JP5974298B2

JP5974298B2 - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP5974298B2
Application number: JP2012267930A
Authority: JP
Inventors: 高洋寺本; 湊谷　純一; 純一湊谷
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: JP2014116124A

Description

本発明は、蓄電池を備えた誘導加熱調理器に関するものである。

従来、この種の誘導加熱調理器は、図３に示すように調理物を加熱する調理容器１０１と、調理容器１０１を載置するトッププレート１０２と、調理容器１０１を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイル１０３と、トッププレート１０２を介して調理容器１０１の温度を検出する温度センサ１０４と、加熱コイル１０３に高周波電流を供給するインバータ回路１０５と、商用電源から電源を供給する商用電源供給手段１０６と、商用電源を全波整流する整流器１０７と、全波整流された電源電力をインバータ回路１０５へ供給する電源供給部１０８と、電気エネルギーを蓄電する蓄電部１０９と、商用電源から蓄電部１０９へ充電するための充電回路１１０と、インバータ回路１０５が出力する高周波電流を制御し、調理容器１０１の加熱電力を制御する制御手段１１１を備え、制御手段１１１は電源供給部１０８を制御することで蓄電部１０９に蓄えられた電力と商用電源から得られる電力を合わせてインバータ回路１０５へ電力供給することで、商用電源だけでは得ることのできない高い電力を出力できる誘導加熱調理器があった。

特開平１１−１１１４４２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、電源供給部へ商用電源からの電力供給と、蓄電部への充電電力供給をどのように制御し最適に供給するかについては明示されておらず、商用電源の供給能力以上の高出力を得る場合や高出力の加熱と同時に蓄電池への充電を行うなど、商用電源側からの供給を大きくしすぎると商用電源からの供給能力を超えてブレーカーが落ちることがあるといった課題があり、商用電源からの供給と蓄電部への供給の最適な制御を行うための新たな制御方法が必要であった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、商用電源からの電源供給には定電圧制御回路を備え、インバータ回路の出力が商用電源の供給能力以上になると定電圧を保てなくなるため、定電圧制御ではなく、定電流制御とすることで、商用電源側からの過剰供給を防ぐことができる。また、蓄電部からの電源供給にも同じように定電圧制御回路を備え、インバータ回路の出力が蓄電部からの供給能力以上になると定電圧を保てなくなるため、定電圧制御回路は蓄電部の電源供給能力以上の出力が必要となった場合は、定電圧制御ではなく、定電流制御とすることで、蓄電部からの過剰供給を防ぐことができる。これらの電力制御と蓄電部を備えることで、商用電源の供給能力以上の出力の際にも商用電源の定格電力以内となり、ブレーカが落ちることを防ぐ誘導加熱調理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、本発明の加熱調理器は、外郭を構成する本体と、前記本体の上面に配置され調理容器を載置するトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置され前記調理容器を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インバータ回路と、商用電源から交流電源を入力する電源コードと、商用電源から入力された交流電源を整流する第１の整流器と、前記第１の整流器の出力を昇圧する第１の電力供給部と、充放電可能な蓄電池と、前記商用電源から入力された交流電源を直流電源に変換する第２の整流器と、前記第２の整流器の出力の電流または電圧を変換して前記蓄電池に電力を充電する充電回路と、前記蓄電池の出力を昇圧する第２の電力供給部と、前記第１の電力供給部の出力及び前記第２の電力供給部の出力を平滑し、前記インバータ回路に電力を供給するキャパシタと、前記充電回路、前記第１の電力供給部及び前記第２の電力供給部の各々の動作の開始及び停止を制御する制御手段を備え、前記商用電源から前記第１の整流器及び前記第１の電力供給部を介して前記キャパシタに至る経路と、前記商用電源から前記第２の整流器、前記充電回路、前記蓄電池、及び前記第２の整流器を介して前記キャパシタに至る経路とは、別経路で形成されており、前記制御手段は、前記電源コードから交流電源が入力されていない状態において、加熱を行う場合には前記第２の電力供給部を動作させ、前記電源コードから交流電源が入力されている状態において、加熱を行う場合には前記第１の電力供給部を動作させるとともに前記充電回路は停止させる一方、加熱を停止していて、且つ前記蓄電池の蓄電量が所定量未満の場合には前記充電回路を動作させて前記蓄電池の充電を行うようにしたものである。

これによって、蓄電池の残容量や加熱の設定火力などによらず商用電源による供給が定格電力以上とならないように最大限の火力を得ることができ、適切なタイミングで蓄電池の充電を行うことができる。

本発明の誘導加熱調理器は、インバータ駆動回路への出力要求に応じて充電に要する電力を最適に制御でき、商用電源による供給が定格電力以上となることを防止することができる。

本発明の実施の形態における誘導加熱調理器の全体構成図本発明の実施の形態における誘導加熱調理器のフローチャート従来の誘導加熱調理器の全体構成図

第１の発明は、外郭を構成する本体と、前記本体の上面に配置され調理容器を載置するトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置され前記調理容器を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インバータ回路と、商用電源から交流電源を入力する電源コードと、商用電源から入力された交流電源を整流する第１の整流器と、前記第１の整流器の出力を昇圧する第１の電力供給部と、充放電可能な蓄電池と、前記
商用電源から入力された交流電源を直流電源に変換する第２の整流器と、前記第２の整流器の出力の電流または電圧を変換して前記蓄電池に電力を充電する充電回路と、前記蓄電池の出力を昇圧する第２の電力供給部と、前記第１の電力供給部の出力及び前記第２の電力供給部の出力を平滑し、前記インバータ回路に電力を供給するキャパシタと、前記充電回路、前記第１の電力供給部及び前記第２の電力供給部の各々の動作の開始及び停止を制御する制御手段を備え、前記商用電源から前記第１の整流器及び前記第１の電力供給部を介して前記キャパシタに至る経路と、前記商用電源から前記第２の整流器、前記充電回路、前記蓄電池、及び前記第２の整流器を介して前記キャパシタに至る経路とは、別経路で形成されており、前記制御手段は、前記電源コードから交流電源が入力されていない状態において、加熱を行う場合には前記第２の電力供給部を動作させ、前記電源コードから交流電源が入力されている状態において、加熱を行う場合には前記第１の電力供給部を動作させるとともに前記充電回路は停止させる一方、加熱を停止していて、且つ前記蓄電池の蓄電量が所定量未満の場合には前記充電回路を動作させて前記蓄電池の充電を行う構成とすることにより、前記電源コードが商用電源に接続されて前記インバータ回路への電力供給がある際には、前記蓄電池の充電を行わないため、商用電源から供給される電力がそのまま前記インバータ回路の出力電力となり、前記インバータ回路を定格電力以内の出力で動作させていれば必ず定格電力以内となる。一方、前記インバータ回路への出力要求がない際には、前記蓄電池への充電のみ行う可能性があるが、前記蓄電池への充電に必要な電力を商用電源の定格電力以内の充電電力で行なえば必ず定格電力以内となる。また、前記電源コードが接続されず前記インバータ回路への出力供給がある際には、前記蓄電池の放電電力がそのまま前記インバータ回路の出力電力となるため、商用電源の定格電力とは無関係となり、前記インバータ回路への出力要求がない際には、停止状態となる。したがって、動作モードがいかなる場合であっても商用電源による供給が定格電力以上となることを防止することができる。

第２の発明は、第１の発明の誘導加熱調理器において、前記制御手段は、前記電源コードから交流電源が入力されている状態において、前記商用電源の定格電力を超える出力を前記インバータ回路から出力する場合には前記第１の電力供給部及び前記第２の電力供給部を同時に駆動する構成とすることにより、商用電源からの供給能力である定格電力を超える出力を得る場合に、前記第１の電力供給部は商用電源からの供給能力以下で動作し、前記第２の電力供給部は蓄電池の出力能力以下で動作することで、一方の電力供給が過剰供給となることを防ぎ、前記蓄電池に蓄えた電力を使用して商用電源からの供給能力を超える出力で加熱することができる誘導加熱調理器を実現することができる。

第３の発明は、第１〜２のいずかに記載の発明の誘導加熱調理器において、前記制御手段は、前記電源コードから交流電源が入力されている状態において、前記商用電源の定格電力未満である所定の出力以下の出力を前記インバータ回路から出力し、且つ前記蓄電池の蓄電量が所定量未満の場合には、前記第１の電力供給部を動作させるとともに前記インバータ回路へ供給する電力と前記充電回路へ供給する電力を合わせた電力が前記商用電源の定格電力を超えないような充電電力にて前記充電回路を動作させて前記蓄電池の充電を行うようにすることで、商用電源による供給が定格電力を超えることを防止し、且つ商用電源から供給される電力が定格電力に対して余裕がある場合には加熱中であっても蓄電池を充電でき、蓄電池の残量が少なっても低火力の調理を継続した後の調理の途中から再度定格電力を超える加熱出力を得ることができる。

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、本発明の第１の実施の形態における加熱調理器の全体構成図である。

図１において、トッププレート２に調理容器１が載置されており、加熱コイル３からの誘導磁界により調理容器１は加熱される。温度センサ４は調理容器１からの熱赤外線を検知し、加熱コイル３の下方に設置され、トッププレート２の可視部越しに熱赤外線が入光されている。制御手段５はマイコンにより構成され、温度センサ４による温度情報に基づいて、加熱コイル３に高周波電流を供給するインバータ回路６を制御する。なお、本実施の形態では熱赤外線を検知としたが、温度情報が得られれば、これに限らなくてもよい。

使用者は操作・表示手段７を介し、加熱調理器の電源ＯＮ／ＯＦＦを切り替えることや、該当バーナーに設置された調理容器１を加熱するために加熱開始や停止を行うことができる。また、加熱する際に火力を切り替えることができ、メニューを選択することで揚げ物の温調制御をおこなうことができる。

また、使用者の操作に応じて、電源ＯＮの場合は電源ＬＥＤを点灯させ、火力の調整値に応じて、現在の設定火力をＬＥＤの点灯数により表示することができる。

また、制御手段５は使用者による操作に応じて報知手段８を介し音声、ブザーなどで報知を行うことができる。また、炊飯、湯沸かし等の自動調理を行う場合や、タイマー調理により、設定時間後に加熱を停止する場合など制御手段５は報知手段８を介し、調理終了を報知することができる。

商用電源９から供給された交流電源（本実施の形態ではＡＣ１００Ｖとする）は第１の整流器１０を介して直流電源に変換される。第１の整流器１０により全波整流された直流電源は第１の電力供給部１１に接続され、所定電圧１（本実施の形態ではＤＣ２００Ｖとする）に昇圧される。

なお、本実施の形態における第１の所定電圧はＤＣ２００Ｖとしたが、インバータ回路６の構成要素であるパワー半導体や、変換効率を加味し設定するものであり、これに限らなくてもよい。

第１の電力供給部１１により昇圧された出力はキャパシタ１２に供給され平滑される。本実施の形態では、ＡＣ１００Ｖ入力、入力電流ＭＡＸを１４Ａとし、出力電圧を２００Ｖ、出力電流ＭＡＸを７Ａの昇圧回路とする。また、第１の電力供給部１１は力率を改善するＰＦＣ機能を持ち、入力電流を監視する入力電流検知手段を備えた回路とする。

蓄電池１３はリチウムイオン電池をバッテリーセルに使用し、定格電圧５０Ｖ、１０００Ｗｈの蓄電池１３とする。なお、本実施の形態では、リチウムイオン電池を使用するとしたが、ニカド蓄電池やニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池等の他の蓄電池でも充放電時間、大きさ、価格のバランスが取れればこれに限らずともよい。

蓄電池１３は商用電源９から供給された交流電源を第２の整流器１４を介して直流電源に変換された電源から充電電圧に変換する充電回路１５を介して充電される。

充電回路１５はＡＣ１００Ｖを降圧し、５０ＶのＤＣ電圧に変換する定電圧定電流回路であり、蓄電池１３の充電電圧が低い間は定電流充電を行い、充電電圧が高くなった場合に定電圧充電を行うＣＶＣＣ方式とする。なお、本実施の形態では充電回路１５をＣＶＣＣ方式としたが、蓄電池１３の寿命、環境温度のバランスが取れればパルス充電方式でもよい。

充電された蓄電池１３の出力電力を昇圧する第２の電力供給部１６はＤＣ５０ＶをＤＣ２００Ｖに昇圧するチョッパー型の昇圧回路とし、出力電圧を監視し、入力電流を監視する入力電流検知手段を備え、昇圧回路のスイッチング素子のＯＮ時間を制御する。

第１の電力供給部１１はあらかじめ設定された第１の所定電流値（本実施の形態では商用電源供給能力からその他回路で使用する電流を除いた値ＤＣ１４Ａとする）と入力される電流とを比較し、入力される電流がＤＣ１４Ａ未満の間はキャパシタ１２の電圧を２００Ｖになるように昇圧制御し、ＤＣ１４Ａ以上になる場合は、キャパシタ１２の電圧フィードバックによる制御ではなく、入力電流がＤＣ１４Ａになるように昇圧制御する。

また、第１の電力供給部１１は制御手段５と接続され、制御手段５からの信号により、昇圧動作の開始、停止を行う。

第２の電力供給部１６はあらかじめ設定された第２の所定電流値（本実施の形態では蓄電池１３の許容放電電流としてＤＣ２０Ａとする）と入力される電流とを比較し、ＤＣ２０Ａ未満の間はキャパシタ１２の電圧を２００Ｖになるように昇圧制御し、ＤＣ２０Ａ以上になる場合は、キャパシタ１２の電圧フィードバックによる制御ではなく、入力電流がＤＣ２０Ａになるように昇圧制御する。

また、第２の電力供給部１６は制御手段５（本実施の形態ではマイコンとする）と接続され、制御手段５からの信号により、昇圧動作の開始、停止を行う。

また、充電回路１５は制御手段５により充電動作の動作と停止および出力電流の制御が行われ、制御手段５はインバータ回路６が加熱動作中のときは充電回路１５の充電動作を停止して、商用電源９から供給される電流が第１の所定電流値を超えないようにしている。

但し、制御手段５はインバータ回路６が加熱動作中のとき、第１の電力供給部１１の入力電流と第１の所定電流値との差分が第３の所定電流値（本実施の形態では蓄電池１３の最低充電電流として設定したＤＣ１Ａとする）以上であれば第１の電力供給部１１の入力電流と充電回路１５の入力電流の合計が第１の所定電流値を超えないように充電回路１５の入力電流を制御し、インバータ回路６の加熱動作と蓄電池１３の充電とを同時に行う時でも商用電源９からの供給電流が第１の所定電流値を超えない範囲で充電回路１５による蓄電池１３の充電を行うようにする。

次に、図２を用いて制御手段５の動作について説明する。図２は、本実施の形態における誘導加熱調理器のフローチャートである。

まず、Ｓ２において電源コードが商用電源に接続されていない場合に、Ｓ３において充電回路１５は停止され、Ｓ４において使用者が操作・表示手段７を操作し、誘導加熱調理器の加熱開始操作をおこなった場合、制御手段５は加熱中と判断する。この場合、Ｓ６において第２の電力供給部のみ駆動し、Ｓ７においてインバータ回路６を駆動し、設定火力を出力する。なお、本実施の形態では蓄電池１３を１０００Ｗｈの容量とし、蓄電池１３からの出力電力ＭＡＸは１０００Ｗとする。よって、商用電源と接続されていない場合は最大設定火力を１．０ｋＷと制限し、蓄電池１３の充電状態に応じて出力が減少することがある。なお、本実施の形態における蓄電池１３は１０００Ｗｈ、最大出力電力を１０００Ｗとしたが、蓄電池１３の大きさ、価格のバランスによりこれに限られるものではない。また、Ｓ４において使用者が誘導加熱調理器の加熱開始操作をおこなわなかった場合、誘導加熱調理器は停止状態となる。

また、Ｓ２において電源コードが商用電源に接続された場合に、Ｓ９において使用者が操作・表示手段７を操作し、誘導加熱調理器の加熱開始操作をおこなった場合、制御手段５は加熱中と判断する。この場合、Ｓ１７において第１の電力供給部のみ駆動する。次に、Ｓ１８において設定火力が所定出力以上（本実施の形態では所定出力は１．４ｋＷとする）かどうかを判断する。所定出力は商用電源の供給能力から算出される電力からその他回路の消費電力を引いた値に設定する。Ｓ１８において設定火力が所定出力以上であれば、Ｓ１９において充電回路１５を停止し、Ｓ２０において蓄電池１３からの電力供給が可能か調べる。まず、蓄電池１３の充電状態を確認し、電力供給が可能な程度の放電可能状態でない場合はＳ２１において第２の電力供給部１６を停止し、第１の電力供給部１１のみの駆動で、Ｓ２２においてインバータ回路６を駆動し、所定出力（１．４ｋＷ）を出力する。Ｓ２０において放電可能であると判断すれば、第１の電力供給部１１並びにＳ２４において第２の電力供給部１６を駆動し、Ｓ２５においてインバータ回路６を駆動し、設定火力を出力する。本実施の形態では最大設定火力を２．４ｋＷとし、操作・表示手段７にて使用者が設定できる設定火力は２．４ｋＷまでとする。

Ｓ１８において設定火力が所定出力未満であれば、制御手段５は第１の電力供給部１１のみの駆動となるため、Ｓ２７において第２の電力供給部１６を停止し、Ｓ２８においてインバータ回路６を駆動し、設定火力を出力する。制御手段５は、Ｓ２９において蓄電池１３の充電状態を確認し、満充電ではない場合はＳ３０において所定出力から設定出力を差し引いた電流を充電回路１５により蓄電池１３への定電流充電を開始する。

また、Ｓ９において加熱を行っていない場合はＳ１０においてインバータ回路６を停止
し、Ｓ１１において第１の電力供給部１１及び第２の電力供給部１６を停止する。Ｓ１２において蓄電池１３の充電状態を確認し、満充電ではない場合はＳ１３において充電回路１５を駆動し、充電を開始する。また、Ｓ１２において蓄電池１３が充電済みであればＳ１５において充電回路１５を停止する。

本実施の形態では、商用電源からの電源供給には第１の電力供給部１１を備え、インバータ回路６の出力が商用電源の供給能力未満の場合は、定電圧制御を行い、供給能力以上になると定電圧を保てなくなるため、第１の電力供給部１１は商用電源の電源供給能力以上の出力が必要となった場合は、定電圧制御ではなく、定電流制御とすることで、商用電源側からの過剰供給を防ぐことができる。

また、蓄電池１３からの電源供給にも同じように第２の定電力制御回路を備え、インバータ回路６の出力が商用電源の供給分である１．４ｋＷ以上であり、要求電力が２．４ｋＷの場合、蓄電池１３からの供給能力が１ｋＷ以上にならないように、第２の電力供給部１６は蓄電池１３の電源供給能力以上の出力を出さないように、定電流制御とすることで、蓄電部からの過剰供給を防ぐことができる。

また、インバータ回路６の出力が商用電源の供給分である１．４ｋＷ未満であり、蓄電池１３の充電状態を確認し、満充電ではない場合は商用電源の供給分である１．４ｋＷ以上とならないように、蓄電池１３への入力電流を定電流制御とすることで、商用電源の定格電力以内となり、ブレーカーが落ちることを防ぐことができる。

例えば、インバータへの要求電力が１．０ｋＷの場合、商用電源から１０Ａの電流がインバータ回路６における１．０ｋＷの出力となる。この時、同時に蓄電池への充電を行うと最大１０Ａの電流が充電回路に流れる恐れがあり（本実施の形態では定格電圧５０Ｖ、１０００Ｗｈの蓄電池としているため、商用電源ＡＣ１００Ｖでの最大入力電流は１０Ａ）、商用電源から２０Ａの電流が流れることとなり、商用電源の過剰供給になり、ブレーカーが落ちる場合や、機器によっては保安機構（過電流検知等）により動作を停止することになるが、本実施の形態における第１の電力供給部１１と第２の電力供給部１６を備えることで、商用電源の供給能力以内で充電するため、充電回路には４Ａ以内の電流が流れ、ブレーカーが落ちることを防止する誘導加熱調理器を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器は、商用電源の供給能力以上の電力を蓄電池に蓄えた電力を合わせて出力することができるので、その他の調理器に対しても同様に応用することができる。

１調理容器
２トッププレート
３加熱コイル
５制御手段
６インバータ回路
１０第１の整流器
１１第１の電力供給部
１２キャパシタ
１３蓄電池
１４第２の整流器
１５充電回路
１６第２の電力供給部

Claims

外郭を構成する本体と、前記本体の上面に配置され調理容器を載置するトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置され前記調理容器を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インバータ回路と、商用電源から交流電源を入力する電源コードと、商用電源から入力された交流電源を整流する第１の整流器と、前記第１の整流器の出力を昇圧する第１の電力供給部と、充放電可能な蓄電池と、前記商用電源から入力された交流電源を直流電源に変換する第２の整流器と、前記第２の整流器の出力の電流または電圧を変換して前記蓄電池に電力を充電する充電回路と、前記蓄電池の出力を昇圧する第２の電力供給部と、前記第１の電力供給部の出力及び前記第２の電力供給部の出力を平滑し、前記インバータ回路に電力を供給するキャパシタと、前記充電回路、前記第１の電力供給部及び前記第２の電力供給部の各々の動作の開始及び停止を制御する制御手段を備え、前記商用電源から前記第１の整流器及び前記第１の電力供給部を介して前記キャパシタに至る経路と、前記商用電源から前記第２の整流器、前記充電回路、前記蓄電池、及び前記第２の整流器を介して前記キャパシタに至る経路とは、別経路で形成されており、前記制御手段は、前記電源コードから交流電源が入力されていない状態において、加熱を行う場合には前記第２の電力供給部を動作させ、前記電源コードから交流電源が入力されている状態において、加熱を行う場合には前記第１の電力供給部を動作させるとともに前記充電回路は停止させる一方、加熱を停止していて、且つ前記蓄電池の蓄電量が所定量未満の場合には前記充電回路を動作させて前記蓄電池の充電を行う誘導加熱調理器。
前記制御手段は、前記電源コードから交流電源が入力されている状態において、前記商用電源の定格電力を超える出力を前記インバータ回路から出力する場合には前記第１の電力供給部及び前記第２の電力供給部を同時に駆動する請求項１に記載の誘導加熱調理器。
前記制御手段は、前記電源コードから交流電源が入力されている状態において、前記商用電源の定格電力未満である所定の出力以下の出力を前記インバータ回路から出力し、且つ前記蓄電池の蓄電量が所定量未満の場合には、前記第１の電力供給部を動作させるとともに前記インバータ回路へ供給する電力と前記充電回路へ供給する電力を合わせた電力が前記商用電源の定格電力を超えないような充電電力にて前記充電回路を動作させて前記蓄電池の充電を行う請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。