JP2010518550A

JP2010518550A - 誘導ホブ

Info

Publication number: JP2010518550A
Application number: JP2009547535A
Authority: JP
Inventors: クリスティアンブロイニンガー，; アルブレヒトエイバー，; マーティンノイマイヤー，
Original assignee: ヴィーエムエフヴュルテンバーギッシュメタルヴァーレンファグリクアーゲー
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2010-05-27
Also published as: EP2127478B1; EP2127478A1; US20100170893A1; WO2008092476A1; DE502007005236D1; EP2127478B2; ATE483347T1

Abstract

本発明は、電磁加熱電力を供給するために高周波交流電流が供給される誘導コイル（３）と、高周波交流電流を発生させるための発生装置（４）とを備える、調理器具（１０）を誘導加熱するための誘導ホブ（１）に関する。調理器具（１０）で発現するノイズを防止するために、コイル（３）を通じて流れる高周波交流電流の振幅変調を平滑化する或いは排除するための手段（５）が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１および請求項８の前文に係る誘導ホブおよび調理器具を誘導加熱するための方法に関する。

そのような誘導ホブは、従来技術から知られており、益々重要になっている。誘導ホブは誘導コイルを含んでおり、この誘導コイルを通じて高周波交流電流が流れる。通常使用される誘導周波数は約２５〜５０ｋＨｚの範囲内にある。誘導加熱の場合、コンバータは、通常、低周波幹線電流を高周波交流電流へと変換する。誘導コイルは、通常、例えばガラスセラミックで形成されるホブの下側に設けられる。電流を伝導する誘導コイルは交番磁場を発生させる。交番磁場は、調理器具の強磁性材料（例えばクロム鋼）中に強力な渦電流を誘導し、上記渦電流が材料の急速な加熱をもたらす。渦電流は、底部の薄い表面層中だけを流れる。誘導調理器具の底部は、強磁性層から構成されており、渦電流の侵入深さを除いて、より良好な（横方向）熱分布を達成するように高い熱伝導率を有する材料から構成されている。

従来のホブと比べた誘導ホブの利点は、調整の変化に応じた非常に短い反応時間、比較的冷たいホットプレート、特に短い調理時間の場合のエネルギの節約、および、低価格において見ることができる。

それにもかかわらず、誘導ホブは欠点も伴う。１つの欠点は、可聴周波数帯域内にあり且つ不愉快なノイズすなわちハミングを引き起こす乱れた振動を調理器具が発現する場合があるという事実において見ることができる。今まで、調理器の固有周波数が大きな振幅を引き起こし、したがって、騒々しいノイズの発現をもたらす場合があるため、調理器具の固有周波数が決定的な因子であると考えられてきた。ノイズの発現に関しては、原因と結果との間を区別する必要がある。ノイズの原因は、ホブによる調理器具の励振であり、結果は、それ自体、機械的振動によって引き起こされる調理器具のノイズ発現として現れる。調理器具で講じられる措置、例えば共振周波数のシフト、または、振動減衰措置、例えば調理器具の外周に弾性バンド等を取り付けることなどは、大きな変化を何らもたらさなかった。

以上に鑑みて、本発明の目的は、誘導ホブ上の調理器具のノイズ発現を減少させ或いは排除する誘導ホブおよび方法を提供することである。

本発明によれば、この目的は、請求項１および請求項８の特徴によって達成される。

本発明によれば、誘導ホブは発生装置を備え、発生装置は、コイルを通じて流れる高周波交流電流の振幅変調を平滑化する或いは排除するための手段を備える。語句「振幅変調を平滑化する或いは排除するための手段」は、一方では、発生される振幅変調が平滑化され或いは排除されることを意味し、あるいは、誘導ホブが幹線電流を用いて動作される場合であってもそのような振幅変調が発生されないことを意味する。

ホブを用いて行なわれる検査によれば、誘導コイルは高周波誘導周波数で振動するが、この振動は例えば５０Ｈｚの周波数（例えば、幹線周波数およびその倍数）を有する低周波成分を用いて変調されることが分かった。振幅変調は、複数の振動の重ね合わせに起因する。そのため、振幅変調された交流電流は、磁場を形成するためのそれぞれの振動回路の動作周波数に加えて、他の周波数成分、例えば、
ａ）整流器によって発生される平滑化されない脈動「ＤＣ電流」からの成分、及び／又は、
ｂ）ホブの電力制御からの成分
も含む。

調理器具の反応が、磁場を生成するために使用される高周波誘導周波数に基づいているとは限らないが、この反応が、誘導周波数の包絡線を規定する振幅変調をもたらす振動の重ね合わせによって調整されることが分かった。この包絡線は、対称である必要はなく、例えば、傾斜していてもよく、及び／又は、更なる調和振動数によって重ね合わされてもよく、不規則であってもよい。

本発明に係る高周波交流電流が振幅変調されず或いは高周波交流電流の振幅変調が平滑化され或いは排除されるという事実に起因して、調理器具の励振、したがって、それにより発生されるノイズが減少され或いは防止される。つまり、ノイズ問題を容易に解決できるということになる。

発生装置は、ＡＣ整流器および振動回路生成器を備えることができる。ＡＣ整流器は、低周波幹線電流からＤＣ電流を発生させる。本発明の好ましい実施形態によれば、平滑化する或いは排除するために使用される上記手段は、ＡＣ整流器によって発生される平滑化されていないＤＣ電流が平滑化されるようにＡＣ整流器と関連付けられる。したがって、振動回路が電源から低周波成分を何ら受けないため、高周波交流電流の振幅変調の原因が排除される。

また、平滑化する或いは排除するための上記手段が振動回路生成器と関連付けられれば有益である。

本発明によれば、振動回路生成器に振動回路制御器が設けられ、振動回路における低周波振動が回避されるように電力制御が実行される。したがって、振動回路においては、例えば適切な制御アルゴリズムによって、電力制御により生じる低周波振動を回避することができる。つまり、この場合も、高周波交流電流に対する低周波振動の重ね合わせが回避されるということになる。しかしながら、高周波交流電流の振幅変調は、振動回路生成器において適切な回路技術を使用することにより平滑化され或いは排除されてもよい。例えば振動回路生成器に平滑化されたＤＣ電流が供給されない場合には、平滑化されないＤＣ電流によって引き起こされる振幅変動が補償されるように電力制御を行なうことができる。これは、例えば振動回路におけるパルス幅制御によって行なうことができる。

有利な実施形態によれば、平滑化する或いは排除するための手段は約４０％〜１００％の平滑化因数を有する。更に好ましい実施形態によれば、平滑化因数は７０％〜１００％の範囲内にある。平滑化因数が１００％の場合、振幅変調は０である。このとき、高周波交流電流は２つの平行なライン間にある。平滑化が行なわれない場合、包絡線は、周期的に生じるゼロ点経路を有する。平滑化因数が０％よりも大きい場合には、周期的に生じるゼロ点経路が包絡線に現れず、それにより、この場合には、ハミングノイズをかなり減少させることができる。

本発明によれば、交番磁場は、ノイズの発生が無いように或いはノイズの発生が減少されるように調理器具を振動させる。

以下、図１〜図１３を参照して、本発明を更に詳しく説明する。

本発明に係る誘導ホブの概略的な構造デザインを示している。従来技術に係るホブの誘導コイルを通じて流れる振幅変調された高周波交流電流を概略的に示している。振幅変調された交流電流に応じた鍋の反応の概略表示を示している。誘導信号の測定値およびそれに伴う調理器具の動作の包絡線のグラフ表示を示している。誘導励振および調理器具の動作のスペクトル内容を示している。交番磁場を測定するための測定装置を示している。部分的に平滑化された振幅変調を伴う包絡線の概略表示を示している。測定された包絡線および鍋の応答を示している。振幅変調の完全平滑化を概略表示で示している。完全平滑化およびそれによって起こる鍋の反応を伴う測定値を示している。振動回路生成器に供給される整流されて平滑化された電流または電圧の振幅を時間の関数として概略的に示している。ＡＣ整流器によって発生される平滑化されない電流を概略的に示している。振動回路生成器に供給される部分的に平滑化された電流を示している。整流器の使用を伴わない、振動回路生成器に供給される電流のプロファイルを時間の関数として示している。本発明の一実施形態を示している。本発明の他の実施形態を示している。本発明の更に他の実施形態を示している。

図１は本発明に係る誘導ホブを示している。誘導ホブ１は、例えばガラスセラミックから形成される調理領域２を備える。ここでは、調理領域に調理用鍋１０が配置され、上記調理用鍋１０は、少なくともその下側の薄い表面層１１が強磁性材料、例えばクロム鋼から形成される。渦電流の侵入深さを除き、調理用鍋１０は、より良好な熱分布を達成するために更に高い熱伝導率を有する材料から構成されてもよい。調理領域２の下側には誘導コイル３が配置される。誘導コイル３には高周波交流電流が供給され、それにより、高周波交番磁場１２が形成される。

結果として生じる交番磁場１２は、鍋１０の底部の下側の薄い表面層１１に渦電流を誘導し、上記渦電流が材料の急速な加熱を引き起こす。

また、本発明に係る誘導ホブは、コイル３に供給される高周波交流電流を発生させるための発生装置４を備える。図１１および図１２に示されるように、発生装置４は、例えば、幹線からの交流電流を直流電流へと変換するＡＣ整流器２０を備える。ＡＣ整流器は例えばブリッジ回路を含んでいてもよい。また、発生装置４は、以下で更に詳しく説明するように、適切な振動回路制御器を有する振動回路生成器８、および、振幅変調を平滑化する或いは排除するための手段５も備える。振動回路生成器８は公知の様態で高周波交流電流を発生させ、振動回路制御器２１は、コイル制御の振幅プロファイル、すなわち、コイルの電力消費量を例えば制御変数として及び基準変数としてそれぞれ使用できる電力制御を実行する。

例えば、低周波幹線電流がＡＣ整流器２０および振動回路生成器８によって高周波交流電流へと変換される場合には、誘導コイルが高周波誘導周波数で振動するが、高周波交流電流が例えば５０Ｈｚの周波数で振幅変調される。図２は、従来技術に係る誘導コイルの振幅変調された交流電流の包絡線を概略的に示している。

振幅変調された交流電流は、磁場を形成するための振動回路の動作周波数に加えて、他の周波数成分、例えば、
ａ）ＡＣ整流器によって発生される平滑化されたＤＣ電流からの成分、および、
ｂ）ホブの電力制御からの成分
も含む。
これは、前述した振幅変調された交流電流をもたらす。

図２は、振幅高さを時間の関数として包絡線の形態で示している。図から明らかなように、振動の振幅は周期的に増減する。振幅変調の周波数は、ここでは、例えば５０Ｈｚおよびその倍数となり得る。コイルが振動する誘導周波数は、コイルを通じて流れる高周波交流電流の周波数に対応する。誘導周波数は例えば２０ｋＨｚを超える高い周波数を有し、一方、電流またはライン振幅の包絡線は、例えば２０ｋＨｚよりもかなり低い周波数を有し、すなわち、人間の耳の周波数帯域に入る。

調理器具の反応は、引き起こされた誘導周波数のみに基づかず、重ね合わされた周波数、すなわち、周期的に変化する振幅の包絡線を形成する振幅変調にも基づいている。この包絡線は、対称である必要はなく、例えば、傾斜していてもよく、及び／又は、更なる調和振動数によって重ね合わされてもよく、不規則であってもよい。

図３は誘導励振に応じた鍋の反応を示している。図３から明らかなように、鍋、すなわち、調理器具１０も振幅変調にしたがって振動するように周期的に励振される。この周期的な励振がノイズ発現の原因である。図３では、鍋の反応がハッチングで示されており、振幅変調された交流電流が図２に示される交流電流プロファイルに対応する。調理器具の振動周波数は、誘導周波数を含む最大で該誘導周波数までの多くの周波数成分を含む。また、可聴範囲の発生音も広い周波数スペクトルを含む。

図４は、測定された交番磁場１２および調理器具１０が振動する測定された動作の包絡線を示している。破線が調理器具の振動挙動を示しており、一方、実線が振幅変調された誘導励振の包絡線を示している。ここでは、最大７０ｋＨｚの範囲のレーザドップラー振動測定法によって市販の鍋の振動応答が測定された。

図５は、図４に係る調理器具の振動および誘導励振のスペクトル内容を示しており、誘導周波数が実線によって表わされ、一方、調理器具周波数が破線で表わされている。この表示では、交流電流を発生させるための振動回路周波数が示されていない。ここでは、振動応答が最大１５００Ｈｚの範囲まで示されている。調理器具によるノイズ発生を減少させ或いは防止するため、本発明に従って振幅変調が平滑化され或いは完全に排除される。平滑化因数が高ければ高いほど、調理器具の励振が低くなる。そのため、本発明は、コイルを介した鍋の高周波誘導励振の振幅変調を平滑化する或いは排除するための手段５を与える。このことは、誘導コイル３を通じて流れる高周波交流電流の振幅変調が平滑化され或いは排除され或いは更には全く生み出されないことを意味する。

図６ａは、例えば電圧／電力振幅または振動回路における電流振幅の部分的に平滑化された包絡線の概略表示を示している。

平滑化因数が１００％である場合には、図７ａから分かるように、当該振幅プロファイルを画定する２つの平行な線だけを見ることができる。

平滑化因数は約４０〜１００％の範囲内であることが好ましい。しかしながら、更に小さい平滑化因数に応じてノイズの減少を認識することもできる。包絡線がｔ軸を通過するゼロ点経路を有する場合には、平滑化因数が０％である。平滑化された振幅変調の場合には、包絡線の周期的に生じるゼロ点経路が存在しない。振幅の平均的な増減ΔＡは、平滑化の場合、最大振幅Ａ_ｍａｘの最大６０％までの範囲内にあることが好ましい。ここで、ΔＡ＝Ａ_ｍａｘ−Ａ_ｍｉｎである。平滑化因数：（１−ΔＡ／Ａ_ｍａｘ）・１００。

図６ｂおよび図７ｂでは、交番磁場が時間の関数として測定された。この測定は、図６に示される測定装置によって行なわれた。この装置では、調理領域２と鍋の底部との間に導体ループ３０が組み込まれた。測定の目的のため、市販の調理用鍋（ＷＭＦの会社によって製造されたＴｏｐｓｔａｒ）が使用された。この装置では、導体ループが７ｃｍの直径を有していた。コンロと鍋との間の交番磁場に起因して、導体ループに電圧が誘導され、この電圧がその後に測定された。

鍋の反応は、鍋が振動する動作によって時間の関数として示され、また、上記動作はレーザドップラー振動測定法によって測定される。鍋の機械的な振動は、図６に示され且つ鍋の上部領域の縁部の特定の点の水平方向の速度を登録するレーザドップラー振動計（ＬＤＶ）によって測定された。

図６ｂに示される測定の場合には、平滑化因数が約７０％である。図７ｂでは、平滑化因数が１００％である。図６ｂと図７ｂとを比較すれば分かるように、完全平滑化の場合に起こる鍋の反応は、平滑化因数が７０％である場合よりもかなり弱い。しかしながら、７０％の平滑化因数でも、ノイズの発生がかなり低減されるような度合いまで鍋の反応を減らすのに十分である。

本発明によれば、高周波交流電流の振幅変調を平滑化する或いは排除するための手段５によって振動回路の低周波振動成分の存在が防止されなければならないということになる。これは、前述したように、振幅変調された電気的励振に類似する機械的な振動を鍋が生み出すからである。

図１１に示される実施形態によれば、ＡＣ整流器は、キャパシタ５の形態を成す２相または３相交流電流を平滑化するための既にそれに関連付けられた手段５を有する。また、振動回路制御器２１も含む振動回路生成器８も、振幅変調を平滑化し或いは排除する平滑化キャパシタやフィルタなどの更なる平滑化手段５をそれに関連付けて有することができる。これに代えて或いはこれに加えて、振動回路の低周波振動が回避されるように振動回路における電力制御を実行することもでき、これは、例えば適切なソフトウェアを使用することによる適切な制御アルゴリズムによって達成することができる。図１１に示される手段を講じることにより、高周波交流電流の振幅変調を防止することができ、あるいは、少なくとも例えば図９ｂに示される方法で振幅変調を平滑化することができる。

図１２は本発明の更なる可能な実施形態を示している。図１２は、本質的に、ＡＣ整流器２０がここでは振幅変調を平滑化する或いは排除するためのそれに関連付けられた手段５を有していない点を除き、図１１に係る実施形態に対応する。図９ａから明らかなように、ＡＣ整流器２０によって生成される整流電流は、ゼロ点に達する場合さえある周期的に起こる変動を有する。これらの変動は許容される。これらの変動は、例えば、それらを振動回路の電力制御に含ませることによって、例えば振動回路のパルス幅制御によってその後に補償される。

他の実施形態が例えば図１３に示されている。この場合、電流源としてＤＣ電源が使用される。ここでは、手段５がＤＣ電源によって実現される。このとき、場合により必要な手段５が振動回路生成器および振動回路制御器とそれぞれ関連付けられ、それにより、この場合も高周波交流電流の振幅変調が防止される。

他の実施形態によれば、ＡＣ整流器の使用を控えることもでき、また、幹線電圧を振動回路生成器８のための電圧源として使用することもできる。図１０は、ここでは、振動回路生成器８に供給される交流電流の振幅プロファイルにおける一例を示している。サイン状の変動の補償は、前述した様態で、振動回路生成器および振動回路における電力制御によって、振動回路における適切な回路技術によって、あるいは、振動回路の適切な制御によって実現される。

図１１〜図１３に示される可能な実施形態は、調理器具の任意のハミングノイズを引き起こさない適切な高周波交流電流をどのように発生させることができるのかを示す単なる例にすぎない。しかしながら、決定的に重要な唯一のポイントは、図６および図７から分かるように振幅変調を有さない或いは平滑化された振幅変調を有するコイル３を通じて流れる高周波交流電流を発生装置が発生させるという点である。つまり、それぞれの平滑化因数に応じて、調理器具によるノイズの発生を減少させることができ或いは完全に防止することができるということになる。

Claims

電磁加熱電力を発生させるために高周波交流電流が供給される誘導コイル（３）と、
高周波交流電流を発生させるための発生装置（４）と、
を備える、調理器具（１０）を誘導加熱するための誘導ホブ（１）において、
前記発生装置（４）が、前記調理器具のハミングノイズを減少させるために高周波交流電流の振幅変調を平滑化する或いは排除するための手段（５）を備えることを特徴とする、誘導ホブ（１）。
前記発生装置（４）がＡＣ整流器（２０）および振動回路生成器（８）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の誘導ホブ（１）。
平滑化する或いは排除するために使用される前記手段（５）が、前記ＡＣ整流器（２０）と関連付けられて、前記ＡＣ整流器（２０）によって発生される平滑化されていないＤＣ電流を平滑化することを特徴とする、請求項２に記載の誘導ホブ（１）。
平滑化する或いは排除するための前記手段（５）が前記振動回路生成器（８）と関連付けられることを特徴とする、請求項２または３に記載の誘導ホブ（１）。
前記発生装置（４）が、幹線電圧で動作される振動回路生成器（８）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の誘導ホブ（１）。
前記振動回路生成器（８）が振動回路制御器（２１）を備え、高周波交流電流の振幅変調が前記振動回路における電力制御によって平滑化され或いは排除されることを特徴とする、請求項４または５に記載の誘導ホブ（１）。
前記手段（５）が、約４０〜１００％の平滑化因数を用いて高周波交流電流の振幅変調を平滑化することを特徴とする、請求項１に記載の誘導ホブ（１）。
高周波交流電流が供給される誘導コイル（３）と、高周波交流電流を発生させるための発生装置（４）とを備える誘導ホブ（１）を用いて調理器具（１０）を誘導加熱する方法であって、
高周波交流電流を発生させるように前記発生装置（４）に電流を供給するステップと、
前記誘導コイル（３）に高周波交流電流を供給して、前記調理器具（１０）に渦電流を発生させる交番磁場を生成するステップと、
を備える方法において、
前記調理器具のハミングノイズを減少させるため、高周波交流電流が振幅変調を呈さないように或いは高周波交流電流の振幅変調が平滑化されるように高周波交流電流が発生されることを特徴とする、方法。
平滑化因数が４０〜１００％の間にあることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
交番磁場を使用して、ノイズが発生しないように或いはノイズの発生が減少されるように前記調理器具（１０）が振動させられることを特徴とする、請求項８または９に記載の方法。
前記発生装置（４）の振動回路生成器（８）には平滑化されたＤＣ電流が供給されることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
低周波振動が振動回路に誘導されないように振動回路生成器（８）の振動回路の電力制御が実行されることを特徴とする、請求項８または１２に記載の方法。
電力制御が、振動回路へ供給される平滑化されていないＤＣ電流によって引き起こされる振幅変動が補償されるように実行されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。