JP7373190B2 - 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、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱調理器が提供されている。このような誘導加熱調理器は、複数の加熱コイルのそれぞれに対応して設けられた複数のインバータを備えており、それぞれを所定の駆動周波数で駆動させることにより、設定された加熱出力が得られるものとされている。このような誘導加熱調理器においては、複数の加熱コイルを同時に使用したときに、各インバータの駆動周波数の差分に相当する周波数が可聴周波数となり、不快な干渉音が発生してしまう。

そこで、各インバータの出力を同じ周波数に固定、出力の制御は固定周波数周期の中で加熱コイルに流れる電流時間を変化させる方式が一般的に行われている。また、下記特許文献１に開示されている誘導加熱調理器では、複数のインバータ駆動回路間の駆動周波数差が連続的に変動するスウィープ状態を継続させるよう制御し、使用者に聞こえる干渉音を低減させることとしている。

特許５８３２１２９号公報

しかしながら、上記の同じ周波数に固定する方法は、スイッチング素子が２個必要なハーフブリッジ回路、あるいは４個必要なフルブリッジ回路の電流共振インバータが必要であり、スイッチング素子１個のシンプル電圧共振インバータが使用できない。また、上記特許文献１の誘導加熱調理器においては、仮に、使用者に対して干渉音を聞こえにくくすることができたとしても、干渉音がホワイトノイズ化されているとまでは言い難い。特許文献１においては、駆動周波数を連続的にスウィープさせる場合の一例として周期性を待った三角波とする例が挙げられている。しかしながら、このように駆動周波数をスウィープさせることによって干渉音を低減できたとしても、前記三角波の繰り返し周期による周波数、及びその高調波周波数成分が可聴周波数となると考えられる。このため、その可聴周波数成分による音が発生し、不快に感じる懸念がある。

そこで本発明は、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱調理器において、前記課題を解決し、不快な干渉音の発生を抑制することを目的とした。

（１）本発明の誘導加熱調理器は、複数の加熱コイルと、前記複数の加熱コイルそれぞれに対応して設けられ、高周波電流を供給する複数のインバータと、複数の前記インバータがそれぞれ設定された出力となるように、駆動周波数を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のインバータの駆動周波数の差が可聴周波数の範囲内になるものであることを条件として、前記複数のインバータのうち少なくとも一つの駆動周波数をランダムに所定の周波数幅で変調することにより干渉音の周波数を拡散させること、を特徴とするものである。

本発明の誘導加熱調理器においては、複数のインバータの駆動周波数の差が可聴周波数の範囲内になるものであることを条件として、複数のインバータのうち少なくとも一つの駆動周波数をランダムに変調させ、干渉音の周波数を拡散させることができる。従って、本発明によれば、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱調理器において、不快な干渉音の発生を抑制することができる。

（２）上述した誘導加熱調理器は、所定の範囲において乱数を経時的に発生する乱数発生部を有し、前記制御部が、前記複数のインバータのうち少なくとも一つの駆動周波数を前記乱数発生部において発生した乱数で変調することにより干渉音の周波数を拡散させること、を特徴とするものであると良い。

本発明の誘導加熱調理器においては、乱数発生部を有し、所定の範囲において乱数を経時的に発生できるものとされている。また、制御部は、複数のインバータの駆動周波数の差が可聴周波数の範囲内になるものであることを条件として、複数のインバータのうち少なくとも一つの駆動周波数を前記乱数発生部において発生した乱数で変調させ、干渉音を周波数拡散させることができる。従って、本発明によれば、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱調理器において、不快な干渉音の発生を抑制することができる。

（３）上述した誘導加熱調理器において、前記制御部は、最も出力の高いインバータ（最も低い周波数）について、乱数による駆動周波数の変調を行うことなく駆動制御し、他のインバータについて、乱数による駆動周波数の変調を行うものであると良い。

かかる構成によれば、周波数拡散幅（拡散幅が広いほど干渉音抑制効果が大きい）を同じ条件として、入力変動幅を小さくすることができるとともに、最も出力の高いインバータについて乱数による駆動周波数の変調を行う必要がなくなる。従って、本発明によれば、シンプルな制御により不快な干渉音の発生を抑制可能な誘導加熱調理器を提供できる。

（４）上述した誘導加熱調理器において、前記制御部は、前記複数のインバータの駆動周波数を変調するそれぞれの乱数が、互いに相殺されるような関係の乱数とすること、を特徴とするものであると良い。

かかる構成によれば、周波数拡散幅を2倍にできるとともに、周波数拡散幅内における駆動周波数差の発生頻度が同じとなる。従って、複数のインバータが異なる駆動周波数による駆動で発生する干渉音を大幅に抑制できる。加えて、入力変動もお互いのインバータ間で相殺（１００％相殺ではないが）されことになり、入力変動幅の抑制効果も期待できる。なお、お互いに独立した乱数の場合、前記周波数差の発生頻度は、前記拡散幅の中心周波数で最大となり、干渉音の抑制効果が薄れる。

（５）上述した誘導加熱調理器において、前記制御部は、前記複数のインバータのそれぞれについての入力の平均値が設定出力に応じた所定の入力になるように中心周波数を制御するものであると良い。

かかる構成によれば、不快な干渉音の発生を抑制しつつ、設定通りの出力が得られる誘導加熱調理器を提供できる。

（６）上述した誘導加熱調理器は、前記乱数発生部が、Ｍ系列の疑似乱数発生器であれば、容易に汎用マイコンにより乱数の生成ができる。

本発明によれば、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱調理器において、不快な干渉音の発生を抑制可能な誘導加熱調理器を提供できる。

本発明の一実施形態に係る誘導加熱調理器を示す図である。 図１の誘導加熱調理器の構成を示すブロック図である。 図１の誘導加熱調理器に用いられているインバータの一例を示す回路図である。 図１の誘導加熱調理器において、周波数拡散制御を行うときにおける各インバータの駆動周波数の推移の一例を示すグラフである。 図１の誘導加熱調理器において、周波数拡散制御を行うときにおける各インバータの駆動周波数の推移の他の例を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る誘導加熱調理器１０について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明においては、誘導加熱調理器１０の基本構成の概略、及び駆動するための回路の一例であるインバータ３０、及び制御部６０について説明を行った後、誘導加熱調理器１０において行われる特徴的な制御方法について説明する。

≪誘導加熱調理器１０の基本構成について≫
図１に示す誘導加熱調理器１０は、鍋等を載置可能なトッププレート１２の左右に第一加熱口１４、第二加熱口１６を有する。誘導加熱調理器１０は、トッププレート１２の下方側であって第一加熱口１４及び第二加熱口１６に対応する位置に、第一加熱コイル１８、及び第二加熱コイル２０を備えている。

誘導加熱調理器１０は、第一加熱コイル１８、及び第二加熱コイル２０への通電に伴って発生する高周波磁界により、第一加熱口１４及び第二加熱口１６の上部に載置された鍋等の被加熱物を誘導加熱することができる。誘導加熱調理器１０は、例えばトッププレート１２等に設けられた操作パネル２２により、第一加熱口１４及び第二加熱口１６の出力を設定することができる。

≪インバータ３０について≫
誘導加熱調理器１０は、図２に示すように複数（本実施形態では二つ）のインバータ３０を備えている。インバータ３０は、商用電源等の交流電源２４に対して接続されている。インバータ３０は、第一加熱コイル１８用の第一インバータ３０ａ、及び第二加熱コイル２０用の第二インバータ３０ｂを有する。第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂは、同一の構成を有するものであるため、以下の説明、及び図３においては、インバータ３０と総称し、両者を特段区別することなく説明する。

図２や図３に示すように、インバータ３０は、第一加熱コイル１８、又は第二加熱コイル２０と、商用電源等の交流電源２４とに対して接続されている。図３に示すように、インバータ３０は、非平滑直流電圧回路４０と、インバータ回路４２とを備えている。

非平滑直流電圧回路４０は、全波整流回路４４、チョークコイル４６、及びコンデンサ４８を備えている。全波整流回路４４は、ダイオードブリッジによって構成されている。全波整流回路４４は、入力側において交流電源２４に対して接続されている。また、全波整流回路４４は、出力側の一方（直流電源ライン４０ａ）においてチョークコイル４６を介してコンデンサ４８の一端に接続され、他方（直流電源ライン４０ｂ）においてコンデンサ４８の他端に接続されている。

インバータ回路４２は、非平滑直流電圧回路４０（直流電源ライン４０ａ，４０ｂ）の出力側に接続されている。インバータ回路４２は、スイッチング素子５０、フリーホールダイオード５２、及びコンデンサ５４を備えている。スイッチング素子５０は、直流電源ライン４０ａ，４０ｂ間に接続されている。フリーホールダイオード５２は、スイッチング素子５０に対して並列に接続されている。また、コンデンサ５４は、第一加熱コイル１８又は第二加熱コイル２０に対して並列に接続されている。

≪制御部６０について≫
制御部６０は、複数（本実施形態では２つ）のインバータ３０（第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂ）がそれぞれ設定された出力となるように、駆動周波数を制御するものである。制御部６０は、例えばマイクロコンピュータを含んだものとされている。制御部６０は、上述したインバータ回路４２を動作制御することにより、第一加熱コイル１８、又は第二加熱コイル２０に高周波電流を印加し、高周波磁界を発生させることができる。

制御部６０は、乱数発生部６２と、周波数変調部６４と、駆動周波数制御部６６とを備えている。乱数発生部６２は、インバータ３０の駆動周波数を変調するための乱数を発生させるものである。乱数発生部６２は、所定の範囲において乱数を経時的にランダムに変動するように発生するもの（所定の時間毎に連続的に発生するもの）である。乱数発生部６２は、例えば、Ｍ系列の疑似乱数発生器等によって構成すると良い。周波数変調部６４は、複数のインバータ３０（本実施形態では第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂ）のうち少なくとも一つのインバータ３０について、駆動周波数を乱数発生部６２において発生した乱数で変調するものである。駆動周波数制御部６６は、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの設定出力に応じて、駆動周波数の中心値を調整するものである。

制御部６０は、周波数変調部６４において変調された駆動周波数にてインバータ３０を動作させることにより、駆動周波数の差により生じる干渉音の周波数（可聴音周波数）を拡散させる制御（周波数拡散制御）を行える。以下、制御部６０により行われる誘導加熱調理器１０に特有の制御である周波数拡散制御に関し、図面を参照しつつ詳細に説明する。

≪周波数拡散制御について≫
以下、誘導加熱調理器１０において制御部６０によって行われる周波数拡散制御について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

ここで、上述した誘導加熱調理器１０のように、複数のインバータ３０（本実施形態では第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂ）が存在している場合、それぞれの設定出力が相違すると共に、複数のインバータ３０の駆動周波数の差が可聴周波数の範囲内になると、不快な干渉音が発生するという懸念がある。そこで、本実施形態の誘導加熱調理器１０においては、周波数拡散制御を行うことにより、干渉音により使用者等に与える不快感を抑制することができる。

具体的には、本実施形態の誘導加熱調理器１０においては、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂのそれぞれに対応して二つの乱数発生部６２（第一乱数発生部６２ａ，第二乱数発生部６２ｂ）を備えている。第一乱数発生部６２ａ及び第二乱数発生部６２ｂは、乱数により決定される周波数変調の部分が互いに相殺される関係とする。例えば、第一乱数発生部６２aにより生成された変調周波数（ｆｒａ）と、第二乱数発生部６２ｂの生成された変調周波数（ｆｒｂ）の関係をｆｒａ＝－ｆｒｂとする。変調周波数範囲は、所定の範囲（±Ｍ）とし、この周波数範囲内でランダムな周波数を生成する。なお、本実施例のインバータは、周波数を高くすることにより出力を低下させ、入力を小さくできるインバータである。

さらに詳細には、図４に示すように、周波数変調部６４は、第一乱数発生部６２ａにおいて発生する乱数に基づき、第一インバータ３０ａの駆動周波数を経時的にランダムに変調させる（同図（ａ）参照）。また、周波数変調部６４は、第二乱数発生部６２ｂにおいては、前記説明した第一乱数発生部との関係に従う乱数に基づき、第二インバータ３０ｂの駆動周波数についても経時的に変調させる（同図（ｂ）参照）。また、駆動周波数制御部６６は、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂについてそれぞれの入力平均値が設定出力に応じた所定の入力になるように、それぞれの駆動集周波数の中心（ｆｃａ）あるいは（ｆｃｂ）を制御する。駆動周波数と入力は、上述した関係があるので、入力の平均値は、駆動周波数の中心を高くすれば小さくなり、低くすれば大きくなる。

ここで、上述したように、第一乱数発生部６２ａ及び第二乱数発生部６２ｂは、各タイミングにおいて発生する乱数に対応した変調周波数の部分（ｆｒａ，ｆｒｂ）が互いに相殺されるものとされている。そのため、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの駆動周波数の所定時間内の総和は、それぞれの駆動周波数の中心(ｆｃａ)および（ｆｃｂ）、あるいは、その近傍となる。

また、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの駆動周波数の差は、上述した関係から、それぞれの駆動周波数の中心の差（ｆｃａ－ｆｃｂ）を中心として、周波数範囲が2倍（±２Ｍ）となる。これが干渉音の周波数拡散幅となる。この拡散幅内での干渉音周波数発生頻度は、第一乱数発生部６２ｂでの乱数を２倍に拡大した数値となるのみでランダム性への影響がないので、第一乱数発生部６２ａで発生した乱数と同様なランダムな値となる。そのため、誘導加熱調理器１０においては、干渉音に起因する不快感を抑制できる。

さらに、第一インバータ３０ａが駆動周波数を増加させる（入力が減少）ときには、第二インバータ３０ｂは、駆動周波数を減少させる（入力を増加）させることから、周波数変調による入力の変動を抑制できる。

上述したように、本実施形態の誘導加熱調理器１０は、制御部６０が備えている乱数発生部６２が、所定の範囲において乱数を経時的に発生できるものとされている。また、誘導加熱調理器１０においては、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの駆動周波数の差が可聴周波数の範囲内になるものであることを条件として、制御部６０が、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの駆動周波数を乱数発生部６２において上述した関係をもつ乱数で変調させ、干渉音の周波数を拡散させることができる。従って、本実施形態によれば、複数の第一加熱コイル１６及び第二加熱コイル２０を備えた誘導加熱調理器１０において、不快な干渉音の発生を抑制することができる。さらに、入力の変動の抑制もできることから、変調波の電源への流出対策が容易になる。

なお、本実施形態の誘導加熱調理器１０は、第一加熱口１４用の第一インバータ３０ａ、及び第二加熱口１６用の第二インバータ３０ｂの２つのインバータ３０を備えたものであるが、さらに多数の加熱口やインバータ３０を設けたものであっても良い。誘導加熱装置１０を、３つ以上のインバータ３０を備えたものとした場合についても、上記同様の制御を行うことにより、不快な干渉音の発生を抑制することができる。

また、本実施形態においては、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの駆動周波数の差異が可聴周波数の範囲内になるものであることを条件として、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの双方について、駆動周波数を乱数発生部６２において発生した乱数で変調させる例を示したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、誘導加熱調理器１０は、複数設けられたインバータ３０のうちの少なくとも一つについて乱数で駆動周波数を変調させるものであれば良く、必ずしも全てのインバータ３０の駆動周波数を乱数で変調させる必要はない。この場合は、周波数変調幅と同じ周波数幅が拡散周波数幅となる。また、入力変動を抑制する効果もない。

具体的には、図５に示すように、複数設けられたインバータ３０（本実施形態では第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂ）のうち、最も出力の高い第一インバータ３０について、乱数による駆動周波数の変調を行うことなく駆動制御し、他のインバータ３０である第二インバータ３０ｂについて、乱数による駆動周波数の変調を行うものとしても良い。この場合には、第二のインバータ３０ｂは、出力が低いので、駆動周波数が高くなることから、拡散周波数幅が同じとした条件での入力変動幅を小さくできる。

このような構成によれば、最も出力の高い第一インバータ３０ａについて乱数による駆動周波数の変調を行う必要がなくなる。これにより、誘導加熱調理器１０の制御を一層簡素化しつつ、不快な干渉音の発生を抑制可能とすることができる。

なお、図５に示す例では、乱数による駆動周波数の変調を行わないインバータ３０として、最も出力の高いインバータ３０を選択した例を示したが、例えば最も出力の低いインバータ３０について乱数による駆動周波数の変調を行わず、その他のインバータ３０について乱数による駆動周波数の変調を行うようにしても良い。また、上述のように、３つ以上のインバータ３０を設ける場合には、中間の設定出力のインバータ３０を乱数による駆動周波数の変調を行わないものとし、最大出力のインバータ３０や最小出力のインバータ３０等の他のインバータ３０について乱数による駆動周波数の変調を行うようにしても良い。

また、上述した誘導加熱調理器１０は、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの駆動周波数を変調するそれぞれの乱数が、互いに相殺されるように制御するものである。このような制御を行うことにより、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂが異なる駆動周波数で駆動することで発生する干渉音を大幅に抑制できる。なお、本実施形態では、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂの駆動周波数を変調するそれぞれの乱数が、互いに相殺されるようにした例を示したが、例えば図５に示す例のように、互いに相殺されないものであっても良い。この場合は、拡散周波数幅内の干渉音周波数出現頻度は、拡散周波数幅内の中央値で多くなるが、拡散周波数幅は、上述の互いに相殺する場合と同じであり、干渉音の抑制ができる。

上述した誘導加熱調理器１０は、第一インバータ３０ａ及び第二インバータ３０ｂのそれぞれについての入力の平均値が設定出力に応じた所定の入力になるように、中心周波数を制御するものである。誘導加熱調理器１０は、このような制御を行うため、不快な干渉音の発生を抑制しつつ、設定通りの出力を得ることができる。

上述した誘導加熱調理器１０は、乱数発生部６２として、Ｍ系列の疑似乱数発生器を備えたものを例示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、他の方法や装置等によって乱数を出力可能なものとしても良い。

本発明は、上述した実施形態や変形例等として示したものに限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲でその教示および精神から他の実施形態があり得る。上述した実施形態の構成要素は任意に選択して組み合わせて構成するとよい。また実施形態の任意の構成要素と、発明を解決するための手段に記載の任意の構成要素、又は発明を解決するための手段に記載の任意の構成要素を具体化した構成要素とは任意に組み合わせて構成してもよい。これらについても本願の補正、又は分割出願等において権利取得する意思を有する。

本発明は、複数加熱コイルを有する誘導加熱調理器全般において好適に利用できる。

１０ ：誘導加熱調理器
１８ ：第一加熱コイル
２０ ：第二加熱コイル
２４ ：交流電源
３０ ：インバータ
３０ａ ：第一インバータ
３０ｂ ：第二インバータ
６０ ：制御部

Claims (4)

1. 複数の加熱コイルと、
   前記複数の加熱コイルそれぞれに対応して設けられ、高周波電流を供給する複数のインバータと、
   複数の前記インバータがそれぞれ設定された出力となるように、駆動周波数を制御する制御部と、
   所定の範囲において乱数を経時的に発生する乱数発生部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記複数のインバータの駆動周波数の差が可聴周波数の範囲内になるものであることを条件として、前記複数のインバータのうち少なくとも二つの駆動周波数をランダムに変調することにより干渉音の周波数を拡散させるものであり、
   前記複数のインバータは、第一インバータ、及び第二インバータを有し、
   前記乱数発生部は、前記第一インバータに対応する第一乱数発生部、及び前記第二インバータに対応する第二乱数発生部を有し、
   前記第一乱数発生部、及び前記第二乱数発生部は、所定の範囲において乱数を経時的に発生させ、前記乱数により決定される周波数変調の部分が互いに相殺される関係にあり、
   前記制御部は、前記第一乱数発生部および前記第二乱数発生部において発生される乱数に基づき、前記第一インバータおよび前記第二インバータの駆動周波数を経時的にランダムに変調させることにより干渉音の周波数を拡散させること、を特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記制御部は、
   最も出力の高いインバータについて、乱数による駆動周波数の変調を行うことなく駆動制御し、
   他のインバータについて、乱数による駆動周波数の変調を行うこと、
   を特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記制御部は、
   前記複数のインバータのそれぞれについての入力の平均値が設定出力に応じた所定の入力になるように、前記駆動周波数を制御すること、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記乱数発生部が、
   Ｍ系列の疑似乱数発生器によって構成されていること、
   を特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の誘導加熱調理装置。

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