JP2011243413A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱ムラを防止し、鍋の位置がずれた場合に起きる火力の低下を防止し、被加熱物の鍋肌面についても加熱することを可能にする。
【解決手段】トッププレート１と、交流電力を直流電力に変換する直流電源部１３と、直流電源部１３の直流電力を高周波電力に変換する高周波電源回路３７、３８と、トッププレート１の下に、重複しないように同心円状に配置された主コイル６及び補助コイル７とを備え、高周波電源回路３７、３８から高周波電力がそれぞれ供給される加熱コイル５と、補助コイル７に流れる電流及びその両端の電圧に基づいて補助コイル７の有効電力を演算する電力演算回路３０と、少なくとも電力演算回路３０の出力に基づいて高周波電源回路３７、３８を通電制御する制御回路２２とを備える。
【選択図】図４

Description

この発明は、誘導加熱調理器に関し、特に、同心円状に配置された複数のコイルの制御に関する。

従来の誘導加熱調理器には、例えば「少なくとも２個のスイッチング素子から構成されたアームを三つ以上有し、二つの前記アームで構成されるフルブリッジ式インバータについて、各々の前記インバータの少なくとも一つの前記アームが、別の前記インバータの前記アームと共有して構成されている複数のフルブリッジ式インバータ回路と、各フルブリッジ式インバータ回路を一単位としてその回路毎に接続された加熱コイルおよび共振コンデンサと、前記アーム毎に設けられ、各前記アームの前記スイッチング素子の駆動制御を行う複数のドライブ回路と、前記フルブリッジ式インバータ回路を構成する前記アームに対応した２つの前記ドライブ回路を組とし、前記ドライブ回路を組毎に時分割で駆動制御する制御回路と、各前記加熱コイルに流れる電流を検出する、前記各フルブリッジ式インバータ回路で共有の加熱コイル用電流検出器とを具備したことを特徴とする電磁誘導加熱装置。」が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許第３６８７０２８号公報（請求項１、第４―６頁、第１図）

上記の特許文献１の誘導加熱調理器では、整流回路が共通化された複数の高周波電源によって、同心円状に配置した複数のコイルをそれぞれ独立して制御する方式が採用されている。しかし、高周波電源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、一つの整流回路に接続された全てのコイルにおける合計消費電力を検知することになり、それぞれのコイル毎の消費電力を検知することができない。そのため、コイル毎に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、各コイルの電力バランスがずれ、加熱ムラを引き起こすという問題点があった。
また、鍋振り調理などによって、載置された鍋の位置が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問題点があった。
また、フライパンのような開口部が広い被加熱物の鍋肌面については加熱することができないという問題点があった。

この発明は、前述のような問題点を解決するためになされたものであり、第１の目的は、加熱ムラを防止することを可能にした誘導加熱調理器を提供することにある。第２の目的は、鍋の位置がずれた場合に起きる火力の低下を防止することを可能にし、第３の目的は、被加熱物の鍋肌面についても加熱することを可能にした誘導加熱調理器を提供することにある。

この発明に係る誘導加熱調理器は、鍋を載置する天板と、交流電力を直流電力に変換する直流電源部と、前記直流電源部の直流電力を高周波電力に変換する複数の高周波電源部と、前記天板の下に、重複しないように同心円状に配置された複数のコイルを備え、前記複数の高周波電源部から高周波電力がそれぞれ供給される加熱コイルと、前記加熱コイルの内、最外周側のコイルに流れる電流及びその両端の電圧に基づいて前記最外周側のコイルの有効電力を演算する電力演算回路と、少なくとも前記電力演算回路の出力に基づいて前記複数の高周波電源部を通電制御する制御部とを備えたものである。

この発明の誘導加熱調理器によれば、最外周側のコイルに流れる電流及びその両端の電圧に基づいて最外周側のコイルの有効電力を演算し、載置される鍋の直径、開口部の形状、載置位置に応じて最外周側のコイルの通電を最適に制御することにより、効率の良い加熱を行うことができる。また、それぞれのコイルの電力を独立して調整することで、加熱ムラの無いきめ細かな制御が可能となる。

この発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の上面図である。 図１の誘導加熱調理器の加熱コイルの上面図である。 図１の誘導加熱調理器の加熱コイルの断面図である。 図１の誘導加熱調理器の駆動回路の回路構成図である。 図１の誘導加熱調理器の電力演算回路の各部動作波形を示す図である。 図１の誘導加熱調理器の各部検知値と鍋種の関係を示す図である。 図１の誘導加熱調理器の小径鍋載置時の加熱コイルの断面図である。 図１の誘導加熱調理器の加熱コイルの通電状態と載置鍋との関係を示す図である。 図１の誘導加熱調理器のフライパン載置時の加熱コイルの断面図である。 図１の誘導加熱調理器の載置鍋の種類と加熱コイルの駆動状態を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器の鍋ずれ状態を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器の各部動作波形を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る誘導加熱調理器の加熱コイルの断面図である。 この発明の実施の形態３に係る誘導加熱調理器の寸胴鍋の設置状態を示す図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の上面図である。
図１の誘導加熱調理器は、鍋を載置する耐熱性のトッププレート（天板）１を備えている。このトッププレート１は、右加熱口２、左加熱口３及び中央加熱口４の合計３口の加熱口を備えている。加熱口２、３及び４の下部には、加熱コイル５、５２及び５１がそれぞれ設置されている（なお、加熱コイル５、５２及び５１は、便宜上、実線で図示されている。）加熱口２、３及び４の上部に鍋が載置されると、その鍋は加熱コイル５、５２及び５１から発生する高周波磁界により誘導加熱される。また、トッププレート１は、操作・表示部９を備えている。操作・表示部９は、使用者によるスイッチの操作により火力の調整、加熱口の選択等を行い、また、例えば液晶パネル等の表示デバイスに加熱状態を表示する。

図２は、図１の誘導加熱調理器の加熱コイル５の上面図である。
加熱コイル５は、例えば直径の異なる２種類の円形コイルから構成されており、直径の小さい主コイル６及び直径の大きい補助コイル７から構成され、これらは同心円状に配置されている。即ち、補助コイル７は、平面視において、主コイル６に重複しないようにその外周側に配置されている。なお、補助コイル７はこの発明の最外周側のコイルに相当し、主コイル６はこの発明の最外周側のコイルよりも内側に位置するコイルに相当する。主コイル６は、複数のコイルから構成しても良いが、ここでは１個の例について説明する。

図３は、図１の誘導加熱調理器の加熱コイル５の断面図である。
上記の主コイル６及び補助コイル７は、コイルベース８上に配置されている。コイルベース８は、その外周側が突起して形成されている。補助コイル７は、その突起部に配置され、主コイル６に対して、コイルの上面がトッププレート１に対して距離ｈだけ、近くなるように設置されている。

図４は、図１の誘導加熱調理器の右加熱口２の駆動回路の回路構成図である。
図４において、この駆動回路は、整流回路１０を備えている。整流回路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から構成され、商用電源１１に接続されている。商用電源１１と整流回路１０（ダイオードブリッジ１２）との間には、入力電流検知回路１５が設けられている。この入力電流検知回路１５は、商用電源１１から整流回路１０へ流れる入力電流を検知し、検知値に応じたアナログ電圧値を制御回路２２へ出力する。制御回路２２は、入力電流検知回路１５のアナログ電圧値をＡ／Ｄ変換して一定間隔毎に読み込み、入力電流と商用電源電圧との積算により駆動回路への入力電力を算出して検知する。

整流回路１０は、商用電源１１から入力された交流電力を全波整流して直流電力に変換し、高周波電源回路３７及び３８に出力する。高周波電源回路３７及び３８は、整流回路１０の出力端の直流母線と接地線に対して並列に接続されており、それぞれ、ＩＧＢＴ３１〜３４及びＩＧＢＴ３５、３６から構成されている。なお、ＩＧＢＴは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略称である。高周波電源回路３７は、ＩＧＢＴ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に対して２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から構成されており、一般的なデューティ制御又は位相差制御により電力制御される。同様に、高周波電源回路３８は、ＩＧＢＴ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に対して１個接続された、いわゆるハーフブリッジ型のインバータから構成されており、一般的なデューティ制御又は周波数制御などにより電力制御される。
また、高周波電源回路３７及び３８は、お互いの駆動周波数の差分が干渉音として発生しないように、同一周波数で駆動される。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の動作により高周波電圧が印加されて共振電流が流れる。この主コイル６及び共振コンデンサ１６の直列回路にコイル電流検知回路２８が設けられており、コイル電流検知回路２８は、主コイル６に流れる高周波電流に相当するアナログ電圧を検出し、制御回路２２へ出力する。同様に、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。この補助コイル７及び共振コンデンサ１７の直列回路にコイル電流検知回路１８が設けられており、コイル電流検知回路１８は補助コイル７に流れる高周波電流に相当するアナログ電圧を検出し、制御回路２２へ出力する。また、図４の駆動回路は、コイル電圧検知回路１９、乗算回路２０及び積分回路２１を備えており、これらはコイル電流検知回路１８とともに、電力演算回路３０を構成している。電力演算回路３０は、補助コイル７で消費された有効電力に相当するアナログ電圧信号を制御回路２２へ出力する。電力演算回路３０の詳細については図５に基づいて説明する。

図５は、図１の誘導加熱調理器の電力演算回路の各部動作波形図である。
コイル電圧検知回路１９は、補助コイル７に印加される数十ｋＨｚの高周波電圧の差動電圧を検知し、差動電圧に対応した交流電圧信号を出力する（図５（ａ））。
コイル電流検知回路１８は、補助コイル７に流れる数十ｋＨｚの高周波電流を検知して電流に対応した交流電圧信号を出力する（図５（ｂ））。
乗算回路２０は、コイル電流検知回路１８から出力される交流電圧信号とコイル電圧検知回路１９から出力される交流電圧信号を乗算して出力する（図５（ｃ））。
積分回路２１は、乗算回路２０から出力される交流の乗算波形を積分し、アナログの直流電圧値に変換して制御回路２２へ出力する（図５（ｄ））。
以上のように、コイル電流検知回路１８、コイル電圧検知回路１９、乗算回路２０及び積分回路２１は、補助コイル７に流れる電流と差動電圧の積算平均に相当するアナログ電圧値を求めて出力する。このため、電力演算回路３０は、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制御回路２２に出力することになる。
また、制御回路２２は、上記のように、入力電流検知回路１５からの入力電流と商用電源電圧との積算により駆動回路全体の入力電力を検知しており、この駆動回路全体の入力電力から電力演算回路３０により検知された補助コイル７の消費電力を減算することにより、主コイル６での消費電力を検知する。

次に、本実施の形態１の誘導加熱調理器の動作について説明する。
図６は、本実施の形態１に係る誘導加熱調理器の各部検知値と鍋種の関係を示す図である。使用者により、トッププレート１の右加熱口２上に鍋が載置され、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及び３８を鍋種判定用の駆動信号で制御する。載置する鍋種によって高周波電源回路から見た等価インピーダンスが異なるため、高周波電源回路を特定の駆動信号で駆動すると、消費電力と加熱コイルに流れる電流が異なったものになる。図６に示されるような、一般的に用いられる鍋判定用の消費電力とコイル電流のテーブルを用いて、主コイル６及び補助コイル７のそれぞれについて、載置鍋の種類の判定を行う。鍋種の判定結果に従い、例えば、無負荷、アルミ・銅鍋検知の場合には使用者に報知すると共に通電制御を行わず、磁性鍋検知の場合には通電制御を行うよう、調理用の駆動信号で高周波電源回路３７及び３８を通電制御する。

図７は、本実施の形態１に係る誘導加熱調理器の大径鍋載置時の加熱コイルの断面図である。図７において、鍋２３は、補助コイル７と同程度の直径を有する鍋（以下、大径鍋という）である。大径鍋２３は、トッププレート１上に載置されるが、その際には主コイル６及び補助コイル７を覆うようにして配置される。

図８は、本実施の形態１に係る誘導加熱調理器の小径鍋載置時の加熱コイルの断面図である。図８において、鍋２５は、主コイル６と同程度か、又はそれ以下の直径を有する鍋（以下、小径鍋という）である。

図９は、本実施の形態１に係る誘導加熱調理器のフライパン載置時の加熱コイルの断面図である。図９において、鍋２６は、フライパンのように鍋底面よりも開口部の方が広い被加熱物（以下、フライパンという）であり、鍋底面が主コイル６と補助コイル７の中間程度の直径を有し、開口部の直径が補助コイル７と同等程度の直径を有するものとする。

加熱口２のトッププレート１上に鍋が載置され、使用者による調理開始の操作が行われると、制御回路２２は、直ちに鍋種判定用の駆動信号により高周波電源回路３７及び３８を駆動して、載置された鍋材質と直径の判定を行う。大径鍋２３が載置された場合には、主コイル６及び補助コイル７ともに、磁性鍋又は非磁性鍋が検知されるため、制御回路２２により調理用の駆動信号で通電制御され、通常の加熱動作が行われる。
一方、小径鍋２５が載置された場合には、制御回路２２は、補助コイル７上には鍋の載置無し（無負荷）、主コイル６上には磁性鍋又は非磁性鍋が載置されたことを検知し、主コイル６のみを調理用の駆動信号で通電制御する。
また、フライパン２６が載置された場合には、主コイル６上には磁性鍋又は非磁性鍋が載置されたことを検知するとともに、補助コイル７上に載置鍋の開口部があることを検知し、主コイル６及び補助コイル７を通電制御する。
図１０は、上記の誘導加熱調理器の載置鍋の種類と加熱コイルの駆動状態との関係を纏めた図である。

以上の鍋判定の後、制御回路２２は、使用者の設定した火力となるように、入力電流検知回路１５及び電力演算回路３０の出力信号に基づいて主コイル６及び補助コイル７の電力フィードバック制御を行い（但し、小径鍋２５の場合には補助コイル７は非通電）、高周波電源回路３７及び３８を駆動する。使用者により、加熱停止の操作が行われると、制御回路２２は各高周波電源回路３７及び３８の通電を停止する。

以上のように本実施の形態１においては、補助コイル７（最外周側の加熱コイル）に流れる電流と印加される差動電圧の検知値を基にして、補助コイル７（最外周側のコイル）での消費電力を算出する構成とし、載置鍋の直径に応じて補助コイル７（最外周側のコイル）を通電抑制し、例えば載置された鍋の直径が予め定めた一定値以下の場合には高周波電源回路３８の通電を停止することで、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及び補助コイル７のそれぞれの電力を独立して調整することで、加熱ムラの無いきめ細かな制御が可能となる。
また、高周波電源回路３７及び３８の駆動周波数を全て同一で駆動することにより、干渉音の発生を抑制することができる。
また、加熱コイル５を構成する補助コイル７（最外周側のコイル）とトッププレート１との距離が、主コイル６（最外周側のコイルよりも内側に位置するコイル：中央側のコイル）よりも小さく設定されているため、鍋の開口部が補助コイル７（最外周側のコイル）の上方にある場合には、効率良く鍋肌面を加熱することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器を説明する。実施の形態１と同一である点については説明及び図を省略する。

図１１は、本実施の形態２に係る誘導加熱調理器の鍋ずれ状態を示す図である。図１２は、本実施の形態２に係る誘導加熱調理器の小径鍋載置時の高周波電源回路３８の駆動状態と電力演算回路３０の出力状態を示す図である。
上記の実施の形態１と同様に、補助コイル７の直径より十分小さい小径鍋２５が図８に示されるような位置に載置されて調理が開始されると、制御回路２２は、鍋判定用の制御信号で高周波電源回路３８を駆動し、補助コイル７上に鍋が無いことを検知し、実施の形態１と同様に補助コイル７については、調理用の通電制御を行わない。

補助コイル７の無負荷状態を検知した後に、制御回路２２は、図１２に示されるように、一定間隔Ｔｂで、ＩＧＢＴ３５及び３６について鍋判定用の駆動を繰り返し行う。図８に示されるように、加熱口２の中央部に小径鍋２５を載置している場合には、補助コイル７と鍋間に一定の距離があるため、補助コイル７の消費電力は微弱であり、電力演算回路３０の出力電圧は小さくなる。使用者による鍋のあおりや鍋ふり調理により、鍋の載置位置が図１１に示されるように加熱口の外周方向にずれると、補助コイル７の判定制御期間Ｔａでの消費電力が大きくなり、電力演算回路３０の出力電圧値が上昇する。電力演算回路３０の出力電圧値が閾値Ｐａに到達すると、制御回路２２は、補助コイル７を調理用の駆動信号で駆動する。鍋の位置が中央に修正され、補助コイル７での消費電力が小さくなったことを検知すると、制御回路２２は高周波電源回路を一定間隔Ｔａで鍋判定制御用の駆動に戻す。

以上のように本実施の形態２においては、補助コイル７（最外周側のコイル）を一定間隔で鍋判定用の制御（通電、非通電）を繰り返すことで鍋振りや鍋ずれなどの鍋の載置状態を瞬時に検知し、補助的な加熱を行うことができるので、特に、鍋のあおりや鍋ずれ時に使用者の利便性を向上させることができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る誘導加熱調理器を説明する。実施の形態１及び２と同一である点についてはその説明及び図を省略する。

図１３は、本実施の形態３に係る誘導加熱調理器の加熱コイルの断面図である。
コイルベース８は、その外周部側の面が滑らかに上昇して形成されており、その部位に配置される補助コイル７は、角度αだけ加熱コイル５の中心部に対して傾けて設置され、主コイル６と比較してトッププレート１との距離が短くなるように設置されている。

図１４は、本実施の形態３に係る誘導加熱調理器の寸胴鍋の設置状態を示す図である。図１４において、鍋２７は、その鍋底面が主コイル６と補助コイル７の中間程度の直径を有する寸胴鍋である。

寸胴鍋２７がトッププレート１上に載置された場合には、制御回路２２は、主コイル６上には磁性鍋又は非磁性鍋が載置されたことを検知するとともに、補助コイル７の垂直方向に寸胴鍋２７の鍋肌面があることを検知し、主コイル６及び補助コイル７の双方を通電制御する。

以上のように本実施の形態３によれば、補助コイル７（最外周側のコイル）を加熱コイル５の中心部に対して傾けて配置したことにより、補助コイル７（最外周側のコイル）に対して垂直方向にある寸胴鍋２７の鍋肌面を加熱することができるため、使用者の利便性を向上させることができる。

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、８ コイルベース、９ 操作・表示部、 １０ 整流回路、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、２８ 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、２６ フライパン、２７ 寸胴鍋、３０ 電力演算回路、３１〜３６ ＩＧＢＴ ３７、３８ 高周波電源回路。

Claims (8)

1. 鍋を載置する天板と、
   交流電力を直流電力に変換する直流電源部と、
   前記直流電源部の直流電力を高周波電力に変換する複数の高周波電源部と、
   前記天板の下に、重複しないように同心円状に配置された複数のコイルを備え、前記複数の高周波電源部から高周波電力がそれぞれ供給される加熱コイルと、
   前記加熱コイルの内、最外周側のコイルに流れる電流及びその両端の電圧に基づいて前記最外周側のコイルの有効電力を演算する電力演算回路と、
   少なくとも前記電力演算回路の出力に基づいて前記複数の高周波電源部を通電制御する制御部と
   を備えたことを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 入力電流を検知する入力電流検知手段を備え、
   前記制御部は、前記入力電流検知手段の出力及び前記電力演算回路の出力に基づいて、前記最外周側のコイルよりも内側に位置するコイルの有効電力を求めることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記制御部は、前記最外周側のコイルの有効電力及び前記最外周側のコイルよりも内側に位置するコイルの有効電力に基づいて鍋の載置状態及び種類を判別し、その判別結果に基づいて前記複数の高周波電源部を制御することを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱調理器。
4. 載置された鍋の直径が予め定めた一定値以下の場合には、前記最外周側のコイルに高周波電力を供給する前記高周波電源部の通電を停止することを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱調理器。
5. 前記最外周側のコイルに高周波電力を供給する前記高周波電源部は、一定の間隔で通電と非通電とを交互に繰り返し、
   前記制御部は、そのときの前記最外周側のコイルの有効電力に基づいて当該最外周側のコイル上の鍋の載置状態を判定することを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱調理器。
6. 前記複数の高周波電源部は、同一の周波数で通電制御されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
7. 前記最外周側のコイルは、当該最外周側のコイルと前記天板との距離が、当該最外周側のコイルよりも内側に位置するコイルと前記天板との距離よりも短くなるように配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
8. 前記最外周側のコイルは、前記天板に対して所定の角度をなし、前記加熱コイルの中心側に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。

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