JPS604558B2 - 誘導加熱用インバータ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明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、被加熱物への供Ｖ給電力を使用者で設定する
手段と、この設定手段にてィンバ−夕が発生する加熱周
波数を制御する電力制御手段により、被加熱物の容量、
形状に応じて、使用者が任意に出力を調整可能な装置を
提供するものである。

以下本発明の−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
ューズ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、チョーク５を介して平滑コンデン
サー６の一端にまた負極側は直接、平滑コンデンサ６の
池端に接続する。さらに、平滑コンデンサ６の正極側か
ら過電流保護スイッチ７を介して、ィンバータ８（静止
電力変換回路）へ、一方、負極側は直後ィンバータ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とチョ−ク５と平滑コンデンサ６により直流に変
換し、ィンバータ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１０に供Ｖ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ｖ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感溢素子１ １（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
したサィ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
フロップ回路１５が駆動し、ィンバータ８のサィリスタ
のゲートヘゲート信号を供給する。したがってィンバー
タは、その周波数で発振し譲導子１０１こ電力を供給し
、被加熱物を加熱する。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．弧＆変化
すると高周波出力Ｐは０．３〜滋Ｗと変化し、また過電
流保護スイッチ７を流れる電流１は２〜２０Ａ変化する
。したがって、感温素子１１の温度が所定の温度になる
と、発振周波数ナ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、ィンバ
ータ８に電流を通じたまま、誘導子１０から被加熱物の
金属を除去すると、誘導子１０はほとんど譲導負荷とし
て、ィンバー外こ作用する。

そのためにサィリスタ９の端子電圧が異常に高くなり、
ついにはサィリスタの破壊をまねく場合がある。したが
って、サイリス夕９の端子電圧を検知し、所定電圧以上
になると、発振周波数ナを低下せしめ共振周波数をずら
せ電流１を下げることにより、サィ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。なおィンバータ
が作動中万一サィリスタが転流ミスした際には過電流が
流れ、サィリスタや他の部品が破壊しないように過電流
保護スイッチ７が瞬時に関となり、保護と安全を保障す
る。

また電流ヒューズ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１
３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はサィ
リスタ９などの半導体保護回路、Ｅは上記Ａ〜０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発振回路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
号量相応の導適状態を示す。

したがって発振回路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ＵＪＴ４７
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のコレクターェミッ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のベースーェ
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って、抵抗
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４０‘ま不導通、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．弧伍である。したがって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滋Ｈｚ〜４．郎Ｈｚ
の範囲内で変化する。したがっ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。

出力電力設定制御回路Ａは、ゼナーダィオード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をゼナーダィオード１９に並列に接続したもの
である。

したがって、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４０′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。したがって、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〜
舷Ｗ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２
４によるＲ・Ｃタイマー回路であって、主開閉器３を閉
じたときィンバータ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っては発振
周波数とィンバータの共振周波数が接近することにより
流れる過電流によって過電流保護スイッチ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．歌Ｈｚ発振に移行させるもの
である。

したがって電流１は徐々に増加するので過電流保護スイ
ッチ７は起動時に動作せず、サィリス夕の転流ミスなど
異常の場合にしか動作しない。そのために過電流保護ス
イッチ７の動作すべき電流値は、４．斑比発振の場合に
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、
波Ｈｚ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４０′の電
位もそれに応じ変化するので、発振周波数も高くなる。
そして、ついには所定の４．歌Ｈｚ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、ィンバ−夕
の共振周波数よりずっと低い周波数から発振を開始する
ために、従来の欠点であったサィ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。

したがって従来のようにまずゲート電源を供給し、次に
ィンバータ回路に電源を供給するといった電源投入の操
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、温度設定用可変抵抗２７と抵抗２８
、さらにサーミスタ１１と抵抗２６でブリッジ回路を形
成したものである。

サーミスタ１１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
めコンデンサ１１′を接続する。そして、温度が高くな
りサーミスタ抵抗値が低くなるとｎｐｎ形のトランジス
タ２９が導適する方向に接続し、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
電位よりサーミスタ１１の抵抗値によって、ェミッタ電
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。

したがっ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。そしてサーミスタ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はサィリスタ
９の耐圧保護を行なうものである。

抵抗３３と抵抗３４がサィリスタ９のアノードカソード
間に並列に接続し、サィリスタ９に異常な高圧が印加さ
れる状態になると、ゼナーダィオード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が導適状態になると、コレク
タからダイオード３６を介して、べ−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ィンバータの共振周波数からは
ずれるので、サィ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ィリスタ
を破壊することもない。

ィ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中に変動しサィリ
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、サィリスタが誤動作で破壊する場合があった
が、本発明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。したがって、被加熱物の材質
に限定されることなく、加熱されることができる。

またィンバータを動作中に被加熱物を取り去っても、サ
ィリスタは保護され、安全に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、その都度ィンバータを動作させるスイッチ
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、出力電圧設定回路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。また、上記実施例では、発振周
波数を２〜４．郎Ｈｚ変化させた場合について説明した
が、本発明はそれ以上の例えば２雌批以上の超可聴周波
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ッチング
素子を用いてもよい。

なお、加熱出力と加熱周波数の関係は被加熱物の種類に
よって異なるが、加熱周波数を変化させれば加熱出力が
変化することについては変わりなく、また、誘電加熱調
理器として使用する場合には被加熱物の違いによる特性
の変化は実使用上何ら問題のないものである。

以上の実施例からもわかるように本発明は使用者が設定
手段で被加熱物への供孫台電力を設定すると、電力変換
回路から譲導子に供給する加熱周波数を実質的に可変し
て加熱出力を可変するものであるので、被加熱物の大き
さや形状や種類に応じた最適加熱が簡単、かつ確実に行
え、しかも誘導子への供給電力をオン・オフのデューテ
ィー制御するものに比較すると被加熱物の温度を設定値
に保ちやすくなるとともに、他の無線機器等へ妨害雑音
を与えたり、蟹光燈にフリッカを与えたりすることのな
いものとなる。

すなわち、上述したデューティー制御では誘導子による
被加熱物の加熱もオン・オフされるので、オフ時には被
加熱物の温度は低下して設定値に保ちにくくなるのであ
り、またこのようなオン・オフの繰り返いま妨害雑音が
出やすく、蟹光燈にフリツカを与えたりすることもある
のである。

これに対して本発明では連続加熱となるので、被加熱物
の温度を設定値に保ちやすく、これは例えば被加熱物が
鍋で中で天ぷらを行っている時にはあがり状態が一定と
なる等有益なる効果となぞ声ゑ舞案鰹講義享舞菱善意隣
、、〈なるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す誘導加熱用ィンバータ
装置の主要部をブロッ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。第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被加熱物と誘導結合するよう配置した誘導子と、前
   記誘導子を励起するとともに、半導体素子を有する電力
   変換回路と、前記被加熱物への供給電力を使用者が設定
   する設定手段と、この設定手段による設定により前記電
   力変換回路を操作してこの電力変換回路から前記誘導子
   に供給する加熱周波数を実質的に可変する電力制御手段
   からなる誘導加熱用インバータ装置。