JP2012253018A - 誘導加熱用装置およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電力密度プロファイルを、コイルおよび／または巻きリングの構成とは無関係に変えることができる誘導調理システムを提供する。
【解決手段】誘導加熱システムが誘導リング４２６を備え、誘導リング４２６は、中心軸の周りに同心円状に巻かれてコイル・アレイ内に位置して、誘導リング４２６を、コイル・アレイ内のその他の誘導リング４２６とは無関係に活性化できるようにし、誘導加熱システムは、各誘導リングに結合された電源４３４およびスイッチ４４４を備え、スイッチ４４４を活性化することによって、電源４３４から電流が、対応する誘導リング４２６に流れることが可能になる。
【選択図】図４

Description

本明細書で開示する主題は一般的に、電気器具に関し、より詳細には、導電性の対象物を加熱するために電力密度プロファイルを変えるように構成された誘導加熱システムに関する。

誘導加熱は、導電性負荷の加熱を、交番磁界を用いて負荷内に電流を誘導して行なう方法である。誘導加熱は、負荷との直接接触が望ましくないかまたは実現できない用途において有用である。この方法は効率的でもある。なぜならば、加熱エネルギーの大部分が負荷内に直接現れるからである。

誘導調理システムは、電磁誘導の原理に基づいて動作するものである。このようなシステムは、導電性の調理容器（たとえばパン、ポット、またはスキレット）の基部内に渦電流を誘導するように構成されている。調理容器が誘導渦電流に対して抵抗を示すために、熱が発生する。

多くのシステムにおいて、渦電流は、調理容器の真下に配置されたコイルまたはリングによって誘導される。交流（ＡＣ）入力が、コイルに、たとえばインバータを経由して供給される。インバータは、ＡＣ入力を、限定することなく２０キロヘルツ以上の周波数で供給するように構成されている。磁界がコイル中のＡＣ電流によって発生する。磁界によって、調理容器の基部内を流れる渦電流が誘導される。食品および／または水が、加熱された調理容器によって伝導加熱される。

従来の誘導調理システムでは、単一の巻きリングまたは別個にグループ分けされた巻きリングを用いて、磁界を発生させることが多い。このような構成のために、結果として生じる電力密度プロファイルを変えられる程度が限定されている。たとえば、単一の巻きリングで構成されている場合、電力密度プロファイルは一般的に、巻きリングの同心巻線の間隔および構成によって固定されている。同様の限定が、別個のグループ分けを用いる調理システムにも影響している。電力密度プロファイルは、離れたグループをまとめて操作することに従って変えることができるが、誘導調理システムはやはり、加熱装置をグループ分けする構成によってもたらされる電力密度プロファイルに事実上限定される。

米国特許第４，４５３，０６７号明細書

電力密度プロファイルを、コイルおよび／または巻きリングの構成とは無関係に変えることができる誘導調理システム用装置があったら、好都合であろう。

一実施形態では、誘導調理システム用の加熱装置が記載されている。加熱装置は、加熱すべき対象物を配置することができる加熱ゾーンを形成する誘導リング・アレイを備え、誘導リング・アレイは、加熱ゾーンに渡って配置される複数の誘導リングを備える。一例では、各誘導リングは、誘導リング・アレイ内の誘導リングのうち同心円状に隣接するものとは無関係に選択的に電圧が印加されるように構成されている。

別の実施形態では、加熱すべき対象物を配置することができる加熱ゾーンを形成する誘導リングを備える誘導要素を備える電気器具が記載されている。電気器具はまた、誘導要素に結合された電源と、電源と各誘導リングとに結合されたスイッチング素子と、を備えている。電気器具はさらに、スイッチング素子と電源とに結合された制御装置を備えている。一例では、制御装置は、各誘導リングに、加熱ゾーン内の誘導リングのうち同心円状に隣接するものとは無関係に、電源によって選択的に電圧を印加するように構成されている。

次に、添付図面に簡単に言及する。

誘導加熱システムの典型的な実施形態の上面概略図である。 誘導加熱システムの別の典型的な実施形態の上面概略図である。 図２の誘導加熱システムに対する電力密度プロファイルのプロットである。 図３の電力密度プロファイルを用いることができる誘導加熱システムのさらに別の典型的な実施形態の上面概略図である。 図１、２、および４の誘導加熱システムなどの誘導加熱システムとともに用いる制御方式の例の概略図である。 図１、２、および４の誘導加熱システムなどの誘導加熱システムとともに用いる電気器具の上面斜視図である。

注意書きがある場合、同様の参照文字によって、同一または対応する構成部品および単位を複数の図の全体に渡って指定する。なお図は、特に断りのない限り、一定の縮尺ではない。

図１に、誘導調理システム（広く１００で示す）の典型的な実施形態を概略的な形態で示す。誘導調理システムは、対象物１０４（たとえば、ポットまたはパン）中に熱を発生させるように構成された加熱装置１０２を用いている。加熱装置１０２は誘導要素１０６を備えている。誘導要素１０６は、中心軸１１０と略円環形状の外周端部１１２とを有する形状因子１０８を伴っている。外周端部１１２によって、加熱ゾーン１１４の外周に境界が付けられている。加熱ゾーン１１４では、加熱リング１１６が、たとえば誘導要素１０６に電圧を印加することによって、形成される。加熱リング１１６は、中心軸１１０の周りに環状に配置され、その境界１１８の内部において、磁気エネルギーを発生させて対象物１０４の加熱を起こし、その結果、たとえば、対象物１０４内に配置された物品の加熱および調理が起こる。境界１１８には、内部境界１２０と、内部境界１２０からリング厚さＴ_Rだけ隔てられた外部境界１２２とが含まれている。加熱リング１１６の位置は、１または複数の寸法によって規定される。寸法には、この場合、中心軸１１０から内部境界１２０まで延びる内部の半径方向寸法Ｄ_Iが含まれる。

比較的高レベルで、誘導加熱システム１００に適用したときの誘導加熱の基本的メカニズムには、対象物１０４の底部と間隙を介して結合される交番磁界が含まれる。対象物１０４は、一巻き二次巻線として機能する。誘導要素１０６は、セラミック、ガラス、または非鉄の調理面（実質的に壊れていない支持板の形状であっても良い）の下に配置されることが多い。一実施形態では、誘導加熱システム１００は静止型電力変換回路を用いている。静止型電力変換回路は、フィルタと、フィルタリング後の単方向電圧を超音波パワーに変換して誘導加熱コイルの駆動を図るためのインバータとを備えている。

加熱用の構成部品には、インバータ電力デバイス用のゲーティング回路に加えて、インバータの動作を選択的に抑止するための抑止回路と、抑止およびゲーティング回路に結合され、過渡電流とインバータへの電圧の印加および除去とを制御するための起動および停止デバイスと、保護デバイスと、出力電力調整デバイスと、パンおよび共振検出と、ユーザ制御器とのうちの任意の１または複数が含まれていても良い。インバータの電力出力を変調して、対象物１０４内の加熱レベルを、したがって対象物内の物品を加熱する（および／または調理する）温度を、変える。静止電力コンバータ（特に、半導体部品を伴うもの）は、異常な回路状態（たとえば、過電圧および過電流）の下で動作不良および破損が起きないようにするための保護を必要とする場合がある。

動作中、対象物１０４はインバータ負荷であり、反射インピーダンスによってインバータの電気パラメータを変えることができる。誘導加熱システム１００が、負荷および無負荷状態の両方において、サイズおよび材料が異なる種々の対象物（たとえば、対象物１０４）とともに動作可能であるべき場合には、厳しい負荷要求が存在する。自動的で連続的な動作を要求するということは、回路設計において、破損または一時的な停止が起こり得る状況を予想しなければならないということを意味する。

誘導加熱のメカニズムは既知であるが、発明者は、以下において、誘導加熱システム１００用の構造として、加熱ゾーン１１４を操作して種々の加熱および調理特性を実現するものを提案する。誘導加熱システム１００の実施形態は、たとえば、加熱リング１１６の特定のパラメータたとえば位置（たとえば、内部の半径方向寸法Ｄ_I）およびサイズ（たとえば、リング厚さＴ_R）を変えるように構成されている。またこれらの実施形態によって、加熱ゾーン１１４内で、複数の加熱リング１１６を生成することができる。これらの特徴は、単独でまたは他のこのような特徴と組み合わせて、対象物１０４とともに、加熱ゾーン１１４内で利用可能な磁気エネルギーを調整するのに有用である。一例では、発明者は、誘導要素１０６（および広く誘導加熱システム１００）の構成を特定しており、加熱リング１１６のパラメータは、対象物１０４の特徴（たとえば加熱すべき対象物１０４および／または物品のサイズおよび材料構造）に基づいて選択する。

加熱ゾーン１１４に渡って行なう電力密度プロファイルの強化された制御および操作を実現するのに有用な考え方についても説明する。電力密度プロファイルは、誘導要素１０６の幾何学的配置に対して固定されることが多いが、発明者は、本明細書において、加熱ゾーン１１４に渡って電力密度プロファイルの有限で識別可能な変更および制御を実現するように動作する誘導加熱システム１００の実施形態を特定している。これらの実施形態は、一例では、誘導要素１０６が一様配列の別個のコイルを有し、たとえば加熱ゾーン１１４に配置された同心円状に隣接するコイル間の間隔が均一となるように構成されている。この配置は、従来のデザインとは反対である。なぜならば、別個のコイルを連続的な螺旋巻きコイルの代わりに実施することは、離れたグループ分けを伴うシステムにおいてさえ、めったにないからであり、さらになぜならば、均一間隔のコイルによって形成される電力密度プロファイルは、一般的に不均一だからである。すなわち、誘導加熱および調理技術の当業者であれば分かるように、固定された均一なコイルに対する電力密度プロファイルは、コイルの中央付近でピークを持ち、このピークからコイルの内心および外周に向かって消えていく。

本開示の考え方をさらに例示するために、次に図２および３を参照することができる。図２および３は、誘導加熱システム２００の別の典型的な実施形態と、誘導加熱システム２００によって生じる電力密度プロファイル３００の一例のプロットとを、それぞれ例示している。図１および２の関において、数字が１００だけ増えていることを除いて、同様の数字を用いて同様の構成部品を特定している。たとえば、誘導加熱システム２００は誘導要素２０６を備え、誘導要素２０６は中心軸２１０と加熱ゾーン２１４とを伴っている。加熱リング２１６が加熱ゾーン２１４内に示されている。加熱リング２１６には、内部境界２２０と外部境界２２２とが含まれている。２つは、リング厚さＴ_Rだけ隔てられ、内部の半径方向寸法Ｄ_Iによって位置決めされている。加熱リング２１６の特定の動作寸法は選択的に変わる。これについては、以下により詳しく説明する。

誘導要素２０６は、誘導リング・アレイ２２４を含んでいる。誘導リング・アレイ２２４は、複数のコイルまたは誘導リング２２６が中心軸２１０の周りに同心円状に巻かれている。各誘導リング２２６は、リング直径Ｄ_Rを有している。リング直径Ｄ_Rは、誘導リング２２６のうち同心円状に隣接するものが分離距離２２８だけ隔てられるように構成されている。タップ２３０が各誘導リング２２６に結合されている。タップ２３０において、入力（図示せず）たとえば交流（ＡＣ）入力が、誘導リング・アレイ２２４上（たとえば、誘導リング２２６上）に、単独でまたは本明細書で説明および考慮される種々の組み合わせで、印加される。

ＡＣ入力によって、誘導リング２２６のうち１または複数が活性化されて、磁気エネルギーが対象物（たとえば、対象物１０４（図１））に伝達される加熱リング２１６が概ね画定される。１つの具体化においては、誘導リング・アレイ２２４は、加熱ゾーン２１４の外周に隣接する第１の誘導リング（たとえば、誘導リングＧ）と、加熱ゾーン２１４の中心軸２１０に隣接する第２の誘導リング（たとえば、誘導リングＡ）とを含んでいる。このような構成では、誘導リング２２６のうち少なくとも１つを、誘導要素２０６とその上に配置される対象物（図示せず）との間で誘導を起こすべき最も外側の範囲で活性化させることができる。たとえば、誘導リング・アレイ２２４は、第１の誘導リングと第２の誘導リングとの間で電力を順次に伝えるように構成されている。電圧の印加は同時に行なうことができるが、発明者は、一例において、順次に接続された誘導リング・アレイ２２４に電力を導入するときに、誘導リングのいくつかに対して、アレイ２２４内の他のものよりも前に電圧を印加しても良いことを認識している。また誘導リング２２６のさらなるものを活性化させて、たとえば、加熱リング２１６に対する形状（たとえば、リング厚さＴ_R）と場所（たとえば、内部の半径方向寸法Ｄ_I）とを規定することができる。

誘導要素２０６は、種々の材料たとえば伝導性および非伝導性材料を含むことができる。発明者は、広範囲の容器および対象物に適合する構造を考慮している。これらの容器としては、食品の調理で用いる任意の利用可能な金属製コンテナを挙げても良い。典型的なコンテナは、磁性材料たとえば磁性ステンレス鋼もしくは鋳鉄、非磁性材料たとえばアルミニウム、または積層製品たとえばステンレス鋼上の銅から作られる。一実施形態では、各誘導リング２２６には、アルミニウムおよび／または銅導体たとえば銅リッツ線が含まれる。これは、中心軸２１０の周りに、たとえば同心円状に巻かれた別個のリングで配置される。すなわち、各誘導リング２２６に対して１本の銅リッツ線である。発明者は、材料の複合物および組み合わせを、たとえば積層または多層構造の形態で用いることについても考慮している。このような構造では、材料の選択を、たとえば、誘導リング２２６および関連する構成部品の誘導的性質を強化および／または調整するように行なう。絶縁体たとえば誘電体材料は、誘導リング２２６間に配置するのに適していると考えられる。これらの材料は、間隙および空所（たとえば、分離距離２２８によって形成される）を満たすのに、また誘導リング２２６を互いに絶縁するのに有用である。

一実施形態では、誘導リング２２６は均一間隔に配置されており、たとえば、分離距離２２８が、誘導リング２２６のうち同心円状に隣接するものの間で実質的に同じ場合に起きるであろう。この均一性は、誘導リング・アレイ２２４全体に渡って起こすことができる。分離距離２２８に対する典型的な値としては、少なくとも約１０ｍｍの値を挙げることができるが、この値は、必要に応じて、たとえば約１ｍｍ〜約５０ｍｍで変えることができる。また誘導リング２２６の間隔および／または離隔距離は、加熱ゾーン２１４に設けた誘導リング２２６の密度または数によって特徴付けることができる。密度は変えることができ、たとえば、約２個のリング／径方向インチ〜約６個のリング／径方向インチであり、一例は、密度が約４個のリング／インチである。

また誘導要素２０６の選択動作が、誘導要素２０６を特徴付けるのに、ならびに誘導リング２２６の数、間隔、密度、および／または他のパラメータを規定するのに有用である。選択動作としては、加熱リング２１６を形成することが挙げられ、１つの構造によって、複数の加熱リング（たとえば、加熱リング２１６）を形成することと、加熱ゾーン２１４に渡って電力密度プロファイルを制御（および操作）することとが可能になる。結果として生じる加熱リングを、若干の間隔、たとえば中心軸２１０から半径方向に測定した間隔だけ、隔てることができる。間隔は、同心円状に隣接する加熱リング間で均一であっても良いし、または変化しても良く、たとえば各加熱リングに対する固有のパラメータ（たとえば、リング厚さＴ_Rおよび／または内部の半径方向寸法Ｄ_Iに対する固有の値）に対応するであろう。１つの特定の構造において、誘導要素２０６は、約２〜約５個の隣接するおよび／または同心の加熱リングを加熱ゾーン２１４内に生成するように構成され、各加熱リングは、同じかまたは種々の値を肉厚Ｔ_Rに対して有することができる。当然のことながら、このような考え方が適用できる結果、生成可能な加熱リングの数は、誘導リング２２６の配置の関数のみならず、特定の寸法の加熱リングを形成することを制限または排除さえし得る物理的および自然の制約の関数でもある。しかし、どんな限定も考え方に影響することは、また本開示で説明および提示した主題の範囲および趣旨に影響することは、考えられない。

誘導加熱システム２００の一実施形態の動作を説明するために、電流たとえばＡＣ電流を誘導リング２２６に加える。ＡＣ電流によって、たとえば銅リッツ線が磁界を発生させ、磁界によって対象物中に熱が形成される。しかし、従来の誘導調理装置とは異なり、誘導要素２０６は、各誘導リング２２６への電圧の印加を、誘導リング・アレイ２２４の誘導リング２２６の他のものとは無関係に行えるように、構成されている。この配置によって、電力を、必要に応じて各誘導リング２２６に別個にまたは複数の誘導リング２２６に供給することができる。一例では、活性化が要求される誘導リング２２６を、直列に電気的に結合するかもしくは他の方法で接続するかまたは連絡させる。この構成によって、誘導要素２０６を選択的に活性化させることができ、その結果、１または複数の加熱リング２１６を、それぞれ前述した特性およびパラメータを伴って、選択的に生成することができる。

より良好な理解を得るために、本例では、誘導リング２２６の数が七（７）である場合を考える。これは、図２においてＡ〜Ｇと図示し標示した通りである。加熱リング２１６の形状は、たとえば、誘導リングＡのみの活性化、誘導リングＡ〜Ｂの活性化、ならびに誘導リングＡ〜Ｇのうちの任意の１または複数であって最大で全部（これを含む）の活性化の間で、変えることができる。加熱リング２１６の場所を変えることができる。たとえば誘導リングＢ〜Ｃのみを活性化させた場合か、または別の例では、誘導リングＤ〜Ｇのみを活性化させた場合である。また、加熱リング２１６のうち複数のものが好ましいときには、誘導リングＡ〜Ｇに選択的に電圧を印加することが考えられる。この場合、たとえば、第１の加熱リング（図示せず）を誘導リングＡ〜Ｂによって形成し、第２の加熱リング（図示せず）を誘導リングＤ〜Ｅによって形成する。一例では、誘導要素２０６は、誘導リング２２６間の分離距離よりも短い距離だけ離れている第１の加熱リングおよび第２の加熱リングを生成するように構成されている。

これらの特徴は有用である。なぜならば、それらによって、誘導要素２０６に対する電力密度プロファイルのアクティブ制御および正確な調整が可能になるからである。一例では、電力密度プロファイルによって、対象物に結合（または誘導）される誘導電力密度が、加熱ゾーン２１４の面積の関数として規定される。図３の典型的な電力密度プロファイルに例示するように、各誘導リング２２６の制御を個別に行なうことによって、電力密度プロファイルのスパイク、ピーク、および他の異常（普通は、誘導リングが均一間隔に配置された誘導調理装置に付随している）が制御される。

図３において、電力密度プロファイル（たとえば、電力密度プロファイル３００）が、垂直軸３０２（加熱ゾーン２１４（図２）の単位面積当たりの対象物に対する電力密度入力を特定する）と、水平軸３０４（誘導要素２０６（図２）の中心軸２１０（図２）に対する誘導リング２２６（図２）の位置を示す）とに関連して規定されている。水平軸３０４には、中心軸２１０および誘導リングＡ〜Ｇが含まれている。これらは、本説明に関連して、別個に構成され、互いにおよび中心軸２１０に対して均一間隔に配置されている。

軸上にプロットされているのは、第１のプロファイル３０６および第２のプロファイル３０８であり、それぞれ、本明細書において考えられる誘導加熱システムの少なくとも１つの典型的な動作を表わしている。第１のプロファイル３０６および第２のプロファイル３０８は、誘導リングＡ〜Ｇの配置および選択動作を示している。一例では、第１のプロファイル３０６は、各誘導リングＡ〜Ｇに電圧を印加したときに生じる均一加熱を示す。第２のプロファイル３０８は、誘導リングＡ〜ＢおよびＤ〜Ｅに電圧を印加した場合の動作を示す。その結果、第２のプロファイル３０８において、一連のピーク３１０および谷３１２（誘導リングＡ〜Ｇのうち活性化したものおよび不活性のものに、それぞれ一致する）が形成される。比較のために、第３のプロファイル３１４も示す。第３のプロファイル３１４が示しているのは、誘導リングが、単一部材の巻き（またはスパイラリング）コイルとして、たとえば、中心軸２１０の周りに、従来の誘導調理システムにおける均一配置の形態で設けられるように構成されているシステムである。

第３のプロファイル３１４は均一ではなく、半径方向において、たとえば単一の巻きコイルの中央部分に隣接する所で、ピークを持つことに注意されたい。このようなピークを持つプロファイルによって不均一加熱が生じ、対象物（たとえばパン）が第３のプロファイル３１４にさらされると、調理中の食品のうち加熱ゾーン２１４（図２）の中央部中間環状領域に隣接する部分が過熱になり、一方で、加熱ゾーン２１４（図２）の半径方向内側および外側の環状領域に隣接する食品部分が加熱不足になる。他方では、誘導リングＡ〜Ｇの構成によって、エネルギー・プロファイルのピークが効果的に小さくなり、なくなる場合もあり（第１のプロファイル３０６によって示す）、一方で、前述した誘導リング２２６の均一な配置はやはり実施されている。電力密度プロファイルの制御を、第１のプロファイル３０６と第２のプロファイル３０８との間において例示する。ここで、ピーク３１０および谷３１２は、誘導リングＡ〜Ｇを選択動作した結果であり、単一の巻きコイル・デザインを用いた場合には可能ではない。

次に図４を参照して、誘導加熱システム４００の別の典型的な実施形態を例示する。図１、２、および４の間において、同様の数字を用いて同様の構成部品を特定しているが、数字が１００だけ増えている。一例として、誘導加熱システム４００は誘導要素４０６を備え、誘導要素４０６は加熱ゾーン４１４を伴っている。加熱ゾーン４１４には、誘導リング・アレイ４２４が配置されている。またタップ４３０を伴う複数の誘導リング４２６が、一例において、銅リッツ線および／または他の誘導性材料からなる別個に巻かれたコイルとして設けられ、配列されている。

一実施形態では、誘導加熱システム４００は、電源４３４たとえば３７００ワット共振ハーフ・ブリッジ・インバータ電源を有する制御構造４３２を備えている。電力用途スイッチング素子４３６に、電源スイッチ４３８が設けられている。電源スイッチ４３８は、電源４３４と誘導要素４０６とに結合されている。電源スイッチ４３８によって、誘導リング４２６に対する電力が調整される。また制御装置４４０も設けられている。制御装置４４０は、電力用途スイッチング素子４３６に結合され、これと連絡するように構成されている。また制御構造４３２は、制御装置４４０に応答するコイル形状スイッチング素子４４２を備えている。コイル形状スイッチング素子４４２は、複数のリング・スイッチ４４４を備えており、それぞれ、誘導リング４２６に、たとえばタップ４３０を介して結合されている。

１または複数の電力密度プロファイル（たとえば、第１のプロファイル３０６および第２のプロファイル３０８）は、電源４３４を、誘導リング４２６のうち対応するものに結合することによって生成される。各誘導リング４２６に対して個別に設けたスイッチによって、誘導リング４２６の個々のリングを、誘導リング４２６の他のものとは無関係に活性化させることができる。その結果、一実施形態では、活性化させる必要がある誘導リング４２６に対応するリング・スイッチ４４４を活性化させることが、誘導リング４２６に同時に電圧を印加するために要求される。一例においては、リング・スイッチ４４４を閉じる（または活性化させる）ことによって、活性化されたリング・スイッチ４４４に結合された誘導リング４２６が直列（または直列連絡）に配置される。電力がたとえば誘導要素４０６に印加されると、結合された誘導リング４２６に電圧が印加され、その結果、一例においては、電圧が印加された誘導リング４２６に従って規定される特定の特徴を有する加熱リング（たとえば、加熱リング１１６、２１６）が形成される。

電源スイッチ４３８およびリング・スイッチ４４４として用いるスイッチとしては、たとえば、リレー、交流用トライオード（ＴＲＩＡＣ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（たとえば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ））、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）などが挙げられる。機械スイッチ、たとえばトグル・スイッチ、メカニカル・リレー、およびスイッチとして、スイッチの状態を機械的に変えることによって入力に応答するものも同様に、電源スイッチ４３８およびリング・スイッチ４４４として用いることが考えられる。

一実施形態では、誘導要素４０６に対する電力密度プロファイルは、制御装置４４０によって実現される。この制御装置４４０は、誘導リング４２６のうち特定のものを活性化させることを、たとえばリング・スイッチ４４４のうち１または複数とともに電源スイッチ４３８を開くかまたは閉じる（または活性化させる）ことによって調整するように、構成されている。制御装置４４０は、入力（たとえば、誘導加熱システム４００に対する１または複数の設定）に応答して、作動することができる。設定としては、エンド・ユーザによって駆動されるノブなどの機械装置（図示せず）の位置出しに付随する設定を挙げることができる。また設定として、電気装置からの設定を挙げることができる。たとえば制御装置４４０の一部から生じるもの、または制御構造４３２に結合された他の装置からの入力を介して送出および／または刺激されるものである。これらの装置としては、誘導加熱システム４００の要素の周辺にある電気回路を挙げることができる。たとえば、誘導加熱システム４００を電気器具（たとえば、ストーブ、レンジ、料理用レンジ、および／またはオーブン）の一部として実施したときに見られるものである。

種々の制御構成および方式を用いて、本開示の考え方を実施することができる。図５の例に、たとえば、誘導加熱システム１００（図１）、２００（図２）、および４００（図４）で用いる典型的な制御方式５００の１つの構成の概略図を示す。制御方式５００には、制御器５０２（たとえば、制御装置４４０）が含まれている。制御器５０２は、プロセッサ５０４、メモリ５０６、および制御回路５０８を備えている。これらは、誘導加熱システムの一般的な動作に対して構成されている。制御回路５０８は、コイル形状回路５１０、電源回路５１２、電力スイッチング回路５１４、およびフィードバック回路５１６を備えている。これらの構成部品はすべて、互いに結合され、適用できる場合には、１または複数のバス５１８を介して互いに連絡している。

制御方式５００にはさらに、スイッチ５２０が含まれている。スイッチ５２０は、本例では、電源スイッチ５２２（たとえば、電源スイッチ４３８）およびリング・スイッチ５２４（たとえば、リング・スイッチ４４４）と例示されている。また制御方式５００には電源５２６が含まれている。制御方式５００の例として、コイル形状回路５１０がリング・スイッチ５２４に結合され、電力スイッチング回路５１４が電源スイッチ５２２に結合され、電源回路５１２が電源５２６に結合されている場合が考えられる。一実施形態では、制御器５０２は、１または複数の加熱制御装置５３０を備えるコントロール・パネル５２８に結合されている。誘導加熱システムとともに実施した場合、制御器５０２は、システムの種々の要素の動作を、たとえばコントロール・パネル５２８からの入力に応答して起こす。フィードバック回路５１６は、システムの状態（たとえば誘導要素と連絡状態で配置された対象物の加熱状態）をモニタするために設けられている。他のシステム・フィードバックとしては、パン検出、電力レベル検出、および電流フィードバック（たとえば、コイル電流フィードバック）が挙げられる。

制御方式５００およびその構成部品は、それら自体の間で連絡するように、ならびに／または他の回路（および／もしくは装置）であって、高レベル論理関数、アルゴリズム、加えてファームウェア、およびソフトウェア命令を実行するものと連絡するように構成されている。このタイプの典型的な回路としては、以下のものが挙げられる（ただし、これらに限定されない）。ディスクリート素子たとえば抵抗器、トランジスタ、ダイオード、スイッチ、およびコンデンサ、加えてマイクロプロセッサおよび他の論理素子たとえばフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（「ＦＰＧＡ」）および特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）である。ディスクリート素子、回路、および装置はすべて、電気分野の当業者によって一般的に理解される仕方で別個に機能するが、一般的に、本明細書で開示および記載した考え方が得られるのは、それらを組み合わせて機能的な電気グループおよび回路に統合した場合である。

制御器５０２の電気回路はしばしば、論理演算を物理的に表すことができる仕方で実施される。論理演算は、本明細書で説明する誘導加熱システムおよび関連する電気器具の加熱、調理、および他の動作を容易にするのに有用である。これらの電気回路は、アルゴリズム、比較分析、および／または決定論理ツリーを、物理的な形態で複製することができる。これらは、それぞれ、出力および／または出力に対する値を割り当てて、たとえばスイッチ５２０を作動させ、また電源５２６を活性化させるように動作する。

一実施形態では、プロセッサ５０４は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）たとえばＡＳＩＣおよび／またはＦＰＧＡである。またプロセッサ５０４としては、状態機械回路または他の好適な構成部品であって、たとえばコントロール・パネル５２８から入力を受け取ることができるものが挙げられる。メモリ５０６は、揮発性および不揮発性メモリを含み、またソフトウェア（またはファームウェア）命令および構成設定を記憶するために用いることができる。コイル形状回路５１０、電源回路５１２、電力スイッチング回路５１４、およびフィードバック回路５１６はそれぞれ、スタンド・アロン型デバイスたとえば固体デバイスとして具体化することができる。これらの装置は、基板たとえばプリント回路基板に取り付けることができる。基板は、種々の構成部品、たとえば、プロセッサ５０４、メモリ５０６、および他の関連する回路構成を収容して、制御器５０２の動作を、誘導加熱システムにおけるその具体化とともに容易にすることができる。

しかし、図５には、プロセッサ５０４、メモリ５０６、コイル形状回路５１０、電源回路５１２、電力スイッチング回路５１４、およびフィードバック回路５１６を、ディスクリート回路構成、およびディスクリート部品の組み合わせとして示しているが、これはそうである必要はない。たとえば、これらの構成部品のうち１または複数を、単一の集積回路（ＩＣ）または他の構成部品内に収容することができる。別の例としては、プロセッサ５０４は、内部プログラム・メモリたとえばＲＡＭおよび／またはＲＯＭを備えることができる。同様に、これらの構成部品の機能のうち任意の１または複数を、追加構成部品（たとえば、複数のプロセッサまたは他の構成部品）に渡って分配することができる。

誘導調理システムを具体化することは、図６の調理機器６００の典型的な実施形態に関連している。調理機器６００を、独立支持型のレンジ６０２の形態で示す。レンジ６０２は、略矩形形状の料理用レンジ６０６を備える外部ボディまたはキャビネット６０４を備えている。キャビティ６０８が、料理用レンジ６０６の下方に位置し、前開き点検口６１０を有している。キャビティ６０８は、発熱体（図示せず）を内部に配置することができる。発熱体の動作によって、キャビティ６０８の温度が、たとえば調理中に変わる。レンジ汚れ止め板６１２が、料理用レンジ６０６の後方部分６１４から上方に延び、料理用レンジ６０６および／またはキャビティ６０８に対する発熱体の動作特徴を選択するための多機能ディスプレイ６１６を備えている。料理用レンジ６０６は、４つの表面加熱ユニット６１８、６２０、６２２、および６２４を備えている。これらは、料理用レンジ６０６の各側面に隣接して位置する離間配置されたペア６２６および６２８で配置されている。各表面加熱ユニット６１８、６２０、６２２、および６２４は、誘導要素６３０を備えている。誘導要素６３０は、前述した誘導要素１０６、２０６、および４０６の１または複数として構成される。

調理機器６００は、限定としてではなく、例として与えている。したがって、本開示の考え方の応用例を、任意の特定の電気器具または料理用レンジ（たとえばレンジ６０２または料理用レンジ６０６）に限定することは意図していない。加えて、本明細書で説明した誘導加熱システムは、多くのタイプの調理機器とともに独立支持型の料理用レンジに適用されることが考えられる。独立支持型の料理用レンジは、カウンタートップ上に配置されるかまたは他の方法で支持されるように、および／またはそこに固定される器具の他の特徴を伴わないように構成されている。

適用可能ならば、数値ならびに本明細書で説明した他の値は、本開示の説明によって明確に述べられていようと、本来的に導き出されようと、用語「約」によって修飾されることが考えられる。本明細書で用いる場合、用語「約」によって、修飾された値の数値境界は、最大でそのように修飾された数値（その数値を含む）である許容範囲および値を含むように規定される（しかしこれに限定されない）。すなわち、数値には、明確に述べた実際の値とともに、示した実際の値の少数、分数、もしくは他の倍数であるかもしくはあり得る他の値、および／または開示内容に記載した他の値を含めることができる。

この書面の説明では、実施例を用いて、本発明を、ベスト・モードも含めて開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意の装置またはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定されており、当業者に想起される他の例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉使いとの違いが非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。

Claims (17)

1. 誘導調理システム用の加熱装置であって、
   加熱すべき対象物を配置することができる加熱ゾーンを形成する誘導リング・アレイを備え、該誘導リング・アレイは、該加熱ゾーンに渡って同心円状に配置された複数の誘導リングを備え、各誘導リングは、該誘導リング・アレイ内の該誘導リングのうち同心円状に隣接するものとは無関係に、選択的に電圧が印加されるように構成されている、誘導調理システム用の加熱装置。
2. 該誘導リング・アレイは、該加熱ゾーンに渡って均一な電力密度プロファイルを発生させるように構成されている請求項１に記載の加熱装置。
3. 該誘導リングは、該誘導リング・アレイ内で互いに均一間隔に配置されている請求項２に記載の加熱装置。
4. 該誘導リング・アレイは、第１の加熱リングと、前記第１の加熱リングから半径方向に離間に配置された第２の加熱リングとを生成するように構成され、各リングは、互いに同心円状に隣接する誘導リングによって生成される請求項２に記載の加熱装置。
5. 各誘導リングは、該誘導リングに電力が結合されるタップを備える請求項１に記載の加熱装置。
6. 該誘導リング・アレイは、該加熱ゾーンの外周に隣接する第１の誘導リングと、該加熱ゾーンの中心軸に隣接する第２の誘導リングとを備え、該誘導リング・アレイは、該第１の誘導リングと該第２の誘導リングとの間で電力を順次伝えるように構成されている請求項１に記載の加熱装置。
7. 該誘導リングのうち少なくとも１つには銅リッツ線が含まれる請求項１に記載の加熱装置。
8. 各誘導リングの間に配置された絶縁体をさらに備える請求項１に記載の加熱装置。
9. 加熱すべき対象物を配置することができる加熱ゾーンを形成する複数の誘導リングを備える誘導要素と、
   該誘導要素に結合された電源と、
   該電源と各誘導リングとに結合されたスイッチング素子と、
   該スイッチング素子と該電源とに結合された制御装置であって、各誘導リングに、該加熱ゾーン内の該誘導リングのうち同心円状に隣接するものとは無関係に、該電源によって選択的に電圧を印加するように構成されている制御装置と、を備える電気器具。
10. 該誘導リングは、該加熱ゾーンに渡って均一間隔に配置されている請求項９に記載の電気器具。
11. 該誘導リングの間隔密度は、少なくとも約２個の誘導リング／径方向インチである請求項１０に記載の電気器具。
12. 該スイッチング素子には、各誘導リングに対するリング・スイッチが含まれる請求項９に記載の電気器具。
13. 該リング・スイッチは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタと交流用トライオードとからなる群から選択される請求項１２に記載の電気器具。
14. 該誘導リングには、該加熱ゾーンの外周に隣接する第１の誘導リングと、該加熱ゾーンの中心軸に隣接する第２の誘導リングとが含まれ、該スイッチング素子は、該第１の誘導リングと該第２の誘導リングとの間で電力を順次送るように構成されている請求項１２に記載の電気器具。
15. 該誘導要素は、該誘導リングに同じ時間に電圧を印加することによって、該加熱ゾーンに渡って均一な電力密度プロファイルを生成するように構成されている請求項９に記載の電気器具。
16. 該誘導要素は、料理用レンジの一部である請求項９に記載の電気器具。
17. 該料理用レンジは、カウンタートップ上で用いるように構成されている請求項１６に記載の電気器具。