JPS6054756B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、誘導加熱調理器に関し、特に誘導加熱コイル
に加わる電圧及び電流を検出して、負荷にて消費される
電力を算出し、予め設定された入力レベルと比較しなが
ら常に設定電力が供給されるよう電力制御を行なうこと
を目的とする。

従来、この種電磁調理器における電力制御方法として、
誘導加熱コイルに流れる負荷電流を検出し、この負荷電
流のピークを増減させることによつて行なう方法が知ら
れているが、かかる方法では、電流が正確に負荷に供給
される電力を反映するものではないため、電力の制御に
正確を期することは困難であつた。すなわち、鉄を含む
金属材料よりなる調理鍋を加熱する場合、鉄の含有量或
は温度変化によつて磁気特性、固有オーミック抵抗が異
なるため調理鍋への入力電力は変化する。この入力電力
を検出して、予め設定した電力に一致させる際、負荷電
流のみ検出したのでは、正しく入力電力を反映しないた
め、完全な電力制御はできなかつたのである。

本発明は、このような負荷への入力電力を正しく検出し
、所定の電力レベルに一致するよう操作することにより
、実際に調理鍋に供給される電力を正確に制御できたも
のである。

以下本発明実施例を図を参照しながら詳述する。

第１図において、１は誘導加熱調理器を示し、上面にセ
ラミック板等耐熱性絶縁基板よりなるトッププレート２
が設けられ、この上に負荷となる調理鍋（図示せず）が
載置される。調理鍋は鉄或はステンレス等鉄を含む金属
にて形成される。３は、交流電源が供給されるプラグ、
４は電源スイッチ、５は入力電力調節用スライド摘み、
６は発光ダイオード等よりなる入力電力表示部で、Ｗ（
ワット）数を４桁数字にて表示する。

この表示部６にて検出電力と設定電力が一致したとき、
その値がディジタル表示される。第２図Ａ、Ｂ、Ｃは、
本発明実施回路を示し、’７は、商用交流電源、４は電
源スイッチ、８はダイオードをブリッジ接続してなる整
流回路、９はチョークコイル、１０は平滑コンデンサ、
１１は誘導加熱コイルで、平板状に巻回され、トッププ
レート２裏面に近接して配置されている。

１２は門誘導加熱コイル１１と直列接続されたスイッチ
ング素子で、本実施例では、半導体スイッチング素子Ｇ
ＣＳ（ゲート、コントロールド・スイッチ）（商品名）
を使用している。

１３は、ＧＣＳ１２のアノード、力ソート間に逆並列に
接続されたフライホイールダイオード、１４は共振コン
デンサであり、これら誘導加熱コイル１１、ＧＣＳｌ２
、フライホィールダイオード１３および共振コンデンサ
１４にてインバータ１５が構成される。

２０は誘導加熱コイル１１に近接配置される調理鍋、Ｒ
ｌ，Ｒ２は平滑コンデンサ１４に並列接続された分割抵
抗で、分割点より電圧Ｖ１が取り出される。

Ｒ，，Ｒ４は共振コンデンサ１４に並列接続された分割
抵抗で、分割点より電圧Ｖ２が取り出される。２１は誘
導加熱コイル１１に流れる電流を検出するカレント・ト
ランスである。

第３図は、上記インバータ各部の電流および電圧波形を
示し、加熱運転中にあつては、共振コンデンサ１牡ダイ
オード１３、ＧＣＳｌ２の両端の電圧■εは、江水共振
回路の動作により共振コンデンサ１４と平滑コンデンサ
１０により電荷の授受が行なわれる。

そして電圧Ｖ６〈０となつた時点で、ＧＣＳｌ２のゲー
ト信号ＶＧを切換え、これをオンとすると誘導加熱コイ
ル１１に流れる電流１Ｌが増加し始めるが、この電流値
は、カレント・トランス２１にて検出されて電圧変換さ
れ基準電圧Ｖ。に対応する電流１。に達したとき、ゲー
ト信号ＶＯを負に切換え、ＧＣＳｌ２をオフとする。こ
れにより、回路動作は再び■λ共振となり、以後同様の
動作が繰返され発振が継続する。かかる調理器において
トッププレート２上に調理鍋２０が置かれた場合、鍋の
固有オーミック抵抗および誘導加熱コイル１１の巻線抵
抗は、誘導加熱コイル１１と抵抗の直列回路と等価であ
り、かつ誘導加熱コイル１１の巻線抵抗は非常に小さ一
いから、誘導加熱コイル１１の両端の電圧■，および電
流ｈを検知することにより負荷への入力電力を検知する
ことかてきる。すなわち瞬時人力電力ｐ（ｔ）はで表わ
されるから、発振一周期（Ｔ）間の電力Ｐは１式をＴ期
間積分して ―）′―−１′ で求められる。

２式を書きかえると、 ここで、Ｒは、負荷の固有オーミック抵抗である。

３式より電流１Ｌ（ｔ）を制御することにより入力電力
制御が可能なことがわかる。

それ故人力電力が小さい場合は、Ｉし（ｔ）を増大させ
ればよいがこのＩし（ｔ）は基準電圧Ｖ。により制御さ
れるから、かかる場合、電圧Ｖ。のレベルを増大させれ
ばよいことになる。他方逆に入力電力を減少させたい場
合、電圧Ｖ。を低下させればよい。続いて、第２Ｂ，Ｃ
図に基いて、入力電力制御回路を詳述する。

２２は、演算増幅器で、８入力端子に電圧信号■１が、
また８入力端子に電圧信号Ｖ２がそれぞれ抵抗Ｒ５を介
して入力する。

この演算増幅器２２の出力は、抵抗Ｒ５，Ｒ６にて設定
される増幅率にて増幅される。この信号Ｖ４は、抵抗Ｒ
７を介して次段の対数変換器２３に入力され出力Ｖ５を
得る。

ここで、Ｋは、ボルツマン定数、ｑは電子の電荷量、α
は電流増幅率１Ｅ３はトランジスタ２４のベース・エミ
ッタ間の逆方向電流である。

２５は、カレント・トランス２１により検出された電流
が分割抵抗Ｒ８，Ｒ９を介して電圧信号Ｖ３に変換され
、入力される対数変換器で出力Ｖ６を得る。

上記信号Ｖ５および信号Ｖ６は、それぞれ抵抗ＲｌＯ，
ＲｌＯを介して、ともに演算増幅器２６のｅ入力端子に
加えられる。この演算増幅器２６は、加算器として利用
されるもので、出力Ｖ，を得る。この加算信号■７は、
次段の逆対数変換器２７に入力され、出力Ｖ８を得る。
上記４式ないし８式より、 この出力信号■８は、積分器２８に入力されＴ期間積分
される。

この積分器２８は、コンデンサＣ１および放電用のアナ
ログスイッチ３０を含１．▼爪１！ｌ身イ＾＾１Ｓ，赫
心ｎ鉤吊讐Ｓｉ′一日崗冑日−１かかる積分器２８出力
として信号Ｖ，を得る。この信号Ｖ９は、次段の演算増
幅器２９を介して増幅され、スライド摘み５の操作によ
り設定された電圧信号Ｖｐと比較可能な電圧信号に変換
される。かくして演算増幅器２９出力として信号ＶｌＯ
を得る。式９，＠，５より ここで、Ａ＝ト・占・：Ｉ５＝・計（但し上記信号Ｖｌ
Ｏは、第２Ｃ図に示す演算増幅器３０の４入力端子に加
えられる。

演算増幅器３０のｅ入力端子には、入力電力設定用スラ
イド摘み５の操作により電圧値が変化する可変抵抗Ｒｌ
８の出力Ｖ，が加えられる。３１は、信号■，を１入力
端子に、また信号ＶｌＯをｏ入力端子に入力する演算増
幅器、３２，３３は、インバータ、３４は演算増幅器３
０，３１の各出力がそれぞれインバータ３２，３３を経
て入力されるアンドゲートで、その出力にてアナログス
イッチ３５が開閉制御される。

このアナログスイッチ３５は、信号ＶｌＯを比較器３６
へ入力する線路間に設けられたもので、上記アンドゲー
ト３４出力がＨレベル信号のときスイッチ３５が開成し
、信号Ｖ，Ｏが比較器３６の４入力端子に加わることに
なる。比較器３６の８入力端子にはラダー回路３７から
の階段状電圧信号が加わる。ラダー回路３７は、クロッ
ク発振器３８からのクロックパルスＣＫを入力する２進
カウンタ３９と、このカウンタ３９の出力にて抵抗Ｒｌ
６，Ｒｌ８・・・を選択して順次低レベル電位より高電
位レベル信号を出力する。４０はクロック発振器３８か
らのクロックパルスＣＫを受けてこれを計数するｗ進カ
ウンタで、上記２進カウンタ３９とともに、タイマー４
１の立上り信号にて計数を開始し、立下り信号にてリセ
ットされる。

このタイマー４１の信号出力期間は、少なくともラダー
回路３９出力のレベル数に対応したクロックパルス数が
出力する期間以上に設定される。４２は、１０進カウン
タ４０の内容を記憶するラッチ回路で、比較器３６の出
力にて動作する。

４３はラッチ回路４２の内容をコード変換するデコーダ
、６は、このデコーダ４３の内容を表示する前記表示部
である。

かくすれば、タイマー４１出力にて２進カウンタ３９お
よびｗ進カウンタ４０が計数開始しラダー回路３７より
出力された電位が信号■１０以上に達すると、比較器３
６の出力は、ＨレベルからＬレベルに反転し、このとき
のｗ進カウンタ４０の内容は、ラッチ回路４２に保持さ
れる。このラッチ回路４２の記憶内容は、デコーダ４３
を介して表示部６に表示され、電力表示がなされる。そ
の後タイマー４１出力信号の立下りにより２進、ｗ進カ
ウンタ３９，４０はリセットされ最初の状態に戻る。４
４は、電源信号Ｖｓを抵抗Ｒｌ，，Ｒ２Ｏ，Ｒ２ｌにて
分割して得た信号を４入力端子に、また演算増幅器３０
の出力をθ入力端子に入力する演算増幅器、４５は、上
記演算増幅器４４の出力Ｖｌｌを４入力端子にまたカレ
ント・トランス２１からの検出信号ＶｃＴをθ入力端子
に入力する比較器で、その出力は、ＲＳフリップフロッ
プ４６のリセット端子に入力される。

ＲＳフリップフロップ４６のセット出力は、加速用抵抗
Ｒ２。およびコンデンサＣ２を介してゲート駆動回路４
７に加えられ、セット出力のＬレベル反転で、駆動回路
４７内のトランジスタ４８を導通させ、ゲート信号■と
して電圧−Ｖｃｃを出力し、ＧＣＳｌ２をオフとする。
４９は信号Ｖ２が入力される端子て、■２が負の値にな
つたときトランジスタ５０のベース電位が低下しこれを
オフとする。

したがつてトランジスタ５０のコレクタ電位は、上昇し
、かかる立上り信号は、ＣＲ微分回路５１を経てパルス
化され、さらに、インバータ５２を介して反転されてＲ
Ｓフリップフロップ４６のセット入力端子へ入力される
。すなわち、信号■２の負転換により、フリップフロッ
プ４６は、セットされ、そのセット出力はＨレベルとな
つてゲート駆動回路４７内のトランジスタ５３を導通さ
せ、信号ＶＯとして電圧＋■Ｃｃを得、これによりＧＣ
Ｓｌ２は、オンとなる。５３は、フリップフロップ４６
のリセット出力により動作するトランジスタ、Ｒ２３，
Ｃ３は時定数回路を構成する抵抗およびコンデンサ、５
４は比較器で、フリップフロップ４６セット後時定数回
路にて決定される一定時間後にＬレベル信号を出力し、
フリップフロップ４６をリセットするもので、ＧＣＳｌ
２の最大電流通電時間、すなわち、インバータの最小発
振周波数を設定するはたらきをなす。

この最小発振周波数は、可聰音ノイズの発生を防止する
ため約２０ＫＨｚに設定される。次に検出された電力信
号■，。と、設定された電力レベル■Ｐがとりうる３つ
のケースについてその動作を説明する。（１）Ｖｌ。＝
Ｖｐの場合、これは、検出された電力と、設定した電力
とが等しい場合である。このときは演算増幅器３０，３
１の出力はともにＬレベル、したがつてインバータ３２
，３３の出力はともにＨレベルとなる。それ故アンドゲ
ート３４の出力もまたＨレベルとなり、アナログスイッ
チ３５は閉成される。これにより、信号ＶｌＯは、比較
器３６に入力しラダー回路３７からの出力信号と一致が
とれたとき、このときのラダー回路３７出力に対応する
ディジタル信号がラッチ回路４２に保持され、その内容
は、表示部６に例えは旧００Ｗの如くディジタル表示さ
れる。このとき、演算増幅器４４のθ入力端子に入力す
る信号は変化しないから、発振周波数もまた変化せす、
一定周波数の発振が継続する。（２）ＶｌＯ＞Ｖｐの場
合検出電力レベルが、設定電力レベルより大きくなつた
場合、演算増幅器３０，３１の出力はとなるから、アン
ドゲート３４の出力は、Ｌレベルとなりアナログスイッ
チ３５はオフとなり表示部６には表示がなされない。

一方演算増幅器４４の出力Ｖｌｌはとなる。

ＶＯ〉■ｐであるから、カレント・トランス２１より出
力された電圧信号ＶＣＴど比較される基準電圧Ｖ。は低
下する。したがつて比較器４５の出力がＬレベルに反転
する時期は早くなり、フリップフロップ４６のリセット
およびＧＣＳｌ２のターン・オフも早くなる。それ故発
振周波数は上昇し、入力電力は低下する。このようにし
て、入力電力が低下し、設定電力レベルと一致した時点
で、表示部６にそのときの電力が表示され、その後、一
定周波数で発振が持続されることとなる。（３）ＶｌＯ
＜Ｖｐの場合 検出電力レベルが設定電力レベルより小さい場合、上記
（２）の例と逆となり、演算増幅器３０の出力がＬレベ
ル、演算増幅器３１の出力がＨレベルとなる。

この場合もアンドゲート３４は開かず、したがつて表示
はなされない。この場合、演算増幅器４４の出力Ｖｌｌ
は、となり、比較器４５の基準電圧Ｖ。

は上昇する。したがつて比較器４５出力がＬレベルに反
転する時期は、遅れ、これに伴つてＧＣＳｌ２オフ時期
も遅れる。それ故、発振周波数は低下し、入力電力は上
昇していく。このようにして、上昇した入力電力が、設
定電力レベルに達すると、発振周波数は一定となり、そ
の後一定の電力供給が行なわれる。勿論上記両電力レベ
ルー致と同時に表示部にそのときの電力が表示される。
なお、電力供給は無制限に増大させることはできず、前
述の如く周波数約２０ＫＨｚまでに制限される。

以上説明したように本発明誘導加熱調理器は、誘導加熱
コイル両端の電圧およびこれに流れる電流を検出して、
実際に負荷に供給される電力を算出するものてあるから
、従来負荷電流のみ検知し、そのピーク値制御によつて
電力制御を行なつていた調理器に比し、よソー層正確な
電力制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例斜視図、第２Ａ図、第２Ｂ図及
ひ第２Ｃ図は、同実施例回路図、第３図は、動作信号波
形図である。 １・・・誘導加熱調理器、２・・・トッププレート、４
・・・電源スイッチ、５・・・スライド摘み、６・・・
入力電力表示部、１２・・・ＧＣＳｌｌ５・・・インバ
ータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 誘導加熱コイルに加わる電圧を検出する電圧検出手
   段、上記誘導加熱コイルに流れる電流を検出する電流検
   出手段、上記電圧検出手段及び電流検出手段の出力信号
   を乗算する乗算手段、この乗算手段から出力された信号
   を一定期間積分し、電力に対応した電圧信号を出力する
   積分手段、この積分手段出力と、所予の基準電圧レベル
   を比較する比較手段、この比較手段の出力を受けて上記
   誘導加熱コイルに流れる電流通電期間を調節する電流制
   御手段、を具備してなる誘導加熱調理器。