(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源を直流に変換する直流電源回路と、
加熱コイル及び一対のスイッチング素子を有し、その一対のスイッチング素子を交互にオン・オフして加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、
調理の電力を選択する操作部と、
予め鍋の材質に応じて発振周波数が設定され、操作部により電力が設定されたとき、調理開始と判断してその発振周波数のうち何れかの周波数を発振する周波数可変発振部と、
調理が開始されたとき、所定の上昇率を有する信号を予め設定された時間ｔB まで出力し、その後、操作部で設定された電力に応じて制御信号を出力する電力制御部と、
前記周波数可変発振部から発振された高周波と電力制御部の所定信号とに基づいて前記インバータ回路の加熱コイルの電力を徐々に上昇させる駆動信号を生成し、前記一対のスイッチング素子にそれぞれ出力するインバータ駆動手段と、
前記一対のスイッチング素子の駆動から所定時間ｔA に達すると、前記直流電源回路に入力する電流値と前記インバータ回路に発生する電圧値との組合せに基づいて加熱コイル上の異常の有無を判別し、異常のときは前記インバータ駆動手段の動作を停止させ、異常でないときは前記時間ｔB に達したときに鍋の材質を判別してその材質に最適な周波数を特定し、前記周波数可変発振部から発振させる鍋判別部とを備え、
前記インバータ駆動手段は、その鍋判別部により特定された周波数と前記電力制御部からの制御信号が入力されたときは、前記加熱コイルに操作部により設定された電力が得られるようその周波数と制御信号とに基づいて駆動信号を生成し、前記一対のスイッチング素子にそれぞれ出力することを特徴とする誘導加熱調理器。
【請求項２】
前記インバータ駆動手段は、前記操作部によって設定された電力が最大のときは、入力された周波数の周期に対し前記一対のスイッチング素子のオン期間がほぼ半分となる波形の駆動信号をそれぞれ生成することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路を駆動する周波数を鍋の材質に応じて選択する誘導加熱調理器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は例えば特許第2532565 号公報に開示された従来の誘導加熱調理器の回路図であり、図において、１１は直流電源、１２はインバータ回路で、直流電源１１に直列に接続された第１及び第２スイッチング素子１３，１４、加熱コイル１５、加熱コイル１５に直列に接続された共振コンデンサ１６、第１スイッチング素子１３に並列に接続された第１ダイオード１７、及び第２スイッチング素子１４に並列に接続された第２ダイオード１８で構成されている。１９はインバータ回路１２の制御回路で、入力設定部１９ａ、入力検知部１９ｂ、比較部１９ｃ、発振器１９ｆ及び可変導通比設定部１９ｇからなっている。
【０００３】
前記のように構成された従来の誘導加熱調理器の動作を説明する。
比較部１９ｃが、入力設定部１９ａに設定された入力設定値と入力検知部１９ｂで検知された実際の入力値とを比較して誤差電圧を出力すると、可変導通比設定部１９ｇは、その誤差電圧に応じて第１スイッチング素子１３と第２スイッチング素子１４の導通比を変化させる。この入力電力の帰還ループにより、第１及び第２スイッチング素子１３，１４の導通比は実際の入力値が入力設定値に等しくなるように制御される。
【０００４】
これは、第１スイッチング素子１３のオン期間Ｔ2 と発振周期Ｔ1 の比Ｔ2 ／Ｔ1 と、電力及び発振周波数との関係が図１１の特性曲線図に示される関係にあることに着目したもので、発振周期Ｔ1 が一定で第１スイッチング素子１３のオン期間Ｔ2 を変えれば発振周波数一定で電力を変化させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の誘導加熱調理器で、例えば、図１２（ａ）に示すように発振周波数の周期Ｔ1 に対しデューティ比がほぼ0.5 （Ｔ2 ／Ｔ1 、Ｔ3 ／Ｔ1 ）の波形で第１及び第２スイッチング素子１３，１４を交互にオン・オフしたとき最大の電力が得られるが、鍋の材質が変わった場合では、同じ最大の電力を得ようとしても発振周波数が一定であるため、第１及び第２スイッチング素子１３，１４を交互に駆動する波形が同図（ｂ）に示すようになり、第２スイッチング素子１４側の損失が増大して効率が良くなかった。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、鍋の材質に最適な発振周波数を選択してそれを基に第１及び第２スイッチング素子を交互に駆動する誘導加熱調理器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る誘導加熱調理器は、商用電源を直流に変換する直流電源回路と、加熱コイル及び一対のスイッチング素子を有し、その一対のスイッチング素子を交互にオン・オフして加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、調理の電力を選択する操作部と、予め鍋の材質に応じて発振周波数が設定され、操作部により電力が設定されたとき、調理開始と判断してその発振周波数のうち何れかの周波数を発振する周波数可変発振部と、調理が開始されたとき、所定の上昇率を有する信号を予め設定された時間ｔB まで出力し、その後、操作部で設定された電力に応じて制御信号を出力する電力制御部と、周波数可変発振部から発振された高周波と電力制御部の所定信号とに基づいてインバータ回路の加熱コイルの電力を徐々に上昇させる駆動信号を生成し、一対のスイッチング素子にそれぞれ出力するインバータ駆動手段と、一対のスイッチング素子の駆動から所定時間ｔA に達すると、直流電源回路に入力する電流値とインバータ回路に発生する電圧値との組合せに基づいて加熱コイル上の異常の有無を判別し、異常のときはインバータ駆動手段の動作を停止させ、異常でないときは時間ｔB に達したときに鍋の材質を判別してその材質に最適な周波数を特定し、周波数可変発振部から発振させる鍋判別部とを備え、インバータ駆動手段は、その鍋判別部により特定された周波数と電力制御部からの制御信号が入力されたときは、加熱コイルに操作部により設定された電力が得られるようその周波数と制御信号とに基づいて駆動信号を生成し、一対のスイッチング素子にそれぞれ出力する。
【０００８】
本発明の請求項２に係る誘導加熱調理器は、インバータ駆動手段は、操作部によって設定された電力が最大のときは、入力された周波数の周期に対し一対のスイッチング素子のオン期間がほぼ半分となる波形の駆動信号をそれぞれ生成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態を示す誘導加熱調理器の回路図、図２は本実施形態の誘導加熱調理器における制御手段のブロック構成図、図３はその誘導加熱調理器のインバータ駆動手段の回路図、図４は調理開始時に電力制御部から出力される信号レベルと加熱コイル上の異常の有無及び鍋の材質を判別するタイミングとの関係を示す図、図５は加熱コイル上の異常の有無及び鍋の材質を判別するための説明図、図６は鍋の材質の違いによる第１スイッチング素子のオン期間の幅を示す図である。
【００１１】
図において、１は商用電源、２は商用電源１の交流を整流する整流回路、３は平滑回路で、整流回路２に並列に接続されたコンデンサ３１と、整流回路２の正極側に挿入されたチョークコイル３２と、コンデンサ３１に並列に接続された平滑コンデンサ３３とで構成され、整流回路２の出力（脈流）を平滑して直流分だけを出力する。
【００１２】
４はインバータ回路で、平滑回路３の両極間に挿入されたHighアーム及びLow アームスイッチング素子４１，４２と、Highアームスイッチング素子４１（以下、「第１スイッチング素子４１」という）に並列に接続されたダイオード４３と、Low アームスイッチング素子４２（以下、「第２スイッチング素子４２」という）に並列に接続されたダイオード４４と、一端がその第１及び第２スイッチング素子４１，４２の接続点に接続された加熱コイル４５と、一端が加熱コイル４５を介して第１及び第２スイッチング素子４１，４２の接続点に接続され、他端が第２スイッチング素子４２のエミッタ側に接続された共振コンデンサ４６と、共振コンデンサ４６に並列に接続されたダイオード４７とで構成され、第１及び第２スイッチング素子４１，４２を交互にオン・オフさせることにより加熱コイル４５と共振コンデンサ４６に高周波電流が流れる。
【００１３】
５は整流素子のダイオードを有する変流器で、調理の電力設定に応じて流れる交流電流を検出し、それを直流電圧に変換して出力する。６は分圧回路で、共振コンデンサ４６に並列に接続され、その共振コンデンサ４６に流れる電流に比例して発生する両端電圧を分圧する。
【００１４】
７は例えばマイクロコンピュータからなる制御手段で、変流器５からの直流電圧に基づいて入力電流を検知する入力電流検知部７１と、分圧回路６により分圧された電圧に基づいて共振コンデンサ４６の電圧を検知するコンデンサ電圧検知部７２と、タクトスイッチ９により設定された調理電力（強・中・弱）に基づいて信号を生成する入力設定部７３と、鍋判別部７４と、例えば固定周期Ｔ11の周波数21KHZ 及び固定周期Ｔ21の周波数25KHZ がそれぞれ設定され、鍋判別部７４の選択に基づいて何れか一方の周波数を発振する２周波可変発振部７５と、入力設定部７３からの信号が入力されると、後述するインバータ駆動手段８の出力禁止を解除する禁止解除信号Ｂ，Ｃを出力する第１及び第２禁止解除部７６，７７と、電力制御部７８とで構成されている。
【００１５】
前記鍋判別部７４は、タクトスイッチ９により設定された調理電力に基づく信号を入力設定部７３が出力すると、加熱開始と判断して例えば周波数21KHZ の高周波を２周波可変発振部７５から発振させ、そして、加熱開始から所定時間ｔA 例えば１秒経過したとき、入力電流検知部７１の検知による入力電流とコンデンサ電圧検知部７２の検知によるコンデンサ電圧との組合せから加熱コイル上の異常の有無を判別する。
【００１６】
例えば、図５に示すように入力電流がＩ1 以内のときは加熱コイル４５上に鍋１０無し或いは小物が載置されていると判別し、また、コンデンサ電圧がＶ2 以上のときは材質がアルミや銅等からなる鍋１０と判別する。このような場合は、異常ありとして第１及び第２禁止解除部７６，７７に禁止指令を出してインバータ駆動手段の動作を停止させる。また、入力電流がＩ1 を越え、コンデンサ電圧がＶ2 未満のときは異常なしと判別する。
【００１７】
１秒経過したときに異常なしと判断した場合は、さらに所定時間ｔB 例えば調理開始から1.5 秒経過したとき、鍋１０が磁性系か非磁性系かを判別する。入力電流がＩ1 を越え、コンデンサ電圧がＶ1 未満のときは磁性系の鍋１０と判別し、入力電流がＩ1 を越え、コンデンサ電圧がＶ2 未満でＶ1 以上のときは非磁性系の鍋１０と判別する。磁性系の鍋１０の場合は、例えば周波数21KHZ を継続して発振させ、非磁性系の鍋１０の場合は、２周波可変発振部７５から発振されている周波数21KHZ を周波数25KHZ の高周波に切り換えさせる。
【００１８】
前記電力制御部７８は、入力設定部７３からの信号が入力されると調理開始と判断して所定の信号をインバータ駆動手段８に出力し、その信号のレベル（電圧）を時間の経過と共に徐々に上げていく。そして、1.5 秒（時間ｔB ）を経過したときは、入力設定部７３からの信号と入力電流検知部７１からの信号（入力電流）とを比較し、その誤差を制御信号としてインバータ駆動手段８に出力する。
【００１９】
前述した所定信号は予め設定されたもので、図４に示すように調理開始から1.5 秒経過するまで電位レベルを徐々に上げて第１スイッチング素子４１のオン期間が徐々に広くなるようにし、加熱コイル４５の出力を徐々に上昇させている。これは、前述したように異常の有無及び鍋１０の材質の判別を鍋判別部７４に行わせるためである。
【００２０】
前記インバータ駆動手段８は、図３に示すように、直列に接続された４種のコンパレータ８１，８２，８３，８４と、コンパレータ８２の出力側より分岐して直列に接続された２種のコンパレータ８５，８６と、コンパレータ８５の入力側と第１禁止解除部７６との間に挿入された第１ダイオード８７と、２種のコンパレータ８５，８６の接続点と第２禁止解除部７７との間に挿入された第２ダイオード８８とで構成され、そのうち、コンパレータ８１の入力側は２周波可変発振部７５と接続され、コンパレータ８２のもう一方の入力側は電力制御部７８と接続され、また、コンパレータ８４の出力端はインバータ回路４の第１スイッチング素子４１のゲート側に接続され、コンパレータ８６の出力端は第２スイッチング素子４２のゲート側に接続されている。
【００２１】
このインバータ駆動手段８は、動作説明時で詳述するが、タクトスイッチ９により設定された調理電力が得られるよう電力制御部７８からの制御信号のレベルに基づいて第１スイッチング素子４１をオンする波形（高周波信号）を、入力された周波数（21KHZ 又は25KHZ ）の周期内において生成すると共に、その生成した波形を基に第２スイッチング素子４２を駆動する波形を生成する。第１スイッチング素子４１のオン期間は、図６に示すように鍋の材質によって異なり、電力が最大のとき、即ち、周波数の周期に対しデューティ比が0.5 のとき最もそのオン期間が広くなり、この幅によって電力が決定される。
【００２２】
次に、本実施形態の誘導加熱調理器の動作を図７、図８及び図９を参照しながら説明する。図７は調理開始から周波数設定までの動作を示すフローチャート、図８はインバータ駆動手段の動作波形図、図９は鍋の材質に応じて出力される駆動信号の波形図である。
タクトスイッチ９により調理電力が例えば「強」の２KWが設定されると（Ｓ１）、制御手段７の入力設定部７３がその設定に応じた信号を鍋判別部７４、第１及び第２禁止解除部７６，７７、電力制御部７８にそれぞれ出力する。この時、第１及び第２禁止解除部７６，７７が、第１及び第２ダイオード８７，８８のカソード側に禁止解除信号Ｂ，Ｃ（ハイレベル）を出力して、コンパレータ８４，８６から駆動信号が出力されるよう出力禁止を解除し（Ｓ２）、鍋判別部７４は、周波数21KHZ を２周波可変発振部７５から発振してコンパレータ８１に出力させ（Ｓ３）、電力制御部７８は、調理開始と判断して所定の信号をコンパレータ８２に出力しその信号のレベルを徐々に上げていく（Ｓ４）。インバータ駆動手段８は、後述するが、周波数21KHZ と電位レベルが徐々に上がる前記信号とに基づいて第１スイッチング素子４１のオン期間を徐々に広くする駆動信号を生成すると共に、第２スイッチング素子４２をオンする駆動信号を生成し、インバータ回路４の第１及び第２スイッチング素子４１，４２にそれぞれ出力する。
【００２３】
一方、電力制御部７８は、調理開始から１秒（時間ｔA ）経過したかどうかを判定しており（Ｓ５）、その時間を確認したときはその旨を鍋判別部７４に通知する。この時、鍋判別部７４は、入力電流検知部７１の検知による入力電流値とコンデンサ電圧検知部７２の検知によるコンデンサ電圧値との組合せから加熱コイル４５上の異常の有無を判別する（Ｓ６）。この時点において、入力電流がＩ1 以内でコンデンサ電圧がＶ2 以上のときは異常ありとして、第１及び第２禁止解除部７６，７７から禁止信号（ローレベル）を出力させ、インバータ駆動手段８からの高周波信号の出力を停止させる（Ｓ７）。また、入力電流がＩ1 を越え、コンデンサ電圧がＶ2 未満のときは異常なしと判断する。
【００２４】
この時、電力制御部７８は、さらに第１スイッチング素子４１のオン期間が広くなるよう信号レベルを上昇させると共に、調理開始から1.5 秒（時間ｔB ）を経過したかどうかを判定しており（Ｓ８，Ｓ９）、その時間を経過していないときは信号のレベルをさらに上昇させる（Ｓ８）。そして、1.5 秒の経過を確認したときはその旨を鍋判別部７４に通知する。
【００２５】
鍋判別部７４は、前記通知を受けると、鍋１０が磁性系か非磁性系かを判別する（Ｓ１０）。入力電流がＩ1 を越え、コンデンサ電圧がＶ1 未満のときは磁性系の鍋１０と判別し、また、入力電流がＩ1 を越え、コンデンサ電圧がＶ2 未満でＶ1 以上のときは非磁性系の鍋１０と判別する。磁性系の鍋１０の場合は、周波数21KHZ を継続して発振させ（Ｓ１１）、非磁性系の鍋の場合は、２周波可変発振部７５から発振されている周波数21KHZ を周波数25KHZ に切り換えさせる（Ｓ１２）。この時、電力制御部７８は、入力電流検知部７１からの入力電流を取り込んで入力設定部７３の信号（２KW）と比較し、その誤差を制御信号としてインバータ駆動手段８に出力し、電力の一定制御に入る（Ｓ１３又はＳ１４）。
【００２６】
例えば、図８に示すように周波数21KHZ が２周波可変発振部７５から発振されると（同図（ａ）参照）、インバータ駆動手段８のコンパレータ８１は、その波形のハイ及びローレベルをそれぞれ反転すると共に、ローレベルに反転した波形を数μ秒後ハイレベルまで徐々に上げてなる波形を前記周波数21KHZ の周期Ｔ11毎に生成して出力し（（ｂ）参照）、コンパレータ８２は、電力制御部７８からの制御信号のレベルとそのコンパレータ８１からの信号とを比較し（（ｃ）参照）、制御信号のレベル以下の信号を反転すると共に矩形波に変換してコンパレータ８３，８５にそれぞれ出力する（（ｄ）参照）。コンパレータ８３は、その波形を鋸波状に変換してコンパレータ８４に出力し（（ｅ）参照）、コンパレータ８４はその波形の斜線と基準電位との交点を信号の立ち上がりとする波形、即ち、周波数21KHZ の波形の立ち上がりより時間ｔ3 遅れた波形を前記周期Ｔ11毎に生成し（（ｆ）参照）、インバータ回路４の第１スイッチング素子４１に出力する（（ｇ）参照）。
【００２７】
一方、コンパレータ８５は、入力された波形の各レベルをそれぞれ反転して図に示す波形を生成し（（ｈ）参照）、コンパレータ８６は、その波形の斜線と基準電位との交点を信号の立ち上がりとする波形、即ち、図８（ｄ）に示すの波形の立ち下がりより時間ｔ4 遅れた波形を前記周期Ｔ11毎に生成し（（ｉ）参照）、インバータ回路４の第２スイッチング素子４２に出力する（（ｊ）参照）。
この場合、インバータ駆動手段８から出力される駆動信号は、図９（ａ）に示すように周波数21KHZ の周期Ｔ11に対しデューティ比がほぼ0.5 の波形となり、設定された電力が低下した場合には、第１スイッチング素子４１のオン期間Ｔ12が狭くなり、これに対し第２スイッチング素子４２のオン期間Ｔ13がさらに広くなる波形となる。また、設定された電力が「強」の2KW で、鍋１０が非磁性系の場合、即ち、２周波可変発振部７５から発振された周波数が25KHZ の場合は、図９（ｂ）に示すようにその周波数25KHZ の周期Ｔ21に対しデューティ比がほぼ0.5 の波形となり、第１スイッチング素子４１はオン期間Ｔ22で、第２スイッチング素子４２はオン期間Ｔ23で交互にオン・オフされる。
【００２８】
以上のように本実施形態においては、調理開始から１秒経過したとき加熱コイル４５上の異常の有無を判別し、異常のときはインバータ駆動手段８の動作を停止させ、異常がないときはさらに0.5 秒経過したときに鍋１０の材質を判別し、その鍋１０が磁性系の場合は周波数21KHZ を、非磁性系のときは周波数25KHZ を選択して、タクトスイッチ９に設定された電力が得られるようその選択周波数を基に第１及び第２スイッチング素子４１，４２をそれぞれ駆動する駆動信号を生成するようにしたので、鍋１０の材質が異なっても効率よく電力が得られ、しかも、鍋１０の材質が異なってもデューティ比がほぼ0.5 の波形の高周波信号を生成できるので、第２スイッチング素子４２側の損失を低減でき、より効率のよい電力を得ることができるという効果がある。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１の発明によれば、調理開始から所定時間ｔA 経過したとき加熱コイル上の異常の有無を判別し、異常が有るときはインバータ駆動手段の動作を停止させ、異常がないときは予め設定された時間ｔB 経過したときに鍋の材質を判別して最適な周波数を特定し、かつ、その周波数と操作部により設定された電力に応じた制御信号とに基づいて一対のスイッチング素子をそれぞれ駆動する駆動信号を生成するようにしたので、鍋の材質が異なっても効率よく電力が得られるという効果がある。
【００３０】
本発明の請求項２の発明によれば、操作部によって設定された電力が最大のときは、入力された周波数の周期に対し一対のスイッチング素子のオン期間がほぼ半分となる波形の駆動信号をそれぞれ生成するようにしたので、鍋の材質が異なっていても片方のスイッチング素子側の損失を低減でき、より効率のよい電力を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態を示す誘導加熱調理器の回路図である。
【図２】  本実施形態の誘導加熱調理器における制御手段のブロック構成図である。
【図３】  誘導加熱調理器のインバータ駆動手段の回路図である。
【図４】  調理開始時に電力制御部から出力される信号レベルと加熱コイル上の異常の有無及び鍋の材質を判別するタイミングとの関係を示す図である。
【図５】  加熱コイル上の異常の有無及び鍋の材質を判別するための説明図である。
【図６】  鍋の材質の違いによる第１スイッチング素子のオン期間の幅を示す図である。
【図７】  調理開始から周波数設定までの動作を示すフローチャートである。
【図８】  インバータ駆動手段の動作波形図である。
【図９】  鍋の材質に応じて出力される駆動信号の波形図である。
【図１０】  従来の誘導加熱調理器の回路図である。
【図１１】  デューティ比と電力及び発振周波数との関係を示す特性曲線図である。
【図１２】  従来の課題を説明するための駆動信号の波形図である。
【符号の説明】
１  商用電源、２  整流回路、３  平滑回路、４  インバータ回路、５  変流器、６  分圧回路、７  制御手段、８  インバータ駆動手段、９  タクトスイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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