JPWO2014069011A1 - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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Abstract
Description
(構成)
図1は、本発明の誘導加熱調理器の実施形態1を示す分解斜視図である。図1に示すように、誘導加熱調理器100の上部には、鍋などの被加熱物5が載置される天板4を有している。天板4には、被加熱物5を誘導加熱するための加熱口として、第一の加熱口1、第二の加熱口2、第三の加熱口3が設けられている。また、誘導加熱調理器100は、各加熱口1〜3に対応してそれぞれ第一の加熱手段11、第二の加熱手段12、第三の加熱手段13を備えており、それぞれの加熱口1〜3に対して被加熱物5を載置して誘導加熱を行うことができるものである。
図1では本体の手前側に左右に並べて第一の加熱手段11と第二の加熱手段12が設けられ、本体の奥側ほぼ中央に第三の加熱手段13が設けられている。
なお、各加熱口1〜3の配置はこれに限るものではない。例えば、3つの加熱口1〜3を略直線状に横に並べて配置しても良い。また、第一の加熱手段11の中心と第二の加熱手段12の中心との奥行き方向の位置が異なるように配置しても良い。
図11は誘導加熱調理器100の動作例を示すフローチャートであり、図1から図11を参照して誘導加熱調理器100の動作例について説明する。まず、使用者により天板4の加熱口に被加熱物5が載置され、加熱開始(火力投入)の指示が操作部40に行われる。すると、負荷判定手段32において、入力電流とコイル電流との関係を示す負荷判定テーブルを用いて、載置された被加熱物(鍋)5の材質が負荷として判定される(ステップST1、図4参照)。なお、負荷判定結果が、加熱不可能な材質もしくは無負荷であると判定した場合、その旨を報知手段41から報知され、駆動回路50から加熱コイル11aに高周波電力が供給されないように制御される。
図12および図13は本発明の実施形態2を示すグラフであり、図12および図13を参照して誘導加熱調理器100の駆動制御手段31の別の動作例について説明する。なお、図12および図13において図8および図9のグラフと同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図12および図13の駆動制御手段31の制御が、図8および図9の駆動制御手段31の制御と異なる点は、駆動周波数fの変更タイミングである。
図14は本発明の誘導加熱調理器の実施形態3を示す図であり、図14を参照して誘導加熱調理器について説明する。なお、図14の駆動回路150において図2の駆動回路50と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図14の駆動回路150が図2の駆動回路50と異なる点は、駆動回路150が複数の共振コンデンサ24a、24bを有する点である。
本実施形態4では、上記実施形態1〜3における駆動回路50の詳細について説明する。
図15に示すように、インバータ回路23は、正負母線間に直列に接続された2個のスイッチング素子(IGBT23a、23b)と、そのスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード23c、23dとによって構成されるアームを1組備えている。
制御部45は、IGBT23aをオンさせている間はIGBT23bをオフ状態にし、IGBT23aをオフさせている間はIGBT23bをオン状態にし、交互にオンオフする駆動信号を出力する。
これにより、IGBT23aとIGBT23bとにより、加熱コイル11aを駆動するハーフブリッジインバータを構成する。
制御部45は、インバータ回路23のIGBT23aおよびIGBT23bに、負荷回路の共振周波数よりも高い高周波の駆動信号を出力する。
この駆動信号の周波数を可変することにより、インバータ回路23の出力が増減する。
また、図16(b)に示すように、駆動周波数を上昇させると、加熱コイル11aに供給される高周波電流の周波数が、負荷回路の共振周波数から離れ、加熱コイル11aへの投入電力が減少する。
火力を増加させる場合には、駆動信号の1周期におけるIGBT23aのオン時間(IGBT23bのオフ時間)の比率(オンデューティ比)を大きくして、1周期における電圧印加時間幅を増加させる。
また、火力を低下させる場合には、駆動信号の1周期におけるIGBT23aのオン時間(IGBT23bのオフ時間)の比率(オンデューティ比)を小さくして、1周期における電圧印加時間幅を減少させる。
また、図16(b)の例では、駆動信号の1周期T12におけるIGBT23aのオン時間T12a(IGBT23bのオフ時間)と、IGBT23aのオフ時間T12b(IGBT23bのオン時間)との比率が同じ場合(オンデューティ比が50%)の場合を図示している。
これにより、加熱コイル11aへの投入電力が一定の状態で、入力電流(又はコイル電流)の電流変化量ΔIを求めることができる。
本実施形態5においては、フルブリッジ回路を用いたインバータ回路23について説明を行う。
図17は、実施形態5に係る誘導加熱調理器の駆動回路の一部を示す図である。なお、図17においては、上記実施形態1〜4の駆動回路50との相違点のみを図示している。
本実施形態5では、1つの加熱口に対して2つの加熱コイルが設けられている。2つの加熱コイルは、例えば、それぞれ直径が異なり、同心円状に配置されている。ここでは、直径の小さい加熱コイルを内コイル11bと称し、直径の大きい加熱コイルを外コイル11cと称する。
なお、加熱コイルの数及び配置は、これに限定されない。例えば、加熱口の中央に配置した加熱コイルの周囲に複数の加熱コイルを配置する構成でも良い。
内コイル用アームは、内コイル11bが接続されたアームで、IGBT231a、IGBT231b、ダイオード231c、及びダイオード231dで構成されている。
外コイル用アームは、外コイル11cが接続されたアームで、IGBT233a、IGBT233b、ダイオード233c、及びダイオード233dで構成されている。
同様に、制御部45は、内コイル用アームのIGBT231aとIGBT231b、外コイル用アームのIGBT233aとIGBT233bを交互にオンオフする駆動信号を出力する。
これにより、共通アームと内コイル用アームとにより、内コイル11bを駆動するフルブリッジインバータを構成する。また、共通アームと外コイル用アームとにより、外コイル11cを駆動するフルブリッジインバータを構成する。
外コイル11cおよび共振コンデンサ24dにより構成される負荷回路は、共通アームの出力点と、外コイル用アームの出力点(IGBT233aとIGBT233bの接続点)との間に接続されている。
内コイル11bに流れるコイル電流は、コイル電流検出手段25cにより検出する。コイル電流検出手段25cは、例えば、内コイル11bに流れる電流のピークを検出し、加熱コイル電流のピーク値に相当する電圧信号を制御部45に出力する。
外コイル11cに流れるコイル電流は、コイル電流検出手段25dにより検出する。コイル電流検出手段25d、例えば、外コイル11cに流れる電流のピークを検出し、加熱コイル電流のピーク値に相当する電圧信号を制御部45に出力する。
共通アーム及び内コイル用アームのスイッチング素子に出力される駆動信号は、内コイル11bおよび共振コンデンサ24cにより構成される負荷回路の共振周波数よりも高い駆動周波数の範囲で可変して、負荷回路に流れる電流が負荷回路に印加される電圧と比較して遅れ位相で流れるように制御する。
また、共通アーム及び外コイル用アームのスイッチング素子に出力される駆動信号は、外コイル11cおよび共振コンデンサ24dにより構成される負荷回路の共振周波数よりも高い駆動周波数の範囲で可変して、負荷回路に流れる電流が負荷回路に印加される電圧と比較して遅れ位相で流れるように制御する。
図18(a)は高火力状態における各スイッチの駆動信号と各加熱コイルの通電タイミングの例である。
図18(b)は低火力状態における各スイッチの駆動信号と各加熱コイルの通電タイミングの例である。
なお、図18(a)及び(b)に示す通電タイミングは、各アームの出力点(IGBTとIGBTの接続点)の電位差に関係するものであり、内コイル用アームの出力点および外コイル用アームの出力点に対して共通アームの出力点が低い状態を「ON」で示している。また、内コイル用アームの出力点および外コイル用アームの出力点に対して共通アームの出力点が高い状態および同電位の状態を「OFF」で示している。
また、制御部45は、共通アームの駆動信号より位相の進んだ駆動信号を、内コイル用アームのIGBT231aとIGBT231b、外コイル用アームのIGBT233aとIGBT233bに出力する。なお、各アームの駆動信号の周波数は同一周波数であり、オンデューティ比も同一である。
したがって、共通アームへの駆動信号と、内コイル用アームおよび外コイル用アームへの駆動信号との位相差を増減することにより、内コイル11bおよび外コイル11cに印加する高周波電圧を調整することができ、内コイル11bと外コイル11cに流れる高周波出力電流と入力電流を制御することができる。
図18(a)の例では、アーム間の位相αが180°の場合を図示している。また、各アームの駆動信号のオンデューティ比が50%の場合、つまり、1周期T13におけるオン時間T13aとオフ時間T13bとの比率が同じ場合を図示している。
この場合、駆動信号の1周期T14における、内コイル11b、外コイル11cの通電オン時間幅T14aと、通電オフ時間幅T14bとが同じ比率となる。
図18(b)の例では、アーム間の位相αを図18(a)と比較して小さくした場合を図示している。なお、各アームの駆動信号の周波数及びオンデューティ比は、図18(a)と同じである。
この場合、駆動信号の1周期T14における、内コイル11b、外コイル11cの通電オン時間幅T14aは、アーム間の位相αに応じた時間となる。
このように、アーム相互間の位相差によって、内コイル11b、外コイル11cへの投入電力(火力)を制御することができる。
これにより、内コイル11b、外コイル11cへの投入電力が一定の状態で、入力電流(又はコイル電流)の電流変化量ΔIを求めることができる。
このため、内コイル11bおよび外コイル11cを共に加熱動作させた場合において、コイル電流検出手段25c又はコイル電流検出手段25dの何れか一方が、故障などでコイル電流値が検出できない場合であっても、他方の検出値によって、コイル電流の電流変化量ΔIを検出することが可能となる。
また、制御部45は、コイル電流検出手段25cで検出されたコイル電流の電流変化量ΔIと、コイル電流検出手段25dで検出されたコイル電流の電流変化量ΔIとをそれぞれ求め、それぞれ変化量のうち大きい方を用いて、上記実施形態1〜3で説明した各判断動作を行うようにしても良い。また、それぞれの変化量の平均値を用いて、上記実施形態1〜3で説明した各判断動作を行うようにしても良い。
このような制御を行うことで、コイル電流検出手段25c又はコイル電流検出手段25dの何れか検出精度が低い場合であっても、コイル電流の電流変化量ΔIを、より精度良く求めることができる。
Claims (13)
- 被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路の駆動を駆動信号により制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記被加熱物を加熱する際の前記駆動信号の駆動周波数を設定する駆動周波数設定手段と、
前記インバータ回路への入力電流または前記加熱コイルに流れるコイル電流の所定時間当たりの電流変化量が予め設定された設定電流変化量以下になったか否かを検出する電流変化量検出手段と、
前記加熱コイルへの電力供給開始から前記電流変化量が前記設定電流変化量以下になるまでの加熱期間を計測する期間計測手段と、
前記期間計測手段により計測された前記加熱期間の長さに応じて前記高周波電力が前記加熱コイルに供給されるように前記インバータ回路を制御する駆動制御手段と
を備えたことを特徴とする誘導加熱調理器。 - 前記制御部は、前記被加熱物の負荷判定処理を行う負荷判定手段をさらに備え、
前記駆動周波数設定手段は、前記負荷判定手段の判定結果を用いて前記インバータ回路における前記駆動周波数を設定するものであることを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。 - 前記駆動制御手段は、前記加熱期間の長さに応じて前記駆動周波数を変化させて前記高周波電力を低下させることを特徴とする請求項1または2に記載の誘導加熱調理器。
- 前記駆動制御手段は、前記加熱期間の長さが長いほど前記駆動周波数の増加量を少なくすることを特徴とする請求項3に記載の誘導加熱調理器。
- 前記駆動制御手段は、前記加熱期間の長さに応じて前記駆動信号のオンデューティ比を変化させて前記高周波電力を低下させることを特徴とする請求項1または2に記載の誘導加熱調理器。
- 前記駆動制御手段は、前記電流変化量が前記設定電流変化量以下になってから所定の付加期間を経過した後に前記高周波電力を低下させる制御を行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の誘導加熱調理器。
- 前記駆動制御手段は、前記加熱期間の長さに応じて前記付加期間の長さを決定することを特徴とする請求項6に記載の誘導加熱調理器。
- 前記負荷判定手段は、前記入力電流と前記コイル電流との関係を記憶した負荷判定テーブルを有するものであり、前記インバータ回路へ負荷判定用の駆動信号を入力した際の前記コイル電流から前記被加熱物の負荷を判定するものであることを特徴とする請求項2から7のいずれか1項に記載の誘導加熱調理器。
- 前記被加熱物の状態を報知する報知手段をさらに備え、
前記制御部は、前記駆動制御部が前記加熱コイルに供給される高周波電力を低下させたとき前記被加熱物への加熱が完了した旨を前記報知手段により報知させる出力制御手段をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記駆動制御手段は、前記計測期間中は前記駆動周波数を一定して前記インバータ回路を駆動するものであることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の誘導過熱調理器。
- 前記制御部は、
前記インバータ回路の駆動周波数を固定した状態において、前記インバータ回路のスイッチング素子のオンデューティ比を固定した状態にする
ことを特徴とする請求項1〜10の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記インバータ回路は、
2つのスイッチング素子を直列に接続したアームを少なくとも2つ有するフルブリッジインバータ回路により構成され、
前記制御部は、
前記フルブリッジインバータ回路の、前記スイッチング素子の駆動周波数を固定した状態において、前記2つのアームの相互間の前記スイッチング素子の駆動位相差と、前記スイッチング素子のオンデューティ比とを固定した状態にする
ことを特徴とする請求項1〜10の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記インバータ回路は、
2つのスイッチング素子を直列に接続したアームを有するハーフブリッジインバータ回路により構成され、
前記制御部は、
前記ハーフブリッジインバータ回路の、前記スイッチング素子の駆動周波数を固定した状態において、前記スイッチング素子のオンデューティ比を固定した状態にする
ことを特徴とする請求項1〜10の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
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