JP4022886B2 - Electromagnetic induction heating cooker - Google Patents
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Description
本発明は、電磁誘導加熱調理器、特に電磁誘導コイルにより磁界を発生させて、調理容器の電磁誘導損失により調理容器を加熱して食品等を調理する誘導加熱調理器に関するものである。 The present invention relates to an electromagnetic induction heating cooker, and more particularly to an induction heating cooker that cooks food by heating a cooking container with electromagnetic induction loss of a cooking container by generating a magnetic field using an electromagnetic induction coil.
従来、超音波振動子を使用せずに、電磁誘導加熱調理器が有する電磁誘導コイルにより高周波磁界を発生させて、調理器内部に備えられた調理容器を騒音が出ないように超音波振動させることで、容器内の米の吸水を促進させて美味しい飯を炊飯できる電磁誘導加熱調理器の提案が行われている。 Conventionally, a high-frequency magnetic field is generated by an electromagnetic induction coil of an electromagnetic induction heating cooker without using an ultrasonic vibrator, and the cooking vessel provided in the cooker is ultrasonically vibrated so as not to generate noise. Thus, proposals have been made for an electromagnetic induction heating cooker that can cook delicious rice by promoting water absorption of rice in the container.
このような従来の電磁誘導加熱調理器は、被加熱物が収容された調理容器に対向する電磁誘導コイルに、インバータから高周波電流を供給することによって電磁誘導加熱される。このとき反磁性材の磁束変調板を調理容器の底面の中心と電磁誘導コイルとの間に設けることで、電磁誘導コイルの周囲に発生する磁束を磁束変調板が乱すことによって、振動を発生させ、調理容器の共振周波数と電磁誘導コイルに供給する高周波電流の周波数とを一致させることによって、調理容器の振動が増幅され、調理容器が超音波振動するものであった。 Such a conventional electromagnetic induction heating cooker is heated by electromagnetic induction by supplying a high-frequency current from an inverter to an electromagnetic induction coil facing a cooking container in which an object to be heated is accommodated. At this time, a magnetic flux modulation plate made of a diamagnetic material is provided between the center of the bottom surface of the cooking container and the electromagnetic induction coil, so that the magnetic flux modulation plate disturbs the magnetic flux generated around the electromagnetic induction coil, thereby generating vibration. By making the resonance frequency of the cooking container coincide with the frequency of the high-frequency current supplied to the electromagnetic induction coil, the vibration of the cooking container is amplified and the cooking container vibrates ultrasonically.
図9は、従来の調理容器である内釜の形状を示す概要説明図である。図9において(a)は内釜の断面図、(b)は下面から見た平面図である。内釜101は、底部102と胴部103及び外方に向かって延出した縁部104がそれぞれ屈曲部105、106を介して連続した形状に形成されている。従来の電磁誘導加熱調理器である炊飯器では、炊飯器本体内部に内釜101をセットした際に、内釜101の縁部104の適当位置を懸架材107により支持して、底部102及び胴部103を宙吊り状態として保持するのが一般的であった。しかし、このような構成において、内釜101が超音波振動する際に、内釜101に直接接触する懸架材107の接触位置について、内釜101の振動レベルとの関係を考慮した技術は存在しなかった。本発明は上記課題に鑑み為されたものであり、より効率良く内釜を振動させることの出来る電磁誘導加熱調理器を提供することを目的とする。
FIG. 9 is a schematic explanatory view showing the shape of an inner pot which is a conventional cooking container. 9A is a cross-sectional view of the inner hook, and FIG. 9B is a plan view seen from the lower surface. The
前記目的を達成するために、本発明にかかる電磁誘導加熱調理器は、外方に延出する縁部を有し、被加熱物を収納する調理容器と、発生磁界により前記調理容器を加熱する前記調理容器の外面に対向して設けられた誘導加熱コイルと、前記調理容器の縁部を支持する懸架材と、前記調理容器の底面のほぼ中心を支持する温度センサとを備え、前記懸架材により前記調理容器の縁部を支持する懸架位置を、次式を用いて求められる前記調理容器が有する縦振動特性の共鳴モードにおける波長(λ)の振動変位の腹の位置にほぼ一致させ、且つ、前記共鳴モードにおける波長と音速とから算出される前記調理容器の共振周波数と、前記誘導加熱コイルに流す高周波電流とを一致させたことを特徴とする。
λ=4L/(2n−1)
ここで、L:内釜底面の支持位置から内釜端部までの長さ、n:次数(1,2,…)
In order to achieve the above object, an electromagnetic induction heating cooker according to the present invention has an edge extending outwardly, and heats the cooking container with a cooking container for storing an object to be heated and a generated magnetic field. An induction heating coil provided opposite to the outer surface of the cooking container ; a suspension material that supports an edge of the cooking container; and a temperature sensor that supports substantially the center of the bottom surface of the cooking container; The suspension position that supports the edge of the cooking container is substantially matched with the antinode position of the vibration displacement of the wavelength (λ) in the resonance mode of the longitudinal vibration characteristic of the cooking container obtained using the following equation , and The resonance frequency of the cooking vessel calculated from the wavelength and sound velocity in the resonance mode is matched with the high-frequency current flowing through the induction heating coil .
λ = 4L / (2n−1)
Here, L: length from the support position of the bottom of the inner hook to the end of the inner hook, n: order (1, 2,...)
本発明の電磁誘導加熱調理器によれば、より効率良く調理容器を振動させ超音波振動を伝達することの出来る電磁誘導加熱調理器を提供することができる。
According to the electromagnetic induction heating cooker of the present invention, it is possible to provide an electromagnetic induction heating cooker that can more efficiently vibrate the cooking container and transmit ultrasonic vibration.
実施の形態1.
図1は本発明の電磁誘導加熱調理器としての炊飯器を示す断面図である。同図に示すように本実施形態における電磁誘導加熱としての炊飯器1は、本体2内部に調理容器である内釜3を収容するための収容部4を有し、この収容部4の外周には内釜3の外面に対向して設けられた誘導加熱コイル5が配設されている。この誘導加熱コイル5は、インバータ6により高周波電流が供給されることで磁界を発生させ、その発生磁界により内釜3を加熱するものであり、内釜3のほぼ底面3aに対向して設けられた内周側コイル5aと内釜3の底面3aと側面3bとをなだらかに結ぶ屈曲部3cに対向して設けられた外周側コイル5bとから構成されている。また、内釜3の底面3a中央底部には、内釜3の温度を検出するための、内釜用温度センサ7が配設されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a rice cooker as an electromagnetic induction heating cooker according to the present invention. As shown in the figure, a
炊飯器本体2の上部には、蓋体8が本体2に対して回動自在に設けられている。蓋体8の下部には、着脱自在な下蓋9が設けられていて、下蓋9には、蓋の温度を検知する蓋用温度センサ10が設けられている。本体2の前方には、使用者が炊飯開始時に押下する炊飯キー(図示せず)などが設けられた操作パネル11を備え、操作パネル11裏面の本体2内部にはマイコンなどから構成される制御手段12が備えられている。この制御手段12は、内釜用温度センサ7と蓋用温度センサ10からの検出温度に基づいて炊飯状態を認識し、これに基づいて、前述のインバータ6を制御することで、誘導加熱コイル5が発生させる磁界を制御し、内釜3の加熱を調整するものである。
A
図2は本発明の一実施形態である炊飯器1の蓋体8及び内釜3を本体2から外して上方向から見た平面図である。同図に示すように内釜3の底面の中心に位置する内釜用温度センサ7を中心として内釜3と電磁誘導コイル5aとの間には磁束変調板13が設けられている。この磁束変調板13は、反磁性材の銅、銀、金、黒鉛、ビスマス等の何れかからなるリング状の板材であり、電磁誘導コイル5の周囲に発生する磁束を反磁性材の磁束変調板13が乱すことによって、内釜3の底部3aに該当する円盤部を振動させ、インバータ6によって電磁誘導コイル5に供給される高周波電流の周波数が内釜3の底部3aに該当する円盤部の共振周波数と一致させることによってその振動を増幅するものである。
FIG. 2 is a plan view of the
ここで、調理容器の共鳴モードの共振周波数f、波長λの求め方を説明する。内釜3は底面3aの中心と垂直に交差する軸15に対して軸対称形状であり、その中心軸15には、内釜3の底面3aに接触させるように、バネにより押圧された内釜用温度センサ7が配置されている。このため、内釜3は、軸中心で支持された単純支持梁とみなすことができる。この時の縦振動による内釜3の共振周波数f[Hz]、波長λ[m]は、次式で求めることができる。
Here, how to obtain the resonance frequency f and the wavelength λ of the resonance mode of the cooking container will be described. The
f=(2n−1)×C/4L … (式1)
λ=C/f=4L/(2n−1) … (式2)
ここで、C:音速[m/s]、L:内釜の長さ[m]、λ:波長[m]、n:次数(1,2,…)である。
f = (2n−1) × C / 4L (Formula 1)
λ = C / f = 4L / (2n−1) (Formula 2)
Here, C: sound velocity [m / s], L: length of inner hook [m], λ: wavelength [m], n: order (1, 2,...).
図3に内釜3の共振周波数f、波長λを求めるために、内釜3を単純支持梁14に置き換えた模式図を示す。図3では、次数nを1〜5まで変化させて記載している。そして各次数の共鳴モードにおける振動変位の様子を共鳴モードの波形16として、それぞれ示している。図3における各次数の共鳴モードにおける波形16において、振幅の大きい腹の部分は、振動変位が大きく、節の部分は振動変位が零の箇所を示す。内釜3の縦振動の共振はこのように、軸15の中心位置での振動変位が零となり、次数nの増大に従って節の数が一つずつ増加してゆく特性を持つ。
FIG. 3 is a schematic diagram in which the
前述のようなモデルに則して、一般的な形状の内釜の共振周波数を計算し、共振周波数と同じ周波数で電磁誘導コイル5に高周波電流を流したときの内釜の応力をシミュレーションし、応力分布図として表してみた。図4は内釜3にかかる応力をシミュレーションした応力分布図である。同図において、縦軸は応力の大きさを、横軸は内釜底面3a中心軸15を零として棒状に展開し、内釜底面3aの中心からの距離を数値化して表している。また同図には、共鳴モードの波形16aも重ねて記載して、内釜の持つ縦振動特性を模式的に表しいる。
In accordance with the model as described above, the resonance frequency of a generally shaped inner hook is calculated, and the stress of the inner hook when a high frequency current is passed through the electromagnetic induction coil 5 at the same frequency as the resonance frequency is simulated. I expressed it as a stress distribution diagram. FIG. 4 is a stress distribution diagram in which the stress applied to the
図4に示すように、応力17が大きく発生している箇所が2箇所ある。まず1箇所目17aは、外周側の電磁誘導コイル5b近傍、2箇所目17bは、内釜3を支持する懸架材近傍位置(内釜3の外方に延出した縁部3d付近)であった。応力17の1箇所目の発生箇所17aは、電磁誘導コイル5から発生する電磁力によるものであり、同図に示すとおり共鳴モードの波形16aの腹の位置にあるため、内釜3の振動が発生されていることが見て取れる。
As shown in FIG. 4, there are two places where the
これに対し本発明者らは、応力17の2箇所目の発生箇所17bでは、応力が無駄なエネルギーを消費して、電磁誘導コイル5近傍で発生する振動に悪影響を与え、電磁誘導コイル5近傍の安定した振動を妨げ、内釜3の振動レベルを小さくしてしまうことを見出した。そしてこの応力の発生原因を鋭意研究したところ、内釜3を支持する懸架材の懸架位置が深く関わっていることを突き止めた。
On the other hand, the inventors of the present invention, at the second generation location 17b of the
シュミレーションにおいて、内釜3を支持する懸架材の懸架位置を変化させながら応力の変化を調べると、懸架位置が共鳴モードの波形16aの節の位置近傍にあると発生する応力大きくなった。つまり、懸架位置が振動しづらい共鳴モードの波形16aの節の位置に近づくほど(振動変位が零の位置に近づくほど)、懸架位置で発生する応力が増幅されて、高い値となってしまうのである。さらに、従来の炊飯器での内釜3の懸架構造は、この共鳴モードの波形16aの節の位置近傍に懸架材107が配置される構成が一般的であることも分かった。
In the simulation, when the change in stress was examined while changing the suspension position of the suspension material supporting the
そこで前述の結果を基に、内釜3を支持する懸架材の懸架位置を内釜3の共鳴モードの波形16の山又は谷の位置(腹の位置)に配置した。図5は、懸架材18を内釜3の共鳴モードの波形16の振動変位の大きい箇所に配置したところを示す図である。
Therefore, based on the above-described results, the suspension position of the suspension member that supports the
このような内釜3の支持状態において、前述の式1で求めた内釜3の共振周波数と同じ周波数で、電磁誘導コイル5に高周波電流を通電したとき、内釜3は共鳴を起こし、はげしく振動した。そして図5に示した懸架位置では懸架材18の位置に発生する応力を軽減することができた。このように内釜3が振動しやすい共鳴モードの波形16の腹の位置に、懸架材18を配置することにより、懸架材18の位置に発生する応力が低下することが確かめられた。
In such a state where the
また、前述のシュミレーションにおいて、懸架材を内釜3の共鳴モードの波形における節の位置に配置した場合の音圧と内釜3の共鳴モードの波形における腹の位置に配置した場合の音圧を測定したところ、表1のような結果を得た。
In the simulation described above, the sound pressure when the suspension material is arranged at the position of the node in the resonance mode waveform of the
表1に示すように、懸架材を内釜3の共鳴モードの波形における節の位置に配置した場合の音圧は、7.5[mV]、懸架材を内釜3の共鳴モードの波形における腹の位置に配置した場合の音圧は、9.4[mV]と言う結果が得られた。このように実測値としても懸架材の位置を内釜3の共鳴モードの波形における腹の位置に配置することにより、従来と比べて高い音圧(=振動)が得られることが確かめられた。
As shown in Table 1, the sound pressure when the suspension material is arranged at the node position in the resonance mode waveform of the
以上説明したように本発明における電磁誘導加熱調理器によれば、被加熱物を収納する内釜を懸架する懸架材を、内釜の共鳴モードにおける波形の腹の位置に配置することによって、内釜の振動に悪影響を与える懸架材付近に発生する応力を低減させ、従来より大きな振動を得ることができ、効率良く内釜を振動させ、おいしいご飯を炊飯することができる電磁誘導過熱調理器を提供することができる。 As described above, according to the electromagnetic induction heating cooker according to the present invention, the suspension material for suspending the inner pot for storing the object to be heated is disposed at the position of the corrugated antinode in the resonance mode of the inner pot. An electromagnetic induction overheating cooker that can reduce the stress generated near the suspension material that adversely affects the vibration of the kettle, can obtain greater vibration than before, efficiently vibrates the inner kettle, and cooks delicious rice Can be provided.
本実施の形態における電磁誘導加熱調理器である炊飯器1によって、実際に炊飯を行ってみた。図1に示すように内釜3内には、米19、米19に吸水させる適量の水20を入れる。内釜3は、内釜3が振動しやすい共鳴モードの波形16の腹の位置に懸架材18が配置されており、内釜3の外方に延出した縁部3dを懸架材18により懸架されることにより保持されている。
The
図6は、炊飯各過程の米19の温度を模式的に示した温度変化のグラフ、図7は電磁誘導コイル5の動作のタイミングチャートである。米19と適量の水20が入れられた内釜3を炊飯器本体2にセットして、蓋8を閉め、炊飯スイッチ(図示せず)を入れて炊飯を開始する。すると、電磁誘導コイル5に電流が流れ、内釜3には電磁誘導により、熱と機械的な力が発生する。
FIG. 6 is a temperature change graph schematically showing the temperature of the
図6の炊飯開始初期の予熱過程では、電磁誘導コイル5からの磁界により、ご飯の温度が60℃を越えない程度に図7に示すように電磁誘導コイル5への通電を制御しながら加熱し、約15分間の予熱(吸水促進)過程を経て、炊飯過程に入った。炊飯工程においても予熱過程のように電磁誘導コイル5への通電によって内釜3が発熱し続け、内釜3内がほぼ100℃に達したことを内釜用温度センサ7、蓋用温度センサ10で検知すると、図7に示すように電磁誘導コイル5への電力供給を制御し、適宜加熱量を調整しながら炊飯を継続した。この時、加熱量が多過ぎても内釜3内の温度は、100℃を維持する。沸騰を継続した後、内釜3の水がなくなったことを内釜用温度センサ7を通して検知すると、インバータ6の制御を停止し、蒸らし過程に入った。蒸らし過程では、内釜1の温度を100℃に保持するため、電磁誘導コイル6への通電を断続的に約15分間継続した。
In the preheating process at the beginning of rice cooking in FIG. 6, heating is performed while controlling the energization to the electromagnetic induction coil 5 as shown in FIG. 7 so that the temperature of the rice does not exceed 60 ° C. by the magnetic field from the electromagnetic induction coil 5. After about 15 minutes preheating (water absorption promotion) process, the rice cooking process was started. Also in the rice cooking process, the
このように、内釜3が振動しやすい共鳴モードの波形16の腹の位置に、懸架材18を配置した炊飯器によって炊きあげられたごはんを食味してみたところ、効率良く内釜を振動させ、おいしいご飯を炊飯することができた。
In this way, when the rice cooked by the rice cooker in which the
実施の形態2.
本発明の発明者らは、さらに鋭意研究を重ねたところ、内釜3における縁部3dと胴部3bとの間に存在する屈曲部3eの近傍に、内釜3が振動しやすい共鳴モードの波形16の腹が現れ易いことが確かめられた。このため、図8に示すように、懸架材18を内釜3の内周側に近づけて、屈曲部3e近傍に配置する構成をとることで、いちいち内釜3の共鳴モードにおける波形16により腹の位置を確かめなくても、懸架材18の配置位置を内釜3の共鳴モードにおける波形の腹の位置に配置しやすくすることが出来る。
The inventors of the present invention have made further studies, and as a result, a resonance mode in which the
このように、懸架材18による懸架位置をより内釜3の内周側に移動することにより、内釜3の共鳴モードにおける波形の腹の位置に懸架材18を配置することができるので、懸架材18付近で発生する応力を低減でき、従来技術に比べ、内釜3の振動を向上させることが出来る。なお本実施形態では、懸架材18の配置位置を、内釜3の縁部3dに存在する共鳴モードにおける波形の腹の位置になるように配置したが、内釜3の縁部3d以外に存在する共鳴モードにおける波形の腹の位置になるように配置しても、同様な効果を得ることができる。
In this way, by moving the suspension position of the
1 炊飯器(電磁誘導加熱調理器)、2 炊飯器本体、3 調理容器、4 収納部、5 誘導加熱コイル、6 インバータ、7 内釜用温度センサ、8 蓋体、9 下蓋、10 蓋用温度センサ、11 操作パネル、12 制御手段、13 磁束変調板、14 単純支持梁、15 中心軸、16 共鳴モードの波形、17 応力、18 懸架材、19 米、20 水。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記懸架材により前記調理容器の縁部を支持する懸架位置を、次式を用いて求められる前記調理容器が有する縦振動特性の共鳴モードにおける波長(λ)の振動変位の腹の位置にほぼ一致させ、且つ、前記共鳴モードにおける波長と音速とから算出される前記調理容器の共振周波数と、前記誘導加熱コイルに流す高周波電流とを一致させたことを特徴とする電磁誘導加熱調理器。
λ=4L/(2n−1)
ここで、L:内釜底面の支持位置から内釜端部までの長さ、n:次数(1,2,…) A cooking container having an edge extending outward and storing an object to be heated , an induction heating coil provided facing the outer surface of the cooking container that heats the cooking container with a generated magnetic field, and the cooking A suspension for supporting the edge of the container , and a temperature sensor for supporting substantially the center of the bottom surface of the cooking container ,
The suspension position at which the edge of the cooking container is supported by the suspension material substantially coincides with the antinode position of the vibration displacement of the wavelength (λ) in the resonance mode of the longitudinal vibration characteristic of the cooking container obtained using the following equation: An electromagnetic induction heating cooker characterized in that the resonance frequency of the cooking container calculated from the wavelength and sound velocity in the resonance mode is matched with the high-frequency current flowing through the induction heating coil .
λ = 4L / (2n−1)
Here, L: length from the support position of the bottom of the inner hook to the end of the inner hook, n: order (1, 2,...)
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