JPH0125437Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は誘導加熱調理器などに用いられるイン
バータ装置に関し、被加熱物の容量、形状に関係
なく使用者が最適の温度を任意に調理設定するこ
とのできる装置を提供することを目的とする。

すなわち、本考案は、被加熱物の温度を検出す
る手段と、使用者により操作される温度設定手段
とを備え、前記検出手段からの信号と温度設定手
段との比較による誤差信号でインバータ回路の発
振出力を制御することにより、被加熱物を使用者
の希望する温度に容易に設定可能としたものであ
る。

誘導加熱調理器の特徴は、加熱コイル自体の温
度上昇、発熱低抗体（ヒータ）を応用した加熱機
器に比べてきわめて低いという本質的な特徴があ
る。したがつて最高温度部は鍋そのものになるの
で鍋載置板の下に感温素子を配置した場合、近傍
にある加熱コイルからの熱の影響がきわめて小さ
く、上方に存在する鍋底の温度を正確に検出する
ことが可能である。いいかえれば、誘導加熱方式
を調理器に採用することによつて初めて高精度の
温度検出ができるものである。また誘導加熱調理
器はヒータのように赤熱する部品が温度検出素子
の近傍に存在しないので素子の耐熱は鍋底の温度
からの温度上昇のみを考えれば良く、耐熱温度の
低い半導体素子を使用できるものである。

以下本考案の一実施例について添付図面ととも
に説明する。

第１図において商用電源１から主開閉器３およ
び電流ヒユーズ２より、全波整流器４の交流入力
側に接続する。その出力の正極側は、チヨーク５
を介して平滑コンデンサ６の一端に、また負極側
は直接、平滑コンデンサ６の他端に接続する。

さらに、平滑コンデンサ６の正極側から過電流
保護スイツチ７を介して、インバータ８（高周波
静止電力変換回路）へ、一方、負極側は直接イン
バータ８に接続する。

こうして商用電源からの交流は、前記全波整流
器４とチヨーク５と平滑コンデンサ６により直流
に変換し、インバータ８の電源として印加し、さ
らに高周波に変換し、その高周波出力を誘導子１
０に供給し、負荷である被加熱物を加熱する。

一方、サイリスタのゲート回路を説明すると、
インバータ８の直流入力電圧を低電圧回路１２に
供給し、ゲート回路の電圧源とする。

さらに低電圧回路１２からの低電圧直流出力
は、出力制御回路１３、発振回路１４、そしてフ
リツプフロツプ回路１５の電源となる。一方、被
加熱物の温度検出のための半導体温度検出素子す
なわち感温素子１１（本実施例ではサーミスタ）
からの検知信号１８およびインバータ８内の一部
にあるサイリスタ９の端子電圧を検知したサイリ
スタを保護するための電圧検知信号１７を、出力
制御回路１３に帰還し、その信号に応じて発振回
路１４の発振周波数が決定される。その周波数で
フリツプフロツプ回路１５が駆動し、インバータ
８のサイリスタのゲートへゲート信号を供給す
る。したがつてインバータは、その周波数で発振
し誘導子１０に電力を供給し、被加熱物を加熱す
る。上述サーミスタ、ポジスタ等の感温素子は耐
熱性が低いが測定精度の高いものである。これに
対し熱電対、バイメタル等は耐熱が高いものの検
知信号の処理や形状が複雑で使用しにくいもので
ある。

また、ある所定の金属を加熱する場合加熱周波
数と高周波出力電力の関係は、高域周波数誘導加
熱においては第２図に示すごとくになる。これか
らわかるように、発振周波数を２〜4.5KHz変化
すると高周波出力Ｐは0.3〜3KWと変化し、また
過電流保護スイツチ７を流れる電流Ｉは２〜20A
変化する。

したがつて、感温素子１１の温度が所定の温度
になると、発振周波数を下げて高周波出力Ｐを
低下する。それにより被加熱物の温度が下がる
が、低下しすぎると発振周波数を上げて温度を高
くする方向に働かすと、設定された所定の温度近
傍で一定となる。

さらに、インバータ８に電通を通じたまま、誘
導子１０から被加熱物の金属を除去すると、誘導
子１０はほとんど誘導負荷として、インバータに
作用する。そのためにサイリスタ９の端子電圧が
異常に高くなり、ついにはサイリスタの破壊をま
ねく場合がある。したがつて、サイリスタ９の端
子電圧を検知し、所定電圧以上になると、発振周
波数を低下せしめ共振周波数をずらせ電流Ｉを
下げることにより、サイリスタ端子電圧が所定電
圧以上にならないように保護する。

なおインバータが作動中万一サイリスタが転流
ミスした際には過電流が流れ、サイリスタや他の
部品が破壊しないように過電流保護スイツチ７が
瞬時に開となり、保護と安全を保障する。また電
流ヒユーズ２は、全波整流器４を含めた全回路の
短絡故障などの異常時に動作する。

次に第３図について説明する。

第３図は出力制御回路１３の具体回路例を示し
ており、Ａは出力電力設定回路、Ｂは起動用タイ
マー回路、Ｃは温度制御回路、Ｄはサイリスタ９
などの半導体保護回路、Ｅは上記Ａ〜Ｄまでの出
力をOR回路で結合し、各制御回路の出力信号を
集合化する回路でその出力は振回路１４の入力と
なる。本出力制御回路１３の基本的動作を説明す
ると、Ａ〜Ｄの各回路出力信号がOR回路で集合
されており、その信号の中でトランジスタ４０に
最も負のバイアスを与える信号量でトランジスタ
４０および４２が駆動し、その信号量相応の導通
状態を示す。

したがつて発振回路１４の、発振周波数を決定
する抵抗４３と抵抗４４の合成抵抗値が、トラン
ジスタ４２の導通状態に応じて変化する。合成抵
抗値が変化すれば、コンデンサ４５への充電時定
数が変化するのでユニジヤンクシヨントランジス
タ（UJT）４７の発振周波数に応じて抵抗４８
の端子パルス周期が変る。いまトランジスタ４０
のベース４０′電位が、トランジスタ４０のコレ
クタ−エミツタ間を完全導通するに十分な電位に
あるときは、トランジスタ４２のベース−エミツ
タ間電位は、トランジスタ４０のニー電圧となる
ので、トランジスタ４２は不導通になりしたがつ
て、低抗４３と抵抗４４との和が発振定数となる
ので、この時の周波数が2KHzとなる。

また、トランジスタ４０のベース電位４０′に
Ａ〜Ｄからの信号が無い場合は、トランジスタ４
０は不導通、トランジスタ４２は抵抗４１により
ベース電位が供給され、完全導通となるので、抵
抗４３は短絡され、発振定数は抵抗４４のみとな
る。このときの周波数が4.5KHzである。したが
つてＡ〜Ｄの出力信号によりトランジスタベース
４０′の電位が決定され、その電位により発振周
波数は2KHz〜4.5KHzの範囲内で変化する。した
がつて高周波出力電力も第２図の関係で変化す
る。

次にＡ〜Ｄの回路内容について説明する。

出力電力設定回路Ａは、ゼナーダイオード１９
と抵抗２０の直列回路に低電圧回路からの出力端
子すなわちａ，ｂ間電圧を図のごとく印加し出力
電力調整用可変抵抗器２１をゼナーダイオード１
９に並列に接続したものである。

したがつて、規定の定電圧が摺動片２２に現
れ、その電位がOR回路のダイオード３９を介し
てベース４０′の電位となる。さらにベース４
０′の電位がトランジスタ４０，４２に作用し、
発振定数である抵抗４３に寄与し前記のごとく発
振周波数を決定する。

したがつて、出力電力調整用可変抵抗器２１の
摺動片２２により、出力電力を0.3〜3KWの範囲
内で調整することができる。

次に起動用タイマー回路Ｂは、抵抗２３、コン
デンサ２４によるＲ・Ｃタイマー回路であつて、
主開閉器３を閉じたときインバータ８内に含まれ
ている転流コンデンサなどの突入電流あるいは被
加熱物の材質によつては発振周波数とインバータ
の共振周波数が接近することにより流れる過電流
によつて、過電流保護スイツチ７が、不要に断に
なるのを防止するために、起動初期は毎回2KHz
で発振し徐々に定常の4.5KHz発振に移行させる
ものである。したがつて電流Ｉは徐々に増加する
ので過電流保護スイツチ７は起動時に動作せず、
サイリスタの転流ミスなど異常の場合にしか動作
しない。

そのために過電流保護スイツチ７の動作すべき
電流値は、4.5KHz発振の場合に流れる20Aより若
干余裕をもたすだけでよいので、転流ミスなどの
異常時には直ちに動作するので、それだけ半導体
にかかる負担が軽減され破壊する割合が少くな
る。

動作は、主開閉器３を閉じた瞬間はコンデンサ
２４には充電されていないため、制限抵抗２５、
ダイオード３８を介してベース４０′の電位は十
分負にバイアスされ、2KHzを発振する。そして
抵抗２３による電流で充電され、コンデンサ２４
の端子電圧は徐々に高くなり、その間ベース４
０′の電位もそれに応じ変化するもので、発振周
波数も高くなる。

そして、ついには所定の4.5KHzの発振定数と
なり起動は終了する。このように起動時におい
て、インバータの共振周波数よりずつと低い周波
数から発振を開始するために、従来の欠点であつ
たサイリスタの転流ミスによる過電流が流れず、
安全な起動が行える。したがつて従来のようにま
ずゲート電源を供給し、次にインバータ回路に電
源を供給するといつた電源投入の操作が必要でな
く、１操作で起動から定常運転が行える。

温度制御回路Ｃは、被加熱物の温度を使用者が
設定する設定手段である温度設定用可変抵抗２７
と、抵抗２８、さらに感温素子１１と抵抗２６で
ブリツジ回路を形成したものである。感温素子１
１は高周波出力の誘導を受けやすい場所に通常設
置せざるを得ないので、高周波をバイパスするた
め感温素子１１と並列に接続したコンデンサ１
１′を接続する。そして、温度が高くなり感温素
子抵抗値が低くなるとnpn形のトランジスタ２９
が導通する方向に接続し、そのコレクタはダイオ
ード３７を介してベース４０′に接続する。

温度設定用可変抵抗２７の抵抗値と抵抗２８と
の分圧比によりトランジスタ２９のベース電位が
決定され、その電位より感温素子１１の抵抗値に
よつて、エミツタ電位の方が高くなるとトランジ
スタ２９が導通し、ベース４０′の電位を決定し
トランジスタ４０が導通し、トランジスタ４２が
不導通となるように作用する。したがつて発振周
波数が低下し、高周波出力電力が低下するので、
温度は低下する。そして感温素子１１の抵抗値が
大きくなると、逆の動作をし、温度を上昇して設
定した温度を維持する。

半導体保護回路Ｄはサイリスタ９の耐圧保護を
行なうものである。抵抗３３と抵抗３４がサイリ
スタ９のアノードカソード間に並列に接続され、
サイリスタ９に異常な高圧が印加される状態にな
ると、ゼナーダイオード３０のゼナー電圧以上に
トランジスタ３１のベース電位がなり、ベース電
流制限抵抗３２を通じてベース電流が供給される
ように、抵抗３３と抵抗３４の分圧比を設ける。

そして、トランジスタ３１が導通状態になる
と、コレクタからダイオード３６を介して、ベー
ス４０′の電位が負にバイアスされ発振周波数は
低下する。発振周波数が低下するとインバータの
共振周波数からはずれるので、サイリスタ端子の
電圧は低下し、さらに臨界電圧上昇率も低下し、
誤動作しないし、またサイリスタを破壊すること
もない。

インバータ式誘導加熱で被加熱物の材質あるい
は被加熱物の有無で、負荷インピーダンスが大巾
に変動しサイリスタの端子電圧が異常に高くなる
場合があり、サイリスタの定格電圧を越えたり、
あるいは臨界電圧上昇率が大きくなり、サイリス
タが誤動作で破壊する場合があつたが、本考案の
ように保護回路を設けることによりそれらを防止
することができる。

したがつて、被加熱物の材質に限定されること
なく、加熱することができる。またインバータを
動作中に被加熱物を取り去つても、サイリスタは
保護され、安全の動作する特長があり、また第２
図からわかるように、周波数が低下するので高周
波出力も自動的に低下し、消費電力も節約でき
る。逆に被加熱物を誘導子内に入れると、自動的
に再び高周波出力が増加するので、連続的に加熱
ができ、従来のように被加熱物を入れて、その都
度インバータを動作させるスイツチを入れる必要
がなく、コンベアなどの流れ作業が簡単に可能と
なる。

以上のように、出力電力設定回路Ａ、起動用タ
イマー回路Ｂ、温度制御回路Ｃ、半導体保護回路
Ｄの出力信号をダイオード３６〜３９でOR回路
として、その最もバイアス電位の低い電位がOR
回路の出力として、次段の発振回路に作用する。
上記のようにOR回路で全制御回路の出力信号を
集約し、最終的に発振周波数だけを駆動している
ので回路系が簡単になる特長がある。

上記実施例では、最終的に発振周波数を駆動し
て各回路の制御手段としているが、全波整流器４
をサイリスタ位相制御あるいは全波半波の切替え
によりインバータの電源電圧を変えてもその目的
は達せられる。勿論その場合、ゲート回路の電源
電圧は一定となるような回路構成にしなければな
らない。また、上記実施例では、発振周波数を２
〜4.5KHz変化させた場合について説明したが、
本考案は、それ以上の、例えば20KHz以上の起可
聴周波数での動作を得るものも同様に実現するこ
とができる。また、電力半導体は、サイリスタの
みならず、ゲートターンオフサイリスタ、トラン
ジスタなどのスイツチング素子を用いてもよい。
ゲートターンオフサイリスタ、トランジスタを用
いた場合の出力制御には、周波数可変以外に導通
期間の可変を行なつてもよい。

上記実施例の説明から明らかなように本考案の
誘導加熱用インバータ装置によれば次の効果を得
ることができる。

(1) 被加熱物の容量形状に無関係に、使用者が設
定した温度に維持するよう制御され、特に目的
とした調理について調理温度を任意に使用者が
設定でき、また、温度設定手段と半導体温度検
出素子の誤差信号で加熱温度に関係のある発振
周波数を変更するため、設定した温度近傍で安
定した加熱制御が行える。

(2) 所定の温度で制御されるため、人が常に監視
する必要がなく、加熱作業の能率が上る。

(3) 温度検出素子の出力電圧を帰還し制御する高
周波誘導加熱方式では、被加熱物の温度を検出
するため温度検出素子の周辺に高周波磁界が存
在し、その影響が温度検出の出力電圧が、真の
温度ではない雑音信号を含むが、バイパス用コ
ンデンサを被加熱物の温度を検出する手段に介
在することにより、雑音信号を除去することが
できる。したがつて検出信号で、真の温度の相
関出力が得られ正確な温度制御が可能となる。
正確な温度を検出するために雑音信号を除去す
るためにバイパス用コンデンサを設ける技術を
本発明の誘導加熱用インバータ装置は特に採用
したものであり、これにより温度制御はきわめ
て正確なものとなり、調理器に用いて、より正
しい所望の調理が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すインバータ装
置の主要部をブロツクダイヤグラムで示した回路
図、第２図は高周波出力と周波数の関係を示す
図、第３図は第１図における出力制御回路１３の
具体回路図である。 Ａ……出力電力設定回路、Ｂ……起動用タイマ
ー回路、Ｃ……温度制御回路、Ｄ……半導体保護
回路、Ｅ……OR回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被加熱物を誘導結合するよう配置された誘導子
   と、前記誘導子を励起する高周波静止電力変換回
   路と、被加熱物の温度を使用者が設定する温度設
   定回路から成る温度設定手段と、被加熱物の温度
   を検出する半導体温度検出素子と、この半導体温
   度検出素子の出力が接続される温度検出回路と、
   前記半導体温度検出素子と並列に設けた高周波バ
   イパス用のコンデンサと、前記温度設定手段と温
   度検出回路から誤差信号を生成する誤差信号生成
   回路とを備え、この誤差信号生成回路の誤差信号
   によつて前記高周波静止電力変換回路の被加熱物
   を加熱する発振周波数を制御する誘導加熱用イン
   バータ装置。