JP4311178B2

JP4311178B2 - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP4311178B2
Application number: JP2003399062A
Authority: JP
Inventors: 裕二藤井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP2005158651A

Description

本発明は、誘導加熱調理器等に用いられる誘導加熱装置に関するものである。

従来、誘導加熱装置に搭載の静電容量式の操作部として、平板状パネルに電極を設けてコンデンサを形成し、パネルに人が指等で触れたことに起因するコンデンサの静電容量変化を直流電圧の変化に変換し検知するものがある（例えば、特許文献１）。
特開昭６１−２９２８３２号公報

しかしながら、上記の操作部を誘導加熱装置に設けた構成では、誘導加熱が出力される際に加熱源が発生する漏洩磁界或いは電界に起因する電圧が発生するため、操作検知手段が検知する直流電圧の変化に影響を及ぼすという問題点がある。この影響のため、使用者が操作部を指等で操作しても安定した電圧変化を検知できずに操作を検知できなかったり、操作部に触れていないのに操作を検知してしまうという課題があった。

また、誘導加熱を停止した際に、漏洩磁界或いは電界に起因する電圧がなくなるため、操作検知手段が直流電圧の変化と判断し、操作を検知してしまう課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決したもので、誘導加熱が出力される際に加熱源が発生する漏洩磁界或いは電界に起因する電圧による操作部の不具合を解消し、使用者の使い勝手と安全性を向上することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、加熱源の誘導加熱出力に応じて操作検知手段が操作部に人体が触れたことを検知する検知レベルを切替えるように構成したものである。

したがって、加熱源の誘導加熱出力に関わらず、使用者は操作部を用いて加熱動作や誘導加熱出力の調整を行なうことができ、また、操作部を操作していないのに誤って操作を検知することを防止することができる。

本発明の誘導加熱装置は、誘導加熱出力中であっても、使用者が操作部を用いて加熱動作や誘導加熱出力の調整を確実に行なうことができるので、使用者の使い勝手を向上させている。

また、誘導加熱出力中に、使用者が操作部を操作していないのに誤って操作を検知してしまうという不具合が解消されるので、使用者の安全性を高める効果がある。

さらに、材質検知手段を設け、前記材質検知手段で検知した被加熱体が高い導電性を有する材質である時、操作検知手段が操作部に使用者が触れたことを検知する検知レベルを切替えるようにすることにより、被加熱体の材質によって変化する加熱源から発生する漏洩磁界或いは電界の影響についても無視できる。

したがって、被加熱体の材質に関わらず、使用者は操作部を用いて誘導加熱出力の調整を行なうことができ、また、操作部を操作していないのに誤って操作を検知することを防止することができる。

本発明は、被加熱体を誘導加熱するための加熱源と、前記被加熱体と加熱源との間に設けられる絶縁板と、前記加熱源の誘導加熱出力を操作する操作部と、前記絶縁板を間にはさみ前記操作部と対向する位置に設置される電極部と、前記電極部に高周波電圧を加え前記操作部に人体が触れることによる前記電極部の電圧の変化を直流電圧の変化に変換する静電容量検知手段と、前記静電容量検知手段の出力電圧が判定変化量より大きな変化量で低下することより前記操作部に人体が触れたことを検知する操作検知手段と、前記操作検知手段から入力する信号に基づき加熱源を通電制御する制御手段と、を備え、前記操作検知手段は、前記操作部で設定された前記加熱源の誘導加熱出力が所定の誘導加熱出力値以上の時の前記判定変化量を前記加熱源が非動作時の前記判定変化量、又は前記加熱源の誘導加熱出力が前記所定の誘導加熱出力値未満の時の前記判定変化量よりも小さく切替えるように構成したものである。

他の発明は、被加熱体を誘導加熱するための加熱源と、前記被加熱体と加熱源との間に設けられる絶縁板と、前記加熱源の誘導加熱出力を操作する操作部と、前記絶縁板を間にはさみ前記操作部と対向する位置に設置される電極部と、前記電極部に高周波電圧を加え前記操作部に人体が触れることによる前記電極部の電圧の変化を直流電圧の変化に変換する静電容量を検知する静電容量検知手段と、前記静電容量検知手段の出力電圧が判定変化量より大きな変化量で低下することより前記操作部の操作に人体が触れたことを検知する操作検知手段と、前記操作検知手段から入力する信号に基づき加熱源を通電制御する制御
手段と、前記被加熱体の材質を検知する材質検知手段と、を備え、前記操作検知手段は、前記材質検知手段で検知した前記材質がアルミニウムのような高い導電率を有する材質である時は、アルミニウムの導電率よりも低い導電率である時に比べ前記判定変化量を小さく切替えるように構成したものである。

そして、操作検知手段は、操作部で設定された加熱源の誘導加熱出力が大きくなるにつれて判定変化量が減少するように前記判定変化量を切替えるようにすることにより、誘導加熱が出力される際に加熱源が発生する漏洩磁界或いは電界に起因する電圧による操作部の不具合を解消することができる。

また、操作検知手段が操作部で設定された加熱源の誘導加熱出力によって判定変化量を切替えることに代え、商用電源からの入力電流を検知する入力検知手段を有し、前記操作検知手段は、前記入力検知手段の検知する前記加熱源の誘導加熱出力に応じて前記判定変化量を切替えるようにすることにより、誘導加熱が出力される際に加熱源が発生する漏洩磁界或いは電界に起因する電圧による操作部の不具合を解消することができる。

また、操作検知手段が操作部で設定された誘導加熱出力によって判定変化量を切替えることに代え、前記加熱源に流れる高周波電流の大きさを検知する電流検知手段を備え、前記操作検知手段は、前記電流検知手段の検知する前記加熱源の誘導加熱出力に応じて前記判定変化量を切替えるようにすることにより、誘導加熱が出力される際に加熱源が発生する漏洩磁界或いは電界に起因する電圧による操作部の不具合を解消することができる。

また、操作検知手段が操作部で設定された誘導加熱出力によって判定変化量を切替えることに代え、交流電圧を整流器で整流した直流電圧を高周波電圧に変換するためのスイッチング手段と、前記スイッチング手段の両端電圧を検知する電圧検知手段を備え、操作検知手段は、前記電圧検知手段の検知する前記加熱源の誘導加熱出力に応じて前記判定変化量を切替えるようにすることにより、誘導加熱が出力される際に加熱源が発生する漏洩磁界或いは電界に起因する電圧による操作部の不具合を解消することができる。

また、操作検知手段が操作部で設定された誘導加熱出力によって判定変化量を切替えることに代え、前記加熱源が接続されるインバータが備える共振コンデンササの両端電圧を検知するコンデンサ電圧検知手段を備え、前記操作検知手段は、前記コンデンサ電圧検知手段の検知する前記加熱源の誘導加熱出力に応じて前記判定変化量を切替えるようにすることにより、誘導加熱が出力される際に加熱源が発生する漏洩磁界或いは電界に起因する電圧による操作部の不具合を解消することができる。

以下本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。

（実施例１）
図１において、交流電源１に対して整流器２、インバータ回路３、スイッチング手段４が従属に接続されている。インバータ回路３には誘導加熱用のコイルからなる加熱源５が接続されている。交流電源１から供給される交流電圧は整流器２で直流電圧に整流され、整流された直流電圧はスイッチング手段４により高周波交流電圧に変換することで加熱源５に高周波電流を供給している。

絶縁板６をはさみ、加熱源５と対向する位置に負荷鍋などからなる被加熱体７が配置されている。加熱源５は被加熱体７に高周波交番磁界を供給して渦電流を発生させ、そのジュール熱により誘導加熱を行なう。

絶縁板６の被加熱体７側には電極で構成された複数のタッチキーからなる操作部８が設けられており、絶縁板６を間にはさみ、操作部８と対向する位置に複数の電極部９が設置されている。操作部８と電極部９とで一対のコンデンサを形成し、静電容量検知手段１０は、電極部９に高周波電圧を印加し、操作部８と電極部９で形成されるコンデンサを経由して得た信号を整流して直流電圧に変換し、出力する。

操作部８に使用者が触れると、操作部８と電極部９で形成されるコンデンサの静電容量が変化し、静電容量検知手段１０はこれを電圧変化に変換して出力する。

また、操作検知手段１１は静電容量検知手段１０の出力する信号を入力し、入力した電圧値が判定基準値より低下するのを検知して操作が行われたと判断し、制御手段１２へ操作を示す信号を出力する。判定基準値は操作部８に何も触れていない時に入力された電圧値としている。

入力電流検知手段１３は交流電源１から整流器２、インバータ回路３、スイッチング手段４に流れる電流を検知しており、制御手段１２に信号を出力する。

制御手段１２は操作部８で設定された火力に対応した電流を入力電流検知手段１３が検知するように、スイッチング手段４の駆動周期または駆動時間を変化させ、加熱源５への誘導加熱出力を制御する。

材質検知手段１４は被加熱体７に電流を流し、共振電流の流れ方により材質を判別し、制御手段１２に信号を出力する。

図２は、静電容量検知手段１０の回路構成図であり、発振器１０１で約４００ｋＨｚの周波数の矩形波を生成し、トランジスタ１０１をオンオフさせて、電極部９とコンデンサ１０２の接続点Ａに三角波を発生させる。コンデンサ１０４にてこの三角波の直流成分を除去して振幅成分のみにし、ダイオード１０４、ダイオード１０５でこの振幅の正方向成分を取りだし、抵抗１０６、コンデンサ１０５、抵抗１０７、トランジスタ１０２、抵抗１０８、抵抗１０９、コンデンサ１０５で形成するピークホールド回路（積分回路）で直流に変換する。

この時、操作部８に何も触れていないときと、人が指などで触れた時とで、Ａ点に発生する三角波の振幅が変化するので、この変化を上記回路で直流電圧の変化として操作検知手段１１に出力することで、操作を検知している。

尚、複数の操作部８、電極部９に対応して複数の静電容量検知手段１０を備えている。

上記構成において、その動作および作用について説明する。

加熱源５が非動作時または、約５００Ｗ以下程度の低加熱出力時では、誘導加熱出力による漏洩磁界および加熱源に印加される電界の影響はほとんどないので、操作検知手段１１は図３（ａ）のような動作となる。

図３（ａ）において、操作部８に指が触れていない時、静電容量検知手段１０の出力電圧Ｖｏは３．２０Ｖとなり、操作検知手段１１は３．２０Ｖを判定基準値として保持する。

操作検知手段１１は判定基準値３．２０Ｖよりも０．３４Ｖ以上低下し、０．１秒経過した時、操作を判定する。ここで、０．３４Ｖは判定変化量とする。

例えば、操作部８に指が触れた時、静電容量検知手段１０の出力電圧Ｖｏは２．８０Ｖまで低下する。この時、判定基準値３．２０Ｖ−２．８０Ｖ＝０．４０Ｖとなり、判定変化量である０．３４Ｖよりも電圧が低下したので操作を判定する。

加熱源５が５００Ｗ以上の高加熱出力時では、誘導加熱出力による漏洩磁界および加熱源５に印加される電界の影響は、判定基準値に与える影響が約０．３Ｖ以上、判定変化量に与える影響が約０．１Ｖ以上となる。このため、図３（ａ）の判定基準では操作を判定できなくなる。

そこで、加熱源５が５００Ｗ以上の高加熱出力時での操作検知手段１１の動作を図３（ｂ）に示す。高加熱出力時に操作部に指が触れていない時、静電容量検知手段１０の出力電圧Ｖｏは３．６０Ｖとなる。この時、入力電流検知手段１３が高加熱出力時の電流値であると判断することにより、操作検知手段１１は判定基準値を３．６０Ｖに切替える。

さらに、操作検知手段１１は判定基準値３．６０Ｖよりも０．２２Ｖ以上低下し、０．１秒経過した時、操作を判定することに切替える。判定変化量は０．２２Ｖとなる。

例えば、高加熱出力時に操作部８に指が触れた時、静電容量検知手段１０の出力電圧Ｖｏは３．３５Ｖまで低下する。この時、３．６０Ｖ−３．３５Ｖ＝０．２５Ｖとなり、判定変化量である０．２２Ｖよりも電圧が低下したので操作を判定する。

高加熱出力時から低加熱出力もしくは非動作に切替える場合、判定基準値を元の３．２０Ｖに切替える。これにより、出力が低下した場合に低下する出力電圧の影響により操作を検知しないようにしている。

判定変化量は、図４に示すように、入力電流検知手段１３が検知する加熱源５へ流れる電流値によって段階的に減少していくようにする。

被加熱体７の材質がアルミニウムのような高い導電率を有する材質である場合、漏洩磁界および加熱源５に印加する電界の影響は導電率の低い材質である場合よりも大きくなる。

そこで、材質検知手段１４が被加熱体７の材質をアルミニウムのような高い導電率を有する材質であると検知した場合、操作検知手段１１は設定された判定変化量を更に０．０１Ｖ低下させる。

本実施例１によれば、操作検知手段１１が操作判定基準値及び判定変化量を変化させることによって、加熱源５が高加熱出力時において発生する漏洩磁界及び加熱源５に印加される電界の影響によって起こる操作部８の不具合を解消することができるので、安全性と使い勝手が向上する。

なお、入力電流検知手段１３を用いず、操作部８で設定された加熱レベルによって、操作検知手段１１の判定基準値及び判定変化量を変化するようにしても同様の効果が得られる。

さらに、本実施例１では加熱源５、整流器２、インバータ回路３、スイッチング手段４を単独として構成しているが、複数有する構成にすることができる。

また、操作部８は電極で構成されているが、人間の手は汗などの電解質等を含んだ抵抗体であるので、電極が無くても、その電解質等で形成される導電体が電極の役割を果たす。このため、使用者が触れることによって静電容量検知手段１０の出力電圧が変化するのであれば、操作部８は電極で構成しなくてもよい。

また、漏洩磁界及び加熱源５に印加される電界の影響により出力電圧Ｖｏが低下した場合は、低下した値を判定基準値とする。判定変化量が増加する場合は、加熱源５に流れる電流値が大きくなるにつれて、判定変化量を増加するようにする。

また、図４では加熱源５に流れる電流値が大きくなるにつれて段階的に判定変化量を減らしているが、直線的もしくは曲線的に単調減少させたとしても同様の効果が得られる。

また、材質検知手段１４の材質検知方法は共振電流の流れ方によって材質を検知する方法以外の方法で材質を検知して構わない。

（実施例２）
図５において、構成は図１での入力電流検知手段１３の代わりに電流検知手段１５を用い、加熱源５に流れる電流値を検知し、操作検知手段１１の判定基準値及び判定変化量を変化するようにしている。

動作および作用は実施例１と同様であるので省略する。

本実施例２によれば、加熱源５により近い位置での電流値を検知できるので、入力電流検知手段１３を用いるよりも正確に操作検知手段１１の判定基準値及び判定変化量を変化することができる。

（実施例３）
図６において、構成は図１での入力電流検知手段１３の代わりに電圧検知手段１６を用い、スイッチング手段４の両端電圧を検知し、操作検知手段１１の判定基準値及び判定変化量を変化するようにしている。

動作および作用は実施例１と同様であるので省略する。

本実施例３によれば、加熱源５の誘導加熱出力に応じた電圧値を検知できるので、入力電流検知手段１３を用いる場合よりも正確に操作検知手段１１の判定基準値及び判定変化量を変化することができる。

（実施例４）
図７において構成は図１での入力電流検知手段１３の代わりにコンデンサ電圧検知手段１７を用い、共振コンデンサ３ａの両端電圧を検知し、操作検知手段１１の判定基準値及び判定変化量を変化するようにしている。

動作および作用は実施例１と同様であるので省略する。

本実施例２によれば、加熱源５の誘導加熱出力に応じた電圧値を検知できるので、入力電流検知手段１３を用いる場合よりも正確に操作検知手段１１の判定基準値及び判定変化量を変化することができる。

以上のように、本発明の誘導加熱装置は使用者が誘導加熱出力を調整する際に、誘導加熱出力の大きさに関わらず、使い勝手よく安全に調整が行なえるので、誘導加熱を既に用いている誘導加熱調理器、誘導加熱炊飯器、工業用の誘導加熱機器、誘導加熱の応用可能な湯沸かし器、電気アイロン、食器洗い乾燥機、洗濯乾燥機、給湯器等の用途にも適用できる。

本発明の実施例１における誘導加熱装置の回路ブロック図本発明の実施例１における誘導加熱装置の静電容量検知手段の回路構成図（ａ）本発明の実施例１における誘導加熱装置の加熱出力が非動作時もしくは低出力時の操作判定手段の動作図（ｂ）同加熱出力が高出力時の操作判定手段の動作図本発明の実施例１における誘導加熱装置の判定変化量の動作図本発明の実施例２における誘導加熱装置の回路ブロック図本発明の実施例３における誘導加熱装置の回路ブロック図本発明の実施例４における誘導加熱装置の回路ブロック図

符号の説明

５加熱源
６絶縁板
７被加熱体
８操作部
１０静電容量検知手段
１１操作検知手段
１２制御手段
１３入力電流検知手段
１４材質検知手段
１５電流検知手段
１６電圧検知手段
１７コンデンサ電圧検知手段

Claims

被加熱体を誘導加熱するための加熱源と、前記被加熱体と加熱源との間に設けられる絶縁板と、前記加熱源の誘導加熱出力を操作する操作部と、前記絶縁板を間にはさみ前記操作部と対向する位置に設置される電極部と、前記電極部に高周波電圧を加え前記操作部に人体が触れることによる前記電極部の電圧の変化を直流電圧の変化に変換する静電容量検知手段と、前記静電容量検知手段の出力電圧が判定変化量より大きな変化量で低下することより前記操作部に人体が触れたことを検知する操作検知手段と、前記操作検知手段から入力する信号に基づき加熱源を通電制御する制御手段と、を備え、前記操作検知手段は、前記操作部で設定された前記加熱源の誘導加熱出力が所定の誘導加熱出力値以上の時の前記判定変化量を前記加熱源が非動作時の前記判定変化量、又は前記加熱源の誘導加熱出力が前記所定の誘導加熱出力値未満の時の前記判定変化量よりも小さく切替えるように構成した誘導加熱装置。
被加熱体を誘導加熱するための加熱源と、前記被加熱体と加熱源との間に設けられる絶縁板と、前記加熱源の誘導加熱出力を操作する操作部と、前記絶縁板を間にはさみ前記操作部と対向する位置に設置される電極部と、前記電極部に高周波電圧を加え前記操作部に人体が触れることによる前記電極部の電圧の変化を直流電圧の変化に変換する静電容量検知手段と、前記静電容量検知手段の出力電圧が判定変化量より大きな変化量で低下することより前記操作部に人体が触れたことを検知する操作検知手段と、前記操作検知手段から入力する信号に基づき加熱源を通電制御する制御手段と、前記被加熱体の材質を検知する材質検知手段と、を備え、前記操作検知手段は、前記材質検知手段で検知した前記材質がアルミニウムのような高い導電率を有する材質である時は、アルミニウムの導電率よりも低い導電率を有する材質である時に比べ前記判定変化量を小さく切替えるように構成した誘導加熱装置。
操作検知手段は、操作部で設定された加熱源の誘導加熱出力が大きくなるにつれて判定変化量が減少するように前記判定変化量を切替えるように構成した請求項１に記載の誘導加熱装置。
操作検知手段が操作部で設定された加熱源の誘導加熱出力によって判定変化量を切替える
ことに代え、商用電源からの入力電流を検知する入力検知手段を備え、前記操作検知手段は、前記入力検知手段の検知する前記加熱源の誘導加熱出力によって、前記判定変化量を切替えるように構成した請求項１または３に記載の誘導加熱装置。
操作検知手段が操作部で設定された誘導加熱出力によって判定変化量を切替えることに代え、前記加熱源に流れる高周波電流の大きさを検知する電流検知手段を備え、前記操作検知手段は、前記電流検知手段の検知する前記加熱源の誘導加熱出力によって前記判定変化量を切替えるように構成した請求項１または３に記載の誘導加熱装置。
操作検知手段が操作部で設定された誘導加熱出力によって判定変化量を切替えることに代え、交流電圧を整流器で整流した直流電圧を高周波電圧に変換するためのスイッチング手段の両端電圧を検知する電圧検知手段を備え、操作検知手段は、前記電圧検知手段の検知する前記加熱源の誘導加熱出力によって前記判定変化量を切替えるように構成した請求項１または３に記載の誘導加熱装置。
操作検知手段が操作部で設定された誘導加熱出力によって判定変化量を切替えることに代え、前記加熱源が接続されるインバータが備える共振コンデンサの両端電圧を検知するコンデンサ電圧検知手段を備え、前記操作検知手段は、前記コンデンサ電圧検知手段の検知する前記加熱源の誘導加熱出力によって前記判定変化量を切替えるように構成した請求項１または３に記載の誘導加熱装置。