JP5246080B2 - 炊飯器 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２つの加熱コイルを有し、鍋や蓋などを誘導加熱する炊飯器に関するものである。

従来、この種の炊飯器は、鍋を誘導加熱する第１の加熱コイルに第１のスイッチング手段を直列接続し、鍋を覆う蓋の内面側を誘導加熱する第２の加熱コイルに第２のスイッチング手段を直列接続し、第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段のオンオフを制御手段により制御し、炊飯工程や保温工程で第１の加熱コイルと第２の加熱コイルの両方を交互に動作させることで、蓋内面側についた水滴を蒸発させるよう構成している（例えば、特許文献１参照）。

また、炊飯予約状態においては、電源回路の出力電圧を抑えて通電制御素子のトリガ端子の電圧を安定させて、外部からのノイズによる誤動作耐量を損ねないように制御する炊飯器もある（例えば、特許文献２参照）。

図７は特許文献１に示した従来の炊飯器のブロック図である。図７に示すように、鍋１０１を鍋側誘導加熱コイル１０２で誘導加熱する構成とし、鍋加熱制御手段１０３により鍋側誘導加熱コイル１０２の通電、非通電を制御する。鍋温度検知手段１０４は鍋１０１の底表面に当接され、鍋１０１の温度を検知する。

蓋１０５の内面側の金属板を蓋１０５に内蔵された蓋側誘導加熱コイル１０６で誘導加熱する構成とし、蓋加熱制御手段１０７により蓋側誘導加熱コイル１０６の通電、非通電を制御する。蓋温度検知手段１０８は蓋５の内面側に当接されており、鍋１０１内部の被調理物から発生する水蒸気などよる蓋の温度変化を検知する。調理工程記憶手段１０９は炊飯工程などの調理シーケンスの情報をマイクロコンピュータ内のＲＯＭに記憶しており、この情報を制御手段１１０に出力する。制御手段１１０は調理工程記憶手段１０９の出力を受けて、鍋側誘導加熱コイル１０２と蓋側誘導加熱コイル１０６を交互に動作させることで炊飯を行いながら蓋内面側についた水滴を蒸発させている。

特開平８−１９６４１７号公報 特開２００７−２８２９４０号公報

しかしながら、前記従来の構成では鍋側誘導過熱コイル１０２を駆動している際にも、蓋側誘導過熱コイル１０６を駆動させる蓋加熱制御手段１０７は、通電状態となっているため、外部からのノイズ及び制御手段１１０の誤動作により蓋加熱制御手段１０７が動作し、鍋側誘導過熱コイル１０２と、蓋側誘導加熱コイル１０７が、同時にオンすることとなり、所定の調理工程通りの加熱ができずに、おいしいご飯を炊けなくなるという課題を有していた。

また、制御手段１１０と鍋加熱制御手段１０３及び蓋加熱制御手段１０７は、別基板に配置されることが多く、ケーブルで接続される構成となっている。そのため、外部からのノイズを受けやすく、ケーブルにはノイズ対策が必要となり高価な部品を使用する必要が
あった。

本発明は上記目的を達成するために、鍋を誘導加熱する第１の加熱コイルと、前記第１の加熱コイルと共振回路を構成する第１の共振コンデンサと、前記第１の加熱コイルに直列接続した第１のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段を駆動させる第１の駆動手段と、前記鍋の開口部を覆う蓋と、前記蓋の内面側を誘導加熱する第２の加熱コイルと、前記第２の加熱コイルと共振回路を構成する第２の共振コンデンサと、前記第２の加熱コイルに直列接続した第２のスイッチング手段と、前記第２のスイッチング手段を駆動させる第２の駆動手段と、交流電源を整流し前記第１の加熱コイルと前記第２の加熱コイルに電力供給する整流手段と、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段のいずれか一方に電源を供給できるようにオンオフ制御する駆動電源制御手段とを備え、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段のいずれか一方がオン状態時にはもう一方のスイッチング手段はオフ状態とするよう構成したものである。これによって、外部からのノイズ及び、第１の駆動手段、第２の駆動手段の誤動作により、鍋側誘導加熱コイルと、蓋側誘導加熱コイルが同時にオンすることがなくなるため、調理工程通りの調理が出来るようになる。

本発明の炊飯器は、外部からのノイズ及び、第１の駆動手段、第２の駆動手段の誤動作により、鍋側誘導加熱コイルと、蓋側誘導加熱コイルが同時にオンすることがなくなるため、調理工程通りの調理が出来るようになる。

本発明の実施の形態１ の炊飯器の一部ブロック化した回路図 本同炊飯器の主要部動作波形図 同炊飯器の駆動手段のブロック回路図 同炊飯器の制御手段を構成する入力切替器のブロック回路図 同炊飯器の制御手段を構成する出力切替器のブロック回路図 同炊飯器の電源制御手段のブロック回路図 従来の炊飯器のブロック図 従来の炊飯器の主要部動作波形図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施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、本発明の実施の形態１の炊飯器の一部ブロック化した回路図である。

図１に示すように、鍋１は、等価回路を示しており、磁束を通す金属を複数用いた積層体で構成している。第１の加熱コイル２は鍋１と磁気結合し、鍋１を加熱するようにしている。この第１の加熱コイル２は複数の銅線を束ねたリッツ線を更に２０数本で撚った線で構成しており、高周波電流が流れたときの電流分布を均一にしている。

第１の共振コンデンサ３は第１の加熱コイル２に並列接続しており、第１の加熱コイル２と並列共振回路を構成している。本実施の形態では、高周波電流が流れても損失の少ないポリプロピレンコンデンサを使用している。第１のスイッチング手段４は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体素子と、この半導体素子に逆接続した逆接続ダイオードで構成している。ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴは耐圧が高く、高周波のスイッチングが可能で、大電流を流すことができるという利点がある。

蓋５は、図示していないが、内面側に金属板を取り付けており、本実施の形態では、さびがつかないように、ステンレス製の金属板を使用している。この金属板は炊飯後、洗い易くするために、蓋５から着脱自在にしてもよい。

第２の加熱コイル６は蓋５に内蔵し、金属板を誘導加熱する。この第２の加熱コイル６は金属板を均一に加熱するためにドーナツ状に形成している。通常、第１の加熱コイル２と第２の加熱コイル６は形状、ターン数、必要とする電力などが異なるため、インダクタンス、直流抵抗値も異なっている。

第２の共振コンデンサ７は第２の加熱コイル６に並列接続しており、第１の共振コンデンサ３と同様にポリプロピレンコンデンサで構成している。第２のスイッチング手段８は、第１のスイッチング手段４と同様の構成となっている。ただし、流れる電流値、オフ時に発生する両端電圧値が異なるので、これら電流値、両端電圧値を満たす仕様の部品で構成している。

交流電源９は炊飯器に電力を供給するもので、交流電源９の電源周波数は、東日本地域では５０Ｈｚ、西日本地域では６０Ｈｚとなっている。整流手段１０は、交流電源９を整流し、第１の加熱コイル２と第２の加熱コイル６に電力を供給するもので、ダイオードブリッジ１１、チョークコイル１２、平滑用コンデンサ１３で構成している。ここで、平滑用コンデンサ１３の容量は数μＦと小さく、第１の加熱コイル２と第２の加熱コイル６に電流を流すとリプルが生じる。本実施の形態では、このリプル電圧波形は交流電源９の電圧波形と同じとなる。

電流検知手段１４は、交流電源９から供給される入力電流を検知するもので、カレントトランスの出力をダイオードブリッジと電解コンデンサを介して直流電圧にしている。電流設定手段１５は、入力電流の目標値に対応する値を設定するもので、複数の電流設定値がマイクロコンピュータ内部のＲＯＭに記憶されている。本実施の形態では、鍋１を加熱するときに使用する第１の電流設定値Ｉｓ１と、蓋５の金属板を加熱する第２の電流設定値Ｉｓ２があり、第１の電流設定値Ｉｓ１と第２の電流設定値Ｉｓ２がマイクロコンピュータ内部のＲＯＭに８ビットのデータとして記憶されている。本実施の形態では、第１の電流設定値Ｉｓ１を入力電流１２Ａに相当する値とし、第２の電流設定値Ｉｓ２を入力電流２Ａに相当する値にしている。

制御手段１６は、第１のスイッチング手段４と第２のスイッチング手段８のいずれか一方を選択しオンオフ制御するもので、電流検知手段１４の出力電圧と入力電流の比率を切り替える入力切替器１７と、入力切替器１７より出力されるアナログ電圧を１０ｂｉｔデジタル値に変換するＡＤ変換器１８と、ＡＤ変換器１８の出力と電流設定手段１５の出力を比較してスイッチング手段のオン時間を設定するオン時間演算器１９と、オン時間演算器１９が設定したオン時間のハイパルスを出力するパルス発生器２０と、パルス発生器２０の出力を第１の駆動手段２３と第２の駆動手段２４に切り替える出力切替器２２とを備えている。

ＡＤ変換器１８、オン時間演算器１９、パルス発生器２０はマイクロコンピュータのＡＤ変換器、ＣＰＵ、ＰＷＭ発生器を利用することで実現できる。ただし、これは一例であり、例えばオン時間演算器１９、パルス発生器２０を備えた専用ＩＣを作成し、この専用ＩＣを利用するなどしてもよく、構成を限定するものではない。

図３は、第１の駆動手段２３及び第２の駆動手段２４のブロック回路図の一例である。第１の駆動手段２３は、トランジスタ３１〜３４と抵抗で構成し、制御手段１６がハイ信
号を出力すると、トランジスタ３１がオンし、トランジスタ３２はベースがトランジスタ３１のコレクタに接続されており、トランジスタ３１のオンに伴いベース電位が下がるためにオフする。これにより、トランジスタ３２のコレクタ、つまり、トランジスタ３３の電位が上昇し、トランジスタ３３が導通し、スイッチング手段のトリガ端子に電流が供給され、トリガ端子の電位が上昇して、第１のスイッチング手段４を導通させる。第２の駆動手段２４も同様に、第２のスイッチング手段８を導通させる。

制御手段１６がロー信号を出力するときは、トランジスタ３１〜３４の動作は逆になり、トランジスタ３４はオンして、スイッチング手段のトリガ端子より電流を吸出し、トリガ端子の電位はグランドレベルに保たれて、第１のスイッチング手段４はオフを維持する。同様に第２のスイッチング手段８もオフを維持する。

図４は、入力切替器１７のブロック回路図の一例である。入力切替器１７は、図４に示すように、抵抗４１と抵抗４２の接点に抵抗４３とトランジスタ４４の直列回路を接続し、マイクロコンピュータ４５の出力でトランジスタ４４をオンオフすることで、電流検知手段１４の出力電圧の分圧比を切り替える構成としている。マイクロコンピュータ４５は鍋１を加熱するときはハイを出力してトランジスタ４４をオンし、蓋５の金属板を加熱するときはローを出力してトランジスタ４４をオフする。図４に示すように、電流検知手段１ ４の出力電圧の分圧比を切り替えることにより、入力電流が小さいときには分圧比を高くし、入力電流が大きいときには分圧比を低くすることができるので、ＡＤ変換器１８の入力電圧範囲を広げずに、入力電流を広範囲で精度よく検知することができる。

図５は出力切替器２１のブロック回路図の一例である。出力切替器２１は、図５に示すように、論理反転素子５１と論理積演算子５２、５３で構成され、マイクロコンピュータ４５の出力でパルス発生器２０の出力パルスを第１の駆動手段２３と第２の駆動手段２４とに切り替えている。本実施の形態では、鍋１を加熱するときは、マイクロコンピュータ４５はハイを出力し、論理積演算子５２を介してパルス発生器２０の出力を第１の駆動手段２３に出力するとともに、論理反転素子５１を介して論理積演算子５２にローを出力し、第２の駆動手段２４をローに固定する。逆に、蓋５の金属板を加熱するときは、マイクロコンピュータ４５はローを出力し、論理積演算子５２を介して第１の駆動手段２３をローに固定するとともに、論理反転素子５１を介して論理積演算子５３にハイを出力し、パルス発生器２０の出力を第２の駆動手段２４に出力する。

なお、図５に示した出力切替器２１の構成は一例であり、例えばコンパレータを複数用いて回路を構成しても構わない。この場合、論理回路よりも電源電圧や基準電圧を大きくすることが可能であり、耐ノイズ性を高くすることができる。

本実施の形態では、マイクロコンピュータ４５から入力切替器１７、出力切替器２１に出力する出力端子を一つにすることでマイクロコンピュータ４５の使用ポートを節約している。

図６は駆動電源制御手段２２のブロック回路図の一例である。駆動電源制御手段２２は、図６に示すように、トランジスタ６１〜６５と抵抗で構成し、制御手段１６からハイ信号を出力するとトランジスタ６４がオンし、トランジスタ６５はベースがトランジスタ６４のコレクタに接続されており、トランジスタ６４のオンに伴いベース電流が流れトランジスタ６５はオンする。これにより、トランジスタ６５が導通し、電源が第１の駆動手段２３に供給され、第１の駆動手段２３は動作可能となる。このとき、第２の駆動手段２４への電源供給は、制御手段１６からの信号をトランジスタ６１を介して論理を反転させた後は、トランジスタ６２、トランジスタ６３と同様の回路構成であるため、第１の駆動手段２３とは反対の動作となる。よって、第１の駆動手段２３に電源が供給されている時は
、第２の駆動手段２４は電源が供給されず、制御手段１６からロー信号が出力されれば反対の動作となり、第１の駆動手段２３には電源が供給されず、第２の駆動手段２４に電源が供給される。

上記構成において動作、作用を説明する。まず、第１の加熱コイル２の上に鍋１を載置し、蓋５に金属板を取り付けた状態で炊飯を開始する。炊飯のシーケンスは制御手段１６などを構成しているマイクロコンピュータのＲＯＭに記憶されたデータに基づいて動作する。本実施の形態では、炊飯シーケンスの中でも、特に鍋１と蓋５の金属板を交互に加熱する工程における動作について、図２を参照しながら説明する。

まず、図２の時間ｔ０において、鍋１を加熱するために、入力切替器１７は低い分圧比に切り替え、出力切替器２１がパルス発生器２０の出力を第１の駆動手段２３に切り替える。このとき、駆動電源制御手段２２は第２の駆動手段２４に電源供給を停止し、第１の駆動手段２３に電源供給している状態である。つぎに、電流設定手段１５が第１の電流設定値Ｉｓ１をオン時間演算器１９に設定する。オン時間演算器１９は所定のパルス幅をパルス発生器２０に出力し、パルス発生器２０は所定のパルス時間のハイパルスを出力切替器２１を介して第１の駆動手段２３に出力し、第１の駆動手段２３は第１のスイッチング手段４をオンするので、第１の加熱コイル２に電流が流れ、鍋１が誘導加熱される。

時間ｔ０〜ｔ１の期間では、オン時間演算器１９はＡＤ変換器１８の出力値が第１の電流設定値Ｉｓ１になるようにオン時間Ｔｏｎを制御している。この間に第２の駆動手段２４がノイズの影響で誤動作を起こそうとしても、第２の駆動手段２４には電源が供給されていないため、動作することがなく、第１のスイッチング手段４と、第２のスイッチング手段８は同時にオンすることがない。時間ｔ１に達すると、オン時間Ｔｏｎ＝０にして鍋１の加熱を停止し、時間ｔ２までの期間、鍋１と蓋５の金属板の加熱を停止する。

時間ｔ１からｔ２までの期間に第１の駆動手段２３への電源供給をオフし、第２の駆動手段２４の電源をオンにする。

時間ｔ２から、所定の炊飯シーケンスに基づき蓋５の金属板を加熱する。このときは、まず、入力切替器１７は高い分圧比に切り替え、出力切替器２１はパルス発生器２０の出力を第２の駆動手段２４に切り替え、更に駆動電源制御手段２２は第１の駆動手段２３に電源供給を停止し、第２の駆動手段２４に電源供給する。

つぎに、電流設定手段１５が第２の電流設定値Ｉｓ２をオン時間演算器１９に設定する。オン時間演算器１９は所定のパルス時間をパルス発生器２０に出力し、パルス発生器２０は所定のパルス幅のハイパルスを出力切替器２１を介して第２の駆動手段２４に出力し、第２の駆動手段２４は第２のスイッチング手段８をオンするので、第２の加熱コイル６に電流が流れ、蓋５の金属板が誘導加熱される。

時間ｔ２〜ｔ３の期間では、オン時間演算器１９はＡＤ変換器１８の出力値が第２の電流設定値Ｉｓ２になるようにオン時間Ｔｏｎを制御している。この間に第１の駆動手段２３がノイズの影響で誤動作を起こそうとしても、第１の駆動手段２３は電源が供給されていないため、動作することがなく、第１のスイッチング手段４と、第２のスイッチング手段８は同時にオンすることがない。時間ｔ３に達すると、オン時間Ｔｏｎ＝０にして蓋５の金属板の加熱を停止し、所定期間、鍋１と蓋５の金属板の加熱を停止する。

以上のように、本実施の形態においては、駆動電源制御手段２２は、第１のスイッチング手段４と第２のスイッチング手段８の同時オンを防止し、同時オンによる調理工程への影響を排除し、所定の調理工程通りの動作をすることができる。

以上のように、本発明にかかる炊飯器は、少なくとも２つの加熱コイルにそれぞれ直列接続したスイッチング手段の電源供給を制御することで、スイッチング手段が同時オンすることを防ぎ、制御手段の誤動作によって生じる所定の調理工程とは違った加熱を行わずに、安定した調理を可能とする炊飯器として有用である。

１ 鍋
２ 第一の加熱コイル
３ 第一の共振コンデンサ
４ 第一のスイッチング手段
５ 蓋
６ 第二の加熱コイル
７ 第二の共振コンデンサ
８ 第二のスイッチング手段
９ 交流電源
１０ 整流手段
１１ ダイオードブリッジ
１２ チョークコイル
１３ 平滑用コンデンサ
１４ 電流検知手段
１５ 電流設定手段
１６ 制御手段
１７ 入力切替器
１８ ＡＤ変換器
１９ オン時間演算器
２０ パルス発生器
２１ 出力切替器
２２ 駆動電流制御手段
２３ 第１の駆動手段
２４ 第２の駆動手段

Claims (1)

1. 鍋を誘導加熱する第１の加熱コイルと、前記第１の加熱コイルと共振回路を構成する第１の共振コンデンサと、前記第１の加熱コイルに直列接続した第１のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段を駆動させる第１の駆動手段と、前記鍋の開口部を覆う蓋と、前記蓋の内面側を誘導加熱する第２の加熱コイルと、前記第２の加熱コイルと共振回路を構成する第２の共振コンデンサと、前記第２の加熱コイルに直列接続した第２のスイッチング手段と、前記第２のスイッチング手段を駆動させる第２の駆動手段と、交流電源を整流し前記第１の加熱コイルと前記第２の加熱コイルに電力供給する整流手段と、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段のいずれか一方に電源を供給できるようにオンオフ制御する駆動電源制御手段とを備え、前記駆動電源制御手段は、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段のいずれか一方がオン状態の時には、もう一方のスイッチング手段をオフ状態とすることを特徴とした炊飯器。

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