JP2007287601A - 電磁調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子がハードスイッチング動作することをなくし、低い出力電力領域での漏洩電磁波の低減をはかり効率向上を実現した電磁調理器を提供する。
【解決手段】インバータ回路５と、加熱コイル８と、加熱コイル上方に磁気空間ギャップ９を介して対向配置されるトッププレート１０と、トッププレート上に配置される被加熱体１３と、トッププレートと加熱コイルの相対位置を調節するリフト１１と、リフトを動作させ磁気空間ギャップを調節し出力電力を制御するリフト制御手段１２と、これらの制御手段６とを備えたものである。これによって、加熱コイル８と被加熱体１３の磁気結合を調節してインバータ回路５の負荷を制御し、必要な出力電力を加熱コイル８と被加熱体１３の磁気結合が最も高い状態で供給することが可能となり、低い出力電力領域での漏洩電磁波の低減をはかり効率向上を実現した。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般家庭やオフィス、レストランなどで使用される電磁調理器に関するものである。

従来、この種の電磁調理器は、複数の加熱コイルそれぞれに周波数の異なる電流を流すと干渉音が発生するため、複数の加熱コイルそれぞれに流れる電流の周波数差を可聴周波数以下または以上とすることで干渉音を抑制している（例えば、特許文献１参照）。

図８は特許文献１参照の電磁調理器を示し、これは、電磁調理器２８と、所定の周波数の高周波電流を発生するインバータ回路２９と、インバータ回路２９を制御する制御手段３０と、高周波電流を高周波磁界に変換する加熱コイル３１と、加熱コイル３１の上方に設けられる磁気空間ギャップ３２と、磁気空間ギャップ３２を保持する磁気空間ギャップ保持体３３と、磁気空間ギャップ３２を介して加熱コイル３１と対向するように配置されるトッププレート３４と、トッププレート３４上で加熱コイル３１と対向するように配置される鍋などの被加熱体３５から構成されている。

電磁調理器２８は、インバータ回路２９の動作周波数と磁気空間ギャップ３２を固定して、インバータ回路２９に少なくとも１つ以上含まれる複数のスイッチング素子のオン時間制御により出力電力を制御している。
特開２００４−３７７７５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、加熱コイル３１に流れる電流の周波数を固定して、インバータ回路２９のオン時間制御により出力電力を制御するため、弱火に相当する低い出力電力領域において、図９に示すように、オン・オフ動作するスイッチング素子ａ、ｂがハードスイッチング動作するため、回路損失が増大するといった課題がある。ただし、図９はインバータ回路２９に含まれるスイッチング素子がａ、ｂの２つで構成されている場合について記載している。スイッチング素子を追加することでハードスイッチング動作をしないように改善することは可能ではあるが、コストアップや大型化などの原因となってしまう。

また、磁気空間ギャップ３２は小さくすると、加熱コイル３１と被加熱体３５の磁気結合が高まり、効率向上と磁気空間ギャップ３２に比例して発生する漏洩電磁波の低減が可能となるが、高い出力電力を供給することが困難になる特性があるため、電磁調理器は最大出力電力が供給できるように磁気空間ギャップ３２を大きく設計した状態で固定しており、低い出力電力領域では、低い出力電力領域に最適設計された小さい磁気空間ギャップ状態に比べて発生する漏洩電磁波量が増加するといった課題もある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低い出力電力領域から定格出力電力までスイッチング素子がハードスイッチング動作することをなくすとともに、低い出力電力領域での漏洩電磁波の低減をはかり効率向上を実現した電磁調理器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電磁調理器は、高周波電流を発生させるインバータ回路と、前記高周波電流を高周波磁界に変換する加熱コイルと、前記加熱コイル上方に磁気空間ギャップを介して対向配置される非導電性のトッププレートと、前記トッププレート上に加熱コイルと対向するように配置され加熱コイルと磁気結合する被加熱体と、前記トッププレートと加熱コイルの相対位置を調節するリフトと、前記リフトを動作させ磁気空間ギャップを調節し出力電力を制御するリフト制御手段と、インバータ回路およびリフト制御手段を制御する制御手段とを備えたものである。

これによって、加熱コイルと被加熱体の磁気結合を調節してインバータ回路の負荷を制御して、使用者が指定する必要な出力電力を加熱コイルと被加熱体の磁気結合が最も高い状態で供給することが可能となり、低い出力電力領域での漏洩電磁波の低減をはかり効率向上を実現することができる。

本発明の電磁調理器は、低い出力電力領域から定格出力電力までスイッチング素子がハードスイッチング動作することをなくすとともに、低い出力電力領域での漏洩電磁波の低減をはかり効率向上を実現した。

第１の発明は、高周波電流を発生させるインバータ回路と、前記高周波電流を高周波磁界に変換する加熱コイルと、前記加熱コイル上方に磁気空間ギャップを介して対向配置される非導電性のトッププレートと、前記トッププレート上に加熱コイルと対向するように配置され加熱コイルと磁気結合する被加熱体と、前記トッププレートと加熱コイルの相対位置を調節するリフトと、前記リフトを動作させ磁気空間ギャップを調節し出力電力を制御するリフト制御手段と、インバータ回路およびリフト制御手段を制御する制御手段とを備えた電磁調理器とした。これによって、加熱コイルと被加熱体の磁気結合を調節してインバータ回路の負荷を制御して、使用者が指定する必要な出力電力を加熱コイルと被加熱体の磁気結合が最も高い状態で供給することが可能となり、低い出力電力領域での漏洩電磁波の低減をはかり効率向上を実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、インバータ回路の動作周波数を固定したことにより、複数の加熱コイルを使用した際に複数の加熱コイルそれぞれに流れる電流周波数差を０Ｈｚとするが可能となり、干渉音を抑制することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、磁気空間ギャップの制御と、インバータ回路のオン時間制御を組み合わせて出力電力を制御することにより、出力電力の制御範囲を拡大することが可能となり、使用者が指定する必要な出力電力を供給することができる。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、磁気空間ギャップが最小となる磁気空間ギャップの制御と、インバータ回路のオン時間制御とを組み合わせて出力電力を制御することにより、使用者が指定する必要な出力電力を加熱コイルと被加熱体の磁気結合が最も高い状態で供給することが可能となり、電磁調理器の効率を向上し、漏洩電磁波を低減することができる。

第５の発明は、特に、第１の発明において、加熱コイルの温度を検知する加熱コイル温度検知手段を備え、前記加熱コイル温度検知手段が所定以上の温度を検知した際に磁気空間ギャップを最大とすることにより、加熱コイルの冷却風路を最大とすることが可能となり、加熱コイルの冷却性能を向上し、急冷却することができる。

第６の発明は、特に、第１の発明において、磁気空間ギャップの増減量を使用者が操作する操作部に表示することにより、使用者が磁気空間ギャップに比例して発生する漏洩電磁波量を知ることが可能となり、ペースメーカーなどの利用者に注意を促すことができる。

第７の発明は、特に、第１の発明において、磁気空間ギャップを制限する磁気空間ギャップ制限手段を備え、磁気空間ギャップの最大値を制限することにより、使用者が磁気空間ギャップに比例して発生する漏洩電磁波量を任意の値以下の制限することが可能となり、ペースメーカーなどの利用者も安心して電磁調理器を使用することができる。

第８の発明は、特に、第１の発明において、加熱コイルの外周を囲む円筒状の防磁板を備え、前記防磁板は、加熱コイルと非連動として上端をトッププレートに密着させ、下端は磁気空間ギャップ最大時の加熱コイル位置より下方となる位置としたことにより、磁気空間ギャップを大きくした場合でも加熱コイルが被加熱体だけでなく防磁板と磁気結合することになり、漏洩電磁波を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図は、本発明の実施の形態における電磁調理器を示すものである。なお、図に示す電磁調理器は１つのバーナーしか備えていないが、複数のバーナーを備えた電磁調理器でも何ら問題ないものである。

図１に示すように、電磁調理器１は、商用電源２を整流回路３で整流後に入力フィルタ４を介して接続され、所定のタイミングでオン・オフするスイッチング素子により所定の周波数の高周波電流を発生させるインバータ回路５と、制御手段６と、インバータ回路５の出力に接続される出力電力検知手段７と、高周波電流を高周波磁界に変換する加熱コイル８と、加熱コイル８の上方に設けられる磁気空間ギャップ９と、加熱コイル８の上方に磁気空間ギャップ９を介して対向配置される非導電性のトッププレート１０と、トッププレート１０上に加熱コイル８と対向するように配置され加熱コイル８と磁気結合する鍋などの被加熱体１３と、加熱コイル位置を調節するリフト１１と、リフト１１を動作させ磁気空間ギャップ９を調節し出力電力を制御するリフト制御手段１２とを備えている。そして、制御手段６はインバータ回路５およびリフト制御手段１２を制御するものである。また、加熱コイル８の温度を検出する加熱コイル温度検知手段１４、使用者が操作する操作部１５、加熱コイル８の外周を囲む円筒状の防磁板１６をも備えている。

前記防磁板１６は、加熱コイル８と非連動として上端をトッププレート１０に密着させ、下端は磁気空間ギャップ９最大時の加熱コイル８位置より下方となる位置となるように構成している。これにより、磁気空間ギャップ９を大きくした場合でも加熱コイル８が被加熱体１３だけでなく防磁板１６と磁気結合することになり、漏洩電磁波を低減することができる。

図２は、入力フィルタ４およびインバータ回路５を示す。商用電源２を整流回路３で整流後に入力フィルタ４が接続される。入力フィルタ４は、第１のコンデンサ１７と、第１のインダクタ１８と、第２のコンデンサ１９と、第２のインダクタ２０と、平滑コンデンサ２１で構成される。入力フィルタ４の出力に相当する平滑コンデンサ２１はインバータ回路５に接続される。インバータ回路５は、第１のスイッチング素子２２、第２のスイッチング素子２３、第１のダイオード２４、第２のダイオード２５、第３のコンデンサ２６、第４のコンデンサ２７を有している。また、図２には、制御手段６、出力電力検知手段７、加熱コイル８も記載している。本実施の形態における電磁調理器は、磁気空間ギャップ９を調節するために加熱コイル８の高さを調節するが、トッププレート１０を変化させて磁気空間ギャップ９を調節しても何ら問題ない。

以上のように構成された電磁調理器１において、以下その動作、作用を説明する。

まず、インバータ回路５の動作について説明する。整流回路３の出力は入力フィルタ４に接続され、第１のコンデンサ１７と、第１のインダクタ１８と、第２のコンデンサ１９と、第２のインダクタ２０により、力率を改善する。入力フィルタ４の出力に相当する平滑コンデンサ２１は商用電源２を平滑した電圧をインバータ回路５へ供給する。

インバータ回路５は平滑コンデンサ２１の電圧を電源として動作する。図３にスイッチング素子のオン時間が最大の場合におけるインバータ回路５の各部動作波形を示す。

インバータ回路５は、第１のスイッチング素子２２および第２のスイッチング素子２３のオン・オフによって加熱コイル８と第４のコンデンサ２７に所定の周波数の高周波電流を発生させる。図３に示すように、第１のスイッチング素子２２がオンしている状態から、オフすると第３のコンデンサ２６が傾きをもって放電するため、第１のスイッチング素子２２はＺＶＳターンオフ動作（ソフトスイッチング動作）を実現する。第３のコンデンサ２６が放電しきると、第２のダイオード２５がオンし、第２のダイオード２５がオンしている期間中に第２のスイッチング素子２３のゲートにオン信号を加えると、第２のダイオード２５がターンオフして第２のスイッチング素子２３に電流が転流し、第２のスイッチング素子２３はＺＣＳ＆ＺＶＳターンオフ動作（ソフトスイッチング動作）を実現する。

第２のスイッチング素子２３がオンしている状態から、オフすると第３のコンデンサ２６は傾きをもって充電するため、第２のスイッチング素子２３はＺＶＳターンオフ動作（ソフトスイッチング動作）を実現する。第３のコンデンサ２６が平滑コンデンサ２１と同じ電圧まで充電されると第１のダイオード２４がオンし、第１のダイオード２４がオンしている期間中に第１のスイッチング素子２２のゲートにオン信号を加えると、ダイオード１８がターンオフして第１のスイッチング素子２２に電流が転流し、第１のスイッチング素子２２はＺＣＳ＆ＺＶＳターンオン動作（ソフトスイッチング動作）を実現する。以上が図２に示したインバータ回路５の動作である。

本実施の形態におけるインバータ回路５は、インバータ回路５の動作周波数を２３ｋＨｚに固定して、磁気空間ギャップ９の制御と、インバータ回路５のオン時間制御とにより出力電力を制御する。

図４に弱火に相当する低い出力電力を供給する場合における、インバータ回路５の各部波形を示す。図４に示すように、磁気空間ギャップ９を調節することにより、低い出力電力時でも第１のダイオード２４がオンしているため、第１のスイッチング素子２２はＺＣＳ＆ＺＶＳターンオン動作（ソフトスイッチング動作）していることが分かる。実際には第１のスイッチング素子２２および第２のスイッチング素子２３は平滑コンデンサ２１を短絡しないようにデッドタイム２μｓの間隔を設けて、交互にオン・オフさせている。以上がインバータ回路５の動作である。

次に、以上のことを踏まえて、電磁調理器１の動作を説明する。

使用者が操作部１５により希望の出力電力を指定して調理を開始すると、図５の時刻ｔ０に示すように、制御手段６は、インバータ回路５を所定の最小オン時間に設定し、磁気空間ギャップ９を所定の最小となるようにリフト制御手段１２に信号を送信する。リフト制御手段１２は受信内容に基づいてリフト１１を駆動して磁気空間ギャップ９を最小とする。まず、制御手段６はインバータ回路５のオン時間を所定の制御量だけ増加させる。図５の時刻ｔ１に示すようにオン時間が所定の最大値まで到達すると、制御手段６はインバータ回路５のオン時間を所定の最小値に、磁気空間ギャップ９を所定の制御量だけ大きくするようにリフト制御手段１２に信号を送信する。リフト制御手段１２は受信内容に応じてリフト１１を駆動する。さらに、制御手段６は、インバータ回路５のオン時間を所定の制御量だけ増加させる動作を繰り返す。図５の時刻ｔ４に示すように、所定の出力電力まで到達すると制御手段６はリフト制御手段１２、インバータ回路５の動作状態を保持することで出力電力を制御する。

これにより、使用者が操作部１５により指定した所定の出力電力を磁気空間ギャップ９が最小の状態で供給することが可能となり、電磁調理器１の効率を向上し、漏洩電磁波を低減することが可能となる。

また、調理終了時に加熱コイル温度検知手段１４の検出温度が高いと、制御手段６は加熱コイル８の急冷却を行う。図６の時刻ｔ５に示すように、加熱コイル温度検知手段１４が所定の温度Ｔ０以上を検出すると、制御手段６は磁気空間ギャップ９が最大となるようにリフト制御手段１２に信号を送信し、リフト制御手段１２は受信内容に応じてリフト１１を駆動する。これにより加熱コイル８の冷却風路を拡大し、冷却性能を向上させて急冷却を可能とする。

以上のように、本実施の形態の電磁調理器１は、磁気空間ギャップ９が最小となるように磁気空間ギャップ９の制御と、インバータ回路５のオン時間制御とを組み合わせて出力電力を制御することにより、加熱コイル８と被加熱体１３の磁気結合を変化させてインバータ回路５の負荷状態を制御することが可能となり、図２および図３に示すように、弱火に相当する低い出力電力から定格出力電力までソフトスイッチング動作による低回路損失を達成し効率向上を実現するだけでなく、図７の定格出力電力時の漏洩電磁波（曲線Ａ）および弱火に相当する低い出力電力時の漏洩電磁波（曲線Ｂ）に示すように、磁気空間ギャップ９を最小とすることで漏洩電磁波を低減させることが可能となる。

また、本実施の形態の電磁調理器１は、調理終了時に加熱コイル温度検知手段１４が所定温度以上を検知すると磁気空間ギャップ９を最大とすることにより、加熱コイル８とトッププレート１０との間の冷却風路を最大とすることが可能となり、加熱コイル８の冷却性能を向上させて急冷却することが可能となる。

さらに、本実施の形態の電磁調理器は、磁気空間ギャップ９が大きくなり加熱コイル８と被加熱体１３の磁気結合が低くなっても、加熱コイル８の外周に防磁板１６があるため、加熱コイル８は被加熱体１３と防磁板１６と磁気結合することが可能となり、図７に示すように漏洩電磁波を抑制することが可能となる。

なお、磁気空間ギャップ９の増減量を使用者が操作する操作部１５に表示することにより、使用者が磁気空間ギャップ９に比例して発生する漏洩電磁波量を知ることが可能となり、ペースメーカーなどの利用者に注意を促すことができる。また、磁気空間ギャップ９を制限する磁気空間ギャップ制限手段を備え、磁気空間ギャップ９の最大値を制限することにより、使用者が磁気空間ギャップに比例して発生する漏洩電磁波量を任意の値以下の制限することが可能となり、ペースメーカーなどの利用者も安心して電磁調理器を使用することができる。

以上のように、本発明にかかる電磁調理器は、低い出力電力領域から定格出力電力までスイッチング素子がハードスイッチング動作することをなくすとともに、低い出力電力領域での漏洩電磁波の低減をはかり効率向上を実現したので、一般家庭やオフィスだけでなくレストランなどの専門家の用途にも適応可能である。

本発明の実施の形態における電磁調理器の構成図 同電磁調理器の入力フィルタとインバータ回路の詳細を示す回路図 同電磁調理器における定格出力電力時のインバータ回路の各部波形図 同電磁調理器における低い出力電力時のインバータ回路の各部波形図 同電磁調理器の出力電力の制御シーケンスを示す図 同電磁調理器の加熱コイル急冷却時の制御シーケンスを示す図 同電磁調理器の磁気空間ギャップと漏洩電磁波を表すグラフ 従来の電磁調理器の構成図 同電磁調理器における低い出力電力時のインバータ回路の各部波形図

符号の説明

１ 電磁調理器
２ 商用電源
３ 整流回路
４ 入力フィルタ
５ インバータ回路
６ 制御手段
７ 出力電力検知手段
８ 加熱コイル
９ 磁気空間ギャップ
１０ トッププレート
１１ リフト
１２ リフト制御手段
１３ 被加熱体
１４ 加熱コイル温度検知手段
１５ 操作部
１６ 防磁板

Claims (8)

1. 高周波電流を発生させるインバータ回路と、前記高周波電流を高周波磁界に変換する加熱コイルと、前記加熱コイル上方に磁気空間ギャップを介して対向配置される非導電性のトッププレートと、前記トッププレート上に加熱コイルと対向するように配置され加熱コイルと磁気結合する被加熱体と、前記トッププレートと加熱コイルの相対位置を調節するリフトと、前記リフトを動作させ磁気空間ギャップを調節し出力電力を制御するリフト制御手段と、インバータ回路およびリフト制御手段を制御する制御手段とを備えた電磁調理器。
2. インバータ回路の動作周波数を固定した請求項１に記載の電磁調理器。
3. 磁気空間ギャップの制御と、インバータ回路のオン時間制御を組み合わせて出力電力を制御する請求項１または２に記載の電磁調理器。
4. 磁気空間ギャップが最小となる磁気空間ギャップの制御と、インバータ回路のオン時間制御とを組み合わせて出力電力を制御する請求項１〜３に記載の電磁調理器。
5. 加熱コイルの温度を検知する加熱コイル温度検知手段を備え、前記加熱コイル温度検知手段が所定以上の温度を検知した際に磁気空間ギャップを最大とする請求項１に記載の電磁調理器。
6. 磁気空間ギャップの増減量を使用者が操作する操作部に表示する請求項１に記載の電磁調理器。
7. 磁気空間ギャップを制限する磁気空間ギャップ制限手段を備え、磁気空間ギャップの最大値を制限する請求項１に記載の電磁調理器。
8. 加熱コイルの外周を囲む円筒状の防磁板を備え、前記防磁板は、加熱コイルと非連動として上端をトッププレートに密着させ、下端は磁気空間ギャップ最大時の加熱コイル位置より下方となる位置とした請求項１に記載の電磁調理器。