JP4706307B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般家庭やオフィス、レストラン、工場などで使用される誘導加熱装置に関するものであり、さらに詳しくは被加熱物としてアルミニウムや銅などの低透磁率かつ高電気伝導率の材料からなる被加熱物を加熱する誘導加熱調理器や、誘導加熱式湯沸かし器、誘導加熱式アイロン、またはその他の誘導加熱式加熱装置などで、特にアルミニウムや銅などを加熱可能とす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、電磁調理器に関して、入力電流波形を整形するスイッチング手段を有し、特に鉄などの強磁性体以外の材質で形成された被加熱物を加熱する際の力率を改善している（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来の誘導加熱装置の一実施例を示す回路図、図９は図８の各部の信号波形図である。

図８に示すように、交流電圧Ｖａｃの商用電源１０１がブリッジ回路１０５に接続されている。ブリッジ回路１０５は２個のサイリスタ１０７ａ、１０７ｂと２個のダイオード１０９ａ、１０９ｂとをブリッジ接続して構成されており、商用電源１０１の交流電流を直流電流に変換させる。コンデンサ１１１はリプル電流を除去するために比較的大きな容量に設定されており、ブリッジ回路１０５で整流された脈流を平滑するための平滑手段である。入力制御回路１３３は商用電源１０１側に設けられたカレントトランス１３４と接続されている。カレントトランス１３４は商用電源１０１から入力する入力電流Ｉｉｎを検出し、この検出した入力電流Ｉｉｎの電流値に相応する情報を入力制御回路１３３へ送出する。入力制御回路１３３はマイクロコンピュータ等の演算処理部を内蔵しており、カレントトランス１３４からの実際の入力電流Ｉｉｎに関する情報などから最適なＰＷＭ制御を実行する、すなわち入力制御回路１３３は入力電流Ｉｉｎの電流波形がほぼ正弦波となるように力率を改善するために、図９（ｃ）に示すようなパルス信号１３３ａをトランジスタＴｒ１に出力する。トランジスタＴｒ１はパルス信号１３３ａに基づいて所定の波形整形に係る周期でスイッチング動作して入力電流Ｉｉｎの波形を整形するためのスイッチング手段である。また、リアクタＬはトランジスタＴｒ１がオンしたときに商用電源１０１からの電力を蓄積するとともに、トランジスタＴｒ１がオフしたときにこの蓄積した電力をコンデンサ１１１へ供給するためのタンク手段である。
特開平１−２４６７８３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、インバータの電源となるコンデンサ１１１の電圧変動によって被加熱物を誘導加熱する際、高周波磁界強度も変動する。特に、鉄などの強磁性体以外の材質（アルミニウムなどの高電気伝導率かつ低透磁率からなる材質）で形成された被加熱物を加熱する場合には、この磁界強度の変動によって、磁界と被加熱物内部に誘導される誘導電流との反発力が被加熱物の周期的な振動及び振動音を発生させるため、使用者の利便性を損なう。そのため従来の技術のように、コンデンサ１１１は、電圧変動が生じないような大容量のものが選択され、通常は大容量化が容易である電解コンデンサが用いられている。しかしながらコンデンサ１１１の大容量化によって、コンデンサ１１１電圧がブリッジ回路１０５出力電圧よりも低い期間のみ、商用電源１０１からコンデンサ１１１充電電流が流れることになる。つまり、ブリッジ回路１０５出力電圧が低くなっている商用電源１０１がゼロ電圧となる前後の期間には、コンデンサ１１１充電電流つまり入力電流が流れないため、入力電流は正弦波形状を保つことができず、歪んだ波形となる。この入力電流の歪みによって、力率が低下し、平滑手段となるコンデンサ１１１を充電するべく非常に高いピークとなる入力電流が流れる。しかしながら平滑手段として一般に用いられる電解コンデンサ１１１には許容できるリプル電流に制限がある。制限を越えて電流が流れた場合、内部での発熱が増大し、部品寿命の短縮、さらにはコンデンサ破壊につながる。また、リアクタＬにも入力電流と同等の電流が流れるため、ピークの高い電流が流れることとなり、磁気飽和を起こやすく、場合によるとリアクタとしての動作ができなくなる。加えて、力率が低下しているために、商用電源１０１に接続された他機器に対し影響を及ぼし、他機器の動作不良が発生する可能性がある。そのため、特に、鉄な
どの強磁性体以外の材質（アルミニウムなどの高電気伝導率かつ低透磁率からなる材質）で形成された被加熱物を加熱するために、コンデンサ１１１を電圧変動が生じないような大容量のものにした場合には、従来技術におけるトランジスタＴｒ１などの力率を改善する手段が必要である。しかしながら、本従来の技術では、本来動作を継続しなければならないトランジスタＴｒ１が何らかの理由、例えばトランジスタＴｒ１の故障、トランジスタＴｒ１駆動回路の故障、基板間を接続するリードコネクタの断線／結線忘れでトランジスタＴｒ１に駆動信号が出力されない、電源が供給されないなどの理由で動作しない、または停止してしまった場合、力率を改善する機能が停止することで力率が低下し、前述したような課題が発生する。

つまり、何らかの不具合により、力率を改善する手段が正常に動作しない場合、速やかに検知し、加熱停止、報知を行う必要がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、力率改善手段の動作状態を検知することにより、部品への負荷を低減し、かつ他機器への影響が少ない誘導加熱装置を提供することを目的とする。

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、力率改善手段の出力側に接続される平滑手段の電圧を検知する電圧検知手段を備え、インバータは第２のスイッチング素子群のオン／オフによって高周波電流を加熱コイルに供給して被加熱物を誘導加熱し、力率改善手段は第１のスイッチング素子のオン／オフによって力率を改善するとともに、制御手段は電圧検知手段の出力が所定の範囲を超える場合において、力率改善手段及びインバータを停止すべく制御するとしたものである。

力率改善手段は、内包するスイッチング素子のオン／オフによって入力電流の整形を行い、力率を改善するものであるが、回路構成自体は電圧を変換するコンバータとなっている。そのため、力率改善手段が正常動作していれば、力率改善手段の設定値と同等の平滑手段電圧となっているはずである。換言すれば、整流手段の出力電圧に対して平滑手段電圧は高く、または低くなっているはずである。電圧検知手段により、制御手段は平滑手段電圧を認識することが可能であるから、平滑手段電圧が本来設定されるべき電圧範囲外であった場合、力率改善手段に何らかの不具合があって動作していないと判断することも可能である。

したがって、力率改善手段及びインバータを停止すべく制御し、速やかに加熱停止することができ、部品への負荷を低減し、かつ他機器への影響を抑制することができることとなる。

本発明の誘導加熱装置は、力率改善手段の動作状態を検知することにより、部品への負荷を低減し、かつ他機器への影響が少ない誘導加熱装置を提供することができる。

第１の発明は、商用電源からの交流電圧を整流する整流手段と、前記整流手段の出力側に接続される力率改善手段と、前記力率改善手段に内包される第１のスイッチング素子と、前記力率改善手段の出力側に接続される平滑手段と、前記平滑手段の電圧を検知する電圧検知手段と、前記平滑手段に接続されるインバータと、前記インバータに内包される複数からなる第２のスイッチング素子群と、前記インバータに接続されかつアルミニウム若しくは銅またはこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記電圧検知手段からの信号を入力しかつ前記インバータ
の制御を行う制御手段と、前記整流手段の出力電圧を検知し検知信号を前記制御手段へ出力する第２の電圧検知手段とを備え、前記インバータは前記第２のスイッチング素子群のオン／オフによって高周波電流を前記加熱コイルに供給して前記被加熱物を誘導加熱し、前記力率改善手段は前記第１のスイッチング素子のオン／オフによって力率を改善し、前記制御手段は前記電圧検知手段の出力が正常動作範囲である所定の範囲より低い場合において、前記力率改善手段および前記インバータを停止すべく制御するとともに、前記第２の電圧検知手段の出力が低下したとき、前記電圧検知手段によって検出される電圧を低下させるように第１のスイッチング素子の駆動を制御するとともに、正常動作範囲である所定の範囲をも低下させる誘導加熱装置とするものである。

アルミニウム若しくは銅またはこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物を誘導加熱する場合、加熱コイルから発生する高周波磁界と被加熱物間の反発力に起因する被加熱物の振動音を抑制するために、インバータ電源電圧を平滑してインバータ出力を略一定にする平滑手段が必要である。

また、平滑手段を設けることによって入力電流が歪むために、入力電流を正弦波状に整形し、力率を改善する力率改善手段も必要となる。

前述したように、力率改善手段は、内包するスイッチング素子のオン／オフによって入力電流の整形を行い、力率を改善するものであるが、回路構成自体は電圧を変換するコンバータとなっている。そのため、力率改善手段が正常動作していれば、力率改善手段の設定値と同等の平滑手段電圧となっているはずである。換言すれば、整流手段の出力電圧に対して平滑手段電圧は高く、または低くなっているはずである。

電圧検知手段により、制御手段は平滑手段電圧を認識することが可能であるから、平滑手段電圧が本来設定されるべき電圧範囲外であった場合、力率改善手段に何らかの不具合があって動作していないと判断することも可能である。

従って力率改善手段及びインバータを停止すべく制御し、速やかに加熱停止することができ、部品への負荷を低減し、かつ他機器への影響を抑制することができる。

また、電圧検知手段は、一般的に抵抗による分圧回路で構成されており、構成が簡素であることに加えて、制御手段が入力可能な電圧への変換も容易である。

また、力率改善手段は、電圧を変換するコンバータと同等の回路構成からなるものであり、過剰な電圧変換の場合、例えば平滑手段電圧を整流手段の出力電圧に対して非常に高く、もしくは低く設定した場合、力率改善手段を構成する第１のスイッチング素子などの負荷が大きく、発熱が増大する。

そのため、整流手段の出力電圧に応じて、力率改善手段の出力設定値を変更し、負荷を抑制する必要がある。また、特許文献１のように、力率改善手段の出力設定値を変更することにより、被加熱物の加熱出力を調整する場合もある。

このとき、制御手段が平滑手段電圧の正常範囲を所定範囲であると規定していた場合、力率改善手段の動作を正しく検知することができない。

しかしながら本発明では、力率改善手段の出力設定値、すなわち平滑手段電圧が一定でない場合においても、制御手段は整流手段の出力電圧を認識しているために、力率改善手段の動作の正常／異常を判断する平滑手段電圧の電圧範囲を補正することが可能である。すなわち、力率改善手段の動作を正しく検知することができる。

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り、特に誘導加熱調理器の要部の概略回路図である。

図１において、商用電源１からの交流電圧を整流するダイオードブリッジからなる整流手段２の出力側には、力率改善手段３が接続されている。

力率改善手段３は、第１のスイッチング素子４、第１のチョークコイル５、及び第１のダイオード６で構成されており、第１のチョークコイル５はその一方をダイオードブリッジ２高電位出力側に、もう一方を第１のスイッチング素子４高電位端子（ＩＧＢＴの場合はコレクタ、ＭＯＳＦＥＴの場合はドレイン）に接続されている。

第１のスイッチング素子４の低電位端子（ＩＧＢＴの場合はエミッタ、ＭＯＳＦＥＴの場合はソース）は、ダイオードブリッジ２の低電位出力側に微小抵抗７を介して接続されている。

また第１のダイオード６は、カソードを第１のスイッチング素子４の高電位端子に接続されている。

力率改善手段３の出力側となる第１のダイオード６のアノードと第１のスイッチング素子４低電位端子間には、大容量の電解コンデンサからなる平滑手段８が接続されている。本実施の形態では、容量８２０μＦの電解コンデンサが２個並列に接続されており、通常の場合（商用電源１がＡＣ２００Ｖ、ピーク約２８０Ｖの場合）おおよそ３５０Ｖになるよう力率改善手段３によって昇圧されていることになる。

電解コンデンサ８の両端には、電解コンデンサ８の電圧を検知するべく、抵抗からなる電圧検知手段９が接続される。この抵抗によって分圧された分圧電圧は、マイクロコンピュータからなる制御手段１０の電源電圧（本実施の形態では５Ｖ）以下になるような分圧比で入力される。

また同様に、ダイオードブリッジ２の出力側には、ダイオードブリッジ２の出力電圧を検知するべく、抵抗からなる第２の電圧検知手段１１が接続されており、この抵抗によって分圧された分圧抵抗は、制御手段１０に入力される。

平滑手段８には、インバータ１２が接続されており、インバータ１２側から見て平滑手段８はインバータ１２電源の役割をなしている。

インバータ１２内部には、平滑手段８電圧を昇圧する昇圧手段１３、昇圧された電圧を平滑する第２の平滑手段１４、第２の平滑手段１４に並列接続され、それぞれ直列に接続されている２個のＩＧＢＴからなる第２のスイッチング素子群１５、第２のスイッチング素子群１５の低電位側スイッチング素子１５ａの高電位端子と低電位端子に並列接続される加熱コイル１６と共振コンデンサ１７の直列接続体が内包されている。

また第２のスイッチング素子群１５はそれぞれ逆導通ダイオードを内蔵している。

第２の平滑手段１４は、平滑手段８と同様に、インバータ１２から見てインバータ１２
の電源の役割をなしている。

昇圧手段１３の回路構成は、力率改善手段３と同様となっており、第３のスイッチング素子１８と第２のチョークコイル１９と第２のダイオード２０で構成されている。第３のスイッチング素子１８は、第２のスイッチング素子群１５と同様、逆導通ダイオードを内蔵している。

第２のチョークコイル１９はその一方を平滑手段８の高電位側に、もう一方を第３のスイッチング素子１８の高電位端子に接続されている。第３のスイッチング素子１８の低電位端子は、平滑手段８の低電位側に接続されている。また第２のダイオード２０は、アノードを第３のスイッチング素子１８高電位端子に、カソードを第２の平滑手段１４高電位側に接続されている。

また第２の平滑手段１４電圧は、平滑手段８電圧（３５０Ｖ）を昇圧して約７００Ｖとしているため、耐圧を高く設定できない電解コンデンサではなく、フィルムコンデンサを使用している。本実施の形態では、フィルムコンデンサ１４の容量を５μＦに設定している。

加熱コイル１６上方には、強化ガラスが配置されており（図示せず）、その上にアルミニウム若しくは銅またはこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物２１が置かれる。

また、加熱コイル１６は、損失を抑制するために、素線を束ねた撚り線を多層にして平板上に巻き回されて構成される。

制御手段１０には、前述のように電圧検知手段９及び第２の電圧検知手段１１からの信号が入力されるとともに、商用電源１からの入力電流を検知するカレントトランスなどからなる入力電流検知手段２２からの信号、瞬時の入力電流に相当する整流手段２の低電位出力側に接続された微小抵抗７の両端電圧信号も入力される。

さらに、制御手段１０は、電圧検知手段９、第２の電圧検知手段１１、入力電流検知手段２２などからの信号に基づき、所定の出力が得られるよう、第１のスイッチング素子４の動作、第２のスイッチング素子群１５、第３のスイッチング素子１８の動作を制御する。

また、使用者による操作で被加熱物２１の加熱／停止を行うべく信号を出力する操作手段２３が制御手段１０に接続されている。操作手段２３には、装置の状態、すなわち火力表示、タイマー表示、温度表示などの情報を表示する液晶などからなる表示手段２４と、報知音や音声を発生するブザーやスピーカーなどで構成される鳴動手段２５を内包されている。

以上のように構成された誘導加熱装置について、以下、その動作、作用を説明する。

まず、インバータ１２の動作を中心に説明する。

商用電源１が投入されると、制御手段１０は電圧検知手段９の検知を開始するとともに、第１のスイッチング素子４の駆動を開始する。

さらに、制御手段１０は第２の電圧検知手段１１の出力によって、商用電源１電圧を認識し、商用電源１がＡＣ２００Ｖ以上であれば、平滑手段８電圧が３５０Ｖになるよう、
第１のスイッチング素子４の駆動を制御する。一方で、商用電源１電圧がＡＣ２００Ｖに達しない場合は、平滑手段８電圧が３５０Ｖ以下で、第１のスイッチング素子４が過負荷とならないよう適宜設定値を変更し、第１のスイッチング素子４の駆動を制御する。

使用者が操作手段２３により被加熱物２１の加熱開始操作を行うと、操作手段２３から制御手段１０に対して加熱開始信号が出力される。また同時に、操作手段２３から表示手段２４及び鳴動手段２５に信号が出力され、使用者の操作に応じた表示及び音声などの鳴動によって加熱開始を報知する。

操作手段２３からの加熱開始信号を入力した制御手段１０は、第２のスイッチング素子群１５を動作させるべく駆動信号を出力する。その際、第２のスイッチング素子群１５の低電位側スイッチング素子１５ａのオン時間を最小に、高電位側スイッチング素子１５ｂのオン時間を最大になるよう、かつそれぞれが排他的にオンするように制御を行う。

制御手段１０は、共振コンデンサ１７と加熱コイル１６と被加熱物２１からなる共振要素の共振周波数約９０ｋＨｚの約１／３となる周波数の３３ｋＨｚの一定駆動周波数（周期）のまま低電位側スイッチング素子１５ａと高電位側スイッチング素子１５ｂの排他的駆動を継続しながら、徐々に低電位側スイッチング素子１５ａのオン時間を延ばしていく。制御手段１０は、低電位側スイッチング素子１５ａのオン時間が駆動周期の１／２に達すると、低電位側スイッチング素子１５ａと高電位側スイッチング素子１５ｂのオン時間比を一定にしたまま、駆動周波数（周期）を下げていく。

その一連の動作中に、共振コンデンサ１７の電圧を検知するコンデンサ電圧検知手段（図示せず）の出力が、入力電流検知手段２２からの出力に応じて設定されるしきい値を越えると、制御手段１０は、加熱コイル１６上方に加熱適当な被加熱物２１が戴置されていると判断し、第３のスイッチング素子１８の駆動を開始する。

第３のスイッチング素子１８のオン時間は、最小となるよう設定されるが、第２の平滑手段１４電圧が第２の平滑手段１４電圧検知手段（図示せず）によって、約７００Ｖに達したと検知されるまで徐々にオン時間を延ばされる。その後は、制御手段１０によって、第２の平滑手段１４電圧が約７００Ｖを維持するよう、第３のスイッチング素子１８オン時間が制御される。

第２のチョークコイル１９には、第３のスイッチング素子１８のオン時間中に平滑手段８を短絡する電流が流れ、第２のチョークコイル１９にはエネルギーが蓄積される。第３のスイッチング素子１８がオフすると、第２のチョークコイル１９に蓄積されたエネルギーは、第２のダイオード２０を介して第２の平滑手段１４を充電する。その結果、第２の平滑手段１４電圧は、平滑手段８電圧に対して昇圧されることになる。

この昇圧動作は、力率改善手段３においても同様で、第３のスイッチング素子１８に相当するのが第１のスイッチング素子４、平滑手段８に相当するのが整流手段２出力、第２のチョークコイル１９に対して第１のチョークコイル５、第２のダイオード２０に対して第１のダイオード６、第２の平滑手段１４に対して平滑手段８となる。

なお、第３のスイッチング素子１８は一定周波数となる約２０ｋＨｚで動作するよう制御される。

第３のスイッチング素子１８駆動開始後、制御手段１０は、入力電流検知手段２２の出力と、操作手段２３による加熱出力設定とを比較して、適宜第２のスイッチング素子群１５の駆動周波数、及び第３のスイッチング素子１８のオン時間を制御する。

つまり、インバータ１２は制御手段１０の制御によって、第２のスイッチング素子群１５のオン／オフを行い、高周波電流を加熱コイル１６に供給して被加熱物２１を誘導加熱する。

図２は、本実施の形態における所定の入力電流が得られている状態での各部動作波形を示している。

図２（ａ）は低電位側スイッチング素子１５ａの高電位端子−低電位端子間の電圧（Ｖｃｅ）、図２（ｂ）は低電位側スイッチング素子１５ａ電流（Ｉｃ）、図２（ｃ）は高電位側スイッチング素子１５ｂの高電位端子−低電位端子間の電圧（Ｖｃｅ）、図２（ｄ）は高電位側スイッチング素子１５ｂ電流（Ｉｃ）、図２（ｅ）は加熱コイル１６電流（ＩＬ）、図２（ｆ）は第３のスイッチング素子１８の高電位端子−低電位端子間の電圧（Ｖｃｅ）、図２（ｇ）は第３のスイッチング素子１８電流（Ｉｃ）を示している。

本実施の形態において、制御手段１０は、共振コンデンサ１７と加熱コイル１６と被加熱物２１からなる共振要素の共振周波数の約１／３となる周波数で第２のスイッチング素子群１５を動作させる。これは、被加熱物２１がアルミニウムなどの高電気伝導率、低透磁率の材質であることに関係がある。

被加熱物２１材質がアルミニウムなどであった場合、加熱コイル１６から見た被加熱物２１の高周波抵抗が非常に低いために、被加熱物２１内部に誘導電流が誘起されても十分なジュール熱が生じない。

このような被加熱物２１を誘導加熱するためには、加熱コイル１６に流れる高周波電流によって発生する高周波磁界の強度を強くする、または周波数を高めて被加熱物２１の高周波抵抗を高めるといった方法が有効である。

本実施の形態では、加熱コイル１６をターン数を増やして発生する高周波磁界強度を高め、さらに磁界周波数を約２０ｋＨｚから約９０ｋＨｚに高めることで、アルミニウムなどの被加熱物２１を十分な火力で誘導加熱可能にしている。

しかしながら、磁界周波数を高めるということは、第２のスイッチング素子群１５の駆動周波数を高めることになり、スイッチング回数が増加し、損失増加につながるという課題がある。そこで、本実施の形態では、共振現象を利用し、第２のスイッチング素子群１５の駆動１周期中に３回の共振が得られるような第２のスイッチング素子群１５駆動周波数を選択している。つまり、共振コンデンサ１７と加熱コイル１６と被加熱物２１からなる共振要素の共振周波数の約１／３となる周波数で第２のスイッチング素子群１５を動作させている。

これにより、磁界周波数は高める一方で、第２のスイッチング素子群１５のスイッチング回数増加を抑制し、第２のスイッチング素子群１５の損失増加を抑制することができる。

また、被加熱物２１材質がアルミニウムなどである場合、電気伝導率が高いために、鉄などの材質に比べ、誘導加熱時に誘起される誘導電流が大きい。この誘導電流は、加熱コイル１６から発生する高周波磁界に反発するよう生じるものであるから、被加熱物２１が動きやすくなる。

平滑手段８もしくは第２の平滑手段１４の容量が小さい場合、インバータ１２の瞬時出
力は、商用電源１に同期して変動し、この変動に起因して、被加熱物２１から振動音が発生する。

本実施の形態では、平滑手段８の容量を８２０μＦを２個、第２の平滑手段１４の容量を５μＦとすることで、十分な容量を確保しており、商用電源１に同期したインバータ１２出力の変動が大幅に軽減されている。

図３は、本実施の形態における各部動作波形の全体図を示している。

図３（ａ）は平滑手段８電圧（ＶＣ２）、図３（ｂ）は第２の平滑手段１４電圧（ＶＣｃ）、図３（ｃ）はインバータ１２出力と相関する加熱コイル１６電流（ＩＬ）を示している。なお、図３（ｄ）、図３（ｅ）、図３（ｆ）は平滑手段８及び第２の平滑手段１４の容量が十分ではない場合のＶＣ２、ＶＣｃ、ＩＬである。

また、平滑手段８の容量を大きく設定することにより、商用電源１から流れる入力電流が歪んでしまい、力率が低下するのだが、力率改善手段３によって入力電流の整形が行われるため、高力率を維持することが可能である。

次に、力率改善手段３の動作を中心に説明する。

商用電源１投入後、制御手段１０は、平滑手段８電圧を検知するため、電圧検知手段９の出力信号を常時認識している。また同様に、整流手段２の出力電圧を検知する第２の電圧検知手段１１の出力信号についても常時もしくは商用電源１に同期したタイミングで取り込んで認識している。

制御手段１０は、第２の電圧検知手段１１の出力によって、商用電源１電圧を認識し、商用電源１がＡＣ２００Ｖ以上であれば、平滑手段８電圧が３５０Ｖになるよう、第１のスイッチング素子４の駆動を制御する。一方で、商用電源１電圧がＡＣ２００Ｖに達しない場合は、平滑手段８電圧が３５０Ｖ以下で、第１のスイッチング素子４が過負荷とならないよう、商用電源１電圧に応じた設定値に適宜変更し、第１のスイッチング素子４の駆動を制御する。

ここで、ＡＣ２００Ｖ以上であるとき、平滑手段８電圧を３５０Ｖに固定するのは、平滑手段８に一般に耐圧が低い電解コンデンサを使用しており、耐圧オーバーによる電解コンデンサ８の過負荷を抑制するためである。

図４は、商用電源１電圧に対する平滑手段８電圧の設定値と、後述するが力率改善手段３の正常動作判定範囲（所定の範囲）を示している。

制御手段１０は、内部に発振回路を内包しており、その発振周波数に同期して第１のスイッチング素子４駆動を行う。また制御手段１０は、電圧検知手段９の出力、瞬時の入力電流に相当する整流手段２の低電位出力側に接続された微小抵抗７の両端電圧、及び平滑手段８電圧の設定値を比較、演算する。

演算結果に基づいて、制御手段１０は、第１のスイッチング素子４のオン時間を変更し、入力電流が略正弦波状になって力率が改善され、かつ平滑手段８電圧が設定値になるようＰＷＭ制御を行う。

図５は、力率改善手段３による入力電流整形を模式的に示したものである。図５（ａ）は力率改善手段３が動作していないときの入力電流波形、図５（ｂ）は力率改善手段３が
動作しているときの入力電流波形、図５（ｃ）は図５（ｂ）における第１のスイッチング素子４駆動信号を模式的に示している。

例えば、商用電源１がＡＣ２００Ｖである場合、制御手段１０は第２の電圧検知手段１１によって認識し、図４に示すように、力率改善手段３の正常動作範囲を３４０Ｖから３６０Ｖに設定する。制御手段１０は、力率改善手段３へのリードコネクタ結線忘れ、断線、その他の不具合で、平滑手段８の電圧が３４０Ｖより低い、または３６０Ｖより高い場合、電圧検知手段９出力信号により異常を認識し、直ちに第１のスイッチング素子４及び第２のスイッチング素子群１５、第３のスイッチング素子１８の駆動を停止し、操作手段２３へ力率改善手段３動作不良に対応する出力信号を送出する。

以上のように、本実施の形態においては、力率改善手段の動作状態を検知することにより、部品への負荷を低減し、かつ他機器への影響が少ない誘導加熱装置を提供することができる。

また、制御手段１０からの出力信号を受け取った操作手段２３は、表示手段２４にエラー表示を行うとともに、鳴動手段２５からの報知音によって使用者に異常報知を行う。

すなわち、制御手段１０は、第２の電圧検知手段１１の出力に応じて平滑手段８電圧の設定値を決定し、かつ力率改善手段３が正常動作範囲であると判断される所定の範囲を設定する。

また、制御手段１０は、電圧検知手段９の出力が所定の範囲を超える場合において、操作手段２３に信号を出力し、操作手段２３は表示手段２４及び鳴動手段２５の両方、またはいずれか一方で報知を行う。

また同様に、リードコネクタ結線忘れなどの原因で、制御手段１０が電圧検知手段９及び第２の電圧検知手段１１出力を認識できない、出力が低すぎるといった場合には、それに応じた出力信号を操作手段２３に送出する。

なお、本実施の形態では、制御手段１０によって、第１のスイッチング素子４、第２のスイッチング素子群１５、第３のスイッチング素子１８全ての駆動を制御する例を挙げたがこれに限定するものではない。例えば、第１のスイッチング素子４の駆動を制御する専用の制御手段（ＩＣなど）を用いることにより同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置を示すものであり、特に誘導加熱調理器の要部の概略回路図である。

本実施の形態は、実施の形態１とほぼ同構成となるため、構成が異なる部分について説明する。

図６において、第２の平滑手段１４の両端には、第２の平滑手段１４の電圧を検知するべく、抵抗からなる電圧検知手段９が接続される。この抵抗によって分圧された分圧電圧は、マイクロコンピュータからなる制御手段１０の電源電圧（本実施の形態では５Ｖ）以下になるような分圧比で入力される。

商用電源１が投入された後、操作手段２３からの加熱開始信号入力待ちの状態（待機状態）において、制御手段１０は第１のスイッチング素子４の駆動制御を開始する。

このとき、第２のスイッチング素子群１５及び第３のスイッチング素子１８は停止しているため、昇圧手段１３は動作せず、平滑手段８及び第２の平滑手段１４の電圧は、第２のダイオード２０の微小な順電圧だけの差のほぼ同電位となる。

制御手段１０は第２の電圧検知手段１１によって商用電源１電圧または整流手段２出力電圧を認識し、図４に示すように、商用電源１がＡＣ２００Ｖである場合、力率改善手段３の正常動作範囲を３４０Ｖから３６０Ｖに設定する。

制御手段１０は、力率改善手段３へのリードコネクタ結線忘れ、断線、その他の不具合で、第２の平滑手段１４電圧とほぼ同電位となる平滑手段８の電圧が３４０Ｖより低い、または３６０Ｖより高い場合、電圧検知手段９出力信号により間接的に異常を認識し、直ちに第１のスイッチング素子４の駆動を停止し、操作手段２３へ力率改善手段３動作不良に対応する出力信号を送出する。

制御手段１０からの出力信号を受け取った操作手段２３は、表示手段２４にエラー表示を行うとともに、鳴動手段２５からの報知音によって使用者に異常報知を行う。

すなわち、制御手段１０は、第２の電圧検知手段１１の出力に応じて平滑手段８電圧の設定値を決定し、かつ力率改善手段３が正常動作範囲であると判断される所定の範囲を設定する。制御手段１０は、電圧検知手段９の出力が所定の範囲を超える場合において、力率改善手段３を停止すべく制御を行う。

例えば、工場において、装置の動作チェックを行う際、加熱開始しなければ力率改善手段３の動作不良を判定できないのでは生産性の低下につながる。

本実施の形態では、特に、商用電源１が投入された後、操作手段２３からの加熱開始信号入力待ちの状態（待機状態）において、制御手段１０は第１のスイッチング素子４の駆動制御を開始し、力率改善手段３の動作を検知する。

そのため、力率改善手段３の動作不良原因が、生産時のリードコネクタ結線忘れ、断線などであった場合、商用電源１を投入するだけで加熱を開始するまでもなく、力率改善手段３の動作不良を速やかに判定することができ、生産性向上の実現が可能である。

また、電圧検知手段９は、第２のスイッチング素子群１５及び第３のスイッチング素子１８電圧を検知することにもなるため、第２のスイッチング素子群１５及び第３のスイッチング素子１８の破壊を防止する過電圧検知手段を兼ねることが可能である。

つまり第１のスイッチング素子４の駆動開始タイミングによっては、電圧検知手段９が平滑手段８電圧ではなく第２の平滑手段１４電圧を検知して、制御手段１０は力率改善手段３の動作不良を検知することが可能である。

なお、商用電源１が投入された後の、操作手段２３からの加熱開始信号入力待ちの状態（待機状態）における力率改善手段３の動作を検知は、実施の形態１においても、第１のスイッチング素子４の駆動制御を先に開始することにより可能である。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置を示すものであり、特に誘導加熱調理器の要部の概略回路図である。

本実施の形態は、実施の形態１とほぼ同構成となるため、構成が異なる部分について説
明する。

図７において、第１のスイッチング素子４には、第１のスイッチング素子４電流を検知するための電流検知手段２６となる微小抵抗が直列に接続されており、制御手段１０に検知信号が入力される構成となっている。

商用電源１が投入され、使用者の操作による操作手段２３からの加熱開始信号を入力した制御手段１０は第１のスイッチング素子４、第２のスイッチング素子群１５、及び第３のスイッチング素子１８の駆動制御を開始する。

その際、電流検知手段２６からの検知信号が所定値以下である場合、制御手段１０は第１のスイッチング素子４がオンしていない、つまり力率改善手段３が動作していないと判断し、直ちに各スイッチング素子を停止させるとともに、力率改善手段３動作不良に対応する出力信号を操作手段２３に送出する。

制御手段１０からの出力信号を受け取った操作手段２３は、表示手段２４にエラー表示を行うとともに、鳴動手段２５からの報知音によって使用者に異常報知を行う。

すなわち、制御手段１０は電流検知手段２６の出力が所定値以下である場合において、力率改善手段３及びインバータ１２を停止すべく制御する。

さらに急激な負荷変動（例えば被加熱物２１の急激な移動、商用電源１異常など）によって第１のスイッチング素子４に瞬間的な過電流が流れた場合、電流検知手段２６出力が急激に上昇する。制御手段１０は電流検知手段２６出力が所定値を越えた場合、第１のスイッチング素子４に過電流が流れたと判断し、加熱コイル１６への高周波電流供給を停止すべく、直ちに各スイッチング素子を停止させるよう、インバータ１２を制御する。

なお、本実施の形態では、電流検知手段２６として微小抵抗の例を挙げたが、これに限定するものではなく、例えばカレントトランスなどによっても同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、力率改善手段の動作状態を検知することにより、部品への負荷を低減し、かつ他機器への影響が少ない誘導加熱装置を提供することができるので、誘導加熱調理器としてはもちろんのこと、誘導加熱式湯沸かし器、誘導加熱式アイロン、またはその他の誘導加熱式加熱装置としても有用である。

本発明の実施の形態１における誘導加熱装置（誘導加熱調理器）の要部概略回路図 同誘導加熱装置（誘導加熱調理器）の所定の入力電流が得られている状態での各部動作波形図 同誘導加熱装置（誘導加熱調理器）の各部動作波形の全体図 同誘導加熱装置（誘導加熱調理器）の商用電源１電圧に対する平滑手段８電圧の設定値と、力率改善手段３の正常動作判定範囲（所定の範囲）を示す図 同誘導加熱装置（誘導加熱調理器）の力率改善手段３による入力電流整形の模式図 本発明の実施の形態２における誘導加熱装置（誘導加熱調理器）の要部概略回路図 本発明の実施の形態３における誘導加熱装置（誘導加熱調理器）の要部概略回路図 従来の誘導加熱装置における一実施例を示した回路図 同誘導加熱装置における各部信号波形図

１ 商用電源
２ 整流手段
３ 力率改善手段
４ 第１のスイッチング素子
８ 平滑手段（電解コンデンサ）
９ 電圧検知手段
１０ 制御手段
１２ インバータ
１５ 第２のスイッチング素子群
１６ 加熱コイル
２１ 被加熱物

Claims (1)

1. 商用電源からの交流電圧を整流する整流手段と、前記整流手段の出力側に接続される力率改善手段と、前記力率改善手段に内包される第１のスイッチング素子と、前記力率改善手段の出力側に接続される平滑手段と、前記平滑手段の電圧を検知する電圧検知手段と、前記平滑手段に接続されるインバータと、前記インバータに内包される複数からなる第２のスイッチング素子群と、前記インバータに接続されかつアルミニウム若しくは銅またはこれらと略同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記電圧検知手段からの信号を入力しかつ前記インバータの制御を行う制御手段と、前記整流手段の出力電圧を検知し検知信号を前記制御手段へ出力する第２の電圧検知手段とを備え、前記インバータは前記第２のスイッチング素子群のオン／オフによって高周波電流を前記加熱コイルに供給して前記被加熱物を誘導加熱し、前記力率改善手段は前記第１のスイッチング素子のオン／オフによって力率を改善し、前記制御手段は前記電圧検知手段の出力が正常動作範囲である所定の範囲より低い場合において、前記力率改善手段および前記インバータを停止すべく制御するとともに、前記第２の電圧検知手段の出力が低下したとき、前記電圧検知手段によって検出される電圧を低下させるように第１のスイッチング素子の駆動を制御するとともに、正常動作範囲である所定の範囲をも低下させる誘導加熱装置。