JP2014049431A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱コイルの漏洩磁束から誘導起電力を得て電気負荷に利用する誘導加熱調理器において、簡易な回路により過電圧の発生を抑制して効率よく電気負荷に電力を供給することができる誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】加熱コイルより発生する磁束と鎖交する漏洩磁束回収手段１０と、漏洩磁束回収手段１０に発生した誘導起電力を直流に変換する電力変換手段１１と、電気負荷と並列に接続され、電力変換手段１１の出力電圧が第１の所定電圧に達すると、電力変換手段１１からの出力電流を分流する分流手段と、を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導加熱調理器に関する。

従来の誘導加熱調理器において、加熱コイルの周囲の漏洩磁束を低減する手段として、加熱コイルの周囲にアルミニウム等の非磁性金属からなる電磁シールド材を設けたものがある。このような誘導加熱調理器は、加熱コイルから漏洩した磁束で電磁シールド材に誘導電流を発生させ、この誘導電流により発生する磁束で加熱コイルからの漏洩磁束を相殺している（例えば、特許文献１参照）。

また、誘導加熱調理器に、加熱コイルから発生する漏洩磁束により誘導起電力を発生させる回収巻き線を設置し、制御回路の電源として利用し、電源トランスの小型軽量化、電磁ノイズの低減を図るものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特公昭５８−３７６７６号公報（第１頁、第１図） 特開平２−９４２８３号公報（第３頁、第１図）

従来の誘導加熱調理器では、調理器内に設けた電磁シールド材に誘導電流を発生させ、漏洩磁束を打ち消しているが、この誘導電流と電磁シールド材の電気抵抗によって電磁シールド材が発熱し、電力損失が発生していた。また、漏洩磁束は、電磁シールド材のみならず誘導加熱調理器の筐体内部に設置されたその他の金属部品にも同様に誘導電流が発生し、発熱による損失が発生していた。このため、誘導加熱調理器の消費電力が上昇するのはもちろんのこと、誘導加熱調理器の筐体内部の温度も上昇してしまう虞があった。筐体内部の温度が上昇すると、筐体内部を冷却するための冷却手段の冷却能力を増加させる必要が生じ、冷却手段への供給電力が増大し、また、冷却手段の動作による騒音も増大するという課題があった。

また、回収巻き線を設置し、漏洩磁束から誘導起電力を得て、電源として使用する場合、回収巻き線の巻き数を多くすれば誘導起電力は大きくなるので、適切な巻き数を決定して制御回路が必要とする電圧に設定する。しかしながら誘導加熱調理器の出力電力が変化してしまうと、それに応じて回収巻き線に発生する電圧も変化してしまい、一定の電圧が得られないという課題がある。また、回収巻き線に接続された負荷の状態や誘導加熱調理器の出力状態によっては回収巻き線に過電圧が発生し、負荷の故障や破損を招く可能性があった。この場合、３端子レギュレータやスイッチング電源などの電圧レギュレータを使用すれば電圧を一定に保つことができるが、高コスト化や電圧レギュレータでの損失により効率低下を招く虞がある。

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、加熱コイルの漏洩磁束から誘導起電力を得て電気負荷に利用する誘導加熱調理器において、簡易な回路により過電圧の発生を抑制して効率よく電気負荷に電力を供給することができる誘導加熱調理器を提供するものである。また、電磁シールド手段やその他の金属部品の発熱を抑制して、熱として捨てていた電力を有効活用す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、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する駆動部と、前記駆動部を制御する制御手段と、前記加熱コイル近傍に配置され、前記加熱コイルより発生する磁束と鎖交する漏洩磁束回収手段と、前記漏洩磁束回収手段に発生した誘導起電力を直流に変換し、電気負荷に供給する電力変換手段と、前記電気負荷と並列に接続され、前記電力変換手段の出力電圧が第１の所定電圧に達すると、前記電力変換手段からの出力電流を分流する分流手段と、を備えたものである。

本発明は、電気負荷と並列に接続され、電力変換手段の出力電圧が第１の所定電圧に達すると、電力変換手段からの出力電流を分流する分流手段を備えたので、過電圧の発生を抑制して効率よく電気負荷に電力を供給することができる。また、加熱コイルから発生する磁束と鎖交する漏洩磁束回収手段と、漏洩磁束回収手段に発生する誘導起電力を直流化する電力変換手段とを備えたので、漏洩磁束を低減させ、電磁シールド手段やその他の金属部品の発熱を抑制して、熱として捨てていた電力を有効活用することができ、省エネルギー化を図ることができる。

実施の形態１に係る誘導加熱調理器の構成図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の主要部の回路構成図である。 実施の形態１に係る電力変換手段の負荷抵抗と出力電圧の関係を示す図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の電力投入パターンの一例を示す図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の主要部の回路構成図の変形例である。 実施の形態２に係る誘導加熱調理器の主要部の回路構成図である。

以下、本発明に係る誘導加熱調理器を、誘導加熱方式を利用して炊飯釜を加熱する炊飯器に適用した場合を例に説明する。なお、以下に示す図面の形態によって本発明が限定されるものではない。

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構成図である。図１に示すように、実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００は、炊飯釜１と、加熱コイル２と、駆動部３と、表示操作部４と、制御部５と、コードリールケース６と、電磁シールド板７と、冷却手段８と、電源部９と、漏洩磁束回収手段１０と、電力変換手段１１と、分流手段１２ａとを備えている。

図１に示すように、被加熱物である炊飯釜１の底部及び底部外周には、炊飯釜１を誘導加熱するための加熱コイル２が配置されている。この加熱コイル２は、駆動部３によって高周波電力が供給され炊飯釜１を誘導加熱する。表示操作部４は、使用者からの炊飯指示や炊飯条件の設定を受け付ける操作部と、動作状態や使用者に対するメッセージ等を表示する表示部とを備えている。表示操作部４は、使用者からの設定に基づく信号を制御部５に出力し、マイクロコンピュータや制御回路を備えた制御部５は、表示操作部４からの信号に基づいて所定の制御シーケンスに従って駆動部３を駆動制御する。

加熱コイル２の下側には、商用交流電源と接続するための電源コードを収納するためのコードリールケース６が設けられている。コードリールケース６は、板金（鉄等）で構成されている。
また、誘導加熱調理器１００の底面には、電磁シールド板７が設けられている。電磁シールド板７は、誘導加熱調理器１００下部の漏洩磁束を低減させる目的で設けられたものであり、アルミ板や銅板等の誘導加熱されにくい材料で構成された円盤状の部材である。コードリールケース６及び電磁シールド板７は、炊飯釜１とは加熱コイル２を挟んで反対側に位置している。

冷却手段８は、誘導加熱調理器１００の筐体内の部材を冷却するための冷却風を送る送風装置である。この冷却手段８は、例えば軸流ファン等の冷却用ファンであり、加熱コイル２や駆動部３に設けられた電子部品など、動作によって温度が上昇する部材に冷却風を送るように構成されている。電源部９は、表示操作部４、制御部５を駆動する電源を、商用の交流電源から生成する。

また、この誘導加熱調理器１００は、加熱コイル２とコードリールケース６及び電磁シールド板７との間に、漏洩磁束回収手段１０を備えている。漏洩磁束回収手段１０は、導線を円盤状に複数回巻いて構成された巻き線であり、電力変換手段１１、分流手段１２ａを介して、本実施の形態では冷却手段８に接続されている。なお、漏洩磁束回収手段１０の配置位置は、図１の配置に限定されるものではなく、加熱コイルより発生する磁束と鎖交する位置であれば良い。

図２は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器の主要部の回路構成図である。図２に示すように、商用交流電源２０には、交流電圧を直流に変換する直流電源部として、整流部２１が接続されている。この整流部２１の出力には、インダクタ２２とコンデンサ２３からなるノイズフィルタを介して、加熱コイル２と、共振コンデンサ２４と、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）２５と、ダイオード２６と、を備えた一石電圧共振インバータからなる駆動部３が接続されている。スイッチング素子２５のゲート端子には、制御部５が接続され、スイッチング素子２５をオンオフする信号が制御部５から出力される。ここで、上記説明ではスイッチング素子としてＩＧＢＴを使用する例を示したが、他のスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴを使用してもよい。なお、ＭＯＳＦＥＴは、ソース−ドレイン端子間に寄生ダイオードが形成されるため、ダイオード２６を設けなくても構わない。また、駆動部３は一石電圧共振インバータに限定するものではなく、例えばハーフブリッジインバータやフルブリッジインバータでも良い。

電源部９は、商用交流電源２０から受けた交流電圧を、制御部５や表示操作部４を駆動するために直流電圧に変換する電力変換回路を構成している（詳細は図示せず）。

電力変換手段１１は、漏洩磁束回収手段１０に接続され、漏洩磁束回収手段１０により生成された誘導起電力（交流電圧）を直流電圧に変換する整流ダイオード３０と、変換された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ３１からなる半波整流回路を備えている。なお、本実施の形態においては、電力変換手段１１を半波整流回路としたが、これに限定するものではなく、全波整流回路、倍電圧整流回路などでも良い。

冷却手段８は、電力変換手段１１に接続される。そして、漏洩磁束回収手段１０により生成され電力変換手段１１により直流化、平滑化された電力が冷却手段８に供給される。なお、冷却手段８は、本発明における「電気負荷」に相当する。

分流手段１２ａは、電力変換手段１１の平滑コンデンサ３１と並列に設けられ、電力変換手段１１の出力電流を分流する経路を構成する。ここでは、抵抗３２及びトランジスタ３３（バイポーラトランジスタ）からなる分流回路と、抵抗３４及びツェナーダイオード３５からなり電力変換手段１１の出力電圧を検出する電圧検出部とから構成される。ツェナーダイオード３５のアノードはトランジスタ３３のベースと接続されており、電力変換手段１１の出力電圧を検出してツェナーダイオード３５がオン状態となると、トランジスタ３３がオン状態となり、分流回路が導通状態となる。ここで、ツェナーダイオード３５のツェナー電圧（降伏電圧）は、例えば平滑コンデンサ３１及び冷却手段８の定格電圧以下に設定される。なお、ツェナーダイオード３５のツェナー電圧は、本発明における「第１の所定電圧」に相当する。また、トランジスタ３３は、本発明における「スイッチング素子」に相当する。

なお、分流手段１２ａの構成は上記の構成に限定されるものではない。例えば、トランジスタ３３に代えて、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、サイリスタ等を用いても良いし、ツェナーダイオード３５に代えてバリスタ等を用いても良い。また、複数のダイオードを直列接続して、その順電圧をツェナー電圧の代わりに使用しても良い。このように他の素子を用いる場合には、適宜、当該素子に応じて分流手段１２ａの回路構成を変更することで、本発明の技術思想を適用できることは言うまでもない。

以上、本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００の構成について説明した。次に、本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００の動作について説明する。

使用者により表示操作部４への炊飯指示等の加熱開始の指示がなされると、制御部５は、駆動部３の制御を開始する。駆動部３は、制御部５からのスイッチング素子２５のオンオフ信号を受けて、スイッチングを開始する。商用交流電源２０からの交流電圧は、整流部２１により一旦直流に変換され、その後、スイッチング素子２５のスイッチングにより高周波に変換され、この高周波電流が加熱コイル２に供給される。加熱コイル２に高周波電流が流れると、加熱コイル２からは交番磁界が発生し、これにより被加熱物である炊飯釜１に磁束が与えられる。磁束が与えられると、炊飯釜１には渦電流が発生し、この渦電流と炊飯釜１の電気抵抗によりジュール熱が発生し、炊飯釜１が加熱される。

このように加熱コイル２に高周波電流が供給されると、加熱コイル２から磁束が発生し、炊飯釜１を加熱する。しかし、加熱コイル２から発生するすべての磁束が炊飯釜１への誘導加熱に利用されるわけではなく、発生した磁束の一部は炊飯釜１の加熱に寄与せず、いわゆる漏洩磁束となり、周囲に放射される。この漏洩磁束はコイル状に形成された漏洩磁束回収手段１０と鎖交する。言い替えると、漏洩磁束回収手段１０は、加熱コイル２から発生する磁束と鎖交するように配置されている。漏洩磁束回収手段１０に漏洩磁束が鎖交すると、漏洩磁束回収手段１０には、漏洩磁束の変化を打ち消す方向に起電力（誘導起電力）が発生し、電流が流れる。漏洩磁束回収手段１０に発生した起電力は電力変換手段１１によって直流に変換され、冷却手段８の駆動電力に利用される。

このように漏洩磁束回収手段１０に発生する電流により加熱コイル２から発生した漏洩磁束の一部を打ち消すので、漏洩磁束が減少する。したがって、従来であれば、漏洩磁束回収手段１０の下部に設置されたコードリールケース６や電磁シールド板７に発生していた誘導電流を減少させることができ、コードリールケース６や電磁シールド板７の温度上昇を抑制することができる。よってコードリールケース６と電磁シールド板７の電力損失を低減できる。そして、漏洩磁束回収手段１０に発生した起電力は冷却手段８の駆動用電源として有効利用されるので、省エネルギー効果を得ることができる。なお、以降の説明において、コードリールケース６及び電磁シールド板７を、「金属部品」と称する場合がある。

次に分流手段１２ａの動作について説明する。まず、冷却手段８の外れや断線により過電圧が発生する場合について述べる。

電力変換手段１１に接続された冷却手段８が何らかの原因、例えば老朽化や振動により外れ、あるいは接続配線が断線した場合、漏洩磁束回収手段１０に発生する電圧は冷却手段８が接続されている状態と比較して上昇する。漏洩磁束回収手段１０で発生する電圧は図３に示すように、一般的なトランスの２次側の電圧特性と同様、接続される負荷の抵抗値が高くなるほど上昇し、無負荷、すなわち何も接続されない状態（負荷抵抗値最大）で、最大電圧となる。したがって断線等により冷却手段８が電力変換手段１１に接続されない状態となると、漏洩磁束回収手段１０には最大電圧が発生する。電力変換手段１１を構成する平滑コンデンサ３１に定格電圧をオーバーする電圧が印加されると、平滑コンデンサ３１が破壊する虞があり、発煙、発火の可能性もある。このような状態を避けるため、分流手段１２ａは所定以上の電圧が発生しないように漏洩磁束回収手段１０で発生する電圧の抑制を行う。

まず、通常状態、すなわち冷却手段８が電力変換手段１１に接続されている状態で、駆動部３が動作し、炊飯釜１が加熱中である状態の分流手段１２ａの動作について述べる。電力変換手段１１の出力側に発生する電圧が第１の所定電圧未満であるため、電圧検出部を構成するツェナーダイオード３５はオフ状態となる。したがって冷却手段８と並列に接続されたトランジスタ３３もオフ状態となり、電力変換手段１１からの出力電流はそのまま冷却手段８に流入する。

次に、冷却手段８が外れ、漏洩磁束回収手段１０が無負荷状態となった場合の分流手段１２ａの動作について述べる。この場合、漏洩磁束回収手段１０の発生電圧は上昇するが、第１の所定電圧に到達するとツェナーダイオード３５がオンし、トランジスタ３３にベース電流が流れる。これに伴いトランジスタ３３のコレクタ−エミッタ間が導通するため、電力変換手段１１の出力電流はトランジスタ３３のコレクタに流入する。これにより無負荷でも抵抗３４とトランジスタ３３で電力を消費するため、負荷を接続した状態と等価となり、出力電圧の上昇を抑制することができる。なお、トランジスタ３３と直列に接続された抵抗３２はトランジスタ３３に流れ込む電流を制限するための制限抵抗であり、使用するトランジスタ３３や無負荷時に発生する電圧レベル等によっては、なくても構わない。

次に、冷却手段８の外れや断線以外で過電圧が発生する場合について述べる。

図４は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器の電力投入パターンの一例を示す図である。図４においては、横軸を時間軸として、炊飯工程における炊飯釜１への投入電力パターンの一例を示している。このように、炊飯中、電力は間欠的に投入され、通電率により投入電力の平均値が調整されるが、炊飯工程に応じて、その電力の大きさも変化する。ここでは図中の期間ｂにて投入電力が最大となっている。期間ａは期間ｂより投入電力が小さく、期間ｃは期間ｂより投入電力が小さく且つ期間ａより投入電力が大きくなっている。なお、期間ｃの投入電力（駆動部３の出力電力）は、本発明における「第１の出力電力」に相当し、期間ｂの投入電力（駆動部３の出力電力）は、本発明における「第２の出力電力」に相当する。

ここで、冷却手段８を接続するにあたり、設計時に冷却手段８への印加電圧を設定する必要がある。冷却手段８への印加電圧、即ち漏洩磁束回収手段１０に発生する電圧は、炊飯釜１への投入電力（駆動部３の出力電力）にほぼ比例し、投入電力が小さい場合は漏洩磁束回収手段１０に発生する電圧は低く（図４の期間ａ、ｃ）、投入電力が大きい場合は漏洩磁束回収手段１０に発生する電圧も高くなる（図４の期間ｂ）。

冷却手段８を構成する冷却用ファンの風量は印加する電圧に応じて変化し、印加電圧が低ければ回転数が低くなり、風量が下がり、印加電圧が高ければ回転数が高くなり風量は上がる。冷却手段８に印加する電圧は、大きな風量を得るためになるべく定格電圧に近い電圧を印加することが望ましい。ただし、印加する電圧が定格電圧を超えると冷却手段８の故障等の原因になる。

ここで、例えば図４に示した炊飯釜１への投入電力が最大となる期間ｂに冷却手段８に印加される電圧がほぼ定格電圧となるように漏洩磁束回収手段１０の巻き数や設置位置等を設定したとする。この場合は、炊飯釜１への投入電力はこれ以上大きくならないため、冷却手段８に定格電圧を超える電圧が印加される虞はない。しかし、図４の期間ｂ以外の期間ａ、ｃでは、冷却手段８に印加される電圧は低下し、必要な風量が得られないという問題点がある。また、図４に示すように、投入電力が最大となる期間ｂが時間的に短い場合、炊飯工程の大部分は最大投入電力より低い電力で動作することとなり、大部分の期間で冷却手段８に印加される電圧は低下し、必要な風量が得られないという問題点がある。

そこで動作期間の短い最大投入電力以外の投入電力期間で、冷却手段８への印加電圧がほぼ定格電圧となるように漏洩磁束回収手段１０の巻き数等を設定する。すなわち図４の例では期間ａ又は期間ｃで冷却手段８への印加電圧を決定する。本実施の形態では、例えば期間ｃで冷却手段８への印加電圧がほぼ定格電圧となるように漏洩磁束回収手段１０の巻き数等を設定する。これにより、期間ｂで冷却手段８への印加電圧がほぼ定格電圧となるように設定した場合と比較して、より長い期間ほぼ定格電圧で冷却手段８を動作させることができる。ただし、炊飯釜１への投入電力が最大、すなわち図４の期間ｂの投入電力で動作した場合、本来、冷却手段８には定格電圧を超える電圧が印加され、故障等の原因となる可能性がある。そこで分流手段１２ａの電圧検出部に設定する第１の所定電圧（ツェナーダイオード３５のツェナー電圧）を、冷却手段８の定格電圧に設定し、図４の期間ｂの投入電力で動作した場合、冷却手段８に定格電圧を超える電圧が印加されないように動作させる。

図４の期間ａ、期間ｃにおいては電力変換手段１１の出力電圧は第１の所定電圧未満であるため、ツェナーダイオード３５はオフ状態となり、トランジスタ３３のコレクタ−エミッタ間は非導通状態となる。したがって電力変換手段１１の出力電流はそのまま冷却手段８に流入する。

一方、図４の期間ｂの投入電力で動作した場合、漏洩磁束回収手段１０の電圧が上昇し、第１の所定電圧に到達するとツェナーダイオード３５がオンし、トランジスタ３３にベース電流が流れる。これによりトランジスタ３３とコレクタ−エミッタ間が導通状態となる。すると冷却手段８のみに流入していた電力変換手段１１の出力電流はコレクタ端子に分流するため、電力変換手段１１から見た負荷抵抗値は等価的に下がり、出力電圧の上昇が抑制される。このように、冷却手段８への印加電圧が冷却手段８の定格電圧以下となるように、ツェナーダイオード３５のオン電圧を設定すれば、冷却手段８に定格電圧を超える電圧が印加されることを回避できる。また、図４の期間ｂと期間ｃの投入電力では、冷却手段８をほぼ定格電圧で動作させることができ、十分な風量を得ることができる。なお、期間ａについては、期間ｃより若干投入電力が低いため、冷却手段８への印加電圧は定格電圧より低い電圧で動作することとなる。

以上のように、加熱コイル２から発生する磁束と鎖交する漏洩磁束回収手段１０を備えたので、漏洩磁束を低減させることができ、かつ漏洩磁束回収手段１０に生成される起電力を誘導加熱調理器１００内の電気負荷、例えば冷却手段８の駆動用電力として活用することができる。そして金属部品で発生する誘導電流を減少させることができるため、電力損失を低減でき、省エネルギーを達成することができる。

さらに、分流手段１２ａを設けたので、電気負荷が断線等により無負荷状態となって漏洩磁束回収手段１０に高電圧が発生し、電力変換手段１１が破壊することを抑制できる。また、駆動部３の出力電力が可変する場合、その出力電力に応じて電気負荷への印加電圧が異なるが、本実施の形態では第１の所定電圧を超える電圧が電気負荷に印加されないように分流手段１２ａにて電力変換手段１１からの出力電流を分流し、電力変換手段１１からみて負荷抵抗値を等価的に下げるため、発生電圧が抑制される。また、第１の所定電圧以下では、電力変換手段１１の出力電流は分流手段１２ａに分流しないので、分流手段１２ａでの電力消費がなく、漏洩磁束回収手段１０に発生した起電力はそのまま電気負荷に投入される。したがって効率よく電気負荷を動作できる。更に、電気負荷として冷却手段８を接続した場合、最大投入電力より動作期間の長い投入電力に合わせて冷却手段８への印加電圧を設定すれば、より長い時間定格電圧で冷却手段８を動作させることができ、且つ投入電力が高くなる場合でも、定格電圧を超える電圧が冷却手段８に印加する虞がない。

なお、本実施の形態１では、金属部品としてコードリールケース６や電磁シールド板７を挙げ、例に示したが、これに限定するものではなく、他の金属部品であっても、コードリールケース６や電磁シールド板７の例に倣って同様に構成することで、同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態１では、加熱コイル２の下部に設けられた金属部品との間に漏洩磁束回収手段１０を設けたものを説明したが、配置位置はこれに限定されるものではない。例えば、加熱コイル２の側面に金属部品が配置される誘導加熱調理器１００であれば、加熱コイル２と金属部品との間に漏洩磁束回収手段１０を設ければよい。このようにすることで、加熱コイル２の側面に発生する漏洩磁束を漏洩磁束回収手段１０によって打ち消すことができ、金属部品の温度上昇が抑制され、電力損失が低減される。

また、本実施の形態１では、漏洩磁束回収手段１０により生成された起電力を冷却手段８に用いる例について述べたが、これに限定されるものではなく、表示操作部４や制御部５など他の駆動用電源に用いてもよい。さらに、接続される電気負荷は漏洩磁束回収手段１０からのみ電力の供給を受ける構成として説明したが、例えば電源部９と併用して用いても良い。これにより誘導加熱調理器１００が間欠運転を行う場合、駆動部３が間欠動作時の動作停止中の期間に電気負荷への電力供給が停止してしまうことを回避し、連続的に電気負荷に電力供給することができる。例えば図５に示すように、電源部９は、電力変換手段１１の平滑コンデンサ３１と並列に、ダイオード３６を介して接続される。そして、漏洩磁束回収手段１０により生成され、直流・平滑化された電圧が、電源部９で生成される直流電圧よりも低くなった場合に、電源部９からダイオード３６を介して電気負荷に電力が供給されるようにしてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、導線を円形に巻いたコイル状の巻き線からなる漏洩磁束回収手段１０と、漏洩磁束回収手段１０に接続された電力変換手段１１とを用いて金属部品の損失を低減するシステムにおいて、接続された電気負荷や電力変換手段１１に過電圧が印加することを抑制するため、電力変換手段１１の出力電流を分流する分流手段１２ａを示したが、実施の形態２においては、別の分流手段の構成例について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付け、詳細な説明は省略する。

誘導加熱調理器１００の構成、漏洩磁束回収手段等の構成については、実施の形態１と同様であるため、ここでは分流手段１２ｂの構成について述べる。
図６は、実施の形態２に係る誘導加熱調理器の主要部の回路構成図である。図６に示すように、分流手段１２ｂは、実施の形態１と同様に、電力変換手段１１の出力側に設けられ、出力電流を分流する経路を構成する。なお、電力変換手段１１の出力には、実施の形態１と同様に、電気負荷が接続される。本実施の形態２においても、電気負荷として冷却手段８を接続した例で説明する。

本実施の形態２の分流手段１２ｂは、ツェナーダイオード４０及び抵抗４１からなる分流回路と、分圧抵抗４２ａ、４２ｂ及び電圧判定部４３からなる電圧検出部とを備える。ここで、ツェナーダイオード４０のツェナー電圧（降伏電圧）は、例えば平滑コンデンサ３１及び冷却手段８の定格電圧以下に設定される。なお、ツェナーダイオード４０のツェナー電圧は、本発明における「第１の所定電圧」に相当する。また、ツェナーダイオード４０は、本発明における「スイッチング素子」に相当する。なお、ツェナーダイオード４０と直列に接続された抵抗４１はツェナーダイオード４０に流れ込む電流を制限するための制限抵抗である。

電圧判定部４３は、例えばＡ／Ｄ変換器を内蔵したマイクロコンピュータで構成され、判定結果に応じて制御部５を介して駆動部３を制御する。

以上、実施の形態２に係る分流手段１２ｂの構成について説明した。次に動作について説明する。なお、実施の形態２における誘導加熱調理器１００の加熱動作、漏洩磁束回収手段１０及び電力変換手段１１の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。

通常状態、すなわち電力変換手段１１に冷却手段８が接続され、加熱コイル２に駆動部３より高周波電流が供給されて炊飯釜１が加熱されている場合は、電力変換手段１１の出力電圧は第１の所定電圧以下となり、分流回路を構成するツェナーダイオード４０はオフ状態となる。したがって分流手段１２ｂは動作しないため、電力変換手段１１からの出力電流はそのまま冷却手段８に流入する。なお、分圧抵抗４２ａ、４２ｂへの流入電流は非常に小さいため、ここでは無視できる。

次に、過電圧が発生する場合の分流手段１２ｂの動作について述べる。実施の形態１で述べたように炊飯釜１への投入電力が変化すると、冷却手段８への印加電圧も変化する。すなわち冷却手段８への印加電圧は、炊飯釜１への投入電力にほぼ比例し、投入電力が小さい場合は漏洩磁束回収手段１０に発生する電圧も低く、投入電力が大きい場合は漏洩磁束回収手段１０に発生する電圧も高くなる。実施の形態１同様、動作期間の短く投入電力が最大となる図４の期間ｂ以外の投入電力期間で、冷却手段８への印加電圧がほぼ定格電圧となるように漏洩磁束回収手段１０の巻き数等を設定することにより、長い期間で十分な風量で冷却手段８を動作させることができる。例えば図４の期間ｃで冷却手段８への印加電圧がほぼ定格電圧となるように漏洩磁束回収手段１０の巻き数等を設定した場合がこれに該当する。

この状態で誘導加熱調理器１００が図４の期間ｂで動作した場合、漏洩磁束回収手段１０の発生電圧は上昇し、第１の所定電圧値に到達するとツェナーダイオード４０がオンし、電力変換手段１１の出力電流は、ツェナーダイオード４０及び抵抗４１からなる分流回路に分流される。このとき、分流した電流によりツェナーダイオード４０及び抵抗４１にて電力消費されるため、電力変換手段１１から見て負荷抵抗値が等価的に下がり、出力電圧の上昇が抑制される。したがってツェナーダイオード４０がオンする電圧を適切に設定すれば、投入電力が最大となる図４の期間ｂにおいて冷却手段８の定格電圧を超える電圧が冷却手段８に印加されることを回避できる。そこで分流手段１２ａの電圧検出部に設定する第１の所定電圧（ツェナーダイオード４０のツェナー電圧）を、冷却手段８の定格電圧に設定し、図４の期間ｂの投入電力で動作した場合、冷却手段８に定格電圧を超える電圧が印加されないように動作させる。

これにより図４の期間ｂと動作期間の長い期間ａ、ｃの両方で冷却手段８をほぼ定格電圧で動作させることができ、十分な風量を得ることができる。また、図４の期間ａ、期間ｃで動作中は電力変換手段１１の出力電流は分流手段１２ｂに分流されないので、分流手段１２ｂでの電力消費がなく、漏洩磁束回収手段１０に発生した起電力はそのまま冷却手段８に投入されるので、効率よく冷却手段８を動作できる。

次に、冷却手段８が断線等により漏洩磁束回収手段１０が無負荷状態となった場合について述べる。

無負荷状態となると、出力電流が流れる経路がなくなるため、漏洩磁束回収手段１０に発生する電圧は更に高くなる。このとき、分流手段１２ｂに電流を流して電圧を抑制する場合、それまで冷却手段８で消費していた分の電流をすべて分流手段１２ｂに流さなくてはならず、分流手段１２ｂでの消費電力が大きくなる問題点がある。すなわち無負荷状態ではツェナーダイオード４０及び抵抗４１での消費電力が大きくなるため、許容電力の大きいツェナーダイオード４０及び抵抗４１を用いる必要があり、高コスト化、大型化する可能性がある。そこで、本実施の形態２においては、分圧抵抗４２ａ、４２ｂ、電圧判定部４３からなる電圧検出部を設け、電力変換手段１１の出力電圧を監視し、出力電圧が第１の所定電圧よりも高い第２の所定電圧に達したとき、制御部５を介して駆動部３の動作を停止し、加熱コイル２への高周波電流の供給を停止する。または、駆動部３からの出力電力を低下させて、漏洩磁束回収手段１０に発生する起電力を低下させる。

何らかの原因、例えば老朽化や振動等により冷却手段８が断線または外れ、無負荷状態になったとする。すると、漏洩磁束回収手段１０に発生する電圧が上昇し、第１の所定電圧に達するとツェナーダイオード４０がオンする。ツェナーダイオード４０の両端はツェナーダイオード４０の特性によりほぼ一定に保たれるが、無負荷時は前述のとおり、ツェナーダイオード４０に流入する電流が大きくなる。

ツェナーダイオード４０には直列に抵抗４１が接続されているため、電力変換手段１１の出力電圧はツェナーダイオード４０の両端電圧と抵抗４１での電圧降下の和となる。したがって分流手段１２ｂに流れる電流が大きいほど、抵抗４１での電圧降下が大きくなる。したがって図４の期間ｂでの動作時より電力変換手段１１の出力電圧が高くなるため、第１の所定電圧を超えて出力電圧はさらに上昇する。そこで、次に第２の所定電圧に到達すると、電圧検出部の電圧判定部４３にてそれを検出し、無負荷であると判断する。すなわち検出した電圧レベルが第２の所定電圧に到達すると電圧判定部４３が無負荷と判断して制御部５を介して駆動部３の動作を停止させる。または電圧レベルが第２の所定電圧値以下となるまで炊飯釜１への投入電力を低下させても良い。

このように無負荷時は駆動部３の動作を停止、または炊飯釜１への投入電力を低下させるので、電力変換手段１１への過電圧の印加を防ぐことができ、且つツェナーダイオード４０及び抵抗４１は許容電力の小さい部品を使用することができる。また、無負荷判定時は、例えば表示操作部４に設けられた液晶表示部等に、異常が発生した旨を使用者に通知するエラー表示を行なえば、使用者に故障である旨を知らせることができ、速やかに修理等を促すことができる。なお、表示操作部４は、本発明における「エラー表示手段」に相当する。なお、異常の通知は表示に限らずブザー等の音でも良い。

以上のように、実施の形態２では、分流手段１２ｂとしてツェナーダイオード４０及び抵抗４１からなる分流回路と、電力変換手段１１の出力電圧を検出する電圧検出部を設けたので、漏洩磁束回収手段１０に発生する電圧を冷却手段８の定格電圧以下に抑制できる。また、冷却手段８が外れ、無負荷状態となった場合は、駆動部３を停止または投入電力を低下させるので、電力変換手段１１に定格電圧を超える電圧が印加されることを防ぐことができる。そしてツェナーダイオード４０及び抵抗４１に許容電力の小さい部品を使用することができるため、小型、低コスト化を実現できる。

なお、実施の形態２では、漏洩磁束回収手段１０により生成された起電力を冷却手段８に用いる例について述べたが、これに限定されるものではなく、表示操作部４及び制御部５などその他の駆動用電源に用いてもよい。さらに、接続される電気負荷は漏洩磁束回収手段１０からのみ電力の供給を受ける例について示したが、実施の形態１の図５と同様、電源部９と併用して用いても良い。これにより、誘導加熱調理器１００が間欠運転を行う場合に、駆動部３が間欠時の動作停止期間に電気負荷への電力供給が停止してしまうことを回避し、連続的に電気負荷に電力供給することができる。

なお、上記実施の形態１の構成に、本実施の形態２における電圧判定部４３の構成を加え、検出した電圧レベルが第２の所定電圧に到達すると電圧判定部４３が無負荷と判断して制御部５を介して駆動部３の動作を停止させ、または電圧レベルが第２の所定電圧値以下となるまで炊飯釜１への投入電力を低下させても良い。これにより、上記実施の形態１の効果に加え、分流手段１２ａの抵抗３２及びトランジスタ３３からなる分流回路に、許容電力の小さい部品を使用することができるため、小型、低コスト化を実現できる。

１ 炊飯釜、２ 加熱コイル、３ 駆動部、４ 表示操作部、５ 制御部、６ コードリールケース、７ 電磁シールド板、８ 冷却手段、９ 電源部、１０ 漏洩磁束回収手段、１１ 電力変換手段、１２ａ 分流手段、１２ｂ 分流手段、２０ 商用交流電源、２１ 整流部、２２ インダクタ、２３ コンデンサ、２４ 共振コンデンサ、２５ スイッチング素子、２６ ダイオード、３０ 整流ダイオード、３１ 平滑コンデンサ、３２ 抵抗、３３ トランジスタ、３４ 抵抗、３５ ツェナーダイオード、３６ ダイオード、４０ ツェナーダイオード、４１ 抵抗、４２ａ 分圧抵抗、４２ｂ 分圧抵抗、４３ 電圧判定部、１００ 誘導加熱調理器。

Claims (9)

1. 被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルに高周波電流を供給する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御手段と、
   前記加熱コイル近傍に配置され、前記加熱コイルより発生する磁束と鎖交する漏洩磁束回収手段と、
   前記漏洩磁束回収手段に発生した誘導起電力を直流に変換し、電気負荷に供給する電力変換手段と、
   前記電気負荷と並列に接続され、前記電力変換手段の出力電圧が第１の所定電圧に達すると、前記電力変換手段からの出力電流を分流する分流手段と、を備えた
   ことを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記分流手段は、
   前記電力変換手段からの出力電流を分流する経路を形成するスイッチング素子と、
   前記電力変換手段の出力電圧を検出して、前記第１の所定電圧に達すると前記スイッチング素子を導通させる電圧検出部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 前記分流手段は、トランジスタで構成され、
   前記電力変換手段の出力電圧が前記第１の所定電圧に達すると、前記トランジスタを導通状態として、前記電力変換手段からの出力電流を前記トランジスタに分流させる
   ことを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱調理器。
4. 前記分流手段は、ツェナーダイオードと抵抗の直列接続回路で構成され、
   前記電力変換手段の出力電圧が前記第１の所定電圧に達すると、前記ツェナーダイオードが導通状態となり、前記電力変換手段からの出力電流を前記直列接続回路に分流させる
   ことを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱調理器。
5. 前記制御手段は、
   前記駆動部の出力電力を、少なくとも、第１の出力電力と該第１の出力電力より大きい第２の出力電力とに切り替えて動作させ、
   前記漏洩磁束回収手段は、
   前記駆動部の出力電力が前記第１の出力電力のとき、前記電力変換手段から前記電気負荷へ供給される出力電圧が前記第１の所定電圧となる誘導起電力を発生する
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
6. 前記第１の出力電力の動作期間が、前記第２の出力電力の動作期間より長い
   ことを特徴とする請求項５記載の誘導加熱調理器。
7. 前記制御手段は、
   前記電力変換手段の出力電圧が、前記第１の所定電圧よりも高い第２の所定電圧に達したとき、前記駆動部を停止または出力電力を低下させる
   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. 前記電力変換手段の出力電圧が前記第２の所定電圧に達すると、異常が発生した旨を使用者に通知するエラー表示手段を備えた
   ことを特徴とする請求項７記載の誘導加熱調理器。
9. 前記電気負荷は、前記加熱コイル及び前記駆動部の少なくとも一方を冷却する冷却手段である
   ことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。

Images