JP5938718B2 - 誘導加熱調理器とその制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、複数個のインバータを備え、各インバータを個々に切り替えて駆動する制御機能を備えた誘導加熱調理器とその制御方法に関する。
従来技術に係る誘導加熱調理器について図面を用いて説明する。
図３は、従来技術に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。図３に示すように、誘導加熱調理器は、交流電源２１、整流回路２２、平滑回路２３、第１及び第２の発振回路２７ａ，２７ｂ、第１及び第２のインバータ回路３１ａ，３１ｂ、入力電流検知回路２８、ゼロポイント検知回路２９、及びマイクロコンピュータ３０を備えて構成される。
整流回路２２は、例えば商用電源である交流電源２１から供給される交流電力を整流する。平滑回路２３は、整流後の整流回路２２の出力を平滑し、直流電源を発生させる。第１のインバータ回路３１ａは、第１の加熱コイル２４ａ、第１の共振コンデンサ２５ａ、第１のスイッチング素子２６ａを備えて構成される。第２のインバータ回路３１ｂは、第２の加熱コイル２４ｂ、第２の共振コンデンサ２５ｂ、第２のスイッチング素子２６ｂを備えて構成される。第１の発振回路２７ａ及び第２の発振回路２７ｂは、夫々第１のインバータ回路３１ａ及び第２のインバータ回路３１ｂの第１のスイッチング素子２６ａ及び第２のスイッチング素子２６ｂを駆動する。入力電流検知回路２８は、入力電流の値を検出して、マイクロコンピュータ３０に出力する。ゼロポイント検知回路２９は、交流電源２１の電圧を検出し、マイクロコンピュータ３０に出力する。マイクロコンピュータ３０は、入力電流検知回路２８、電源電圧検知回路２９により検知した入力値に基き、第１のインバータ回路３１ａ及び第２のインバータ回路３１ｂが発振するように制御する。
上記構成において、マイクロコンピュータ３０は、第１及び第２の発振回路２７ａ，２７ｂの駆動を交互に行うように制御する。また、マイクロコンピュータ３０は、入力電流検知回路２８により入力された電流値及び電源電圧検知回路２９により入力された電圧値から電力値を演算する。演算された電力値は、第１の発振回路２７ａを制御している間に、第１のインバータ回路３１ａの電力補正などに利用される。同様に、マイクロコンピュータ３０により演算された電力値は、第２の発振回路２７ｂを制御している間に、第２のインバータ回路３１ｂの電力補正などに利用される（例えば、特許文献１）。
しかしながら、上記従来技術の構成では、第１のインバータ回路３１ａを２ｋＷ、第２のインバータ回路３１ｂを１ｋＷで発振回路２７ａ，２７ｂによって前述のように間欠的に、例えば半周期ごと交互に運転しようとすると、第１のインバータ回路３１ａは、平均２ｋＷの出力を得るために半周期で４ｋＷの出力を出す必要がある。同様に、第２のインバータ回路３１ｂは、平均１ｋＷの出力を得るために半周期で２ｋＷの出力を出す必要がある。このことは、発振回路２７ａ，２７ｂが半周期ごと交互に駆動する毎に、誘導加熱調理器の入力電力が、４ｋＷ、２ｋＷと大きく変わることを意味する。このような制御による交互加熱では、第１の発振回路２７ａの出力がオンの場合、第２の発振回路２７ｂは完全にオフである。そのため、オフからオンへの切り替わり時に突入電流が大きく発生し、平滑コンデンサ２３の充電電圧が上昇し、本体振動から鍋鳴りやコツ音の異音が起こる恐れがあった。
本発明の目的は上記従来の課題を解決し、２つのインバータ回路の交互駆動によって発生する入力電力の変化を原因とした、鍋鳴り、コツ音等の異音を防止することができる誘導加熱調理器とその制御方法を提供することにある。
上記従来の課題を解決するために、本発明の一態様に係る誘導加熱調理器は、交流電源から供給される電力を整流する整流回路と、整流後の前記整流回路の出力を平滑して直流電源を得る平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記直流電源を第１のスイッチング素子により交流に変換して第１の加熱コイルに高周波電力を供給する第１のインバータと、前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記直流電源を第２のスイッチング素子により交流に変換して第２の加熱コイルに高周波電力を供給する第２のインバータと、前記第１及び第２のインバータの夫々の前記第１及び第２スイッチング素子に駆動信号を供給する第１及び第２の発振回路と、前記第１及び第２の発振回路の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１及び第２の発振回路を交互に駆動させて制御するとともに、前記第１及び第２の発振回路の駆動の切り替え毎にオフ側の前記第１又は第２の加熱コイルの加熱を停止させることなく低電力加熱を継続させる。
上記構成によれば、２つのインバータ回路の交互駆動によって発生する電力変化量を制限して制御することができる。そのため、鍋鳴りやコツ音の異音の発生を防止、あるいは使用者が違和感を与えないレベルに改善することができ、高品質な誘導加熱調理器とその制御方法を提供することが可能となる。
本発明は、交流電源から供給される電力を整流する整流回路と、整流後の前記整流回路の出力を平滑して直流電源を得る平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記直流電源を第１のスイッチング素子により交流に変換して第１の加熱コイルに高周波電力を供給する第１のインバータと、前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記直流電源を第２のスイッチング素子により交流に変換して第２の加熱コイルに高周波電力を供給する第２のインバータと、前記第１及び第２のインバータの夫々の前記第１及び第２スイッチング素子に駆動信号を供給する第１及び第２の発振回路と、前記第１及び第２の発振回路の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１及び第２の発振回路を交互に駆動させて制御するとともに、前記第１及び第２の発振回路の駆動の切り替え毎にオフ側の前記第１又は第２の加熱コイルの加熱を停止させることなく低電力加熱を継続させる。そのため、第１及び第２の発振回路のオフからオンへの切り替わり時の突入電流を抑制でき、鍋鳴りやコツ音の異音の発生を防止でき、使用者に違和感を与えないレベルに改善することが可能となる。
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）
図１は、本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器の回路構成を示すブロック図である。
図１は、本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器の回路構成を示すブロック図である。
図１に示すように、実施の形態に係る誘導加熱調理器は、交流電源１、整流回路２、平滑回路３、第１及び第２の発振回路７ａ，７ｂ、第１及び第２のインバータ回路１１ａ，１１ｂ、入力電流検知回路８、ゼロポイント検知回路９、制御部１０、及び操作部１２を備えて構成される。
整流回路２は、例えば商用電源である交流電源１から供給される交流電力を整流する。平滑コンデンサ３は、整流後の整流回路２の出力を平滑し、直流電源を発生させる。第１及び第２のインバータ回路１１ａ，１１ｂは、第１及び第２の加熱コイル４ａ，４ｂ、共振コンデンサ５ａ，５ｂ、第１のスイッチング素子６ａ，６ｃ及び第２のスイッチング素子６ｂ，６ｄを備えて構成される。第１及び第２のインバータ回路１１ａ，１１ｂは、平滑コンデンサ３にそれぞれ並列に接続され、それぞれ直流電源を交流に変換する。第１及び第２の発振回路７ａ，７ｂは、インバータ回路１１ａ，１１ｂの夫々のスイッチング素子６ａ，６ｃ及び６ｂ，６ｄを駆動する。入力電流検知回路８は、整流回路２の入力電流の値を検出し、制御部１０にその検出値を出力する。ゼロボルト検知回路９は、交流電源１の電圧の正負電圧反転のタイミング（零点）を検出し、検出したタイミングを制御部に出力する。操作部１２を用い、使用者が被加熱物（調理物）への加熱の選択やパワー調整等を操作する。制御部１０は、マイクロコンピュータ等を備え、入力電流検知回路８、及びゼロボルト検知回路９により検知された入力値、及び操作部１２で選択された加熱設定に基づき、インバータ回路１１ａ，１１ｂが発振するように制御する。制御部１０は、第１及び第２の発振回路７ａ，７ｂの駆動切り替え毎に発生する電力変化量が所定量以上である否かを判定する。制御部１０は、上記電力変化量が所定量以上である場合、オフ側の第１又は第２の加熱コイル４ａ，４ｂの加熱を停止させることなく低電力加熱継続させる。詳細については、後述する。
以上の構成により、実施の形態に係る誘導加熱調理器は、第１及び第２加熱コイル４ａ，４ｂの上に夫々天板（図示せず）を介して載置された鍋等の被加熱物を、第１及び第２加熱コイル４ａ，４ｂの磁気結合で発生する渦電流により誘導加熱する。
図２は、図１の２つの発振回路７ａ，７ｂの制御タイミングを示すタイミングチャートである。図２において、図２（Ａ）は交流電源１の電圧レベル、図２（Ｂ）はゼロボルト検知回路９の検出信号、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）は夫々発振回路７ａ，７ｂの動作状態、図２（Ｅ）は誘導加熱調理器の入力電力を表す。
なお、スイッチング素子６ａ，６ｃ，６ｂ，６ｄは、インバータ回路１１ａ，１１ｂの設定電力に係わらず、所定のスイッチング周期、例えば１６ｋＨｚ以上の人間の耳には聞こえない高周波の周期で駆動している。スイッチング素子６ａ，６ｂのオン時間は、上記スイッチング周期の半分の時間を最大オン時間になるよう制限している。また、スイッチング素子６ｃ，６ｄは、夫々スイッチング素子６ａ，６ｂとは排他的に駆動するため、上記スイッチング周期の半分の時間を最小オン時間になるよう制限している。すなわち、スイッチング素子６ａ，６ｃ及び６ｂ，６ｄのオン時間が、夫々スイッチング周期の半分のときに最大出力電力となる。
以上のように構成された本実施の形態に係る誘導加熱調理器について、以下、その動作及び作用を説明する。
まず、操作部１２によりインバータ回路１１ａ，１１ｂの加熱動作が選択されると、操作部１２からの信号を受信した制御部１０は、発振回路７ａ，７ｂに夫々制御信号の送信を開始して、スイッチング素子６ａ，６ｃ及び６ｂ，６ｄを駆動させる。
制御部１０による第１の発振回路７ａの制御タイミングは、図２（Ｃ）に示すように、期間Ｔ１で動作するように制御する。第１のスイッチング素子６ａ，６ｃは、第１の発振回路７ａの動作により期間Ｔ１で高周波のスイッチング周期で、設定電力加熱で駆動する。第２のスイッチング素子６ｂ、６ｄも同様に期間Ｔ１で、低電力加熱で駆動を行う。また、第２の発振回路７ｂの制御タイミングは、図２（Ｄ）に示すように、期間Ｔ２で動作するように制御する。第２のスイッチング素子６ｂ，６ｄは、第２の発振回路７ｂの動作により期間Ｔ２で高周波のスイッチング周期で、設定電力加熱で駆動する。第１のスイッチング素子６ａ、６ｃも同様に期間Ｔ２で、低電力加熱で駆動する。すなわち、第１及び第２の発振回路７ａ，７ｂは、夫々期間Ｔ１及びＴ２で間欠的に且つ所定の周期で交互に設定電力加熱動作と低電力加熱とで動作する。そのため、第１のスイッチング素子６ａ，６ｃ及び第２のスイッチング素子６ｂ，６ｄも同様に、夫々期間Ｔ１及びＴ２で間欠的に且つ所定の周期で、所定の電力加熱を交互に高周波のスイッチング周期で駆動する。
次に、制御部１０による発振回路７ａ，７ｂの動作の切り替えタイミングについて説明する。まず、ゼロボルト検知回路９は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、交流電源１の電圧レベルが正側でハイレベル信号を、負側でローレベル信号を検出し、且つハイレベルからローレベルへの立ち下がり及びローレベルからハイレベルへの立ち上がりエッジを電圧レベルが零点近傍で夫々検出する。そのため、検出信号は交流電源１の周期でのパルス信号となる。以下、この検出信号を、ＺＶＰ（ゼロボルトパルス）という。
制御部１０は、ゼロボルト検知回路９の入力信号により交流電源１の零点を検知して、第１及び第２発振回路７ａ，７ｂの動作の切り替えを交流電源１の零点近傍で行う。また、第１及び第２発振回路７ａ，７ｂの駆動切り替え毎に発生する電力変化量が所定の電力以上になった場合（例えば２．４ｋｗ程度以上、但し、この電力によって本発明が限定されるものではない）、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）のように、第１の発振回路７ａの動作が設定電力加熱を行っているときは、第２の発振回路７ｂは低電力動作を開始する。この動作により、０Ｗからの急激な電力変化を抑制し、突入電流による立ち上がり電圧を低減させている。すなわち、交流電源１の零点を挟んで第１の発振回路７ａの動作を低電力動作（例えば３００Ｗ程度、但し、この電力によって本発明が限定されるものではない）により、零点を通過後に第２の発振回路７ｂの設定電力動作を開始させている。第２の発振回路７ｂから第１の発振回路７ａに動作を切り替える場合も同様である。また、前述のように第１及び第２の発振回路７ａ，７ｂの動作の切り替えは零点近傍で行うため、第１の発振回路７ａの動作する期間Ｔ１及び第２の発振回路７ｂの動作する期間Ｔ２は、交流電源周期の半周期単位（半周期の整数倍）となる。図２（Ｂ）乃至図２（Ｄ）に示すように、期間Ｔ１は、ＺＶＰが３パルス、期間Ｔ２はＺＶＰが２パルスであるため、第１及び第２発振回路７ａ，７ｂは５ＺＶＰの１周期により交互に動作している。ここで、低電力加熱とは、設定電力加熱よりも電力が低い加熱をいう。例えば、低電力加熱時の電力は、一方を低電力加熱しているときの、発振回路７ａ、７ｂの合計電力が、回路（例えば整流回路２）を構成する素子の最大定格を超えないような値に設定すれば良い。また、各インバータ１１ａ、１１ｂは、低電力加熱時の電力を含めた平均出力が設定電力となるように制御すればよい。
一方、図４は従来技術に係る誘導加熱調理器における発振回路の制御タイミングを示すタイミングチャートである。図４（Ａ）の交流電源２１の電圧、及び図４（Ｂ）のゼロボルト検知回路２９の検出信号は、本実施の形態と同様である。しかし、図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）に示す発振回路２７ａ，２７ｂの動作状態は、第１のスイッチング素子６ａがオンの時、第２の発振回路７ｂは完全にオフとなる。そのため、従来技術に係る誘導加熱調理器では、第２の発振回路７ｂがオフからオン移行時に突入電流が発生し、鍋鳴りやコツ音が発生する。これに対して、本実施の形態によれば、上記のように鍋鳴りやコツ音の発生を防止でき、あるいは使用者が違和感を与えないレベルに改善することが可能となった。
以上のように、実施の形態に係る誘導加熱調理器は、交流電源１からの電源を整流する整流回路２と、整流後の整流回路の出力を平滑して直流電源を得る平滑コンデンサ３と、平滑コンデンサに並列に接続され直流電源を第１のスイッチング素子により交流に変換して第１の加熱コイル４ａに高周波電力を供給する第１のインバータ１１ａと、平滑コンデンサに並列に接続され直流電源を第２のスイッチング素子により交流に変換して第２の加熱コイル４ｂに高周波電力を供給する第２のインバータ１１ｂと、第１及び第２のインバータの夫々の第１及び第２スイッチング素子に駆動信号を供給する第１及び第２の発振回路７ａ，７ｂと、第１及び第２の発振回路の駆動を制御する制御部１０とを備える。制御部１０は、第１及び第２の発振回路７ａ，７ｂを交互に駆動させて制御するとともに、第１及び第２の発振回路７ａ，７ｂの駆動の切り替え毎にオフ側の第１又は第２の加熱コイル４ａ，４ｂの加熱を停止させることなく低電力加熱を継続させる。上記構成及び動作によれば、２つのインバータ回路１１ａ，１１ｂの交互駆動による、オフからオン移行時に発生する突入電流を制限して平滑コンデンサ３への充電電圧を低く制御することができる。そのため、鍋鳴りやコツ音の発生を防止でき、使用者が違和感を与えないレベルに改善することが可能となる。
以上詳述したように、本発明に係る誘導加熱調理器とその制御方法によれば、２つのインバータ回路の交互駆動により発生する電力変化を原因とした鍋鳴りやコツ音の防止することができる。そのため、一般家庭用あるいは業務用に係わらず、交互駆動により動作する誘導加熱調理器の全般に適用することが可能である。
１ 交流電源
２ 整流回路
３ 平滑コンデンサ
４ａ 第１の加熱コイル
４ｂ 第２の加熱コイル
６ａ，６ｃ 第１のスイッチング素子
６ｂ，６ｄ 第２のスイッチング素子
７ａ 第１の発振回路
７ｂ 第２の発振回路
１０ 制御部
１１ａ 第１のインバータ回路
１１ｂ 第２のインバータ回路
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１１ｂ 第２のインバータ回路
Claims (2)
- 交流電源から供給される電力を整流する整流回路と、
整流後の前記整流回路の出力を平滑して直流電源を得る平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記直流電源を第１のスイッチング素子により交流に変換して第１の加熱コイルに高周波電力を供給する第１のインバータと、
前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記直流電源を第２のスイッチング素子により交流に変換して第２の加熱コイルに高周波電力を供給する第２のインバータと、
前記第１及び第２のインバータの夫々の前記第１及び第２スイッチング素子に駆動信号を供給する第１及び第２の発振回路と、
前記第１及び第２の発振回路の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第１及び第２の発振回路を交互に駆動させて制御するとともに、前記第１及び第２の発振回路の駆動の切り替え毎に発生する電力変化量が所定量以上の場合、オフ側の前記第１又は第２の加熱コイルの加熱を停止させることなく低電力加熱を継続させる、
ことを特徴とする誘導加熱調理器。 - 平滑コンデンサに並列に接続され直流電源を第１のスイッチング素子により交流に変換して第１の加熱コイルに高周波電力を供給する第１のインバータと、前記平滑コンデンサに並列に接続され前記直流電源を第２のスイッチング素子により交流に変換して第２の加熱コイルに高周波電力を供給する第２のインバータと、前記第１及び第２のインバータの夫々の前記第１及び第２スイッチング素子に駆動信号を供給する第１及び第２の発振回路とを備える誘導加熱調理器の制御方法であって、
前記第１及び第２の発振回路を交互に駆動させて制御するとともに、前記第１及び第２の発振回路の駆動の切り替え毎に発生する電力変化量が所定量以上の場合、オフ側の前記第１又は第２の加熱コイルの加熱を停止させることなく低電力加熱を継続させる制御ステップを、
含むことを特徴とする誘導加熱調理器の制御方法。
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