JPH07211447A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷の状態、変化を適確にとらえて、安定で
かつ安全な動作を継続させる誘導加熱調理器を提供す
る。 【構成】 制御回路１２は入力電力設定部１８、直列接
続された２個の高周波スイッチングトランジスター４を
一定周波数で交互に駆動させる駆動信号発生部１３、イ
ンバーター出力電流検出部１６及び全体の制御を行なう
制御部１９等で構成し、制御回路１２は設定電力に応じ
て駆動周波数を変化させるとともに、駆動周波数の一定
値変化に対するインバーター出力電流の変化量を検出し
その変化量が一定量以下に達した場合に駆動周波数の変
化を停止しその状態を保持するよう制御するものとし、
さらに一定時間間隔で駆動周波数の可変動作と変化量検
出動作を行わせるよう制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、負荷の状態、変化に対
応し、安全でかつ安定した動作を継続させる、業務用厨
房などで使用される高出力の誘導加熱調理器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高出力の誘導加熱調理器は、例え
ば特開平５−１１４４７４号公報に示すように、交流商
用電源を整流平滑した直流電源を高周波変換し加熱コイ
ルに高周波電流を供給するインバーター回路と、インバ
ーター回路の制御回路を有し、インバーター回路は２個
直列接続された高周波スイッチングトランジスター、加
熱コイル、共振用コンデンサー、スバナコンデンサーな
どからなるいわゆるシングルプッシュプル方式の電流共
振形インバーターで構成されている。

【０００３】２個の高周波スイッチングトランジスター
を交互に導通させて、加熱コイル、共振用コンデンサー
からなる直列回路に高周波電流を流し、高周波磁束を発
生させ、負荷である鍋等の磁性体に渦電流を発生させ
て、それによるジュール熱によって加熱を行わせてい
る。

【０００４】一方消費電力の調節は交互に駆動する２個
の高周波スイッチングトランジスターの駆動周波数によ
って共振用コンデンサー、加熱コイル、負荷の鍋からな
る等価インピーダンスが変化することから、インバータ
ー出力電流が変化することを利用している。

【０００５】図２にインバーター回路の駆動周波数変化
に伴う負荷のインピーダンス変化曲線と電流変化曲線を
示すが、高周波領域では誘導性インピーダンスを示し、
周波数を低下してくると次第にインピーダンス｜Ｚ｜が
低下してくることになる。さらに周波数を低下してくる
とインピーダンス｜Ｚ｜が最低値を示す点に達し、この
時点でインバーター出力電流｜Ｉ L｜が最大値を示し、
入力電力値が最大になる。この時点での駆動周波数（以
下共振周波数と記す）ｆo は、負荷の等価インダクタン
スをＬ、共振用コンデンサーの容量をＣとすると ｆo ＝１／２π√ＬＣ で求められ、負荷は系の等価抵
抗分のみとなる。

【０００６】この共振周波数ｆo からさらに駆動周波数
を低下させると、等価インピーダンスは容量性となり、
次第にインピーダンス｜Ｚ｜は増加していく。通常、こ
のような直列共振方式のインバーターの場合は駆動周波
数を変えることで、共振回路のインピーダンスを変え、
電力調節を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の誘導加熱調
理器の電力制御は、入力電力を設定し加熱を行わせる場
合、その設定値になるように入力電流、電圧を検出しな
がら高周波スイッチングトランジスターの駆動周波数を
設定し、インバーターを動作させているが、負荷の状態
によっては設定電力まで電力を上昇させていった場合
に、共振周波数ｆoの点を通過しても、設定値に達しな
いものも存在する。

【０００８】従って制御系はさらに周波数を低下させ、
容量性領域まで達することがある。このような状態で、
負荷（鍋など）を上下に揺らす操作を行ったり激しく振
動させた場合、インピーダンス｜Ｚ｜が急変し、特に共
振点ｆo を行き来する現象が発生した場合には瞬間に過
大な電流がインバーター回路に流れて、高周波スイッチ
ングトランジスターに過大なストレスがかかることにな
ったり、保護回路が動作し通電が停止することがあり、
不都合が生ずることが多かった。

【０００９】インバーター回路と、インバーター回路の
制御回路を有する誘導加熱調理器において、特開平２−
２４４５８５号公報に示すように、制御回路は負荷（鍋
など）載置の有無に従って変化するインバーターの入力
または出力側における電力の規定値以下への低下と、電
流の規定値以上への増大とをそれぞれ比較演算し、それ
ぞれの出力のＡＮＤ演算結果から負荷載置の有無を検出
する空炊き検出装置と、さらに空炊き検出装置からの負
荷無載置の場合の空炊き検出信号を受けてインバーター
の入力または出力電力の低減保持指令と、空炊き状態が
規定時間以上継続した場合に停止指令を与える電力制御
装置からなるものがある。

【００１０】この発明では、確実な空炊き検出を行い、
中華料理等で負荷（鍋など）を上下に揺らす程度の規定
時間内の空炊き状態の継続に対してはインバーターの動
作を継続出来るようにし、規定時間以上継続した場合は
インバーターの動作を自動停止することが出来るが、規
定時間内の空炊き状態の継続の繰返し等条件の変化、空
炊き以外の負荷の適不適の判定、異なる負荷への対応等
には対応していない。

【００１１】本発明の目的は負荷の状態、変化に対応
し、安全でかつ安定した動作を継続させる誘導加熱調理
器を実現することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、交流商用電源と、交流
商用電源を整流平滑した直流電源を高周波変換し加熱コ
イルに高周波電流を供給するインバーター回路と、イン
バーター回路の制御回路を有し、インバーター回路は２
個直列接続された高周波スイッチングトランジスター、
加熱コイル、共振用コンデンサー、スバナコンデンサー
等からなる誘導加熱調理器において、制御回路は入力電
力設定部、直列接続された２個の高周波スイッチングト
ランジスターを一定周波数で交互に駆動させる駆動信号
発生部、インバーター出力電流検出部及びインバーター
回路の制御を含む全体の制御を行なう制御部で構成し、
この制御回路は制御部が入力電力設定部にて設定した設
定電力に応じて駆動信号発生部の駆動信号の駆動周波数
を変化させるとともに、駆動周波数の一定値変化に対す
るインバーター出力電流検出部が検出するインバーター
出力電流の変化量を検出しその変化量が一定量以下に達
した場合に駆動信号発生部の駆動周波数の変化を停止し
その状態を保持するよう制御するものとした。さらに一
定時間間隔で駆動周波数の可変動作と変化量検出動作を
行わせるよう制御するとより良い。

【００１３】

【作用】上記のように構成したことにより、制御回路の
制御部は駆動信号発生部を制御し高周波スイッチングト
ランジスターの駆動周波数の変化分に対するインバータ
ー出力電流検出部にて検出されるインバーター出力電流
の変化分が一定値となる条件を満たすまで周波数を低下
させて、入力電力設定部にて設定した設定電力値に達す
るまで演算を行わせている。設定電力値に達するまでに
この条件を満たした場合、その時点で周波数の低下を一
旦停止し、一定の共振状態を維持するように働かせる。

【００１４】また、制御部は周波数の変化分に対するイ
ンバーター出力電流の変化分が一定値となる条件を満た
すまで周波数の測定を一定時間ごとに行い、データを更
新し一定値になる周波数である共振点の手前の周波数で
周波数の低下動作を停止させるように制御を行なう。従
って、インバーターは常に誘導性負荷の領域での動作を
行っている動作中に負荷（鍋など）を勢いよく上げ下げ
した場合、誘導性負荷領域であれば加熱コイルから鍋が
離れることによって負荷のインピーダンスが上昇するた
め、それに伴いインバーター出力電流が低下し自動的に
電力抑制方向に動作し、不必要な電力が消費されず安全
な方向に移行することが出来ると共に、一度だけでなく
この動作を継続し状態の変化があれば同様に作用する。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例について図面に従って
説明する。図１は本発明の一実施例を施した誘導加熱調
理器のブロック回路図であり、図２は同インピーダンス
及びインバーター電流の対周波数特性図であり、図３は
同インバーター電流の変化の割合を示す対周波数特性図
である。

【００１６】図１において、１は交流商用電源であり、
この交流商用電源１を整流用ダイオード２で直流に整流
し、この直流電源を平滑コンデンサー３で平滑してい
る。インバーター回路は２個直列接続された高周波スイ
ッチングトランジスター４、フライホイールダイオード
５、６、加熱コイル７、共振用コンデンサー８、９と、
高周波スイッチングトランジスター４に接続されたスバ
ナコンデンサー１０、インバーター電流検出用カレント
トランス１１から構成され、図のように接続された電流
共振型であり、前記整流平滑された直流電源を高周波変
換する。

【００１７】制御回路１２は高周波スイッチングトラン
ジスター４を駆動する駆動信号発生部１３、電源電圧検
出部１４、入力電流検出部１５、インバーター出力電流
検出部１６、電源回路１７、入力電力設定部１８及びイ
ンバーター回路の制御を含む全体の制御を行う制御部１
９等で構成されている。

【００１８】上記の構成でインバーター回路は制御部１
９の出力によって駆動信号発生部１３から発生する駆動
信号を２個直列接続された高周波スイッチングトランジ
スター４に与えてそれぞれ交互に駆動し、加熱コイル７
に高周波電流を流し、高周波磁束を発生させ、加熱コイ
ル７上に載置した鍋等の磁性体からなる負荷に渦電流を
発生させて、それによるジュール熱によって加熱を行わ
せる。

【００１９】加熱の調節は前記駆動信号発生部１３から
発生する駆動信号の駆動周波数を変化させるとインバー
ター回路の負荷インピーダンスが変化する特性を利用
し、加熱コイル７に流れる高周波電流を変えて行ってい
る。制御部１９は多種類の負荷に対して入力電力設定部
１８で設定した設定電力になるように通電開始から前記
の駆動周波数を変化させ、周波数の低下とともに負荷の
インピーダンス｜Ｚ｜が低下していき、設定電力に達し
た時点で周波数の変化を停止し設定電力を保持させる。

【００２０】なお、あらかじめ誘導性インピーダンスの
領域で通電開始時の駆動周波数ｆsを設定してあるた
め、この時点でのインピーダンス｜Ｚ｜は高く加熱コイ
ル７には電流がほとんど流れず、従って入力電力も小さ
い。通電開始から設定電力になるまで駆動周波数を変化
させて出力電力を制御させる。電力の検出は入力電流検
出部１５と電源電圧検出部１４の出力から演算決定さ
れ、制御部１９で処理される。従って常に決められた設
定電力値で安定動作することができる。

【００２１】図２において、インピーダンス｜Ｚ｜は低
電力時の高周波領域には高く、周波数の低下とともに低
くなり、共振点ｆo で谷となる。インピーダンス｜Ｚ｜
の低下に伴い、インバーター出力電流｜Ｉ L｜は次第に
上昇していき、共振点ｆo でピークとなる。これに呼応
して入力電力も上昇して行くため、入力電流検出部１５
の出力値も上昇して行く。

【００２２】インピーダンス｜Ｚ｜の変化は高周波領域
では急激に低下していくが、共振点ｆo に近づくにつれ
て次第にその変化の割合は少なくなり、共振点ｆo で変
化量がゼロになる。一方インバーター出力電流｜Ｉ L｜
も上昇して行くが、同様に共振点ｆo でその変化量がゼ
ロになり、この時入力電力は最大になる。

【００２３】制御回路１２は周波数の変化分Δｆに対す
るインバーター出力電流｜Ｉ L｜の変化分ΔＩ Lを検出
しているが、その値はインピーダンス｜Ｚ｜の変化分Δ
Ｚと比例関係にあり、ΔＩ L／Δｆ∝ΔＺ／Δｆが成り
立つ。

【００２４】図３はΔＩ L／Δｆの関係を示していて、
周波数の低下とともに決められた一定値Ｋに達した場合
に周波数の低下を停止する点を示している。完全な共振
点に達するとΔＩ L／Δｆの値が０となり、この点が共
振周波数ｆo である。つまり、共振点では流れる電流は
周波数によらず、抵抗分によって決定される。制御回路
１２はΔＩ L／Δｆ≦一定値Ｋとなる条件を満たすまで
周波数を低下させて、設定電力値に達するまで演算を行
わせている。設定電力値に達するまでにこの条件を満た
した場合、その時点で周波数の低下を一旦停止し、一定
の共振状態を維持するように働かせる。

【００２５】また、制御回路１２は前記ΔＩ L／Δｆの
測定を一定時間ごとに行い、データを更新しΔＩ L／Δ
ｆ＞一定値Ｋの間は電力設定値に達するまで周波数を低
下させる。通常はこの値が０になる点が共振状態の点で
あるが、インバーターの動作が常に誘導性負荷領域とな
る点で動作させている。

【００２６】従って、誘導加熱調理器のインバーター制
御では、変化量が一定値Ｋになる周波数である共振点の
手前の周波数ｆd で周波数の低下動作を停止させるよう
に制御を行ない、インバーターは常に誘導性負荷の領域
での動作を行っていることとなる。

【００２７】誘導性負荷領域で動作させる理由は動作中
に負荷（鍋など）を勢いよく上げ下げした場合、誘導性
負荷領域であれば加熱コイル７から鍋が離れることによ
って負荷のインピーダンス｜Ｚ｜が上昇するため、それ
に伴いインバーター出力電流｜Ｉ L｜が低下し自動的に
電力抑制方向に動作し、不必要な電力が消費されず安全
な方向に働く。常にこの誘導性負荷領域で動作させてい
ることが、誘導加熱調理器のように多種類の鍋が使われ
たり、勢いよく鍋を上げ下げされたりというような、イ
ンバーターにとって過酷な負荷変動の環境で安全な動作
を継続する上で重要である。

【００２８】完全な共振状態で動作させると、負荷（鍋
など）の位置や、電源の変動制御回路の誤差などによっ
て容量性インピーダンスになってしまうことがあり、仮
に容量性負荷領域に移行した場合は、周波数の低下とと
もに入力電流が低下して行くため、規定の設定電力を得
ようとさらに周波数を低下させて行くため、より不安定
な状態に移行してしまう。また、容量性負荷で動作させ
ている場合は、負荷（鍋など）を勢いよく上げると、一
旦共振点ｆo に達することがあり、急峻なピーク電流が
流れインバーター回路の高周波スイッチングトランジス
ター４に過大な電流や電圧が印加されることがあり、高
周波スイッチングトランジスター４の素子に負担がかか
る。

【００２９】しかし本発明は、共振状態を常に監視し、
誘導性負荷の領域で動作させるように働かせているた
め、多種類の鍋が使われたり、負荷変動に対しても安全
を確保出来、条件の変化があっても安定した動作を継続
出来る。また、共振点で動作させた場合は、回路素子の
ばらつきや、制御のばらつきによって不安定な動作を行
うことがあるため、前述のように共振点の手前の誘導性
負荷領域となるΔＩ L／Δｆ≦一定値Ｋの条件で動作さ
せることが重要である。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、制御回路は入力電力設
定部、２個の高周波スイッチングトランジスターを交互
に駆動させる駆動信号発生部、インバーター出力電流検
出部及び制御部等で構成し、設定電力に応じて駆動周波
数を変化させるとともに、駆動周波数の一定値変化に対
するインバーター出力電流の変化量を検出しその変化量
が一定量以下に達した場合に駆動周波数の変化を停止し
その状態を保持するよう制御し、誘導性負荷の領域で動
作させるように働かせるものとしたから、多種類の負荷
（鍋）を使用した場合や、動作中に負荷（鍋など）を勢
いよく上げ下げした場合に、インバーター出力電流が低
下し自動的に電力抑制方向に動作し、不必要な電力が消
費されず安全であり、さらに一定時間間隔で駆動周波数
の可変動作と変化量検出動作を行わせるよう制御するも
のとしたから、共振状態を常に監視し、一度だけでなく
上記動作を継続し、間を置いてまた動作中に負荷（鍋な
ど）を勢いよく上げ下げする等、状態の変化があれば同
様に自動的に電力抑制方向に動作し、不必要な電力が消
費されず安全である。従って、多種類の鍋が使われた
り、勢いよく鍋を上げ下げされたりというような、イン
バーターにとって過酷な負荷変動の環境でも安定した動
作を継続出来、安全を確保出来る誘導加熱調理器を提供
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器のブロ
ック回路図である。

【図２】従来例及び本発明の一実施例を示す誘導加熱調
理器のインピーダンス及びインバーター電流の対周波数
特性図である。

【図３】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器のイン
バーター電流の変化を示す対周波数特性図である。

【符号の説明】

４ 高周波スイッチングトランジスター １２ 制御回路 １３ 駆動信号発生部 １６ インバーター出力電流検出部 １８ 入力電力設定部 １９ 制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流商用電源と、交流商用電源を整流平
   滑した直流電源を高周波変換し加熱コイルに高周波電流
   を供給するインバーター回路と、インバーター回路の制
   御回路を有し、前記インバーター回路は２個直列接続さ
   れた高周波スイッチングトランジスター、加熱コイル、
   共振用コンデンサー、スバナコンデンサー等からなる誘
   導加熱調理器において、前記制御回路（１２）は入力電
   力設定部（１８）、直列接続された２個の高周波スイッ
   チングトランジスター（４）を一定周波数で交互に駆動
   させる駆動信号発生部（１３）、インバーター出力電流
   検出部（１６）及びインバーター回路の制御を含む全体
   の制御を行なう制御部（１９）等で構成し、制御回路
   （１２）は制御部（１９）が入力電力設定部（１８）に
   て設定した設定電力に応じて駆動信号発生部（１３）の
   駆動信号の駆動周波数を変化させるとともに、駆動周波
   数の一定値変化に対するインバーター出力電流検出部
   （１６）が検出するインバーター出力電流の変化量を検
   出しその変化量が一定量以下に達した場合に駆動信号発
   生部（１３）の駆動周波数の変化を停止しその状態を保
   持するよう制御するものとしたことを特徴とする誘導加
   熱調理器。
2. 【請求項２】 前記制御回路（１２）は制御部（１９）
   が入力電力設定部（１８）にて設定した設定電力に応じ
   て駆動信号発生部（１３）の駆動信号の駆動周波数を変
   化させるとともに、駆動周波数の一定値変化に対するイ
   ンバーター出力電流検出部（１６）が検出するインバー
   ター出力電流の変化量を検出しその変化量が一定量以下
   に達した場合に駆動周波数の変化を停止しその状態を保
   持し、さらに一定時間間隔で前記駆動周波数の可変動作
   と変化量検出動作を行わせるよう制御するものとした請
   求項１記載の誘導加熱調理器。