JP2005304759A5 - - Google Patents

Description

炊飯器

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９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１０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１１に従来の誘導加熱装置の回路例を示す。図１１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１０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９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１０及び図１１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、前記加熱コイルを設置するコイル枠と、前記コイル枠上部にあり前記鍋の側面を支持する内枠と、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、電源部に接続され商用周波数の電力を整流し商用周波数の２倍の周波数の低周波成分を持った電力に変換する整流手段と、前記低周波成分を持った電力を高周波電力に変換し前記加熱コイルに前記低周波成分と高周波成分が重畳した高周波電流を供給するインバータとを備え、前記インバータ内にあり前記低周波成分を持つ低周波電流が流れる配線を、前記配線より発生する低周波磁界と前記加熱コイルより発生する低周波磁界が互いに打ち消す方向となるように前記加熱コイル近傍にコイル状に複数回巻いて構成したコイル状の配線を有するとともに、前記コイル状の配線の形状を安定させるべく前記内枠に前記コイル状の配線を巻き付けて配設することにより、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、コイル状の配線を内枠に巻き付ける構成にすることでコイル状の配線を巻くための巻き冶具を別に設ける必要がないため、簡易にコイル状の配線を配置することができる。

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、内鍋と、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルを設置するコイル枠と、前記コイル枠上部にあり前記鍋の側面を支持する内枠と、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、電源部に接続され商用周波数の電力を整流し商用周波数の２倍の周波数の低周波成分を持った電力に変換する整流手段と、前記低周波成分を持った電力を高周波電力に変換し前記加熱コイルに前記低周波成分と高周波成分が重畳した高周波電流を供給するインバータとを備え、前記インバータ内にあり前記低周波成分を持つ低周波電流が流れる配線を、前記配線より発生する低周波磁界と前記加熱コイルより発生する低周波磁界が互いに打ち消す方向となるように前記加熱コイル近傍にコイル状に複数回巻いて構成したコイル状の配線を有するとともに、前記コイル状の配線の形状を安定させるべく前記内枠に前記コイル状の配線を巻き付けて配設することにより、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、コイル状の配線を内枠に巻き付ける構成にすることでコイル状の配線を巻くための巻き冶具を別に設ける必要がないため、簡易にコイル状の配線を配置することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の炊飯器を、内枠外周部に凸部を設け、コイル状の配線を前記凸部の上方に縦列に配設することにより、コイル状の配線が内枠からはずれにくくなるため、コイル状の配線の位置を正しく決めることができ、安定した防磁効果を得ることができる。

第３の発明は、特に第１〜２のいずれか一つの発明の炊飯器を、コイル状の配線近傍で第１の磁性体の上方に第２の磁性体を備え、前記コイル状の配線からの磁界が第１の磁性体に影響することを防止すべく内枠外周部に前記第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の磁性体に放射することを抑制することができ、第１の磁性体の磁化的性能の変化による炊飯性能劣化を防止することができるとともに、第２の磁性体の位置を精度良く決めることができる。

第４の発明は、特に第３の発明の炊飯器を、第２の磁性体に屈曲部を設け、前記第２の磁性体の屈曲部よりも上方にコイル状の配線を配設することにより、コイル状の配線の下部にも第２の磁性体が配置されるため、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より抑制することができ、第１の磁性体の磁化的性能の変化による炊飯性能劣化を防止することができる。

第５の発明は、特に第３の発明の炊飯器を、第２の磁性体に複数の屈曲部を設け、コイル状の配線を前記第２の磁性体で挟み込む構成としたことにより、更に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より抑制することができ、第１の磁性体の磁化的性能の変化による炊飯性能劣化を防止することができる。

第６の発明は、特に第３の発明の炊飯器を、コイル状の配線の外周側に、第２の磁性体に対向するように第３の磁性体を配設することにより、第２の磁性体及び第３の磁性体を板状の形状のままで、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の磁性体の磁化的性能の変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はコイル枠１４の底面及び側面に配置され、コイル枠１４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。コイル枠１４の上部には内枠１６が配置し、鍋１５は内枠１６に沿ってコイル枠１４上に配設される。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）、内枠１６上に配設される。

図２は本発明の実施の形態におけるコイル状の配線１２と内枠１６の位置関係を示す図である。コイル状の配線１２は内枠１６の外周部に巻かれ配置される。また、内枠１６は、コイル枠１４の上部に位置するため、コイル状の配線１２は加熱コイル１のほぼ外周に配置される。

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。図３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は内枠１６に巻き付けることで、特に巻き冶具を用意して巻く必要がなく形状も安定することになる。また、加熱コイル１の外周部かつ上部にコイル状の配線が配置されるため、より低周波磁界が多く発生する外周部周辺に打ち消し磁界を発生させるコイル状の配線１２を配置することになり、加熱コイル１から外部に放射される低周波磁界をより打ち消すことが可能になる。

更に、図４に示すように内枠１６の下端に凸部を設けてその上部にコイル状の配線１２を施し、縦列に配置することで、コイル状の配線１２の位置を定めることができるとともに、コイル状の配線１２が内枠１６からはずれることを防止することが可能になる。

なお、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、内枠１６の上にコイル状の配線１２を巻き付ける構成にすることで特に巻き冶具を用意する必要がなく簡易にコイル状の配線を配置することができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態の炊飯器の構成図である。本実施例が実施の形態１と異なるのは、第２の磁性体１７が内枠１６とコイル状に配線１２の間に配設されるとともに、第２の磁性体１７が内枠１６に固定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の近傍である内枠１６に第２の磁性体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。また、第２の磁性体１７を内枠１６に固定することで、第２の磁性体の位置を精度良く決めることができる。このことにより、特に第１の磁性体１３の上方に第２の磁性体１７が来るように配置することで、第１の磁性体１３の磁気的な性能の変化を抑えることが可能になる。

また、図６に示すように第２の磁性体１７に屈曲部１９を設け、第１の磁性体１３をその屈曲部１９の上部にコイル状の配線１２を配置することで、コイル状の配線１２が第２の磁性体１７により固定されるため位置決めを正しくできるとともに、コイル状の配線１２の下部にも第２の磁性体１７が配置されるため、コイル状の配線１２から発生する磁界が第１の磁性体１３に放射することをより抑制することができ、第１の磁性体１３の磁化的性能の変化による炊飯性能劣化を防止することができる。ここで、第２の磁性体１７の形状としてはＬ字構成やＶ字構成などがある。

更に、図７に示すように第２の磁性体１７に複数の屈曲部１９を設け、コイル状の配線１２を前記第２の磁性体１７で挟み込む構成とすることにで、コイル状の配線１２から発生する磁界の多くが第２の磁性体１７を通過させ、第１の磁性体１３への放射をより減少させることができる。ここで第２の磁性体１７の形状としてはコの字構成などがある。

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の近傍で第１の磁性体１３の上方に第２の磁性体１７を配置し、更に内枠外周に前記第２の磁性体１７を固定する構成とすることにより、コイル状の配線１２から発生する磁界が第１の磁性体１３に放射することを抑制することができ、第１の磁性体１３の磁化的性能の変化による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１７の位置決めを精度良く行うことができる。

（実施の形態３）
図８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、内枠１６と内枠１６の外面に配置されたコイル状の配線１２に間に第２の磁性体１７が配置されるとともに、コイル状の配線１２を挟む形で第２の磁性体１７の対向面に第３の磁性体１８が配設されることである。

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。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の近傍に磁性体を配置し、コイル状の配線１２から発生する磁界が磁性体内を通過するように配置することで、第１の磁性体１３に放射される磁界を減らすことができる。一方、磁性体の形状としては、コイル状の配線１２を囲むように配置することでより多くの磁界が磁性体内を流れるため、第１の磁性体１３への影響が少なくすることができる。しかしながら、磁性体は一般的に堅い物が多く屈曲させることが困難である。そこで、コイル状の配線１２を挟みかつ互いに対向した位置に第２の磁性体１７と第３の磁性体１８を配置することで、磁気的にはループを描かせることが可能になる。また、第２の磁性体１７と第３の磁性体１８は平板で構成されるため、曲げ加工などが必要なく簡易に磁性体を作成することができる。

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の外周部で、内枠１６外周に配設された第２の磁性体１７に対向するように第３の磁性体１８を配設する構成とすることにより、第２の磁性体１７及び第３の磁性体１８を板状の形状のままで、コイル状の配線１２から発生する磁界が第１の磁性体１３に放射することを抑制することができ、第１の磁性体１２の磁化的性能の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応用できる技術である。

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における炊飯器の内枠の構成を示す図 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１における炊飯器の別な内枠の構成を示す図 本発明の実施の形態２における炊飯器の内枠の構成を示す図 本発明の実施の形態２における炊飯器の別な内枠の構成を示す図 本発明の実施の形態２における炊飯器の更に別な内枠の構成を示す図 本発明の実施の形態３における炊飯器の構成を示す図 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
１４ コイル枠
１５ 鍋
１６ 内枠
１７ 第２の磁性体
１８ 第３の磁性体
１９ 屈曲部

Claims (6)

1. 鍋と、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルを設置するコイル枠と、前記コイル枠上部にあり前記鍋の側面を支持する内枠と、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、電源部に接続され商用周波数の電力を整流し商用周波数の２倍の周波数の低周波成分を持った電力に変換する整流手段と、前記低周波成分を持った電力を高周波電力に変換し前記加熱コイルに前記低周波成分と高周波成分が重畳した高周波電流を供給するインバータとを備え、前記インバータ内にあり前記低周波成分を持つ低周波電流が流れる配線を、前記配線より発生する低周波磁界と前記加熱コイルより発生する低周波磁界が互いに打ち消す方向となるように前記加熱コイル近傍にコイル状に複数回巻いて構成したコイル状の配線を有するとともに、前記コイル状の配線の形状を安定させるべく前記内枠に前記コイル状の配線を巻き付けて配設する炊飯器。
2. 内枠外周部に凸部を設け、コイル状の配線を前記凸部の上方に縦列に配設する請求項１記載の炊飯器。
3. コイル状の配線近傍で第１の磁性体の上方に第２の磁性体を備え、前記コイル状の配線からの磁界が第１の磁性体に影響することを防止すべく内枠外周部に前記第２の磁性体を配設する請求項１または請求項２記載の炊飯器。
4. 第２の磁性体に屈曲部を設け、前記第２の磁性体の屈曲部よりも上方にコイル状の配線を配設する請求項３記載の炊飯器。
5. 第２の磁性体に複数の屈曲部を設け、コイル状の配線を前記第２の磁性体で挟み込む構成とした請求項３に記載の炊飯器。
6. コイル状の配線の外周側に、第２の磁性体に対向するように第３の磁性体を配設する請求項３に記載の炊飯器。