(57)【要約】アルミニウム等の負荷を加熱でき、加熱できる鍋と径が小さいため加熱できない鍋とを精度よく判定でき、安全でかつ使用できる鍋の種類が増え、使用者の使い勝手が向上する誘導加熱装置が提供される。この誘導加熱装置は、少なくとも、加熱コイルと共振コンデンサとインバータと出力制御手段と電流検知手段と小物検知手段と補正手段と記憶手段とを有する。
2004047496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を誘導加熱する加熱コイルと、
共振コンデンサと、
スイッチング素子とを有し、前記加熱コイル電流の共振周波数の１／２倍以下の駆動周波数で前記スイッチング素子を駆動可能なインバータと、
前記駆動周波数を可変して出力制御を行う出力制御手段と、
前記インバータの入力電流を検知する電流検知手段と、
前記出力制御手段が前記駆動周波数を前記共振周波数より低い第１の周波数で動作を開始して前記第１の周波数より低い第２の周波数まで低下させる間に、前記電流検知手段が検知する入力電流値が所定の値に到達しないと前期負荷は小物であると判定する小物検知手段と、
前記第２の周波数を補正する補正手段と、
所定の条件下で前記インバータを動作させて得られた補正データを、電源をオフしても保持する記憶手段と
を有し、
前記補正手段は前記補正データを用いて前記第２の周波数を補正する誘導加熱装置。
【請求項２】
前記補正手段は、マイクロコンピュータが内臓しているＰＷＭ機能の分解能と前記補正データとの積を用いて前記第２の周波数を補正する請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記出力制御手段は、
前記駆動周波数が前記第２の周波数まで低下するまでに前記電流検知手段の検知する入力電流値が所定の値にまで増加すると、前記第２の周波数より低くかつ入力電流値が周波数に対して極大となる周波数よりさらに低い第３の周波数まで前記駆動周波数を離散的に低下させ、
前記小物検知手段は、その後前記第３の周波数より低い周波数である第４の周波数まで前記駆動周波数を低下させても前記電流検知手段の出力が所定の値にまで増加しない場合に、前記負荷は小物であると判定し、
前記補正手段は前記補正データを用いて前記第４の周波数を補正する
請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記補正手段は、マイクロコンピュータが内臓しているＰＷＭ機能の分解能と前記補正データとの積を用いて前記第４の周波数を補正する請求項３記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記出力制御手段は、
前記駆動周波数が前記第２の周波数まで低下するまでに前記電流検知手段の検知する入力電流値が所定の値にまで増加すると、入力電流値が周波数に対して極大となる周波数より低い第３の周波数までさらに前記駆動周波数を離散的に低下させ、
その後前記駆動周波数が所定の値を下回ると、前記電流検知手段の検知する入力電流のリミット値を低下させる出力抑制モードを有し、
前記補正手段は前記出力制御手段が前記出力抑制モードに移行する駆動周波数を前記補正データを用いて補正する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記補正手段は、マイクロコンピュータが内臓しているＰＷＭ機能の分解能と前記補正データとの積を用いて前記出力抑制モードに移行する駆動周波数を補正する請求項５記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
前記出力制御手段は、負荷を加熱して低出力から所定の出力まで増加させ、前記電流検知手段が所定の値に到達したことを検知する時点の前記駆動周波数に基づくデータを前記記憶手段に記憶する請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記出力制御手段は、無負荷状態で、低出力から所定の出力まで増加させ、前記電流検知手段が所定の値に到達したことを検知する時点の前記駆動周波数に基づくデータを前記記憶手段に記憶する請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、一般家庭やオフィスやレストランや工場などで使用される誘導加熱装置に関するものであり、さらに詳しくはアルミニウムや銅といった低透磁率で高電気伝導率な材料の被加熱物を電磁誘導の原理を利用して加熱する調理器や加熱装置などの誘導加熱装置に関する。
【背景技術】  以下、従来の誘導加熱装置の例として、誘導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アルミニウム鍋等の被加熱物を加熱する誘導加熱調理器について説明する。
図８は従来の誘導加熱装置の例として誘導加熱調理器を示している。図８に基づいて従来の誘導加熱装置を説明する。図８において、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構成される整流回路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５５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６２は被加熱物であるアルミニウム製の鍋６３と対向して配置されている。
インバータ５４は、チョークコイル５５、第１のスイッチング素子５６、第２のスイッチング素子５７、第１のダイオード５８、第２のダイオード５９、第２の平滑コンデンサ６１、共振コンデンサ６０で構成されている。第２の平滑コンデンサ６１の低電位側端子及び第２のスイッチング素子５７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６１の高電位側端子は第１のスイッチング素子５６の高電位側端子（コレクタ）に接続される。第１のスイッチング素子５６の低電位側端子（エミッタ）はチョークコイル５５と第２のスイッチング素子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６２と共振コンデンサ６０の直列接続体は第２のスイッチング素子５７に並列に接続される。
第１のダイオード５８（第１の逆導通素子）は第１のスイッチング素子５６に逆並列に接続される。即ち、第１のダイオード５８のカソードと第１のスイッチング素子５６のコレクタとが接続されている。第２のダイオード５９（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。
電流検知手段６４は、電源５１から流れる入力電流を検知する。出力制御手段６５は、電流検知手段６４の出力に応じて、第１のスイッチング素子５６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。小物検知手段６６は、第１のスイッチング素子５６と第２のスイッチング素子５７の駆動周波数と電流検知手段６４の出力を基にして、鍋６３の径が小さく加熱できないことを検知して、インバータ５４の動作を停止させる。
以上のように構成された誘導加熱装置において、第１のスイッチング素子５６と第２のスイッチング素子５７の駆動周波数に比べて共振電流の周波数を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５６と第２のスイッチング素子５７の損失は両者を同一周波数とするのに比べて増えない。かつ、チョークコイル５５により第２の平滑コンデンサが昇圧されるので、アルミ等の低抵抗で低透磁率の負荷を高出力で誘導加熱できる。
また、直径が小さくて加熱できない負荷であることを検知したり、加熱中の負荷が取られたことを検知する小物検知手段６６は、第１のスイッチング素子５６と第２のスイッチング素子５７の駆動周波数と、電流検知手段６４の出力を基にしてその検知が行われる。
図９は、インバータ５４が起動されてから、負荷は小物であることが検知されてインバータ５４が停止されるまでを示している。横軸は時間を、縦軸は電流検知手段６４で検知される入力電流がＡＤ変換（アナログ・デジタル変換）された値をそれぞれ表している。直線６７は、加熱できる鍋６３を加熱している場合の電流検知手段６４の出力を示し、直線６８は、径が小さく加熱できない鍋６３を加熱している場合の電流検知手段６４の出力を示している。直線６８は、第１のスイッチング素子５６と第２のスイッチング素子５７の駆動周波数が３０ｋＨｚに到達しても、電流検知手段６４の出力が所定の値に到達していないことを示している。そのため、鍋６３は小物であると判定され、インバータ５４は動作を停止される。
尚、このような従来技術は、特開２００２−７５６２０号公報に開示されている。
従来の誘導加熱調理器では、アルミ等の低抵抗で低透磁率の負荷を加熱するインバータの第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の駆動周波数に対し、共振電流の周波数が約３倍になっている。そのため、インバータを構成する共振コンデンサと加熱コイルの特性の差及び加熱コイルと負荷との距離の差により、共振周波数が変化する。その結果、小物と判別すべき鍋（径が小さいため加熱停止とすべき鍋）を正確に判定できないという課題がある。
【発明の開示】
誘導加熱装置は、
負荷を誘導加熱する加熱コイルと、
共振コンデンサと、
スイッチング素子とを有し、加熱コイル電流の共振周波数の１／２倍以下の駆動周波数で前記スイッチング素子を駆動可能なインバータと、
駆動周波数を可変して出力制御を行う出力制御手段と、
インバータの入力電流を検知する電流検知手段と、
出力制御手段が駆動周波数を共振周波数より低い第１の周波数で動作を開始して第１の周波数より低い第２の周波数まで低下させる間に、電流検知手段が検知する入力電流値が所定の値に到達しないと負荷は小物であると判定する小物検知手段と、
第２の周波数を補正する補正手段と、
所定の条件下でインバータを動作させて得られた補正データを、電源をオフしても保持する記憶手段と
を有し、
補正手段は補正データを用いて第２の周波数を補正する。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の構成を示す回路ブロック図である。
図２は第１の実施の形態の誘導加熱装置における駆動周波数と入力電流の関係を示す図である。
図３は第１の実施の形態の誘導加熱装置における小物検知のタイミングを示す図である。
図４は本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の小物検知のタイミングを示す図である。
図５は本発明の第３の実施の形態における誘導加熱装置の出力抑制モードへの移行タイミングを示す図である。
図６は本発明の第４の実施の形態における誘導加熱装置の駆動周波数測定タイミングを示す図である。
図７は本発明の第５の実施の形態における誘導加熱装置の駆動周波数測定タイミングを示す図である。
図８は従来例の誘導加熱調理器の構成を示す回路ブロック図である。
図９は従来例の誘導加熱調理器における小物検知のタイミングを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本実施の形態の誘導加熱装置の回路構成を示す図である。電源１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構成された整流回路２の入力端に接続される。整流回路２の出力端間に第１の平滑コンデンサ３が接続される。整流回路２の出力端間には、さらに、チョークコイル５と第２のスイッチング素子７の直列接続体が接続される。加熱コイル１２は被加熱物であるアルミニウム製の鍋１３と対向して配置されている。
インバータ４は、チョークコイル５、第１のスイッチング素子（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）６、第２のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）７、第１のダイオード８、第２のダイオード９、第２の平滑コンデンサ１１、共振コンデンサ１０で構成される。尚、第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７を総称してスイッチング素子と呼ぶ。第２の平滑コンデンサ１１の低電位側端子及び第２のスイッチング素子７の低電位側端子（エミッタ）は整流回路２の負極端子に接続され、第２の平滑コンデンサ１１の高電位側端子は第１のスイッチング素子６の高電位側端子（コレクタ）に接続されている。第１のスイッチング素子６の低電位側端子（エミッタ）はチョークコイル５と第２のスイッチング素子７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１２と共振コンデンサ１０の直列接続体が第２のスイッチング素子７に並列に接続される。
第１のダイオード８（第１の逆導通素子）は第１のスイッチング素子６に逆並列に接続されている。即ち、第１のダイオード８のカソードと第１のスイッチング素子６のコレクタとが接続されている。第２のダイオード９（第２の逆導通素子）は第２のスイッチング素子７に逆並列に接続される。
電流検知手段１４は、電源１から流れる入力電流を検知する。出力制御手段１５は、電流検知手段１４の出力に応じて、第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７のゲートに信号を出力する。
設定手段１９は、インバータ４の出力を設定する手段であり、複数キースイッチにより構成される。
以上のように構成された誘導加熱装置において、以下に動作を説明する。電源１からの交流電源は整流回路２により全波整流され、整流回路２の出力端に接続された第１の平滑コンデンサ３に供給される。この第１の平滑コンデンサ３はインバータ４に高周波電流を供給する供給源として働く。
第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７は、同時にオンしないように排他的に繰り返し駆動される。第１のスイッチング素子６がオフ状態で、第２のスイッチング素子７が駆動されている間（第２のスイッチング素子７がオン状態である間）に、第２のスイッチング素子７と第２のダイオード９と加熱コイル１２と共振コンデンサ１０で形成される閉回路において電流が共振して流れる。第２のスイッチング素子７がオフ状態で、第１のスイッチング素子６が駆動されている間（第１のスイッチング素子６がオン状態である間）に、第１のスイッチング素子６と第１のダイオード８と加熱コイル１２と共振コンデンサ１０で形成される閉回路において共振電流が流れる。第２のスイッチング素子７がオフされると、第２のスイッチング素子は加熱コイル１２が流出させようとしている高周波電流を阻止する。加熱コイル１２が流出させようとしている高周波電流の極性は第２のダイオード９の導通方向と逆であるため、第２のダイオード９も加熱コイル１２が流出させようとしている高周波電流を阻止する。一方、加熱コイル１２が流出させようとしている高周波電流の極性は第１のダイオード８の導通方向と同じである。従って、加熱コイル１２が流出させようとしている高周波電流は第１のダイオード８を通って第２のコンデンサ１１に流れ込む。
第２のスイッチング素子７がオンすると、チョークコイル５に磁気エネルギーが蓄積され、第２のスイッチング素子７がオフすることにより、第２の平滑コンデンサ１１にこの蓄積された磁気エネルギーが第１のダイオードを経由して放出され、第２の平滑コンデンサ１１が昇圧される。第２の平滑コンデンサ１１の電圧の大きさにより加熱コイル１２に発生する共振電流の大きさが決まるので、アルミニウム等の低抵抗で低透磁率の負荷である鍋１３を高出力で誘導加熱できる。
本実施の形態では、加熱コイル１２のインダクタンスと共振コンデンサ１０の容量と第１のスイッチング素子６の駆動時間（オン時間）と第２のスイッチング素子７の駆動時間（オン時間）は、各スイッチング素子の駆動時間が、それぞれ、加熱コイル１２及び共振コンデンサ１０に流れる共振電流の共振周期の３／２になるように設定されている。そのため、第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７の駆動周波数（以下駆動周波数と呼ぶ）が約２０ｋＨｚであれば、共振電流の周波数は約３倍の周波数である約６０ｋＨｚになる。
図２は、上述の駆動周波数と電源１からの入力電力の特性を示す図である。横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電力をそれぞれ表している。曲線２０は、駆動周波数と入力電力との関係を示す。曲線２０で示されるように、加熱コイル１２と共振コンデンサ１０の共振周波数をｆｃ１（以下基本共振周波数と呼ぶ）とすると、駆動周波数がｆｃ２（以下２次共振周波数と呼ぶ）とｆｃ３（以下３次共振周波数と呼ぶ）の時にそれぞれ入力電力対駆動周波数特性が極大となる。入力電力特性は図２の曲線２０で示されるような特性になる。
本実施の形態では、負荷であるアルミニウム製の鍋１３を加熱する際には、加熱コイル１２の駆動周波数（加熱コイルに流れる電流の周波数）を３次共振周波数ｆｃ３近傍にして動作させ、加熱コイル１２に高周波数の共振電流を供給しながら、基本共振周波数ｆｃ１の約３分の１程度にスイッチング素子の駆動周波数を低くして定常動作させる。こうすることにより、スイッチング素子６、７のスイッチング損失を低減した加熱効率の良い誘導加熱を実現している。
本実施の形態では、第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７の駆動周波数は、マイクロコンピュータに内蔵されているＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）機能を使い、駆動周期をマイクロコンピュータ内部で設定することにより実現している。また、電流検知手段１４の出力は、マイクロコンピュータに内蔵されているＡＤ変換機能を使い、カレントトランスの出力を直流電圧に変換し、マイクロコンピュータに入力される。
本実施の形態では、スイッチング素子６と７の駆動時間比（オン時間の比）を約１として、標準の大きさのアルミニウム製鍋を加熱した時の加熱コイル１２に流れる電流の共振周波数が約６０ｋＨｚになるように、加熱コイル１２、共振コンデンサ１０および加熱コイル１２と負荷１３の間の距離（ギャップ）が設定されている。このとき、図２の２次共振周波数ｆｃ２は約２９ｋＨｚ、３次共振周波数ｆｃ３は約１８ｋＨｚとなっている。
第１の周波数ｆ１（３６ｋＨｚ）は、図２において、基本共振周波数ｆｃ１（約６０ｋＨｚ）と２次共振周波数ｆｃ２（約２９ｋＨｚ）の間の周波数であって、入力電力対周波数特性が極小となる周波数近傍の周波数である。出力制御手段１５は、本誘導加熱装置がこの第１の周波数ｆ１（３６ｋＨｚ）で起動するように制御する。そして、出力制御手段１５は、徐々に駆動周波数を低下させ加熱コイル１２への出力を増加させる。尚、第２の周波数ｆ２と第３の周波数ｆ３と第４の周波数ｆ４については後程説明する。
図３は、加熱できない鍋を加熱しようとした場合に、インバータ４が起動した後、小物検知手段１６が加熱できる鍋と加熱できない鍋の判定を行い、加熱できない負荷であると判定して、その判定結果に基づき出力制御手段１５が加熱を停止するまでの入力電流の変化を示す図である。図３において、横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電流をＡＤ変換（アナログデジタル変換）した値をそれぞれ表している。尚、駆動周波数は時間とともに第１の周波数ｆ１から低下して行くので、横軸は時間の推移でもある。また、線２１は駆動周波数と入力電流との関係を示している。
図３に示すとおり、起動後、出力制御手段１５は第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７の駆動周波数を３６ｋＨｚ（第１の周波数ｆ１）から３０ＫＨｚ（第２の周波数ｆ２）まで徐々に周波数を低下させる。駆動周波数が、３０ｋＨｚ（第２の周波数ｆ２）に到達してもインバータの入力電流値に対応する電流検知手段１４の出力が所定の値（例えば、「３０」）に到達しない場合、小物検知手段１６は鍋１３が加熱できない負荷であると判定する。
上記のように、小物検知手段１６は、第２の周波数ｆ２と入力電流値に対応した値により、鍋１３が小物であるか否かの判定を行う。この第２の周波数ｆ２は、補正手段１７により初期値である３０ｋＨｚを中心とした所定範囲の値補正される。具体的には、補正手段１７は、初期値である３０ｋＨｚを中心として、記憶手段１８に記憶されている値を基にしてこの第２の周波数ｆ２を補正する。図３の場合には、第２の周波数ｆ２の初期値である３０ｋＨｚは３１．９２ｋＨｚに補正されている。補正値２２はこの時の補正量を示している。即ち、駆動周波数が補正された第２の周波数ｆ２に達した時に、小物検知手段１６は負荷である鍋１３は小物であると判定し、インバータ４は動作を停止させられる。
本実施の形態において、記憶手段１８には、補正データとして「４」が記憶されている。この補正データは後述のように製品として工場出荷前にインバータを動作させることにより設定される。あるいは、この補正データは出荷後に使用者以外のものが補正可能としてもよい。補正手段１７は、補正データ「４」を記憶手段１８から読み込む。補正値はＰＷＭの分解能である２５０ナノ秒を単位として、この補正データを乗じて補正値２２を求められる。この場合、補正値２２は分解能である２５０ナノ秒と補正データの「４」との積、即ち１マイクロ秒である。中心周波数（３０ｋＨｚ）での周期は、その逆数（１／３０ｋＨｚ）である。この周期（１／３０ｋＨｚ）から上述の補正値２２（１マイクロ秒）が減算される。この減算された後の値を新たな周期とし、その新たな周期の逆数である３０．９２ｋＨｚが補正後の第２の周波数ｆ２となる。
以上のように、本実施の形態によれば、アルミニウム等の低抵抗で低透磁率の負荷を加熱するインバータにおいて、負荷の材質にかかわらず、出力の小さい周波数で起動し、出力が小さい範囲で負荷の判別をするとともに、第２の周波数を適切に補正する値を記憶手段１８に記憶する。従って、加熱できない負荷と加熱できる負荷の判定を正確に行うことができるので、安全で使い勝手のよい誘導加熱装置が提供できる。
また、本実施の形態によれば、小物と判定する間に負荷鍋を移動する等で負荷条件が変わったときに、駆動周波数に対して出力が極大となる周波数を通過しないようにして、急激な出力の増加によりスイッチング素子が破壊するという不具合を防止することができる。
また、本実施の形態によれば、加熱コイルや共振コンデンサ、あるいは加熱コイルと負荷間の距離のバラツキを吸収して、加熱できない負荷と加熱できる負荷を正確に判別できる。
更に、本実施の形態によれば、共振周波数の１／ｎ倍（ｎは２以上の整数）周波数でスイッチング素子を駆動することにより、アルミニウムなどの材質を誘導加熱してもスイッチング素子の駆動周波数を低下させスイッチング損失を抑制することができる。
なお、記憶手段は、電源をオフしてもデータ保持される記憶素子であればい。
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態は、図２と図４を用いて動作を説明する。
図２において、駆動周波数が第２の周波数ｆ２まで到達する間に所定の出力に到達すると、駆動周波数は２次共振周波数ｆｃ２より低い第３の周波数ｆ３（約２６ｋＨｚ）に変更される。図４は駆動周波数が第２の周波数ｆ２から第３の周波数ｆ３へ離散的に低下した後の動作を示している。
図４において、横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電流をＡＤ変換した値をそれぞれ表している。尚、駆動周波数は時間とともに第３の周波数ｆ３から低下して行くので、横軸は時間の推移でもある。また、線２３は駆動周波数と入力電流との関係を示している。駆動周波数が第３の周波数ｆ３（約２６ｋＨｚ）に変更され、一度出力が低下させられてから、駆動周波数は更に低い第４の周波数ｆ４（約２０ｋＨｚ）にまで徐々に下げられ出力が増加される。出力制御手段１５は設定出力まで出力を増加しようとして、駆動周波数を低下させる。一方、小物検知手段１６は、駆動周波数が第４の周波数ｆ４以下になると小物であると判断し、加熱は停止される。
この小物検知手段１６が加熱できない負荷であるか否かを判断する基準となる駆動周波数ｆ４の補正が行なわれる。図４はインバータ４の起動に始まって加熱できる鍋と加熱できない鍋の判定を行うまでの動作と、小物検知の判定値の変更の様子を示している。図４に示されているとおり、第４の周波数ｆ４は２０ｋＨｚを中心として、記憶手段１８に記憶されている値により、１９ＫＨｚから２２ｋＨｚの間で変動する。
本実施の形態では、実施の形態１と同様、記憶手段の値を「４」と仮定している。補正手段１７は、補正データ「４」を記憶手段１８から読み込む。補正値はＰＷＭの分解能である２５０ナノ秒を単位として、この補正データを乗じて補正値２４を求められる。この補正値２４は分解能である２５０ナノ秒と補正データの「４」との積、即ち１マイクロ秒である。従って、第４の周波数ｆ４の周期は１マイクロ秒間だけ長くなる。中心周波数（２０ｋＨｚ）での周期は、その逆数（１／２０ｋＨｚ）である。この周期（１／２０ｋＨｚ）から上述の補正値２４（１マイクロ秒）が加算される。この加算された後の値を新たな周期とし、その新たな周期の逆数である１９．６１ｋＨｚが補正後の第４の周波数ｆ４になる。このようにして、第４の周波数ｆ４の周期は１９．６１ｋＨｚに補正され、駆動周波数の下限が２０ｋＨｚから１９．６１ｋＨｚに補正される。
以上のように、本実施の形態によれば、駆動周波数が第２の周波数ｆ２から第３の周波数ｆ３に切り替えられて移行した後においても、加熱できない負荷と加熱できる負荷の判定を正確に行うことができる。その結果、安全性が向上する。
また、本実施の形態によれば、加熱コイルや共振コンデンサ、あるいは加熱コイルと負荷間の距離のバラツキを吸収して、第４の周波数以下で加熱中に負荷を変更した場合において、加熱できない負荷と加熱できる負荷を正確に判別できる。
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態を、図５を用いて動作を説明する。
図５は、設定電力より電力を低下させる出力抑制モードに移行することを示す図である。
図５において、横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電流のリミット値をＡＤ変換した値をそれぞれ表している。線２９は、鍋１３の径が標準のものより小さいものであるが極端に小さくないものである場合の、駆動周波数と入力電流のＡＤ変換値の特性を示す。尚、駆動周波数は時間とともに第３の周波数ｆ３から低下して行くので、横軸は時間の推移でもある。また、線２５は駆動周波数と入力電流のリミット値との関係を示している。
出力抑制モードとは、駆動周波数が所定の周波数を下回ると、出力制御手段１５がインバータ４の設定電流に対応する入力電流検知手段１４の検知する入力電流のリミット値を低下させる制御状態である。本実施の形態では、インバータ４の設定電力が２ｋＷである場合、入力電流のＡＤ変換値での「２１０」を目標として、フィードバック制御を行い、鍋１３が線２９に示すようなものである場合に、駆動周波数が２１ｋＨｚを下回ると出力抑制モードに移行する。即ち、入力電流のＡＤ変換値で「１８０」を目標とするフィードバック制御に変更される。これにより、駆動周波数の低下が止まるので、小物検知手段１６は鍋１３が加熱できないとは判断せず、低出力で加熱を継続することができる。なお、鍋１３が極端に小さな径のものである場合にはｆ４で示す第４の周波数に到達するので小物と判断されインバータ４の加熱動作が停止される。この出力抑制モードに移行する駆動周波数は、記憶手段１８に記憶された補正値に応じて補正される。
補正手段１７は、補正データ「４」を記憶手段１８から読み込む。補正値はＰＷＭの分解能である２５０ナノ秒を単位として、この補正データを乗じて補正値２６が求められる。この補正値２６は分解能である２５０ナノ秒と補正データの「４」との積、即ち１マイクロ秒である。従って、第４の周波数ｆ４の周期は１マイクロ秒間だけ長くなる。周波数２１ｋＨｚでの周期は、その逆数（１／２１ｋＨｚ）である。この周期（１／２１ｋＨｚ）から上述の補正値２６（１マイクロ秒）が加算される。この加算された後の値を新たな周期とし、その新たな周期の逆数である２０．５６ｋＨｚが得られる。即ち、出力抑制モードに移行する駆動周波数は当初の２１ｋＨｚから２０．５６ｋＨｚに補正される。
以上のように、本実施の形態によれば、径の小さい鍋を精度よく判定することができる。そうして、鍋の径が小さくても極端に小さくない場合には、加熱が停止せず電力が抑制され、使い勝手がよくなると同時に、漏洩磁界も低減される。
また、本実施の形態によれば、加熱コイルや共振コンデンサ、あるいは加熱コイルと負荷間の距離のバラツキを吸収して、径の小さい負荷を正確に判定でき、径の小さい負荷では電力を抑えることができるので、使い勝手がよくなり、また、輻射ノイズも低減される。
（実施の形態４）
実施の形態４は、第１の実施の形態と同じ構成とし、図６のタイミングチャートにより説明する。本実施の形態は、記憶手段１８にデータを記憶させる方法を示す。
図６において、横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電流をＡＤ変換した値をそれぞれ表している。尚、駆動周波数は時間とともに低下して行くので、横軸は時間の推移でもある。また、線２７は駆動周波数と入力電流のＡＤ変換値との関係を示している。図６は、所定の負荷である鍋１３を加熱しながら、補正値を求めるタイミングを示している。電流検知手段１４により検知された入力電流のＡＤ変換値が所定の値（例えば「３０」）に到達した時点における第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７の駆動周波数をＦｄ１としている。また、入力電流のＡＤ変換値が「２１０」になった時の駆動周波数をＦｄ２としている。駆動周波数Ｆｄ１と駆動周波数Ｆｄ２を基にして、インバータ４の起動時における小物判定周波数である第２の周波数ｆｃ２の補正値２２と、第３の周波数ｆｃ３に移行後の小物判定周波数である第４の周波数ｆｃ４の補正値２４と、出力抑制モードに移行する所定の周波数の補正値２６が計算される。そうして、これらの計算された各補正値は記憶手段１８に記憶される。
以上によって、スイッチング素子の駆動周波数と加熱コイル１２に流れる共振電流の共振周波数の関係はインバータ４を動作させて測定されることになるので、精度よくまた容易に補正データを得ることができる。
また、加熱コイル１２や共振コンデンサ１０、あるいは加熱コイル１２と負荷１３間の距離のバラツキを吸収できる補正値を得て小物検知を精度よく行うことができる。
（実施の形態５）
実施の形態５は、第１の実施の形態と同じ構成とし、図７のタイミングチャートにより説明する。
図７において、横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電流をＡＤ変換した値をそれぞれ表している。尚、駆動周波数は時間とともに低下して行くので、横軸は時間の推移でもある。また、線２８は駆動周波数と入力電流のＡＤ変換値との関係を示している。図７は、無負荷状態でインバータ４を起動し、記憶手段１８に記憶する補正値を求めるタイミングを示している。電流検知手段１４により検知された入力電流のＡＤ変換値が所定の値（例えば「３０」）に到達した時点における第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７の駆動周波数をＦｄ３としている。駆動周波数Ｆｄ３を基にして、インバータ４の起動時における小物判定用の駆動周波数の補正値２２と、設定電力到達後の小物判定用の駆動周波数の補正値２４と、出力抑制モードに移行する駆動周波数の補正値２６が計算される。そうして、これらの計算された各補正値は記憶手段１８に記憶される。
以上によって、所定の負荷を必要としないので、簡単に各補正値を得ることができる。例えば、工場出荷後に市場において簡易的に調整することができる。この調整モードに入るのは、例えば入力キーが装備されている設定手段１９を使用して所定の命令を入力することにより実行することができる。或いは、使用者の触れることのできない場所に特定のスイッチを設けて、このスイッチを操作することで調整モードに入れるように設定しても良い。
なお、記憶手段１８は、出力制御手段１５に設けられた不揮発性の記憶部により機能する記憶手段であってもよい。
また、以上の説明では、スイッチング素子（第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７）の駆動周波数が約２０ｋＨｚであって、共振電流の周波数は約６０ｋＨｚの場合を挙げている。即ち、以上の説明では、スイッチング素子の駆動周波数は共振電流の周波数の約１／３倍である場合を挙げている。しかしながら、本発明では、これに限られるものではない。即ち、共振周波数の１／２倍以下の駆動周波数でスイッチング素子が駆動可能なインバータであれば、上述の各実施の形態と同様の機能と効果が得られる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、アルミニウム等の負荷を加熱するとともに、径が小さいため加熱できない鍋と加熱できる鍋を精度よく判定できるため、安全でかつ使用できる鍋が増えることから使用者の使い勝手がよくなる。
【産業上の利用可能性】  本発明による誘導加熱装置は、アルミニウム等の負荷を加熱できる。更に本発明による誘導加熱装置は、加熱できる鍋と径が小さいため加熱できない鍋とを精度よく判定できるため、安全でかつ使用できる鍋の種類が増える。従って、使用者の使い勝手が向上する。
図面の参照符号の一覧表
４    インバータ
６    第１のスイッチング素子
７    第２のスイッチング素子
１２    加熱コイル
１４    電流検知手段
１５    出力制御手段
１６    小物検知手段
１７    補正手段
１８    記憶手段
【図１】
2004047496.tif 000003
【図２】
2004047496.tif 000004
【図３】
2004047496.tif 000005
【図４】
2004047496.tif 000006
【図５】
2004047496.tif 000007
【図６】
2004047496.tif 000008
【図７】
2004047496.tif 000009
【図８】
2004047496.tif 000010
【図９】
2004047496.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月1日(2005.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を誘導加熱する加熱コイルと、
共振コンデンサと、
スイッチング素子とを有し、前記加熱コイル電流の共振周波数の１／２倍以下の駆動周波数で前記スイッチング素子を駆動可能なインバータと、
前記駆動周波数を可変して出力制御を行う出力制御手段と、
前記インバータの入力電流を検知する電流検知手段と、
前記出力制御手段が前記駆動周波数を前記共振周波数より低い第１の周波数で動作を開始して前記第１の周波数より低い第２の周波数まで低下させる間に、前記電流検知手段が検知する入力電流値が所定の値に到達しないと前期負荷は小物であると判定する小物検知手段と、
前記第２の周波数を補正する補正手段と、
所定の条件下で前記インバータを動作させて得られた補正データを、電源をオフしても保持する記憶手段と
を有し、
前記補正手段は前記補正データを用いて前記第２の周波数を補正する誘導加熱装置。
【請求項２】
前記補正手段は、マイクロコンピュータが内蔵しているＰＷＭ機能の分解能と前記補正データとの積を用いて前記第２の周波数を補正する請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記出力制御手段は、
前記駆動周波数が前記第２の周波数まで低下するまでに前記電流検知手段の検知する入力電流値が所定の値にまで増加すると、前記第２の周波数より低くかつ入力電流値が周波数に対して極大となる周波数よりさらに低い第３の周波数まで前記駆動周波数を離散的に低下させ、
前記小物検知手段は、その後前記第３の周波数より低い周波数である第４の周波数まで前記駆動周波数を低下させても前記電流検知手段の出力が所定の値にまで増加しない場合に、前記負荷は小物であると判定し、
前記補正手段は前記補正データを用いて前記第４の周波数を補正する
請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記補正手段は、マイクロコンピュータが内蔵しているＰＷＭ機能の分解能と前記補正データとの積を用いて前記第４の周波数を補正する請求項３記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記出力制御手段は、
前記駆動周波数が前記第２の周波数まで低下するまでに前記電流検知手段の検知する入力電流値が所定の値にまで増加すると、入力電流値が周波数に対して極大となる周波数より低い第３の周波数までさらに前記駆動周波数を離散的に低下させ、
その後前記駆動周波数が所定の値を下回ると、前記電流検知手段の検知する入力電流のリミット値を低下させる出力抑制モードを有し、
前記補正手段は前記出力制御手段が前記出力抑制モードに移行する駆動周波数を前記補正データを用いて補正する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記補正手段は、マイクロコンピュータが内蔵しているＰＷＭ機能の分解能と前記補正データとの積を用いて前記出力抑制モードに移行する駆動周波数を補正する請求項５記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
前記出力制御手段は、負荷を加熱して低出力から所定の出力まで増加させ、前記電流検知手段が所定の値に到達したことを検知する時点の前記駆動周波数に基づくデータを前記記憶手段に記憶する請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記出力制御手段は、無負荷状態で、低出力から所定の出力まで増加させ、前記電流検知手段が所定の値に到達したことを検知する時点の前記駆動周波数に基づくデータを前記記憶手段に記憶する請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般家庭やオフィスやレストランや工場などで使用される誘導加熱装置に関するものであり、さらに詳しくはアルミニウムや銅といった低透磁率で高電気伝導率な材料の被加熱物を電磁誘導の原理を利用して加熱する調理器や加熱装置などの誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の誘導加熱装置の例として、誘導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アルミニウム鍋等の被加熱物を加熱する誘導加熱調理器について説明する。
【０００３】
図８は従来の誘導加熱装置の例として誘導加熱調理器を示している。図８に基づいて従来の誘導加熱装置を説明する。図８において、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構成される整流回路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５５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６２は被加熱物であるアルミニウム製の鍋６３と対向して配置されている。
【０００４】
インバータ５４は、チョークコイル５５、第１のスイッチング素子５６、第２のスイッチング素子５７、第１のダイオード５８、第２のダイオード５９、第２の平滑コンデンサ６１、共振コンデンサ６０で構成されている。第２の平滑コンデンサ６１の低電位側端子及び第２のスイッチング素子５７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６１の高電位側端子は第１のスイッチング素子５６の高電位側端子（コレクタ）に接続される。第１のスイッチング素子５６の低電位側端子（エミッタ）はチョークコイル５５と第２のスイッチング素子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６２と共振コンデンサ６０の直列接続体は第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５８（第１の逆導通素子）は第１のスイッチング素子５６に逆並列に接続される。即ち、第１のダイオード５８のカソードと第１のスイッチング素子５６のコレクタとが接続されている。第２のダイオード５９（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】
電流検知手段６４は、電源５１から流れる入力電流を検知する。出力制御手段６５は、電流検知手段６４の出力に応じて、第１のスイッチング素子５６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。小物検知手段６６は、第１のスイッチング素子５６と第２のスイッチング素子５７の駆動周波数と電流検知手段６４の出力を基にして、鍋６３の径が小さく加熱できないことを検知して、インバータ５４の動作を停止させる。
【０００７】
以上のように構成された誘導加熱装置において、第１のスイッチング素子５６と第２のスイッチング素子５７の駆動周波数に比べて共振電流の周波数を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５６と第２のスイッチング素子５７の損失は両者を同一周波数とするのに比べて増えない。かつ、チョークコイル５５により第２の平滑コンデンサが昇圧されるので、アルミ等の低抵抗で低透磁率の負荷を高出力で誘導加熱できる。
【０００８】
また、直径が小さくて加熱できない負荷であることを検知したり、加熱中の負荷が取られたことを検知する小物検知手段６６は、第１のスイッチング素子５６と第２のスイッチング素子５７の駆動周波数と、電流検知手段６４の出力を基にしてその検知が行われる。
【０００９】
図９は、インバータ５４が起動されてから、負荷は小物であることが検知されてインバータ５４が停止されるまでを示している。横軸は時間を、縦軸は電流検知手段６４で検知される入力電流がＡＤ変換（アナログ・デジタル変換）された値をそれぞれ表している。直線６７は、加熱できる鍋６３を加熱している場合の電流検知手段６４の出力を示し、直線６８は、径が小さく加熱できない鍋６３を加熱している場合の電流検知手段６４の出力を示している。直線６８は、第１のスイッチング素子５６と第２のスイッチング素子５７の駆動周波数が３０ｋＨｚに到達しても、電流検知手段６４の出力が所定の値に到達していないことを示している。そのため、鍋６３は小物であると判定され、インバータ５４は動作を停止される。
【００１０】
尚、このような従来技術は、特開２００２−７５６２０号公報に開示されている。
【００１１】
従来の誘導加熱調理器では、アルミ等の低抵抗で低透磁率の負荷を加熱するインバータの第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の駆動周波数に対し、共振電流の周波数が約３倍になっている。そのため、インバータを構成する共振コンデンサと加熱コイルの特性の差及び加熱コイルと負荷との距離の差により、共振周波数が変化する。その結果、小物と判別すべき鍋（径が小さいため加熱停止とすべき鍋）を正確に判定できないという課題がある。
【発明の開示】
【００１２】
誘導加熱装置は、
負荷を誘導加熱する加熱コイルと、
共振コンデンサと、
スイッチング素子とを有し、加熱コイル電流の共振周波数の１／２倍以下の駆動周波数で前記スイッチング素子を駆動可能なインバータと、
駆動周波数を可変して出力制御を行う出力制御手段と、
インバータの入力電流を検知する電流検知手段と、
出力制御手段が駆動周波数を共振周波数より低い第１の周波数で動作を開始して第１の周波数より低い第２の周波数まで低下させる間に、電流検知手段が検知する入力電流値が所定の値に到達しないと負荷は小物であると判定する小物検知手段と、
第２の周波数を補正する補正手段と、
所定の条件下でインバータを動作させて得られた補正データを、電源をオフしても保持する記憶手段と
を有し、
補正手段は補正データを用いて第２の周波数を補正する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による誘導加熱装置は、アルミニウム等の負荷を加熱できる。更に本発明による誘導加熱装置は、加熱できる鍋と径が小さいため加熱できない鍋とを精度よく判定できるため、安全でかつ使用できる鍋の種類が増える。従って、使用者の使い勝手が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態の誘導加熱装置の回路構成を示す図である。電源１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構成された整流回路２の入力端に接続される。整流回路２の出力端間に第１の平滑コンデンサ３が接続される。整流回路２の出力端間には、さらに、チョークコイル５と第２のスイッチング素子７の直列接続体が接続される。加熱コイル１２は被加熱物であるアルミニウム製の鍋１３と対向して配置されている。
【００１６】
インバータ４は、チョークコイル５、第１のスイッチング素子（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）６、第２のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）７、第１のダイオード８、第２のダイオード９、第２の平滑コンデンサ１１、共振コンデンサ１０で構成される。尚、第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７を総称してスイッチング素子と呼ぶ。第２の平滑コンデンサ１１の低電位側端子及び第２のスイッチング素子７の低電位側端子（エミッタ）は整流回路２の負極端子に接続され、第２の平滑コンデンサ１１の高電位側端子は第１のスイッチング素子６の高電位側端子（コレクタ）に接続されている。第１のスイッチング素子６の低電位側端子（エミッタ）はチョークコイル５と第２のスイッチング素子７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１２と共振コンデンサ１０の直列接続体が第２のスイッチング素子７に並列に接続される。
【００１７】
第１のダイオード８（第１の逆導通素子）は第１のスイッチング素子６に逆並列に接続されている。即ち、第１のダイオード８のカソードと第１のスイッチング素子６のコレクタとが接続されている。第２のダイオード９（第２の逆導通素子）は第２のスイッチング素子７に逆並列に接続される。
【００１８】
電流検知手段１４は、電源１から流れる入力電流を検知する。出力制御手段１５は、電流検知手段１４の出力に応じて、第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７のゲートに信号を出力する。
【００１９】
設定手段１９は、インバータ４の出力を設定する手段であり、複数キースイッチにより構成される。
【００２０】
以上のように構成された誘導加熱装置において、以下に動作を説明する。電源１からの交流電源は整流回路２により全波整流され、整流回路２の出力端に接続された第１の平滑コンデンサ３に供給される。この第１の平滑コンデンサ３はインバータ４に高周波電流を供給する供給源として働く。
【００２１】
第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７は、同時にオンしないように排他的に繰り返し駆動される。第１のスイッチング素子６がオフ状態で、第２のスイッチング素子７が駆動されている間（第２のスイッチング素子７がオン状態である間）に、第２のスイッチング素子７と第２のダイオード９と加熱コイル１２と共振コンデンサ１０で形成される閉回路において電流が共振して流れる。第２のスイッチング素子７がオフ状態で、第１のスイッチング素子６が駆動されている間（第１のスイッチング素子６がオン状態である間）に、第１のスイッチング素子６と第１のダイオード８と加熱コイル１２と共振コンデンサ１０で形成される閉回路において共振電流が流れる。第２のスイッチング素子７がオフされると、第２のスイッチング素子は加熱コイル１２が流出させようとしている高周波電流を阻止する。加熱コイル１２が流出させようとしている高周波電流の極性は第２のダイオード９の導通方向と逆であるため、第２のダイオード９も加熱コイル１２が流出させようとしている高周波電流を阻止する。一方、加熱コイル１２が流出させようとしている高周波電流の極性は第１のダイオード８の導通方向と同じである。従って、加熱コイル１２が流出させようとしている高周波電流は第１のダイオード８を通って第２のコンデンサ１１に流れ込む。
【００２２】
第２のスイッチング素子７がオンすると、チョークコイル５に磁気エネルギーが蓄積され、第２のスイッチング素子７がオフすることにより、第２の平滑コンデンサ１１にこの蓄積された磁気エネルギーが第１のダイオードを経由して放出され、第２の平滑コンデンサ１１が昇圧される。第２の平滑コンデンサ１１の電圧の大きさにより加熱コイル１２に発生する共振電流の大きさが決まるので、アルミニウム等の低抵抗で低透磁率の負荷である鍋１３を高出力で誘導加熱できる。
【００２３】
本実施の形態では、加熱コイル１２のインダクタンスと共振コンデンサ１０の容量と第１のスイッチング素子６の駆動時間（オン時間）と第２のスイッチング素子７の駆動時間（オン時間）は、各スイッチング素子の駆動時間が、それぞれ、加熱コイル１２及び共振コンデンサ１０に流れる共振電流の共振周期の３／２になるように設定されている。そのため、第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７の駆動周波数（以下駆動周波数と呼ぶ）が約２０ｋＨｚであれば、共振電流の周波数は約３倍の周波数である約６０ｋＨｚになる。
【００２４】
図２は、上述の駆動周波数と電源１からの入力電力の特性を示す図である。横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電力をそれぞれ表している。曲線２０は、駆動周波数と入力電力との関係を示す。曲線２０で示されるように、加熱コイル１２と共振コンデンサ１０の共振周波数をｆｃ１（以下基本共振周波数と呼ぶ）とすると、駆動周波数がｆｃ２（以下２次共振周波数と呼ぶ）とｆｃ３（以下３次共振周波数と呼ぶ）の時にそれぞれ入力電力対駆動周波数特性が極大となる。入力電力特性は図２の曲線２０で示されるような特性になる。
【００２５】
本実施の形態では、負荷であるアルミニウム製の鍋１３を加熱する際には、加熱コイル１２の駆動周波数（加熱コイルに流れる電流の周波数）を３次共振周波数ｆｃ３近傍にして動作させ、加熱コイル１２に高周波数の共振電流を供給しながら、基本共振周波数ｆｃ１の約３分の１程度にスイッチング素子の駆動周波数を低くして定常動作させる。こうすることにより、スイッチング素子６、７のスイッチング損失を低減した加熱効率の良い誘導加熱を実現している。
【００２６】
本実施の形態では、第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７の駆動周波数は、マイクロコンピュータに内蔵されているＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）機能を使い、駆動周期をマイクロコンピュータ内部で設定することにより実現している。また、電流検知手段１４の出力は、マイクロコンピュータに内蔵されているＡＤ変換機能を使い、カレントトランスの出力を直流電圧に変換し、マイクロコンピュータに入力される。
【００２７】
本実施の形態では、スイッチング素子６と７の駆動時間比（オン時間の比）を約１として、標準の大きさのアルミニウム製鍋を加熱した時の加熱コイル１２に流れる電流の共振周波数が約６０ｋＨｚになるように、加熱コイル１２、共振コンデンサ１０および加熱コイル１２と負荷１３の間の距離（ギャップ）が設定されている。このとき、図２の２次共振周波数ｆｃ２は約２９ｋＨｚ、３次共振周波数ｆｃ３は約１８ｋＨｚとなっている。
【００２８】
第１の周波数ｆ１（３６ｋＨｚ）は、図２において、基本共振周波数ｆｃ１（約６０ｋＨｚ）と２次共振周波数ｆｃ２（約２９ｋＨｚ）の間の周波数であって、入力電力対周波数特性が極小となる周波数近傍の周波数である。出力制御手段１５は、本誘導加熱装置がこの第１の周波数ｆ１（３６ｋＨｚ）で起動するように制御する。そして、出力制御手段１５は、徐々に駆動周波数を低下させ加熱コイル１２への出力を増加させる。尚、第２の周波数ｆ２と第３の周波数ｆ３と第４の周波数ｆ４については後程説明する。
【００２９】
図３は、加熱できない鍋を加熱しようとした場合に、インバータ４が起動した後、小物検知手段１６が加熱できる鍋と加熱できない鍋の判定を行い、加熱できない負荷であると判定して、その判定結果に基づき出力制御手段１５が加熱を停止するまでの入力電流の変化を示す図である。図３において、横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電流をＡＤ変換（アナログデジタル変換）した値をそれぞれ表している。尚、駆動周波数は時間とともに第１の周波数ｆ１から低下して行くので、横軸は時間の推移でもある。また、線２１は駆動周波数と入力電流との関係を示している。
【００３０】
図３に示すとおり、起動後、出力制御手段１５は第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７の駆動周波数を３６ｋＨｚ（第１の周波数ｆ１）から３０ＫＨｚ（第２の周波数ｆ２）まで徐々に周波数を低下させる。駆動周波数が、３０ｋＨｚ（第２の周波数ｆ２）に到達してもインバータの入力電流値に対応する電流検知手段１４の出力が所定の値（例えば、「３０」）に到達しない場合、小物検知手段１６は鍋１３が加熱できない負荷であると判定する。
【００３１】
上記のように、小物検知手段１６は、第２の周波数ｆ２と入力電流値に対応した値により、鍋１３が小物であるか否かの判定を行う。この第２の周波数ｆ２は、補正手段１７により初期値である３０ｋＨｚを中心とした所定範囲の値補正される。具体的には、補正手段１７は、初期値である３０ｋＨｚを中心として、記憶手段１８に記憶されている値を基にしてこの第２の周波数ｆ２を補正する。図３の場合には、第２の周波数ｆ２の初期値である３０ｋＨｚは３１．９２ｋＨｚに補正されている。補正値２２はこの時の補正量を示している。即ち、駆動周波数が補正された第２の周波数ｆ２に達した時に、小物検知手段１６は負荷である鍋１３は小物であると判定し、インバータ４は動作を停止させられる。
【００３２】
本実施の形態において、記憶手段１８には、補正データとして「４」が記憶されている。この補正データは後述のように製品として工場出荷前にインバータを動作させることにより設定される。あるいは、この補正データは出荷後に使用者以外のものが補正可能としてもよい。補正手段１７は、補正データ「４」を記憶手段１８から読み込む。補正値はＰＷＭの分解能である２５０ナノ秒を単位として、この補正データを乗じて補正値２２を求められる。この場合、補正値２２は分解能である２５０ナノ秒と補正データの「４」との積、即ち１マイクロ秒である。中心周波数（３０ｋＨｚ）での周期は、その逆数（１／３０ｋＨｚ）である。この周期（１／３０ｋＨｚ）から上述の補正値２２（１マイクロ秒）が減算される。この減算された後の値を新たな周期とし、その新たな周期の逆数である３０．９２ｋＨｚが補正後の第２の周波数ｆ２となる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、アルミニウム等の低抵抗で低透磁率の負荷を加熱するインバータにおいて、負荷の材質にかかわらず、出力の小さい周波数で起動し、出力が小さい範囲で負荷の判別をするとともに、第２の周波数を適切に補正する値を記憶手段１８に記憶する。従って、加熱できない負荷と加熱できる負荷の判定を正確に行うことができるので、安全で使い勝手のよい誘導加熱装置が提供できる。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、小物と判定する間に負荷鍋を移動する等で負荷条件が変わったときに、駆動周波数に対して出力が極大となる周波数を通過しないようにして、急激な出力の増加によりスイッチング素子が破壊するという不具合を防止することができる。
【００３５】
また、本実施の形態によれば、加熱コイルや共振コンデンサ、あるいは加熱コイルと負荷間の距離のバラツキを吸収して、加熱できない負荷と加熱できる負荷を正確に判別できる。
【００３６】
更に、本実施の形態によれば、共振周波数の１／ｎ倍（ｎは２以上の整数）周波数でスイッチング素子を駆動することにより、アルミニウムなどの材質を誘導加熱してもスイッチング素子の駆動周波数を低下させスイッチング損失を抑制することができる。
【００３７】
なお、記憶手段は、電源をオフしてもデータ保持される記憶素子であればい。
【００３８】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態は、図２と図４を用いて動作を説明する。
【００３９】
図２において、駆動周波数が第２の周波数ｆ２まで到達する間に所定の出力に到達すると、駆動周波数は２次共振周波数ｆｃ２より低い第３の周波数ｆ３（約２６ｋＨｚ）に変更される。図４は駆動周波数が第２の周波数ｆ２から第３の周波数ｆ３へ離散的に低下した後の動作を示している。
【００４０】
図４において、横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電流をＡＤ変換した値をそれぞれ表している。尚、駆動周波数は時間とともに第３の周波数ｆ３から低下して行くので、横軸は時間の推移でもある。また、線２３は駆動周波数と入力電流との関係を示している。駆動周波数が第３の周波数ｆ３（約２６ｋＨｚ）に変更され、一度出力が低下させられてから、駆動周波数は更に低い第４の周波数ｆ４（約２０ｋＨｚ）にまで徐々に下げられ出力が増加される。出力制御手段１５は設定出力まで出力を増加しようとして、駆動周波数を低下させる。一方、小物検知手段１６は、駆動周波数が第４の周波数ｆ４以下になると小物であると判断し、加熱は停止される。
【００４１】
この小物検知手段１６が加熱できない負荷であるか否かを判断する基準となる駆動周波数ｆ４の補正が行なわれる。図４はインバータ４の起動に始まって加熱できる鍋と加熱できない鍋の判定を行うまでの動作と、小物検知の判定値の変更の様子を示している。図４に示されているとおり、第４の周波数ｆ４は２０ｋＨｚを中心として、記憶手段１８に記憶されている値により、１９ＫＨｚから２２ｋＨｚの間で変動する。
【００４２】
本実施の形態では、実施の形態１と同様、記憶手段の値を「４」と仮定している。補正手段１７は、補正データ「４」を記憶手段１８から読み込む。補正値はＰＷＭの分解能である２５０ナノ秒を単位として、この補正データを乗じて補正値２４を求められる。この補正値２４は分解能である２５０ナノ秒と補正データの「４」との積、即ち１マイクロ秒である。従って、第４の周波数ｆ４の周期は１マイクロ秒間だけ長くなる。中心周波数（２０ｋＨｚ）での周期は、その逆数（１／２０ｋＨｚ）である。この周期（１／２０ｋＨｚ）から上述の補正値２４（１マイクロ秒）が加算される。この加算された後の値を新たな周期とし、その新たな周期の逆数である１９．６１ｋＨｚが補正後の第４の周波数ｆ４になる。このようにして、第４の周波数ｆ４の周期は１９．６１ｋＨｚに補正され、駆動周波数の下限が２０ｋＨｚから１９．６１ｋＨｚに補正される。
【００４３】
以上のように、本実施の形態によれば、駆動周波数が第２の周波数ｆ２から第３の周波数ｆ３に切り替えられて移行した後においても、加熱できない負荷と加熱できる負荷の判定を正確に行うことができる。その結果、安全性が向上する。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、加熱コイルや共振コンデンサ、あるいは加熱コイルと負荷間の距離のバラツキを吸収して、第４の周波数以下で加熱中に負荷を変更した場合において、加熱できない負荷と加熱できる負荷を正確に判別できる。
【００４５】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態を、図５を用いて動作を説明する。
【００４６】
図５は、設定電力より電力を低下させる出力抑制モードに移行することを示す図である。
【００４７】
図５において、横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電流のリミット値をＡＤ変換した値をそれぞれ表している。線２９は、鍋１３の径が標準のものより小さいものであるが極端に小さくないものである場合の、駆動周波数と入力電流のＡＤ変換値の特性を示す。尚、駆動周波数は時間とともに第３の周波数ｆ３から低下して行くので、横軸は時間の推移でもある。また、線２５は駆動周波数と入力電流のリミット値との関係を示している。
【００４８】
出力抑制モードとは、駆動周波数が所定の周波数を下回ると、出力制御手段１５がインバータ４の設定電流に対応する入力電流検知手段１４の検知する入力電流のリミット値を低下させる制御状態である。本実施の形態では、インバータ４の設定電力が２ｋＷである場合、入力電流のＡＤ変換値での「２１０」を目標として、フィードバック制御を行い、鍋１３が線２９に示すようなものである場合に、駆動周波数が２１ｋＨｚを下回ると出力抑制モードに移行する。即ち、入力電流のＡＤ変換値で「１８０」を目標とするフィードバック制御に変更される。これにより、駆動周波数の低下が止まるので、小物検知手段１６は鍋１３が加熱できないとは判断せず、低出力で加熱を継続することができる。なお、鍋１３が極端に小さな径のものである場合にはｆ４で示す第４の周波数に到達するので小物と判断されインバータ４の加熱動作が停止される。この出力抑制モードに移行する駆動周波数は、記憶手段１８に記憶された補正値に応じて補正される。
【００４９】
補正手段１７は、補正データ「４」を記憶手段１８から読み込む。補正値はＰＷＭの分解能である２５０ナノ秒を単位として、この補正データを乗じて補正値２６が求められる。この補正値２６は分解能である２５０ナノ秒と補正データの「４」との積、即ち１マイクロ秒である。従って、第４の周波数ｆ４の周期は１マイクロ秒間だけ長くなる。周波数２１ｋＨｚでの周期は、その逆数（１／２１ｋＨｚ）である。この周期（１／２１ｋＨｚ）から上述の補正値２６（１マイクロ秒）が加算される。この加算された後の値を新たな周期とし、その新たな周期の逆数である２０．５６ｋＨｚが得られる。即ち、出力抑制モードに移行する駆動周波数は当初の２１ｋＨｚから２０．５６ｋＨｚに補正される。
【００５０】
以上のように、本実施の形態によれば、径の小さい鍋を精度よく判定することができる。そうして、鍋の径が小さくても極端に小さくない場合には、加熱が停止せず電力が抑制され、使い勝手がよくなると同時に、漏洩磁界も低減される。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、加熱コイルや共振コンデンサ、あるいは加熱コイルと負荷間の距離のバラツキを吸収して、径の小さい負荷を正確に判定でき、径の小さい負荷では電力を抑えることができるので、使い勝手がよくなり、また、輻射ノイズも低減される。
【００５２】
（実施の形態４）
実施の形態４は、第１の実施の形態と同じ構成とし、図６のタイミングチャートにより説明する。本実施の形態は、記憶手段１８にデータを記憶させる方法を示す。
【００５３】
図６において、横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電流をＡＤ変換した値をそれぞれ表している。尚、駆動周波数は時間とともに低下して行くので、横軸は時間の推移でもある。また、線２７は駆動周波数と入力電流のＡＤ変換値との関係を示している。図６は、所定の負荷である鍋１３を加熱しながら、補正値を求めるタイミングを示している。電流検知手段１４により検知された入力電流のＡＤ変換値が所定の値（例えば「３０」）に到達した時点における第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７の駆動周波数をＦｄ１としている。また、入力電流のＡＤ変換値が「２１０」になった時の駆動周波数をＦｄ２としている。駆動周波数Ｆｄ１と駆動周波数Ｆｄ２を基にして、インバータ４の起動時における小物判定周波数である第２の周波数ｆｃ２の補正値２２と、第３の周波数ｆｃ３に移行後の小物判定周波数である第４の周波数ｆｃ４の補正値２４と、出力抑制モードに移行する所定の周波数の補正値２６が計算される。そうして、これらの計算された各補正値は記憶手段１８に記憶される。
【００５４】
以上によって、スイッチング素子の駆動周波数と加熱コイル１２に流れる共振電流の共振周波数の関係はインバータ４を動作させて測定されることになるので、精度よくまた容易に補正データを得ることができる。
【００５５】
また、加熱コイル１２や共振コンデンサ１０、あるいは加熱コイル１２と負荷１３間の距離のバラツキを吸収できる補正値を得て小物検知を精度よく行うことができる。
【００５６】
（実施の形態５）
実施の形態５は、第１の実施の形態と同じ構成とし、図７のタイミングチャートにより説明する。
【００５７】
図７において、横軸は駆動周波数を、縦軸は入力電流をＡＤ変換した値をそれぞれ表している。尚、駆動周波数は時間とともに低下して行くので、横軸は時間の推移でもある。また、線２８は駆動周波数と入力電流のＡＤ変換値との関係を示している。図７は、無負荷状態でインバータ４を起動し、記憶手段１８に記憶する補正値を求めるタイミングを示している。電流検知手段１４により検知された入力電流のＡＤ変換値が所定の値（例えば「３０」）に到達した時点における第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７の駆動周波数をＦｄ３としている。駆動周波数Ｆｄ３を基にして、インバータ４の起動時における小物判定用の駆動周波数の補正値２２と、設定電力到達後の小物判定用の駆動周波数の補正値２４と、出力抑制モードに移行する駆動周波数の補正値２６が計算される。そうして、これらの計算された各補正値は記憶手段１８に記憶される。
【００５８】
以上によって、所定の負荷を必要としないので、簡単に各補正値を得ることができる。例えば、工場出荷後に市場において簡易的に調整することができる。この調整モードに入るのは、例えば入力キーが装備されている設定手段１９を使用して所定の命令を入力することにより実行することができる。或いは、使用者の触れることのできない場所に特定のスイッチを設けて、このスイッチを操作することで調整モードに入れるように設定しても良い。
【００５９】
なお、記憶手段１８は、出力制御手段１５に設けられた不揮発性の記憶部により機能する記憶手段であってもよい。
【００６０】
また、以上の説明では、スイッチング素子（第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７）の駆動周波数が約２０ｋＨｚであって、共振電流の周波数は約６０ｋＨｚの場合を挙げている。即ち、以上の説明では、スイッチング素子の駆動周波数は共振電流の周波数の約１／３倍である場合を挙げている。しかしながら、本発明では、これに限られるものではない。即ち、共振周波数の１／２倍以下の駆動周波数でスイッチング素子が駆動可能なインバータであれば、上述の各実施の形態と同様の機能と効果が得られる。
【００６１】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、アルミニウム等の負荷を加熱するとともに、径が小さいため加熱できない鍋と加熱できる鍋を精度よく判定できるため、安全でかつ使用できる鍋が増えることから使用者の使い勝手がよくなる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明による誘導加熱装置は、アルミニウム等の負荷を加熱できる。更に本発明による誘導加熱装置は、加熱できる鍋と径が小さいため加熱できない鍋とを精度よく判定できるため、安全でかつ使用できる鍋の種類が増える。従って、使用者の使い勝手が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置の構成を示す回路ブロック図
【図２】第１の実施の形態の誘導加熱装置における駆動周波数と入力電流の関係を示す図
【図３】第１の実施の形態の誘導加熱装置における小物検知のタイミングを示す図
【図４】本発明の第２の実施の形態における誘導加熱装置の小物検知のタイミングを示す図
【図５】本発明の第３の実施の形態における誘導加熱装置の出力抑制モードへの移行タイミングを示す図
【図６】本発明の第４の実施の形態における誘導加熱装置の駆動周波数測定タイミングを示す図
【図７】本発明の第５の実施の形態における誘導加熱装置の駆動周波数測定タイミングを示す図
【図８】従来例の誘導加熱調理器の構成を示す回路ブロック図
【図９】従来例の誘導加熱調理器における小物検知のタイミングを示す図
【符号の説明】
【００６４】
４  インバータ
６  第１のスイッチング素子
７  第２のスイッチング素子
１２  加熱コイル
１４  電流検知手段
１５  出力制御手段
１６  小物検知手段
１７  補正手段
１８  記憶手段
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図７】
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【図８】
2004047496.tif 000019
【図９】
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【国際調査報告】
2004047496.tif 000021
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