JP2901979B2

JP2901979B2 - 電磁調理器

Info

Publication number: JP2901979B2
Application number: JP63144779A
Authority: JP
Inventors: 照也田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-14
Filing date: 1988-06-14
Publication date: 1999-06-07
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JPH01313880A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は加熱コイルに高周波電流を供給し、この加熱
コイルからの磁束によって鍋底に渦電流を発生させ、こ
の渦電流によるジュール熱で鍋を加熱する電磁調理器に
関するものである。

（従来の技術）電磁誘導作用により被加熱物を加熱する電磁調理器
は、炎が生じないので安全性が高く被加熱物を載置する
ためのトッププレートが結晶化ガラスで構成できるので
清潔であり、また熱効率が高い等の利点を有し、種々の
電磁調理器が開発されている。

第４図に示す従来の電磁調理器では直流電源回路101
からの所定の直流電圧をインバータ回路103へ供給して
いる。駆動回路115がトランジスタ113をオン、オフ動作
すなわちスイッチング動作をさせることにより加熱コイ
ル107と共振用コンデンサ109が直列共振状態に設定さ
れ、加熱コイル107から発生する磁束による電磁誘導作
用により図示しない鍋等の被加熱物に渦電流を発生して
加熱するようになっている。

発振器を内蔵したパルス幅変調回路（PULSE WIDTH
MODULATION）119は電圧帰還回路117からのタイミングパ
ルスに基づいて発振器の発振パルスの発振周期を補正す
るとともに、入力設定回路121、オン時間設定回路123か
らの信号に基づいて前記発振パルスのパルス幅を変調す
る。駆動回路115はパルス幅変調回路119からのパルス信
号を入力すると、このパルス信号のパルス幅に相応する
時間だけトランジスタ113をオンさせる。

入力電流監視回路127は交流電源部に設けられたカレ
ントトランスCTからの検出信号に基づいて交流電源部か
らの入力電流、すなわちインバータ回路103を流れる電
流icに相応する信号を負荷検知回路125へ出力する。

負荷検知回路125は入力電流監視回路127からの電流ic
に相応する信号に基づいて負荷状態を監視する。例えば
第５図（Ａ）に示すように鉄製の鍋が加熱コイル107の
上に載置された場合には適正な電流icが流れることから
適正な負荷であることを判別し、パルス幅変調回路119
の動作を継続させる。また、第５図（Ｂ）、（Ｃ）に示
すように無負荷状態か若しくはアルミニウム（Al）製の
鍋が加熱コイル107の上に載置された場合には電流icが
小さくなり、若しくは加熱に寄与しない回生電流idが流
れ、無負荷状態又は不適正な負荷であることを判別して
パルス幅変調回路119の動作を停止し、加熱動作を禁止
する。

第６図に示す従来例では電源を投入すると初期回路13
1が動作し、発振停止タイマ133によって設定された所定
時間のあいだ発振停止回路135を動作させてインバータ
回路103の発振動作を停止させる。その後発振停止回路1
35が復旧すると、オン時間設定回路123によって設定さ
れた電圧V_TONがパルス幅変調回路119へ与えられる。パ
ルス幅変調回路119が電圧V_TONに相応するパルス幅のパ
ルス信号を出力すると、駆動回路115がこのパルス信号
のパルス幅に相応する時間だけトランジスタ113をオン
する。従って電圧V_TONの値に応じてトランジスタ113の
オン時間が設定され、上記パルス信号に基づいてトラン
ジスタ113がオンオフ動作することにより加熱コイル107
に高周波電流が流れて被加熱物を加熱する。

ここで負荷検知回路125が適正な負荷であるかどうか
を監視しており、第７図（Ａ）に示すように交流電源部
からの入力電流に相応する電圧V_Iが電圧V_TONを上回って
いる場合には適正な負荷であることを判別して加熱動作
を継続する。

逆に電圧V_Iが電圧V_TONを下回る場合には無負荷状態又
はアルミニウム製の鍋等の不適正な負荷であると判別さ
れる。この場合第７図（Ｂ）に示すように電圧V_TONが徐
々に上昇していき電圧V_Iが電圧V_TONを下回り、不適正な
負荷であると判断するまでに例えば300m秒の時間を要す
る。

また入力電力が高い場合には第８図（Ａ）に示すよう
にトランジスタ113のオフ期間内にトランジスタ113のコ
レクタ−エミッタ間の電圧、すなわち共振電圧V_CEが正
弦波形で得られ、トランジスタ113のオン時間T_ON内には
トランジスタ113のコレクタ電流icが直線状に増加す
る。また入力電力を低く設定すると第８図（Ｂ）に示す
ように共振電圧V_CEが0Vまで下がりきらずトランジスタ1
13がオンする直前で所定の電位を有する。この電位によ
ってトランジスタ113が短絡し、短絡電流I_Sが流れトラ
ンジスタ113での損失が増加する。

例えば電圧100V仕様で入力電力が最大1.2KWの従来の
電磁調理器では第９図（Ａ）に示すように入力電力を低
く設定するとトランジスタ113での損失W_L _OSが増加する
が、最小値として入力電力300Wまで低下させることがで
きる。これを入力電力150Wまでに下げる場合にはインバ
ータ回路の発振の継続と停止の周期を秒単位で制御し、
例えば１秒間オンし、１秒間オフさせる必要がある。

また電圧200V仕様で入力電力が最大2KWの従来の電磁
調理器のインバータ回路における最大の共振電圧V
_CEは、このインバータ回路で用いられるスイッチング用
のトランジスタの定格で制限される。例えばIGBT（Insv
lated−gate Bipolar Transistor）等のバイポーラ形
のMOSFETを用いて周波数25KHzでスイッチング動作させ
る場合には、コレクタ電圧の最大定格が1400Vであるこ
とから定常動作状態におけるコレクタ電圧は1000V以下
に制限される。また電圧200V仕様である場合には直流電
源回路からの直流電源電圧は100V仕様の場合の２倍であ
り、共振電圧V_CEは直流電源電圧に収束するような減衰
波形の半周期に相応する電圧であるため、電圧200V仕様
の場合の共振電圧V_CEは電圧100V仕様の場合と比較して
それ程低下しない。以上の理由から入力電力を低く設定
する場合には、前述した短絡電流によってトランジスタ
113が破壊されるおそれがあるため、第９図（Ｂ）に示
すように入力電圧1000W以下には低下させることができ
ない。

これを入力電圧150Wまでに下げる場合にはインバータ
回路の発振の継続と停止の周期を例えば３秒間オンし、
17秒間オフさせる必要がある。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら低い入力電圧を達成するためにインバー
タ回路の発振の継続と停止の周期を秒単位で制御する
と、インバータ回路の発振停止時間が長くなり加熱むら
を生じ改善の余地が残されていた。また適正又は不適正
な負荷であるかどうかの判断が迅速に行なうことが望ま
れていた。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、入力電力を低
い値に設定した場合でも、適正な負荷であるか否かの判
断を迅速に行ない、併せて加熱むらが生じることなく適
切に加熱することのできる電磁調理器を提供することを
目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明は、スイッチング手
段を有し、このスイッチング手段に接続される加熱コイ
ルによって被加熱物を誘導加熱する電磁調理器におい
て、前記電力の供給源をオンオフ制御する電力供給制御
手段と、商用電源の入力電流を検出する電流検出手段
と、検出した入力電流を予め設定された時定数で平滑す
る平滑手段と、前記スイッチング手段のオン時間を設定
するオン時間設定手段と、平滑手段から平滑出力された
情報とオン時間設定手段の設定情報との比較により、前
記被加熱物が適正な負荷であるか否かを判別する判別手
段と、前記電力供給制御手段による電力の供給時間の開
始から略前記時定数時間経過後に判別手段における判別
動作を許可する判別制御手段と、を有することを要旨と
する。

（作用）本発明はスイッチング手段がオンオフ動作をくり返す
と、このスイッチング手段に接続された加熱手段が前記
スイッチング手段のオフ動作で生じた磁束によって被加
熱物に渦電流を発生させて当該被加熱物を加熱する。ま
た、予め設定された時定数で平滑処理する平滑手段を介
して得られた商用電源の入力電流に係る情報とオン時間
設定手段の設定情報との比較による負荷の適正判別を、
電力供給手段による電力の供給時間の開始から該当該時
定数時間経過後に許可するようにしている。

（実施例）以下図面を参照して本発明に係る実施例を詳細に説明
する。

まず第１図を参照して構成を説明すると、交流電源で
ある商用電源PWが２方向性３端子サイリスタであるトラ
イアックTSを介して直流電源回路１と接続されている。
直流電源回路１はブリッジ接続された４つのダイオード
D1,D2,D3,D4及び平滑用のコンデンサC1とで構成されて
おり、商用電源PWからの交流電力を直流電力に変換す
る。この直流電源回路１はインバータ回路３と接続され
ており、所定の直流電力をインバータ回路３へ供給す
る。

インバータ回路３は加熱コイル７と共振用コンデンサ
９とが直列に接続されると共に、トランジスタ13が共振
用コンデンサ９と並列に接続されている。トランジスタ
13のベースが駆動回路15と接続されており、駆動回路15
からの信号に基づいてトランジスタ13がオン、オフ動作
することにより、加熱コイル７と共振用コンデンサ９が
直列共振状態に設定され、加熱コイル７から発生する磁
束による電磁誘導作用により図示しない鍋等の被加熱物
に渦電流を発生して被加熱物を加熱するようになってい
る。

パルス幅変調回路19は駆動回路15と接続されるととも
に、オン時間設定回路23と接続されており、このオン時
間設定回路23からのオン時間設定用の電圧V_TONを入力す
ると、電圧V_TONに相応するパルス幅のパルス信号を駆動
回路15へ出力する。駆動回路15はパルス幅変調回路19か
らのパルス信号を入力すると、このパルス信号のパルス
幅に相応する時間だけトランジスタ13をオンさせる。従
って第２図（Ａ）に示すようにオン時間設定回路23から
の電圧V_TONの値に応じてトランジスタ13のオン時間T_ON
が変化する。すなわち電圧V_TONを変化するとパルス変調
回路19からのパルス信号のパルス幅が変化し、トランジ
スタ13のオン時間T_ONを変化させることにより出力電
力、すなわちインバータ回路３による加熱出力を変化さ
せるようにしている。また加熱コイル７とコンデンサ９
との接続点がパルス幅変調回路19の帰還入力端子へ帰還
接続されており、加熱コイル７とコンデンサ９の共振電
圧がパルス幅変調回路19へ与えられる。

次にオン時間設定回路23の内部構成を説明する。

抵抗R1とR2が直列に接続され、抵抗R1の一端に所定の
直流電圧Vccが与えられるとともに、抵抗R2の一端がア
ースに接続されている。この抵抗R2と並列にコンデンサ
C3が接続されている。この抵抗R1とR2の接続点がパルス
幅変調回路19の入力端子P1と接続されている。また入力
端子P1は抵抗R3を介してトランジスタTr9のコレクタに
接続されるとともに、トランジスタTr9のベースは抵抗R
4を介してコンパレータCON2の出力端子へ接続されてい
る。また入力端子P1は抵抗R10とR11との接続点へ接続さ
れ、抵抗R10の他端はトランジスタTr10のコレクタへ接
続されるとともに、抵抗R11の他端はトランジスタTr11
のコレクタへ接続されている。またトランジスタTr10の
ベースは抵抗R6を介して負荷検知用タイマ41へ接続され
るとともに、トランジスタTr11のベースは抵抗R7を介し
て負荷検知用タイマ41へ接続されている。

このオン時間設定回路23によって電圧V_TONの値が一定
の値に設定されると、トランジスタ13のオン時間も一定
の値に設定される。このような状態において交流電源PW
からの入力電流iINに相応する電圧V_Iを監視することに
より加熱コイル７の上に載置された鍋等の負荷が適正で
あるかどうかを判別することができる。例えば第２図
（Ｂ）に示すように電圧V_Iが電圧V_TONを上回る場合には
適正な負荷であり、逆に電圧V_Iが電圧V_TONを下回る場合
には無負荷状態若しくは不適正な負荷である。

発振停止回路35はトランジスタTr12と抵抗R8とで構成
され、トランジスタTr12のコレクタが入力端子P1に接続
されるとともに、トランジスタTr12のベースは抵抗R8を
介して発振停止タイマ33、負荷検知用タイマ41及びオン
オフ制御回路43のそれぞれと接続されている。発振停止
タイマ33は初期回路31と接続されるとともに負荷検知用
タイマ41と接続されている。

負荷検知用タイマ41は抵抗R9を介してトランジスタTr
3のベースへ接続され、トランジスタTr3のエミッタは所
定の直流電源へ接続されており、所定電圧Vccがトラン
ジスタTr13のエミッタへ与えられている。このトランジ
スタTr3のコレクタは発振停止タイマ33と接続されると
ともに、抵抗R25を介してコンパレータCON1の出力端子
へ接続されている。

次に負荷検知回路25とその周辺回路すなわち入力制御
回路21、入力電流監視回路27を説明する。交流電源PWと
直流電源回路１とのあいだの電源線には、カレントトラ
ンスCTが設けられ、交流電源PWからの入力電流に比例し
た値の検出信号を出力する。カレントトランスCTと並列
に抵抗R15が接続されている。抵抗R15には４つのダイオ
ードD6,D7,D8,D9をブリッジ接続したブリッジ回路を接
続し、このブリッジ回路に抵抗R16を接続している。コ
ンデンサC4が抵抗R16と並列に接続されており、この抵
抗R16とコンデンサC4とで決定される時定数は交流電
源、すなわち商用電源PWの半サイクルに相応する時間、
例えば10m秒より大きな値に設定される。また所定の電
圧Vccを出力する直流電源とアースとのあいだ抵抗R13と
R14が直列に接続され、この抵抗R13とR14の接続点がダ
イオードD8のカソード側に接続されている。またダイオ
ードD6のカソードがコンパレータCON1の非反転入力端子
に接続されるとともに、抵抗R18を介してトランジスタT
r15のエミッタへ接続されている。このトランジスタTr1
5のコレカタはダイオードD8のカソードに接続されると
ともに、トランジスタTr15のベースは抵抗R17を介して
オンオフ制御回路43へ接続されている。

負荷検知回路25では抵抗R21とR22が直列に接続される
とともに、この接続点がコンパレータCON1の反転入力端
子に接続されている。またコパレータCON1の反転入力端
子は抵抗R21を介してパルス幅変調回路19の入力端子P1
に接続されている。

入力制御回路21では、所定電圧Vccを出力する電流電
源とアースとのあいだに可変抵抗R23と抵抗R24が直列に
接続され、この可変抵抗R23の可変端子がコンパレータC
ON2の非反転入力端子に接続されている。またコンパレ
ータCON2の非反転入力端子はオンオフ制御回路43と接続
されている。

トライアックトリガ回路45はトライアックTSのゲート
に接続されるとともにオンオフ制御回路43と接続されて
おり、オンオフ制御回路43からの信号に基づいてトライ
アックTSをオンオフ動作すなわちスイッチング動作をさ
せる。オンオフ制御回路43は可変抵抗R23によって低い
入力電力に設定されたことを判別すると、トライアック
トリガ回路45を介してトライアックTSをオンオフ動作さ
せる。従って低い入力電力に設定された場合にはトライ
アックTSのオンオフ動作によってインバータ回路３が制
御される。

次に第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して鉄鍋等
の適正な負荷を検出する場合について説明する。

まず電磁調理器の電源を投入すると、初期回路31が動
作して発振停止タイマ33を起動する。発振停止タイマ33
はタイマによって設定された所定時間、例えば３秒のあ
いだだけトランジスタTr12をオンさせることにより電圧
V_TONを0Vに設定し、インバータ回路３の発振動作を３秒
間停止させる。この３秒の時間経過後に発振停止タイマ
33がトランジスタTr12をオフするとともに、負荷検知用
タイマ41を起動させる。時刻内t₁において負荷検知用タ
イマ41はタイマによって設定された所定時間、例えば10
m秒のあいだだけトランジスタTr10,Tr11及びTr3をオン
させる。トランジスタTr10,Tr11がオンすると抵抗R10と
R11の分圧電圧をオン時間設定用の電圧V_TONとしてパル
ス幅変調回路19へ与える。これによりパルス幅変調回路
19からのパルス信号のパルス幅に相応するオン時間のあ
いだトランジスタ13がオンしインバータ回路３が発振す
る。このとき第３図（Ａ）に示すように入力電流i_INが
直流電源回路１を流れる。

またカレントトランスCTが入力電流i_INを検出し、こ
の入力電流i_INに対応する検出電流を出力しており、こ
の検出電流はダイオードD6,D7,D8,D9で成るブリッジ回
路で整流された後に、抵抗R16とコンデンサC4で成る平
滑回路で平滑される。この平滑回路の時定数は10m秒よ
り長く設定されているため、負荷検知用タイマ41が動作
している10m秒のあいだ、すなわち第３図（Ｂ）に示す
時刻t₁からt₂までのあいだにおいては負荷検知回路の検
出動作を禁止するようにしている。具体的に説明する
と、前述したように負荷検知用タイマ41からの信号に基
づいてトランジスタTr3が時刻t₁からt₂までの10m秒のあ
いだ導通してコンパレータCON1の出力端子を強制的にＨ
レベルに引き上げるようにしている。これにより発振停
止タイマ33の起動を禁止する。

次に時刻t₂を経過すると、電流i_INに対応する電圧V_I
がコンパレータCON1の非反転入力端子に与えられる。コ
ンパレータCON1では抵抗R21とR22の分圧電圧を基準電圧
として反転入力端子へ入力しており、この基準電圧と電
圧V_Iを比較することにより、電圧V_TONと電圧V_Iの大小関
係を判断する。第３図（Ｂ）に示すように電圧V_Iが電圧
V_TONを上回っている場合には適正な負荷であることを判
別して、インバータ回路３による加熱動作を継続する。
第３図（Ｃ）に示すように時刻t₁からt₃までの例えば30
m秒のあいだトライアックTSをオンしてインバータ回路
３を動作させる。また時刻t₃からt₄までの例えば40m秒
のあいだだけトライアックTSをオフするとともに、オン
オフ制御回路43からの信号に基づいてトランジスタTr12
をオンし、インバータ回路３の動作を停止させる。以下
同様にトライアックTSのオンオフ動作をくり返して加熱
動作を継続する。

またインバータ回路３が動作を停止している期間にお
いてはオンオフ制御回路43からの信号に基づいてトラン
ジスタTr15をオンしてコンデンサC4の充電電荷を放電さ
せて初期状態に設定する。

次に第３図（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）を参照して無負荷
状態の検出動作を説明する。

前述したと同様に時刻t₁からt₂までのあいだは負荷検
知回路の検出動作を禁止しており、時刻t₂を経過したと
きにコンパレータCON1が電圧V_Iと基準電圧とを比較す
る。これにより電圧V_Iと電圧V_TONとの大小関係を判別
し、電圧V_Iが電圧V_TONを下回っている場合には加熱コイ
ル７の上に鍋が載置されていない状態、すなわち無負荷
状態であることを判別してコンパレータCON1がＬレベル
の信号を発振停止タイマ33へ出力する。この発振停止タ
イマ33からの信号に基づいてインバータ回路３の発振動
作を３秒間停止させる。

以下、同様に負荷検知用タイマ41によって設定された
所定時間が経過した直後の情報、すなわち電圧V_Iの値に
より負荷状態を判別する。

以上の如く入力電力を低い値に設定した場合にはトラ
イアックのオンオフ動作によってインバータ回路を制御
するようにしたことから、インバータ回路の発振の継続
と停止の周期を短く設定することができ加熱むら等を生
じることなく、被加熱物を適切に加熱し又は保温するこ
とができる。

尚、第１図に示した実施例では交流電源とブリッジ回
路とのあいだにトライアックを設けて構成したが、この
ようなトライアックを設けることなくインバータ回路の
発振動作の制御を適切に行なうように構成すると回路構
成を簡略化することができる。

また前述のトライアックの代わりにサイリスタ等の適
宜のスイッチング素子を用いて構成することができる。

更に負荷検知回路の負荷検知機能、オン時間設定回路
及びその周辺装置による入力制御機能、オンオフ制御回
路のオンオフ制御機能のそれぞれの機能をマイクロコン
ピュータ等の演算処理手段によって構成するとそれぞれ
制御処理を正確に実行することができる。

［発明の効果］以上説明してきたように本発明によれば、入力電力を
低い値に設定した場合でも、適正な負荷であるか否かの
判断を迅速に行ない、併せて加熱むらが生じることなく
適切に加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例を示した回路図、第２図
及び第３図は第１図の実施例の動作を示した説明図、第
４図は従来例を示したブロック図、第５図は第４図の動
作を示した説明図、第６図は他の従来例を示したブロッ
ク図、第７図乃至第９図は従来例の動作を示した説明図
である。３……インバータ回路、７……加熱コイル 13……トランジスタ 23……オン時間設定回路 CON1……コンパレータ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチング手段を有し、このスイッチン
グ手段に接続される加熱コイルによって被加熱物を誘導
加熱する電磁調理器において、前記電力の供給源をオンオフ制御する電力供給制御手段
と、商用電源の入力電流を検出する電流検出手段と、検出した入力電流を予め設定された時定数で平滑する平
滑手段と、前記スイッチング手段のオン時間を設定するオン時間設
定手段と、平滑手段から平滑出力された情報とオン時間設定手段の
設定情報との比較により、前記被加熱物が適正な負荷で
あるか否かを判別する判別手段と、前記電力供給制御手段による電力の供給時間の開始から
略前記時定数時間経過後に判別手段における判別動作を
許可する判別制御手段と、を有することを特徴とする電磁調理器。