JP5870247B2 - 炊飯器 - Google Patents

Description

本発明は、一般家庭で使用する炊飯器に関するものである。

従来、この種の炊飯器は、鍋を加熱する加熱コイルにスイッチング手段より高周波電流を供給し、スイッチング手段のオン時間を制御しており、オン時間の最小値および最大値を設定している（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された従来の炊飯器を示すものである。

図７に示すように、交流電源９を整流する整流手段１０より加熱コイル２に電力を供給し、加熱コイル２と電磁気的に結合した鍋１に高周波電力を供給し、加熱コイル２と共振コンデンサ３とで共振回路を構成し、整流手段１０から加熱コイル２に供給される電流をスイッチング手段４によりオンオフするとともに、スイッチング手段４のオンオフを制御手段１７により制御し、駆動手段２３を介してオンオフさせる。スイッチング手段４のオン時間の最小値を最小オン時間設定手段１６で設定し、スイッチング手段４のオンオフを制御するように構成したものである。

特許第４１００３３３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、交流電源９の電圧が変動しても最小オン時間の設定は一定であるため、交流電源９の電圧が変動した時、スイッチング手段４のオン時間が短くなる場合があり、スイッチング手段のターンオン電圧が大きくなり、発熱す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、交流電源の電圧が変動した場合でも、スイッチング手段のターンオン電圧を小さくし発熱を抑えた炊飯器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の炊飯器は、鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルに直列接続したスイッチング手段と、交流電源を整流し前記加熱コイルに電力供給する整流手段と、前記交流電源の電圧を検知する電源電圧検知手段と、スイッチング手段のオン時間の最小値を設定する最小オン時間設定手段と、前記スイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を有し、前記最小オン時間設定手段は前記電源電圧検知手段の検知した電源電圧に応じて最小オン時間を設定し、前記スイッチング手段の起動時には前記最小オン時間を設定しており、前記最小オン時間設定手段は、前記電源電圧検知手段で検知された電圧値が第１の電圧値である場合は、第１の最小オン時間を設定するとともに、前記電源電圧検知手段で検知された電圧値が第１の電圧値よりも高い第２の電圧値である場合は、第１の最小オン時間よりも短い第２の最小オン時間を設定するものである。

これによって、スイッチング手段の最小オン時間を電源電圧検知手段で検知した電源電圧に応じて設定できることとなり、電源電圧が１００Ｖの場合や、２００Ｖの場合でも、起動時にスイッチング手段のターンオン電圧を十分に小さくするための最小オン時間を設定することができる。

本発明の炊飯器は、交流電源の電圧が変動しても、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最小オン時間を交流電源の電圧に応じて設定することで、起動時にスイッチング手段のターンオン電圧を小さくし、スイッチング手段の発熱を抑えることができる。

本発明の実施の形態１、６における炊飯器の主要部ブロック図 本発明の実施の形態１における炊飯器において、スイッチング手段のオン時間を短くしたときのスイッチング手段の電圧電流波形図 本発明の実施の形態１における炊飯器において、スイッチング手段のオン時間を長くしたときのスイッチング手段の電圧電流波形図 本発明の実施の形態２における炊飯器の主要部ブロック図 本発明の実施の形態２における炊飯器を構成するスイッチング手段のオン時間と炊飯器の入力電流の関係を示すグラフ 本発明の実施の形態１、２における炊飯器の主要部動作波形図 従来の炊飯器の主要部ブロック図

第１の発明は、鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルに直列接続したスイッチング手段と、交流電源を整流し前記加熱コイルに電力供給する整流手段と、前記交流電源の電圧を検知する電源電圧検知手段と、前記スイッチング手段のオン時間の最小値を設定する最小オン時間設定手段と、前記スイッチング手段をオンオフ制御する制御手段とを有し、前記最小オン時間設定手段は前記電源電圧検知手段の検知した電源電圧に応じて最小オン時間を設定し、前記スイッチング手段の起動時には前記最小オン時間を設定しており、前記最小オン時間設定手段は、前記電源電圧検知手段で検知された電圧値が第１の電圧値である場合は、第１の最小オン時間を設定するとともに、前記電源電圧検知手段で検知された電圧値が第１の電圧値よりも高い第２の電圧値である場合は、第１の最小オン時間よりも短い第２の最小オン時間を設定するものである。

これによって、スイッチング手段の最小オン時間を電源電圧検知手段で検知した電源電圧に応じて設定できることとなり、電源電圧が１００Ｖの場合や、２００Ｖの場合でも、起動時にスイッチング手段のターンオン電圧を十分に小さくするための最小オン時間を設定することができ、スイッチング手段の発熱を抑えることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の炊飯器に、スイッチング手段のオン時間の最大値を設定する最大オン時間設定手段を設け、前記最大オン時間設定手段は前記スイッチング手段をオンオフ制御する場合に使用し、スイッチング手段が過熱状態になるのを防止できる。

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、本発明の第１の実施の形態における炊飯器の主要部ブロック図である。

図１において、鍋の等価回路１で示すことができる鍋１は特に図示していないが磁束を通す金属を複数用いた積層体で構成されておりいる。

加熱コイル２は鍋１と磁気結合している。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されており、高周波電流が流れた時の電流分布を均一にしている。共振コンデンサ３を加熱コイル２に並列接続しており、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。

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されている。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。炊飯器に電力を供給する交流電源９の電源周波数は、東日本地域では５０Ｈｚ、西日本地域では６０Ｈｚとなっており、電源電圧は、１００Ｖと２００Ｖがある。

整流手段１０、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で構成されている。ここで、平滑用コンデンサ１３の容量は数μＦと小さく、加熱コイル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している。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。

電源電圧検知手段３１は、交流電源９から供給される入力電圧を検知している。本実施の形態では、交流電源９から供給される入力電圧が１００Ｖか、２００Ｖかを検知している。電流設定手段３２で検知した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、交流電源９の電圧が１００Ｖであった場合の鍋１を加熱するときに使用する第一の電流設定値Ｉｓ１００と、交流電源９の電圧が２００Ｖであった場合の鍋１を加熱する第二の電流設定値Ｉｓ２００があり，Ｉｓ１００とＩｓ２００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、交流電源９の電圧が１００Ｖであった場合の電流設定値Ｉｓ１００を入力電流１２Ａに相当する値とし、交流電源９の電圧が２００Ｖであった場合の電流設定値Ｉｓ２００を入力電流６Ａに相当する値にしている。

最小オン時間設定手段３３は、複数の最小オン時間がマイクロコンピュータ内部のＲＯＭに記憶されている。ここでは、交流電源９の電圧が１００Ｖであると電源電圧検知手段３１が検知した場合の最小オン時間Ｔｍｉｎ１００と、交流電源９の電圧が２００Ｖであると電源電圧検知手段３１が検知した場合の最小オン時間Ｔｍｉｎ２００とがマイクロコンピュータ内部のＲＯＭに記憶されている。

制御手段１７は、電流検知手段１４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１９と、ＡＤ変換器１９の出力と電流設定手段３２の出力と電源電圧検知手段３１の出力を比較してスイッチング手段４のオン時間を設定するオン時間演算器２０と、オン時間演算器２０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２１とを備えている。

ＡＤ変換器１９、オン時間演算器２０、パルス発生器２１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２０、パルス発生器２１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２は、図１に示した炊飯器において、交流電源９の電圧を電源電圧検知手段３１が１００Ｖと検知した場合に、スイッチング手段４を交流電源９の電圧を電源電圧検知手段３
１が２００Ｖと検知した場合の最小オン時間Ｔｍｉｎ２００でオンした時に、スイッチング手段４に流れる電流と両端電圧の動作波形を示している。

図２に示すように、ターンオン時ｔ１において、スイッチング手段４の両端電圧Ｖｏｎが発生しているので、スイッチング手段４にターンオン電流Ｉｏｎが流れている。この時のＶｏｎとＩｏｎによりスイッチング手段４が発熱する。

図３は図１に示した炊飯器において、交流電源９の電圧を電源電圧検知手段３１が１００Ｖと検知した場合に、スイッチング手段４を交流電源９の電圧を電源電圧検知手段３１が１００Ｖと検知した場合の最小オン時間Ｔｍｉｎ１００でオンした時に、スイッチング手段４に流れる電流と両端電圧の動作波形を示している。

図３に示すように、ターンオン時ｔ１において、スイッチング手段４の両端電圧は０Ｖとなるのでターンオン電流は流れない。従って、スイッチング手段４の発熱を抑えることができる。

以上のように構成された炊飯器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、加熱コイル２の上に鍋１を載置し、炊飯を開始する。炊飯のシーケンスは制御手段１７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、交流電源９の電圧が１００Ｖの時と２００Ｖの時の動作について図１、図６を用いて説明する。

まず、交流電源９の電圧を電源電圧検知手段３１が１００Ｖと検知した場合は、電流設定手段３２が第一の電流設定値Ｉｓ１００をオン時間演算器２０に設定するとともに、最小オン時間設定手段３３がオン時間Ｔｏｎの初期値としてＴｍｉｎ１００を設定する。

オン時間演算器２０は初期値としてＴｍｉｎ１００をパルス発生器２１に出力し、パルス発生器２１はパルス幅Ｔｍｉｎ１００のハイパルスを駆動手段２３に出力し、駆動手段２３はスイッチング手段４をオンするので、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２０はＡＤ変換器１９の出力値がＩｓ１００になるようにオン時間Ｔｏｎを増やしていく。

時間ｔ１〜ｔ２の期間では、オン時間演算器２０はＡＤ変換器１９の出力値がＩｓ１００になるようにオン時間Ｔｏｎを制御している。

時間ｔ２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ｔ３までの期間、鍋１の加熱を停止する。

時間ｔ３から、所定の炊飯シーケンスに基づき加熱する。

次に、交流電源９の電圧を電源電圧検知手段３１が２００Ｖと検知した場合は、電流設定手段３２が第二の電流設定値Ｉｓ２００をオン時間演算器２０に設定するとともに、最小オン時間設定手段３３がオン時間Ｔｏｎの初期値としてＴｍｉｎ２００を設定する。

オン時間演算器２０は初期値としてＴｍｉｎ２００をパルス発生器２１に出力し、パル
ス発生器２１はパルス幅Ｔｍｉｎ２００のハイパルスを駆動手段２３に出力し、駆動手段２３はスイッチング手段４をオンするので、加熱コイル２に電流が流れ、鍋１が誘導加熱される。

時間ｔ４〜ｔ５の期間では、オン時間演算器２０はＡＤ変換器１９の出力値がＩｓ２００になるようにオン時間Ｔｏｎを増やしていく。

時間ｔ５〜ｔ６の期間では、オン時間演算器２０はＡＤ変換器１９の出力値がＩｓ２００になるようにオン時間Ｔｏｎを制御している。

時間ｔ６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ｔ７までの期間、鍋１の加熱を停止する。

時間ｔ７から、所定の炊飯シーケンスに基づき加熱する。

以上のように、本実施の形態においては、交流電源９の電圧を電源電圧検知手段３１で検知した電圧の違いにより第一の最小オン時間Ｔｍｉｎ１００、第二の最小オン時間Ｔｍｉｎ２００を備え、スイッチング手段４の起動時のオン時間の初期値の設定を変更することで、交流電源９の電圧が変化しても、スイッチング手段４のターンオン電圧をなくし、スイッチング手段４のターンオン損失をなくし、発熱を低減することができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態の炊飯器の主要部ブロック図である。

図４において４１は最大オン時間設定手段でマイクロコンピュータ内部のＲＯＭに第一の最大オン時間Ｔｍａｘ１００、第二の最大オン時間Ｔｍａｘ２００を記憶している。ここで第一の最大オン時間Ｔｍａｘ１００は交流電源９の電圧を電源電圧検知手段３１が１００Ｖと検知した場合とし、第二の最大オン時間Ｔｍａｘ２００は交流電源９の電圧を電源電圧検知手段３１が２００Ｖと検知した場合とする。

オン時間演算器４２は、図１と同様にマイクロコンピュータで構成され、ＡＤ変換器１９の出力と電流設定手段３２が設定する入力電流目標値を比較し、オン時間Ｔｏｎを設定するとともに、オン時間Ｔｏｎが最大オン時間設定手段４１が設定する最大オン時間を超える場合は、オン時間Ｔｏｎを最大オン時間に固定する。

その他の構成については図１の炊飯器と同様であり、ここの説明は省略する。

図５は交流電源１００Ｖと２００Ｖにおけるスイッチング手段のオン時間とターンオン電圧、入力電流の関係を示している。図５に示すように、同じオン時間の場合、交流電源が１００Ｖの時よりも、交流電源が２００Ｖの時の方が、入力電流が流れやすくなる。

この理由は、交流電源１００Ｖ時と２００Ｖ時では同じ入力電力の場合、入力電流は増えるためである。本実施の形態では、同じオン時間でも交流電源２００Ｖ時の入力電流が６Ａと比較し、交流電源１００Ｖ時の入力電流１２Ａと入力電流が多く流れるので、第二の最大オン時間Ｔｍａｘ２００を第一の最小オン時間Ｔｍｉｎ１００より小さい値としている。

以上のように構成された炊飯器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、加熱コイル２の上に鍋１を載置した状態で炊飯を開始する。炊飯のシーケンスは
制御手段１７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、交流電源９の電圧が１００Ｖの時と２００Ｖの時の動作について図４、図６を用いて説明する。

まず、交流電源９の電圧が１００Ｖの時について説明する。図６のｔ０において、交流電源９の電圧を電源電圧検知手段３１が１００Ｖと検知した場合は、電流設定手段３２が第一の電流設定値Ｉｓ１００をオン時間演算器４２に出力し、最小オン時間設定手段３３がオン時間Ｔｏｎの初期値としてＴｍｉｎ１００をオン時間演算器４２に出力し、最大オン時間設定手段４１がオン時間の最大値としてＴｍａｘ１００をオン時間演算器４２に出力する。

オン時間演算器４２は初期値としてＴｍｉｎ１００をパルス発生器２１に出力し、パルス発生器２１はパルス幅Ｔｍｉｎ１００のハイパルスを駆動手段２３に出力し、駆動手段２３はスイッチング手段４をオンするので、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４２はＡＤ変換器１９の出力値がＩｓ１００になるようにオン時間Ｔｏｎを増やしていく。この時、オン時間Ｔｏｎは、ＡＤ変換器１９の出力値をＩｉｎとすると（数式１）に基づいて設定される。

（数式１）
Ｔｏｎ＝Ｔｏｎ＋α×（Ｉｓ１００−Ｉｉｎ）
ここでαは係数であり、マイクロコンピュータ内部のＲＯＭに予め記憶されているものである。このαも交流電源９の電圧が１００Ｖであった場合と交流電源９の電圧が２００Ｖであった場合で値を変えてもよい。

もしも、仮にＴｏｎ＞Ｔｍａｘ１００となった場合は、Ｔｏｎ＝Ｔｍａｘ１００としてパルス発生器２１に出力する。

時間ｔ１〜ｔ２の期間では、オン時間演算器４２はＡＤ変換器１９の出力値がＩｓ１００になるようにオン時間Ｔｏｎを制御している。この時のＴｏｎは（数式１）に基づいて設定されている。

時間ｔ２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ｔ３までの期間、鍋１の加熱を停止する。

時間ｔ３から、所定の炊飯シーケンスに基づき加熱する。

次に、交流電源９の電圧が２００Ｖの時について説明する。電流設定手段３２が第二の電流設定値Ｉｓ２００をオン時間演算器４２に出力し、最小オン時間設定手段３３がオン時間Ｔｏｎの初期値としてＴｍｉｎ２００をオン時間演算器４２に出力し、最大オン時間設定手段４１がオン時間の最大値としてＴｍａｘ２００をオン時間演算器４２に出力する。

オン時間演算器４２は初期値としてＴｍｉｎ２００をパルス発生器２１に出力し、パルス発生器２１はパルス幅Ｔｍｉｎ２００のハイパルスを、駆動手段２３に出力し、スイッチング手段４をオンするので、加熱コイル２に電流が流れ、鍋１が誘導加熱される。

時間ｔ４〜ｔ５の期間では、オン時間演算器４２はＡＤ変換器１９の出力値がＩｓ２００になるようにオン時間Ｔｏｎを増やしていく。この時、オン時間ＴｏｎはＡＤ変換器１９の出力値をＩｉｎとすると（数式２）に基づいて設定される。

（数式２）
Ｔｏｎ＝Ｔｏｎ＋α×（Ｉｓ２００−Ｉｉｎ）
ここでＴｏｎ＞Ｔｍａｘ２００となった時は、Ｔｏｎ＝Ｔｍａｘ２００としてパルス発生器２１に出力する。

時間ｔ５〜ｔ６の期間では、オン時間演算器４２はＡＤ変換器１９の出力値がＩｓ２００になるようにオン時間Ｔｏｎを制御している。

時間ｔ６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ｔ７までの期間、鍋１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、第一の最大オン時間Ｔｍａｘ１００と第二の最大オン時間Ｔｍａｘ２００を備え、交流電源９の電圧の違いによりスイッチング手段４のオン時間の最大値を変更することで、加熱コイル２に大電流が流れるのを防止することができる。

以上のように、本発明にかかる炊飯器は、電源電圧の変動許容範囲を拡大し、電源電圧の不安定な地域においてもスイッチング損失を低減させることが可能となるので、電源事情の安定しない海外向け炊飯器等の用途にも適用できる。

以上のように、本発明にかかる炊飯器は、交流電源の電圧が変動してもスイッチング手段の最小オン時間を独立して設定できることとなり，起動時にスイッチング手段のターンオン電圧を十分に小さくすることができるので、電源環境が違う用途でも使用可能となる炊飯器にも応用できる。

１ 鍋
２ 加熱コイル
３ 共振コンデンサ
４ スイッチング手段
９ 交流電源
１０ 整流手段
１７ 制御手段
３１ 電源電圧検知手段
３２ 電流設定手段
３３ 最小オン時間設定手段
４１ 最大オン時間設定手段

Claims (2)

1. 鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルに直列接続したスイッチング手段と、交流電源を整流し前記加熱コイルに電力供給する整流手段と、前記交流電源の電圧を検知する電源電圧検知手段と、スイッチング手段のオン時間の最小値を設定する最小オン時間設定手段と、前記スイッチング手段をオンオフ制御する制御手段とを有し、前記最小オン時間設定手段は前記電源電圧検知手段の検知した電源電圧に応じて最小オン時間を設定し、前記スイッチング手段の起動時には前記最小オン時間を設定しており、前記最小オン時間設定手段は、前記電源電圧検知手段で検知された電圧値が第１の電圧値である場合は、第１の最小オン時間を設定するとともに、前記電源電圧検知手段で検知された電圧値が第１の電圧値よりも高い第２の電圧値である場合は、第１の最小オン時間よりも短い第２の最小オン時間を設定する炊飯器。
2. スイッチング手段のオン時間の最大値を設定する最大オン時間設定手段を有し、前記最大オン時間設定手段は電源電圧検知手段の検知した電源電圧に応じて最大オン時間を設定し、前記スイッチング手段をオンオフ制御する際に使用する請求項１に記載の炊飯器。

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