JP2010232196A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】小径鍋に対しても加熱効率が高く、安全性の高い誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】被加熱体の載置位置が表示された天板と、天板の下方に載置位置の中心軸近傍に配置され、被加熱体を単独で加熱可能な中央加熱コイル２０と、中央加熱コイル２０の周辺に近接して配置された周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄと、中央加熱コイル２０および周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄに高周波電圧を印加するインバータ回路６と、インバータ回路６の出力を制御する制御部１７とを備え、中央加熱コイル２０と周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄとに逆周回方向に高周波電圧を印加する。
【選択図】図９

Description

本発明は，複数の加熱コイルを１つの加熱口とする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には、複数の小加熱コイルを同一平面上に近接配置して直列に接続し、互いの隣接部分においてそれぞれに流れる電流が同一方向を向くように構成したものがある。したがって、小加熱コイルに流れる電流により生ずる磁束は、その隣接部分においてお互いに打ち消し合うことなく重畳するので、大径の鍋を加熱する場合には加熱効率が高く、加熱むらが少ない誘導加熱を行うことができる（例えば，特許文献１参照）。

実開平３−３３９９３号公報（第４頁、第２図）

しかしながら、前述した従来の誘導加熱調理器は、小径鍋を加熱する場合、加熱する鍋が上方に位置しない加熱コイルに対しても上方に鍋が位置する加熱コイルと同等にコイル電流が流れるので、加熱口周辺に磁束が漏洩し、加熱効率が低下する課題がある。
また、複数の小加熱コイルが直列に接続されているため、各加熱コイルに発生する電圧が加算されるので、近接して配置される加熱コイル間に高い電圧が生じる場合があり、加熱コイル間の高い絶縁性を確保する必要があった。

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、小径鍋に対しても加熱効率が高く、安全性の高い誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱体の載置位置が表示された天板と、天板の下方に載置位置の中心軸近傍に配置されて被加熱体を単独で加熱可能な中央加熱コイルと、中央加熱コイルの周辺に近接して配置された複数の周辺加熱コイルと、中央加熱コイルおよび複数の周辺加熱コイルに高周波電圧を印加するインバータ回路と、インバータ回路の出力を制御する制御部とを備え、中央加熱コイルと複数の周辺加熱コイルとに、逆周回方向に高周波電圧を印加している。

また、本発明に係る誘導加熱調理器は、中央加熱コイルに流れる高周波電流を検出する中央電流検出手段と、周辺加熱コイルに流れる高周波電流を検出する周辺電流検出手段とを備え、制御部は、中央加熱コイルに流れる高周波電流に対する周辺加熱コイルに流れる高周波電流が所定の範囲より低下したときには、インバータ回路を制御して周辺加熱コイルへの高周波電圧の印加を停止している。

また、本発明に係る誘導加熱調理器は、複数の周辺加熱コイルの個々の加熱コイルを並列に接続している。

また、本発明に係る誘導加熱調理器は、中央加熱コイルの外終端と周辺加熱コイルの外終端とを接続している。

また、本発明に係る誘導加熱調理器は、中央加熱コイルを、前記複数の周辺加熱コイルと比べ、大径とし、その巻数を少なくしている。

本発明によれば、中央加熱コイルと複数の周辺加熱コイルとに、逆周回方向に高周波電圧を印加するようにしたので、天板上方に大径の被加熱体を載置した場合には、隣接する加熱コイルに流れる高周波電流により生ずる高周波磁束がお互いに打ち消し合うことなく重畳し、天板に載置された被加熱体に鎖交することになる。これにより、加熱効率が高く、加熱むらも少なくすることができる。
また、天板上方に小径の被加熱体を載置した場合には、被加熱体の底部が上方に位置して磁気結合する中央加熱コイルのインダクタンスが小さくなってその加熱コイルに大きな高周波電流が流れ、被加熱体の底部が上方に位置しない周辺加熱コイルのインダクタンスが大きくなってその加熱コイルに流れる高周波電流は抑制される。これにより、本調理器周辺への漏洩磁界の増大や加熱効率の低下を抑制することができる。
さらに、周辺加熱コイルへの通電を停止し、中央加熱コイル単独で加熱することができるので、小径の被加熱体を加熱する際の本調理器周辺への漏洩磁界を低減することが可能である。

また、中央電流検出手段で検出した中央加熱コイルに流れる高周波電流に対する周辺電流検出手段で検出した周辺加熱コイルに流れる高周波電流が所定の範囲より低下したときに、制御部がインバータ回路を制御して周辺加熱コイルへの高周波電圧の印加を停止するので、中央加熱コイルには磁気結合するが周辺加熱コイルには磁気結合しない小径の被加熱体が天板上方に載置された場合に、周辺加熱コイルへの通電を停止し、中央加熱コイル単独で加熱することができる。これにより、加熱効率の低下を抑制し、本調理器周辺への漏洩磁界を低減することが可能である。

また、複数の周辺加熱コイルの個々の加熱コイルを並列に接続したので、被加熱体の底部が上方に位置して磁気結合する周辺加熱コイルのインダクタンスが小さくなってその加熱コイルに大きな高周波電流が流れ、被加熱体の底部が上方に位置しない周辺加熱コイルのインダクタンスが大きくなってその加熱コイルに流れる高周波電流が抑制されるので、本調理器周辺への漏洩磁界の増大や加熱効率の低下を抑制することができる。

また、中央加熱コイルの外終端と周辺加熱コイルの外終端を接続したので、中央加熱コイルと周辺加熱コイル間に高電圧が生じず、安全性を高くすることができる。

また、中央加熱コイルを複数の周辺加熱コイルと比べて大径とし、その巻数を少なくしたので、周辺加熱コイルより広い被加熱体の底部を加熱する中央加熱コイルのインダクタンスを低くして加熱電力を大きくし、加熱むらの増大を抑制することができる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。 実施の形態１における加熱コイルと鍋との位置関係を示す模式図である。 実施の形態１の他の形態を示す加熱コイルの配置図である。 実施の形態１の他の形態を示す誘導加熱調理器の回路構成図である。 本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。 実施の形態２における加熱コイルと鍋との位置関係を示す側面図である。 本発明の実施の形態３における誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。 実施の形態３の他の形態を示す加熱コイルの配置図である。 本発明の実施の形態４における誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。 実施の形態４における加熱コイルと鍋との位置関係を示す模式図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。
図１において，交流電源１に接続される直流電源回路２は、整流回路３とチョークコイル４および平滑コンデンサ５から構成され、交流電源１が印加されたときに交流電力を直流電力に変換する。直流電源回路２の出力側に設けられたインバータ回路６は、直流母線間に直列に接続されたスイッチング素子７、８と、各スイッチング素子７、８にそれぞれ逆並列に接続された逆並列ダイオード９、１０とで構成され、各スイッチング素子７、８の動作に基づいて直流電源回路２の出力である直流電力を高周波電力に変換し、例えば４個の加熱コイル１２ａ〜１２ｄと共振コンデンサ１３とから構成される共振回路１１に高周波電圧を印加する。

前述した加熱コイル１２ａ〜１２ｄは、同等の径・巻数で形成され、本調理器の天板に表示された被加熱体（例えば鍋）の載置位置の下方に格子状に近接して配置されている。これら加熱コイル１２ａ〜１２ｄは、互いに隣接する加熱コイルと導体の巻回方向が逆方向に巻回されており、各内周端がインバータ回路６の出力端であるスイッチング素子７、８の接続点に接続され、外周端は、お互いに接続されて、共通の共振コンデンサ１３を介して直流電源出力の低電位側母線に接続され、加熱コイル１２ａ、１２ｃが互いに並列に接続された状態となっている。したがって、加熱コイル１２ａ〜１２ｄには、インバータ回路６の出力電圧と共振コンデンサ１３に生ずる共振電圧との差分の同一電圧がそれぞれ印加されることになる。また、各加熱コイル１２ａ〜１２ｄの巻回方向と接続状態とから、加熱コイル１２ａ、１２ｄと加熱コイル１２ｂ、１２ｃには、逆巻回方向に高周波電圧が印加されるので、加熱コイル１２ａ、１２ｄと加熱コイル１２ｂ、１２ｃには逆方向の高周波電流が流れることになる。

入力電流検出回路１４は、直流電源回路２の一方の入力側に設置され、本調理器への入力電流を検出する。出力電流検出回路１５は、低電位側母線に設置され、共振回路１１に流れる出力電流を検出する。ドライブ回路１６は、インバータ回路６を構成するスイッチング素子７、８を交互に駆動するパルス信号を出力する。制御部１７は、本調理器全体の制御を行うもので、設定火力に応じてドライブ回路１６を制御する。

次に、鍋との位置関係による加熱コイルの作用について図２を用いて説明する。図２は実施の形態１における加熱コイルと鍋との位置関係を示す模式図である。なお、（ａ）（ｃ）は上面から見た加熱コイルと鍋の位置関係を示し、（ｂ）（ｄ）は側面から見た加熱コイルと鍋の位置関係を示している。
（ａ）・（ｂ）に示すように、天板１８上の鍋１９が４個の加熱コイル１２ａ〜１２ｄに対して均等に磁気結合する位置に載置された場合は、各加熱コイル１２ａ〜１２ｄのインピーダンスがほぼ同等の値となる。この場合、各加熱コイル１２ａ〜１２ｄには、同じ高周波電圧が印加されるので、各加熱コイル１２ａ〜１２ｄに導体の巻回方向に沿ってほぼ同等の高周波電流が流れる。この高周波電流により生じる高周波磁束は、互いに打ち消し合うことなく重畳し、天板１８に載置された鍋１９に鎖交する。

一方、（ｃ）・（ｄ）に示すように、鍋１９が加熱コイル１２ｃ・１２ｄ側の方にずれて載置された場合は、加熱コイル１２ａ・１２ｂは加熱コイル１２ｃ・１２ｄと比較して鍋１９との磁気結合が弱くなりインダクタンスが大きくなる。その結果、加熱コイル１２ａ・１２ｂに流れる高周波電流は加熱コイル１２ｃ・１２ｄに流れる高周波電流と比較して抑制されて小さくなるので、鍋１９と鎖交せずに本調理器周辺に漏洩する高周波磁界は抑制される。

以上のように実施の形態１によれば、複数の加熱コイル１２ａ〜１２ｄを、互いに隣接する加熱コイルと導体の巻回方向が逆方向になるように配置したので、加熱コイルの隣接側に流れる高周波電流の方向が同一となり、このため、高周波電流による高周波磁束が互いに打ち消し合うことなく重畳し、加熱効率が高く、加熱むらが少ないという効果がある。

また、４個の加熱コイル１２ａ〜１２ｄに対して共振コンデンサ１３を共通にしたので、加熱コイル１２ａ〜１２ｄ毎に共振コンデンサを使用する場合と比較べコストの低減や、回路の小型化が容易となり、各加熱コイル１２ａ〜１２ｄに印加する高周波電圧も同一にできるので、各加熱コイル１２ａ〜１２ｄに流れる高周波電流もほぼ同一位相となり、安定した制御が可能となる。

さらに、加熱コイル１２ａ〜１２ｄの外周端がお互いに接続され、同電位に保たれるので、隣接する加熱コイル１２ａ〜１２ｄ間に高電圧がかからなくなり、このため、安全性が高く、加熱コイル１２ａ〜１２ｄ間の絶縁性能を高度に保持する必要が無い。

なお、前記の実施の形態１では、加熱コイルが４個の場合を示したが、例えば図３に示したように４個以外の加熱コイルを使用してもよく、それらの加熱コイルを並列に接続し、隣接する加熱コイルに互いに逆方向に高周波電圧を印加すればよい。また、図４に示すように、各加熱コイル１２ａ〜１２ｄに対する共振コンデンサをそれぞれ独立して設けるようにしてもよい。この場合も各加熱コイル１２ａ〜１２ｄの外周端を接続して同電位とし、インバータ回路６の出力端側に接続することにより、隣接する加熱コイル１２ａ〜１２ｄ間に高電圧が生じるのを回避することができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、格子状に配置された４個の加熱コイル２１ａ〜２１ｄの中央に加熱コイルを加えたものであり、以下、図５および図６を用いて説明する。図５は本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。なお、図１、２で説明した実施の形態１と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。

図５おいて，中央加熱コイル２０は、加熱コイル２１ａ〜２１ｄ（以下、「周辺加熱コイル」という）と同等の径・巻数で形成され、天板の下方に鍋の載置位置の中心軸を中心として配置されている。この中央加熱コイル２０は、周辺に近接して配置された周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄの巻回方向と逆方向に巻回されており、その内周端がインバータ回路６の出力端であるスイッチング素子７、８の接続点に接続され、外周端が相互に接続されて、共通の共振コンデンサ１３と接続され、中央加熱コイル２０と周辺加熱コイル１２ａ〜１２ｄが互いに並列に接続された状態になっている。したがって、中央加熱コイル２０と周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄの隣接側に大きな電圧が生じず、また、中央加熱コイル２０と周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄには、逆巻回方向の高周波電圧が印加されるので、互いに逆方向の高周波電流が流れる。なお、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄは、導体の巻回方向が同じであるため、同一方向の高周波電流が流れる。

次に、鍋との位置関係による加熱コイルの作用について図６を用いて説明する。図６は実施の形態２における加熱コイルと鍋との位置関係を示す側面図である。なお、（ａ）は大径鍋を載置したときの加熱コイルとの位置関係を示し、（ｂ）は小径鍋を載置したときの加熱コイルとの位置関係を示している。
（ａ）に示すように、大径鍋１９ａを天板１８に載せた場合、大径鍋１９ａが中央加熱コイル２０と磁気結合するだけでなく、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄとも磁気結合しており、磁気結合の度合いは中央加熱コイル２０の方が周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄよりも多少強い状態である。この場合は、中央加熱コイル２０のインダクタンスが周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄのインダクタンスよりも少し小さく、中央加熱コイル２０に周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄよりも少し大きい高周波電流が流れる。

一方、（ｂ）に示すように、小径鍋１９ｂを天板１８に載せた場合は、小径鍋１９ｂが中央加熱コイル２０とは磁気結合するが、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄ上には、殆ど載っていない状態であるため、殆ど磁気結合していない状態になっている。この場合は、中央加熱コイル２０のインダクタンスと比較して周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄのインダクタンスが大幅に大きくなり、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄに流れる高周波電流は大幅に抑制されて低下する。その結果、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄに流れる高周波電流により生じる高周波磁束は、小径鍋１９ｂと鎖交せず、本調理器周辺に漏洩する高周波磁束も周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄに流れる高周波電流が抑制される分、少なくなる。

以上のように実施の形態２においては、中央加熱コイル２０に流れる高周波電流と周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄに流れる高周波電流が逆方向に流れるので、その隣接側で同一方向に高周波電流が流れ、その高周波電流による磁界がお互いに打ち消しあうことがないので効率よく、加熱むらを抑えて加熱することができる。

また、鍋と磁気結合した中央加熱コイル２０に大きな高周波電流が流れ、磁気結合していない周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄに流れる高周波電流は抑制されるので、本調理器周辺に漏洩する高周波磁束を抑制でき、小径鍋１９ｂに対する加熱効率の低下を抑制することができる。

さらに、中央加熱コイル２０の外周端と周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄの外周端は相互に接続されて同電位となるので、中央加熱コイル２０と周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄ間に高電圧は生じず、その分、安全性が高い。

なお、前記の実施の形態２では、中央加熱コイル２０は周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄと比較して、鍋と強く磁気結合してインダクタンスが小さくなり、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄより大きなコイル電流が流れる場合が多いので、中央加熱コイル２０の冷却を周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄの冷却より強化することにより、加熱コイル部の温度バランスを改善し、信頼性を高めることができる。

実施の形態３．
前述した実施の形態２では、中央加熱コイル２０と周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄの径・巻数を同一としたが、実施の形態３は、図７に示すように、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄより中央加熱コイル２０ａの径を大きく、その巻数を少なくしたものである。中央加熱コイル２０ａの径を周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄの径より大きくした場合には、中央加熱コイル２０ａに流れる高周波電流により加熱する鍋底面積は、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄに流れる高周波電流により加熱する鍋底面積より相対的に広くなるが、中央加熱コイル２０ａの巻数を減らして中央加熱コイル２０ａに流れる高周波電流を増やし、中央加熱コイル２０ａの加熱電力を大きくすることにより、加熱むらの増大を抑制することができる。

なお、実施の形態２、３では、図８（ａ）に示すように、天板１８の下方に鍋の載置位置１８ａの中心軸を中心として中央加熱コイル２０ａを配置し、その中央加熱コイル２０ａの周辺に近接して４個の周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄを配置したことを述べたが、図８（ｂ）に示すように、６個の周辺加熱コイル２１ｅ〜２１ｊを中央加熱コイル２０ａの周辺に近接して配置しても良いし、また、同図（ｃ）に示すように、３個の周辺加熱コイル２１ｋ〜２１ｍを中央加熱コイル２０ａの周辺に近接して配置しても良い。

実施の形態４．
図９は本発明の実施の形態４における誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。なお、図７で説明した実施の形態３と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
図９において、中央電流検出手段１５ａは、中央加熱コイル２０ａと共振コンデンサ１３との間に設置され、中央加熱コイル２０ａに流れる高周波電流を検出する。周辺電流検出手段１５ｂは、インバータ回路６のスイッチング素子７、８の接続点と４個の周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄの接続点との間に設置され、その４個の周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄに流れる高周波電流を検出する。開閉手段２２は、インバータ回路６のスイッチング素子７、８の接続点と周辺電流検出手段１５ｂとの間に挿入され、常閉のスイッチである。本実施の形態４の制御部１７は、中央電流検出手段１５ａにより検出された高周波電流に対して、周辺電流検出手段１５ｂによって検出された高周波電流が所定の範囲より低下したときに開閉手段２２を開にする周辺加熱コイル切り離し手段を備えている。

次に、鍋との位置関係による加熱コイルの作用について図１０を用いて説明する。図１０は実施の形態４における加熱コイルと鍋との位置関係を示す模式図である。なお、（ａ）（ｃ）は上面から見た加熱コイルと鍋の位置関係を示し、（ｂ）（ｄ）は側面から見た加熱コイルと鍋の位置関係を示している。
（ａ）・（ｂ）に示すように、天板１８に表示された載置位置１８ａに大径鍋１９ａを載せた場合、大径鍋１９ａが中央加熱コイル２０と磁気結合するだけでなく、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄとも磁気結合し、中央電流検出手段１５ａにより検出された中央加熱コイル２０の高周波電流に対して、周辺電流検出手段１５ｂによって検出された周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄの高周波電流の大きさは所定の範囲の値となる。

一方、（ｃ）・（ｄ）に示すように、天板１８の載置位置１８ａに小径鍋１９ｂを載せた場合は、中央加熱コイル２０とは磁気結合するが、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄ上には、殆ど載っていない状態であるため、殆ど磁気結合していない状態になっている。この場合は、中央電流検出手段１５ａにより検出された中央加熱コイル２０の高周波電流に対して、周辺電流検出手段１５ｂで検出された周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄの高周波電流の大きさは大幅に抑制され、所定の範囲より低下する。この場合、制御部１７の制御によって常閉の開閉手段２２が開となり、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄをインバータ回路６の出力から切り離し、周辺加熱コイル２１ａ〜２１ｄに流れる高周波電流を遮断する。
これにより、本調理器周辺に漏洩する高周波磁束を抑制でき、小径鍋１９ｂに対する加熱効率の低下をより抑制することができる。

１ 直流電源回路、６ インバータ回路、１１ 共振回路、１２ａ〜１２ｄ 加熱コイル、１３ 共振コンデンサ、１４ 入力電流検出回路、１５ 出力電流検出回路、
１５ａ 中央電流検出手段、１５ｂ 周辺電流検出手段、１６ ドライブ回路、１７ 制御部、１８ 天板、１８ａ 鍋の載置位置、１９ 鍋、１９ａ 大径鍋、１９ｂ 小径鍋、２２ 開閉手段。

Claims (5)

1. 被加熱体の載置位置が表示された天板と、
   前記天板の下方に載置位置の中心軸近傍に配置され、前記被加熱体を単独で加熱可能な中央加熱コイルと、
   前記中央加熱コイルの周辺に近接して配置された複数の周辺加熱コイルと、
   前記中央加熱コイルおよび複数の周辺加熱コイルに高周波電圧を印加するインバータ回路と、
   前記インバータ回路の出力を制御する制御部とを備え、
   前記中央加熱コイルと前記複数の周辺加熱コイルとに、逆周回方向に高周波電圧を印加することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記中央加熱コイルに流れる高周波電流を検出する中央電流検出手段と、
   前記周辺加熱コイルに流れる高周波電流を検出する周辺電流検出手段とを備え、
   前記制御部は、前記中央加熱コイルに流れる高周波電流に対する前記周辺加熱コイルに流れる高周波電流が所定の範囲より低下したときには、前記インバータ回路を制御して前記周辺加熱コイルへの高周波電圧の印加を停止することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 前記複数の周辺加熱コイルの個々の加熱コイルを並列に接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の誘導加熱調理器。
4. 前記中央加熱コイルの外終端と前記周辺加熱コイルの外終端を接続したことを特徴とする請求項３記載の誘導加熱調理器。
5. 前記中央加熱コイルを、前記複数の周辺加熱コイルと比べ、大径とし、その巻数を少なくしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の誘導加熱調理器。

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