JP4065865B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱調理器の電源供給制御方式に関するものである。

従来のこの種の誘導加熱調理器は、高周波電流を流す加熱コイルの近傍に配した金属負荷（鍋）に渦電流を発生させ、そのジュール熱によって負荷自体が自己発熱することで、効率よく加熱することができるものであり、近年、ガスコンロや電熱ヒータによる調理器具に対して、安全性や温度制御性に優れた点によって、これらの置き換えが進んでいる。

また、誘導加熱調理器の制御回路や高周波電流を発生させるインバータ回路への電源供給経路を工夫することによって、待機時の消費電力を低減するなど、省エネルギーへの取り組みも進んでいる。

このような電源供給経路を工夫した電源供給制御方式の技術は具体的には、電源スイッチに補助接点を設け、また電源スイッチに並列にリレーを接続して、電源スイッチを切断したときであっても火傷警告や冷却ファンの動作を可能とし、調理終了後に鍋を載置するトッププレートが熱い状態のまま電源スイッチを切っても、火傷警告を継続しつつファンによる冷却を行うことができ、使用者にとって安全性が高く、待機時電力を低減させることができるものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−５９６３３号公報

しかしながら、上記従来技術には下記のような課題がある。

第１に、高周波電流を出力するインバータ回路は高周波の周波数変換を行うためにノイズが発生しやすく、ノイズの発生を押さえるため電源部に容量の大きなフィルタを挿入する必要があり、このフィルタにより、電源スイッチが投入された瞬間に非常に大きな突入電流が発生し、電源スイッチやリレーの接点溶着を起こしやすく、また、突入電流による大きな誘導ノイズが発生し、テレビやラジオにノイズが混入して視聴妨害を与えたり、誘導加熱調理器の制御回路そのものが誤動作したりするおそれがある。すなわち、図６に電源供給制御方式の従来技術の例を示す。図６において、商用電源１からスイッチ１００を経由してノイズ防止コンデンサ１０１と整流スタック１０２を接続し、その出力側にはチョークコイル１０３および平滑コンデンサ１０４を接続した後、インバータ部１０５を接続する。インバータ部１０５の動作周波数を基本波とするノイズ成分を吸収するために、コンデンサ１０１、１０４は比較的大きなコンデンサを用いるため、スイッチ１００をオンした瞬間には商用電源からは直列インピーダンスが非常に低い状態でコンデンサ１０１、１０４に対する充電電流が流れるため、非常にピーク値の大きな電流（数百Ａ程度)となる。その結果、スイッチ１００の接点溶着を引き起こしたり、大電流による誘導ノイズが発生する。

第２に、加熱調理終了後に電源スイッチをオフしない場合は、制御回路に供給する電源経路が遮断されないため制御回路が消費する電力により待機電力が低減できない。

第３に、電源スイッチがインバータ部の電源経路と制御電源回路の電源経路を共用する場合においては、電源スイッチを切断し、制御回路がインバータ部の動作を停止するまでの間の制御時間遅れによって、電源スイッチに並列して配置する小容量のリレーにインバータ負荷電流を含めたすべての電流が流れるため、接点容量をはるかにオーバーし、溶着するおそれがある。

第４に、電源スイッチに連動する補助接点が必要であるため、スイッチ自体に特殊な構造が必要となり、コストアップの要因となっていた。

第５に、クッキングヒータなどのように誘導加熱部や電熱ヒータ部が同一筐体内に複数存在し、ラインナップによりそれぞれの組み合わせ個数が違ったり、定格電力が異なる場合には、機種毎に制御手段を作り分けなければならないため開発工数が長くなりコストアップの要因となっていた。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、請求項１では、第１の制御手段と、加熱コイルを駆動するインバータ手段と、第１の制御手段の制御情報を受けインバータ手段の制御を行う第２の制御手段と、操作手段と、前記第１の制御手段の電源をオンオフする第１のスイッチ手段と、前記第１の制御手段によって制御される前記第１のスイッチ手段に並列に接続した第２のスイッチ手段および前記第２の制御手段の電源をオンオフする第３のスイッチ手段および前記インバータ手段の電力供給をオンオフする第４のスイッチ手段と、前記第３のスイッチ手段の負荷側と前記第４のスイッチ手段の負荷側を接続する電流抑制素子とを有し、第１のスイッチ手段を操作後、第１の制御手段は第２のスイッチ手段をオンするとともに第３のスイッチ手段をオンし、さらにインバータ手段による加熱コイルの通電開始に先立ち第４のスイッチ手段をオンした後インバータ手段の動作停止後所定時間経過後にオフし、第１のスイッチ手段をオフ操作すると第２のスイッチ手段は所定の保持条件が解除された後に第１の制御手段によりオフするものである。

また、請求項２では、前記第１のスイッチ手段は、モーメンタリ型としたものである。

また、請求項３では、温度検出手段を有し、第１のスイッチ手段をオフ操作したとき、前記温度検出手段の検出温度が所定の温度以上の場合、第１の制御手段は第２のスイッチ手段のオン動作を保持するものである。

また、請求項４では、第１の制御手段が第２の制御手段に加熱コイルの駆動停止の制御情報を出した後、操作手段が所定時間操作されなかったとき、第１の制御手段は第３のスイッチ手段をオフ後、第２のスイッチ手段をオフするものである。

本発明の誘導加熱調理器は、上記のように構成したことにより、第４のスイッチ手段がオンする前に第３のスイッチ手段をオンすることにより、インバータ手段のフィルタへの初期充電が低電流で行われるために、突入電流の発生が低減され、第４のスイッチ手段の接点溶着や、誘導ノイズの発生、および、この誘導ノイズによる制御回路への誤動作の発生の恐れが無くなる。

また、電源スイッチとなる第１のスイッチ手段をオンした後に第１の制御手段が起動して第２のスイッチ手段をオンするため、電源スイッチをオフしても第１の制御手段を継続して動作させることができ、所定の保持条件が解除された後には自ら第２のスイッチ手段をオフすることですべての電源経路を遮断することができ、待機電力をゼロにすることができる。

また、第１の制御手段の電源をオンオフする第２のスイッチ手段がインバータ手段の電源経路と共用していないため、第２のスイッチ手段の小容量のリレーにインバータ手段の負荷電流が流れず、接点容量をオーバーし溶着するようなことがない。

また、第３のスイッチ手段は、インバータ手段に対する突入電流を抑制するとともに、第２の制御手段の電源供給経路とすることを兼用させたことにより、スイッチ手段の必要数を減らすことができ、コストアップを押さえることができる。

また、第２の制御手段は第３のスイッチ手段がオンした後に電源がオンされるため、第３のスイッチ手段がオフ状態で故障した場合は第２の制御手段の電源がオンしないので、インバータ手段の動作が停止し、第３のスイッチ手段のオフ故障を確実に検出できるため安全性が高い。

さらに、インバータ手段を制御する第２の制御手段を設け、第１の制御手段からの設定電力等の制御情報を第２の制御手段が受けてインバータ手段を制御するようにしたことにより、クッキングヒータなどのように誘導加熱部や電熱ヒータ部が同一筐体内に複数存在し、ラインナップによりそれぞれの組み合わせ個数が違ったり、定格電力が異なる場合でも、インバータ手段を適宜増設することにより簡単に適応でき、機種毎に制御手段を作り分ける必要が無いため、開発工数を大幅に低減できコストダウンすることができる。

以下、本発明の一実施例を図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器のブロック図、図２は同じくスイッチ手段の動作シーケンスを説明する図、図３は同じくインバータ手段の詳細ブロック図、図４（ａ）は従来例の電源投入シーケンスにおけるインバータ手段に流れる電源電流、（ｂ）は実施例のインバータ手段に流れる電源電流を示す図、図５は同じくスイッチ手段の動作シーケンスを説明する図である。

図１において、１は商用電源、２は第１の制御手段、３は第２の制御手段で、第１の制御手段２の制御情報を受けるとともに必要な情報を第１の制御手段２に伝達している。

４、４ｂはインバータ手段で、商用電源１の電力を高周波出力に変換して加熱コイル４ａ、４ｃに出力し、誘導加熱調理器のトッププレート（図示せず）に載置された鍋等の負荷を加熱するものである。そして、このインバータ手段４は第２の制御手段３により制御されている。

５は操作手段で、使用者が誘導加熱調理器の動作状態を設定するキー入力部や表示部を含み、第１の制御手段２に対して入出力を行う。

６は第１のスイッチ手段で、誘導加熱調理器の電源のオンオフ操作を使用者が行うためのスイッチであり、この第１のスイッチ手段６を介して第１の制御手段２に電源を供給する。

７は第２のスイッチ手段で、第１のスイッチ手段６と並列に接続され第１の制御手段に電源を供給するもので、リレーで構成されていて第１の制御手段２によりオンオフ制御される。

８は第３のスイッチ手段で、リレーで構成されていて第１の制御手段２によりオンオフ制御され、この第３のスイッチ手段８を介して第２の制御手段３に電源を供給している。

９、９ａは第４、第５のスイッチ手段で、リレーで構成されていて第１の制御手段２および第２の制御手段３によりオンオフ制御され、この第４、第５のスイッチ手段９、９ａを介してインバータ手段４、４ｂに電力を供給している。

１０、１０ａは電流抑制素子で、抵抗等で構成され、第３のスイッチ手段８と第４、第５のスイッチ手段９、９ａのそれぞれの負荷側同士を接続している。

１１は温度検出手段で、負荷を載置するトッププレートや使用者が触る恐れのある構造部品の温度、あるいは機器内部の部品の温度を検出し、検出温度を第１の制御手段２に伝えるものである。

そして第２の制御手段３は、第１の制御手段２からインバータ手段４、４ｂ個々の設定電力等の制御情報を受けてインバータ手段４、４ｂの制御を行うとともに、インバータ手段４、４ｂの動作状態を検出し、必要な情報を第１の制御手段２に伝達し、これにより、例えば「第１の制御手段２が加熱コイル４ａを火力５で通電せよ」という情報を第２の制御手段３に伝達すると、第２の制御手段３はインバータ手段４に駆動信号を発し、インバータ手段４の動作状態を検出しながら火力５相当の通電電力が加熱コイル４ａに引加されるように制御する。

また、第２の制御手段３が無負荷通電あるいは加熱できない負荷を通電しようとした場合には、その検出結果を第１の制御手段２に伝達し、第１の制御手段２は操作手段５において使用者に表示や警告を行う。

また、図１の右端の破線より右側に示した第５のスイッチ手段９ａとインバータ手段４ｂと加熱コイル４ｃと電流抑制素子１０ａの構成は、同一筐体内に加熱コイルを複数設ける場合の増設方法を示すものであり、加熱コイルが１個しか必要なければこれらは不要であり、加熱コイルが３個以上必要であれば破線右側に示した構成を同様に増設すればよい。また、加熱コイルの代わりに電熱ヒータを設ける場合はインバータ手段を電熱ヒータの通電手段とすればよく、同様の構成で増設すればよい。

次に、図２のスイッチ手段の動作シーケンスを説明する。

図２は、第１〜第４のスイッチ手段６、７、８、９のオンオフ状態を示したタイムチャートである。

本実施例においては、第１のスイッチ手段６は誘導加熱調理器自体の電源操作を行うためのスイッチとして機能させることを前提とする。つまり、通常の電源スイッチと同等の操作により機器の電源接続状態をオンオフさせるトリガとなる。

時刻Ｔ１に使用者が第１のスイッチ手段６をオンすると、第１の制御手段２は電源が投入され第１の制御手段２が起動する。第１のスイッチ手段６のオン状態が所定時間以上継続されていることを第１の制御手段２が検出すると、時刻Ｔ２に第１の制御手段２は第２のスイッチ手段７のリレーをオンし、電源の供給経路を自ら確保し、電源のオン動作を保持する。

なお、第１のスイッチ手段６はシーソー型スイッチでもモーメンタリ型スイッチでも構わないが、モーメンタリ型スイッチにすることによって、第２のスイッチ手段７が第１の制御手段２への電源供給経路となり、かつ、自ら切断可能となるために、使用者の電源切断忘れ時に、自動的に電源経路を切断することができるので望ましいことはいうまでもない（図２においては、第１のスイッチ手段６がモーメンタリ型スイッチである場合を実線、シーソー型スイッチである場合を点線で示しているが、以下の説明はモーメンタリ型スイッチを用いた場合について述べる）。

時刻Ｔ３で第１のスイッチ手段６がオフされても、第２のスイッチ手段７が電源経路を確保しているため動作は継続する。

時刻Ｔ２から所定の時間が経過した時刻Ｔ４において、第１の制御手段２は第２の制御手段３の電源経路を確保するために第３のスイッチ手段８をオンし、第２の制御手段３が起動する。

時刻Ｔ５において、使用者が操作手段５によりインバータ手段４を通電させる指示を行うと、第１の制御手段２または第２の制御手段３が第４のスイッチ手段９をオンしてからインバータ手段４の加熱コイル４ａに対する通電動作を開始する。

時刻Ｔ６において、第１の制御手段２が第２の制御手段３に加熱コイル４ａの駆動停止の制御情報を出し、インバータ手段４の加熱が停止された後第４のスイッチ手段９をオフし、インバータ手段４への電力供給経路を遮断する。

その後、時刻Ｔ７において、使用者が第１のスイッチ手段６によって機器の電源を切断する操作（モーメンタリ型スイッチの場合は再度のオン、シーソー型スイッチの場合はオフ）を行うと、第３のスイッチ手段８をオフするとともに、温度検出手段１１の検出温度が所定の温度を超えていない場合は引き続き第２のスイッチ手段７をオフし、第１の制御手段２の電源供給経路を自ら切断する。温度検出手段１１の検出温度が所定の温度を超えている場合は、所定の温度に下がるまで、あるいは、所定の時間が経過するまで第２のスイッチ手段７のオン動作を保持し、火傷警告等を操作手段５で表示し、それらの条件が解除された後に第２のスイッチ手段７をオフする。

したがって、火傷警告等が必要な場合には、使用者が電源スイッチをオフする操作が行われても、解除条件が成立するまで第１の制御手段２の電源供給経路は確保され、その後はすべての電源供給経路を遮断するので待機電力をゼロにできる。

次に図３、図４を用いて、第３のスイッチ手段８および第４のスイッチ手段９の動作部分について説明する。

図３は第３のスイッチ手段８と第４のスイッチ手段９、第２の制御手段３とインバータ手段４の接続構成を抜き出したものであり、図４は第３、第４スイッチ手段８、９の動作による電源電流の状態を表したものである。なお、Ｔ４、Ｔ５は図２におけるタイムチャートと同じタイミングを示す。

図３において、インバータ手段４は商用電源１側にフィルタである雑音防止用コンデンサ４１を接続した後に整流スタック４２を接続して直流電源に変換し、チョークコイル４３と平滑コンデンサ４４で平滑した後にインバータ回路４５に接続するものである。

図４に、図３の接続状態における従来例の電源投入シーケンス（ａ）と本実施例の電源投入シーケンスによる電源電流（ｂ）の違いを示す。

従来例（ａ）は第３のスイッチ手段８と第４のスイッチ手段９が同時に投入された（時刻Ｔ４とＴ５が同時）ものと等価であり、コンデンサ４１およびコンデンサ４４に流れる電流を抑制する素子がほとんど無いため（チョークコイル４３の突入電流阻止能力が小さいため）、電源電流は高いピーク値を示す。

本実施例（ｂ）は第３のスイッチ手段８が時刻Ｔ４にオンし、コンデンサ４４には電流抑制素子１０によってピークを抑えられた電流によって充電される。その後、時刻Ｔ５に第４のスイッチ手段９がオンするが、既にコンデンサ４４は半ば充電されているために、残りの充電電流のピーク値も抑えられる。

したがって、高い充電電流ピークによって発生するおそれのある第４のスイッチ手段９の接点溶着や、誘導ノイズの発生が抑えられる。

次に、図５において、時刻Ｔ１に第１のスイッチ手段６をオンしてから、時刻Ｔ６に第１の制御手段２が第２の制御手段３に加熱コイル４ａの駆動停止の制御情報を出しインバータ手段４による加熱を終了するまでは図２のシーケンスと同様とする。

その後、使用者が電源スイッチをオフする操作をし忘れた場合や、操作手段５が所定時間操作されなかった場合、所定の時間が経過して時刻Ｔ１０になったとき第１の制御手段２は第３のスイッチ手段８をオフ後、第２のスイッチ手段７をオフすることで、すべての電源供給経路を遮断することができる。

また、このときに温度検出手段１１の検出結果が所定の温度を超えている場合は、所定の温度に下がるまで、あるいは、所定の時間が経過するまで火傷警告等を操作手段５で発し、それらの条件が解除された後に第２のスイッチ手段７をオフすることで、使用者に対する安全性も確保できる。

さらに、例えば調理タイマー機能を有する誘導加熱調理器などでは、調理タイマーを使用して煮込み調理等を行った後、本構成を用いることによって自動的にすべての電源供給経路を切断することができる。

このように、第４のスイッチ手段９がオンする前に第３のスイッチ手段８をオンすることにより、インバータ手段４のフィルタへの初期充電が低電流で行われるために、突入電流の発生が低減され、第４のスイッチ手段９の接点溶着や、誘導ノイズの発生、および、この誘導ノイズによる制御回路への誤動作の発生の恐れが無くなる。

また、電源スイッチとなる第１のスイッチ手段６をオンした後に第１の制御手段２が起動して第２のスイッチ手段７をオンするため、電源スイッチをオフしても第１の制御手段２を継続して動作させることができ、所定の保持条件が解除された後には自ら第２のスイッチ手段７をオフすることで、すべての電源経路を遮断することができ、待機電力をゼロにすることができる。

また、第１の制御手段２の電源をオンオフする第２のスイッチ手段７がインバータ手段４の電源経路と共用していないため、第２のスイッチ手段７の小容量のリレーにインバータ手段４の負荷電流が流れず、接点容量をオーバーし溶着するようなことがない。

また、第３のスイッチ手段８は、インバータ手段４に対する突入電流を抑制するとともに、第２の制御手段３の電源供給経路とすることを兼用させたことにより、スイッチ手段の必要数を減らすことができ、コストアップを押さえることができる。

また、第２の制御手段３は第３のスイッチ手段８がオンした後に電源がオンされるため、第３のスイッチ手段８がオフ状態で故障した場合は第２の制御手段３の電源がオンしないので、インバータ手段４の動作が停止し、第３のスイッチ手段８のオフ故障を確実に検出できるため安全性が高い。

さらに、インバータ手段４を制御する第２の制御手段３を設け、第１の制御手段２からの設定電力等の制御情報を第２の制御手段３が受けてインバータ手段４を制御するようにしたことにより、クッキングヒータなどのように誘導加熱部や電熱ヒータ部が同一筐体内に複数存在し、ラインナップによりそれぞれの組み合わせ個数が違ったり、定格電力が異なる場合でも、インバータ手段４を図１の右端の破線より右側に記載した構成を適宜増設することにより簡単に適応でき、機種毎に制御手段を作り分ける必要が無いため、開発工数を大幅に低減できコストダウンすることができる。

本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器のブロック図である。 同じくスイッチ手段の動作シーケンスを説明する図である。 同じくインバータ手段の詳細ブロック図である。 （ａ）は従来例の電源投入シーケンスにおけるインバータ手段に流れる電源電流、（ｂ）は実施例のインバータ手段に流れる電源電流を示す図である。 本発明の一実施例を示すスイッチ手段の動作シーケンスを説明する図である。 （ａ）は従来の誘導加熱調理器のブロック図、（ｂ）は電源電流の波形を示す図である。

符号の説明

２ 第１の制御手段
３ 第２の制御手段
４ インバータ手段
４ａ 加熱コイル
６ 第１のスイッチ手段
７ 第２のスイッチ手段
８ 第３のスイッチ手段
９ 第４のスイッチ手段
１０ 電流抑制素子
１１ 温度検出手段

Claims (4)

1. 第１の制御手段（２）と、
   加熱コイル（４ａ）を駆動するインバータ手段（４）と、
   第１の制御手段（２）の制御情報を受けインバータ手段（４）の制御を行う第２の制御手段（３）と、
   操作手段（５）と、
   前記第１の制御手段（２）の電源をオンオフする第１のスイッチ手段（６）と、
   前記第１の制御手段（２）によって制御される前記第１のスイッチ手段（６）に並列に接続した第２のスイッチ手段（７）および前記第２の制御手段（３）の電源をオンオフする第３のスイッチ手段（８）および前記インバータ手段（４）の電力供給をオンオフする第４のスイッチ手段（９）と、
   前記第３のスイッチ手段（８）の負荷側と前記第４のスイッチ手段（９）の負荷側を接続する電流抑制素子（１０）とを有し、
   第１のスイッチ手段（６）を操作後、第１の制御手段（２）は第２のスイッチ手段（７）をオンするとともに第３のスイッチ手段（８）をオンし、さらにインバータ手段（４）による加熱コイル（４ａ）の通電開始に先立ち第４のスイッチ手段（９）をオンした後インバータ手段（４）の動作停止後所定時間経過後にオフし、第１のスイッチ手段（６）をオフ操作すると第２のスイッチ手段（７）は所定の保持条件が解除された後に第１の制御手段（２）によりオフすることを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記第１のスイッチ手段（６）は、モーメンタリ型であることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 温度検出手段（１１）を有し、第１のスイッチ手段（６）をオフ操作したとき、前記温度検出手段（１１）の検出温度が所定の温度以上の場合、第１制御手段（２）は第２のスイッチ手段（７）のオン動作を保持することを特徴とする請求項１ないし２記載の誘導加熱調理器。
4. 第１の制御手段（２）が第２の制御手段（３）に加熱コイル（４ａ）の駆動停止の制御情報を出した後、操作手段（５）が所定時間操作されなかったとき、第１の制御手段（２）は第３のスイッチ手段（８）をオフ後、第２のスイッチ手段（７）をオフすることを特徴とする請求項１から３に記載の誘導加熱調理器。
   
   
   

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