(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された交流を直流に変換する整流器と、この直流を平滑する平滑回路と、この平滑回路の出力をスイッチング素子により高周波電流に変換し、加熱コイル、共振コンデンサからなる共振回路に供給し、加熱コイル近傍に配置した負荷を加熱するインバータ回路と、このインバータ回路を制御する制御部と、交流の一次電流を検出する一次電流検出回路と、前記共振回路の共振電流を検出する共振電流検出回路と、前記一次電流検出回路の出力と前記共振電流検出回路の出力を夫々入力し、負荷の加熱適否の判別結果を前記制御部に出力する第一負荷判定回路と第二負荷判定回路とを備え、前記第一負荷判定回路は、一次電流値が大きくなる程共振電流値も大きくなるような閾値を設け、閾値の下側すなわち共振電流が小さい側は加熱に適し、閾値の上側すなわち共振電流が大きい側は加熱に不適と判別して出力し、前記第二負荷判定回路は、前記第一負荷判定回路と同様の閾値と加熱適否の判別を行い、但し、閾値は一次電流が小さい範囲では共振電流を０とし、それ以上では前記第一判定回路の閾値に比べ一次電流値に対する共振電流値を大きくした閾値で加熱適否を判別して出力し、前記制御部は、通電開始後所定時間低電力を負荷に投入し、その間前記第一負荷判定回路により加熱適否を判別し、加熱否の場合は加熱を停止し、加熱適の場合は高電力を負荷に投入し、以後前記第二負荷判定回路により加熱適否を判別し前記インバータ回路を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。
【請求項２】
前記第二負荷判別回路は、一次電流値が小さい範囲では前記第一負荷判別回路の閾値と同じで、一次電流値が大きい範囲では前記第一負荷判別回路の閾値に比べ一次電流値に対する共振電流値を大きくした閾値で加熱適否を判別して出力することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
【請求項３】
前記第二負荷判別回路は、一次電流値が小さい範囲では前記第一負荷判別回路の閾値に比べ一次電流値に対する共振電流値を小さくし、一次電流値が大きい範囲では前記第一負荷判別回路の閾値に比べ一次電流値に対する共振電流値を大きくした閾値で加熱適否を判別して出力することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱調理器の負荷判別方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、誘導加熱調理器には加熱する際、加熱に適している負荷か否かを判別する手段を有している。
【０００３】
これらの判別手段としては、商用電源側からみた電流（一次電流）と加熱コイルあるいは共振コンデンサに流れる電流（共振電流）の比率から、あるいは一次電流と商用電源電圧から入力している電力を算出して判別する方法などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
負荷の判別においては、前記のそれぞれを単独あるいは組合せて用いることが多い。
【０００５】
図７は、通常用いられる負荷判別方法のうち、一次電流と共振電流の組合せから負荷の状態を判別するためのグラフである。
【０００６】
ラインＳは判別のための閾値を表すもので、ラインＳの下側は加熱に適している状態、上側は加熱に適していない状態にある組合せの例である。
【０００７】
このグラフにおいて、アルミ鍋などはラインＳの上側に組合せが存在し、ホーロー鍋などは下側に存在する。
【０００８】
しかし、鍋底が湾曲している鍋や、材質が適していない鍋などが、加熱コイルの中心に対して途中で鍋をずらしていった場合は、ラインＳに近い状態で加熱動作が行われていたものが上側に突入することとなる。
【０００９】
加熱開始当初は使用できるが、鍋を多少ずらしただけで加熱を停止してしまうということが発生し、使い勝手が悪くなる。
【００１０】
また、その状態が発生することを防ぐために、あらかじめ動作可能な一次電流と共振電流の組合せを広げたラインＳに設定すると、加熱に適さない鍋を通電してしまうこととなり、過電流や過電圧の発生によって素子の破壊や製品の故障を引き起こすこととなる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
入力された交流を直流に変換する整流器と、この直流を平滑する平滑回路と、この平滑回路の出力をスイッチング素子により高周波電流に変換し、加熱コイル、共振コンデンサからなる共振回路に供給し、加熱コイル近傍に配置した負荷を加熱するインバータ回路と、このインバータ回路を制御する制御部と、交流の一次電流を検出する一次電流検出回路と、前記共振回路の共振電流を検出する共振電流検出回路と、前記一次電流検出回路の出力と前記共振電流検出回路の出力を夫々入力し、負荷の加熱適否の判別結果を前記制御部に出力する第一負荷判定回路と第二負荷判定回路とを備え、前記第一負荷判定回路は、一次電流値が大きくなる程共振電流値も大きくなるような閾値を設け、閾値の下側すなわち共振電流が小さい側は加熱に適し、閾値の上側すなわち共振電流が大きい側は加熱に不適と判別して出力し、前記第二負荷判定回路は、前記第一負荷判定回路と同様の閾値と加熱適否の判別を行い、但し、閾値は一次電流が小さい範囲では共振電流を０とし、それ以上では前記第一判定回路の閾値に比べ一次電流値に対する共振電流値を大きくした閾値で加熱適否を判別して出力し、前記制御部は、通電開始後所定時間低電力を負荷に投入し、その間前記第一負荷判定回路により加熱適否を判別し、加熱否の場合は加熱を停止し、加熱適の場合は高電力を負荷に投入し、以後前記第二負荷判定回路により加熱適否を判別し前記インバータ回路を制御するものとした。
【００１２】
また、前記第一負荷判別回路の閾値に対し、前記第二負荷判別回路の閾値は前記一次電流の大電流領域で加熱適と判別する前記共振電流の許容値を大きくしたものとした。
【００１３】
また、前記第一負荷判別回路の閾値に対し、前記第二負荷判別回路の閾値は前記一次電流の低電流領域で加熱適と判別する前記共振電流の許容値を小さくしたものとした。
【００１４】
また、前記第一負荷判別回路の閾値に対し、前記第二負荷判別回路の閾値は前記一次電流の低電流領域で加熱不適と判別するものとした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明では、第一負荷判定回路はインバータ通電開始時に一次電流検出回路の出力と共振電流検出回路の出力から負荷の状態を検出し、前記第一負荷判別回路で加熱に適していると判断した後に、一次電流検出回路の出力と共振電流検出回路の出力から第二負荷判別回路が負荷の状態を検出し、それぞれの判別回路の結果により、制御部が通電を制御する。
【００１６】
また、第一負荷判別回路が加熱に適していると判定した場合、制御部は負荷の判別を第二負荷判別回路に切り替える。
【００１７】
第二負荷判別回路は、一次電流検出回路および共振電流検出回路の出力から、加熱に適している負荷かどうか、あるいは加熱を継続できる状態か否かを判別して制御部に出力する。
【００１８】
その判別信号によって制御部は加熱動作を継続するか、停止するかを決定する。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を図面を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例を示した要部ブロック図であり、１００Ｖ電源系でよく使われる電流共振型の誘導加熱用インバータ回路例である。
【００２１】
商用電源１を整流器２で直流電源に変換し、チョークコイル３１及びコンデンサ３２で構成する平滑回路３で平滑化する。
【００２２】
前記直流電源出力の両端に共振コンデンサ５１、５２を直列に接続している。
【００２３】
同様にスイッチング素子６１と逆並列に接続したダンパダイオード７１と、スイッチング素子６２と逆並列に接続したダンパダイオード７２を直列に接続している。
【００２４】
前記共振コンデンサ５１、５２の直列接続とスイッチング素子６１、６２の直列接続の中点同士に加熱コイル４の両端を接続している。
【００２５】
ＣＴ（カレントトランス）８は商用電源からみた電流を検出するための電流検出素子で、その出力は一次電流検出回路９に接続してある。
【００２６】
ＣＴ１０は、加熱コイルに流れる共振電流を検出するための共振電流検出素子であり、その出力は共振電流検出回路１１に接続してある。
【００２７】
一次電流検出回路９及び共振電流検出回路１１はそれぞれ入力した信号を直流化し適当な信号レベルに変換し、第一負荷判別回路１２及び第二負荷判別回路１３に出力する。
【００２８】
制御部１４は操作部（図示せず）の操作入力によって加熱動作を開始し、スイッチング素子６１、６２を交互に駆動するドライブ回路１５１、１５２に駆動信号を出力する。
【００２９】
スイッチング素子６１およびスイッチング素子６２駆動の結果、一次電流検出回路９および共振電流検出回路１１より、負荷の状態及び駆動信号のデューティに対応した信号が出力され、第一負荷判別回路１２はその信号から、加熱に適している負荷かどうか、あるいは加熱を継続できる状態か否かを判別して制御部１４に出力する。その判別信号によって制御部１４は加熱動作を継続するか、停止するかを決定する。
【００３０】
第一負荷判別回路１２が加熱に適していると判定した場合、制御部１４は負荷の判別を第二負荷判別回路１３に切り替える。
【００３１】
第二負荷判別回路１３は、一次電流検出回路９および共振電流検出回路１１の出力から、加熱に適している負荷かどうか、あるいは加熱を継続できる状態か否かを判別して制御部１４に出力する。
【００３２】
その判別信号によって制御部１４は加熱動作を継続するか、停止するかを決定する。
【００３３】
図２は、一次電流を検出する回路例である。
【００３４】
一次電流を一次側とするＣＴ８の２次側出力を一次電流検出回路９に接続する。  一次電流検出回路９は、検出信号レベルは抵抗９１で振幅を設定し、整流回路９２で直流化する。その信号を抵抗９３、９４で分圧し、コンデンサ９５で平滑する。
【００３５】
図３は、共振電流を検出する回路例である。
【００３６】
共振電流を一次側とするＣＴ１０の二次側出力を共振電流検出回路１１に接続する。
【００３７】
共振電流検出回路１１は、検出信号レベルは抵抗１１１で振幅を設定し、整流回路１１２で直流化する。その信号を抵抗１１３、１１４で分圧し、コンデンサ１１５で平滑する。
【００３８】
図４は、第一負荷判別回路１２の構成例であり、一次電流および共振電流の検出値をディジタル変換し、その値から判定表を直接参照し、負荷の状態が加熱に適しているか否かを判定する方法である。
【００３９】
一次電流検出出力（ｌｉｎ１）をアナログ・ディジタル変換器１２１で数値に変換する。共振電流検出出力（ｌｉｎ２）をアナログ・ディジタル変換器１２２で数値に変換する。
【００４０】
これら二つの値を負荷判定表１２３の横軸および縦軸に設定し、あらかじめ判定閾値の定められた判定表の位置から直接判定結果を抜き出す構成である。
【００４１】
図５は、第二負荷判別回路１３の構成例であり、第一負荷判別回路１２と同様に、一次電流および共振電流の検出値をディジタル変換し、その値から判定表を直接参照し、負荷の状態が加熱に適しているか否かを判定する方法である。
【００４２】
一次電流検出出力（ｌｉｎ１）をアナログ・ディジタル変換器１３１で数値に変換する。共振電流検出出力（ｌｉｎ２）をアナログ・ディジタル変換器１３２で数値に変換する。
【００４３】
これら二つの値を負荷判定表１３３の横軸および縦軸に設定し、あらかじめ判定閾値の定められた判定表の位置から直接判定結果を抜き出す構成である。
【００４４】
図６は、加熱コイル４と負荷の磁気的結合状態に対する等価インピーダンスと等価抵抗の変化を表した図である。
【００４５】
一般に、加熱コイル４と負荷の等価回路は、抵抗値Ｒ１およびインダクタンスＬ１の加熱コイルと、抵抗値Ｒ２およびインダクタンスＬ２の負荷が、相互インダクタンスＭで結合した回路と表すことができる。相互インダクタンスＭは加熱コイルと負荷の距離、材質、形状などにより変化する。
【００４６】
この等価回路を更に変形すると、インバータ電源の負荷としての等価インピーダンスＬ、Ｒは下記のような式で表すことができる。
【００４７】
（式）
Ｌ＝Ｌ１−（ω２Ｌ２Ｍ２）／（Ｒ２２＋ω２Ｌ２２）
Ｒ＝Ｒ１＋（ω２Ｒ２Ｍ２）／（Ｒ２２＋ω２Ｌ２２）
したがって、相互インダクタンスＭの変化、つまり、加熱コイルと負荷の距離、負荷の材質や形状によって、インバータ電源から見た等価インダクタンス、等価抵抗は大きく変化することがわかる。（結合度が低くなれば、等価インダクタンス、等価抵抗とも加熱コイル自体の値に近づく）この等価インダクタンスと等価抵抗の組み合わせが、負荷によって異なるため、加熱できる負荷、しにくい負荷、できない負荷等に分けることができる。
【００４８】
最も加熱に適している状態は、加熱コイルの中心と負荷の中心軸が一致している場合である。
【００４９】
加熱している途中で負荷が加熱コイルの中心からずれていると、それにより結合度が低くなり等価インピーダンスが変化し、加熱しにくい状態に移行するのは明らかである。
【００５０】
具体的には、等価抵抗が低くなるため、加熱コイルに流れる共振電流を熱に変換しにくくなる。
【００５１】
さらに、等価インダクタンスが大きくなるため加熱コイルに電流が流れにくくなるとともに、スイッチング素子の駆動信号が同じならば、共振電流および通電電力が低くなるため、駆動信号の駆動パルス幅を長くしなければならない。
【００５２】
図７に結合度の変化による一次電流と共振電流の変化例を示す。
【００５３】
図７において、横軸は一次電流の検出値、縦軸は共振電流の検出値、ラインＳは小物負荷などの加熱適否の閾値を表すものである。
【００５４】
Ａ〜Ｄの点はそれぞれ加熱コイル中心と負荷の中心軸を合わせた状態の一次電流と共振電流の検出例を表すプロットである。
【００５５】
添字が１あるいは２についた点は、負荷の中心軸を加熱コイル４からずらしていった場合の変化例である。
【００５６】
添字が１の場合は制御部１４が投入電力を一定にするべくスイッチング素子の駆動信号を変化させた場合のプロット例である。
【００５７】
なお、Ｄの負荷は、スプンやナイフなどのいわゆる小物負荷の場合であり、最も加熱に適さないと判断する範囲にある。
【００５８】
Ａの負荷は、ずらした場合でもＡ１およびＡ２はラインＳの下側にあり、制御部１４は加熱を継続する。
【００５９】
Ｂの負荷は、ずらした場合にＢ１およびＢ２がラインＳの上側にあり、加熱に適さない範囲に突入する。
【００６０】
Ｃの負荷も、ずらした場合にＣ１およびＣ２がラインＳの上側になり、加熱に適さない範囲に突入する。
【００６１】
Ｂ、Ｃの負荷は、中心軸をずらす前は正常に加熱できている状態にあり、ずらすことにより加熱に適さない状態になる。
【００６２】
このような状態は調理中に鍋やフライパンをずらす、持ち上げる等のよくあることであり、すぐに加熱を停止してしまうと負荷の温度低下はもとより、調理物の出来上がりが悪くなることは言うまでもない。
【００６３】
したがって、例えばラインＳ１（点線）で示すような閾値を設定しておけば負荷Ｂ、Ｃでずらした場合にも加熱を継続できる負荷判別結果を得ることができる。
【００６４】
しかし、もともと小物負荷であるＤも加熱できる負荷として認識してしまうため、このままでは本来加熱に適さない負荷を通電してしまうこととなり、過電流や過電圧の発生によって素子の破壊や製品の故障を引き起こすことになる。
【００６５】
ここで、ラインＳ２を追加し、一次電流が小さい領域に入った場合は加熱不適の判断結果となるようにする。
【００６６】
例えば、負荷ＣがＣ２の状態になったときは加熱不適となり、制御部１４は加熱停止することができるようになる。
【００６７】
また、加熱開始当初、通電率の設定が低い場合は負荷ＣはＣ’の点にあり、ラインＳ２で判断すると加熱不適であるが、通電率を上げればＣ点まで移動する。
【００６８】
よって、当初からラインＳ２を有効にしておくと、加熱できる負荷が加熱できない負荷として認識されてしまう。
【００６９】
図８は、以上の点を考慮した一次電流と共振電流から加熱適否の判断を行う判定表の例である。
【００７０】
ここでラインＳａは、通電開始当初に負荷の適否を判断するための判定表である。ラインＳｂは、通電開始当初の負荷判別の結果、加熱適と判定された場合に引き続き使用する判定表である。
【００７１】
図９は、他の一次電流と共振電流から加熱適否の判断を行う判定表の例である。この例では、入力電流の低電流領域ではラインＳａとラインＳｂを一致させている。
【００７２】
図１０は、他の一次電流と共振電流から加熱適否の判断を行う判定表の例である。この例では、入力電流の低電流領域ではラインＳａに対してラインＳｂは許容する共振電流値を低く抑えている。
【００７３】
図８、図９、図１０の判定表はどの判定表を用いても負荷の状態を判別して、加熱に適しているか否かを制御部１４に出力することができる。
【００７４】
一旦通電を開始し、負荷が加熱に適していると判断した後に負荷をずらしていった場合でも、ある程度までならば加熱を継続できることになる。
【００７５】
さらに、本方法と併用する他の負荷判別方法、例えば投入電力を検出する方式などと合わせて使用すれば、より精度の高い負荷の状態を検出することができる。
【００７６】
図１１は、一次電流と共振電流から加熱適否の判断を行う判定表のなかでラインＳａとＳｂを切り替えるタイミング例を示したものである。
【００７７】
図１１において、横軸は時間、縦軸は投入しようとする電力の設定値である。
【００７８】
Ｔ0において通電を開始し、ラインＳａで負荷判別を行う。
【００７９】
その結果、負荷の状態が加熱に適しているという判断となった場合には、引き続きＴ１からラインＳｂを用いて負荷判別を行うものである。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、交流電源を直流電源に変換する整流回路と、この直流電源を平滑する平滑回路と、平滑回路の出力をスイッチング素子により高周波電流に変換し、加熱コイル、共振コンデンサからなる共振回路に供給し、近傍に配置した負荷を加熱するインバータと、このインバータを制御する制御部と、交流電源からみた電流を検出する一次電流検出回路と、加熱コイルあるいは共振コンデンサの電流を検出する共振電流検出回路からなる誘導加熱調理器において、インバータ通電開始時に一次電流検出回路の出力と共振電流検出回路の出力から負荷の状態を検出する第一負荷判定手段と、前記第一負荷判定手段で加熱に適していると判断した後に一次電流検出回路の出力と共振電流検出回路の出力から負荷の状態を検出する第二負荷判別回路を有し、それぞれの判別回路の結果により制御部は通電を制御する。
【００８１】
この時、第一負荷判別回路における一次電流と共振電流の許容範囲に対して、第二負荷判別回路の一次電流と共振電流の許容範囲は一次電流の大きな範囲では共振電流の許容値を大きくするか、あるいは一次電流の小さな範囲では共振電流の許容値を小さくするか、あるいは、一次電流については少なくとも一定値以下では加熱に適していないと判断することとする。
【００８２】
したがって、一旦通電を開始した後、負荷の位置がコイルの中心から多少ずれても、負荷判別の閾値自体を変化させているために加熱不適判断を遅らせることができ、加熱動作を継続することができる。
【００８３】
よって、調理中、鍋やフライパンをずらしたり振ったりしても加熱が停止することが少なくなり、使い勝手のよい調理器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の回路ブロツク図である。
【図２】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の一次電流検出回路図である。
【図３】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の共振電流検出回路図である。
【図４】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の第一の負荷判別手段のブロック図である。
【図５】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の第二の負荷判別手段のブロック図である。
【図６】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の加熱コイルと負荷の結合度と等価インダクタンス、等価抵抗の変化図である。
【図７】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の負荷の状態による一次電流と共振電流の変化図である。
【図８】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の負荷判定表の特性図である。
【図９】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の負荷判定表の特性図である。
【図１０】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の負荷判定表の特性図である。
【図１１】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の通電タイミングと負荷判定表の切替特性図である。
【符号の説明】
１    商用電源
２    整流器
３    平滑回路
４    加熱コイル
５    共振コンデンサ
６    スイッチング素子
７    ダンパダイオード
８    カレントトランス
９    一次電流検出回路
１０    カレントトランス
１１    共振電流検出回路
１２    第一負荷判別回路
１３    第二負荷判別回路
１４    制御部
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003931007.tif 000012