(57)【要約】【課題】  誘導加熱調理器における力率改善機能を有する直流電源の異常を検知して保護を行う。【解決手段】  交流電源１に接続し力率改善機能を有する直流電源３と、前記直流電源３に接続し加熱コイル５に高周波電流を流すインバータ手段４と、交流電源１の周波数に同期して前記インバータ手段を制御する制御手段６とを備え、前記制御手段６は前記直流電源３の制御回路が判定する交流電源周波数と、制御手段６が判定する交流電源周波数が異なる場合、インバータ手段４を制御して加熱コイルの通電を制限する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続し力率改善機能を有する直流電源と、前記直流電源に接続し加熱コイルに高周波電流を流すインバータ手段と、交流電源の周波数に同期して前記インバータ手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は前記直流電源の制御回路が判定する交流電源周波数と、制御手段が判定する交流電源周波数が異なる場合、インバータ手段を制御して加熱コイルの通電を制限する誘導加熱調理器。
【請求項２】
請求項１記載の誘導加熱調理器において、前記制御手段は前記直流電源の制御回路が判定する交流電源周波数と、制御手段が判定する交流電源周波数が異なる場合、インバータ手段を制御して加熱コイルの通電を停止する誘導加熱調理器。
【請求項３】
請求項１記載の誘導加熱調理器において、前記制御手段は前記直流電源の制御回路が判定する交流電源周波数と、制御手段が判定する交流電源周波数が異なる場合、インバータ手段を制御して加熱コイルの通電を定格電力未満の値とする誘導加熱調理器。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の誘導加熱調理器において、前記制御手段は前記直流電源の制御回路が判定する交流電源周波数と、制御手段が判定する交流電源周波数が所定時間以上異なる場合、インバータ手段を制御して加熱コイルの通電を制限あるいは停止する誘導加熱調理器。
【請求項５】
請求項１乃至４記載の誘導加熱調理器において、前記直流電源は電圧設定信号によって出力電圧を変化させる機能を有し、これによりインバータ手段の電力制御を行う誘導加熱調理器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱調理器の電力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱調理器は、高周波電流を流す加熱コイルの近傍に配した金属鍋（負荷）に渦電流を発生させ、そのジュール熱によって金属鍋（負荷）自体が自己発熱することで、効率よく金属鍋（負荷）を加熱することができるものであり、近年、ガスコンロや電熱ヒータによる加熱調理器具に対して、安全性や温度制御性に優れた点によって、これらの置き換えが進んでいる。
【０００３】
このような誘導加熱調理器において、加熱コイルに高周波電流を流すための電力制御回路は、いわゆる共振型インバータと呼ばれ、金属鍋（負荷）を含めた加熱コイルのインダクタンスと、共振コンデンサを接続し、電力制御回路のスイッチング素子を２０〜４０ｋＨｚ程度の駆動周波数でオンオフ制御する構成が一般的である。また、共振型インバータには電圧共振型と電流共振型があり、前者は１００Ｖ電源、後者は２００Ｖ電源用として適用されることが多い。
【０００４】
当初は鉄などの磁性材料の金属鍋（負荷）のみが加熱できるだけであったが、近年は非磁性ステンレス製などの金属鍋（負荷）も加熱できるようになってきている。さらに、加熱できないとされてきたアルミニウム製の非磁性の金属鍋（負荷）を加熱できるようにしたものが提案されている。
【０００５】
このような共振型インバータを使用した誘導加熱調理器においては、金属鍋（負荷）を加熱する場合は、金属鍋（負荷）と加熱コイルで決まるインダクタンス（等価インダクタンスＬ）と、加熱に寄与する抵抗分（等価抵抗Ｒ）が発熱しやすさに影響することが判っている。つまり、金属鍋（負荷）が磁性の金属（鉄や磁性ステンレスなど）では電力を投入しやすく、非磁性の金属（非磁性ステンレスやアルミ、銅など）では電力を投入しにくいことを表す。これは後者が等価抵抗Ｒの値が小さく、金属鍋（負荷）に誘起する渦電流がジュール熱となりにくいためである。
【０００６】
そのため、加熱コイルの巻き数は固定（単一の加熱コイル）とし、非磁性の金属鍋（負荷）においては電力が投入できるが、磁性の金属鍋（負荷）では電力を投入しにくくなるという問題に対して、非磁性の金属鍋（負荷）を検出した場合はインバータ回路構成をハーフブリッジ構成とし、磁性の金属鍋（負荷）を検出した場合はフルブリッジ構成に切り替えられるようにする提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、内部のスイッチング素子を交流電源電圧ないし電流波形にしたがってパルス幅を制御して、力率を悪化させずに略安定した直流電圧出力が得られる可変直流電源をインバータ回路の電源とし、非磁性鍋を加熱制御する提案がなされている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２５１１７２号公報
【特許文献２】特開２００５−９３０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の従来技術において、前者のものはインバータ主回路構成をハーフブリッジおよびフルブリッジ構成とすることで多様な負荷に対応できるとしているが、実際には、非磁性体の負荷、特にアルミニウム製の鍋などを使用すると鍋に振動が発生したり異音が発生するなどの不快な現象が生じることがわかっている。それを解決するため、インバータ回路の直流電源の平滑用の素子であるコンデンサの容量を大きくして直流電圧のリップルを減らせば良いが、コンデンサインプット型となるため交流電源のピーク電圧付近では大きな充電電流が流れると共に力率が大幅に悪化するという問題点がある。
【００１０】
また、後者のものは上記の振動や異音の発生を防止するとともに、力率も補正する機能を有した直流電源を有したものであるが、部品の故障により力率が補正できなくなったり、外来ノイズや瞬時停電などで力率が補正できなくなると、インバータ回路の素子に異常な電圧や電流が流れダメージを受け、素子が破壊したりする問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するため、力率補正機能を有する直流電源回路を有し、この直流電源回路の力率を補正する機能が故障した場合、インバータ回路の素子がダメージを受けなくすることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、請求項１では交流電源に接続し力率改善機能を有する直流電源と、前記直流電源に接続し加熱コイルに高周波電流を流すインバータ手段と、交流電源の周波数に同期して前記インバータ手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は前記直流電源の制御回路が判定する交流電源周波数と、制御手段が判定する交流電源周波数が異なる場合、インバータ手段を制御して加熱コイルの通電を制限するものである。
【００１３】
また、請求項２では前記制御手段は前記直流電源の制御回路が判定する交流電源周波数と、制御手段が判定する交流電源周波数が異なる場合、インバータ手段を制御して加熱コイルの通電を停止するものである。
【００１４】
また、請求項３では前記制御手段は前記直流電源の制御回路が判定する交流電源周波数と、制御手段が判定する交流電源周波数が異なる場合、インバータ手段を制御して加熱コイルの通電を定格電力未満の値とするものである。
【００１５】
また、請求項４では前記制御手段は前記直流電源の制御回路が判定する交流電源周波数と、制御手段が判定する交流電源周波数が所定時間以上異なる場合、インバータ手段を制御して加熱コイルの通電を制限あるいは停止するものである。
【００１６】
また、請求項５では前記直流電源は電圧設定信号によって出力電圧を変化させる機能を有し、これによりインバータ手段の電力制御を行うものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の誘導加熱調理器は、上記のように構成したことにより、力率補正機能を有する直流電源と制御手段との間で交流電源周波数判定結果が異なるものとなり、少なくともどちらかが交流電源の周波数と異なる制御タイミングで動作していることを検知することができ、そのような場合には金属鍋（負荷）に投入する電力の低減あるいは通電を停止することで、インバータ手段や直流電源に対する異常な負荷電圧、負荷電流を抑えることができるので、使用する素子の故障を防ぐことができ、信頼性の高い誘導加熱調理器を提供することができる。
【００１８】
また、力率悪化や過負荷に伴う電源電流やインバータ電流の異常波形も低減することができるので、異常波形によって放射されるノイズが発生しにくくなり、他の機器、たとえばラジオやテレビに対する視聴妨害も抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施例について図面をもとに説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施例を示す要部回路ブロック図である。図において１は交流電源、２は整流手段で交流電源１を直流化する。３は直流電源で、交流電源１の周波数を制御回路で判別し、その判別した周波数に同期して動作する力率改善機能を有するとともに、出力の直流電圧を後記する制御手段６の電圧設定信号ａにより可変することができ、略安定した直流電圧を出力することができる。４はインバータ手段で、接続した加熱コイル５と共振コンデンサ（図示せず）に高周波電流を流し、加熱コイル５の近傍に配した被加熱金属体である金属鍋（負荷）に渦電流を発生させ、そのジュール熱によって金属鍋（負荷）自体を自己発熱させて金属鍋（負荷）を電力制御する。
【００２１】
６は制御手段で、使用者が操作する操作部７の設定により、直流電源３に対する電圧設定信号ａおよびインバータ手段４に対する駆動信号ｂを出力する。また、交流電源１の電圧を検出する電圧検出手段８、交流電源１の電流を検出する電流検出手段９、および、インバータ手段４の動作状態を検出するインバータ状態検出信号ｄを入力し、これらの入力からインバータ手段４の入力電力やインバータ手段４に接続された負荷である加熱コイル５の状態を判断し、電圧設定信号ａにより直流電源３の出力電圧を可変するとともに駆動信号ｂによりインバータ手段４のインバータ駆動周波数の制御を行う。また、制御手段６は交流電源１の電源周波数を判定する機能を有し交流電源の周波数に同期してインバータ手段４を制御する。
【００２２】
なお、制御手段６の制御動作は直流電源３の出力電圧とインバータ手段４のインバータ駆動周波数のどちらか一方を固定して、他方を制御することで負荷である加熱コイル５の電力制御を行うことでも良い。
【００２３】
直流電源３は交流電源１の周波数に同期して制御されるものであり、直流電源３が検知した交流電源１の周波数判定結果ｃを制御手段６に出力している。
【００２４】
そして、制御手段６も交流電源１の周波数に同期して直流電源３とインバータ手段４を制御するものであり、制御手段６が検知した交流電源１の周波数判定結果と、直流電源３が検知した周波数判定結果ｃとを比較し、双方が同じ値であればインバータ手段４を制御して加熱コイル５の電力制御を継続するように制御する。
【００２５】
通常、直流電源３と制御手段６の周波数判定結果は一致するが、交流電源１に重畳される外来ノイズや極端な交流電源電圧変動ないし瞬時停電に起因する誤判定により周波数判定結果が一致しないことがまれに発生する場合がある、
このような誤判定が発生し、その動作が継続した場合には下記のような不具合が生じる。
１)直流電源３の力率補正機能が正常に動作しないため力率が悪化する。
２)直流電源３の出力電圧が異常に上昇する。
３)インバータ手段４の加熱コイル５に対する制御電力が変動する。
４)インバータ手段４の回路素子に対する過負荷発生による損失増大、および故障の発生。
【００２６】
したがって、これらの不具合を防止するための保護動作を制御手段６に備えた。
【００２７】
図２は制御手段６の保護動作を説明する図である。本図では直流電源３の周波数判定結果ｃが誤判定となり、制御手段６が保護動作を行う場合を示す。直流電源３の周波数判定結果ｃが正常で制御手段６の判定結果が誤判定の場合でも同様の動作となるので説明は省略する。
【００２８】
なお、実際には直流電源３および制御手段６の周波数判定結果は、外来ノイズ等で一時的な誤判定が起きる可能性があるが、短時間で回復する性質のものであり、繰り返しおよび継続的に発生しない限り不具合は発生しにくい。したがって、周波数判定結果の相違が所定の時間継続しなければ、制御手段６は双方の周波数判定結果が異なるとは判断しないものとする。
【００２９】
以下の動作例では上記の周波数判定結果相違の所定時間継続については省略している。
【００３０】
また、金属鍋（負荷）に投入する電力の設定は、直流電源３の出力電圧の設定、あるいは制御手段６のインバータ手段４に対する駆動信号ｂの操作によって行うものであり、いずれか一方あるいは双方の組み合わせで行う。
【００３１】
図２（ａ）は直流電源３と制御手段６の周波数判定結果が同じ場合であり、本動作が正常な場合の動作となる。
【００３２】
使用者の操作により加熱コイル５への通電がＴｓより開始され、操作によりＴｅで通電を終了する。この通電の間、直流電源３と制御手段６の周波数判定結果は同じである。
【００３３】
図２（ｂ）は通電開始のＴｓでは双方の周波数判定結果は同じであるが、時間Ｔ１で直流電源３は６０Ｈｚと判定したが制御手段６は５０Ｈｚと判定して異なる結果となっている。このとき制御手段６は、設定する電力を低減させつつ通電自体は継続する。その後、使用者の操作により時間Ｔｅで通電を終了する。低減する電力は、定格電力未満の値とする。
【００３４】
この動作は、周波数判定結果が異なることによって上記した不具合の発生を低く抑えつつ、使用者の調理を継続させ、調理が全くできなくなることが無いようにするためのものである。
【００３５】
図２（ｃ）は図２（ｂ）と同様の周波数判定結果であるが、時間Ｔ１で周波数判定結果が異なる結果になった場合には即通電を停止する。これはインバータ手段４および交流電源１の配線等に流れる過大電流を速やかに除去し、部品が故障しないようにすることを目的としている。
【００３６】
図２（ｄ）は図２（ｂ）と同様の周波数判定結果であるが、時間Ｔ１で周波数判定結果が異なる結果になった場合には、それから所定時間Ｔ２の間は今までの通電設定を維持し、その後は図２（ｂ）あるいは図２（ｃ）の場合と同様に通電電力を低減させるか、通電を停止するかのいずれかとする。
【００３７】
なお、時間Ｔ２の設定は、インバータ手段４の過負荷状態が許容される時間、つまり、インバータ手段４に使われている素子の温度上昇や過負荷中の素子定格に対するディレーティングを勘案して決まるものである。
【００３８】
また、通電開始する以前から、あるいは通電開始直後に異なる周波数判定結果となっている場合は、図２（ｂ）ないし図２（ｃ）の時間Ｔ１以降の動作と同様とする。つまり、電力を低減した状態で通電するか、あるいは、通電を停止するかである。
【００３９】
また、異なる周波数判定結果となっている場合は、少なくとも一方が正常な周波数判定を行えない状態であるので、発音素子ないしは表示素子等でその旨を使用者に知らしめる。
【００４０】
このように、力率補正機能を有する直流電源３と制御手段６との間で交流電源周波数判定結果が異なるものとなり、少なくともどちらかが交流電源１の周波数と異なる制御タイミングで動作していることを検知することができ、そのような場合には金属鍋（負荷）に投入する電力の低減あるいは通電を停止することで、インバータ手段４や直流電源３に対する異常な負荷電圧、負荷電流を抑えることができるので、使用する素子の故障を防ぐことができ、信頼性の高い誘導加熱調理器を提供することができる。
【００４１】
また、力率悪化や過負荷に伴う電源電流やインバータ電流の異常波形も低減することができるので、異常波形によって放射されるノイズが発生しにくくなり、他の機器、たとえばラジオやテレビに対する視聴妨害も抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施例を示す要部回路ブロック図である。
【図２】同じく制御手段の保護動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  交流電源
２  整流手段
３  直流電源
４  インバータ手段
５  加熱コイル
６  制御手段
７  操作部
【図１】
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【図２】
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