JP5540063B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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Description
しかし、この場合、高い周波数で駆動する加熱コイルBの加熱コイル損失と駆動回路の損失が増大する、という問題点があった。
図1は干渉音の発生メカニズムを説明する誘導加熱調理器を側面から見たブロック図である。
図1において、1は交流電源、2は鍋などの被加熱物が載置されるトッププレート、3は加熱コイル、4は交流電源1の交流電圧を高周波電圧に変換して加熱コイル3を駆動する駆動回路、5は駆動回路4を制御するための制御回路、6は加熱コイル3の上に置かれた被加熱物(鍋)である。
また、7は加熱コイル、8は交流電源1の交流電圧を高周波電圧に変換して加熱コイル7を駆動する駆動回路、9は駆動回路8を制御するための制御回路、10は加熱コイル7の上に置かれた被加熱物(鍋)である。
なお、図1に示す加熱コイル3および7は、内側と外側とに2分割して同心円状に配置したコイルの断面を示している。
また、11の点線は、加熱コイル7から加熱コイル3方向に漏れる磁束(以下「漏れ磁束」ともいう。)を示す。
このとき、加熱コイル7からは、鍋10の加熱に寄与しない漏れ磁束が周囲に放射される。この漏れ磁束は、投入電力に比例するので、点線11で示す漏れ磁束も大きくなる。
このとき、加熱コイル3からも漏れ磁束が発生(図示なし)するが、投入電力が800Wと弱いために、この場合は、加熱コイル7からの漏れ磁束の方が多くなる。
このとき鍋6には磁束による渦電流の発生と同時に加振力も発生するため、鍋6は周波数20kHzと30kHzとで振動し、その差分の10kHzが不快な干渉音として聞こえる。
以上のように、干渉音は隣接する加熱コイルからの漏れ磁束により、鍋に2種類の加振力が発生し、その周波数差が可聴周波数範囲にあるときに人間に聞こえる不快な干渉音となる。
この結果から干渉音を防止するためには隣接する加熱コイルへの漏れ磁束を低減することが有効である。
以下、隣接する加熱コイルへの漏れ磁束を低減して干渉音の発生を抑制する、本実施の形態に係る誘導加熱調理器について説明する。
図3は実施の形態1を示す磁気シールドリングの斜視図である。
図2に示すように、加熱コイル3と加熱コイル7のそれぞれの周囲を囲むようにリング状の磁気シールドリング12が設置されている。この磁気シールドリング12は、例えばアルミなどの非磁性金属で構成されている。
なお、その他の構成は上述した図1と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
なお、「磁気シールドリング12」は、本発明の「磁気シールド手段」に相当する。
すなわち、加熱コイル7の周囲を囲むように配置した磁気シールドリング12は、隣接する加熱コイル3に対向する部分(紙面左側)の一部を、加熱コイル3に対向しない部分(紙面右側)に比べて、下方に伸ばして形成している。
また、加熱コイル3の周囲を囲むように配置した磁気シールドリング12は、隣接する加熱コイル7に対向する部分(紙面右側)の一部を、加熱コイル7に対向しない部分(紙面左側)に比べて、下方に伸ばして形成している。
このため、隣接する加熱コイルに対向する部分によって遮蔽する磁束の量を、対向しない部分と比較して多くすることができ、例えば磁気シールドリングの高さが一定である場合と比較して、加熱コイルから隣接する鍋に漏れる磁束を低減できる。よって、加熱コイルの駆動周波数にかかわらず、干渉音を防止することができる。
したがって、互いの加熱コイルの駆動周波数を20kHz以上離す必要がなく、駆動周波数の増加に伴うコイル損失と駆動回路の損失の増加を防止することができる。
これにより、隣接する加熱コイルの上に載置された鍋への漏れ磁束をさらに低減することができる。
図4は実施の形態2を示す誘導加熱調理器を側面から見たブロック図である。
図5は実施の形態2を示す磁気シールドリングの斜視図である。
本実施の形態における磁気シールドリング12は、隣接する加熱コイルに対向する部分の少なくとも一部を、直径方向に複数積層して形成している。
なお、その他の構成は上記実施の形態1と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
また、加熱コイル3の周囲を囲むように配置した磁気シールドリング12は、隣接する加熱コイル7に対向する部分(紙面右側)を、直径方向に空間(空気層)を隔てて二重構成としている。
なお、ここでは、空気層を隔てて二重構成としたが、本発明はこれに限るものではなく、空気層を設けない構成でも良い。また、三重以上の構成としても良い。
このため、隣接する加熱コイルに対向する部分による遮蔽する磁束の量を、対向しない部分と比較して多くすることができ、例えば磁気シールドリングが単層の場合と比較して、加熱コイルから隣接する鍋に漏れる磁束を低減できる。よって、加熱コイルの駆動周波数にかかわらず、干渉音を防止することができる。
したがって、互いの加熱コイルの駆動周波数を20kHz以上離す必要がなく、駆動周波数の増加に伴うコイル損失と駆動回路の損失の増加を防止することができる。
これにより、隣接する加熱コイルの上に載置された鍋への漏れ磁束をさらに低減することができる。
図6は実施の形態3を示す誘導加熱調理器を側面から見たブロック図である。
図7および図8は実施の形態3を示す磁気シールドリングの斜視図である。
本実施の形態における磁気シールドリング12は、隣接する加熱コイルに対向する部分の少なくとも一部の側面を、上方側が中心に近づく向きに傾斜して形成している。
なお、その他の構成は上記実施の形態1と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
また、加熱コイル3の周囲を囲むように配置した磁気シールドリング12は、隣接する加熱コイル7に対向する部分(紙面右側)を、加熱コイル7に対向しない部分(紙面左側)に比べて下方に伸ばして形成し、さらに、下方に伸ばしたリングの側面を、上方側が中心に近づく向きに傾斜して形成している。
例えば、図8に示すように、磁気シールドリング12の上下方向の高さを一定とし、隣接する加熱コイルに対向する部分の側面を、上方側が中心に近づく向きに傾斜して形成しても良い。
このため、隣接する加熱コイルに対向する部分による遮蔽する磁束の量を、対向しない部分と比較して多くすることができ、例えば磁気シールドリングの側面を傾斜させない場合と比較して、加熱コイルから隣接する鍋に漏れる磁束を低減できる。よって、加熱コイルの駆動周波数にかかわらず、干渉音を防止することができる。
したがって、互いの加熱コイルの駆動周波数を20kHz以上離す必要がなく、駆動周波数の増加に伴うコイル損失と駆動回路の損失の増加を防止することができる。
これにより、隣接する加熱コイルの上に載置された鍋への漏れ磁束をさらに低減することができる。
図9は実施の形態4を示す誘導加熱調理器を側面から見たブロック図である。
図10は実施の形態4を示す磁気シールドリングの斜視図である。
本実施の形態における磁気シールドリング12は、隣接する加熱コイルに対向する部分の少なくとも一部を、対向しない部分に比べて、厚みを大きく形成している。
なお、その他の構成は上記実施の形態1と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
また、加熱コイル3の周囲を囲むように配置した磁気シールドリング12は、隣接する加熱コイル7に対向する部分(紙面右側)を、厚みを大きく形成して、トッププレート2と並行する面が広くなるように形成している。
このため、隣接する加熱コイルに対向する部分による遮蔽する磁束の量を、対向しない部分と比較して多くすることができ、例えば磁気シールドリングの厚みが一定である場合と比較して、加熱コイルから隣接する鍋に漏れる磁束を低減できる。よって、加熱コイルの駆動周波数にかかわらず、干渉音を防止することができる。
したがって、互いの加熱コイルの駆動周波数を20kHz以上離す必要がなく、駆動周波数の増加に伴うコイル損失と駆動回路の損失の増加を防止することができる。
また、磁気シールドリング12の高さを増加させることなく、隣接する鍋への漏れ磁束を低減することができ、当該磁気シールドリング12を薄く構成することができる。よって、磁気シールドリング12の下に加熱コイルの冷却風路や回路基板を配置できるので、スペースを有効に活用できる。
これにより、隣接する加熱コイルの上に載置された鍋への漏れ磁束をさらに低減することができる。
図11は実施の形態5を示す磁気シールドリングの上面図である。
本実施の形態における磁気シールドリング12は、隣接する加熱コイルに対向する部分であって、当該磁気シールドリング12が囲む加熱コイルの上面の少なくとも一部を覆うように形成している。
なお、その他の構成は上記実施の形態1と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
また、加熱コイル3の周囲を囲むように配置した磁気シールドリング12は、隣接する加熱コイル7に対向する部分(紙面右側)であって、加熱コイル3の上面の一部を覆うように形成している。
このため、隣接する加熱コイルに対向する部分による遮蔽する磁束の量を、対向しない部分と比較して多くすることができ、例えば加熱コイルの上面を覆わない磁気シールドリングと比較して、加熱コイル上面から隣接する鍋へ漏れる磁束を低減できる。よって、加熱コイルの駆動周波数にかかわらず、干渉音を防止することができる。
また、加熱コイル上面に磁気シールドリング12を設置すると、本来鍋を加熱するための磁束も低減され、加熱効率が低下するが、覆う部分を限定しているため、加熱効率の低下を最小限に抑えられる。
これにより、隣接する加熱コイルの上に載置された鍋への漏れ磁束をさらに低減することができる。
例えば、図12に示すように矩形形状としても良いし、図13に示すように円弧形状や、図14に示すようにコ字状としても良い。
そして、このような任意形状の磁気シールド手段においても、隣接する加熱コイルと対向する側面を、対向しない側面に比べて下方に伸ばして形成するようにしても良い(例えば図15参照)。
また、任意形状の磁気シールド手段においても、隣接する加熱コイルと対向する側面を、複数積層するようにしても良い。
また、任意形状の磁気シールド手段においても、隣接する加熱コイルと対向する側面を、対向しない側面に比べて厚みを大きくするようにしても良い。
また、任意形状の磁気シールド手段においても、隣接する加熱コイルに対向する側面側であって、当該磁気シールド手段が囲む加熱コイルの上面の少なくとも一部を覆うように形成しても良い。
このような構成であっても、上述した実施の形態1〜5と同様の効果を奏することができる。
図16は実施の形態6を示す誘導加熱調理器を側面から見たブロック図である。
図16に示すように、本実施の形態における誘導加熱調理器は、加熱コイル3と加熱コイル7のそれぞれの周囲を囲むようにリング状の磁気シールドリング12が設置されている。この磁気シールドリング12は、上記実施の形態1〜5の何れかの磁気シールドリング12を用いても良いし、高さや厚みが一定の磁気シールドリングを用いても良い。
また、加熱コイル3と加熱コイル7との間に、アルミなどの非磁性金属で構成された平板状の磁気シールド板13が配置されている。また、本実施の形態における磁気シールド板13は、トッププレート2に対して略垂直に配置されている。
なお、その他の構成は上述した図1と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
なお、「磁気シールド板13」は、本発明の「磁気シールド手段」に相当する。
このため、加熱コイルから隣接する鍋に漏れる磁束を低減できる。よって、加熱コイルの駆動周波数にかかわらず、干渉音を防止することができる。
したがって、互いの加熱コイルの駆動周波数を20kHz以上離す必要がなく、駆動周波数の増加に伴うコイル損失と駆動回路の損失の増加を防止することができる。
これにより、隣接する加熱コイルの上に載置された鍋への漏れ磁束をさらに低減することができる。
図17は実施の形態7を示す誘導加熱調理器を側面から見たブロック図である。
図17に示すように、本実施の形態における磁気シールド板13は、トッププレート2に対して略水平に配置されている。
なお、その他の構成は上記実施の形態6と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
このため、加熱コイルから隣接する鍋に漏れる磁束を低減できる。よって、加熱コイルの駆動周波数にかかわらず、干渉音を防止することができる。
したがって、互いの加熱コイルの駆動周波数を20kHz以上離す必要がなく、駆動周波数の増加に伴うコイル損失と駆動回路の損失の増加を防止することができる。
これにより、隣接する加熱コイルの上に載置された鍋への漏れ磁束をさらに低減することができる。
また、加熱コイル上面に磁気シールド板13を設置すると、本来鍋を加熱するための磁束も低減され、加熱効率が低下するが、覆う部分を限定しているため、加熱効率の低下を最小限に抑えられる。
図19は実施の形態8を示す誘導加熱調理器を側面から見たブロック図である。
図19に示すように、本実施の形態における磁気シールド板13は、トッププレート2に対して斜めに配置されている。
なお、その他の構成は上記実施の形態6と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
このため、加熱コイルから隣接する鍋に漏れる磁束を低減できる。よって、加熱コイルの駆動周波数にかかわらず、干渉音を防止することができる。
したがって、互いの加熱コイルの駆動周波数を20kHz以上離す必要がなく、駆動周波数の増加に伴うコイル損失と駆動回路の損失の増加を防止することができる。
これにより、隣接する加熱コイルの上に載置された鍋への漏れ磁束をさらに低減することができる。
図20は実施の形態9を示す誘導加熱調理器の上面図である。
図20に示すように、加熱コイル3および加熱コイル7の下には、それぞれ、棒状に形成されたフェライト14が、放射状に複数配置されている。
このフェライト14は、加熱コイル下面から放出された磁束を、鍋が載置されるトッププレート2側に導く働きをするものである。
例えば図20に示すように、加熱コイル7の下に放射状に配置されたフェライト14のうち、隣接する加熱コイル3に対向する部分(紙面左側)に配置したフェライト14を、他のフェライト14と比較して長さを短く形成している。
また、加熱コイル3の下に放射状に配置されたフェライト14のうち、隣接する加熱コイル7に対向する部分(紙面右側)に配置したフェライト14を、他のフェライト14と比較して長さを短く形成している。
このため、隣接する加熱コイルに対向する側から加熱コイル上方へ放射される磁束を弱くすることができ、加熱コイル上面から隣接する鍋へ漏れる磁束を低減できる。よって、加熱コイルの駆動周波数にかかわらず、干渉音を防止することができる。
したがって、互いの加熱コイルの駆動周波数を20kHz以上離す必要がなく、駆動周波数の増加に伴うコイル損失と駆動回路の損失の増加を防止することができる。
上記実施の形態1〜9の構成により、複数の加熱コイルの一方を20kHz以上離れた周波数で動作させなくとも、干渉音を防止することができる。また、高周波で動作させる必要がないため、加熱コイルの渦電流損や駆動回路のスイッチング損失を増大させずに済む。
一方、漏れ磁束を遮断する磁気シールドリング12または磁気シールド板13には、渦電流が流れる。この磁気シールドリング12や磁気シールド板13は、発熱しにくい非磁性の金属材料を使用しているが、若干の発熱を伴う。また、部分的にフェライト14の長さを短くした構成では、被加熱物である鍋への磁束も弱くなるので、鍋を加熱するためには入力を増やす必要があり、駆動回路の損失が若干であるが増える。
これらにより、加熱コイル3、7や、駆動回路4、8、および磁気シールドリング12や磁気シールド板13を納めた筐体(図示なし)の内部温度が、若干であるが上昇する。
なお、その他の構成は上記実施の形態1〜9の何れかと同様である。
このため、スイッチング損失やオン損失が低減でき、加熱コイル3、7や、駆動回路4、8、および磁気シールドリング12や磁気シールド板13を納めた筐体内部の発熱を抑えることができる。
また、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子やダイオード素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子やダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。
Claims (5)
- 被加熱物が載置されるトッププレートと、
前記トッププレートの下に設けられ、前記被加熱物を加熱する複数の加熱コイルと、
交流電圧を高周波電圧に変換して前記加熱コイルに高周波電流を流す駆動回路と、
前記加熱コイルを囲むように配置された磁気シールドリングと、
前記複数の加熱コイルのうち、隣接する前記加熱コイル同士の間に前記トッププレートに対して略水平に配置された平板状の磁気シールド手段と
を備え、
前記磁気シールド手段は、
隣接する前記加熱コイル同士が対向する部分の、前記加熱コイルの上面の一部を覆うように配置した
ことを特徴とする誘導加熱調理器。 - 前記磁気シールド手段は、
上端が前記トッププレートの下面に接するように配置された
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。 - 前記磁気シールド手段は、非磁性金属で構成された
ことを特徴とする請求項1または2に記載の誘導加熱調理器。 - 前記駆動回路を構成するスイッチング素子およびダイオードの少なくとも一部または全てを、ワイドバンドギャップ半導体によって形成した
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドである
ことを特徴とする請求項4記載の誘導加熱調理器。
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