(57)【要約】【課題】様々な条件で正確に被加熱体の高温状態を検知し、安全で使い勝手の良い誘導加熱装置を実現することを目的とする。【解決手段】制御手段８は、制御量の時間変化に応じて高周波インバータ１の加熱出力を抑制または停止するように制御するとともに、加熱出力を制御する制御量の判定値を条件に応じて変更するようにしたものである。これによって、被加熱体６の種類や状態、装置を構成するトッププレートやスイッチング素子などの温度、あるいは火力設定の変更といった様々な条件の違いを排除して被加熱体６の高温状態を確実に検知して高周波インバータ１の加熱出力を抑制または停止し、安全で使い勝手の良い誘導加熱装置が実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子、被加熱体を加熱する誘導加熱コイル、および共振コンデンサを有する高周波インバータと、この高周波インバータに電力を供給する電源と、高周波インバータの入力電流を検知する検知手段と、高周波インバータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、制御量の時間変化に応じて高周波インバータの加熱出力を抑制または停止するように制御するとともに、加熱出力を制御する制御量の判定値を条件に応じて変更するようにした誘導加熱装置。
【請求項２】
判定値は、時間の経過とともに高から低に変更する請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
高周波インバータの入力電流が安定した後、安定時から所定時間経過後の制御量の変化量を求め、その変化量をもとに判定値を算出する請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
高周波インバータの入力電流の目標値毎に判定値を変更する請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
高周波インバータの入力電流の目標値変更により判定値を変更する請求項４に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
高周波インバータの入力電流の目標値が所定値より小さい場合には高周波インバータの加熱出力を変更しない請求項４に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
高周波インバータの入力電流が所定値より小さくなった場合には判定値を変更する請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
高周波インバータの入力電流の積算値を求め、積算値に応じて判定値を変更する請求項１に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般家庭やオフィス、レストランなどで使用される誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導加熱装置は、空焚きなどにより被加熱体（調理鍋など）が異常な高温状態となるのを防ぐため、高周波インバータの入力電流が一定となった後の高周波インバータにおける制御量の時間的な変化によって被加熱体の温度を検知する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２４７２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の構成では、被加熱体の材質や径などによってパラメータの変化度合いが異なるため、被加熱体の温度と制御量の変化度合いが一意でないために設計が困難で精度も低いという課題があった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、様々な条件で正確に被加熱体の高温状態を検知し、安全で使い勝手の良い誘導加熱装置を実現することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、制御手段は、制御量の時間変化に応じて高周波インバータの加熱出力を抑制または停止するように制御するとともに、加熱出力を制御する制御量の判定値を条件に応じて変更するようにしたものである。
【０００６】
これによって、被加熱体の種類や状態、装置を構成するトッププレートやスイッチング素子などの温度、あるいは火力設定の変更といった様々な条件の違いを排除して被加熱体の高温状態を確実に検知して高周波インバータの加熱出力を抑制または停止し、安全で使い勝手の良い誘導加熱装置が実現できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の誘導加熱装置は、被加熱体の高温状態を確実に検知して高周波インバータの加熱出力を抑制または停止し、安全で使い勝手の良い誘導加熱装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、スイッチング素子、被加熱体を加熱する誘導加熱コイル、および共振コンデンサを有する高周波インバータと、この高周波インバータに電力を供給する電源と、高周波インバータの入力電流を検知する検知手段と、高周波インバータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、制御量の時間変化に応じて高周波インバータの加熱出力を抑制または停止するように制御するとともに、加熱出力を制御する制御量の判定値を条件に応じて変更するようにした誘導加熱装置とすることにより、被加熱体の種類や状態、装置を構成するトッププレートやスイッチング素子などの温度、あるいは火力設定の変更といった様々な条件の違いを排除して被加熱体の高温状態を確実に検知して高周波インバータの加熱出力を抑制または停止し、安全で使い勝手の良い誘導加熱装置が実現できる。
【０００９】
第２の発明は、特に、第１の発明において、判定値は、時間の経過とともに高から低に変更することにより、熱容量の小さい被加熱体の場合は短時間で制御量の変化が大きく、逆に熱容量の大きい被加熱体の場合は長い時間を経過しても制御量の変化が小さいため、時間の経過とともに判定値を高から低にすることで、熱容量の違いによる判定時の温度のばらつきを少なくすることが可能となり、正確な温度検出が可能となる。
【００１０】
第３の発明は、特に、第１の発明において、高周波インバータの入力電流が安定した後、安定時から所定時間経過後の制御量の変化量を求め、その変化量をもとに判定値を算出することにより、被加熱体の材質や径の違いによる熱容量が異なる被加熱体であっても、その後の制御量の変化を推測して判定するために、被加熱体の高温状態を正確に検出することが可能となる。
【００１１】
第４の発明は、特に、第１の発明において、高周波インバータの入力電流の目標値毎に判定値を変更することにより、火力設定によって制御量の時間的変化が異なるため、その違いを排除して被加熱体が高温であることを検出する温度の誤差を少なくすることが可能となる。
【００１２】
第５の発明は、特に、第４の発明において、高周波インバータの入力電流の目標値変更により判定値を変更することにより、入力電流の目標値が変更されたことによって制御量の時間的変化の割合が変わっても、正確に被加熱体が高温であることを検出することが可能となる。
【００１３】
第６の発明は、特に、第４の発明において、高周波インバータの入力電流の目標値が所定値より小さい場合には高周波インバータの加熱出力を変更しないことにより、火力設定が弱い場合には被加熱体の発熱と放熱のバランスがとれて被加熱体が危険な高温状態にまで温度が上がらないため、加熱出力の変更をしないものとして誤検知を防止することができる。
【００１４】
第７の発明は、特に、第１の発明において、高周波インバータの入力電流が所定値より小さくなった場合には判定値を変更することにより、高周波インバータを保護する目的で設けられたリミッタなどによって高周波インバータの入力電流が小さくなると、それに伴って制御量も小さくなって正確な判定ができなくなるため、入力電流が所定値より小さくなった場合には、それに応じて判定値を変更することによって被加熱体が高温であることを検出する温度の誤差を少なくすることが可能となる。
【００１５】
第８の発明は、特に、第１の発明において、高周波インバータの入力電流の積算値を求め、積算値に応じて判定値を変更することにより、入力電流が変動した場合でも被加熱体に入力された電力が正確に求められ、それに応じた判定値とすることによって被加熱体が高温であることを検出する温度の誤差を少なくすることが可能となる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示すものである。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態における誘導加熱装置は、高周波インバータ１と、この高周波インバータ１に電力を供給する電源２と、高周波インバータ１の入力電流を検知するカレントトランスなどの検知手段７と、高周波インバータ１を制御する制御手段８と、調理鍋などの被加熱体６の温度を検出する温度検知手段９とを備えている。そして、制御手段８は、制御量の時間変化に応じて高周波インバータ１の加熱出力を抑制または停止するように制御するとともに、加熱出力を制御する制御量の判定値を条件に応じて変更するようにしたものである。
【００１９】
前記高周波インバータ１は、電源２によって供給された電力を、電流経路を切り替えて供給するスイッチング素子３、スイッチング素子３の切り替えで電力が供給されトッププレート（図示せず）上の被加熱体６を加熱する誘導加熱コイル４、および誘導加熱コイル４と直列に接続された共振コンデンサ５を有するものである。
【００２０】
電源２は、商用の単相１００Ｖまたは２００Ｖの交流電源をダイオードブリッジで直流化した直流電源を高周波インバータ１に供給する。通常、直流電源は昇圧コンバータなどの昇圧手段で昇圧されたものを用いる場合が多いが、それに限定するものではない。ここでは、昇圧コンバータを含めて電源２としている。電源２の電圧を昇圧しておくことによって、高周波インバータ１に同電力を供給する場合に電流を減らすことが可能であるため、高周波インバータ１を構成する各部品の部品定格を下げることが可能となり、部品の小型化と低コスト化を可能として、より安価で小型の製品とすることで使用者に便益をもたらすことができるため、電源２の電圧は高い方が望ましい。
【００２１】
ここで、高周波インバータ１は、電源２によって供給された電力をスイッチング素子３によって電流経路を切り替えて誘導加熱コイル４に高周波電流を供給する。誘導加熱コイル４からは高周波磁界が発生し、被加熱体６内には電磁誘導による渦電流が流れ、そのジュール熱のために被加熱体６が加熱されるものである。
【００２２】
高周波インバータ１の制御としては、高周波インバータ１の入力電流を検知手段７によって制御手段８に入力し、誘導加熱装置の使用者が設定した入力電力とするべく制御手段８がフィードバック制御を行っている。
【００２３】
図２は、高周波インバータ１の駆動周波数と入力電力の相関を示しており、実線は被加熱体６が低温時の時の相関、破線は被加熱体６が高温時の相関を示している。一般的に抵抗率は温度上昇に伴い上昇するため、誘導加熱コイル４を含む共振回路のインピーダンスが変化する。その結果、被加熱体６の温度によって駆動周波数との相関が変化し、高周波インバータ１の入力電力を維持するためには、駆動周波数を徐々に低下させていく必要がある。
【００２４】
その結果を図３に示している。入力電力を増加させるために駆動周波数を徐々に低下させていき、時間Ｔ１となって入力電力が一定となる。被加熱体６の温度が一定であれば駆動周波数も一定となるが、既述のとおり被加熱体６の温度が上昇するに伴って抵抗値が変化するためにそれに応じて駆動周波数が低下していく。このＴ１以降の駆動周波数の時間的な変化により、被加熱体６の温度上昇を計測する。
【００２５】
例えば、被加熱体６である調理鍋に内容物が入っていない空焚きの場合は被加熱体６の温度上昇が大きいため、それに伴って駆動周波数の時間的な変化も大となる。したがって、そのような場合は空焚きであると判定して高周波インバータ１の加熱出力を停止または抑制することによって温度上昇を抑え、危険な状態を回避することが可能となる。
【００２６】
以上、駆動周波数の時間的な変化によって被加熱体６の温度上昇を判別する方法について説明したが、これは高周波インバータ１の駆動周波数によって高周波インバータ１の加熱出力を制御している場合であって、高周波インバータ１の加熱出力制御を、高周波インバータ１を構成するスイッチング素子３の導通割合を示す導通比や、電源２から高周波インバータ１に供給する電圧を制御する昇圧コンバータの昇圧比によって制御する場合には、それぞれその制御パラメータの時間的な変化に表れるため、同様の検知が可能であり、駆動周波数の変化に限定するものではない。
【００２７】
しかしながら、このような検知方式の場合、被加熱体６の径や材質によって熱容量が異なるため一意の判定値で判定を行うと、被加熱体６の温度がそれほど上がっていないにも関わらず空焚きと検知して加熱出力が低下したり、逆に被加熱体６の温度が危険なほど上昇していても空焚きと検知することができないといったりする場合が存在していた。
【００２８】
本実施の形態では、制御手段８が制御量の時間変化に応じて高周波インバータ１の加熱出力を抑制あるいは停止するように制御するとともに、加熱出力を変更する制御量の判定値を条件に応じて変更することにより、被加熱体６の種類や状態、装置を構成するトッププレートやスイッチング素子３などの温度、あるいは火力設定の変更といった様々な条件の違いを排除して被加熱体６の高温状態を確実に検知して高周波インバータ１の加熱出力を抑制または停止し、安全で使い勝手の良い誘導加熱装置が実現できる。
【００２９】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置について説明する。基本構成は、実施の形態１と同様であるので、相違点についてのみ説明する。
【００３０】
本実施の形態における誘導加熱装置は、加熱出力を変更する制御量の判定値は、時間の経過とともに高から低に変更するものである。
【００３１】
図４は、熱容量の異なる被加熱体６における、制御パラメータの時間的な変化を示したものである。熱容量の小さい被加熱体６は温度上昇が急であるため、それに伴って制御パラメータの時間的な変化も急激に変化する。一方、熱容量の大きい被加熱体６は、熱容量によって温度上昇がゆっくりであるため、抵抗値の変化もゆっくりと変化し、制御パラメータの変化も時間がかかる。
【００３２】
このように熱容量の異なる被加熱体６において一意の判定値を用いた場合、実施の形態１で説明したように熱容量の小さい被加熱体６は温度がそれほど上がっていないにも関わらず空焚きと検知して加熱出力が低下したり、熱容量の大きい被加熱体６では温度が危険なほど上昇していても空焚きと検知することができないといったりする場合が存在していた。
【００３３】
本実施の形態では、熱容量の小さい被加熱体６の温度上昇にあわせてはじめは制御パラメータの時間的な変化が大きいことを考慮して判定値を高めに設定しておき、その判定値にかからないような熱容量の大きい被加熱体６の温度上昇を検知するため時間の経過とともに判定値を低くすることで、熱容量の違いによる判定時の温度のばらつきを少なくすることが可能となり、正確な温度検出が可能となる。
【００３４】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における誘導加熱装置について説明する。基本構成は、実施の形態１と同様であるので、相違点についてのみ説明する。
【００３５】
本実施の形態における誘導加熱装置は、高周波インバータ１の入力電流が安定した後、安定時から所定時間経過後の制御量の変化量を求め、その変化量をもとに判定値を算出するものである。
【００３６】
図５において、時間Ｔ１は加熱開始から電力が安定するまでの時間、時間Ｔ１時の制御パラメータの値をＡ、時間Ｔ１から所定の時間が経過したＴ２時の制御パラメータの値をＢ、時間Ｔ２からさらに時間の経過したＴ３時の制御パラメータの値をＣとする。時間Ｔ１までの制御パラメータの値の変化は、高周波インバータ１の入力電力を所定の値にするためにＡだけ変化させたものである。したがって、被加熱体６の温度が上昇したことによって抵抗値が変わり、それに伴って変更した制御パラメータの変化とは異なるため、この制御パラメータの変化Ａは取り除く必要がある。
【００３７】
時間Ｔ２における制御パラメータの値はＢであるが、被加熱体６の温度上昇による変化分を取り出すため、Ｂ−Ａが時間Ｔ１からＴ２の間に被加熱体６の温度が上昇したことによるインピーダンスの変化に対応した制御量の変化となる。このＴ１からＴ２間の制御パラメータの変化より、被加熱体６の熱容量に応じた判定値を算出する。具体的には、時間Ｔ３時の制御パラメータの値がＣの時に加熱出力を抑制するために、時間Ｔ２における制御パラメータの変化Ｂ−Ａを変数とする関数ｆ（Ｂ−Ａ）によって、時刻Ｔ３における判定値Ｃを設定する。
【００３８】
このように、本実施の形態では、高周波インバータ１の入力電流が安定した後、安定時から所定時間経過後の制御量の変化量を求め、その変化量をもとに判定値を算出することにより、被加熱体６の材質や径の違いによる熱容量が異なる被加熱体６であっても、その後の制御量の変化を推測して適切な判定値で判定するために、被加熱体６の高温状態を正確に検出することが可能となる。
【００３９】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における誘導加熱装置について説明する。基本構成は、実施の形態１と同様であるので、相違点についてのみ説明する。
【００４０】
本実施の形態における誘導加熱装置は、高周波インバータ１の入力電流の目標値毎に判定値を変更するものである。
【００４１】
図６は、２つの入力電力値における制御パラメータの変化を示している。入力電力Ａは入力電力Ｂよりも大であるが、そのときの制御パラメータの値も制御パラメータＡの方が大となる。つまり、入力電力が大であれば被加熱体６の温度上昇も大きくなるため、それに応じてインピーダンスの変化も大きくなり、その結果として制御パラメータの変化も大きくなるためである。
【００４２】
したがって、入力電力が大の時は制御パラメータの変化も大きいことを見越して判定値も大としておき、入力電力が小の時は判定値も小としておくことによって、すなわち、誘導加熱装置の使用者が選択する火力設定毎に決まる高周波インバータ１の入力電流の目標値毎に判定値を変更することで、火力設定によって制御量の時間的変化が異なるため、その違いを排除して被加熱体６が高温であることを検出する温度の誤差を少なくすることが可能となる。
【００４３】
また、加熱途中で火力設定を変更された場合に前の火力設定値の判定値をそのまま使用すると、被加熱体６が高温でもないうちに加熱出力が抑制される、あるいは被加熱体６が高温となっているにも関わらず被加熱体６の高温を検出できない可能性がある。したがって、高周波インバータ１の入力電流の目標値変更により判定値を変更することにより、入力電流の目標値が変更されたことによって制御量の時間的変化の割合が変わっても、正確に被加熱体６が高温であることを検出することが可能となる。
【００４４】
さらに、高周波インバータ１の入力電流の目標値が所定値より小さい場合には、高周波インバータ１の加熱出力を変更しないことにより、火力設定が弱い場合には被加熱体６の発熱と放熱のバランスがとれて被加熱体６が危険な高温状態にまで温度が上がらないため、被加熱体６の温度検出を無効とし加熱出力の変更をしないものとして、誤検知を防止することもできる。
【００４５】
さらにまた、誘導加熱装置には高周波インバータ１を構成する部品を保護するための制御上のリミッタが存在する。図７に示すように、加熱をすることによってインピーダンスが変化し、高周波インバータ１の電力を維持するために制御値を増加させようとした場合、リミッタによって制御値の増加を制限され、結果として電力が下がってしまう場合がある。また、制御値はリミッタの値と同値となって変化しない場合もある。このような場合、高周波インバータ１の制御パラメータの変化がないために被加熱体６の温度は安定していると判断されるため、被加熱体６の異常な高温状態を判定することが困難となり、判別が遅れるあるいは判別できない場合が発生する。
【００４６】
このような状況を回避するため、高周波インバータ１の入力電流が所定値より小さくなった場合には判定値を変更することにより、高周波インバータ１を保護する目的で設けられたリミッタなどによって高周波インバータ１の入力電流が所定値より小さくなると、それに応じて判定値を変更され被加熱体６が高温であることを検出する温度の誤差を少なくすることが可能となる。
【００４７】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５における誘導加熱装置について説明する。基本構成は、実施の形態１と同様であるので、相違点についてのみ説明する。
【００４８】
本実施の形態における誘導加熱装置は、高周波インバータ１の入力電流の積算値を求め、積算値に応じて判定値を変更するものである。
【００４９】
実施の形態４で説明したように、リミッタによって入力電力が徐々に低下した場合はあらかじめ設定された火力設定の入力電力とは異なるため、それに対応した判定値を持たない。その場合は火力設定の入力電力で一番近い判定値を使用する方法もあるが、入力電力が異なるため誤差が大きくなる。これに対し、高周波インバータ１の入力電流の積算値を求め、積算値に応じて判定値を変更することにより、リミッタによって入力電力が制限されて徐々に低下したような場合であっても、被加熱体６に加えられた入力電力の積算値のため、被加熱体６に入力された電力が正確に求められ、それに応じた判定値とすることによって被加熱体６が高温であることを検出する温度の誤差を少なくすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置では、被加熱体の高温状態を確実に検知して高周波インバータの加熱出力を抑制または停止し、安全で使い勝手の良いので、一般家庭やオフィス、レストランなどで使用される誘導加熱調理器として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１〜５における誘導加熱装置の構成を示すブロック図
【図２】同誘導加熱装置の駆動周波数と入力電力の相関を示す図
【図３】同誘導加熱装置の被加熱体の温度と入力電力および駆動周波数の時間変化を示す図
【図４】本発明の実施の形態２における誘導加熱装置の被加熱体の熱容量違いによる制御パラメータの時間的な変化を示す図
【図５】本発明の実施の形態３における誘導加熱装置の制御パラメータの時間的な変化を示す図
【図６】本発明の実施の形態４における誘導加熱装置の入力電力の違いによる制御パラメータの時間的な変化を示す図
【図７】同誘導加熱装置のリミッタによって入力電力が制限されたときの制御パラメータの時間的な変化を示す図
【符号の説明】
【００５２】
１  高周波インバータ
２  電源
３  スイッチング素子
４  誘導加熱コイル
５  共振コンデンサ
６  被加熱体
７  検知手段
８  制御手段
【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】
2006228542.tif 000008
【図７】
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