JP5904903B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱調理器に関する。

従来より、加熱調理器、例えば炊飯器において、被加熱物である内釜の底部及び底部外周に加熱コイルを配置し、この加熱コイルには、駆動部によって高周波電力を供給して、内釜を誘導加熱するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１４２９７９号公報（図１）

しかしながら、加熱コイルに高周波電力を供給して、被加熱物である内釜を誘導加熱するものにあっては、加熱コイルの周辺に、導電性のある金属部品が存在すると、前記加熱コイルの漏洩磁束によって前記金属部品に誘導電流が発生し、電力損失の要因となっていた。

また、誘導電流と前記金属部品の電気抵抗によって金属部品の発熱を招き、炊飯器枠体内部の温度上昇、部品の劣化の要因となっていた。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、加熱コイルから漏洩する磁束を利用して効果的に電力を回収できるようにすることを目的としている。

本発明に係る誘導加熱調理器は、高周波磁界を発生し、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、加熱コイルに高周波電流を供給する駆動部と、駆動部を制御する制御部と、制御部に制御用電源を供給する電源部と、被加熱物とは加熱コイルを挟んで反対側に配置された金属部品と、加熱コイルから見て金属部品よりも手前に配置され、加熱コイルから発生する磁束と鎖交する漏洩磁束回収コイルと、漏洩磁束回収コイルに流れる電流を電力に変換し、その電力を電気負荷に供給する電力変換手段とを備え、漏洩磁束回収コイルは、少なくとも一部が加熱コイルから見て金属部品の外形の内側にてこの外形形状に沿うようなコイルパターンから形成されているものである。

本発明によれば、加熱コイルから発生する磁束と鎖交する漏洩磁束回収コイルに流れる電流を電力変換手段によって電力に変換し、その電力を電気負荷に供給させるようにしているので、加熱コイルの漏洩磁束を回収して有効利用することができ、省エネルギー化が図れる。
さらに、漏洩磁束回収コイルは、少なくとも一部が加熱コイルから見て金属部品の外形の内側にてこの外形形状に沿うようなコイルパターンから形成されているので、漏洩磁束回収コイルに漏洩磁束を確実に鎖交させることができ、効率的に磁束を回収することができる。

実施形態１に係る誘導加熱調理器の制御部の構成図である。 実施形態１に係る誘導加熱調理器の全体構成を示す縦断面図である。 実施形態１に係る誘導加熱調理器の下面からみた加熱コイルと金属部品と漏洩磁束回収コイルとの位置関係を示す説明図である。 実施形態１に係る誘導加熱調理器の枠体上面からみた漏洩磁束回収コイルとスピーカーとの位置関係を示す説明図である。 実施形態１に係る誘導加熱調理器の漏洩磁束回収コイルがパターン配線されたプリント基板の平面図である。 実施形態１に係る誘導加熱調理器の漏洩磁束回収原理の説明図である。 実施形態１に係る誘導加熱調理器の漏洩磁束回収原理の説明図である。 実施形態２に係る誘導加熱調理器の下面からみた加熱コイルと金属部品と漏洩磁束回収コイルとの位置関係を示す説明図である。

以下、本発明に係る誘導加熱調理器を、誘導加熱方式を利用して内釜を加熱する炊飯器に適用した場合を例に説明する。なお、以下に示す図面の形態によって本発明が限定されるものではない。
なお、以下の説明において、理解を容易にするために位置を表す用語（例えば「上」、「下」、「前」、「後」など）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本願発明を限定するものではない。

実施形態１．
図１は実施形態１に係る誘導加熱調理器の制御部の構成図であり、図中の実線矢印は電源線、破線矢印は信号線を表している。図２は実施形態１に係る誘導加熱調理器の全体構成を示す縦断面図である。
実施形態１に係る誘導加熱調理器すなわち炊飯器１００は、図１及び図２に示すように、本体が、下部枠体５０と、上部枠体５１と、上部枠体５１にヒンジ１２により結合されラッチ１６と解除ボタン１７により開閉される開閉部枠体（以下、蓋体という）５２とによって構成される。また、炊飯器１００は、上部枠体５１に着脱自在に収容される内釜１と、加熱コイル２と、駆動部３と、表示操作部４とを備えている。また、炊飯器１００は、制御部５と、金属部品であるコードリールケース６と、防磁板７と、冷却ファン８と、電源部９と、漏洩磁束回収コイル１０と、電力変換手段１１とを備えている。コードリールケース６と冷却ファン８と漏洩磁束回収コイル１０とは、下部枠体５０内に収容されているとともに、冷却ファン８と漏洩磁束回収コイル１０とが、電気的に接続されており、これらが下部枠体５０によってアッセンブリ化されるようになっている。なお、下部枠体５０には、その前後部に排気口１５ａと吸気口１５ｂが形成されている。また、表示操作部４と操作基板４ａが、蓋体５２の上面に配置されている。

これを更に詳述すると、被加熱物である内釜１の底部及び底部外周には、内釜１を誘導加熱するための加熱コイル２が配置されている。この加熱コイル２は、駆動部３によって高周波電力が供給され内釜１を誘導加熱する。すなわち、駆動部３は、商用交流電源からの交流電圧を、図示しない整流部により一旦直流に変換し、その後、スイッチング素子のスイッチングにより高周波に変換し、この高周波電流を加熱コイル２に供給する。

表示操作部４は、使用者からの炊飯指示や炊飯条件の設定を受け付ける操作部と、動作状態や使用者に対するメッセージ等を表示する表示部とを備えている。表示操作部４は、使用者からの設定に基づく信号を制御部５に出力し、マイクロコンピュータや制御回路を備えた制御部５は、表示操作部４からの信号に基づいて所定の制御シーケンスに従って駆動部３を駆動制御する。

加熱コイル２の下側には、商用交流電源と接続するための電源コードを収納するコードリールケース６が設けられている。コードリールケース６は、板金（鉄等）で構成されている。

コードリールケース６よりも下側には、防磁板７が設けられている。防磁板７は、誘導加熱調理器の下部からの漏洩磁束を低減させる目的で設けられたものであり、アルミ板や銅板等の誘導加熱されにくい材料で構成された円盤状の部材である。
コードリールケース６及び防磁板７は、内釜１とは加熱コイル２を挟んで反対側に位置している。

また、本体の上部枠体５１内の後部に、電源部９の電源基板９ａが収納され、電源基板９ａと内釜１との間に電源基板９ａを保護するための防磁板７ａが配置されている。

冷却ファン８は、誘導加熱調理器の枠体内の部材を冷却するもので、例えば軸流ファンであり、加熱コイル２や駆動部３に設けられた電子部品など、動作によって温度が上昇する部材に冷却風を送るように構成されている。

電源部９は、駆動部３、表示操作部４、及び制御部５を駆動する電源を、商用の交流電源から生成する。

また、炊飯器１００は、加熱コイル２とコードリールケース６との間に、漏洩磁束回収コイル１０を備えている。

図３は実施形態１に係る誘導加熱調理器の下面からみた加熱コイルと金属部品と漏洩磁束回収コイルとの位置関係を示す説明図である。図４は実施形態１に係る誘導加熱調理器の枠体上面からみた漏洩磁束回収コイルとスピーカーとの位置関係を示す説明図である。図５は実施形態１に係る誘導加熱調理器の漏洩磁束回収コイルがパターン配線されたプリント基板の平面図である。
漏洩磁束回収コイル１０は、図３乃至図５に示すように、電力変換手段１１が実装されたプリント基板すなわち電力回収基板２０上に、導線を少なくとも一部が加熱コイル２から見てコードリールケース６の外形の内側にて、コードリールケース６の外形形状に沿うようなパターン配線として形成されたものである。また、漏洩磁束回収コイル１０は、電力変換手段１１及び電源部９を介して冷却ファン８と接続され、冷却ファン８に電力を供給できるようになっている。

ここでは、漏洩磁束回収コイル１０のコイルパターンがコードリールケース６の外形からはみ出している部分１０ａがある。これは、冷却ファン８を駆動するのに必要な電力を回収するのにコイル長さが足りなかったために延長させた例を示すものである。しかし、漏洩磁束回収コイル１０がコードリールケース６の外形よりも大きなコイルパターンを有する場合、本来、内釜１を加熱するための磁束まで拾ってしまい、加熱コイル２の加熱効率に影響を与える可能性がある。したがって、漏洩磁束回収コイル１０は、基本的にはコードリールケース６の外形の内側に収まるようなコイルパターンとすることが望ましい。また、これによって一層効率的に漏洩磁束を回収することができる。

電力回収基板２０は、図２及び図４のように冷却ファン８が発生する風の流れの上流側にコイルパターンが配置され、前記風の流れの下流側に電子部品が配置されている。

電力変換手段１１は、漏洩磁束回収コイル１０により生成された交流電圧を直流電圧に変換する図示しない整流ダイオードと、変換された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサとを備えている。

電源部９は、商用交流電源から受けた交流電圧を、制御部５や表示操作部４を駆動するために直流電圧に変換する電力変換回路を構成している（詳細は図示せず）。

また、下部枠体５０内に、図４のように動作状態や使用者に対するメッセージ等を音声により報知するスピーカー２１が設けられており、このスピーカー２１は、漏洩磁束回収コイル１０から一定の距離をおいた位置に配置されている。

次に、本実施形態に係る誘導加熱調理器の動作について説明する。
図６及び図７はいずれも実施形態１に係る誘導加熱調理器の漏洩磁束回収原理の説明図である。

使用者により操作部からの設定に基づく炊飯指示等の加熱開始の指示がなされると、制御部５は、駆動部３の制御を開始する。駆動部３は、商用交流電源からの交流電圧を、整流部により一旦直流に変換し、その後、スイッチング素子のスイッチングにより高周波に変換し、この高周波電流が加熱コイル２に供給される。加熱コイル２に高周波電流が流れると、図６のように加熱コイル２からは交番磁界Ｈが発生し、これにより被加熱物である内釜１に磁束が与えられる。これにより内釜１には渦電流Ｉａが発生し、この渦電流Ｉａと内釜１の電気抵抗によりジュール熱が発生し、内釜１が加熱される。

このように加熱コイル２に高周波電流が供給されると、加熱コイル２から磁束が発生し、この磁束により内釜１を加熱する。しかし、加熱コイル２から発生するすべての磁束が内釜１への誘導加熱に利用されるわけではなく、発生した磁束の一部は内釜１の加熱に寄与せず、いわゆる漏洩磁束となり、周囲に放射される。このとき、加熱コイル２の周辺に、導電性のある金属部品すなわちコードリールケース６が存在すると、これが加熱コイル２の発生する磁束の流れる磁路を形成する。そして、コードリールケース６にも渦電流Ｉｂが発生し、この渦電流Ｉｂとコードリールケース６の電気抵抗によりジュール熱が発生し、コードリールケース６も加熱される。

図７のように加熱コイル２から見てコードリールケース６よりも手前に漏洩磁束回収コイル１０を配置することで、加熱コイル２からの漏洩磁束を漏洩磁束回収コイル１０と鎖交させることができる。漏洩磁束回収コイル１０に漏洩磁束が鎖交すると、漏洩磁束回収コイル１０には、漏洩磁束の変化を打ち消す方向に起電力が発生し、電流Ｉｃが流れる。漏洩磁束回収コイル１０に発生した起電力は図１のように電力変換手段１１によって直流に変換され、駆動部３、表示操作部４、制御部５、及び冷却ファン８の駆動電力に利用される。

このように、漏洩磁束回収コイル１０に発生する電流により加熱コイル２から発生した漏洩磁束の一部を打ち消すので、漏洩磁束が減少する。したがって、漏洩磁束回収コイル１０の下部に設置されたコードリールケース６や防磁板７に発生していた誘導電流を減少させることができ、コードリールケース６や防磁板７の温度上昇を抑制することができる。よってコードリールケース６と防磁板７の電力損失を低減できる。そして、漏洩磁束回収コイル１０に発生した起電力は、駆動部３、表示操作部４、制御部５、及び冷却ファン８の制御電源として有効利用されるので、省エネルギー効果を得ることができる。

また、漏洩磁束回収コイル１０を、少なくとも一部がコードリールケース６の外形の内側にて、コードリールケース６の外形形状に沿うようなコイルパターンとしているので、このコードリールケース６の外形形状に沿うコイルパターン部分にて漏洩磁束回収コイル１０に漏洩磁束を確実に鎖交させることができ、効率的に磁束を回収することができる。

また、漏洩磁束回収コイル１０を、電力変換手段１１が実装されたプリント基板すなわち電力回収基板２０上にパターン配線として形成しているので、電力回収部を全体として薄くすることができ、その分、炊飯器１００の小型化が図れる。

また、電力回収基板２０は、冷却ファン８が発生する風の流れの上流側にコイルパターンが配置され、前記風の流れの下流側に電子部品が配置されるように設置されているので、冷却ファン８から近い所（吸気口１５ｂに近い所）にコイルパターンを配置することができて、漏洩磁束回収コイル１０の冷却効果を高めることができる。

また、コードリールケース６と冷却ファン８と漏洩磁束回収コイル１０とは、下部枠体５０内に収容されて組み付けられた組立体として構成され、さらに冷却ファン８と漏洩磁束回収コイル１０とが、電気的に接続されているので、組立が容易である。

また、下部枠体５０内に、動作状態や使用者に対するメッセージ等を音声により報知するスピーカー２１を設け、このスピーカー２１は、漏洩磁束回収コイル１０から一定の距離をおいた位置に配置しているので、スピーカー２１と漏洩磁束回収コイル１０が互いにノイズの影響を受けるのを回避することができる。

実施形態２．
図８は実施形態２に係る誘導加熱調理器の下面からみた加熱コイルと金属部品と漏洩磁束回収コイルとの位置関係を示す説明図であり、図中前述の実施形態１と同一機能部分には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては図１及び図２を参照するものとする。
この実施形態２に係る誘導加熱調理器すなわち炊飯器１００は、図８に示すように、加熱コイル２のコイルパターンと金属部品であるコードリールケース６の外形形状と漏洩磁束回収コイル１０のコイルパターンとは、何れも円形に形成され、これらが被加熱物である内釜１から見て略同軸上に配置されている点が前述の実施形態１のものと異なっており、それ以外の構成は実施形態１のものと同様である。

この実施形態２の誘導加熱調理器においては、加熱コイル２のコイルパターンと金属部品であるコードリールケース６の外形形状と漏洩磁束回収コイル１０のコイルパターンとが、円形に形成され、これらが内釜１から見て略同軸上に配置されているので、加熱コイル２と漏洩磁束回収コイル１０との電磁的結合が高まる。このため、本体底部への漏洩磁束を略回収することができ、防磁板７を設置する必要が無くなり、部品点数を削減することができる。さらに、漏洩磁束回収コイル１０に発生する起電力の電圧を高めることができ、漏洩磁束回収コイル１０の起電力を駆動電力とする冷却ファン８等の電気負荷に、より高い電圧、または大きな電力を供給することができる。

１ 内釜（被加熱物）、２ 加熱コイル、３ 駆動部、４ 表示操作部、４ａ 操作基板、５ 制御部、６ コードリールケース（金属部品）、７，７ａ 防磁板、８ 冷却ファン、９ 電源部、９ａ 電源基板、１０ 漏洩磁束回収コイル、１０ａ 回収コイルのコードリールケースの外形からはみ出している部分、１１ 電力変換手段、１２ ヒンジ、１５ａ 排気口、１５ｂ 吸気口、１６ ラッチ、１７ 解除ボタン、２０ 電力回収基板、２１ スピーカー、５０ 下部枠体、５１ 上部枠体、５２ 開閉部枠体（蓋体）、１００ 炊飯器。

Claims (6)

1. 高周波磁界を発生し、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルに高周波電流を供給する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、
   前記制御部に制御用電源を供給する電源部と、
   前記被加熱物とは前記加熱コイルを挟んで反対側に配置された金属部品と、
   前記加熱コイルから見て前記金属部品よりも手前に配置され、前記加熱コイルから発生する磁束と鎖交する漏洩磁束回収コイルと、
   前記漏洩磁束回収コイルに流れる電流を電力に変換し、その電力を電気負荷に供給する電力変換手段とを備え、
   前記漏洩磁束回収コイルは、少なくとも一部が前記加熱コイルから見て前記金属部品の外形の内側にて該外形形状に沿うようなコイルパターンから形成されていることを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記漏洩磁束回収コイルは、前記電力変換手段が実装されたプリント基板上に、パターン配線として形成されていることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 前記駆動部を冷却する冷却ファンを有し、前記プリント基板は、該冷却ファンが発生する風の流れの上流側に前記パターン配線が配置され、前記風の流れの下流側に電子部品が配置されていることを特徴とする請求項２記載の誘導加熱調理器。
4. 前記金属部品と前記漏洩磁束回収コイルと前記冷却ファンとは、１つの枠体内に収納されて組み付けられた組立体として構成され、さらに前記漏洩磁束回収コイルと前記冷却ファンとが、電気的に接続されていることを特徴とする請求項３記載の誘導加熱調理器。
5. 前記枠体内にはスピーカーが設けられており、該スピーカーは前記漏洩磁束回収コイルから一定の距離をおいた位置に配置されていることを特徴とする請求項４記載の誘導加熱調理器。
6. 前記加熱コイルのコイルパターンと前記金属部品の外形形状と前記漏洩磁束回収コイルのコイルパターンとは、何れも円形に形成されており、これらが前記被加熱物から見て略同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の誘導加熱調理器。

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