JP5035099B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

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Description

本発明は、誘導加熱調理器に関するもので、特にアルミ鍋のような高導電率かつ低透磁率の被加熱物を効率良く誘導加熱できるようにした誘導加熱調理器に関するものである。
従来、この種の誘導加熱調理器は、商用電源から昇圧した直流電圧の昇圧電圧を可変することにより加熱出力を制御している（例えば、特許文献１参照）。また、高導電率かつ低透磁率のアルミニウム等の材質の軽量な鍋を加熱する場合には鍋に発生する浮力による鍋の浮きや移動を検知して加熱出力を低下させているものもある（例えば、特許文献２参照）。
図５は、特許文献１に記載された従来の誘導加熱装置を示すものである。図５に示すように、電源１２は２００Ｖ商用電源であり、ダイオードブリッジからなる整流部１３と第１の平滑コンデンサ１４と昇圧部１５と第２の平滑コンデンサ１６からなる昇圧平滑部１１によって商用電源を直流電圧に変換する。
すなわち、整流部１３及び平滑コンデンサ１３で整流及び平滑し、さらにそれを昇圧部１５及び平滑コンデンサ１６により昇圧及び平滑して、平滑された直流電圧に変換する。
この直流電圧は、インバータ８により高周波電流に変換され、加熱コイル１に供給される。加熱コイル１は高周波電流が供給されることにより高周波磁界を発生させる。
そして、昇圧部１５の昇圧電圧を可変することにより加熱出力を制御することができる。
２は負荷である鍋であり、加熱コイル１と対向して、例えばセラミック製のトッププレート上に設置され、加熱コイル１の発生する高周波磁界により誘導加熱される。３は共振コンデンサであり、加熱コイル１とともに直列共振回路を構成している。
インバータ８は、前記共振回路を出力としたシングルエンデッドプッシュプル構成となっている。加熱コイル１の一端は、第１のスイッチング素子４と、第２のスイッチング素子６との接続点に接続され、加熱コイル１の他端は昇圧平滑部１１の負極に接続されている。
なお、加熱コイル１の他端は、昇圧平滑部１１の正極に接続しても同様の動作を行う。第１のスイッチング素子４および第２のスイッチング素子６にはそれぞれ逆並列に第１の逆導通素子（ダイオード５）と第２の逆導通素子（ダイオード７）が接続されている。
特開２００６−９２８５１号公報 特開２００１−３３２３７５号公報
しかしながら、特許文献１に見られるような従来の構成では、昇圧部１５はその出力電圧を可変できることにより、電源電圧変動や負荷変動への出力安定や応答追従性に課題を有していた。
また、特許文献２で見られるような従来の構成では高導電率かつ低透磁率のアルミニウ
ム等の材質の軽量鍋を加熱した場合昇圧部の出力変動により鍋の浮きや移動を検知することが困難であるという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、容易な構成で安定に動作することやアルミニウムなどの軽量鍋でも鍋の浮きや移動を確実に検知できる誘導加熱調理器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、本発明の誘導加熱調理器は、負荷を磁気結合させる加熱コイルと共振コンデンサを有する共振回路と、スイッチング素子を有し前記共振回路に電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子の駆動周波数をデジタル的に可変して出力制御を行うことで前記加熱コイルの加熱出力を大きく変化させるとともに前記駆
動周波数を固定して前記スイッチング素子のオンオフデューティーをデジタル的に可変して出力制御を行うことで前記加熱コイルの加熱出力をきめ細やかに制御する加熱出力制御手段と、商用交流を整流する整流手段と、前記整流手段からの整流出力を昇圧して前記インバータに供給するとともに商用交流の力率を改善する力率改善手段と、前記負荷の材質を検知する負荷材質検知手段と、電圧が変動することがある商用交流からの入力電流、または負荷の変動により変動する前記共振コンデンサまたは前記加熱コイルの、電圧または電流を検知する共振電圧検出手段の出力、または前記加熱コイルの加熱出力に応じた出力をする加熱出力検知手段の出力により前記負荷の浮きまたは移動を検知する負荷浮きまたは移動検知手段とを備え、前記負荷材質検知手段により前記負荷が高電導率かつ非磁性材質と検知した場合は前記力率改善手段は昇圧出力電圧を商用電源電圧の変動や負荷変動によらず固定するように動作させることにより商用電源電圧の変動や負荷変動があっても前記負荷浮きまたは移動検知手段が負荷の浮きまたは移動のみを検知できるようにし、さらに前記負荷浮きまたは移動検知手段により前記負荷の浮きまたは移動を検知した場合は前記加熱出力制御手段は加熱出力を低下または停止させる構成とした。この構成により、容易な構成で安定に動作することやアルミニウムなどの軽量鍋でも鍋の浮きや移動を確実に検知できる誘導加熱調理器とすることができる。
本発明の誘導加熱調理器は、容易な構成で安定に動作することやアルミニウムなどの軽量鍋でも鍋の浮きや移動を確実に検知することができる。
第１の発明は、負荷を磁気結合させる加熱コイルと共振コンデンサを有する共振回路と、スイッチング素子を有し前記共振回路に電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子の駆動周波数をデジタル的に可変して出力制御を行うことで前記加熱コイルの加熱出力を大きく変化させるとともに前記駆動周波数を固定して前記スイッチング素子のオンオフデューティーをデジタル的に可変して出力制御を行うことで前記加熱コイルの加熱出力をきめ細やかに制御する加熱出力制御手段と、商用交流を整流する整流手段と、前記整流手段からの整流出力を昇圧して前記インバータに供給するとともに商用交流の力率を改善する力率改善手段と、前記負荷の材質を検知する負荷材質検知手段と、電圧が変動することがある商用交流からの入力電流、または負荷の変動により変動する前記共振コンデンサまたは前記加熱コイルの、電圧または電流を検知する共振電圧検出手段の出力、または前記加熱コイルの加熱出力に応じた出力をする加熱出力検知手段の出力により前記負荷の浮きまたは移動を検知する負荷浮きまたは移動検知手段とを備え、前記負荷材質検知手段により前記負荷が高電導率かつ非磁性材質と検知した場合は前記力率改善手段は昇圧出力電圧を商用電源電圧の変動や負荷変動によらず固定するように動作させることにより商用電源電圧の変動や負荷変動があっても前記負荷浮きまたは移動検知手段が負荷の浮きまたは移動のみを検知できるようにし、さらに前記負荷浮きまたは移動検知手段により前記負荷の浮きまたは移動を検知した場合は前記加熱出力制御手段は加熱出力を低下または停止させる構成とすることにより、容易な構成で安定に動作することができ、アルミニウムなどの軽量鍋でも鍋の浮きや移動を確実に検知してかつ加熱継続することができる。
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、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱調理器の回路構成図である。
図１において、電源５１は２００Ｖ商用電源であり、ダイオードブリッジからなる整流手段５２と第１の平滑コンデンサ７８とチョークコイル７９とダイオード８０とＭＯＳＦＥＴ８１と力率改善制御手段８２からなる力率改善回路（力率改善手段）７１によって商用電源を昇圧した直流に変換し第２の平滑コンデンサ７３に蓄電しつつ商用電源の力率を１近くになるように制御を行う。
インバータ７０により高周波に変換され、高周波磁界を加熱コイル５９に発生させる。加熱コイル５９と対向して負荷である図示してない鍋を設置する。共振コンデンサ６０は、加熱コイル５９とともに直列の共振回路を構成している。
前記、共振回路の共振周波数は約９０ｋＨｚに設定している。インバータ７０は前記共振回路を出力としたフルブリッジ回路となるよう第１のスイッチング素子７４および第２のスイッチング素子７５および第３のスイッチング素子７６および第４のスイッチング素子７７を接続している。
スイッチング素子７４、７５、７６、７７はＩＧＢＴとＩＧＢＴに逆並列に接続したダイオードからなっている。
加熱出力制御回路（加熱出力制御手段）６３により第１のスイッチング素子７４と第４のスイッチング素子７７または第２のスイッチング素子７５と第３のスイッチング素子７６を交互に駆動し、出力を増加させる場合にはスイッチング素子の駆動周波数が共振周波数に近づくように加熱出力制御回路６３によりスイッチング素子を駆動し、カレントトランスからなる加熱出力検知手段６７により加熱出力を検知して所定の加熱出力が得られるようにする周波数制御のインバータとしている。
以上のように構成された誘導加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。
まず、起動時においては、加熱出力制御回路６３は一定の周波数（約６０ｋＨｚ）で第１のスイッチング素子７４と第４のスイッチング素子７７または第２のスイッチング素子７５と第３のスイッチング素子７６を交互に駆動する。
第１のスイッチング素子７４と第４スイッチング素子７７の駆動期間は共振電流の共振周期よりも短いモードで駆動し、駆動時間比を最小にして、最小の出力にしてから徐々に駆動時間比を増加し、その間に負荷材質検知手段７２はカレントトランス６７の検知出力と第２のカレントトランスからなる共振電圧検知手段６８の検知出力から、負荷の材質を検知する。
アルミニウム系の負荷であると検知した場合には、所定の駆動時間比に到達すると、第１のスイッチング素子７４と第４のスイッチング素子７７の駆動期間より共振電流の周期の短いモードに移行する。このとき、出力は低出力状態になるように駆動期間が設定される。
スイッチング素子７４、７５、７６、７７の駆動周波数は共振回路の共振周波数の１／３である約３０ｋＨｚとなるようにしている。
また、力率改善回路７１は３３０Ｖに出力電圧を固定して昇圧しつつ商用電源の力率改善を行うよう動作している。
また加熱出力制御は、図示していないマイコンを用いて図２の本発明の第１の実施の形態における誘導加熱調理器の出力制御方法を示す図の周波数と入力電力および図３の本発明の第１の実施の形態における誘導加熱調理器の出力制御方法を示す図のオンオフデューティと入力電力のように行う。
すなわち、マイコンによりインバータのスイッチング素子の駆動周波数をデジタル的に可変制御するにより大きく加熱出力を変化させるとともに、インバータのスイッチング素子のオンオフデューティを変化させることで細かく加熱出力を変化させることができるようにしている。
本実施の形態では、力率改善回路の制御には力率改善制御ＩＣを用いて容易かつ制御応答性のよい力率改善回路を実現しており、加熱出力制御を安定に動作させている。
また、図４に、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱調理器の負荷浮きまたは移動検知手段の検知入力の特性図に示すように、アルミニウムなどの材質でかつ軽量な鍋を加熱した場合の入力電力の変化を検知して、負荷の浮きまたは移動を検知する図示しない負荷の浮きまたは移動検知手段を備えている。
負荷が浮力により浮くまたは移動した場合は、入力電力が低下するのでこの変化により負荷の浮きまたは移動があったと検知し、加熱出力を低下させて浮力を低減し安定な加熱を継続したり、加熱出力停止して鍋を確実に動かないようにするなど安全に配慮した誘導加熱調理器を実現している。
昇圧出力電圧を固定することで、商用電源電圧の変動や負荷変動によるインバータ入力電圧の変動を防止し、負荷である鍋の浮きや移動のみを確実に検知できるものである。
以上のように、本実施の形態においては力率改善手段は昇圧出力電圧を固定するように動作させる構成としているので、加熱出力制御を安定に動作させることができ、負荷である鍋の浮きや移動のみを確実に検知することができる。
また、本実施の形態では負荷浮きまたは移動検知手段は商用交流からの入力電流を入力としたが、共振コンデンサまたは加熱コイルの電圧または電流を検知する共振電圧検知手段の出力、または加熱出力に応じた出力をする加熱出力検知手段の出力を入力としても同様の効果が得られる。
さらに、本実施の形態では第３高調波による共振を利用したが基本波や第２高調波、第４高調波などでも本発明の効果は得られることは言うまでもない。
以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器は、電源変動や負荷変動によらずより安定に加熱動作することが可能となるので、工業用誘導加熱等の用途にも適用できる。
本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の回路構成図 本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の出力制御方法を示す図 本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の出力制御方法を示す図 本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の負荷浮きまたは移動検知手段の検知入力の特性図 従来の誘導加熱装置の回路構成図
符号の説明
５２ 整流手段
５９ 加熱コイル
６０ 共振コンデンサ
６３ 加熱出力制御回路（加熱出力制御手段）
７０ インバータ
７１ 力率改善回路（力率改善手段）
７２ 負荷材質検知手段
７４ 第１のスイッチング素子
７５ 第２のスイッチング素子
７６ 第３のスイッチング素子
７７ 第４のスイッチング素子

Claims (1)

  1. 負荷を磁気結合させる加熱コイルと共振コンデンサを有する共振回路と、スイッチング素子を有し前記共振回路に電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子の駆動周波数をデジタル的に可変して出力制御を行うことで前記加熱コイルの加熱出力を大きく変化させるとともに前記駆動周波数を固定して前記スイッチング素子のオンオフデューティーをデジタル的に可変して出力制御を行うことで前記加熱コイルの加熱出力をきめ細やかに制御する加熱出力制御手段と、商用交流を整流する整流手段と、前記整流手段からの整流出力を昇圧して前記インバータに供給するとともに商用交流の力率を改善する力率改善手段と、前記負荷の材質を検知する負荷材質検知手段と、電圧が変動することがある商用交流からの入力電流、または負荷の変動により変動する前記共振コンデンサまたは前記加熱コイルの、電圧または電流を検知する共振電圧検出手段の出力、または前記加熱コイルの加熱出力に応じた出力をする加熱出力検知手段の出力により前記負荷の浮きまたは移動を検知する負荷浮きまたは移動検知手段とを備え、前記負荷材質検知手段により前記負荷が高電導率かつ非磁性材質と検知した場合は前記力率改善手段は昇圧出力電圧を商用電源電圧の変動や負荷変動によらず固定するように動作させることにより商用電源電圧の変動や負荷変動があっても前記負荷浮きまたは移動検知手段が負荷の浮きまたは移動のみを検知できるようにし、さらに前記負荷浮きまたは移動検知手段により前記負荷の浮きまたは移動を検知した場合は前記加熱出力制御手段は加熱出力を低下または停止させることを特徴とした誘導加熱調理器。
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