(57)【要約】【課題】  誘導加熱装置において比較的高い出力のもとで電源帰還ないしは電源からの受電の歪みを低減させた上で誘導加熱装置への出力供給を行う方法及び装置を提供する。【解決手段】  出力供給のために交流供給電圧及びスイッチング自在の開閉手段を付けた周波数変換器を設け、その開閉手段ないしは周波数変換器の使用周波数が、供給電圧の半波の推移の中で半波全体にわたって見て変わらないようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱装置（Ｌ）への出力供給のための方法であって、出力供給のために交流供給電圧及びスイッチング自在の開閉手段（Ｔ１、Ｔ２）を付けた周波数変換器（１５）が設けられており、ここで、前記開閉手段（Ｔ１、Ｔ２）ないしは前記周波数変換器（１５）の使用周波数（ｆ）が、前記供給電圧（Ｕｂ）の半波の推移の中で前記半波全体にわたって見て変わらない方法において、前記開閉手段（Ｔ１、Ｔ２）ないしは前記周波数変換器（１５）のパルス幅（Ｇ）を前記半波の推移の中で変える、それも、前記半波のハーフタイムまで第１の開閉手段（Ｔ１）のパルス幅(Ｇ1)が短くなり、他方の開閉手段（Ｔ２）のパルス幅（Ｇ２）が長くなり、そこで、前記パルス幅（Ｇ１、Ｇ２）が前記半波の終わりまでに再び同じ長さになるように変えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記パルス幅（Ｇ）の変更が最大１０％〜４０％、好ましくは最大２５％であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記パルス幅（Ｇ）相互間のデッドタイム（Ｈ）が同じままで、好ましくは前記パルス幅（Ｇ１、Ｇ２）の総和が同じままであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
すべてのパルス幅、ないしは２つの開閉手段（Ｔ１、Ｔ２）において両方のパルス幅（Ｇ１、Ｇ２）を短縮し、その間のデッドタイム（Ｈ１、Ｈ２）が延長されるようにし、ここで、このデッドタイムの間は前記開閉手段が一切起動させられないことを特徴とする、請求項１の前段に記載の方法。
【請求項５】
前記開閉手段（Ｔ１、Ｔ２）のスイッチオン時間ないしはパルス幅（Ｇ１、Ｇ２）を前記半波のハーフタイムまで短くし、次に、前記半波のハーフタイムに関して対称的に前記半波の終わりまで再び長くすることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記デッドタイム（Ｈ１、Ｈ２）の変更が最大１０％〜１００％、好ましくは最大８０％であることを特徴とする、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記開閉手段（Ｔ１、Ｔ２）のスイッチオン時間、デッドタイム（Ｈ１、Ｈ２）又はパルス幅（Ｇ１、Ｇ２）の変更が調整なしに制御だけで行われることを特徴とする、先行請求項の１項に記載の方法。
【請求項８】
パルス幅（Ｇ１、Ｇ２）又はデッドタイム（Ｈ１、Ｈ２）の変更が電源電圧半波全体にわたって可能な限り均一に分布した形で行われることを特徴とする、先行請求項の１項に記載の方法。
【請求項９】
誘導コイル（Ｌ）、振動回路コンデンサ（Ｃｓ）及びスイッチング自在の開閉手段（Ｔ１、Ｔ２）を付けたハーフブリッジと共に振動回路を具備する周波数変換器（１５）をもって誘導加熱装置の出力を供給する装置であって、それぞれ１つの使用周波数（ｆ）をもって前記開閉手段（Ｔ１、Ｔ２）を起動制御する制御装置（１３）が設けられており、この制御装置（１３）が、使用周波数（ｆ）は同じままで少なくともして一時的にパルス幅（Ｇ１、Ｇ２）が短縮されるかデッドタイム（Ｈ１、Ｈ２）が延長されるように前記パルス幅又はデッドタイムを変えるべく形作られている装置。
【請求項１０】
請求項１〜８の1項に記載の方法の、少なくとも１つの誘導加熱装置を付けた誘導加熱調理器ないしは誘導加熱装置（Ｌ）への用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置への出力供給のための方法であって、出力供給のために交流供給電圧及びスイッチング自在の開閉手段を付けた周波数変換器が設けられており、ここで、開閉手段ないしは周波数変換器の使用周波数が、供給電圧の半波の推移の中で半波全体にわたって見て変わらない方法において、開閉手段ないしは周波数変換器のパルス幅を半波の推移の中で変える、それも、半波のハーフタイムまで第１の開閉手段のパルス幅が短くなり、他方の開閉手段のパルス幅が長くなり、そこで、パルス幅が半波の終わりまでに再び同じ長さになるように変える、誘導加熱装置への出力供給のための方法ならびに誘導加熱装置への出力供給のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の誘導加熱装置は、例えば誘導加熱調理器における誘導コイルとして採用される。そこでは、特に、より多量の液体、例えば麺茹で水の煮沸を迅速に実行できるようにするため、よりいっそう高い出力が望まれている。
【０００３】
現在、出力供給に必要な周波数変換器が高調波振動と電源帰還に関して規格により定められた限界値を超える境界が約３．２ｋＷである。高調波振動ないしは特に第三高調波振動が大きな影響を持つ原因は、主に、周波数変換器において磁気成分の透磁率が、誘導コイルの中を流れる誘導電流の振幅と共に変化することにある。電流振幅が大きい場合、誘導コイルにおいて磁界誘導に使用されるフェライト等の透磁率は下がり、鍋金属材料の透磁率も下がる。これにより、改めて誘導コイルの誘電率は、供給電圧の半波の推移の中で変化し、その結果、出力供給において使用される通りの直列振動回路の共振周波数も変化する。これにより、最終的に電源からの受電は歪められ、その推移が供給電圧の所与の推移から逸脱することになる。
【０００４】
このような誘導加熱装置ないしはその給電の方法についての解決が、例えば同一出願人の独国未公開特許第１０２００５０２８８２９号で説明されている。そこでは、電源帰還を回避するために、開閉手段ないしは周波数変換器全体の使用周波数が半波の推移の中で上げ、その後に再度下げる。しかしながら、このように使用周波数を変えることは制御技術上面倒である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国未公開特許第１０２００５０２８８２９号明細書（ＤＥ１０２００５０２８８２９．４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、先行技術の問題点を回避でき、特に使用周波数を変えることなく、誘導加熱装置において比較的高い出力のもとで電源帰還ないしは電源からの受電の歪みを低減できるようにする、冒頭に挙げた方法ならびにこれに適した装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法、請求項９に記載の特徴を有する装置、ならびに、挙げた方法の、誘導加熱調理器ないしは誘導加熱装置への用途（応用）により解決される。本発明の有利な形態ならびに好ましい形態が更なる請求項の対象であり、以下で詳細に説明されている。その後に続いて数え上げられた多くの特徴及び特性が、前記方法にも前記装置にも前記応用にも当てはまる。これらは部分的に一度しか説明されないが、互いに関係なく前記方法にも前記装置にも前記用途にも該当する。特許請求の範囲の記載は、明細書の内容の一部をなす。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】先行技術に係る誘導コイルのインピーダンス、使用電圧、誘導電流の振幅、パルス幅及びデッドタイムの各時間推移を示す。
【図２】本発明に係る誘導コイルへの出力供給のための装置の回路図である。
【図３】変更なしのゼロ通過点付近のパルス幅及びデッドタイムの推移を示す。
【図４】図３に類似の、パルス幅を変えた半波の波高点付近の推移を示す。
【図５】図３に類似の、デッドタイムを変えた半波の波高点付近の推移を示す。
【図６】本発明に係る誘導コイルのインピーダンス、使用電圧、誘導電流の振幅、パルス幅及びデッドタイムの各時間推移を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
誘導加熱装置への出力供給に役立つのは交流供給電圧である。更には、スイッチング自在の開閉手段を付けた周波数変換器が設けられている。そこでは、この開閉手段ないしは周波数変換器の使用周波数が、交流供給電圧の半波の推移の中でこの半波全体にわたって見て変わらない。本発明の第１の基本的形態によれば、開閉手段ないしは周波数変換器の起動パルス幅が半波の推移の中で変えられる。これは、半波のハーフタイムまで第１の開閉手段のパルス幅を短くし、他の第２の開閉手段のパルス幅を長くすることによって行われる。半波の第２ハーフタイムでは、パルス幅は再度、それが半波の終わりまでに再び同じ長さになるように変えられる。好ましくは、パルス幅（Ｇ１、Ｇ２）の総和は同じままである。このパルス幅の変更は、確かにハーフタイムに関して非対称で行うことができるが、ハーフタイムに関して対称で行うのが有利である。
【００１０】
誘導加熱装置のための周波数変換器ないしは出力供給装置は、直列振動回路を具備してよい。この回路は、出力伝達器のための誘導コイル、振動回路コンデンサ及びスイッチング自在の開閉手段を付けたハーフブリッジからなる。この種の直列振動回路は、基本的に誘導加熱装置のためのものが知られている。
【００１１】
そこで、パルス幅比率を半波の推移に応じて変えることにより高調波の発生に対抗することが可能である。その限りでは、そうすることにより、使用周波数を変えないまま出力を下げることができ、それにより、出力供給装置の振動回路の中を流れる電流を交流供給電圧に比例して保持することができる。それで、電源帰還が減じられ、誘導加熱装置のために全体としてより高い出力が可能になる。
【００１２】
本発明の有利な形態では、パルス幅の変更は１０％〜４０％の範囲内であってよい。特に有利であるのは、パルス幅を最大２５％変える、つまり、短縮又は延長することである。
【００１３】
本発明の第２の基本的形態では、すべての開閉手段において、ないしは、直列振動回路の中に存在する２つの開閉手段において、両方のパルス幅を短縮し、その間のデッドタイムが延長されるようにする。このデッドタイムの間は開閉手段が一切起動させられない。デッドタイムの変更は、最大１００％変える、つまり、最短デッドタイムと最長デッドタイムの間でデッドタイムを最大２倍にすることが有利である。特に有利であるのは、最大より幾らか下、例えば５０％〜８０％の範囲内での変更である。
【００１４】
また、開閉手段のためのパルスとパルスの間のデッドタイムを延長することによっても、誘導コイルにおける出力を幾らか下げることができ、それで、高調波が減じられ、従って、電源帰還が減じられることになる。
【００１５】
開閉手段のスイッチオン時間ないしはパルス幅の短縮も、デッドタイムの延長と同様、半波のハーフタイムに関して対称で行うのが有利である。そうすることで、均一な起動と均一な出力発生が可能になる。
【００１６】
本発明の更なる特に好ましい形態では、パルス幅又はデッドタイムの変更が電源電圧半波全体にわたって可能な限り均一に分布した形で行われることを見込んでいる。特に、その分布というのは、パルス幅又はデッドタイムの変化がほぼ正弦形の曲線推移に相当するような形であってよい。
【００１７】
本発明の更なる好ましい形態では、開閉手段のスイッチオン時間、パルス幅又はデッドタイムの変更のために単に制御することだけを見込んでおり、調整をまったく見込んでいない。これにより、調整ループのための帰還が省略でき、手間、特に配線の手間はかなり少なくなる。
【００１８】
従って、上で挙げた装置が具備する周波数変換器は、誘導コイル、振動回路コンデンサ及びスイッチング自在の開閉手段を付けたハーフブリッジから構成された振動回路を包含する。更に、開閉手段のための起動制御装置を設け、ここで、開閉手段の使用周波数ないしはスイッチオン時間を加減することができる。特に、これでパルス幅又はデッドタイムを上述の通り変更でき、そこで、使用周波数は同じままにされ、パルス幅が短縮されるかデッドタイムが延長される。
【００１９】
これらの特徴及び更なる特徴は、請求項から分かるほか、明細書及び図面からも分かり、ここで、個々の特徴は、それぞれ単独で、又は複数組み合わせた形で、本発明の実施形態においても他の分野においても実現でき、また、それ自体保護能力のある有利な実施形態を表現できるものであり、かかる実施形態についてここで保護を請求する。本出願を部分々々に分割し、それぞれに表題を付けることは、個々の部分の中でなされた記述をその普遍妥当性の点で制限しない。
【実施例】
【００２０】
本発明の実施例を概略的に図解し、以下、図面に則して詳細に説明する。
【００２１】
図１には、公知の方法について使用電圧Ｕｂ、誘導コイルＬのインピーダンスＺ＝ｗ・Ｌ、誘導電流ＩＬ、使用周波数ｆ（例えば約２０ｋＨｚ）、パルス幅Ｇ及びデッドタイムＨの各時間推移が描かれている。認識すべきは、使用周波数ｆ一定の場合に誘導電流ＩＬの推移が使用電圧Ｕｂの推移から如何に逸脱するか、特にそれが正弦形から如何に逸脱するかということである。これが延いては、上で述べた負の電源帰還につながる。
【００２２】
図２には、本発明に係る装置ないしは回路装置１１が描かれている。制御装置１３が、２つの開閉手段Ｔ１及びＴ２、例えばトランジスタを付けた周波数変換器１５を制御する。これらが、中間回路コンデンサＣＺＷ及び振動回路コンデンサＣＳと共に誘導コイルＬのための起動制御系を作る。制御装置１３を介して、とりわけ開閉手段Ｔ１及びＴ２のための使用周波数が、従ってまた、周波数変換器１５のための使用周波数がプリセットされる。こうして、パルス幅Ｇ及びデッドタイムＨもプリセットされる。
【００２３】
誘導コイルＬを誘導加熱装置ないしは誘導加熱調理器用の加熱装置において使用すると、それで３ｋＷないしは３．２ｋＷよりもっと高い出力、例えば３．５ｋＷ〜３．７ｋＷ、更には４ｋＷの出力が可能である。これで、より迅速な煮炊きのためにより強力な誘導加熱調理器が製作でき、より高い出力の伝達が可能になる。周波数変換器１５ないしは開閉手段Ｔ１及びＴ２のパルス幅Ｇ及びデッドタイムＨの制御に要する手間は、そこでは特に多くない。特に、それらの推移を固定的にプリセットするなり、制御プロセスをもって制御されるようにプリセットするなりすると、そのプリセットされた推移を使って作業できるので、手間は限度内に抑えられる。
【００２４】
図３には、図２に示したトランジスタＴ１及びＴ２の、電源ゼロ通過点ないしはその付近の一時点におけるパルス幅Ｇ１及びＧ２ならびにデッドタイムＨ１及びＨ２が線図で描かれている。この図から、パルス幅Ｇ１もパルス幅Ｇ２も同等の長さ持続することが分かる。同じく、その中間に存在するデッドタイムＨ１とデッドタイムＨ２も同時点において同等の長さである。
【実施例１】
【００２５】
図４では、上で挙げた本発明の第１の基本的形態に従い、パルス幅は変えられている。これは、デッドタイムＨ１とＨ２が同等である場合、トランジスタＴ１におけるパルス幅、つまりＧ１の方が短くなった、それも、ここでは電源半波の波高点付近で２５％程度短くなったことを意味する。トランジスタＴ２におけるパルス幅Ｇ２は２５％程度長くなった。このようにパルス幅に差違が生じたことにより、誘導コイルにおける出力も、使用周波数ｆの変らないまま幾らか下げられる。パルス幅Ｇ１の変化は、図６から分かる通り、ここでも正弦曲線であり、正弦形推移を呈する。最小パルス幅Ｇ１は、電源半波の中点と波高点でそれぞれ見られる。図示されていない推移Ｇ２は、総和（Ｇ１＋Ｇ２）が常に一定であるように最大パルス幅Ｇ１の値を通って水平に走る直線に沿ったＧ１の推移を鏡に映した形であることが分かる。
【実施例２】
【００２６】
図５には、本発明の第２の基本的形態に従い、図４と異なり、パルス幅Ｇ１とパルス幅Ｇ２は同じままであるが、その中間に存在するデッドタイムＨ１とデッドタイムＨ２がどのように変えられたかが描かれている。デッドタイムＨ１とＨ２、つまり、それぞれパルス幅Ｇ１とＧ２の前のデッドタイムは、図３と比べて６０％程度長くなっている。ここでも、デッドタイムＨ１の概略的推移は図６から推知でき、それは同時にデッドタイムＨ２の推移でもある。
【００２７】
このデッドタイムＨを変える方法を使っても、使用周波数一定のもとで正弦形又は厳密に正弦形の誘導電流ＩＬを獲得することができる。これも本発明の効果として図６から推知できる。
【００２８】
自明のことながら、本発明の両方の基本的形態も共同で応用することができる。どちらの場合でも、パルス幅の変化又はデッドタイムの変化は、電源電圧半波全体にわたって可能な限り相似形ないしは鏡映対称形であるか、小刻みに行われるかするのが望ましい。これにより、一方で高調波の形成を縮小又は回避することができ、他方で、生じる出力ジャンプによるノイズ発生が回避できる。
【００２９】
冒頭に挙げた通り、パルス幅ＧとデッドタイムＨの調整を省くことができ、制御だけでそれを行うことができる。これで、手間を僅少に抑えることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１１  回路装置
１３  制御装置
１５  周波数変換器
ＣＳ  振動回路コンデンサ
ＣＺＷ  中間回路コンデンサ
ｆ    使用周波数
Ｇ    パルス幅
Ｈ    デッドタイム
ＩＬ  誘導電流
Ｌ    誘導コイル
Ｔ１  開閉手段
Ｔ２  開閉手段
Ｕｂ  使用電圧
Ｚ    誘導コイルのインピーダンス
【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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【国際調査報告】
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2010501973.tif 000010
2010501973.tif 000011
2010501973.tif 000012