JP7045615B2

JP7045615B2 - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP7045615B2
Application number: JP2018183096A
Authority: JP
Inventors: 晴俊中崎
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP2020053323A

Description

本発明は、一般家庭用及び業務用として使用される誘導加熱調理器に関するもので、特に複数のインバータを有する多口誘導加熱調理器に関するものある。

従来、この種の誘導加熱調理器において、複数のインバータを備え多口加熱できる誘導加熱調理器や（例えば、特許文献１参照）、誘導加熱調理器の制御手段に電力を供給する直流電源の構成を開示したものがある（例えば、特許文献２）。

図４は、前記特許文献１に記載された従来の誘導加熱調理器の回路ブロック図を示すものである。図４に示すように交流電源４１と、交流電源４１を整流する整流回路４２と、整流回路４２の出力を平滑する平滑コンデンサ４９と、平滑コンデンサ４９の出力を高周波電力に変換する第１および第２のインバータ４４、４５と、それぞれのインバータに接続されインバータから高周波電流が供給される第１および第２の加熱コイル４６、４７と、交流電源４１から整流回路４２に流れる電流をカレントトランスなどで検出する入力電流検出手段４３と、入力電流検出手段４３の検出値が設定値になるように第１及び第２のインバータ内の半導体スイッチを制御する制御手段４８から構成されている。

図５は、前記特許文献２に記載された従来の誘導加熱調理器の回路ブロック図を示すものである。図５において、５１は交流電源、５２は交流電源５１を整流するブリッジ接続されたダイオードから成る整流回路、５３はチョークコイル５３ａ及びコンデンサ５３ｂから成る平滑回路、５４はスイッチング手段５４ａを含むインバータ回路、５５はインバータ回路５４から高周波電流を供給されることにより鍋等の被加熱体５６に高周波交番磁界を印加して誘導加熱を行う加熱コイル、５７はインバータ回路５４の動作を制御する制御回路、５９は制御回路５７の動作電源を生成する直流電源である。

図６は、特許文献１に記載された誘導加熱調理器と特許文献２に記載された誘導加熱調理器とを組み合わせえることで得られる誘導加熱調理器の回路ブロック図である。ａは整流回路４２の不出力側で回路全体の基準電位となる回路ポイント、ｂはａに接続された直流電源５９の基準電位となる回路ポイント、ｃはａに接続されたインバータ４４の基準電位となる回路ポイント、ｄはａに接続されたインバータ４５の基準電位となる回路ポイントである。ａ－ｃ間、ａ－ｄ間は通常プリント配線板上に形成された銅箔パターンやリード線で接続されており、この銅箔パターンやリード線にはインピーダンスが少なからずあるため、ここに大電流が流れると電位差Ｖａｃ、Ｖａｄを生じる。このためインバータ４４、４５に供給される直流電圧は、直流電源５９の出力ＶｏよりもそれぞれＶａｃ、Ｖａｄ低い電圧が供給される。

特開２０１２－０４３６３４号公報特開２００４－１９２８８０号公報

しかしながら、図６に示す誘導加熱調理器の回路では、電位差Ｖａｃ、Ｖａｄは個々のインバータの運転状況に左右されため、個々のインバータに供給される電圧が異なることとなる。さらに、ａ－ｃ間、ａ－ｄ間に共通部分があると個々のインバータに供給される
電圧は他のインバータの運転状況に因り供給される電圧が異なることとなる。このことにより、例えばインバータのスイッチング素子は駆動電圧によりその損失が異なるため、運転状況により駆動電圧が左右されることになり、インバータを安定的に動作させることができなくなる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、多口誘導加熱調理器において、各インバータの運転状況に因らず、インバータ駆動に必要な所定の電圧を個々のインバータに安定して供給できる回路構成を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱調理器は、商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の負出力を基準電位とする直流電源と、複数組のインバータと、を備え、前記複数組のインバータのそれぞれは、被加熱物を誘導加熱する誘導加熱手段と、前記誘導加熱手段の負出力を基準として前記直流電源の出力を前記誘導加熱手段のスイッチング素子へ所定の直流電圧に変換出力する駆動電源と、を組として有するものである。

これによって、個々のインバータの運転状況に因らず各インバータへ駆動に必要な所定の電圧を安定供給することができる。

また、本発明の誘導加熱調理器は、直流電源は、各駆動電源の出力電圧よりも高い電圧を出力するとしたものである。

これによって、前記駆動電源は安価な降圧レギュレータ回路で構成することが可能となる。

また、本発明の誘導加熱調理器は、駆動電源の入力部に短絡保護手段を備えたものである。

これによって、駆動電源が短絡故障した場合に直流電源へ及ぼす影響を最小限に抑えることができる。

また、本発明の誘導加熱調理器は、整流回路の負出力と各誘導加熱手段との間に各誘導加熱手段に流れる電流を検知する電流検知手段を設けたものである。

これによって、電流検知手段による電圧降下による影響をインバータに与えることなく制御手段は各インバータへの入力電流を検知することができる。

本発明の誘導加熱調理器は、個々の誘導加熱手段に各誘導加熱手段を基準電位とする駆動電源を構成することで、誘導加熱手段の安定性と信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の回路ブロック図本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の回路ブロック図本発明の実施の形態３における誘導加熱調理器の回路ブロック図従来の誘導加熱調理器の回路ブロック図従来の誘導加熱調理器の回路ブロック図図４と図５とに示す従来の誘導加熱調理器の回路ブロック図を組み合わせた誘導加熱調理器の回路ブロック図

第１の発明は、商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の負出力を基準電位とする直流電源と、被加熱物を誘導加熱する誘導加熱手段と、前記誘導加熱手段の負出力を基準として前記直流電源の出力を前記誘導加熱手段へ所定の直流電圧に変換出力する駆動電源とを組とするインバータを複数組備えた誘導加熱調理器とすることにより、個々のインバータの運転状況に因らず各インバータへ駆動に必要な所定の電圧が安定供給されることとなり、誘導加熱調理器の安定性と信頼性を高めることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の直流電源出力を各駆動電源の出力電圧よりも高い電圧を出力するとしたことにより、前記駆動電源に安価な降圧レギュレータ回路（例えば、ＮＰＮトランジスタと、抵抗器と、ツェナーダイオードで構成する降圧レギュレータ）で構成することが可能となり、駆動電源をあらたに追加したことによるコストアップを抑制することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の駆動電源入力部に短絡保護手段を備えたことにより、いずれの駆動電源が短絡故障した場合においても直流電源へ及ぼす影響を最小限に抑えることができ、誘導加熱調理器の信頼性を向上させることができる。

第４の発明は、特に、第１～３のいずれか１つの発明の誘導加熱調理器において、整流回路の負出力と各誘導加熱手段との間に各誘導加熱手段に流れる電流を検知する電流検知手段を設けたことにより、前記制御手段は個々のインバータの入力電流を検知することができるので、１つの制御手段で複数のインバータを高精度に電力制御することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱調理器の回路ブロック図を示すものである。

図１において、商用電源１と、ダイオードブリッジ（図示せず）とチョークコイル（図示せず）と平滑コンデンサ（図示せず）で構成され、商用電源１を整流する整流回路２と、前記整流回路２の負出力を基準電位とし所定の電圧Ｖｏを出力するする直流電源３である。

第１のインバータ４は、被加熱物（図示せず）を誘導加熱する第１の誘導加熱手段４ａと、前記第１の誘導加熱手段４ａの負出力を基準電位として前記直流電源３の出力を前記第１の誘導加熱手段４ａへ所定の電圧Ｖｏ１に変換出力する第１の駆動電源４ｂとで構成され、
第２のインバータ５は、被加熱物（図示せず）を誘導加熱する第２の誘導加熱手段５ａと、前記第２の誘導加熱手段５ａの負出力を基準電位として前記直流電源３の出力を前記第２の誘導加熱手段５ａへ所定の電圧Ｖｏ２に変換出力する第２の駆動電源５ｂとで構成され、
前記第１のインバータ４と前記第２のインバータ５は制御手段６で制御されるよう構成されている。第１の誘導加熱手段４ａと第２の誘導加熱手段５ａは、被加熱物（図示せず）を加熱する加熱コイル（図示せず）と前記加熱コイルと共振回路を為す共振コンデンサ（図示せず）と、前記共振回路に共振電流を生成する為に排他的に動作するスイッチング素子（図示せず）（例えばＩＢＧＴ）と、前記スイッチング素子を駆動する駆動手段（図示せず）で構成される。整流回路２の負出力における整流回路２近傍の回路ポイントをａ
、ａに接続されている第１の誘導加熱手段４ａ近傍の回路ポイントをｂ、前記ｂに接続された前記第１の駆動手段４ｂ近傍の回路ポイントをｃ、ａに接続されている第２の誘導加熱手段５ａ近傍の回路ポイントをｄ、前記ｄに接続され前記第２の駆動手段５ｂ近傍の回路ポイントをｅとする。

以上のように構成された誘導加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。

第１のインバータ４で消費される電流は、第１の誘導加熱手段の負出力から整流回路２に戻る。すなわち点ｂから点ａに向けて大きな電流（例えば数アンペアから十数アンペア）が流れる。回路図上では点ｂと点ａとの間は同電位と表現されるが、現実の誘導加熱調理器において、点ｂと点ａとの間は銅箔パターンやリード線などを介して接続されており、ここには少なからずインピーダンスがあるため点ｂと点ａの間に大きな電流が流れると点ｂと点ａとの間には電位差が発生する。このため、点ａを基準として第１の誘導加熱手段４ａへ電源供給すると、自身の運転状況により供給される電源電圧が左右されることとなる。また、第２の誘導加熱手段５ａにも第１の誘導加熱手段４ａと同様に大きな電流が流れる。第２の誘導加熱手段５ａで消費される電流は点ｄから点ａに向けて流れており、点ｂ点ａ間と点ｄ点ａ間に共通部分がある場合には、点ａを基準として第１の誘導加熱手段４ａへ電源供給すると、自身の運転状況のみならず第２のインバータ５の運転状況に応じて供給される電源電圧が左右されることとなる。しかしながら、第１のインバータ４には第１の駆動電源４ｂを備えているため、自身や他のインバータの運転状況に左右されることなく、駆動に必要な電源電圧を安定して供給される。これは、第１の駆動電源４ｂが、前記ｂに接続された前記第１の駆動手段４ｂの負出力上の回路ポイントｃを基準電位として第１の誘導加熱手段４ａへ電源供給しているためで、点ｂと点ｃとの間に流れる電流は点ｂと点ａ間に流れる電流よりも十分に少なく（例えば１００ｍＡ前後）、点ｂと点ａ間での電圧降下を無視できる程度の電位差しか生じないためである。第１のインバータ４と第２のインバータ５とは基本構成は同様であるため、第２のインバータ５においても第１のインバータ４と同様の動作となることから、詳細の説明は省略する。

以上のように、本実施の形態の誘導加熱調理器において、各インバータ（例えばインバータ４）の各誘導加熱手段（例えば第１の誘導加熱手段４ａ）の負出力を基準とする駆動電源（例えば第１の駆動電源４ｂ）を備えることにより、自身や他のインバータの運転状況に因らず必要な電源電圧の供給を安定して受けることができるため、信頼性の高い多口誘導加熱調理器を提供することが可能となる。

なお、直流電源３の出力電圧Ｖｏを、各インバータ駆動に必要な電圧に各誘導加熱手段の負出力と整流回路２の負出力間で生じる電位差の最大値以上の電圧を加えた値を上回る値とすれば、各駆動電源は安価な降圧レギュレータ（例えば、ＮＰＮトランジスタと、抵抗器と、ツェナーダイオードで構成する降圧レギュレータ）で構成することができ、各インバータへ駆動電源を追加することでのコストアップを抑制することができる。

また、本実施の形態では、誘導加熱調理器のインバータを２つとしたが、特に２つに限定せずともよく、３つ以上のインバータを備える多口誘導加熱調理器においても、各インバータ毎に個々に駆動電源を備えるように構成してもよい。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における誘導加熱調理器の回路ブロック図を示すものである。

図２において、図１と同じ番号を付した箇所は図１と同じものであり、詳細の説明は省略する。

第１のインバータ７は、第１の誘導加熱手段４ａと、第１の駆動電源４ｂと、直流電源３と第１の駆動電源４ｂとの間に接続された第１の短絡保護手段７ａとで構成され、第２のインバータ８は、第２の誘導加熱手段５ａと、第２の駆動電源５ｂと、直流電源３と第２の駆動電源５ｂとの間に接続された第２の短絡保護手段８ａとで構成され、第１の短絡保護手段７ａは第１の駆動電源４および直流電源３のいずれの定格電流より低い第１の所定電流Ｉ１以上が流れると断線し、第２の短絡保護手段８ａは第２の駆動電源５ｂおよび直流電源３のいずれの定格電流より低い第２の所定電流Ｉ２以上流れると断線するものである。

第１の短絡保護手段７ａと直流電源３と間に短絡保護手段４ｃを備えたことで、第１の駆動電源４ｂの出力電流が何らかの原因で過大となり、第１の所定電流以上となると第１の短絡保護手段７ａが断線となる。このため第１の駆動電源４ｂの出力電流が第１の所定電流以上となることはない。第２の駆動電源８ａも同様に、その出力電流が第２の所定電流Ｉ２以上となることはない。

以上のように、第１の駆動電源４ｂと直流電源３との間に第１の短絡保護手段７ａを備え、第２の駆動電源５ｂと直流電源３との間に第２の短絡保護手段８ａを備えることにより、いずれかの駆動電源に電流が流れる異常時にも直流電源３に過大な電流が流れることを抑制でき、第１の駆動手段４ｂや第２の駆動手段５ｂの異常時における直流電源３への影響を最小限に抑えることができるため、直流電源３から異常発生していないインバータへ電力の安定供給が可能となり、信頼性の高い多口誘導加熱調理器を提供することができる。

なお、本実施の形態では、第１の短絡保護手段４ｃを第１の所定電流Ｉ１以上の電流が流れると断線するとしたが、第１の短絡保護手段４ｃを第１の所定電流Ｉ１以上の電流が流れないように流れる電流を制限するものとしてもよい。同様に、第２の短絡保護手段５ｃを第２の所定電流Ｉ２以上の電流が流れると断線するとしたが、第２の短絡保護手段５ｃを第２の所定電流Ｉ２以上の電流が流れないように流れる電流を制限するものとしていもよい。

また、本実施の形態では、誘導加熱調理器のインバータを２つとしたが、特に２つに限定せずともよく、３つ以上のインバータを備える多口誘導加熱調理器においても適用してよい。

（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態における誘導加熱調理器の回路ブロック図を示すものである。

図３において、図１および図２と同じ番号を付した箇所は図１、図２と同じものであり、詳細の説明は省略する。

図３において、第１のインバータ９は、図１における第１のインバータ４あるいは図２における第１のインバータ７に第１の電流検知手段９ａを追加したものであり、第１の電流検知手段９ａは整流回路２の負出力と第１の誘導加熱手段４ａの負出力間にあって、第１の電流検知手段９ａに流れる電流に応じた電圧を制御手段１１に入力するものである。第２のインバータ１０は、図１における第２のインバータ５あるいは図２における第２のインバータ８に、第２の電流検知手段１０ａを追加したものであり、第２の電流検知手段
１０ａは整流回路２の負出力と第２の誘導加熱手段５ａの負出力間にあって、第２の電流検知手段１０ａに流れる電流に応じた電圧を制御手段１１に入力するものである。制御手段１１は、第１の電流検知手段９ａからの入力に応じて第１のインバータの電力制御を行い、第２の電流検知手段１０ａからの入力に応じて第２のインバータの電力制御を行うものである。

第１のインバータ４で消費される電流は、第１の誘導加熱手段の負出力から整流回路２に戻る。すなわち点ｂから点ａに向けて大きな電流（例えば数アンペアから十数アンペア）が流れる。点ｂと点ａとの間には第１の電流検知手段９ａがあり、この第１の電流検知手段で少なからず電圧降下が生じる。また、第１の電流検知手段９ａと点ｂや点ａとの間は銅箔パターンやリード線などで接続されており、この間にもインピーダンスがあるため点ｂと点ａの間に大きな電流が流れると、点ｂと点ａとの間に第１の電流検知手段９ａのみで生じる電位差以上の電位差が発生する。このため、点ａを基準として第１の誘導加熱手段４ａへ電源供給すると、自身の運転状況により供給される電源電圧が左右されることとなる。また、第２の誘導加熱手段５ａにも第１の誘導加熱手段ａと同様に大きな電流が流れる。第２の誘導加熱手段５ａで消費される電流は点ｄから点ａに向けて流れており、点ｂ点ａ間と点ｄ点ａ間に共通部分がある場合には、点ａを基準として第１の誘導加熱手段４ａへ電源供給すると、自身の運転状況のみならず他のインバータの運転状況に応じて供給される電源電圧が左右されることとなる。しかしながら、第１のインバータ４には第１の駆動電源４ｂを備えているため、自身や他のインバータの運転状況に左右されることなく、駆動に必要な電源電圧を安定して供給される。これは、第１の駆動電源４ｂが、前記ｂに接続された前記第１の駆動手段４ｂの負出力上の回路ポイントｃを基準電位として第１の誘導加熱手段４ａへ電源供給しているためで、点ｂと点ｃとの間に流れる電流は点ｂと点ａ間に流れる電流よりも十分に少なく（例えば１００ｍＡ前後）、点ｂと点ａ間での電圧降下を無視できる程度の電位差しか生じないためである。第１のインバータ４と第２のインバータ５とは基本構成は同様であるため、第２のインバータ５においても第１のインバータ４と同様の動作となることから、詳細の説明は省略する。

また、本実施の形態では、誘導加熱調理器のインバータを２つとしたが、特に２つに限定せずともよく、３つ以上のインバータを備える多口誘導加熱調理器においても、各インバータ毎に個々に駆動電源を備えるよう構成してもよい。

また、本実施の形態によれば、電流検知手段での電圧降下が誘導加熱手段へ与える影響が抑制されるため、電流検知手段に抵抗器の端子間に生じる電位差から流れる電流を検出する電位差を生じさせることを前提とした電流検知方式を採用することも可能となり、電流検知手段の回路構成選択の自由度を広げることができる。さらに、整流回路の正出力側
ではなく負出力側に電流検知手段を設けることが可能となるため、電流検知手段を正出力側に設けた場合よりも負出力側に設けることで電流検知手段を他の回路ブロックとの絶縁距離を縮めることができ、多口誘導加熱調理器の小型化に寄与することができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器は、調理器のみならず複数の誘導加熱手段を備える機器に応用することが可能である。

１商用電源
２整流回路
３直流電源
４第１のインバータ
４ａ第１の誘導加熱手段
４ｂ第１の駆動電源
５第２のインバータ
５ａ第２の誘導加熱手段
５ｂ第２の駆動電源
６制御手段

Claims

商用電源を整流する整流回路と、
前記整流回路の負出力を基準電位とする直流電源と、
複数組のインバータと、を備え、
前記複数組のインバータのそれぞれは、
被加熱物を誘導加熱する誘導加熱手段と、
前記誘導加熱手段の負出力を基準として前記直流電源の出力を前記誘導加熱手段のスイッチング素子へ所定の直流電圧に変換出力する駆動電源と、を組として有する誘導加熱調理器。
直流電源は、各駆動電源の出力電圧よりも高い電圧を出力する請求項１に記載の誘導加熱調理器。
駆動電源の入力部に短絡保護手段を備えた請求項１または請求項２に記載の誘導加熱調理器。
整流回路の負出力と各誘導加熱手段との間に各誘導加熱手段に流れる電流を検知する電流検知手段を設けた請求項１から３のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。