(57)【要約】【課題】加熱コイルとインバータ回路部との構成が簡単である。【解決手段】直流電源Ｅに接続された第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子の直列接続で構成される第１のアームと、第１のアームに並列接続された第３のスイッチ素子と第４のスイッチ素子の直列接続で構成される第２のアームと、第１のアームの第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子との接続部に一端側を接続された第１の共振コンデンサＣ１と、第２のアームの第３のスイッチ素子と第４のスイッチ素子との接続部に一端側を接続された第２の共振コンデンサＣ２と、第１の共振コンデンサＣ１の他端側と第２の共振コンデンサＣ２の他端側との間に接続された加熱コイル５とを備え、加熱コイル５は、第１の加熱コイルＬ１と第２の加熱コイルＬ２が直列に接続され、第１の加熱コイルＬ１と第２の加熱コイルＬ２の接点から直流電源ＥのＧＮＤとを接続する第５のスイッチ手段を備えたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続された第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子の直列接続で構成される第１のアームと、
該第１のアームに並列接続された第３のスイッチ素子と第４のスイッチ素子の直列接続で構成される第２のアームと、
前記第１のアームの第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子との接続部に一端側を接続された第１の共振コンデンサと、
前記第２のアームの第３のスイッチ素子と第４のスイッチ素子との接続部に一端側を接続された第２の共振コンデンサと、
前記第１の共振コンデンサの他端側と前記第２の共振コンデンサの他端側との間に接続された加熱コイルとを備え、
該加熱コイルは、
第１の加熱コイルと第２の加熱コイルが直列に接続され、
前記第１の加熱コイルと前記第２の加熱コイルの接点から前記直流電源のＧＮＤとを接続する第５のスイッチ手段を備えたことを特徴とする誘導加熱調理器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱調理器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、誘導加熱調理器に用いられる１つの加熱コイルを、内側加熱コイルと外側加熱コイルとに独立した加熱コイルを有し、それぞれの加熱コイルにハーフブリッジで構成した駆動部を設けた誘導加熱調理器が公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１６４９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つの加熱コイルから内側加熱コイルと外側加熱コイルとに独立し、それぞれの加熱コイルにハーフブリッジで構成した駆動部に接続するため、１つの加熱コイルから駆動部に接続するための接続線を４本引き出す必要がある。この引き出し線には高圧が印加されるため大きな絶縁距離を必要とするため、製品への取り付けが大変難しくなる課題が有る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、直流電源に接続された第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子の直列接続で構成される第１のアームと、該第１のアームに並列接続された第３のスイッチ素子と第４のスイッチ素子の直列接続で構成される第２のアームと、前記第１のアームの第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子との接続部に一端側を接続された第１の共振コンデンサと、前記第２のアームの第３のスイッチ素子と第４のスイッチ素子との接続部に一端側を接続された第２の共振コンデンサと、前記第１の共振コンデンサの他端側と前記第２の共振コンデンサの他端側との間に接続された加熱コイルとを備え、該加熱コイルは、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルが直列に接続され、前記第１の加熱コイルと前記第２の加熱コイルの接点から前記直流電源のＧＮＤとを接続する第５のスイッチ手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、加熱コイルとインバータ回路部との構成が簡単になる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る誘導加熱調理器の斜視図である。
【図２】本発明に係る加熱コイルとインバータ回路部の概略説明図である。
【図３】本発明に係る加熱コイルの説明図である。
【図４】本発明に係る加熱コイルの中心に負荷の鍋を載置した時のインバータ回路の周波数と電力の関係を示す説明図である。
【図５】本発明に係る加熱コイルの中心から負荷の鍋をずらした時のインバータ回路の周波数と電力の関係を示す説明図である。
【図６】本発明に係る加熱コイルとインバータ回路部がフルブリッジ時の概略説明図である。
【図７】図６に示す各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の駆動状態と加熱コイルに流れる電流を示した説明図である。
【図８】本発明に係る加熱コイルとインバータ回路部がハーフブリッジ時の概略説明図である。
【図９】図８に示す各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の駆動状態と各加熱コイルに流れる電流を示した説明図である。
【図１０】図６、図８で加熱コイルに印加した時の負荷の鍋の発熱状態を示した説明図である。
【図１１】図８に示す回路でハーフブリッジ回路ＨＢ１とＨＢ２を交互に動作する時の各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の駆動状態と各加熱コイルに流れる電流を示した説明図である。
【図１２】加熱コイルを交互に動作した時の負荷の鍋の発熱状態を示した説明図である。
【図１３】小径鍋を加熱する時の説明図である。
【図１４】図１３の動作時の各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の駆動状態と各加熱コイルに流れる電流を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。
【０００９】
尚、本実施例は、キッチンに嵌め込むビルトイン型の他にキッチンに載置する据置型の加熱調理器であっても差し支えない。
【００１０】
加熱調理器の本体２は、システムキッチン１の上面から落とし込んで設置することで組み込まれる。
【００１１】
調理を行う被加熱物の鍋１２は、本体２の上面に配置された耐熱ガラス等からなり光を透過するプレート３の載置部６に載置されることで調理可能となる。
【００１２】
載置部６は、本体２上面のプレート３の上面手前に載置部右６ａと載置部左６ｂが配置され、これら両載置部６ａおよび６ｂの間の奥（中央後部）に載置部中央６ｃが配置されている。そして、プレート３を挟んで各載置部６の下に鍋１２を加熱するための後述する加熱コイル５がそれぞれ設置されている。配置は、載置部右６ａ、載置部左６ｂ、載置部中央６ｃの下方には加熱コイル５が設けられている。
【００１３】
プレート３の周囲端面には、プレート３を保護するためにフレーム１４が設けられている。該フレーム１４は、プレート３の手前の上端縁に取り付けられるフレーム前１４ａと、プレート３の後方上端縁に取り付けられるフレーム後１４ｂと、右側上端縁に取り付けられる１４ｃと、左側上端縁に取り付けられるフレーム左１４ｄとで構成されている。
【００１４】
本体２の内部には、発熱部材である後述する加熱コイル５や制御回路を構成する電子部品が設けられており、加熱コイル５や制御回路の後方には、これらを冷却するための送風ファンと、本体２の外部から空気を吸込むための吸気口７及び冷却後の排気を排出する排気口８が設けられている。
【００１５】
前記吸気口７で吸入した空気は、本体２の内部で発熱する加熱コイル５や電子部品を冷却した後に排気口８から本体２外に排出される。
【００１６】
また、本体２の左側には、魚やピザなどを焼くためのロースター４が設けられている。
【００１７】
図２は本発明の一実施例におけるインバータ主回路構成を示したものである。
【００１８】
図２において、直流電源Ｅの両母線には、還流ダイオードを接続したスイッチ素子Ｓ１およびＳ２を直列接続した第１のアーム１１ａと、還流ダイオードを接続したスイッチ素子Ｓ３およびＳ４を直列接続した第２のアーム１１ｂとを接続する。前記第１のアーム１１ａの中点には内側加熱コイルＬ１と共振コンデンサＣ１（第１の共振コンデンサ）で構成される第１の共振回路１を接続し、前記第２のアーム１１ｂの中点には外側加熱コイルＬ２と共振コンデンサＣ２（第２の共振コンデンサ）で構成される第２の共振回路２を接続し、前記２つの共振回路同士を接続するとともに、その接点と電源母線の片側（ＧＮＤ）をスイッチ手段Ｓ５で接続する。（スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４に並列に接続するスナバコンデンサは省略する）
図３は加熱コイルの構造例である。
【００１９】
図３において加熱コイル５は２つの同心円盤状に巻いたものであり、内側加熱コイルＬ１（第１の加熱コイル）は内側の小径部分、外側加熱コイルＬ２（第２の加熱コイル）は外側の大径部分を指し、内側加熱コイルＬ１と外側加熱コイルＬ２との間には間隙を設定して配置する。また、内側加熱コイルＬ１や外側加熱コイルＬ２そのものにも間隙を設けてもよい。図２に示す構成においては、共振回路同士の接続部を加熱コイルＬ１と外側加熱コイルＬ２の一端接続とすると構造が簡便になるため、その例を示している。
【００２０】
ここで、後述するフルブリッジ動作、および、ハーフブリッジ動作に関係する各共振回路の共振周波数と制御周波数範囲と投入電力の関係について述べる。
【００２１】
加熱コイル５の外径よりも大きな負荷をコイルの中心に載せた時の内側加熱コイルＬ１のインダクタンスＬ１と外側加熱コイルＬ２のインダクタンスＬ２、および、共振コンデンサＣ１の静電容量Ｃ１、共振コンデンサＣ２の静電容量Ｃ２から算出される共振周波数をそれぞれｆ１、ｆ２としたとき、略ｆ１＝ｆ２、となるように設定するとよい。より適切には、内側加熱コイルＬ１、外側加熱コイルＬ２のインダクタンスＬ１、Ｌ２を略等しくしておき、共振コンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量Ｃ１、Ｃ２を等しくしておくとよい。このような関係にしておくと、図２における第１の共振回路１および第２の共振回路２の接続回路の共振周波数ｆｓと、第１の共振回路１、第２の共振回路２それぞれの共振周波数ｆ１、ｆ２の周波数が略等しくなる。
【００２２】
この状態から負荷をずらしていくと、外側加熱コイルＬ２の上方にかかる金属部面積が減少するため、インダクタンスが増加していくので第２の共振回路２の共振周波数ｆ２はｆ１に比べて低下していく。
【００２３】
図４は負荷の鍋１２が中心に載せられている場合の周波数とインバータ投入電力の関係である。
【００２４】
通常は共振周波数15ｆｓよりも高い周波数範囲ｆｃｔｒｌを適切に選択して動作させることで、最大電力ＰｍａｘからＰｍｉｎまで電力を制御することができ、かつ、各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４をゼロ電圧スイッチングできる。さらに、すでに述べたように、共振周波数ｆ１、ｆ２がｆｓと略等しければ用いるそれぞれインバータ制御する周波数範囲を共通化することができるため、動作周波数を決める基準発振周波数手段を変更せずに用いることができるという利点がある。
【００２５】
図５は負荷の鍋１２が中心からずれて載せられた場合の周波数とインバータ投入電力の関係である。
【００２６】
負荷の鍋１２が中心からずれて載せられた場合は、外周加熱コイルＬ２の上方に配置される金属面積が減少するためにインダクタンスＬ２が増加する（無負荷の場合のインダクタンスに近づく）。したがって、第２の共振回路２の共振周波数は低下するため、図５に示されるように、インバータ動作周波数に対するインバータ投入電力が低く変化するものの、インバータ制御する周波数範囲ｆｃｔｒｌはそのままで問題なく動作する。
【００２７】
内側加熱コイルＬ１のインダクタンスが変化しない領域に関しても、第１の共振回路１の共振周波数ｆ１は変化しない（ｆｓのまま）。このため、インバータ動作周波数範囲ｆｃｔｒｌを変化させる必要がない。
【００２８】
したがって、略ｆ１＝ｆ２に設定しておけば、インバータ動作周波数範囲に関しては問題なく制御できることは明らかである。
【００２９】
図６は本発明の一実施例における第１の動作モードであるフルブリッジ構成のインバータ回路の概略図である。
【００３０】
図６において、図２に示すスイッチ手段Ｓ５をオフ状態にしと第１の共振回路１と第２の共振回路２を直列接続した回路構成を示し、スイッチ手段Ｓ１とＳ４、Ｓ２とＳ３を交互に駆動することで直列接続した共振回路に正負の電圧を印加し、高い電力を投入するモードである。
【００３１】
図７は、図６における各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の駆動状態と加熱コイルに流れる電流を示したものである。
【００３２】
図７の動作はフルブリッジ動作であるため、スイッチ素子Ｓ１とＳ４、およびスイッチ素子Ｓ２とＳ３を交互にオンオフさせるとともに、その切り替わりの際にブランク時間を設けている。この動作により、内側加熱コイルＬ１、外側加熱コイルＬ２に流れる電流はＩＬのように流れる。なお、内側加熱コイルＬ１、外側加熱コイルＬ２には同方向の電流が流れるようにしておく必要がある。
【００３３】
このとき、最も高い電力を負荷の鍋１２に投入できるのは、１周期が共振周波数ｆｓの逆数の場合であるが、制御の安定化を図るため、周波数ｆｓよりも若干高い周波数において目的の電力が投入できるように共振回路の定数およびインバータの駆動周波数範囲ｆｃｔｒｌを設定しておく。
【００３４】
図８は本発明の一実施例における第２の動作モードである。二つのハーフブリッジ構成としたインバータ回路の概略図である。
【００３５】
図２において、スイッチ手段Ｓ５をオンにすると図８に示すように、二つのハーフブリッジ回路ＨＢ１とＨＢ２が独立して動作することが可能となる。このとき、加熱コイル５の外径よりも大きな負荷の鍋１２をコイルの中心に載せた時、共振回路１および共振回路２の共振周波数ｆ１およびｆ２は、図７で示した共振周波数ｆｓと等しい。したがって、それぞれが単独で動作する際においても、動作周波数を大幅に変更する必要はなく制御できるだけでなく、同一の周波数で駆動することができるため、負荷に発生する干渉音をなくすことができる。ただし、ハーフブリッジ動作となるため、図７の動作状態のときに比べて、約１／２の投入電力となる。
【００３６】
図９は、図８の回路における各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の駆動状態と加熱コイルに流れる電流を示したものである。
【００３７】
内側加熱コイルＬ１、および外側加熱コイルＬ２が同方向に巻かれているとすれば、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の駆動状態は、図７で示したものと同様になる。（逆に巻かれていても駆動状態を反転させれば同じ効果を得ることができるが、図６、図７において負荷への投入電力は低下する）
また、各スイッチ素子のオンオフタイミングと加熱コイル電流ＩＬ１、ＩＬ２の遅れ位相φ１、φ２は略等しくなる。
【００３８】
また、図８の状態において、負荷の鍋１２の位置が加熱コイル５の中央からずれた場合についての動作について述べる。
【００３９】
図５で述べたとおり、外側加熱コイルＬ２のインダクタンスＬ２が大きくなるため、加熱コイル電流ＩＬ２の遅れ位相φ２は加熱コイル電流ＩＬ１の遅れ位相φ１よりも大きくなる。しかし、各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４はゼロ電圧スイッチングを継続できるため問題は生じず、同一周波数で駆動を継続することができる。
【００４０】
この場合、動作周波数を変化させなくても第２の共振回路２の加熱特性からすると動作周波数は共振周波数ｆ２よりもさらに高い領域に遷移することになるため、共振周波数ｆ２に近づいたり、越えたりすることがない。よって、インバータ回路の動作上問題は発生しないという利点があり、同一周波数で駆動できるためハーフブリッジ回路ＨＢ１とＨＢ２間で干渉音の発生することはない。
【００４１】
負荷の鍋１２がさらに加熱コイル５の中央からずれた場合は、内側加熱コイルＬ１と負荷の鍋１２の間に鎖交する磁束が減少するために、ハーフブリッジ回路ＨＢ１には有効な加熱電流が流れなくなるため、加熱を停止すればよい。
【００４２】
図１０は前記フルブリッジ回路またはハーフブリッジ回路ＨＢ１およびＨＢ２を同時に駆動した場合の負荷の鍋１２の発熱状態を示したものである。
【００４３】
負荷の鍋１２の発熱は加熱コイル５の発生する磁束の変化に起因する渦電流によるものであるから、内側加熱コイルＬ１と外側加熱コイルＬ２を適切な間隔を設けることで、局部加熱発生を分散することができ、均一な加熱に近づけることができる。また、さらに均一な加熱状態に近づけるためには、内側加熱コイルＬ１や外側加熱コイルＬ２自体にさらに間隙を設けて巻くとよい。
【００４４】
なお、フルブリッジ回路動作ではハーフブリッジ回路動作よりも高い電力を投入できるため、負荷の鍋１２の調理としては炒め物や高温を必要とする調理が適している。ハーフブリッジ動作においては、それぞれインバータ電流が低くなるため、低損失化が見込め、省電力で長時間の調理に適している。
【００４５】
図１１は本発明の一実施例における第３の動作モードであり、第１のハーフブリッジインバータ回路と第２のハーフブリッジインバータ回路を交互に所定の時間ごとに切り替えるものである。
【００４６】
すでに述べたように誘導加熱調理器においては、加熱コイル５の直上の発熱密度が高くなる。単純な円盤状の加熱コイル５では、負荷の鍋１２の発熱密度がドーナツ状に分布することになるために、一つの加熱コイル５に対して内側と外側に間隙を設けて発熱密度を下げるとともに平均化させるということが行われている。しかし、平均化させると煮物調理等に対しては煮汁の対流がしにくくなるために仕上がりが悪くなりがちであるという問題点がある。
【００４７】
そのために図１２では、内側加熱コイルＬ１と外側加熱コイルＬ２を少なくとも秒〜数十秒単位で交互に通電することによって、負荷の鍋１２の内部の煮汁の対流を促進させる効果を持たせる様子を示したものである。図１２（ａ）は内側加熱コイルＬ１の通電を示し、図１２（ｂ）は外側加熱コイルＬ２の通電を示す。
【００４８】
図１３は本発明の第４の動作モードであり、第１のハーフブリッジインバータ回路のみを動作させるものである。
【００４９】
以上の説明は、負荷の鍋１２の大きさが外側加熱コイルＬ２の径よりも小さい負荷の鍋１２が加熱コイル５の中央におかれた場合などを想定している。
【００５０】
次に負荷の鍋１２の大きさが内側加熱コイルＬ１程度の小さな鍋１２を想定した場合、このとき、内側加熱コイルＬ１では負荷の鍋１２があると判定し、外側加熱コイルＬ２では負荷の鍋１２が無いと判定する可能性が高くなる。たとえば、通電初期の段階で内側加熱コイルＬ１と外側加熱コイルＬ２をそれぞれインバータ駆動し、流れる電流によって負荷の鍋１２の形状を反することができる。そのような場合は、図１４に示すように小径負荷と判断して内側加熱コイルＬ１のみ通電をし、すなわち第１のハーフブリッジインバータ回路のみ駆動し、外側加熱コイルＬ２は通電を停止する。
【００５１】
このようにすることで、無駄な電力消費を低減し、負荷の鍋１２と鎖交しない磁束の発生を抑え、外部に影響するノイズを抑えることができる。
【符号の説明】
【００５２】
５      加熱コイル
１１ａ  第１のアーム
１１ｂ  第２のアーム
Ｃ１    共振コンデンサ
Ｃ２    共振コンデンサ
Ｅ      直流電源
Ｌ１    内側加熱コイル
Ｌ２    外側加熱コイル
Ｓ１    スイッチ素子
Ｓ２    スイッチ素子
Ｓ３    スイッチ素子
Ｓ４    スイッチ素子
Ｓ５    第５のスイッチ手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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