JP6326324B2 - 電磁誘導加熱装置および電磁誘導加熱装置の被加熱物判定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、調理器具などを電磁誘導で加熱する電磁誘導加熱装置および電磁誘導加熱装置の被加熱物判定方法に関するものである。
近年、火を使わずに鍋などの被加熱物を加熱するインバータ方式の電磁誘導加熱装置が広く用いられるようになってきている。電磁誘導加熱装置は、加熱コイルに高周波電流を流し、コイルに近接して配置された金属製の被加熱物に渦電流を発生させ、被加熱物自体の電気抵抗により発熱させる。一般に、被加熱物が磁性体で固有抵抗が大きい鉄は加熱し易く、非磁性体で低抵抗の銅やアルミなどは加熱し難い。また、様々な金属材料を使った鍋が市販されており、鍋の材質や形状により電気的特性が異なるため、全ての鍋を最適な条件で加熱することは困難である。
このような問題を解決する従来例として、特許文献１に開示されるような誘導加熱装置がある。特許文献１の要約書の構成には、「電源の交流を整流回路２で直流に変換し、制御回路９によるスイッチング素子８のオンオフ制御で加熱コイル５に共振電流を流す。この時、加熱コイル５上に載置する鍋４の有無及び材質の違いにより、スイッチング素子８に並列に接続された鍋検知回路１２の逆導通ダイオード１０に流れる電流が大きく異なる。そこで、鍋検知回路１２の出力電圧を判定手段１３の基準電圧と比較し、鍋４の有無及び材質を判定する。」と記載されている。
しかし、特許文献１に記載の発明では、非適正鍋を検出する場合に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）にスパイク電流が多く流れ、ＩＧＢＴの損失が増加する問題がある。鍋の種類によってはインバータのスイッチング素子が破壊する可能性もある。
そこで、本発明は、スイッチング素子の損失を増加させることなく鍋の有無または／および材質を判別できる電磁誘導加熱装置、および電磁誘導加熱装置の被加熱物判定方法を提供することを課題とする。
前記した課題を解決するため、第１の発明の電磁誘導加熱装置では、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルおよび共振コンデンサを含んで構成される共振回路と、ダイオードおよび半導体スイッチング素子の並列接続を少なくとも１つ含んで構成され、この共振回路を駆動する高周波インバータと、この高周波インバータを駆動すると共に、この被加熱物の判別時においてこの半導体スイッチング素子に少なくとも１回のスイッチング動作を行わせ、この共振回路の減衰振動の周期に基づいて、この被加熱物の有無を判別し、更に前記減衰振動の周期から加熱時の駆動周波数を決定する制御回路とを備える。
第２の発明の電磁誘導加熱装置の被加熱物判定方法では、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルおよび共振コンデンサを含んで構成される共振回路と、ダイオードおよび半導体スイッチング素子の並列接続を少なくとも１つ含んで構成され、この共振回路を駆動する高周波インバータと、この高周波インバータを駆動する制御回路と、を備える電磁誘導加熱装置が実行する被加熱物判定方法である。この制御回路は、この被加熱物の判別時において、この半導体スイッチング素子は少なくとも１回のスイッチング動作を行わせて、この共振回路を減衰振動させ、この減衰振動を測定してこの被加熱物の有無または／およびこの被加熱物の材質を判別する。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
本発明によれば、スイッチング素子の損失を増加させることなく鍋の有無または／および材質を判別できる電磁誘導加熱装置、および電磁誘導加熱装置の被加熱物判定方法を提供可能である。
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における電磁誘導加熱装置１１の回路構成図である。
電磁誘導加熱装置１１の回路は、整流回路２と、フィルタ３と、電圧共振インバータ４と、これを制御する制御回路６とを含んで構成される。
整流回路２は、例えばダイオードブリッジであり、商用電源１から供給される交流を整流して、直流としてフィルタ３に出力する。
フィルタ３は、整流回路２が整流した直流を平滑化するフィルタ回路である。フィルタ３の出力側は、電圧共振インバータ４に接続される。フィルタ３は、インダクタＬ０とフィルタコンデンサＣ０とを含んで構成される。インダクタＬ０の一端は、整流回路２の正極に接続される。インダクタＬ０の他端は、フィルタコンデンサＣ０の一端に接続され、かつ、このフィルタ３の正極に接続される。フィルタコンデンサＣ０の他端は、整流回路２の負極に接続される。
高周波インバータである電圧共振インバータ４は、共振回路８と半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ５０とが直列に接続されて構成される。このＩＧＢＴ５０には逆並列に、ダイオードＤ０が接続される。電圧共振インバータ４は、フィルタ３から直流電力が供給されて、高周波の交流電流を出力して加熱コイル７を駆動する。
共振回路８は、加熱コイル７と共振コンデンサ８０（一の共振コンデンサ）の並列接続を含んで構成される。加熱コイル７は、例えばリッツ線を用いた誘導加熱用のコイルである。ＩＧＢＴ５０が所定周期でオンオフを繰り返すことで、加熱コイル７には高周波の交流電流が出力される。
電圧共振インバータ４は、フィルタ３の正極と負極との間に、ダイオードＤ０およびＩＧＢＴ５０の並列接続が共振回路８と直列に接続されて構成されて、加熱コイル７を駆動する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における電磁誘導加熱装置１１の回路構成図である。
電磁誘導加熱装置１１の回路は、整流回路２と、フィルタ３と、電圧共振インバータ４と、これを制御する制御回路６とを含んで構成される。
整流回路２は、例えばダイオードブリッジであり、商用電源１から供給される交流を整流して、直流としてフィルタ３に出力する。
フィルタ３は、整流回路２が整流した直流を平滑化するフィルタ回路である。フィルタ３の出力側は、電圧共振インバータ４に接続される。フィルタ３は、インダクタＬ０とフィルタコンデンサＣ０とを含んで構成される。インダクタＬ０の一端は、整流回路２の正極に接続される。インダクタＬ０の他端は、フィルタコンデンサＣ０の一端に接続され、かつ、このフィルタ３の正極に接続される。フィルタコンデンサＣ０の他端は、整流回路２の負極に接続される。
高周波インバータである電圧共振インバータ４は、共振回路８と半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ５０とが直列に接続されて構成される。このＩＧＢＴ５０には逆並列に、ダイオードＤ０が接続される。電圧共振インバータ４は、フィルタ３から直流電力が供給されて、高周波の交流電流を出力して加熱コイル７を駆動する。
共振回路８は、加熱コイル７と共振コンデンサ８０（一の共振コンデンサ）の並列接続を含んで構成される。加熱コイル７は、例えばリッツ線を用いた誘導加熱用のコイルである。ＩＧＢＴ５０が所定周期でオンオフを繰り返すことで、加熱コイル７には高周波の交流電流が出力される。
電圧共振インバータ４は、フィルタ３の正極と負極との間に、ダイオードＤ０およびＩＧＢＴ５０の並列接続が共振回路８と直列に接続されて構成されて、加熱コイル７を駆動する。
制御回路６は、駆動信号発生回路６１と、ドライブ回路６２と、比較回路６３と、制御手段６４とを含んで構成される。制御回路６は、電圧共振インバータ４の周波数の調整に加えて、不図示の各スイッチのオンオフや、各部の電圧／電流検出などを行う。
制御手段６４は、例えばマイクロコンピュータであり、駆動信号発生回路６１を制御する。駆動信号発生回路６１は、ドライブ回路６２に制御信号を出力する。ドライブ回路６２は、制御信号の電圧レベルを変換して、ＩＧＢＴ５０をオン／オフさせる。
比較回路６３は、例えばコンパレータであり、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧と検出レベル信号とを比較して、その比較結果を制御手段６４に出力する。これにより制御手段６４は、電磁誘導加熱装置１１に載置される被加熱物の有無または／および材質を判別することができる。
制御手段６４は、例えばマイクロコンピュータであり、駆動信号発生回路６１を制御する。駆動信号発生回路６１は、ドライブ回路６２に制御信号を出力する。ドライブ回路６２は、制御信号の電圧レベルを変換して、ＩＧＢＴ５０をオン／オフさせる。
比較回路６３は、例えばコンパレータであり、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧と検出レベル信号とを比較して、その比較結果を制御手段６４に出力する。これにより制御手段６４は、電磁誘導加熱装置１１に載置される被加熱物の有無または／および材質を判別することができる。
図２は、第１の実施形態における電磁誘導加熱装置１１を示す概略の構成図である。
電磁誘導加熱装置１１は、整流回路２と、フィルタ３と、電圧共振インバータ４と、制御回路６と、操作部６５と、表示部６６と、加熱コイル７と、トッププレート９１と、磁性体９２とを含んで構成される。電磁誘導加熱装置１１は、トッププレート９１に載置された鍋１０を誘導加熱する。
電磁誘導加熱装置１１は、整流回路２と、フィルタ３と、電圧共振インバータ４と、制御回路６と、操作部６５と、表示部６６と、加熱コイル７と、トッププレート９１と、磁性体９２とを含んで構成される。電磁誘導加熱装置１１は、トッププレート９１に載置された鍋１０を誘導加熱する。
鍋１０は、加熱対象の調理器具である。鍋１０は、トッププレート９１に載置されて、加熱コイル７によって誘導加熱される。
トッププレート９１は、鍋１０を載置するためプレートである。トッププレート９１は、磁気損失の少ない耐熱ガラスなどで構成され、加熱コイル７の上面を覆っている。
磁性体９２は、例えば高い透磁率を持つフェライトで構成され、加熱コイル７の下面に設けられる。
操作部６５は、例えばスイッチなどであり、この電磁誘導加熱装置１１の加熱のオンオフや加熱時の火力や調理方法などの入力を受け付ける。表示部６６は、例えば液晶ディスプレイなどであり、現在の火力や調理方法や警告などを表示する。表示部６６は、例えば警告として、鍋が載置されていないことを表示することができる。
トッププレート９１は、鍋１０を載置するためプレートである。トッププレート９１は、磁気損失の少ない耐熱ガラスなどで構成され、加熱コイル７の上面を覆っている。
磁性体９２は、例えば高い透磁率を持つフェライトで構成され、加熱コイル７の下面に設けられる。
操作部６５は、例えばスイッチなどであり、この電磁誘導加熱装置１１の加熱のオンオフや加熱時の火力や調理方法などの入力を受け付ける。表示部６６は、例えば液晶ディスプレイなどであり、現在の火力や調理方法や警告などを表示する。表示部６６は、例えば警告として、鍋が載置されていないことを表示することができる。
図３は、第１の実施形態における電磁誘導加熱装置１１の動作を示す波形図である。ここでは適宜図１を参照して、通常の加熱動作を説明する。各実線は、上から順に、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電流とコレクタ電圧と、加熱コイル７の共振電流ＩＬである。ＩＧＢＴ５０のコレクタ電流は、ダイオードＤ０およびＩＧＢＴ５０の並列接続に流れる電流である。加熱コイル７の共振電流ＩＬの向きは、図１の矢印方向を正とする。
モードＭ１１は、ＩＧＢＴ５０のターンオフからＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧のピークまでの期間である。制御回路６がＩＧＢＴ５０をターンオフすると、ＩＧＢＴ５０に流れていた電流は遮断され、モードＭ１１において０Ａを維持する。このとき加熱コイル７に蓄えられたエネルギにより、加熱コイル７から共振コンデンサ８０の経路に電流が流れる。ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧は、ＩＧＢＴ５０のターンオフ時には０Ｖであるため、ゼロ電圧スイッチングとなる。
加熱コイル７のエネルギの放出により、共振電流ＩＬは、次第に減少する。共振コンデンサ８０は充電され、それと共にＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧は、正弦波状に上昇する。
モードＭ１１は、ＩＧＢＴ５０のターンオフからＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧のピークまでの期間である。制御回路６がＩＧＢＴ５０をターンオフすると、ＩＧＢＴ５０に流れていた電流は遮断され、モードＭ１１において０Ａを維持する。このとき加熱コイル７に蓄えられたエネルギにより、加熱コイル７から共振コンデンサ８０の経路に電流が流れる。ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧は、ＩＧＢＴ５０のターンオフ時には０Ｖであるため、ゼロ電圧スイッチングとなる。
加熱コイル７のエネルギの放出により、共振電流ＩＬは、次第に減少する。共振コンデンサ８０は充電され、それと共にＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧は、正弦波状に上昇する。
モードＭ１２は、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧のピークから０Ｖになるまでの期間である。ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧がピークになると、加熱コイル７の共振電流ＩＬが正から負に切り替わり、流れる方向が反転する。このとき共振コンデンサ８０から加熱コイル７の経路に電流が流れる。共振コンデンサ８０は次第に放電され、それと共にＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧は、次第に下降する。
モードＭ１３は、ダイオードＤ０の通電期間である。モードＭ１２において、共振コンデンサ８０が放電して、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧が０Ｖになると、ダイオードＤ０がオンし、加熱コイル７からフィルタコンデンサＣ０、ダイオードＤ０の経路に電流が流れる。制御回路６は、ダイオードＤ０の通電期間内にＩＧＢＴ５０のゲートをターンオンする。モードＭ１３において、加熱コイル７のエネルギがなくなると、共振電流ＩＬが負から正に切り替わり、モードＭ１４に遷移する。
モードＭ１４は、ＩＧＢＴ５０の通電期間である。このときＩＧＢＴ５０はゲートオンしているため、すぐさま電流が流れる。これにより、電圧共振インバータ４は、スイッチング損失の発生しないゼロ電圧スイッチングを実現する。電流は、フィルタコンデンサＣ０から加熱コイル７、ＩＧＢＴ５０の経路に流れ、更に商用電源１から整流回路２、インダクタＬ０、加熱コイル７、ＩＧＢＴ５０、整流回路２の経路に流れる。
以上のモードＭ１１からモードＭ１４までを繰り返し動作することで、加熱コイル７に高周波の交流電流が流れ、鍋１０を加熱する。
以上のモードＭ１１からモードＭ１４までを繰り返し動作することで、加熱コイル７に高周波の交流電流が流れ、鍋１０を加熱する。
次に鍋検出時の動作について説明する。
鍋検出動作において、制御手段６４は、１パルスの駆動信号を出力し、ドライブ回路６２を介してＩＧＢＴ５０のゲートに印加する。これにより、ＩＧＢＴ５０は、１回のスイッチング動作を行う。ＩＧＢＴ５０がターンオフすると、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧は、減衰振動する波形となる。このとき、比較回路６３は、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧と検出レベル信号とを比較し、減衰振動時間τを示すパルス幅の信号を出力する。制御手段６４は、比較回路６３の出力信号のパルス幅を計測し、出力信号のパルス幅によって鍋の有無および／または材質を判別する。
鍋検出動作において、制御手段６４は、１パルスの駆動信号を出力し、ドライブ回路６２を介してＩＧＢＴ５０のゲートに印加する。これにより、ＩＧＢＴ５０は、１回のスイッチング動作を行う。ＩＧＢＴ５０がターンオフすると、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧は、減衰振動する波形となる。このとき、比較回路６３は、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧と検出レベル信号とを比較し、減衰振動時間τを示すパルス幅の信号を出力する。制御手段６４は、比較回路６３の出力信号のパルス幅を計測し、出力信号のパルス幅によって鍋の有無および／または材質を判別する。
図４は、電圧共振インバータ４で使用される加熱コイル７の等価インダクタンスＬと等価抵抗Ｒの一覧である。この一覧の各値は、周波数が５０［ｋＨｚ］におけるものである。
加熱コイル７と被加熱物とは、磁気的に結合する。そのため、被加熱物を加熱コイル７側からみた等価回路に変換すると、被加熱物の等価抵抗Ｒと等価インダクタンスＬとが直列に接続された構成になる。等価抵抗Ｒおよび等価インダクタンスＬは、鍋などの被加熱物の有無や材質によって異なる。
非磁性ステンレスの場合、等価抵抗Ｒおよび等価インダクタンスＬは、どちらもが小さくなる。鉄や磁性ステンレスの場合、等価抵抗Ｒおよび等価インダクタンスＬは、どちらも大きくなる。鍋なしの場合、等価抵抗Ｒは最も小さくなるが、等価インダクタンスＬは最も大きくなる。
加熱コイル７と被加熱物とは、磁気的に結合する。そのため、被加熱物を加熱コイル７側からみた等価回路に変換すると、被加熱物の等価抵抗Ｒと等価インダクタンスＬとが直列に接続された構成になる。等価抵抗Ｒおよび等価インダクタンスＬは、鍋などの被加熱物の有無や材質によって異なる。
非磁性ステンレスの場合、等価抵抗Ｒおよび等価インダクタンスＬは、どちらもが小さくなる。鉄や磁性ステンレスの場合、等価抵抗Ｒおよび等価インダクタンスＬは、どちらも大きくなる。鍋なしの場合、等価抵抗Ｒは最も小さくなるが、等価インダクタンスＬは最も大きくなる。
図５は、第１の実施形態における鍋無し時の波形図である。
鍋無し時には、負荷抵抗が小さいため、減衰振動時間τが長くなる。そのため、比較回路６３の出力信号のパルス幅は、１．３３［ｍＳＥＣ］である。
鍋無し時には、負荷抵抗が小さいため、減衰振動時間τが長くなる。そのため、比較回路６３の出力信号のパルス幅は、１．３３［ｍＳＥＣ］である。
図６は、第１の実施形態における鉄鍋時の波形図である。
鉄鍋時には、負荷抵抗が大きいため、減衰振動時間τが短くなる。そのため、比較回路６３の出力信号のパルス幅は、９５［μＳＥＣ］と短くなる。
鉄鍋時には、負荷抵抗が大きいため、減衰振動時間τが短くなる。そのため、比較回路６３の出力信号のパルス幅は、９５［μＳＥＣ］と短くなる。
図７は、第１の実施形態における非磁性ステンレス鍋時の波形図である。
非磁性ステンレスは鉄鍋よりも抵抗が小さいため、非磁性ステンレス時の減衰振動時間τは、鉄鍋時よりも長くなる。比較回路６３の出力信号のパルス幅は、１６７［μＳＥＣ］となる。
以上のように、被加熱物である鍋の種類や有無により減衰振動時間τが変化するため、この減衰振動時間τを計測することで、鍋の有無または／および材質を検出することが可能になる。第１の実施形態の制御回路６は、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧の減衰振動時間τにより鍋の有無または／および材質を判別した。しかし、これに限られず、制御回路６は、共振コンデンサ８０の両端電圧の減衰振動時間τでも、鍋の有無または／および材質を判別できる。
非磁性ステンレスは鉄鍋よりも抵抗が小さいため、非磁性ステンレス時の減衰振動時間τは、鉄鍋時よりも長くなる。比較回路６３の出力信号のパルス幅は、１６７［μＳＥＣ］となる。
以上のように、被加熱物である鍋の種類や有無により減衰振動時間τが変化するため、この減衰振動時間τを計測することで、鍋の有無または／および材質を検出することが可能になる。第１の実施形態の制御回路６は、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧の減衰振動時間τにより鍋の有無または／および材質を判別した。しかし、これに限られず、制御回路６は、共振コンデンサ８０の両端電圧の減衰振動時間τでも、鍋の有無または／および材質を判別できる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態の電磁誘導加熱装置１１は、減衰振動時間τと振動周期Ｔとにより、鍋材質特性(等価インダクタンスＬ、等価抵抗Ｒ)を検出することである。以下、図８から図１０を用いて第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態の電磁誘導加熱装置１１は、減衰振動時間τと振動周期Ｔとにより、鍋材質特性(等価インダクタンスＬ、等価抵抗Ｒ)を検出することである。以下、図８から図１０を用いて第２の実施形態について説明する。
図８は、第２の実施形態における鍋無し時の波形図である。
これらの波形は、上からＩＧＢＴ５０のコレクタ電流と、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧と、加熱コイル７の共振電流ＩＬと、比較回路６３の出力電圧とである。
ＩＧＢＴ５０が１パルス動作すると、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧は、加熱コイル７と共振コンデンサ８０により共振して、減衰振動となる。このとき、減衰振動の周波数ｆは、等価インダクタンスＬと共振コンデンサ容量Ｃとで求めることができる。
これらの波形は、上からＩＧＢＴ５０のコレクタ電流と、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧と、加熱コイル７の共振電流ＩＬと、比較回路６３の出力電圧とである。
ＩＧＢＴ５０が１パルス動作すると、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧は、加熱コイル７と共振コンデンサ８０により共振して、減衰振動となる。このとき、減衰振動の周波数ｆは、等価インダクタンスＬと共振コンデンサ容量Ｃとで求めることができる。
等価インダクタンスＬは、式（２）より求めることができる。即ち、減衰振動の周波数ｆを検出することで、等価インダクタンスＬを求めることができる。
減衰振動の周波数ｆは、以下のように測定する。減衰振動と任意に設定できる検出レベル信号を比較回路６３でパルス信号に変換し、比較回路６３の出力信号（パルス信号）をマイクロコンピュータである制御手段６４に入力する。マイクロコンピュータの内蔵機能であるインプットキャプチャ機能より、制御手段６４は、パルス入力の周期を測定でき、よって減衰振動の周波数ｆを測定できる。
先ず鍋無し時の等価インダクタンスＬを求める。
ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧の減衰振動は、加熱コイル７と共振コンデンサ８０による共振動作となるため、式（１）や式（２）に示した共振コンデンサ容量Ｃは、共振コンデンサ８０の容量となる。第２の実施形態では共振コンデンサ容量Ｃを、３００［ｎＦ］とする。
鍋無しの場合、比較回路６３の出力パルスの振動周期Ｔは、１９［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは５２．６［ｋＨｚ］である。これらを式（２）に代入すると、鍋無し時の等価インダクタンスＬは、３０．５［μＨ］と算出される。これは、図４に示した鍋無し時の等価インダクタンスＬの実測値の３０［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧の減衰振動は、加熱コイル７と共振コンデンサ８０による共振動作となるため、式（１）や式（２）に示した共振コンデンサ容量Ｃは、共振コンデンサ８０の容量となる。第２の実施形態では共振コンデンサ容量Ｃを、３００［ｎＦ］とする。
鍋無しの場合、比較回路６３の出力パルスの振動周期Ｔは、１９［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは５２．６［ｋＨｚ］である。これらを式（２）に代入すると、鍋無し時の等価インダクタンスＬは、３０．５［μＨ］と算出される。これは、図４に示した鍋無し時の等価インダクタンスＬの実測値の３０［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
図９は、第２の実施形態における鉄鍋時の波形図である。
鉄鍋の場合、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧の振動周期Ｔは、１５．２［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは、６５．８［ｋＨｚ］である。これと共振コンデンサ容量Ｃの３００［ｎＦ］とを式（２）に代入すると、鉄鍋時の等価インダクタンスＬは、１９．５［μＨ］と算出される。これは、図４に示した鉄鍋時の等価インダクタンスＬの実測値の１９［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
鉄鍋の場合、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧の振動周期Ｔは、１５．２［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは、６５．８［ｋＨｚ］である。これと共振コンデンサ容量Ｃの３００［ｎＦ］とを式（２）に代入すると、鉄鍋時の等価インダクタンスＬは、１９．５［μＨ］と算出される。これは、図４に示した鉄鍋時の等価インダクタンスＬの実測値の１９［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
図１０は、第２の実施形態における非磁性ステンレス鍋時の波形図である。
非磁性ステンレスの場合、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧の振動周期Ｔは、１４［μＳＥＣ］であり、このとき共振周波数ｆは７１．４［ｋＨｚ］である。これと共振コンデンサ容量Ｃの３００［ｎＦ］とを式（２）に代入すると、非磁性ステンレス鍋時の等価インダクタンスＬは、１６．６［μＨ］と算出される。これは、図４に示した非磁性ステンレス鍋時の等価インダクタンスＬの実測値の１６［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
非磁性ステンレスの場合、ＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧の振動周期Ｔは、１４［μＳＥＣ］であり、このとき共振周波数ｆは７１．４［ｋＨｚ］である。これと共振コンデンサ容量Ｃの３００［ｎＦ］とを式（２）に代入すると、非磁性ステンレス鍋時の等価インダクタンスＬは、１６．６［μＨ］と算出される。これは、図４に示した非磁性ステンレス鍋時の等価インダクタンスＬの実測値の１６［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
次に等価抵抗Ｒの導出式を求める。
等価インダクタンスＬと等価抵抗Ｒの直列接続回路において、共振Ｑは、等価インダクタンスＬに角周波数ωを乗算してリアクタンスを求め、これを等価抵抗Ｒで除算して求められる。減衰振動における共振Ｑは、振幅がｅ−πに落ちるまでの減衰振動時間τと振動周期Ｔとの比率を表している。つまり、減衰振動時間τの間に何周期分の振動成分が含まれるかを意味している。これを以下の式（３）に記載する。
等価インダクタンスＬと等価抵抗Ｒの直列接続回路において、共振Ｑは、等価インダクタンスＬに角周波数ωを乗算してリアクタンスを求め、これを等価抵抗Ｒで除算して求められる。減衰振動における共振Ｑは、振幅がｅ−πに落ちるまでの減衰振動時間τと振動周期Ｔとの比率を表している。つまり、減衰振動時間τの間に何周期分の振動成分が含まれるかを意味している。これを以下の式（３）に記載する。
式（３）の角周波数ωに２πｆを代入すると、以下の式（４）を導出できる。
これより鍋無し時の等価抵抗Ｒを計算する。図８より減衰振動時間τは、１．３３［ｍＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの３０．５［μＨ］とを式（４）に代入すると、以下の式（５）を得ることができる。
よって、鍋無し時の等価抵抗Ｒは、０．１４４［Ω］と算出される。これは、図４に示した鍋無し時の等価抵抗Ｒの実測値の０．１［Ω］と、ほぼ同じ値である。
鉄鍋時には、振動周期Ｔは、１５．２［μＳＥＣ］であり、このときの周波数ｆは６５．８［ｋＨｚ］である。これと共振コンデンサ容量Ｃの３００［ｎＦ］とを式（２）に代入すると、非磁性ステンレス鍋時の鉄鍋時の等価インダクタンスＬは、１９．５［μＨ］である。
図９より鉄鍋時の減衰振動時間τは、９５［μＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの１９．５［μＨ］とを式（４）に代入すると、鉄鍋時の等価抵抗Ｒは、１．２９［Ω］と算出される。これは、図４に示した鉄鍋の等価抵抗Ｒの実測値の１．３５［Ω］に近い値である。
鉄鍋時には、振動周期Ｔは、１５．２［μＳＥＣ］であり、このときの周波数ｆは６５．８［ｋＨｚ］である。これと共振コンデンサ容量Ｃの３００［ｎＦ］とを式（２）に代入すると、非磁性ステンレス鍋時の鉄鍋時の等価インダクタンスＬは、１９．５［μＨ］である。
図９より鉄鍋時の減衰振動時間τは、９５［μＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの１９．５［μＨ］とを式（４）に代入すると、鉄鍋時の等価抵抗Ｒは、１．２９［Ω］と算出される。これは、図４に示した鉄鍋の等価抵抗Ｒの実測値の１．３５［Ω］に近い値である。
非磁性ステンレス鍋時には、図１０より減衰振動時間τは１６７［μＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの１６．６［μＨ］とを式（４）に代入すると、非磁性ステンレス鍋時の等価抵抗Ｒは、０．６２［Ω］と算出される。これは、図４に示した非磁性ステンレス鍋の等価抵抗Ｒの実測値の０．５１［Ω］に近い値である。
以上のように、動作波形より鍋１０の有無と材質に応じた等価インダクタンスＬと等価抵抗Ｒを求めることができる。更に、鍋１０の材質に応じた共振周波数ｆを測定して、鍋１０の材質に応じた動作周波数で加熱制御することが可能となる。
第１の実施形態に示す電圧共振インバータ４では、鍋１０を載置したときの共振周波数ｆの１．０〜２．０倍の動作周波数でＩＧＢＴ５０をスイッチングすると、この鍋１０を好適に加熱可能である。後記する第３、第４の実施形態に示す電流共振インバータでは、鍋１０を載置したときの共振周波数ｆ以下の動作周波数でスイッチングすると、好適に加熱可能である。
ここではＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧の減衰振動により鍋の有無、材質を判別したが、共振コンデンサ８０の両端電圧でも同様の効果を得ることができる。
第１の実施形態に示す電圧共振インバータ４では、鍋１０を載置したときの共振周波数ｆの１．０〜２．０倍の動作周波数でＩＧＢＴ５０をスイッチングすると、この鍋１０を好適に加熱可能である。後記する第３、第４の実施形態に示す電流共振インバータでは、鍋１０を載置したときの共振周波数ｆ以下の動作周波数でスイッチングすると、好適に加熱可能である。
ここではＩＧＢＴ５０のコレクタ電圧の減衰振動により鍋の有無、材質を判別したが、共振コンデンサ８０の両端電圧でも同様の効果を得ることができる。
（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態における電磁誘導加熱装置１１Ｂの回路構成図である。図１に示した第１の実施形態の電磁誘導加熱装置１１と同一の要素には同一の符号を付与している。
第３の実施形態の電磁誘導加熱装置１１Ｂの回路は、第１の実施形態とは異なる電流共振インバータ４Ｂと、これを制御する制御回路６Ｂとを含んで構成される。それ以外は、第１の実施形態の電磁誘導加熱装置１１と同様に構成されている。
図１１は、第３の実施形態における電磁誘導加熱装置１１Ｂの回路構成図である。図１に示した第１の実施形態の電磁誘導加熱装置１１と同一の要素には同一の符号を付与している。
第３の実施形態の電磁誘導加熱装置１１Ｂの回路は、第１の実施形態とは異なる電流共振インバータ４Ｂと、これを制御する制御回路６Ｂとを含んで構成される。それ以外は、第１の実施形態の電磁誘導加熱装置１１と同様に構成されている。
商用電源１から整流回路２を介して、フィルタ３に接続され、フィルタ３の出力である正極端子のノードｐと負極端子のノードｎとの間に、電流共振インバータ４Ｂが接続される。
高周波インバータである電流共振インバータ４Ｂは、ＩＧＢＴ５１とＩＧＢＴ５２とが直列接続されたハーフブリッジ回路に、共振回路８Ｂの加熱コイル７が接続されて構成される。
高周波インバータである電流共振インバータ４Ｂは、ＩＧＢＴ５１とＩＧＢＴ５２とが直列接続されたハーフブリッジ回路に、共振回路８Ｂの加熱コイル７が接続されて構成される。
ＨサイドのＩＧＢＴ５１（第１の半導体スイッチング素子）には、逆並列にダイオードＤ１（第１のダイオード）が接続され、並列にスナバコンデンサ７１（第１のスナバコンデンサ）が接続されている。ＬサイドのＩＧＢＴ５２（第２の半導体スイッチング素子）には、逆並列にダイオードＤ２（第２のダイオード）が接続され、並列にスナバコンデンサ７２（第２のスナバコンデンサ）が接続されている。ここで、ＩＧＢＴ５１，５２の接続点をノードａとする。
スナバコンデンサ７１，７２は、ＩＧＢＴ５１，５２のターンオフ時の遮断電流によって充放電される。スナバコンデンサ７１，７２の容量は、ＩＧＢＴ５１，５２のコレクタとエミッタ間の出力容量より十分に大きい。そのため、ターンオフ時にＩＧＢＴ５１，５２に印加される電圧の変化は低減され、ターンオフ損失は抑制される。
スナバコンデンサ７１，７２は、ＩＧＢＴ５１，５２のターンオフ時の遮断電流によって充放電される。スナバコンデンサ７１，７２の容量は、ＩＧＢＴ５１，５２のコレクタとエミッタ間の出力容量より十分に大きい。そのため、ターンオフ時にＩＧＢＴ５１，５２に印加される電圧の変化は低減され、ターンオフ損失は抑制される。
共振回路８Ｂは、共振コンデンサ８１，８２（第１および第２の共振コンデンサ）と、加熱コイル７とを含んで構成される。ノードｐとノードｎとの間には、共振コンデンサ８１，８２の直列回路が接続されている。共振コンデンサ８１，８２を接続するノードｂと、ＩＧＢＴ５１，５２を接続するノードａとの間には、加熱コイル７が接続される。加熱コイル７の共振電流ＩＬの向きは、ノードａからノードｂへの方向（図１１の矢印方向）を正とする。
制御回路６Ｂは、第１の実施形態とは異なり、ＩＧＢＴ５１を駆動するドライブ回路６２−１と、ＩＧＢＴ５２を駆動するドライブ回路６２−２を備えている。ドライブ回路６２−１，６２−２は、いずれも駆動信号発生回路６１によって制御される。
第２の実施形態の比較回路６３は、第１の実施形態とは異なり、ＩＧＢＴのコレクタ端子には接続されず、代わりに共振コンデンサ８１，８２と加熱コイル７とが接続されるノードｂに接続される。それ以外は、第１の実施形態の制御回路６と同様に構成され、同様に動作する。
制御回路６Ｂは、第１の実施形態とは異なり、ＩＧＢＴ５１を駆動するドライブ回路６２−１と、ＩＧＢＴ５２を駆動するドライブ回路６２−２を備えている。ドライブ回路６２−１，６２−２は、いずれも駆動信号発生回路６１によって制御される。
第２の実施形態の比較回路６３は、第１の実施形態とは異なり、ＩＧＢＴのコレクタ端子には接続されず、代わりに共振コンデンサ８１，８２と加熱コイル７とが接続されるノードｂに接続される。それ以外は、第１の実施形態の制御回路６と同様に構成され、同様に動作する。
図１２は、第３の実施形態における電磁誘導加熱装置１１の動作を示す波形図である。ここでは、鉄鍋加熱時のインバータの通常の加熱動作を示している。
モードＭ３１において、ＨサイドのＩＧＢＴ５１はオフし、ＬサイドのＩＧＢＴ５２はオンしている。ＨサイドのＩＧＢＴ５１のコレクタ電圧は、所定値を保つ。ＬサイドのＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧は、ほぼ０Ｖである。
このとき、フィルタコンデンサＣ０から共振コンデンサ８１、加熱コイル７、ＩＧＢＴ５２の経路に電流が流れ、共振コンデンサ８２から加熱コイル７、ＩＧＢＴ５２の経路に電流が流れる。ＨサイドのＩＧＢＴ５１はオフしているので電流は流れない。モードＭ３１において、制御回路６ＢがＩＧＢＴ５２をターンオフすると、モードＭ３２に遷移する。
モードＭ３１において、ＨサイドのＩＧＢＴ５１はオフし、ＬサイドのＩＧＢＴ５２はオンしている。ＨサイドのＩＧＢＴ５１のコレクタ電圧は、所定値を保つ。ＬサイドのＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧は、ほぼ０Ｖである。
このとき、フィルタコンデンサＣ０から共振コンデンサ８１、加熱コイル７、ＩＧＢＴ５２の経路に電流が流れ、共振コンデンサ８２から加熱コイル７、ＩＧＢＴ５２の経路に電流が流れる。ＨサイドのＩＧＢＴ５１はオフしているので電流は流れない。モードＭ３１において、制御回路６ＢがＩＧＢＴ５２をターンオフすると、モードＭ３２に遷移する。
モードＭ３２において、ＨサイドのＩＧＢＴ５１とＬサイドのＩＧＢＴ５２は、オフしている。加熱コイル７に蓄えられたエネルギにより、スナバコンデンサ７１から共振コンデンサ８１、加熱コイル７の経路に電流が流れ、加熱コイル７からスナバコンデンサ７２、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れる。このとき、ＬサイドのＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧は、緩やかに上昇し、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失は小さくなる。ＬサイドのＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧（ノードａの電圧）が、正極端子のノードｐの電圧を超えると、モードＭ３３に遷移する。
モードＭ３３において、ダイオードＤ１がオンし、ダイオードＤ１から共振コンデンサ８１、加熱コイル７の経路に電流が流れ、ダイオードＤ１からフィルタコンデンサＣ０、共振コンデンサ８２、加熱コイル７の経路に電流が流れる。制御回路６Ｂは、このダイオードＤ１の通電期間中に、ＨサイドのＩＧＢＴ５１のゲートをターンオンする。
電流共振インバータ４Ｂは、ダイオードＤ１に電流が流れなくなったならば、モードＭ３４に遷移する。
電流共振インバータ４Ｂは、ダイオードＤ１に電流が流れなくなったならば、モードＭ３４に遷移する。
モードＭ３４において、ＩＧＢＴ５１は既にオンしているため、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失が発生しない。共振コンデンサ８２に蓄えられたエネルギにより、共振コンデンサ８１からＩＧＢＴ５１、加熱コイル７の経路に電流が流れ、フィルタコンデンサＣ０からＩＧＢＴ５１、加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れる。これにより、加熱コイル７にエネルギが蓄積される。
モードＭ３４において、制御回路６ＢがＩＧＢＴ５１をターンオフすると、モードＭ３５に遷移する。
モードＭ３４において、制御回路６ＢがＩＧＢＴ５１をターンオフすると、モードＭ３５に遷移する。
モードＭ３５において、ＨサイドのＩＧＢＴ５１とＬサイドのＩＧＢＴ５２は、オフしている。加熱コイル７に蓄えられたエネルギにより、フィルタコンデンサＣ０からスナバコンデンサ７１、加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れ、スナバコンデンサ７２から加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れる。このとき、ＩＧＢＴ５１のコレクタ電圧は緩やかに上昇し、ゼロ電圧スイッチングとなる。
次にスナバコンデンサ７１がノードｐの電位まで充電され、スナバコンデンサ７２が放電されると、ダイオードＤ２がオンして、モードＭ３６に遷移する。
次にスナバコンデンサ７１がノードｐの電位まで充電され、スナバコンデンサ７２が放電されると、ダイオードＤ２がオンして、モードＭ３６に遷移する。
モードＭ３６において、ダイオードＤ２のオンにより、ダイオードＤ２、加熱コイル７、共振コンデンサ８２の経路に電流が流れ、共振コンデンサ８１、フィルタコンデンサＣ０、ダイオードＤ２、加熱コイル７の経路に電流が流れる。制御回路６Ｂは、このダイオードＤ２の通電期間中に、ＩＧＢＴ５２をターンオンする。ダイオードＤ２に電流が流れなくなったならば、再びモードＭ３１に遷移する。
以上のモードＭ３１〜Ｍ３６の６種類の動作を繰り返すことで、加熱コイル７に高周波の共振電流ＩＬが流れ、加熱コイル７の上側のトッププレート９１上に載置された鍋１０を加熱する。
以上のモードＭ３１〜Ｍ３６の６種類の動作を繰り返すことで、加熱コイル７に高周波の共振電流ＩＬが流れ、加熱コイル７の上側のトッププレート９１上に載置された鍋１０を加熱する。
次に鍋検出時の動作について説明する。鍋検出動作では、制御手段６４は、オン信号と１パルス信号とを駆動信号発生回路６１に出力する。駆動信号発生回路６１からドライブ回路６２−１を介して、オン信号がＩＧＢＴ５１のゲートに印加され、１パルス信号はドライブ回路６２−２を介して、ＩＧＢＴ５２のゲートに印加される。ＩＧＢＴ５２は、１回のスイッチング動作を行う。ＩＧＢＴ５２がターンオンしたのちにターンオフすると、ノードｂの電圧は、減衰振動波形となる。このとき比較回路６３では、ノードｂの電圧と検出レベル信号とを比較し、減衰振動時間τに応じたパルス幅の信号を出力する。制御手段６４は、比較回路６３の出力信号のパルス幅を計測して、計測したパルス幅に基づき鍋１０の有無または／および鍋１０の材質を判定する。
次に出力パルス幅の関係を説明する。
図１３は、電流共振インバータ４Ｂで使用される加熱コイル７の等価インダクタンスＬと等価抵抗Ｒである。この一覧の各値は、周波数２５［ｋＨｚ］における実測値である。
図１３は、電流共振インバータ４Ｂで使用される加熱コイル７の等価インダクタンスＬと等価抵抗Ｒである。この一覧の各値は、周波数２５［ｋＨｚ］における実測値である。
図１４は、第３の実施形態における鍋無し時の波形図である。
比較回路６３の出力パルス幅は、減衰振動時間τであり、１．１４［ｍＳＥＣ］である。鍋無しでは、負荷抵抗が小さく減衰振動が長くなる。
先ず鍋無し時の等価インダクタンスＬを求める。比較回路６３の出力パルスの振動周期Ｔは、５６．８［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは、１７．６［ｋＨｚ］である。
ノードｂの電圧の減衰振動の共振周波数ｆは、加熱コイル７と共振コンデンサ８１，８２の合成容量Ｃによる共振動作となる。共振コンデンサ８１，８２を、それぞれ１［μＦ］とすると、合成した共振コンデンサ容量Ｃは、２［μＦ］となる。以下、本実施形態の共振コンデンサ容量Ｃは、２［μＦ］として計算する。
共振周波数ｆの１７．６［ｋＨｚ］と共振コンデンサ容量Ｃの２［μＦ］とを式（２）に代入すると、鍋無し時の等価インダクタンスＬは、４０．８［μＨ］となる。これは、図１３に示す鍋無し時の等価インダクタンスＬの実測値の４０［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
比較回路６３の出力パルス幅は、減衰振動時間τであり、１．１４［ｍＳＥＣ］である。鍋無しでは、負荷抵抗が小さく減衰振動が長くなる。
先ず鍋無し時の等価インダクタンスＬを求める。比較回路６３の出力パルスの振動周期Ｔは、５６．８［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは、１７．６［ｋＨｚ］である。
ノードｂの電圧の減衰振動の共振周波数ｆは、加熱コイル７と共振コンデンサ８１，８２の合成容量Ｃによる共振動作となる。共振コンデンサ８１，８２を、それぞれ１［μＦ］とすると、合成した共振コンデンサ容量Ｃは、２［μＦ］となる。以下、本実施形態の共振コンデンサ容量Ｃは、２［μＦ］として計算する。
共振周波数ｆの１７．６［ｋＨｚ］と共振コンデンサ容量Ｃの２［μＦ］とを式（２）に代入すると、鍋無し時の等価インダクタンスＬは、４０．８［μＨ］となる。これは、図１３に示す鍋無し時の等価インダクタンスＬの実測値の４０［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
次に鍋無し時の等価抵抗Ｒを求める。第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、加熱コイル７と共振コンデンサ８１，８２とが共振する。このときの減衰振動時間τは、１．１４［ｍＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの４０．８［μＨ］とを式（４）に代入すると、鍋無し時の等価抵抗Ｒは、０．２２［Ω］と算出される。これは、図１３に示す鍋無し時の等価抵抗Ｒの実測値の０．１［μΩ］と、ほぼ同じ値である。
図１５は、第３の実施形態における鉄鍋時の波形図である。
比較回路６３の出力パルス幅は、１６１［μＳＥＣ］である。鉄鍋は負荷抵抗が大きいため、鉄鍋時の減衰振動時間τは、鍋無し時と比べて短くなる。このように鍋１０の有無により減衰振動時間τが変化する。この減衰振動時間τを計測することで、鍋１０の有無または／および鍋１０の材質を検出することが可能になる。
比較回路６３の出力パルス幅は、１６１［μＳＥＣ］である。鉄鍋は負荷抵抗が大きいため、鉄鍋時の減衰振動時間τは、鍋無し時と比べて短くなる。このように鍋１０の有無により減衰振動時間τが変化する。この減衰振動時間τを計測することで、鍋１０の有無または／および鍋１０の材質を検出することが可能になる。
先ず鉄鍋時の等価インダクタンスＬを求める。比較回路６３の出力パルスの振動周期Ｔは、鉄鍋時には４８［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは、２０．８［ｋＨｚ］である。これと共振コンデンサ容量Ｃの２［μＦ］とを式（２）に代入すると、鉄鍋時の等価インダクタンスＬは、２９［μＨ］と算出される。これは、図１３に示す鉄鍋時の等価インダクタンスＬの実測値の２８［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
次に鉄鍋時の等価抵抗Ｒを求める。図１５より減衰振動時間τは、１６１［μＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの２９［μＨ］とを式（４）に代入すると、鉄鍋時の等価抵抗Ｒは、１．１３［Ω］と算出される。これは、図１３に示す鉄鍋時の等価抵抗Ｒの実測値の１．２２［Ω］と、ほぼ同じ値である。
図１６は、第３の実施形態における非磁性ステンレス鍋時の波形図である。
比較回路６３の出力パルス幅は、２５３［μＳＥＣ］である。非磁性ステンレスは鉄鍋よりも抵抗が小さいため、減衰振動時間τは、鍋無しの場合と比べて短くなり、鉄鍋の場合よりも長くなる。
先ず非磁性ステンレス鍋時の等価インダクタンスＬを求める。非磁性ステンレス鍋時の比較回路６３の出力パルスの振動周期Ｔは、３８［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは、２６．３［ｋＨｚ］である。これと共振コンデンサ容量Ｃの２［μＦ］とを式（２）に代入すると、非磁性ステンレス鍋時の等価インダクタンスＬは、１８．３［μＨ］と算出される。これは、図１３に示す非磁性ステンレス鍋時の等価インダクタンスＬの実測値の１８［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
比較回路６３の出力パルス幅は、２５３［μＳＥＣ］である。非磁性ステンレスは鉄鍋よりも抵抗が小さいため、減衰振動時間τは、鍋無しの場合と比べて短くなり、鉄鍋の場合よりも長くなる。
先ず非磁性ステンレス鍋時の等価インダクタンスＬを求める。非磁性ステンレス鍋時の比較回路６３の出力パルスの振動周期Ｔは、３８［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは、２６．３［ｋＨｚ］である。これと共振コンデンサ容量Ｃの２［μＦ］とを式（２）に代入すると、非磁性ステンレス鍋時の等価インダクタンスＬは、１８．３［μＨ］と算出される。これは、図１３に示す非磁性ステンレス鍋時の等価インダクタンスＬの実測値の１８［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
次に非磁性ステンレス鍋時の等価抵抗Ｒを求める。図１６より非磁性ステンレス鍋時の減衰振動時間τは、２５３［μＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの１８．３［μＨ］とを式（４）に代入すると、非磁性ステンレス鍋時の等価抵抗Ｒは、０．４５［Ω］と算出される。これは、図１３に示す非磁性ステンレス鍋時の等価抵抗Ｒの実測値の０．４６［Ω］と、ほぼ同じ値である。
このように、比較回路６３の出力値を用いて計算することで、図１３の実測値に近い値を求めることができる。
このように、比較回路６３の出力値を用いて計算することで、図１３の実測値に近い値を求めることができる。
以上のように鍋１０の種類や有無により、減衰振動時間τと振動周期Ｔとが変化する。よって、この減衰振動時間τまたは振動周期Ｔを計測することで、鍋１０の有無または／および鍋１０の材質を検出することが可能になる。
更に減衰振動時間τにより、鍋１０の等価インダクタンスＬと等価抵抗Ｒを求めることができる。これにより、鍋１０の材質に応じて、加熱当初から動作周波数などを正確に制御することが可能となり、スイッチング素子の損失を増加させることがなくなる。
更に減衰振動時間τにより、鍋１０の等価インダクタンスＬと等価抵抗Ｒを求めることができる。これにより、鍋１０の材質に応じて、加熱当初から動作周波数などを正確に制御することが可能となり、スイッチング素子の損失を増加させることがなくなる。
ここで、第３の実施形態はＩＧＢＴ５１をオン状態とし、ＩＧＢＴ５２を１パルス動作について説明したが、ＩＧＢＴ５２をオン状態、ＩＧＢＴ５１を１パルス動作としてもよい。また、共振コンデンサ８２の電圧を用いて減衰振動を測定しているが、共振コンデンサ８１の電圧または加熱コイル７の電圧でも、同様に減衰振動を測定することができる。
図１７（ａ），（ｂ）は、第３の実施形態における加熱時の鍋検出処理を示すフローチャートである。
図１７（ａ）は、減衰振動時間τによる加熱時の鍋検出処理を示すフローチャートである。以下、適宜図２、図１１を参照して説明する。
例えば、操作者が電磁誘導加熱装置１１Ｂの操作部６５の加熱スイッチを押下したならば、ステップＳ１０〜Ｓ１５で示した加熱処理が開始する。
ステップＳ１０において、制御回路６Ｂは、ＩＧＢＴに１パルスのゲート電圧を印加する。
図１７（ａ）は、減衰振動時間τによる加熱時の鍋検出処理を示すフローチャートである。以下、適宜図２、図１１を参照して説明する。
例えば、操作者が電磁誘導加熱装置１１Ｂの操作部６５の加熱スイッチを押下したならば、ステップＳ１０〜Ｓ１５で示した加熱処理が開始する。
ステップＳ１０において、制御回路６Ｂは、ＩＧＢＴに１パルスのゲート電圧を印加する。
ステップＳ１１において、制御回路６Ｂは、ＩＧＢＴのコレクタ電圧の減衰振動時間τを測定する。ここで、制御回路６Ｂは、ＩＧＢＴのコレクタ電圧そのものではなく、共振回路８Ｂのノードｂの波形を測定することで、ＩＧＢＴのコレクタ電圧の減衰振動時間τを測定している。
ステップＳ１２において、制御回路６Ｂは、減衰振動時間τから鍋の有無と材質とを判定する。制御回路６Ｂは、減衰振動時間τが鉄鍋時に相当すると判断したならば、ステップＳ１３の処理を行い、非磁性ステンレス時に相当すると判断したならば、ステップＳ１４の処理を行い、鍋無し時に相当すると判断したならば、ステップＳ１５の処理を行う。
ステップＳ１２において、制御回路６Ｂは、減衰振動時間τから鍋の有無と材質とを判定する。制御回路６Ｂは、減衰振動時間τが鉄鍋時に相当すると判断したならば、ステップＳ１３の処理を行い、非磁性ステンレス時に相当すると判断したならば、ステップＳ１４の処理を行い、鍋無し時に相当すると判断したならば、ステップＳ１５の処理を行う。
ステップＳ１３において、制御回路６Ｂは、載置された鍋の材質が鉄であるものとして、鉄鍋に対応した周波数でＩＧＢＴ５１，５２のゲートを交互に駆動して加熱コイル７に交流を流し、図１７（ａ）の処理を終了する。
ステップＳ１４において、制御回路６Ｂは、載置された鍋の材質が非磁性ステンレスであるものとして、この非磁性ステンレス鍋に対応した周波数でＩＧＢＴ５１，５２のゲートを交互に駆動して加熱コイル７に交流を流し、図１７（ａ）の処理を終了する。
ステップＳ１５において、制御回路６Ｂは、表示部６６に鍋無しの警告を表示し、図１７（ａ）の処理を終了する。
ＩＧＢＴのコレクタ電圧の減衰振動時間τは、比較的長い時間である。そのため、マイコンのインプットキャプチャ機能で高精度に測定可能であり、被加熱物である鍋１０の有無または／および鍋１０の材質を好適に判別可能である。
ステップＳ１４において、制御回路６Ｂは、載置された鍋の材質が非磁性ステンレスであるものとして、この非磁性ステンレス鍋に対応した周波数でＩＧＢＴ５１，５２のゲートを交互に駆動して加熱コイル７に交流を流し、図１７（ａ）の処理を終了する。
ステップＳ１５において、制御回路６Ｂは、表示部６６に鍋無しの警告を表示し、図１７（ａ）の処理を終了する。
ＩＧＢＴのコレクタ電圧の減衰振動時間τは、比較的長い時間である。そのため、マイコンのインプットキャプチャ機能で高精度に測定可能であり、被加熱物である鍋１０の有無または／および鍋１０の材質を好適に判別可能である。
図１７（ｂ）は、減衰振動時間τによる加熱時の鍋検出処理の変形例を示すフローチャートである。
例えば、操作者が電磁誘導加熱装置１１Ｂの操作部６５の加熱スイッチを押下したならば、ステップＳ２０〜Ｓ２５で示した加熱処理の変形例が開始する。
ステップＳ２０において、制御回路６Ｂは、ＩＧＢＴに１パルスのゲート電圧を印加する。
例えば、操作者が電磁誘導加熱装置１１Ｂの操作部６５の加熱スイッチを押下したならば、ステップＳ２０〜Ｓ２５で示した加熱処理の変形例が開始する。
ステップＳ２０において、制御回路６Ｂは、ＩＧＢＴに１パルスのゲート電圧を印加する。
ステップＳ２１において、制御回路６Ｂは、ＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧の振動周期Ｔを測定する。
ステップＳ２２において、制御回路６Ｂは、振動周期Ｔから鍋の有無を判定する。制御回路６Ｂは、振動周期Ｔが鍋有り時に相当すると判断したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ２３の処理を行い、振動周期Ｔが鍋有り時に相当すると判断しなかった（Ｎｏ）、ステップＳ２５の処理を行う。
ステップＳ２２において、制御回路６Ｂは、振動周期Ｔから鍋の有無を判定する。制御回路６Ｂは、振動周期Ｔが鍋有り時に相当すると判断したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ２３の処理を行い、振動周期Ｔが鍋有り時に相当すると判断しなかった（Ｎｏ）、ステップＳ２５の処理を行う。
ステップＳ２３において、制御回路６Ｂは、振動周期Ｔから加熱時の駆動周波数を決定する。
ステップＳ２４において、制御回路６Ｂは、決定した駆動周波数でＩＧＢＴ５１，５２のゲートを交互に駆動して加熱コイル７に交流を流して加熱し、図１７（ｂ）の処理を終了する。
ステップＳ２５において、制御回路６Ｂは、表示部６６に鍋無しの警告を表示し、図１７（ｂ）の処理を終了する。
制御回路６は、振動周期Ｔを測定することにより、被加熱物である鍋の有無を判定し、更に鍋１０の材質に好適な加熱時の駆動周波数を算出することが可能である。
ステップＳ２４において、制御回路６Ｂは、決定した駆動周波数でＩＧＢＴ５１，５２のゲートを交互に駆動して加熱コイル７に交流を流して加熱し、図１７（ｂ）の処理を終了する。
ステップＳ２５において、制御回路６Ｂは、表示部６６に鍋無しの警告を表示し、図１７（ｂ）の処理を終了する。
制御回路６は、振動周期Ｔを測定することにより、被加熱物である鍋の有無を判定し、更に鍋１０の材質に好適な加熱時の駆動周波数を算出することが可能である。
（第４の実施形態）
図１８は、第４の実施形態における電磁誘導加熱装置１１Ｃの回路構成図である。図１１に示した第３の実施形態の電磁誘導加熱装置１１Ｂと同一の要素には、同一の符号を付与している。
図１８は、第４の実施形態における電磁誘導加熱装置１１Ｃの回路構成図である。図１１に示した第３の実施形態の電磁誘導加熱装置１１Ｂと同一の要素には、同一の符号を付与している。
第４の実施形態の電磁誘導加熱装置１１Ｃの回路は、第３の実施形態とは異なる電流共振インバータ４Ｃと、これを制御する制御回路６Ｃとを含み、第３の実施形態のフィルタ３を含む電源回路２１を備える。それ以外は、第３の実施形態の電磁誘導加熱装置１１と同様に構成されている。
商用電源１から整流回路２を介して、電源回路２１に接続され、電源回路２１の出力である正極端子のノードｐと負極端子のノードｎとの間に、電流共振インバータ４Ｃが接続される。
高周波インバータである電流共振インバータ４Ｃは、ＩＧＢＴ５１とＩＧＢＴ５２とが直列接続された左上下アーム４１と、ＩＧＢＴ５３とＩＧＢＴ５４とが直列接続された右上下アーム４２で構成されたフルブリッジ回路に、共振回路８Ｃが接続されて構成される。
左上下アーム４１と右上下アーム４２とは、ノードｐとノードｎとの間に接続される。
ＩＧＢＴ５１（第１の半導体スイッチング素子）には、ダイオードＤ１（第１のダイオード）が逆方向に並列接続され、スナバコンデンサ７１（第１のスナバコンデンサ）が並列接続される。ＩＧＢＴ５２（第２の半導体スイッチング素子）には、ダイオードＤ２（第２のダイオード）が逆方向に並列接続され、スナバコンデンサ７２（第２のスナバコンデンサ）が並列接続される。
ＩＧＢＴ５３（第３の半導体スイッチング素子）には、ダイオードＤ３（第３のダイオード）が逆方向に並列接続され、スナバコンデンサ７３（第３のスナバコンデンサ）が並列接続される。ＩＧＢＴ５４（第４の半導体スイッチング素子）には、ダイオードＤ４（第４のダイオード）が逆方向に並列接続され、スナバコンデンサ７４（第４のスナバコンデンサ）が並列接続される。
ＩＧＢＴ５１，５２の接続点、即ち左上下アーム４１の出力点をノードｄとする。このノードｄとノードｎとの間には、加熱コイル７と共振コンデンサ８３（第１の共振コンデンサ）とが接続される。
加熱コイル７と共振コンデンサ８３との接続点をノードｃとする。ＩＧＢＴ５３，５４の接続点、即ち右上下アーム４２の出力端子をノードｅとする。このノードｅとノードｃとの間には、共振コンデンサ８４（第２の共振コンデンサ）とスイッチＳＷ１とが直列接続されている。
第４の実施形態では、被加熱物の材質に応じてスイッチＳＷ１をオンオフすることで、共振回路８Ｃの共振コンデンサ容量Ｃを切替えることができる。
加熱コイル７と共振コンデンサ８３，８４の接続点(ノードｃ)は、電源回路２１の出力点(ノードｐ)の電圧にクランプされず、それ以上の高電圧が印加される虞がある。本実施形態において、ノードｅの電圧は、電源回路２１の正極電圧と負極電圧とでクリップされる。制御回路６Ｃは、ノードｅの電圧を測定するので、電源回路２１の出力電圧に耐える程度の低耐圧の素子で構成することができる。
商用電源１から整流回路２を介して、電源回路２１に接続され、電源回路２１の出力である正極端子のノードｐと負極端子のノードｎとの間に、電流共振インバータ４Ｃが接続される。
高周波インバータである電流共振インバータ４Ｃは、ＩＧＢＴ５１とＩＧＢＴ５２とが直列接続された左上下アーム４１と、ＩＧＢＴ５３とＩＧＢＴ５４とが直列接続された右上下アーム４２で構成されたフルブリッジ回路に、共振回路８Ｃが接続されて構成される。
左上下アーム４１と右上下アーム４２とは、ノードｐとノードｎとの間に接続される。
ＩＧＢＴ５１（第１の半導体スイッチング素子）には、ダイオードＤ１（第１のダイオード）が逆方向に並列接続され、スナバコンデンサ７１（第１のスナバコンデンサ）が並列接続される。ＩＧＢＴ５２（第２の半導体スイッチング素子）には、ダイオードＤ２（第２のダイオード）が逆方向に並列接続され、スナバコンデンサ７２（第２のスナバコンデンサ）が並列接続される。
ＩＧＢＴ５３（第３の半導体スイッチング素子）には、ダイオードＤ３（第３のダイオード）が逆方向に並列接続され、スナバコンデンサ７３（第３のスナバコンデンサ）が並列接続される。ＩＧＢＴ５４（第４の半導体スイッチング素子）には、ダイオードＤ４（第４のダイオード）が逆方向に並列接続され、スナバコンデンサ７４（第４のスナバコンデンサ）が並列接続される。
ＩＧＢＴ５１，５２の接続点、即ち左上下アーム４１の出力点をノードｄとする。このノードｄとノードｎとの間には、加熱コイル７と共振コンデンサ８３（第１の共振コンデンサ）とが接続される。
加熱コイル７と共振コンデンサ８３との接続点をノードｃとする。ＩＧＢＴ５３，５４の接続点、即ち右上下アーム４２の出力端子をノードｅとする。このノードｅとノードｃとの間には、共振コンデンサ８４（第２の共振コンデンサ）とスイッチＳＷ１とが直列接続されている。
第４の実施形態では、被加熱物の材質に応じてスイッチＳＷ１をオンオフすることで、共振回路８Ｃの共振コンデンサ容量Ｃを切替えることができる。
加熱コイル７と共振コンデンサ８３，８４の接続点(ノードｃ)は、電源回路２１の出力点(ノードｐ)の電圧にクランプされず、それ以上の高電圧が印加される虞がある。本実施形態において、ノードｅの電圧は、電源回路２１の正極電圧と負極電圧とでクリップされる。制御回路６Ｃは、ノードｅの電圧を測定するので、電源回路２１の出力電圧に耐える程度の低耐圧の素子で構成することができる。
図１９は、各鍋種の巻数と等価抵抗Ｒの関係である。
コイルの巻数を増やした場合、コイルに流す電流が同じでも磁束が増える。そのため、加熱コイル７からみた被加熱物の等価抵抗Ｒは、コイルの巻数に応じて増加する。
等価抵抗Ｒは被加熱物の材質によって大きく異なる。
鍋なしの場合、等価抵抗Ｒは曲線Ｒ１のような特性を示す。材質が鉄製の被加熱物の場合、等価抵抗Ｒは曲線Ｒ１のような特性を示す。銅またはアルミ製の被加熱物の場合、等価抵抗Ｒは曲線Ｒ３のような特性を示す。
したがって、等価抵抗Ｒの低い銅やアルミ製の被加熱物の場合には、加熱コイル７のターン数を増大する必要がある。ここで、加熱コイル７のターン数を４０ターンとした場合、被加熱物の特性が曲線Ｒ３で示される低抵抗ならば、等価抵抗Ｒは、１［Ω］となる。被加熱物の特性が曲線Ｒ２で示される高抵抗ならば、等価抵抗Ｒは、９［Ω］となる。
したがって、本実施形態において曲線Ｒ２で示される高抵抗の被加熱物では、スイッチＳＷ１をオンして、左上下アーム４１と右上下アーム４２とを駆動するフルブリッジ形で加熱する。曲線Ｒ３で示される低抵抗の被加熱物では、スイッチＳＷ１をオフして、左上下アーム４１のみを駆動するハーフブリッジ形とすると、好適に加熱できる。フルブリッジ形では電力が入りすぎてしまうためである。
コイルの巻数を増やした場合、コイルに流す電流が同じでも磁束が増える。そのため、加熱コイル７からみた被加熱物の等価抵抗Ｒは、コイルの巻数に応じて増加する。
等価抵抗Ｒは被加熱物の材質によって大きく異なる。
鍋なしの場合、等価抵抗Ｒは曲線Ｒ１のような特性を示す。材質が鉄製の被加熱物の場合、等価抵抗Ｒは曲線Ｒ１のような特性を示す。銅またはアルミ製の被加熱物の場合、等価抵抗Ｒは曲線Ｒ３のような特性を示す。
したがって、等価抵抗Ｒの低い銅やアルミ製の被加熱物の場合には、加熱コイル７のターン数を増大する必要がある。ここで、加熱コイル７のターン数を４０ターンとした場合、被加熱物の特性が曲線Ｒ３で示される低抵抗ならば、等価抵抗Ｒは、１［Ω］となる。被加熱物の特性が曲線Ｒ２で示される高抵抗ならば、等価抵抗Ｒは、９［Ω］となる。
したがって、本実施形態において曲線Ｒ２で示される高抵抗の被加熱物では、スイッチＳＷ１をオンして、左上下アーム４１と右上下アーム４２とを駆動するフルブリッジ形で加熱する。曲線Ｒ３で示される低抵抗の被加熱物では、スイッチＳＷ１をオフして、左上下アーム４１のみを駆動するハーフブリッジ形とすると、好適に加熱できる。フルブリッジ形では電力が入りすぎてしまうためである。
鉄製の被加熱物を加熱する場合、制御回路６Ｃは、スイッチＳＷ１をオンしたまま、左上下アーム４１と右上下アーム４２の各ＩＧＢＴを交互にオンオフする。すなわちＩＧＢＴ５１とＩＧＢＴ５４とを同期してオンオフさせ、ＩＧＢＴ５２とＩＧＢＴ５３とを同期してオンオフさせる。
図２０は、第４の実施形態で使用される加熱コイル７の等価インダクタンスＬと等価抵抗Ｒである。この一覧の各値は、周波数２５［ｋＨｚ］における実測値である。
次に図２１に示すタイミングチャートを用いて動作モードを説明する。
図２１は、第４の実施形態における電磁誘導加熱装置１１Ｃの動作を示す波形図である。
ここで図１８のノードｄの電圧は、電圧Ｖｄとする。ＩＧＢＴ５１およびダイオードＤ１に流れる電流は、電流Ｉｃ１とする。ＩＧＢＴ５２およびダイオードＤ２に流れる電流は、電流Ｉｃ２とする。ＩＧＢＴ５１とＩＧＢＴ５４は同期して駆動されるため、ＩＧＢＴ５４およびダイオードＤ４にも電流Ｉｃ１と同様の電流が流れることになる。一方、ＩＧＢＴ５３およびダイオードＤ３にも同様に電流Ｉｃ２が流れることとなる。加熱コイル７に流れる共振電流ＩＬとし、図１８のノードｄからノードｃへの方向を、正方向と定義する。
図２１は、第４の実施形態における電磁誘導加熱装置１１Ｃの動作を示す波形図である。
ここで図１８のノードｄの電圧は、電圧Ｖｄとする。ＩＧＢＴ５１およびダイオードＤ１に流れる電流は、電流Ｉｃ１とする。ＩＧＢＴ５２およびダイオードＤ２に流れる電流は、電流Ｉｃ２とする。ＩＧＢＴ５１とＩＧＢＴ５４は同期して駆動されるため、ＩＧＢＴ５４およびダイオードＤ４にも電流Ｉｃ１と同様の電流が流れることになる。一方、ＩＧＢＴ５３およびダイオードＤ３にも同様に電流Ｉｃ２が流れることとなる。加熱コイル７に流れる共振電流ＩＬとし、図１８のノードｄからノードｃへの方向を、正方向と定義する。
モードＭ４１においては、左ＨサイドのＩＧＢＴ５１および右ＬサイドのＩＧＢＴ５４がオンしており、左ＬサイドのＩＧＢＴ５２および右ＨサイドのＩＧＢＴ５３がオフしている。電圧Ｖｄは、この期間中に電源回路２１の正極電圧を保つ。電流Ｉｃ２は、この期間中に０Ａを保つ。
共振電流ＩＬは、モードＭ４１の当初、極性が負である。加熱コイル７の蓄積エネルギがゼロになると、共振電流ＩＬの極性が負から正に反転する。このとき共振電流ＩＬは、電源回路２１からＩＧＢＴ５１、加熱コイル７、共振コンデンサ８４、スイッチＳＷ１、ＩＧＢＴ５４の経路で流れる。よって、この期間中、電流Ｉｃ１と共振電流ＩＬとは、ほぼ等しくなる。
ＩＧＢＴ５１，５４がターンオフすると、モードＭ４２に遷移する。
共振電流ＩＬは、モードＭ４１の当初、極性が負である。加熱コイル７の蓄積エネルギがゼロになると、共振電流ＩＬの極性が負から正に反転する。このとき共振電流ＩＬは、電源回路２１からＩＧＢＴ５１、加熱コイル７、共振コンデンサ８４、スイッチＳＷ１、ＩＧＢＴ５４の経路で流れる。よって、この期間中、電流Ｉｃ１と共振電流ＩＬとは、ほぼ等しくなる。
ＩＧＢＴ５１，５４がターンオフすると、モードＭ４２に遷移する。
モードＭ４２においては、ＩＧＢＴ５１〜５４が全てオフしている。電流Ｉｃ１は０Ａとなる。このとき共振電流ＩＬは、以下の第１〜第４経路を介して流れる。第１経路は、スナバコンデンサ７１、加熱コイル７、共振コンデンサ８４、スイッチＳＷ１、スナバコンデンサ７４、電源回路２１の経路である。第２経路は、電源回路２１、スナバコンデンサ７１、加熱コイル７、共振コンデンサ８３の経路である。第３経路は、スナバコンデンサ７３、スナバコンデンサ７１、加熱コイル７、共振コンデンサ８４、スイッチＳＷ１の経路である。第４経路は、スナバコンデンサ７２、加熱コイル７、共振コンデンサ８４、スイッチＳＷ１、スナバコンデンサ７４の経路である。
このときＩＧＢＴ５１およびＩＧＢＴ５４に印加される電圧は、スナバコンデンサ７１〜７４の容量と、ＩＧＢＴ５１およびＩＧＢＴ５４の遮断電流で決まるｄｖ／ｄｔの傾きで上昇する。したがって、電流と電圧の重なり部分がなくなり、ゼロ電圧スイッチングのターンオフが実現する。
電圧Ｖｄが次第に減少し、その値が負になると、ダイオードＤ２およびダイオードＤ３に順方向の電圧が印加される。共振電流ＩＬは、加熱コイル７、ダイオードＤ３、電源回路２１、ダイオードＤ２、加熱コイル７、共振コンデンサ８４、スイッチＳＷ１の経路で流れ続ける。
ダイオードＤ２およびダイオードＤ３に電流が流れている期間中にＩＧＢＴ５２およびＩＧＢＴ５３がターンオンすると、スイッチング損失の発生しないゼロ電圧スイッチングのターンオンが実現し、以下のモードＭ４３に遷移する。
このときＩＧＢＴ５１およびＩＧＢＴ５４に印加される電圧は、スナバコンデンサ７１〜７４の容量と、ＩＧＢＴ５１およびＩＧＢＴ５４の遮断電流で決まるｄｖ／ｄｔの傾きで上昇する。したがって、電流と電圧の重なり部分がなくなり、ゼロ電圧スイッチングのターンオフが実現する。
電圧Ｖｄが次第に減少し、その値が負になると、ダイオードＤ２およびダイオードＤ３に順方向の電圧が印加される。共振電流ＩＬは、加熱コイル７、ダイオードＤ３、電源回路２１、ダイオードＤ２、加熱コイル７、共振コンデンサ８４、スイッチＳＷ１の経路で流れ続ける。
ダイオードＤ２およびダイオードＤ３に電流が流れている期間中にＩＧＢＴ５２およびＩＧＢＴ５３がターンオンすると、スイッチング損失の発生しないゼロ電圧スイッチングのターンオンが実現し、以下のモードＭ４３に遷移する。
モードＭ４３においては、左ＬサイドのＩＧＢＴ５２および右ＨサイドのＩＧＢＴ５３がオンしており、左ＨサイドのＩＧＢＴ５１および右ＬサイドのＩＧＢＴ５４がオフしている。電圧Ｖｄは、この期間中、電源回路２１の負極電圧を保つ。電流Ｉｃ１は、この期間中、０Ａを保つ。
共振電流ＩＬは、モードＭ４１の当初、極性が正である。加熱コイル７の蓄積エネルギがゼロになると、共振電流ＩＬの極性が正から負へ反転する。このとき共振電流ＩＬは、ＩＧＢＴ５３、スイッチＳＷ１、共振コンデンサ８４、加熱コイル７、ＩＧＢＴ５２、電源回路２１の経路に流れる。よって、電流Ｉｃ２と電流ＩＬとは、極性が反転した波形となる。
ＩＧＢＴ５２，５３がターンオフすると、モードＭ４４に遷移する。
共振電流ＩＬは、モードＭ４１の当初、極性が正である。加熱コイル７の蓄積エネルギがゼロになると、共振電流ＩＬの極性が正から負へ反転する。このとき共振電流ＩＬは、ＩＧＢＴ５３、スイッチＳＷ１、共振コンデンサ８４、加熱コイル７、ＩＧＢＴ５２、電源回路２１の経路に流れる。よって、電流Ｉｃ２と電流ＩＬとは、極性が反転した波形となる。
ＩＧＢＴ５２，５３がターンオフすると、モードＭ４４に遷移する。
モードＭ４４においては、ＩＧＢＴ５１〜５４が全てオフしている。共振電流ＩＬは、以下の第５〜第７経路で流れる。第５経路は、電源回路２１、スナバコンデンサ７３、スイッチＳＷ１、共振コンデンサ８４、加熱コイル７、スナバコンデンサ７２の経路である。第６経路は、スナバコンデンサ７４、スイッチＳＷ１、共振コンデンサ８４、加熱コイル７、スナバコンデンサ７２の経路であり、モードＭ４２の第４経路の逆である。第７経路は、スナバコンデンサ７１、スナバコンデンサ７３、スイッチＳＷ１、共振コンデンサ８４、加熱コイル７の経路であり、モードＭ４２の第３経路の逆である。
このときＩＧＢＴ５２およびＩＧＢＴ５３に印加される電圧は、スナバコンデンサ７１〜７４の容量と、ＩＧＢＴ５２およびＩＧＢＴ５３の遮断電流で決まるｄｖ／ｄｔの傾きで上昇する。したがって、電流と電圧との重なり部分がなくなり、ゼロ電圧スイッチングのターンオフが実現する。
電圧Ｖｄが次第に減少し、その値が電源回路２１の正極電圧を超えると、ダイオードＤ１およびダイオードＤ４に順方向の電圧が印加される。共振電流ＩＬは、加熱コイル７、ダイオードＤ１、電源回路２１、ダイオードＤ４、スイッチＳＷ１、共振コンデンサ８４の経路で流れ続ける。
ＩＧＢＴ５１，５４がターンオンすると、再びモードＭ４１に遷移する。
電圧Ｖｄが次第に減少し、その値が電源回路２１の正極電圧を超えると、ダイオードＤ１およびダイオードＤ４に順方向の電圧が印加される。共振電流ＩＬは、加熱コイル７、ダイオードＤ１、電源回路２１、ダイオードＤ４、スイッチＳＷ１、共振コンデンサ８４の経路で流れ続ける。
ＩＧＢＴ５１，５４がターンオンすると、再びモードＭ４１に遷移する。
以上のような動作を繰り返すことにより、電磁誘導加熱装置１１Ｃは、電源回路２１を電源として、加熱コイル７と共振コンデンサ８４に高周波電流を供給することができる。被加熱物は、加熱コイル７から発生する磁束によって誘導加熱される。
アルミ鍋などの非磁性材料を加熱する場合、電磁誘導加熱装置１１Ｃは、スイッチＳＷ１をオフ状態として、左上下アーム４１と、加熱コイル７と、共振コンデンサ８３とで構成されるＳＥＰＰ（Single Ended Push Pull）インバータとして動作する。この動作は、第３の実施形態で記載したハーフブリッジの動作と同じであるため、説明は省略する。
次に鍋検出時の動作について説明する。
鍋検知時には、電磁誘導加熱装置１１Ｃは、ＩＧＢＴ５１，５４をオフ状態、ＩＧＢＴ３をオン状態として、ＩＧＢＴ５２を1パルス動作させる。ＩＧＢＴ５２がオンすると、ＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧は減衰振動となる。この減衰振動は、鍋の有無や種類によって減衰振動時間τや振動周期Ｔが異なる。
鍋検知時には、電磁誘導加熱装置１１Ｃは、ＩＧＢＴ５１，５４をオフ状態、ＩＧＢＴ３をオン状態として、ＩＧＢＴ５２を1パルス動作させる。ＩＧＢＴ５２がオンすると、ＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧は減衰振動となる。この減衰振動は、鍋の有無や種類によって減衰振動時間τや振動周期Ｔが異なる。
図２２は、第４の実施形態における鍋無し時の波形図である。
鍋無し時の減衰振動時間τは、７．４２［ｍＳＥＣ］である。
図２３は、第４の実施形態における鍋無し時の波形の拡大図である。
鍋無し時の振動周期Ｔは、３２．７［μＳＥＣ］、すなわち共振周波数ｆは、３０．６［ｋＨｚ］となる。
減衰振動の共振周波数ｆは、スナバコンデンサ７１〜７４と共振コンデンサ８３，８４の合成容量Ｃと、加熱コイル７の等価インダクタンスＬにより決まる。この合成容量Ｃは、ノードｅからノードｎまでの間から見た値となる。一例として、スナバコンデンサ７１〜７４を３０［ｎＦ］、共振コンデンサ８３を２５０［ｎＦ］、共振コンデンサ８４を２４［ｎＦ］とすると、ノードｅからノードｎまでの間から見た合成容量Ｃは、７４．８［ｎＦ］となる。以下、本実施形態の合成容量Ｃは、７４．８［ｎＦ］とする。
共振周波数ｆの３０．６［ｋＨｚ］と、この合成容量Ｃの７４．８［ｎＦ］とを式(２)に代入すると、鍋無し時の等価インダクタンスＬは、３６２［μＨ］と算出される。これは、図２０に示す鍋無し時の等価インダクタンスＬの実測値の３６０［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
鍋無し時の減衰振動時間τは、７．４２［ｍＳＥＣ］である。
図２３は、第４の実施形態における鍋無し時の波形の拡大図である。
鍋無し時の振動周期Ｔは、３２．７［μＳＥＣ］、すなわち共振周波数ｆは、３０．６［ｋＨｚ］となる。
減衰振動の共振周波数ｆは、スナバコンデンサ７１〜７４と共振コンデンサ８３，８４の合成容量Ｃと、加熱コイル７の等価インダクタンスＬにより決まる。この合成容量Ｃは、ノードｅからノードｎまでの間から見た値となる。一例として、スナバコンデンサ７１〜７４を３０［ｎＦ］、共振コンデンサ８３を２５０［ｎＦ］、共振コンデンサ８４を２４［ｎＦ］とすると、ノードｅからノードｎまでの間から見た合成容量Ｃは、７４．８［ｎＦ］となる。以下、本実施形態の合成容量Ｃは、７４．８［ｎＦ］とする。
共振周波数ｆの３０．６［ｋＨｚ］と、この合成容量Ｃの７４．８［ｎＦ］とを式(２)に代入すると、鍋無し時の等価インダクタンスＬは、３６２［μＨ］と算出される。これは、図２０に示す鍋無し時の等価インダクタンスＬの実測値の３６０［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
次に鍋無し時の等価抵抗Ｒを計算する。図２２より減衰振動時間τは、７．４２［ｍＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの３６２［μＨ］とを式(４)に代入すると、鍋無し時の等価抵抗Ｒは、０．３１［Ω］と算出される。これは、図２０に示す鍋無し時の等価抵抗Ｒの実測値の０．３［Ω］と、ほぼ同じ値である。
図２４は、第４の実施形態における鉄鍋時の波形図である。
鉄鍋時の減衰振動時間τは、鍋無し時の減衰振動時間τよりも短くなり、約１５２［μＳＥＣ］である。このように、鍋の有無や材質により減衰振動時間τが変化するため、鍋の検出が可能となる。
鉄鍋時の振動周期Ｔは、２５．８［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは、３８．８［ｋＨｚ］となる。これと合成容量Ｃの７４．８［ｎＦ］とを式（２）に代入すると、鉄鍋時の等価インダクタンスＬは、２２５［μＨ］と算出される。これは、図２０に示す鉄鍋時の等価インダクタンスＬの実測値の２２０［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
次に鉄鍋時の等価抵抗Ｒを計算する。図２４より、減衰振動時間τは１５２［μＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの２２５［μＨ］とを式(４)に代入すると、鉄鍋時の等価抵抗Ｒは、９．３［Ω］として算出される。これは、図２０に示す鉄鍋時の等価抵抗Ｒの実測値の９．２［Ω］と、ほぼ同じ値である。
鉄鍋時の減衰振動時間τは、鍋無し時の減衰振動時間τよりも短くなり、約１５２［μＳＥＣ］である。このように、鍋の有無や材質により減衰振動時間τが変化するため、鍋の検出が可能となる。
鉄鍋時の振動周期Ｔは、２５．８［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは、３８．８［ｋＨｚ］となる。これと合成容量Ｃの７４．８［ｎＦ］とを式（２）に代入すると、鉄鍋時の等価インダクタンスＬは、２２５［μＨ］と算出される。これは、図２０に示す鉄鍋時の等価インダクタンスＬの実測値の２２０［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
次に鉄鍋時の等価抵抗Ｒを計算する。図２４より、減衰振動時間τは１５２［μＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの２２５［μＨ］とを式(４)に代入すると、鉄鍋時の等価抵抗Ｒは、９．３［Ω］として算出される。これは、図２０に示す鉄鍋時の等価抵抗Ｒの実測値の９．２［Ω］と、ほぼ同じ値である。
図２５は、第４の実施形態におけるアルミ鍋時の波形図である。
アルミ鍋時の減衰振動時間τは、約９２７［μＳＥＣ］である。このように、鍋１０の有無や材質により減衰振動時間τが変化するため、鍋１０の検出が可能となる。
アルミ鍋時の減衰振動時間τは、約９２７［μＳＥＣ］である。このように、鍋１０の有無や材質により減衰振動時間τが変化するため、鍋１０の検出が可能となる。
アルミ鍋時の振動周期Ｔが２１．７［μＳＥＣ］であり、このときの共振周波数ｆは、４６．１［ｋＨｚ］となる。これと合成容量Ｃの７４．８［ｎＦ］とを式（２）に代入すると、アルミ鍋時の等価インダクタンスＬは、１５９［μＨ］と算出される。これは、図２０に示すアルミ鍋時の等価インダクタンスＬの実測値の１５０［μＨ］と、ほぼ同じ値である。
次にアルミ鍋時の等価抵抗Ｒを計算する。図２４より、減衰振動時間τが９２７［μＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの１５９［μＨ］とを式（４）に代入すると、アルミ鍋時の等価抵抗Ｒは、１．０８［Ω］として算出される。これは、図２０に示すアルミ鍋時の等価抵抗Ｒの実測値の０．９８［Ω］と、ほぼ同じ値である。
以上のように等価インダクタンスＬ、等価抵抗Ｒは、図２０の実測値と同様の値を計算で求めることが可能になる。
次にアルミ鍋時の等価抵抗Ｒを計算する。図２４より、減衰振動時間τが９２７［μＳＥＣ］である。これと等価インダクタンスＬの１５９［μＨ］とを式（４）に代入すると、アルミ鍋時の等価抵抗Ｒは、１．０８［Ω］として算出される。これは、図２０に示すアルミ鍋時の等価抵抗Ｒの実測値の０．９８［Ω］と、ほぼ同じ値である。
以上のように等価インダクタンスＬ、等価抵抗Ｒは、図２０の実測値と同様の値を計算で求めることが可能になる。
（変形例）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
本発明の変形例として、例えば、次の（ａ），（ｂ）のようなものがある。
（ａ） 上記第１ないし第４の実施形態において、鍋検知動作ではＩＧＢＴを１パルス動作で説明したが、複数回のＩＧＢＴのスイッチング後に、減衰振動時間τを計測しても同様の効果を得ることができる。
本発明の変形例として、例えば、次の（ａ），（ｂ）のようなものがある。
（ａ） 上記第１ないし第４の実施形態において、鍋検知動作ではＩＧＢＴを１パルス動作で説明したが、複数回のＩＧＢＴのスイッチング後に、減衰振動時間τを計測しても同様の効果を得ることができる。
（ｂ） 電圧共振インバータ４や電流共振インバータ４Ｂ，４Ｃは、スイッチング素子としてＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを含んで構成されてもよい。
１ 商用電源
１０ 鍋 （被加熱物）
１１，１１Ｂ，１１Ｃ 電磁誘導加熱装置
２ 整流回路
２１ 電源回路
３ フィルタ
４ 電圧共振インバータ （高周波インバータ）
４Ｂ，４Ｃ 電流共振インバータ （高周波インバータ）
Ｌ０ インダクタ
Ｃ０ フィルタコンデンサ
Ｄ０ ダイオード
Ｄ１ ダイオード （第１のダイオード）
Ｄ２ ダイオード （第２のダイオード）
Ｄ３ ダイオード （第３のダイオード）
Ｄ４ ダイオード （第４のダイオード）
５０ ＩＧＢＴ （半導体スイッチング素子）
５１ ＩＧＢＴ （第１の半導体スイッチング素子）
５２ ＩＧＢＴ （第２の半導体スイッチング素子）
５３ ＩＧＢＴ （第３の半導体スイッチング素子）
５４ ＩＧＢＴ （第４の半導体スイッチング素子）
６，６Ｂ，６Ｃ 制御回路
６１ 駆動信号発生回路
６２ ドライブ回路
６３ 比較回路
６４ 制御手段
７ 加熱コイル
７１ スナバコンデンサ （第１のスナバコンデンサ）
７２ スナバコンデンサ （第２のスナバコンデンサ）
７３ スナバコンデンサ （第３のスナバコンデンサ）
７４ スナバコンデンサ （第４のスナバコンデンサ）
８，８Ｂ，８Ｃ 共振回路
８０〜８４ 共振コンデンサ
９１ トッププレート
９２ 磁性体
１０ 鍋 （被加熱物）
１１，１１Ｂ，１１Ｃ 電磁誘導加熱装置
２ 整流回路
２１ 電源回路
３ フィルタ
４ 電圧共振インバータ （高周波インバータ）
４Ｂ，４Ｃ 電流共振インバータ （高周波インバータ）
Ｌ０ インダクタ
Ｃ０ フィルタコンデンサ
Ｄ０ ダイオード
Ｄ１ ダイオード （第１のダイオード）
Ｄ２ ダイオード （第２のダイオード）
Ｄ３ ダイオード （第３のダイオード）
Ｄ４ ダイオード （第４のダイオード）
５０ ＩＧＢＴ （半導体スイッチング素子）
５１ ＩＧＢＴ （第１の半導体スイッチング素子）
５２ ＩＧＢＴ （第２の半導体スイッチング素子）
５３ ＩＧＢＴ （第３の半導体スイッチング素子）
５４ ＩＧＢＴ （第４の半導体スイッチング素子）
６，６Ｂ，６Ｃ 制御回路
６１ 駆動信号発生回路
６２ ドライブ回路
６３ 比較回路
６４ 制御手段
７ 加熱コイル
７１ スナバコンデンサ （第１のスナバコンデンサ）
７２ スナバコンデンサ （第２のスナバコンデンサ）
７３ スナバコンデンサ （第３のスナバコンデンサ）
７４ スナバコンデンサ （第４のスナバコンデンサ）
８，８Ｂ，８Ｃ 共振回路
８０〜８４ 共振コンデンサ
９１ トッププレート
９２ 磁性体
Claims (7)
- 被加熱物を誘導加熱する加熱コイルおよび共振コンデンサを含んで構成される共振回路と、
ダイオードおよび半導体スイッチング素子の並列接続を少なくとも１つ含んで構成され、前記共振回路を駆動する高周波インバータと、
前記高周波インバータを駆動すると共に、前記被加熱物の判別時において前記半導体スイッチング素子に少なくとも１回のスイッチング動作を行わせ、前記共振回路の減衰振動の周期に基づいて、前記被加熱物の有無を判別し、更に前記減衰振動の周期から加熱時の駆動周波数を決定する制御回路と、
を備えることを特徴とする電磁誘導加熱装置。 - 交流電源を所定の直流電圧に整流する整流回路を備え、
前記共振回路は、前記加熱コイルと前記共振コンデンサの並列接続を含んで構成され、
前記高周波インバータは、前記整流回路の正極端子と負極端子との間に、ダイオードおよび半導体スイッチング素子の並列接続が前記共振回路と直列に接続されて構成されて、前記加熱コイルを駆動し、
前記制御回路は、前記共振コンデンサの両端電圧で前記共振回路の減衰振動の周期を判断する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導加熱装置。 - 交流電源を所定の直流電圧に変換する整流回路と、
前記共振回路は、前記整流回路の正極端子と負極端子との間に直列接続される第１および第２の共振コンデンサと、前記第１および第２の共振コンデンサの接続ノードに一端が接続される前記加熱コイルとを含んで構成され、
前記高周波インバータは、前記整流回路の正極端子と負極端子との間に第１の半導体スイッチング素子と第１のダイオードと第１のスナバコンデンサの並列接続、および第２の半導体スイッチング素子と第２のダイオードと第２のスナバコンデンサの並列接続が直列接続されるハーフブリッジ回路であり、前記第１および第２の半導体スイッチング素子の接続ノードには前記加熱コイルの他端が接続される、
ことを特徴する請求項１に記載の電磁誘導加熱装置。 - 前記制御回路は、前記被加熱物を加熱する際の駆動周波数を、前記被加熱物を載置したときの前記共振回路の減衰振動の周期の１．０〜２．０倍として決定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の電磁誘導加熱装置。 - 交流電源から整流回路を介して任意の直流電圧に変換する電源回路を備え、
前記高周波インバータは、前記電源回路の正極端子と負極端子との間に第１の半導体スイッチング素子と第１のダイオードと第１のスナバコンデンサの並列接続、および第２の半導体スイッチング素子と第２のダイオードと第２のスナバコンデンサの並列接続が直列接続され、更に第３の半導体スイッチング素子と第３のダイオードと第３のスナバコンデンサの並列接続、および第４の半導体スイッチング素子と第４のダイオードと第４のスナバコンデンサの並列接続が直列接続されるフルブリッジ回路であり、
前記共振回路は、加熱コイルおよび第１および第２の共振コンデンサとスイッチとを備え、前記第１および第２の半導体スイッチング素子の接続ノードと、前記第３および第４の半導体スイッチング素子の接続ノードとの間には、前記加熱コイルと前記第１の共振コンデンサとスイッチの直列回路が接続され、前記第１および第２の半導体スイッチング素子の接続ノードと、前記電源回路の負極端子との間には、前記加熱コイルと前記第２の共振コンデンサとが接続されて構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導加熱装置。 - 前記制御回路は、前記被加熱物を加熱する際の駆動周波数を、前記被加熱物を載置したときの前記共振回路の減衰振動の周期以下として決定する、
ことを特徴とする請求項５に記載の電磁誘導加熱装置。 - 被加熱物を誘導加熱する加熱コイルおよび共振コンデンサを含んで構成される共振回路と、
ダイオードおよび半導体スイッチング素子の並列接続を少なくとも１つ含んで構成され、前記共振回路を駆動する高周波インバータと、
前記高周波インバータを駆動する制御回路と、
を備える電磁誘導加熱装置の被加熱物判定方法であって、
前記被加熱物の判別時において、前記半導体スイッチング素子は少なくとも１回のスイッチング動作を行わせて、前記共振回路を減衰振動させ、この減衰振動の周期を測定して前記被加熱物の有無を判別し、更に前記減衰振動の周期から加熱時の駆動周波数を決定する、
ことを特徴とする電磁誘導加熱装置の被加熱物判定方法。
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| JP2014166046A JP6326324B2 (ja) | 2014-08-18 | 2014-08-18 | 電磁誘導加熱装置および電磁誘導加熱装置の被加熱物判定方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| WO2023090729A1 (ko) * | 2021-11-19 | 2023-05-25 | 코웨이 주식회사 | 전기레인지의 출력을 제어하는 방법 및 이를 수행하는 전기레인지 |
| WO2023096222A1 (ko) * | 2021-11-23 | 2023-06-01 | 코웨이 주식회사 | 전기레인지에서 용기의 동일성을 판단하는 방법 및 이를 수행하는 전기레인지 |
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| KR102413857B1 (ko) | 2017-08-31 | 2022-06-28 | 엘지전자 주식회사 | 회로 구조가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치 |
| WO2019045323A1 (ko) * | 2017-08-31 | 2019-03-07 | 엘지전자 주식회사 | 회로 구조가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치 |
| KR102172415B1 (ko) * | 2017-11-07 | 2020-10-30 | 엘지전자 주식회사 | 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 용기 판별 방법 |
| KR102557394B1 (ko) | 2018-05-25 | 2023-07-19 | 삼성전자주식회사 | 조리장치 및 그 제어방법 |
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| CN113382491B (zh) * | 2020-03-10 | 2023-08-15 | 松下家电(中国)有限公司 | 电磁加热设备的控制方法 |
| KR20220039031A (ko) * | 2020-09-21 | 2022-03-29 | 엘지전자 주식회사 | 무소음 용기 감지 기능을 제공하는 유도 가열 장치 및 그의 동작 방법 |
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| JP2011103225A (ja) * | 2009-11-11 | 2011-05-26 | Panasonic Corp | 誘導加熱装置 |
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2014
- 2014-08-18 JP JP2014166046A patent/JP6326324B2/ja active Active
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