(57)【要約】【課題】負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができるようにした誘導加熱調理器を提供すること。【解決手段】負荷を磁気結合させる加熱コイル１と共振コンデンサ３を有する共振回路４と、スイッチング素子を有し前記共振回路に電力を供給するインバータ７と、前記加熱コイルの加熱出力を制御する加熱出力制御手段８と、前記共振回路の等価共振時抵抗を検知する等価共振時抵抗検知手段９とを備え、負荷の特性に応じて加熱出力を制御することで安定に負荷を加熱することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を磁気結合させる加熱コイルと共振コンデンサを有する共振回路と、スイッチング素子を有し前記共振回路に電力を供給するインバータと、前記加熱コイルの加熱出力を制御する加熱出力制御手段と、前記共振回路の等価共振時抵抗を検知する等価共振時抵抗検知手段とを備え、前記加熱出力制御手段は、前記等価共振時抵抗検知手段の出力に応じて加熱出力を抑制する誘導加熱調理器。
【請求項２】
前記共振回路の等価共振時抵抗が大きい場合に等価共振時抵抗検知手段の出力に応じて加熱出力を抑制する請求項１に記載の誘導加熱調理器。
【請求項３】
インバータは少なくともシングルエンドプッシュプル構成を有する請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。
【請求項４】
加熱出力制御手段は少なくとも周波数可変制御の機能を有する構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
【請求項５】
スイッチング素子の駆動周波数は前記共振回路の共振周波数の略１／ｎ倍（ｎは２以上の整数）とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
【請求項６】
等価共振時抵抗検知手段の出力に応じてｎを変化させる請求項５に記載の誘導加熱調理器。
【請求項７】
等価共振時抵抗検知手段は少なくとも、加熱出力に応じた出力をする加熱出力検知手段の出力と、共振コンデンサまたは加熱コイルの電圧または電流を検知する共振電圧検知手段の出力を入力とし、共振電圧検知手段の出力が加熱出力検知手段の出力に応じた所定値以下となる場合に加熱出力を抑制する構成とした請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
【請求項８】
加熱出力検知手段は、入力電流、入力電圧、入力電力、共振回路電圧、共振回路電流のうち少なくとも一つを検知するものとした請求項７に記載の誘導加熱調理器。
【請求項９】
負荷の材質が、少なくともその一部は非磁性かつ低抵抗率の金属からなるものであるときに加熱出力が抑制される請求項１〜８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、共振回路を備えて特に非磁性かつ低抵抗率の金属からなる負荷をも誘導加熱する誘導加熱調理器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の誘導加熱調理器の例として、加熱コイルから高周波磁界を発生し、電磁誘導による渦電流によって鍋等の負荷を加熱する誘導加熱調理器について説明する。
【０００３】
従来の誘導加熱調理器（例えば、特許文献１参照）について、図５に基づいて説明する。電源５１は低周波交流電源である２００Ｖ商用電源であり、ブリッジダイオードである整流回路５２の入力端に接続される。整流回路５２の出力端間に第１の平滑コンデンサ５３が接続される。整流回路５２の出力端間には、さらに、チョークコイル５４と第２のスイッチング素子５７の直列接続体が接続される。加熱コイル５９はアルミニウム製の鍋６１と対向して配置されている。
【０００４】
第２の平滑コンデンサ６２の低電位側端子（エミッタ）は整流回路５２の負極端子に接続され、第２の平滑コンデンサ６２の高電位側端子は第１のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）５５の高電位側端子（コレクタ）に接続され、第１のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）５５の低電位側端子はチョークコイル５４と第２のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）５７の高電位側端子（コレクタ）との接続点に接続される。加熱コイル５９と共振コンデンサ６０の直列共振回路が第２のスイッチング素子５７に並列に接続される。
【０００５】
第１のダイオード５６（第１の逆導通素子）は第１のスイッチング素子５５に逆並列に接続（第１のダイオード５６のカソードと第１のスイッチング素子５５のコレクタとを接続）され、第２のダイオード５８（第２の逆導通素子）は第２のスイッチング素子５７に逆並列に接続される。
【０００６】
制御手段６３は、所定の出力になるように第１のスイッチング素子５５と第２のスイッチング素子５７のゲートに信号を出力する。
【０００７】
以上のように構成された誘導加熱調理器において、第１のスイッチング素子５５と、第２のスイッチング素子５７の駆動周波数に比べ、共振電流の周波数は２倍以上に設定することにより、第１のスイッチング素子５５と、第２のスイッチング素子５７の損失を増やすことなく、かつ、チョークコイル５４により、第２の平滑コンデンサ電圧は昇圧されるので、アルミニウム等の非磁性かつ低抵抗率の負荷を高出力で誘導加熱できる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−７５６２０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の構成では、インバータ出力電圧すなわち共振回路にかかる電圧は各部品の耐電圧など限度があり最大加熱出力にも限度がある。特に等価共振時抵抗が大きくなると等価共振時抵抗に反比例して最大加熱出力が小さくなることがあった。
【００１０】
さらにこの課題は共振周波数がスイッチング素子の駆動周波数の略整数倍となるようにした場合にはインバータ電流は（１／略整数）倍と反比例して減少するのでより顕著となる（但し、略整数は２以上）。このような場合、所定の加熱出力となるようにスイッチング素子の駆動周波数を制御することで加熱出力を可変した場合に、設定される所定の加熱出力値が最大加熱出力より小さい場合は、動作点が存在し所定の出力値に安定するが、設定される所定の加熱出力値が最大加熱出力より大きい場合は、動作点が存在しないため、駆動周波数を下げ続け、制御手段は加熱出力を上げようとするが、安定点を見出すことができず、安定に加熱することが出来ないという問題があった。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、負荷の特性を等価共振時抵抗検知手段により検知して負荷の特性に応じて過大な加熱出力設定とならないように加熱出力を抑制したり最大加熱出力が大となるようにスイッチング素子の駆動周波数を変更したりすることで負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができるようにした誘導加熱調理器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱調理器は負荷を磁気結合させる加熱コイルと共振コンデンサを有する共振回路と、スイッチング素子を有し前記共振回路に電力を供給するインバータと、前記加熱コイルの加熱出力を制御する加熱出力制御手段と、前記共振回路の等価共振時抵抗を検知する等価共振時抵抗検知手段とを備えた構成とした。この構成により、負荷の特性を等価共振時抵抗検知手段により検知することができる。
【００１３】
また、負荷の特性を等価共振時抵抗検知手段により検知すれば、負荷の特性に応じて加熱出力を制御することができる。従って、負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる誘導加熱調理器とすることができる。すなわち、上記、等価共振時抵抗が大きくなると等価共振時抵抗に反比例して最大加熱出力が小さくなるような負荷のときに、設定される所定の加熱出力値が最大加熱出力より大きい場合は、動作点が存在しないため、駆動周波数を下げ続けないように抑制し、制御手段が安定点を見出すことができなくても適当な出力で加熱するようにするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、負荷を磁気結合させる加熱コイルと共振コンデンサを有する共振回路と、スイッチング素子を有し前記共振回路に電力を供給するインバータと、前記加熱コイルの加熱出力を制御する加熱出力制御手段と、前記共振回路の等価共振時抵抗を検知する等価共振時抵抗検知手段とを備え、前記加熱出力制御手段は、前記等価共振時抵抗検知手段の出力に応じて加熱出力を抑制する構成とした。この構成により、負荷の特性を等価共振時抵抗検知手段により検知することができる。
【００１５】
また、負荷の特性を等価共振時抵抗検知手段により検知すれば、負荷の特性に応じて加熱出力を制御することができる。従って、負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる誘導加熱調理器とすることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、特に請求項１に記載の構成において、前記共振回路の等価共振時抵抗が大きい場合に等価共振時抵抗検知手段の出力に応じて加熱出力を抑制することを特徴とした構成とした。この構成により、負荷の特性に応じて加熱出力を抑制することができる。従って、負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる誘導加熱調理器とすることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、特に請求項１または２に記載の構成において、インバータは少なくともシングルエンドプッシュプル構成を有する構成とした。この構成により、インバータの出力制御が容易となる。また、スイッチング素子の耐電圧を小さくできる。従って、負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる誘導加熱調理器とすることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、特に請求項１〜３に記載の構成において、加熱出力制御手段は少なくとも周波数可変制御の機能を有する構成とした。この構成により、インバータの出力制御が容易となる。従って、負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる誘導加熱調理器とすることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、特に請求項１〜４に記載の構成において、スイッチング素子の駆動周波数は前記共振回路の共振周波数のおよそ１／ｎ倍（ｎは２以上の整数）であることを特徴とした構成とした。この構成により、スイッチング素子の駆動周波数を小さくすることができインバータ損失を小さくできる。従って、負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる誘導加熱調理器とすることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、特に請求項５に記載の構成において、等価共振時抵抗検知手段の出力に応じてｎを変化させることを特徴とした構成とした。この構成により、負荷の特性に応じて最大加熱出力が大となるようにスイッチング素子の駆動周波数を変更することができる。従って、負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる誘導加熱調理器とすることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、特に請求項１〜６に記載の構成において、等価共振時抵抗検知手段は少なくとも、加熱出力に応じた出力をする加熱出力検知手段の出力と、共振コンデンサまたは加熱コイルの電圧または電流を検知する共振電圧検知手段の出力を入力とし、共振電圧検知手段の出力が加熱出力検知手段の出力に応じた所定値以下となる場合に加熱出力を抑制する構成とした。この構成により、負荷の特性に応じて過大な加熱出力設定とならないように加熱出力を抑制することができる。従って、負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる誘導加熱調理器とすることができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、特に請求項７に記載の構成において、加熱出力検知手段は少なくとも入力電流、入力電圧、入力電力、共振回路電圧または共振回路電流のいずれか一つを検知するものとした構成とした。この構成により、加熱出力を容易に検知でき、従って、負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる誘導加熱調理器とすることができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、特に請求項１〜８に記載の構成において、負荷の材質は少なくともその一部は非磁性かつ低抵抗率の金属からなるもので加熱出力が抑制される構成とした。この構成により、負荷の材質が少なくともその一部は非磁性かつ低抵抗率の金属からなるような等価共振時抵抗が比較的小さい場合でも、負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる誘導加熱調理器とすることができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施例１）
図１は本発明の実施例における誘導加熱調理器の模式図であり、図２は負荷と磁気結合した場合の同誘導加熱調理器の共振回路と等価共振時抵抗の構成図、図３は同誘導加熱調理器の加熱出力特性図、図４は同誘導加熱調理器の等価共振時抵抗検知手段の動作を説明する特性図である。
【００２６】
図１において、電源１２は２００Ｖ商用電源であり、インバータ７により高周波に変換され、高周波磁界を加熱コイル１に発生させる。２は負荷である鍋であり、加熱コイル１と対向して設置する。３は共振コンデンサであり、インバータ７の出力に対して加熱コイル１とともに直列の共振回路４を構成している。インバータ７は、ダイオードブリッジからなる整流手段１３と第１の平滑コンデンサ１４によって商用電源を直流に変換し、加熱出力制御手段８により第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６を交互に駆動することでチョークコイル１６により第１の平滑コンデンサ１４の電圧よりも昇圧して第２の平滑コンデンサ１５に蓄電しかつ第２の平滑コンデンサ１５を入力、共振回路４を出力としたシングルエンドプッシュプル構成となるよう第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６を接続している。
【００２７】
第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６はＩＧＢＴに逆並列にダイオードを接続したものとしている。インバータ７は周波数制御のインバータで、出力を増加させる場合にはスイッチング素子の駆動周波数が共振周波数に近づくように加熱出力制御手段８によりスイッチング素子を駆動し、カレントトランスからなる加熱出力検知手段１０により加熱出力を検知して所定の加熱出力が得られるようにする。共振電圧検知手段１１は抵抗分圧により共振コンデンサ３の電圧を分圧して出力する。等価共振時抵抗検知手段９は加熱出力検知手段１０の出力と、共振電圧検知手段１１の出力をそれぞれ入力として後で説明する動作を行う。
【００２８】
本実施例では共振回路４の共振周波数は約６０ｋＨｚとなるよう加熱コイル１および共振コンデンサ３を設定し、スイッチング素子の駆動周波数は共振回路４の共振周波数の１／３である約２０ｋＨｚとなるようにして、スイッチング素子の損失を低減することでアルミニウムのような非磁性かつ低抵抗率である金属も加熱できるようにしているものである。
【００２９】
図２で示すように左側の加熱コイル１に負荷２を磁気結合した場合の共振回路４の等価回路は右側の等価直列インダクタンス２１と等価共振時抵抗２２と共振コンデンサ３で表される。加熱コイル１および共振コンデンサ３の損失を無視すれば負荷２の加熱出力は等価共振時抵抗２２の損失と考えることができる。また、共振時は共振回路４のインピーダンスは等価共振時抵抗２２のみで表されることになり、共振回路４に加えられる電圧はインバータに使用する部品の耐電圧によって決まる値に制限されることや加熱出力は共振時に最大となることから等価共振時抵抗２２の値によって決定されるすなわち図３のように負荷によって異なる最大加熱出力となる。
【００３０】
図３に示すようにアルミ鍋のように等価共振時抵抗が小さい負荷の場合は最大加熱出力も大きく周波数制御により所定加熱出力でＡ点において動作することができる。アルミとステンレスを多層に積み重ねた多層鍋はステンレスの影響により等価共振時抵抗がアルミ鍋より大きい負荷となる。この場合は、最大加熱出力は所定加熱出力より小さく仮に周波数制御を行うのみでは加熱出力は所定加熱出力とすることができず安定に加熱することができないこととなる。
【００３１】
しかし図４で示すように加熱出力毎に共振電圧の所定値を実線の直線のように設定し共振電圧が所定値以下であれば所定値となるように加熱出力を抑制すれば図４のＢ点で安定に加熱動作を継続することができる。また、等価共振時抵抗がより大きい場合には図４の破線よりさらに共振電圧が小さい方向に動作線が変わる。その場合には等価共振時抵抗の大きさに応じて加熱出力はより抑制される。すなわち、図３の抑制後加熱出力と記した点線のように加熱出力は抑制され、アルミとステンレスを多層に積み重ねた多層鍋の場合は図３のＢ点で安定に負荷を加熱することが出来る。
【００３２】
以上述べたように、本実施例では加熱出力毎に共振電圧の所定値を設定し共振電圧が所定値以下であれば所定値となるように加熱出力を抑制する構成としているので、負荷の特性に応じて過大な加熱出力設定とならないように加熱出力を抑制して負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる。
【００３３】
なお、アルミ鍋と、アルミとステンレスの多層鍋の場合で説明したが、どのような材質でも等価共振時抵抗検知手段出力が異なればすなわち負荷の特性が異なれば負荷の特性に応じて加熱出力を抑制できるので本実施例と同等の効果が得られる。
【００３４】
また、本実施例ではインバータを昇圧機能ありのシングルエンドプッシュプル構成としたが拘ることはなく、単なるシングルエンドプッシュプル構成でもよいし、別の構成でも同等の効果が得られる。
【００３５】
また、本実施例では周波数制御によるものとしたが、デューティ制御などどのようなものであっても、本発明の主旨にかなうものであれば良い。
【００３６】
さらに、共振回路は直列共振としたが、並列共振として電流駆動によっても同等の効果が得られるのは言うまでもない。
【００３７】
（実施例２）
本実施例の基本構成は実施例１と同じなので異なる点を中心に説明する。また、実施例１と同じ機能には同じ符号を付しその説明は省略する。
【００３８】
図５は本発明の実施例における誘導加熱調理器の加熱出力特性図である。
【００３９】
本実施例が実施例１と異なる点は図１の等価共振時抵抗検知手段９の出力に対して加熱出力制御手段８の動作が異なるところである。具体的には、加熱出力制御手段８はスイッチング素子の駆動周波数は共振回路の共振周波数約６０ｋＨｚの１／３倍の約２０ｋＨｚとして動作し、等価共振時抵抗検知手段９の出力により等価共振時抵抗が小の場合そのまま約２０ｋＨｚとして動作し、等価共振時抵抗が大の場合スイッチング素子の駆動周波数は共振回路の共振周波数約６０ｋＨｚの１／２倍の約３０ｋＨｚとして動作する。
【００４０】
すなわち図５に示すように、アルミ鍋など等価共振時抵抗が小の場合Ａ点で所定加熱出力にて加熱動作を行い、アルミとステンレスを多層に積み重ねた多層鍋など等価共振時抵抗が大の場合Ｂ点で所定加熱出力にて加熱動作を行う。これにより等価共振時抵抗が様々な大きさになるすなわち負荷の特性が変化しても最大加熱出力が大となるようにスイッチング素子の駆動周波数を変更することで負荷の特性によらず所定加熱出力にて安定に負荷を加熱することができる。
【００４１】
なお、本実施例ではｎ＝２および３の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ｎを変えても本実施例と同等の効果が得られる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜９に記載の発明によれば、負荷の特性を等価共振時抵抗検知手段により検知して負荷の特性によらず安定に負荷を加熱することができる誘導加熱調理器にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における誘導加熱調理器の模式図
【図２】負荷と磁気結合した場合の同誘導加熱調理器の共振回路と等価共振時抵抗の構成図
【図３】同誘導加熱調理器の加熱出力特性図
【図４】同誘導加熱調理器の等価共振時抵抗検知手段の動作を説明する特性図
【図５】本発明の別の実施例における誘導加熱調理器の加熱出力特性図
【図６】従来の誘導加熱調理器の概略構成図
【符号の説明】
１  加熱コイル
２  負荷
３  共振コンデンサ
４  共振回路
５  第１のスイッチング素子
６  第２のスイッチング素子
７  インバータ
８  加熱出力制御手段
９  等価共振時抵抗検知手段
１０  加熱出力検知手段
１１  共振電圧検知手段
【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】
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