JP6211175B2 - Induction heating cooker - Google Patents
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Description
この発明は、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.
従来の誘導加熱調理器においては、被加熱物の温度を、インバータの入力電流や制御量により判定するものがある。
例えば、インバータの入力電流が一定となるようにインバータを制御する制御手段を有し、所定時間以内に所定以上の制御量の変化があった場合に被加熱物の温度変化が大と判断してインバータの出力を抑制する誘導加熱調理器が提案されている(例えば、特許文献1参照)。Some conventional induction heating cookers determine the temperature of an object to be heated based on the input current or control amount of an inverter.
For example, it has a control means for controlling the inverter so that the input current of the inverter becomes constant, and when the control amount changes more than a predetermined amount within a predetermined time, it is determined that the temperature change of the object to be heated is large. An induction heating cooker that suppresses the output of an inverter has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の誘導加熱調理器では、入力電力が一定となるようにインバータの駆動周波数を制御し、この制御量変化(Δf)によって被加熱物の温度変化を判断している。しかしながら、被加熱物の材質によっては、駆動周波数の制御量変化(Δf)が微小となり、被加熱物の温度変化を検出できないという問題点があった。 In the induction heating cooker described in Patent Document 1, the drive frequency of the inverter is controlled so that the input power is constant, and the temperature change of the object to be heated is determined by this control amount change (Δf). However, depending on the material of the object to be heated, the control amount change (Δf) of the drive frequency becomes minute, and there is a problem that the temperature change of the object to be heated cannot be detected.
一方、温度検知手段を用いて被加熱物の温度を検知する場合には、温度検知の精度が低くなる場合があるという問題点があった。例えば、赤外線センサなどの非接触式の温度検知手段では、被加熱物の温度が低い温度帯(例えば100℃以下)の場合、温度検知の精度が低くなるという問題点があった。また、サーミスタ等の接触式の温度検知手段では、底に反りがある被加熱物(鍋)を加熱する場合など、被加熱物と天板との間に隙間が生じると、温度検知の精度が低くなるという問題点があった。 On the other hand, when the temperature of the object to be heated is detected using the temperature detecting means, there is a problem that the accuracy of temperature detection may be lowered. For example, in a non-contact type temperature detecting means such as an infrared sensor, there is a problem that the accuracy of temperature detection is low when the temperature of the object to be heated is low (for example, 100 ° C. or less). Also, in contact type temperature detection means such as a thermistor, when a heated object (pan) with a warped bottom is heated, if a gap occurs between the heated object and the top plate, the accuracy of temperature detection is improved. There was a problem of being lowered.
また、加熱途中での任意のタイミングにおいて、被加熱物の温度をほぼ一定にキープする定温制御を行う場合には、被加熱物の形状、材質、及び被加熱物の温度帯にかかわらず被加熱物の温度を精度良く一定にキープすることが望まれている。 In addition, when performing constant temperature control that keeps the temperature of the object to be heated almost constant at any timing during the heating, the object is heated regardless of the shape, material, and temperature range of the object to be heated. It is desired to keep the temperature of an object constant with high accuracy.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、被加熱物の材質によらず、安価な方式で被加熱物の温度変化を検出することができる誘導加熱調理器を得るものである。また、温度検出手段を用いることなく高精度な定温制御を実現できる誘導加熱調理器を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an induction heating cooker that can detect a temperature change of an object to be heated by an inexpensive method regardless of the material of the object to be heated. Is. Moreover, the induction heating cooking appliance which can implement | achieve highly accurate constant temperature control without using a temperature detection means is obtained.
この発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに接続され、共振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の駆動信号を制御することにより、前記加熱コイルに供給される高周波電力を制御する制御部と、予め定められた動作モードの選択操作を受け付ける操作部と、前記加熱コイルに流れるコイル電流を検出するコイル電流検出手段と、前記共振回路に印加される印加電圧を検出する電圧検出手段と、を備え、前記予め定められた動作モードは、前記被加熱物の温度を一定に保つ定温運転モードを含み、前記制御部は、前記予め定められた動作モードとして、前記定温運転モードが選択された場合、前記インバータ回路の駆動周波数を固定した状態で、前記コイル電流と前記印加電圧との比率が一定となるように、前記インバータ回路の前記駆動信号のデューティ比を可変して、前記共振回路のインピーダンスを一定にするものである。 An induction heating cooker according to the present invention includes a heating coil that induction-heats an object to be heated, a resonance capacitor that is connected to the heating coil and forms a resonance circuit, an inverter circuit that supplies high-frequency power to the heating coil, By controlling a drive signal of the inverter circuit, a control unit that controls high-frequency power supplied to the heating coil, an operation unit that receives a selection operation of a predetermined operation mode, and a coil current that flows through the heating coil Coil current detecting means for detecting the voltage and voltage detecting means for detecting an applied voltage applied to the resonance circuit, and the predetermined operation mode is a constant temperature operation for keeping the temperature of the object to be heated constant. The control unit, when the constant temperature operation mode is selected as the predetermined operation mode, the inverter circuit In a state of fixing the dynamic frequency such that said ratio of the coil current and the applied voltage is constant, the by varying the duty ratio of the drive signal of the inverter circuit, which constant impedance of the resonant circuit It is.
この発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに接続され、共振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の駆動信号を制御することにより、前記加熱コイルに供給される高周波電力を制御する制御部と、前記加熱コイルに流れるコイル電流を検出するコイル電流検出手段と、前記インバータ回路への入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記インバータ回路に印加されている一次電圧を検出する一次電圧検出手段と、予め定められた動作モードの選択操作を受け付ける操作部と、を備え、前記予め定められた動作モードは、前記被加熱物の温度を一定に保つ定温運転モードを含み、前記制御部は、前記定温運転モードが選択された場合、前記インバータ回路の駆動周波数を固定した状態で、前記入力電流と前記一次電圧との積と、前記コイル電流を2乗した値との比率が一定となるように、前記インバータ回路の前記駆動信号のデューティ比を可変して、前記共振回路のインピーダンスを一定にするものである。 An induction heating cooker according to the present invention includes a heating coil that induction-heats an object to be heated, a resonance capacitor that is connected to the heating coil and forms a resonance circuit, an inverter circuit that supplies high-frequency power to the heating coil, By controlling the drive signal of the inverter circuit, a control unit for controlling the high frequency power supplied to the heating coil, coil current detection means for detecting a coil current flowing in the heating coil, and an input to the inverter circuit comprising an input current detecting means for detecting a current, and a primary voltage detection means for detecting the primary voltage applied to the inverter circuit, an operation unit for accepting an operation of selecting the operation mode predetermined, said predetermined is operation mode includes a constant temperature operation mode to maintain the temperature of the heated object constant, the control unit, the constant-temperature driving mode When selected, the inverter circuit has a constant ratio of a product of the input current and the primary voltage and a value obtained by squaring the coil current in a state where the drive frequency of the inverter circuit is fixed. The duty ratio of the drive signal is varied to make the impedance of the resonance circuit constant .
この発明は、被加熱物の材質によらず、安価な方式で被加熱物の温度変化を検出することができる。また、温度検出手段を用いることなく高精度な定温制御を実現できる。 This invention can detect the temperature change of the object to be heated by an inexpensive method regardless of the material of the object to be heated. In addition, high-precision constant temperature control can be realized without using temperature detection means.
実施の形態1.
(構成)
図1は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器を示す分解斜視図である。
図1に示すように、誘導加熱調理器100の上部には、鍋などの被加熱物5が載置される天板4を有している。天板4には、被加熱物5を誘導加熱するための加熱口として、第一の加熱口1、第二の加熱口2、第三の加熱口3とを備え、各加熱口に対応して、第一の加熱手段11、第二の加熱手段12、第三の加熱手段13を備えており、それぞれの加熱口に対して被加熱物5を載置して誘導加熱を行うことができるものである。
本実施の形態1では、本体の手前側に左右に並べて第一の加熱手段11と第二の加熱手段12が設けられ、本体の奥側ほぼ中央に第三の加熱手段13が設けられている。
なお、各加熱口の配置はこれに限るものではない。例えば、3つの加熱口を略直線状に横に並べて配置しても良い。また、第一の加熱手段11の中心と第二の加熱手段12の中心との奥行き方向の位置が異なるように配置しても良い。Embodiment 1 FIG.
(Constitution)
1 is an exploded perspective view showing an induction heating cooker according to Embodiment 1. FIG.
As shown in FIG. 1, an
In the first embodiment, the first heating means 11 and the second heating means 12 are provided side by side on the front side of the main body, and the third heating means 13 is provided at substantially the center on the back side of the main body. .
In addition, arrangement | positioning of each heating port is not restricted to this. For example, three heating ports may be arranged side by side in a substantially straight line. Moreover, you may arrange | position so that the position of the depth direction of the center of the 1st heating means 11 and the center of the 2nd heating means 12 may differ.
天板4は、全体が耐熱強化ガラスや結晶化ガラス等の赤外線を透過する材料で構成されており、誘導加熱調理器100本体の上面開口外周との間にゴム製パッキンやシール材を介して水密状態に固定される。天板4には、第一の加熱手段11、第二の加熱手段12、及び第三の加熱手段13の加熱範囲(加熱口)に対応して、鍋の大まかな載置位置を示す円形の鍋位置表示が、塗料の塗布や印刷等により形成されている。
The top plate 4 is entirely made of a material that transmits infrared rays, such as heat-resistant tempered glass or crystallized glass, and a rubber packing or sealing material is interposed between the upper surface and the outer periphery of the upper surface of the
天板4の手前側には、第一の加熱手段11、第二の加熱手段12、及び第三の加熱手段13で被加熱物5を加熱する際の火力や調理メニュー(湯沸しモード、揚げ物モード等)を設定するための入力装置として、操作部40a、操作部40b、及び操作部40c(以下、操作部40と総称する場合がある)が設けられている。また、操作部40の近傍には、報知手段42として、誘導加熱調理器100の動作状態や操作部40からの入力、操作内容等を表示する表示部41a、表示部41b、及び表示部41cが設けられている。なお、操作部40a〜40cと表示部41a〜41cは加熱口毎に設けられている場合や、加熱口を一括して操作部40と表示部41を設ける場合など、特に限定するものではない。
On the front side of the top plate 4, there is a heating power and cooking menu (boiling mode, fried food mode when heating the
天板4の下方であって本体の内部には、第一の加熱手段11、第二の加熱手段12、及び第三の加熱手段13を備えており、各々の加熱手段は加熱コイル(図示せず)で構成されている。 A first heating means 11, a second heating means 12, and a third heating means 13 are provided below the top plate 4 and inside the main body, and each heating means is a heating coil (not shown). Z).
誘導加熱調理器100の本体の内部には、第一の加熱手段11、第二の加熱手段12、及び第三の加熱手段13の加熱コイルに高周波電力を供給する駆動回路50と、駆動回路50を含め誘導加熱調理器全体の動作を制御するための制御部45とが設けられている。
Inside the main body of the
加熱コイルは、略円形の平面形状を有し、絶縁皮膜された任意の金属(例えば銅、アルミなど)からなる導電線が円周方向に巻き付けることにより構成され、駆動回路50により高周波電力が各加熱コイルに供給されることで、誘導加熱動作が行われている。 The heating coil has a substantially circular planar shape, and is configured by winding a conductive wire made of an arbitrary metal (for example, copper, aluminum, etc.) coated with an insulating film in the circumferential direction. An induction heating operation is performed by being supplied to the heating coil.
図2は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の駆動回路を示す図である。なお、駆動回路50は加熱手段毎に設けられているが、その回路構成は同一であっても良いし、加熱手段毎に変更しても良い。図2では1つの駆動回路50のみを図示する。図2に示すように、駆動回路50は、直流電源回路22と、インバータ回路23と、共振回路30とを備える。
FIG. 2 is a diagram illustrating a drive circuit of the induction heating cooker according to the first embodiment. In addition, although the
入力電流検出手段25aは、交流電源(商用電源)21から直流電源回路22へ入力される電流を検出し、入力電流値に相当する電圧信号を制御部45へ出力する。
The input
直流電源回路22は、ダイオードブリッジ22a、リアクタ22b、平滑コンデンサ22cを備え、交流電源21から入力される交流電圧を直流電圧に変換して、インバータ回路23へ出力する。
The DC
インバータ回路23は、スイッチング素子としてのIGBT23a、23bが直流電源回路22の出力に直列に接続された、いわゆるハーフブリッジ型のインバータであり、フライホイールダイオードとしてダイオード23c、23dがそれぞれIGBT23a、23bと並列に接続されている。インバータ回路23は、直流電源回路22から出力される直流電力を20kHz〜50kHz程度の高周波の交流電力に変換して、加熱コイル11aと共振コンデンサ24aとからなる共振回路30に供給する。
The
共振コンデンサ24aは、加熱コイル11aに直列接続されている。共振回路30は、加熱コイル11aと共振コンデンサ24aとにより構成されている。この共振回路30は、加熱コイル11aのインダクタンス、及び共振コンデンサ24aの容量等に応じた共振周波数を有する。なお、加熱コイル11aのインダクタンスは、被加熱物5(金属負荷)が磁気結合した際に金属負荷の特性に応じて変化する。このインダクタンスの変化に応じて共振回路30の共振周波数が変化する。
The
このように構成することで、加熱コイル11aには数十A程度の高周波電流が流れ、流れる高周波電流により発生する高周波磁束によって加熱コイル11aの直上の天板4上に載置された被加熱物5を誘導加熱する。スイッチング素子であるIGBT23a、23bは、例えばシリコン系からなる半導体で構成されているが、炭化珪素、あるいは窒化ガリウム系材料などのワイドバンドギャップ半導体を用いた構成でも良い。
With this configuration, a high-frequency current of about several tens of A flows through the
スイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体を用いることで、スイッチング素子の通電損失を減らすことができ、またスイッチング周波数(駆動周波数)を高周波(高速)にしても駆動回路50の放熱が良好であるため、駆動回路50の放熱フィンを小型にすることができ、駆動回路50の小型化および低コスト化を実現することができる。
By using a wide band gap semiconductor for the switching element, the conduction loss of the switching element can be reduced, and the heat radiation of the driving
コイル電流検出手段25bは、加熱コイル11aと共振コンデンサ24aとからなる共振回路30に接続されている。コイル電流検出手段25bは、例えば、加熱コイル11aに流れる電流(コイル電流)を検出し、検出した電流値に相当する電圧信号を制御部45に出力する。
The coil current detection means 25b is connected to a
電圧検出手段26aは、加熱コイル11aと共振コンデンサ24aからなる共振回路30に印加される電圧(印加電圧)を検出し、検出した電圧値に相当する電圧信号を制御部45へ出力する。
The
一次電圧検出手段26bは、直流電源回路22により生成された直流電圧(一次電圧)を検出するものであり、検出した電圧値に相当する電圧信号を制御部45へ出力する。即ち、一次電圧検出手段26bは、インバータ回路23に印加されている一次電圧を検出する。なお、図2では、一次電圧検出手段26bを平滑コンデンサ22cの出力側両端に設けているが、ダイオードブリッジ22aの出力側(ダイオードブリッジ22aとリアクタ22bの間)に設けても良い。
The primary
制御部45は、マイコン又はDSP(デジタルシグナルプロセッサ)等からなり、誘導加熱調理器100の動作を制御するものである。
The
(動作)
次に実施の形態1に係る誘導加熱調理器100の動作について説明する。
まず、天板4の加熱口に載置された被加熱物5を、操作部40により設定された火力により誘導加熱する場合の動作について説明する。(Operation)
Next, operation | movement of the induction
First, the operation in the case where the object to be heated 5 placed on the heating port of the top plate 4 is induction-heated by the thermal power set by the
使用者により加熱口に被加熱物5が載置され、加熱開始(火力投入)の指示が操作部40に行われると、制御部45(負荷判定手段)は負荷判定処理を行う。
When the user places the object to be heated 5 on the heating port and instructs the
図3は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器におけるコイル電流と入力電流の関係に基づく被加熱物の負荷判別特性図である。
ここで、負荷となる被加熱物5(鍋)の材質は、鉄やSUS430等の磁性材と、SUS304等の高抵抗非磁性材と、アルミや銅等の低抵抗非磁性材と、に大別される。FIG. 3 is a load discrimination characteristic diagram of an object to be heated based on the relationship between the coil current and the input current in the induction heating cooker according to the first embodiment.
Here, the material of the heated object 5 (pan) serving as a load is largely divided into a magnetic material such as iron or SUS430, a high resistance nonmagnetic material such as SUS304, and a low resistance nonmagnetic material such as aluminum or copper. Separated.
図3に示すように、天板4に載置された鍋負荷の材質によってコイル電流と入力電流の関係が異なる。制御部45は、図3に示すコイル電流と入力電流との関係をテーブル化した負荷判定テーブルを予め内部に記憶している。負荷判定テーブルを内部に記憶することで安価な構成で負荷判定手段を構成することができる。
As shown in FIG. 3, the relationship between the coil current and the input current differs depending on the material of the pan load placed on the top plate 4. The
負荷判定処理において、制御部45は、負荷判定用の特定の駆動信号でインバータ回路23を駆動し、入力電流検出手段25aの出力信号から入力電流を検出する。また同時に制御部45は、コイル電流検出手段25bの出力信号からコイル電流を検出する。制御部45は検出したコイル電流および入力電流と、図3の関係を表した負荷判定テーブルから、載置された被加熱物(鍋)5の材質を判定する。このように、制御部45(負荷判定手段)は、入力電流とコイル電流との相関に基づいて、加熱コイル11aの上方に載置された被加熱物5の材質を判定する。
In the load determination process, the
以上の負荷判定処理を行った後、制御部45は、負荷判定結果に基づいた制御動作を行う。
負荷判定結果が、無負荷であった場合、制御部45は、加熱不可能であることを報知手段42に放置させて、使用者に鍋の載置を促す。この際、駆動回路50から加熱コイル11aには高周波電力を供給しない。After performing the above load determination processing, the
When the load determination result is no load, the
負荷判定結果が、磁性材、高抵抗非磁性材、または低抵抗非磁性材の何れかであった場合、これらの鍋は本実施の形態1の誘導加熱調理器100で加熱可能な材質であるため、制御部45は、判定した鍋材質に応じた駆動周波数を決定する。この駆動周波数は、入力電流が過大とならないよう共振周波数よりも高い周波数に設定される。この駆動周波数の決定は、例えば被加熱物5の材質と設定火力とに応じた周波数のテーブル等を参照することで決定することができる。
制御部45は、決定した駆動周波数を固定した状態でインバータ回路23を駆動し、誘導加熱動作を開始する。なお駆動周波数を固定した状態においては、インバータ回路23のスイッチング素子のオンデューティ比(オンオフ比)も固定した状態とすることで、入力電力(インバータ回路23の出力電力)が一定となる。When the load determination result is a magnetic material, a high-resistance nonmagnetic material, or a low-resistance nonmagnetic material, these pans are materials that can be heated by the
The
図4は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の被加熱物の温度変化時の加熱コイルの抵抗とインダクタンスの相関図である。図4(a)は被加熱物の温度に対する加熱コイルの抵抗Rの特性図、図4(b)は被加熱物5の温度に対する加熱コイル11aのインダクタンスLの特性図であり、共に所定の周波数一定条件における特性である。
FIG. 4 is a correlation diagram of resistance and inductance of the heating coil when the temperature of the object to be heated of the induction heating cooker according to Embodiment 1 changes. 4A is a characteristic diagram of the resistance R of the heating coil with respect to the temperature of the object to be heated, and FIG. 4B is a characteristic diagram of the inductance L of the
図4に示すように、被加熱物5の温度が高くなると、加熱コイル11aの抵抗RとインダクタンスLは共に増加する特性を持ち、周波数一定条件であれば、被加熱物5の温度に対して抵抗RとインダクタンスLは所定値となる。すなわち、周波数一定条件において、加熱コイル11aの抵抗RとインダクタンスLの値が所定値一定にすることで被加熱物5の温度を一定に保つことができることを意味する。
As shown in FIG. 4, when the temperature of the object to be heated 5 increases, the resistance R and the inductance L of the
図5は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の駆動回路の一部を示す図である。なお図5においては図2に示す駆動回路50の一部の構成のみを図示している。
図5に示すように、インバータ回路23は、正負母線間に直列接続された2個のスイッチング素子(IGBT23a、23b)と、そのスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード23c、23dとによって構成されるアームを1組備えている。FIG. 5 is a diagram illustrating a part of the drive circuit of the induction heating cooker according to the first embodiment. In FIG. 5, only a part of the configuration of the
As shown in FIG. 5, the
IGBT23aとIGBT23bは、制御部45から出力される駆動信号によりオンオフ駆動される。
制御部45は、IGBT23aをオンさせている間はIGBT23bをオフ状態にし、IGBT23aをオフさせている間はIGBT23bをオン状態にし、交互にオンオフする駆動信号を出力する。
これにより、IGBT23aとIGBT23bとにより、加熱コイル11aを駆動するハーフブリッジインバータ回路を構成する。The
The
Thereby, the
次に、インバータ回路23の駆動周波数とデューティ比とによる投入電力(火力)の制御動作について説明する。
Next, the control operation of the input power (thermal power) based on the drive frequency and the duty ratio of the
図6は、実施の形態1に係るハーフブリッジ回路の駆動信号の一例を示す図である。図6(a)は高火力状態における各スイッチの駆動信号の例であり、図6(b)は低火力状態における各スイッチの駆動信号の例である。
制御部45は、インバータ回路23のIGBT23aおよびIGBT23bに、負荷回路の共振周波数よりも高い高周波の駆動信号を出力する。この駆動信号の周波数を固定した状態でデューティ比を可変することにより、インバータ回路23の出力を増減させる。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a drive signal of the half bridge circuit according to the first embodiment. FIG. 6A shows an example of the drive signal for each switch in the high thermal power state, and FIG. 6B shows an example of the drive signal for each switch in the low thermal power state.
The
図7は、実施の形態1に係るハーフブリッジ回路のデューティ比に対する入力電力特性を示す図である。図7においては、インバータ回路23の駆動周波数を固定した状態で、駆動信号のデューティ比を変化させた場合の入力電力を示している。
図7に示すように、駆動周波数が固定(一定)の場合、デューティ比を変えることにより、入力電力(インバータ回路23の出力電力)を増減させることができる。この場合、一般的にはデューティ比を0から0.5まで、あるいは0.5から1まで、のいずれかを利用して入力電力を制御している。デューティ比を0から0.5まで変化させる場合においては、デューティ比を高くすることで入力電力を高くすることが可能である。FIG. 7 is a diagram showing input power characteristics with respect to the duty ratio of the half-bridge circuit according to the first embodiment. FIG. 7 shows the input power when the duty ratio of the drive signal is changed with the drive frequency of the
As shown in FIG. 7, when the drive frequency is fixed (constant), the input power (output power of the inverter circuit 23) can be increased or decreased by changing the duty ratio. In this case, generally, the input power is controlled by using any one of the duty ratio from 0 to 0.5 or from 0.5 to 1. When the duty ratio is changed from 0 to 0.5, the input power can be increased by increasing the duty ratio.
図6に示す駆動信号において、図6(a)の例では、駆動信号の1周期におけるIGBT23aのオン時間T11a(IGBT23bのオフ時間)とIGBT23aのオフ時間T11b(IGBT23bのオン時間)との比率が同じ場合、すなわちデューティ比が50%の場合を図示している。
また図6(b)の例では、駆動信号の1周期におけるIGBT23aのオン時間T11c(IGBT23bのオフ時間)に対して、IGBT23aのオフ時間T11d(IGBT23bのオン時間)が長い場合(デューティ比が40%の場合)を図示している。
ここで図6(a)、(b)の駆動信号の1周期の時間T11は同一、すなわち駆動信号の駆動周波数は同一であるため、図6(b)に対して、図6(a)の方が、入力電力が高く、高火力状態であることが分かる。In the drive signal shown in FIG. 6, in the example of FIG. 6A, the ratio of the on time T11a of the
In the example of FIG. 6B, the
Here, since the time T11 of one cycle of the drive signals in FIGS. 6A and 6B is the same, that is, the drive frequency of the drive signals is the same, the drive signal of FIG. It can be seen that the input power is higher and the thermal power state is higher.
(定温運転モード1)
次に、操作部40により使用者から調理メニュー(動作モード)として、加熱途中での任意のタイミングにおいて、被加熱物5の現在の温度を一定にキープする定温運転モードが選択された場合の動作について説明する。(Constant temperature operation mode 1)
Next, an operation when a constant temperature operation mode in which the current temperature of the article to be heated 5 is kept constant at any timing during heating is selected as a cooking menu (operation mode) from the user by the
上述したように、操作部40により使用者から加熱開始の操作が行われると、制御部45は、負荷判定処理を行い、判定した鍋材質に応じた駆動周波数を決定し、その駆動周波数を固定した状態でインバータ回路23を駆動して誘導加熱動作を実施する。
加熱動作状態において、使用者からの指示により定温運転モードが設定されると、制御部45は、被加熱物5の現在の温度を一定にキープする定温制御を実施する。ここで、定温制御を行う際の経過時間と各特性の変化について図8により説明する。As described above, when a heating start operation is performed from the user by the
When the constant temperature operation mode is set according to an instruction from the user in the heating operation state, the
図8は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の駆動周波数、温度、デューティ比、入力電流と時間との関係を示す図である。図8においては、被加熱物5内に水が投入され、加熱途中に定温運転モードが設定された際の経過時間と各特性の変化を示しており、図8(a)は駆動周波数、図8(b)は温度(水温)、図8(c)はインバータ回路23の駆動信号のデューティ比、図8(d)はコイル電流を示す。
なお、図8(d)に示すコイル電流は瞬時値ではなく、平均値又は実効値などの変化傾向を示しており、図8の時間軸は駆動信号の周期と比較して十分に長いものである。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the drive frequency, temperature, duty ratio, input current and time of the induction heating cooker according to the first embodiment. FIG. 8 shows the elapsed time and changes in each characteristic when water is introduced into the object to be heated 5 and the constant temperature operation mode is set during heating. FIG. 8 (b) shows the temperature (water temperature), FIG. 8 (c) shows the duty ratio of the drive signal of the
Note that the coil current shown in FIG. 8 (d) is not an instantaneous value but shows a changing tendency such as an average value or an effective value, and the time axis of FIG. 8 is sufficiently long compared to the period of the drive signal. .
図8(a)に示すように、加熱初期は駆動周波数をf1に固定した状態でインバータ回路23の制御を行う。また図8(c)に示すように駆動信号のデューティ比も固定した状態にする。図8(b)に示すように、被加熱物5の温度(水温)は徐々に上昇する。図8(d)に示すように、被加熱物5の温度の上昇に応じて、コイル電流は徐々に低下する。
使用者の操作により時間t1(図8の破線で示すタイミング)で定温運転モードに設定される。As shown in FIG. 8A, the
By the user's operation, the constant temperature operation mode is set at time t1 (timing indicated by a broken line in FIG. 8).
図8(a)に示すように、制御部45は、定温運転モードに設定された時間t1のタイミングで、インバータ回路23の駆動周波数をf1からf2に増加させ、入力電力(火力)を低下させる。また、図8(c)に示すように、制御部45は、インバータ回路23の駆動信号のデューティ比を低くして、入力電力(火力)を低下させる。
As shown in FIG. 8A, the
時間t1以前の火力(入力電力)のまま誘導加熱動作を継続すると、被加熱物5の温度が上昇してしまうため、定温運転モードが設定されたタイミング(時間t1)で火力(入力電力)を低下させる。
なお、ここでは図8(a)に示すように駆動周波数をf1からf2に増加させることで入力電力を低下させているが、本発明はこれに限定されない。インバータ回路23の駆動周波数はf1一定のままで、図8(c)に示すようにインバータ回路23の駆動信号のデューティ比のみを大きく低下させることで入力電力を低下させてもよい。If the induction heating operation is continued with the heating power (input power) before time t1, the temperature of the object to be heated 5 rises, so the heating power (input power) is changed at the timing (time t1) when the constant temperature operation mode is set. Reduce.
Here, as shown in FIG. 8A, the input power is reduced by increasing the drive frequency from f1 to f2, but the present invention is not limited to this. The drive frequency of the
定温運転モードが設定された時間t1以降においては、制御部45は、電圧検出手段26aが検出した印加電圧と、コイル電流検出手段25bが検出したコイル電流とに基づいて、インバータ回路23の駆動周波数を固定した状態で、駆動信号のデューティ比を変化させることで定温制御を行う。
After the time t1 when the constant temperature operation mode is set, the
ここで、加熱コイル11aと共振コンデンサ24aからなる共振回路30のインピーダンスZは、加熱コイル11aの抵抗をR、インダクタンスをL、共振コンデンサ24aの容量をC、周波数をfとすると、以下の式(1)で示すことができる。
Here, the impedance Z of the
図4に示すように、加熱コイル11aの抵抗RとインダクタンスLは、被加熱物5の温度によって変化することがわかる。また、共振コンデンサ24aの容量Cは被加熱物5の温度によらず一定値である。このため、式(1)に示すように、周波数f(ここではインバータ回路23の駆動周波数)を固定した状態のまま、インピーダンスZが一定になるように制御することで、被加熱物5の温度を一定にすることができる。
As shown in FIG. 4, it can be seen that the resistance R and the inductance L of the
また共振回路30のインピーダンスZは、電圧検出手段26aが検出した印加電圧をV、コイル電流検出手段25bが検出したコイル電流をIcとすると、以下の式(2)で示すことができる。即ち、インピーダンスZは、コイル電流Icと印加電圧Vとの比率(V/Ic)によって求まる。
The impedance Z of the
[数2]
Z=V/Ic …(2)[Equation 2]
Z = V / Ic (2)
このため、制御部45は、電圧検出手段26aが検出した印加電圧Vと、コイル電流検出手段25bが検出したコイル電流Icとの比率が一定となるように、インバータ回路23の駆動信号のデューティ比を制御することで、インピーダンスZを一定にすることができ、被加熱物5の温度を一定にすることができる。
つまり、制御部45は、電圧検出手段26aが検出した印加電圧Vと、コイル電流検出手段25bが検出したコイル電流Icとに応じて駆動信号のデューティ比を制御することで、被加熱物5の温度、すなわち水温を一定に制御する定温運転モードを実現することができる。For this reason, the
That is, the
図8(d)に示すように、制御部45は、時間t1以降のコイル電流の検出結果に応じて、図8(c)に示すようにデューティ比を制御する。つまり、コイル電流Icが上昇して、コイル電流Icと印加電圧Vとの比率(V/Ic)が低下した場合には、駆動信号のデューティ比を増加させる。また、コイル電流Icが低下して、コイル電流Icと印加電圧Vとの比率(V/Ic)が上昇した場合には、駆動信号のデューティ比を減少させる。
このような定温制御を行うことで、図8(b)示すように温度(水温)を一定にキープすることができる。なお、図8(b)の点線は、定温制御を行わない場合の温度上昇を示している。As shown in FIG. 8D, the
By performing such constant temperature control, the temperature (water temperature) can be kept constant as shown in FIG. In addition, the dotted line of FIG.8 (b) has shown the temperature rise when not performing constant temperature control.
以上のように本実施の形態においては、インバータ回路23の駆動周波数を固定した状態で、コイル電流Icと印加電圧Vとの比率が一定となるように、インバータ回路23の駆動信号のデューティ比を可変する。つまり、共振回路30のインピーダンスZが一定となるように、インバータ回路23の駆動信号のデューティ比を可変する。
このため、サーミスタ又は赤外線センサなどの温度検知手段を用いずに定温制御を実現することができる。また、被加熱物5の形状、材質、及び被加熱物5の温度帯にかかわらず、被加熱物5の温度を精度良く一定に制御することができる。As described above, in the present embodiment, the duty ratio of the drive signal of the
For this reason, constant temperature control is realizable without using temperature detection means, such as a thermistor or an infrared sensor. Moreover, the temperature of the to-
また、電圧検出手段26aが検出した印加電圧Vと、コイル電流検出手段25bが検出したコイル電流Icとに応じて駆動信号のデューティ比を制御するので、安価な構成で定温制御を実現することができる。 Further, since the duty ratio of the drive signal is controlled according to the applied voltage V detected by the voltage detection means 26a and the coil current Ic detected by the coil current detection means 25b, constant temperature control can be realized with an inexpensive configuration. it can.
また、被加熱物5内の水温を、例えば沸騰温度(100℃)以下の低い温度で一定にキープすることができるので、例えば湯せん調理など、被加熱物5の温度を低い温度帯で一定にキープする定温制御を実現することができ、使い勝手の良い誘導加熱調理器を得ることができる。
Moreover, since the water temperature in the to-
なお、上述した定温運転モードの説明では、加熱途中での任意のタイミングにおいて定温運転モードが選択された場合の動作を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、加熱開始時に、定温制御を行う所望の温度を使用者が設定して、定温運転モードを実行してもよい。例えば、制御部45は、所定の火力で加熱を開始し、設定された温度に到達したときに、被加熱物5の温度が一定となるようにインバータ回路23の駆動信号のデューティ比を可変する制御を開始するようにしても良い。
In the above description of the constant temperature operation mode, the operation in the case where the constant temperature operation mode is selected at an arbitrary timing during heating has been described, but the present invention is not limited to this. For example, at the start of heating, the user may set a desired temperature for performing constant temperature control, and the constant temperature operation mode may be executed. For example, the
(定温運転モード2)
操作部40により定温運転モードが選択された場合の別の制御動作について説明する。
定温運転モードが設定された時間t1以降においては、制御部45は、入力電流検出手段25aで検出した入力電流と、コイル電流検出手段25bが検出したコイル電流と、一次電圧検出手段26bが検出した一次電圧とに基づいて、インバータ回路23の駆動周波数を固定した状態で、駆動信号のデューティ比を変化させることで定温制御を行う。(Constant temperature operation mode 2)
Another control operation when the constant temperature operation mode is selected by the
After time t1 when the constant temperature operation mode is set, the
ここで、インバータ回路23へ入力される入力電力Pinは、一次電圧検出手段26bが検出した一次電圧をV1、入力電流検出手段25aが検出した入力電流をIinとすると、以下の式(3)で示すことができる。
Here, the input power Pin input to the
[数3]
Pin=V1×Iin …(3)[Equation 3]
Pin = V1 × Iin (3)
入力電力Pinは、インバータ回路23によって高周波電力に変換される。インバータ回路23による高周波電力への変換効率をηとすると、インバータ回路23の出力電力Poutは、以下の式(4)で示すことができる。
The input power Pin is converted into high frequency power by the
[数4]
Pout=η×Pin …(4)[Equation 4]
Pout = η × Pin (4)
また、出力電力Poutは、共振回路30のインピーダンスZとコイル電流Icとを用いて、以下の式(4)で示すことができる。
Further, the output power Pout can be expressed by the following equation (4) using the impedance Z of the
[数5]
Pout=Z×Ic2 …(5)[Equation 5]
Pout = Z × Ic 2 (5)
式(3)〜(5)を用いて、共振回路30のインピーダンスZは、以下の式(6)で示すことができる。
Using equations (3) to (5), the impedance Z of the
[数6]
Z=η×Pin/Ic2
=η×(V1×Iin)/Ic2 …(6)[Equation 6]
Z = η × Pin / Ic 2
= Η × (V1 × Iin) / Ic 2 (6)
インバータ回路23の変換効率ηの変化は小さいため、共振回路30のインピーダンスZは、入力電流Iinと、一次電圧V1と、コイル電流Icとにより求まる。
Since the change in the conversion efficiency η of the
このため、制御部45は、定温運転モードが設定された時間t1以降においては、入力電流Iinと、一次電圧V1と、コイル電流Icとに基づいて、インバータ回路23の駆動周波数を固定した状態で、駆動信号のデューティ比を変化させることで定温制御を行う。
For this reason, after the time t1 when the constant temperature operation mode is set, the
つまり、制御部45は、入力電流Iinと一次電圧V1との積と、コイル電流Icを2乗した値との比率が一定となるように、インバータ回路23の駆動信号のデューティ比を制御することで、インピーダンスZを一定にすることができ、被加熱物5の温度を一定にすることができる。
That is, the
以上のような動作においても、温度検知手段を用いずに定温制御を実現することができる。また、被加熱物5の形状、材質、及び被加熱物5の温度帯にかかわらず、被加熱物5の温度を精度良く一定に制御することができる。
Even in the operation as described above, constant temperature control can be realized without using the temperature detecting means. Moreover, the temperature of the to-
また、本動作では印加電圧を用いないので、電圧検出手段26aを省略することができる。電圧検出手段26aによって共振回路30への印加電圧を検出する場合、印加電圧が高周波電圧になるなどの要因から検出回路が複雑になる場合がある。本動作では、電圧検出手段26aを省略することができるので、簡素な検出回路で定温制御を行うことができる。
In addition, since the applied voltage is not used in this operation, the
なお、本動作では、変換効率ηの値変化により検出誤差が生じることになる。しかしながら、本実施の形態の定温運転モードにおいては、インバータ回路23の駆動周波数をf2一定にした条件でデューティ比を制御しているため、インバータ回路23での損失、すなわち変換効率ηの変化は小さく、本動作を用いても定温制御を実現することができる。
In this operation, a detection error occurs due to a change in the value of the conversion efficiency η. However, in the constant temperature operation mode of the present embodiment, since the duty ratio is controlled under the condition that the drive frequency of the
なお、上述した定温運転モード1及び2においては、被加熱物5(鍋)内の水を加熱する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、被加熱物5の内部に油が投入され、天ぷらなどの揚げ物調理においても、上述した定温運転モード1及び2を行うことで、油の温度を一定にキープする定温制御を行うことができる。In addition, in the constant
For example, oil is introduced into the object to be heated 5 and constant temperature control for keeping the temperature of the oil constant can be performed by performing the above-described constant
揚げ物調理の場合、一般的には水の場合と比較して油が高温であるため、揚げ物の食材を投入することにより油温が低下することがある。
本実施の形態では、上述した定温制御を行うことで、油へ食材を投入した時においても被加熱物5の温度を一定に制御することができる。よって、揚げ物調理の失敗のない使い勝手の良い誘導加熱調理器を得ることができる。In the case of deep-fried food cooking, the oil temperature is generally higher than that in the case of water, so that the oil temperature may be lowered by adding the ingredients of the deep-fried food.
In the present embodiment, by performing the above-described constant temperature control, the temperature of the object to be heated 5 can be controlled to be constant even when the food is added to the oil. Therefore, an easy-to-use induction heating cooker without fried food cooking failure can be obtained.
(別の駆動回路の構成例)
続いて別の駆動回路を使用した例について説明する。図9は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の別の駆動回路を示す図である。図9に示す駆動回路50は、図2に示した構成に、共振コンデンサ24bを付加したものである。なお、その他の構成は図2と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。(Configuration example of another drive circuit)
Next, an example using another drive circuit will be described. FIG. 9 is a diagram showing another drive circuit of the induction heating cooker according to the first embodiment. The
前述の通り、加熱コイル11aと共振コンデンサにより共振回路30を構成しているため、誘導加熱調理器に必要とされる最大火力(最大入力電力)によって、共振コンデンサの容量は決定される。図9に示す駆動回路50では、共振コンデンサ24aおよび24bを並列接続することで、それぞれの容量を半分にすることができ、共振コンデンサを2個使用した場合でも安価な制御回路を得ることができる。
As described above, since the
またコイル電流検出手段25bを並列接続した共振コンデンサのうちの共振コンデンサ24a側に配置することで、コイル電流検出手段25bに流れる電流は、加熱コイル11aに流れる電流の半分になるため、小型、小容量のコイル電流検出手段25bを用いることが可能となり、小型で安価な制御回路を得ることができ、安価な誘導加熱調理器を得ることができる。
Further, by arranging the coil current detection means 25b on the
なお、上記の発明では、加熱初期(図8のt1より以前)に駆動周波数をf1に固定して制御する方式について述べたが、加熱初期については、入力電力を一定に制御するなど、駆動周波数を変化する方式を用いても良い。 In the above invention, the method of controlling the drive frequency at f1 in the initial stage of heating (before t1 in FIG. 8) has been described. However, in the initial stage of heating, the drive frequency is controlled such that the input power is controlled to be constant. You may use the system which changes.
また、上記の発明では、電圧検出手段26aと一次電圧検出手段26bの両方を設ける構成について説明したが、どちらか一方を設ける構成でも良い。 In the above-described invention, the configuration in which both the voltage detection means 26a and the primary voltage detection means 26b are provided has been described, but a configuration in which either one is provided may be employed.
なお、本実施の形態1では、ハーフブリッジ型のインバータ回路23について説明したが、フルブリッジ型や一石電圧共振型のインバータなどを用いた構成でも良い。
In the first embodiment, the half-
更に負荷判定手段での負荷判定処理でコイル電流と一次電流の関係を用いる方式について説明したが、共振コンデンサの両端の共振電圧を検出することで負荷判定処理を行う方式を用いても良く、負荷判定の方式は特に問わない。 Further, the method of using the relationship between the coil current and the primary current in the load determination processing in the load determination means has been described, but a method of performing the load determination processing by detecting the resonance voltage at both ends of the resonance capacitor may be used. The determination method is not particularly limited.
1 第一の加熱口、2 第二の加熱口、3 第三の加熱口、4 天板、5 被加熱物、11 第一の加熱手段、11a 加熱コイル、12 第二の加熱手段、13 第三の加熱手段、21 交流電源、22 直流電源回路、22a ダイオードブリッジ、22b リアクタ、22c 平滑コンデンサ、23 インバータ回路、23a、23b IGBT、23c、23d ダイオード、24a、24b 共振コンデンサ、25a 入力電流検出手段、25b コイル電流検出手段、26a 電圧検出手段、26b 一次電圧検出手段、30 共振回路、40a〜40c 操作部、41a〜41c 表示部、42 報知手段、45 制御部、50 駆動回路、100 誘導加熱調理器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st heating port, 2nd heating port, 3rd heating port, 4 Top plate, 5 To-be-heated object, 11 1st heating means, 11a Heating coil, 12 2nd heating means, 13 1st heating port Three heating means, 21 AC power supply, 22 DC power supply circuit, 22a diode bridge, 22b reactor, 22c smoothing capacitor, 23 inverter circuit, 23a, 23b IGBT, 23c, 23d diode, 24a, 24b resonance capacitor, 25a input current detection means , 25b Coil current detection means, 26a Voltage detection means, 26b Primary voltage detection means, 30 Resonance circuit, 40a to 40c Operation part, 41a to 41c Display part, 42 Notification means, 45 Control part, 50 Drive circuit, 100 Induction heating cooking vessel.
Claims (5)
前記加熱コイルに接続され、共振回路を構成する共振コンデンサと、
前記加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路の駆動信号を制御することにより、前記加熱コイルに供給される高周波電力を制御する制御部と、
予め定められた動作モードの選択操作を受け付ける操作部と、
前記加熱コイルに流れるコイル電流を検出するコイル電流検出手段と、
前記共振回路に印加される印加電圧を検出する電圧検出手段と、
を備え、
前記予め定められた動作モードは、前記被加熱物の温度を一定に保つ定温運転モードを含み、
前記制御部は、
前記定温運転モードが選択された場合、
前記インバータ回路の駆動周波数を固定した状態で、前記コイル電流と前記印加電圧との比率が一定となるように、前記インバータ回路の前記駆動信号のデューティ比を可変して、前記共振回路のインピーダンスを一定にする
誘導加熱調理器。 A heating coil for inductively heating an object to be heated;
A resonant capacitor connected to the heating coil and constituting a resonant circuit;
An inverter circuit for supplying high-frequency power to the heating coil;
A control unit for controlling high-frequency power supplied to the heating coil by controlling a drive signal of the inverter circuit;
An operation unit that receives a selection operation of a predetermined operation mode;
Coil current detection means for detecting a coil current flowing in the heating coil;
Voltage detecting means for detecting an applied voltage applied to the resonant circuit;
With
The predetermined operation mode includes a constant temperature operation mode for keeping the temperature of the object to be heated constant,
The controller is
When the constant temperature operation mode is selected,
In a state where the drive frequency of the inverter circuit is fixed, the duty ratio of the drive signal of the inverter circuit is varied so that the ratio between the coil current and the applied voltage is constant, and the impedance of the resonance circuit is set. Induction heating cooker to make constant .
前記加熱コイルに接続され、共振回路を構成する共振コンデンサと、
前記加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路の駆動信号を制御することにより、前記加熱コイルに供給される高周波電力を制御する制御部と、
前記加熱コイルに流れるコイル電流を検出するコイル電流検出手段と、
前記インバータ回路への入力電流を検出する入力電流検出手段と、
前記インバータ回路に印加されている一次電圧を検出する一次電圧検出手段と、
予め定められた動作モードの選択操作を受け付ける操作部と、
を備え、
前記予め定められた動作モードは、前記被加熱物の温度を一定に保つ定温運転モードを含み、
前記制御部は、
前記定温運転モードが選択された場合、
前記インバータ回路の駆動周波数を固定した状態で、前記入力電流と前記一次電圧との積と、前記コイル電流を2乗した値との比率が一定となるように、前記インバータ回路の前記駆動信号のデューティ比を可変して、前記共振回路のインピーダンスを一定にする
誘導加熱調理器。 A heating coil for inductively heating an object to be heated;
A resonant capacitor connected to the heating coil and constituting a resonant circuit;
An inverter circuit for supplying high-frequency power to the heating coil;
A control unit for controlling high-frequency power supplied to the heating coil by controlling a drive signal of the inverter circuit;
Coil current detection means for detecting a coil current flowing in the heating coil;
Input current detecting means for detecting an input current to the inverter circuit;
Primary voltage detection means for detecting a primary voltage applied to the inverter circuit;
An operation unit that receives a selection operation of a predetermined operation mode;
With
The predetermined operation mode includes a constant temperature operation mode for keeping the temperature of the object to be heated constant,
The controller is
When the constant temperature operation mode is selected,
In a state where the drive frequency of the inverter circuit is fixed, the ratio of the product of the input current and the primary voltage and the value obtained by squaring the coil current is constant. An induction heating cooker that varies the duty ratio to make the impedance of the resonance circuit constant .
前記定温運転モードが選択された場合、
前記インバータ回路の駆動周波数を増加させたあと、前記インバータ回路の駆動周波数を固定する
請求項1又は2に記載の誘導加熱調理器。 The controller is
When the constant temperature operation mode is selected,
The induction heating cooker according to claim 1 or 2 , wherein the drive frequency of the inverter circuit is fixed after increasing the drive frequency of the inverter circuit.
2つのスイッチング素子を直接に接続したアームを有するハーフブリッジインバータ回路により構成され、
前記制御部は、
前記ハーフブリッジインバータ回路の、前記スイッチング素子の駆動周波数を固定した状態において、前記スイッチング素子のデューティ比を可変する
請求項1〜3の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 The inverter circuit is
It is composed of a half-bridge inverter circuit having an arm that directly connects two switching elements,
The controller is
The induction heating cooking appliance as described in any one of Claims 1-3 which varies the duty ratio of the said switching element in the state which fixed the drive frequency of the said switching element of the said half-bridge inverter circuit.
請求項1〜4の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 The load determination means which performs the load determination process of the said to-be-heated material based on the correlation of the input current to the said inverter circuit, and the coil current which flows into the said heating coil, The any one of Claims 1-4 further provided. The induction heating cooker according to item.
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