JP2010153060A - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】略同一平面に配置され、異なる円心を有する複数の加熱コイルのうち、最も近接して配置される二つの加熱コイルの最短距離は加熱コイルの半径以下とし、少なくとも二つの加熱コイルを同時に動作して一つの鍋を加熱する場合は、二つの加熱コイルに流れる電流は同一周波数とし、且つ同期を取るとともに、電流の位相差がπ/2〜0の間とすることにより、鍋を均一に加熱することができる誘導加熱装置を提供することとなる。
【選択図】図2
Description
よる加熱コイルからの発熱の問題により、加熱コイルに流すことができる電流が減るため、高い電力を出力することができないという課題を有していた。
加熱コイルに流れる電流の位相差がπ〜π/2の間である状態と、π/2〜0の間である状態とを切り替える。
低数である一つであっても異なる二つのインバータ間で位相差を作り出すことができるため、安価なインバータ構成であっても均一に加熱することができる誘導加熱調理器を実現することが可能になる。
周に一つ配置する構成の方が本発明においては有効である。
図1は、本発明の実施の形態1の誘導加熱調理器の構成を示すブロック図である。トッププレート11はガラスやセラミックなどの電気絶縁物からなる。トッププレート11の下方には図2に示す複数の加熱コイル12が配置されるが、図1では、複数の加熱コイル12の中から代表して、最も近接して配置される2つの加熱コイル13を図示している。複数の加熱コイル12の上面とトッププレート11の下面との距離は鍋と加熱コイルの結合の関係から10mm以内が現実的である。
コイル間距離aが2cmのデータにおいて、4cm〜6cmでやや温度上昇が落ち込んでいる部分は殆ど平坦か、やや膨らみを持った状態となる。
図10に、本発明の実施の形態2の誘導加熱調理器の構成を示す。図1に示す誘導加熱
調理器の構成と異なるのは、位相差切替部18を有する点である。図10に示す位相差切替部18は、一つのインバータから近接する2つの加熱コイル13の両方の加熱コイルに電力を供給する場合において、インバータ14と2つの加熱コイルのうちの片方の加熱コイルとの接続間にリレーを有し、接続を物理的に切り替えている。本実施の形態に示した位相差切替部18により、近接する2つの加熱コイル13に流れる電流の位相差は0またはπの二通りを実現することができる。
インバータ14は複数のインバータで構成してもよい。その場合、複数のインバータのうちの個々のインバータには、少なくとも一つの加熱コイルの接続が必須となる。インバータの数がn個、加熱コイルの数がk個の場合、k個の加熱コイルをn個に分割することにより、一つのインバータに少なくとも一つの加熱コイルが接続することができる。ここで、n≦kである必要があり、n=kのときは、一つの加熱コイルに一つのインバータが接続される状態になる。
図13は、本発明の実施の形態4の、近接する2つの加熱コイル13に高周波電流を流すためのインバータ14の回路図を示す。商用電源19をダイオードブリッジ20で全波整流した電源を、フィルタ部21を介してインバータ部22に供給する。インバータ部22は、定周波数電力変換(VPCF)回路の典型的な回路であるSEPP回路である。第1のスイッチング素子23と第2のスイッチング素子24のペア、及び第3のスイッチング素子25と第4のスイッチング素子26のペアが排他的にオンオフ動作をすることにより、左加熱コイル27や右加熱コイル28には高周波電流が流れる。図13における第1〜第4のスイッチング素子はIGBTにより構成されており、ゲート信号g1〜g4をIGBTのゲートに入力することによりオンオフ動作を行う。
図16は、実施の形態5における、一つの鍋を加熱する加熱コイルの数と電流の向きの関係を示す図である。
図17は、2つの加熱コイル13が発生する磁界が協調しているときの、2つの加熱コイル13の断面図を示す。磁界を協調させると、図6の実線の矢印のように磁界の大ループが形成され、その結果、加熱コイル間(領域A)直上の鍋17へ磁界が十分に与えられ、鍋17の中心部が強く加熱する。このとき、加熱コイルからトッププレート11を介した鍋17の加熱面では磁界が協調されるが、加熱コイル線の間である領域Aにおいては、左側の加熱コイルから発生する図面上方から下方に向いている磁界と、右側の加熱コイルから発生する図面下方から上方に向いている磁界とが打ち消し合い、合成された磁界は小さくなる。従って、図18に示すように、加熱コイルに流れる電流Iaと電流Ibが同じ方向の場合、加熱コイルの配置面近傍においては、領域Aでの漏洩する磁界は殆どなくなるため、安全性の高い調理器を提供することができる。また、領域Bにおいても、領域Aと比較すると漏洩磁界は増大するものの、一つの加熱コイルで一つの鍋を加熱するものと比較すると格段に漏洩磁界を低減することが可能となる。
用者が位置する場所から最も近い筐体の一辺と略平行になるように配置されている。これにより、図18で示した漏洩磁界の少ない領域Aや領域Bに使用者が位置することになり、安全性を高めることができる。特に、ペースメーカーを取り付けている使用者や磁気に弱い腕時計などを身に付けている使用者が誘導加熱調理器を操作して調理する際には、誤動作を防止する効果が高くなり、安全に調理できる誘導加熱調理器を提供できる。
図20は、4つの加熱コイルで一つの鍋を加熱する誘導加熱調理器の、加熱コイルと防磁リングの配置関係を示す。
図21は、同一鍋において、位相差θを0とπで動作させたときの動作周波数と加熱電力の関係を示す。ここで、図13のSEPP回路において、第1のスイッチング素子23と第2のスイッチング素子24、第3のスイッチング素子25と第4のスイッチング素子26の導通比(Duty)は、それぞれ一定としている。
すように、加熱電力のピーク点の動作周波数は低くなる。スイッチング損失の低減のため、ゼロ電圧ソフトスイッチング動作を行うために、共振周波数よりも動作周波数のほうを高くして動作させることが必須であるということを勘案すると、協調動作では打ち消し合いの動作よりもインバータの動作周波数を低くしなければ定格電力を出力できなくなる可能性が生じるため、磁界の協調の動作では打ち消し合いの動作よりも動作周波数を低くする。
図22は、第1のスイッチング素子23と第2のスイッチング素子24の導通状態と非導通状態の割合である時比率Dutyを0.5以外に変化させたときの、2つの近接する加熱コイルに流れる電流波形を示す。ここで、第3のスイッチング素子25と第4のスイッチング素子26の時比率Dutyも0.5以外に変化させている。
12 複数の加熱コイル
13 最も近接して配置される2つの加熱コイル
14 インバータ
15 制御部
16 操作部
17 鍋(被加熱物)
18 位相差切替部
19 商用電源
20 整流部
21 フィルタ部
22 インバータ及び負荷
23 第1のスイッチング素子
24 第2のスイッチング素子
25 第3のスイッチング素子
26 第4のスイッチング素子
27 左加熱コイル
28 右加熱コイル
29 吸排気口
30 IHクッキングヒータ(筐体)
31 装置使用者の位置
32 防磁リング
Claims (9)
- 鍋を載置するためのトッププレートと、前記トッププレートの下方に略同一平面に配置され、異なる円心を有する複数の加熱コイルと、前記複数の加熱コイルに電力を供給するインバータと、前記インバータの出力を制御する制御部と、前記制御部に加熱の開始/停止や火力設定などを指示する操作部と、を有し、前記複数の加熱コイルのうち、最も近接して配置される二つの加熱コイルの最短距離は加熱コイルの半径以下とし、少なくとも前記二つの加熱コイルを同時に動作して一つの鍋を加熱する場合は、前記二つの加熱コイルに流れる電流は同一周波数とし、且つ同期を取るとともに、電流の位相差がπ/2〜0の間であることを特徴とする誘導加熱調理器。
- 位相差切替部を有し、前記二つの加熱コイルに流れる電流の位相差がπ〜π/2の間である状態と、π/2〜0の間である状態とを切り替えることを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。
- 前記インバータは複数のインバータから成り立ち、前記複数の加熱コイルを前記複数のインバータの数だけの加熱コイル群に分け、同一加熱コイル群内の加熱コイルを直列または並列に接続し、前記加熱コイル群ごとに1対1で対応させた前記インバータに接続することを特徴とする請求項1または2に記載の誘導加熱調理器。
- 位相差の切り替えは、前記複数のインバータ間において、前記インバータを構成するスイッチング素子が導通状態や非導通状態に遷移するタイミングをずらすことにより行うことを特徴とする請求項3に記載の誘導加熱調理器。
- 一つの鍋を加熱するために動作する加熱コイルの数は偶数個とすることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の誘導加熱調理器。
- 同時に動作する前記複数の加熱コイルのうち、誘導加熱調理器を操作する場所から最も近くで動作する前記二つの加熱コイルは、操作する場所から最も近い筐体の一辺と略平行になるように配置することを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の誘導加熱調理器。
- 漏洩磁界を低減するための防磁リングを有し、前記防磁リングは、同時に動作して一つの鍋を加熱する可能性がある全ての加熱コイルを囲うように配置することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の誘導加熱調理器。
- 前記二つの加熱コイルに流れる電流の位相差がπ/2〜0の間のときの動作周波数は、電流の位相差がπ〜π/2の間のときの動作周波数よりも高いことを特徴とする請求項2に記載の誘導加熱調理器。
- 電力の調節は、前記インバータを構成するスイッチング素子の導通時間、Duty、または動作周波数の少なくとも一つを変化して行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の誘導加熱調理器。
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