(57)【要約】検知手段は、インバータの加熱出力が所定値から所定値より低い第１の値に低下した後、第１の値より高い第２の値に復帰するまでの時間に基づき浮力による負荷の浮力による移動を検知する。これにより、検知手段は負荷の人為的な移動と浮力による移動とを区別する。その検知手段を含む誘導加熱装置は、浮力による負荷の移動を抑制し、かつ負荷の人為的な移動の場合には負荷の加熱を停止しない。
2004047497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性かつ低抵抗率の金属からなる負荷を磁界により誘導加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源と、
前記加熱コイルの加熱出力を検知する加熱出力検知手段と、
前記検知された加熱出力が所定値から前記所定値より低い第１の値以下に低下してから第２の値になるまでの時間を測定する第１の検知手段と、
前記検知された加熱出力に基づき前記加熱出力を前記所定値になるように前記高周波電源を制御し、かつ前記測定された時間に基づき前記磁界による前記負荷の移動を検知して前記高周波電源を制御する制御手段と、
を備えた誘導加熱装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断すると、前記加熱出力を小さくする、請求の範囲第１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記加熱コイルにより前記負荷を加熱中に前記負荷が取り外された場合において、前記制御手段が前記負荷の移動を検知したと判断して前記加熱出力を小さくする前に前記加熱コイルが負荷のない状態で加熱動作をしていることを検知して、前記加熱コイルの加熱出力を停止する負荷検知手段をさらに備えた、請求の範囲第２項に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記制御手段は前記負荷の移動を検知すると第１の時間だけ前記加熱出力を小さくした後徐々に前記加熱出力を増加させ、
前記制御手段は前記負荷検知手段により前記負荷が取り外されたことを検知すると前記第１の時間より長い第２の時間だけ前記加熱出力を小さくした後徐々に前記加熱出力を増加させる、請求の範囲第３項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断すると、前記加熱出力を停止する、請求の範囲第２項に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記測定された時間が所定の時間以上の場合に、前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断する、請求の範囲第１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記測定された時間が所定の時間以上の場合に、前記加熱出力を小さくする、請求の範囲第１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記測定された時間が所定の時間以上の場合に、前記加熱出力を停止する、請求の範囲第７項に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
前記制御手段が前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断すると、その旨を視覚的に表示する表示手段をさらに備えた、請求の範囲第１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
前記制御手段が前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断すると、その旨を聴覚的に報知する報知手段をさらに備えた、請求の範囲第１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１１】
前記検知された加熱出力が増加する時の前記検知された加熱出力の時間的傾斜の変化を検知する第２の検知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記加熱出力を徐々に増加させるとともに、前記第２の検知手段が前記時間的傾斜の前記変化を検知した時の前記加熱出力に応じて、前記加熱出力を小さくする、請求の範囲第１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断して前記加熱出力を小さくした後に、前記加熱出力を徐々に増加させて、前記第２の検知手段により前記負荷の移動を検知した時の前記加熱出力に応じて、前記加熱出力を小さくする、請求の範囲第１１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１３】
前記第２の値は前記所定値と等しい、請求の範囲第１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１４】
前記第２の値は前記所定値より低い、請求の範囲第１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１５】
前記第２の値は前記第１の値より高い、請求の範囲第１４項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１６】
前記高周波電源はインバータとコンバータとのうちの１つを含む、請求の範囲第１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１７】
前記加熱出力検知手段は、前記高周波電源の、入力電流、入力電力、前記加熱コイルの電流、と前記高周波電源の構成部品の電圧と電流のうちの少なくとも１つを測定して前記加熱出力を検知する、請求の範囲第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、金属を含む負荷を誘導加熱する誘導加熱装置に関する。
【背景技術】  非磁性かつ低抵抗率の金属、たとえばアルミニウム製の鍋やフライパンなどの軽量な負荷を高周波磁界により誘導加熱して負荷に収納された被加熱物を加熱調理する場合、負荷に誘導される渦電流に対する加熱コイルの磁界の作用により負荷に浮力が働く。これにより、調理中に負荷が浮上したり、横方向に移動したりする可能性がある。
特開２００１−３３２３７５号公報に記載の従来の誘導加熱装置は、加熱開始時において、加熱出力の小なる状態から設定出力まで徐々に加熱出力を増加させ、電源電流の変化の傾きが変わるのを検知して負荷の浮上等の移動を認識する。負荷の移動を認識した場合には、その誘導加熱装置は加熱停止、入力電力低下等の制御を行う。
図４はその従来の誘導加熱装置の概略構成図である。インバータ１０１はそれに含まれるスイッチング素子を駆動して、加熱コイル１０２に５０〜１００ｋＨｚの高周波磁界を発生させアルミニウム製の負荷１０３を誘導加熱させる。加熱出力はスイッチング素子の駆動周波数を制御して変えられる。
図５Ａと図５Ｂは加熱開始時の加熱コイル１０２及び負荷１０３で消費される電力（以下単に加熱コイル１０２への入力電力と称す）の大きさの時間的変化とインバータ１０１へ入力される電源電流の大きさの時間的変化とをそれぞれ示す。加熱コイル１０２への入力電力の増加すなわちインバータ１０１の加熱出力の増加に伴い電源電流は増加する。電源電流の増加に伴い、負荷に働く加熱コイル１０２の発生する磁界による浮力が増大し、時点Ｐ０で負荷は浮き上がったりあるいは浮いて横に移動する。これにより負荷は加熱コイル１０２から遠ざかるので、遠ざかった分だけ時点Ｐ０で加熱コイル１０２への入力電力が低下し、加熱コイル１０２への入力電力及び電源電流の大きさの時間的変化の傾きが時点Ｐ０以降において、それ以前より小さくなる。
検知回路１０４は電源電流の大きさ（ピーク値あるいは実効値等）を測定する。検知回路１０４が電源電流の大きさの時間傾斜の変化を検知した時に、インバータ１０１は負荷の加熱を停止し、または負荷への入力電力を低下して、負荷の浮きや移動を少なくできる。
このような従来の誘導加熱装置では、加熱開始時のみ浮力による移動を検知できる。したがって、加熱開始時は負荷は移動せずに加熱される。しかし、やかんでの湯沸しなど加熱調理中に水分が蒸発するまたは加熱調理中に調理物を取り出すなど、加熱が開始されて十分な時間を経た後に負荷の質量が減少する場合がある。この場合に、従来の誘導加熱装置は負荷の移動を検知できず、そのまま負荷を加熱継続するので負荷が大きく移動する可能性がある。
【発明の開示】
誘導加熱装置は非磁性かつ低抵抗率の金属からなる負荷を誘導加熱する。誘導加熱装置は、負荷を磁界により誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源と、前記加熱コイルの加熱出力を検知する加熱出力検知手段と、前記検知された加熱出力が所定値から前記所定値より低い第１の値以下に低下してから第２の値になるまでの時間を測定する検知手段と、前記検知された加熱出力に基づき前記加熱出力を前記所定値になるように前記高周波電源を制御する制御手段とを備える。制御手段は前記測定された時間に基づき前記磁界による前記負荷の移動を検知して前記高周波電源を制御する。
その誘導加熱装置は、浮力による負荷の浮きや移動を検知して加熱出力を停止または抑制できる。したがって、アルミニウムや銅等の非磁性かつ低抵抗率の金属からなる軽量の負荷を誘導加熱する場合でも、その誘導加熱装置は負荷をその移動が無く又は移動を抑制して加熱できる、
【図面の簡単な説明】  図１は本発明の実施の形態における誘導加熱装置の模式図である。
図２は実施の形態における誘導加熱装置の加熱出力検知手段の出力の波形を示す。
図３は実施の形態における誘導加熱装置の加熱出力検知手段の別の出力の波形を示す。
図４は従来の誘導加熱装置の概略構成図である。
図５Ａは誘導加熱装置の特性図である。
図５Ｂは誘導加熱装置の特性図である。
【発明を実施するための最良の形態】  図１は本発明の実施の形態における誘導加熱装置の模式図である。筐体１０は上部にセラミックプレート１０ａが設けられており、セラミックプレート１０ａの上に負荷３が載置される。筐体１０はインバータ１を収納し、セラミックプレート１０ａの下部には加熱コイル２が配置される。インバータ１は直流電源を高周波電源に変換し、加熱コイル２に５０〜１００ｋＨｚの高周波電力を供給する高周波電源であり、図示されていないが、商用電源から商用周波数の電源が供給されている。高周波電源は、商用電源等の低周波数の交流を整流せずに高周波電源に変換するコンバータでもよい。
加熱出力検知手段４は、インバータ１の加熱出力、すなわち加熱コイル２及び負荷３で消費される電力を測定する。実施の形態では、加熱出力検知手段４はインバータ１の商用電源からの入力電流を図４に示す検知回路１０４と同様に測定して間接的にインバータ１の加熱出力を測定して信号を出力する。加熱出力制御手段５は、加熱出力検知手段４からの信号に基づき、インバータ１の加熱出力が所定の値となるように、または、インバータ１の構成部品に加わる電圧または電流が過大とならないよう誘導加熱装置の部品を保護するように、インバータ１を構成するスイッチング素子のオンオフを制御し、インバータ１の加熱出力を可変する。
第１の検知手段６は加熱出力検知手段４からの検知信号を受け、その信号に基づきインバータ１の加熱出力が安定状態に達した後における負荷の状況を判断する。すなわち、第１の検知手段６は加熱コイル２の上部のセラミックプレート１０ａに置かれた負荷の浮力による移動の有無を検知して、加熱出力制御手段５と表示手段７と報知手段８とに信号を出力する。第２の検知手段９は加熱出力検知手段４からの信号を受け、その信号に基づきインバータ１の動作開始後その加熱出力が安定状態に達するまでの負荷の状況を判断する。すなわち、第２の検知手段９は加熱コイル２の上部のセラミックプレート１０ａに置かれた負荷の浮力による移動の有無を検知して、加熱出力制御手段５に信号を出力する。
また、負荷検知回路１１は、カレントトランス１２で検知した加熱コイル２の電流の大きさと、加熱出力検知手段４で検知したインバータ１の入力電流の大きさとを比較する。そして、負荷検知回路１１は加熱コイル２の電流の大きさがインバータ１の入力電流の大きさより大きい場合に負荷３が加熱位置から取り外された（無負荷状態）あるいは小物負荷（ナイフやフォーク）が加熱位置に置かれたと判断する。負荷検知回路１１は制御手段５に加熱動作を停止させ、所定時間（例えば約２秒）後に再起動し、小物負荷の検知動作を行う。
以上のように構成された実施の形態による誘導加熱装置が、アルミニウムや銅等の低抵抗（アルミニウムの抵抗率は２．７５×１０−８Ω・ｍ）かつ低透磁率の材質で形成された負荷３を加熱する場合の動作を説明する。低抵抗率かつ非磁性体すなわち低透磁率の材質の負荷３を誘導加熱してジュール熱を発生させるためには、負荷３と加熱コイル２双方に電流を多く流す必要がある。その結果、加熱コイル２の発生する磁界と負荷に誘導される渦電流とが相互に作用して、負荷３に浮力が働き、負荷３が移動する場合がある。本実施の形態における、低抵抗および低透磁率の材質とは、結果的に加熱コイル２から発生する磁界により誘導加熱される場合において、負荷３が磁界の作用により浮き上がるあるいは移動する可能性のある範囲の低い抵抗率および低い透磁率を有する材質をいう。使用者が誘導加熱装置の操作部（図示していない）に加熱命令を入力すると、加熱出力制御手段５は、図４、５Ａ、５Ｂに示す従来の誘導加熱装置と同様に、制御手段５は加熱出力検知手段４からの検知出力を監視しながら、インバータ１の加熱出力を低出力から所定の出力まで徐々に増加させる。
第２の検知手段９は、図５Ｂに示すようにインバータ１の入力電流の大きさの時間的増加度合い（時間傾斜）が変化すると、負荷３がそれに働く加熱コイル２の発生する磁界と負荷３に誘導される電流との作用により生じる浮力により浮いた、すなわち移動したと判断する。
負荷３に水が十分入っている場合には、重いのでインバータ１の加熱出力が所定の出力まで大きくなっても浮力により負荷３は移動しない。したがって、所定の出力で負荷３は加熱継続される。そのまま加熱を継続して、負荷３内の水が蒸発して少量になると負荷３に働く浮力の方が負荷３と水の合計重量より大きくなり、負荷３が浮き上がる。この場合には、第２の検知手段９は浮力による負荷３の浮き上がりを検知し、その浮き上がりを検知した時点またはその時点の所定時間前または後の出力を測定し、その出力より小さい出力に加熱出力を設定する。
したがって、実施の形態による誘導加熱装置は、起動時及び出力安定時において、設定出力にかかわらず負荷３が浮かず、負荷３が設定出力で浮くような場合には、設定出力より低い値に加熱出力を抑制して負荷３を加熱できる。
なお、第２の検知手段９は、負荷３の浮きを検知したときに、使用者にその旨を表示手段７で視覚的に表示し、および／または報知手段８で聴覚的に報知しても良い。
図２は実施の形態における誘導加熱装置の加熱出力検知手段４の出力の波形を示す。第１の検知手段６は、起動時ではなく、調理中などの加熱出力検知手段４で検知されるインバータ１の出力が所定値で出力が安定している状態で、加熱出力検知手段４の出力を検知する。負荷３が浮力により浮き上がると、加熱コイル２と負荷３との距離が大きくなり、両者の磁気結合が小さくなって、負荷３において消費される電力が小さくなる。するとインバータ１の加熱出力が出力安定時における所定値より小さくなるので、電源電流が小さくなり、加熱出力検知手段４の検知電圧が前記所定値に対応した値より小さくなる。負荷３は通常固定されていないので、浮きが生じると、安定せず横方向すなわちプレート１０ａに沿って移動して負荷の重量分布と浮力の分布が安定する点でその位置が安定する。負荷３の位置が安定すると加熱コイル２との距離が浮いているときよりも小さくなるので、加熱出力検知手段４の検知する加熱出力は安定している状態の値に向かって上昇する。第１の検知手段６は加熱出力検知手段４で測定されるインバータ１の出力が所定値より低い第１の値より低下してから第１の値より高い第２の値に戻るまでの時間Ｔａ（出力低下時間）を測定する。時間Ｔａが所定時間（例えば２秒）を超えると、第１の検知手段６は負荷３が浮力により浮いたと判断してその旨の信号を加熱出力制御手段５に出力する。第２の値は上記の所定値以下である。
加熱出力制御手段５は第１の検知手段６からのその信号を受けて、インバータ１を停止し、加熱コイル２による負荷３の加熱を停止する。その後、加熱出力制御手段５はインバータ１を再起動して最小の出力から徐々に出力を増加させる。そして、第２の検知手段９は、図５Ａに示す出力の増加率が変化する時点Ｐ０、すなわち負荷３が浮力により浮いた時点Ｐ０を検知し、加熱出力検知手段４は時点Ｐ０での出力を測定する。加熱出力制御手段５はその出力より小さい出力にインバータ１からの加熱出力を設定する。したがって、インバータ１は負荷３がほとんど浮かないようにして、かつ可能な範囲で出力を大きくして加熱を継続できる。
使用者が調理中に負荷３を持ち上げて、加熱コイル２の上に戻すことがあり得る。この場合の加熱出力検知手段４の出力信号の波形を図３に示す。この場合には、インバータ１の出力が第１の値より低下してから第２の値に戻るまでの時間Ｔｂ（出力低下時間）は通常約０．２〜約０．５秒である。時間Ｔｂは第１の検知手段６が浮力による負荷３の浮きが生じていると判断する時間Ｔａの２秒より短いので、第１の検知手段６は信号を加熱出力制御手段５に出力せず、インバータ１は継続して所定の出力で負荷３を加熱する。
以上のように、調理中に、負荷３が、人為的に移動されて戻された場合には加熱出力検知手段４の出力低下時間が短く、浮力により移動した場合には出力低下時間が長くなる。このことから、制御手段５はインバータ１の出力低下時間を測定することにより、浮力による負荷３の移動と、人為的な負荷の移動とを識別することができる。なお、出力低下時間は上記方法で精度よく簡単に測定できるが上記方法に限定されるものではなく、出力の低下している時間を実質的に測定できる方法であればよい。
なお、第１の検知手段６は、負荷３の浮きを検知したときに、使用者にその旨を表示手段７で視覚的に表示し、報知手段８で聴覚的に報知する。これにより使用者は、負荷３が浮く可能性があることを認識できる。
なお、負荷３が使用者により取り外された（無負荷状態）場合には、第１の検知手段６が負荷３の浮力による移動を検知する前に、負荷検知回路１１が動作して負荷が取り外されたことを検知する。負荷検知回路１１は負荷３が使用者により取り外されたことを検知すると、制御手段５は加熱コイル３の動作を停止し、又は浮力による移動が生じるおそれのない低い値に加熱出力を低下させ、２秒間後に再度加熱動作をソフトスタート動作により開始する。第１の検知手段６が負荷３の浮力による移動を検知した場合には、制御手段５は加熱コイル３の動作を停止し、０．５秒間後に再度加熱動作をソフトスタート動作により開始する。つまり、負荷が取り外されて負荷検知回路１１がそれを検知した場合の停止時間より、浮力により負荷３が移動して第１の検知手段６がそれを検知した場合の停止時間が短く設定されている。これにより、浮力が生じた場合においては、実質的な負荷３への入力電力（加熱出力）の低下を防止して調理性能を向上させる。さらに、負荷検知回路１１が動作する場合には負荷３への入力電力を抑制して、例えば、小物負荷（ナイフやフォーク）が加熱コイル２上方の加熱位置に載置された場合における温度上昇の抑制を行うことができる。
実施の形態では、加熱出力検知手段４はインバータ１の加熱出力を、インバータ１への入力電流を検知することにより測定するが、これに限定されない。検知手段４はインバータ１の加熱出力を、インバータ１への入力電力、加熱コイル２に流れる電流、インバータ１に含まれ、加熱コイル２に流れる電流の大きさと相関のある、共振コンデンサ１ａの電圧またはインバータの構成部品１ｂに印加される電圧若しくは電流を測定して、検知するようにしてもよい。
実施の形態では、第１の検知手段６は時間Ｔａが所定の時間以上になれば負荷３が浮力により移動したと判断するが、これに限定されない。第１の検知手段６は、時間Ｔａを演算したり出力値と関連させるなど、時間Ｔａに基づき浮力による負荷３の移動を検知することで、負荷３の人為的な移動と、浮力による移動とを区別できる。
【産業上の利用可能性】  本発明による誘導加熱装置は、浮力による負荷の浮きや移動を検知して加熱出力を停止または抑制する。したがって、非磁性かつ低抵抗率の金属からなる軽量の負荷を加熱する場合でも、その誘導加熱装置は負荷をその移動が無く加熱でき、かつ加熱中に負荷を人為的に移動させても加熱出力が低下または停止しない。
参照番号の一覧
１      インバータ
１ａ    共振コンデンサ
１ｂ    インバータの構成部品
２      加熱コイル
３      負荷
４      加熱出力検知手段
５      加熱出力制御手段
６      第１の検知手段
７      表示手段
８      報知手段
９      第２の検知手段
１０    筐体
１０ａ  セラミックプレート
【図１】
2004047497.tif 000003
【図２】
2004047497.tif 000004
【図３】
2004047497.tif 000005
【図４】
2004047497.tif 000006
2004047497.tif 000007
【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】
非磁性かつ低抵抗率の金属からなる負荷を磁界により誘導加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源と、
前記加熱コイルの加熱出力を検知する加熱出力検知手段と、
前記検知された加熱出力が所定値から前記所定値より低い第１の値以下に低下してから第２の値になるまでの時間を測定する第１の検知手段と、
前記検知された加熱出力に基づき前記加熱出力を前記所定値になるように前記高周波電源を制御し、かつ前記測定された時間に基づき前記磁界による前記負荷の移動を検知して前記高周波電源を制御する制御手段と、
を備えた誘導加熱装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断すると、前記加熱出力を小さくする、請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記加熱コイルにより前記負荷を加熱中に前記負荷が取り外された場合において、前記制御手段が前記負荷の移動を検知したと判断して前記加熱出力を小さくする前に前記加熱コイルが負荷のない状態で加熱動作をしていることを検知して、前記加熱コイルの加熱出力を停止する負荷検知手段をさらに備えた、請求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記制御手段は前記負荷の移動を検知すると第１の時間だけ前記加熱出力を小さくした後徐々に前記加熱出力を増加させ、
前記制御手段は前記負荷検知手段により前記負荷が取り外されたことを検知すると前記第１の時間より長い第２の時間だけ前記加熱出力を小さくした後徐々に前記加熱出力を増加させる、請求項３に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断すると、前記加熱出力を停止する、請求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記測定された時間が所定の時間以上の場合に、前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断する、請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記測定された時間が所定の時間以上の場合に、前記加熱出力を小さくする、請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記測定された時間が所定の時間以上の場合に、前記加熱出力を停止する、請求項７に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
前記制御手段が前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断すると、その旨を視覚的に表示する表示手段をさらに備えた、請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
前記制御手段が前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断すると、その旨を聴覚的に報知する報知手段をさらに備えた、請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項１１】
前記検知された加熱出力が増加する時の前記検知された加熱出力の時間的傾斜の変化を検知する第２の検知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記加熱出力を徐々に増加させるとともに、前記第２の検知手段が前記時間的傾斜の前記変化を検知した時の前記加熱出力に応じて、前記加熱出力を小さくする、請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記負荷が前記磁界による浮力により前記負荷の移動があったと判断して前記加熱出力を小さくした後に、前記加熱出力を徐々に増加させて、前記第２の検知手段により前記負荷の移動を検知した時の前記加熱出力に応じて、前記加熱出力を小さくする、請求項１１に記載の誘導加熱装置。
【請求項１３】
前記第２の値は前記所定値と等しい、請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項１４】
前記第２の値は前記所定値より低い、請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項１５】
前記第２の値は前記第１の値より高い、請求項１４に記載の誘導加熱装置。
【請求項１６】
前記高周波電源はインバータとコンバータとのうちの１つを含む、請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項１７】
前記加熱出力検知手段は、前記高周波電源の、入力電流、入力電力、前記加熱コイルの電流、と前記高周波電源の構成部品の電圧と電流のうちの少なくとも１つを測定して前記加熱出力を検知する、請求項１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、金属を含む負荷を誘導加熱する誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非磁性かつ低抵抗率の金属、たとえばアルミニウム製の鍋やフライパンなどの軽量な負荷を高周波磁界により誘導加熱して負荷に収納された被加熱物を加熱調理する場合、負荷に誘導される渦電流に対する加熱コイルの磁界の作用により負荷に浮力が働く。これにより、調理中に負荷が浮上したり、横方向に移動したりする可能性がある。
【０００３】
特開２００１−３３２３７５号公報に記載の従来の誘導加熱装置は、加熱開始時において、加熱出力の小なる状態から設定出力まで徐々に加熱出力を増加させ、電源電流の変化の傾きが変わるのを検知して負荷の浮上等の移動を認識する。負荷の移動を認識した場合には、その誘導加熱装置は加熱停止、入力電力低下等の制御を行う。
【０００４】
図４はその従来の誘導加熱装置の概略構成図である。インバータ１０１はそれに含まれるスイッチング素子を駆動して、加熱コイル１０２に５０〜１００ｋＨｚの高周波磁界を発生させアルミニウム製の負荷１０３を誘導加熱させる。加熱出力はスイッチング素子の駆動周波数を制御して変えられる。
【０００５】
図５Ａと図５Ｂは加熱開始時の加熱コイル１０２及び負荷１０３で消費される電力（以下単に加熱コイル１０２への入力電力と称す）の大きさの時間的変化とインバータ１０１へ入力される電源電流の大きさの時間的変化とをそれぞれ示す。加熱コイル１０２への入力電力の増加すなわちインバータ１０１の加熱出力の増加に伴い電源電流は増加する。電源電流の増加に伴い、負荷に働く加熱コイル１０２の発生する磁界による浮力が増大し、時点Ｐ０で負荷は浮き上がったりあるいは浮いて横に移動する。これにより負荷は加熱コイル１０２から遠ざかるので、遠ざかった分だけ時点Ｐ０で加熱コイル１０２への入力電力が低下し、加熱コイル１０２への入力電力及び電源電流の大きさの時間的変化の傾きが時点Ｐ０以降において、それ以前より小さくなる。
【０００６】
検知回路１０４は電源電流の大きさ（ピーク値あるいは実効値等）を測定する。検知回路１０４が電源電流の大きさの時間傾斜の変化を検知した時に、インバータ１０１は負荷の加熱を停止し、または負荷への入力電力を低下して、負荷の浮きや移動を少なくできる。
【０００７】
このような従来の誘導加熱装置では、加熱開始時のみ浮力による移動を検知できる。したがって、加熱開始時は負荷は移動せずに加熱される。しかし、やかんでの湯沸しなど加熱調理中に水分が蒸発するまたは加熱調理中に調理物を取り出すなど、加熱が開始されて十分な時間を経た後に負荷の質量が減少する場合がある。この場合に、従来の誘導加熱装置は負荷の移動を検知できず、そのまま負荷を加熱継続するので負荷が大きく移動する可能性がある。
【発明の開示】
【０００８】
誘導加熱装置は非磁性かつ低抵抗率の金属からなる負荷を誘導加熱する。誘導加熱装置は、負荷を磁界により誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源と、前記加熱コイルの加熱出力を検知する加熱出力検知手段と、前記検知された加熱出力が所定値から前記所定値より低い第１の値以下に低下してから第２の値になるまでの時間を測定する検知手段と、前記検知された加熱出力に基づき前記加熱出力を前記所定値になるように前記高周波電源を制御する制御手段とを備える。制御手段は前記測定された時間に基づき前記磁界による前記負荷の移動を検知して前記高周波電源を制御する。
【０００９】
その誘導加熱装置は、浮力による負荷の浮きや移動を検知して加熱出力を停止または抑制できる。したがって、アルミニウムや銅等の非磁性かつ低抵抗率の金属からなる軽量の負荷を誘導加熱する場合でも、その誘導加熱装置は負荷をその移動が無く又は移動を抑制して加熱できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による誘導加熱装置は、浮力による負荷の浮きや移動を検知して加熱出力を停止または抑制する。したがって、非磁性かつ低抵抗率の金属からなる軽量の負荷を加熱する場合でも、その誘導加熱装置は負荷をその移動が無く加熱でき、かつ加熱中に負荷を人為的に移動させても加熱出力が低下または停止しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の実施の形態における誘導加熱装置の模式図である。筐体１０は上部にセラミックプレート１０ａが設けられており、セラミックプレート１０ａの上に負荷３が載置される。筐体１０はインバータ１を収納し、セラミックプレート１０ａの下部には加熱コイル２が配置される。インバータ１は直流電源を高周波電源に変換し、加熱コイル２に５０〜１００ｋＨｚの高周波電力を供給する高周波電源であり、図示されていないが、商用電源から商用周波数の電源が供給されている。高周波電源は、商用電源等の低周波数の交流を整流せずに高周波電源に変換するコンバータでもよい。
【００１２】
加熱出力検知手段４は、インバータ１の加熱出力、すなわち加熱コイル２及び負荷３で消費される電力を測定する。実施の形態では、加熱出力検知手段４はインバータ１の商用電源からの入力電流を図４に示す検知回路１０４と同様に測定して間接的にインバータ１の加熱出力を測定して信号を出力する。加熱出力制御手段５は、加熱出力検知手段４からの信号に基づき、インバータ１の加熱出力が所定の値となるように、または、インバータ１の構成部品に加わる電圧または電流が過大とならないよう誘導加熱装置の部品を保護するように、インバータ１を構成するスイッチング素子のオンオフを制御し、インバータ１の加熱出力を可変する。
【００１３】
第１の検知手段６は加熱出力検知手段４からの検知信号を受け、その信号に基づきインバータ１の加熱出力が安定状態に達した後における負荷の状況を判断する。すなわち、第１の検知手段６は加熱コイル２の上部のセラミックプレート１０ａに置かれた負荷の浮力による移動の有無を検知して、加熱出力制御手段５と表示手段７と報知手段８とに信号を出力する。第２の検知手段９は加熱出力検知手段４からの信号を受け、その信号に基づきインバータ１の動作開始後その加熱出力が安定状態に達するまでの負荷の状況を判断する。すなわち、第２の検知手段９は加熱コイル２の上部のセラミックプレート１０ａに置かれた負荷の浮力による移動の有無を検知して、加熱出力制御手段５に信号を出力する。
【００１４】
また、負荷検知回路１１は、カレントトランス１２で検知した加熱コイル２の電流の大きさと、加熱出力検知手段４で検知したインバータ１の入力電流の大きさとを比較する。そして、負荷検知回路１１は加熱コイル２の電流の大きさがインバータ１の入力電流の大きさより大きい場合に負荷３が加熱位置から取り外された（無負荷状態）あるいは小物負荷（ナイフやフォーク）が加熱位置に置かれたと判断する。負荷検知回路１１は制御手段５に加熱動作を停止させ、所定時間（例えば約２秒）後に再起動し、小物負荷の検知動作を行う。
【００１５】
以上のように構成された実施の形態による誘導加熱装置が、アルミニウムや銅等の低抵抗（アルミニウムの抵抗率は２．７５×１０-8Ω・ｍ）かつ低透磁率の材質で形成された負荷３を加熱する場合の動作を説明する。低抵抗率かつ非磁性体すなわち低透磁率の材質の負荷３を誘導加熱してジュール熱を発生させるためには、負荷３と加熱コイル２双方に電流を多く流す必要がある。その結果、加熱コイル２の発生する磁界と負荷に誘導される渦電流とが相互に作用して、負荷３に浮力が働き、負荷３が移動する場合がある。本実施の形態における、低抵抗および低透磁率の材質とは、結果的に加熱コイル２から発生する磁界により誘導加熱される場合において、負荷３が磁界の作用により浮き上がるあるいは移動する可能性のある範囲の低い抵抗率および低い透磁率を有する材質をいう。使用者が誘導加熱装置の操作部（図示していない）に加熱命令を入力すると、加熱出力制御手段５は、図４、５Ａ、５Ｂに示す従来の誘導加熱装置と同様に、制御手段５は加熱出力検知手段４からの検知出力を監視しながら、インバータ１の加熱出力を低出力から所定の出力まで徐々に増加させる。
【００１６】
第２の検知手段９は、図５Ｂに示すようにインバータ１の入力電流の大きさの時間的増加度合い（時間傾斜）が変化すると、負荷３がそれに働く加熱コイル２の発生する磁界と負荷３に誘導される電流との作用により生じる浮力により浮いた、すなわち移動したと判断する。
【００１７】
負荷３に水が十分入っている場合には、重いのでインバータ１の加熱出力が所定の出力まで大きくなっても浮力により負荷３は移動しない。したがって、所定の出力で負荷３は加熱継続される。そのまま加熱を継続して、負荷３内の水が蒸発して少量になると負荷３に働く浮力の方が負荷３と水の合計重量より大きくなり、負荷３が浮き上がる。この場合には、第２の検知手段９は浮力による負荷３の浮き上がりを検知し、その浮き上がりを検知した時点またはその時点の所定時間前または後の出力を測定し、その出力より小さい出力に加熱出力を設定する。
【００１８】
したがって、実施の形態による誘導加熱装置は、起動時及び出力安定時において、設定出力にかかわらず負荷３が浮かず、負荷３が設定出力で浮くような場合には、設定出力より低い値に加熱出力を抑制して負荷３を加熱できる。
【００１９】
なお、第２の検知手段９は、負荷３の浮きを検知したときに、使用者にその旨を表示手段７で視覚的に表示し、および／または報知手段８で聴覚的に報知しても良い。
【００２０】
図２は実施の形態における誘導加熱装置の加熱出力検知手段４の出力の波形を示す。第１の検知手段６は、起動時ではなく、調理中などの加熱出力検知手段４で検知されるインバータ１の出力が所定値で出力が安定している状態で、加熱出力検知手段４の出力を検知する。負荷３が浮力により浮き上がると、加熱コイル２と負荷３との距離が大きくなり、両者の磁気結合が小さくなって、負荷３において消費される電力が小さくなる。するとインバータ１の加熱出力が出力安定時における所定値より小さくなるので、電源電流が小さくなり、加熱出力検知手段４の検知電圧が前記所定値に対応した値より小さくなる。負荷３は通常固定されていないので、浮きが生じると、安定せず横方向すなわちプレート１０ａに沿って移動して負荷の重量分布と浮力の分布が安定する点でその位置が安定する。負荷３の位置が安定すると加熱コイル２との距離が浮いているときよりも小さくなるので、加熱出力検知手段４の検知する加熱出力は安定している状態の値に向かって上昇する。第１の検知手段６は加熱出力検知手段４で測定されるインバータ１の出力が所定値より低い第１の値より低下してから第１の値より高い第２の値に戻るまでの時間Ｔａ（出力低下時間）を測定する。時間Ｔａが所定時間（例えば２秒）を超えると、第１の検知手段６は負荷３が浮力により浮いたと判断してその旨の信号を加熱出力制御手段５に出力する。第２の値は上記の所定値以下である。
【００２１】
加熱出力制御手段５は第１の検知手段６からのその信号を受けて、インバータ１を停止し、加熱コイル２による負荷３の加熱を停止する。その後、加熱出力制御手段５はインバータ１を再起動して最小の出力から徐々に出力を増加させる。そして、第２の検知手段９は、図５Ａに示す出力の増加率が変化する時点Ｐ０、すなわち負荷３が浮力により浮いた時点Ｐ０を検知し、加熱出力検知手段４は時点Ｐ０での出力を測定する。加熱出力制御手段５はその出力より小さい出力にインバータ１からの加熱出力を設定する。したがって、インバータ１は負荷３がほとんど浮かないようにして、かつ可能な範囲で出力を大きくして加熱を継続できる。
【００２２】
使用者が調理中に負荷３を持ち上げて、加熱コイル２の上に戻すことがあり得る。この場合の加熱出力検知手段４の出力信号の波形を図３に示す。この場合には、インバータ１の出力が第１の値より低下してから第２の値に戻るまでの時間Ｔｂ（出力低下時間）は通常約０．２〜約０．５秒である。時間Ｔｂは第１の検知手段６が浮力による負荷３の浮きが生じていると判断する時間Ｔａの２秒より短いので、第１の検知手段６は信号を加熱出力制御手段５に出力せず、インバータ１は継続して所定の出力で負荷３を加熱する。
【００２３】
以上のように、調理中に、負荷３が、人為的に移動されて戻された場合には加熱出力検知手段４の出力低下時間が短く、浮力により移動した場合には出力低下時間が長くなる。このことから、制御手段５はインバータ１の出力低下時間を測定することにより、浮力による負荷３の移動と、人為的な負荷の移動とを識別することができる。なお、出力低下時間は上記方法で精度よく簡単に測定できるが上記方法に限定されるものではなく、出力の低下している時間を実質的に測定できる方法であればよい。
【００２４】
なお、第１の検知手段６は、負荷３の浮きを検知したときに、使用者にその旨を表示手段７で視覚的に表示し、報知手段８で聴覚的に報知する。これにより使用者は、負荷３が浮く可能性があることを認識できる。
【００２５】
なお、負荷３が使用者により取り外された（無負荷状態）場合には、第１の検知手段６が負荷３の浮力による移動を検知する前に、負荷検知回路１１が動作して負荷が取り外されたことを検知する。負荷検知回路１１は負荷３が使用者により取り外されたことを検知すると、制御手段５は加熱コイル３の動作を停止し、又は浮力による移動が生じるおそれのない低い値に加熱出力を低下させ、２秒間後に再度加熱動作をソフトスタート動作により開始する。第１の検知手段６が負荷３の浮力による移動を検知した場合には、制御手段５は加熱コイル３の動作を停止し、０．５秒間後に再度加熱動作をソフトスタート動作により開始する。つまり、負荷が取り外されて負荷検知回路１１がそれを検知した場合の停止時間より、浮力により負荷３が移動して第１の検知手段６がそれを検知した場合の停止時間が短く設定されている。これにより、浮力が生じた場合においては、実質的な負荷３への入力電力（加熱出力）の低下を防止して調理性能を向上させる。さらに、負荷検知回路１１が動作する場合には負荷３への入力電力を抑制して、例えば、小物負荷（ナイフやフォーク）が加熱コイル２上方の加熱位置に載置された場合における温度上昇の抑制を行うことができる。
【００２６】
実施の形態では、加熱出力検知手段４はインバータ１の加熱出力を、インバータ１への入力電流を検知することにより測定するが、これに限定されない。検知手段４はインバータ１の加熱出力を、インバータ１への入力電力、加熱コイル２に流れる電流、インバータ１に含まれ、加熱コイル２に流れる電流の大きさと相関のある、共振コンデンサ１ａの電圧またはインバータの構成部品１ｂに印加される電圧若しくは電流を測定して、検知するようにしてもよい。
【００２７】
実施の形態では、第１の検知手段６は時間Ｔａが所定の時間以上になれば負荷３が浮力により移動したと判断するが、これに限定されない。第１の検知手段６は、時間Ｔａを演算したり出力値と関連させるなど、時間Ｔａに基づき浮力による負荷３の移動を検知することで、負荷３の人為的な移動と、浮力による移動とを区別できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明による誘導加熱装置は、浮力による負荷の浮きや移動を検知して加熱出力を停止または抑制する。したがって、非磁性かつ低抵抗率の金属からなる軽量の負荷を加熱する場合でも、その誘導加熱装置は負荷をその移動が無く加熱でき、かつ加熱中に負荷を人為的に移動させても加熱出力が低下または停止しない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態における誘導加熱装置の模式図
【図２】実施の形態における誘導加熱装置の加熱出力検知手段の出力の波形を示す図
【図３】実施の形態における誘導加熱装置の加熱出力検知手段の別の出力の波形を示す図
【図４】従来の誘導加熱装置の概略構成図
【図５Ａ】誘導加熱装置の特性図
【図５Ｂ】誘導加熱装置の特性図
【符号の説明】
【００３０】
１  インバータ
１ａ  共振コンデンサ
１ｂ  インバータの構成部品
２  加熱コイル
３  負荷
４  加熱出力検知手段
５  加熱出力制御手段
６  第１の検知手段
７  表示手段
８  報知手段
９  第２の検知手段
１０  筐体
１０ａ  セラミックプレート
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
2004047497.tif 000014
2004047497.tif 000015