JP5915320B2 - 電磁誘導加熱式炊飯器 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導加熱式炊飯器に関する。

過去に「電磁誘導加熱式炊飯器」が種々提案されている（例えば、特開２００６−０２０９５７号公報等参照）。

特開２００６−０２０９５７号公報

ところで、このような電磁誘導加熱式の炊飯器では、１００％出力時において２０ｋＨｚから３０ｋＨｚの周波数を基本の発振周波数としているが、高調波成分によるノイズレベルが比較的高く、ノイズ低減対策が必要となっている。

本発明の課題は、ノイズレベルを低減することができる電磁誘導加熱式炊飯器を提供することにある。

本発明の一局面に係る電磁誘導加熱式炊飯器は、ワークコイルを含む共振回路、半導体スイッチング素子、共振電圧検出部および制御部を備える。ワークコイルを含む共振回路は、さらに共振コンデンサを含むことが好ましい。かかる場合、ワークコイルと共振コンデンサは並列に接続されることが好ましい。すなわち、この共振回路は、並列共振回路であることが好ましい。半導体スイッチング素子は、共振回路に電気接続されている。共振電圧検出部は、共振回路におけるゼロボルトを検出する。制御部は、共振電圧検出部がゼロボルトを検出する度に、半導体スイッチング素子をオン状態とするタイミングの遅延時間を増加させるタイミングシフト制御を行うことが可能である。なお、このタイミングシフト制御は、常時行われてもよいし、選択的に行われてもよい。

この電磁誘導加熱式炊飯器では、制御部がタイミングシフト制御を行えば、発振周波数を変動させることができる。このため、この電磁誘導加熱式炊飯器では、ノイズレベルを低減することができる。

本発明の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器の模式的正面図である。 図１に示される電磁誘導加熱式炊飯器の模式的断面図である。 本発明の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器の電源回路およびマイコン制御ユニットを中心とする制御回路部分のブロック図である。 本発明の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器のゼロクロス検出回路の役割を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器の通常モード時ノイズ低減制御を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器の弱モード時ノイズ低減制御を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施例および比較例に係る電磁誘導加熱式炊飯器から発せられるノイズのレベルを測定するための装置の模式図である。

本発明の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器１００は、図１に示されるように、主に、本体１０１、底板１０２、蓋体１０３、外蓋１０４、クランプボタン１０５、蒸気口１０６および操作パネル１０７から構成される。以下、電磁誘導加熱式炊飯器１００の各構成要素について詳述すると共に、その制御回路およびノイズ低減制御についても詳述する。

＜電磁誘導加熱式炊飯器の構成要素＞
（１）本体
本体１０１は、図２に示されるように、主に、外ケース１１０および内ケース１１１から構成される。

外ケース１１０は、例えば、合成樹脂等からなる成型品である。そして、外ケース１１０の内部に内ケース１１１が配設される。

内ケース１１１は、図２に示されるように、主に、一般にカタと呼ばれる上周縁部１１１ｃと、内鍋１０８の外周を保護する保護枠１１１ｄとから構成される。また、内ケース１１１の底部中央には挿入孔１１２ａが形成されている。この挿入孔１１２ａには、サーミスタからなる温度センサ１１２が配設されている。また、内ケース１１１の外側には、内鍋１０８を所定温度に加熱するためのワークコイル１１３が設けられている。また、内ケース１１１と外ケース１１０との間に空間には、電源基板および制御基板等が配設されている（図３参照）。電源基板および制御基板等には、ワークコイル１１３への通電制御を行うインバータ等を含む電源回路（図３参照）が搭載されている。そして、炊飯時および保温時等に、このワークコイル１１３に高周波電流が供給されることによって誘導コイル１１３から交番磁界が発生し、内鍋１０８の発熱体１０８ａが誘導加熱される。また、保温時には、温度センサ１１２の検出温度に応じて、ワークコイル１１３による加熱の強度が調節される。これにより、内鍋１０８の温度が一定温度（例えば約７３℃）に保持される。

この本体１０１の底部には、図２に示されるように、電磁誘導加熱式炊飯器１００の底面外郭を形成する底板１０２が嵌合されている。

この本体１０１には、後述する内鍋１０８（図２参照）が着脱自在に収納される。内鍋１０８は、例えば、アルミニウム等の熱伝導性の良好な材料からなる。この内鍋１０８の上周縁には、水平方向外側に延出するフランジ部１０８ｂが設けられている。また、この内鍋１０８には、発熱体１０８ａが配設されている。発熱体１０８ａとして磁性金属を用いるのはもちろんのこと、例えば薄膜の銀等を用いることもできる。発熱体１０８ａは、例えば、多層鋼のクラッド材または金属溶射等により形成される。

（２）蓋体
蓋体１０３は、図２に示されるように、主に、外カバー１０３ａ、内カバー１０３ｂ、放熱板１０３ｃ、パッキン１０３ｄおよびボール状の逆止弁１１４から構成される。外カバー１０３ａは、例えば、合成樹脂からなる。内カバー１０３ｂは、外カバー１０３ａの内側に嵌合されている。放熱板１０３ｃは、内カバー１０３ｂの下部に設けられている。パッキン１０３ｄは、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性部材からなる環状体であって、内カバー１０３ｂの下部に設けられる。逆止弁１１４は、蓋体１０３が閉じた状態で、内鍋１０８の内圧が規定値（逆止弁１１４の弁圧）を超過すると、内部の蒸気を蓋体１０３の外部に放出させる。なお、この蓋体１０３は、図２に示されるように、中空の断熱構造体となっている。蓋体１０３は、本体１０１に、ヒンジユニット（図示せず）を介して開閉自在に取り付けられている。蓋体１０３は、外郭を形成する外蓋１０４を備える。そして、蓋体１０３は、内鍋１０８（図２参照）の開口部を覆う。

（３）クランプボタン
クランプボタン１０５は、電磁誘導加熱式炊飯器１００の前方に設けられる。蓋体１０３は、このクランプボタン１０５によって電磁誘導加熱式炊飯器１００の本体１０１に係止される。また、蒸気口１０６は、蓋体１０３の上部中央に設けられ、炊飯時等に内鍋で発生する蒸気を外部に放出する。

（４）操作パネル
操作パネル１０７は、主に、炊飯スイッチ、保温スイッチ、各種メニューを設定するメニュースイッチおよびタイマースイッチ等のスイッチ群１０７ａならびに電磁誘導加熱式炊飯器１００の動作状態等を表示する液晶表示部１０７ｂから構成されており、図１に示されるように本体１０１の面上に設けられている。この操作パネル１０７は、炊飯時および保温時等の各種設定操作において用いられる。

＜電磁誘導加熱式炊飯器の制御回路＞
本発明の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器１００の制御回路９は、図３に示されるように、主に、マイコン制御ユニット（ＣＰＵ）３２、鍋温度検出回路部、ワークコイル駆動制御回路部、鍋検出回路部、発振回路部、リセット回路部、保温ヒータおよび肩ヒータ等駆動制御回路部、残時間設定表示制御回路部、ブザー報知部、電源回路部、バックアップ電源回路部、システム・時計等クロック発生回路部から構成されている。

マイコン制御ユニット（ＣＰＵ）３２は、マイクロコンピュータを中心として構成されている。マイコン制御ユニット３２は、所定のプログラムに従ってＩＧＢＴ駆動回路４２を介してＩＧＢＴ３７を制御して、ワークコイル１１３への通電を制御したりする。この通電制御は、温度センサ１１２からの出力信号に基づいて行なわれる。

鍋温度検出回路４３には、温度センサ１１２が接続されており、温度センサ１１２からの温度検出信号が入力される。

鍋検出回路４４には、内鍋検出スイッチＬＳが接続されており、内鍋検出スイッチＬＳから鍋検出信号が入力される。

ワークコイル駆動制御回路部は、図３に示されるように、主に、入力電圧検出部３９、過電圧検出部４１、共振電圧検出部４０、ＩＧＢＴ駆動回路４２、ＩＧＢＴ３７、共振コンデンサ３８、整流回路３５および平滑コンデンサ３６から構成されている。そして、マイコン制御ユニット３２は、ＩＧＢＴ駆動回路４２を制御することにより、例えば、炊飯工程に応じてワークコイル１１３の出力値および同出力値でのＯＮデューティー比（例えばｎ秒／１６秒）をそれぞれ適切に変化させる。すなわち、マイコン制御ユニット３２は、炊飯又は蒸し加熱工程の各工程における内鍋１０８の加熱温度および加熱パターンを、炊飯量を考慮して適切に可変コントロールし、均一な吸水作用、加熱ムラのない御飯の炊き上げ又は蒸し加熱調理を実現している。

また、上述の共振コンデンサ３８およびワークコイル１１３は並列共振回路を構成している。共振電圧検出部４０は、この並列共振回路の共振電圧がＯＶになるのを検出すると、マイコン制御ユニット（ＣＰＵ）３２に０Ｖ検出信号を送信する。

整流回路３５は、交流電圧を直流化するための回路であって、充電部品であるノイズカット用コンデンサ２４および電源ヒューズＦを介して電源プラグ３０ｂに接続されている。電源プラグ３０ｂには、差し込みプラグ（図示せず）を介して電源コードの挿入プラグ３０ａが着脱可能に接続されている。また、この電源コードは、図３に示されるように、ＡＣ電源（ＡＣ電源コンセント）３０に接続されている。したがって、電源コード接続時、電源プラグ３０ｂには、ＡＣ１００（Ｖ）の電源電圧が印加されるようになっている。そして、この印加電源電圧は、同電源プラグ３０ｂから電源ヒューズＦ、ノイズカット用コンデンサ２４を経て整流回路３５に供給され、整流回路３５で整流される。

また、ノイズカット用コンデンサ２４から整流回路３５に至る電源ラインの途中には、ゼロクロス検出回路２９Ｃが設けられている。ゼロクロス検出回路２９Ｃは、交流電源電圧Ｖａｃのゼロクロスタイミングを検出して、同ゼロクロスタイミングに対応したゼロクロス信号Ｚｃをマイコン制御ユニット３２に入力するようになっている（図４参照）。

また、電源プラグ３０ｂからノイズカット用コンデンサ２４に至る電源ラインの途中には、第１のフォトトライアックＰＴ１を介して保温ヒータＨ１が接続されており、第２のフォトトライアックＰＴ２を介して肩ヒータＨ２が接続されている。保温ヒータ駆動回路３３および肩ヒータ駆動回路３４がマイコン制御ユニット３２によってそれぞれ作動させられ、その結果、第１のフォトトライアックＰＴ１および第２のフォトトライアックＰＴ２がＯＮ，ＯＦＦ制御（トリガー）されることになる。すなわち、マイコン制御ユニット３２は、例えば、保温又は炊飯、蒸し加熱工程に応じて保温ヒータＨ１および肩ヒータＨ２の出力値および同出力値でのＯＮデューティー比（例えばｎ秒／１６秒）をそれぞれ適切に制御する。つまり、マイコン制御ユニット３２は、保温または炊飯、蒸し加熱工程の各工程における内鍋１０８の加熱温度および加熱パターンを実際の炊飯量を考慮して適切に可変コントロールする。

また、操作パネル１０７の各種入力スイッチ２２ａ−２２ｈがユーザによって適切に操作されると、マイコン制御ユニット３２でその指示内容が認識される。そして、マイコン制御ユニット３２は、その認識内容に応じて所望の炊飯または保温加熱パターンを設定し、炊飯加熱制御または蒸し保温加熱制御を適切に行って所望の炊飯または保温を行う。

すなわち、ユーザが同入力スイッチ２２ａ−２２ｈを使用して炊飯または保温、タイマー予約、予約時刻設定、白米又は玄米、早炊、おかゆ、かため又はやわらかめ、すしめし、炊き込み等の炊き分け、蒸し、通常保温または低温保温等の各種の炊飯または蒸し、保温機能の選択設定内容を入力すれば、マイコン制御ユニット３２が、それに対応した制御を実行することになる。

圧電ブザー２５ａは、各種入力スイッチ２２ａ−２２ｈ操作時の操作音、炊飯完了を知らせるブザー報知音、何らかの異常を知らせる異常報知音等を発する。

なお、図３において、符号１０は電源オフスイッチであり、符号２５はブザー駆動回路であり、符号２６はシステムクロック発生回路であり、符号２７は時計クロック発生回路であり、符号２８は停電時のマイコン制御ユニットバックアップ用の電源電池を備えたバックアップ電源回路であり、符号２９Ａは電流検出回路であり、符号２３ａ−２３ｂは動作表示用ＬＥＤである。

＜電磁誘導加熱式炊飯器のノイズ低減制御＞
本発明の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器１００では、下記の通り、通常モード時ノイズ低減制御および弱モード時ノイズ低減制御が実行される。

（１）通常モード時ノイズ低減制御
ＩＧＢＴ３７の動作開始時から、共振電圧検出部４０がゼロボルト（０Ｖ）を検出する度に、共振電圧検出部４０からマイコン制御ユニット３２に０Ｖ検出信号が送信される。そして、マイコン制御ユニット３２は、共振電圧検出部４０から０Ｖ検出信号を受信する度に、ＩＧＢＴ３７のオンタイミングをｎｘｍ（μｓｅｃ）だけ遅らせる（図５参照）。なお、ここで、ｍは、０以上の整数である。また、ｍの初期値は１であり、ｍは、マイコン制御ユニット３２が０Ｖ検出信号を受信する度に１ずつ増加する。また、このとき、ＩＧＢＴ３７のオン幅は設定に対して一定とされている。具体的には、マイコン制御ユニット３２は、ＩＧＢＴ３７の動作開始後、２回目の０Ｖ検出信号を受信するとＩＧＢＴ３７のオンタイミングをｎ（μｓｅｃ）だけ遅らせ、３回目の０Ｖ検出信号を受信するとＩＧＢＴ３７のオンタイミングをｎｘ２（μｓｅｃ）だけ遅らせ、４回目の０Ｖ検出信号を受信するとＩＧＢＴ３７のオンタイミングをｎｘ３（μｓｅｃ）だけ遅らせるといった具合である。すなわち、マイコン制御ユニット３２は、ＩＧＢＴ３７の動作開始後、ｐ回目の０Ｖ検出信号を受信するとＩＧＢＴ３７のオンタイミングをｎｘ（ｐ−１）（μｓｅｃ）だけ遅らせる。ここで、ｍ＝ｐ−１の関係式が成立する。そして、ＩＧＢＴ３７のオンタイミングの遅延時間（すなわちｎｘｍ）が最大になったとき、ＩＧＢＴ３７のオンタイミングの遅延時間をｎｘ０として初期に戻す。

（２）弱モード時ノイズ低減制御
通常モードから弱モードに移行されると、マイコン制御ユニット３２は、ゼロクロス検出回路２９Ｃからのゼロクロス信号Ｚｃを受信し、１００％相当のパルス幅で１周期６０回の交流の内、３６回分のみＩＧＢＴ３７をオン状態として、見た目状の電力を通常モード時の６０％とする（図６参照）（すなわち、２４回分、ＩＧＢＴ３７をオフ状態とする）。なお、かかる場合、ＩＧＢＴ３７オン幅は常に一定とされている。

＜電磁誘導加熱式炊飯器の特徴＞
（１）
本発明の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器１００では、通常モード時において通常モード時ノイズ低減制御が実行される。このため、この電磁誘導加熱式炊飯器１００では、発振周波数を変動させることができる。したがって、この電磁誘導加熱式炊飯器１００では、ノイズレベルを低減することができる。

（２）
本発明の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器１００では、弱モード時において弱モード時ノイズ低減制御が実行される。このため、この電磁誘導加熱式炊飯器１００では、電源周波数の１周期内において交流電源電圧の半波毎にワークコイル１１３が一時的にオフ状態となる区間を設けることができる。このため、この電磁誘導加熱式炊飯器１００では、弱モード時においてもノイズレベルを低減することができる。

＜変形例＞
（Ａ）
先の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器１００では通常モード時ノイズ低減制御においてＩＧＢＴ３７のオン幅が設定に対して一定とされていたが、ＩＧＢＴ３７のオン幅が設定に対して可変とされてもよい。

（Ｂ）
先の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器１００では通常モード時ノイズ低減制御においてｍが０以上の整数とされたが、ｍは整数でなくてもよいし、ｍ＝ｐ−１の関係式が成立しなくてもよい。すなわち、マイコン制御ユニット３２が、ＩＧＢＴ３７の動作開始後、ｐ回目の０Ｖ検出信号を受信するとＩＧＢＴ３７のオンタイミングを所定時間（μｓｅｃ）だけ遅らせられればそれでよい。

（Ｃ）
先の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器１００では通常モード時ノイズ低減制御においてマイコン制御ユニット３２が、ＩＧＢＴ３７の動作開始後、ｐ回目の０Ｖ検出信号を受信するとＩＧＢＴ３７のオンタイミングをｎｘ（ｐ−１）（μｓｅｃ）だけ遅らせたが、共振電圧検出部４０をコンパレータに置き換え、アナログデジタル変換回路を介してコンパレータをマイコン制御ユニット３２に接続し、マイコン制御ユニット３２が、コンパレータの出力に基づいて、共振電圧に対し、ＩＧＢＴ３７のオンタイミングを所定時間（μｓｅｃ）遅らせてもよい。

（Ｅ）
先の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器１００では弱モード時ノイズ低減制御において電力を６０％減としたが、この電力低減割合は任意に決定されてかまわない。

（Ｆ）
先の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器１００では弱モード時ノイズ低減制御においてＩＧＢＴ３７のオン幅が常に一定とされていたが、ＩＧＢＴ３７のオン幅が可変とされてもよい。

（Ｇ）
先の実施の形態に係る電磁誘導加熱式炊飯器１００は６０Ｈｚの電源周波数に対応するように記載されていたが、５０Ｈｚ電源周波数に対応するようにされてもよい。

＜実施例および比較例＞
以下、実施例および比較例を示して本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

図７に示される雑音端子電子測定装置を用いて本発明に係る電磁誘導加熱式炊飯器の弱モード時ノイズ低減制御中のノイズレベルを測定した。なお、本実施例において、弱モード時ノイズ低減制御では、定格電力を１１５０Ｗとし、ＡＣ電圧入力のプラス側半波のみでＩＧＢＴを動作させた。なお、このときのパルス幅は一定とした。結果を表１に示す。

（比較例１）
ＡＣ電圧入力の全波において５０％〜１００％の電力に応じてパルス幅を変動させながらＩＧＢＴを動作させた以外は、実施例１と同様にしてノイズレベルを測定した。結果を表１に示す。

表１から明らかように、ほぼ全ての電源電圧の周波数において、実施例１に係る電磁誘導加熱式炊飯器のノイズレベルが、比較例１に係る電磁誘導加熱式炊飯器のノイズレベルを下回った。したがって、実施例１に係る電磁誘導加熱式炊飯器は、比較例１に係る電磁誘導加熱式炊飯器よりもノイズレベルを低減することができることが明らかとなった。

３２ マイコン制御ユニット（制御部）
３７ ＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）
４０ 共振電圧検出部
１００ 電磁誘導加熱式炊飯器
１１３ ワークコイル

Claims (1)

1. ワークコイルを含む共振回路と、
   前記共振回路に電気接続される半導体スイッチング素子と、
   前記共振回路におけるゼロボルトを検出する共振電圧検出部と、
   前記共振電圧検出部がゼロボルトを検出する度に、前記半導体スイッチング素子をオン状態とするタイミングの遅延時間を増加させるタイミングシフト制御を行う制御部と
   を備える、電磁誘導加熱式炊飯器。

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