感应加热装置的制造方法_4

文档序号:8288379阅读:来源:国知局
的第I单独加热模式与第2单独加热模式的切换动作中,进行与在上述实施方式2中使用图10说明的控制相同的控制,能够短时间地进行高效率的切换动作。
[0219]如图21所示,在交替加热模式下,周期性地使第I单独加热模式和第2单独加热模式在短期间内交替地动作,由此,能够同时对负载进行加热而不会破坏对各负载的加热分布。尤其是在实施方式3的感应加热装置中,通过将第I单独加热模式和第2单独加热模式之间的切换时间缩短到2秒以下,能够减少针对各负载的加热不均而不会降低平均电力。
[0220]图22是根据负载的材质示出半导体开关的导通时间与在谐振电容器中产生的谐振电压之间的关系的图。在由与负载磁耦合的第I加热线圈6和第I谐振电容器8构成的谐振电路或由第2加热线圈7和第2谐振电容器9构成的谐振电路中,根据负载的材质,谐振频率发生变化。
[0221]在没有负载的状态下,电感最大而谐振频率变低。另一方面,在加热线圈附近配置有负载,负载与加热线圈磁耦合时,电感降低而谐振频率升高。
[0222]在加热线圈附近配置有负载的情况下,与铁、磁性不锈钢等负载25A相比,非磁性不锈钢等负载25B的电感下降,因此,谐振频率上升。此外,在表现出磁性不锈钢和非磁性不锈钢之间的中间特性的负载中,谐振频率处于两者之间。
[0223]因此,控制部13通过检测在规定的动作频率和导通时间内产生的谐振电压,能够判别出负载的种类。电感较低且动作频率接近谐振频率的负载25B的谐振电压变高,电感较高且动作频率远离谐振频率的特性的负载25A的谐振电压变低。此外,无负载的情况下,谐振电压按照负载25B、负载25A、无负载的顺序变低。因此,通过检测在规定的动作频率和导通时间内产生的谐振电压,能够判别出负载的材质以及有无负载。
[0224]在实施方式3的结构中,在为了防止与相邻负载之间的干扰声而将动作频率设为固定时,如图23所示,根据负载的材质,在导通时间内产生的输入电力产生较大差异。因此,根据负载,不能充分降低输入电力而必须扩大电力控制的控制幅度,因此,有时成为使用方便性差的加热装置。
[0225]因此,在具有电感较高且动作频率充分远离谐振频率的特性的、例如由磁性体构成的负载25A的情况下,在使第I加热线圈6和第2加热线圈7并联连接而进行动作的同时加热模式(参照图19)下动作。另一方面,在具有电感较低且动作频率接近谐振频率且容易增加输入电力的特性的、例如由非磁性体构成的负载25B的情况下,在使第I加热线圈6和第2加热线圈7分别连接而进行动作的交替加热模式(参照图20A、20B)下动作。在针对负载25B也与负载25A同样地以同时加热模式起动的情况下,谐振频率接近动作频率,因而容易增加输入电力。因此,如图23的箭头所示,在负载25B的情况下转入交替加热模式,成为电路的阻抗提高而难以增加输入电力的电路结构。
[0226]与同时加热模式相比,在交替加热模式下,并联连接的加热线圈的数量变为一半,因此,与半导体开关连接的加热线圈的阻抗变为2倍,其结果是,能够抑制流向加热线圈的电流,能够降低输入电力。
[0227]如上所述,在实施方式3的感应加热装置中,在使用多个加热线圈对同一负载进行加热的结构的感应加热装置中,对串联连接的3个半导体开关连接多个由对负载进行感应加热的加热线圈和谐振电容器构成的谐振电路,在负载的材质的等效电阻值较大的的情况下在同时加热模式下动作,该同时加热模式是使第2半导体开关始终导通,使第I半导体开关和第3半导体开关交替地导通,从而同时向第I加热线圈和第2加热线圈提供电力(参照图19)。
[0228]另一方面,在负载25B的材质的等效电阻较小的情况下在交替加热模式下动作,该交替加热模式是在短周期内交替地反复执行如下动作:第I单独加热模式的动作,使第I半导体开关始终导通,使第2半导体开关和第3半导体开关交替地导通,向第2加热线圈提供高频电力;以及第2单独加热模式的动作,使第3半导体开关始终导通,使第I半导体开关和第2半导体开关交替地导通,向第I加热线圈提供高频电力(参照图20A、20B)。
[0229]在实施方式3的感应加热装置中,如上所述进行加热控制,因此,即使负载的种类改变,也能够以固定频率向负载施加规定的输入电力,能够实现没有干扰声且具有优异控制性的感应加热装置。
[0230](实施方式4)
[0231]参照附图,对作为本发明的实施方式4的感应加热烹调器的感应加热装置进行说明。此外,在实施方式4的说明中,对于具有与上述实施方式I?3实质相同的功能、结构的要素,标注相同的参照标号并省略其说明。
[0232]实施方式4的感应加热装置的结构具有实施方式I?3的感应加热装置相同的结构,只是对加热线圈的加热动作的控制方法不同。此外,实施方式4的感应加热装置具有以同时加热模式对多个加热线圈进行加热的模式,该同时加热模式是与在上述实施方式3中使用图19说明的同时加热模式相同的动作。此外,实施方式4的感应加热装置除了具有同时加热模式以外,还具有后述的降压同时加热模式。
[0233]接下来,对实施方式4的感应加热装置的动作进行说明。图24是示出实施方式4的感应加热装置中的降压同时加热模式的动作状态的波形图。在图24中,(a)?(C)为第I半导体开关10?第3半导体开关12的栅极电压波形,(d)为第I加热线圈6的电流波形,(e)为第2加热线圈7的电流波形。
[0234]《降压同时加热模式》
[0235]在降压同时加热模式下,为了同时向第I加热线圈6和第2加热线圈7提供高频电力,控制部13控制第I半导体开关(Qla) 10、第2半导体开关(Qlb) 11和第3半导体开关(Qlc) 12的导通状态/非导通状态(ON状态/OFF状态)。
[0236]例如,控制部13在图24所示的区间B中,将第I半导体开关(Qla) 10控制成非导通状态(OFF状态),将第2半导体开关(Qlb) 11控制成导通状态(0N状态),将第3半导体开关(Qlc) 12控制成非导通状态(OFF状态)时,在平滑电容器5—第I谐振电容器8—第I加热线圈6 —第2半导体开关(Qlb) 11 —第2加热线圈7 —第2谐振电容器9的路径中,同时向第I加热线圈6和第2加热线圈7提供电力。
[0237]在该情况下,第I加热线圈6和第I谐振电容器8的串联电路以及第2加热线圈7和第2谐振电容器9的串联电路与平滑电容器5串联连接。因此,各个串联电路被施加分压后的电压,特别地,在各个串联电路具有大致相同的电路系数的情况下,施加大致1/2的电压。
[0238]接下来,控制部13在输入电流检测部3检测出的电流值表示规定电流值的导通时间内,将第2半导体开关(Qlb) 11设为非导通状态(区间B结束)。在自区间B结束起经过了规定的迀移时间(区间Y)后,控制部13将第I半导体开关(Qla) 10和第3半导体开关(Qlc) 12设为导通状态(区间A)。其结果是,同时产生如下动作:在第I谐振电容器8—第I半导体开关(Qla) 10 —第I加热线圈6的路径中,向第I加热线圈6提供电力;以及在第2谐振电容器9 —第2加热线圈7 —第3半导体开关(Qlc) 12的路径中,向第2加热线圈7提供电力。
[0239]控制部13在输入电流检测部3检测出的电流值表示规定电流的导通时间(区间A)内,将第I半导体开关(Qla) 10和第3半导体开关(Qlc) 12设为非导通状态(区间A结束)。在区间A结束后,控制部13在经过了规定的迀移时间(区间X)后,再次将第2半导体开关(Qlb) 11设为导通状态(区间B)。
[0240]如上所述,在降压同时加热模式下,控制部13将第2半导体开关(Qlb)Il以及第I半导体开关(Qla) 10和第3半导体开关(Qlc) 12的组合交替地控制成导通状态/非导通状态,由此,能够同时向第I加热线圈6和第2加热线圈7双方提供20kHz?60kHz左右的高频电流。其结果是,在实施方式4的感应加热装置中,将从被提供高频电流的加热线圈产生的期望的高频磁场提供给锅等负载。
[0241]此外,如在上述实施方式3中说明的那样,在实施方式4的感应加热装置中也具有如下结构:检测在规定的动作频率和导通时间内产生的谐振电压,由此,控制部13能够判别出与加热线圈耦合的负载的种类以及有无负载。
[0242]在实施方式4的结构中,在为了防止与相邻负载之间的干扰声而将动作频率设为固定时,与实施方式3同样地(参照图23),根据负载的材质,在导通时间内产生的输入电力产生较大差异。因此,根据负载,有时不能充分降低输入电力而成为电力控制的控制幅度变大等使用方便性差的加热装置。
[0243]因此,在具有电感较高且动作频率充分远离谐振频率的特性的负载25A的情况下,以使第I加热线圈6和第2加热线圈7并联连接而进行动作的同时加热模式动作。另一方面,在具有电感较低且动作频率接近谐振频率且容易增加输入电力的特性的负载25B的情况下,以分别施加于第I加热线圈6和第2加热线圈7的电压下降(在相同条件下为1/2)的降压同时加热模式动作。通过在该降压同时加热模式下动作,能够充分降低输入电力。如果施加于各加热线圈的电压变为1/2,则在相同动作条件(动作频率和导通时间)下,成为1/4的电力。
[0244]此外,实施方式4的感应加热装置也可以是具有在上述实施方式3中说明的交替加热模式(图20A、20B)的结构。这样,在具有同时加热模式、降压同时加热模式和交替加热模式的结构中,在以相同的动作条件(动作频率和导通时间)对负载进行感应加热的情况下,输入电力的大小往往按照同时加热模式、交替加热模式、降压同时加热模式的顺序减小。因此,在具有同时加热模式、交替加热模式和降压同时加热模式的结构中也可以是如下方式:根据负载的材质等条件,按照同时加热模式、交替加热模式和降压同时加热模式的顺序切换3种加热模式,对负载选择适当的加热模式。
[0245]如上所述,在实施方式4的感应加热装置中,在使用多个加热线圈对同一负载进行加热的结构的感应加热装置中,对串联连接的3个半导体开关连接多个由对负载进行感应加热的加热线圈和谐振电容器构成的谐振电路,在负载的材质的等效电阻值较大的的情况下在同时加热模式下动作,使第2半导体开关始终导通,交替地使第I半导体开关和第3半导体开关导通,同时向第I加热线圈和第2加热线圈提供电力。
[0246]另一方面,在负载的材质的等效电阻较小的情况下在降压同时加热模式下动作,使第2半导体开关以及第I半导体开关和第3半导体开关的组合交替地导通,同时向第I加热线圈和第2加热线圈提供高频电力,并且,能够降低施加于各加热线圈的电压。
[0247]在实施方式4的感应加热装置中,如上所述进行加热控制,因此,即使负载的种类改变,也能够以固定频率向负载施加规定的输入电力,能够实现没有干扰声且控制性优异的感应加热装置。
[0248](实施方式5)
[0249]参照附图,对作为本发明的实施方式5的感应加热烹调器的感应加热装置进行说明。此外,在实施方式5的说明中,对于具有与上述实施方式I?4实质相同的功能、结构的要素,标注相同的参照标号并省略其说明。
[0250]图25是示出本发明的实施方式5的感应加热烹调器中的电路结构的图。实施方式5的感应加热装置与上述实施方式3和实施方式4的感应加热装置的不同之处在于,第I加热线圈6由多个第I加热线圈要素6a、6b、6c的加热线圈组构成,第2加热线圈7由多个第2加热线圈要素7a、7b、7c的加热线圈组构成。此外,加热线圈要素6a、6b、6c分别与构成第I谐振电容器8的第I谐振电容器要素8a、8b、8c以及构成第I开闭部20的第I开闭部要素20a、20b、20c串联连接。同样,加热线圈要素7a、7b、7c分别与构成第2谐振电容器9的第2谐振电容器要素9a、9b、9c以及构成第2开闭部21的第2开闭部要素21a、21b、21c串联连接。此外,与上述实施方式3和实施方式4的感应加热装置的不同之处在于,在实施方式5的感应加热装置中,设置有对第I加热线圈要素6a、6b、6c和第2加热线圈要素7a、7b、7c的附近存在负载进行检测的负载检测部22。
[0251]此外,在实施方式5的感应加热装置中,对分别利用3个加热线圈要素构成作为加热线圈组的第I加热线圈6和第2加热线圈7的例子进行了说明,但是,各加热线圈也可以由2个以上的加热线圈要素构成,在本发明中,对个数没有特别限制。
[0252]此外,构成第I开闭部20的第I开闭部要素20a?20c和构成第2开闭部21的第2开闭部要素21a?21c只要是电磁继电器或半导体开关等能够使加热线圈要素相对于电源电路进行连接/分离动作的结构即可,在本发明中,对开闭部要素的结构没有特别限制。
[0253]接下来,对本发明的实施方式5的感应加热装置的动作进行说明。
[0254]控制部13在从未图示的操作部接收到动作开始的指令时,首先,将第I开闭部要素20a?20c和第2开闭部要素21a?21c设为闭合状态,使比加热动作时的高频电流小的规定的高频电流流过各加热线圈,利用负载检测部22检测各加热线圈要素的附近是否存在负载等。
[0255]在该检测动作中,负载检测部22根据来自控制部13的导通时间及动作频率等控制值、各谐振电容器的电压值、各加热线圈要素的电流值以及输入电流检测部3检测出的电流值等,判别有无负载、负载的材质等。
[0256]控制部13针对负载检测部22判别为附近没有负载的加热线圈要素,将与该加热线圈要素连接的开闭部要素设为开路状态,断开与第I半导体开关10或第3半导体开关12的连接状态。
[0257]另一方面,控制部13针对负载检测部22判别为附近存在负载的加热线圈要素,将与该加热线圈要素连接的开闭部要素设为闭合状态,设为与第I半导体开关10或第3半导体开关12的连接状态。控制部13根据连接开闭部要素的加热线圈要素的数量,从同时加热模式、交替加热模式和降压同时加热模式中选择适当的加热模式,按照选择出的加热模式,使各半导体开关进行动作。所连接的加热线圈要素的数量取决于负载的形状,因此,在形状较大的负载的情况下,使用更多加热线圈要素进行加热动作。其结果是,在实施方式5的感应加热装置中,能够得到良好的加热分布,提高烹调性能。
[0258]图26是示出各加热模式下的输入电力相对于导通时间的特性的图。如图26所示,在实施方式5的感应加热装置中,在利用2个加热线圈要素对同一材质的负载进行加热时,使同时加热模式动作。
[0259]另一方面,在对材质大致相同且形状较大的负载进行加热的情况下,例如,在利用4个加热线圈要素进行加热的情况下,在使同时加热模式动作时,与利用2个加热线圈要素进行加热的情况相比,并联连接的与负载耦合的加热线圈要素的阻抗变为大致1/2。因此,在利用4个加热线圈要素进行加热的情况下,与利用2个加热线圈要素进行加热的情况相比,产生在相同的导通时间内输入电力增大这样的结果。
[0260]因此,在利用4个加热线圈要素进行加热的情况下,产生如下等问题:控制部13将使电力缩小到所需的输入电力,或者,分辨率变差,在动作频率固定的条件下不能进行适当的电力控制。因此,例如,在利用4个加热线圈要素进行加热的情况下,使用交替加热模式,由此,在同时地进行动作的情况下,与负载并联连接的加热线圈要素的数量减少。这样,在实施方式5的感应加热装置中,根据被提供高频电力的加热线圈要素的连接数,以不减少与负载并联的加热线圈的阻抗的方式动作,使输入电力相对于导通时间的特性没有变化。[0261 ] 此外,也可以根据加热线圈要素的连接数,使用降压同时加热模式,使输入电力相对于导通时间的特性发生变化。在该情况下,期望的是,根据负载的材质和加热线圈要素的连接数,依次选择同时加热模式、交替加热模式和降压同时加热模式,执行最优的加热模式。
[0262]如上所述,根据本发明的实施方式5的感应加热装置,基于形成被提供高频电力的第I加热线圈和第2加热线圈的加热线圈要素的连接数,选择同时加热模式、交替加热模式和降压同时加热模式中的任意一个加热模式来进行动作,由此,即使应该驱动的加热线圈要素的个数发生变化,也能够以固定频率向负载施加规定的输入电力,能够实现没有干扰声且具有优异控制性的感应加热装置。
[0263](实施方式6)
[0264]参照附图,对作为本发明的实施方式6的感应加热烹调器的感应加热装置进行说明。此外,在实施方式6的说明中,对于具有与上述实施方式I?5实质相同的功能、结构的要素,标注相同的参照标号并省略其说明。
[0265]图27是示出本发明的实施方式6的感应加热装置的电路结构的图。实施方式6的感应加热装置与上述实施方式I?5的感应加热装置同样地具有:交流电源I ;整流电路2 ;由扼流线圈4和平滑电容器5构成的平滑电路30 ;以及与平滑电容器5并联连接的第I半导体开关10、第2半导体开关11和第3半导体开关12的串联连接体。此外,实施方式6的感应加热装置与图25所示的实施方式5的感应加热装置同样地具有:与第I半导体开关10并联连接的第I加热线圈6、第I谐振电容器8和第I开闭部20的串联连接体;以及与第3半导体开关12并联连接的第2加热线圈7、第2谐振电容器9和第2开闭部21的串联连接体。
[0266]在实施方式6的感应加热装置中,第I加热线圈6由多个第I加热线圈要素6a、6b、6c、6d的加热线圈组构成,第2加热线圈7由多个第2加热线圈要素7a、7b、7c、7d的加热线圈组构成。此外,第I加热线圈要素6a、6b、6c、6d分别与构成第I谐振电容器8的第I谐振电容器要素8a、8b、8c、8d以及构成第I开闭部20的第I开闭部要素20a、20b、20c、20d串联连接。同样,第2加热线圈要素7a、7b、7c、7d分别与构成第2谐振电容器9的第2谐振电容器要素9a、9b、9c、9d以及构成第2开闭部21的第2开闭部要素21a、21b、21c、21d串联连接。
[0267]此外,实施方式6的感应加热装置构成为具有:负载检测部22,其检测在各加热线圈要素的附近是否存在可加热的负载等;输入电流检测部3,其利用变流器等对从交流电源I流过整流电路2的电流进行检测;以及控制部13,其控制第I半导体开关10?第3半导体开关12,使得输入电流检测部3的检测值成为设定值,并根据负载检测部22的检测值来控制第I开闭部20和第2开闭部21的开闭状态。
[0268]此外,在实施方式6的感应加热装置中,对分别利用4个加热线圈要素构成作为加热线圈组的第I加热线圈6和第2加热线圈7的例子进行了说明(参照图27),但是,各加热线圈也可以由2个以上的加热线圈要素构成,在本发明中,对个数没有特别限制。
[0269]此外,作为控制部13的目标值,除了输入电流以外,还存在加热线圈的电流或电压等,在实施方式6的结构中,对此没有特别限制。
[0270]此外,在实施方式6的感应加热装置中,第I半导体开关10?第3半导体开关12由IGBT或MOSFET等功率半导体(半导体开关元件)以及与各功率半导体反向并联连接的二极管构成。此外,为了抑制从导通状态转入截止状态时的急剧的电压上升,也可以在第I半导体开关10?第3半导体开关12的集电极-发射极之间并联连接缓冲电容器。此外,在实施方式6中,在第I半导体开关10和第3半导体开关12的集电极-发射极之间并联连接有缓冲电容器。
[0271]图28和图29是示出使构成加热线圈组的多个加热线圈要素排列成矩阵状的结构的俯视图。在图28所示的结构中,在载置负载的顶板15的下侧区域中,在除了设置在使用者侧的操作/显示部16以外的区域,多个加热线圈要素纵横排列而配置成格子状。
[0272]在如上构成的实施方式6的感应加热装置中,如图28所示,例如在顶板15上载置锅底为圆形且较小的负载14a的情况下,由2个加热线圈要素6b、6c形成第I加热线圈6,由2个加热线圈要素7b、7c形成第2加热线圈7,成为仅向各个加热线圈要素6b、6c、7b、7c提供高频电流的结构。此外,例如在载置锅底为方形且较大的负载14b的情况下,向更多的对应加热线圈要素提供高频电流。
[0273]如上所述,根据负载的形状,选择应该驱动的加热线圈要素,由此,能够对负载进行加热分布良好且高效的加热。作为加热线圈要素的平面形状,考虑到利用多个加热线圈要素对锅底的直径为Φ160_?Φ240_左右的负载进行加热,期望的是平面形状的圆形的直径为Φ30πιπι?Φ 120mm左右。不过,在本发明中,作为加热线圈要素的平面形状,不限于上述形状。
[0274]此外,在顶板15的下侧区域将多个加热线圈要素配置成矩阵状的结构中,为了尽可能密集地配置加热线圈要素,以形成彼此不同的格子的方式进行配置。即,在图29所示的配置结构中,多个加热线圈要素配置
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