JP2008034397A

JP2008034397A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP2008034397A
Application number: JP2007266385A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nomura; 智野村; Koichi Kinoshita; 広一木下
Original assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】調理器外部の被加熱物以外に磁束が漏洩することを抑制し得る誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】直流電源回路３２と、インバータ回路３５と、被加熱物３８を加熱する加熱コイル１７と、磁束が漏洩することを低減するための磁気シールド手段２０と、制御手段４０と、入力電力検出手段４１を備え、制御手段４０は、入力電力検出手段４１により検出される入力電力値が第１の所定値より小さい場合は加熱コイル１７に供給される電力を停止するとともに、入力電力検出手段４１により検出される入力電力値が第１の所定値より大きく第２の所定値より小さい範囲内にある場合には、加熱コイル１７に供給される電力を予め定められた上限値よりも小さい電力に制限する。
【選択図】図３

Description

本発明は、誘導加熱調理器、特に誘導加熱調理器の漏洩磁束低減に係る改良に関する。

従来の誘導加熱調理器においては、加熱コイルから発生する磁束が外部に漏洩するのを低減するために、加熱コイルの外周部に所定の間隔をおいて導体のシールドリングを配し、このシールドリングにより加熱コイルが発生する磁束のうち、調理器外部に漏洩する磁束を低減している（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−３０２９５３号公報

従来の誘導加熱調理器では、加熱コイルの外周部に配されたシールドリングにより、加熱コイルが発生した磁束でシールドリングに誘導電流を発生し、その誘導電流により発生する磁束でシールドリングの外に漏洩する磁束を打ち消し、漏洩磁束を低減している。このため、加熱コイルから発生される磁束は鍋などの被加熱物の誘導加熱に消費されるとともに、シールドリングで外部に漏洩する磁束が低減される構成となっていた。しかし、シールドリングは被加熱物以外の周囲へ漏洩する磁束を受動的に低減する方法なので、被加熱物の径が比較的小さく、加熱コイルの面積に比べて底面積の小さい鍋を加熱する場合、シールドリングに流れる誘導電流で低減されるものの、シールドリングの外に漏洩する磁束が増えて磁束が周辺部に漏洩しやすく、特に加熱コイルに流れる電流が大きい場合においては発生する磁束が大きくなるため、漏洩磁束のレベルが大きくなってしまう問題があった。

本発明は、上述のような課題に鑑みなされたもので、調理器外部の被加熱物以外に磁束が漏洩することを抑制し得る誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明にかかる誘導加熱調理器は、交流電源から供給される電力を整流して直流電力に変換する直流電源回路と、前記直流電源回路から供給される電力により高周波電力を発生させるインバータ回路と、前記インバータ回路から供給される電力により被加熱物を電磁誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルで発生される磁束が調理器外部に漏洩することを低減するための前記加熱コイルの外周部に配置された磁気シールド手段と、前記加熱コイルに供給される電力を制御する制御手段と、前記インバータ回路に供給される電力を検出する入力電力検出手段と、前記加熱コイルに出力される出力電流を検出する出力電流検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記入力電力検出手段により検出される入力電力値が所定の導通比において、第１の所定値より小さい場合は前記加熱コイルに供給される電力を停止するとともに、前記入力電力検出手段により検出される入力電力値が前記所定の導通比において、前記第１の所定値より大きく第２の所定値より小さい範囲内にあり、かつ前記出力電流検出手段により検出される出力電流値が第３の所定値より大きく第４の所定値より小さい範囲内にある場合に前記加熱コイルに供給される電力を予め定められた上限値よりも小さい電力に制限し、前記入力電力検出手段により検出される入力電力値が前記所定の導通比において、前記第１の所定値より大きく前記第２の所定値より小さい範囲内にあり、前記出力電流検出手段により検出される出力電流値が前記第３の所定値より小さい場合には、前記加熱コイルに供給される電力を抑制しないことを特徴とする。

本発明は、インバータ回路に過大電流が流れて故障する恐れのある場合には加熱コイルへの電力供給を停止してインバータ回路を保護できる。また、ナイフなどの小物を加熱することなく、加熱コイルに供給される入力電力から加熱コイルに対する被加熱物の大きさを判定して、加熱コイルに流れる電流を抑制するので、調理器外部に漏洩する磁束を低減することができる。さらに、電気抵抗が大きい材質の被加熱物の場合には、加熱コイルに供給される電力を小さくなるように制限しなくても漏れ磁束を低減できるので、制御手段の処理が簡単になる。

実施の形態１．
図１は、本発明の一実施形態にかかる誘導加熱調理器の構成を示す斜視図である。同図に示す誘導加熱調理器１は、誘導加熱調理器本体２の天面にトッププレート３が配置され、フレーム４にて本体２に保持されている。このトッププレート３の上面に表記された加熱範囲を示すサークル５、６、７は、被加熱物を加熱するための載置位置を示すものである。本体２の下部手前左側にはロースター８が引き出し自在に設けられており、魚などの焼き物料理等の調理が可能となっている。

本体下部手前右側には操作手段としての操作部９が設けられており、ここでの操作により、加熱出力の調整や調理器への設定などの操作・設定情報が入力可能である。さらに本実施形態においてはフレーム４の本体２手前側上面にも操作手段としての操作部１０が設けられており、この操作部１０での操作も加熱出力の調整や調理器への設定などの操作・設定情報が操作部９と同様に入力可能である。また、トッププレート３上面には、操作部９、１０で入力された操作・設定情報や出力中の火力を表示するための透明窓１１〜１６が設けられている。

図２は本発明の一実施形態にかかる誘導加熱調理器１のトッププレート３を取り外した上面図である。同図に示すようにトッププレート３の加熱範囲５の下部には加熱コイル１７が配置されている。同様にトッププレート３の加熱範囲６の下部には加熱コイル１８が、トッププレート３の加熱範囲７の下部には電気の通電により発熱するラジェントヒータ１９が配置されている。そして、電気の通電により磁束を発生させて被加熱物を誘導加熱する加熱コイル１７、１８の外周囲には、加熱コイル１７、１８の径よりわずかに大きな径を有するシールドリング２０、２１が配置されており、加熱コイル１７、１８が駆動した際に、これらの加熱コイルで発生される磁束がトッププレート３上のそれぞれの加熱範囲５または６に載置された被調理物以外の調理器１外部に漏洩することを低減するように構成されている。

また、図２において、誘導加熱調理器１は操作部９、１０で入力された操作・設定情報や出力中の火力を表示するための表示部２２〜２７を有している。表示部２２、２５、２７は液晶表示装置、表示部２３、２４、２６はＬＥＤ表示装置から構成されており、様々な情報を使用者に表示することができる。本実施形態では表示部２２、２３は加熱コイル１７に関連する情報を、表示部２４、２５はラジェントヒータ１９に関連する情報を、表示部２６、２７は加熱コイル１８に関連する情報をそれぞれ表示するもので、これらの表示部２２〜２７はそれぞれが図１に示した透明窓１１〜１６の該当位置に配置されている。また、図２における本体２内部の右上に記載された冷却装置２８は、本体２内部に設けられた電子部品や基板（図示せず）及び発熱した加熱コイル１７、１８やラジェントヒータ１９を冷却する冷却風を発生させるためのものである。

図３は、本実施形態における誘導加熱調理器１の加熱コイル１７を動作させるための構成を示すブロック図である。なお、本発明をわかり易く説明するため、ここでは加熱コイル１７を動作させる構成のみを代表して説明する。図３に示すように交流電源２９から供給される電力は、整流ダイオードブリッジ３０と平滑コンデンサ３１からなる直流電源回路３２で整流されて直流電力に変換される。直流電源回路３２は、直流電源の正負母線間に直列に接続された２つのスイッチング素子３３、３４を有するインバータ回路３５に電力を供給する。スイッチング素子３３、３４としてはＩＧＢＴなどが用いられる。インバータ回路３５は直流電源回路３２から供給される電力により高周波電力を発生させる。

加熱コイル１７と共振コンデンサ３６からなる負荷回路３７は、インバータ回路３５を構成する低電位側スイッチング素子３４と並列に接続されている。加熱コイル１７は、インバータ回路３５から供給される電力により被加熱物３８を電磁誘導加熱するものである。共振コンデンサ３６と並列に接続されたクランプダイオード３９は、加熱コイル１７と共振コンデンサ３６の接続点電位が直流電源負側母線の電位を下回らないようにクランプするものである。また加熱コイル１７の外周部には、加熱コイル１７で発生される磁束が調理器１外部に漏洩することを低減するための磁気シールド手段としてのシールドリング２０が配置されている。

制御手段４０はマイクロコンピュータ等から構成され、加熱コイル１７に供給される電力をインバータ回路３５の２つのスイッチング素子３３、３４を交互にオンオフする駆動信号を出力することで制御する。またインバータ回路３５に供給される電力は入力電力検出手段４１で検出され、その検出情報は制御手段４０に送信される。本実施形態では入力電力検出手段４１が交流電源２９と直流電源回路３２の間に設けられてインバータ回路３５に供給される電力を検出しているが、直流電源回路３２とインバータ回路３５の間でインバータ回路３５に供給される電力を検出する構成であっても良い。なお、交流電源２９と直流電源回路３２の間に設けられるのと、直流電源回路３２とインバータ回路３５の間に設けられるのでは、検出される電流がＡＣかＤＣかの違い有し、交流電源２９と直流電源回路３２の間に設けられるほうが、入力電力検出手段４１を簡易に構成できる。

また本実施形態における誘導加熱調理器１では、入力電力検出手段４１として、インバータ回路３５に供給される電流値を検出するように構成されている。通常、インバータ回路３５に供給されるまでの電力は、交流電源から供給される電圧値と同じである。よって、商用電源の規定電圧値を電圧として把握できるため、電流値を検出することでインバータ回路３５に供給される電力を検出することができる。これにより装置の簡易化を図れる上、コストを抑えることができる。

また、操作手段４２は、操作部９、１０から構成されるもので、使用者が入力した操作・設定情報が制御手段４０に送信され、その情報に基づき制御手段４０は加熱コイル１７の加熱出力を制御する。さらに制御手段４０は加熱コイル１７の出力状態や調理器の機器設定状態、動作状態などの様々な情報を表示部２２、２３等から構成される表示手段４３で表示する。

図４は、誘導加熱調理器１の加熱コイル１７、シールドリング２０、及び被加熱物である鍋３８の位置関係を説明するための断面図である。図４に示すように、加熱コイル１７の上に被加熱物である鍋３８が載置され、加熱コイル１７の外周部にシールドリング２０が配置されるので、加熱コイル１７と鍋３８やシールドリング２０はお互いに磁気結合している。このため、加熱コイル１７で発生する磁束により鍋３８が誘導加熱され、その他の調理器外部に漏洩する磁束はシールドリング２０によりキャンセルされ調理器外部に漏洩する磁束を低減する構成となっている。しかし、鍋３８の径が加熱コイル１７と比べて小さい場合には、鍋３８で覆われない加熱コイル１７部分で発生する磁束が、周辺部へ漏洩してしまう。これを防止するために、本発明にかかる誘導加熱調理器１は、制御手段４０が、入力電力検出手段４１により検出される入力電力値が第１の所定値より小さい場合は加熱コイル１７に供給される電力を停止するとともに、入力電力検出手段４１により検出される入力電力値が第１の所定値より大きく第２の所定値より小さい範囲内にある場合には、加熱コイル１７に供給される電力を予め定められた上限値よりも小さい電力に制限するように構成されている。

図５は制御手段４０から出力されるインバータ回路３５が備えた２つのスイッチング素子３３、３４を駆動する駆動信号について説明するための説明図である。本実施形態における誘導加熱調理器１の制御手段４０は同図（ａ）に示すように一定の周期Ｔ１を持つ駆動信号をスイッチング素子３３、３４に出力してスイッチング素子のオン・オフを制御することで加熱コイル１７に供給される電力を制御するもので、この周期Ｔ１の中でスイッチング素子３３のオン時間が長いほど加熱コイル１７に供給される電力が大きくなる。そして本実施形態における誘導加熱調理器１は、このオン時間がＴ１の５０％のときに加熱コイル１７に供給される電力が最大となる。つまり導通比率０．５が加熱コイル１７に供給される電力の上限値となっている。またスイッチング素子３３、３４は、スイッチング素子３３がオンのときにスイッチング素子３４がオフし、スイッチング素子３３がオフのときにスイッチング素子３３がオンする構成となっている。

図５（ｂ）は制御回路４０が出力する駆動信号の一例を示したものである。同図に示す例では、駆動信号の周期Ｔ１に対し、インバータ回路を構成する２つのスイッチング素子の高電位側スイッチング素子３３が導通するオン時間Ｔ２の比（Ｔ２／Ｔ１）が小さい低火力時の駆動波形である。図５（ｃ）も制御回路４０が出力する駆動信号の一例を示したもので、（ｃ）の例では（ｂ）より高電位側スイッチング素子３３が導通するオン時間Ｔ３の導通比率（Ｔ３／Ｔ１）が大きい（０．５に近い）駆動信号波形となっているため、(ｂ)より加熱コイル１７で出力される加熱出力は高火力出力となる。

本発明者らは、誘導加熱調理器の外部に漏れる漏れ磁束を低減するために鋭意研究を行ったところ、調理器の外部に漏れる漏れ磁束とインバータ回路に供給される入力電力値との間に相関関係があることを突き止めた。図６は、誘導加熱調理器１に径の大きなホーロー鍋、および、径の小さなホーロー鍋を載置して、インバータ回路３５に異なる導通比率で駆動信号を出力した場合に、誘導加熱調理器１周辺で検出される磁束密度のレベルを示すグラフである。なお図中の導通比率においてｂ、ｃと記載されたものは、図５に示す駆動信号（ｂ）（ｃ）に対応する導通比率である。

図６に示したように、インバータ制御手段４０からインバータ回路３５のスイッチング素子３３、３４に同じ導通比率の駆動信号を出力しても、誘導加熱調理器１上に載置された加熱コイル１７と磁気結合している鍋３８の径の大きさにより、誘導加熱調理器の周辺で検出される磁束密度は大きく異なる。鍋の径が小さい場合には鍋の径が大きい場合と比較して検出される磁束が大きくなっている。なお、ここで実験に用いた鍋径は径の大きい鍋として直径２０ｃｍのものを、径の小さい鍋として直径１２ｃｍのものを用いており、このときの加熱コイル１７の径は径の大きい鍋と同じ２０ｃｍであった。

また、図７は、誘導加熱調理器に径の大きなホーロー鍋を載置した状態、径の小さいホーロー鍋を載置した状態、および、鍋を載置しない状態で、インバータ回路３５に異なる導通比率で駆動信号を出力した場合に、入力電流がどのようなレベルになるかを示すグラフである。なお図中の導通比率においてｂ、ｃと記載されたものは、図５に示す駆動信号（ｂ）（ｃ）に対応する導通比率であることは図６と同じである。図７に示したように、入力電流は鍋の径に依存して変化し、制御手段４０により同一の導通比率で駆動信号を出力しても、径の小さな鍋を載置したほうが径の大きい鍋を載置した場合よりも入力電流が小さくなっている。これは、加熱コイル１７に流れる高周波電流により発生した磁束が、加熱コイル１７の上方に載置された鍋３８に鎖交し、鍋底に誘導渦電流を発生して発熱するとともに、その誘導渦電流により発生した磁束が、加熱コイル１７で発生した磁束を打ち消して磁束を低減するが、加熱コイル１７の面積に比べて小さい鍋が載置されている場合には、鍋底を通過せずに外周部に漏洩する磁束が増え、鍋の誘導加熱で消費される電力が減るため、外周部で測定される磁束密度は高くなり、また、径の大きな鍋と比較して入力電流検出回路で検出される電流は小さくなることに起因している。さらに鍋が載置されていない無負荷状態では、鍋の誘導渦電流による発熱で消費される電力が無いので、さらに入力電流は小さくなる。

このような実験の結果から、入力電力検出手段４１により検出される電力値、本実施形態では入力電流値によって、鍋径を推測することができるとともに、漏れ磁束がどの程度になるかも推測ができることが導き出せた。そして、スイッチング素子３３の導通比率が大きいほうが漏れ磁束も入力電流も大きくなっているので、所定の駆動条件（例えば図６（ａ）の駆動信号）において、入力電力検出手段４１で検出した電流のレベルが第１の所定値（例えば図７のＩ０）より小さければ、誘導加熱調理器に鍋が載置されていない無負荷状態や加熱に適さないナイフ等の小物が載置されている状態と判断し、制御手段４０はインバータ回路３５のスイッチング素子３３、３４への駆動信号出力を停止する。また、検出電流か第１の所定値Ｉ０より大きく、第２の所定値（例えば図７のＩ１）より小さい場合には小径の鍋が載置されていると判断し、小径鍋が載置されていると判断した場合には、制御手段４０は高火力となる駆動信号（例えば図５（ｃ）の駆動信号）を出力しないように、インバータ回路３５の高電位側スイッチング素子３３の導通比率を予め定められた最大の導通比率である０．５より小さな例えば導通比率ｂ（Ｔ２／Ｔ１）以下に制限する。さらに第２の所定値より大きな入力電流を検出した場合には大径の鍋が載置されていると判断し、導通比率を０．５まで可変でき、通常どおりの使用を可能とする。

このように構成することによって、インバータ制御手段３５が誘導加熱調理器１に載置した鍋３８の有無や、鍋径の大きさを判別し、無負荷やナイフなどの小物が載置されている場合は加熱を停止し、小径の鍋３８と判断した場合には駆動信号を制限することにより、ナイフなどの小物を加熱することなく、また、誘導加熱調理器１の周辺で検出される磁束密度を抑制し、ラジオ電波への障害等を低減する効果が得られる。

なお、第１の所定値Ｉ０としては、誘導加熱調理器１で使用可能な電気抵抗が比較的小さく、加熱コイル１７の径と略同じ径以上の鍋等を載置したときの入力電流（電力）に対して、１０％〜３０％、さらに好適には１５％〜２５％の範囲の値を設定するのが良い。この値が１５％より小さくしていくと、徐々にナイフやスプーンなどの小物の検知精度が悪化して行き、１０％より小さい値であると大きめのナイフやスプーンを加熱してしまう可能性もあるためである。逆に２５％を超えると徐々に加熱出力をとめなくて良い被加熱物に対しても出力をとめてしまう可能性が増大して行き、３０％より大きい値であると径の小さな鍋を載置しているのにもかかわらず、加熱を止めてしまい調理できないという可能性もあるためである。

また、第２の所定値Ｉ１としては、誘導加熱調理器１で使用可能な電気抵抗が比較的小さく、加熱コイル１７の径と略同じ径以上の鍋等を載置したときの入力電流（電力）に対して、５５％〜８０％、さらに好適には６０％〜７５％の範囲の値を設定するのが良い。この値が６０％より小さくしていくと、徐々に通電比が制限される鍋径が小さくなって行き、５５％より小さい値であると調理器外部に漏洩する磁束を低減するという効果を十分に発揮できないためである。逆に７５％を超えると鍋径が大きくなって行き、外部に漏洩する磁束は徐々に少なくなっていき、８０％より大きい値であると磁束が漏洩する危険はかなり小さいにもかかわらず、通電比が制限されて加熱出力が抑えられ調理時間が長引いてしまう可能性もあるためである。

なお、導通比率を予め定められた上限値よりも小さい導通比率に制限するための第１の所定値Ｉ０、第２の所定値Ｉ１の設定の方法としては、例えば所定の導通比率、ここでは仮にｂにおいてＩ０、Ｉ１を定めておくという形態と、０〜上限値までの各導通比率でＩ０、Ｉ１を定める、例えば計算式や、各導通比率でのＩ０、Ｉ１のグラフや表などを保持する形態であっても良い。所定の導通比率１点でＩ０、Ｉ１を定めておくという形態であれば、加熱開始初期に加熱出力の操作によらず数秒間所定の導通比率で加熱を行い、このときに鍋径を判定するように構成することで、アルゴリズムの簡易化を図ることができる。また０〜上限値までの各導通比率でＩ０、Ｉ１を定める形態であれば、常に被加熱物の鍋径を監視することが可能となり、例えば使用者が調理途中で大径の鍋を小径の鍋と置き換えてしまったりしても鍋径が小さくなった時点で導通比率を制限することができるため、より正確な制御が可能となる。

さらに、制限される導通比率としては、予め定められた上限値に対して３割〜７割の間で設定されるのが望ましい。図６に示したように導通比率の増加に伴い磁束密度も増加し、その増加率は鍋の径が小さいほど大きい。そのため、７割を超えると漏れ磁束低減の効果を十分に発揮できなくなってしまう。逆に３割より小さい値に設定すると、制限された導通比率による加熱出力が低すぎてしまい、調理時間が長くなりすぎてしまうためである。

実施の形態２．
図８は本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器１の加熱コイル１７を動作させるための構成を示すブロック図である。なお、同図において、実施の形態１と同じ構成要素に対応するものには同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態における加熱調理器１は前述の実施の形態１で説明した加熱調理器１と略同じ構成であるため、以下異なる部分について説明をする。

出力電流検出回路４４は、制御回路４０からインバータ回路３５に駆動信号を出力し、スイッチング素子３３、３４を交互に導通させた際に加熱コイル１７と共振コンデンサ３６で構成された負荷回路３７に流れる高周波電流を検出する出力電流検出手段である。加熱コイル１７、共振コンデンサ３６等で構成される負荷回路３７のインピーダンスは、誘導加熱調理器１に載置される鍋３８の材質や大きさにより大きく変動する。

例えば非常に電気伝導率の高い材料によって形成された鍋等の被加熱物が誘導加熱調理器１上に載置された場合、加熱コイル１７と磁気結合する鍋３８の負荷が小さいため負荷回路３７のインピーダンスが小さくなり、インバータ回路３５のスイッチング素子に過大電流が流れて故障の原因となる恐れもある。そこで、出力電流検出回路４４で出力電流値の第２の所定値としてのＩｂ（過電流保護閾値）以上の電流を検出した場合には、制御手段４０はスイッチング素子３３、３４への駆動信号を停止してインバータ回路３５を保護する。一方、負荷回路３７のインピーダンスが大きくなると、出力電流が流れにくくなる。

図９は本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器１にホーロー鍋や磁性ＳＵＳ鍋を載置した状態におけるインバータ回路駆動信号と出力電流レベルの関係を示すグラフである。負荷回路３７のインピーダンスが大きくなる例としては、磁性ＳＵＳ鍋等を誘導加熱調理器１に載置した場合がこれに当たる。図９に示すように、ホーロー鍋を載置して同じ駆動信号をインバータ回路３５に出力した場合と比較して出力電流が小さくなっているのがわかる。

図１０は本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器１にホーロー鍋や磁性ＳＵＳ鍋を載置した状態におけるインバータ回路駆動信号と入力電流レベルの関係を示すグラフ、図１１は本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器１にホーロー鍋や磁性ＳＵＳ鍋を載置した状態におけるインバータ回路駆動信号と誘導加熱調理器の周辺部で検出される磁束密度レベルの関係を示すグラフである。図１０、図１１に示すように、負荷回路３７のインピーダンスが大きくなると、入力電流や磁束密度は小さくなっている。これは、磁性ＳＵＳ鍋はホーロー鍋より電気抵抗が大きく、インバータ回路３５から見た加熱コイル１７等で構成される負荷回路３７のインピーダンスが大きくなっているために出力電流が減り、また、鍋で発生する誘導渦電流が小さくなって発熱量が減ったことに起因する。そしてこれらのデータから、同じ鍋径、同じ駆動信号の条件であっても、ホーロー鍋より磁性ＳＵＳ鍋を載置した場合に出力電流が小さくなるため、検出される磁束密度も小さくなることを突き止めた。

この結果から、負荷回路３７のインピーダンスが大きくなっているかどうかは、出力電流値で判断することができ、このインピーダンスが大きいかどうかで誘導加熱調理器１上に載置された鍋３８等の材質の電気抵抗が大きいかどうかを判断できる。そして、電気抵抗が大きい材質の鍋３８であれば、図１１に示すように、例えその径が小さかったとしても、誘導加熱調理器１の外部に漏れる磁束は電気抵抗の小さい材質で形成された径の大きい鍋と略同程度の漏れ磁束であるため、加熱コイル１７に供給される電力を予め小さい電力に制限しなくても、漏れ磁束を低減するという目的を達成することができる。

図１２は本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器１の所定の駆動信号における入力電流と出力電流と制御動作を説明する図である。前述の実験結果を受け、本実施形態における誘導加熱調理器１は、図１２に示すように制御手段４０は所定の駆動信号をインバータ回路３５に出力している際の出力電流がＩｂより大であればスイッチング素子保護のために駆動信号出力を停止し、入力電流がＩ０より小であれば載置鍋が無負荷か小物と判断して駆動信号出力を停止する。また、入力電流がＩ０より大でＩ１より小であり、出力電流がＩｂより小で出力電流検出手段で検出される電流値が第１の所定値Ｉａより大であれば高抵抗材質でない小径の鍋であると判断して駆動信号の導通比率を小さく制限（例えば図５（ｂ）の導通比率以下、あるいは、所定の入力電流や出力電流以下になる導通比率、等に制限）することで加熱コイルに供給される電力を予め定められた上限値より小さい電力に制限する。

このような構成により、本実施形態における加熱調理器１は制御手段４０が誘導加熱調理器１に載置した鍋３８の大きさや材質を判別し、無負荷やナイフ等の小物が載置されている場合は加熱を停止し、高抵抗材質でない小径の鍋と判断した場合には駆動信号を制限することにより、ナイフなどの小物を加熱することなく、誘導加熱調理器１の周辺で検出される磁束密度を抑制してラジオ電波への障害を低減するとともに、高抵抗材質の鍋に対しては加熱出力が抑制されないため、高抵抗材質の鍋を使用しても良好な加熱出力が得られ加熱時間が長引くことがなく調理を行うことができるなどの効果が得られる。

なお、前述の実験では、加熱コイル１７の直径が２０ｃｍ、ホーロー大径鍋、磁性ＳＵＳ大径鍋の直径が２０ｃｍ、ホーロー小径鍋、磁性ＳＵＳ小径鍋の直径が１２ｃｍのものを用いた。

また本実施形態において、出力電流検出手段により検出される出力電流値の第２の所定値Ｉｂとしては、スイッチング素子３３、３４の電流容量に、負荷回路３７のディレーティングを見込んだ値に設定されるのがよい。このように設定することによって、スイッチング素子に過電流が流れて故障を起こすことなどが防止され、回路を保護し得る。また、出力電流検出手段により検出される出力電流値の第１の所定値Ｉａとしては、誘導加熱調理器１で使用可能な電気抵抗が比較的小さく、加熱コイル１７の径と略同じ径以上の鍋等を載置したときの出力電流値に対して７５％〜９０％、さらに好適には８０％〜８５％の範囲で設定されるのが良い。この値が８０％より小さくしていくと、徐々に電気抵抗の大きい材料の被加熱物の認識精度が低下して行き、７５％より小さい値であると電気抵抗の大きい材料の被加熱物であるにもかかわらず、加熱コイルの出力を制限してしまい調理時間を無駄に伸ばしてしまう可能性が高くなるためである。逆に８５％を超えると徐々に電気抵抗の小さい材料の被加熱物の認識精度が低下して行き、９０％より大きい値であると電気抵抗の小さい材料の被加熱物であるにもかかわらず、加熱コイルの出力を制限せずに、漏洩磁束を低減するという効果を十分に奏さなくなってしまう。

なお、本実施形態において、出力電流検出手段により検出される出力電流値で被加熱物の電気抵抗の大きさを判断する構成とした。このような構成であると、検出機構が簡易化できるので簡単な回路で出力電流検出手段を構成でき、製造性が向上するとともにコストを抑えることができる。

実施の形態３．
図１３は本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器１の加熱コイル１７を動作させるための構成を示すブロック図である。なお、同図において、前述の各実施の形態と同じ構成要素に対応するものには同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態における加熱調理器１は前述の各実施の形態で説明した加熱調理器１と略同じ構成であるため、以下異なる部分について説明をする。

本実施形態における加熱調理器１は出力電圧検出手段である電圧検出回路４５を備えており、共振コンデンサ３６に発生する共振電圧を検出するように構成されている。この共振電圧においても前述の実施の形態２と同様の実験を行ったところ、各導通比率に対して、出力電圧（共振電圧）、入力電流、漏れ磁束とも、出力電流検出手段４４で得られた傾向とほぼ同傾向の変動を示し、制御回路４０から所定の駆動信号を出力している際の入力電流検出手段４１と出力電圧検出手段４５で検出される入力電流及び共振電圧から、前述の実施の形態２と略同様に調理器１を制御できることが見出された。

図１４は本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器１の所定の駆動信号における入力電流と出力電圧（共振電圧）と制御動作を説明する図である。同図に示すように本実施形態にかかる誘導加熱調理器１は、共振電圧が過電圧保護閾値としての第２の所定値Ｖｂより高い場合は駆動信号の出力を停止し、入力電流が第１の所定値Ｉ０より小さい場合は無負荷や小物と判断して駆動信号出力を停止し、入力電流が第１の所定値Ｉ０と第２の所定値Ｉ１の間の範囲であり、共振電圧が過電圧保護閾値である第２の所定値Ｖｂ以下で第１の所定値Ｖａ以上であれば、高抵抗材質でない小径の鍋であると判断して高電位側スイッチング素子３７の導通比率を制限することにより、大きな漏洩磁束の発生を防止するように構成している。

本実験においても、加熱コイル１７の直径が２０ｃｍ、ホーロー大径鍋、磁性ＳＵＳ大径鍋の直径が２０ｃｍ、ホーロー小径鍋、磁性ＳＵＳ小径鍋の直径が１２ｃｍのものを用いた。

また本実施形態において、出力電圧検出手段により検出される出力電圧値の第２の所定値Ｖｂとしては、共振コンデンサ３６の電圧容量に、負荷回路３７のディレーティングを見込んだ値に設定されるのがよい。このように設定することによって、共振コンデンサ３６に過電圧がかかり故障を起こすことなどが防止され、回路を保護し得る。また、出力電圧検出手段により検出される出力電圧値の第１の所定値Ｖａとしては、誘導加熱調理器１で使用可能な電気抵抗が比較的小さく、加熱コイル１７の径と略同じ径以上の鍋等を載置したときの出力電圧値に対して７５％〜９５％、さらに好適には８０％〜９０％の範囲で設定されるのが良い。この値を８０％より小さくしていくと、徐々に電気抵抗の大きい材料の被加熱物の認識精度が低下して行き、７５％より小さい値であると電気抵抗の大きい材料の被加熱物であるにもかかわらず、加熱コイルの出力を制限してしまい調理時間を無駄に伸ばしてしまう可能性が高くなるためである。逆に９０％を超えると徐々に電気抵抗の小さい材料の被加熱物の認識精度が低下して行き、９５％より大きい値であると電気抵抗の小さい材料の被加熱物であるにもかかわらず、加熱コイルの出力を制限せずに、漏洩磁束を低減するという効果を十分に奏さなくなってしまう。

なお本実施形態において、出力電圧検出手段により検出される出力電圧値で被加熱物の電気抵抗の大きさを判断する構成とした。このような構成であると、検出される出力電圧値（共振電圧値）が共振コンデンサ３６の積分値として検出されるため、安定性のある精度の高い計測が行え、制御の信頼性が向上する。

実施の形態４．
前述の各実施形態では、制御手段４０から生成する駆動信号の通電比率を制御する例を示したが、駆動周波数を制御することにより加熱出力を調整する方法で制御するようにしてもよい。このような構成であっても前述の各実施形態と同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
前述の各実施形態では、制御手段４０から生成する駆動信号の通電比率を制御する方法、駆動周波数を制御する方法で加熱出力を調整する制御を行う誘導加熱調理器について説明した。そして、加熱コイルに供給される電力を予め定められた上限値よりも小さい電力に制限する際には、ある特定の導通比率、周波数で制限することで制限していた。しかし、制御手段４０から出力される駆動信号が同一の導通比率または周波数で出力されても、実際の加熱コイル１７からの出力は、誘導加熱調理器１上に載置された被加熱物の電気抵抗の大きさや、直径の大きさなどによりまちまちとなる。そこで本実施形態では、加熱コイル１７に供給される電力を予め定められた上限値よりも小さい電力に制限する際に、加熱コイル１７から実際に出力される加熱出力の大きさで制限するように構成する。

図１５は加熱コイル１７の加熱出力レベルと火力の対応表である。同図に示すように、本実施形態における誘導加熱調理器１は、設定火力が０〜９まで定められており（０は図示なし）、それぞれの火力に対応した加熱コイル１７の加熱出力が定められている。これらの火力は使用者が加熱調理を行う際、操作手段４２である操作部９、１０により入力して火力を設定する。そして、操作手段４２からの入力により加熱コイル１７は、特定調理メニューとして湯沸し（火力９）が入力された場合には予め定められた最大加熱出力上限値である３０００ｗで出力可能である。また火力０〜８を指定入力することで０ｗ〜２５００ｗまでの間で所望の火力出力に設定することができる。なお、加熱出力０ｗとは図１５には示していないが、加熱コイルが駆動可能な状態でかつ加熱出力がない状態である。

加熱コイル１７で出力される加熱出力は、同一の加熱出力設定であっても誘導加熱調理器１上に載置された被加熱物により制御手段４０から出力する駆動信号の導通比率や周波数が異なるため、例えば火力１が入力された場合には、制御手段４０は加熱コイルからの加熱出力が１００ｗとなるように導通比率や周波数を調整して出力している。このため、前述の各実施形態のように、加熱コイル１７に供給される電力を予め定められた上限値よりも小さい電力に制限する際、ある所定の導通比率や周波数に制限すると誘導加熱調理器１上に載置された被加熱物によって、あるものは火力３に制限され、またあるものは火力５に制限されるというように使用者側から見える加熱出力がまちまちとなる。そこで本実施形態では加熱コイル１７に供給される電力を予め定められた上限値よりも小さい電力に制限する際、特定の設定火力、例えば火力５以下に制限する等、使用者側から見える加熱出力で制限を行う。

このように構成しても、前述の各実施形態で得られる効果と同様の効果が得られるとともに、本実施形態では、加熱コイル１７に供給される電力を予め定められた上限値よりも小さい電力に制限されても、最低限出力される火力出力を使用者が理解し易いため、調理器の使い勝手を向上することができる。

実施の形態６．
前述の実施形態２、３では、出力電流検出手段４４、出力電圧検出手段４５をそれぞれ単独で設けた例をあげて説明したが本発明はこれに限られるものではない。例えば出力電流検出手段４４と出力電圧検出手段４５の両者を設けて、出力電流検出手段４４及び出力電圧検出手段４５で検出される結果に基づいて調理器を制御する構成であれば、スイッチング素子３３、３４の過電流保護、共振コンデンサ３６の過電圧保護を行うことができるとともに、鍋３８の材質判別の精度が向上され、誘導加熱調理器１の使い勝手が向上される。このように前述の各実施形態を組み合わせたり、応用したりすることが可能である。

本発明の一実施形態にかかる誘導加熱調理器の構成を示す斜視図である。本発明の一実施形態にかかる誘導加熱調理器のトッププレートを取り外した上面図である。本発明の一実施形態にかかる誘導加熱調理器の加熱コイルを動作させるための構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態にかかる誘導加熱調理器の加熱コイル、シールドリング、及び被加熱物である鍋の位置関係を説明するための断面図である。本発明の一実施形態にかかる誘導加熱調理器の制御回路から出力されるインバータ回路が備えた２つのスイッチング素子を駆動する駆動信号について説明するための説明図である。本発明の一実施形態にかかる誘導加熱調理器に径の大きなホーロー鍋、および、径の小さなホーロー鍋を載置して、インバータ回路に異なる導通比率で駆動信号を出力した場合に、誘導加熱調理器周辺で検出される磁束密度のレベルを示すグラフである。本発明の一実施形態にかかる誘導加熱調理器に径の大きなホーロー鍋を載置した状態、径の小さいホーロー鍋を載置した状態、および、鍋を載置しない状態で、インバータ回路３５に異なる導通比率で駆動信号を出力した場合に、入力電流がどのようなレベルになるかを示すグラフである。本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器１の加熱コイル１７を動作させるための構成を示すブロック図である。本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器にホーロー鍋や磁性ＳＵＳ鍋を載置した状態におけるインバータ回路駆動信号と出力電流レベルの関係を示すグラフである。本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器にホーロー鍋や磁性ＳＵＳ鍋を載置した状態におけるインバータ回路駆動信号と入力電流レベルの関係を示すグラフである。本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器にホーロー鍋や磁性ＳＵＳ鍋を載置した状態におけるインバータ回路駆動信号と誘導加熱調理器の周辺部で検出される磁束密度レベルの関係を示すグラフである。本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器の所定の駆動信号における入力電流と出力電流と制御動作を説明する図である。本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器の加熱コイルを動作させるための構成を示すブロック図である。本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器１の所定の駆動信号における入力電流と出力電圧（共振電圧）と制御動作を説明する図である。本発明の他の一実施形態にかかる誘導加熱調理器１の加熱コイルの加熱出力レベルと火力の対応表である。

符号の説明

１誘導加熱調理器、２誘導加熱調理器本体、３トッププレート、４フレーム、５、６、７サークル、８ロースター、９、１０操作部、１１〜１６透明窓、１７、１８加熱コイル、１９ラジェントヒータ、２０、２１シールドリング、２２〜２７表示部、２８冷却装置、２９交流電源、３０整流ダイオードブリッジ、３１平滑コンデンサ、３２直流電源回路、３３、３４スイッチング素子、３５インバータ回路、３６共振コンデンサ、３７負荷回路、３８被加熱物、３９クランプダイオード、４０制御手段、４１入力電力検出手段、４２操作手段、４３表示手段、４４出力電流検出回路、４５出力電圧検出手段。

Claims

交流電源から供給される電力を整流して直流電力に変換する直流電源回路と、
前記直流電源回路から供給される電力により高周波電力を発生させるインバータ回路と、
前記インバータ回路から供給される電力により被加熱物を電磁誘導加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルで発生される磁束が調理器外部に漏洩することを低減するための前記加熱コイルの外周部に配置された磁気シールド手段と、
前記加熱コイルに供給される電力を制御する制御手段と、
前記インバータ回路に供給される電力を検出する入力電力検出手段と、
前記加熱コイルに出力される出力電流を検出する出力電流検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記入力電力検出手段により検出される入力電力値が所定の導通比において、第１の所定値より小さい場合は前記加熱コイルに供給される電力を停止するとともに、
前記入力電力検出手段により検出される入力電力値が前記所定の導通比において、前記第１の所定値より大きく第２の所定値より小さい範囲内にあり、かつ前記出力電流検出手段により検出される出力電流値が第３の所定値より大きく第４の所定値より小さい範囲内にある場合に前記加熱コイルに供給される電力を予め定められた上限値よりも小さい電力に制限し、
前記入力電力検出手段により検出される入力電力値が前記所定の導通比において、前記第１の所定値より大きく前記第２の所定値より小さい範囲内にあり、前記出力電流検出手段により検出される出力電流値が前記第３の所定値より小さい場合には、前記加熱コイルに供給される電力を抑制しないことを特徴とする誘導加熱調理器。
交流電源から供給される電力を整流して直流電力に変換する直流電源回路と、
前記直流電源回路から供給される電力により高周波電力を発生させるインバータ回路と、
前記インバータ回路から供給される電力により被加熱物を電磁誘導加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルで発生される磁束が調理器外部に漏洩することを低減するための前記加熱コイルの外周部に配置された磁気シールド手段と、
前記加熱コイルに供給される電力を制御する制御手段と、
前記インバータ回路に供給される電力を検出する入力電力検出手段と、
前記加熱コイルに出力される出力電圧を検出する出力電圧検出手段を備え、
前記制御手段は、前記入力電力検出手段により検出される入力電力値が所定の導通比において、第１の所定値より小さい場合は前記加熱コイルに供給される電力を停止するとともに、
前記入力電力検出手段により検出される入力電力値が前記所定の導通比において、前記第１の所定値より大きく第２の所定値より小さい範囲内にあり、かつ前記出力電圧検出手段により検出される出力電圧値が第３の所定値より大きく第４の所定値より小さい範囲内にある場合に前記加熱コイルに供給される電力を予め定められた上限値よりも小さい電力に制限し、
前記入力電力検出手段により検出される入力電力値が前記所定の導通比において、前記第１の所定値より大きく前記第２の所定値より小さい範囲内にあり、前記出力電圧検出手段により検出される出力電圧値が前記第３の所定値より小さい場合には、前記加熱コイルに供給される電力を抑制しないことを特徴とする誘導加熱調理器。
前記インバータ回路は加熱コイルの加熱出力を調整し得るスイッチング素子を有し、前記制御手段は、前記スイッチング素子を駆動する前記駆動信号の導通比を予め定められた上限値内で制御することで前記加熱コイルに供給される電力を制御し、前記加熱コイルに供給される電力を制限する場合には、前記駆動信号の導通比を前記上限値よりも小さい導通比に制限することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
前記制御手段は、前記加熱コイルで出力可能な予め定められた火力上限値内で制御し、前記加熱コイルに供給される電力を制限する場合には、前記加熱コイルで出力される火力を前記上限値よりも小さい火力に制限することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
前記入力電力検出手段は、前記インバータ回路に供給される電流値を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
前記インバータ回路の入力電流を検出する入力電流検出手段を備え、
前記制御手段は、加熱開始初期に所定時間、所定の導通比率で前記加熱コイルに電力を供給して加熱を行わせ、予め記憶手段に格納され、前記入力電流と前記インバータの導通比率と鍋の種類と鍋径と、前記入力電流検出手段が検出した入力電流とに基づいて前記被加熱物の鍋径を判断することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
前記制御手段は、０〜上限値までの各導通比率で複数の異なる入力電流値を閾値とし、これらの閾値に基づいて前記被加熱物の鍋径を判断することを特徴とする請求項６に記載の誘導加熱調理器。