(57)【要約】【課題】従来技術の入力電力一定制御を行う場合に、インバータ回路及び制御回路の損失値が入力電力に含まれるために、鍋で消費される電力を正確に制御できなかった。【解決手段】共振コンデンサとで直列共振回路を形成する誘導加熱コイルと誘導加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路とインバータ回路の入力電力を演算する入力電力演算回路と入力電力と電力設定値を比較演算する電力制御用差動増幅回路と比較演算した値に応じてインバータ回路の出力周波数を制御する電磁誘導加熱調理器において、誘導加熱コイルの両端に発生する電圧とインバータ回路の出力電流とインバータ回路の出力電圧と出力電流との間に生じる位相差によってインバータ回路の出力電力を演算する出力電力演算回路を上記入力電力演算回路に置換し、出力電力と電力設定値とを比較演算した値に応じてインバータ回路の出力周波数を制御する電磁誘導加熱調理器である。【選択図】図１
2005209563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振コンデンサとで直列共振回路を形成する誘導加熱コイルと、商用交流電源を整流して直流電圧に変換する整流回路と、起動信号が入力されると前記整流回路の直流電圧を入力として前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の入力電力を演算する入力電力演算回路と、前記入力電力演算回路の入力電力演算信号と予め定めた値の電力設定信号とを比較演算して電力制御用差動増幅信号として出力する電力制御用差動増幅回路と、前記電力制御用差動増幅信号に応じて前記インバータ回路の出力周波数を制御する電磁誘導加熱調理器において、前記インバータ回路の出力電流を検出して出力電流検出信号として出力する出力電流検出回路と、前記インバータ回路の第２スイッチング素子駆動信号と前記インバータ回路の出力電流検出信号との位相差を検出して位相差検出信号として出力する位相差検出回路と、前記誘導加熱コイルの両端に発生する電圧を検出して加熱コイル電圧信号として出力する加熱コイル電圧検出回路と、前記検出した加熱コイル電圧信号と前記検出した出力電流検出信号と前記検出した位相差検出信号とによって前記インバータ回路の出力電力を演算して出力電力演算信号として出力する出力電力演算回路を前記入力電力演算回路に置換し、前記出力電力演算信号と前記電力設定信号とを比較演算して電力制御用差動増幅信号として出力して前記電力制御用差動増幅信号に応じて前記インバータ回路の出力周波数を制御する電磁誘導加熱調理器。
【請求項２】
前記インバータ回路の出力電圧を検出して出力電圧検出信号として出力する出力電圧検出回路を設け、前記出力電力演算回路を第２の出力電力演算回路に置換し、前記検出した出力電圧検出信号と前記検出した出力電流検出信号と前記検出した位相差検出信号とによって前記インバータ回路の出力電力を演算する第２の出力電力演算回路であることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱調理器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ回路を使用して誘導加熱コイルに高周波電流を供給し電磁誘導で調理鍋を加熱する電磁誘導加熱調理器に係り、特に、電力制御の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８に示す従来技術の電磁誘導加熱調理器では、平滑コンデンサＣ１の電圧（インバータの入力電圧）を入力電圧検出回路ＰＴ３によって検出し、上記検出した入力電圧を入力電圧検出信号Ｐｔ３として出力し、インバータ回路の入力電流を入力電流検出回路ＣＴ１によって検出し、上記検出した入力電流を入力電流検出信号Ｃｔ１として出力し、上記検出した入力電圧検出信号Ｐｔ３と入力電流検出信号Ｃｔ１とを入力電力演算回路ＰＩに入力し、上記入力電力演算回路ＰＩは入力電力値を演算して入力電力演算信号Ｐｉとして出力する。
【０００３】
電力制御用差動増幅回路は、上記入力電力演算回路からの入力電力演算信号と予め定めた値の電力設定信号とを比較演算して電力制御用差動増幅信号として出力する。そして、Ｖ／Ｆコンバータ回路ＶＦは、上記電力制御用差動増幅信号に応じて前記インバータ回路の出力周波数を制御するＶ／Ｆコンバータ信号Ｖｆを出力する。上述の入力電力一定制御を行う技術を開示した先行文献として、例えば特許文献１がある。
【０００４】
【特許文献１】特願２００２−２３１６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術において、入力電力値を入力電圧と入力電流とで演算し、上記演算した入力電力値が予め定めた電力設定値となるように入力電力一定制御を行う場合において、インバータ回路の各スイッチング素子の損失値及び各制御回路の損失値が上記入力電力値の演算結果に含まれるために、鍋で消費される電力を正確に制御できなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、共振コンデンサとで直列共振回路を形成する誘導加熱コイルと、商用交流電源を整流して直流電圧に変換する整流回路と、起動信号が入力されると上記整流回路の直流電圧を入力として上記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、上記インバータ回路の入力電力を演算する入力電力演算回路と、上記入力電力演算回路の入力電力演算信号と予め定めた値の電力設定信号とを比較演算して電力制御用差動増幅信号として出力する電力制御用差動増幅回路と、上記電力制御用差動増幅信号に応じて上記インバータ回路の出力周波数を制御する電磁誘導加熱調理器において、上記インバータ回路の出力電流を検出して出力電流検出信号として出力する出力電流検出回路と、上記インバータ回路の第２スイッチング素子駆動信号と上記インバータ回路の出力電流検出信号との位相差を検出して位相差検出信号として出力する位相差検出回路と、上記誘導加熱コイルの両端に発生する電圧を検出して加熱コイル電圧信号として出力する加熱コイル電圧検出回路と、上記検出した加熱コイル電圧信号と上記検出した出力電流検出信号と上記検出した位相差検出信号とによって上記インバータ回路の出力電力を演算して出力電力演算信号として出力する出力電力演算回路を上記入力電力演算回路に置換し、上記出力電力演算信号と上記電力設定信号とを比較演算して電力制御用差動増幅信号として出力して上記電力制御用差動増幅信号に応じて上記インバータ回路の出力周波数を制御する電磁誘導加熱調理器である。
【０００７】
第２の発明は、上記インバータ回路の入力電圧から出力電圧を検出して出力電圧検出信号として出力する出力電圧検出回路を設け、上記出力電力演算回路を第２の出力電力演算回路に置換し、上記検出した出力電圧検出信号と上記検出した出力電流検出信号と上記検出した位相差検出信号とによって上記インバータ回路の出力電力を演算する第２の出力電力演算回路であることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱調理器である。
【発明の効果】
【０００８】
上記第１の発明によれば、上記誘導加熱コイルの両端に発生する電圧する加熱コイルの電圧と、上記インバータ回路の出力電流と上記インバータ回路の出力電圧と出力電流との位相差とによって出力電力を演算すると、直列共振回路の共振コンデンサＣ２及び共振コンデンサＣ３で消費される電力を取り除くことができ、鍋等被加熱物を含めて誘導加熱コイルで消費される電力のみが算出でき上記算出した誘導加熱コイルの消費電力によって高精度の電力制御が可能となる。
【０００９】
上記第２の発明によれば、上記インバータ回路の出力電圧と出力電流と位相差とによって出力電力を演算すると、上記インバータ回路を制御する各制御回路の損失値を取り除くことができ、鍋等被加熱物を含めた直列共振回路の誘導加熱コイル、共振コンデンサＣ２及び共振コンデンサＣ３の消費電力が算出でき、上記算出した直列共振回路の消費電力によって第１の発明には劣るが精度の良い電力制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の電磁誘導加熱調理器の電気接続図である。図１において、１次整流回路ＤＲ１は三相交流商用電源ＡＣの出力を整流して直流電圧に変換し、平滑コンデンサＣ１は上記１次整流回路ＤＲ１で直流に変換した電圧を平滑する。
【００１１】
第１スイッチング素子ＴＲ１及び第２スイッチング素子ＴＲ２は、ハーフブリッジ形のインバータ回路を形成するスイッチング素子で、例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が使用されている。誘導加熱コイルＬは共振コンデンサＣ２及び共振コンデンサＣ３とで直列共振回路を形成し、上記誘導加熱コイルＬに図示省略の鍋を載置して電磁誘導により加熱を行う。
【００１２】
出力電力演算回路ＰＯは、図３に示すように実効値変換回路ＲＭＳ、第１のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ１、第２の実効値変換回路ＲＭＳ２、第２のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ２、第３のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ３、演算回路ＣＣ及びＤＡ変換回路Ｄ／Ａによって形成される。そして、上記出力電力演算回路ＰＯは、誘導加熱コイルＬの両端に発生する電圧を加熱コイル電圧検出回路ＰＴ２によって検出し、上記検出した電圧を加熱コイル電圧検出信号Ｐｔ２として入力し、インバータ回路の出力電流を出力電流検出回路ＣＴ２によって検出し上記検出した電流を出力電流検出信号Ｃｔ２として入力し、下記に示す位相差検出回路ＰＦによって検出される位相差検出信号Ｐｆを入力する。
【００１３】
上記加熱コイル電圧検出信号Ｐｔ２は、図３に示す、第２の実効値変換回路ＲＭＳ２によって実効値変換し、上記実効値変換した電圧を第２のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ２によってＡ／Ｄ変換して演算回路ＣＣに入力する。そして、出力電流検出信号Ｃｔ２は、実効値変換回路ＲＭＳによって実効値変換し、上記実効値変換した電流を第１のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ１によってＡＤ変換して演算回路ＣＣに入力する。さらに、第３のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ３は、下記に示す位相差検出回路ＰＦによって検出された位相差θの値をＡＤ変換して演算回路ＣＣに入力する。上記演算回路ＣＣは、ＡＤ変換されて入力された値を、
Ｖ×Ｉ×ｃｏｓθの演算式より
出力電力値を求める。ＤＡ変換回路Ｄ／Ａは、上記求めた出力電力値をＤ／Ａ変換して変換して出力電力演算信号Ｐｏとして出力する。
【００１４】
図１に示す電力制御用差動増幅回路ＤＡ１は、出力電力演算信号Ｐｏと電力設定信号Ｗａとの両者の差分を求め、上記求めた差分値を予め定めた値に増幅して正の電力制御用差動増幅信号Ｄａ１として出力する。
【００１５】
位相差検出回路ＰＦは、図２に示すパルス化回路ＰＫと位相差・電圧変換回路ＰＥとで形成され、上記パルス化回路ＰＫは、下記に示す図４（Ｄ）に示す出力電流検出信号Ｃｔ２の正の時間幅を図４（Ｅ）に示すパルス信号Ｐｋに変換する。位相差・電圧変換回路ＰＥは、上記パルス信号Ｐｋと図４（Ｂ）に示す第２スイッチング素子駆動信号Ｔｒ２との位相差θを検出し、この位相差θを電圧に変換して位相差検出信号Ｐｆとして出力する。上記位相差θの値が大きいと出力電圧は高くなり、逆に位相差θの値が小さいと出力電圧は小さくなる。
【００１６】
図１に示すように、Ｖ／ＦコンバータＶＦの入力端は図示省略の抵抗器を介して接地されている。よって、電力制御用差動増幅回路ＤＡ１の電力制御用差動増幅信号Ｄａ１は正の値とならない限りＶ／ＦコンバータＶＦの入力端の電圧は零電位に保たれ、Ｖ／ＦコンバータＶＦはその入力電位が零のときインバータ回路を最低周波数で制御するための周波数信号を出力する。
【００１７】
運転指令回路ＳＣは、運転指令信号Ｓｃを出力して駆動回路ＤＣを動作させる。上記駆動回路ＤＣは、下記に示すＶ／ＦコンバータＶＦからの出力信号Ｖｆの値に応じて、パルス幅の比率が一定でパルス周波数を変調するＰＦＭ制御をして、第１スイッチング素子ＴＲ１と第２スイッチング素子ＴＲ２とを交互に駆動する第１スイッチング素子駆動信号Ｔｒ１と第２スイッチング素子駆動信号Ｔｒ２とを出力する。
【００１８】
図４は、図２に示す位相差検出回路の動作を説明する波形図である。同図において、図４（Ａ）は第１スイッチング素子駆動信号Ｔｒ１を示し、図４（Ｂ）は第２スイッチング素子駆動信号Ｔｒ２を示し、図４（Ｃ）は出力電圧検出信号Ｐｔ１を示し、図４（Ｄ）は出力電流検出信号Ｃｔ２を示し、図４（Ｅ）はパルス信号Ｐｋを示す。
【００１９】
図５は、本発明の動作を説明する波形図である。同図において、図５（Ａ）は、電力設定信号Ｗａを示し、図５（Ｂ）は、出力電力演算信号Ｐｏを示し、図５（Ｃ）は、電力制御用差動増幅信号Ｄａ１を示す。
【００２０】
本発明の動作について、図４及び図５に示す波形図を用いて説明する。図５に示す時刻ｔ＝ｔ０において、電力設定回路ＷＡによって電力設定信号Ｗａを増加させると、位相差検出回路ＰＦは、図４（Ｂ）に示す第２スイッチング素子駆動信号Ｔｒ２と図４（Ｅ）に示すパルス信号Ｐｋの位相差θを検出し、この位相差θを電圧に変換して位相差検出信号Ｐｆとして出力する。このとき位相差θの値は減少する。そして、出力電力演算回路ＰＯは、上記インバータ回路の出力電流の実効値と誘導加熱コイルＬの両端に発生する電圧の実効値と上記位相差θの値とを
電力演算式  Ｖ×Ｉ×ｃｏｓθより
演算して、図５（Ｃ）に示す出力電力演算信号Ｐｏを出力する。
【００２１】
時刻ｔ＝ｔ０〜ｔ２において、電力設定信号Ｗａが増加すると、図５（Ｃ）に示す電力制御用差動増幅信号Ｄａ１は減少を継続し、Ｖ／ＦコンバータＶＦは上記電力制御用差動増幅信号Ｄａ１の減少に応じて、インバータ回路の出力周波数を減少させて誘導加熱コイルＬに流れる電流を増加させる。
【００２２】
時刻ｔ＝ｔ１において、電力設定信号Ｗａの増加が終了すると図５（Ｃ）に示す電力制御用差動増幅信号Ｄａ１の減少が停止し、インバータ回路の出力周波数の減少をとめて誘導加熱コイルＬに流れる電流を所定値までに制限する。
【００２３】
時刻ｔ＝ｔ２以後において、図５（Ａ）に示す電力設定信号Ｗａと図５（Ｂ）に示す出力電力演算信号Ｐｏとは近傍し、出力電力が一定制御される。上述より、誘導加熱コイルＬの両端の電圧を用いて出力電力を求めるので、共振コンデンサＣ２及び共振コンデンサＣ３によって消費される電力が削除されるために鍋で消費される電力をより正確に算出できる。
【００２４】
［実施の形態２］
図６は、実施形態２の電磁誘導加熱装置の電気接続図である。同図において、図１に示す本発明の電磁誘導加熱調理器の電気接続図と同一符号は、同一動作を行なうので説明は省略して相違する動作について説明する。
【００２５】
出力電圧検出回路ＰＴ１は、図６に示すインバータ回路を形成する第１スイッチング素子ＴＲ１のドレイン側に第１の入力端子を接続し、第２スイッチング素子ＴＲ２のソース側に第２の入力端子を接続し、上記インバータ回路の出力電圧を検出して出力電圧検出信号Ｐｔ１として出力する。
【００２６】
第１スイッチング素子ＴＲ１及び第２スイッチング素子ＴＲ２は、ｄｕｔｙ５０％で交互に導通、遮断を繰り返すことになり、インバータ回路の出力電圧は上記出力電圧検出回路ＰＴ１によって、図４（Ｃ）に示す出力電圧検出信号Ｐｔ１として交流の方形波として出力される。そして、上記インバータ回路の出力電圧の方形波の波高値がそのまま実効値となる。
【００２７】
第２の出力電力演算回路ＰＯ２は、実効値変換回路ＲＭＳ、第１のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ１、第２のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ２、第３のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ３、演算回路ＣＣ及びＤＡ変換回路Ｄ／Ａによって形成される。そして、上記第２の出力電力演算回路ＰＯ２は、出力電圧検出回路ＰＴ１によって検出したインバータ回路の出力電圧を出力電圧検出信号Ｐｔ１として入力し、出力電流検出回路ＣＴ２によって検出した上記インバータ回路出力電流を出力電流検出信号Ｃｔ２として入力し、そして位相差検出回路ＰＦによって検出した位相差検出信号Ｐｆとを入力する。
【００２８】
上記入力した出力電圧検出信号Ｐｔ１は、第２のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ２によってＡ／Ｄ変換して演算回路ＣＣに入力する。また、上記出力電流検出信号Ｃｔ２は、実効値変換回路ＲＭＳによって実効値変換し、上記実効値変換した電流を第１のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ１によってＡＤ変換して演算回路ＣＣに入力する。更に、第３のＡＤ変換回路Ａ／Ｄ３は、位相差検出回路ＰＦによって検出された位相差θの値をＡＤ変換して演算回路ＣＣに入力する。そして、上記演算回路ＣＣは、ＡＤ変換されて入力された値を、
Ｖ×Ｉ×ｃｏｓθの演算式より
演算して出力電力値を求める。
ＤＡ変換回路Ｄ／Ａは、上記求めた出力電力値をＤ／Ａ変換して変換して第２の出力電力演算信号Ｐｏ２として出力する。
【００２９】
上述より、インバータ回路を制御する各制御回路で消費される電力を取り除いた直列共振回路の誘導加熱コイルＬ、共振コンデンサＣ２及び共振コンデンサＣ３のみの消費電力が算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の電磁誘導加熱調理器の電気接続図である。
【図２】図１に示す位相差検出回路の詳細電気接続図である。
【図３】図１に示す出力電力演算回路の詳細電気接続図である。
【図４】図２に示す位相差検出回路の動作を説明する波形図である。
【図５】本発明の動作を説明する波形図である。
【図６】実施形態２の電磁誘導加熱装置の電気接続図である。
【図７】図７に示す実施形態２の第２の出力電力演算回路の詳細電気接続図である。
【図８】従来技術の電磁誘導加熱調理器の電気接続図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ａ／Ｄ１          第１のＡＤ変換回路
Ａ／Ｄ２          第２のＡＤ変換回路
Ａ／Ｄ３          第３のＡＤ変換回路
ＣＣ              演算回路
Ｃ１              平滑コンデンサ
Ｃ２              共振コンデンサ
Ｃ３              共振コンデンサ
ＣＴ１            入力電流検出回路
ＣＴ２            出力電流検出回路
Ｄ／Ａ            ＤＡ変換回路
ＤＣ              駆動回路
ＤＡ１            電力演算用差動増幅回路
ＤＲ１            整流回路
Ｌ                誘導加熱コイル
ＰＥ              位相差・電圧変換回路
ＰＦ              位相差検出回路
ＰＩ              入力電力演算回路
ＰＫ              パルス化回路
ＰＯ              出力電力演算回路
ＰＯ２            第２の出力電力演算回路
ＰＴ１            出力電圧検出回路
ＰＴ２            加熱コイル電圧検出回路
ＰＴ３            入力電圧検出回路
ＲＭＳ            実効値変換回路
ＲＭＳ２          第２の実効値変換回路
ＳＣ              運転指令回路
ＴＲ１            第１スイッチング素子
ＴＲ２            第２スイッチング素子
ＶＦ              Ｖ／Ｆコンバータ
ＷＡ              電力設定回路
Ｃｔ１            入力電流検出信号
Ｃｔ２            出力電流検出信号
Ｄａ１            電力制御用差動増幅信号
Ｐｋ              パルス信号
Ｐｏ              出力電力演算信号
Ｐｆ              位相差検出信号
Ｐｔ１            出力電圧検出信号
Ｐｔ２            加熱コイル電圧検出信号
Ｐｔ３            入力電圧検出信号
Ｓｃ              運転指令信号
Ｔｒ１            第１スイッチング素子駆動信号
Ｔｒ２            第２スイッチング素子駆動信号
Ｖｆ              Ｖ／Ｆコンバータ信号
Ｗａ              電力設定信号
【図１】
2005209563.tif 000003
【図２】
2005209563.tif 000004
【図３】
2005209563.tif 000005
【図４】
2005209563.tif 000006
【図５】
2005209563.tif 000007
【図６】
2005209563.tif 000008
【図７】
2005209563.tif 000009
【図８】
2005209563.tif 000010