专利名称：感应加热烹调器及其控制方法
技术领域：
本申请发明涉及使用相互邻接并合作地对单一的被加热体进行感应加热的多个加热线圈来进行加热的感应加热烹调器及其控制方法，尤其涉及瞬时地探测在各加热线圈上载置的被加热体的材质以及载置状态而供给具有最佳的驱动频率的高频电流的感应加热烹调器及其控制方法。
背景技术：
此前，提出了各种各样的感应加热烹调器，例如专利文献I记载的感应加热烹调器具有格子状地配置的多个小型的加热线圈、和配置于与各加热线圈对应的位置而检测有无载置锅等被加热体的多个传感器，根据传感器的输出确定被加热体在顶板上的占有区域，对处于所确定的占有区域和其周边的区域的加热线圈选择性地进行驱动。另外，例如专利文献2记载的感应加热烹调器具有同样地格子状地配置的多个小型的加热线圈、对各加热线圈分别独立地供给高频电流的多个半桥式驱动电路(一对开关元件)、以及控制各驱动电路的控制电路。专利文献2的控制电路通过检测在各加热线圈流过的电流并与规定的阈值进行比较，判定在各加热线圈的上方是否载置有锅，以仅对判定为载置有锅的加热线圈进行供电的方式，控制驱动电路。专利文献1:日本特开2009 - 238575号公报专利文献2:日本特开2008 - 293871号公报
发明内容
但是，根据专利文献I记载的感应加热烹调器，检测有无载置锅的多个传感器是例如光学式传感器，在接收到反射光时判断为载置有锅，在未接收到反射光时判断为未载置锅，只不过是探测在光学式传感器的上方是否载置有锅(有无锅)的技术。同样地，在专利文献2中，只不过记载了如下技术:为了检测有无载置锅，检测在各加热线圈流过的电流，在电流检测值小于规定的阈值时，判断为载置有锅，在电流检测值大于规定的阈值时，判断为未载置锅，探测在各加热线圈的上方是否载置有锅(有无锅)。S卩，根据这些以往技术的感应加热烹调器，即使能够例如通过光学式传感器探测是否载置有锅，也仅仅探测有无锅，而无法探测锅在顶板上被如何载置(载置面积)。另外，专利文献I以及2记载的感应加热烹调器对判断为在上方载置有锅的加热线圈，供给规定的高频电流，所以根据锅的载置状态，在锅底的表面温度(从各加热线圈供给的每单位面积的电力)中产生偏差，而无法对锅底均匀地进行加热，有时在锅中收容的食材的一部分产生烧焦、部分性的突沸。另外，锅是将磁性或者非磁性不锈钢(SUS:Stainless Used Steel)、铁、以及铝等各种各样的材质合成而构成的，已知最佳的驱动条件(例如对加热线圈供给的高频电流的驱动频率)根据构成锅的材质而变化，在专利文献2记载的感应加热烹调器中，虽然记载了探测流过加热线圈的电流值，但完全未记载探测在加热线圈的上方实际上载置的锅的材质。即，根据专利文献2记载的感应加热烹调器，对判断为在上方载置有锅的加热线圈供给具有固定的驱动频率的闻频电流，所以由于构成锅的材质，而有时阻碍了闻的加热效率的实现。因此，本申请发明是为了解决上述问题而完成的，具备:多个(i个，i是2以上的自然数)加热线圈，相互邻接并合作地对单一的被加热体进行感应加热；多个驱动电路，对所述各加热线圈单独地供给具有规定的频率的高频电流；多个η次分量抽出单元，从在所述各加热线圈流过的驱动电流以及对该各加热线圈的两端施加的驱动电压，抽出包括具有所述规定的频率的η倍(η是自然数)的频率的η次分量的η次驱动电流以及η次驱动电压；以及控制电路部，根据由所述各η次分量抽出单元抽出的η次驱动电流以及η次驱动电压计算所述各加热线圈的负载电阻以及谐振频率。另外，本发明的所述控制电路部的特征在于，a)根据在以将具有第I探测频率(Fs1)的高频电流供给到所述各加热线圈的方式控制了所述各驱动电路时所计算出的所述各加热线圈的负载电阻(Ri)以及谐振频率(Fri),判定在该各加热线圈的上方是否载置有被加热体，b)决定比针对判定为载置有被加热体的所述各加热线圈所计算出的谐振频率(Fri)中的最高的谐振频率还高出加法频率(AF)的驱动频率(Fd)，c)以对判定为载置有被加热体的所述各加热线圈供给具有驱动频率(Fd)的闻频电流的方式，控制所述各驱动电路。根据本申请发明的感应加热烹调器，能够将具有比谐振频率Fr高出加法频率AF的驱动频率Fd、即为了得到期望的加热电力而最佳的驱动频率Fd的高频电流供给到各加热线圈，所以加热效率极其高、而且不会对驱动电路的开关元件造成恶劣影响、而能够安全并且高可靠性地控制驱动电路。
图1是示出具有单一的加热线圈的感应加热烹调器的概略性的电气结构的电路框图。图2是由驱动电压检测单元以及驱动电流检测单元检测出的驱动电压以及驱动电流的波形图。图3是示出加热线圈上的包含各种材质的圆板的载置状态的平面图。图4是示出将包含各种材质的圆板载置于各种各样的位置时的谐振频率与负载电阻的关系的图形。图5是示出将包含各种材质的圆板载置于各种各样的位置时的电感与负载电阻的关系的图形。图6是示出感应加热烹调器的择一性的电气结构的电路框图。图7是本申请发明的实施方式I的加热线圈的平面图。图8是示出本申请发明的实施方式I的、感应加热烹调器的概略性的电气结构的电路框图。图9是示出实施方式I的控制方法的流程图。图10是示意地示出实施方式I的控制方法中的负载探测期间和驱动期间的时序图。图11是示出实施方式2的控制方法的流程图。图12是示出实施方式2的控制方法的流程图。图13是实施方式3的加热线圈的平面图。图14是实施方式3的变形例的加热线圈的平面图。图15是示出实施方式3的控制方法的流程图。图16是示意地示出实施方式3的控制方法中的负载探测期间和驱动期间的时序图。(符号说明)1:感应加热烹调器；10:商用电源；12:整流电路；14:驱动电路；20:LCR感应加热部；22:加热线圈；24:谐振电容器；30:驱动电压检测单元；32:驱动电流检测单元；40:I次分量抽出单元(η次分量抽出单元);50:控制电路；Ρ:锅。
具体实施例方式在说明本申请发明的感应加热烹调器的实施方式之前，详细说明以下方法的基本原理:在本申请发明的感应加热烹调器中，不仅是瞬时探测在感应加热线圈(以下简称为“加热线圈”)的上方载置的锅等被加热体的有无，而且还瞬时探测被加热体的载置状态(载置面积)、构成被加热体的材质、以及在对被加热体进行感应加热时供给的高频电流的最佳的驱动频率等的方法(以下简称为“负载探测”或者“锅探测”)的基本原理。[负载探测的基本原理]以下，边参照图1 图6，边详细说明本申请发明的感应加热烹调器所采用的负载探测(锅探测)图1是示出具有单一的加热线圈的感应加热烹调器I的概略性的电气结构的电路框图。感应加热烹调器I概略上具有:整流电路12，将来自二相或者三相的商用电源10的交流电流整流为直流电流；驱动电路14，对加热线圈22供给具有规定的驱动频率的高频电流；LCR感应加热部20，具有加热线圈22以及与加热线圈22串联地连接的谐振电容器24 ；驱动电压检测单元30，检测对LCR感应加热部20的两端施加的驱动电压；以及驱动电流检测单元32，检测在LCR感应加热部20流过的驱动电流。具体而言，整流电路12既可以是进行全波整流或者半波整流的结构，也可以是具有用于得到直流分量的包括电感、电容器的滤波器电路(都未图示)的结构。另外，驱动电路14是包括IGBT等开关元件(未图示)的逆变器电路，只要是能够进行逆变器驱动的电路，则可以使用任意的结构，例如能够用半桥电路或者全桥电路来构成。LCR感应加热部20如上所述，具有加热线圈22以及与加热线圈22串联地连接的谐振电容器24，在图1中，加热线圈22被图示为电感L和负载电阻R的等效电路。在图中，在电感L的上方图示的是锅等被加热体P。如果对加热线圈22供给高频电流，则在其周围形成交流磁场(交流磁场与由导电体构成的锅P交链)，在锅P中形成涡电流，对锅P自身进行加热。一般，LCR感应加热部20的负载电阻R依赖于有无锅P或者载置面积(与锅P交链的交流磁场)而发生变动。即，负载电阻R相当于对未载置锅P时的加热线圈22自身的线电阻Rc加上载置了锅P所致的锅P的表观上的负载电阻&而得到的结果(R=RC+RJ。另外，对于驱动电压检测单元30，只要是检测对LCR感应加热部20的两端施加的驱动电压(输出电压)V的结构，则可以是本领域技术人员容易想到的具有任意的电路结构的例子。同样地，对于驱动电流检测单元32，只要是测定在LCR感应加热部20流过的驱动电流(输出电流)I的结构，则可以具有任意的电路结构，例如可以是电流互感器。进而，本申请发明的感应加热烹调器I具备与驱动电压检测单元30以及驱动电流检测单元32电连接的I次分量抽出单元40。如上所述，驱动电路14是包括IGBT (绝缘栅双极晶体管)等开关元件的逆变器电路，在通过具有规定的驱动频率(例如30kHz)的控制信号(选通信号)驱动IGBT时，驱动电压检测单元30以及驱动电流检测单元32检测图2所示那样的被高频调制了的驱动电压V以及驱动电流I。被高频调制了的驱动电压V以及驱动电流I 一般被表示为包括驱动频率的自然数倍的高次频率分量的合成波形。另外，本申请发明的I次分量抽出单元40通过使用驱动频率的2倍以上整数倍的采样频率，对由驱动电压检测单元30以及驱动电流检测单元32检测出的图2所示的驱动电压V以及驱动电流I进行离散傅立叶变换，仅抽出驱动电压V以及驱动电流I的I次分量。更具体而言，I次分量抽出单元40具有A/D变换器(未图示)，该A/D变换器使用将作为模拟信号被检测出的驱动电压V以及驱动电流I通过高的采样频率变换为数字信号的A/D变换来进行采样，I次分量抽出单元40在此处从采样的具有多个高次频率分量的信号抽出仅I次分量的信号。另外，作为从具有高次频率分量的信号抽出仅I次分量的信号的手法以及算法，可以使用任意的方式，能够使用一般市面销售的软件仅抽出驱动电压V以及驱动电流I的I次分量。此时，在本申请发明的I次分量抽出单元40中，作为驱动电压V以及驱动电流I的I次分量，能够如下 式那样进行复数表示。[式I]V1=V1^jXVllfflI1=I1^jXIllffl此处V。I1表示驱动电压V以及驱动电流I的I次分量，V1Ke、I1Ee表示V。I1的实部，V1Im、I1I111表示\、I1的虚部，另外j表示虚数单位。另外，LCR感应加热部20的阻抗Z、以及驱动电压V1以及驱动电流I1的相位(针对驱动电流I1的驱动电压V1的相位或者阻抗Z的相位)0如下式所示。[式2]Z=Y1Zl19 =arctan (Im (Z) Re (Z))此处Im (Z)以及Re (Z)分别意味着阻抗Z的虚部以及实部。另外，对于驱动电压V以及驱动电流I的相位，也可以代替arctan而使用arcsin或者arccos来计算。在相位0是90度附近处,arctan发散,而会包含大量误差，所以有时优选使用arcsin或者arccos来计算相位0。进而，本申请发明的感应加热烹调器I如图1所示，具备与驱动电路14以及I次分量抽出单元40电连接的控制电路50。本申请发明的控制电路50依照[式2]根据I次分量抽出单元40抽出的复数表示的I次分量的驱动电压V1以及驱动电流I1，计算出LCR感应加热部20的阻抗Z以及驱动电压V1以及驱动电流I1的相位(偏角)0，并据此对驱动电路14供给适合的驱动信号(选通信号)。同样地，本申请发明的控制电路50能够计算出下式所示的LCR感应加热部20的有效电力值We以及电流有效值IE。[式3]
权利要求
1.一种感应加热烹调器，其特征在于，具备: 多个(i个，i是2以上的自然数)加热线圈，相互邻接并合作地对单一的被加热体进行感应加热； 多个驱动电路，对各所述加热线圈单独地供给具有规定的频率的高频电流； 多个η次分量抽出单元，从在各所述加热线圈流过的驱动电流以及对各该加热线圈的两端施加的驱动电压，抽出包括具有所述规定的频率的η倍的频率的η次分量的η次驱动电流以及η次驱动电压，其中η是自然数；以及 控制电路部，根据由各所述η次分量抽出单元抽出的η次驱动电流以及η次驱动电压，计算出各所述加热线圈的负载电阻以及谐振频率， 在所述控制电路部中， a)根据在以将具有第I探测频率(Fs1)的高频电流供给到各所述加热线圈的方式控制了各所述驱动电路时所计算出的各所述加热线圈的负载电阻(Ri)以及谐振频率(Fri),判定在各该加热线圈的上方是否载置有被加热体， b)决定比针对判定为载置有被加热体的各所述加热线圈计算出的谐振频率(Fri)中的最高的谐振频率还高出加法频率(AF)的驱动频率(Fd)， c)以对判定为载置有被加热体的各所述加热线圈供给具有驱动频率(Fd)的高频电流的方式，控制各所述驱动电路。
2.—种感应加热烹调器，其特征在于，具备: 多个(i个，i是2以上的自然数)加热线圈，相互邻接并合作地对单一的被加热体进行感应加热； 多个驱动电路，对各所述加热线圈单独地供给具有规定的频率的高频电流； 多个η次分量抽出单元，从在各所述加热线圈流过的驱动电流以及对各该加热线圈的两端施加的驱动电压，抽出包括具有所述规定的频率的η倍的频率的η次分量的η次驱动电流以及η次驱动电压，其中η是自然数；以及 控制电路部，根据由各所述η次分量抽出单元抽出的η次驱动电流以及η次驱动电压，计算出各所述加热线圈的负载电阻以及谐振频率， 在所述控制电路部中 i 一 a)根据在以将具有第I探测频率(Fs1)的高频电流供给到各所述加热线圈的方式控制了各所述驱动电路时所计算出的各所述加热线圈的负载电阻(Ri)以及谐振频率(Fri),判定在各该加热线圈的上方是否载置有被加热体， 1- b)决定比针对在所述i 一 a)中判定为载置有被加热体的各所述加热线圈所计算出的谐振频率(Fri)中的最高的谐振频率还高出加法频率(AF)的第2探测频率(Fs2), i1- a)根据在以将具有所述i 一 b)中决定的第2探测频率(Fs2)的高频电流供给到各所述加热线圈的方式控制了各所述驱动电路时所计算出的各所述加热线圈的负载电阻(Ri ’)以及谐振频率(Fri ’)，判定在各该加热线圈的上方是否载置有被加热体， ii — b)决定比针对在所述ii — a)中判定为载置有被加热体的各所述加热线圈所计算出的谐振频率(Fr/)中的最高的谐振频率还高出加法频率(AF)的驱动频率(Fd’)，c)以对在所述i1- a)中判定为载置有被加热体的各所述加热线圈供给具有驱动频率(FD’)的高频电流的方式，控制各所述驱动电路。
3.根据权利要求1或者2所述的感应加热烹调器，其特征在于， 加法频率(AF)是恒定的频率、或者是根据所计算出的各加热线圈的谐振频率(Fri)或构成被加热体的材质而进行加权的频率。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的感应加热烹调器，其特征在于， 控制电路部同时或者依次判定在各加热线圈的上方是否载置有被加热体。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的感应加热烹调器，其特征在于， 加热线圈具有平面状地卷绕的中央线圈、和在中央线圈的周边配置的至少I个周边线圈， 控制电路部以在所述中央线圈的上方未载置有被加热体时停止针对所有所述加热线圈的高频电流的供给的方式，控制各所述驱动电路。
6.—种感应加热烹调器的控制方法，该感应加热烹调器具有多个(i个，i是2以上的自然数)加热线圈，相互邻接并合作地对单一的被加热体进行感应加热；以及多个驱动电路，对各所述加热线圈单独地供给具有规定的频率的高频电流，该感应加热烹调器的控制方法的特征在于，具有: 从在各所述加热线圈流过的驱动电流以及对各加热线圈的两端施加的驱动电压，抽出包括具有所述规定的频率的n倍的频率的n次分量的n次驱动电流以及n次驱动电压的步骤，其中，n是自然数； 根据由各所述n次分量抽出单元抽出的n次驱动电流以及n次驱动电压，计算出各所述加热线圈的负载电阻以及谐振频率的步骤； a)根据在以将具有第I探测频率(Fs1)的高频电流供给到各所述加热线圈的方式控制了各所述驱动电路时所计算出的各所述加热线圈的负载电阻(Ri)以及谐振频率(Fri),判定在各所述加热线圈的上方是否载置有被加热体的步骤； b)决定比针对判定为载置有被加热体的各所述加热线圈所计算出的谐振频率(Fri)中的最高的谐振频率还高出加法频率(AF)的第I驱动频率(Fd)的步骤；以及 c)以对判定为载置有被加热体的各所述加热线圈供给具有第I驱动频率(Fd)的高频电流的方式，控制各所述驱动电路的步骤。
7.—种感应加热烹调器的控制方法，该感应加热烹调器具有多个(i个，i是2以上的自然数)加热线圈，相互邻接并合作地对单一的被加热体进行感应加热；以及多个驱动电路，对各所述加热线圈单独地供给具有规定的频率的高频电流，该感应加热烹调器的控制方法的特征在于，具有: 从在各所述加热线圈流过的驱动电流以及对各该加热线圈的两端施加的驱动电压，抽出包括具有所述规定的频率的n倍的频率的n次分量的n次驱动电流以及n次驱动电压的步骤，其中，n是自然数； 根据由各所述n次分量抽出单元抽出的n次驱动电流以及n次驱动电压，计算各所述加热线圈的负载电阻以及谐振频率的步骤； 1- a)根据在以将具有第I探测频率(Fs1)的高频电流供给到各所述加热线圈的方式控制了各所述驱动电路时所计算出的各所述加热线圈的负载电阻(Ri)以及谐振频率(Fri),判定在各该加热线圈的上方是否载置有被加热体的步骤； 1- b)决定比针对在所述i 一 a)中判定为载置有被加热体的各所述加热线圈所计算出的谐振频率(Fri)中的最高的谐振频率还高出加法频率(AF)的第2探测频率(Fs2)的步骤； i1- a)根据在以将具有所述i 一 b)中决定的第2探测频率(Fs2)的高频电流供给到各所述加热线圈的方式控制了各所述驱动电路时所计算出的各所述加热线圈的负载电阻(R/)以及谐振频率(Fr/)，判定在各该加热线圈的上方是否载置有被加热体的步骤； 一 b)决定比针对在所述ii — a)中判定为载置有被加热体的各所述加热线圈所计算出的谐振频率(Fr/)中的最高的谐振频率还高出加法频率(AF)的驱动频率(F1/)的步骤；以及 c)以对在所述i1- a)中判定为载置有被加热体的各所述加热线圈供给具有驱动频率(FD’)的高频电流的方式，控制各所述驱动电路的步骤。
8.根据权利要求6或者7所述的控制方法，其特征在于， 加法频率(AF)是恒定的频率、或者根据所计算出的各加热线圈的谐振频率(Fri)或构成被加热体的材质而进行加权的频率。
9.根据权利要求6至8中的任意一项所述的控制方法，其特征在于， 所述控制电路部同时或者依次判定在各加热线圈的上方是否载置有被加热体。
10.根据权利要求6至9中的任意一项所述的控制方法，其特征在于， 加热线圈具有平面状地卷绕的中央线圈、和在中央线圈的周边配置的至少I个周边线圈， 所述控制方法具有在所述中央线圈的上方未载置有被加热体时，停止针对所有所述加热线圈的高频电流的供给的步骤。
全文摘要
本申请发明的控制电路部a)根据在以将具有探测频率(Fs1)的高频电流供给到各加热线圈的方式控制了各驱动电路时计算出的各加热线圈的负载电阻(Ri)以及谐振频率(Fri)，判定在各加热线圈的上方是否载置有被加热体，b)决定比针对判定为载置有被加热体的各加热线圈计算出的谐振频率(Fri)中的最高的谐振频率还高出加法频率(ΔF)的驱动频率(FD)，c)以对判定为载置有被加热体的各加热线圈供给具有驱动频率(FD)的高频电流的方式，控制各驱动电路。根据本申请发明，能够提供不会对驱动电路的开关元件造成恶劣影响而加热效率极其高的、将具有最佳的驱动频率的高频电流供给到各加热线圈的感应加热烹调器。
文档编号H05B6/12GK103181238SQ20118005142
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月6日 优先权日2010年11月22日
发明者新土井贤, 鹿井正博, 鹫见和彦, 竹下美由纪, 木下广一, 亀冈和裕 申请人:三菱电机株式会社, 三菱电机家用电器株式会社