(57)【要約】【課題】平滑回路の静電容量成分が大、交流電源の零点付近の負荷電流が小となり、整流回路出力の低電位端電位が不安定になっても安定動作する誘導加熱装置を提供すること。【解決手段】零点検知手段８の交流電源１との電流ループには整流回路２のダイオードを介さない構成とし、平滑回路３の静電容量成分が大きくなり、整流回路２のダイオード電流が交流電源１の零点付近で流れず、整流回路２出力の低電位端が不安定になっても、安定して所望の零点検知出力を得、制御回路７及びインバータ回路４を安定に動作させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱体に高周波磁束を鎖交させる加熱コイルと、交流電源を全波整流する整流回路と、この整流回路の出力を平滑するコンデンサとチョークコイルを有する平滑回路と、この平滑回路出力を入力して１つ以上のスイッチング手段のオンオフにより、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、このインバータ回路の動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記交流電源の零点を検知する零点検知手段を有し、前記整流回路出力の低電位端を動作基準電位とし、前記交流電源より生成する直流電源にて動作すると共に、前記零点検知手段で検知した零点検出信号を動作基準タイミング信号として動作し、前記零点検知手段は、前記整流回路を介さずに前記零点検出信号を前記制御回路に出力する構成とした誘導加熱装置。
【請求項２】
零点検知手段の制御回路に対する零点検出信号の伝達に絶縁信号伝達手段を用いた構成の請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
平滑回路のコンデンサの静電容量が約１００μＦ以上である構成の請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
アルミニウムの導電率と略同等またはそれ以上の導電率を有する被加熱体を加熱可能なインバータとした請求項３に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般家庭やレストラン及びオフィス、あるいは工場などで使用される誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誘導加熱装置の加熱方法を誘導加熱調理器を例に取り上げ、図面を用いて説明する。図３は従来例の構成を示すブロック図、図４は従来例の各部動作を示すタイミングチャート図である。
【０００３】
図３において、２１は交流電源、２２は交流電源２１を整流するブリッジ接続されたダイオードから成る整流回路、２３はチョークコイル２３ａ及びコンデンサ２３ｂから成る平滑回路、２４はインバータ回路、２５はインバータ回路２４から高周波電流を供給されることにより鍋等の被加熱体２６に高周波交番磁界を印加して誘導加熱を行う加熱コイル、２７はインバータ回路２４の動作を制御する制御回路、２８は制御回路２７の動作基準タイミングを交流電源２１の零点に合わすため、交流電源２１の零点を検知する零点検知手段、２９は制御回路２７の動作電源を生成する直流電源である。
【０００４】
上記構成において動作を説明する。インバータ回路２４は交流電源２１を整流回路２２及び平滑回路２３で整流、平滑した直流（コンデンサ２３ｂの静電容量が１０〜数十μＦの場合は略全波整流の脈流）を高周波交流に変換し、加熱コイル２５に高周波電流を流すことで、加熱コイル２５と磁気結合した鍋等の被加熱体２６に渦電流を発生させて、そのジュール熱で被加熱体２６を誘導加熱する。
【０００５】
また、制御回路２７は交流電源２１より生成し、整流回路２２の出力の低電位端を基準電位とした直流電源２９から電源を供給されることで動作している。
【０００６】
この時、制御回路２７は零点検知手段２８で検知した交流電源２１の零点のタイミング毎に、各種制御目標値に対するインバータ回路２４の動作設定（例えば入力電流に対するインバータ回路２４のスイッチング手段２４ａの導通時間設定）等を行っている。つまり、この交流電源２１の零点タイミングを基準として検知した各種検知情報（図示せず）に基づき、この情報が制御目標になるように、インバータ回路２４の動作を制御し、被加熱体２６への加熱出力を可変させている。この際、零点検知手段２８も整流回路２２の出力の低電位端を基準電位としており、零点検知手段２８の検知回路の電流ループには整流回路２２を構成するダイオードを介するようになっている。これは前述した直流電源２９の基準電位を含め全ての動作基準電位を整流回路２２の出力の低電位端に合わすことで、制御回路２７の各種検知回路構成を簡素化できるためである（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２６０５３９号公報（第４−６頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の誘導加熱装置では、インバータ回路２４が動作している時、平滑回路２３の入力電流は、コンデンサ２３ｂの静電容量が１０〜数十μＦの場合は図４に示すように略全波整流の脈流となるため、交流電源２１電圧の零点近傍では電流が殆ど流れていないので、整流回路２２のダイオードが非導通に近い状態である。コンデンサ２３ｂの静電容量が更に大きくなり、例えば数百μＦ以上になると、非導通期間が顕著になり、交流電源２１が商用周波の場合には数ｍ秒にも及ぶ。この非導通期間が存在すると、入力インピーダンスが低い直流電源２９は別として、通常数十ｋ〜数百ｋΩのインピーダンスを持ち、且つ整流回路２２のダイオードを交流電源２１との電流ループに含んでいる零点検知手段２８は、この整流回路２２のダイオードが非導通の期間、機器の動作状態（例えば誘導加熱出力の大小や、被加熱体材質や形状が異なることによるインバータ回路２４の動作モードの違い等）によっては、その動作基準電位が不安定となる場合があるため図４に示すように所望の波形が得られず、制御回路２７及びインバータ回路２４が安定動作しないという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するもので、平滑回路のコンデンサの静電容量が大きくなった場合でも、交流電源の零点を不具合なく検知し、制御回路及びインバータ回路を安定に動作させ、信頼性の高い誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、被加熱体に高周波磁束を鎖交させる加熱コイルと、交流電源を全波整流する整流回路と、この整流回路の出力を平滑するコンデンサとチョークコイルを有する平滑回路と、この平滑回路出力を入力して１つ以上のスイッチング手段のオンオフにより、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、このインバータ回路の動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記交流電源の零点を検知する零点検知手段を有し、前記整流回路出力の低電位端を動作基準電位とし、前記交流電源より生成する直流電源にて動作すると共に、前記零点検知手段で検知した零点検出信号を動作基準タイミング信号として動作し、前記零点検知手段は、前記整流回路を介さずに前記零点検出信号を前記制御回路に出力する構成としているので、平滑回路の静電容量成分が大きくなり、整流回路のダイオード電流が交流電源の零点付近で流れず、整流回路出力の低電位端が不安定になっても、安定して所望の零点検知出力を得、制御回路及びインバータ回路を安定に動作させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の目的は、各請求項に記載した構成を実施の形態とすることにより達成することができるので、以下には各請求項の特徴とする構成に作用を併記して実施の形態の意義を理解しやすく説明することとする。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、被加熱体に高周波磁束を鎖交させる加熱コイルと、交流電源を全波整流する整流回路と、この整流回路の出力を平滑するコンデンサとチョークコイルを有する平滑回路と、この平滑回路出力を入力して１つ以上のスイッチング手段のオンオフにより、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、このインバータ回路の動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記交流電源の零点を検知する零点検知手段を有し、前記整流回路出力の低電位端を動作基準電位とし、前記交流電源より生成する直流電源にて動作すると共に、前記零点検知手段で検知した零点検出信号を動作基準タイミング信号として動作し、前記零点検知手段は、前記整流回路を介さずに前記零点検出信号を前記制御回路に出力する構成としているので、この手段により、インバータ回路はスイッチング手段をオンオフさせることにより、加熱コイルに高周波電流を供給して、加熱コイルから発生する高周波磁束により鍋等の被加熱体を誘導加熱することができる。
【００１３】
また、制御回路が零点検知手段を有しているので、交流電源の零点を検知し、この零点のタイミングを基準に各種制御情報を処理し、スイッチング手段の駆動周期或いは駆動時間比を可変させ、所望の誘導加熱出力を得ることができる。更に、零点検知手段は、前記整流回路を介さずに前記零点検出信号を前記制御回路に出力するようにしているので、平滑回路の静電容量成分が大きくなり、整流回路のダイオード電流が交流電源の零点付近で流れず、整流回路出力の低電位端が不安定になっても、安定して所望の零点検知出力を得ることができるという作用を有する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成とすると共に、零点検知手段の制御回路に対する零点検出信号の伝達に絶縁信号伝達手段を用いた構成としているので、この手段によって、零点検知手段の出力を、整流回路出力の低電位端を基準とすることなく、確実に制御回路に伝達できると共に、絶縁信号伝達手段にフォトカプラ等の光学的信号伝達素子を用いれば比較的平易で簡潔な回路構成で実現できるので機器のコストアップ並びにサイズアップを抑制できるという作用を有する。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の構成とすると共に、平滑回路のコンデンサの静電容量が約１００μＦ以上である構成としているので、この手段により、インバータ回路が動作している時の、加熱コイル電流及び被加熱体に印加する高周波磁界の胞絡線の脈流成分低減し、これによる被加熱体の機械的振動を抑制できる共に、平滑回路のコンデンサの静電容量が大きいことにより整流回路のダイオード電流が交流電源の零点付近で流れず、整流回路出力の低電位端が不安定になっても、安定して所望の零点検知出力を得ることができるという作用を有する。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の構成とすると共に、アルミニウムの導電率と略同等またはそれ以上の導電率を有する被加熱体を加熱可能なインバータとしたとしたものであり、この手段によって、一般的に被加熱体の材質が鉄のような磁性体では、誘導加熱時には加熱コイルとは反発力と吸引力がそれぞれ位相差を持った形で働くことで、加熱コイルから印加される高周波電流の胞絡線の脈流成分による被加熱体の機械的振動が比較的小さいが、アルミニウム等の低抵抗率、低透磁率材質の被加熱体である場合には、誘導加熱時に加熱コイルとは吸引力は発生せず、反発力のみとなるので、被加熱体の比重が小さい或いは単に軽量な構造である時には、加熱コイルから印加される高周波電流の胞絡線の脈流成分による被加熱体の機械的振動が大となることが危惧されるので、平滑回路の静電容量成分を百〜数百μＦ以上に大きくして、被加熱体の機械的振動を低減した際に、平滑回路のコンデンサの静電容量が大きいことにより整流回路のダイオード電流が交流電源の零点付近で流れず、整流回路出力の低電位端が不安定になっても、安定して所望の零点検知出力を得ることができるという作用を有する。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）
以下本発明の実施例を誘導加熱調理器を例に取り上げ、図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図、図２は本発明の第１の実施例の各部動作を示すタイミングチャート図である。
【００１８】
図１において、１は交流電源、２は交流電源１を整流するブリッジ接続されたダイオードから成る整流回路、３はチョークコイル３ａ及びコンデンサ３ｂから成る平滑回路、４はスイッチング手段４ａを含むインバータ回路、５はインバータ回路４から高周波電流を供給されることにより鍋等の被加熱体６に高周波交番磁界を印加して誘導加熱を行う加熱コイル、７はインバータ回路４の動作を制御する制御回路、８は制御回路７の動作基準タイミングを交流電源１の零点に合わすため、交流電源１の零点を検知する零点検知手段、９は制御回路７の動作電源を生成する直流電源である。
【００１９】
上記構成において動作を説明する。インバータ回路４は交流電源１を整流回路２及び平滑回路３で整流、平滑した直流（コンデンサ３ｂの静電容量が１０〜数十μＦの場合は略全波整流の脈流、百〜数百μＦ以上の場合は図４に示すような脈流成分が極少ない脈流）を高周波交流に変換し、加熱コイル５に高周波電流を流すことで、加熱コイル５と磁気結合した鍋等の被加熱体６に渦電流を発生させて、そのジュール熱で被加熱体６を誘導加熱する。
【００２０】
本実施例では、コンデンサ３ｂの静電容量を約１４００μＦ、チョークコイル２３ａのインダクタンスを約３．５ｍＨ程度に設定することで、特にアルミニウム等の低抵抗率、低透磁率材質の被加熱体６である場合には、誘導加熱時に加熱コイル５とは吸引力は発生せず、反発力のみとなり、被加熱体６の比重が小さい或いは単に軽量な構造である時には、加熱コイル５から印加される高周波電流の胞絡線の脈流成分による被加熱体６の機械的振動が大とならないようにしている。
【００２１】
また、制御回路７は交流電源１より生成し、整流回路２の出力の低電位端を基準電位とした直流電源９から動作電源５Ｖを供給されることで動作している。本実施例では零点検知手段８の出力は図４に示すように交流電源１周期を１周期とした略矩形波であり、制御回路７はこの矩形波のエッジを検知することで、このエッジが交流電源１の零点であることを検知している。
【００２２】
この時、制御回路７は零点検知手段８で検知した交流電源１の零点のタイミング毎に、各種制御目標値に対するインバータ回路４の動作設定（例えば入力電流に対するインバータ回路４のスイッチング手段４ａの導通時間設定）等を行っている。つまり、この交流電源１の零点タイミングを基準として検知した各種検知情報（図示せず、例えば、スイッチング手段４ａの両端電圧や加熱コイル５の電流、或いはインバータ回路４への入力電流等）に基づき、この情報が予め決定している制御目標値になるように、インバータ回路４の動作、具体的には、スイッチング手段４ａの駆動周期或いは駆動時間比を制御し、被加熱体６への加熱出力を可変させている。零点検知手段８出力が図２に示すように不安定になると、制御回路７は正しいタイミングで機器の制御情報を得ることができず、誤った制御目標に設定したりして、所望の誘導加熱出力が得られないばかりか、最悪の場合、機器が破壊することも考えられる。
【００２３】
この際、本実施例では零点検知手段８がその検知回路と交流電源１との電流ループに、整流回路２を構成するダイオードを介さないようにしているので、コンデンサ３ｂの静電容量を百〜数百μＦ以上としており、整流回路２出力電流、即ち整流回路２のダイオード電流が交流電源１の零点付近で流れず、整流回路２出力の低電位端が不安定になっても、安定して所望の零点検知出力を得ることができる。
【００２４】
また、本実施例では零点検知手段８の出力伝達に絶縁信号伝達手段１０（フォトカプラ）を用いているので、零点検知手段８の出力を、整流回路２出力の低電位端を基準とすることなく、所望の波形で制御回路４に伝達できると共に、比較的平易で簡潔な回路構成で実現できるので機器のコストアップ並びにサイズアップを抑制できる。
【００２５】
尚、本実施例では、スイッチング手段を１つ含む構成で説明してあるが、２つ以上有する構成であっても同様の効果が得られるのは言うまでもないことである。また、絶縁信号伝達手段にフォトカプラを用いて説明しているが、これに限ったものでなく光学的に信号伝達できる半導体デバイスで構成してあれば同様の効果が得られることは言うまでもないことである。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、平滑回路の静電容量成分が大きくなり、整流回路のダイオード電流が交流電源の零点付近で流れず、整流回路出力の低電位端が不安定になっても、安定して所望の零点検知出力を得ることができる。
【００２７】
請求項２記載の発明によれば、零点検知手段の出力を、整流回路出力の低電位端を零点検知手段の動作基準電位とすることなく、確実に制御回路に伝達できると共に、絶縁信号伝達手段にフォトカプラ等の光学的信号伝達素子を用いれば比較的平易で簡潔な回路構成で実現できるので機器のコストアップ並びにサイズアップを抑制できる。
【００２８】
請求項３記載の発明によれば、被加熱体の機械的振動を抑制できる共に、平滑回路のコンデンサの静電容量が大きいことにより整流回路のダイオード電流が交流電源の零点付近で流れず、整流回路出力の低電位端が不安定になっても、安定して所望の零点検知出力を得ることができる。
【００２９】
請求項４記載の発明によれば、被加熱体がアルミニウム等の低抵抗率、低透磁率材質であっても、被加熱体の機械的振動を低減すると共に、平滑回路のコンデンサの静電容量が大きいことにより整流回路のダイオード電流が交流電源の零点付近で流れず、整流回路出力の低電位端が不安定になっても、安定して所望の零点検知出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施例の各部動作を示すタイミングチャート
【図３】従来例の構成を示すブロック図
【図４】従来例の各部動作を示すタイミングチャート
【符号の説明】
１  交流電源
２  整流回路
３  平滑回路
３ａ  チョークコイル
３ｂ  コンデンサ
４  インバータ回路
４ａ  スイッチング手段
５  加熱コイル
６  被加熱体
７  制御回路
８  零点検知手段
９  直流電源
１０  絶縁信号伝達手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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