JP5619982B1 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子を過電流による熱破損から守り、且つ負荷の異常状態を解消すれば回路の停止状態を解除して誘導加熱動作を復帰できる誘導加熱調理器を提供する。【解決手段】商用電源１を整流する整流器２と、その整流出力を平滑する平滑回路３と、第１の容量Ｃ１を並列接続した第１の加熱コイルＬ１と、第２の容量Ｃ２を並列接続した第２の加熱コイルＬ２と、第１の加熱コイルＬ１をスイッチング駆動する第１のスイッチング素子Ｑ１と、第２の加熱コイルＬ２をスイッチング駆動する第２のスイッチング素子Ｑ２とを備え、比較器で過大な負電流を検知すると、第１および第２の制御信号を遮断して第１および第２のスイッチング素子の誘導加熱動作を停止する。【選択図】図２

Description

本発明は、誘導加熱調理器に関し、特に、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱調理器の保護技術に関するものである。

誘導加熱調理器としては、１つの加熱コイルだけでなく、２つ以上の複数の加熱コイルを用いて、同時並行的に加熱調理を行うことができると使い勝手が良い。
図３を用いて、誘導加熱調理器の回路構成を説明する。商用電源１に接続された整流器２は、交流電圧を整流し、コイルＬ３及び容量Ｃ３で構成された平滑回路３が整流出力を平滑して直流電圧を出力する。平滑回路３の出力には、加熱コイルＬ１及びＬ２が接続される。加熱コイルＬ１は、共振用の容量Ｃ１が並列に接続され、制御回路１００の出力に接続されたスイッチング素子Ｑ１でスイッチングされる。また、加熱コイルＬ２は、共振用の容量Ｃ２が並列に接続され、制御回路１０１の出力に接続されたスイッチング素子Ｑ２でスイッチングされる。抵抗Ｒ１およびＲ２は、スイッチング動作するときの電流値をモニタするのに用いられる。

図４は、誘導加熱調理器２００の外観を示す図であり、装置の上部には天板２０１が施されており、その中央部には第１の加熱部２０２及び第２の加熱部２０３が配置され、第１の加熱部２０２直下に対応する誘導加熱調理器２００内には加熱コイルＬ１が配置され、第２の加熱部２０３直下に対応する誘導加熱調理器２００内には加熱コイルＬ２が配置されている。電源スイッチ２０４は、誘導加熱調理器２００の動作をオン・オフするスイッチであり、その他の操作スイッチ２０５、２０６のほかに誘導加熱調理器２００の動作状態を表示する表示部２０７を備えている。

図４に示すように、誘導加熱調理器２００の第１の加熱部２０２及び第２の加熱部２０３を跨いで鉄製のフライパン（又は鍋）２１０を天板２０１上に置くと、加熱コイルＬ１と加熱コイルＬ２との間の磁気結合が強くなり、一方の加熱コイルを駆動する駆動電流が他方の加熱コイルに影響する。
スイッチング駆動電流が過大になってスイッチング素子が破損することを防止する発明としては、特開２０００−１１３９７３号公報に記載のものが知られている。

特開２０００−１１３９７３号公報

磁気誘導の影響は、加熱コイルを駆動する電力によって左右される傾向があり、大電力で駆動される加熱コイルから小電力で駆動される加熱コイルへの影響が強い。例えば、大電力で駆動される加熱コイルＬ２が加熱コイルＬ１に誘起電圧を与え、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ・エミッタ間により大きな誘起電圧を与える。

スイッチング素子Ｑ１がオン状態の時にスイッチング素子Ｑ１のコレクタ・エミッタ間に誘起電力が与えられる場合、スイッチング素子Ｑ１の端子間電圧は小さく、電力損失が大きくならないので、発熱による破損し難い。しかし、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態の時又はオフ状態になりかけの時に、即ち、コレクタ・エミッタ間電圧が大きくなっている時に誘起電力によって、第１のスイッチング素子Ｑ１に負方向の電流が流れると、発熱によって熱破壊が起き易くなる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、スイッチング素子を過電流による熱破損から守り、且つ負荷の異常状態を解消すれば回路の停止状態を解除して正常な誘導加熱動作を復帰することができる誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明は、商用電源の交流電圧を整流する整流器と、
整流器の整流出力を平滑する平滑回路と、
整流器の出力に接続され、第１の容量が並列接続された第１の加熱コイルと、
整流器の出力に接続され、第２の容量が並列接続された第２の加熱コイルと、
第１の加熱コイルおよび第１の抵抗と直列回路を成し第１の加熱コイルを第１の電力で駆動する第１のスイッチング素子と、
第２の加熱コイルおよび第２の抵抗と直列回路を成し第２の加熱コイルを第１の電力に比して大なる第２の電力で駆動する第２のスイッチング素子と、
第１の制御信号を第１のスイッチング素子に供給して第１のスイッチング素子をスイッチング制御する第１の制御回路と、
第２の制御信号を第２のスイッチング素子に供給して第２のスイッチング素子をスイッチング制御する第２の制御回路とを備え、
第１の制御回路は、第１の抵抗に接続された比較器で過大な負電流を検知すると、その検知状態を維持するラッチ手段を含み、第１のスイッチング素子に供給する第１の制御信号ならびに第２のスイッチング素子に供給する第２の制御信号を遮断することを特徴とする誘導加熱調理器である。

第２の発明は、ラッチ手段の出力に応じて音声による警告を発する音声警告手段を備えたことを特徴とする。
第３の発明は、ラッチ手段の出力に応じて音声による警告を発する音声警告手段を備えたことを特徴とする。

第４の発明は、ラッチ手段をリセットするリセットスイッチを備え、リセットスイッチの操作によって、ラッチ手段をリセットして第１および第２の制御信号の遮断を解除し、表示手段や音声警告手段による警告を停止することを特徴とする。

本発明に係る誘導加熱調理器は、過大な負電流を検知すると、第１のスイッチング素子のゲートに入力される第１の制御信号を遮断して、第１の加熱コイルによる誘導加熱動作の駆動電流を遮断する、或いは第１の制御信号のレベルを減少（制限）して駆動電力を減少させることにより、第１のスイッチング素子を過電流による熱破損から守ることができる。

また、駆動電流の異常を検知すると、その検知状態を維持して表示手段や音声警告手段で使用者に対して警告を発することができる。更にまた、ラッチ手段をリセット状態にすると、通常の誘導加熱動作に復帰させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る誘導加熱調理器の回路構成図である。 本発明の第２の実施携帯に係る誘導加熱調理器の回路構成図である。 従来の誘導加熱調理器の回路構成図である。 誘導加熱調理器の動作状態を説明するための図である。

以下に本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の誘導加熱調理器における好適な具体例であり、技術的に好ましい数値を挙げて説明しているが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す図であり、同図を参照しながら詳細に説明する。商用電源１は、１００Ｖ〜２２０Ｖの交流電圧を供給する電圧源のことである。整流器２は、商用電源１の交流電圧を整流し、平滑回路３はその整流出力を平滑して直流電圧を出力する。平滑回路３は、チョークコイルＬ３と容量Ｃ３の直列回路で構成され、多少の交流成分を含むが直流と見なして良い電圧を出力する。平滑回路３の出力には、加熱コイルＬ１，Ｌ２とが接続され、加熱コイルＬ１は共振用の容量Ｃ１と並列接続され、加熱コイルＬ２は共振用の容量Ｃ２と並列接続される。

スイッチング素子Ｑ１及びＱ２には、ダイオードＤ１及びＤ２がそれぞれ並列に接続され、抵抗Ｒ１およびＲ２がそれぞれ直列に接続される。これらのスイッチング素子Ｑ１及びＱ２には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＤＭＯＳ（Double-Diffused MOSFET）トランジスタ等のパワーＭＯＳトランジスタが用いられ、高耐圧と大出力
の特性を有するもの採用するのが好ましい。しかし、このようなパワーＭＯＳトランジスタは、ゲート容量が大きく、スイッチング速度が遅い電気特性を示すのが一般的である。

ドライバ回路４は、バイポーラトランジスタのエミッタ出力により、低インピーダンスでスイッチング素子Ｑ１のゲートを駆動できるものを採用するのが好ましい。そのようなドライバ回路４を採用すると、スイッチング素子Ｑ１のゲート容量の影響を小さくすることができ、回路のスイッチング速度を早くすることができる。

スイッチング素子Ｑ１と直列接続された抵抗Ｒ１は、電流検出用の抵抗であり、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を検出することができる。比較器６は、反転入力端子（−）が抵抗Ｒ１の端子に接続され、正転入力端子（＋）に接続された基準電源７の基準電圧と、抵抗Ｒ１の電圧降下を比較する。そして、基準電圧より抵抗Ｒ１の電圧が下がると、過大電流が流れたと判別することができる。

ラッチ回路（ラッチ手段）８は、セット入力（Ｓ）が比較器６の出力に接続され、リセット入力（Ｒ）がリセットスイッチ１５に接続され、正転出力（Ｑ）には表示駆動回路１１および音声合成手段１３に接続される。正転出力（Ｑ）は、通常の動作のときにはローレベルが出力され、インバータ回路９の反転出力に応じてゲート回路１０を動作させ、駆動信号発生手段５の駆動信号をドライバ回路４の入力に伝播するように構成している。

表示駆動回路１１は、点灯表示するエラーメッセージに対応した駆動電圧を生成し、表示器１２に駆動電圧を与える。エラーメッセージに代えて、点滅表示で使用者に注意を促す手法を採用しても構わない。

音声合成手段１３の出力に接続されるスピーカ１４は、音声合成手段１３で生成した音声信号を再生して、使用者に誘導加熱調理器の異常動作を伝え、次に使用者が対処すべき事項を音声で伝える。

第２の制御回路１０１は、マイクロコンピュータで構成され、内蔵したクロック信号発生器（図示せず）の出力を内蔵したカウンタ（図示せず）でカウントして、そのカウント出力をデコードする等の信号処理を行って、スイッチング素子Ｑ２のゲートを駆動する駆動信号を発生し、スイッチング素子Ｑ２のゲートを駆動する。

例えば、加熱コイルＬ１及び加熱コイルＬ２を跨いで調理器具が置かれた場合、大電力で駆動される加熱コイルＬ２が小電力で駆動される加熱コイルＬ１に対して誘起電圧を与え、スイッチング素子Ｑ１が熱破壊される恐れがある。逆に、過熱コイルＬ１が過熱コイルＬ２に対して与える誘起電圧は小さいので、スイッチング素子Ｑ２が熱破壊される心配は少ない。従って、第１の実施の形態では、第１の制御回路１０３と異なり、第２の制御回路１０１は、スイッチング素子Ｑ２に対する保護回路を必ずしも設けなくても良い。

しかしながら、二つの加熱コイルが略等しい駆動電力で駆動され、スイッチング素子Ｑ１のみならず、スイッチング素子Ｑ２が熱破壊される恐れがある場合には、第２の制御回路１０１に関しても、第１の制御回路１０３と同様の保護回路を設けるようにしても良い。

このように構成された、誘導加熱調理器の回路動作について以下に説明する。例えば、抵抗Ｒ１の抵抗値を０．１（Ω）とし基準電圧を−４（Ｖ）とすれば、抵抗Ｒ１及び比較器６は−４０（Ａ）の異常電流を検出することができる。

そして、使用者が図４に示す電源スイッチ２０４をオンすると、商用電源１からの交流電圧の供給が始まり、整流器２の整流出力を平滑回路３で平滑した直流電圧が加熱コイルＬ１及びＬ２に供給され、駆動信号発生手段５の出力（制御信号）がゲート回路１０及びドライバ回路４を介してスイッチング素子Ｑ１のゲートに印加される一方、第２の制御回路１０１の制御信号がスイッチング素子Ｑ２のゲートに印加される。これにより、第２の制御回路１０１の出力に応じてスイッチング素子Ｑ２が加熱コイルＬ２をスイッチング駆動する一方、駆動信号発生手段５の駆動信号（制御信号）を伝達するドライバ回路４の出力に応じてスイッチング素子Ｑ１が加熱コイルＬ１をスイッチング駆動する。

図４に示すように、ここで使用者が鉄製のフライパン（又は鍋）２１０を第１の加熱部２０２と第２の加熱部２０３を跨いで載置すると、加熱コイルＬ１と加熱コイルＬ２との間で磁気誘導が起こり、スイッチング素子Ｑ１に負の過電流が流れて、抵抗Ｒ１の電位が下がる。抵抗Ｒ１の電位が基準電圧より低下し、比較器６が動作して比較出力がローレベルからハイレベルに切り替わると、ラッチ回路８がセットされて作動する。すると、ラッチ回路８のＱ出力がハイレベルとなり、インバータ回路９の出力がローレベルになると、ゲート回路１０は駆動信号発生手段５の駆動信号（制御信号）をドライバ回路４に伝達することを禁止し、スイッチング素子Ｑ１は遮断状態になる。

それと同時に、ラッチ回路８の出力に応じて、表示駆動回路１１および音声合成手段１３が動作し、誘導加熱調理器が異常動作していることを、表示器１２でエラー表示する一方で、音声合成手段１３で生成したエラーメッセージをスピーカ１４から出力する。この動作状態は、ラッチ回路８がリセット状態にならない限り維持される。

そして、誘導加熱調理器の使用者がスピーカ１４又は表示器１２による警告に気付き、使用者がフライパン２１０を正規の位置（例えば、第１の加熱部２０２又は第２の加熱部２０３）に置き直して、リセットスイッチ１５を押すものとする。すると、ラッチ回路８のリセット入力にハイレベルが供給され、ラッチ回路８がリセット状態（Ｑ出力がローレベル）に切り替わり、表示器１２及びスピーカ１４からの警告を停止する。更に、インバータ回路９の出力がハイレベルに切り替わるので、ゲート回路１０は駆動信号発生手段５の駆動信号をドライバ回路４に伝達するようになり、駆動信号（制御信号）によってスイッチング素子のゲートが駆動され、加熱コイルＬ１による誘導加熱を再開する。なお、リセットスイッチ１５は、専用のスイッチである必要はなく、例えば図４に示す加熱用の操作スイッチ２０５或いは電源スイッチ２０４を二度押しするとリセット機能を果たすようにしても良い。

なお、第１の制御回路１０３は、駆動信号発生手段５、ラッチ手段８、インバータ回路９、ゲート回路１０、表示駆動回路１１、音声合成手段１３から成り、マイクロコンピュータ（ＭＰＵ）用のＩＣ内に作り込むことができ、ＭＰＵ内のソフトの書込みを変更することで構成することは可能である。比較器６や基準電圧源７も同一のＩＣ内に作り込むことも可能である。

（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す図であり、同図を参照しながら詳細に説明する。ただし、第１の実施の形態と同一部分が多いため、図１と異なる点を中心に説明する。

図２に示すように、第２の制御回路１０２には、スイッチング素子Ｑ２の制御信号（駆動信号）を発生する駆動信号発生手段１６と、その制御信号をゲートするゲート回路１７とが含まれる。ゲート回路１７の出力信号で動作するドライバ回路１８が設けられ、そのドライバ回路１８の出力信号でスイッチング素子Ｑ２がスイッチング動作する。第１の制御回路１０３内におけるインバータ回路９の出力信号でゲート回路１７を制御する一方、リセットスイッチ（リセット手段）１５のオン動作に応じて、ラッチ回路８、第１の駆動信号発生手段５及び第２の駆動信号発生手段１６をリセット状態にする点が図１に示す第１の実施形態と異なる。

このように回路構成した場合、通常の誘導加熱動作および異常状態の検知動作は、第１の実施の形態と同様に行われる。比較器６が過大な異常電流を検知して、ラッチ回路８のＱ出力がハイレベルになると、ゲート回路１０及び１７がゲート動作によって、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２を遮断するため、誘導加熱動作が完全に停止され，異常電流による過熱を完全にシャットアウトでき、第２の実施形態の誘導加熱調理器は第１の実施形態に比べてスイッチング素子を確実に保護することができる。

なお、以上に説明した実施の形態では、制御信号を遮断してスイッチング素子を保護する手段を説明したが、ラッチ手段の動作に応じて制御信号の振幅レベルを制限し、加熱コイルに対する駆動電力を減少させることでスイッチング素子を保護しても構わない。

１ 商用電源
２ 整流器
３ 平滑回路
４ ドライバ回路
５ 駆動信号発生手段
６ 比較器
７ 基準電圧源
８ ラッチ手段
９ インバータ回路
１０ ゲート回路
１１ 表示駆動回路
１２ 表示器
１３ 音声合成手段
１４ スピーカ
１５ リセットスイッチ（リセット手段）
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｌ１，Ｌ２ 加熱コイル
Ｃ１，Ｃ２ 共振用の容量

Claims (4)

1. 商用電源の交流電圧を整流する整流器と、
   前記整流器の整流出力を平滑する平滑回路と、
   前記整流器の出力に接続され、第１の容量が並列接続された第１の加熱コイルと、
   前記整流器の出力に接続され、第２の容量が並列接続された第２の加熱コイルと、
   前記第１の加熱コイルおよび第１の抵抗と直列回路を成し前記第１の加熱コイルを第１の電力で駆動する第１のスイッチング素子と、
   前記第２の加熱コイルおよび第２の抵抗と直列回路を成し前記第２の加熱コイルを前記第１の電力に比して大なる第２の電力で駆動する第２のスイッチング素子と、
   第１の制御信号を前記第１のスイッチング素子に供給して前記第１のスイッチング素子をスイッチング制御する第１の制御回路と、
   第２の制御信号を前記第２のスイッチング素子に供給して前記第２のスイッチング素子をスイッチング制御する第２の制御回路とを備え、
   前記第１の制御回路は、前記第１の抵抗に接続された比較器で過大な負電流を検知すると、その検知状態を維持するラッチ手段を含み、前記第１のスイッチング素子に供給する第１の制御信号ならびに前記第２のスイッチング素子に供給する第２の制御信号を遮断することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記ラッチ手段の出力に応じて動作異常を警告表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記ラッチ手段の出力に応じて音声による警告を発する音声警告手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記ラッチ手段をリセットするリセットスイッチを備え、
   前記リセットスイッチの操作によって、前記ラッチ手段をリセットして前記第１および第２の制御信号の遮断を解除し、前記表示手段または前記音声警告手段による警告を停止することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の誘導加熱調理器。

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