JP5810279B2 - 自動製パン機 - Google Patents

Description

本発明は、主として一般家庭で使用される自動製パン機に関するものである。

従来、この種の家庭用の自動製パン機は、パン原料を入れるパン容器をそのまま焼き型としてパンを製造する仕組みのものが一般的である。このような自動製パン機として、米などの穀物を出発原料とし、原料を粉砕する粉砕工程を設け、その後、練り工程、発酵工程、焼成工程を順に実行することにより、パンを製造するものも実用化されている（例えば、特許文献１参照）。

このような自動製パン機においては、パン容器のブレード回転軸に粉砕ブレードと混練ブレードが取り付けられ、また其々を駆動する粉砕用モータ、および混練用モータが備えられている。穀物粒と水を入れた状態で粉砕工程において、粉砕ブレードが粉砕用モータにより回転駆動されることにより、粉砕穀物粒と水の混合物が生成される。その後、練り工程においては、混練ブレードが混練用モータにより回転駆動されることにより、その混合物が生地原料として混練された後、発酵工程、焼成工程によりパンが製造される構成となっている。

国際公開第２０１１／１０２３０６号

しかしながら、前記従来の構成では、自動製パン機により穀物粒からパンを製造するときには、粉砕ブレードを粉砕用モータで高速に回転させることにより穀物粒を粉砕する。この穀物粒を粉砕する過程においては、穀物粒は粉砕され徐々にその粒径が小さくなっていき、最終的に所定の粒径以下の大きさになるまで粉砕工程が実行されることになる。その過程において、粉砕ブレードにかかる負荷、つまり粉砕用モータにかかるトルクは大きく変化する。粉砕開始後、次第に粒径が小さくなっていくと、粉砕ブレードと粉砕ブレードが装着されたケースとの間の隙間への噛み込みが発生すると共に、回転による回転部の温度の上昇により、粉砕穀物粒と水の混合物の温度が上昇し粘度が増加するため、粉砕用モータにかかるトルクは徐々に増加する。さらに、粉砕工程が進行し、粉砕穀物粒と水の混合物の粘度がさらに上昇すると、粉砕ブレードにかかる負荷は減少に転じ、粉砕用モータにかかるトルクは急速に低下する。

このように、粉砕工程において粉砕用モータにかかるトルクは大きく変化するが、最大負荷時には、粉砕用モータに多大なトルクがかかり、モータの電流限界、つまり、それ以
上流れるとモータの磁力が低下する限界にまで達する可能性があった。また、その場合、粉砕ブレードの回転を停止させる必要があり、またその後、再起動させても再び停止する可能性が高く、粉砕工程がうまく完了しない可能性があった。粉砕工程のみならず、練り工程においても同様にブレードの回転が停止する可能性があるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、粉砕工程や練り工程において多大な負荷がモータにかかり、限界電流を超えるような状態になった場合でも、運転を連続して行い、正常な製パン機能を果たすと共に、ユーザーに正しい製パン進捗状態を認知させる、信頼性の高い自動製パン機を実現することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明の自動製パン機は、パン原料が投入されるパン容器と、前記パン容器内に回転可能に取り付けられるブレードと、前記ブレードに連結された回転軸と、前記回転軸に動力伝達可能に連結されるモータと、製パン工程において前記モータを回転制御するインバータ装置とを備えた自動製パン機であって、前記モータに供給される電流を検出する電流検出手段を備え、前記インバータ装置は、前記電流検出手段により検出された電流値が前記モータの許容最大電流値と同等の電流値に設定された第１の所定の値を超えた場合に前記モータの回転数を低減させた後、前記電流検出手段により検出された電流値が前記第１の所定の値よりも低い第２の所定の値まで到達すると前記モータの回転数を増加させる機能を有した自動製パン機である。

これによって、製パン工程における運転停止が回避され、信頼性の高い自動製パン機を実現することができる。

本発明の自動製パン機は、過負荷運転時の運転停止が回避され、信頼性の高い自動製パン機を実現することができる。

本発明の実施の形態１における自動製パン機の概略構成を示す断面図 本発明の実施の形態１における自動製パン機の駆動回路の概略構成図 本発明の実施の形態１における自動製パン機のモータ過負荷時の回転数と電流の関係を表す特性図 本発明の実施の形態１における自動製パン機の過負荷制御手段により制御される過負荷時のモータ回転数の変化を表す推移図 本発明の実施の形態１における自動製パン機の過負荷制御手段および製パン制御手段により制御される製パン工程の時間制御の特性を表す特性図

第１の発明は、パン原料が投入されるパン容器と、前記パン容器内に回転可能に取り付けられるブレードと、前記ブレードに連結された回転軸と、前記回転軸に動力伝達可能に連結されるモータと、製パン工程において前記モータを回転制御するインバータ装置とを備えた自動製パン機であって、前記モータに供給される電流を検出する電流検出手段を備え、前記インバータ装置は、前記電流検出手段により検出された電流値が前記モータの許容最大電流値と同等の電流値に設定された第１の所定の値を超えた場合に前記モータの回転数を低減させた後、前記電流検出手段により検出された電流値が前記第１の所定の値よりも低い第２の所定の値まで到達すると前記モータの回転数を増加させる機能を有したものである。

これによって、製パン工程における過負荷運転時の運転停止が回避され、信頼性の高い
自動製パン機を実現することができるものであり、特に、モータの許容最大電流値を超えることのない連続運転が可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明のインバータ装置は、電流検出手段により検出された電流値が所定の値を超えモータの回転数を低減させた場合、製パン工程における工程の時間を、低減させたモータの回転数に対応させて延長させるものである。

これによって、モータに高負荷がかかる場合でも運転を連続して行い、正常な製パン機能を果たす自動製パン機を実現することができる。

第３の発明は、特に、第２の発明のインバータ装置は、電流検出手段により検出された電流値が所定の値を超えモータの回転数を低減させた場合、製パン工程における工程の時間を、予め設定された工程内の回転数積算値が略維持されるように延長させるものである。

これによって、モータに高負荷がかかる場合でも運転を連続して行い、確実に正常な製パン性能を果たす自動製パン機を実現することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記ブレードが、混練ブレード及び粉砕ブレードのうちの少なくとも一方またはその両方であり、前記モータが、混練用モータ及び粉砕用モータのうちの少なくとも一方またはその両方であるとしたものである。

これによって、練り工程、粉砕工程においても確実に運転を連続して行い、正常な製パン性能を果たす自動製パン機を実現することができる。

第５の発明は、特に、第２〜４のいずれか１つの発明において、前記インバータ装置が、製パン工程における工程の時間を延長させる工程が、練り工程及び粉砕工程のうちの少なくとも一方またはその両方であるとしたものである。

これによって、練り工程、粉砕工程においても確実に運転を連続して行い、確実に正常な製パン性能を果たす自動製パン機を実現することができる。

第６の発明は、特に、第２〜５のいずれか１つの発明において、製パン進捗状態を表示する表示部をさらに備え、前記表示部は、前記インバータ装置が製パン工程における工程の時間を延長させた場合、その時間に対応した進捗状態を表示するものである。

これによって、製パン工程において確実に運転を連続して行い、ユーザーにより使い易い自動製パン機を実現することができる。

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における自動製パン機の概略構成を示す断面図である。

自動製パン機の本体３２の上面には操作部３１が設けられており、この操作部３１には製パン開始や停止などの操作を行うための操作キーと製パン状態を表示するための表示部が設けられている。表示部には、製パンの進行状況、完了予定時刻なども表示されるようになっている。

パン原料が投入されるパン容器１０は、焼成室１１に収納されており、焼成室１１の内部にはシーズヒータ１２が、パン容器１０を包囲するように配置されている。これにより、パン容器１０内のパン原料が加熱される。

また、焼成室１１の側面には練り工程で用いられる低速タイプの混練用モータ１３が配置され、また別の側面には粉砕工程で用いられる高速タイプの粉砕用モータ１４が配置されている。混練用モータ１３の出力軸１５には第１のプーリ１６が取り付けられ、さらに第１のベルト１７によって第２のプーリ１８に連結されている。

この第２のプーリ１８は、第１の軸１９に固定されており、この第１の軸１９と同一の回転軸になる様に下部に設けられた第２の軸２０には、第３のプーリ２１が備えられている。

この第３のプーリ２１は第２のベルト２２によって、混練ブレード３０と混練ブレード３０の回転軸である原動軸２４に設けられた第１の原動軸用プーリ２３に連結されている。

これにより、混練用モータ１３が回転するとプーリの減速機構（例えば、１／５）により、原動軸２４は低速で回転する（例えば、２００〜５００ｒｐｍ）。

粉砕用モータ１４の出力軸２５には第４のプーリ２６が取り付けられ、さらに第３のベルト２７によって原動軸２４に設けられた第２の原動軸用プーリ２８に連結されている。

このプーリ比は、ほぼ同一径のものが用いられるため、略等速で回転力が伝えられる。粉砕用モータ１４が高速回転することにより、原動軸２４およびそれに取り付けられた粉砕ブレード２９は高速回転する（例えば、７０００〜８０００ｒｐｍ）。

図２は、本発明の実施の形態における自動製パン機の駆動回路の概略構成図である。図２において、交流電源１より与えられる交流電力は、自動製パン機内の駆動回路に備えられた整流回路２、平滑コンデンサ３により一旦、直流化される。

その後、還流ダイオード４１０〜４１５が並列に備えられたスイッチング素子４００〜４０５により構成されるインバータ部４に供給される。

インバータ部４は、スイッチング素子４００〜４０５により構成される上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子による直列回路を３相分有し、これら直列回路における上アームと下アームの相互接続点が、負荷であるモータ５に接続された構成である。

モータ５には、図１において示した混練用モータ１３および、粉砕用モータ１４が対応する。また、モータ５の負荷としては、混練ブレード３０、および粉砕ブレード２９から構成されるブレード６が連結されている。

さらに、下アーム側のスイッチング素子４０１、４０３、４０５と直流部の低電位側の一端の間には、保護抵抗４１６〜４１８が備えられ、その抵抗の両端の電圧を測定することにより、モータ５に流れる電流が検出されるように構成されている。

制御手段８は、マイクロコンピュータおよびアナログ回路により構成され、特にその内部に有するタイマ機能などを用いて、製パンのシーケンスに則りモータ５が所望の回転数
で回転するような交流電力をインバータ部４が出力するように、スイッチング素子４００〜４０５のスイッチングを制御する。スイッチングの方法としては、素子の駆動パルスの時間幅により出力電圧を制御する、一般的なパルス幅変調（ＰＷＭ）方式が用いられる。

また、スイッチング素子４００〜４０５としては、例えばＩＧＢＴのような高速スイッチングが可能なデバイスが用いられる。このように制御手段８は、モータ５に出力する交流をスイッチング素子４００〜４０５において、パルス幅変調（ＰＷＭ）により作成するためのスイッチングパターンを出力する。

このような構成により、モータ５、ブレード６を所望の回転数にて回転させることにより、自動製パン機の動作を制御し、パンを製造する機能を実現する。

製パン制御手段８０８は、予め決められた製パンのシーケンスに則り、練り工程および粉砕工程時には、製パン開始時刻からの時間に対応したモータ５の回転数の目標回転数を出力する。

モータ５の回転角を検出する回転角センサ７の検出値から回転数演算手段８０６は、回転角の変化速度を演算することにより回転数を求める。回転数制御手段８０３は、回転数演算手段８０６により求められた実際のモータ５の回転数Ｗと、外部より与えられる目標回転数Ｗ＊の値との差、さらに過負荷制御手段８０７が出力する回転数補償ＷＣを加えた誤差情報から、回転数が回転数補償を考慮した目標回転数に一致するよう制御演算を行い、モータ５に流れる電流値の指令値を出力する。演算方法としては、一般的なＰＩ制御方式による。
Ｉ＊＝ＧｐＷ×（Ｗ＊−ＷＣ−Ｗ）＋ＧｉＷ×Σ（Ｗ＊−ＷＣ−Ｗ）・・・（式１）
ここで、 ＧｐＷ、ＧｉＷ：回転数制御比例ゲイン、積分ゲイン
Ｗ：回転数、Ｗ＊：目標回転数、ＷＣ：回転数補償
Ｉ＊：電流指令
電流検出手段８０１は、保護抵抗４１６〜４１８の両端の電圧の測定値から、モータ５に流れる電流を構成する機能を有する。

検出された電流値Ｉと回転数制御手段８０３より出力された電流指令値との差の情報を用いて、以下の式により電流指令を実現するべく制御演算を行い、出力電圧Ｖを演算する。
Ｖ＝ＧｐＩ×（Ｉ＊−Ｉ）＋ＧｉＩ×Σ（Ｉ＊−Ｉ）・・（式２）
ここで、 Ｖ：出力電圧
ＧｐＩ、ＧｉＩ ：電流制御比例ゲイン、積分ゲイン
さらに求められた出力電圧Ｖと回転角センサ７から求められたモータの回転角の情報から、電圧出力手段８０５が出力電圧を実現するためのパルスパターン信号をドライバ８０２に出力し、ドライバ８０２は、そのドライブ信号に従ってスイッチング素子４００〜４０５を駆動するための信号を出力する。

以上のように構成された自動製パン機について、以下その動作、作用を説明する。

モータ５およびそれに接続されたブレード６は、外部より与えられる目標回転数により回転されると共に、過負荷時には回転数を補正し運転を継続させることが可能となる。

図３は、本発明の実施の形態における自動製パン機のモータ過負荷時の回転数と電流の関係を表す特性図である。モータの回転数が増加するに従って、モータに流れる電流値も増加する。

モータの電流値は、モータの負荷となるトルクに略比例するものであるので、モータの回転数が増加するに従って、モータの負荷トルクが増加していることが分かる。このような自動製パン機の製パン工程におけるモータの負荷は、回転数が増加すれば、略比例するような形で増加する。従って、製パン工程におけるモータの負荷が増大した場合には、回転数を低下させればよい。

本データは、粉砕工程におけるモータの回転数と電流の関係の一例を示したものであるが、練り工程においても同様の関係が認められるものである。

図４は、本発明の実施の形態における自動製パン機における過負荷制御手段８０７により制御される過負荷時のモータ回転数の変化の一例を表す推移図である。

過負荷制御手段８０７は、自動製パン機の連続動作を実現するために、図４に示すモータ電流値に対応した回転数変更量の推移図に従ってモータ５の回転数を制御する。

まず、時刻ｔ１においてモータ５に流れる電流値が所定の電流値Ｉ１を超えた場合、モータ５の回転数は直前の目標回転数Ｒ１より低下させるべく過負荷制御手段８０７は回転数補償値ＷＣを出力する。それにより、モータ５の回転数は徐々に低下する。

ここで、所定の電流値Ｉ１は、モータ５の許容最大電流値と同等の電流に設定される。モータ５の回転数が低減することにより、ブレード６の回転数も低下し、さらにそれにより、モータ５にかかるトルクは低下する。

図３に示した自動製パン機におけるブレード６の回転数に対するモータ５の電流値の特性図からわかる様に、モータ５の回転数が低下することにより、モータ５の電流値は減少する。

つまり、モータ５のトルクも低下する。従って、図３において時刻ｔ１よりモータ５の回転数が低下すると共にモータ電流も低下していき、許容最大電流値を超えることのない連続運転が可能となる。

さらに、モータ電流が低下し時刻ｔ２において所定の電流値Ｉ２まで到達すると、過負荷制御手段８０７は、モータ５の回転数が徐々に増加するような回転数補償値ＷＣを出力し、それによりモータ５の回転数は徐々に増加する。

その後、負荷が再び増加し、時刻ｔ３においてモータ５に流れる電流値が所定の電流値Ｉ１を再び超えた場合、時刻ｔ１の場合と同様にモータ５の回転数は低減される。

さらに時刻ｔ４においては、時刻ｔ２の場合と同様に電流値が所定の電流値Ｉ２まで低下することにより、過負荷制御手段８０７はモータ５の回転数が徐々に増加するような回転数補償値を出力し、それによりモータ５の回転数は徐々に増加する。このような過負荷制御手段８０７の制御動作により、モータ５の許容最大電流値を超えることのない連続運転が可能となる。

図５は、本発明の実施の形態における自動製パン機の過負荷制御手段８０７および製パン制御手段８０８により制御される製パン工程の時間制御の特性を表す特性図である。

製パンにおける複数の工程、練り工程や粉砕工程においては、製パンを良好に行うために予め各工程の時間と、その時のブレードを回転させるモータの回転数の指令値が決められている。

例えば、ある工程の運転時間がＳ２、その時のモータ回転数がＷ２と設定されていた場合に、過負荷制御手段８０７によりモータ回転数が低減された場合を説明する。

モータがブレードの負荷上昇により過負荷状態となり、過負荷制御手段８０７によりモータ回転数が低減された場合、工程の運転時間は図５に示すように増加させる。

これは、モータの回転数の積算値が、略予め定められた設定値（Ｗ２×Ｓ２）と同等となるようにするためである。

このことにより、練り工程や粉砕工程において製パン生地となる材料に対する練り仕事量および粉砕仕事量を一定に保つことができる。さらに、モータ５の回転数がＷ１以下となる条件においては、運転時間を最大Ｓ１に制限することにより、製パン工程の最長時間を制限し、実用的な運転時間を確保する。このような特性図に基づいて、製パン工程の制御を行うことにより、良好な製パン性能を実現するものである。

さらに、練り工程や粉砕工程において運転時間を調整した場合、図１における操作部３１に設けられた表示部に対し、製パンの進行状況、完了予定時刻などの製パン状態を表示する内容に関しても、調整された時間に基づいて変更する。このことにより、製パン状態をユーザーは正確に把握することができる。

このように、本実施の形態における自動製パン機においては、過負荷制御手段および製パン制御手段が、製パン用モータの過負荷時に、その負荷電流に対して回転数を操作すると共に、製パン工程の時間は操作された回転数に対応して調整が加えられる。

このことにより、製パン条件の変化により負荷が増大し装置の対応負荷を超えた場合においても、連続運転を継続すると共に、良好に製パンが行われる高信頼性の製パン性能の良好な自動製パン機が実現される。

本実施の形態においては、モータ５として混練用モータおよび粉砕用モータを考え、負荷として混練ブレードおよび粉砕ブレードを対応させたものであったが、混練用モータ、粉砕用モータのいずれかのモータのみへの適用を考慮したものであっても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、混練モータと粉砕用モータを一つのモータで兼用させることにより、混練ブレードおよび粉砕ブレードを負荷として駆動する構成のものであっても同様の効果が得られることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる自動製パン機は、過負荷運転時の運転停止が回避されるので、モータ、およびその回転数を制御する駆動回路を有した自動製パン機に関し、モータの信頼性の高い動作および良好な製パン性能が必要な自動製パン機について有用である。

１ 交流電源
２ 整流回路
３ 平滑コンデンサ
４ インバータ部（インバータ装置）
５ モータ
６ ブレード
４００〜４０５ スイッチング素子
４１０〜４１５ 還流ダイオード
７ 回転角センサ
８ 制御手段
１０ パン容器
１３ 混練用モータ
１４ 粉砕用モータ
２９ 粉砕ブレード
３０ 混練ブレード
３１ 操作部（表示部あり）
８０１ 電流検出手段

Claims (6)

1. パン原料が投入されるパン容器と、
   前記パン容器内に回転可能に取り付けられるブレードと、
   前記ブレードに連結された回転軸と、
   前記回転軸に動力伝達可能に連結されるモータと、
   製パン工程において前記モータを回転制御するインバータ装置とを備えた自動製パン機であって、
   前記モータに供給される電流を検出する電流検出手段を備え、
   前記インバータ装置は、前記電流検出手段により検出された電流値が前記モータの許容最大電流値と同等の電流値に設定された第１の所定の値を超えた場合に前記モータの回転数を低減させた後、前記電流検出手段により検出された電流値が前記第１の所定の値よりも低い第２の所定の値まで到達すると前記モータの回転数を増加させる機能を有した自動製パン機。
2. 前記インバータ装置は、前記電流検出手段により検出された電流値が所定の値を超え前記モータの回転数を低減させた場合、製パン工程における工程の時間を、低減させた前記モータの回転数に対応させて延長させる請求項１に記載の自動製パン機。
3. 前記インバータ装置は、前記電流検出手段により検出された電流値が所定の値を超え前記モータの回転数を低減させた場合、製パン工程における工程の時間を、予め設定された工程内の回転数積算値が略維持されるように延長させる請求項２に記載の自動製パン機。
4. 前記ブレードが、混練ブレード及び粉砕ブレードのうちの少なくとも一方またはその両方であり、前記モータが、混練用モータ及び粉砕用モータのうちの少なくとも一方またはその両方である請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動製パン機。
5. 前記インバータ装置が、製パン工程における工程の時間を延長させる工程が、練り工程及び粉砕工程のうちの少なくとも一方またはその両方である請求項２〜４のいずれか１項に記載の自動製パン機。
6. 製パン進捗状態を表示する表示部をさらに備え、前記表示部は、前記インバータ装置が製パン工程における工程の時間を延長させた場合、その時間に対応した進捗状態を表示する請求項２〜５のいずれか１項に記載の自動製パン機。