JP4845432B2 - Induction heating cooker - Google Patents
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Description
この発明は、一般家庭において使用される誘導加熱調理器に関するものである。 The present invention relates to an induction heating cooker used in general households.
一般の誘導加熱調理器において、加熱コイルから見た被加熱負荷の電気抵抗値Rは、次式で表される。
N2√(ρfμ)…(1)
(上記式において、N:加熱コイル巻数、ρ:抵抗率、f:電流の周波数、μ:比透磁率である)
従って、その電気抵抗値Rは、加熱コイル巻数Nの平方、抵抗率ρの平方根、電流の周波数fの平方根、比透磁率μの平方根に比例した値となる。
鉄、磁性SUS、非磁性SUS、アルミニウムの電気抵抗率や比透磁率は下記の表1に示す値なので、アルミニウム製鍋(以下、アルミ鍋と記載)と比較して、非磁性SUS鍋は約5倍、鉄鍋や磁性SUS鍋は約20倍の抵抗値比を有している。
In a general induction heating cooker, an electric resistance value R of a heated load viewed from a heating coil is expressed by the following equation.
N 2 √ (ρfμ) (1)
(In the above formula, N: number of heating coil turns, ρ: resistivity, f: current frequency, μ: relative permeability)
Accordingly, the electric resistance value R is a value proportional to the square of the heating coil turns N, the square root of the resistivity ρ, the square root of the current frequency f, and the square root of the relative permeability μ.
Since the electrical resistivity and relative permeability of iron, magnetic SUS, nonmagnetic SUS, and aluminum are the values shown in Table 1 below, the nonmagnetic SUS pan is approximately compared to the aluminum pan (hereinafter referred to as aluminum pan). 5 times, iron pans and magnetic SUS pans have a resistance value ratio of about 20 times.
従って、加熱コイルに同じ電流を流したとすると、アルミ鍋には鉄鍋等の1/20の加熱出力しか得られない。一方、アルミ鍋において所定の加熱コイル電流で所望の加熱出力を得られるように加熱コイルの巻き数Nを調整すると、同じ駆動条件で鉄鍋等を駆動すると1/20しか電流が流れないため、加熱出力は1/400になってしまい十分な加熱出力を得られない。 Therefore, assuming that the same current is supplied to the heating coil, the aluminum pan can obtain only 1/20 of the heating output of an iron pan or the like. On the other hand, if the number of turns N of the heating coil is adjusted so that a desired heating output can be obtained with a predetermined heating coil current in the aluminum pan, the current flows only 1/20 when the iron pan or the like is driven under the same driving conditions. The heating output becomes 1/400 and a sufficient heating output cannot be obtained.
そこで、表皮抵抗に大きな差がある鉄鍋とアルミ鍋の両方を加熱できるものとして次のような従来の誘導加熱調理器が提案されている。
かかる従来の誘導加熱調理器は、鉄あるいは磁性ステンレス製のような表皮抵抗の大きい鍋と、アルミニウムあるいは銅製の抵抗の小さい鍋の何れも加熱できるように、複数の巻数を選択可能な加熱コイルおよび複数の静電容量を選択可能な共振用コンデンサから成る負荷回路と、負荷回路の加熱コイルや共振コンデンサの接続を切り替えるリレー等の切替え装置と、負荷回路の共振周波数に対応した周波数の高周波出力を供給するインバータを設け、その負荷回路の動作状態に基づいて被加熱体の材質を検知して、切替え装置による共振回路の接続とインバータの高周波出力の周波数を制御することにより、被加熱体の材質の相違による表皮抵抗に大小がある場合も同程度に加熱可能としている(例えば、特許文献1参照)。
Therefore, the following conventional induction heating cookers have been proposed as those capable of heating both an iron pan and an aluminum pan having a large difference in skin resistance.
Such a conventional induction heating cooker includes a heating coil capable of selecting a plurality of turns so that both a pan having a high skin resistance such as iron or magnetic stainless steel and a pan having a low resistance made of aluminum or copper can be heated. A load circuit consisting of a resonance capacitor that can select multiple capacitances, a switching device such as a relay that switches the connection of the heating coil and resonance capacitor of the load circuit, and a high-frequency output of a frequency corresponding to the resonance frequency of the load circuit By providing an inverter to be supplied, detecting the material of the object to be heated based on the operating state of the load circuit, and controlling the connection of the resonance circuit by the switching device and the frequency of the high frequency output of the inverter, the material of the object to be heated Even when the skin resistance due to the difference is large or small, it can be heated to the same extent (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、かかる従来の誘導加熱調理器では、表皮抵抗に大きな差がある鉄鍋とアルミ鍋の両方を加熱できるようにするために、被加熱物の材質に応じてリレー等の切替え装置で複数の加熱コイルの接続を切り替えることにより、加熱コイルから見た負荷抵抗値を調整するようにしているが、加熱コイルの接続状態が被加熱負荷の特性に対して適切でない場合にはインバータの高周波出力動作を一旦停止して、切替え装置であるリレーによる接続を切り替えてから再起動する必要があり、スムーズな火力調整ができない問題点があった。また、加熱コイルの切り替えに切替え装置としてリレーを使用するときには、その接点寿命等によりリレーを使用しない切替え装置と比較して回路寿命が短くなる問題点があった。 However, in such a conventional induction heating cooker, in order to be able to heat both an iron pan and an aluminum pan having a large difference in skin resistance, a plurality of switching devices such as relays are used depending on the material of the object to be heated. By switching the connection of the heating coil, the load resistance value seen from the heating coil is adjusted, but if the connection state of the heating coil is not appropriate for the characteristics of the heated load, the inverter outputs a high frequency signal. Is temporarily stopped, the connection by the relay which is a switching device is switched and then restarted, and there is a problem that smooth thermal power adjustment cannot be performed. Further, when a relay is used as a switching device for switching the heating coil, there is a problem that the circuit life is shortened compared to a switching device that does not use a relay due to its contact life.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、切替え装置であるリレー等による接点接続切り替えによらず、表皮抵抗に大きな差がある鉄鍋とアルミ鍋の両方を加熱可能な誘導加熱調理器を得ることを目的とする。 This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is not between contact connection switching by a relay or the like which is a switching device, but between an iron pan and an aluminum pan having a large difference in skin resistance. It aims at obtaining the induction heating cooking appliance which can heat both.
この発明に係る誘導加熱調理器においては、交流電源を直流電源に変換する直流電源回路と、磁気的に結合される複数の加熱コイルと、前記直流電源回路の出力電圧を高周波電圧に変換し、該高周波電圧を前記複数の加熱コイルにそれぞれ同一周波数で位相差を制御して印加する高周波出力制御手段とを備え、前記高周波出力制御手段は、各加熱コイルに高周波電圧を印加するのにそれぞれが2つのスイッチング素子を含むインバータ回路を、各加熱コイルごとに有し、検出した出力電流値とスイッチング素子保護の制限値とを比較し、該出力電流値が制限値に満たない場合は入力電力と設定電力を比較し、入力電力が設定電力より小さいときは前記各インバータ回路のスイッチング素子の駆動周波数を調整して入力電力を設定電力に近づけるため加熱出力を上げる周波数制御モードとし、その検出した出力電流値が制限値を超える場合と入力電力が設定電力より大きい場合は前記各インバータ回路のスイッチング素子への駆動信号の位相を調整して加熱出力を下げる位相制御モードとするものである。 In the induction heating cooker according to the present invention, a DC power supply circuit that converts an AC power supply into a DC power supply, a plurality of magnetically coupled heating coils, and an output voltage of the DC power supply circuit are converted into a high-frequency voltage, High-frequency output control means for controlling the phase difference at the same frequency and applying the high-frequency voltage to the plurality of heating coils, and the high-frequency output control means is configured to apply a high-frequency voltage to each heating coil. An inverter circuit including two switching elements is provided for each heating coil, and the detected output current value is compared with a limit value for switching element protection. If the output current value is less than the limit value, the input power When the set power is compared, and the input power is smaller than the set power, the drive frequency of the switching element of each inverter circuit is adjusted to bring the input power closer to the set power Therefore, when the detected output current value exceeds the limit value and when the input power is larger than the set power, the phase of the drive signal to the switching element of each inverter circuit is adjusted and heated. This is a phase control mode for lowering the output.
この発明は、磁気的に結合される複数の加熱コイルに、高周波出力制御手段が直流電源回路の出力電圧を高周波電圧に変換し、該高周波電圧を該複数の加熱コイルにそれぞれ同一周波数で位相差を制御して印加するようにしたので、複数の加熱コイル間の相互インダクタンスを利用して負荷インピーダンスを調整して、鉄鍋とアルミ鍋のように大きく表皮抵抗の異なる被加熱鍋に対しても同程度に加熱可能とすることができる。 In this invention, the high frequency output control means converts the output voltage of the DC power supply circuit into a high frequency voltage to a plurality of magnetically coupled heating coils, and the high frequency voltage is phase-differed to the plurality of heating coils at the same frequency. Since the load impedance is adjusted using the mutual inductance between multiple heating coils, it can be applied to a heated pan with a large skin resistance such as an iron pan and an aluminum pan. It can be heated to the same extent.
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る誘導加熱調理器の全体構成を示す回路図、図2は同誘導加熱調理器の内・外加熱コイルの大きさや位置関係を示す平面図、図3は同誘導加熱調理器の内・外加熱コイルと被加熱負荷との位置関係を示す側面図である。
図1において、交流電源1を直流電源に変換する直流電源回路2の出力側に高周波出力手段3が接続され、その高周波出力制御手段3が複数の加熱コイル4、5に高周波電圧を印加する構成となっている。
図2、図3に示すように、複数の加熱コイルのうち、加熱コイル4は略円形に巻回された外形の小なる加熱コイル(以下、内加熱コイルと称す)であり、その外周に環状の加熱コイル5(以下、外加熱コイルと称す)が巻回されており、内加熱コイル4と外加熱コイル5の中心位置は略一致するように配置されている。内・外加熱コイル4,5の下方には磁束をシールドするフェライト6が配置され、被加熱負荷である被加熱鍋7は天板8を介して内・外加熱コイル4、5上に載置されている。
Embodiment 1 FIG.
Figure 1 is a circuit diagram showing the overall configuration of the induction heating cooker according to Embodiment 1 of implementation, FIG. 2 is a plan view showing the size and the positional relationship of the inner and outer heating coils of the same induction heating cooker, 3 the It is a side view which shows the positional relationship of the internal / external heating coil of an induction heating cooking appliance, and a to-be-heated load.
In FIG. 1, a high frequency output means 3 is connected to the output side of a DC
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
次に、内・外加熱コイル4、5に流れる電流により生起される磁束について、図4と図5を用いて説明する。
図4は内・外加熱コイル4、5に印加する電圧波形を示す波形図、図5は内・外加熱コイル4、5に流れる電流により発生する磁束の方向を示す説明図である。
図5において、ある時点における内加熱コイル4に流れる電流による磁束の向きを一点鎖線矢印9a、9bで、外加熱コイル5に流れる電流による磁束の向きを二点鎖線矢印10a、10bで示している。
まず、図4(a)は、内加熱コイル4と外加熱コイル5に同一位相で高周波電圧を印加していることを示している。このとき、内加熱コイル4と外加熱コイル5に流れる電流もほぼ同位相となる。なお、内・外加熱コイル4、5上に載置された被加熱負荷である被加熱鍋7には加熱コイル電流とは逆周回方向の誘導渦電流が流れる。
Next, the magnetic flux generated by the current flowing through the inner /
FIG. 4 is a waveform diagram showing voltage waveforms applied to the inner /
In FIG. 5, the direction of the magnetic flux due to the current flowing through the
First, FIG. 4A shows that a high frequency voltage is applied to the
この内・外加熱コイル4、5に流れる電流により生起される磁束の向きは、電流の流れる方向に対して右回りの方向に発生するので、内・外加熱コイル4、5に流れる電流の向きが反転するのに伴い反転する。
図4(a)の場合には内加熱コイル4と外加熱コイル5に流れる電流がほぼ同位相のため、図5(a)に示すように内加熱コイル4の電流により発生する磁束の向きと外加熱コイル5の電流により発生する磁束の向きは同一方向になる。
図5(a)において、内加熱コイル4の電流により発生する磁束の一部9bは外加熱コイル5に鎖交し、外加熱コイル5の電流により発生する磁束の一部10bも内加熱コイル4と鎖交して、それぞれ内・外加熱コイル4、5の周囲に生じる磁束が重畳して増加するため、内・外加熱コイル4、5間の相互インダクタンスがプラスに作用して、内・外加熱コイル4、5の実効インダクタンスが大きくなり、内・外加熱コイル4、5に流れる電流は抑制される。
The direction of the magnetic flux generated by the current flowing through the inner /
In the case of FIG. 4 (a), the currents flowing through the
In FIG. 5A, a
一方、図4(b)に示すように、内加熱コイル4と外加熱コイル5に逆位相で高周波電圧を印加した場合には、内加熱コイル4と外加熱コイル5に流れる電流もほぼ逆位相となる。内・外加熱コイル4、5に流れる電流により生起される磁束の向きは、図5(b)に示すように逆方向になる。
そのとき、内加熱コイル4の電流により発生する磁束の一部9b’は外加熱コイル5に鎖交し、外加熱コイル5の電流により発生する磁束の一部10b’も内加熱コイル4と鎖交して、それぞれ内・外加熱コイル4、5の周囲に生じる磁束と打ち消しあうことになるため、内・外加熱コイル4、5間の相互インダクタンスがマイナスに作用して内・外加熱コイル4、5の実効インダクタンスが小さくなり、内・外加熱コイル4、5に電流が流れ易くなる。
On the other hand, as shown in FIG. 4B, when a high frequency voltage is applied to the
At that time, a
この実施の形態1においては、被加熱鍋7がアルミ鍋のような低抵抗鍋に対しては、高周波出力制御手段3が内加熱コイル4と外加熱コイル5を同一位相で駆動することにより、内・外加熱コイル4、5に流れる電流を抑制し、被加熱鍋7が鉄鍋や磁性SUS鍋のような高抵抗鍋に対しては、内加熱コイル4と外加熱コイル5を逆位相で駆動することにより、内・外加熱コイル4、5に電流を流しやすくして、アルミ鍋と鉄鍋のように大きく電気抵抗の異なる材質の被加熱鍋7に対しても使用可能な誘導加熱調理器を得ることができる。
In the first embodiment, when the
実施の形態2.
図6は実施の形態2に係る誘導加熱調理器の上・下加熱コイルの大きさや位置関係を示す平面図、図7は同誘導加熱調理器の上・下加熱コイルと被加熱負荷との位置関係を示す側面図、図8は上・下加熱コイルに印加する電圧の波形図、図9は上・下加熱コイルに流れる電流により発生する磁束の方向を示す説明図、図10は同誘導加熱調理器の別の上・下加熱コイルと被加熱負荷との位置関係を示す側面図である。
上記実施の形態1は複数の加熱コイルを同一平面上に、内加熱コイルと外加熱コイルという形態で配置したが、この実施の形態2では複数の加熱コイルを垂直方向に、上加熱コイルと下加熱コイルという形態で積層配置したものである。
なお、この実施の形態2の誘導加熱調理器の回路構成は実施の形態1の図1と同様とする。
Figure 6 is a plan view showing the size and the positional relationship of the upper and lower heating coil of the induction heating cooker according to
In the first embodiment, a plurality of heating coils are arranged in the form of an inner heating coil and an outer heating coil on the same plane. In the second embodiment, the plurality of heating coils are arranged vertically, and the upper heating coil and the lower heating coil are arranged in the vertical direction. It is a stacked arrangement in the form of a heating coil.
The circuit configuration of the induction heating cooker according to the second embodiment is the same as that of FIG. 1 according to the first embodiment.
図7に示すように、この実施の形態2の垂直方向に積層配置した複数の加熱コイルは、天板8や被加熱鍋7に近く配置された上側の加熱コイル4’(以下、上加熱コイルと称す)と、天板8や被加熱鍋7から離れて上加熱コイル4’の下側に配置された加熱コイル5’(以下、下加熱コイルと称す)から構成される。また、図9に上加熱コイル4’に流れる電流による磁束の向きを一点鎖線矢印で、外加熱コイル5’に流れる電流による磁束の向きを二点鎖線矢印で示している。
As shown in FIG. 7, the plurality of heating coils stacked in the vertical direction in the second embodiment are the
これら上加熱コイル4’、下加熱コイル5’に印加される電圧を図8は示し、図8(a)の場合には上加熱コイルと下加熱コイルに流れる電流の位相もほぼ同位相となる。この場合、上加熱コイル4’に流れる電流により発生する磁束の向きと下加熱コイル5’に流れる電流により発生する磁束の向きは、図9(a)に示すように同一方向になる。また、上・下加熱コイル4’、5’上に載置された被加熱鍋7には加熱コイル電流とは逆周回方向の誘導渦電流が流れる。
このとき、実施の形態1と同様に、上・下加熱コイル4’、5’間でコイル電流による磁束がお互いに鎖交して、上・下加熱コイル4’、5’間の相互インダクタンスがプラスに作用して、上・下加熱コイル4’、5’の実効インダクタンスが大きくなり、上・下加熱コイル4’、5’に流れる電流は抑制される。
FIG. 8 shows voltages applied to the
At this time, as in the first embodiment, the magnetic flux due to the coil current is linked between the upper and
一方、図8(b)に示すように、上加熱コイル4’と下加熱コイル5’に逆位相で高周波電圧を印加した場合には、上加熱コイル4’と下加熱コイル5’に流れる電流もほぼ逆位相となり、これら上・下加熱コイル4’、5’に流れる電流により発生する磁束の向きも、図9(b)に示すように逆方向になる。
そのとき、上加熱コイル4’の電流により発生する磁束の一部9’bは下加熱コイル5’に鎖交し、下加熱コイル5’の電流により発生する磁束の一部10’bも上加熱コイル4’と鎖交して、それぞれ上・下加熱コイル4’、5’の周囲に生じる磁束と打ち消しあうことになるため、上・下加熱コイル4’、5’間の相互インダクタンスがマイナスに作用して上・下加熱コイル4’、5’の実効インダクタンスが小さくなり、上・下加熱コイル4’、5’に電流が流れ易くなる。
On the other hand, as shown in FIG. 8B, when a high-frequency voltage is applied to the
At that time, a part 9′b of the magnetic flux generated by the current of the
この実施の形態2においては、高周波出力制御手段3が被加熱鍋7がアルミ鍋のような低抵抗鍋に対しては、上加熱コイル4’と下加熱コイル5’を同一位相で駆動することによって加熱きるに流れる電流を抑制し、被加熱鍋7が鉄鍋や磁性SUS鍋のような高抵抗鍋に対しては、上加熱コイル4’と下加熱コイル5’を逆位相で駆動することにより、上・下加熱コイル4’、5’に電流を流し易くして、電気抵抗の大きく異なる被加熱鍋7に対しても使用可能な誘導加熱調理器を得ることができる。
In the second embodiment, the high-frequency output control means 3 drives the upper heating coil 4 'and the lower heating coil 5' in the same phase when the
なお、被加熱鍋7に流れる誘導渦電流による磁束は、下加熱コイル5’よりも上加熱コイル4’により多く鎖交するため、上加熱コイル4’のインダクタンスの方がが小さくなり、下加熱コイル5’より大きなコイル電流がに流れることになるため、図10に示したように下加熱コイル5’の巻き数を上加熱コイル4’より減らすことにより、下加熱コイル5’と上加熱コイル4’のインダクタンスのバランスが取れ、従って、上・下加熱コイル4’、5’の電流のバランスもとれるので、電流の不均衡に因る上・下加熱コイル4’、5’やスイッチング素子の発熱の集中を緩和することができる。
In addition, since the magnetic flux due to the induced eddy current flowing through the
実施の形態3.
図11は実施の形態3に係る誘導加熱調理器の構成を示す回路図、図12は同誘導加熱調理器の低抵抗鍋用の駆動信号の波形図、図13は同誘導加熱調理器の高抵抗鍋用の駆動信号の波形図である。
図11において、交流電源1から供給される交流は直流電源回路2で直流に変換される。この直流電源回路2は、交流電力を整流する整流ダイオードブリッジ11とリアクトル12と平滑コンデンサ13とから構成されている。
そして、その直流電源回路2へ入力される入力電流は入力電流検出回路14によって検出される。
Figure 11 is a circuit diagram showing a configuration of an induction heating cooker according to the third implementation, FIG. 12 is a waveform diagram of a drive signal for the low-resistance pots of the same
In FIG. 11, the alternating current supplied from the alternating current power supply 1 is converted into direct current by the direct current
The input current input to the DC
また、直流電源回路2の出力直流母線にはインバータ回路3および3’が接続される。 インバータ回路3は内加熱コイル4用の高周波出力手段であり、直流母線間に直列に接続された2つのスイッチング素子(IGBT)15(以下、上スイッチと称す),16(以下、下スイッチと称す)と、これらスイッチング素子15、16にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード17,18とからなっている。
インバータ駆動回路19はインバータ回路3の上スイッチ15と下スイッチ16を交互にオンオフする駆動信号を出力するものであり、出力電流検出手段20は内加熱コイル4と共振コンデンサ21の直列回路に流れる出力電流を検出するものである。
The
外加熱コイル5用のインバータ回路3’も内加熱コイル4用のインバータ回路3と同様の構成であり、上スイッチ15’及び下スイッチ16’と、これら上・下スイッチ15’、16’にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード17’,18’とからなっている。
インバータ駆動回路19’はインバータ回路3’の上スイッチ15’と下スイッチ16’を交互にオンオフする駆動信号を出力するものであり、出力電流検出手段20’は外加熱コイル5と共振コンデンサ21’の直列回路に流れる出力電流を検出するものである。
The
The
出力制御手段22が、入力電流検出回路14の検出値や、出力電流検出手段20及び20’の検出値から、各インバータ駆動回路19、19’を制御する。
この実施の形態3では、内・該加熱コイル4、5に高周波電圧を制御して印加する高周波出力制御手段は、インバータ回路3、3’とインバータ駆動回路19、19’と出力制御手段22とで構成されている。
アルミ鍋のような電気抵抗の小さい被加熱鍋7を使用する場合には、鉄鍋のような電気抵抗の大きい鍋を使用する場合に比べて、入力電流検出手段14で検出する入力電流が同じ駆動信号において大きくなり、又同じ入力電流に対しては、出力電流検出手段20及び20’で検出されるコイル電流が大きくなる。
また、鉄鍋のような電気抵抗の大きい被加熱鍋7を使用する場合は、前述とは逆の関係になる。
そこで、被加熱鍋材質判定手段である出力制御手段22が検出した入出力電流等の値により被加熱鍋7の材質を判断し、インバータ回路3と3’への駆動信号の位相を、同位相にするか逆位相にするかを選択する。
The output control means 22 controls the
In the third embodiment, the high-frequency output control means for controlling and applying the high-frequency voltage to the inner and
When using a
Moreover, when using the to-
Therefore, the material of the
図12に示したのは被加熱鍋7がアルミ鍋のような低抵抗鍋用の駆動信号の例であり、周波数制御により加熱出力制御を行い、図12(a)は駆動周波数は加熱コイル4,5と共振コンデンサ21、21’の共振周波数より高い周波数範囲を用いる。
その駆動周波数範囲では、負荷回路に流れる電流は印加する電圧よりも遅れ位相となり、インバータ回路のスイッチング素子のターンオンするタイミングは、ターンオンするスイッチング素子と逆並列に接続されているダイオードが導通している状態であるので、ゼロ電圧スイッチングとなってスイッチング損失が抑えられている。なお、図12(a)は高加熱出力の駆動信号であり、(b)は駆動周波数を高周波化して加熱出力を抑制した低加熱出力の駆動信号である。
また、図13に示したのは被加熱鍋7が鉄鍋又は磁性SUS鍋ような高抵抗鍋用の駆動信号の例であり、図13(a)は高加熱出力の駆動信号波形、(b)は駆動周波数を高周波化して加熱出力を抑制した低加熱出力の駆動信号波形である。
FIG. 12 shows an example of a drive signal for a low-resistance pan such as an aluminum pan where the
In the driving frequency range, the current flowing through the load circuit is delayed from the applied voltage, and the switching element of the inverter circuit is turned on when the diode connected in antiparallel with the switching element to be turned on is conducting. Since this is a state, the switching loss is suppressed by zero voltage switching. 12A shows a drive signal with a high heating output, and FIG. 12B shows a drive signal with a low heating output in which the heating frequency is increased to suppress the heating output.
FIG. 13 shows an example of a drive signal for a high-resistance pan such as the
図12(a)において、Iの期間はインバータ回路3及び3’の上スイッチ15及び15’が導通状態である。このとき、内加熱コイル4および外加熱コイル5に右回りの電流が流れる。また、IIの期間はインバータ回路3及び3’の下スイッチ16および16’が導通状態で、内加熱コイル4と外加熱コイル5に左回りの電流が流れる。 このように、図12(a)の駆動信号の場合には、内・外加熱コイル4、5に同一周回方向の電流が流れ、その電流により発生する磁束は、お互いに重畳して強めあうため、個々の内・外加熱コイル4、5に発生する逆起電力が大きくなり、それぞれ内・外加熱コイル4、5に流れる電流は抑制されて小さくなる。
従って、被加熱鍋7で電気抵抗が小さく加熱コイルに大きな電流が流れやすいアルミ鍋を加熱する場合においても、内・外加熱コイル4、5に同じ周回方向に電流を流すことにより、それぞれ内・外加熱コイル4、5に流れる電流を抑制できるので、スイッチング素子15、16、15’、16’に過電流が流れるのを防止できる。
In FIG. 12A, the
Therefore, even in the case where an aluminum pan having a small electrical resistance and a large current easily flows through the heating coil in the
一方、図13(a)において、IIIの期間はインバータ回路3上スイッチ15及びインバータ回路3’の下スイッチ16’が導通状態である。このとき、内加熱コイル4には右回りの電流が流れ、外加熱コイル5に左回りの電流が流れる。また、図13(b)において、IVの期間はインバータ回路3の下スイッチ16及び3’の上スイッチ15’が導通状態で、内加熱コイル4には左回りの電流が流れ、外加熱コイル5に左回りの電流が流れる。
このように、図13の駆動信号の場合には、内・外加熱コイル4、5に逆周回方向の電流が流れるため、その電流により発生する磁束は、お互いに打ち消しあって弱めあうため、それぞれ内・外加熱コイル4、5に発生する逆起電力が小さくなり、それぞれ内・外加熱コイル4、5に流れる電流は大きくなる。
従って、被加熱鍋7で電気抵抗が大きく加熱コイルに電流が流れにくい鉄鍋や磁性SUS鍋を加熱する場合においても、内・外加熱コイル4、5に逆周回方向の電圧を印加することにより、それぞれ内・外加熱コイル4、5に流れる電流を増加させて、大きな入力電力を得ることができる。
On the other hand, in FIG. 13A, the
Thus, in the case of the drive signal of FIG. 13, since the current in the reverse circulation direction flows through the inner and
Therefore, even when heating an iron pan or a magnetic SUS pan in which the electric resistance is large in the
この実施の形態3は、出力制御手段22が入力電流検出回路14が検出した入力電流値と出力電流検出手段20、20’が出力電流値とに基づいて被加熱鍋7の材質を判断し、被加熱鍋7の判断した材質の電気抵抗の特性に応じて、内加熱コイル4用のインバータ回路3の駆動信号と、外加熱コイル5用のインバータ回路3’の駆動信号の位相を同一位相又は逆位相のいずれかを選択し、選択した位相でインバータ駆動回路19、19’がインバータ回路3、3’を駆動することにより、被加熱鍋7における電気抵抗の違いの影響を低減し、さらに駆動信号の位相が選択された被加熱鍋7の高加熱出力と低加熱出力の調整は駆動周波数を制御することにより行うことができる誘導加熱調理器を得ることができる。
In this third embodiment, the output control means 22 determines the material of the
なお、上記実施の形態3では内加熱コイル4と外加熱コイル5を同一周回方向に巻回した構成を示したが、逆方向に巻回した場合には、高抵抗鍋を加熱する際に同一位相で駆動し、低抵抗鍋を加熱する際に逆位相で駆動することにより、同様の効果を得ることができる。
また、上記の実施の形態3では、被加熱鍋7の材質により内加熱コイル4と外加熱コイル5の加熱電流或いは印加電圧の位相関係を選択固定して、周波数制御により加熱電力を調整する例を示したが、周波数制御と位相制御を切り替えて加熱電力の調整を行うようにしてもよい。
In addition, in the said
Moreover, in said
実施の形態4.
図14はこの発明の実施の形態3に係る誘導加熱調理器の各種駆動信号の波形図、図15は同誘導加熱調理器の加熱出力制御処理のフローチャートである。
この実施の形態4は、被加熱鍋7の材質を問わず内・外加熱コイル4、5への印加電圧を同一位相として周波数制御で駆動し、制御周波数範囲の最低周波数においても所望の加熱電力に満たない場合には内・外加熱コイル4、5への印加電圧の位相差を制御するようにしたものである。なお、この実施の形態4の誘導加熱調理器の回路の構成は実施の形態3の図10と同様とする。
FIG. 14 is a waveform diagram of various drive signals of the induction heating cooker according to
In the fourth embodiment, the applied voltage to the inner /
図14(a)〜(e)において、上段の波形が内加熱コイル4用のインバータ回路3の上スイッチ15への駆動信号で、下段の波形が外加熱コイル5用のインバータ回路3’の上スイッチ15’への駆動信号である。
各インバータ回路3、3’の下スイッチ16、16’への駆動信号については、図示を省略しているが、実施の形態3の図12等に示したように、上スイッチと排他的にデッドタイムを有してオンオフする。
図14(a)〜(c)は周波数制御モードにおける駆動信号で、(a)は上限周波数の駆動信号、(b)は中間周波数の駆動信号の例、(c)は下限周波数の駆動信号である。 また、(d)〜(e)は位相差制御モードにおける駆動信号で、(d)は中間位相差の駆動信号例、(e)は最大位相差の駆動信号を示している。なお、最大位相差は必ずしも180°とする必要は無い。
14A to 14E, the upper waveform is a drive signal to the
The drive signals to the
14A to 14C are drive signals in the frequency control mode, FIG. 14A is an example of an upper limit frequency drive signal, FIG. 14B is an example of an intermediate frequency drive signal, and FIG. 14C is an example of a lower limit frequency drive signal. is there. Further, (d) to (e) are drive signals in the phase difference control mode, (d) is an example of an intermediate phase difference drive signal, and (e) is a maximum phase difference drive signal. Note that the maximum phase difference is not necessarily 180 °.
次に、この実施の形態4の加熱電力制御処理について図15のフローチャートに基づいて説明する。
最初に、出力制御手段22が出力電流検出手段20と20’で検出した出力電流値が、インバータ回路3、3’のスイッチング素子15、16、15’、16’を保護するための制限値と比較し(ステップ1)、制限値に満たなければ入力電流検出手段14の検出値を元に算出した入力電力と設定電力を比較する(ステップ2)。
そして、出力制御手段22では入力電力が設定電力よりも小さい場合には、駆動信号の周波数が下限周波数より高いかどうかを判断し(ステップ3)、下限周波数よりも高い周波数であれば周波数制御モードとし、駆動信号波形は図14の(a)や(b)の状態とする。この場合には、駆動周波数を下げて(ステップ4)、入力電力を設定電力に近づける。
Next, the heating power control process of this
First, the output current value detected by the output control means 22 using the output current detection means 20 and 20 ′ is a limit value for protecting the switching
If the input power is smaller than the set power, the output control means 22 determines whether the frequency of the drive signal is higher than the lower limit frequency (step 3). If the frequency is higher than the lower limit frequency, the frequency control mode The drive signal waveform is assumed to be in the states of (a) and (b) of FIG. In this case, the drive frequency is lowered (step 4) to bring the input power closer to the set power.
駆動周波数が下限周波数であった場合は、駆動周波数をもう下げることができないから、位相差制御モードとする。この位相差制御モードにおけるインバータ回路3、3’への駆動信号は図14(c)〜(e)の状態とする。そして、出力制御手段22は出力中の駆動信号の位相差を最大位相差(180°)と比較して(ステップ5)、最大位相差より小さい場合には位相差を大きくし、加熱出力を増大させる(ステップ6)。
また、上記ステップ1で出力電流が制限値以上であった場合や、上記ステップ2で入力電力が設定電力より大きかった場合には、コイル電流を下げる必要があり、出力制御手段22は駆動信号の位相差が最小位相差(0°)より大きいかどうかを判断し(ステップ7)、大きい場合には位相差制御モードとし、出力電流や入力電力を小さくするように駆動信号の位相差を小さくする(ステップ8)。
また、駆動信号の位相差が最小位相差(0°)であった場合は周波数制御モードとし、出力制御手段22はその駆動信号の周波数と上限周波数を比較して(ステップ9)、上限周波数より低ければ駆動周波数を上げて加熱出力を下げる(ステップ10)。
When the drive frequency is the lower limit frequency, the drive frequency cannot be lowered anymore, so the phase difference control mode is set. The drive signals to the
If the output current is greater than the limit value in step 1 or if the input power is greater than the set power in
Further, when the phase difference of the drive signal is the minimum phase difference (0 °), the frequency control mode is set, and the output control means 22 compares the frequency of the drive signal with the upper limit frequency (step 9). If it is lower, the driving frequency is increased and the heating output is decreased (step 10).
この実施の形態4においては、出力制御手段22が出力電流検出手段20、20’が検出した出力電流値とインバータ回路3、3’のスイッチング素子15、16、15’、16’を保護するための制限値とを比較し、その検出した出力電流値が制限値に満たない場合は入力電力と設定電力を比較し、入力電力が設定電力より小さいときはインバータ回路3、3’への駆動信号の制御を入力電力を設定電力に近づけるため加熱出力を上げる周波数制御モードとし、その検出した出力電流値が制限値を超える場合と入力電力が設定電力より大きい場合はインバータ回路3、3’への駆動信号の制御を加熱出力を下げる位相差制御モードとてインバータ駆動回路19、19’がインバータ回路3、3’を駆動し、このように制御モードを切替えることにより、被加熱鍋7の電気抵抗の異なる材質を問わずに使用可能な誘導加熱調理器を得ることができ、また、加熱開始時に被加熱鍋7の材質を判定する必要も無いものとしている。
In the fourth embodiment, the output control means 22 protects the output current value detected by the output current detection means 20, 20 ′ and the
実施の形態5.
図16は実施の形態5に係る誘導加熱調理器の構成を示す回路図、図17は同誘導加熱調理器の低抵抗鍋用の駆動信号の波形図、図18は同誘導加熱調理器の高抵抗鍋用の駆動信号の波形図、図19は同誘導加熱調理器の中間的な電気抵抗を有する鍋用の駆動信号の波形図である。
図16において、実施の形態3の図11と同一または相当部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
23は内加熱コイル4側の共振コンデンサ21と並列に接続されたクランプダイオード、23’は外加熱コイル5側の共振コンデンサ21’と並列に接続されたクランプダイオードである。
Figure 16 is a circuit diagram showing a configuration of an induction heating cooker according to the fifth implementation, FIG. 17 is a waveform diagram of a drive signal for the low-resistance pots of the same
In FIG. 16, the same or corresponding parts as those in FIG. 11 of the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
この実施の形態5は、内加熱コイル4用のインバータ回路3の下スイッチ16の導通中に内加熱コイル4と共振コンデンサ21の接続点電位が直流電源回路2の負側母線電位を下回ると、クランプダイオード23が導通して環流電流が流れ、加熱コイル4と共振コンデンサ21の直列共振による転流を防止している半共振インバータ回路を用いており、上スイッチ15と下スイッチ16の導通比率制御により印加電圧を調整して周波数制御と等価的に加熱出力制御を行う。
なお、外加熱コイル5用のインバータ回路3’についても、内加熱コイル4用のインバータ回路3と同様に、上スイッチ15’と下スイッチ16’の導通比率制御により印加電圧を調整して周波数制御と等価的に加熱出力制御を行う。
その導通比率制御とは、上スイッチ15’と下スイッチ16’のオン時間の比率が異なる制御をいい、印加電圧を実質的に下げる目的で行う。
In the fifth embodiment, when the connection point potential of the
As for the
The conduction ratio control refers to control in which the ratio of the on-time of the
また、この実施の形態5は、実施の形態3と同様に、出力制御手段22が入力電流検出回路14が検出した入力電流値と出力電流検出手段20、20’が出力電流値とに基づいて被加熱鍋7の材質を判断し、被加熱鍋7の判断した材質の電気抵抗の特性に応じて、内加熱コイル4用のインバータ回路3の駆動信号と、外加熱コイル5用のインバータ回路3’の駆動信号の位相を同一位相又は逆位相のいずれかを選択するものである。
Further, in the fifth embodiment, similarly to the third embodiment, the output control means 22 is based on the input current value detected by the input
図17は低抵抗鍋用の駆動信号を示し、(a)は高加熱出力時の駆動信号波形、(b)は低加熱出力時の駆動信号波形を示し、上段は内加熱コイル4用のインバータ回路3の上スイッチ15、下スイッチ16への駆動信号波形、下段は外加熱コイル5用のインバータ回路3’の上スイッチ15’、下スイッチ16’への駆動信号波形である。
また、図18は高抵抗用鍋の駆動信号を示し、(a)は高加熱出力時の駆動信号波形、(b)は低加熱出力時の駆動信号波形である。
この実施の形態5においても、内加熱コイル4と外加熱コイル5に同一位相の電圧が印加される図17の場合には、それぞれ内・外加熱コイル4、5に流れる電流により発生する磁束がお互いに重畳するため、内・外加熱コイル4、5で発生する逆起電力が大きくなり、結果として内・外加熱コイル4、5に流れる電流を抑制する。
また、内・外加熱コイル4、5に逆位相の電圧が印加される図18の場合には、それぞれ内・外加熱コイル4、5に流れる電流により発生する磁束がお互いに打ち消しあうため、内・外加熱コイル4、5で発生する逆起電力が小さくなり、結果として内・外加熱コイル4、5に流れる電流を大きくすることができ、出力電力も大きくできる。
FIG. 17 shows a drive signal for a low resistance pan, (a) shows a drive signal waveform at a high heating output, (b) shows a drive signal waveform at a low heating output, and the upper row shows an inverter for the
FIG. 18 shows a drive signal for a high resistance pan, (a) shows a drive signal waveform at high heating output, and (b) shows a drive signal waveform at low heating output.
Also in the fifth embodiment, in the case of FIG. 17 in which voltages of the same phase are applied to the
In the case of FIG. 18 in which reverse phase voltages are applied to the inner and
この実施の形態5においては、出力制御手段22が検出した入力電流値と出力電流値とに基づいて被加熱鍋7の材質を判断し、被加熱鍋7の判断した材質の電気抵抗の特性に応じて、内加熱コイル4用の半共振インバータ回路3の駆動信号と、外加熱コイル5用の半共振インバータ回路3’の駆動信号の位相を同一位相又は逆位相のいずれかを選択し、選択した移動でインバータ駆動回路19、19’がインバータ回路3、3’を駆動し、さらに駆動信号の位相が選択された被加熱鍋7の低加熱出力の調整は半共振インバータ回路3、3’を用いて上スイッチ15,15’と下スイッチ16、16’の導通比率制御することにより、被加熱鍋7の材質による電気抵抗の違いの影響を低減した誘導加熱調理器を得ることができる。
また、半共振インバータ回路3、3’は一定の周波数で駆動できるので、複数の加熱口を有する調理器に適用した場合にも、鍋相互間の共鳴音等の問題も生じない。
In the fifth embodiment, the material of the
Moreover, since the
なお、内加熱コイル4と外加熱コイル5に印加する電圧、あるいは内加熱コイル4と外加熱コイル5に流れる電流の位相差については、検出した入力電流や出力電流から中間的な電気抵抗を有する非磁性sus鍋である被加熱鍋7の電気抵抗等を判断し、図19に示したような中間的な位相差としてもよい。図19においても、(a)は高加熱出力時の駆動信号波形、(b)は駆動周波数を高周波化して加熱出力を抑制した低加熱出力時の駆動信号波形を示す。
Note that the voltage applied to the
実施の形態6.
図20は実施の形態6に係る誘導加熱調理器の構成を示す回路図、図21は同誘導加熱調理器の低抵抗鍋用の駆動信号の波形図、図22は同誘導加熱調理器の高抵抗鍋用の駆動信号の波形図である。
この実施の形態6は高周波変換手段として一石共振型インバータ回路を用いたものである。図20において、図11或いは図16と同一あるいは相当する部分には同一の符号を付している。
この実施の形態6は、直流電源回路2の出力側に、内加熱コイル4とその共振コンデンサ21の並列負荷回路24と、外加熱コイル5とその共振コンデンサ21’の並列負荷回路24’が接続され、並列負荷回路24と直列にスイッチング素子25と逆並列ダイオード26を接続し、また、並列負荷回路24’と直列にスイッチング素子25’と逆並列ダイオード26’を接続して、それぞれ一石共振インバータ回路を構成している。
この一石共振インバータ回路のスイッチング素子25、25’の導通時間制御により印加電圧を調整して周波数制御と等価的に加熱出力制御を行う。
その導通時間制御とは、スイッチング素子25、25’の駆動信号のオフ時間はそれぞれ変化しないが、オン時間を変化させる制御をいい、印加電圧を実質的に下げることを目的として行う。
Figure 20 is a circuit diagram showing a configuration of an induction heating cooker according to the sixth implementation, FIG. 21 is a waveform diagram of a drive signal for the low-resistance pots of the same
In the sixth embodiment, a single-stone resonant inverter circuit is used as the high-frequency conversion means. 20, the same or corresponding parts as those in FIG. 11 or 16 are denoted by the same reference numerals.
In the sixth embodiment, on the output side of the DC
The applied voltage is adjusted by the conduction time control of the switching
The conduction time control refers to control for changing the on-time while the off-time of the drive signals of the switching
図21と図22は、一石共振インバータ回路のスイッチング素子25、25’の駆動信号を示したもので、図21は同一位相(タイミング)でオンするものであり、図22は逆位相(駆動周期の半周期ずれたタイミング)でオンするものである。また、図21及び図22において、(a)はスイッチング素子のオン時間を長くした高加熱出力の駆動信号であり、(b)はスイッチング素子のオン時間を短くした低加熱出力時の駆動信号であり、導通時間制御されたものである。
FIGS. 21 and 22 show drive signals for the
次に、この実施の形態6の誘導加熱調理器の動作について説明する。
一石共振インバータ回路では、スイッチング素子25、25’のオン状態では、共振コンデンサ21、21’と内・外加熱コイル4、5に直流電源電圧が印加され、導通時間に比例して加熱コイル電流が増加する。
そして、スイッチング素子25、25’をオフすると内・外加熱コイル4、5と共振コンデンサ21、21’が共振モードとなり、加熱コイル電流は並列の共振コンデンサ21、21’に充電されていた電荷を放電し、その後、加熱コイル電流は転流して共振コンデンサ21、21’を充電するが、その充電により並列負荷回路24、24’とスイッチング素子25、25’の接続点電位が直流母線負電位を下回ると、逆並列ダイオード26、26’が導通して平滑コンデンサ13に回生電流が流れる。この逆並列ダイオード26、26’が導通している間にスイッチング素子25、25’がターンオンして、ゼロ電圧スイッチングを行う。
Next, the operation of the induction heating cooker according to the sixth embodiment will be described.
In the monolithic resonance inverter circuit, when the switching
Then, when the switching
この一石共振インバータ回路を用いた形態であっても、図21に示したように、内加熱コイル用インバータ回路のスイッチング素子25と、外加熱コイル用インバータ回路のスイッチング素子25’をオンするタイミングを同じにすると、内加熱コイル4に流れる電流と外加熱コイル5に流れる電流の向きが同じ周回方向の同一位相となり、それぞれ内・外加熱コイル4、5に流れる電流により発生する磁束がお互いに重畳するため、内・外加熱コイル4、5で発生する逆起電力が大きくなり、結果として内・外加熱コイル4、5に流れる電流は抑制される。
Even in the form using this one-stone resonant inverter circuit, as shown in FIG. 21, the switching
また、図22に示したように、内加熱コイル用インバータ回路のスイッチング素子25と、外加熱コイル用インバータ回路のスイッチング素子25’をオンするタイミングを駆動周期の半周期ずらしたタイミングとすると、内加熱コイル4に流れる電流と外加熱コイル5に流れる電流の向きがほぼ逆周回方向の逆位相となり、それぞれ内・外加熱コイル4、5に流れる電流により発生する磁束がお互いに打ち消しあうため、内・外加熱コイル4、5で発生する逆起電力が小さくなり、結果として内・外加熱コイル4、5に流れる電流を大きくすることができ、入力電力も大きくできる。
Further, as shown in FIG. 22, when the switching
なお、内加熱コイル4と外加熱コイル5の巻回方向が逆向き場合には、同一位相でインバータ回路のスイッチング素子25、25’を駆動すると内・外加熱コイル4、5に逆周回方向の電流が流れて、加熱コイル電流により発生する磁束がお互いに打ち消しあうため、被加熱鍋7が高電気抵抗であっても加熱コイル電流を大きくすることができる。
また、逆位相でインバータ回路のスイッチング素子25、25’を駆動すると、内・外加熱コイル4、5に同じ周回方向の電流が流れて、加熱コイル電流により発生する磁束が重畳するため、被加熱鍋7が低電気抵抗であっても加熱コイル電流を抑制することができる。
When the winding directions of the
In addition, when the switching
この実施の形態6においては、出力制御手段22が検出した入力電流値と出力電流値とに基づいて被加熱鍋7の材質を判断し、被加熱鍋7の判断した材質の電気抵抗の特性に応じて、内加熱コイル用一石共振インバータのスイッチング素子25の駆動信号と、外加熱コイル用一石共振インバータのスイッチング素子25’の駆動信号の位相を同一位相又は逆位相のいずれかを選択し、選択した位相でインバータ駆動回路19、19’がインバータ回路のスイッチング素子25、25’を駆動し、さらに駆動信号の位相が選択された被加熱鍋7の低加熱出力の調整は一石共振インバータのスイッチング素子25、25’の導通時間制御することにより、被加熱鍋7の材質による電気抵抗の違いの影響を低減した誘導加熱調理器を得ることができる。
In the sixth embodiment, the material of the
実施の形態7.
図23は実施の形態7に係る誘導加熱調理器の構成を示す回路図、図24は同誘導加熱調理器の内・外加熱コイルと被加熱負荷との位置関係を示す側面図である。
図23において、図11、図16或いは図20と同一あるいは相当する部分には同一の符号を付している。
この実施の形態7は、直流電源回路2の出力側である直流母線間に、2個直列に接続されたスイッチング素子(上スイッチと下スイッチ)と、スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続したダイオード(上ダイオードと下ダイオード)からなるアーム3組(以下、3組のアームを、U相アーム3U、V相アーム3V、W相アーム3Wと呼ぶ)を有している。
U相アーム3Uの上スイッチと下スイッチと上ダイオードと下ダイオードは15U、16U、17U、18Uとし、V相アーム3Vの上スイッチと下スイッチと上ダイオードと下ダイオードは15V、16V、17、18Vとし、W相アーム3Wの上スイッチと下スイッチと上ダイオードと下ダイオードは15W、16W、17W、18Wとする。
Figure 23 is a circuit diagram showing a configuration of an induction heating cooker according to the seventh implementation, FIG. 24 is a side view showing the positional relationship between the heating load and the inner and outer heating coils of the same induction heating cooker.
In FIG. 23, the same or corresponding parts as those in FIG. 11, FIG. 16, or FIG.
In the seventh embodiment, two switching elements (upper switch and lower switch) connected in series between the DC buses on the output side of the DC
The upper switch, lower switch, upper diode and lower diode of the
そのU相アーム3Uの出力点とV相アーム3Vの出力点間に、内加熱コイル4とその共振コンデンサ21からなる負荷回路が接続され、U相アーム3Uの出力点とW相アーム3Wの出力点の間に、外加熱コイル5とその共振コンデンサ21’からなる負荷回路が接続されている。各アームのスイッチング素子は、出力制御手段22により制御された駆動回路19U、19V、19Wからの駆動信号によって動作して、各アームの出力電位の差が各負荷回路に印加される。
Between the output point of the
図25〜図27は、周波数制御による加熱出力制御を行う場合の駆動信号の波形図であり、図25は3アームフルブリッジモード、図26は2アームフルブリッジモード、図27はハーフブリッジモードの駆動信号である。図25〜図27において、(a)は高加熱出力時の駆動信号であり、(b)は低加熱出力時の駆動信号である。
ここで、3アームフルブリッジモードとは、3組のアーム(U相アーム、V相アーム、W相アーム)のスイッチング素子が同じ周波数で駆動され、U相アーム3Uの出力電位とV相アーム3Vの出力電位の差が内加熱コイル4と共振コンデンサ20の負荷回路に印加され、U相アーム3Uの出力電位とW相アーム3Wの出力電位の差が外加熱コイル5と共振コンデンサ20’の負荷回路に印加される。
この場合、内加熱コイル4と外加熱コイル5に逆周回方向の逆位相で電圧を印加し、加熱コイル電流を流すことになるので、その加熱コイル電流により発生する磁束はお互いに打ち消しあい、負荷回路のインピーダンスを小さくするので加熱コイルに流れる電流を大きくすることができ、鉄鍋のような高電気抵抗の被加熱鍋7に対しても大きな加熱出力を得ることができる。
FIGS. 25 to 27 are waveform diagrams of drive signals when performing heating output control by frequency control. FIG. 25 is a three-arm full bridge mode, FIG. 26 is a two-arm full bridge mode, and FIG. 27 is a half-bridge mode. This is a drive signal. In FIGS. 25 to 27, (a) is a drive signal at the time of high heating output, and (b) is a drive signal at the time of low heating output.
Here, the 3-arm full bridge mode means that the switching elements of the three sets of arms (U-phase arm, V-phase arm, W-phase arm) are driven at the same frequency, and the output potential of the
In this case, since a voltage is applied to the
また、2アームフルブリッジモードとは、U相アーム3Uのスイッチング素子は駆動せず、V相アーム3VとW相アーム3Wのスイッチング素子を高周波駆動するもので、内加熱コイル4、共振コンデンサ21、外加熱コイル5及び共振コンデンサ21’の直列回路に、V相アーム3Vの出力電位とW相アーム3Wの出力電位の差が印加される。
この場合、内加熱コイル4と外加熱コイル5には、同一周回方向の同一位相で電圧が印加され、加熱コイル電流が流れることになるので、その加熱コイル電流により発生する磁束はお互いに重畳して、負荷回路のインピーダンスを大きくするので、加熱コイル電流を抑制することができ、非磁性SUS鍋のような中電気抵抗の被加熱鍋7に対して適切な加熱出力を得ることができる。
The two-arm full bridge mode is a mode in which the switching elements of the V-
In this case, a voltage is applied to the
さらに、ハーフブリッジモードとは、U相アーム3Uのスイッチング素子は駆動せず、V相アーム3VとW相アーム3Wの何れか一方のスイッチング素子を高周波駆動し、他方を固定駆動するするもので、図27では、V相アーム3Vのスイッチング素子を高周波駆動し、W相アーム3Wのスイッチング素子を固定駆動(上スイッチ15W:オフ、下スイッチ16W:オン)している。
Further, the half-bridge mode is one in which the switching element of the
この場合も内加熱コイル4、共振コンデンサ21、外加熱コイル5及び共振コンデンサ21’の直列回路に、V相アーム3Vの出力電位とW相アーム3Wの出力電位の差が印加されことになるが、W相アーム出力電位が直流母線負側電位に固定されているので、前記の直列回路に印加される高周波電圧は、2アームフルブリッジモードの半分となる。
さらに、2アームフルブリッジモードと同様に、内加熱コイル4と外加熱コイル5には、同一周回方向の同一位相で電圧が印加され、加熱コイル電流が流れることになるので、その加熱コイル電流により発生する磁束はお互いに重畳して負荷回路のインピーダンスを大きくするため加熱コイル電流は抑制されるので、アルミ鍋のような低電気抵抗の被加熱鍋7に対しても加熱コイル電流を抑制することができる。
In this case as well, the difference between the output potential of the V-
Further, as in the two-arm full bridge mode, a voltage is applied to the
次に、インバータ回路の上記の動作モード(3アームフルブリッジモード、2アームフルブリッジモード、ハーフブリッジモード)を決める方法を説明する。
図28は同誘導加熱調理器の動作モードを決める被加熱鍋判定処理のフローチャート、図29は同誘導加熱調理器の被加熱鍋判定用の入力電流と出力電流の関係を示すグラフである。
図28において、最初に負荷判定用の駆動信号でインバータ回路を駆動し(ステップ11)、入力電流検出回路14や出力電流検出回路20、20’の検出値を図28のグラフに示す各種モードに当てはめて入出力電流判定処理を行う(ステップ12)。
入力電流が所定値より小さければ被加熱負荷が無かったり、小物であるので加熱を停止し(ステップ13)、入力電流が所定値以上ある場合には、検出した出力電流の大きさにより判断する。
出力電流が小さい場合には鉄鍋や磁性SUS鍋等の高抵抗鍋として3アームフルブリッジ駆動を行い(ステップ14)、出力電流が中位の場合には非磁性SUS鍋等の中抵抗鍋として2アームフルブリッジ駆動を行い(ステップ15)、出力電流が大きい場合にはアルミ鍋のような低抵抗鍋としてハーフブリッジ駆動を行う(ステップ16)。
Next, a method for determining the operation mode (3-arm full bridge mode, 2-arm full bridge mode, half bridge mode) of the inverter circuit will be described.
FIG. 28 is a flowchart of the heating pot determination process for determining the operation mode of the induction heating cooker, and FIG. 29 is a graph showing the relationship between the input current and the output current for determining the heating pot of the induction heating cooker.
28, the inverter circuit is first driven with a drive signal for load determination (step 11), and the detected values of the input
If the input current is smaller than the predetermined value, there is no load to be heated, or since it is a small object, heating is stopped (step 13). If the input current is greater than the predetermined value, the determination is made based on the detected output current.
When the output current is small, a three-arm full-bridge drive is performed as a high resistance pan such as an iron pan or a magnetic SUS pan (step 14). When the output current is medium, a medium resistance pan such as a non-magnetic SUS pan is used. Two-arm full-bridge driving is performed (step 15), and when the output current is large, half-bridge driving is performed as a low resistance pan such as an aluminum pan (step 16).
この実施の形態7においては、直流電源回路2の出力側である直流母線間に、2個直列に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続したダイオードからなる3組のアーム3U、3V、3Wを有し、そのU相アーム3Uの出力点とV相アーム3Vの出力点間に、内加熱コイル4とその共振コンデンサ21からなる負荷回路が接続され、U相アーム3Uの出力点とW相アーム3Wの出力点の間に、外加熱コイル5とその共振コンデンサ21’からなる負荷回路が接続されており、出力制御手段22が検出した入力電流値と出力電流値とに基づいて被加熱鍋7の材質を判断し、被加熱鍋7の判断した材質の電気抵抗の特性に応じて、内・外加熱コイル4、5用のアームの駆動信号の位相を同一又は逆位相のいずれか選択し、選択した位相で駆動回路19V、19U、19Wがアーム3U、3V、3Wを駆動し、各アームの出力電位の差が各負荷回路に印加されるようにした誘導加熱調理器であって、3組のアーム3U、3V、3Wに対して3アームフルブリッジ、2アームフルブリッジ又はハーフブリッジという駆動モードをそれぞれ選択することにより、内・外加熱コイル4、5に印加する電圧の向きを互いに逆周回方向の逆位相としたり、同一周回方向の同一位相としたり、印加電圧を半分にすることができ、大きく電気抵抗の異なる被加熱鍋7に対しても使用可能な誘導加熱調理器を得ることができる。
In the seventh embodiment, three sets of
実施の形態8.
図30は実施の形態8に係る誘導加熱調理器の3アームフルブリッジモードの導通比率制御の駆動信号の波形図、図31は同誘導加熱調理器の2アームフルブリッジモードの導通比率制御の駆動信号の波形図、図32は同誘導加熱調理器のハーフブリッジモードの導通比率制御の駆動信号の波形図、図33は同誘導加熱調理器の3アームフルブリッジモードの位相差制御の駆動信号の波形図、図34は同誘導加熱調理器の2アームフルブリッジモードの位相差制御の駆動信号の波形図である。
Figure 30 is a waveform diagram of a driving signal of the conduction ratio control of 3 arms full bridge mode of the induction heating cooker according to the eighth implementation, Figure 31 is a second conduction ratio control arms full bridge mode the induction heating cooker Fig. 32 is a waveform diagram of the drive signal, Fig. 32 is a waveform diagram of a drive signal for half-bridge mode conduction ratio control of the induction heating cooker, and Fig. 33 is a drive signal for phase difference control of the three-arm full bridge mode of the induction heating cooker. FIG. 34 is a waveform diagram of a drive signal for phase difference control in the two-arm full bridge mode of the induction heating cooker.
上記の実施の形態7の誘導加熱調理器では、加熱出力の調整をインバータ回路の上下スイッチの駆動周波数を制御することにより行っているが、この実施の形態8では、図30〜図32に示すように、加熱出力の調整を各アームの上下スイッチの導通比率制御により行っている。図30〜図32において、(a)は高加熱出力の駆動信号波形であり、(b)は低加熱出力の駆動信号波形であり、それぞれ最上段から最下段におけるU相アーム上スイッチ、U相アーム下スイッチ、V相アーム上スイッチ、V相アーム下スイッチ、W相アーム上スイッチ、W相アーム下スイッチのオンオフ状態を示す。 In the induction heating cooker according to the seventh embodiment, the heating output is adjusted by controlling the drive frequency of the up / down switch of the inverter circuit. In the eighth embodiment, the heating output is shown in FIGS. As described above, the heating output is adjusted by controlling the conduction ratio of the upper and lower switches of each arm. 30 to 32, (a) is a drive signal waveform of high heating output, (b) is a drive signal waveform of low heating output, and the U-phase arm upper switch and U-phase from the top to the bottom, respectively. The ON / OFF state of the arm lower switch, the V phase arm upper switch, the V phase arm lower switch, the W phase arm upper switch, and the W phase arm lower switch is shown.
図30は3アームフルブリッジモードの駆動信号波形を示し、U相アーム3Uの出力電位とV相アーム3Vの出力電位の差が内加熱コイル4と共振コンデンサ20の直列回路に印加され、U相アーム3Uの出力電位とW相アーム3Wの出力電位の差が外加熱コイル5と共振コンデンサ20’の直列回路に印加される。
この場合、上スイッチ15U、15V、15Wの導通比率に比例した高周波電圧が、内加熱コイル4と外加熱コイル5に対して互いに逆周回方向の逆位相で印加して、内・外加熱コイル4、5により発生する磁束がお互いに打ち消しあうようになるので、加熱コイルに流れる電流を大きくすることができ、高抵抗鍋の被加熱鍋7に対して大きな加熱出力を制御できる。
FIG. 30 shows a drive signal waveform in the three-arm full-bridge mode, and the difference between the output potential of the
In this case, a high-frequency voltage proportional to the conduction ratio of the
また、図31は2アームフルブリッジモード駆動信号波形を示し、U相アーム3Uは駆動されず(U相アームの上スイッチ15U、下スイッチ16Uともにオフ状態)、V相アーム3VとW相アーム3Wの上スイッチ15V、15W及び下スイッチ16V、16Wが高周波駆動され、V相アーム3Vの出力電位とW相アーム3Wの出力電位の差が、直列に接続された内加熱コイル4、共振コンデンサ20、外加熱コイル5、共振コンデンサ20’に印加される。
この場合、内加熱コイル4と外加熱コイル5には、同一周回方向の同一位相で直列に電圧が印加されるので、内・外加熱コイル4、5に流れる電流により発生する磁束は互いに重畳するため、内・外加熱コイル4、5に流れる電流は抑制された状態で、上スイッチ15V、15Wの導通比率により加熱出力制御される。
FIG. 31 shows a two-arm full bridge mode drive signal waveform. The
In this case, since the voltage is applied in series to the
さらに、図32はハーフブリッジモードの駆動信号を示し、U相アーム3Uは駆動されず、V相アーム3Vは高周波駆動され、W相アーム3Wは固定駆動(W相アームの上スイッチ15Wはオフ、下スイッチ16Wはオン)される。
この場合、2アームフルブリッジモードと同様に、V相アーム3Vの出力電位とW相アーム3Wの出力電位の差が、直列に接続された内加熱コイル4、共振コンデンサ20、外加熱コイル5、共振コンデンサ20’に印加されるので、内加熱コイル4と外加熱コイル5には同一周回方向で直列に電圧が印加されて、内・外加熱コイル4、5に流れる電流により発生する磁束は互いに重畳するとともに、高周波印加電圧は2アームフルブリッジモードより低くなるので、低抵抗鍋の被加熱鍋7に対して出力電流を抑制して加熱制御することができる。
Further, FIG. 32 shows a drive signal in the half-bridge mode, the
In this case, as in the two-arm full bridge mode, the difference between the output potential of the V-
この実施の形態8においては、直流電源回路2の出力側である直流母線間に、2個直列に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続したダイオードからなる3組のアーム3U、3V、3Wを有し、そのU相アーム3Uの出力点とV相アーム3Vの出力点間に、内加熱コイル4とその共振コンデンサ21からなる負荷回路が接続され、U相アーム3Uの出力点とW相アーム3Wの出力点の間に、外加熱コイル5とその共振コンデンサ21’からなる負荷回路が接続されており、出力制御手段22が検出した入力電流値と出力電流値とに基づいて被加熱鍋7の材質を判断し、被加熱鍋7の判断した材質の電気抵抗の特性に応じて、内・外加熱コイル4、5用のアームの駆動信号の位相を同一又は逆位相のいずれか選択し、選択した位相で駆動回路19V、19U、19Wがアーム3U、3V、3Wを駆動し、各アームの出力電位の差が各負荷回路に印加されるようにした誘導加熱調理器であって、3組のアーム3U、3V、3Wに対して3アームフルブリッジ、2アームフルブリッジ又はハーフブリッジという駆動モードをそれぞれ選択することにより、内・外加熱コイル4、5に印加する電圧の向きを互いに逆周回方向の逆位相としたり、同一周回方向の同一位相としたり、印加電圧を半分にすることができ、大きく電気抵抗の異なる被加熱鍋7に対しても使用可能とし、さらに選択された駆動モードにおける被加熱鍋7の低加熱出力の調整は各アームの上下スイッチの導通比率制御することにより、被加熱鍋7の材質による電気抵抗の違いの影響を低減した誘導加熱調理器を得ることができる。
In the eighth embodiment, three sets of
なお、3アームフルブリッジモードや2アームフルブリッジモード駆動する場合、上記の図30、図31の導電比率制御に替えて、図33、図34に示す位相差制御を用いてもよい。
この方式も、3アームフルブリッジモード(図33)では、U相アーム3Uの出力電位と、V相アーム3V及びW相アーム3Wの出力電位との差を内加熱コイル4と共振コンデンサ20及び外加熱コイル5と共振コンデンサ20’に印加するものであり、2アームフルブリッジモード(図34)では、V相アーム3Vの出力電位とW相アーム3Wの出力電位の差を、内加熱コイル4、共振コンデンサ20、外加熱コイル5、共振コンデンサ20’の直列回路に印加するものであり、導通比率制御と同等の加熱制御をすることができる。また、導通比率制御と比較して各アームの上スイッチと下スイッチの導通比率を同じにできるので、上下のスイッチング素子間における発熱ばらつきを減らすことができる。
In the case of driving in the 3-arm full bridge mode or the 2-arm full bridge mode, the phase difference control shown in FIGS. 33 and 34 may be used in place of the conductivity ratio control shown in FIGS.
Also in this method, in the three-arm full bridge mode (FIG. 33), the difference between the output potential of the
実施の形態9.
図35は実施の形態9に係る誘導加熱調理器の構成を示す回路図、図36は同誘導加熱調理器の上・下加熱コイルと被加熱負荷との位置関係を示す側面図である。図35および図36において、図23および図24と同一あるいは相当する部分には同一の符号を付している。
この実施の形態9は、前記実施の形態7における内加熱コイル4と外加熱コイル5を、複数の加熱コイルを積層配置した上加熱コイル4’と下加熱コイル5’に置き換えたものである。
従って、この実施の形態9も、前記実施の形態7と同様に、3つのインバータ回路3V、3U、3Wを有し、上加熱コイル4’と下加熱コイル5’が3アームフルブリッジモード、2アームフルブリッジモード、ハーフブリッジモードの3つの動作モードで駆動される。
Embodiment 9 FIG.
Figure 35 is a circuit diagram showing a configuration of an induction heating cooker according to the ninth implementation, FIG. 36 is a side view showing the positional relationship between the upper and lower heating coils of the same induction heating cooker heated load. 35 and 36, the same or corresponding portions as those in FIGS. 23 and 24 are denoted by the same reference numerals.
In the ninth embodiment, the
Therefore, the ninth embodiment also has three
3アームフルブリッジモードの場合、上加熱コイル4’と下加熱コイル5’に逆周回方向の逆位相で電圧を印加し、加熱コイル電流を流すことになるので、その加熱コイル電流により発生する磁束はお互いに打ち消しあい、負荷回路のインピーダンスを小さくするので加熱コイルに流れる電流を大きくすることができ、鉄鍋のような高電気抵抗の被加熱鍋7に対しても大きな加熱出力を得ることができる。
また、2アームフルブリッジモードの場合、上加熱コイル4’と下加熱コイル5’には、同一周回方向に電圧が印加され、加熱コイル電流が流れることになるので、その加熱コイル電流により発生する磁束はお互いに重畳して、負荷回路のインピーダンスを大きくするので、加熱コイル電流を抑制することができる。
さらに、ハーフブリッジモードの場合、上加熱コイル4’と下加熱コイル5’には印加される高周波電圧は、2アームフルブリッジモードの半分となるが、同一周回方向の同一位相で電圧が印加され、加熱コイル電流が流れることになるので、その加熱コイル電流により発生する磁束はお互いに重畳して負荷回路のインピーダンスを大きくするため加熱コイル電流は抑制されるので、アルミ鍋のような低電気抵抗の被加熱鍋7に対しても加熱コイル電流を抑制することができる。
In the case of the three-arm full bridge mode, a voltage is applied to the
Further, in the case of the 2-arm full bridge mode, a voltage is applied to the
Further, in the half bridge mode, the high frequency voltage applied to the
この実施の形態9においては、直流電源回路2の出力側である直流母線間に、2個直列に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続したダイオードからなる3組のアーム3U、3V、3Wを有し、そのU相アーム3Uの出力点とV相アーム3Vの出力点間に、内加熱コイル4とその共振コンデンサ21からなる負荷回路が接続され、U相アーム3Uの出力点とW相アーム3Wの出力点の間に、外加熱コイル5とその共振コンデンサ21’からなる負荷回路が接続されており、出力制御手段22が検出した入力電流値と出力電流値とに基づいて被加熱鍋7の材質を判断し、被加熱鍋7の判断した材質の電気抵抗の特性に応じて、内・外加熱コイル4、5用のアームの駆動信号の位相を同一又は逆位相のいずれか選択し、選択した位相で駆動回路19V、19U、19Wがアーム3U、3V、3Wを駆動し、各アームの出力電位の差が各負荷回路に印加されるようにした誘導加熱調理器であって、3組のアーム3U、3V、3Wに対して3アームフルブリッジ、2アームフルブリッジ又はハーフブリッジという駆動モードをそれぞれ選択することにより、上・下加熱コイル4’、5’に印加する電圧の向きを互いに逆周回方向の逆位相としたり、同一周回方向の同一位相としたり、印加電圧を半分にすることができ、大きく電気抵抗の異なる被加熱鍋7に対しても使用可能な誘導加熱調理器を得ることができる。
In the ninth embodiment, three sets of
なお、上加熱コイル4’は下加熱コイル5’と比較して、被加熱鍋7に近接して配置されており、被加熱鍋7に流れる誘導渦電流による磁束は、下加熱コイル5’よりも上加熱コイル4’により多く鎖交するため、上加熱コイル4’のインダクタンスの方がが小さくなり、下加熱コイル5’より大きなコイル電流がに流れることになるため、図36に示したように下加熱コイル5’の巻き数を上加熱コイル4’より減らすことにより、下加熱コイル5’と上加熱コイル4’のインダクタンスの違いを補償し、上加熱コイル4’と下加熱コイル5’に流れる電流のバランスもとれるので、電流の不均衡に因る加熱コイルやスイッチング素子の発熱の集中を緩和することができる。
Note that the
1 交流電源、2 直流電源回路、3 高周波出力制御手段、4 内加熱コイル、5 外加熱コイル、6 フェライト。
1 AC power supply, 2 DC power supply circuit, 3 high frequency output control means, 4 internal heating coil, 5 external heating coil, 6 ferrite.
Claims (3)
磁気的に結合される複数の加熱コイルと、
前記直流電源回路の出力電圧を高周波電圧に変換し、該高周波電圧を前記複数の加熱コイルにそれぞれ同一周波数で位相差を制御して印加する高周波出力制御手段と、
を備え、
前記高周波出力制御手段は、各加熱コイルに高周波電圧を印加するのにそれぞれが2つのスイッチング素子を含むインバータ回路を、各加熱コイルごとに有し、
検出した出力電流値とスイッチング素子保護の制限値とを比較し、該出力電流値が制限値に満たない場合は入力電力と設定電力を比較し、入力電力が設定電力より小さいときは前記各インバータ回路のスイッチング素子の駆動周波数を調整して入力電力を設定電力に近づけるため加熱出力を上げる周波数制御モードとし、その検出した出力電流値が制限値を超える場合と入力電力が設定電力より大きい場合は前記各インバータ回路のスイッチング素子への駆動信号の位相を調整して加熱出力を下げる位相制御モードとすることを特徴とする誘導加熱調理器。 A DC power supply circuit that converts AC power into DC power;
A plurality of magnetically coupled heating coils;
High-frequency output control means for converting the output voltage of the DC power supply circuit into a high-frequency voltage, and applying the high-frequency voltage to the plurality of heating coils by controlling the phase difference at the same frequency, respectively ;
With
The high-frequency output control means has an inverter circuit that includes two switching elements for each heating coil to apply a high-frequency voltage to each heating coil,
The detected output current value is compared with the switching element protection limit value. When the output current value is less than the limit value, the input power and the set power are compared. When the input power is smaller than the set power, the inverters In the frequency control mode that increases the heating output to adjust the drive frequency of the switching element of the circuit to bring the input power closer to the set power, and when the detected output current value exceeds the limit value and the input power is greater than the set power An induction heating cooker characterized by having a phase control mode in which the phase of the drive signal to the switching element of each inverter circuit is adjusted to lower the heating output.
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