JP4450813B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、複数の加熱コイルを有する誘導加熱調理器に関するものである。

従来の誘導加熱調理器は、小さい鍋用として小径の加熱コイルと、通常の鍋用として大径の加熱コイルとを備えており、加熱コイルの径に応じて最大出力電力が設定されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１８６００２号公報（第３頁、図１−図２）

しかしながら、前述した従来の誘導加熱調理器では、加熱コイルの径に応じて最大出力電力が設定されているため、直流電源回路やインバータ回路に使用されている各部品が異なり、回路の共通化や簡素化をすることが難しく、コストが高くなっていた。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、径の異なる加熱コイルを用いても、コストを高くすることなく、同等の直流電源回路やインバータ回路を使用することのできる誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明に係る誘導加熱調理器は、加熱コイルと共振コンデンサからなる複数の負荷回路と、複数の負荷回路にそれぞれ高周波電流を供給し、加熱コイルによりトッププレート上に載置された被加熱物を誘導加熱させる複数の変換装置とを備え、複数の加熱コイルのうち、トッププレート上に表示された小径の被加熱物の載置位置を示す小円の表示部の下方に配置された小径の加熱コイルには、密接に巻回されてなる密巻加熱コイルを使用し、トッププレート上に表示された大径の被加熱物の載置位置を示す大円の表示部の下方に配置された大径の加熱コイルには、径の中央部に巻回された内加熱コイル及びその内加熱コイルに接続されるとともに内加熱コイルの外周に間隙を有して巻回された外加熱コイルよりなる分割巻き加熱コイルを使用し、被加熱物を誘導加熱しているとき、小径の加熱コイルのインピーダンス値と大径の加熱コイルのインピーダンス値とがほぼ同じになるように、大径の加熱コイルの巻数を小径の加熱コイルの巻数よりも少なくした。

本発明においては、複数の加熱コイルのうち、トッププレート上に表示された小径の被加熱物の載置位置を示す小円の表示部の下方に配置された小径の加熱コイルには、密接に巻回されてなる密巻加熱コイルを使用し、トッププレート上に表示された大径の被加熱物の載置位置を示す大円の表示部の下方に配置された大径の加熱コイルには、径の中央部に巻回された内加熱コイル及びその内加熱コイルに接続されるとともに内加熱コイルの外周に間隙を有して巻回された外加熱コイルよりなる分割巻き加熱コイルを使用し、被加熱物を誘導加熱しているとき、小径の加熱コイルのインピーダンス値と大径の加熱コイルのインピーダンス値とがほぼ同じになるように、大径の加熱コイルの巻数を小径の加熱コイルの巻数よりも少なくしたので、加熱コイルの径によらず同等の変換装置を使用することができ、コストの低減を図ることができる。

実施の形態
図１は本発明の実施の形態を示す誘導加熱調理器の外観斜視図、図２は実施の形態に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す図、図３は実施の形態における加熱コイルの形状を示す平面図、図４は加熱コイルと大径鍋、中径鍋及び小径鍋との位置関係を示す側面図、図５は各加熱コイルのインピーダンス値の例を示す図である。

図１に示す誘導加熱調理器１は、ＩＨクッキングヒータであり、箱状の筐体２の上部に設けられたトッププレート３に、図示せぬ調理鍋等の被加熱物を載置して加熱調理を行う。トッププレート３は、非磁性材よりなる耐熱ガラスにて形成され、外周に設けられた枠体４によって保持されている。トッププレート３の手前側左右には、大径鍋の載置位置を示す大円の表示部が設けられ、それぞれの下方に加熱コイルを有する右ヒータ加熱部５ａと左ヒータ加熱部５ｂが配置されている。また、トッププレート３に設けられた２つの大円の中間の奧には、小径鍋の載置位置を示す小円の表示部が設けられ、その下方に加熱コイルを有する中央ヒータ加熱部５ｃが設けられている。筐体２の前面には、調理庫を備えた両面焼きのロースタ６が設けられている。

また、トッププレート３の手前側の枠体４には、ロースタ６や各ヒータ加熱部５ａ〜５ｃの電源を入／切したり、火力調節等の操作ボタンが配列された上面操作部７ａが設置され、筐体２のロースタ６の右側には、本調理器１の電源を入／切するためのメイン操作ボタン、各ヒータ加熱部５ａ〜５ｃの入／切と火力調節を行うための回転式操作ボタン等が配列された前面操作部７ｂが設けられている。トッププレート３の上面操作部７ａ近傍には、右ヒータ及び左ヒータ加熱部５ａ，５ｂ、中央ヒータ加熱部５ｃの火力を表示するための上面表示部８ａが配置されており、前面操作部７ｂには、右ヒータ及び左ヒータ加熱部５ａ，５ｂ、中央ヒータ加熱部５ｃや、ロースタ６の使用状況を表示する前面表示部８ｂが設けられている。

次に、実施の形態の誘導加熱調理器において誘導加熱部に関する回路構成について図２及び図３を用いて説明する。
本調理器１は、前述した右ヒータ加熱部５ａと左ヒータ加熱部５ｂに同じ大径の加熱コイル２３ａ，２３ｂが使用され、中央ヒータ加熱部５ｃに小径の加熱コイル２３ｃが使用されている。大径の加熱コイル２３ａ，２３ｂは、図３（ａ）に示すように、１本の銅線によって、内加熱コイルと、内加熱コイルの外周に間隙を有して巻回された外加熱コイルとからなっている（以下、「大径分割巻き加熱コイル」という）。小径の加熱コイル２３ｃは、図３（ｂ）に示すように、１本の銅線を密接に巻回して形成されている（以下、「小径密巻き加熱コイル」という）。右ヒータ及び左ヒータ加熱部５ａ，５ｂと中央ヒータ加熱部５ｃには、負荷回路２２ａ，２２ｂ，２２ｃを除いて，同じ直流電源回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃとインバータ回路１６ａ，１６ｂ，１６ｃが使用されている。なお、回路構成は，前述の如く同一であるため、右ヒータ加熱部５ａについてのみ説明をする。

商用電源９に接続される直流電源回路１０ａは、交流電力を整流する整流ダイオードブリッジ１１ａとリアクトル１２ａ及び平滑コンデンサ１３ａとから構成されている。直流電源回路１０ａの入力側に設けられた入力電流検出部１４ａは、直流電源回路１０ａに入力される電流を検出するために設けられ、入力電圧検出部１５は、直流電源回路１０ａに印加される電圧（商用電源９）を検出するために設けられている。これら検出部１４ａ、１５によって本調理器１の使用電力が算出される。

直流電源回路１０ａで直流電力に変換された電力はインバータ回路１６ａに供給される。インバータ回路１６ａは、直流電源回路１０ａの正負母線間に直列に接続された２つのスイッチング素子（以下、正母線側スイッチング素子を「上スイッチ１７ａ」、負母線側スイッチング素子を「下スイッチ１８ａ」と呼ぶ）と、そのスイッチング素子とそれぞれ逆並列に接続されたダイオード（正母線側逆並列ダイオードを「上ダイオード１９ａ」、負母線側逆並列ダイオードを「下ダイオード２０ａ」と呼ぶ）によって形成され、上スイッチ１７ａと下スイッチ１８ａは、インバータ駆動回路２１ａからの駆動信号によりオン・オフされる。

インバータ駆動回路２１ａは、上スイッチ１７ａをオンさせている間は下スイッチ１８ａをオフにし、上スイッチ１７ａをオフさせている間は下スイッチ１８ａをオンにし、これを交互に繰り返すための駆動信号を出力する。負荷回路２２ａは、大径分割巻き加熱コイル２３ａと共振コンデンサ２４ａが直列に接続されて構成され、インバータ回路１６ａの出力点（上スイッチ１７ａと下スイッチ１８ａの接続点）と、直流電源回路１０ａの負側母線（正側母線でもよい）との間に設けられている。出力電流検出部２５ａは、負荷回路２２ａに流れる電流を検出するために設けられている。なお、中央ヒータ加熱部５ｃの負荷回路２２ｃは、小径密巻き加熱コイル２３ｃと共振コンデンサ２４ｃが直列に接続されてなっている。なお、前述した直流電源回路１０ａ（１０ｂ，１０ｃ）とインバータ回路１６ａ（１６ｂ，１６ｃ）とで、本発明の変換装置が構成されている。

制御回路２６は、本調理器全体を制御するためのもので、動作説明時に詳述するが、変換装置の直流電源回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃに入力される電流値が設定火力に応じて設定された無負荷検出の閾値より低いときに、インバータ駆動回路２１ａ，２１ｂ，２１ｃを介してインバータ回路１６ａ，１６ｂ，１６ｃの駆動を停止させる制御手段を有している。

次に、加熱コイル及び加熱コイルのインピーダンスについて、図３〜図５を用いて説明する。なお、図３（ｃ）に示す加熱コイルは、１本の銅線を密接に巻回してなる大径密巻き加熱コイルである。加熱コイルの径は、大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂと大径密巻き加熱コイル（図３（ｃ）参照）が同等で、小径密巻き加熱コイル２３ｃが小さい（図３：（ａ）＝（ｃ）＞（ｂ））。加熱コイルの巻き数は、３種類の加熱コイルのうちで大径密巻き加熱コイルが最も多く、大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂが最も少ない（図３：（ａ）＜（ｂ）＜（ｃ））関係にあるものとする。

加熱コイルのインダクタンス（インピーダンス）は、加熱コイルの巻き数が多いほどインダクタンス（インピーダンス）が大きくなり、加熱コイルの径が大きいほど大きくなる。また、加熱コイル上に鍋を載置した場合、加熱コイルに対向する鍋底に誘導渦電流が流れて加熱コイルに流れる電流により生ずる磁束を打ち消すとともに、誘導渦電流による発熱損失が発生するので、加熱コイルのインダクタンス値は小さくなるとともに、抵抗値が大きくなる。図４に示すように、大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂでは、鍋の径が小さくなると、外周部の加熱コイルが鍋底から大きく離れる。一方、小径密巻き加熱コイル２３ｃでは、大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂほど、鍋底と加熱コイル外周部との距離が離れない。従って、大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂでは、鍋径が小さくなると急激に鍋底との磁気結合が小さくなって漏れインダクタンスが急増するのに対して、小径密巻き加熱コイル２３ｃでは、大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂと比較して漏れインダクタンスの増加は緩やかになっている。

各加熱コイルにおけるインピーダンス値については、図５に示すように、何れの加熱コイルも、無負荷の場合にインダクタンス値が大で、抵抗値が小さくなっている。また、大きな鍋を載置した場合にはインダクタンス値は小さく、抵抗値が大きくなっている。なお、小径密巻き加熱コイル２３ｃでは、中径鍋を使用したとき加熱コイル全面が鍋底で覆われるので、中径鍋を載置した場合と大径鍋を載置した場合では、鍋と加熱コイルの磁気結合の状態に差異は無く、同等のインダクタンス値、抵抗値となっている。

ここで、右ヒータ加熱部５ａ及び左ヒータ加熱部５ｂに図３（ｃ）に示す大径密巻き加熱コイルを使用し、中央ヒータ加熱部５ｃに小径密巻き加熱コイル２３ｃ（図３（ｂ））を使用した場合には、大径密巻き加熱コイル（図３（ｃ））のインダクタンス値（インピーダンス値）が小径密巻き加熱コイル２３ｃのインピーダンス値よりも大幅に大きくなるため、大径密巻き加熱コイルに電流が流れ難く、大きな加熱電力を得るためには、インバータ回路に供給する直流電源電圧を昇圧する回路等を付加する必要がある。そこで、大径の加熱コイルとして小径密巻き加熱コイル２３ｃよりも巻き数の少ない大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂ（図３（ａ））を使用して、大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂと小径密巻き加熱コイル２３ｃのインピーダンスの差を低減する構成とした。これにより、大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂ用の直流電源回路１０ａ，１０ｂに昇圧回路等を負荷する必要が無く、同等の直流電源回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃやインバータ回路１６ａ，１６ｂ，１６ｃを使用することができるので、低コスト化を図ることができる。

次に、制御回路部２６による誘導加熱の制御処理について、図６〜図１０に基づき説明をする。図６は実施の形態における誘導加熱調理制御処理の動作を示すフローチャート、図７は実施の形態の誘導加熱調理器の動作を示すフローチャート、図８はインバータ回路の上スイッチ及び下スイッチへの駆動信号の例を示す図、図９は導通比制御の駆動信号と加熱出力レベルの関係を示す図、図１０は加熱出力レベルと入力電流の無負荷判定閾値との関係を示す図である。なお、図７は右ヒータ加熱部５ａの制御処理のフローチャートであるが、左ヒータ加熱部５ｂ及び中央ヒータ加熱部５ｃの制御処理については、右ヒータ加熱部５ａの制御処理と同じであるため、説明を省略する。

図６に示すように誘導加熱調理の制御処理では、右ヒータ加熱部５ａの制御処理（ステップ１）、左ヒータ加熱部５ｂの制御処理（ステップ２）、中央ヒータ加熱部５ｃの制御処理（ステップ３）を順次実行する。ここで、右ヒータ加熱部５ａの制御処理に入ったときは、図７に示すフローチャートに基づいて右ヒータ加熱部５ａの制御処理を実行する。
制御回路２６は、最初に上面操作部７ａ（又は前面操作部７Ｂ）の操作に基づく操作入力を取り込み（ステップ１１）、その中に加熱動作の要求が有るか否かを判定する（ステップ１２）。加熱要求がある場合には、入力電圧検出部１５により検出された入力電圧値と入力電流検出部１４ａにより検出された入力電流値とから入力電力を算出し、操作入力に含まれる設定火力と比較する（ステップ１３）。入力電力の制御は、例えば一定の駆動周波数で、図８に示すように上スイッチ１７ａと下スイッチ１８ａの導通時間の比を調整することにより行われる。導通比制御の場合、図９に示すように駆動周期に対して上スイッチ１７ａの導通時間が５０％に近づくほど高出力駆動信号となり（図８（ａ））、５０％から遠ざかるほど低出力駆動信号となる（図８（ｂ））。

ステップ１３において、入力電力が設定電力より小さいと判断したときは、上スイッチ１７ａの導通比を増加させ（ステップ１４）、入力電力が設定電力より大きいときは上スイッチ１７ａの導通比を減少させて（ステップ１５）、火力調整を行う。次いで、負荷回路２２ａに流れる電流を出力電流検出部２５ａを通じて検出し、その検出電流（出力電流）が上スイッチ１７ａ及び下スイッチ１８ａの保護電流レベルを超えているか否かを判定する（ステップ１６）。負荷回路２２ａの出力電流が保護電流レベル以下のときステップ１８に進むが、その出力電流が保護電流レベルを超えていたときは、上スイッチ１７ａの導通比を減少させる（ステップ１７）。

その後、入力電流検出部１４ａにより検出された入力電流と無負荷検出の閾値とを比較する（ステップ１８）。検出された入力電流が無負荷検出の閾値以上のときは、右ヒータ加熱部５ａの大径分割巻き加熱コイル２３ａ上に鍋が載置されていると判断して、動作状態を上面表示部８ａ（又は前面表示部８ｂ）に表示する（ステップ２０）。また、検出された入力電流が無負荷検出の閾値より小さいときは、その大径分割巻き加熱コイル２３ａ上に鍋が載置されていないと判断して、インバータ駆動回路２１ａの制御を停止して駆動信号の出力を停止させ（ステップ１９）、その状態を上面表示部８ａ（又は前面表示部８ｂ）に表示する（ステップ２０）。また、ステップ１２において、操作入力から加熱要求がないと判断したときもステップ１９に進んで駆動信号の出力を停止させ、その状態を上面表示部８ａ（又は前面表示部８ｂ）に表示する（ステップ２０）。そして、右ヒータ加熱部５ａの制御処理を終了する。

ここで、ステップ１８の無負荷状態の検出は、図１０に示すように、加熱コイルの種類と駆動信号レベルにより定まる入力電流の無負荷検出の閾値により判断する。図４で説明したように、小径鍋を使用した場合、小径密巻き加熱コイル２３ｃでは、その外周部分も鍋底から大径分割巻き加熱コイルの外周部分ほど離れておらず、多少磁気結合しているのに対して、大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂは、外加熱コイルの部分が鍋底から離れて、殆んど磁気結合しない状態となり、漏れインダクタンスが大きくなる。そのため、図５に示すように小径鍋に対するインダクタンス値（インピーダンス値）は、小径密巻き加熱コイル２３ｃと比較して大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂにおいてかなり大きくなり、出力電流は流れ難く、また、入力電流も流れにくい。そこで、図１０に示すように、小径密巻き加熱コイル２３ｃの無負荷検出の閾値を大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂの無負荷検出の閾値より大きい値に設定して、異なる径の加熱コイルにおいて、加熱停止する小物負荷の大きさの差を低減することができる。

以上のように実施の形態によれば、大径の加熱コイルとして大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂを使用し、小径の加熱コイルとして大径分割巻き加熱コイル２３ａ，２３ｂより巻き数の多い小径密巻き加熱コイル２３ｃを使用して、加熱コイル間のインピーダンスの差を低減させることにより、加熱コイルの径に依らずに同等の直流電源回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及びインバータ回路１６ａ，１６ｂ，１６ｃを使用することができ、コストを低減することができる。

なお、前記の実施の形態では、加熱出力の調整は、上スイッチ１７ａと下スイッチ１８ａの導通比制御により行う例を示したが、駆動信号の周波数を制御して加熱出力を調整するようにしてもよい。また、無負荷検出を入力電流検出部１４ａ，１４ｂ，１４ｃにより検出された入力電流値を参照するようにしたが、出力電流検出部２５ａ，２５ｂ，２５ｃによって検出された出力電流値を用いるようにしてもよい。

また、前記の実施の形態では、誘導加熱ヒータとして３つの加熱口を有するものを示したが、誘導加熱口の数は２つでもよく、また、４口以上にも適用可能である。

本発明の実施の形態を示す誘導加熱調理器の外観斜視図である。 実施の形態に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。 実施の形態における加熱コイルの形状を示す平面図である。 加熱コイルと大径鍋、中径鍋及び小径鍋との位置関係を示す側面図である。 各加熱コイルのインピーダンス値の例を示す図である。 実施の形態における誘導加熱調理制御処理の動作を示すフローチャートである。 実施の形態の誘導加熱調理器の動作を示すフローチャートである。 インバータ回路の上スイッチ及び下スイッチへの駆動信号の例を示す図である。 導通比制御の駆動信号と加熱出力レベルの関係を示す図である。 加熱出力レベルと入力電流の無負荷判定閾値との関係を示す図である。

符号の説明

５ａ 右ヒータ加熱部、５ｂ 左ヒータ加熱部、５ｃ 中央ヒータ加熱部、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 直流電源回路、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 入力電流検出部、１５ 入力電圧検出部、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ インバータ回路、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ インバータ駆動回路、２３ａ，２３ｂ 大径分割巻き加熱コイル、２３ｃ 小径密巻き加熱コイル、２４ａ，２４ａ，２４ｃ 共振コンデンサ、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 出力電流検出部、２６ 制御回路。

Claims (4)

1. 加熱コイルと共振コンデンサからなる複数の負荷回路と、
   該複数の負荷回路にそれぞれ高周波電流を供給し、前記加熱コイルによりトッププレート上に載置された被加熱物を誘導加熱させる複数の変換装置とを備え、
   前記複数の加熱コイルのうち、前記トッププレート上に表示された小径の被加熱物の載置位置を示す小円の表示部の下方に配置された小径の加熱コイルには、密接に巻回されてなる密巻加熱コイルを使用し、前記トッププレート上に表示された大径の被加熱物の載置位置を示す大円の表示部の下方に配置された大径の加熱コイルには、径の中央部に巻回された内加熱コイル及び該内加熱コイルに接続されるとともに該内加熱コイルの外周に間隙を有して巻回された外加熱コイルよりなる分割巻き加熱コイルを使用し、被加熱物を誘導加熱しているとき、前記小径の加熱コイルのインピーダンス値と前記大径の加熱コイルのインピーダンス値とがほぼ同じになるように、前記大径の加熱コイルの巻数を前記小径の加熱コイルの巻数よりも少なくしたことを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記複数の変換装置は、加熱コイルの径によらず同じものが使用されていることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 前記複数の変換装置をそれぞれ制御する制御手段を備え、
   該制御手段は、予め設定火力に応じて無負荷検出の閾値が設定され、前記変換装置に入力される電流値が設定火力に応じた閾値より低いときに高周波電流の供給を停止させることを特徴とする請求項１又は２記載の誘導加熱調理器。
4. 前記閾値は、小径の加熱コイル及び大径の加熱コイルに対してそれぞれ設定され、小径の加熱コイルに設定された設定火力毎の閾値が、大径の加熱コイルに設定された設定火力毎の閾値よりも高く設定されていることを特徴とする請求項３記載の誘導加熱調理器。

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