JP5020360B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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Description
図1はこの発明の実施の形態1を示す誘導加熱調理器の回路構成図、図2はこの誘導加熱調理器の共振周波数と駆動周波数の関係を示す図、図3はこの誘導加熱調理器に磁性鍋を載置した場合のインバータ電流波形の一例を示す図、図4はこの誘導加熱調理器に非磁性鍋を載置した場合のインバータ電流波形の一例を示す図、図5はこの誘導加熱調理器に磁性鍋を載置した場合のインバータトータル損失と火力の特性の一例を示す図、図6はこの誘導加熱調理器に非磁性鍋を載置した場合のインバータトータル損失と火力の特性の一例を示す図である。
共振回路の共振周波数f0は、負荷鍋6が天板15上に載置されることで生成される加熱コイル5のインダクタンス値(以下、L値という)と共振コンデンサの7容量値(以下、C値という)により次式で決定される。
f0=1/2π√LC ・・・・・・・・・式(1)
ここで、C値、加熱コイル仕様(線材の種類や撚り数、巻数)、及びギャップ(加熱コイル5と負荷鍋6との距離、図8参照)を不変とすると、共振回路の共振周波数f0は、負荷鍋6の材質の違いにより値が異なる。例えば鉄鍋等の磁性鍋を天板15上に載置した場合はL値が大きくなり(例えば、直径200mmの鉄鍋ではL値が約100μHになる)、SUS304鍋等の非磁性鍋を載置した場合はL値が小さくなる(例えば、直径200mmのSUS304鍋ではL値が約60μHになる)。これより、共振回路の共振周波数f0は、磁性鍋では低い値(図2のf0(A))となり、非磁性鍋では高い値(図2のf0(B))となることがわかる。
上記実施の形態1では、動作開始時の負荷判別手段9の出力に応じてインバータ回路の駆動周波数を変化させると共に、駆動周波数に応じて(負荷判別手段9の出力に応じて)共振周波数調整手段10により共振周波数の調整を行うものを示したが、この実施の形態2では、共振周波数検出手段を設け、共振周波数調整手段により共振周波数を調整した後、共振周波数検出手段により検出された共振周波数に応じてインバータ回路の駆動周波数を変化させるものを示す。
負荷鍋6が天板15上に載置され、負荷判別手段9により磁性鍋や非磁性鍋等の負荷鍋6の種類(材質)が判別されると、その種類に応じて共振周波数調整手段10により共振回路の共振周波数の調整が一意的に行われる。
ここで、負荷鍋6が磁性鍋のような材質の場合には、上記実施の形態1のように共振周波数f0(A)が高くなるように調整することで、定格電力動作が可能となる。このため、共振周波数調整手段10は、磁性鍋のような材質と判別された時は共振周波数を高くする(例えば、f0(A)をf0(A)大にする)調整を一意的に行う。
また、負荷鍋6が非磁性鍋のような材質の場合には、上記実施の形態1のように共振周波数f0(B)が低くなるように調整を行うことで、低損失動作が可能となる。このため、共振周波数調整手段10は、非磁性鍋のような材質と判別された際は共振周波数を低くする(例えば、f0(B)をf0(B)小にする)調整を一意的に行う。
別の共振周波数を検出する方法として、誘導加熱調理器の動作開始時に制御手段11の指令で検出用負荷電流をインバータ回路3に供給し、次にスイッチング素子3aと3d、スイッチング素子3cと3bの組み合わせでオンオフを行う周波数を掃引した時に、共振回路に流れる負荷電流値(ピーク値や実効値等)が最大となる周波数を検出することも可能である。
以上の実施の形態1、2に対し、次に共振周波数調整手段の具体的方法を提示した場合の実施の形態を示す。図8はこのような場合の誘導加熱調理器の筐体内断面図を示すものである。図9はこのような場合の誘導加熱調理器の回路構成図を示すものである。
図8において、負荷鍋6は加熱コイル5の上面側に配された天板15上に載置されることで加熱されるが、加熱コイル5と天板15の間には間隙(ギャップと称す)が存在しており、加熱コイル5の冷却等に使用される。加熱コイル5の下段にはギャップ長を可変するためのギャップ可変手段16が備えられており、筐体板金17で固定される。
負荷鍋種類、加熱コイル仕様(線材や撚り数、巻数)を不変とした場合、L値はギャップの違いで異なった値を取る。ギャップが大きくなるとL値は大きくなり、ギャップが小さくなるとL値は小さくなることから、負荷判別手段9により負荷鍋6が磁性鍋のような材質と判別された場合にはギャップ可変手段16によりギャップを小さくしてL値を小さくし、共振周波数を高く調整するように動作させる。また負荷鍋6が非磁性鍋のような材質と判別された場合にはギャップ可変手段16によりギャップを大きくしてL値を大きくし、共振周波数を低く調整するように動作させる。
このギャップ可変手段16は具体的にはアクチュエータ(モータ、エアシリンダ、油圧シリンダ、ピエゾ素子等)を用いて構成することが可能である。
尚、このギャップ可変手段16は、実施の形態1と実施の形態2のどちらの制御シーケンス(負荷判別手段9により負荷判別がなされてから、負荷鍋種類に合わせたインバータ回路の駆動周波数設定、及び共振周波数の調整が行われるまでのシーケンスを指す)にも適用可能であることを記しておく。
以上の実施の形態に対し、次にインバータ回路へ流れる負荷電流の位相状態を検知する位相検知手段を誘導加熱調理器に設けた場合の実施の形態を示す。
図10は、このような場合の誘導加熱調理器の回路構成図を示すものである。
図において、位相検知手段14が整流回路2の出力に設けられ、インバータ回路3のスイッチング素子(3a〜3d)に流れる負荷電流の位相状態を検知する。位相検知手段19の出力は共振周波数調整手段10、及び(或いは)駆動信号制御回路11aに接続されることで、位相検知結果に応じて共振周波数の調整を行う、及び(或いは)駆動周波数を変化させるようにする。
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。
先ず、動作開始時の負荷判別手段9出力に応じてインバータ回路3の駆動周波数を変化させ、また共振周波数調整手段10により共振回路で形成される共振周波数の調整を行う。ここでの制御シーケンスは実施の形態1と実施の形態2のどちらでも構わない、つまり共振周波数調整と駆動周波数設定を行う順序は問わないものとする。ここで負荷鍋が非磁性鍋のような材質の場合、共振周波数調整手段10と負荷判別手段9により共振周波数調整とインバータ回路3の駆動周波数設定が行われたにも拘わらず、図4(a)に示すような進相電流がスイッチング素子に流れてしまうことがある。これは共振周波数調整手段10による共振周波数の調整後の共振周波数f0が高すぎる、或いは負荷判別手段9による駆動周波数f1設定が低すぎることに起因する。
位相検知手段19が図4(a)のような進相電流を検知すると、位相検知手段14は進相電流が流れなくなる共振周波数f0となるように共振周波数調整手段10に指令を送リf0を低くする、及び(或いは)進相電流が流れなくなる駆動周波数f1となるように駆動信号制御回路11aに直接指令を送りf1を高くすることでインバータ回路3に進相電流が流れることを回避する。
インバータ回路の損失を更に低減させる手段として、実施の形態1〜5に加えてスナバコンデンサ容量を変化させる場合の実施の形態を示す。
図11は、このような場合の誘導加熱調理器の回路構成図を示すものである。また図12は磁性鍋の一種(鍋Aと称す)が載置された時にスナバコンデンサ容量を変えた時のインバータトータル損失−火力特性例、図13は非磁性鍋の一種(鍋Bと称す)が載置された時にスナバコンデンサ容量を変えた時のインバータトータル損失ー火力特性例を示すものである。
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。
図11のように3a〜3dで構成されたインバータ回路3のスイッチング素子には、ノイズ低減や損失低減を目的にスナバコンデンサ(図11の8a、8b)が並列に接続される。設定電力が大きい場合、このスナバコンデンサ容量が大きい値ほどスイッチング素子損失は低減され、逆に設定電力が小さい場合、このスナバコンデンサ容量が小さい値ほどスイッチング素子損失は低減される。
特に図13における負荷鍋が非磁性鍋のような材質の場合、スナバコンデンサ容量の違いによるインバータトータル損失の差は明白となる。
Claims (7)
- 加熱コイルと共振コンデンサから成る共振回路と、高周波電流を前記共振回路に供給するインバータ回路とを備えた誘導加熱調理器において、
前記加熱コイルの上面側に配された天板上に載置され、前記加熱コイルに高周波電流が供給されることで加熱される負荷鍋の材質を判別する負荷判別手段と、
前記共振回路で形成される共振周波数の調整を行う共振周波数調整手段と、
前記共振周波数を検出する共振周波数検出手段とを有し、
前記共振周波数調整手段が、
前記負荷判別手段の判別結果によって磁性鍋材質と判別した場合には、負荷判別時の共振周波数を基に共振周波数が高くなるように調整し、非磁性鍋材質と判別した場合には、負荷判別時の共振周波数を基に共振周波数が低くなるように調整した後に、
前記共振周波数検出手段により前記共振周波数を検出し、検出された共振周波数に応じて前記インバータ回路の駆動周波数を決定する
ことを特徴とする誘導加熱調理器。
- 前記共振周波数調整手段による共振周波数の調整は、前記天板と前記加熱コイルとの間隔を変化させてなることを特徴とする請求項1記載の誘導加熱調理器。
- 前記間隔可変を、アクチュエータを用いて行うことを特徴とする請求項2記載の誘導加熱調理器。
- 前記共振周波数調整手段による共振周波数の調整は、前記共振コンデンサの容量を変化させてなることを特徴とする請求項1記載の誘導加熱調理器。
- 前記インバータ回路へ流れる負荷電流の位相状態を検知する位相検知手段を設け、前記位相検知手段がインバータ回路の進相電流を検知した場合は進相電流が流れないように前記共振周波数調整手段により共振周波数の調整を行う、若しくは前記位相検知手段によりインバータ回路の駆動周波数を変化させてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
- 前記共振回路と前記インバータ回路を構成する直列に接続されたスイッチング素子のうち低電位側のスイッチング素子に接続されるスナバコンデンサと、
前記スナバコンデンサに接続されるスナバコンデンサ切換手段と、をさらに備え、
前記スナバコンデンサは、
複数のコンデンサが接続されて構成され、
前記スナバコンデンサ切換手段によって、前記複数のコンデンサのうち接続されるコンデンサの数が切換えられて容量可変となっている
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の誘導加熱調理器。 - 前記負荷判別手段の判別に基づいて、前記スナバコンデンサ切換手段を制御する制御手段と、
ユーザーが設定する設定電力に関する情報を前記制御手段に出力する設定電力生成手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記負荷判別手段の出力と前記設定電力に関する情報に基づいて、前記スナバコンデンサ切換手段を制御し、前記スナバコンデンサの容量を変化させる
ことを特徴とする請求項6に記載の誘導加熱調理器。
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