JP2012104418A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

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Abstract

【課題】鍋の外径や形状によらず、加熱口に設定可能な最大電力で鍋を加熱できる誘導加熱調理器を得る。
【解決手段】トッププレート11の下方に配置され、1つの加熱口21に対して設けられた複数の加熱コイル2a、2b、2cと、鍋10を加熱する火力を設定する操作部5と、複数の加熱コイル2a、2b、2cにそれぞれ高周波電力を供給するインバータ3a、3b、3cと、加熱口21に対応するトッププレート11上の鍋10の載置状態を検知する鍋載置判別部4と、鍋載置判別部4の検知結果に基づいて複数の加熱コイル2の中から使用する加熱コイルを選択し、その選択された加熱コイルの総火力が操作部5によって設定された火力となるようインバータ3a、3b、3cを制御する制御回路7とを備えた。
【選択図】図1

Description

本発明は誘導加熱調理器に関し、特に、1つの加熱口の加熱手段として複数の加熱コイルを設けた誘導加熱調理器に関する。
従来の複数の加熱口を有する誘導加熱調理器では、各加熱口の加熱手段として、互いにほぼ直径の等しい加熱コイルを天板の下方に設置していた。そして、天板の上面には、各加熱コイルの同心上で、かつ加熱コイルの外径に対応した大きさの鍋位置表示部を印刷等により設けていた。このようにすることで、使用者がいずれかの鍋位置表示部上に鍋を載置して調理することができるようになっていた。
しかし、加熱コイルの外径よりも小さい径の鍋を使用する場合、鍋の外径よりも外側にはみ出した領域の加熱コイルの磁束が空中に漏れ、鍋を効率よく加熱することができず、無駄な電力を消費していた。
このような課題を解決するための技術として、「複数の加熱コイルのうち少なくとも1個を他の加熱コイルの径と異なる径にすると共に、前記天板に前記加熱コイルの径にそれぞれ対応した大きさの鍋位置表示部を設けた」ものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、他の技術の例として、同心上かつ略同一平面上に配した径の異なる複数の加熱コイルと、各々の加熱コイルに対して個別に高周波電力を出力する高周波電力発生回路と、複数の加熱コイルの各々の通電状態を検知するセンサと、このセンサ出力により被加熱物の有無またはその大きさを判別する判別手段を設け、被加熱物の有無または大きさの結果に応じて各コイルに対する高周波電力の出力レベルまたは出力時間を制御して加熱できるようにしたものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2004−186002号公報(第3頁、図1) 特開平8−78148号公報(第5頁、図9、図10)
しかしながら、特許文献1に記載の誘導加熱調理器によれば、加熱コイルの外径とほぼ同じ外径を有する適した鍋であれば効率よく加熱することができるものの、加熱コイルの外径との差が大きい外径の鍋を加熱口に載置した場合には、加熱効率が低下してしまう。すなわち、加熱コイルの外径に合う限られた径の鍋を用いなければ効率の良い加熱を行うことができないため、使用者は、市場に流通している様々な鍋の中から適切な外径の鍋を選択しなければならず、使い勝手が悪かった。
また、特許文献2に記載の誘導加熱調理器によれば、1つの加熱口の加熱手段を複数の加熱コイルで構成し、加熱口に載置された鍋の大小判別を行った結果に応じて、各加熱コイルに対する高周波電力の出力レベルまたは出力時間を制御する。鍋の大きさに対応した加熱コイルのみを駆動するので、鍋の外径から加熱コイルの外径がはみ出す場合の磁束漏れによる加熱効率の低下を抑制することができる。
しかしながら、加熱口の最大火力は複数の加熱コイルのそれぞれの最大出力の合計で決定しているため、加熱口の加熱手段を構成する複数の加熱コイルのうち、一部のものに電力を供給する場合、電力が供給される加熱コイルの出力レベルは定格値(100%)であるが、加熱口全体としては当該加熱口で設定可能な最大火力を得ることができない。例えば、加熱口の最大火力の定格値が3kWであったとしても、一部の加熱コイルのみを駆動するので、使用する加熱コイルの総火力は最大火力(3kW)とならない。したがって、漏れ磁束は少ないものの、加熱口への投入電力も小さくなるため十分な火力が得られず、加熱時間が長引くことになって使い勝手が悪かった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、鍋の外径や形状によらず、加熱口に設定可能な最大電力で鍋を加熱できる誘導加熱調理器を提供するものである。
本発明に係る誘導加熱調理器は、本体の上面に設けられ、被加熱物を載置可能なトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置され、1つの加熱口に対して設けられた複数の加熱コイルと、前記被加熱物を加熱する火力を設定する操作部と、前記複数の加熱コイルにそれぞれ高周波電力を供給する駆動回路と、前記加熱口に対応する前記トッププレート上の被加熱物の載置状態を検知する負荷検知手段と、前記負荷検知手段の検知結果に基づいて前記複数の加熱コイルの中から使用する加熱コイルを選択し、その選択された加熱コイルの総火力が前記操作部によって設定された火力となるよう前記駆動回路を制御する制御回路とを備えたものである。
本発明に係る誘導加熱調理器は、1つの加熱口に対して複数の加熱コイルを備えている。そして、負荷検知手段の検知結果に基づいて複数の加熱コイルの中から使用する加熱コイルを選択し、その選択された加熱コイルの総火力が操作部によって設定された火力となるよう駆動回路を制御する。このため、鍋の外径や形状によらず、加熱口に設定可能な最大火力で鍋を加熱することができる。また、操作部で設定された火力が最大火力でない場合でも、確実に操作部で設定された火力で鍋を加熱することができるので、使用者はより多くの調理が可能になると共に、例えば大きな火力で調理するために大きな鍋を使用するといった鍋を選ぶ煩わしさを無くすことができる。
実施の形態1に係る誘導加熱調理器の全体分解斜視図である。 実施の形態1に係る誘導加熱調理器の加熱コイルの配置と主要部の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加熱コイルの駆動例を説明する図である。 実施の形態2に係る誘導加熱調理器の加熱コイルの配置と主要部の構成を示す図である。 実施の形態2に係る誘導加熱調理器の加熱コイルの駆動例を説明する図である。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の、トッププレートを外した状態を示す全体分解斜視図である。図2は、実施の形態1に係る加熱コイルの配置と主要部の構成を示す図である。
[誘導加熱調理器の構成]
図1に示すように、誘導加熱調理器100は、箱状の筐体1と、筐体1の上面開口に載置されるトッププレート11とを備えている。本実施の形態1に係る誘導加熱調理器100は、加熱口21、22、23という3つの加熱口を備えており、これらの加熱口は、トッププレート11の下方であって筐体1の内部にそれぞれ加熱手段を備えている。加熱口21の加熱手段としては、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2c(以下、加熱コイル2と総称する場合がある。)を備えている。また、加熱口22の加熱手段として加熱コイル2と同様の構成の加熱コイル8を備え、加熱口23の加熱手段として例えば輻射によって加熱するタイプの電気ヒータ(例えばニクロム線やハロゲンヒータ、ラジエントヒータ)9を備えている。なお、加熱コイル8は加熱コイル2と同様の構成であるので、以降の説明では加熱コイル8についての説明は省略する。本実施の形態1の例では、加熱口21は、設定可能な最大火力が3kWであって、複数段階の火力を設定可能である。
トッププレート11は、全体が耐熱強化ガラスや結晶化ガラス等の材料で構成されており、筐体1の上面開口外周との間にゴム製パッキンやシール材を介して水密状態に固定される。トッププレート11には、加熱口21、22、23の加熱手段である加熱コイル2、加熱コイル8、電気ヒータ9に対応して、鍋の大まかな載置位置を示す円形の鍋位置表示部12a、12b、12cが印刷等の方法で形成されている。本実施の形態1では、筐体1の手前側に左右に並べて配置された加熱口21、22に対応する鍋位置表示部12a、12bと、筐体1の奥側ほぼ中央に配置された加熱口23に対応する鍋位置表示部12cとが設けられている。
トッププレート11の後方(奥側)には、吸気口15と排気口16とが開口している。また、筐体1内部の吸気口15の下方には、冷却ファン14が設けられている。冷却ファン14は、加熱コイル2や、インバータ3(後述する)等の発熱部品を冷却するよう空気を送風するために設けられたものである。冷却ファン14を動作させると、空気が吸気口15から筐体1内へ吸引され、筐体1内へ入った空気は筐体1内部のインバータ3の近傍を通過してこれを冷却し、さらに加熱コイル2に吹き付けられて加熱コイル2を冷却し、排気口16から筐体1外部へと排気される。なお、本実施の形態1ではトッププレート11の後方に通気孔を形成する例を示しているが、通気孔の形成位置はこれに限定されるものではなく、例えば、トッププレート11の後方には通気孔を設けず、筐体1の前面及び背面に通気孔を形成してもよい。
誘導加熱調理器100の手前側には、各加熱口21、22、23で鍋10を加熱する際の加熱コイル2、加熱コイル8、電気ヒータ9の火力を設定する操作部5が設けられている。
加熱コイル2は、それぞれ高周波電流を供給されることにより高周波磁界を発生し、この高周波磁界によりトッププレート11上に載置された鍋10に電流が発生することで、鍋10が加熱されるようになっている。
[加熱コイルの構成]
本実施の形態1では、加熱コイル2は素線をリング状に巻き回して構成されており、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cの順に径が大きくなるよう構成されている。これら第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cは、同心上かつ略同一平面上に配置されている(図2参照)。また、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cは、それぞれが単独で駆動可能に構成されている。第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cは、複数の素線を縒り合わせて構成されており、それぞれ、素線の縒り本数が異なる。ここでは、同心上に配置した径の異なる第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cを、内側のものよりも外側のものの方が縒り本数が少なくなるよう構成されている。すなわち、同心円状の複数の加熱コイル2のうち、最も中央に近く径が小さい第一加熱コイル2aの縒り本数が最も多く、最も外側に位置していて径が大きい第三加熱コイル2cの縒り本数が最も少なくなるよう構成されている。
[インバータの構成]
筐体1内には、第一加熱コイル2aに高周波電流を流して高周波電力を供給する第一インバータ3aと、第二加熱コイル2bに高周波電流を流して高周波電力を供給する第二インバータ3bと、第三加熱コイル2cに高周波電流を流して高周波電力を供給する第三インバータ3cとを備える。第一インバータ3a、第二インバータ3b、第三インバータ3c(以下、インバータ3と総称する場合がある)は、直流電源回路が接続されたスイッチング素子(図示せず)と、このスイッチング素子のオン/オフを切り替えるための駆動信号を出力するインバータ駆動回路(図示せず)とを少なくとも備えている。第一インバータ3a、第二インバータ3b、第三インバータ3cは、制御回路7に制御されて、加熱口21に設定可能な最大電力を、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cにそれぞれ単独で投入可能である。なお、インバータ3は、本発明の駆動回路に相当する。
本実施の形態1では、インバータ3に用いられるスイッチング素子は、その一部又は全部をSiC(炭化ケイ素)半導体で構成されている。SiC半導体は、Si(ケイ素)半導体よりも耐熱面で優れるという特徴を有する。このため、加熱コイル2への通電により高温化する筐体1内において、インバータ3を冷却するための冷却風が低風量であっても、インバータ3の温度規格に対して余裕を持って駆動できるようになっている。したがって、インバータ3を冷却するための冷却風を低減でき、冷却ファン14の駆動に要するエネルギーを低減できる。また、インバータ3の冷却風を低風量とした分、加熱コイル2を大風量で冷却することもでき、加熱コイル2に大電力を投入しやすくなる。
特に、第一加熱コイル2aは、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cよりも径が小さいから、コイルのターン数(巻き数)に比較してインダクタンスが小さく、径の大きい加熱コイルと同じ電流を流した場合に得られる火力が小さい。そこで、高周波電流を供給する第一インバータ3aにSiC半導体を用いることで、高周波化、大電流化が可能となり、インダクタンスの小さい第一加熱コイル2aにおいても、必要な火力を確保できるようになる。
また、本実施の形態1のように複数の加熱口21、22を設けた場合、第三加熱コイル2cは、隣接する他の加熱口22に設けられた加熱コイルと近接する。このため、第三加熱コイル2cと近接する加熱口22の加熱コイルの駆動周波数が近いと、鍋なりが発生する可能性が高い。本実施の形態1では、第三インバータ3cにSiC半導体を用いることで高周波化が可能であるので、第三インバータ3cを近接する加熱口の加熱コイルよりも15〜20kHz高い周波数で駆動することもできる。このため、近接する加熱コイルの駆動周波数を遠ざけて、鍋なりが発生するのを抑制できる。
[制御回路の構成]
制御回路7は、誘導加熱調理器100の全体を制御するためのものである。図2に示すように、制御回路7は、操作部5から入力された制御命令に基づいて、第一インバータ3a、第二インバータ3b、及び第三インバータ3cの出力を制御し、加熱の開始/停止や火力の設定などを行う。また、制御回路7は、インバータ3を駆動する際には、冷却ファン14も駆動させる。制御回路7は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、CPUやマイコン等の演算装置とその動作を規定するソフトウェアで構成することもできる。
[鍋載置判別部の構成]
鍋載置判別部4は、加熱コイル2に対向するトッププレート11上に、鍋10が第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cに対してどのような位置関係で載置されているか、という鍋10の載置状態を判別する機能を有する。鍋載置判別部4による判別結果は制御回路7に出力され、制御回路7は、入力された判別結果に基づいて後述するようにインバータ3を制御する。なお、鍋載置判別部4は、本発明の負荷検知手段に相当する。
次に、鍋載置判別部4の上記判別機能について説明する。鍋載置判別部4は、各加熱コイル2を上面からみた投影面積と、各加熱コイル2の投影面積に占める鍋10底面の外径面積とに基づいて、鍋10の載置位置や載置範囲などの載置状態を判別する。
鍋載置判別部4の具体的構成としては、例えば、同心上に配置された各加熱コイル2同士の隙間に照度センサを設け、この照度センサの出力に基づいて、暗いか明るいか(すなわち、鍋10により照度センサの上方を覆われているかいないか)を判断する。これにより、加熱コイル2上のどの範囲が鍋10により覆われているかが分かり、鍋10の載置状態が判別できる。
そのほか、例えば、各加熱コイル2に微弱電流を流し、そのときの加熱コイル2のインピーダンス値を検出可能な回路により鍋載置判別部4を構成してもよい。この場合、各加熱コイル2に微弱電流を流すことで変化する各加熱コイル2のインピーダンス値から、各加熱コイル2に鍋10が載置されているか否か載置状態を判別することができる。
また、特定の周波数における第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cの電流と電流比とを基にして、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cの使用率を算出し、この使用率を、各加熱コイル2の加熱面積(加熱コイル2を上面からみた投影面積)と積算して、各加熱コイル2への鍋10の載置率を算出することもできる。
[加熱時の動作]
次に、加熱時の動作について説明する。図3は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器100の加熱コイル2の駆動例を説明する図である。ここでは、直径の異なる3種類の鍋10a、鍋10b、鍋10cを加熱口21に載置した場合の加熱コイル2の駆動例を、それぞれ、図3A、図3B、図3Cに示して説明する。
図3Aは、小径の鍋10aをトッププレート11の加熱コイル2上に載置した例を示している。操作部5により目標火力(例えば、加熱口21の最大火力である3kW)が設定されて加熱開始が指示されると、鍋載置判別部4は、加熱コイル2上における鍋10aの載置状態を判別する。ここでは、鍋載置判別部4は、第一加熱コイル2a上にのみ鍋10aが載置されていて、第二加熱コイル2b及び第三加熱コイル2c上には鍋10aが載置されていないと判断したものとする。そして、鍋載置判別部4の判別結果が、制御回路7に出力される。
制御回路7は、鍋載置判別部4からの出力に基づき、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cのうち使用する加熱コイルを選択する。そして、使用する加熱コイルに対してそれぞれ投入する電力配分を決定し、インバータ3を駆動する。ここでは、操作部5により設定された設定火力(3kW)を得るための電力のうち、第一加熱コイル2aには約9割(2.7kW)を、第二加熱コイル2bには約1割(0.3kW)を投入するよう、第一インバータ3a及び第二インバータ3bを駆動する。第三加熱コイル2cは使用せず、電力を投入しないこととする。
このように、図3Aでは、鍋10aが載置されている第一加熱コイル2aと、その外周側に隣接する第二加熱コイル2bとを使用する加熱コイルとして選択し、この第一加熱コイル2aと第二加熱コイル2bに対して、設定火力を得るための電力を投入するようにしている。このため、加熱コイル2の最大径よりも径が小さい鍋10aを加熱する場合でも、第一加熱コイル2aと第二加熱コイル2bの総火力は設定火力(3kW)となり、加熱口21の最大火力で加熱することができる。また、操作部5で設定された火力が最大火力でない場合でも、確実に操作部5で設定された火力で鍋10aを加熱することができるので、使用者はより多くの調理が可能になると共に、例えば大きな火力で調理するために大きな鍋を使用するといったような鍋を選ぶ煩わしさを無くすことができる。
また、鍋10aが載置されている第一加熱コイル2aの外周側に隣接し、鍋10aが載置されていない第二加熱コイル2bに対しても、設定火力を得るための投入電力のうち鍋10aが載置されている第一加熱コイル2aよりも小さい電力を投入するようにした。本実施の形態1のように同心円状に複数の加熱コイルを配置した構成の場合、鍋10aが載置されている第一加熱コイル2aの外周側に隣接する第二加熱コイル2bは、鍋10aの底の外周側に位置する加熱コイルであるといえる。したがって、第二加熱コイル2bに電力を投入することで、鍋10aの底面だけでなく、鍋10aの底面から側面にかかる部分も加熱することができるので、加熱ムラを抑えた調理を実現することができる。また、第二加熱コイル2bに投入する電力は第一加熱コイル2aよりも小さい電力とすることで、漏れ磁束を抑制して効率よく加熱することができる。
また、第二加熱コイル2bよりも外周側に位置する第三加熱コイル2cに対しては、電力を投入しないようにした。このため、漏れ磁束を抑制して効率よく鍋10aを加熱することができる。
図3Bは、中径の鍋10bをトッププレート11の加熱コイル2上に載置した例を示している。操作部5により目標火力(例えば、加熱口21の最大火力である3kW)が設定されて加熱開始が指示されると、鍋載置判別部4は、加熱コイル2上における鍋10bの載置状態を判別する。ここでは、鍋載置判別部4は、第一加熱コイル2a上に鍋10bの底面積のうちの約5割が、第二加熱コイル2b上に鍋10bの底面積のうちの約5割が載置されていて、第三加熱コイル2c上には鍋10bが載置されていないと判断したものとする。そして、鍋載置判別部4の判別結果が、制御回路7に出力される。
制御回路7は、鍋載置判別部4からの出力に基づき、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cのうち使用する加熱コイルを選択する。そして、使用する加熱コイルに対してそれぞれ投入する電力配分を決定し、インバータ3を駆動する。ここでは、すべての加熱コイル2を使用する加熱コイルとして選択し、操作部5により設定された設定火力(3kW)を得るための電力のうち、第一加熱コイル2aには約5割(1.5kW)を、第二加熱コイル2bには約4割(1.2kW)を、第三加熱コイル2cには約1割(0.3kW)を投入するよう、第一インバータ3a、第二インバータ3b、第三インバータ3cを駆動する。
このように、図3Bでは、鍋10bが載置されている第一加熱コイル2a及び第二加熱コイル2bと、その外周側に隣接する第三加熱コイル2cとを使用する加熱コイルとして選択し、この第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cに対して、設定火力を得るための電力を投入するようにしている。このため、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、及び第三加熱コイル2cの総火力は設定火力(3kW)となり、加熱コイル2の最大径よりも径が小さい鍋10bを加熱する場合でも、加熱口21の最大火力で加熱することができる。また、操作部5で設定された火力が最大火力でない場合でも、確実に操作部5で設定された火力で鍋10bを加熱することができるので、使用者はより多くの調理が可能になると共に、例えば大きな火力で調理するために大きな鍋を使用するといったような鍋を選ぶ煩わしさを無くすことができる。
また、鍋10bが載置されている第二加熱コイル2bの外周側に隣接し、鍋10bが載置されていない第三加熱コイル2cに対しても、設定火力を得るための投入電力のうち鍋10bが載置されている第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2bよりも小さい電力を投入するようにした。本実施の形態1のように同心円状に複数の加熱コイルを配置した構成の場合、鍋10bが載置されている第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2bの外周側に隣接する第三加熱コイル2cは、鍋10bの底の外周側に位置する加熱コイルであるといえる。したがって、第三加熱コイル2cに電力を投入することで、鍋10bの底面だけでなく、鍋10bの底面から側面にかかる部分も加熱することができるので、加熱ムラを抑えた調理を実現することができる。また、第三加熱コイル2cに投入する電力は第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2bよりも小さい電力とすることで、漏れ磁束を抑制して効率よく加熱することができる。
また、図3Bの例において第一加熱コイル2aと第二加熱コイル2bは鍋10bの載置率が同じ5割であるので、投入電力も載置率に対応させて同等としてもよいが、図3Bの例では載置率を補正して、中心側に位置する第一加熱コイル2aの方に大きな電力を投入している。中心側に位置する第一加熱コイル2aにより大きな電力を投入することで、鍋10bの底面の中心部の方が外周部よりも加熱されやすくなり、鍋10b内の内容物の中心部から外周部にかけての対流を促進することができる。
図3Cは、大径の鍋10cをトッププレート11の加熱コイル2上に載置した例を示している。操作部5により目標火力(例えば、加熱口21の最大火力である3kW)が設定されて加熱開始が指示されると、鍋載置判別部4は、加熱コイル2上における鍋10cの載置状態を判別する。ここでは、鍋載置判別部4は、第一加熱コイル2a上に鍋10cの底面積のうちの約4割が、第二加熱コイル2b上に鍋10cの底面積のうちの約3割が、第三加熱コイル2c上に鍋10cの底面積のうちの約3割が載置されていると判断したものとする。そして、鍋載置判別部4の判別結果が、制御回路7に出力される。
制御回路7は、鍋載置判別部4からの出力に基づき、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cのうち使用する加熱コイルを選択する。そして、使用する加熱コイルに対してそれぞれ投入する電力配分を決定し、インバータ3を駆動する。ここでは、すべての加熱コイル2を使用する加熱コイルとして選択し、操作部5により設定された設定火力(3kW)を得るための電力のうち、第一加熱コイル2aには約5割(1.5kW)を、第二加熱コイル2bには約3割(0.9kW)を、第三加熱コイル2cには約2割(0.6kW)を投入するよう、第一インバータ3a、第二インバータ3b、第三インバータ3cを駆動する。
このように、図3Cでは、鍋10cが載置されている第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cに対して、設定火力を得るための電力を投入している。このため、大径の鍋10cを加熱する場合でも、加熱口21の最大火力で加熱することができる。
また、図3Cでは、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cへの鍋10cの載置率に補正を加えて、電力分配率を決定している。具体的には、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cへの鍋10cの載置率が約4割:約3割:約3割であるのに対し、電力分配率は約5割:約3割:約2割としており、中心側に位置する第一加熱コイル2aの方に大きな電力を投入し、その分だけ最も外側に位置する第三加熱コイル2cの電力を減少させている。中心側に位置する第一加熱コイル2aにより大きな電力を投入することで、鍋10cの底面中心部の方が外周部よりも加熱されやすくなり、鍋10c内の内容物の中心部から外周部にかけての対流を促進することができる。
以上のように、本実施の形態1では、1つの加熱口21に対して、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cという複数の加熱コイルを設け、それぞれの加熱コイルに対し最大火力を出力可能とした。そして、鍋載置判別部4が検知した鍋10の載置状態に基づいて第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cのうち使用する加熱コイルを選択し、選択された加熱コイルの総火力が操作部5にて設定された火力となるようインバータ3を制御する。このため、例えば図3Aのように第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cのうち第一加熱コイル2aと第二加熱コイル2bだけを用いる場合であっても、加熱口21で設定可能な最大火力で鍋10を加熱することができる。このように、鍋10の直径によらず最大火力で鍋10を加熱することができ、例えば小径の鍋10aを加熱する場合であっても設定火力に対して火力が小さすぎることもなく、使い勝手のよい加熱調理器を得ることができる。また、操作部5で設定された火力が最大火力でない場合でも、確実に操作部5で設定された火力で鍋10を加熱することができるので、使用者はより多くの調理が可能になると共に、例えば大きな火力で調理するために大きな鍋を使用するといったような鍋を選ぶ煩わしさを無くすことができる。
また、本実施の形態1に係る鍋載置判別部4は、各加熱コイル2上に占める鍋10底面の面積に基づいて、鍋10の載置状態を判別するようにした。各加熱コイル2上に鍋10の底面が位置しているか否かだけでなく、加熱コイル2に対する鍋10の底面積の載置率(占有率)に基づいて各加熱コイル2に投入する電力を配分することで、例えば載置率の大きい加熱コイル2にはより大きい電力を投入するなど効率的な加熱が行え、調理時間の短縮にも繋がる。
また、本実施の形態1では、複数の加熱コイル2のうち、鍋10が載置されていない加熱コイルであって鍋10が載置されている加熱コイルの外周側に隣接している加熱コイル(図3Aの例では第二加熱コイル2b、図3Bの例では第三加熱コイル2c)へも、電力の一部を投入するようにした。このようにすることで、鍋10の底面だけでなく、鍋10の底面から側面にかかる部分も加熱することができるので、加熱ムラを抑制することができる。また、鍋10が載置されていない加熱コイルであって鍋10が載置されている加熱コイルの外周側に隣接している加熱コイルに投入する電力は、鍋10が載置されている加熱コイルよりも小さい電力とした。このため、上記のように加熱ムラを抑制しつつ、漏れ磁束を抑制して効率よく加熱することができる。
また、本実施の形態1によれば、加熱口21の加熱手段を、同心上に配置した径の異なる複数の加熱コイル2で構成した。このため、鍋10の底面の径の大きさに応じて加熱コイル2の使用の有無や投入電力を制御することで、加熱コイル2の外径と鍋10の外径とが大きく異なることに起因する漏れ磁束を低減でき、効率のよい加熱を実現できる。
また、本実施の形態1では、同心上かつ略同一平面上に配置した径の異なる加熱コイル2のうち、中央側に位置する加熱コイル2を構成する素線の縒り本数が、外側に位置する加熱コイル2を構成する素線の縒り本数よりも多くなるように構成した。すなわち、実施の形態1では第一加熱コイル2aの素線の縒り本数が最も多く、第三加熱コイル2cの素線の縒り本数が最も少なくなるようにした。このようにすることで、中央側の第一加熱コイル2aの直流抵抗を低減することができると同時に、凹凸面積を増加させることができ、中央側の第一加熱コイル2aの冷却性能を高めることができる。このため、例えば小径の鍋10を加熱する場合に第一加熱コイル2aに大電力を投入する際にも、第一加熱コイル2aの冷却性能が大電力投入の妨げになることはない。
さらに、本実施の形態1によれば、インバータ3に用いるスイッチング素子として少なくともその一部にSiC半導体を使用していることから、簡単な構成で低損失のスイッチング素子が実現される。SiC半導体を使用したスイッチング素子は高温での動作も可能であるため、インバータ3に冷却用として供給する送風量を減少させ、あるいは冷却風の供給を停止することも可能となる。したがって、冷却ファン14の送風量は従来と同じであっても、インバータ3に供給する送風量を低減した分だけ加熱コイル2に供給可能な送風量を増加させることができ、加熱コイル2の冷却性能を高めることができる。特に、中央側の加熱コイル2の冷却性能を高めることで、例えば小径の鍋10を加熱する場合に第一加熱コイル2aに大電力を投入する際にも、第一加熱コイル2aの冷却性能が大電力投入の妨げになることはない。また、風量配分を最適化することにより、冷却ファン14の動作に起因する騒音を低減することができる。
なお、本実施の形態1では、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cへそれぞれ投入する電力分配率は、各加熱コイル2に対する鍋10の載置率を補正して決定した。しかし、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cへそれぞれ投入する電力分配率は、各加熱コイル2に対する鍋10の載置率をそのまま使用してもよい。例えば、図3Aの例の場合では、第一加熱コイル2aにのみ、設定火力を得るための最大電力を投入するように第一インバータ3aを駆動してもよい。上述のように第一インバータ3aのスイッチング素子はSiC半導体を用いているので、SiC半導体の有する特性により、高周波化、大電流化が可能となって小径の第一加熱コイル2a単独で設定火力を得ることができる。
また、第一加熱コイル2a、第二加熱コイル2b、第三加熱コイル2cにそれぞれ投入する電力分配率を決定するに際し、鍋10の載置率に他の補正を加えてもよい。例えば、各加熱コイル2の位置関係に基づいて、載置された鍋10を均一に加熱するための重み付け、あるいは、各加熱コイル2からの漏れ磁束を低減するための重み付けを行うことが考えられる。
実施の形態2.
図4は、実施の形態2に係る誘導加熱調理器の加熱コイルの配置と主要部の構成を示す図である。図4では、加熱口21を上から見た場合の加熱コイルの配置例を示している。なお、本実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一又は相当する構成には同一符号を付す。また、図4では説明の都合上、図面上側を加熱口21の奥側(後)、図面下側を加熱口21の手前側(前)、図面右側を加熱口21の右、図面左側を加熱口21の左、とする。
図4に示すように、加熱口21の加熱手段である加熱コイルの構成が、実施の形態1と異なる。実施の形態1では径の異なる複数の加熱コイルを同心上に配置したが、実施の形態2では、円形又は楕円形の複数の加熱コイルの円心位置が互いに異なる位置となるようにして、加熱コイルを配置している。図4の例では、加熱口21の中央に円形の第一加熱コイル20aを配置し、第一加熱コイル20aの左右に第二加熱コイル20bを1つずつ配置し、第一加熱コイル20aの前後に第三加熱コイル20cを1つずつ配置することで、第一加熱コイル20aの外周を第二加熱コイル20bと第三加熱コイル20cで囲んでいる。第一加熱コイル20a、第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cは、略同一平面上に配置している。なお、本実施の形態2では、第一加熱コイル20a、2つの第二加熱コイル20b、及び2つの第三加熱コイル20cを総称して、加熱コイル20と表記する場合がある。
第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cは、すべてほぼ同一の楕円形状になるように素線を渦巻状に巻き回して構成されている。2つの第二加熱コイル20bは、楕円の長手軸が加熱口21の前後方向と一致するように配置され、2つの第三加熱コイル20cは、楕円の長手軸が加熱口21の左右方向と一致するように配置されている。
また、第一加熱コイル20aに高周波電流を供給する第一インバータ30aと、第二加熱コイル20bに高周波電流を供給する第二インバータ30bと、第三加熱コイル20cに高周波電流を供給する第三インバータ30cとを備えている。第一インバータ30a、第二インバータ30b、第三インバータ30cは、制御回路7に制御されて、加熱口21に設定可能な最大電力を、第一加熱コイル20a、第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cのそれぞれに投入可能に構成されている。
本実施の形態2では、2つの第二加熱コイル20bは、互いに電気的に直列に接続され、第二インバータ30bから供給された高周波電流が流れるように構成されている。また、2つの第三加熱コイル20cも互いに電気的に直列に接続され、第三インバータ30cから供給された高周波電流が流れるように構成されている。第一加熱コイル20a、第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cは、それぞれ対応するインバータにより単独で駆動可能である。
第一インバータ30a、第二インバータ30b、第三インバータ30c(以下、インバータ30と総称する場合がある)は、直流電源回路が接続されたスイッチング素子(図示せず)と、このスイッチング素子のオン/オフを切り替えるための駆動信号を出力するインバータ駆動回路(図示せず)とを少なくとも備えている。前述の実施の形態1と同様に、インバータ30に用いられるスイッチング素子は、その一部又は全部をSiC(炭化ケイ素)半導体で構成されている。SiC半導体は、Si(ケイ素)半導体よりも耐熱面で優れるという特徴を有する。このため、加熱コイル20への通電により高温化する筐体1内において、インバータ30を冷却するための冷却風が低風量であっても、インバータ30の温度規格に対して余裕を持って駆動できるようになっている。したがって、インバータ30を冷却するための冷却風を低減でき、冷却ファン14の駆動に要するエネルギーを低減できる。また、インバータ30の冷却風を低風量とした分、加熱コイル20を大風量で冷却することもでき、加熱コイル20に大電力を投入しやすくなる。
特に、加熱コイル20は実施の形態1で説明した第一加熱コイル2aと同様、第三加熱コイル2cと比べて径が小さいから、コイルのターン数(巻き数)に比較してインダクタンスが小さく、径の大きい加熱コイルと同じ電流を流した場合に得られる火力が小さい。そこで、高周波電流を供給するインバータ30にSiC半導体を用いることで、高周波化、大電流化が可能となり、インダクタンスの小さい加熱コイル20においても、必要な火力を確保できるようになる。
また、複数の加熱口を設けた場合、加熱口21において外周側に位置する第二加熱コイル20bは、隣接する他の加熱口に設けられた加熱コイルと近接する。このため、第二加熱コイル20bと近接する加熱口の加熱コイルの駆動周波数が近いと、鍋なりが発生する可能性が高い。本実施の形態2によれば、第二インバータ30bにSiC半導体を用いることで高周波化が可能であるので、第二インバータ30bを近接する他の加熱口の加熱コイルよりも15〜20kHZ高い周波数で駆動することもできる。このため、近接する加熱コイルの駆動周波数を遠ざけて、鍋なりが発生するのを抑制できる。
次に、加熱時の動作について説明する。図5は、実施の形態2に係る誘導加熱調理器の加熱コイルの駆動例を説明する図である。ここでは、平面視楕円形状であってその短軸が加熱口21の最大径よりも小さい鍋10dを、加熱口21に載置した場合の加熱コイル20の駆動例を、それぞれ、図5A、図5Bに示して説明する。
図5Aは、底面が楕円形状の鍋10dを、その長手軸が左右方向に一致するようにして載置した例を示している。操作部5により目標火力(例えば、加熱口21の最大火力である3kW)が設定されて加熱開始が指示されると、鍋載置判別部4は、加熱コイル20上における鍋10dの載置状態を判別する。ここでは、鍋載置判別部4は、第一加熱コイル20a上に鍋10dの底面積のうちの約5割が、第二加熱コイル20b上に鍋10dの底面積のうちの約4割が、第三加熱コイル20c上に鍋10dの底面積のうちの約1割が載置されていると判断したものとする。そして、鍋載置判別部4の判別結果が、制御回路7に出力される。
制御回路7は、鍋載置判別部4からの出力に基づき、第一加熱コイル20a、第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cのうち使用する加熱コイルを選択する。そして、使用する加熱コイルに対してそれぞれ投入する電力配分を決定し、インバータ30を駆動する。ここでは、操作部5により設定された設定火力(3kW)を得るための電力のうち、第一加熱コイル20aには約6割(1.8kW)を、第二加熱コイル20bには約4割(1.2kW)を投入するよう、第一インバータ30a及び第二インバータ30bを駆動する。第三加熱コイル20cは使用せず、電力を投入しないこととする。
このように、図5Aでは、第一加熱コイル20a、第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cのうち、第一加熱コイル20aと第二加熱コイル20bに対して、設定火力を得るための電力を投入するようにしている。このため、第一加熱コイル20aと第二加熱コイル20bの総火力は設定火力(3kW)となり、鍋10dの径や底面形状によらず、加熱口21の最大火力で鍋10dを加熱することができる。また、操作部5で設定された火力が最大火力でない場合でも、確実に操作部5で設定された火力で鍋10dを加熱することができるので、使用者はより多くの調理が可能になると共に、例えば大きな火力で調理するために大きな鍋や加熱口の外径形状と似た鍋を使用するといったような鍋を選ぶ煩わしさを無くすことができる。
図5Bは、楕円形状の鍋10dを、その長手軸が前後方向に一致するようにして載置した例を示している。操作部5により目標火力が設定されて加熱開始が指示されると、鍋載置判別部4は、加熱コイル20上における鍋10dの載置状態を判別する。ここでは、鍋載置判別部4は、第一加熱コイル20a上に鍋10dの底面積のうちの約5割が、第三加熱コイル20c上に鍋10dの底面積のうちの約4割が、第二加熱コイル20b上に鍋10dの底面積のうちの約1割が載置されていると判断したものとする。そして、鍋載置判別部4の判別結果が、制御回路7に出力される。
制御回路7は、鍋載置判別部4からの出力に基づき、第一加熱コイル20a、第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cのうち使用する加熱コイルを選択する。そして、使用する加熱コイルに対してそれぞれ投入する電力配分を決定し、インバータ30を駆動する。ここでは、操作部5により設定された設定火力を得るための最大電力のうち、第一加熱コイル20aには約6割(1.8kW)を、第三加熱コイル20cには約4割(1.2kW)を投入するよう、第一インバータ30a及び第三インバータ30cを駆動する。第二加熱コイル20bは使用せず、電力を投入しないこととする。
このように、図5Bでは、第一加熱コイル20a、第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cのうち、第一加熱コイル20aと第三加熱コイル20cに対して、設定火力を得るための電力を投入するようにしている。このため、第一加熱コイル20aと第三加熱コイル20cの総火力は設定火力(3kW)となり、鍋10dの径や底面形状によらず、加熱口21の最大火力で鍋10dを加熱することができる。また、操作部5で設定された火力が最大火力でない場合でも、確実に操作部5で設定された火力で鍋10dを加熱することができるので、使用者はより多くの調理が可能になると共に、例えば大きな火力で調理するために大きな鍋や加熱口の外径形状と似た鍋を使用するといったような鍋を選ぶ煩わしさを無くすことができる。
以上のように、本実施の形態2では、1つの加熱口21に対して、第一加熱コイル20a、第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cという複数の加熱コイルを設けた。そして、鍋載置判別部4が検知した鍋10の載置状態に基づいて第一加熱コイル20a、第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cのうち使用する加熱コイルを選択し、選択された加熱コイルの総火力が操作部5にて設定された火力となるようインバータ30を制御するようにした。このため、例えば図5Aのように第一加熱コイル20aと第二加熱コイル20bだけを用いる場合であっても、加熱口21で設定可能な最大火力で鍋10を加熱することができる。このように、鍋10の直径や形状によらず最大火力で鍋10を加熱することができ、例えば楕円形状の鍋10dを加熱する場合であっても設定火力に対して火力が小さすぎることもなく、使い勝手のよい加熱調理器を得ることができる。また、操作部5で設定された火力が最大火力でない場合でも、確実に操作部5で設定された火力で鍋10を加熱することができるので、使用者はより多くの調理が可能になると共に、例えば大きな火力で調理するために大きな鍋や加熱口の外径形状と似た鍋を使用するといったような鍋を選ぶ煩わしさを無くすことができる。
また、本実施の形態2に係る鍋載置判別部4は、各加熱コイル20上に占める鍋10dの底面の面積に基づいて、鍋10の載置状態を判別するようにした。各加熱コイル20上に鍋10の底面が位置しているか否かだけでなく、加熱コイル20に対する鍋10の底面積の載置率(占有率)に基づいて各加熱コイル20に投入する電力を配分することで、例えば載置率の大きい加熱コイル20にはより大きい電力を投入するなど効率的な加熱が行え、調理時間の短縮にも繋がる。
また、本実施の形態2では、加熱口21の加熱手段を、円形状の第一加熱コイル20aと複数の楕円形状の第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cで構成した。そして、第一加熱コイル20a、第二加熱コイル20b、第三加熱コイル20cの円心位置が互いに異なる位置となるようにして、各加熱コイルを配置した。このため、円形状以外の底面を有する鍋、例えば楕円形状の底面を有する鍋10dなど、鍋の中心に対し外径が同心円状になっていない鍋10を加熱する場合には、同心上に配置した加熱コイルと比べて効率よく加熱することができる。
また、本実施の形態2では、加熱口21の加熱手段を構成する複数の加熱コイル20のうち、鍋10の底面中心側の加熱コイル20に、外側の加熱コイル20よりも大きい電力を投入するように電力配分を行っている。このため、鍋10の底面中心部の方が外周部よりも加熱されやすくなる。したがって、鍋10内の内容物に対して、中心部から外周部にかけての対流を促すことができ、内容物のかき混ぜを促進することができる。
また、本実施の形態2では、鍋10の底面との重複面積が少ない加熱コイル20、すなわち載置率の小さい加熱コイル20(図5Aの例では第三加熱コイル20c、図5Bの例では第二加熱コイル2b)には、電力を投入しないこととした。このため、鍋10に到達せずに空中に磁束が漏れるのを抑制でき、効率よい加熱が可能となる。
なお、本実施の形態2では、載置率が1割以下の場合の加熱コイルには電力を投入しない例を示したが、電力投入を行うか否かの載置率の閾値は、各加熱口の加熱手段を構成する加熱コイルの数や配置を考慮して任意に定めることができる。
なお、本実施の形態2では、2つの第二加熱コイル20bを電気的に直列に接続して共に第二インバータ30bから高周波電流の供給を受けるようにしたが、第二加熱コイル20bを直列に接続せず、インバータから個別に高周波電流の供給を受けてもよい。このことは、第三加熱コイル20cについても同様である。
また、実施の形態1、2で説明した誘導加熱調理器は、いわゆるビルトイン型(システムキッチン一体型)のIHクッキングヒータとして用いる他、いわゆる据え置き型や卓上型のIHクッキングヒータとして用いてもよく、同様の作用効果を奏する。
また、実施の形態1、2では、インバータのスイッチング素子を、Si(ケイ素)に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体であるSiC(炭化ケイ素)半導体で形成した例を示した。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドを用いてもよい。
また、実施の形態1、2では、加熱口23の加熱手段を、輻射によって加熱するタイプの電気ヒータ(例えばニクロム線やハロゲンヒータ、ラジエントヒータ)としたが、加熱口21、加熱口22と同様に加熱コイルで構成してもよく、この場合第二加熱コイル20bと同様に第三加熱コイル20cについても相互干渉による鍋鳴りを考慮する必要がある。
また、実施の形態1、2では、加熱口21に設定可能な最大電力を、加熱口の各加熱コイルにそれぞれ単独で投入可能としたが、各加熱コイルを組み合わせて加熱することを考慮すると、第一加熱コイルについては最大電力を投入可能とする必要はあるが、第二加熱コイルと第三加熱コイルは必ずしも最大電力をそれぞれ単独で投入可能とする必要はなく、組み合わせ方によって任意に投入可能電力を設定してもよい。
1 筐体、2 加熱コイル、2a 第一加熱コイル、2b 第二加熱コイル、2c 第三加熱コイル、3 インバータ、3a 第一インバータ、3b 第二インバータ、3c 第三インバータ、4 鍋載置判別部、5 操作部、7 制御回路、8 加熱コイル、9 電気ヒータ、10、10a、10b、10c、10d 鍋、11 トッププレート、12a 鍋位置表示部、12b 鍋位置表示部、12c 鍋位置表示部、14 冷却ファン、15 吸気口、16 排気口、20 加熱コイル、20a 第一加熱コイル、20b 第二加熱コイル、20c 第三加熱コイル、21 加熱口、22 加熱口、23 加熱口、30 インバータ、30a 第一インバータ、30b 第二インバータ、30c 第三インバータ、100 誘導加熱調理器。

Claims (10)

  1. 本体の上面に設けられ、被加熱物を載置可能なトッププレートと、
    前記トッププレートの下方に配置され、1つの加熱口に対して設けられた複数の加熱コイルと、
    前記被加熱物を加熱する火力を設定する操作部と、
    前記複数の加熱コイルにそれぞれ高周波電力を供給する駆動回路と、
    前記加熱口に対応する前記トッププレート上の被加熱物の載置状態を検知する負荷検知手段と、
    前記負荷検知手段の検知結果に基づいて前記複数の加熱コイルの中から使用する加熱コイルを選択し、その選択された加熱コイルの総火力が前記操作部によって設定された火力となるよう前記駆動回路を制御する制御回路とを備えた
    ことを特徴とする誘導加熱調理器。
  2. 前記制御回路は、前記負荷検知手段の検知結果に基づいて前記使用する一部の加熱コイルの各々に供給する電力の配分を決定する
    ことを特徴とする請求項1記載の誘導加熱調理器。
  3. 前記負荷検知手段は、前記加熱コイルの外径面積に占める前記被加熱物の外径面積に基づいて、前記被加熱物の載置状態を検知する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の誘導加熱調理器。
  4. 前記制御回路は、前記負荷検知手段の検知結果に基づいて前記加熱コイルそれぞれの上方に前記被加熱物が載置されているか否か判断し、前記被加熱物が載置されている加熱コイルと、前記被加熱物が載置されていないが前記被加熱物が載置されている加熱コイルと隣接する加熱コイルとを使用するよう決定し、
    前記被加熱物が載置されていない加熱コイルに、前記被加熱物が載置されている加熱コイルよりも小さい電力を供給するよう、前記駆動回路を制御する
    ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
  5. 前記複数の加熱コイルを、同心上に配置された径の異なる加熱コイルにより構成した
    ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
  6. 前記同心上に配置された径の異なる加熱コイルのうち、径が小さいものほど加熱コイルを構成する線材の縒り本数を多くした
    ことを特徴とする請求項5記載の誘導加熱調理器。
  7. 前記複数の加熱コイルを、円心位置が互いに異なる位置となるようにして配置した
    ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
  8. 前記制御回路は、前記複数の加熱コイルのうち前記加熱口の中央に近いものほど供給する高周波電力が大きくなるよう前記駆動回路を制御する
    ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
  9. 前記駆動回路のスイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
  10. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項9記載の誘導加熱調理器。
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