，共振コンデンサ３５及び３６とを備えている。なお、フィルタコンデンサ２２，３２それぞれは整流回路２１，３１それぞれの高周波インピーダンスを下げる目的で設置されている。
【０００４】
図４に示した誘導加熱装置の従来の制御方法を、図５に示す動作軌跡の特性図を参照しつつ、以下に説明する。
【０００５】
図５は加熱コイル（参照符号２４又は３４）と共振コンデンサ（参照符号２５，２６又は３５，３６）と鍋（参照符号３又は４）とからなる共振負荷回路に供給される高周波電力の周波数と該負荷回路に注入される有効電力との関係を示す特性図であり、例えば、紙面右側の特性を鍋３側とし、紙面左側の特性を鍋４側とすると、それぞれの特性におけるピーク点の周波数はそれぞれの共振負荷回路の共振周波数であり、それぞれのインバータから出力する高周波電力の周波数が、前記共振周波数より高いときには該高周波電力の力率が遅れ領域であり、また、低いときには前記力率が進み領域である。
【０００６】
図４に示した誘導加熱装置における従来の制御方法では、前記遅れ領域でそれぞれのインバータが出力する高周波電力の周波数を変化させることにより、前記共振負荷回路に注入する有効電力成分、すなわち、鍋３又は鍋４への加熱電力を所望の値に調整することが行われていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の誘導加熱装置の制御方法によると、共振周波数の異なる鍋３，４が近接設置され同時に加熱される場合、図５に示す◇印の点又は○印の点の周波数の高周波電力で鍋３又は鍋４への加熱電力が定格値に達するが、このときの周波数の差、または、鍋３と鍋４とを同時に加熱中にそれぞれのインバータが出力する高周波電力の周波数の差により電磁音が発生し、特に、この差が数ｋＨｚのときの電磁音が周りの人達に不快感を与えることがあった。
【０００８】
この不快感を軽減するための方策としては、それぞれの加熱電力が所定値以上で鍋３と鍋４とを同時に加熱中には、それぞれのインバータが出力する高周波電力の周波数の差を、例えば、１ｋＨｚ以下にすることが効果的であるが、インバータが出力する高周波電力の力率を前記遅れ領域のみで運転する従来の制御方法では、それぞれのインバータが出力する高周波電力の周波数の差を前述の１ｋＨｚ以下にすると、鍋の種類によっては所望の加熱電力が得られなくなり、その結果、少なくとも一方の鍋の調理時間が著しく長くなるという問題があった。
【０００９】
この発明の目的は上記問題点を解決し、それぞれのインバータが出力する高周波電力の周波数の差を所定の範囲内にしつつ、個々の鍋に対して所望の加熱電力が得られる誘導加熱装置の制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、共振負荷回路と該共振負荷回路に高周波電力を供給するインバータとを複数組備え、これらを近接設置してなる誘導加熱装置において、
それぞれの高周波電力のうち、その有効電力成分が加熱状態を検知するレベルとして設定した下限値以上となるインバータが少なくとも２組存在し、これらのインバータの出力する高周波電力の周波数の差が予め電磁音軽減のために設定した所定の範囲より大きくなった際に、一方のインバータは出力の高周波電力の力率が進みとなる領域の周波数で運転し、他方のインバータは出力の高周波電力の力率が遅れとなる領域の周波数で運転し、各インバータの出力の高周波電力の周波数の差が前記所定値以内になるように制御することを特徴とした制御方法を行わせる。
【００１１】
また第２の発明は、共振負荷回路と該共振負荷回路に高周波電力を供給するインバータとを複数組備え、これらを近接設置してなる誘導加熱装置において、
それぞれの高周波電力のうち、その有効電力成分が加熱状態を検知するレベルとして設定した下限値以上となるインバータが少なくとも２組存在し、これらのインバータの出力する高周波電力の周波数の差が予め電磁音軽減のために設定した所定の範囲より大きくなった際に、一方のインバータは出力の高周波電力の力率が進みとなる領域の周波数で運転し、他方のインバータは出力の高周波電力の力率が遅れとなる領域の周波数で運転するとともに、前記インバータから互いの出力周波数が等しくなる出力の高周波電力の有効電力成分より小さい有効電力成分を供給するときには出力周波数をこの等しい周波数に保ったままＰＷＭ制御によって出力の高周波電力の制御を行うことを特徴とした制御方法を行わせる。
【００１２】
さらに第３の発明は前記第２の発明の誘導加熱装置の制御方法において、
それぞれの高周波電力のうち、その有効電力成分が前記下限値未満になったときには、それぞれのインバータでＰＦＭ制御によって出力の高周波電力の制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
この発明は下記に着目してなされたものである。
【００１４】
すなわち、インバータが出力する高周波電力の力率が進み領域のときには、周知の如く、このインバータの主回路を構成する自己消弧形素子と逆並列に接続されるダイオードには比較的大きな逆回復電流が逆回復期間に流れる。
【００１５】
従って、この逆回復電流を許容するダイオードを用いたインバータにすることにより、このインバータは出力する高周波電力の力率が進み又は遅れの双方の領域に渡って動作可能となり、この動作を行うことにより、それぞれのインバータが出力する高周波電力の周波数を所定の範囲内にして先述の電磁音を軽減しつつ、所望の加熱電力を鍋に供給することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態として、同一筐体内にインバータが２台配置され、それぞれのインバータが電磁調理器の高周波電源に供されるときの回路構成図であり、図４に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一参照符号を付している。
【００１７】
すなわち、図１に示した誘導加熱装置５の回路構成が図４に示した回路構成と異なる点はインバータ主回路２３，３３に代えて、インバータ主回路５１，５２を備えていることである。
【００１８】
このインバータ主回路５１，５２を構成するＩＧＢＴと逆並列接続のダイオードには、上述の逆回復電流を許容できる定格を有するダイオード、逆回復電流をより小さくできるファーストリカバリダイオードなどを選定している。その結果、加熱コイル（参照符号２４又は３４）と共振コンデンサ（参照符号２５，２６又は３５，３６）と鍋（参照符号３又は４）とからなる共振負荷回路に供給される高周波電力の力率が進み又は遅れの双方の領域に渡った周波数の高周波電力をインバータ主回路５１，５２から供給することができる。
【００１９】
図１に示した誘導加熱装置におけるこの発明の第１の実施例としての制御方法を、図２に示す動作軌跡の特性図を参照しつつ、以下に説明する。
【００２０】
図２は、図１に示した誘導加熱装置５において、加熱コイル（参照符号２４又は３４）と共振コンデンサ（参照符号２５，２６又は３５，３６）と鍋（参照符号３又は４）とからなる共振負荷回路に供給される高周波電力の周波数と該負荷回路に注入される有効電力との関係を示す動作軌跡の特性図であり、先述の図５に示した特性図と同様に、紙面右側の特性を鍋３側とし、紙面左側の特性を鍋４側とする。
【００２１】
すなわち、この発明の第１の実施例の制御方法では、インバータ主回路５１，５２それぞれが出力する高周波電力の周波数を所定の範囲内にするためには、双方のインバータが遅れ領域での前記周波数を監視し、この周波数が前記所定の範囲、例えば、１ｋＨｚ未満であれば、そのままの状態で運転を継続し、また、前記所定の範囲を越えているときには、例えば、同一出願人による特許願平成１２年１２７３４３号に記載されているように、鍋３，４が置かれた状態で双方の鍋に所定の加熱電力を供給したときの周波数と、このときの高周波電力の電圧と電流の位相とを監視することにより、図２の特性では、鍋３側のインバータは前述の進み領域で運転し、鍋４側のインバータは前述の遅れ領域で運転することになる。このとき、インバータ主回路５１，５２それぞれに対してＰＷＭ（パルス幅変調）制御とＰＦＭ（パルス周波数変調）制御とを併用することにより、さらに、この併用結果のＰＷＭ制御又はＰＦＭ制御で得られるパルス列信号を間引きしてインバータ主回路５１，５２それぞれを動作させることにより、前記共振負荷回路に注入する有効電力成分、すなわち、鍋３又は鍋４への加熱電力も、図２に示した太実線の動作軌跡を通ることとなり、所望の値にすることができる。
【００２２】
その結果として、図２に示す◇印の点又は○印の点の周波数の高周波電力で鍋３又は鍋４への加熱電力が定格値に達するが、このときの周波数の差も僅かにすることができる。
【００２３】
また、図１に示した誘導加熱装置において、鍋３又は鍋４のいずれか一方のみが加熱状態にあるときには、先述の電磁音が発生しないので、従来の制御方法と同様に、それぞれが先述の遅れ領域で運転してもよく、前記加熱状態を検知するレベル（図２に示す下限値）としては前記加熱電力の定格値の５〜１０％が好適である。この検知のためには、インバータ主回路５１，５２それぞれへの入力電力、この誘導加熱装置に指令される加熱電力の設定値などを監視すればよい。
【００２４】
図１に示した誘導加熱装置におけるこの発明の第２の実施例としての制御方法を、図３に示す動作軌跡の特性図を参照しつつ、以下に説明する。
【００２５】
図３は、図１に示した誘導加熱装置５において、上述の図２に示した特性図と同様に、紙面右側の特性を鍋３側とし、紙面左側の特性を鍋４側とする。
【００２６】
すなわち、この発明の第２の実施例の制御方法では、前述の図２の特性図と同様に、鍋３側のインバータは前述の進み領域で運転し、鍋４側のインバータは前述の遅れ領域で運転することになる。このとき、インバータ主回路５１，５２それぞれに対してＰＷＭ（パルス幅変調）制御とＰＦＭ（パルス周波数変調）制御とを併用することにより、インバータ主回路５１，５２それぞれが出力する高周波電力の周波数を所定の範囲内にすることができ、同時に、前記共振負荷回路に注入する有効電力成分、すなわち、鍋３又は鍋４への加熱電力も所望の値にすることができる。
【００２７】
その結果として、図３に示す◇印の点又は○印の点の周波数から図示のＡ点（双方の周波数がほぼ等しくなった点）までの加熱電力では、図２に示した特性図における動作と同じであるが、このＡ点から図示のＢ点（下限値の点）までの間では、インバータ主回路５１又は５２が出力する高周波電力の周波数を固定にした図示の太破線の動作軌跡になるようにＰＷＭ制御を行うことにより、さらに、このＰＷＭ制御で得られるパルス列信号を間引きしてインバータ主回路５１又は５２を動作させることにより、鍋３又は鍋４への加熱電力を所望の値にしつつ、このときの周波数の差をほぼ零にすることができる。
【００２８】
ここで、上述のＡ点とＢ点との間の周波数で動作している状態から、少なくともいずれか一方の加熱電力がＢ点（下限値の点）を下回って設定されたときには、この加熱電力を前記Ａ点とＢ点との間の周波数のままでＰＷＭ制御を行わせようとすると、インバータ主回路５１，５２を構成するＩＧＢＴのオン期間がより短くなり、この短いオン期間では制御動作遅れなどに起因してインバータ主回路５１，５２の動作が不安定になることがあり、この不安定動作を回避するために、前記Ｂ点での前記ＩＧＢＴのオン期間を確保しつつ、図示のＢ点以下の太破線の動作軌跡の如く、ＰＦＭ制御に移行させている。ここで、Ｂ点の周波数より高くするＰＦＭ制御による動作軌跡は鍋４に対応し、低くするＰＦＭ制御による動作軌跡は鍋３に対応する。その結果、前記下限値を通過する時の高周波電力の周波数の急変が回避される。
【００２９】
なお、図３に示した動作軌跡ではそれぞれの定格電力時の周波数（◇印の点の周波数＜○印の点の周波数）からＡ点までの周波数の範囲では互いに異なった周波数の例を示しているが、鍋の種類によっては、「定格加熱電力時に進み力率動作側の周波数＜定格加熱電力時に遅れ力率動作側の周波数」の条件が成立することがあり、この条件が成立するときには、それぞれの加熱電力が定格電力の時点でもインバータ主回路５１，５２が出力する高周波電力の周波数をほぼ一致させる上述のＢ点以上のときの動作軌跡にすることが可能であり、その結果、先述の電磁音を更に小さくできる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明の誘導加熱装置の制御方法によれば、それぞれのインバータが出力する高周波電力の周波数を所定の範囲内にしつつ、個々の鍋に対して所望の加熱電力を得ることができる。その結果、近接して置かれる複数個の鍋を同時に加熱する用途に好適な電磁調理器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態を示す誘導加熱装置の回路構成図
【図２】 この発明の第１の実施例の動作軌跡を説明する特性図
【図３】 この発明の第２の実施例の動作軌跡を説明する特性図
【図４】 従来例を示す誘導加熱装置の回路構成図
【図５】 図５の動作軌跡を説明する特性図
【符号の説明】
１…交流電源、２，５…誘導加熱装置、３，４…鍋、２１，３１…整流回路、２２，３２…コンデンサ、２３，３３，５１，５２…インバータ主回路、２４，３４…加熱コイル、２５，２６，３５，３６…共振コンデンサ。

Claims (3)

1. 共振負荷回路と該共振負荷回路に高周波電力を供給するインバータとを複数組備え、これらを近接設置してなる誘導加熱装置において、
   それぞれの高周波電力のうち、その有効電力成分が加熱状態を検知するレベルとして設定した下限値以上となるインバータが少なくとも２組存在し、これらのインバータの出力する高周波電力の周波数の差が予め電磁音軽減のために設定した所定の範囲より大きくなった際に、一方のインバータは出力の高周波電力の力率が進みとなる領域の周波数で運転し、他方のインバータは出力の高周波電力の力率が遅れとなる領域の周波数で運転し、各インバータの出力の高周波電力の周波数の差が前記所定値以内になるように制御することを特徴とする誘導加熱装置の制御方法。
2. 共振負荷回路と該共振負荷回路に高周波電力を供給するインバータとを複数組備え、これらを近接設置してなる誘導加熱装置において、
   それぞれの高周波電力のうち、その有効電力成分が加熱状態を検知するレベルとして設定した下限値以上となるインバータが少なくとも２組存在し、これらのインバータの出力する高周波電力の周波数の差が予め電磁音軽減のために設定した所定の範囲より大きくなった際に、一方のインバータは出力の高周波電力の力率が進みとなる領域の周波数で運転し、他方のインバータは出力の高周波電力の力率が遅れとなる領域の周波数で運転するとともに、前記インバータから互いの出力周波数が等しくなる出力の高周波電力の有効電力成分より小さい有効電力成分を供給するときには出力周波数をこの等しい周波数に保ったままＰＷＭ制御によって出力の高周波電力の制御を行うことを特徴とする誘導加熱装置の制御方法。
3. 請求項２に記載の誘導加熱装置の制御方法において、
   それぞれの高周波電力のうち、その有効電力成分が前記下限値未満になったときには、それぞれのインバータでＰＦＭ制御によって出力の高周波電力の制御を行うことを特徴とする誘導加熱装置の制御方法。

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