JP7349725B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱調理器に関する。

従来、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱調理器が提供されている。このような誘導加熱調理器は、複数の加熱コイルのそれぞれに対応して設けられた複数のインバータを備えており、それぞれを所定の駆動周波数で駆動させることにより、設定された加熱出力が得られるものとされている。

しかしながら、上述したような誘導加熱調理器においては、複数の加熱コイルを同時に使用したときに、各インバータの駆動周波数の差分に相当する周波数が可聴周波数となった場合、不快な干渉音が発生してしまう。

干渉音を低減する方法として、複数加熱コイルへの高周波電流を同じ周波数とする（特許文献１）、あるいは複数の加熱コイルへの周波数差を大きくして、前記差分が可聴周波数より高い周波数とする（特許文献２）などが提案されている。

特開平１－２６０７８５号公報 特開２００７－２３４２７８号公報

しかしながら、上記提案の複数コイルへの高周波電流を同じ周波数とする方法は、スイッチング素子２個が必要な電流共振インバータとなり、回路が複雑となる。また、前記差分が可聴周波数より高くする方法は、少なくとも一つのコイルへの周波数が５０ｋHz以上となり、スイッチング素子の損失が大きくなる結果、効率の低下を招くことになる。

そこで本発明は、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱調理器において、スイッチング素子１個で可能なシンプルな電圧共振インバータにても、不快な干渉音発生の抑制を目的とした。

（１）上述した課題を解決すべく提供される本発明の誘導加熱調理器は、複数の加熱コイルと、前記複数の加熱コイルそれぞれに対応して設けられ、高周波電流を供給する複数のインバータと、複数の前記インバータがそれぞれ設定された出力となるように、駆動周波数、及び、デューティ比を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、最も出力の高いインバータについて、デューティ比を制御しつつ、所定のパターンで駆動周波数を変更して出力制御を行い、他のインバータについて、最も出力の高いインバータよりも低いデューティ比で出力制御を行うと共に、オン状態とするときには最も出力の高いインバータと同等の周波数にすること、を特徴とするものである。

本発明の誘導加熱調理器において、制御部は、最も出力の高いインバータについて、デューティ比制御、及び駆動周波数の変更により出力制御を行う。その一方で、制御部は、他のインバータについて、最も出力の高いインバータよりも低いデューティ比で出力制御を行うと共に、オン状態とするときには最も出力の高いインバータと同等の周波数にする。そのため、本発明の誘導加熱調理器において、制御部は、各インバータにおける駆動周波数の相違をゼロあるいは最小限に抑制しつつ、各加熱コイルにおいて設定された出力が得られるように、各インバータの出力制御を行うことができる。従って、本発明によれば、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱調理器において、不快な干渉音の発生を抑制することができる。

（２）上述した誘導加熱調理器は、前記制御部が、最も出力の高いインバータについて、連続でオン状態となるようにデューティ比を制御すること、を特徴とするものであると良い。

かかる構成によれば、最も出力の高いインバータについての出力制御をシンプルなものとすることができる。

（３）上述した誘導加熱調理器は、前記制御部が、前記複数のインバータが複数同時にオン状態となるときの合計出力と、最も出力の高いインバータだけがオン状態となるときの出力とが同等となるように制御すること、を特徴とするものであると良い。

かかる構成とした場合、入力の変動を最小限に抑制できる。これにより、交流電源につながる他の機器において、例えば照明のちらつきなどの影響が出る可能性を最小限に抑制できる。

（４）上述した誘導加熱調理器は、前記制御部が、交流電源の電圧がゼロになるゼロクロス位置において、前記複数のインバータのオン・オフと駆動周波数を変更すること、を特徴とするものであると良い。

上述した構成とした場合、電圧がゼロになるゼロクロス位置においてインバータのオン・オフの切り替えや駆動周波数を変更する。そのため、上述した構成によれば、スイッチングロスやノイズが発生しにくい。また、上述した構成によれば、インバータを構成する素子への負担も最小限に抑制できる。

（５）上述した誘導加熱調理器は、前記制御部が、交流電源の電圧がゼロになるゼロクロス位置を中心として、前記交流電源の半周期よりも短い所定時間分ずつ前後にあたる第一区間と、交流電源の電圧がピークとなる時点を中心とする、前記第一区間を除く第二区間とで、前記複数のインバータの、オン・オフ及び駆動周波数を変更すること、を特徴とするものであると良い。

かかる構成とした場合、インバータのオン・オフ及び駆動周波数の変更制御を、交流電源の周期の途中で行われるものの、前述の変更制御が行われるタイミングは、交流電源の電圧がピークとなるタイミングを中心として前後に対称となるタイミングとされる。このようなタイミングで、前述の変更制御を行えば、偶数次の高調波が発生せず、高調波規制や力率の面において有利である。また、上述した構成によれば、制御の切換え周期が交流電源周波数の２倍になるため、連続動作をするときとほぼ同様の性能が得られる。

（６）上述した誘導加熱調理器は、前記制御部が、交流電源の力率が０．９以上になるように、前記複数のインバータの、オン・オフ及び駆動周波数を変更すること、を特徴とするものであると良い。

本発明によれば、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱調理器において、不快な干渉音の発生を抑制可能な誘導加熱調理器を提供できる。

本発明の一実施形態に係る誘導加熱調理器を示す図である。 図１の誘導加熱調理器が備える回路構成を示すブロック図である。 図２の回路構成において採用されているインバータの一例を示す回路図である。 誘導加熱調理器において第一インバータ及び第二インバータの設定出力が相違する場合に行われる制御を行うときの交流電源の電圧の推移、第一インバータ及び第二インバータの出力の推移、全体出力の推移を示すグラフである。 誘導加熱調理器において第一インバータ及び第二インバータの設定出力が相違する場合に変形例に係る制御を行うときの交流電源の電圧の推移、第一インバータ及び第二インバータの出力の推移、全体出力の推移を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る誘導加熱調理器１０について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明においては、誘導加熱調理器１０の基本構成の概略、及び駆動するための回路の一例であるインバータ３０、及び制御部６０について説明を行った後、誘導加熱調理器１０において行われる特徴的な制御方法について説明する。

≪誘導加熱調理器１０の基本構成について≫
図１に示す誘導加熱調理器１０は、鍋等を載置可能なトッププレート１２の左右に第一加熱口１４、第二加熱口１６を有する。誘導加熱調理器１０は、トッププレート１２の下方側であって第一加熱口１４及び第二加熱口１６に対応する位置に、第一加熱コイル１８、及び第二加熱コイル２０を備えている。

誘導加熱調理器１０は、第一加熱コイル１８、及び第二加熱コイル２０への通電に伴って発生する高周波磁界により、第一加熱口１４及び第二加熱口１６の上部に載置された鍋等の被加熱物を誘導加熱することができる。誘導加熱調理器１０は、例えばトッププレート１２等に設けられた操作パネル２２により、第一加熱口１４及び第二加熱口１６の出力を設定することができる。

≪インバータ３０について≫
誘導加熱調理器１０は、図２に示すように複数（本実施形態では二つ）のインバータ３０を備えている。インバータ３０は、商用電源等の交流電源２４に対して接続されている。インバータ３０は、第一加熱コイル１８用の第一インバータ３０ａ、及び第二加熱コイル２０用の第二インバータ３０ｂを有する。第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂは、同一の構成を有するものであるため、以下の説明、及び図３においては、インバータ３０と総称し、両者を特段区別することなく説明する。

図１や図３に示すように、インバータ３０は、第一加熱コイル１８又は第二加熱コイル２０と、商用電源等の交流電源２４とに対して接続されている。図３に示すように、インバータ３０は、非平滑直流電圧回路４０と、インバータ回路４２とを備えている。

非平滑直流電圧回路４０は、全波整流回路４４、チョークコイル４６、及びコンデンサ４８を備えている。全波整流回路４４は、ダイオードブリッジによって構成されている。全波整流回路４４は、入力側において交流電源２４に対して接続されている。また、全波整流回路４４は、出力側の一方（直流電源ライン４０ａ）においてチョークコイル４６を介してコンデンサ４８の一端に接続され、他方（直流電源ライン４０ｂ）においてコンデンサ４８の他端に接続されている。

インバータ回路４２は、非平滑直流電圧回路４０（直流電源ライン４０ａ，４０ｂ）の出力側に接続されている。インバータ回路４２は、スイッチング素子５０、フリーホールダイオード５２、及びコンデンサ５４を備えている。スイッチング素子５０は、直流電源ライン４０ａ，４０ｂ間に接続されている。フリーホールダイオード５２は、スイッチング素子５０に対して並列に接続されている。また、コンデンサ５４は、第一加熱コイル１８又は第二加熱コイル２０に対して並列に接続されている。

≪制御部６０について≫
制御部６０は、複数（本実施形態では２つ）のインバータ３０（第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂ）がそれぞれ設定された出力となるように、駆動周波数、及び、デューティ比を制御するものである。制御部６０は、例えばマイクロコンピュータを含んだものとされている。制御部６０は、上述したインバータ回路４２を動作制御することにより、第一加熱コイル１８又は第二加熱コイル２０に高周波電流を印加し、高周波磁界を発生させることができる。以下、制御部６０により行われる誘導加熱調理器１０についての特有の制御に関し、図面を参照しつつ詳細に説明する。

≪誘導加熱調理器１０において行われる制御について≫
以下、誘導加熱調理器１０において制御部６０によって行われる特徴的な制御方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

誘導加熱調理器１０においては、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの設定出力が相違する場合に、交流電源の電圧変動周期を基準として、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの出力調整を行う。以下、第一インバータ３０ａの設定出力が、第二インバータ３０ｂの設定出力よりも高い場合を想定し、図４を参照しつつ詳細に説明する。

誘導加熱調理器１０において、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂに印加される交流電源２４は、所定の周波数（例えば商用周波数、５０［Ｈｚ］、あるいは６０［Ｈｚ］）で正弦波を描くように電圧が推移するものである。誘導加熱調理器１０においては、平滑されていないため交流電源２４を整流した波形を描くように電圧が推移する状態で第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂに供給される。

第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの設定出力が相違する場合には、制御部６０は、最も出力の高いインバータ３０（本例では第一インバータ３０ａ）について、デューティ比を制御しつつ、所定のパターンで駆動周波数を変更して出力制御する。具体的には、制御部６０は、第一インバータ３０ａが連続でオン状態となるようにデューティ比制御を行う。一方、制御部６０は、他のインバータ３０（本例では第二インバータ３０ｂ）について、最も出力の高いインバータ３０である第一インバータ３０ａよりも低いデューティ比で出力制御を行う。

具体的には、例えば、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂを出力比で７：１として動作させる場合には、制御部６０は、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂが図４に示すような出力を示すように制御を行う。

すなわち、制御部６０は、交流電源２４の４周期分の期間内のうち、３周期分の区間（図中の区間ａ，ｂ，ｄ）においては、第一インバータ３０ａがオン状態、第二インバータ３０ｂがオフ状態になるように制御する。また、制御部６０は、残りの１周期において、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの双方がオン状態になるように制御する。

また、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの双方がオン状態になる期間（図中の区間ｃ）においては、最も出力の高いインバータ３０である第一インバータ３０ａの駆動周波数と同等の周波数で、第二インバータ３０ｂを駆動させる。また、制御部６０は、交流電源２４の電圧がゼロになるゼロクロス位置において、複数のインバータ３０（第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂ）のオン・オフ、及び駆動周波数を変更する。

制御部６０は、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂを出力比が７：１である限り、区間ａ～ｄに亘る交流電源２４の４周期分の期間を繰り返す。これにより、誘導加熱調理器１０は、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂを７：１の出力比を維持ししつつ、動作することができる。

また、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂを出力比が他の比率に変化した場合には、上述したのと同様に、第一インバータ３０ａのみがオン状態になる期間、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの双方がオン状態になる期間の長さを調整することにより、デューティ比制御しつつ、最も出力の高いインバータ３０の駆動周波数と同等の周波数で、他のインバータ３０を駆動させる。

また、制御部６０は、複数のインバータ３０が同時にオン状態となるとき（図示例では、区間ｃ）における合計出力が、最も出力の高いインバータだけがオン状態となるときの出力（図示例では、区間ａ，ｂ，ｄ）と同等の大きさになるように制御される。図示例では、区間ｃにおいて、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの出力が、それぞれ区間ａ，ｂ，ｄにおける第一インバータ３０ａの出力の半分になるように制御することにより、出力の安定化を図っている。また、制御部６０は、交流電源２４の力率が０．９以上になるように、複数のインバータ３０（第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂ）の、オン・オフ及び駆動周波数を変更することとしている。

上述したように、本実施形態の誘導加熱調理器１０においては、最も出力の高い第一インバータ３０ａについて、デューティ比制御、及び駆動周波数の変更により出力制御が行われる。その一方で、制御部６０は、他のインバータ３０である第二インバータ３０ｂについて、最も出力の高い第一インバータ３０ａよりも低いデューティ比で出力制御を行うと共に、オン状態とするとき（例えば、図４の区間ｃ）には、最も出力の高い第一インバータ３０ａと同等の駆動周波数にて出力制御を行う。そのため、本実施形態の誘導加熱調理器１０においては、各インバータ３０（第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂ）における駆動周波数の相違をゼロあるいは最小限に抑制しつつ、第一加熱コイル１８及び第二加熱コイル２０において設定通りの出力が得られる。従って、本実施形態の誘導加熱調理器１０においては、複数の第一加熱コイル１８及び第二加熱コイル２０を異なる設定出力によって動作させたとしても、不快な干渉音が発生しにくい。

なお、本実施形態では、複数のインバータ３０を設けた例として、第一加熱コイル１８、及び第二加熱コイル２０に対応して第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの２つを設けた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第一加熱口１４及び第二加熱口１６に加えて、さらに加熱口を増設する等して、３つ以上のインバータ３０を設けた場合についても、上述したのと同様の制御を行うことにより、誘導加熱調理器１０は、不快な干渉音が発生しにくいものとなる。

また、上述した誘導加熱調理器１０は、制御部６０が、最も出力の高い第一インバータ３０ａについて、連続でオン状態となるようにデューティ比を制御することとしている。そのため、最も出力の高い第一インバータ３０ａについての出力制御をシンプルなものとすることができる。

なお、本実施形態では、最も出力の高い第一インバータ３０ａについて、連続でオン状態となるようにデューティ比を制御する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、誘導加熱調理器１０は、最も出力の高い第一インバータ３０ａがオン状態になる期間が不連続となるように出力制御するものであっても良い。

上述したように、誘導加熱調理器１０は、制御部６０が、複数のインバータ３０が複数同時にオン状態となるとき（図示例では区間ｃに相当）の合計出力と、最も出力の高い第一インバータ３０ａだけがオン状態となるとき（図示例では区間ａ，ｂ，ｄに相当）の出力とが同等となるように制御することとしている。誘導加熱調理器１０は、このように制御することにより、出力に対応する入力の変動を最小限に抑制できる。これにより、交流電源につながる他の機器において、例えば照明のちらつきなどの影響が出る可能性を最小限に抑制できる。なお、本実施形態では、複数のインバータ３０が複数同時にオン状態となるときと、最も出力の高い第一インバータ３０ａだけがオン状態となるときとで、入力を略均一化する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。

上述したように、本実施形態の誘導加熱調理器１０は、交流電源２４の電圧がゼロになるゼロクロス位置において、複数のインバータ３０のオン・オフや、駆動周波数を変更することとしている。このように、ゼロクロス位置を基準としてインバータ３０のオン・オフや、駆動周波数の変更を行うことにより、スイッチングロスやノイズが発生しにくくなる。また、このような制御を行えば、インバータ３０を構成する素子への負担も最小限に抑制できる。

なお、本実施形態では、誘導加熱調理器１０は、交流電源２４の電圧がゼロになるゼロクロス位置を基準として、各インバータ３０のオン・オフや、駆動周波数の変更を行う例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、交流電源２４の半周期よりも短い第一区間Ｘ及び第二区間Ｙを規定し、第一区間Ｘと第二区間Ｙとで、複数のインバータ３０のオン・オフ及び駆動周波数を変更するようにしても良い。

図５の例についてさらに詳細に説明すると、第一区間Ｘは、交流電源２４の電圧がゼロになるゼロクロス位置を中心として規定される区間である。第一区間Ｘは、ゼロクロス位置を基準として、交流電源２４の半周期よりも短い所定時間ｔずつ前後にあたる区間である。第二区間Ｙは、交流電源２４の電圧がピークとなる時点を中心とする区間である。第二区間Ｙは、第一区間Ｘを除く区間である。

図５の例においては、複数のインバータ３０のオン・オフ及び駆動周波数を変更する制御の切換えを、交流電源２４の半周期分の電圧変動波形の途中で行っているが、電圧がピークとなる位置を基準として線対称の形状となるように、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの出力制御を行う。具体的には、第一区間Ｘにおいては、第一インバータ３０ａがオン状態になり、第二インバータ３０ｂがオフ状態になるように出力制御が行われる。また、第二区間Ｙにおいては、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂが共に同じ駆動周波数でオン状態になるように出力制御される。

図５の例においても、第一区間Ｘ、及び第二区間Ｙの双方とも、第一インバータ３０ａの出力及び第二インバータ３０ｂの出力の合計（誘導加熱調理器１０全体における出力）が一定となるように制御される。

図５に示す例のような制御を行った場合は、インバータ３０のオン・オフ及び駆動周波数の変更制御が、交流電源２４の周期の途中で行われることになるものの、各インバータ３０のオン・オフ及び駆動周波数の変更制御は、交流電源２４の電圧がピークとなるタイミングを中心として前後に対称となるタイミングにおいて行われる。このようなタイミングで制御を行えば、偶数次の高調波が発生せず、高調波規制や力率の面において有利である。また、上述した構成によれば、制御の切換え周期が交流電源周波数の２倍になるため、連続動作をするときとほぼ同様の性能が得られる。

本発明は、上述した実施形態や変形例等として示したものに限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲でその教示および精神から他の実施形態があり得る。上述した実施形態の構成要素は任意に選択して組み合わせて構成するとよい。また実施形態の任意の構成要素と、発明を解決するための手段に記載の任意の構成要素または発明を解決するための手段に記載の任意の構成要素を具体化した構成要素とは任意に組み合わせて構成してもよい。これらについても本願の補正または分割出願等において権利取得する意思を有する。

本発明は、誘導加熱調理器全般において好適に利用できる。

１０ ：誘導加熱調理器
１８ ：第一加熱コイル
２０ ：第二加熱コイル
２４ ：交流電源
３０ ：インバータ
３０ａ ：第一インバータ
３０ｂ ：第二インバータ
６０ ：制御部

Claims (5)

1. 複数の加熱コイルと、
   前記複数の加熱コイルそれぞれに対応して設けられ、高周波電流を供給する複数のインバータと、
   複数の前記インバータがそれぞれ設定された出力となるように、駆動周波数、及び、デューティ比を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   最も出力の高いインバータについて、デューティ比を制御しつつ、所定のパターンで駆動周波数を変更して出力制御を行い、
   他のインバータについて、最も出力の高いインバータよりも低いデューティ比で出力制御を行うと共に、オン状態とするときには最も出力の高いインバータと同等の駆動周波数にするものであり、
   前記制御部が、
   前記複数のインバータが複数同時にオン状態となるときの合計出力と、最も出力の高いインバータだけがオン状態となるときの出力とが同等となるよう、出力に対応する前記インバータへの入力の変動を抑制する制御を行うこと、
   を特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記制御部は、
   最も出力の高いインバータについて、連続でオン状態となるようにデューティ比を制御すること、
   を特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記制御部が、
   交流電源の電圧がゼロになるゼロクロス位置において、前記複数のインバータの、オン・オフ及び駆動周波数を変更すること、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記制御部が、
   交流電源の電圧がゼロになるゼロクロス位置を中心として、前記交流電源の半周期よりも短い所定時間分ずつ前後にあたる第一区間と、交流電源の電圧がピークとなる時点を中心とする、前記第一区間を除く第二区間とで、前記複数のインバータの、オン・オフ及び駆動周波数を変更すること、
   を特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
5. 前記制御部が、
   交流電源の力率が０．９以上になるように、前記複数のインバータの、オン・オフ及び駆動周波数を変更すること、
   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。

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