JP2005237792A - 炊飯器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易に加熱コイルに含まれる低周波漏洩磁界を減少させる炊飯器を提供する。
【解決手段】インバータ１１内にあり加熱コイル１に流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分で加熱コイル１と逆向きに電流が流れるよう加熱コイル１の近傍にコイル状に配設したコイル状の配線１２が、コイル状の配線１２から発生する低周波磁界により、加熱コイル１からの低周波磁界と互いに打ち消し合って低周波の漏洩磁界を大きく低減させるとともに、コイル状の配線１２の近傍に第２の磁性体１７を配設することでコイル状の配線１２から発生する磁界が第１の磁性体１３に進入することを防止することができ、第１の磁性体１３の磁気性能劣化による炊飯性能劣化を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、家庭用及び業務用に用いられる誘導加熱式の炊飯器に関するものである。

従来の誘導加熱式の炊飯器において、加熱コイルからの漏洩磁界低減する方式として誘導加熱装置（例えば、特許文献１参照）について図面を用いて説明する。図７は、加熱コイルの漏洩磁界を低減した従来の誘導加熱装置である。本従来例では、加熱コイル１の外周部に電磁シールド環２を配置し、誘導加熱装置を構成している。この構成の誘導加熱装置では、加熱コイル１で生じた高周波磁界に誘導され電磁シールド環２に誘導電流が流れ、更にこの誘導電流により、電磁シールド環２には加熱コイル１から発生する高周波磁界とは逆向きの高周波磁界が発生する。この結果、電磁シールド環２から発生する高周波磁界が、加熱コイル１の外周部に発生する高周波磁界を打ち消す様に作用するため、加熱コイル１から漏洩する２０ｋ〜１００ｋＨｚ程度の高周波漏洩磁界が減少する。なお、電磁シールド環２はアルミ板やリード線などを環状にしたものが知られている。

他の加熱コイルから発生する漏洩磁界を低減する誘導加熱装置（例えば、特許文献２参照）について説明する。図８は従来の漏洩磁界を低減した誘導加熱装置である。加熱コイル１の外周近傍に巻き線を施してインダクタンス５を構成するとともに、加熱コイル１から発生する高周波磁界と、インダクタンス５が発生する高周波磁界成分が互いに打ち消す方向に配置している。図９に従来の誘導加熱装置の回路例を示す。図９の誘導加熱装置は商用電源などで構成される電源部３と電源部３の電力を高周波電力に変換するインバータ１１とインバータ１１の電力を高周波磁界に変換する加熱コイル１と加熱コイル１からの磁界を受けて発熱する鍋１５で構成されており、インバータ１１は、商用電源を整流する整流手段４と整流手段４の出力を平滑化するインダクタ５及び平滑コンデンサ６と加熱コイル１への電力供給を制御する半導体スイッチ８及び半導体スイッチ８のスイッチング動作を滑らかにする共振コンデンサ７から構成されている。図８の従来例ではインダクタ５を巻き線のみで構成していおり、インダクタンス５のコア材を不要とし装置の小型化を図るとともに高周波ノイズの低減効果を併せ持っている。
特開昭５７−１１５７９５号公報 特公昭６３−７６７２号公報

しかし、図７の様な従来の加熱コイル１からの漏洩磁界を低減した誘導加熱装置においては、高周波の漏洩磁界は電磁シールド環２の効果により、減少させることができるが、加熱コイル１から発生する電源周波数または電源の２倍周波数の磁界（以下低周波磁界）は、鍋１５ではほとんど吸収されず、また電磁シールド環２では逆向きの磁界を十分発生させることができないためで、低周波磁界が減少せず外部に放出される。

一方、図８及び図９の従来の誘導加熱装置においては、巻き線をインダクタンスとして動作させるため（数１００μＨ程度）、巻き線の巻き数が多くなることになる。この際、巻き線から放出される低周波磁界が加熱コイルから放出される低周波磁界より大きくなり、外部に放出する低周波磁界が増加する課題が生じることになる。また、従来の誘導加熱装置は高周波磁界を打ち消すことを目的としており、漏洩磁界低減用の巻き線は加熱コイルの近傍に限定され配置の自由度がなく、更に加熱コイル近傍に配置することで鍋などの加熱物への磁界分布が変わり、特に炊飯器の場合には炊飯性能へ大きく影響を及ぼすという課題が生じることになる。また、上記の様に従来の誘導加熱装置は高周波の漏洩磁界を低減させるもので、低周波の漏洩磁界の低減に着目してこなかった。しかし、低周波漏洩磁界を低減することにより、因果関係は明確ではないが一部の調査で懸念されている低周波磁界の人体への影響に対する機器使用者の不安を取り除くことができ、また機器の極近傍の電子機器の誤動作のリスクを排除することもできる。

本発明は上記の課題を解決するべく従来の誘導加熱式炊飯器では認知されなかった低周波の漏洩磁界にも焦点をあて対策するもので、低周波磁界が加熱コイルから放射されることを減少させ、機器から発生する不要な電磁波を減少させるとともに、従来の誘導加熱式炊飯器の磁界分布を大きく変えずに低周波漏洩磁界対策を行うことで炊飯性能への悪影響がなく低周波の漏洩磁界対策を行うことができる炊飯器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の炊飯器は、鍋と、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの裏面近傍で前記鍋と対向して複数配設された第１の磁性体と、前記加熱コイルに商用周波数成分を含む高周波電流を供給するインバータと、前記加熱コイルに流れる商用周波数成分の電流と同じ周波数の電流成分を持つ配線を前記加熱コイルと互いに逆向きに電流が流れるように前記加熱コイル近傍にコイル状に配設したコイル状の配線とを備え、前記コイル状の配線近傍に第２の磁性体を配設し前記コイル状の配線から発生する磁界が前記第１の磁性体へ放射する磁束を抑制するようにしたものである。

これにより、加熱コイルに流れる低周波成分と同じ周波数成分で加熱コイルと逆向きに電流が流れるように配置したコイル状の配線から発生する磁界が、加熱コイルからの低周波の漏洩磁界と互いに打ち消し合うことで漏洩磁界を大きく低減させるとともに、コイル状の配線の近傍に第２の磁性体を配置することで、コイル状の配線から発生する磁界が第１の磁性体に放射することを抑制することができ、第１の磁性体の性能変化による炊飯性能劣化を防止することができる。

本発明の炊飯器は、炊飯性能への影響がほとんどなく加熱コイルから発生する低周波の漏洩磁界を低減することができる。

第１の発明は、鍋と、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの裏面近傍で前記鍋と対向して複数配設された第１の磁性体と、前記加熱コイルに商用周波数成分を含む高周波電流を供給するインバータと、前記加熱コイルに流れる商用周波数成分の電流と同じ周波数の電流成分を持つ配線を前記加熱コイルと互いに逆向きに電流が流れるように前記加熱コイル近傍にコイル状に配設したコイル状の配線とを備え、前記コイル状の配線近傍に第２の磁性体を配設し前記コイル状の配線から発生する磁界が前記第１の磁性体へ放射する磁束を抑制するようにしたことにより、加熱コイルに流れる低周波成分と同じ周波数成分で加熱コイルと逆向きに電流が流れるように配置したコイル状の配線から発生する磁界が、加熱コイルからの低周波の漏洩磁界と互いに打ち消し合うことで漏洩磁界を大きく低減させるとともに、コイル状の配線の近傍に第２の磁性体を配置することで、コイル状の配線から発生する磁界が第１の磁性体に放射することを抑制することができ、第１の磁性体の性能変化による炊飯性能劣化を防止することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の炊飯器を、コイル状の配線の下端が加熱コイル及び第１の磁性体の上端より上方になるように配設することにより、コイル状の配線と第１の磁性体の距離がとることができるため、コイル状の配線から発生する磁界の第１の磁性体への影響を少なくすることができるとともに、コイル状の配線の近傍に第２の磁性体を配設することによりコイル状の配線から発生する磁界が第１の磁性体へ放射されるのを防止することにより、第１の磁性体の性能変化をより少なくすることができ、その結果炊飯性能の劣化を防止することができるとともに、加熱コイルから発生する低周波磁界を低減することができる。

第３の発明は、特に第２の発明の炊飯器を、第２の磁性体の下端が第１の磁性体の上端より上方になるように配設することにより、コイル状の配線から発生する磁界が第１の磁性体の直上で第２の磁性体内を通るため、第１の磁性体に放射されずその結果、第１の磁性体の特性が変化せず炊飯性能劣化を防止するとともに、加熱コイルから発生する低周波磁界を低減することができる。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか一つの発明の炊飯器を、第２の磁性体がコイル状の配線に沿って複数に分割して配設することにより、第２の磁性体中に環状電流が流れることを防止することができ、第２の磁性体の発熱の少なくすることができるとともに、加熱コイルから発生する低周波磁界を低減することができる。

第５の発明は、特に第１〜４のいずれか一つの発明の炊飯器を、第２の磁性体の幅は、第１の磁性体の幅より大とすることにより、コイル状の配線から発生する磁界が第１の磁性体に放射されずに、第２の磁性体内を通ることになり、その結果、第１の磁性体の特性が変化せず炊飯性能劣化を防止することができるとともに、加熱コイルから発生する低周波磁界を低減することができる。

第６の発明は、特に第５の発明の炊飯器を、第２の磁性体が第１の磁性体それぞれの鉛直上に個々に分割して配設することにより、コイル状の配線から発生する磁界が第１の磁性体の直上で第２の磁性体内を通るため、第１の磁性体に放射されず、その結果第１の磁性体の特性が変化せず炊飯性能劣化を防止することができるとともに、第２の磁性体の配設範囲を小さくすることにより、鍋に印可される高周波磁界分布への影響を少なくすることができ炊飯性能劣化を防止することができるとともに、加熱コイルから発生する低周波磁界を低減することができる。

第７の発明は、特に第１〜６のいずれか一つの発明の炊飯器を、第２の磁性体の一部がコイル状の配線と第１の磁性体の間に配設されるものとすることにより、簡易に第２の磁性体をコイル状の配線の近傍に配置することができるとともに、加熱コイルから発生する低周波磁界を低減することができる。

第８の発明は、特に第１〜６のいずれか一つの発明の炊飯器を、第２の磁性体は、複数の板状の磁性体からなり、前記第２の磁性体はコイル状の配線に対して２枚の磁性体が概平行に向かい合って配設されるものとすることにより、第２の磁性体を平板構造とすることができるため第２の磁性体の加工を容易にすることができるとともに、加熱コイルから発生する低周波磁界を低減することができる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における炊飯器の構成図を示すものである。図１において、商用電源を含む電源部１は、インバータ１１に接続され、インバータ１１は加熱コイル１に接続される。加熱コイル１は内枠１６の底面及び側面に配置され、内枠１６上面に置かれた鍋１５と磁気結合する形で設置される。加熱コイル１の下部には鍋１５との磁気結合を高めるフェライトなどの磁性体で構成される第１の磁性体１３が配置される。また、インバータ１１は電源部３に接続される整流手段４と、整流手段４と直列に接続されるインダクタ５と平滑コンデンサ６の直列接続と、平滑コンデンサ６に並列に接続される共振コンデンサ７と半導体スイッチ８の直列接続からなり、共振コンデンサ７は加熱コイル１と並列に接続される。インダクタ５からの配線は加熱コイル１の巻き方向とは逆にコイル状に複数回巻かれ（以下、コイル状の配線１２）、このコイル状の配線１２の近傍にはコイル状の配線１２からの磁界が第１の磁性体１３に放射されるのを防ぐために第２の磁性体１７が配置される。なお、第２の磁性体１７は珪素鋼板や鉄などの磁性体であれば特に限定するものではない。

また、本実施例では、誘導加熱装置に用いられる一般的な回路構成を示しているが、加熱コイル１に商用周波数及び商用周波数の２倍に周波数成分を持つ電流が重畳する回路構成であれば特に限定するものではない。

以上のように構成された炊飯器について、以下その動作、作用を説明する。図２はインバータ回路の各区間における電流経路を示した図である。Ｉ３は入力電流を、Ｉ５はインダクタ５及びコイル状の配線１２に流れる電流を、Ｉ１は加熱コイル１に流れる電流を示している。電源部３は商用電源などで構成され、インバータ１１に商用周波数の電力を供給する。そのため、入力電流Ｉ３は、商用周波数成分を持つ電流になる。インバータ１１では整流手段４により商用電力を整流して商用電源の２倍の周波数成分を持った電力に変換し、更に半導体スイッチ８を用いて２０ｋ〜１００ｋＨｚ程度の高周波電力に変換される。そしてこの高周波電力は加熱コイル１に供給され、加熱コイル１から高周波磁界の形で鍋１５に供給される。鍋１５は、供給された高周波磁界により表層部に渦電流が生じ、その結果発熱するに至る。そのため、インダクタ５及びコイル状の配線１２に流れる電流は商用周波数の２倍の周波数の電流Ｉ５が流れ、また加熱コイル１には半導体スイッチ８が導通状態になったときに電源部１→整流手段４→加熱コイル１→半導体スイッチ８のループで生じる商用周波数の２倍の成分をもつ低周波電流と、半導体スイッチ８の周波数に従って加熱コイル１に流れる高周波成分が重畳した電流Ｉ１１が流れる。よって加熱コイル１とコイル状の配線１２の低周波磁界が互いに打ち消すように配置することにより、加熱コイル１から発生する低周波磁界を打ち消すことができる。

一方、コイル状の配線１２から発生する低周波磁界は、加熱コイル１からの低周波磁界を打ち消す一方でフェライト等の第１の磁性体１３を通過すると、第１の磁性体の１３の透磁率等の磁気的な性能が変化し鍋１５へ印可される磁界の分布が変化することになる。このことにより、従来の磁界分布が崩れ、その結果加熱コイル１からの磁界を受けて発熱する鍋１５の温度分布が微妙に変化して炊飯性能が劣化することになる。そこでコイル状の配線１２の近傍に磁性体１７を配置することで、コイル状の配線１２から発生する磁界が第２の磁性体１７内を通過して、第１の磁性体１３に放射されることを抑えることでき、その結果、従来の炊飯器の磁界分布が変化せず、炊飯性能へのコイル状の配線１２からの影響を防止することができることになる。また、第２の磁性体１７による影響はコイル状の配線１２の近傍に留まるため、コイル状の配線１２の加熱コイル１に対する防磁効果は劣化することはない。なお、コイル状の配線１２は、加熱コイル１の外周近傍に配設される方が防磁効果は大きい。

以上のように本実施の形態においては、インバータ１１内にあり加熱コイル１に流れる電流の低周波成分と同じ周波数成分で加熱コイル１と逆向きに電流が流れるよう加熱コイル１の近傍にコイル状に配設したコイル状の配線１２が、コイル状の配線１２から発生する低周波磁界により、加熱コイル１からの低周波磁界と互いに打ち消し合って低周波の漏洩磁界を大きく低減させるとともに、コイル状の配線１２の近傍に第２の磁性体１７を配設することでコイル状の配線１２から発生する磁界が第１の磁性体１３に進入することを防止することができ、第１の磁性体１２の磁気性能劣化による炊飯性能劣化を防止することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態の炊飯器の構成図である。本実施例が実施の形態１と異なるのは、コイル状の配線１２及び第２の磁性体１７が、加熱コイル１及び第１の磁性体１３の上方に位置していることである。

以上のように構成された炊飯器について、以下その動作、作用を説明する。本実施例ではコイル状の配線１２を第１の磁性体１３の上部に配置している。これは、コイル状の配線１２が、加熱コイル１からの磁界を打ち消す一方で第１の磁性体１３に放射されて第１の磁性体１３の磁気的な性能を変化させるためであり、コイル状の配線１２と第１の磁性体１３の距離を確保することが望ましいためである。また、加熱コイル１の外周部近傍に位置するため、防磁性能も十分確保されることになる。更に、コイル状の配線１２を段上に積み重ねることで一体にして扱うことができ、作業性も向上する。

また、第２の磁性体１７を第１の磁性体１３の上方に位置させることで、第２の磁性体１７と第１の磁性体１３の距離が取れて、コイル状の配線１２から第１の磁性体１３に放射される磁界を更に抑制することができる。

また、第２に磁性体１７は複数に分割することで第２の磁性体１７内に短絡電流が流れることを防止することができ、第２の磁性体１７の発熱を抑えることができる。

以上のように本実施の形態においては、コイル状の配線１２及び第２の磁性体１７を加熱コイル１及び第１の磁性体１３の上方に配設させることで、コイル状の配線１２と第１の磁性体１３との距離がとれるためにコイル状の配線１２から発生する磁界から第１の磁性体１３への影響をより少なくすることができ、炊飯性能への影響をなくした状態で、加熱コイル１から発生する低周波の漏洩磁界を低減させることができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態の炊飯器の構成図である。本実施の形態の炊飯器が実施の形態１と異なるのは、第２の磁性体１７が複数に分割され、個々の第１の磁性体１３上に第２の磁性体１７が配設されている点である。

以上のように構成された炊飯器について、以下その動作、作用を説明する。第２の磁性体１７はコイル状の配線１２からの磁界が第１の磁性体１３に進入することを防止する役割がある。一方、第２の磁性体１７の影響が強くなった場合には、加熱コイル１から発生する高周波磁界が影響を受け、鍋１５に印可される高周波磁界の分布が変わり、炊飯性能が変化することになる。そこで、第２の磁性体１７は加熱コイル１の高周波磁界に影響を及ぼさない様に配設することが望まれる。そのため、本実施の形態では第２の磁性体１７を複数に分割して、それぞれの第１の磁性体１３の鉛直上に配置している。そして、第２の磁性体１７はそれぞれの第１の磁性体１３上に個別に第１の磁性体１３が影響を受けない大きさに配設することで、第１の磁性体１３への影響を抑えるとともに、第２の磁性体１７が配設されていない場所においては鍋１５に入る高周波磁界の分布への影響を抑えることができる。ただし、少なくとも第２の磁性体１７の幅ｂは第１の磁性体１３の幅ａより大きいことが必要である。

以上のように、本実施の形態においては、第２の磁性体１７を複数に分割して最適な大きさとし、第１の磁性体１３の鉛直上に配置することにより、第２の磁性体１７がコイル状の配線１２から発生する磁界が第１の磁性体に放射されることを防止するとともに、鍋１５に印可される高周波磁界の分布への影響を少なくすることができ、炊飯性能への影響をなくした状態で、加熱コイル１から発生する低周波の漏洩磁界を低減させることができる。

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態の炊飯器の構成図である。本実施の形態の炊飯器が実施の形態１と異なるのは、コイル状の配線１２と第１の磁性体１３の間に、第２の磁性体１７の一部が配設されている点である。

以上のように構成された炊飯器について、以下その動作、作用を説明する。コイル状の配線１２で発生した磁界は、第２の磁性体１７を通ることで第１の磁性体１３内に放射されることを防止している。この際、第２の磁性体１７はコイル状の配線１２の磁界が第１の磁性体１３に進入することを防止すればよく、少なくとも第２の磁性体１７の一部がコイル状の配線１２と第１の磁性体１３の間にあることが望ましい。よって形状としては図５に示すＵ字形、Ｖ字形、あるいはＬ字形などが望ましい形状となる。またこれらの形状をとることでコイル状の配線１２の下端に第２の磁性体１７を密着させて配置することができるため、配置場所をとらずにコンパクトな構成とすることができる。

また、図６に示すように第２の磁性体１７を２枚のほぼ平行な板で構成し、コイル状の配線１２を挟み込む構成をとることでも同様な効果が得られる。これは第２の磁性体１７間の幅が第１の磁性体１３と第２の磁性体１７間の空間より狭いためで、第２の磁性体１７間に磁路が形成され、第１の磁性体１３までコイル状の配線１２からの磁界が放射されないためである。この様な配置をとることでコイル状の配線１２に対して第２の磁性体１７を密着して配設することができる。

以上のように本実施例では、第２の磁性体１７の一部をコイル状の配線１２と第１の磁性体１３の間に配設する、あるいは第２の磁性体を複数の板状の磁性体で構成しコイル状の配線１２に対して２枚の磁性体が概平行に向かい合わせて配設することで、第２の磁性体を簡易にコンパクトに配設することができるとともに、加熱コイル１から発生する低周波磁界を低減することができる。

本発明は、家庭用及び業務用に用いられる誘導加熱式の炊飯器に有用である。

本発明の実施の形態１における炊飯器の構成を示す図 本発明の実施の形態１における炊飯器の動作波形を示す図 本発明の実施の形態２における炊飯器の構成を示す図 本発明の実施の形態３における炊飯器の構成を示す図 本発明の実施の形態４における炊飯器の構成を示す図 本発明の実施の形態４における炊飯器の構成を示す図 従来の誘導加熱装置の構成を示す図 従来の誘導加熱装置の構成を示す図 従来の誘導加熱加熱装置の回路構成を示す図

符号の説明

１ 加熱コイル
２ 電磁シールド環
３ 電源部
４ 整流手段
５ インダクタ
６ 平滑コンデンサ
７ 共振コンデンサ
８ 半導体スイッチ
１１ インバータ
１２ コイル状の配線
１３ 第１の磁性体
１５ 鍋
１６ 内枠
１７ 第２の磁性体
ａ 防磁材幅
ｂ 磁性体幅

Claims (8)

1. 鍋と、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの裏面近傍で前記鍋と対向して複数配設された第１の磁性体と、前記加熱コイルに商用周波数成分を含む高周波電流を供給するインバータと、前記加熱コイルに流れる商用周波数成分の電流と同じ周波数の電流成分を持つ配線を前記加熱コイルと互いに逆向きに電流が流れるように前記加熱コイル近傍にコイル状に配設したコイル状の配線とを備え、前記コイル状の配線近傍に第２の磁性体を配設し前記コイル状の配線から発生する磁界が前記第１の磁性体へ放射する磁束を抑制するようにした炊飯器。
2. コイル状の配線は、下端が加熱コイル及び第１の磁性体の上端より上方になるように配設する請求項１に記載の炊飯器。
3. 第２の磁性体は、下端が第１の磁性体の上端より上方になるように配設する請求項２に記載の炊飯器。
4. 第２の磁性体は、コイル状の配線に沿って複数に分割して配設する請求項１〜３のいずれか１項に記載の炊飯器。
5. 第２の磁性体の幅は、第１の磁性体の幅より大とする請求項１〜４いずれか１項に記載の炊飯器。
6. 第２の磁性体は、第１の磁性体それぞれの鉛直上に個々に分割して配設する請求項５に記載の炊飯器。
7. 第２の磁性体は、一部がコイル状の配線と第１の磁性体間に配設されるものとした請求項１〜６のいずれか１項に記載の炊飯器。
8. 第２の磁性体は、複数の板状の磁性体からなり、前記第２の磁性体はコイル状の配線に対して２枚の磁性体が概平行に向かい合って配設される請求項１〜６のいずれか１項に記載の炊飯器。

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