JP4605545B2 - 電磁誘導加熱制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱手段を制御して、負荷を電磁誘導加熱する電磁誘導加熱制御装置に関する。

電磁誘導加熱装置には、決められた制御工程に従って電磁誘導加熱手段からの加熱出力を変化させて加熱を進める電磁誘導加熱制御装置が搭載されている。当該電磁誘導加熱制御装置においては、特許文献１に開示されている。

また、電磁誘導加熱手段により被加熱部材を加熱する電磁誘導加熱装置（例えば特許文献２）では、電源のゼロクロスを検出したときに、電磁誘導加熱手段への通電を切り替えている。
特開２００５−５０７２５号公報 特開２００４−２２５０１号公報

しかしながら、電磁誘導加熱手段により発熱体を交互に加熱する際に、電源からの入力電流を取り込むため、入力電流の変化への応答に時間がかかったので、一方の発熱体を加熱している間に、他方の発熱体が冷めてしまい、温度分布を一様にすることが困難であった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、複数の加熱手段を順次通電させて、発熱体の温度分布を一様にすることができる電磁誘導加熱制御装置を提供することを目的とする。

本発明における請求項１の電磁誘導加熱制御装置では、電流の変化を示す波形を平滑することなく制御手段に取り込むため、当該電流の変化を高速に検出でき、短時間のうちに複数の加熱手段を順次通電させることができる。

本発明の請求項１によると、電流に対する応答性を向上させ、電源の周期の所定期間に複数の加熱手段を通電制御することで、被加熱部材の温度分布を一様にすることが可能な電磁誘導加熱制御装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における電磁誘導加熱制御装置の好ましい各実施例を説明する。

図３は本発明の第１実施例を示すものであり、同図において、１は交流電源、２は商用電源１からの交流電源電圧を整流平滑して直流入力電力に変換する整流平滑回路で、この整流平滑回路２は、ダイオードブリッジ２ａと、チョークコイル２ｃと、平滑コンデンサ２ｂとにより構成される。整流平滑回路２の出力側には、誘導加熱コイル３と共振コンデンサ８との並列回路の一端と、誘導加熱コイル23と共振コンデンサ28との並列回路の一端とが共に接続されている。これら各並列回路の他端には、ＩＧＢＴからなるスイッチング素子４，24がそれぞれ接続されている。誘導加熱コイル３，23に共振コンデンサ８，28を並列接続した回路とスイッチング素子４，24との各直列回路は、前記直流入力電力を高周波電力に変換するインバータ回路に相当する。そして、スイッチング素子４，28のゲートに供給されるパルス駆動信号によりスイッチング素子４，28を交互にスイッチング動作させ、誘導加熱コイル３と共振コンデンサ８との間、又は誘導加熱コイル23と共振コンデンサ28との間で共振を起こすことで、誘導加熱コイル３，23に高周波電流を流すように構成している。

前記誘導加熱コイル３を所望の設定電力で出力させるための電力フィードバック制御手段として、商用電源１から前記インバータ回路へ供給される入力電流を検知する入力電流検知手段７と、この入力電流検知手段７で得られた検知結果を基に、スイッチング素子４，24のスイッチング動作すなわちオン時間を可変制御する例えばマイクロコンピュータなどからなる誘導加熱制御回路９がそれぞれ設けられる。入力電流検知手段７は、商用電源１とダイオードブリッジ２ａとを接続するラインに挿入された電流トランス１と、電流トランス１の２次側で得られた検知電流を整流する整流器としての整流スタック31と、整流スタック31の後段で当該整流後の検知電圧を平滑する抵抗32と平滑コンデンサ33とからなる平滑回路とから構成される。誘導加熱制御回路９を構成するマイクロコンピュータは、Ａ／Ｄ入力ポートから当該平滑回路により平滑後の検知電圧を周期的に取り込み、誘導加熱制御を行なう。

従来は、整流スタック31により整流した後、波形をハードウェアで平滑して例えば１ｍｓ毎に５０回、電流Ａ／Ｄ値を前記マイクロコンピュータに取り込み平均化していた。図４は誘導加熱制御回路９のＡ／Ｄ入力ポート電圧波形を示すものであり、商用電源１の電源電圧波形に対応するものである。同図に示すように、本発明では、整流スタック31により整流した波形を変形させない程度に平滑手段としての平滑コンデンサ33の容量を微小（例えば０．１μＦなど）にしている。そして、商用電源１の交流電圧波形の半周期（図４でいうところの半周期Ｔ）より十分短い例えば１ｍｓの周期で前記検知電流のＡ／Ｄ変換値を誘導加熱制御回路９に複数回取り込み、ソフトウェアで平均化処理することにより、商用電源１からの入力電流の変化を高速に検出する。これにより、商用電源１の半周期のゼロクロスタイミング（入力電流がゼロになるタイミング）で誘導加熱コイル３，23を交互に切り換えて制御することができる。

以上のように本第１実施例では、商用電源１から加熱手段としての誘導加熱コイル３，23へ供給される入力電流を検知する入力電流検知手段７と、前記入力電流の変化に基づいて被加熱部材５を電磁誘導加熱する複数の誘導加熱コイル３，23を制御する加熱制御手段としての誘導加熱制御回路９とを備えた誘導加熱制御装置であって、入力電流検知手段７は、前記入力電流を整流する整流器としての整流スタック31と、この整流スタック31による整流後の波形を変形させない程度の容量を有する平滑コンデンサ33とからなり、誘導加熱制御回路９は、商用電源１の半周期の間に入力電流検知手段７から前記入力電流の電流値を複数回取り込むことにより前記入力電流の変化を検出するよう構成されている。

このようにすると、入力電流の変化を示す波形を平滑することなく誘導加熱制御回路９に取り込むため、当該入力電流の変化を高速に検出でき、短時間のうちに複数の誘導加熱コイル３，23を順次通電させることができる。従って、入力電流に対する応答性を向上させ、商用電源１の半周期で複数の誘導加熱コイル３，23を通電制御することで、被加熱部材５の温度分布を一様にすることが可能な電磁誘導加熱制御装置を提供することができる。

図５は本発明の第２実施例を示すものであり、同図において、商用電源１は誘導加熱コイル３，23に交流電力を供給する。50は、誘導加熱コイル３を駆動させるスイッチング素子を備えたスイッチング手段としてのインバータ回路であり、誘導加熱コイル３に供給される高周波電流を検出して、誘導加熱制御回路９に電流検出信号52を出力する。一方、60は、誘導加熱コイル23を駆動させるスイッチング素子を備えたスイッチング手段としてのインバータ回路であり、誘導加熱コイル23に供給される高周波電流を検出して、誘導加熱制御回路９に電流検出信号62を出力する。誘導加熱制御回路９には、誘導加熱コイル３，23の加熱出力を決定する出力設定信号53，63がそれぞれ入力され、インバータ回路50，60から入力されるフィードバック信号としての電流検出信号52，62に応じて、誘導加熱コイル３，23の加熱出力が、出力設定信号53，63によりそれぞれ決定された出力となるように、ＰＷＭ制御されたＰＷＭ信号51，61を、インバータ回路50，60を構成する各々のスイッチング素子に入力し、当該加熱出力をフィードバック制御している。

誘導加熱コイル３，23を同時に発振させる場合、インバータ回路50，60を構成する各々のスイッチング素子の発振周波数の差が可聴音域範囲未満（例えば２０ＫＨｚ未満）となると、その周波数によってコイルや加熱物が振動し、耳障りな音が聞こえる場合がある。従って、ＰＷＭ信号51，61の周波数の差が可聴音域範囲以上（前記例では２０ＫＨｚ以上）離れるように、それぞれの発振周波数を制御する必要がある。本第３実施例では、図６で示すタイミングチャートのように、ＰＷＭ信号51の周波数を２５ＫＨｚとし、ＰＷＭ信号61の周波数を４５ＫＨｚとしているので、その差は４５ＫＨｚ−２５ＫＨｚ＝２０ＫＨｚとなり、当該条件を満たしている。もし、出力設定信号53，63が同じ設定値であれば、ＰＷＭ信号51，61の周波数の差が２０ＫＨｚ以上離れ、かつ両者の電磁誘導加熱コイルから同じ出力（ワット）が得られるように、チューニングを行なう。すなわち、ＰＷＭ信号51，61のパルス導通幅を固定し、当該周波数の差が２０ＫＨｚ以上離れると共に、単位時間あたりでのパルス導通幅の合計が同じになるように、周期（周波数）のみ変化させる。例えば、図６において、ＰＷＭ信号51の単体パルス導通幅を１０μｓとし、ＰＷＭ信号61の単体パルス導通幅を５μｓとすると、ＰＷＭ信号51を１パルス出力する間（１周期）に、ＰＷＭ信号61のパルスを２パルス出力するように周波数を変化させればよい。なお、以上の制御方法は、電磁誘導加熱による蓋加熱手段、鍋加熱手段を備えた炊飯器等の調理器にも使用可能である。

以上のように本第２実施例では、交番磁界により内釜を加熱する第一の誘導加熱手段たる誘導加熱コイル３と、第二の誘導加熱手段たる誘導加熱コイル23とを制御する電磁誘導加熱制御装置において、誘導加熱コイル３を通電するスイッチング手段としてのインバータ回路50を構成するスイッチング素子のパルス周波数と誘導加熱コイル23を通電するスイッチング手段としてのインバータ回路60を構成するスイッチング素子のパルス周波数とを可聴音域範囲以上離してスイッチング動作させるよう構成している。

このようにすると、２つのインバータ回路50，60との間でパルス周波数の差が可聴音域範囲未満とならないようにスイッチング動作させることができるため、２つの誘導加熱コイル３，23を同時に駆動しても、コイルや加熱物の振動に伴う耳障りな可聴雑音が発生しない。

なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

本発明における電磁誘導加熱制御装置を搭載した電磁誘導加熱装置の構成を示す回路図である。 同上、電磁誘導加熱制御装置の制御データ記憶処理を示すフロー図である。 本発明の第１実施例における電磁誘導加熱制御装置を搭載した電磁誘導加熱装置の構成を示す回路図である。 同上、電磁誘導加熱制御装置のＡ／Ｄ入力ポート電圧を示す波形図である。 本発明の第２実施例における電磁誘導加熱制御装置を搭載した電磁誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。 同上、電磁誘導加熱制御装置の制御信号を示すタイミング図である。

１ 商用電源（電源）
３ 誘導加熱コイル（加熱手段）
５ 被加熱部材
７ 入力電流検知手段（電流検知手段）
９ 誘導加熱制御回路（加熱制御手段）
23 誘導加熱コイル（加熱手段）
31 整流スタック（整流器）
33 平滑コンデンサ（平滑手段）

Claims (1)

1. 被加熱部材を電磁誘導加熱する複数の加熱手段と、電源から前記複数の加熱手段へ供給される入力電流を検知する電流検知手段と、前記複数の加熱手段を制御する制御手段とを備えた誘導加熱制御装置であって、前記電流検知手段は、前記電流を整流する整流器と、整流後の波形を変形させない程度の容量を有する平滑手段とからなり、前記制御手段は、前記電源の波形の半周期より短い周期で前記電流検知手段から前記電流の電流値を複数回取り込み、平均化処理することにより前記電流の変化を検出するよう構成されたものであることを特徴とする電磁誘導加熱制御装置。
   

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