JP4901829B2 - 誘導加熱調理器、誘導加熱調理器の修理方法 - Google Patents
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例えば、加熱コイルにレアショート等の異常が発生しているか否かを判定する場合、製品安全等の観点から、電力や電流が所定閾値に達する前に異常を検出することができたほうが望ましい。
したがって、加熱出力レベルを変更する前後に係る電流検出値の変化傾向から異常の有無を判定することができ、加熱コイル電流が実際に異常値を示す前であっても、加熱コイルに生じた異常を検出することができる。
図1は、本発明の実施の形態1に係る誘導加熱調理器100の機能ブロック図である。
誘導加熱調理器100は、直流電源回路20、インバータ30、加熱コイル41、共振コンデンサ42、電流検出器50、制御部60、記憶部70、操作部81、表示部82を備える。
インバータ30は、スイッチング素子31、32、33、34を備え、これら各スイッチをON/OFFすることにより、直流電源回路20から供給された直流電力を高周波電力に変換し、加熱コイル41に供給する。
共振コンデンサ42は、加熱コイル41に直列接続され、加熱コイル41とともに直列共振回路を形成する。
電流検出器50は、加熱コイル41に流れる電流を検出して検出値を制御部60に出力する。
制御部60は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやCPU(Central Processing Unit)のような演算装置とその動作を規定するソフトウェアで構成することもできる。
操作部81は、操作ボタンやタッチパネルのような、ユーザが誘導加熱調理器100へ操作指示を行うための手段で構成される。
表示部82は、発光ダイオードや液晶ディスプレイのような情報を表示する手段で構成される。
対応関係データは、2列のテーブル形式で格納されており、「加熱出力レベル」列、「加熱コイル電流」列を有する。
格納形式は必ずしもテーブル形式に限られず、同様のデータを有する任意の形式を用いることができる。
「加熱コイル電流」列には、「加熱出力レベル」列の値に対応した加熱コイル41の電流値(加熱コイル電流)が格納される。
次に、加熱コイル41に生じる異常と、そのときの加熱コイル電流について説明する。
レアショートとは、例えば加熱コイル41の絶縁皮膜の劣化により、コイル間が完全に短絡しそうになっている、という状態のことである。
レアショートが生じると、加熱コイル41に流れる電流は大きくなり易くなる。レアショートの状態をそのまま放置すると、コイル間が完全に短絡し、加熱コイル41に過電流が流れて誘導加熱調理器100の故障原因となる。
加熱コイル41に異常が生じていない正常時は、加熱出力レベルと加熱コイル電流は正比例の関係にある。
加熱コイル41にレアショートが生じると、加熱出力レベルがあるレベルまで上昇した時点で、加熱コイル電流の上昇勾配が大きくなり、加熱コイル電流が加熱出力レベルに対して大幅に上昇する。
加熱コイル41が完全に短絡すると、加熱コイル41に過電流が流れるようになる。
例えば、加熱出力レベルを1から5に変更した場合、変更前の加熱出力レベル1の時点でまず電流検出器50の検出値を取得しておき、加熱出力レベルを5に変更してから所定時間が経過した後、電流検出器50の検出値を再度取得して、両検出値の差分を求めればよい。
加熱出力レベルを1から5に変更する場合は、加熱出力レベル1と5の電流値の差分は「7.5−1.5=6.0」であるので、求めた差分が6.0(A)より大きければ、レアショートが発生している可能性があると判定することができる。
上述のように加熱コイル電流値の差分を求めた後、その差分が適正であるか否かを判定する際には、図2の対応関係データから理想的な差分値を毎回算出してもよいし、図5のような対応表をあらかじめ記憶部70に格納しておいてその表を用いてもよい。
次に、本実施の形態1に係る誘導加熱調理器100が加熱コイル41に生じた異常を検出する際の動作例を、下記(ステップ1)〜(ステップ8)で説明する。
ユーザは、誘導加熱調理器100の電源をONする。次に、ユーザは操作部81を操作して加熱出力レベルを「1」に設定し、加熱調理を開始する。
(ステップ2)
制御部60は、インバータ30が備えるスイッチング素子31〜34を駆動制御し、加熱コイル41に流れる電流が1.5(A)となるように調整しつつ、加熱動作を行う。
ユーザは、操作部81を操作して加熱出力レベルを「5」に設定する。
(ステップ4)
制御部60は、操作部81より、加熱出力レベルを「5」にすべき旨の操作指示を受け取ると、加熱出力を変更する前における電流検出器50の検出値を取得する。ここでは仮に、1.45(A)であったものとする。
次に、制御部60は、スイッチング素子31〜34を駆動制御し、加熱コイル41に流れる電流が7.5(A)となるように調整する。
制御部60は、所定時間経過後、電流検出器50の検出値を取得する。ここでは仮に、7.76(A)であったものとする。
所定時間経過するまで待つのは、スイッチング素子31〜34を駆動制御して加熱コイル41に流れる電流が7.5(A)となるように調整しても、電流値は即座に7.5(A)になるのではなく、一定の時間を要するためである。
制御部60は、加熱出力レベルを「1」から「5」に変更する前後に係る、電流検出器50の検出値の差分を求める。ここでは、「7.76−1.45=6.31」と求められる。同様に加熱コイル電流の上昇勾配は、「6.31/(5−1)=1.5775」と求められる。
制御部60は、ステップ6で求めた差分が適正であるか否かを、図2の対応関係データまたは図5のようにあらかじめ求めておいた差分表に基づき判定する。
ここでは、差分の理想値は「7.5−1.5=6.0」であり、実際に検出された差分値は6.31(上昇勾配は1.5775)であるので、加熱コイル電流の上昇勾配は理想値より大きい。
したがって、制御部60は、加熱コイル41にレアショートが発生している可能性があると判定する。
制御部60は、表示部82に、加熱コイル41の異常内容を出力するよう指示する。
表示部82は、その指示に基づき加熱コイル41にレアショートが発生している可能性がある旨を表示する。
一般に、レアショート等の異常が発生しているときは、加熱出力レベルを大きくするほど、異常電流が顕著に現れる。
一方、上述の手順によれば、電流の上昇勾配に基づき異常判定を行うので、加熱出力レベルを上げていく途中の段階で、異常判定を行うことができ、加熱コイル41に実際に異常電流が流れる前の時点で、異常検出を行うことができる。
これにより、加熱コイル41に異常電流が流れる兆候が見られた時点で、加熱コイル41に異常が生じている旨を検出することができるので、異常の早期発見に資する。
実施の形態1では、加熱出力レベルを変更する前後に係る電流検出器50の検出値の差分に基づき、加熱コイル41に異常が生じているか否かを判定する例を説明した。
一方、検出差分値に基づく異常判定に代えて、あるいはこれと併用して、電流検出器50の検出値が、その時点の加熱出力レベルに対応した図2の「加熱コイル電流」列の値を上回ったときは、加熱コイル41に異常が生じていると判定することもできる。
実施の形態1〜2では、制御部60は、加熱コイル41に異常が生じていることを検出したときは、表示部82にその旨を表示させることを説明した。
一方、異常の程度が大きい場合等を考慮し、製品安全の観点から、表示部82で表示することに代えて、あるいはこれと併用して、加熱コイル41に流れる電流を遮断することも考えられる。
制御部60は、加熱コイル41に異常が発生していると判定すると、インバータ30が備えるスイッチング素子31〜34を全てOFFし、インバータ30の動作を停止する。
(遮断方法2)
制御部60は、加熱コイル41に異常が発生していると判定すると、誘導加熱調理器100の電源をOFFする。
制御部60は、加熱コイル41に異常が発生していると判定すると、加熱コイル41に過電流を流して焼損させる。例えば、スイッチング素子31〜34のデューティ比を極端に大きくしたり、瞬間的に上下のスイッチング素子31、34を短絡したりすることが考えられる。
なお、加熱コイル41に過電流を流す際には、スイッチング素子31〜34が破損しない程度の電流値に抑えるように留意する。
上述の遮断方法1〜3を適宜組み合わせる。
例えば、まずは遮断方法1を実行してインバータ30の動作を停止させて加熱コイル41に電力を供給しないようにし、加熱コイル電流が即座に低下しないときは、遮断方法2または遮断方法3を実行する。
これは、加熱コイル41の作用により、電流値が時間的に遅れて低下することに鑑みたものである。遮断方法2でも不十分な場合には、遮断方法3を用いてその加熱コイルを完全に破損させ、過電流がそれ以上継続して流れないようにする。
加熱コイル電流値が極度に大きいときなど、安全の観点から即座に加熱コイル電流を遮断した方がよい場合は、はじめから遮断方法2または遮断方法3を実行するようにしてもよい。
例えば、ユーザが加熱調理中に加熱出力レベルを上げたところ、加熱コイル電流の上昇勾配が過度に大きいことが分かったときには、上述のような措置を取るとよい。
これにより、加熱コイル41に過電流が流れ続けることを防ぎ、発火等の危険を回避することができる。
以上の実施の形態1〜3では、加熱出力レベルを変更する前後で加熱コイル41の異常判定を行うことを説明した。即ち、加熱コイル41の異常判定は、加熱コイル41が加熱出力を実際に行っているときに行うものである。
典型的には、ユーザが加熱調理を行っているときに、これまで説明したいずれかの手法により加熱コイル41の異常判定を行うことが考えられる。
そこで、本発明の実施の形態4では、加熱調理中以外にも加熱コイル41の異常判定を行うことのできる特殊な動作モードを設けた。以下、この動作モードを実行する際の手順について、(ステップ1)〜(ステップ8)で説明する。
ユーザは、加熱調理を行っていないとき、操作部81より、加熱コイル41の異常判定を行うべき旨を指示する。その旨の操作信号が、制御部60に出力される。
(ステップ2)
制御部60は、スイッチング素子31〜34を駆動制御し、加熱出力レベルを「1」に設定する。図2のデータ例では、加熱コイル電流が1.5(A)となるように調整することになる。
制御部60は、電流検出器50の検出値を取得する。
(ステップ4)
制御部60は、スイッチング素子31〜34を駆動制御し、加熱出力レベルを最大値の「12」に設定する。図2のデータ例では、加熱コイル電流が18.0(A)となるように調整することになる。
制御部60は、所定時間経過後、電流検出器50の検出値を取得する。
(ステップ6)
制御部60は、加熱出力レベルを「1」から「12」に変更する前後に係る、電流検出器50の検出値の差分を求める。また、同様に加熱コイル電流の上昇勾配を求める。
制御部60は、ステップ6で求めた差分が適正であるか否かを、図2の対応関係データまたは図5のようにあらかじめ求めておいた差分表に基づき判定する。上昇勾配を用いて判定してもよい。
(ステップ8)
制御部60は、ステップ7で加熱コイル41に異常が生じていると判定したときは、表示部82に、加熱コイル41の異常内容を出力するよう指示する。
表示部82は、その指示に基づき加熱コイル41に異常が発生している旨を表示する。
また、制御部60は、実施の形態3で説明したように、加熱コイル41に流れる電流を遮断してもよい。
ステップ4で加熱出力レベルを最大値に設定するのは、最大出力で加熱コイル41の異常を検出しなければ、異常は生じていないであろうと推定できることによる。
また、加熱出力レベルを「1」から「12」に変更するのは、加熱出力レベルの変更幅を大きくした方が、加熱コイル電流の変化量も大きく、異常を検出しやすいことによる。
必ずしも加熱出力レベルを「1」から「12」に変更しなくともよいが、異常検出を行うためには、低出力レベルから高出力レベルに向けて、なるべく大きく加熱出力レベルを変更する方が好ましい。
このようにすることで、例えば「加熱出力レベル1〜5では、異常電流は流れない。」といったことを判定することができる。
さらには、「加熱出力レベル1〜5までは使用可だが、早急に加熱コイルを修理または交換すること。」といったメッセージを表示部82に表示させることもできる。これにより、ユーザは加熱コイル41の修理等が完了するまでの期間は、一定の加熱出力レベルの範囲で誘導加熱調理器100の使用を継続することができ、便宜である。
もし加熱出力レベル6以上で運転するようにユーザが指示したとき、制御部60は、その指示を無視して加熱出力レベル1〜5の範囲で運転を継続するようにインバータ30を制御してもよい。
以上の実施の形態1〜4では、加熱コイル電流が過度に上昇したときは加熱コイル41にレアショート等の異常が生じていると判定することを説明した。
一方、加熱コイル電流が十分に上昇しないときは、レアショート等の異常とは別の異常が生じている可能性がある。また、その異常は必ずしも加熱コイル41の異常に限られず、その他の機能部の異常である可能性もある。
図2で説明した対応関係データは、規定の値を保持しておくこととしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば鍋の種類に応じて異なる対応関係データを保持するように構成してもよい。
具体的には、以下の(対応関係データ構成例1)〜(対応関係データ構成例2)のような手法が考えられる。
任意の公知技術を用いて被加熱物の種類を検知する手段を、あらかじめ誘導加熱調理器100に設けておく。また、記憶部70には、被加熱物の種類毎に対応関係データを格納しておく。
制御部60が記憶部70より対応関係データを読み取る際には、被加熱物の種類を検知した結果に基づき、該当する対応関係データを読み取るようにする。
図2では、加熱出力レベルが「1」変化する毎に加熱コイル電流が「1.5(A)」変化する旨を記載したが、この変化勾配は、鍋の種類等に応じて異なる。
また通常は、加熱出力レベルを1ずつ上げていくと、加熱コイル電流もそれに比例してほぼ直線的に上昇するが、レアショートが発生すると、電力上昇にともなって加熱コイル電流が曲線的に大幅に上昇する。
そこで、鍋の種類とは無関係に加熱コイル電流の傾きの変化に着目し、制御部60は、低い加熱出力レベル(例えば加熱出力レベル=最小)のときと高い加熱出力レベル(例えば加熱出力レベル=最大)のときの電流の傾きを比較する。
具体的には、制御部60は、加熱出力レベルを変化させるときに、加熱コイル電流の実際の変化を電流検出器50の検出結果を用いて計測し、これを用いて図2の対応関係データを演算により求める。
高い加熱出力レベル時に、加熱コイル電流が曲線的に大きく上昇している場合は、制御部60は加熱コイルにレアショートが発生しているものと判定する。
ただし、加熱コイル電流の実際の変化量が最大許容値より大きい場合には、異常が生じていると判定する。
以上の実施の形態1〜6において、電流検出器50の検出結果と図2の対応関係データを用いて異常判定を行うことを説明した。
しかし、制御部60が電流検出器50の検出結果に基づき電力調整を行うことを優先している場合、軽度のレアショート等の異常発生により電流変化量が変動したとしても、インバータ30のスイッチング素子のデューティを調整して電力調整を行うことを優先して電流変化量の異常を押さえ込んでしまう可能性がある。
この場合、軽度のレアショートによる軽度の電流異常変化が制御部60自身によって押さえ込まれることになるので、電流変化量が異常であるかという判断基準では、加熱コイル41の異常発生を判定することは難しくなる。
具体的には、レアショートが発生すると、加熱コイル電流が流れやすくなるので、制御部60は、電力を一定に保つようにスイッチング素子のデューティを小さくする。このことをもって、加熱コイルにレアショートが発生したものと判定するとよい。
どの程度デューティを小さくしたときにレアショート発生と判断するかは、適当な閾値などを用いて判断すればよい。
例えば、軽度のレアショートを検出するときは本実施の形態7で説明した手法を用い、その他の場合は他の実施の形態の手法を用いる、という使い分けが考えられる。
以上の実施の形態1〜7において、加熱コイル41に異常が生じていると判定された場合、加熱コイル41のみを交換等すれば、異常状態は改善される可能性が高い。
そこで、表示部82に加熱コイル41の異常発生の旨が表示されたとき、ユーザは加熱コイル41のみを交換するよう、製造業者に依頼する。これにより、誘導加熱調理器100を迅速に正常状態に復旧することができ、ユーザの便宜に資する。
ユーザはそのメッセージを見て、製造業者等にメッセージの内容を伝える。
製造業者等は、そのメッセージの内容に基づき、異常個所を判定し、異常が生じている加熱コイル41のみを交換する。
これにより、誘導加熱調理器100は、迅速に正常状態に復旧される。
Claims (15)
- 直流電力を供給する直流電源回路と、
前記直流電源回路から電力の供給を受けて高周波電力を出力するインバータと、
前記インバータから高周波電力の供給を受けて被加熱物を加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータを制御し、前記加熱コイルの加熱出力レベルを可変する制御部と、
前記インバータにより可変される前記加熱コイルの加熱出力レベルと、その各加熱出力レベルにおいて正常時に前記加熱コイルに流れる電流値との対応関係を表す対応関係情報を格納した記憶部と、
を備え、
前記制御部は、
加熱出力レベルを変更する前後の前記電流検出手段の検出結果を取得し、
変更前後の加熱出力レベルに対応した電流値を前記対応関係情報に基づき取得し、
加熱出力レベルの変更前後に係る前記電流検出手段の検出結果の差分が、
変更前後の加熱出力レベルに対応した前記電流値の差分よりも大きいときは、
前記加熱コイルに異常が生じているものと判定する
ことを特徴とする誘導加熱調理器。 - 前記記憶部は、
前記対応関係情報を加熱出力レベル毎に格納している
ことを特徴とする請求項1記載の誘導加熱調理器。 - 前記制御部は、
前記電流検出手段の検出結果が、
変更後の加熱出力レベルに対応した前記電流値よりも大きいときは、
前記加熱コイルに異常が生じているものと判定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の誘導加熱調理器。 - 前記制御部は、
前記加熱コイルに異常が生じているものと判定したときは、
前記加熱コイルに流れる電流を遮断する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の誘導加熱調理器。 - 前記制御部は、
前記加熱コイルに異常が生じているものと判定したときは、
前記インバータの動作を停止させる
ことを特徴とする請求項4記載の誘導加熱調理器。 - 前記制御部は、
前記加熱コイルに異常が生じているものと判定したときは、
当該誘導加熱調理器の電源をOFFする
ことを特徴とする請求項4または請求項5記載の誘導加熱調理器。 - 前記制御部は、
前記加熱コイルに異常が生じているものと判定したときは、
前記加熱コイルに過電流を供給して前記加熱コイルを焼損させ、
前記加熱コイルに流れる電流を遮断する
ことを特徴とする請求項4ないし請求項6のいずれかに記載の誘導加熱調理器。 - 前記制御部は、
前記加熱コイルに異常が生じているものと判定したときは、
前記加熱コイルが被加熱物を加熱しているか否かを問わず、
前記加熱コイルに流れる電流を遮断する
ことを特徴とする請求項4ないし請求項7のいずれかに記載の誘導加熱調理器。 - 前記制御部は、
前記加熱コイルに異常が生じているか否かを判定すべき旨の指示を受け取り、
加熱出力レベルを低レベルから高レベルへ変更するとともに変更前後の前記電流検出手段の検出結果を取得し、
変更前後の加熱出力レベルに対応した電流値を前記対応関係情報に基づき取得し、
加熱出力レベルの変更前後に係る前記電流検出手段の検出結果の差分が、
変更前後の加熱出力レベルに対応した前記電流値の差分よりも大きいときは、
前記加熱コイルに異常が生じているものと判定する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の誘導加熱調理器。 - 前記加熱コイルに異常が生じた際にその旨を表示する表示部を備える
ことを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の誘導加熱調理器。 - 前記制御部は、
前記加熱コイルに異常が生じているものと判定した加熱出力レベルよりも低い加熱出力レベルで運転を継続するよう前記インバータを制御する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか、または請求項1ないし請求項3のいずれかに従属する請求項9もしくは請求項10記載の誘導加熱調理器。 - 前記被加熱物の種類を検知する手段を備え、
前記記憶部は、
前記被加熱物の種類毎に前記対応関係データを格納し、
前記制御部は、
前記被加熱物の種類に該当する前記対応関係データを用いて前記加熱コイルに異常が生じているか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の誘導加熱調理器。 - 前記制御部は、
加熱出力レベルを変更する前後の前記電流検出手段の検出結果を取得してその差分を前記対応関係情報として前記記憶部に格納しておき、
加熱出力レベルをさらに上げたときに、
前記対応関係情報を用いて前記加熱コイルに異常が生じているか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の誘導加熱調理器。 - 前記インバータはスイッチング素子を備え、
前記制御部は、
前記加熱コイルに供給する電力を前記加熱出力レベルに対応した値に保つよう、
前記電流検出手段の検出結果に基づき前記スイッチングのデューティを制御し、
前記加熱出力レベルを変化させないにも関わらず前記デューティを変化させるときは、
前記加熱コイルに異常が生じているものと判定する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれかに記載の誘導加熱調理器。 - 請求項1ないし請求項14のいずれかに記載の誘導加熱調理器の修理する方法であって、
前記制御部が前記加熱コイルに異常が生じているものと判定したとき、
その加熱コイルのみを交換する
ことを特徴とする誘導加熱調理器の修理方法。
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