JP5523211B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導式加熱調理器に関する。

従来、加熱コイルを複数分割し、複数の分割コイルのそれぞれを独立して駆動する電源部を有した誘導加熱調理器は公知である（例えば、特許文献１参照。）。

特開平５−１６６５７９号公報

特許文献１に記載された誘導加熱調理器は、１つの加熱口に対して、２つの加熱コイルが近接して配置される。このため、２つの加熱コイルを同時に駆動する場合、各加熱コイル同士の磁気結合や、各加熱コイルから発生する磁束同士の磁気干渉が生じることがある。

磁気結合が発生すると、一方の加熱コイルに供給する電力を変化させたとき、相互インダクタンスの影響により他方の加熱コイルの共振周波数が変動し、他方の加熱コイルから出力される電力が変動する。その結果、各加熱コイルの電力制御が困難となる。最悪の場合、共振周波数と駆動周波数が近くなり、交流抵抗が小さくなることに起因する過電流で素子破壊に至ることがある。また、磁気干渉が発生すると、各加熱コイルの隣接する領域において磁束が強くなったり、弱くなったりするため、加熱温度が安定せずに調理容器に加熱むらが生じることがある。

このため、特許文献１に記載の誘導加熱調理器は、２つの加熱コイルに高周波電流を時分割で交互に供給して火力制御（電力制御）を実行することにより磁気結合や磁気干渉を回避している。しかしながら、特に大電力時、各加熱コイルに所定の周期毎に定格出力の１００％に相当する高周波電流が流れるため、各電源部には急激な電流変動に耐え得るスイッチング素子が必要となり、誘導加熱調理器全体がコストアップするという新たな問題が生じる。

したがって、本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、その目的とするところは、コストアップすることなく簡易な構成で磁気結合や磁気干渉を抑制できる誘導加熱調理器を提供することにある。

本発明の誘導加熱調理器は、１つの加熱口に対して少なくとも２つ以上の加熱コイルからなる誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルを構成する加熱コイルに個別に高周波電流を印加する電源部と、前記電源部を制御する制御部とを含む誘導加熱調理器であって、前記誘導加熱コイルを構成する一方の加熱コイルと他方の加熱コイルとが対向する領域に、前記一方の加熱コイルと前記他方の加熱コイルとから発生する磁束を遮蔽する、非磁性金属からなる遮蔽板を介在させ、前記遮蔽板は、前記一方の加熱コイルと前記他方の加熱コイルとが対向する領域であって、且つ前記一方の加熱コイルと前記他方の加熱コイルに流れる高周波電流の方向が互いに相殺する向きとなる対向領域に介在させることを特徴とする。

本発明の誘導加熱調理器によれば、コストアップすることなく簡易な構成で磁気結合や磁気干渉を抑制できる。その結果、加熱コイルの電力制御性が向上するとともに、加熱温度が安定して調理容器を一様に加熱することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器本体を示す概略斜視図である。 図１のII−II線から見た断面図である。 実施の形態１の誘導加熱調理器の電気的構成を示したブロック図である。 実施の形態１の誘導加熱調理器の具体的な回路図である。 図１に示した加熱コイルと各加熱コイルの間に配置された遮蔽板を示す平面図である。 各加熱コイルの間に配置される遮蔽板の作用を模式的に示した図である。 遮蔽板に用いられる非磁性金属の電気的、磁性的定数を示した図である。 実施の形態１に係る別の形態を示した平面図である。 実施の形態２に係る誘導加熱調理器について、遮蔽板を配置する位置を説明する平面図ある。 実施の形態２に係る他の誘導加熱調理器について、遮蔽板を配置する位置を説明する平面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器について、添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、方向や位置を表す用語（例えば、「上方」及び「下方」等）を便宜上用いるが、これらは発明の理解を容易にするためであり、それらの用語によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されるべきではない。また、以下の説明では、複数の実施の形態に含まれる同一又は類似の構成には同一の符号を付す。

実施の形態１．
図１に示すように、実施の形態１に係る誘導加熱調理器（以下、「加熱調理器」という。）１は、箱形の筐体（調理器本体）２を有する。筐体２の上面は、耐熱ガラスからなるトッププレート３で覆われている。トッププレート３の手前側と奥側にそれぞれ上面操作部４と換気部５（例えば、吸気口５ａと排気口５ｂ）が設けてある。筐体２の中央領域（上面操作部４と換気部５の間の領域）には、図示しない加熱口（ＩＨ加熱部）が配置されている。実施の形態１の加熱調理器１において、加熱口は、トッププレート３の下に配置された複数の誘導加熱コイルを備えている。誘導加熱コイルは、左側加熱コイル６ａと右側加熱コイル６ｂから構成され、左側加熱コイル６ａと右側加熱コイル６ｂが協働して（１組として）単一の調理容器７を加熱するようにしてある。

図示するように、左、右側加熱コイル６ａ，６ｂは、矩形の平面形状を有し、絶縁被膜された任意の金属からなる導電線が渦巻状に捲回されて形成される。そして、左、右側加熱コイル６ａ，６ｂは互いの長辺を対向させて配置してある。なお、図１に示した左、右側加熱コイル６ａ，６ｂは、矩形の平面形状を有するものとして示しているが、これに限らず、例えば、円形や楕円形、又は半円形等の任意の平面形状を有するものであってもよい。

図２に示すように、左側加熱コイル６ａと右側加熱コイル６ｂとの間には、非磁性金属の薄板からなる遮蔽板１０がトッププレート３の下面に対して垂直に配置されている（遮蔽板１０の詳細な説明は後述。）。左、右側加熱コイル６ａ，６ｂの下方には、当該加熱コイル６ａ，６ｂに高周波電流を印加する電源部１８が配置されている。

図３を参照して加熱調理器１を具体的に説明すると、加熱調理器１は電源部（電源回路）１８を有する。電源部１８は、第１の駆動部２０ａと第２の駆動部２０ｂを有する。第１の駆動部２０ａ（第２の駆動部２０ｂ）は、直流電源部２１ａ（直流電源部２１ｂ）と第１のインバータ２２ａ（第２のインバータ２２ｂ）を有する。第１の駆動部２０ａ（第２の駆動部２０ｂ）の直流電源部２１ａ（直流電源部２１ｂ）と第１のインバータ２２ａ（第２のインバータ２２ｂ）との間には、第１のインバータ２２ａ（第２のインバータ２２ｂ）へ入力する電源電流を検出するカレントトランス４０ａ（カレントトランス４０ｂ）が接続され、その検出信号が制御部５０に出力されるようにしてある。

第１の駆動部２０ａ（第２の駆動部２０ｂ）は、左側加熱コイル６ａ（右側加熱コイル６ｂ）を介して制御部５０に接続されている。左側加熱コイル６ａ（右側加熱コイル６ｂ）と制御部５０との間には、左側加熱コイル６ａ（右側加熱コイル６ｂ）に流れる高周波電流を検出するカレントトランス４２ａ（カレントトランス４２ｂ）が接続され、その検出信号が制御部５０に出力されるようにしてある。さらに、温度センサ４５により検出された鍋等の調理容器７の温度情報が制御部５０に出力されるようにしてある。

図４を参照して更に具体的に説明すると、電源部１８は、交流電源８２に接続されている。交流電源８２は、単相又は三相の商用交流電源である。交流電源８２は、この交流電源８２から出力される交流電流を全波整流する整流回路２３ａ（整流回路２３ｂ）に接続されている。整流回路２３ａ（整流回路２３ｂ）は、この整流回路２３ａ（整流回路２３ｂ）で全波整流された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ２４ａ（平滑コンデンサ２４ｂ）に接続されている。第１、第２のインバータ２２ａ，２２ｂは、交流を直流に変換したのち、更にこの直流を高周波の交流に変換する、ハーフブリッジインバータである。各インバータ２２ａ，２２ｂは、電源部１８の直流電源部２１ａ，２１ｂに接続されている。なお、各インバータ２２ａ，２２ｂはフルブリッジインバータであってもよい。

第１、第２のインバータ２２ａ，２２ｂはそれぞれ、１組のスイッチング素子対２５，２６を有する。図示するように、第１のインバータ２２ａのスイッチング素子対２５は、直列接続された２つのスイッチング素子２６ａ，２７ａを有する。第２のインバータ２２ｂのスイッチング素子対２６は、直列接続された２つのスイッチング素子２６ｂ，２７ｂを有する。

また、第１のインバータ２２ａは、スイッチング素子２６ａ，２７ａにそれぞれ逆並列に接続されたダイオード２８ａ，２９ａを有し、スイッチング素子２６ａ，２７ａを交互にオン／オフする駆動信号（パルス信号）を出力するドライブ回路３０ａ有する。第２のインバータ２２ｂも同様に、スイッチング素子２６ｂ，２７ｂにそれぞれ逆並列に接続されたダイオード２８ｂ，２９ｂを有し、スイッチング素子２６ｂ，２７ｂを交互にオン／オフする駆動信号（パルス信号）を出力するドライブ回路３０ｂを有する。

そして、スイッチング素子２６ａ，２７ａの出力点間とカレントトランス４２ａとの間に、左側加熱コイル６ａと共振コンデンサ３１ａを含む直列共振回路が接続されている。同様に、スイッチング素子２６ｂ，２７ｂの出力点間とカレントトランス４２ｂとの間に、右側加熱コイル６ｂと共振コンデンサ３１ｂを含む直列共振回路が接続されている。

制御部５０は、カレントトランス４２ａ，４２ｂにより検出された左、右側加熱コイル６ａ、６ｂの各高周波電流と、電圧検出手段（図示せず）により検出された各高周波電圧と、温度センサ４５により検出された調理容器７の温度情報に基づき、左側加熱コイル６ａと右側加熱コイル６ｂから適正な電力が出力されるよう制御する機能を有する。また、制御部５０は、カレントトランス４０ａ，４０ｂにより検出された電源電流に基づき、例えば第１、第２のインバータ２２ａ，２２ｂの駆動周波数や、スイッチング素子２６ａ，２７ａ、２６ｂ，２７ｂの導通比を変化させて第１、第２のインバータ２２ａ、２２ｂへの入力電流を一定に制御する機能を有する。

制御部５０は、第１、第２のインバータ２２ａ，２２ｂの各ドライブ回路３０ａ，３０ｂに出力するゲート信号のＯＮ／ＯＦＦのタイミング（位相）を同位相にするか、逆位相にするかを任意に選択可能に構成されている。具体的に、図５に示すように、ＯＮ／ＯＦＦのタイミングが同位相の場合は、左、右側加熱コイル６ａ，６ｂに流れる高周波電流を同一方向（共に時計回り方向又は共に反時計回り方向）に流すことができる。また、ＯＮ／ＯＦＦのタイミングが逆位相の場合は、左、右側加熱コイル６ａ，６ｂに流れる高周波電流を互いに逆方向（一方が時計回り方向で他方が反時計回り方向）に流すことができる。

制御部５０は更に、第１、第２のインバータ２２ａ，２２ｂの各ドライブ回路３０ａ，３０ｂに出力するゲート信号ＯＮ時間を調整することにより各インバータ２２ａ，２２ｂが出力する高周波電流を制御する機能を有する。なお、図３及び図４で示した電源部１８の構成は、単なる例示であってこの形態に何ら制限されるものではない。

このように構成された加熱調理器１において、左、右側加熱コイル６ａ，６ｂを同時に駆動すると、図５に示すように、左側加熱コイル６ａと右側加熱コイル６ｂとが隣接する領域５２で、高周波磁界の影響による磁気結合や磁気干渉が発生する可能性がある。そこで、実施の形態１の加熱調理器１では、各加熱コイル６ａ，６ｂが隣接する領域で生じる磁気結合や磁気干渉を抑制する（加熱コイル６ａ，６ｂから発生する磁束を遮蔽する）目的で、左側加熱コイル６ａと右側加熱コイル６ｂとの間に遮蔽板１０を介在させた。

図示するように、遮蔽板１０は、各加熱コイル６ａ，６ｂの長手方向とほぼ等しい長さにしてある。遮蔽板１０は、例えば、アルミニウムや銅、非磁性ステンレス（ＳＵＳ３０４）又はこれらのいずれかを主成分とした非磁性金属の薄板部材からなる。なお、図５の２点鎖線の円は調理容器７の底部を示している。

図６に示すように、左、右側加熱コイル６ａ，６ｂに電源部１８から高周波電流が印加されると、左、右側加熱コイル６ａ，６ｂで生じた磁束６０ａ，６０ｂが遮蔽板１０と鎖交する。左側加熱コイル６ａから遮蔽板１０に鎖交した磁束６０ａと、右側加熱コイル６ｂから遮蔽板１０に鎖交した磁束６０ｂとは、互いの磁束６０ａ，６０ｂに影響されずにそれぞれ減衰してゆく。

一般に、電磁誘導により発生する磁束の浸透深さ（表皮深さ）ｄは、その材料の抵抗率σ、透磁率μ、周波数ｆを用いて下式により表されることが知られている。

［数１］
ｄ＝（ρ／πｆ・μ）^1/2 ［ｍ］
ここで、ｆ：周波数［Ｈｚ］
ρ：抵抗率［Ω・ｍ］
μ：透磁率（＝μ_s ・μ₀） ［Ｈ／ｍ］
μ_s ：比透磁率、μ₀ ：真空中の透磁率

因みに、図７に示すように、アルミニウムを例にしてインバータに出力されるスイッチ駆動信号の周波数が２０ｋＨｚの場合と１００ｋＨｚの場合での磁束の浸透深さｄを計算すると、周波数が２０ｋＨｚの場合、磁束の浸透深さｄは０．６［ｍｍ］となり、周波数が１００ｋＨｚの場合、磁束の浸透深さｄが０．２７［ｍｍ］となる。上述したように、左側加熱コイル６ａから遮蔽板１０に鎖交した磁束６０ａと、右側加熱コイル６ｂから遮蔽板１０に鎖交した磁束６０ｂとは、互いの磁束６０ａ，６０ｂに影響されずにそれぞれ減衰するので、左、右側加熱コイル６ａ，６ｂ間での磁気結合や磁気干渉を抑制するには、遮蔽板１０の厚みＤは０．６［ｍｍ］以上あれば十分有効といえる。遮蔽板１０の厚みはもちろん薄いに越したことはないが、金属加工技術からして０．３〜０．６［ｍｍ］は十分実現できる寸法と考えられる。

再び図６を参照すると、左側加熱コイル６ａと右側加熱コイル６ｂから発生する磁束６０ａ，６０ｂは、遮蔽板１０の上方から下方に向かって回り込んで鎖交するため、左、右側加熱コイル６ａ，６ｂから発生する磁束を遮蔽するためには、遮蔽板１０の高さ方向の寸法も考慮する必要がある。このため、実施の形態１の遮蔽板１０は、各加熱コイル６ａ，６ｂの厚みよりも高い寸法を有する。

このように、実施の形態１に係る加熱調理器１は、コストアップすることなく簡易な構成で左、右側加熱コイル６ａ，６ｂ間で生じる磁気結合や磁気干渉を抑制することができる。その結果、加熱コイル６ａ，６ｂの電力制御性が向上するとともに、加熱温度が安定して調理容器７を一様に加熱することができる。

遮蔽板１０を有する加熱調理器では、遮蔽板１０により理論上、約６０％の磁束を遮蔽することができる。そのため、左、右側加熱コイル６ａ，６ｂ間に遮蔽板１０を設けることにより、左、右側加熱コイル６ａ，６ｂ間で生じる磁気結合や磁気干渉を抑制できる。

以上の説明では、加熱調理器１の誘導加熱コイルは左側加熱コイル６ａと右側加熱コイル６ｂの２つの加熱コイルで構成していたが、例えば図８に示すように、加熱コイル１６０ａ〜１６０ｄの４つの加熱コイルで構成した加熱調理器であっても本発明を適用できる。図８に示すように、加熱コイル１６０ａと加熱コイル１６０ｂとが隣接する領域１５２ｂに遮蔽板１００ｂを配置し、加熱コイル１６０ｂと加熱コイル１６０ｃとが隣接する領域１５２ｃに遮蔽板１００ｃを配置し、加熱コイル１６０ｃと加熱コイル１６０ｄとが隣接する領域１５２ｄに遮蔽板１００ｄを配置し、加熱コイル１６０ｄと加熱コイル１６０ａとが隣接する領域１５２ａに遮蔽板１００ａを配置すればよい。このように、誘導加熱コイルが２つ以上の加熱コイルで構成された加熱調理器であっても各加熱コイル間で生じる磁気結合や磁気干渉を抑制できる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る加熱調理器について説明する。実施の形態２では、一方の加熱コイルと他方の加熱コイルとが対向する領域において、各加熱コイルに流れる高周波電流の方向が互いに相殺する向きに流れる対向領域に遮蔽板を配置するものである。

図９及び図１０に示すように、実施の形態２に係る加熱調理器の誘導加熱コイルは、外側加熱コイル２６０ａと内側加熱コイル２６０ｂから構成されている。内側加熱コイル２６０ｂは、円形の平面形状を有し、絶縁被膜された任意の金属からなる導電線が円周方向に捲回されて形成される。外側加熱コイル２６０ａは、４つの分割コイル２６０ａ（１）〜２６０ａ（４）で構成されている。分割コイル２６０ａ（１）〜２６０ａ（４）は、概ね１／４円弧状の平面形状を有し、該１／４円弧の周囲を囲む導電線を配置して形成される。このように、外側加熱コイルを複数に分割することにより、内側加熱コイルと外側加熱コイルの磁気的結合を弱め、互いのコイル間の影響を少なくしてある。

このような形態の誘導加熱コイルにおいて、図９に示すように、電源部の制御部（共に図示せず）が、内側加熱コイル２６０ｂに時計回り方向の高周波電流を流し、外側加熱コイル２６０ａの分割コイル２６０ａ（１）〜２６０ａ（４）にそれぞれ反時計回り方向の高周波電流を流した場合、分割コイル２６０ａ同士が互いに対向する領域２５３ａ〜２５３ｄにおいて、各分割コイル２６０ａ（１）〜２６０ａ（４）に流れる高周波電流の方向は互いに相殺する向きになる。

そのため、対向領域２５３ａ〜２５３ｄは、隣接する分割コイルと分割コイルとの間で磁束の打ち消し合いが生じ、加熱効率が悪化する。そこで、実施の形態２の加熱調理器では、隣接する分割コイルと分割コイルとの間で磁束の打ち消し合いが生じる対向領域２５３ａ〜２５３ｄに遮蔽板２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄを配置した。これにより、対向領域２５３ａ〜２５３ｄで生じる磁束の打ち消し合いが緩和されるので、当該対向領域２５３ａ〜２５３ｄに遮蔽板を有しない加熱調理器に比べて加熱効率が向上する。

また、図１０に示すように、電源部の制御部（共に図示せず）が、内側加熱コイル２６０ｂに反時計回り方向の高周波電流を流し、外側加熱コイル２６０ａの分割コイル２６０ａ（１）〜２６０ａ（４）にそれぞれ反時計回り方向の高周波電流を流した場合、対向領域２５３ａ〜２５３ｄに加えて、内側加熱コイル２６０ｂに対向する領域（内側加熱コイルの外周領域）２５４ａ〜２５４ｄにおいて、磁束の打ち消し合いが生じる。

この場合、対向領域２５３ａ〜２５３ｄに加えて、内側加熱コイル２６０ｂに対向する領域２５４ａ〜２５４ｄにも遮蔽板２１０ｅ，２１０ｆ，２１０ｇ，２１０ｈを配置することにより、図９に示した形態と同様に遮蔽板を有しない加熱調理器に比べて加熱効率が向上する。

今回、開示した実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は、上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲での全ての変更を含む。

１ 加熱調理器
２ 筐体（調理器本体）
３ トッププレート
４ 上面操作部
５ 換気部
５ａ 吸気口
５ｂ 排気口
６ａ，６ｂ 加熱コイル
７ 調理容器
１０，１００，２１０ 遮蔽板
１８ 電源部
２１ａ，２１ｂ 直流電源部
２２ａ，２２ｂ インバータ
２３ａ，２３ｂ 整流回路
２４ａ，２４ｂ 平滑コンデンサ
２５，２６ スイッチング素子対
２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ スイッチング素子
３０ａ，３０ｂ ドライブ回路
３１ａ，３１ｂ 共振コンデンサ
４０，４２ カレントトランス
５０ 制御部
５２ 対向領域
６０ａ，６０ｂ 磁束
８２ 交流電源
１６０ａ〜１６０ｄ 加熱コイル
２６０ｂ 内側加熱コイル
２６０ａ（１）〜２６０ａ（４） 外側加熱コイルの分割コイル

Claims (3)

1. １つの加熱口に対して少なくとも２つ以上の加熱コイルからなる誘導加熱コイルと、
   前記誘導加熱コイルを構成する加熱コイルに個別に高周波電流を印加する電源部と、
   前記電源部を制御する制御部とを含む誘導加熱調理器であって、
   前記誘導加熱コイルを構成する一方の加熱コイルと他方の加熱コイルとが対向する領域に、前記一方の加熱コイルと前記他方の加熱コイルとから発生する磁束を遮蔽する、非磁性金属からなる遮蔽板を介在させ、
   前記遮蔽板は、前記一方の加熱コイルと前記他方の加熱コイルとが対向する領域であって、且つ前記一方の加熱コイルと前記他方の加熱コイルに流れる高周波電流の方向が互いに相殺する向きとなる対向領域に介在させることを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記遮蔽板は、前記一方の加熱コイルと前記他方の加熱コイルとから発生する磁束の浸透深さよりも大きな厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記遮蔽板がアルミニウム、銅、非磁性ステンレス又は、これらのいずれかを主成分とした非磁性金属で形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導加熱調理器。