JP2011113948A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のコイルのうち最外周部に配置されたコイルの電力を検知し各コイルの電力フィードバック制御を行うことのできる誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】制御回路２２は、入力電流検知回路１５からの信号及び商用電源１１の交流電圧から入力電力を算出し、コイル電流検知回路１８からの信号及びコイル電圧検知回路１９からの信号を基に補助コイル７の消費電力を算出して、先の入力電力とから主コイル６の消費電力を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、同心円状に配置された複数のコイル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では、整流回路が共用化された複数の高周波電源回路によって、同心円状に配置された複数のコイルをそれぞれ独立に制御する方式が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３６８７０２８号公報（第４―６頁、第１図）

前述した従来の誘導加熱調理器では、高周波電源回路の整流回路が共用化されていることから、一般に用いられる整流回路への入力電流値から消費電力を検知する方式では、全てのコイルの合計の消費電力のみを検知することになり、各コイルそれぞれの消費電力を検知することができない。そのため、コイルそれぞれについての電力フィードバック制御を行うことができず、鍋の種類や駆動周波数などの駆動条件の違いにより、コイル間の電力バランスがずれ、加熱ムラを引き起こすという課題があった。また、鍋振り調理などによって、鍋の載置位置がコイルの中心部から外周方向へずれた場合には、火力が低下するという課題があった。

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、整流回路を共用化した複数の高周波電源回路により、同心円状に配置された複数のコイルを駆動する構成の誘導加熱調理器において、最外周部に配置されたコイルの電力を検知し各コイルの電力フィードバック制御を行うようにして加熱ムラを低減すると共に、鍋ずれを検知した場合には加熱コイルの最外周部に配置されたコイルで加熱を行うことで利便性を向上させた誘導加熱調理器を得ることを目的とする。

本発明に係る誘導加熱調理器は、主コイルと、主コイルの外周に所定間隔を置いて巻かれた補助コイルと、外部電源からの交流電力を直流電力に変換する直流電源部と、直流電源部からの直流電力を高周波電力に変換し、主コイルに高周波電流を供給する第１の高周波電源部と、直流電源部からの直流電力を高周波電力に変換し、補助コイルに高周波電流を供給する第２の高周波電源部と、第１及び第２の高周波電源部の高周波電流を制御する制御部と、外部電源から直流電源部に入力される交流電流を検知し、その検知値に応じて信号を出力する入力電流検知部と、補助コイルに流れる高周波電流を検知し、その検知値に応じて信号を出力するコイル電流検知部と、補助コイルに印加される高周波電圧を検知し、その検知値に応じて信号を出力するコイル電圧検知部とを備え、制御部は、入力電流検知部の信号及び外部電源の交流電圧から入力電力を算出し、コイル電流検知部及びコイル電圧検知部からの各信号を基に補助コイルの消費電力を算出して、入力電力とから主コイルの消費電力を算出する。

本発明においては、入力電流検知部の信号及び外部電源の交流電圧から入力電力を算出し、コイル電流検知部及びコイル電圧検知部からの各信号を基に補助コイルの消費電力を算出して、入力電力とから主コイルの消費電力を算出するようにしている。これにより、主コイル及び補助コイルの各電力を独立して制御することが可能になり、加熱ムラの無いきめ細かな制御が可能となる。また、鍋径に応じた効率の良い加熱を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器を上方から見て示すトッププレートの上面図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の右加熱口に設けられた加熱コイルの概略構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の右加熱口側の回路構成を示す図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の補助コイル周辺の各回路の動作波形図である。 実施の形態１の誘導加熱調理器における鍋種判定のための加熱コイルの消費電力と電流の相関を示す図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の加熱コイルと大径鍋の関係を示す断面図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の加熱コイルと小径鍋の関係を示す断面図である。 実施の形態１の誘導加熱調理器における主コイル及び補助コイルの鍋径に応じた通電状態を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器の加熱コイルと小径鍋の関係を示す断面図である。 実施の形態２に係る誘導加熱調理器における小径鍋載置の際の高周波電源回路の駆動状態と積分回路の出力状態を示す波形図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器を上方から見て示すトッププレートの上面図、図２は実施の形態１に係る誘導加熱調理器の右加熱口に設けられた加熱コイルの概略構成を示す平面図である。
図１において、トッププレート１は、耐熱性強化ガラスにより構成され、右加熱口２、左加熱口３及び中央加熱口４の合計３口の加熱口を有している。各加熱口２，３，４の下部には加熱コイル５，５１，５２がそれぞれ設置されている。各加熱コイル５，５１，５２は、高周波電流により高周波磁界を発生し、各加熱口２，３，４の上部に載置された鍋を誘導加熱する。右加熱口２と左加熱口３の間に設けられた操作・表示部９は、加熱口２，３，４の選択、火力を調整するためのスイッチや、加熱状態を表示する例えば液晶パネルの表示デバイスなどから構成されている。右加熱口２の下部に設置された加熱コイル５は、図２に示すように、渦巻状に巻かれた直径の小さい主コイル６と、主コイル６の外周に所定間隔を置いて巻かれた直径の大きい補助コイル７とで構成されている。各コイル６，７は、右加熱口２の中心軸を中心として同心円状に配置されている。

図３は実施の形態１に係る誘導加熱調理器の右加熱口側の回路構成を示す図、図４は実施の形態１に係る誘導加熱調理器の補助コイル周辺の各回路の動作波形図である。
図３において、直流電源部である直流電源回路１０は、ダイオードブリッジ１２、チョークコイル１３及び平滑コンデンサ１４で構成され、外部電源である商用電源１１から入力された交流電力を全波整流し直流電力に変換して出力する。直流電源回路１０の入力側に設けられた入力電流検知回路１５（入力電流検知部）は、商用電源１１から直流電源回路１０に入力される電流を検知し、その検知値に応じた信号（アナログ電圧）を制御回路２２へ出力する。

第１及び第２の高周波電源部である高周波電源回路３７，３８は、直流電源回路１０の出力端の直流母線と接地線との間に並列に接続され、それぞれＩＧＢＴ３１〜３４、３５，３６により構成されている。高周波電源回路３７（第１の高周波電源部）は、ＩＧＢＴ３１〜３４が２個直列に接続されたスイッチングアームが直流母線と接地線との間にそれぞれ並列に接続された、いわゆるフルブリッジ型のインバータで構成されている。その高周波電源回路３７は、一般的なデューティ制御もしくは位相差制御により電力を制御する。高周波電源回路３８（第２の高周波電源部）は、ＩＧＢＴ３５，３６が直列に接続されたスイッチングアームが直流母線と接地線との間に接続された、いわゆるハーフブリッジ型のインバータで構成されている。その高周波電源回路３８は、一般的なデューティ制御により電力を制御する。また、２つの高周波電源回路３７，３８は、周波数の差分に相当する干渉によって発生する鍋なりを抑制するため、同一周波数で駆動されている。これらのスイッチングアームのスイッチング動作により直流電力を２０〜３０ＫＨｚ程度の高周波電力に変換する。

主コイル６及び共振コンデンサ１６は、高周波電源回路３７の出力端に直列に接続され、高周波電源回路３７の高周波電圧の印加により共振電流が流れる。コイル電流検知回路２６は、主コイル６に流れる数十ＫＨｚの高周波電流を検知し、その検知値に応じた信号（アナログ電圧）を制御回路２２へ出力する。補助コイル７及び共振コンデンサ１７は、高周波電源回路３８の出力端に直列に接続され、高周波電源回路３８の高周波電圧の印加により共振電流が流れる。

コイル電圧検知回路１９（コイル電圧検知部）は、補助コイル７に印加される数十ＫＨｚの高周波電圧を検知し、その電圧に対応した信号（アナログ電圧）を出力する（図４（ａ）参照）。コイル電流検知回路１８（コイル電流検知部）は、補助コイル６に流れる数十ＫＨｚの高周波電流を検知し、その検知値に応じた信号（アナログ電圧）を出力する（図４（ｂ）参照）。乗算回路２０は、コイル電流検知回路１８からのアナログ電圧とコイル電圧検知回路１９からのアナログ電圧を乗算して出力する（図４（ｃ）参照）。積分回路２１は、乗算回路２０から出力されるアナログの乗算波形を積分し、アナログの直流電圧に変換して制御部２２へ出力する（図４（ｄ）参照）。このように、補助コイル７に流れる電流と電圧の積算平均から、補助コイル７で消費される有効電力に相当するアナログ電圧を得る。

制御部である制御回路２２は、入力電流検知回路１５のアナログ電圧をＡ／Ｄ変換して一定間隔毎に読み込み、そのアナログ電圧から入力電流に変換して商用電源１１の交流電圧との積算により直流電源回路１０への入力電力を検知する。また、制御回路２２は、積分回路２１からのアナログの直流電圧から補助コイル７の消費電力を算出して検知する。次いで、制御回路２２は、先に検知した入力電力から補助コイル７の消費電力を減算して主コイル６での消費電力を検知する。

次に、実施の形態１の誘導加熱調理器の動作について図５乃至図８を用いて説明する。
図５は実施の形態１の誘導加熱調理器における鍋種判定のための加熱コイルの消費電力と電流の相関を示す図、図６は実施の形態１に係る誘導加熱調理器の加熱コイルと大径鍋の関係を示す断面図、図７は実施の形態１に係る誘導加熱調理器の加熱コイルと小径鍋の関係を示す断面図、図８は実施の形態１の誘導加熱調理器における主コイル及び補助コイルの鍋径に応じた通電状態を示す図である。

使用者によって、トッププレート１上の右加熱口２に鍋が載置され、操作・表示部９の操作により調理が開始されると、制御回路２２は、直ちに高周波電源回路３７，３８を鍋種判定用の駆動信号で制御する。そして、制御回路２２は、入力電流検知回路１５からのアナログ電圧から入力電流を検知し、その入力電流と商用電源１１の交流電圧とを積算して入力電力を算出する。また、制御回路２２は、コイル電流検知回路１８からのアナログ電圧から補助コイル７に流れる電流を検知すると共に、積分回路２１からのアナログの直流電圧を読み込んで補助コイル７の消費電力を検知する。さらに、制御回路２２は、先に得た入力電力から補助コイル７の消費電力を減算し、主コイル６の消費電力を算出する。

その後、制御回路２２は、コイル電流検知回路２６からのアナログ電圧から主コイル６の電流を検知し、先に算出した主コイル６の消費電力とで載置鍋の判定を行う（図５参照）。制御回路２２は、主コイル６の消費電力と電流とから無負荷、あるいはアルミ・銅鍋と判定したときには、調理用の駆動信号を出力することなく停止し、その旨を操作・表示部９を介して使用者に報知する。

制御回路２２は、主コイル６の消費電力と電流とから磁性鍋あるいは非磁性鍋と判定したときには、先に算出した補助コイル７の消費電力と先に検知した補助コイル７の電流とから補助コイル７上に鍋が載置されているかどうかを判定する。制御回路２２は、補助コイル７の消費電力と電流とから磁性鍋あるいは非磁性鍋を検知したときには（図５参照）、図６に示すように、加熱コイル５の主コイル６及び補助コイル７の上に大径鍋２３が載置されていると判定して、調理用の駆動信号（同一周波数）により高周波電源回路３７，３８を駆動し、主コイル６及び補助コイル７に通電する（図８参照）。

また、制御回路２２は、主コイル６の消費電力と電流とから磁性鍋あるいは非磁性鍋と判定したときには、先に算出した補助コイル７の消費電力と先に検知した補助コイル７の電流とから補助コイル７上に鍋が載置されているかどうかを判定する（図５参照）。制御回路２２は、補助コイル７の消費電力と電流とから無負荷を検知したときには、図６に示すように、加熱コイル５の主コイル６上に小径鍋２５が載置されていると判定して、調理用の駆動信号により高周波電源回路３７を駆動し、主コイル６のみに通電する（図８参照）。
なお、図６及び図７において、温度センサー４１，４２は、トッププレート１を介して加熱口上に載置された鍋の温度を検知するものであり、例えば温度により抵抗値が変化するサーミスタなどの接触式の温度センサーである。また、温度センサー４１は、鍋サイズによらず各加熱口２，３，４の中央近くに置かれた鍋温度を検知することができ、温度センサー４２は、例えば後述の図９に示すような位置に置かれた小鍋の温度を検知することができ、各検知信号は制御回路２２に送られ、各加熱コイルの制御に利用されるようになっている。

以上の鍋種判定の後、制御回路２２は、使用者により設定された火力となるように、入力電流検知回路１５、積分回路２１及びコイル電流検知回路１８からの信号（アナログ電圧）を基に主コイル６と補助コイル７の電力フィードバック制御を行い、高周波電源回路３７，３８をそれぞれ制御する。制御回路２２は、使用者の操作による加熱停止を操作・表示部９を介して検知したときには、高周波電源回路３７，３８への駆動信号の出力を停止し、加熱動作を終了する。

以上のように実施の形態１においては、主コイル６の外周に所定間隔を置いて巻かれた補助コイル７に流れる電流とその補助コイル７に印加される高周波電圧を基に補助コイル７の消費電力を算出し、直流電源回路１０に入力される入力電力とから主コイル６の消費電力を算出するようにした。これにより、鍋径に応じて補助コイル７に通電するかどうかの判定が可能になり、鍋径に応じた効率の良い加熱を行うことができる。また、主コイル６と補助コイル７の各電力を独立して制御することができ、加熱ムラの無いきめ細かな制御が可能になる。さらに、高周波電源回路３７，３８を同一周波数で駆動するようにしているので、干渉音の発生を抑制することができる。
実施の形態１では、補助コイル７を右加熱口２側に設置したことを述べたが、これに限定されるものではなく、例えば、左加熱口３側に設置しても良いし、右加熱口２と左加熱口３の両側にそれぞれ補助コイル７を設置しても良い。
また、主コイル６をフルブリッジ型インバータで、補助コイル７をハーフブリッジ型インバータで駆動する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、両方ともフルブリッジ型インバータで駆動するようにしても良いし、あるいは両方ともハーフブリッジ型インバータで駆動するようにしても良い。

実施の形態２．
実施の形態２は、小径鍋２５を検知した際に所定期間毎に補助コイル７に通電し、小径鍋２５が主コイル６から補助コイル７に跨っているかどうかを判定し、その結果に応じて補助コイル７への通電を制御するようにしたものである。

図９は本発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器の加熱コイルと小径鍋の関係を示す断面図、図１０は実施の形態２に係る誘導加熱調理器における小径鍋載置の際の高周波電源回路の駆動状態と積分回路の出力状態を示す波形図である。なお、実施の形態２における主コイルと補助コイルの構成及びその各コイルを制御する回路構成は、実施の形態１と同様であるため、同じ符号を付して説明する。

制御回路２２は、実施の形態１と同様に、主コイル６の消費電力と電流とから磁性鍋あるいは非磁性鍋と判定したときには、補助コイル７の消費電力と補助コイル７に流れる電流とから補助コイル７上に鍋が載置されているかどうかを判定する。制御回路２２は、補助コイル７の消費電力と電流とから無負荷を検知したときには、加熱コイル５の主コイル６上に小径鍋２５が載置されていると判定して、調理用の駆動信号により高周波電源回路３７を制御し、主コイル６のみに通電する。

制御回路２２は、補助コイル７の無負荷状態を検知すると、図１０に示すように所定期間Ｔｂ毎に所定時間Ｔａの間、載置鍋判定用の駆動信号により高周波電源回路３８のＩＧＢＴ３５，３６を交互に駆動し、補助コイル７に通電する。そして、制御回路２２は、所定時間Ｔａの間、積分回路２１の出力電圧（アナログの直流電圧）を読み込んで閾値Ｐａを超えたかどうかを判定する。図７に示すように右加熱口２の中央部に小径鍋２５が載置されている場合には、補助コイル７と小径鍋２５との間に一定の距離があるため、補助コイル７の消費電力は微弱となり、積分回路２１の出力電圧は閾値Ｐａより小さくなる（図１０参照）。この場合、制御回路２２は、使用者によって設定された火力となるように高周波電源回路３７のみを制御する。

制御回路２２は、所定期間Ｔｂ毎に所定時間Ｔａだけ繰り返し載置鍋判定用の駆動信号で高周波電源回路３８を駆動しているときに、積分回路２１の出力電圧が閾値Ｐａを超えたことを検知すると、補助コイル７上にも小径鍋２５が載置されていると判定する。これは、使用者による小径鍋２５のあおりや鍋振り調理により、図９に示すように小径鍋２５の載置位置が右加熱口２の外周方向にずれたときである。この場合、補助コイル７の判定制御期間（所定時間Ｔａ）での消費電力が大きくなり、積分回路２１の出力電圧が上昇する。

この時、制御回路２２は、高周波電源回路３７の制御に加えて、高周波電源回路３８に調理用の駆動信号を出力し、補助コイル７に通電する。この場合、実施の形態１と同様に、高周波電源回路３７，３８を制御する駆動信号の周波数は同一である。制御回路２２は、補助コイル７に通電しているときに、閾値Ｐａより低い積分回路２１の出力電圧を検知すると、小径鍋２５の載置位置が主コイル６の中央部に修正されたと判定する。この時、制御回路２２は、所定期間Ｔｂ経過後に所定時間Ｔａの間、載置鍋判定用の駆動信号により高周波電源回路３８を制御し、補助コイル７に通電して積分回路２１の出力電圧が閾値Ｐａを超えたかどうかの判定に入る。

以上のように実施の形態２においては、主コイル６の外周に所定間隔を置いて巻かれた補助コイル７に対し、所定期間Ｔｂ毎に所定時間Ｔａの間、載置鍋判定用の駆動信号により補助コイル７に通電する。その時の積分回路２１の出力電圧が閾値Ｐａを超えた場合には鍋振りや鍋ずれと判定して調理用の駆動信号により補助コイル７にも通電するようにしている。これにより、鍋のあおりや鍋振りにより鍋の載置位置が右加熱口２の外周方向にずれたとしても補助的な加熱を行うことができ、使用者の利便性を向上させることができる。
なお、積分回路２１の出力電圧が閾値Ｐａを超えた場合、検出レベルに合わせて補助コイル７に流す電流を制御するようにしても良い。

１ トッププレート、２ 右加熱口、３ 左加熱口、４ 中央加熱口、
５，５１，５２ 加熱コイル、６ 主コイル、７ 補助コイル、９ 操作・表示部、
１０ 直流電源回路、１１ 商用電源、１２ ダイオードブリッジ、１３ チョークコイル、１４ 平滑コンデンサ、１５ 入力電流検知回路、１６，１７ 共振コンデンサ、
１８，２６ コイル電流検知回路、１９ コイル電圧検知回路、２０ 乗算回路、
２１ 積分回路、２２ 制御回路、２３ 大径鍋、２５ 小径鍋、３１〜３６ ＩＧＢＴ、３７，３８ 高周波電源回路、４１，４２ 温度センサー。

Claims (4)

1. 主コイルと、
   前記主コイルの外周に所定間隔を置いて巻かれた補助コイルと、
   外部電源からの交流電力を直流電力に変換する直流電源部と、
   前記直流電源部からの直流電力を高周波電力に変換し、前記主コイルに高周波電流を供給する第１の高周波電源部と、
   前記直流電源部からの直流電力を高周波電力に変換し、前記補助コイルに高周波電流を供給する第２の高周波電源部と、
   前記第１及び第２の高周波電源部の高周波電流を制御する制御部と、
   外部電源から前記直流電源部に入力される交流電流を検知し、その検知値に応じて信号を出力する入力電流検知部と、
   前記補助コイルに流れる高周波電流を検知し、その検知値に応じて信号を出力するコイル電流検知部と、
   前記補助コイルに印加される高周波電圧を検知し、その検知値に応じて信号を出力するコイル電圧検知部とを備え、
   前記制御部は、前記入力電流検知部の信号及び外部電源の交流電圧から入力電力を算出し、前記コイル電流検知部及び前記コイル電圧検知部からの各信号を基に前記補助コイルの消費電力を算出して、前記入力電力とから前記主コイルの消費電力を算出することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記制御部は、載置鍋判定用の駆動信号により前記第２の高周波電源部を駆動し、その時の前記コイル電流検知部及び前記コイル電圧検知部からの各信号を基に前記補助コイル上に鍋が載置されていないと判定したとき、前記第２の高周波電源部の制御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. 前記制御部は、前記補助コイル上に鍋が載置されていないと判定したとき、所定期間毎に所定時間の間、載置鍋判定用の駆動信号により前記第２の高周波電源部を駆動し、その時の前記コイル電流検知部及び前記コイル電圧検知部からの各信号で得られる電圧値が所定の閾値を超えたとき、前記第２の高周波電源部の制御を再開する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. 前記制御部は、前記第１及び第２の高周波電源部を同一の周波数の駆動信号で駆動することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の誘導加熱調理器。

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