JP3997896B2

JP3997896B2 - Induction heating device

Info

Publication number: JP3997896B2
Application number: JP2002336454A
Authority: JP
Inventors: 篤志藤田; 泉生弘田; 裕二藤井; 貴宏宮内; 浩次新山
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP2004171931A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭やオフィス、レストラン、工場等で使用される誘導加熱調理器、誘導加熱を利用した湯沸かし器、加温装置等の誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱装置の例として、誘導加熱調理器について説明する。誘導加熱調理器では、加熱コイルから高周波磁界が発生し、加熱コイル近傍に置かれた金属製の鍋等の被加熱体に電磁誘導によって渦電流が発生し、被加熱体が加熱される。
【０００３】
以下、スイッチング素子の駆動とは、スイッチング素子の駆動制御端子に電圧が加わっている状態を指し、導通とは、スイッチング素子に電流が流れている状態を指すものとする。
【０００４】
従来の誘導加熱調理器においては、加熱調理中に鍋が取り去られると、加熱コイルを含む共振回路のインピーダンスが変化する現象を利用して、被加熱体の有無を検出し、無負荷状態になった場合には加熱停止させるようにしていた。
【０００５】
また、アルミや銅等の低抵抗率金属製の鍋は、抵抗率が低いために渦電流による発熱が十分得られず、インバータに過剰な負荷がかかるため、加熱コイルを含む共振回路のインピーダンスの特性変化が無負荷状態とほぼ同様になる現象を利用して検出し、加熱停止させるようにしていた。
【０００６】
しかしながら近年、誘導加熱調理器には、鉄をはじめとする高抵抗率金属製の鍋だけでなく、アルミ、銅等の低抵抗率金属製の鍋も誘導加熱できることが求められている。このような鍋を加熱するためには、加熱中のインバータにかかる負荷を低減し、さらに無負荷状態と低抵抗率金属製の鍋とを判別することが必要となる。
【０００７】
上記課題を解決するための方法として、例えば特許文献１に開示された従来の誘導加熱調理器の例を説明する。図５は、従来の誘導加熱調理器の全体のブロック図を示している。図において、６は２個のスイッチングトランジスタ７をインバータ駆動回路８によりスイッチングするように構成したインバータで、第１及び第２の加熱コイル９、１０並びに第１及び第２の共振コンデンサ１１、１２を備えた共振回路１３に高周波電力を供給するもので、各加熱コイル９、１０近傍に戴置された鍋等の被加熱体１４に高周波磁界を作用させ、これによる渦電流損によってその被加熱体１４を加熱する。
【０００８】
１６は位相比較回路であり、これは第１の加熱コイル９の電位Ｖ１と第２の共振コンデンサ１２の電位Ｖｃとを比較し、両電位Ｖ１、Ｖｃの位相差が略９０°の状態にするような電圧の周波数指令電圧信号Ｓ１をボルテージ・コントロールド・オシレーター１７（以下ＶＣＯ１７と称す）に出力する。ＶＣＯ１７は周波数指令電圧信号Ｓ１に応じた周波数で発振してインバータ駆動回路８を制御し、これによりインバータ６は両電位Ｖ１、Ｖｃが常に略９０°の位相差の状態（共振状態）となるような周波数（共振周波数）で動作するように制御される。
【０００９】
即ち、上記位相比較回路１６、ＶＣＯ１７及びインバータ駆動回路８はインバータ６の出力周波数を被加熱体１４の加熱時において共振状態となるようにフィードバック制御する共振制御手段１８を構成するもので、また位相比較回路１６から出力される周波数指令電圧信号Ｓ１はその共振周波数に比例した値となる。
【００１０】
次に、１９は周波数検出手段で、周波数指令電圧信号Ｓ１即ち共振周波数が所定値を越えたところでハイレベル信号を出力する。一方、２０はインピーダンス検出手段で、これはインバータ６の出力電流を検出する変流器２１を備え、インバータ６の出力電流が所定値を越えるときにハイレベル信号が出力されるようになっている。
【００１１】
負荷状態とインバータ６の出力電流及び共振周波数との関係について図に示す。図６は被加熱体の材質が鉄、磁性ステンレス、非磁性ステンレス、銅及びアルミニウムであるとき並びに無負荷状態のときにおけるインバータ電流と共振周波数とを実測した結果を示すものである。
【００１２】
被加熱体がアルミニウム或いは銅等の低抵抗金属製の場合（無負荷も含む）と、それが鉄或いはステンレスのような高抵抗金属製の場合とはインバータ電流の大小により区別される。このことは、インバータ電流（換言すれば加熱コイル９、１０の入力インピーダンス）と共振周波数とにより被加熱体の材質及び被加熱体の有無が判別できることを意味する。
【００１３】
また、その動作について説明する。電圧制御回路５によりインバータ６への出力電圧が低い一定値において負荷状態判別動作が開始される。インピーダンス検出手段２０により、加熱コイル９、１０の入力インピーダンスが大きく、インバータ電流が小さいと検出された場合、固有抵抗の大きい鉄等の被加熱体であることが判別される。
【００１４】
また、加熱コイル９、１０の入力インピーダンスが小さく、インバータ電流が大きいと検出され、さらに、周波数検出手段１９により、共振周波数が高いと検出された場合、固有抵抗が小さく、共振周波数の高いアルミニウム等の被加熱体であることが判別される。無負荷の場合は、加熱コイル９、１０の入力インピーダンスが小さく、インバータ電流が大きいと検出され、さらに、共振周波数が低いと検出されることから判別される。
【００１５】
【特許文献１】
特許第２６４７０７９号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、まず第１に、加熱時において共振状態となるようにフィードバック制御する位相比較回路１６、ＶＣＯ１７等の共振制御手段１８が必要となり、回路構成が複雑になる。第２に、インバータ６への出力電圧が大きいままでは、常に共振状態にあるために、加熱不適切な被加熱体であっても過大な電流、電圧が生じる場合がある。前記従来の構成では、これを回避するためにインバータ６への出力電圧を制御する電圧制御回路５を用い、出力電圧を低い一定値にする制御を行うため、新たに回路が必要となり、スイッチング素子の駆動制御以外の制御も必要となる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、高周波磁界を発生し被加熱体を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振する共振コンデンサと、スイッチング素子とを有するインバータと、前記スイッチング素子の導通を制御して前記インバータの出力を制御する制御手段と、前記インバータの出力の大きさを検出する出力検出手段の検知出力を記憶手段に記憶されたしきい値と比較することにより前記被加熱体の材質がアルミなどに比べ高抵抗率の第１の材質、アルミなどの低抵抗率の第２の材質、または無負荷状態もしくはそれに近い第３の材質のいずれかであることを判別する材質判別手段とを備え、前記制御手段は、前記被加熱体を前記第２の材質とした場合に前記加熱コイルと前記共振コンデンサに依存して決まる共振周波数である第２共振周波数近傍から前記第２共振周波数の１／２倍近傍の範囲の駆動周波数で前記スイッチング素子を駆動可能とするとともに、前記制御手段が、前記駆動周波数を第１の周波数から第２の周波数まで挿引して前記スイッチング素子を駆動する間に、前記材質判別手段は、前記被加熱体が前記第１の材質、第２の材質あるいは第３の材質のいずれかであることを判別し、前記第１の周波数は、前記第２共振周波数の１／２倍の周波数と、無負荷状態の場合の前記共振周波数の間で、前記インバータの出力の大きさが所定値以下になるよう設定される誘導加熱装置とするものである。
【００１８】
これによって、アルミをはじめとする低抵抗率金属製の被加熱体と、誘導加熱に適さない負荷（小物負荷、無負荷）と、それ以外の金属製の被加熱体との判別を容易に行い、所定の制御を行う誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、高周波磁界を発生し被加熱体を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振する共振コンデンサと、スイッチング素子とを有するインバータと、前記スイッチング素子の導通を制御して前記インバータの出力を制御する制御手段と、前記インバータの出力の大きさを検出する出力検出手段の検知出力を記憶手段に記憶されたしきい値と比較することにより前記被加熱体の材質がアルミなどに比べ高抵抗率の第１の材質、アルミなどの低抵抗率の第２の材質、または無負荷状態もしくはそれに近い第３の材質のいずれかであることを判別する材質判別手段とを備え、前記制御手段は、前記被加熱体を前記第２の材質とした場合に前記加熱コイルと前記共振コンデンサに依存して決まる共振周波数である第２共振周波数近傍から、前記第２共振周波数の１／２倍近傍の範囲の駆動周波数で前記スイッチング素子を駆動可能とするとともに、前記制御手段が、前記駆動周波数を第１の周波数から第２の周波数まで低下させるように掃引して前記スイッチング素子を駆動する間に、前記材質判別手段は、前記被加熱体が前記第１の材質、第２の材質あるいは第３の材質のいずれかであることを判別し、前記第１の周波数は、前記第２共振周波数の１／２倍の周波数と、無負荷状態の場合の前記共振周波数の間で、前記インバータの出力の大きさが所定値以下になるよう設定される誘導加熱装置とするものである。
【００２０】
従来の誘導加熱装置においては、被加熱体の材質判別動作時に共振周波数を追尾して加熱を行うことで、出力が過度に大きくなる恐れがあるため、インバータへの出力電圧を制御し、低い所定値とすることでインバータ出力を制限していたが、請求項１に記載の発明では、如何なる被加熱体であっても、第１の周波数では、如何なる被加熱体の共振周波数とも合致せず、所定の出力以下であり、前記被加熱体の材質判別動作時に十分低い出力になるような所定の駆動周波数で動作させるため、前記インバータにかかる負荷を抑えることが可能となる。共振周波数を追尾する複雑な構成が不要であり、インバータへの出力電圧を制御することなく、容易に被加熱体の材質判別を行うことが出来る。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、出力検出手段は、インバータの電源電流の大きさと、前記インバータが発生する高周波電流の大きさと、前記インバータが発生する高周波電圧の大きさとのうちの少なくとも１つを検出する誘導加熱装置とすることにより、従来の誘導加熱装置のような、構成が複雑な周波数検出手段が不要となる。また材質判別に使用する出力検出手段を、従来、入力電力制御や、前記インバータ保護制御に使用していた出力検出手段とすることにより、比較的構成が簡単で、検知を容易にすることが出来る。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、出力検出手段の検出結果が所定値に到達するまでは、到達後に比較して、インバータの出力の大きさに対する前記出力検出手段の検出結果を拡大する誘導加熱装置とするものである。前記被加熱体材質が低抵抗率金属である場合と、高抵抗率金属である場合では、前記被加熱体を含めた前記加熱コイルの特性が大きく異なるため、前記インバータの出力の大きさも大きく変化し、低抵抗率金属では出力が大きく、高抵抗率金属では小さくなる。請求項３に記載の発明により、前記被加熱体材質により出力が大きく異なる場合においても、前記被加熱体に応じて前記出力検出手段の拡大率を変更することにより、精度良く前記インバータの出力の大きさを検知することが可能となる。
【００２３】
また、起動時には、十分低い出力になるような所定の駆動周波数で動作させるが、前記インバータの出力の大きさが小さい場合においても、正確に前記被加熱体材質判別を行うことが出来る。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、材質判別手段の判別結果により、被加熱体に適した共振状態を得るべく、加熱コイルまたは共振コンデンサのうちのすくなくとも１つのインピーダンスを変化させるインピーダンス変更手段を動作する誘導加熱装置とすることにより、アルミをはじめとする低抵抗率金属製の被加熱体と、それ以外の金属製の被加熱体等に適した所定の共振状態を得ることが可能となる。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、平滑コンデンサの両端に直列接続された高電位側の第２のスイッチング素子及び低電位側の第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に並列に接続され高周波磁界を発生し被加熱体を加熱する加熱コイル及び共振コンデンサの直列接続体とを有するインバータと、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の導通を制御して前記インバータの出力を制御する制御手段と、前記インバータの出力の大きさを検出する出力検出手段の検知出力を記憶手段に記憶されたしきい値と比較することにより前記被加熱体の材質が前記被加熱体をアルミなどに比べ高抵抗率の第１の材質、アルミなどの低抵抗率の第２の材質、または無負荷状態もしくはそれに近い第３の材質のいずれかであることを判別する材質判別手段とを備え、前記制御手段は、前記被加熱体を前記第２の材質とした場合に前記加熱コイルと前記共振コンデンサに依存して決まる共振周波数である第２共振周波数近傍から前記第２共振周波数の１／２倍近傍の範囲の駆動周波数で前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を駆動可能とするとともに、起動時、第１の周波数で、前記第１のスイッチング素子の駆動時間を最小とし、徐々に前記駆動時間を増加し前記第１のスイッチング素子の駆動時間比が所定の駆動時間比に達するまで前記第１のスイッチング素子の駆動時間比を変化させる制御を行い、その後、前記制御手段が、前記駆動時間比を固定して前記駆動周波数を前記第１の周波数から第２の周波数まで低下させるように掃引して前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を駆動する間に、前記材質判別手段は、前記被加熱体が前記第１の材質、第２の材質あるいは第３の材質のいずれかであることを判別し、前記第１の周波数は、前記第２共振周波数の１／２倍の周波数と、無負荷状態の場合の前記共振周波数の間で、前記インバータの出力の大きさが所定値以下になるよう設定される誘導加熱装置とすることにより、起動時には前記スイッチング素子の駆動時間を短く設定し、起動直後の短絡電流を制限することが可能となり、起動時のスイッチング素子の負荷を抑えることが出来る。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、インバータを所定の動作状態で動作すべく設定するための動作設定手段と、材質判別手段が被加熱体の材質を判別する際に使用する第１の周波数、第２の周波数または出力検知手段の検知出力のしきい値もしくはマトリクスを記憶する記憶手段とを備え、制御手段は、所定の被加熱体が加熱コイル近傍に置かれた後、前記動作設定手段によって所定の動作設定がなされると、前記インバータ電流が所定値となるように前記インバータを動作させるとともに、その際に測定したスイッチング素子の駆動周波数から演算により第１の材質、第２の材質、または第３の材質が判別できる前記第１の周波数、前記第２の周波数または前記出力検知手段の検知出力のしきい値もしくはマトリクス少なくともひとつを決定し前記記憶手段に記憶する誘導加熱装置とするものである。
【００２８】
共振周波数は、前記加熱コイルや前記共振コンデンサの容量、前記加熱コイルと前記被加熱体との距離をはじめとする前記インバータばらつきによって大きく左右され、特に前記被加熱体が低抵抗率金属であった場合に顕著となる。そのため、同じ被加熱体であっても、前記インバータばらつきによっては、加熱時の前記インバータ出力特性に差異が生じ、例えば誘導加熱可能な被加熱体と誘導加熱に不適な被加熱体（無負荷、小物負荷など）との判別が困難となる。
【００２９】
請求項６に記載の発明により、それぞれの誘導加熱装置が持つ前記インバータばらつきを含めた材質判別のための第１の周波数、第２の周波数または出力検知手段の検知出力のしきい値もしくはマトリクスの所定値を決定することが可能となるため、材質判別をより正確に行うことが出来る。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、請求項６の構成において、所定の被加熱体が加熱コイル近傍に置かれた後、動作設定手段によって所定の動作設定がなされると、制御手段が、インバータの入力電流が所定値となるように前記インバータを動作させることに代え、無負荷状態にして前記動作設定手段によって所定の動作設定がなされると、前記制御手段が、無負荷状態で前記インバータを動作させることにより、演算により材質判別基準を変更、決定することが可能である。
【００３１】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（実施例１）
図１は、本実施例の誘導加熱装置の回路構成を示す図である。
【００３３】
電源２８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ある整流回路２９の入力端に接続される。整流回路２９の出力端間に第１の平滑コンデンサ３０が接続される。整流回路２９の出力端間には、さらにチョークコイル３１と第１のスイッチング素子３２の直列接続対が接続される。加熱コイル３３は被加熱体である鍋３４と対向して配置されている。
【００３４】
３５はインバータであり、第２の平滑コンデンサ３６の低電位側端子は整流回路２９の負極端子に接続され、第２の平滑コンデンサ３６の高電位側端子は第２のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）３７の高電位側端子（コレクタ）に接続され、第２のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）３７の低電位側端子はチョークコイル３１と第１のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）３２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３３と共振コンデンサ３８の直列接続体が第１のスイッチング素子３２に並列に接続される。
【００３５】
第１の逆導通素子３９（第１のダイオード）は第１のスイッチング素子３２に逆並列に接続（第１のダイオード３９のカソードと第１のスイッチング素子３２のコレクタとを接続）され、第２の逆導通素子４１（第２のダイオード）は第２のスイッチング素子３７に逆並列に接続される。
【００３６】
補正用共振コンデンサ４２とリレー４３の直列接続体は共振コンデンサ３８に並列に接続されている。リレー４３は共振コンデンサ３８のインピーダンスを変更する（補正用共振コンデンサ４２を並列に接続する）ためのインピーダンス変更手段である。制御手段４４は、第１のスイッチング素子３２を駆動する第１の駆動手段４７と、第２のスイッチング素子３７を駆動する第２の駆動手段４８と、リレー４３の駆動コイル（図示せず）と、検知抵抗切り換え手段５０に信号を出力する。
【００３７】
また、前記制御手段４４は、電源２８からの入力電流を検知するカレントトランス４５と、加熱コイル３３の電圧を検知する電圧検知手段４６の検知信号を入力するとともに、被加熱体３４の材質を判別する材質判別手段を内包する。前記電圧検知手段４６は、検知倍率を変更出来るよう、第１の検知抵抗４８に加え、前記検知抵抗切り換え手段５０により第２の検知抵抗４９が並列接続されるよう構成する。さらに記憶手段５１は、前記制御手段４４に接続され、前記制御手段４４からの情報を記憶する。
【００３８】
また、５２は、使用者が動作開始、停止、出力調整等を行うための動作設定手段である。
【００３９】
以上のように構成された誘導加熱装置において、以下動作を説明する。電源２８は整流回路２９により全波整流され、整流回路２９の出力端に接続された第１の平滑コンデンサ３０に供給される。この第１の平滑コンデンサ３０はインバータ３５に高周波電流を供給する供給源として働く。
【００４０】
図２、図３は上記回路における各部波形を示す図であり、図２は鍋３４の材質が低抵抗率金属であるアルミなどのものの場合である。
【００４１】
図２（ａ）は第１のスイッチング素子３２と第１の逆導通素子３９に流れる電流を、同図（ｂ）は第２のスイッチング素子３７と第２の逆導通素子４０に流れる電流を、同図（ｃ）は第１のスイッチング素子３２駆動制御端子電圧を、同図（ｄ）は第２のスイッチング素子３７駆動制御端子電圧を、同図（ｅ）は加熱コイル３３に流れる電流をそれぞれ示している。
【００４２】
第１の駆動手段４７は、制御手段４４からの信号に基づき、時点ｔ０から時点ｔ１まで図２（ｃ）に示すように第１のスイッチング素子３２駆動制御端子に駆動期間がＴ１（約２４μ秒）である駆動信号を出力する。この駆動期間Ｔ１の間では第１のスイッチング素子３２及び第１の逆導通素子３９と、加熱コイル３３と、共振コンデンサ３８で形成される閉回路で共振し、鍋３４がアルミ製などの鍋であるときの共振周期（１／ｆ）が駆動期間Ｔ１の約２／３倍（約１６μ秒）となるように加熱コイル３３の巻き数（４４Ｔ）と共振コンデンサ３８の容量（０．０３μＦ）と、駆動期間Ｔ１が設定されている。チョークコイル３１はこの第１のスイッチング素子３２の駆動期間Ｔ１において、第１の平滑コンデンサ３０の静電エネルギを磁気エネルギとして蓄える。
【００４３】
次に、第１のスイッチング素子３２に流れる共振電流の第２番目のピークと共振電流が次に零となる間のタイミングである時点ｔ１、すなわち第１のスイッチング素子３２の順方向に電流が流れている時点で第１のスイッチング素子３２の駆動が停止される。
【００４４】
第１のスイッチング素子３２の遮断後、第１のスイッチング素子３２のコレクタと接続されたチョークコイル３１の端子電圧が立ち上がり、この電位が第２の平滑コンデンサ３６の電位を越えると、第２の逆導通素子４０を通して第２の平滑コンデンサ３６に充電して、チョークコイル３１に蓄えた磁気エネルギを放出する。第２の平滑コンデンサ３６の電圧は、整流回路２９の出力電圧のピーク値よりも高くなるよう昇圧される。昇圧されるレベルは第１のスイッチング素子３２の駆動期間に依存し、駆動期間が長くなると第２の平滑コンデンサ３６に発生する電圧が高くなる傾向にある。
【００４５】
このように、第２の平滑コンデンサ３６−第２のスイッチング素子３７あるいは第２の逆導通素子４０−加熱コイル３３−共振コンデンサ３８で形成される閉回路で共振する際に直流電源として働く第２の平滑コンデンサ３６の電圧レベルが昇圧されることにより、図２（ａ）で示す第１のスイッチング素子３２に流れる共振電流の尖頭値、及び共振経路を変えて継続して共振する同図（ｂ）の第２のスイッチング素子３７に流れる共振電流の尖頭値が零とならないように、あるいは小さくならないようにして、高導電率で非磁性であるアルミなどの鍋を高出力で誘導加熱し、かつ出力を連続的に増減して制御するように出来る。
【００４６】
また、図２（ｃ）、（ｄ）で示すように、第２の駆動手段４８は、制御手段４４からの信号に基づき、時点ｔ１から両スイッチング素子が同時遮断期間後の時点ｔ２において、第２のスイッチング素子３７駆動制御端子に駆動信号を出力する。この結果、同図（ｂ）に示すように加熱コイル３３−共振コンデンサ３８−第２のスイッチング素子３７または第２の逆導通素子４０−第２の平滑コンデンサ３６とからなる閉回路に経路を変えて共振電流が流れることになる。この駆動信号の駆動期間Ｔ２は、この場合にはＴ１とほぼ同じ期間に設定されているので、第１のスイッチング素子３２が導通していた場合と同様に、駆動期間Ｔ１の約２／３倍の周期の共振電流が流れる。
【００４７】
従って、加熱コイル３３に流れる電流は、図２（ｅ）に示すような波形となり、第１及び第２のスイッチング素子３２、３７の駆動周期（Ｔ１とＴ２と同時遮断期間の和）は共振電流の周期の約３倍となり、第１及び第２のスイッチング素子３２、３７の駆動周波数が約２０ｋＨｚであれば、加熱コイル３３に流れる共振電流の周波数は約６０ｋＨｚとなる。
【００４８】
図３は鍋３４の材質がアルミなどに比較して高抵抗率である鉄系のものの場合である。
【００４９】
図３（ａ）は第１のスイッチング素子３２と第１の逆導通素子３９に流れる電流を、同図（ｂ）は第２のスイッチング素子３７と第２の逆導通素子４０に流れる電流を、同図（ｃ）は第１のスイッチング素子３２駆動制御端子電圧を、同図（ｄ）は第２のスイッチング素子３７駆動制御端子電圧を、同図（ｅ）は加熱コイル３３に流れる電流をそれぞれ示している。
【００５０】
この場合においても、基本的な動作は図２に示すような、鍋３４の材質が低抵抗率であるアルミなどの場合と変わらない。しかしながら、鉄系の鍋を誘導加熱するには、共振電流周波数が従来の約２０ｋＨｚ程度で十分であるため、共振電流が約２０ｋＨｚになるよう、リレー４３を投入して、共振コンデンサ３８（０．０３μＦ）と補正用共振コンデンサ４２（０．２１μＦ）が電気的に並列接続されるよう切り換える。
【００５１】
さらに、第１のスイッチング素子３２と第２のスイッチング素子３７を一定の周波数（約２３ｋＨｚ）で所定の出力となるよう、駆動時間比で設定する。共振電流は約２０ｋＨｚ程度になるよう共振コンデンサ３８及び補正用共振コンデンサ４２が接続されているため、第１のスイッチング素子３２に流れる共振電流は第２番目のピークとなる前に駆動が停止される。
【００５２】
次に、起動時における材質判別動作について説明する。制御手段４４はリレー４３を遮断状態にし、無負荷時における共振周波数（約４４ｋＨｚ）と、アルミ鍋加熱時の共振周波数（約６０ｋＨｚ）／２のほぼ中間の周波数（約３６ｋＨｚ）を第１の周波数として第１のスイッチング素子３２と第２のスイッチング素子３７を交互に駆動する。
【００５３】
また、前記共振コンデンサ３８電圧が低い場合においても拡大して検知可能なように、前記電圧検知手段４６の第２の検知抵抗５０が切り離され、分圧比が高まるよう前記検知抵抗切り換え手段５１を制御する。
【００５４】
なお、材質判別動作後の通常加熱時には、前記第２の検知抵抗５０が第１の検知抵抗４９に並列接続され、分圧比が下がるよう、制御手段４４は前記検知抵抗切り換え手段５１を制御される。起動直後の短絡電流による前記第１及び第２のスイッチング素子３２、３７破壊を防止するために、起動時には、前記第１のスイッチング素子３２駆動時間を最小となるよう駆動し（本実施例では、約２μ秒）、徐々に所定の駆動時間比（本実施例では前記第１のスイッチング素子３２駆動時間比が約０．２５）になるよう制御する。
【００５５】
所定の駆動時間比に達した後は、駆動時間比を固定したまま、前記記憶手段５２に記憶されている第２の周波数（本実施例では約３０ｋＨｚ）を参照し、第２の周波数まで駆動周波数を掃引する。
【００５６】
第１の周波数では、如何なる被加熱体であっても共振周波数から外れており、十分な共振が不可能であるために、従来の誘導加熱調理器のように、前記インバータ３５電源となる前記第１の平滑コンデンサ３０電圧を降圧しなくても、前記インバータ３５出力が過大になることはない。材質判別動作中の各種被加熱体での動作線を図４に示す。
【００５７】
図において、横軸は前記電源２８からの入力電流を検知するカレントトランス４５の検知出力、縦軸は前記加熱コイル３３の電圧を検知する電圧検知手段４６の検知出力を示している。図から明らかなように、鍋３４の材質が低抵抗率であるアルミなどのものであると、前記加熱コイル３３電圧の上昇が顕著となり、それ以外の金属製の鍋であると、前記電源２８からの入力電流の上昇が顕著となる。
【００５８】
また無負荷状態では、前記加熱コイル３３電圧も、前記電源２８からの入力電流も十分に上昇しない。制御手段４４内部には、図４に示すように、前記カレントトランス４５検知出力に関するしきい値と、前記加熱コイル３３の電圧検知手段４６検知出力に関するしきい値を保持しており、このしきい値を越えた検知出力が得られたと判断すれば、上記に示すアルミをはじめとする低抵抗金属製鍋に対応した制御、鉄をはじめとする高抵抗金属製鍋に対応した制御を行い、無負荷状態と判断すれば加熱停止する。
【００５９】
また、共振周波数は、前記加熱コイル３３や前記共振コンデンサ３８の容量、前記加熱コイル３３と鍋３４との距離をはじめとする前記インバータ３５ばらつきによって大きく左右されるため、図４に示す各種被加熱体での動作線も変化する。
【００６０】
本実施例では、所定の鍋３４が加熱コイル３３近傍に置かれた後、動作設定手段５３によって所定の動作設定がなされた場合には、動作設定手段５３から制御手段４４に信号が出力され、制御手段４４はカレントトランス４５検知結果より、インバータ３５の入力電流が所定値となるよう加熱制御を行う。このとき、所定の鍋３４で所定のインバータ３５入力電流が得られたスイッチング素子３２、３７の駆動周波数から演算により、アルミをはじめとする低抵抗率金属製の鍋、無負荷状態、それ以外の鍋が判別できるよう、第２の周波数を決定し記憶手段５２に記憶する。
【００６１】
なお、この所定動作設定時には、前記インバータ３５ばらつきを見越し、駆動周波数の制限を通常より緩やかにして、所定鍋３４であれば前記インバータ３５ばらつきがあったとしても、必ず加熱可能になるよう制御する。この所定動作設定により、前記インバータ３５のばらつきを吸収し、正確な判別を行う。
【００６２】
なお、本実施例では、被加熱体がある場合の、動作設定手段５３による所定動作設定時の調整について説明したが、これに限定するものではなく、無負荷状態であっても演算により材質判別基準を変更、決定することは可能である。また、第２の周波数を記憶する例を挙げたが、第１の周波数、前記カレントトランス４５検知出力のしきい値又は前記加熱コイル３３電圧検知手段４６検知出力のしきい値の変更、記憶でも同様の効果が得られる。
【００６３】
また、前記カレントトランス４５検知出力のしきい値、前記電圧検知手段４６検知出力のしきい値に基づき、前記鍋３４の材質判別を行う例を挙げたが、これに限定するものではなく、例えば前記制御手段４４または前記記憶手段５２内部に図４に相当するマトリクスを保持しておき、検知出力とマトリクスの比較により、前記鍋３４材質判別を行ってもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、アルミをはじめとする低抵抗率金属製の被加熱体と、誘導加熱に適さない負荷（小物負荷、無負荷）と、それ以外の金属製の被加熱体との判別を容易に行い、所定の制御を行う誘導加熱装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における誘導加熱調理器の回路構成を示す図
【図２】同、各部波形を示す図
【図３】同、各部波形を示す図
【図４】同、被加熱体の材質と出力検出手段による検知出力との関係を示す特性図
【図５】従来の誘導加熱調理器の全体のブロック図
【図６】同、被加熱体の材質とインバータ電流及び共振周波数との関係を示す特性図
【符号の説明】
３２第１のスイッチング素子
３３加熱コイル
３４鍋（被加熱体）
３５インバータ
３７第２のスイッチング素子
３８共振コンデンサ
４３リレー（インピーダンス変更手段）
４４制御手段（材質判別手段を内包）
４５カレントトランス（出力検出手段）
４６電圧検知手段（出力検出手段）
５２記憶手段
５３動作設定手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an induction heating apparatus such as an induction heating cooker used in general homes, offices, restaurants, factories, and the like, a water heater using induction heating, and a heating apparatus.
[0002]
[Prior art]
An induction heating cooker will be described as an example of the induction heating device. In the induction heating cooker, a high-frequency magnetic field is generated from the heating coil, an eddy current is generated by electromagnetic induction in a heated object such as a metal pan placed near the heating coil, and the heated object is heated.
[0003]
Hereinafter, the driving of the switching element refers to a state where a voltage is applied to the drive control terminal of the switching element, and the conduction refers to a state where a current flows through the switching element.
[0004]
In the conventional induction heating cooker, when the pan is removed during cooking, the presence or absence of the object to be heated is detected using the phenomenon that the impedance of the resonance circuit including the heating coil changes, and the load becomes unloaded. In such a case, the heating was stopped.
[0005]
Also, low resistivity metal pans such as aluminum and copper do not generate enough heat due to eddy current due to low resistivity, and an excessive load is applied to the inverter. Detection was made using a phenomenon in which the characteristic change was almost the same as in the no-load state, and the heating was stopped.
[0006]
However, in recent years, induction heating cookers are required to be capable of induction heating not only high resistivity metal pans such as iron but also low resistivity metal pans such as aluminum and copper. In order to heat such a pan, it is necessary to reduce the load applied to the inverter that is being heated and to distinguish between a no-load state and a low resistivity metal pan.
[0007]
As a method for solving the above problem, an example of a conventional induction heating cooker disclosed in Patent Document 1 will be described. FIG. 5 shows an overall block diagram of a conventional induction heating cooker. In the figure, reference numeral 6 denotes an inverter configured to switch two switching transistors 7 by an inverter drive circuit 8, and includes first and second heating coils 9, 10 and first and second resonant capacitors 11, 12. A high-frequency power is supplied to the resonance circuit 13 provided. A high-frequency magnetic field is applied to a heated object 14 such as a pan placed in the vicinity of each of the heating coils 9 and 10, and the heated object is caused by eddy current loss caused thereby. 14 is heated.
[0008]
Reference numeral 16 denotes a phase comparison circuit, which compares the potential V1 of the first heating coil 9 with the potential Vc of the second resonant capacitor 12, and sets the phase difference between the potentials V1 and Vc to approximately 90 °. A frequency command voltage signal S1 having such a voltage is output to a voltage controlled oscillator 17 (hereinafter referred to as VCO 17). The VCO 17 oscillates at a frequency corresponding to the frequency command voltage signal S1 to control the inverter drive circuit 8, so that the inverter 6 always has a phase difference state (resonance state) of about 90 ° between both potentials V1 and Vc. It is controlled to operate at a certain frequency (resonance frequency).
[0009]
That is, the phase comparison circuit 16, the VCO 17 and the inverter drive circuit 8 constitute a resonance control means 18 for feedback control so that the output frequency of the inverter 6 is in a resonance state when the heated body 14 is heated. The frequency command voltage signal S1 output from the comparison circuit 16 has a value proportional to the resonance frequency.
[0010]
Reference numeral 19 denotes frequency detection means for outputting a high level signal when the frequency command voltage signal S1, that is, the resonance frequency exceeds a predetermined value. On the other hand, 20 is an impedance detection means, which comprises a current transformer 21 for detecting the output current of the inverter 6, and outputs a high level signal when the output current of the inverter 6 exceeds a predetermined value. .
[0011]
The relationship between the load state, the output current of the inverter 6 and the resonance frequency is shown in the figure. FIG. 6 shows the results of actual measurement of the inverter current and the resonance frequency when the material of the object to be heated is iron, magnetic stainless steel, nonmagnetic stainless steel, copper and aluminum, and when there is no load.
[0012]
The case where the object to be heated is made of a low resistance metal such as aluminum or copper (including no load) and the case where it is made of a high resistance metal such as iron or stainless steel are distinguished by the magnitude of the inverter current. This means that the material of the object to be heated and the presence or absence of the object to be heated can be determined from the inverter current (in other words, the input impedance of the heating coils 9 and 10) and the resonance frequency.
[0013]
The operation will be described. The voltage control circuit 5 starts the load state determination operation at a constant value where the output voltage to the inverter 6 is low. When the impedance detection means 20 detects that the input impedance of the heating coils 9 and 10 is large and the inverter current is small, it is determined that the object to be heated is iron or the like having a large specific resistance.
[0014]
Further, when the input impedance of the heating coils 9 and 10 is small and the inverter current is detected to be large, and further, the frequency detecting means 19 detects that the resonance frequency is high, aluminum having a small specific resistance and a high resonance frequency, etc. Is to be heated. In the case of no load, it is determined that the input impedance of the heating coils 9 and 10 is small, the inverter current is detected to be large, and the resonance frequency is detected to be low.
[0015]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2647079
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional configuration, first, the resonance control means 18 such as the phase comparison circuit 16 and the VCO 17 that perform feedback control so as to be in a resonance state at the time of heating is required, and the circuit configuration becomes complicated. Secondly, when the output voltage to the inverter 6 remains large, the resonance state is always maintained. Therefore, an excessive current and voltage may be generated even if the object to be heated is inappropriate. In the conventional configuration, in order to avoid this, the voltage control circuit 5 that controls the output voltage to the inverter 6 is used, and the output voltage is controlled to be a low constant value. Control other than the drive control is also required.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described conventional problems, the present invention provides a heating coil that generates a high-frequency magnetic field and heats an object to be heated, a resonance capacitor that resonates with the heating coil, an inverter having a switching element, and the switching element The control means for controlling the conduction of the inverter to control the output of the inverter and the detection of the output detection means for detecting the magnitude of the output of the inverter. By comparing the intelligent output with the threshold value stored in the storage means Material of the heated object Is one of the first material with higher resistivity than aluminum, the second material with lower resistivity such as aluminum, or the third material with no load or close to it And a material discriminating means for discriminating, the control means, When the heated body is the second material Resonance frequency determined depending on the heating coil and the resonant capacitor The second resonance frequency is From the neighborhood Second 1 / resonance frequency 2 The switching element can be driven at a driving frequency in the vicinity of double, and the control means Drive frequency While the switching element is driven by being inserted and pulled from the first frequency to the second frequency, the material discriminating means is configured such that the object to be heated is made of the first material, the second material, or the third material. Determine that it is either The first frequency is between a frequency that is ½ times the second resonance frequency and the resonance frequency in a no-load state so that the output of the inverter is less than a predetermined value. Set This is an induction heating device.
[0018]
This makes it easy to distinguish between heated objects made of low resistivity metals such as aluminum, loads that are not suitable for induction heating (small load, no load), and other heated objects made of metal. An object of the present invention is to provide an induction heating apparatus that performs predetermined control.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, there is provided a heating coil that generates a high-frequency magnetic field and heats an object to be heated, a resonance capacitor that resonates with the heating coil, an inverter having a switching element, and the conduction of the switching element. Control means for controlling the output of the inverter and output detection means for detecting the magnitude of the output of the inverter. By comparing the intelligent output with the threshold value stored in the storage means Material of the heated object Is one of the first material with higher resistivity than aluminum, the second material with lower resistivity such as aluminum, or the third material with no load or close to it And a material discriminating means for discriminating, the control means, When the heated body is the second material Resonance frequency determined depending on the heating coil and the resonant capacitor The second resonance frequency is From the neighborhood, said Second 1 / resonance frequency 2 The switching element can be driven at a driving frequency in the vicinity of double, and the control means Drive frequency From the first frequency to the second frequency Sweep to lower The material determining means determines that the heated object is any of the first material, the second material, and the third material while the switching element is driven. The first frequency is between a frequency that is ½ times the second resonance frequency and the resonance frequency in a no-load state so that the output of the inverter is less than a predetermined value. Set This is an induction heating device.
[0020]
In the conventional induction heating device, since the output may be excessively increased by tracking and heating the resonance frequency during the material discrimination operation of the object to be heated, the output voltage to the inverter is controlled and low predetermined Although the inverter output was limited by setting the value, in the invention according to claim 1, any object to be heated is used. At the first frequency, it does not match the resonance frequency of any object to be heated and is below a predetermined output, In order to operate at a predetermined drive frequency so that the output is sufficiently low during the material discrimination operation of the heated object, It becomes possible to suppress the load applied to the inverter. A complicated configuration for tracking the resonance frequency is not required, and the material of the object to be heated can be easily determined without controlling the output voltage to the inverter.
[0021]
According to a second aspect of the present invention, the output detection means has at least one of the magnitude of the power supply current of the inverter, the magnitude of the high-frequency current generated by the inverter, and the magnitude of the high-frequency voltage generated by the inverter. By using the induction heating device to detect, the frequency detection means having a complicated configuration as in the conventional induction heating device becomes unnecessary. Moreover, the output detection means used for material discrimination is the output detection means conventionally used for input power control and the inverter protection control, so that the configuration is relatively simple and the detection can be facilitated. .
[0022]
According to a third aspect of the present invention, the induction heating device expands the detection result of the output detection means relative to the output level of the inverter until the detection result of the output detection means reaches a predetermined value, compared to after the arrival. It is what. When the material to be heated is a low resistivity metal and when it is a high resistivity metal, the characteristics of the heating coil including the object to be heated are greatly different. However, the output is large for the low resistivity metal and small for the high resistivity metal. According to the third aspect of the present invention, even when the output greatly differs depending on the material to be heated, the output of the inverter can be accurately obtained by changing the enlargement ratio of the output detection means according to the object to be heated. The size can be detected.
[0023]
Further, at the time of start-up, the operation is performed at a predetermined drive frequency so that the output is sufficiently low, but the material to be heated can be accurately determined even when the output of the inverter is small.
[0025]
Claim 4 The induction heating apparatus operates an impedance changing unit that changes at least one impedance of the heating coil or the resonance capacitor in order to obtain a resonance state suitable for the object to be heated based on the determination result of the material determination unit. By doing so, it becomes possible to obtain a predetermined resonance state suitable for a low-resistivity metal heated body such as aluminum and other metal heated bodies.
[0026]
Claim 5 The invention described in A second switching element on the high potential side and a first switching element on the low potential side connected in series to both ends of the smoothing capacitor, and a high frequency magnetic field connected in parallel to the first switching element to generate an object to be heated An inverter having a heating coil for heating and a series connection body of resonant capacitors, control means for controlling conduction of the first switching element and the second switching element to control the output of the inverter, By comparing the detection output of the output detection means for detecting the magnitude of the output with the threshold value stored in the storage means, the material of the object to be heated is a first having a high resistivity compared to the object to be heated such as aluminum. A material discrimination means for discriminating whether the material is a low-resistance second material such as aluminum, or a third material with no load or close to it. And the control means has a second resonance frequency of 1 from the vicinity of the second resonance frequency, which is a resonance frequency determined depending on the heating coil and the resonance capacitor, when the object to be heated is the second material. The first switching element and the second switching element can be driven at a driving frequency in the vicinity of / 2 times, and Start-up Time At the first frequency The drive time of the first switching element is minimized, the drive time is gradually increased, and the drive time ratio of the first switching element is Until the predetermined drive time ratio is reached The first Control to change the driving time ratio of the switching element Thereafter, the control means sweeps the drive frequency from the first frequency to the second frequency by fixing the drive time ratio to sweep the first switching element and the second While driving the switching element, the material determining means determines that the object to be heated is any one of the first material, the second material, and the third material, and the first frequency is The magnitude of the output of the inverter is set to be equal to or less than a predetermined value between a frequency that is ½ times the second resonance frequency and the resonance frequency in a no-load state. By using the induction heating device, it is possible to set the drive time of the switching element short at start-up, limit the short-circuit current immediately after start-up, and suppress the load of the switching element at start-up.
[0027]
Claim 6 According to the invention, the operation setting means for setting the inverter to operate in a predetermined operation state, and the material discrimination means are heated of Material The The first to use when discriminating Frequency, second frequency or threshold value or matrix of detection output of output detection means Storage means for storing, the control means, After a predetermined object to be heated is placed near the heating coil, The operation setting means When the predetermined operation setting is made by the Predetermined value And The inverter was operated so that it was measured at that time The first frequency, the second frequency, or the threshold value of the detection output of the output detection means that can distinguish the first material, the second material, or the third material by calculation from the driving frequency of the switching element, or At least one matrix is determined and stored in the storage means This is an induction heating device.
[0028]
The resonance frequency is greatly influenced by the inverter variation including the capacity of the heating coil and the resonance capacitor, the distance between the heating coil and the heated object, and in particular, the heated object is a low resistivity metal. The case becomes noticeable. Therefore, even with the same heated object, a difference occurs in the inverter output characteristics at the time of heating depending on the variation of the inverter. This makes it difficult to distinguish from small loads.
[0029]
Claim 6 In order to discriminate the material including the inverter variation of each induction heating device The first frequency, the second frequency, or the threshold value or matrix of the detection output of the output detection means Since the predetermined value can be determined, the material discrimination can be performed more accurately.
[0030]
Claim 7 The invention described in In the configuration of claim 6, after the predetermined object to be heated is placed in the vicinity of the heating coil, when the predetermined operation setting is performed by the operation setting unit, the control unit sets the input current of the inverter to a predetermined value. Instead of operating the inverter, when a predetermined operation setting is made by the operation setting unit in a no-load state, the control unit operates the inverter in a no-load state. By It is possible to change and determine the material discrimination criteria by calculation .
[0031]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0032]
Example 1
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of the induction heating apparatus of the present embodiment.
[0033]
The power source 28 is a 200 V commercial power source that is a low-frequency AC power source, and is connected to an input terminal of a rectifier circuit 29 that is a bridge diode. A first smoothing capacitor 30 is connected between the output terminals of the rectifier circuit 29. A series connection pair of the choke coil 31 and the first switching element 32 is further connected between the output terminals of the rectifier circuit 29. The heating coil 33 is disposed so as to face the pan 34 which is a heated object.
[0034]
Reference numeral 35 denotes an inverter, which is a low potential side end of the second smoothing capacitor 36. The child is The high-potential side terminal of the second smoothing capacitor 36 is connected to the high-potential side terminal (collector) of the second switching element (IGBT) 37, and is connected to the negative terminal of the rectifier circuit 29. ) 37 is connected to the connection point between the choke coil 31 and the high potential side terminal (collector) of the first switching element (IGBT) 32. A series connection body of the heating coil 33 and the resonance capacitor 38 is connected to the first switching element 32 in parallel.
[0035]
The first reverse conducting element 39 (first diode) is connected in antiparallel to the first switching element 32 (the cathode of the first diode 39 and the collector of the first switching element 32 are connected), and the second The reverse conducting element 41 (second diode) is connected to the second switching element 37 in antiparallel.
[0036]
A series connection body of the correcting resonance capacitor 42 and the relay 43 is connected to the resonance capacitor 38 in parallel. The relay 43 is an impedance changing means for changing the impedance of the resonance capacitor 38 (connecting the correction resonance capacitor 42 in parallel). The control means 44 includes a first drive means 47 for driving the first switching element 32, a second drive means 48 for driving the second switching element 37, and a drive coil (not shown) of the relay 43. Then, a signal is output to the detection resistance switching means 50.
[0037]
Further, the control means 44 inputs detection signals of a current transformer 45 that detects an input current from the power supply 28 and a voltage detection means 46 that detects the voltage of the heating coil 33, and determines the material of the heated body 34. Including material discrimination means. The voltage detection means 46 is configured such that a second detection resistor 49 is connected in parallel by the detection resistance switching means 50 in addition to the first detection resistance 48 so that the detection magnification can be changed. Further, the storage means 51 is connected to the control means 44 and stores information from the control means 44.
[0038]
Reference numeral 52 denotes operation setting means for the user to start, stop, adjust output, and the like.
[0039]
The operation of the induction heating apparatus configured as described above will be described below. The power supply 28 is full-wave rectified by a rectifier circuit 29 and supplied to a first smoothing capacitor 30 connected to the output terminal of the rectifier circuit 29. The first smoothing capacitor 30 serves as a supply source for supplying a high frequency current to the inverter 35.
[0040]
FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams showing the waveforms of each part in the above circuit, and FIG. 2 shows the case where the material of the pan 34 is a low resistivity metal such as aluminum.
[0041]
2A shows the current flowing through the first switching element 32 and the first reverse conducting element 39, and FIG. 2B shows the current flowing through the second switching element 37 and the second reverse conducting element 40. FIG. 4C shows the first switching element 32 drive control terminal voltage, FIG. 4D shows the second switching element 37 drive control terminal voltage, and FIG. 5E shows the current flowing through the heating coil 33, respectively. Show.
[0042]
Based on the signal from the control means 44, the first drive means 47 has a drive period T1 (about 24 μs) from the time t0 to the time t1 at the drive control terminal of the first switching element 32 as shown in FIG. ) Is output. During this driving period T1, the first switching element 32 and the first reverse conducting element 39, the heating coil 33, and the resonant capacitor 38 resonate in a closed circuit, and the pan 34 is a pan made of aluminum or the like. The number of turns of the heating coil 33 (44T) and the capacity of the resonant capacitor 38 (0.03 μF) so that the resonance period (1 / f) at a given time is about 2/3 times the driving period T1 (about 16 μsec). A driving period T1 is set. The choke coil 31 stores the electrostatic energy of the first smoothing capacitor 30 as magnetic energy during the driving period T1 of the first switching element 32.
[0043]
Next, a current flows in the forward direction of the first switching element 32, that is, at a time t <b> 1 that is a timing between the second peak of the resonance current flowing in the first switching element 32 and the resonance current next becoming zero. At this time, the driving of the first switching element 32 is stopped.
[0044]
After the first switching element 32 is shut off, when the terminal voltage of the choke coil 31 connected to the collector of the first switching element 32 rises and this potential exceeds the potential of the second smoothing capacitor 36, the second inverse The second smoothing capacitor 36 is charged through the conducting element 40 and the magnetic energy stored in the choke coil 31 is released. The voltage of the second smoothing capacitor 36 is boosted so as to be higher than the peak value of the output voltage of the rectifier circuit 29. The level to be boosted depends on the driving period of the first switching element 32, and the voltage generated in the second smoothing capacitor 36 tends to increase as the driving period becomes longer.
[0045]
As described above, the second smoothing capacitor 36 -the second switching element 37 or the second reverse conducting element 40 -the heating coil 33 -the resonance capacitor 38 is used to act as a DC power source when resonating in a closed circuit. When the voltage level of the smoothing capacitor 36 is boosted, the peak value of the resonance current flowing through the first switching element 32 shown in FIG. 2A and the resonance path are changed to continuously resonate. b) Inductively heating a non-magnetic aluminum pan with high conductivity so that the peak value of the resonance current flowing in the second switching element 37 does not become zero or small. In addition, the output can be controlled by increasing / decreasing continuously.
[0046]
Further, as shown in FIGS. 2C and 2D, the second driving means 48 is based on the signal from the control means 44, and from the time t1 to the time t2 after both switching elements are simultaneously shut off. A drive signal is output to the drive control terminal of the second switching element 37. As a result, the path is changed to a closed circuit composed of the heating coil 33, the resonant capacitor 38, the second switching element 37 or the second reverse conducting element 40, and the second smoothing capacitor 36 as shown in FIG. Resonance current flows. Since the drive period T2 of this drive signal is set to be substantially the same as T1 in this case, it is about 2/3 times the drive period T1 as in the case where the first switching element 32 is conductive. The resonance current of the period flows.
[0047]
Accordingly, the current flowing through the heating coil 33 has a waveform as shown in FIG. 2E, and the driving cycle (the sum of T1 and T2 and the simultaneous cutoff period) of the first and second switching elements 32 and 37 is the resonance current. If the drive frequency of the first and second switching elements 32 and 37 is about 20 kHz, the frequency of the resonance current flowing through the heating coil 33 is about 60 kHz.
[0048]
FIG. 3 shows a case where the material of the pan 34 is an iron-based one having a higher resistivity than aluminum.
[0049]
3A shows the current flowing through the first switching element 32 and the first reverse conducting element 39, and FIG. 3B shows the current flowing through the second switching element 37 and the second reverse conducting element 40. FIG. 4C shows the first switching element 32 drive control terminal voltage, FIG. 4D shows the second switching element 37 drive control terminal voltage, and FIG. 5E shows the current flowing through the heating coil 33, respectively. Show.
[0050]
Even in this case, the basic operation is the same as in the case of aluminum having a low resistivity as shown in FIG. However, since the resonance current frequency of about 20 kHz is sufficient for induction heating of the iron-based pan, the relay 43 is inserted so that the resonance current is about 20 kHz, and the resonance capacitor 38 (0. 03 μF) and the resonant capacitor for correction 42 (0.21 μF) are switched so as to be electrically connected in parallel.
[0051]
Furthermore, the first switching element 32 and the second switching element 37 are set with a drive time ratio so that a predetermined output is obtained at a constant frequency (about 23 kHz). Since the resonance capacitor 38 and the correction resonance capacitor 42 are connected so that the resonance current is about 20 kHz, the drive is stopped before the resonance current flowing through the first switching element 32 reaches the second peak. .
[0052]
Next, the material discrimination operation at the time of activation will be described. The control means 44 puts the relay 43 into the cut-off state, and sets the first frequency to a resonance frequency (about 44 kHz) at the time of no load and a substantially intermediate frequency (about 36 kHz) between the resonance frequency at the time of heating the aluminum pan (about 60 kHz) / 2. The first switching element 32 and the second switching element 37 are alternately driven.
[0053]
Further, the detection resistor switching means 51 is controlled so that the second detection resistor 50 of the voltage detection means 46 is disconnected and the voltage dividing ratio is increased so that the resonance capacitor 38 can be enlarged and detected even when the voltage is low. To do.
[0054]
During normal heating after the material discrimination operation, the control means 44 controls the detection resistance switching means 51 so that the second detection resistance 50 is connected in parallel to the first detection resistance 49 and the voltage dividing ratio is lowered. . In order to prevent the destruction of the first and second switching elements 32 and 37 due to the short-circuit current immediately after startup, at the time of startup, the first switching element 32 is driven to minimize the drive time (in this embodiment, The control is performed so as to gradually become a predetermined drive time ratio (in this embodiment, the drive time ratio of the first switching element 32 is about 0.25).
[0055]
After reaching the predetermined drive time ratio, the drive time ratio is fixed and the second frequency (about 30 kHz in the present embodiment) stored in the storage means 52 is referred to drive to the second frequency. Frequency Sweep Pull.
[0056]
At the first frequency, any object to be heated deviates from the resonance frequency, and sufficient resonance is impossible. Therefore, as in the conventional induction heating cooker, the first power source serving as the inverter 35 is the first power source. Even if the voltage of one smoothing capacitor 30 is not stepped down, the output of the inverter 35 does not become excessive. FIG. 4 shows operation lines in various heated objects during the material discrimination operation.
[0057]
In the figure, the horizontal axis indicates the detection output of the current transformer 45 that detects the input current from the power supply 28, and the vertical axis indicates the detection output of the voltage detection means 46 that detects the voltage of the heating coil 33. As apparent from the figure, when the material of the pan 34 is made of aluminum or the like having a low resistivity, the voltage of the heating coil 33 rises remarkably, and when it is a metal pan other than that, the power source 28 is used. The rise in the input current from
[0058]
In the no-load state, neither the voltage of the heating coil 33 nor the input current from the power source 28 is sufficiently increased. As shown in FIG. 4, the control means 44 holds a threshold value relating to the detection output of the current transformer 45 and a threshold value relating to the detection output of the voltage detection means 46 of the heating coil 33. If it is judged that a detection output exceeding the value was obtained, control corresponding to the above-mentioned low resistance metal pans such as aluminum and control corresponding to high resistance metal pans including iron are performed. If it judges that it is a load state, it will stop heating.
[0059]
The resonance frequency is greatly influenced by variations in the inverter 35 including the capacity of the heating coil 33 and the resonance capacitor 38 and the distance between the heating coil 33 and the pan 34. The action line in the body also changes.
[0060]
In this embodiment, after the predetermined pan 34 is placed in the vicinity of the heating coil 33, when the predetermined operation setting is performed by the operation setting unit 53, a signal is output from the operation setting unit 53 to the control unit 44, Based on the detection result of the current transformer 45, the control unit 44 performs heating control so that the input current of the inverter 35 becomes a predetermined value. At this time, by calculation from the driving frequency of the switching elements 32 and 37 in which a predetermined inverter 35 input current is obtained in a predetermined pan 34, a low resistivity metal pan such as aluminum, no load state, and the like The second frequency is determined and stored in the storage means 52 so that the pan can be identified.
[0061]
Note that when the predetermined operation is set, the variation in the inverter 35 is anticipated, the drive frequency is limited more slowly than usual, and the predetermined pan 34 is controlled so that heating is always possible even if there is variation in the inverter 35. . By this predetermined operation setting, the variation of the inverter 35 is absorbed and accurate determination is performed.
[0062]
In addition, although the present Example demonstrated the adjustment at the time of the predetermined operation setting by the operation setting means 53 when there exists a to-be-heated body, it is not limited to this, A material discrimination | determination is carried out by calculation even in a no-load state It is possible to change and determine the criteria. Moreover, although the example which memorize | stores a 2nd frequency was given, the change of the 1st frequency, the threshold value of the said current transformer 45 detection output or the threshold value of the said heating coil 33 voltage detection means 46 detection output, and memory | storage Similar effects can be obtained.
[0063]
Moreover, although the example which performs the material discrimination | determination of the said pot 34 based on the threshold value of the said current transformer 45 detection output and the threshold value of the said voltage detection means 46 detection output was given, it is not limited to this, For example, A matrix corresponding to FIG. 4 may be held in the control unit 44 or the storage unit 52, and the material determination of the pan 34 may be performed by comparing the detection output with the matrix.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, the present invention includes a heated object made of low resistivity metal such as aluminum, a load not suitable for induction heating (small load, no load), and other heated objects made of metal. Thus, it is possible to provide an induction heating device that easily performs the determination and performs predetermined control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of an induction heating cooker in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 shows the waveform of each part
FIG. 3 shows the waveform of each part
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the material of the object to be heated and the detection output by the output detection means.
FIG. 5 is an overall block diagram of a conventional induction heating cooker.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the material of the object to be heated and the inverter current and resonance frequency.
[Explanation of symbols]
32 First switching element
33 Heating coil
34 Pan (Heating object)
35 Inverter
37 Second switching element
38 Resonant capacitor
43 Relay (impedance changing means)
44 Control means (including material discrimination means)
45 Current transformer (output detection means)
46 Voltage detection means (output detection means)
52 Memory means
53 Operation setting means

Claims

高周波磁界を発生し被加熱体を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振する共振コンデンサと、スイッチング素子とを有するインバータと、前記スイッチング素子の導通を制御して前記インバータの出力を制御する制御手段と、前記インバータの出力の大きさを検出する出力検出手段の検知出力を記憶手段に記憶されたしきい値と比較することにより前記被加熱体の材質がアルミなどに比べ高抵抗率の第１の材質、アルミなどの低抵抗率の第２の材質、または無負荷状態もしくはそれに近い第３の材質のいずれかであることを判別する材質判別手段とを備え、前記制御手段は、前記被加熱体を前記第２の材質とした場合に前記加熱コイルと前記共振コンデンサに依存して決まる共振周波数である第２共振周波数近傍から前記第２共振周波数の１／２倍近傍の範囲の駆動周波数で前記スイッチング素子を駆動可能とするとともに、前記制御手段が、前記駆動周波数を第１の周波数から第２の周波数まで低下させるように掃引して前記スイッチング素子を駆動する間に、前記材質判別手段は、前記被加熱体が前記第１の材質、第２の材質あるいは第３の材質のいずれかであることを判別し、前記第１の周波数は、前記第２共振周波数の１／２倍の周波数と、無負荷状態の場合の前記共振周波数の間で、前記インバータの出力の大きさが所定値以下になるよう設定される誘導加熱装置。A heating coil that generates a high-frequency magnetic field to heat the object to be heated, an inverter having a resonance capacitor that resonates with the heating coil, and a switching element, and a control that controls conduction of the switching element to control the output of the inverter It means a material of the object to be heated by comparison with a stored threshold of detection known output storage means of the output detecting means for detecting the magnitude of the output of said inverter has a high resistance rate than are aluminum first material, and a material determining means for determining that the aluminum is either the third material close to the lower second material of resistivity or no load condition or it such as, the control means, wherein It said second resonant circumferential second resonant frequency near a resonant frequency determined in dependence on the resonant capacitor and the heating coil when the object to be heated and said second material With the driving frequency in the range of 1/2-fold near the number and driven the switching element, said control means, said driving frequency by sweeping to decrease from a first frequency to a second frequency While driving the switching element, the material determining means determines that the object to be heated is any one of the first material, the second material, and the third material , and the first frequency. , the half of the frequency of the second resonance frequency, between the resonance frequency in the case of a no-load state, the output of the magnitude induction heating device that will be set to be below a predetermined value of the inverter.

出力検出手段は、インバータの電源電流の大きさと、前記インバータが発生する高周波電流の大きさと、前記インバータが発生する高周波電圧の大きさとのうちの少なくとも１つを検出する請求項１に記載の誘導加熱装置。 2. The induction according to claim 1, wherein the output detection means detects at least one of a magnitude of a power supply current of the inverter, a magnitude of a high-frequency current generated by the inverter, and a magnitude of a high-frequency voltage generated by the inverter. Heating device.

出力検出手段の検出結果が所定値に到達するまでは、到達後に比較して、インバータの出力の大きさに対する前記出力検出手段の検出結果を拡大する請求項１または２に記載の誘導加熱装置。 3. The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the detection result of the output detection unit with respect to the magnitude of the output of the inverter is expanded until the detection result of the output detection unit reaches a predetermined value as compared with after the arrival.

材質判別手段の判別結果により、被加熱体に適した共振状態を得るべく、加熱コイルまたは共振コンデンサのうちのすくなくとも１つのインピーダンスを変化させるインピーダンス変更手段を動作する請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。The question of the material determining means, to obtain a resonant state suitable for the object to be heated, claim 1-3 for operating an impedance changing means for changing at least one impedance of the heating coil or resonant capacitor 1 The induction heating device according to Item.

平滑コンデンサの両端に直列接続された高電位側の第２のスイッチング素子及び低電位側の第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に並列に接続され高周波磁界を発生し被加熱体を加熱する加熱コイル及び共振コンデンサの直列接続体とを有するインバータと、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の導通を制御して前記インバータの出力を制御する制御手段と、前記インバータの出力の大きさを検出する出力検出手段の検知出力を記憶手段に記憶されたしきい値と比較することにより前記被加熱体の材質が前記被加熱体をアルミなどに比べ高抵抗率の第１の材質、アルミなどの低抵抗率の第２の材質、または無負荷状態もしくはそれに近い第３の材質のいずれかであることを判別する材質判別手段とを備え、前記制御手段は、前記被加熱体を前記第２の材質とした場合に前記加熱コイルと前記共振コンデンサに依存して決まる共振周波数である第２共振周波数近傍から前記第２共振周波数の１／２倍近傍の範囲の駆動周波数で前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を駆動可能とするとともに、起動時、第１の周波数で、前記第１のスイッチング素子の駆動時間を最小とし、徐々に前記駆動時間を増加し前記第１のスイッチング素子の駆動時間比が所定の駆動時間比に達するまで前記第１のスイッチング素子の駆動時間比を変化させる制御を行い、その後、前記制御手段が、前記駆動時間比を固定して前記駆動周波数を前記第１の周波数から第２の周波数まで低下させるように掃引して前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を駆動する間に、前記材質判別手段は、前記被加熱体が前記第１の材質、第２の材質あるいは第３の材質のいずれかであることを判別し、前記第１の周波数は、前記第２共振周波数の１／２倍の周波数と、無負荷状態の場合の前記共振周波数の間で、前記インバータの出力の大きさが所定値以下になるよう設定される誘導加熱装置。 A second switching element on the high potential side and a first switching element on the low potential side connected in series to both ends of the smoothing capacitor, and a high frequency magnetic field connected in parallel to the first switching element to generate an object to be heated an inverter having a series connection of the heating coil and the resonant capacitor heating, and control means for controlling the output of the inverter by controlling the conduction of said first switching element and the second switching element, said inverter the material of the object to be heated has a high resistivity compared with said object to be heated such as aluminum by comparing with a stored threshold value in the storage means detection knowledge output of the output detecting means for detecting the magnitude of the output of the first material, and the material determining means for determining that the aluminum is either the third material close to the lower second material of resistivity or no load condition or even, such as Wherein the control means includes 1 wherein the second resonant frequency near a resonant frequency determined in dependence on the heating coil and the resonant capacitor when the object to be heated and said second material of said second resonant frequency Min / with twice the drive frequency range in the vicinity to allow driving said first switching element and the second switching element, at startup, at a first frequency, the drive time of the first switching element and then, have the line control for changing the driving time ratio of the first switching element gradually driving time ratio increased the first switching element to the driving time reaches a predetermined driving time ratio, then the control means, said by sweeping to reduce the driving frequency is fixed to the driving time ratio to a second frequency from the first frequency the first switching element 及 During driving the second switching element, the material determining means determines that the object to be heated is the first material is either the second material or the third material, the first The frequency of 1 is an induction that is set so that the magnitude of the output of the inverter is a predetermined value or less between a frequency that is ½ times the second resonance frequency and the resonance frequency in a no-load state. Heating device.

インバータを所定の動作状態で動作すべく設定するための動作設定手段と、材質判別手段が被加熱体の材質を判別する際に使用する第１の周波数、第２の周波数または出力検知手段の検知出力のしきい値もしくはマトリクスを記憶する記憶手段とを備え、制御手段は、所定の被加熱体が加熱コイル近傍に置かれた後、前記動作設定手段によって所定の動作設定がなされると、前記インバータ電流が所定値となるように前記インバータを動作させるとともに、その際に測定したスイッチング素子の駆動周波数から演算により第１の材質、第２の材質、及び第３の材質が判別できる前記第１の周波数、前記第２の周波数または前記出力検知手段の検知出力のしきい値もしくはマトリクス少なくともひとつを決定し前記記憶手段に記憶する請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。Operation setting means for setting the inverter to operate in a predetermined operation state, and detection of the first frequency, the second frequency, or the output detection means used when the material discrimination means discriminates the material of the object to be heated. Storage means for storing an output threshold value or a matrix , and the control means, when a predetermined operation setting is made by the operation setting means after the predetermined object to be heated is placed in the vicinity of the heating coil , with the inverter current to operate the inverter so that such a predetermined value, the first material by calculation from the drive frequency of the switching elements measured at that time, the second material, and the third material can be determined first first frequency, claim 1 for storing a threshold or the matrix at least one determines the storage means of the detection output of the second frequency or the output detecting means Induction heating apparatus according to any one of 4.

所定の被加熱体が加熱コイル近傍に置かれた後、動作設定手段によって所定の動作設定がなされると、制御手段が、インバータの入力電流が所定値となるように前記インバータを動作させることに代え、無負荷状態にして前記動作設定手段によって所定の動作設定がなされると、前記制御手段が、無負荷状態で前記インバータを動作させる請求項６に記載の誘導加熱装置。 After a predetermined object to be heated is placed in the vicinity of the heating coil, when the predetermined operation setting is performed by the operation setting unit, the control unit operates the inverter so that the input current of the inverter becomes a predetermined value. Alternatively, when a predetermined operation set by the operation setting means in the unloaded state is made, the control means, the induction heating apparatus according to claim 6, Ru is operating the inverter in no-load condition.