JPH03145092A - 電磁調理器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はインバータ回路により高周波電力を発生して被
加熱物を誘導加熱する電磁調理器に関するものである。

（従来の技術） 電磁調理器は高温となる発熱部がないので安全性が高く
、また熱効率が高いなどの利点を有し種々のものが開発
されている。

ハーフブリッジ型のインバータ回路を用いる電磁調理器
は、スイッチング素子へ電源電圧以上の電圧が印加され
ないので、非磁性のアルミニウム製の鍋や銅製の鍋をも
加熱し得る電磁調理器や大電力型の電磁調理器などに採
用されている。

このようなハーフブリッジ型のインバータ回路を用いる
従来の電磁調理器としては第９図に示すようなものが知
られている。

第９図に示すハーフブリッジ型のインバータ回路１２５
はインバータ駆動回路１１３からの信号に基づいてトラ
ンジスタ１１５，１１７が交互にオンオフ動作して加熱
コイル１１９へ高周波電力を発生させるようにしている
。すなわち加熱コイル１１つと共振用コンデンサ１２１
が直列共振状態に設定され、この加熱コイル１１９から
発生する磁束による電磁誘導作用により図示しない鍋な
どの被加熱物へ渦電流を発生して加熱するようになって
いる。

第９図に示す従来装置では、インバータ電圧Ｖｄｃを制
御することにより入力制御を行なうようにしている。す
なわち入力制御回路１３３が人力設定回路１３１及び負
荷検知回路１３５からの信号に基づいてサイリスタ１０
７ａ、１０７ｂを制御することにより人力電力を連続的
に制御するようにしている。このときインバータ電圧Ｖ
ｄｃと、共振用コンデンサ１２１を流れるインバータ電
流との位相差が常に９０″で一定となるように発振周波
数を制御することにより最大の人力電力が得られるよう
にしている。

ところで第９図に示した従来例では、入力電力を連続的
に制御するようにしているので、第１０図に示すように
交流電源１０１からの入力電流ｌＩＮが断続的に流れて
電源部へノイズが発生するという問題点を有していた。

そこでインバータ電圧とインバータ電流との位相差を積
極的に変化させて入力制御を行なういわゆる位相差制御
方式の電磁調理器が提案されている。このような位相差
制御方式の電磁調理器は電源部に発生するノイズが少な
く、またサイリスタの損失による効率の低下が生じない
という利点を有する。

（発明が解決しようとるす課題） しかしながら、例えばアルミニウム製の鍋をトッププレ
ートの上に載置して加熱する際に、いわゆる反発力を発
生するという問題点を有していた。

具体的に説明すると、第１１図に示す如くアルミニウム
製の鍋を、例えば入力電力２０００Ｗで加熱すると９２
０ｇの反発力が発生する。このときアルミニウム製の鍋
全体の重さが例えば１ｋｇ程度であって被調理物として
油等が僅かに入っているだけの場合には、この反発力に
よって鍋がトッププレートの上を振動しながら移動して
危険である。従ってこのような、いわゆる被加熱物の浮
上りを検知したときには直ちにインバータ回路の発振を
停止させる必要が生じる。

このような被加熱物の浮上りが発生すると被加熱物と加
熱コイルとの距離に応じて加熱コイルのインダクタンス
が大きくなる。従ってサイリスタによる入力制御方式を
採用する電磁調理器では、インバータ電圧とインバータ
電流の位相差が９００で一定のまま発振周波数が低下す
る。また前述した位相差制御方式を採用する電磁調理器
では、設定された位相差が一定の状態でインバータ回路
の発振周波数が低下する。

従って、サイリスタによる入力制御方式を採用する電磁
調理器は、入力電力を徐々に上げていきインバータ回路
の発振周波数が所定以上低下したことを検知することに
より被加熱物の浮上りを検出することができる。

これに対して位相差制御方式を採用する電磁調理容では
、入力電力を小さい値から大きい値に変化させると、こ
れに応じてインバータ回路の発振周波数も低下するので
この発振周波数の低下を検知するだけでは被加熱物の浮
上りを判別することが困難であった。

本発明は上記課題に鑑みて成されたもので、位相差制御
方式を採用する電磁調理器において、被加熱物の浮上り
を確実に検出することのできる電磁調理器を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を遺戒するための本願第１の発明は、被加熱物
を誘導加熱する加熱コイルに印加する高周波電力を当該
加熱コイルと共振用コンデンサとの共振によって発生す
るインバータ回路と、このインバータ回路の出力電圧の
位相と共振用コンデンサを流れる電流の位相との位相差
を設定する位相差設定手段と、この位相差設定手段で設
定される位相差となるように前記インバータ回路の発振
周波数を制御する発振周波数制御手段と、前記インバー
タ回路が発振を開始したときには当該発振周波数から当
該被加熱物に浮き上がりが生じるときの発振周波数を予
測する演算手段とを有して構成した。

さらに本願第２の発明は、被加熱物を誘導加熱する加熱
コイルに印加する高周波電力を当該加熱コイルと共振用
コンデンサとの共振によって発生するインバータ回路と
、このインバータ回路の出力電圧の位相と共振用コンデ
ンサを流れる電流の位相との位相差を設定する位相差設
定手段とこの位相差設定手段で設定される位相差となる
ように前記インバータ回路の発振周波数を制御する発振
周波数制御手段と、前記インバータ回路が発振を開始し
たときには、当該発振周波数から当該被加熱物に浮き上
がりが生じるときの発振周波数を予測して、この予測し
た発振周波数に所定量を付加した基準周波数を設定する
演算手段と、この演算手段で設定された基準周波数と前
記位相差設定手段で設定されて順次人力電力を増加した
ときのインバータ回路の発振周波数とを比較する比較手
段と、この比較手段でインバータ回路の発振周波数が基
準周波数を下回ったときには当該インバータ回路の発振
を停止せしめる停止手段とを有して構成した。

（作用） 本願第１の発明である電磁調理器においては、インバー
タ回路の加熱コイルと共振コイルとの共振によって発生
した高周波電力で当該加熱コイルに近接して配設される
被加熱物を誘導加熱するようにしている。また、このと
き位相差設定手段で設定されるインバータ回路の出力電
圧の位相と共振用コンデンサを流れる電流の位相との位
相差に発振周波数制御手段でインバータ回路の発振周波
数を制御することによって当該電磁調理器の入力制御を
行なうことができる。また、被加熱物を加熱する際には
、被加熱物が加熱コイルとの間の反発力によって浮き上
がる、いわゆる鍋浮きが生じることのない程度に十分に
入力電力が低くなるように位相差を大きくとり、被加熱
物の初期加熱を行なう。このときのインバータ回路の発
振周波数を険出し、この検出値から被加熱物の種類、す
なわち位相差を小さくしていき、入力電力を上げたとき
に当該被加熱物に浮き上がりが生じるときのインバータ
回路の発振周波数を予測するようにしている。

さらに本願第２の発明においては、この予測した発振周
波数を基に所定の、例えば余裕分としての周波数を減じ
て設けたしきい値である基準周波数を設定するようにし
ている。このようにして設定された基準周波数は位相差
設定手段で設定されて順次入力電力を増加することによ
って、通常減少する発振周波数と比較される。このとき
当該被加熱物に浮き上がりが生じていないときには発振
周波数は基準周波数を下回ることはなく加熱が続行され
る。一方浮き上りが生じると当該発振周波数は急激に減
少し基準周波数を下回り、この基準周波数を下回ったこ
とが比較手段で判別されると停止手段がインバータ回路
の発振を停止して、加熱が中止される。

（実施例） 以下本発明に係る一実施例を図面を参照して詳細に説明
する。

まず第１図を参照して構成を説明する。

交流電源１は直流電源回路３と接続されている。

この直流電源回路３は交流電源１を整流するためのブリ
ッジ回路５と、整流された脈流を平滑化するためのコン
デンサ７とから？ＭｔＥされている。

ハーフブリッジ型のインバータ回路９は２つのトランジ
スタ１１．１３と、各トランジスタ１１゜１３のコレク
ターエミッタ間に接続されたダイオード１５．１７と、
直列共振回路すなわち加熱コイル１９と、この加熱コイ
ル１９へ直列に接続された共振用のコンデンサ２１とか
ら構成されている。

位を目比較回路２３は第１の信号としてインバータ電圧
ＶＩＮを人力するとともに、コンデンサ２１を流れるイ
ンバータ電流１１Ｎと位相的に相関する第２の信号とし
てコンデンサ２１の両端の電圧ＶＣ＋を入力しており、
双方の信号の位相を比較して比較の結果、すなわち双方
の信号の位相差ニ係る信号をローパスフィルタ２５へ出
力する。

位相差設定回路２７は後述する入力電力設定回路３３又
は初期発振回路３５からの信号に応じて前述した第１の
信号とｊｌｉ２の信号の位相差を設定する。この設定さ
れた位相差に応じて入力電力が調整されるようになって
いる。

ＶＣＯ２９は前記位相差設定回路２７によって設定され
た位相差となるようにインバータ回路９の発振周波数を
制御するための発振周波数制御手段であり、ローパスフ
ィルタ２５からの信号電圧に応じて発振周波数を変化さ
せる。

駆動回路３１はＶＣＯ２９からの信号に基づいてトラン
ジスタ１１．１３を交互にオンオフ動作させる。

入力電力設定回路３３は電磁調理器を使用する調理者が
希望の入力電力を設定するためのものである。初期発振
回路３５は電源投入時に所定時間だけ動作して初期信号
を位相差設定回路２７１発振制御回路３７及び演算回路
３９へ出力する。これにより位を０差設定回路２７はイ
ンバータ電圧とインバータ電流との位相差を例えば１３
０°に設定する。また発振制御回路３７は初期発振回路
３５からの初期信号に基づいて駆動回路３１を動作させ
る。これにより被加熱物がアルミニウム製の鍋である場
合には低い入力電力例えば２００ワツトに設定される。

演算回路３９は初期発振回路３５からの初期信号を入力
すると、被加熱物の浮上りを検知するための基準周波数
を特定の入力電力、すなわち第１の信号と第２の信号と
の特定の位相差と対応して演算する。

ここでこの基準周波数の演算に係る処理を具体的に説明
する。

第２図は厚さが一定で且つ直径が比較的大きなアルミニ
ウム製の鍋をトッププレートの上に載置した場合の入力
電力に対するインバータ回路の発振周波数を示した特性
図である。

電源投入時において初期発振回路３５からの初期信号に
基づいてインバータ回路９は第２図に示すように初期発
振周波数ｒｏで発振する。このときの初期発振周波数ｆ
ｏの値は、トッププレートの上に載置された鍋の材質及
び鍋の大きさなどにより変動する。尚、鍋の大きさとは
、鍋の直径、肉厚及び重量等をいう。

第３図はインバータ電圧とインバータ電流との位相差に
対する発振周波数をアルミニウム製の鍋の大きさ毎に示
したものであり、同図に示す曲線ａは直径が比較的大き
なアルミニウム製の鍋の特性曲線を示し、同図曲線すは
直径が中程度のアルミニウム製の鍋の特性曲線を示し、
曲線Ｃは直径が比較的小さなアルミニウム製の鍋の特性
曲線を示したものである。ここで位相差１３０’は例え
ば入力電力２００Ｗと対応し、位＋ａ差９０″′は入力
電力１５００Ｗと対応する。

第３図からも明らかなようにインバータ電圧とインバー
タ電流の位相差を１３０＠に設定した場合すなわち入力
電力を例えば２００Ｗに設定したいゆわる初期発振状態
においてはトッププレートの上に載置される被加熱物の
材質及びその大きさすなわち直径によって初期発振周波
数「口が変化する。

演算回路３つはこのような初期発振状態における初期発
振周波数［’ｏと相応する信号をローパスフィルタ２５
から入力する。次に演算回路３９は第（１）式に示す演
算処理を実行し、被加熱物の浮上りを検知するための基
準周波数ｆ’ｓを算出する。

ｒｓ−１’ｏ−Ｃα　　（「　０　）　　＋　β　コ　
　　　　　　　　　　　・・・（１）第４図はインバー
タ電圧とインバータ電流の位相差を９０″一定にした状
態でトッププレートとこのトッププレートの上に載置さ
れる鍋の底との間の距離を変化させた場合におけるイン
バータ回路の発振周波数の変化を示した特性図であり、
第４図からも明らかなように鍋の浮上りが発生した場合
にはインバータ回路の発振周波数が低下する。

従って第（１）式に示す計算式によって位相差９０″す
なわち入力電力１５００Ｗにおける被加熱物の浮上りを
検知するための基準周波数ｆｓを算出することができる
。

ここで第（１）式に示す周波数αの値は初期発振状態に
おける初期周波数ｒｏの値に応じて変化し、実験的に求
められる。

このときトッププレートの上に載置される鍋の厚さが一
定である場合にはこの厚さによっては周波数αの値は変
化しないことが確認されている。

また第（１）式に示した周波数βの値を小さく設定する
と被加熱物の浮上りを敏感に検出することができ、逆に
周波数βの値を大きく設定すると被加熱物の浮上りの検
出が鈍くなる。

以上の如く演算回路３９は特定の位相差における被加熱
物の浮上りを検知するための基準周波数ｆｓを算出する
と、この基準周波数ｒｓをメモリ回路４１へ出力する。

比較器４３は一方の入力端子へメモリ回路４１からの基
準周波数「０と対応する信号を入力すると共に、他方の
入力端子へローパスフィルタ２５からの通常時すなわち
加熱動作時におけるインバータ回路９の発振周波数ｒｎ
と対応する信号を入力しており、この双方の信号を比較
する。

第５図は被加熱物の浮上りが発生した場合の入力電力に
対する発振周波数の変化を示した特性図であり、第５図
に示すように加熱動作時におけるインバータ回路の発振
周波数ｆｎの値が前述した基準周波数「Ｓを下回った場
合には比較器４３が被加熱物の浮上りを検知して発振制
御回路３７へ信号を出力する。これにより発振制御回路
３７は駆動回路３１の動作を停止し、インバータ回路９
の発振動作を停止させる。

次に第６図を参照して第２図に示した実施例の加熱動作
時における作用を説明する。

駆動回路３１からの信号に基づいてトランジスタ１１．
１３が交互にオンオフ動作すると、加熱コイル１つとコ
ンデンサ２１が直列共振状態に設定される。これにより
加熱コイル１９が高周波電力を発生して図示しない鍋等
の被加熱物を加熱する。

このときインバータ回路９の発振周波数を加熱コイル１
９と共振用コンデンサ２１とで戊る直列共振回路の共振
周波数と等しい値に設定すると、直列共振回路は抵抗負
荷のみにより、負荷インピーダンスＺは次の第（２）式
により示される。

Ｚ−ＲＬ＋ＲＣ・・・（２） ただしＲＬ：負荷抵抗 ＲＣ：加熱コイル１９の抵抗 第０）式からも明らかなように負荷インピーダンスＺは
抵抗成分のみとなり、このときの負荷電流は最大の値と
なる。また第６図に示す期間Ｔａの間、直列共振回路へ
有効電力が供給され、このときの電力量は最大の値とな
る。

次に入力電力の制御について説明する。

人力電力の制御を行なう場合は位相差設定回路２７によ
り第１の信号と第２の信号の位相差を９０ｅ以上に設定
することにより行なう。すなわち位相差を９０°以上に
設定すると、誘導負荷状態となり第６図（Ｃ）及びＣＤ
）に示すようにインバータ電流１１Ｎがインバータ電圧
ＶＩＮに対して遅れ位相となる。このときの負荷インピ
ーダンスＺは次の第（３）式により示される。

・・・（３） また第６図ＣＤ）に示すように期間Ｔ２の短期間だけ直
列共振回路へ電力が供給される。このようには相差を９
０１以上に設定すると、負荷インピーダンス２が大きく
なり、インバータ回路９へ流れる電流が減少するので入
力電力を連続的に低く制御することができる。

次にｊｌに７図を参照して被加熱物の浮上りの検出に係
る処理を説明する。

まず電源が投入されると初期発振回路３５が初期信号を
位相差設定回路２７へ出力する。ステップＳ１ではｔｆ
Ｌ相差設定回路２７が初期発振回路３５からの初期信号
を入力するとインバータ電圧とインバータ電流の位相差
を大きな値、例えば１３０″に設定する。続いてステッ
プＳ３では初期発振回路３５が初期信号を発振制御回路
３７へ出力する。ステップＳ５では発振制御回路３７が
駆動回路３１を動作させることによりインバータ回路９
の発振動作を開始させる。

以上の如くインバータ回路９は位相差設定回路２７によ
って設定された位相差に応じた初期発振周波数ｒｏで発
振動作を行なう。ステップｓ７ではこの初期発振周波数
ｒｏと対応する値の信号をローパスフィルタ２５から入
力する。続いてステップＳ９では演算回路３９が第（り
式により基準周波数ｆ’ｓを算出する。

次にステップＳｌｌでは演算回路３９によって算出され
た基準周波数ｒｓの値をメモリ回路４１へ記憶する。続
いてステップＳ１Ｂでは人力電力設定回路３３が設定さ
れた人力電力に相応する信号を位相設定回路２７へ出力
する。これにより位相差設定回路２７は所望の入力電力
となるような位相差の値例えばインバータ電圧とインバ
ータ電流の位を０差が９０＠となるように設定する。

以上説明した基準周波数ｆｓを算出するための処理が終
了すると、すなわち初期周波数ｒｏによる初期発振動作
が終了すると、入力電力設定回路３３によって設定され
た入力電力の値に応じて加熱動作を開始する。ステップ
５１５ではこのような通常の加熱動作時におけるインバ
ータ回路の発振周波数「ｎを取込む。続いてステップＳ
１７では基準周波数ｆｓの値と前述した加熱動作時にお
けるインバータ回路の発振周波数ｆｎの値とを比較して
おり、加熱動作時におけるインバータ回路の発振周波数
ｆ’ｎの値が基ｉ１１周波数ｆ’ｓの値を上回る場合に
はステップＳ１５へ進み加熱動作を継続してインバータ
回路の発振周波数ｆｎの取込みを継続する。またステッ
プＳ１７においてインバータ回路の発振周波数ｒｎの値
が基準周波数Ｕｓの値を下回った場合には被加熱物の浮
上りが発生したことを判定してステップＳ１９へ進む。

ステップ３１９では発振制御回路３７が駆動回路３１の
動作を停止させることにより、インバータ回路９の発振
動作を停止させる。従って被加熱物の浮上りが発生した
場合には確実に加熱動作を停止させることができ安全性
を確保することができる。

次に第８図を参照して本発明に係る他の実施例を説明す
る。

第２図に示した実施例では最大入力電力例えば入力電力
１５００Ｗにおいて被加熱物の浮上りを検知するための
基準周波数ｒｓを設定したのに対して、第８図に示す実
施例は、最大入力電力以下の小さな入力電力においても
適切な値の基準周波数を設定することにより、入力電力
が低い場合においても被加熱物の浮上りを確実に検出す
るようにしたことを特徴とする。

具体的に説明すると、初期発振周波数ｆ’ｏが求まると
、この初期発振周波数ｆｏの値に応じて第８図に示すよ
うな複数の基準周波数の値、例えば入力電力ｗ、、ｗ２
　、Ｗ３・ｗ４　、Ｗ５のそれぞれの時点における基準
周波数ｒｓｌ　、　ｆｓ２　、　ｒｓ３　。

・・・、　ｆ’ｓ５を演算する。例えば基準周波数ｒｓ
ｌ　を算出する場合には初期発振周波数ｒｏから実験に
よって求めた周波数α１及び所定の値の周波数βを減算
する。以下同様に入力電力と対応して実験的に求められ
た周波数αの値を初期発振周波数「０から減算すると共
に、更に所定の値の周波数βを減算することにより対応
する入力電力における基準周波数「Ｓを算出する。この
ような複数の基準周波数ｔｓ＋　、　ｆ’ｓ２　、　　
［’ｓ３　、・・・、「ｓ５が算出されると、各基ｉ１
！周波数を連ねて閾値曲線を設定する。これにより任意
の人力電力における鍋の浮き上りを検出することができ
る。

以上の如くそれぞれの入力電力毎に算出された基準周波
数ｒｓｌ　、　ｒｓ２　、　ｆ’ｓ３　、−、　ｆ’ｓ
５は対応する入力電力の値と共にテーブルとしてメモリ
回路へ記憶されるようになっている。従って比較回路で
はそれぞれの入力電力毎に対応する基準周波数を用いて
被加熱物の浮上りを検出する。

以上の如く第８図に示す実施例は、最大入力電力以下の
小さな入力電力においても確実に被加熱物の浮上りを検
出することができる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明によれば、被加熱物の浮
上りを検知するための特定の位相差に対応した基準周波
数を設定しておき、この基準周波数の直よりもインバー
タ回路の発振周波数が下回った時には被加熱物の浮き上
りが発生したことを判断してインバータ回路の動作を停
止させるように構成したので、被加熱物の浮上りを確実
に検出することができ、安全性を更に改善することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例を示したブロック図、第
２図は被加熱物の浮上りを検知するための基準周波数ｒ
ｓを設定する説明図、第３図は位相差に対するインバー
タ回路の発振周波数を被加熱物の大きさ毎に示した特性
図、第４図は鍋底とトッププレートとの間の距離に対す
る発振周波数の変化を示した特性図、第５図は被加熱物
の浮上りが発生した場合の特性図、第６図は第１図に示
した実施例の加熱動作時における各部の信号波形図、第
７図は第１図に示した実施例の基準周波数の算出に係る
処理を示したフローチャート、第８図は本発明に係る他
の実施例を示した説明図、第９図は従来例を示したブロ
ック図、第１０図は第９図の各部の信号波形図、第１１
図はインバータ回路の入力電力に対する反発力を示した
特性図である。 ９・・・インバータ回路 １つ・・・加熱コイル ト・・共振用コイル ３・・・位相比較回路 ７・・・位相差設定回路 ９・・・ｖＣｏ ７・・・発振制御回路 ９・・・演算回路 ３・・・比較器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加熱物を誘導加熱する加熱コイルに印加する高
   周波電力を当該加熱コイルと共振用コンデンサとの共振
   によって発生するインバータ回路と、このインバータ回
   路の出力電圧の位相と共振用コンデンサを流れる電流の
   位相との位相差を設定する位相差設定手段と、 この位相差設定手段で設定される位相差となるように前
   記インバータ回路の発振周波数を制御する発振周波数制
   御手段と、 前記インバータ回路が発振を開始したときには当該発振
   周波数から当該被加熱物に浮き上がりが生じるときの発
   振周波数を予測する演算手段とを有することを特徴とす
   る電磁調理器。
2. （２）被加熱物を誘導加熱する加熱コイルに印加する高
   周波電力を当該加熱コイルと共振用コンデンサとの共振
   によって発生するインバータ回路と、このインバータ回
   路の出力電圧の位相と共振用コンデンサを流れる電流の
   位相との位相差を設定する位相差設定手段と、 この位相差設定手段で設定される位相差となるように前
   記インバータ回路の発振周波数を制御する発振周波数制
   御手段と、 前記インバータ回路が発振を開始したときには、当該発
   振周波数から当該被加熱物に浮き上がりが生じるときの
   発振周波数を予測して、この予測した発振周波数に所定
   量を付加した基準周波数を設定する演算手段と、 この演算手段で設定された基準周波数と前記位相差設定
   手段で設定されて順次入力電力を増加したときのインバ
   ータ回路の発振周波数とを比較する比較手段と、 この比較手段でインバータ回路の発振周波数が基準周波
   数を下回ったときには当該インバータ回路の発振を停止
   せしめる停止手段と を有することを特徴とする電磁調理器。