JP2010040360A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】トッププレート上の任意の位置へ載置した鍋を加熱口の中心部へ誘導する機能を備えることで、加熱効率の低下を抑制し、利便性を向上させた誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】商用交流電源１、電源ヒューズ２、電流検出部３、商用交流電源１に並列接続されたコンデンサ４、及び整流回路６と、直流電源回路７が設けられている。高周波電源回路５０は、スイッチング素子８、９、１０及び１１はフルブリッジ型のインバータを構成し、その出力点に、加熱コイル２５及び共振コンデンサ１２が直列に接続されている。加熱コイル２５と共振コンデンサ１２の接続点と接地間にはリレー１８が接続されている。制御回路１４は、電流検出部３及び温度センサ１９等の検知結果を基に、直流電源回路７、スイッチング素子８、９、１０、１１及びリレー１８を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トッププレート上の任意の位置へ載置された鍋を加熱口の中心部へ誘導する機能を備えた誘導加熱調理器に関するものである。

従来の誘導加熱調理器は、鍋ずれ検知手段を備え、加熱口に対して鍋の載置位置のずれが所定値以上の場合は、使用者に鍋ずれを報知して加熱を停止する制御を行っている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−２９９０２４号公報（第２頁、図１）

従来の誘導加熱調理器は、加熱コイルに高周波電流を流すことで高周波磁界を発生させてコイル直上部の鍋底を誘導加熱していた。そのため、加熱コイルの鍋底径外のコイルに流れる電流が作る磁束は加熱に寄与せず、加熱効率が低下し、さらに、被加熱物に覆われていないコイル部分から磁束が洩れるという問題があった。
そのため、特許文献１の誘導加熱調理器は、加熱口に対して鍋の載置位置のずれが所定値以上の場合、加熱ムラの発生、火力の低下、加熱効率の低下及び漏洩磁束の増加等の不具合を回避するため、使用者に鍋ずれを報知すると共に加熱を停止する制御を行っていた。しかしながら、鍋ずれを検知して加熱が中断した場合、調理を再開するには使用者が鍋位置を修正し、かつ、調理再開の操作をしなければならないという利便性の問題があった。
また、視力の不自由な使用者に対しては、一般的には、トッププレート端に点字が設けられ、これを頼りにして加熱口の中心部に鍋を載置しなければならないので操作上の負担が大きいという問題があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、調理開始時あるいは調理中の鍋の載置位置を自動調整することによって、加熱効率の低下を抑制し、漏洩磁束を低減し、及び加熱ムラを低減して利便性を向上させた誘導加熱調理器を得るものである。
また、第２の目的は、調理開始時に、鍋の載置位置を自動調整し、もしくは、使用者がかざした鍋を加熱口に誘導する機能を追加することで使用者の利便性を向上させた誘導加熱調理器を得るものである。

本発明に係る誘導加熱調理器は、鍋が載置されるトッププレートと、前記トッププレートの下に配置され、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源部と、前記加熱コイルに直流電流を供給する直流電源部とを備え、前記加熱コイルに直流電流を供給する直流動作モードにおいて、前記直流電源部から前記加熱コイルに直流電流を供給することを特徴とするものである。

本発明によれば、前記誘導加熱調理器は、前記トッププレート上の鍋の載置位置を自動調整することができるため、鍋の載置位置のずれによる加熱効率の低下を抑制すると共に、磁束の漏洩を低減し、かつ、加熱ムラ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１を示す誘導加熱調理器の左加熱口の回路構成図である。図１において、商用交流電源１、電源ヒューズ２、商用交流電源１に並列接続されたコンデンサ４、及び整流回路６と、直流電源回路７が設けられている。電流検出部３は例えば電流用カレントトランスからなり、制御回路１４に接続されている。直流電源回路７は一般的な昇圧チョッパ回路等の公知のスイッチング電源回路である。高周波電源回路５０は、スイッチング素子８、９、１０、及び１１によってフルブリッジ型のインバータとして構成され、その出力点に、加熱コイル２５及び共振コンデンサ１２が直列に接続され、直列共振回路を構成している。加熱コイル２５と共振コンデンサ１２の接続点と接地間にはリレー１８が接続されている。１９は温度センサであり、トッププレート２１（後述の図２参照）を介して鍋底の温度を検知する。温度センサ１９の検知信号は制御回路１４に入力される。制御回路１４は、電流検出部３及び温度センサ１９等の検出結果を基に、直流電源回路７、スイッチング素子８、９、１０、１１及びリレー１８を制御する。また、制御回路１４は、電流検出部３からの検出結果をもとに、載置された鍋の材質を一般的な公知の方法で判定する。操作部１５、表示部１６及び発音部１７も制御回路１４により制御される。発音部１７は、音声、又は、音楽等を発生することで使用者に調理状態を報知する。

図２は、本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の上面図である。２１は、鍋を載置する耐熱性のトッププレートで、左加熱口２２、右加熱口２３、及び中央加熱口２４の合計３口の加熱口を有する。左加熱口２２及び右加熱口２３の下部には加熱コイル２５及び２６が設置されており、各加熱口上部に載置された鍋を加熱コイル２５及び２６から発生する高周波磁界により誘導加熱する。加熱コイル２５及び２６の中央部には、トッププレート２１を介して鍋底の温度を検知する温度センサ１９及び２０がそれぞれ配置されている。温度センサ１９及び２０は、例えば温度により抵抗値が変化するサーミスタである。１５は操作部でユーザによるスイッチの操作による火力の調整、加熱口の選択等が行われる。１６は液晶パネルで構成される表示部であり加熱状態等を表示する。

実施の形態１の誘導加熱調理器は、加熱コイル２５に直流電流を供給する動作モード（以下、直流動作モードという）と、加熱コイル２５に高周波電流を供給することにより高周波磁界を発生させて鍋底を誘導加熱する動作モード（以下、誘導加熱モードという）の２種類の動作モードを有しており、それぞれ異なる動作をする。各モードについて、以下で説明を行う。

図３は、本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の前記誘導加熱モードの動作を示す図である。誘導加熱モードは、一般的な公知のフルブリッジ型のインバータと同様の動作を行う。図３に示すタイムチャートにおける（１）〜（４）がインバータ回路の一周期に相当する。図の（１）ではスイッチング素子８を介して直流電源回路７から電流が供給される。（２）ではスイッチング素子９と１１とで閉回路が構成され、この間で電流が流れる。（３）、（４）では、（１）、（２）の動作を電流の向きを反転した形で繰り返される。（１）〜（４）の動作を繰り返すことで、加熱コイル２５には高周波電流が供給される。また、誘導加熱モードでは、リレー１８は常時オフに制御される。

図４は、本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の前記直流動作モードの動作を示す図である。直流動作モードでは、スイッチング素子８及びリレー１８が常時オン状態に制御されることで、直流電源回路７と接地間に閉回路が形成されるため、加熱コイル２５には直流電流が供給される。

図５は、本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の前記誘導加熱モード及び前記直流動作モードにおける加熱コイル２５の電流波形を示す図である。図５の（a）に示すように誘導加熱モードでは、加熱コイル２５には高周波電流が供給され、加熱コイル２５上に載置された鍋を誘導加熱する。また、図５の（b）に示すように、直流動作モードでは、加熱コイル２５には直流電流が供給されるため、加熱コイル２５からは一定磁界が発生するため電磁石として機能し、磁性材料の鍋は磁力で引きつけられる。

実施の形態１の誘導加熱調理器について説明を行う。図６は、本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の鍋の動作を示す図である。使用者によって、図６に示すようにトッププレート２１上の任意の位置に鍋２７が載置され、操作部１５の操作が行われると左加熱口２２を使用した調理が開始される。図７は、本発明の実施の形態１に示す誘導加熱調理器の加熱コイル２５の電流波形を示す図である。図７の時刻taで使用者による調理開始操作が行われると、まず、図１に示す電流検出部３で載置された鍋２７の材質が磁性か否かの判定が行われる。載置された鍋２７の材質が磁性と判定された場合、予め定められた一定期間ta-tb、誘導加熱調理器は直流動作モードで動作する。また、電流検出部３によって鍋２７の材質が非磁性と判定された場合には、直流動作モードは、鍋２７の載置位置の調整には寄与しないので、図１に示す制御回路１４は、直流動作モードを実施しない。直流動作モードでは、加熱コイル２５に直流電流が供給され、加熱コイル２５からは一様な磁界が発生して電磁石として機能するため、図６に示すように、鍋２７は左加熱口２２の中央部に向かって引き寄せられる。直流動作モードの動作中には、表示部１６は、現在、実施されている動作モードが直流動作モードであることを表示すると共に、発音部１７は、音楽もしくは音声で、現在、実施されている動作モードが直流動作モードであることを使用者に報知する。一定期間ta-tbが経過して図７の時刻tbに達すると、誘導加熱調理器は誘導加熱モードで動作する。誘導加熱モードでは、加熱コイル２５に高周波電流が供給されるため、加熱コイル２５の直上部の鍋２７の底は高周波磁界により誘導加熱される。図７の時刻tcで使用者による操作部１５の調理終了の操作が行われると、誘導加熱調理器は動作を停止する。

以上の構成により、加熱コイル２５に直流電流を一定期間供給する直流動作モードを備えたことにより、鍋２７の載置位置を左加熱口２２の中央部に誘導することができるため使用者の利便性を向上させ、鍋２７の載置位置のずれによる加熱効率の低下を抑制すると共に、漏洩磁束を低減し、かつ、加熱ムラを低減することができる。また、高周波電源部の出力点に接続された加熱コイル２５と共振コンデンサ１２の接続点と接地間にリレー１８を設けたことにより、加熱コイル２５に高周波電流と直流電流を切り替えて供給することができる。また、直流動作モードの動作期間は、発音部１７より音もしくは音声を発生することで、使用者に誘導加熱調理器が直流動作モードで動作していることを報知することができる。また、直流動作モードの動作期間は、表示部１６に光もしくは文字を表示することで、使用者に誘導加熱調理器が直流動作モードで動作していることを報知することができる。また、直流動作モードは、調理開始操作が行われた直後の一定期間であるため、鍋２７への誘導加熱動作が開始する前に鍋２７の位置を加熱口の中央部に誘導することができる。そして、電流検出部３によって鍋２７の材質が非磁性と判定された場合に、制御回路１４は直流動作モードを実施しない、あるいは、誘導加熱モードを実施しないことによって、無駄なエネルギー消費を回避することができる。

なお、実施の形態１では、直流動作モードの動作期間ta-tbは、予め定められた一定期間としたが、例えば、使用者が操作部１５の操作ボタンを押下している期間継続するようにして、任意の時間に設定できる構成としてもよい。また、実施の形態１では、高周波電源回路５０は、スイッチング素子を４つ使用した、一般的なフルブリッジ型のインバータとしたが、スイッチング素子を２つ使用した一般的なハーフブリッジ型のインバータとしても、同上の効果を得ることができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る誘導加熱調理器について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。図８は、本発明の実施の形態２を示す誘導加熱調理器の加熱コイル２５の電流波形を示す図である。

実施の形態１と同様に、使用者により鍋２７がトッププレート２１上に載置され、操作部１５の操作により調理が開始される。実施の形態１と異なり、図８に示すように、誘導加熱調理器は、調理期間中に直流動作モードと誘導加熱モードの動作期間が一定間隔で繰り返されるよう制御される。直流動作モードでは、加熱コイル２５は電磁石として機能するため、使用者による調理中の鍋振りや食材投入により鍋２７の位置が左加熱口２２の中央部からずれた場合、鍋２７の載置位置を左加熱口２２の中央部へ向かうように一定間隔で自動調整しながら調理が進められる。また、温度センサ１９は、一定間隔でトッププレート２１を介して鍋２７の底の温度を検知している。制御回路１４は、温度センサ１９による検知値が、予め設定された閾値よりも高い場合は、鍋２７及びその内容物が高温状態となっているものと判断して、直流動作モードを行わないよう制御する。

以上の構成により、誘導加熱調理器は、調理期間中に一定間隔で直流動作モードが実施されるよう制御されることにより、調理中の鍋２７のずれを補正し、加熱効率の低下を抑制し、漏洩磁束を低減し、及び加熱ムラを低減することができる。また、制御回路１４は、鍋２７の温度の検知値が設定された閾値よりも高い場合は、直流動作モードでの鍋２７の移動動作を行わないよう制御するため、高温となった内容物の飛び散り等を防ぎ、使用者に対する危険を防止することができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る誘導加熱調理器について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。図９は、本発明の実施の形態３を示す誘導加熱調理器の鍋２７の設置状態を示す図である。

実施の形態１と同様に、図７の時刻taにて使用者による操作部１５の操作により調理が開始されると、制御回路１４は予め定められた一定期間ta-tbの間、直流動作モードを実施する。実施の形態１と同様に、直流動作モードでは、表示部１６の表示と、発音部１７の音声ガイドにより、直流動作モードの動作期間であることが使用者２９に報知される。使用者２９は、図７の一定期間ta-tbに、実施の形態１では鍋２７を載置した状態で位置の誘導を行ったのに対し、実施の形態３では、図９に示すように鍋２７をトッププレート２１上にかざし、鍋２７の設置を行う。加熱コイル２５からは一定の磁界が発生し電磁石として機能しているため、使用者２９はかざしている鍋２７に対して左加熱口２２の中央部方向へ吸引力を感じる。そして、使用者２９はこの吸引力に従って鍋２７を載置することで、鍋２７の左加熱口２２中央部への設置が容易となる。図７の時刻tbに達すると誘導加熱モードに移行して、鍋２７の加熱調理が時刻tcまで継続される。

以上の構成により、直流動作モードは、調理開始操作が行われた直後の一定期間、継続するように構成したため、使用者２９は鍋２７の設置時に左加熱口２２の中央方向に吸引力を感じるため、鍋２７の設置時の補助とすることができ、利便性を向上することができる。

なお、実施の形態３では、直流動作モードの動作期間ta-tbは、予め定められた一定期間としたが、例えば、使用者２９が操作部１５の操作ボタンを片手で押下している期間、直流動作モードが継続するように構成し、その継続時間を任意に設定できる構成としても、同上の効果を得ることができる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４に係る誘導加熱調理器について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。図１０は、本発明の実施の形態４を示す誘導加熱調理器の左加熱口２２の回路構成を示す図である。

図１０において、高周波電源回路５１は、共振コンデンサ１２が加熱コイル２５に対して並列に接続され、その接続点と接地間に開閉可能なスイッチング素子２８を配置した、一般的に公知である一石電圧共振インバータとして構成されている。実施の形態１と異なるのは、高周波電源回路５１は、直流電源回路７に対して加熱コイル２５と接地間に共振コンデンサ１２が挿入されていない回路構成のため、加熱コイル２５に直流電流を供給する際に共振コンデンサ１２をバイパスするためのリレーが不要な点である。図１０のタイムチャートに示すように、誘導加熱モードではスイッチング素子２８が高周波でオンオフ制御されることで加熱コイル２５に高周波電流が供給されると共に、直流動作モードではスイッチング素子２８がオン状態に維持されることで加熱コイル２５に直流電流が供給される。

以上の構成により、加熱コイル２５と共振コンデンサ１２の並列共振回路の接続点と接地間に開閉可能なスイッチング素子２８を設けたことにより、加熱コイル２５に高周波電流と直流電流を切り替えて供給することができる。また、高周波電源回路５１を構成するスイッチング素子２８に、実施の形態１におけるリレー１８の機能を担わせることで、前記の回路構成の他に追加する部品がない構成での制御によって加熱コイル２５に直流電流を供給することができる。

なお、耐圧が低いスイッチング素子２８を使用する場合は、直流動作モードの時だけリレー又はスイッチング素子等を用いて共振コンデンサ１２と並列に第２の共振コンデンサを接続するか、あるいは、直流動作モード終了時に一時的に加熱コイル２５を短絡させる第２のスイッチング素子を加熱コイル２５と並列に接続するようにしてもよい。

本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の左加熱口の回路構成図である。 本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の上面図である。 本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の誘導加熱モードの動作を示す図である。 本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の直流動作モードの動作を示す図である。 本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の誘導加熱モード及び直流動作モードにおける加熱コイルの電流波形を示す図である。 本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の鍋の動作を示す図である。 本発明の実施の形態１を示す誘導加熱調理器の加熱コイルの電流波形を示す図である。 本発明の実施の形態２を示す誘導加熱調理器の加熱コイルの電流波形を示す図である。 本発明の実施の形態３を示す誘導加熱調理器の鍋の設置状態を示す図である。 本発明の実施の形態４を示す誘導加熱調理器の左加熱口の回路構成を示す図である。

符号の説明

１ 商用交流電源、２ 電源ヒューズ、３ 電流検出部、４ コンデンサ、６ 整流回路、７ 直流電源回路、８、９、１０、１１ スイッチング素子、１２ 共振コンデンサ、１４ 制御回路、１５ 操作部、１６ 表示部、１７ 発音部、１８ リレー、１９、２０ 温度センサ、２１ トッププレート、２２ 左加熱口、２３ 右加熱口、２４ 中央加熱口、２５、２６ 加熱コイル、２７ 鍋、 ２８ スイッチング素子、 ２９ 使用者、 ５０、５１ 高周波電源回路。

Claims (13)

1. 鍋が載置されるトッププレートと、
   前記トッププレートの下に配置され、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源部と、
   前記加熱コイルに直流電流を供給する直流電源部とを備え、
   前記加熱コイルに直流電流を供給する直流動作モードにおいて、前記直流電源部から前記加熱コイルに直流電流を供給することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記高周波電源部の出力点に接続された前記加熱コイル及びコンデンサの直列共振回路と、
   前記加熱コイルと前記コンデンサとの接続点と接地間に設けられた開閉可能なリレー回路と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 前記直流動作モードでは、前記リレー回路をオン状態で維持すると共に、前記高周波電源部を構成するスイッチング素子のうちの一つをオン状態に維持し、前記直流電源部から前記高周波電源部を介して前記加熱コイルに直流電流を供給することを特徴とする請求項２記載の誘導加熱調理器。
4. 前記直流電源回路の出力点に接続された前記加熱コイル及び前記コンデンサの並列共振回路と、
   前記加熱コイルと前記コンデンサとの接続点と接地間に設けられた開閉可能なリレー回路と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
5. 前記リレー回路として、前記高周波電源部を構成するスイッチング素子を用いることを特徴とする請求項４記載の誘導加熱調理器。
6. 前記直流動作モードでは、前記リレー回路をオン状態で維持することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の誘導加熱調理器。
7. 音もしくは音声を発する音声発生手段を備え、
   前記音声発生手段は、前記直流動作モードの期間中に、音もしくは音声を発生することで使用者に前記直流動作モードを報知することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
8. 光または文字を表示する表示手段を備え、
   前記表示手段は、前記直流動作モードの期間中に、光もしくは文字を表示することで使用者に前記直流動作モードを報知することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
9. 使用者が調理状態を操作する操作手段を備え、
   前記直流動作モードは、使用者による前記操作手段の調理開始操作が行われた直後の予め定められた一定期間継続して実施されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
10. 使用者が調理状態を操作する操作手段を備え、
    前記直流動作モードは、使用者による前記操作手段の調理開始時における操作により任意の期間継続して実施されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
11. 前記直流動作モードは、調理中に一定間隔で実施されることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
12. 載置された鍋の温度を検知する鍋温度検知手段を備え、
    前記鍋温度検知手段が、閾値以上の前記鍋の温度を検知した場合には、前記直流動作モードは実施されないことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
13. 載置された鍋の材質を判定する鍋材質判定手段を備え、
    前記鍋材質判定手段が、載置された前記鍋の材質が非磁性と判定した場合には、前記直流動作モードは実施されないことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の誘導加熱調理器。

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