JPWO2011070785A1 - 誘導加熱装置およびそれを備えた誘導加熱調理器 - Google Patents
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Abstract
Description
前記複数のスイッチング素子を駆動制御する制御部と、
前記インバータ回路に並列接続されると共に、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと共振コンデンサをそれぞれが含む複数の共振回路と、を備え、
前記制御部は、前記複数の共振回路のそれぞれが有する共振周波数のうち、最も高い共振周波数より高い周波数の領域、若しくは最も低い共振周波数より低い周波数の領域を動作領域として前記複数のスイッチング素子を駆動制御し、前記複数の共振回路におけるそれぞれの加熱コイルが組み合わされて少なくとも1つの誘導加熱源が形成され、前記少なくとも1つの誘導加熱源により被加熱物を誘導加熱するよう構成されている。このように構成された本発明の第1の態様の誘導加熱装置は、負荷変動や設定電力の変更に対して高精度に対応することができる信頼性の高い装置になるとともに、製造コストの低減、高い安全性を有する。
前記トッププレートの下方に誘導加熱源としての複数の加熱コイルが配設され前述の第1乃至第12の態様におけるいずれかの誘導加熱装置と、を備えている。このように構成された本発明の第13の態様の誘導加熱調理器は、負荷変動や設定電力の変更に対して高精度に対応することができる信頼性の高い調理器になるとともに、製造コストの低減、および高い安全性を有する調理器となる。本発明の誘導加熱調理においては、被加熱物が上方に存在しない加熱コイルに対して、流れる電流を少なくすることが可能であり、漏洩磁界を低減することができる構成となる。
本発明に係る実施の形態1の誘導加熱調理器は、前述の図19Aおよび図19Bを用いて説明した誘導加熱調理器と外観構成は実質的には同じであり、鍋などの被加熱物を載置するトッププレート、および後述する加熱コイルやインバータ回路などを収納する収容部により外観が構成されている。このように構成された誘導加熱調理器が厨房装置のキャビネットなどに組み入れて使用される。
以下、本発明に係る実施の形態2の誘導加熱調理器について説明する。なお、実施の形態2の誘導加熱調理器は、前述の実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ構成を有している。実施の形態2の誘導加熱調理器において、実施の形態1の誘導加熱調理器と異なる点は、インバータ回路における制御動作である。したがって、実施の形態2の誘導加熱調理器においては、実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。実施の形態2の誘導加熱調理器の構成は、前述の図1に示した実施の形態1の誘導加熱調理器と同様である。
実施の形態2の誘導加熱調理器において、実施の形態1の誘導加熱調理器と同様にトッププレートの加熱領域の内側直下にある第1の加熱コイル48、およびトッププレートの加熱領域の外側直下にある第2の加熱コイル49の2つの加熱コイル48,49により、当該加熱領域に載置された被加熱物、例えば1つの鍋を加熱するよう構成されている。このように構成された実施の形態2の誘導加熱調理器において、被加熱物である鍋がトッププレートの加熱領域に載置されたとき、当該鍋の大きさによっては、第1の加熱コイル48の上方には鍋が存在するが、第2の加熱コイル49の上方には鍋が存在しない場合が生じる。
一方、第1の加熱コイル48の上方に鍋が存在し、第2の加熱コイル49の上方に鍋が載置しないときには、波形W1(第1の加熱コイル48における周波数特性)および波形W4(第2の加熱コイル49における周波数特性)となる。このような周波数特性を示す場合において、インバータ回路40の動作周波数を、共振周波数f1より高い周波数領域を動作領域とした場合、第2の加熱コイル49に入力される電力は第1の加熱コイル48に入力される電力よりも小さくなる(図3において電力差V2参照)。
共振周波数よりも高い周波数でインバータ回路40を動作させている一方の共振回路においては、スイッチング素子に電流が流れている状態でスイッチング動作(オフ動作)を行うことになり好ましい状態である。しかし、共振周波数よりも低い周波数でインバータ回路40を動作させている他方の共振回路においては、スイッチング素子に逆並列に接続された逆導通ダイオードに電流が流れている状態でスイッチング動作(オフ動作)を行うことになり、スイッチング損失を低減できない状態となる。
以下、本発明に係る実施の形態3の誘導加熱調理器について説明する。なお、実施の形態3の誘導加熱調理器は、前述の実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ構成を有している。実施の形態3の誘導加熱調理器において、実施の形態1の誘導加熱調理器と異なる点は、インバータ回路における制御動作である。したがって、実施の形態3の誘導加熱調理器においては、実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。実施の形態3の誘導加熱調理器の構成は、前述の図1に示した実施の形態1の誘導加熱調理器と同様である。
また、実施の形態3の誘導加熱調理器においては、第1の共振コンデンサ50および第2の共振コンデンサ51の容量を固定し、加熱コイル48,49と代表的な被加熱物(鍋)とが磁気結合している時に所望の周波数特性を有するように加熱コイル48,49を予め設計する場合は、少なくとも代表的な被加熱物およびそれに近い特性を有する被加熱物を加熱する際には同様の効果が得られる。
また、実施の形態3の誘導加熱調理器においては、第1の加熱コイル48に入力する電力を減少させる場合について説明したが、第1の加熱コイル48に入力する電力を上昇させる場合においても同様に特性を変更することにより可能である。即ち、本発明に係る実施の形態3の誘導加熱調理器で第1の共振コンデンサ50または第2の共振コンデンサ51の容量を変更する場合においては、複数の加熱コイルの特性を予め調整して製造する必要が無く、組み立てた後の状態において、複数の加熱コイルに入力できる電力の比率を容易に、且つ高精度に変更することができる。逆に、本発明に係る実施の形態3の誘導加熱調理器で第1の共振コンデンサ50または第2の共振コンデンサ51の容量を変更しない場合においては、代表的な被加熱物において加熱コイル48,49を予め設計しておくことにより、第1の共振コンデンサ50または第2の共振コンデンサ51の容量変化手段を有する必要が無く、誘導加熱調理器を安価に構成することができる。
以下、本発明に係る実施の形態4の誘導加熱調理器について説明する。なお、実施の形態4の誘導加熱調理器は、前述の実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ構成を有している。実施の形態4の誘導加熱調理器において、実施の形態1の誘導加熱調理器と異なる点は、インバータ回路における制御動作である。したがって、実施の形態4の誘導加熱調理器においては、実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。実施の形態4の誘導加熱調理器の構成は、前述の図1に示した実施の形態1の誘導加熱調理器と同様である。
なお、実施の形態4の誘導加熱調理器においては、入力する電力が大きい第2の加熱コイル49の共振周波数f2より高い周波数領域をインバータ回路の動作領域とすることにより、前述の実施の形態1から3において説明した効果と同様の効果を有し、負荷に応じた適切な誘導加熱を行うことが可能となる。
以下、本発明に係る実施の形態5の誘導加熱調理器について説明する。なお、実施の形態5の誘導加熱調理器は、前述の実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ構成を有している。実施の形態5の誘導加熱調理器において、実施の形態1の誘導加熱調理器と異なる点は、インバータ回路の制御動作および加熱コイルの構成である。したがって、実施の形態5の誘導加熱調理器においては、実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。実施の形態5の誘導加熱調理器の構成は、前述の図1に示した実施の形態1の誘導加熱調理器と同様である。
図9は、実施の形態5の誘導加熱調理器における誘導加熱装置の加熱コイルの概略形状を示す平面図である。
以下、本発明に係る実施の形態6の誘導加熱調理器について説明する。なお、実施の形態6の誘導加熱調理器は、前述の実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ構成を有している。実施の形態6の誘導加熱調理器において、実施の形態1の誘導加熱調理器と異なる点は、加熱コイルの構成(断面形状)である。したがって、実施の形態6の誘導加熱調理器においては、実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。実施の形態6の誘導加熱調理器の構成は、前述の図1に示した実施の形態1の誘導加熱調理器と同様である。
以下、本発明に係る実施の形態7の誘導加熱調理器について説明する。なお、実施の形態7の誘導加熱調理器は、1つの加熱領域に複数の加熱コイルが並設された構成であり、その他の点は前述の実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ構成を有しており、同じ制御を行っている。したがって、実施の形態7の誘導加熱調理器においては、実施の形態1の誘導加熱調理器と実質的に同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。実施の形態7の誘導加熱調理器における加熱コイル以外の構成は、前述の図1に示した実施の形態1の誘導加熱調理器と同様である。
図12の平面図に示すように、被加熱物が載置される加熱領域72の直下には第1の加熱コイル70と、第2の加熱コイル71が実質的に同一平面上に並設されて誘導加熱面が実質的に同一面となっている。この加熱領域72に被加熱物が載置されることにより、被加熱物は、2つの加熱コイル70,71により略均一に加熱される構成である。
次に説明する異なる使用状況とは、全ての加熱コイル70,71の上方である加熱領域を覆うように被加熱物となる鍋が載置されており、その鍋の内部において内容物が偏って配置された状態である。
図13に示すように、第1の加熱コイル70と第2の加熱コイル71の上方を略覆うように被加熱物である鍋73が載置されており、内容物74である食材(例えばステーキ)が第1の加熱コイル70の上方のみに配置されて焼かれている。
以下、本発明に係る実施の形態8の誘導加熱調理器について説明する。
図14は、実施の形態8の誘導加熱調理器における誘導加熱装置のインバータ回路などの構成を示す回路図である。図14において、前述の図1に示した実施の形態1の誘導加熱調理器と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付している。
以下、本発明に係る実施の形態9の誘導加熱調理器について説明する。
実施の形態9の誘導加熱調理器は、前述の実施の形態8の誘導加熱調理器と同じ構成を有しており、図14に示したように、インバータ回路80において電流位相を電圧位相より進ませてスイッチング動作(オン時)を行うことによりソフトスイッチング動作が行われる構成である。したがって、実施の形態9の誘導加熱調理器においては、実施の形態8の誘導加熱調理器と実質的に同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。実施の形態9の誘導加熱調理器の構成については、前述の図1に示した実施の形態1の誘導加熱調理器を参照。
さらに、本発明の誘導加熱装置においては、複数の加熱コイルを一つのインバータ回路で動作させる構成であるが、電力の制御を確実に、且つ高精度に行うことができるとともに、負荷が変動してもスイッチング素子の損失を抑制することができる。
41 商用電源
42 ダイオードブリッジ
43,45 フィルタコンデンサ
44 フィルタインダクタ
46 第1のスイッチング素子
47 第2のスイッチング素子
48 第1の加熱コイル
49 第2の加熱コイル
50 第1の共振コンデンサ
51 第2の共振コンデンサ
52 制御部
53 スナバコンデンサ
56 第1の共振回路
57 第2の共振回路
60 フィルタ回路
値は高い傾向を示している。
[0087]
波形W5に示す状態において、被加熱物の一部と磁気結合した第2の加熱コイル49に電力が供給されるため、第2の加熱コイル49に入力される電力と第1の加熱コイル48に入力される電力の電力差V3は電力差V2(図3参照)よりも小さくなる。しかしながら、実施の形態2の誘導加熱調理器においては、第2の加熱コイル49の上方に被加熱物が載置されていない場合と同様に、第2の加熱コイル49に供給される電力は低減されるという効果を有する。
[0088]
実施の形態2の誘導加熱調理器においては、第2の加熱コイル49の直径より小さい鍋(小鍋)を加熱することを想定して第2の加熱コイル49の上方に被加熱物が載置されていない場合の動作および効果について説明した。
[0089]
実施の形態2の誘導加熱調理器においては、被加熱物として直径が小さい小鍋が載置された場合以外の効果も有する。例えば、被加熱物である鍋における鍋底の中心が内側に凹んでいる場合には、当該鍋と第2の加熱コイル49との間の距離よりも、当該鍋と第1の加熱コイル48との間の距離の方が離れている。この場合には、当該鍋と第1の加熱コイル48との磁気結合は、当該鍋と第2の加熱コイル49との磁気結合より小さくなる。このような場合においても、磁気結合が小さい第1の加熱コイル48を含む第1の共振回路56の共振周波数が低くなる。
[0090]
したがって、実施の形態2の誘導加熱調理器においては、インバータ回路40の動作周波数が、第1の加熱コイル48および第2の加熱コイル49の上方に被加熱物が載置されているときの、いずれの共振周波数f1よりも高い周波数領域となるよう設定されているため、第1の加熱コイル48と被加熱物との磁気結合が弱い場合であっても、第1の加熱コイル48に流す電流を抑えることができ、インバータ回路40の破壊が確実に防止される構成であるとともに、加熱効率の向上を図ることができる構成でもある。
[0091]
実施の形態2の誘導加熱調理器においては、インバータ回路40のスイッチング素子46,47への電源が電圧源であり、インバータ回路40におけ
Claims (14)
- 複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子の駆動により交流信号を出力するインバータ回路と、
前記複数のスイッチング素子を駆動制御する制御部と、
前記インバータ回路に並列接続されると共に、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと共振コンデンサをそれぞれが含む複数の共振回路と、を備え、
前記制御部は、前記複数の共振回路のそれぞれが有する共振周波数のうち、最も高い共振周波数より高い周波数の領域、若しくは最も低い共振周波数より低い周波数の領域を動作領域として前記複数のスイッチング素子を駆動制御し、前記複数の共振回路におけるそれぞれの加熱コイルが組み合わされて少なくとも1つの誘導加熱源が形成され、前記少なくとも1つの誘導加熱源により被加熱物を誘導加熱するよう構成された誘導加熱装置。 - 前記スイッチング素子の動作領域において、前記1つの誘導加熱源を構成する全ての加熱コイルが被加熱物を誘導加熱するように、前記複数の共振回路における少なくとも前記加熱コイルのインダクタンスと前記共振コンデンサのキャパシタンスを設定するよう構成された請求項1に記載の誘導加熱装置。
- 前記制御部は、前記複数の共振回路のそれぞれが有する共振周波数のうち、最も高い共振周波数より高い周波数の領域のみを動作領域として前記スイッチング素子を駆動制御するよう構成された請求項1に記載の誘導加熱装置。
- 前記共振回路に並列にスナバ回路が接続された請求項3に記載の誘導加熱装置。
- 前記制御部は、前記複数の共振回路のそれぞれが有する共振周波数のうち、最も低い共振周波数より低い周波数の領域のみを動作領域として前記スイッチング素子を駆動制御するよう構成された請求項1に記載の誘導加熱装置。
- 前記複数のスイッチング素子とインダクタが直列接続され、電流位相を電圧位相より進ませるように前記複数のスイッチング素子がソフトスイッチング動作するよう構成された請求項5に記載の誘導加熱装置。
- 前記複数の共振回路における各共振周波数は、前記加熱コイルのインダクタンスと前記共振コンデンサのキャパシタンスにより異なる値に設定された請求項1に記載の誘導加熱装置。
- 前記複数の共振回路において、入力する電力が大きい加熱コイルを含む共振回路の共振周波数が、入力する電力が小さい加熱コイルを含む共振回路の共振周波数より高く設定された請求項7に記載の誘導加熱装置。
- 1つの誘導加熱源を構成する複数の加熱コイルのそれぞれに入力する電力の比率が、前記複数の加熱コイルのそれぞれにおける被加熱物に対向する面積に対応する比率となるよう構成された請求項1乃至8のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
- 1つの誘導加熱源を構成する複数の加熱コイルに流す電流値の比率は、前記複数の加熱コイルのそれぞれを形成するコイル線における電流の流れる方向に直交する断面積に対応する比率となるよう構成された請求項1乃至8のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
- 1つの誘導加熱源を構成する複数の加熱コイルが、同一平面状に配設された請求項1乃至10のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
- 1つの誘導加熱源を構成する複数の加熱コイルは、それぞれが異なる直径を有するコイル状に形成され、同心円状に配設された請求項3に記載の誘導加熱装置。
- 被加熱物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誘導加熱源としての複数の加熱コイルが配設され請求項1乃至12のいずれか1項に記載の誘導加熱装置と、
を備えた誘導加熱調理器。 - 前記トッププレートは、被加熱物を載置する複数の加熱領域を有すると共に、前記複数の加熱領域における少なくとも1つの加熱領域に対する誘導加熱源として前記誘導加熱装置が備えられた請求項13に記載の誘導加熱調理器。
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