(57)【要約】【課題】米の炊きムラを低減できる電磁誘導炊飯器を提供する。【解決手段】本体に着脱自在に収納された内釜と、内釜の下方に配置された加熱コイル２と、加熱コイル２に電力を供給するインバータ基板とを備え、内釜１の底部には非磁性金属層１３を形成し、内釜と非磁性金属層１３との間には厚さの異なる複数の磁性体層１２を形成した。また、上記構成に加え、複数の磁性体層１２はそれぞれ径方向に厚さが異なるように形成した。さらに、複数の磁性体層１２の厚さの関係をｔ３＞ｔ１＞ｔ２になるようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に着脱自在に収納された内釜と、
前記内釜の下方に配置された加熱コイルと、
前記加熱コイルに電力を供給するインバータ基板とを備え、
前記内釜の底部には非磁性金属層を形成し、
前記内釜と前記非磁性金属層との間には厚さの異なる複数の磁性体層を形成したことを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【請求項２】
請求項１において、
前記内釜は底部が円形状に形成されており、前記複数の磁性体層はそれぞれ径方向に厚さが異なるように形成したことを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数の磁性体層のうち、径方向外側に位置する磁性体層は径方向内側に位置する磁性体層より厚く形成したことを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【請求項４】
請求項１において、
前記複数の磁性体層は、径方向外側から第１の磁性体層、第２の磁性体層、第３の磁性体層と配列され、
前記第１の磁性体層の厚みをｔ３、前記第２の磁性体層の厚みをｔ２、前記第３の磁性体層の厚みをｔ１としたとき、厚さの関係をｔ３＞ｔ１＞ｔ２になるようにしたことを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【請求項５】
請求項１において、
前記内釜は底部が円形状に形成されており、前記複数の磁性体層は周方向に厚さが異なるように形成したことを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【請求項６】
本体に着脱自在に収納された内釜と、
前記内釜の下方に配置された加熱コイルと、
前記加熱コイルに電力を供給するインバータ基板とを備え、
前記内釜の底部には非磁性金属層を形成し、
前記内釜と前記非磁性金属層との間には径方向に沿って厚さが異なる磁性体層を形成したことを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れかにおいて、
前記複数の磁性体層はフェライトであることを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れかにおいて、
前記非磁性金属層はアルミニウムにシリコンを添加したAｌSiであることを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【請求項９】
請求項６において、
前記磁性体層はフェライトであることを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【請求項１０】
請求項１乃至６の何れかにおいて、
交流を直流に変換する整流回路と、前記整流回路と接続された直流を交流に変換する電流共振インバータ部とを有し、
前記電流共振インバータ部は、
前記加熱コイルと共振コンデンサで構成される共振回路と、
前記共振回路と直列に接続される第１の半導体スイッチング素子及び第２の半導体スイッチング素子とで構成される上下アームとで構成され、
前記加熱コイルに供給する加熱電力に応じて、前記共振回路の共振周波数を変化させることを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【請求項１１】
請求項１乃至６の何れかにおいて、
交流を直流に変換する整流回路と、前記整流回路と接続された直流を交流に変換する電圧共振インバータ部とを有し、
前記電圧共振インバータ部は、
前記加熱コイルと共振コンデンサで構成される共振回路と、
前記共振回路と直列に接続される第１の半導体スイッチング素子とで構成され、
前記加熱コイルに供給する加熱電力に応じて、前記共振回路の共振周波数を変化させることを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【請求項１２】
本体に着脱自在に収納された内釜と、
前記内釜の下方に配置された加熱コイルと、
前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ基板と、
前記内釜の底部には、磁性体層と、前記磁性体層の外側に形成された非磁性金属層を有し、
前記磁性体層はフェライトであることを特徴とする電磁誘導炊飯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導炊飯器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、炊飯器の内釜を加熱する加熱手段として高周波電磁誘導装置を採用した炊飯器が主流となっている。電磁誘導方式の炊飯器の場合、加熱コイルによる高周波磁界によって内釜に渦電流を発生させ、この電流によるジュール熱を利用して内釜を発熱させるものである。加熱コイルは内釜の下部に平面状に設けられている。加熱コイルが発生する誘導磁界は加熱コイルの直上部に集中するため、沸騰する箇所も局所的に集中している。局所的に集中して沸騰した場合、局所部から上方に向かい沸騰するため、米全体に温度バラツキが発生し、炊きムラが生じる課題があった。
【０００３】
このような課題を解決するために、例えば特開2013-252168号公報（特許文献1）に記載の技術が提案されている。特許文献１には、鍋の底面に配置され、鍋を加熱する誘導磁界を発生される平面形状の加熱コイルと、加熱コイルに高周波電流を印加するインバータと、インバータを制御する制御手段とを備え、鍋の底面における加熱コイルと対向していない内周部を内面に向かって凸形状にした構成が開示されている。特許文献１では、局所的に集中する沸騰泡が鍋の底面に凸形状に沿って移動する経路を確保し、加熱コイル直上部で発生し上方に向かう沸騰泡と、鍋の底面の凸形状に沿って移動する経路に分散させることにより、特定の場所に水分が集中することを防ぐようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2013-252168号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、加熱コイルが対向していない鍋の底面の内周部を内面に向かって凸形状にして沸騰泡を分散させるようにしているが、加熱コイルが発生する誘導磁界は加熱コイルの内周部近傍に集中してしまうため、鍋底面の径方向外側では加熱コイルが発生する誘導磁界が小さく、十分な発熱力を得ることができない。このため、特許文献１に記載の技術においては米の炊きムラを解消することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、米の炊きムラを低減できる電磁誘導炊飯器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、本体に着脱自在に収納された内釜と、前記内釜の下方に配置された加熱コイルと、前記加熱コイルに電力を供給するインバータ基板とを備え、前記内釜の底部には非磁性金属層を形成し、前記内釜と前記非磁性金属層との間には厚さの異なる複数の磁性体層を形成したことにある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内釜の発熱分布を変えることができるので、米の炊きムラを低減できる電磁誘導炊飯器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例に係る電磁誘導加熱炊飯器を四分割した構造図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る内釜１の底面の断面構造図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る内釜１の底部の平面図である。
【図４】磁性体の厚さと飽和磁束の関係を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例に係る加熱コイル電流と磁束の動作波形を示す図である。
【図６】本発明の第１実施例に係る低電流時の磁束経路を示す動作図である。
【図７】本発明の第１実施例に係る中電流時の磁束経路を示す動作図である。
【図８】本発明の第１実施例に係る大電流時の磁束経路を示す動作図である。
【図９】本発明の第１実施例に係る炊飯工程図である。
【図１０】本発明の第１実施例に係る電磁誘導炊飯器のインバータ回路と制御回路の関係を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施例に係るＩＧＢＴ４１及びＩＧＢＴ４２の動作波形を示す図である。
【図１２】本発明の第１実施例に係るインバータ駆動周波数と入力電力の関係を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施例に係る内釜構造の断面図である。
【図１４】本発明の第３実施例に係る内釜底部の平面図である。
【図１５】本発明の第４実施例に係る内釜の断面図である。
【図１６】フェライトの磁界Ｈ、磁束密度Ｂ及び比透磁率μの関係を示す図である。
【図１７】本発明の第４実施例に係る中電力時の加熱コイル電流及び磁束密度の動作波形を示す図である。
【図１８】本発明の第４実施例に係る大電力時の加熱コイル電流及び磁束密度の動作波形を示す図である。
【図１９】本発明の第５実施例に係る電磁誘導炊飯器のインバータ回路と制御回路の関係を示す図である。
【図２０】本発明の第５実施例に係るＩＧＢＴ５２と加熱コイル電流の動作波形を示す図である。
【図２１】本発明の第５実施例に係るインバータ駆動周波数と入力電力の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いながら本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
本発明の第１実施例を添付の図面を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例に係る電磁誘導加熱炊飯器を四分割した構造図である。電磁誘導炊飯器１０は、図示しない上部が開口した有底円筒状の本体に、内釜１が着脱自在に収納され、本体及び内釜１の上部が蓋で覆われている。内釜１の下方には渦巻状に巻回した加熱コイル２を配置し、加熱コイル２の下方には棒状のフェライト３を放射上に配置している。フェライト３の下にはシールド板４を配置している。加熱コイル２に高周波電流を供給するインバータ基板５はシールド板４の下方に配置される。加熱コイル２からの放射磁界はシールド板４により遮蔽してインバータ基板５の誤動作を防止している。インバータ基板５にはダイオードブリッジ、IGBTなどの半導体素子とダイオードブリッジやIGBTを冷却する放熱フィン、IGBTを駆動する電源部品が搭載されている。
【００１２】
図２に本発明の第１実施例に係る内釜１の底部の断面構造図を示す。内釜１は金属材料で構成されている。金属材料として、内釜１は例えばアルミニウム材と鉄材とのクラッド材にて構成されている。内釜１の最内面層はアルミニウム層１１で形成され、その表面には磁性体層１２が形成され、最外表面には非磁性金属層１３が形成されている。内釜１はアルミニウム層１１、磁性体層１２、非磁性金属層１３の３層構造で構成されている。内釜１の下方には加熱コイル２が配置される。内釜１の内面層は熱伝導がよく軽量な材質が望ましいことから、本実施例ではアルミニウムを用いている。磁性体層１２は透磁率が高く、磁気飽和を発生する材料が望ましいことから、本実施例ではフェライトを用いている。最外表面層の非磁性金属層１３は、磁性体層１２の防錆と発熱部を兼ねる材料となる。錆びにくい材料としてはアルミニウムなどの非磁性金属が望ましいが、アルミニウムは電気抵抗が小さく、電磁誘導加熱には不向きであるため、本実施例ではアルミニウムにシリコンを添加したAｌSiを用いている。AｌSiはアルミニウムに比べ電気抵抗が大きくなり、層の厚さを薄く形成することで誘導加熱が可能になる。
【００１３】
図２において、内釜１と非磁性金属層１３との間に形成された磁性体層１２は、内釜１の底部に厚さｔ１、ｔ２、ｔ３のそれぞれ異なる厚さで形成されている。ｔ１、ｔ２、ｔ３の厚さの関係はｔ３＞ｔ１＞ｔ２となっている。また、本実施例の内釜１の底部は円形状に形成されており、磁性体層１２は内釜中心から径方向外側に向かってｔ１、ｔ２、ｔ３の順に配置されている。そして径方向外側に位置する層ｔ３が最も厚く、次に内釜１の中心側の層ｔ１が厚い。すなわち、内釜１の底部には、径方向に厚さが異なる磁性体層が形成されている。そして、磁性体層１２は径方向外側と内釜１中心の間に位置する中間部の層ｔ２が最も薄く構成されている。内釜１の各層の厚さはアルミニウム層１１が約2mm程度、磁性体層１２が0.1mm〜0.5mm程度、非磁性金属層１３（AｌSi層）が0.05mm〜0.2mm程度となっている。本実施例では厚さの異なる層を３つ形成しているが、層の数は３つに限られるものではない。厚さの異なる磁性体層を少なくとも２つ以上（複数）形成することが好ましい。
【００１４】
図３に本発明の第１実施例に係る内釜１の底部の平面図を示す。図３に示すように内釜１の底部は、磁性体層１２の厚みの違いにより、同心円状に異なるパターンが形成されている。磁性体層１２のパターンは円形状になっており、径方向外側より厚みｔ３の第１の磁性体層１２ａ、厚みｔ２の第２の磁性体層１２ｂ、厚みｔ１の第３の磁性体層１２ｃと配列されている。円形状の内釜１の底部には、それぞれ径方向に厚さが異なる複数の磁性体層（第１の磁性体層１２ａ、第２の磁性体層１２ｂ、第３の磁性体層１２ｃ）が形成されている。そして、本実施例では径方向外側に位置する第１の磁性体層１２ａを径方向内側に位置する第２の磁性体層１２ｂ，第３の磁性体層１２ｃより厚く形成している。また、第３の磁性体層１２ｃは第２の磁性体層１２ｂより厚く形成している。
【００１５】
アルミニウム層１１、磁性体層１２、非磁性金属層１３はめっきや溶射等の表面処理にて形成されている。厚みの異なる磁性体層１２の形成にあたっては、吹き付け位置や吹き付け時間に変化を加えたり、マスキング等を利用して形成する。
【００１６】
図４に磁性体の厚さと飽和磁束の関係を示す。鉄などの強磁性体は飽和磁束が大きく、厚みを薄くしても飽和磁束は大きい。一方、磁気デバイスのフェライト等では厚みによる飽和磁束が大きく変化するため、内釜１の底の厚みを変えることにより磁気飽和領域を制御することができる。
【００１７】
図５に本発明の第１実施例に係る加熱コイル電流と磁束の動作波形を示す。図５はインバータ駆動周波数25kHzにおける加熱コイル電流と磁束密度の変化を示している。図中、飽和磁束（ｔ１）とあるのは、図２における磁性体層１２のｔ１の位置における飽和磁束を示すものであり、また飽和磁束（ｔ２）とあるのは、磁性体層１２のｔ２の位置における飽和磁束を示すものである。磁性体層１２としては、厚みによって飽和磁束が変化するフェライトを用いている。コイルには最大約１０Ａの交流電流が流れている。破線で示した磁束は、コイル電流の大きさに比例して変化する。
【００１８】
図６に本発明の第１実施例に係る低電流時の磁束経路を示す。低電流領域においては、図５の飽和磁束（ｔ２）以下であるため、全ての磁性体層１２が磁気飽和せず、磁束は釜底全体の磁性体層１２を通るため、内釜表面全体のAｌSi層全体で発熱する。
【００１９】
図7に本発明の第１実施例に係る中電流時の磁束経路を示す。図５に示す中電流領域になると、飽和磁束（ｔ２）より大きくなるめ、磁性体層１２のｔ２領域が磁気飽和を起こし急激に磁束密度が低下する。これにより図7に示すように中電力では最も薄い磁性体層１２のｔ２領域で磁気飽和が発生し、磁束が通らなくなる。このため、その表面のAｌSi層での発熱が低下し、磁性体層１２のｔ１及びｔ３領域の表面のAｌSi層で発熱する。
【００２０】
図８に本発明の第１実施例に係る大電流時の磁束経路を示す。図８の大電流時においては、飽和磁束（ｔ１）を超えるため、磁性体層１２のｔ１、ｔ２領域が磁気飽和し、磁性体層１２のｔ３領域にのみ磁束が通る。このため磁性体層１２のｔ３領域の表面AｌSi層が発熱する。このように制御回路４５により電磁誘導インバータ回路３０を制御して（図１０）、加熱コイル電流の大きさを変化させることにより発熱分布が変化し発熱領域を分散できるので、米の炊きムラを抑制することができる。
【００２１】
次に本実施例を炊飯工程に適用した一例について図９を用いて説明する。図９は本発明の第１実施例に係る炊飯工程図である。炊飯工程には、吸水工程、加熱工程、蒸らし工程に分けられる。米のでんぷんは、米粒の外側から中心部の細胞まで詰まっており、吸水せずに加熱をすると、米粒の表面側からご飯に変化していくため、中は硬いままになってしまう。このため、あらかじめ米を水に漬けて中心部のでんぷんまで十分に水分を吸収させるのが望ましい。通常、米に水分を吸収させる時間としては、夏場で３０分、冬場で６０分が理想とされている。しかし、状況によっては短時間で炊飯を行う必要が生じる。そこで、炊飯器には短時間で米に水分を吸収させる吸水工程が備えられている。短時間で米に吸水させるには、でんぷんの糊化温度(約60℃)を超えない高温で行うのが望ましく、加熱コイル２に中電流を供給し、中電力で加熱する。吸水工程終了後、加熱工程に移行する。加熱工程では急速に水の沸騰状態まで加熱し、でんぷんの湖化を促進させ一気に炊き上げるため加熱コイル２に大電流を供給し、大電力で加熱する。この時、内釜１はｔ３の領域（図３の磁性体層１２ａの領域）、すなわち内釜１の底面外側部分が加熱する。大電力時の加熱は局所的になるが、内釜１の外側部分では、沸騰泡と共に米が内釜１の側壁に沿って上昇し、内釜１の上部に到達後、内釜１の中心方向に移動する。この動作を繰り返すことにより、内釜１内で米の対流が発生し、米全体が加熱され、米の炊きムラを抑制することができる。加熱工程終了後、蒸らし工程に移行する。加熱工程だけでは、米表面に水分が多く残っており、内部までしっかりと浸透させることができない。そこで、蒸らし工程により、表面の水分を内部に浸透させるため、低電力で加熱する。この時、内釜１の底面全体が加熱されるので、米の水分分布を均等にすることができる。本実施例によれば、加熱電力(加熱コイル電流)により発熱分布を変化させることができ、炊飯工程に適した加熱を実現することが可能になる。
【００２２】
次にこれらを実現するための電磁誘導インバータ回路３０の構成を説明する。図１０は、本発明の第１実施例に係る電磁誘導炊飯器のインバータ回路と制御回路の関係を示す図である。
【００２３】
整流回路３２は商用電源３１から供給される交流を整流して、直流としてフィルタ回路３３を介して電流共振インバータ部３４に出力する。フィルタ回路３３は整流回路３２が整流した直流を平滑化する。フィルタ回路３３の出力である正極端子のノードｐと負極端子のノードｎとの間には、電流共振インバータ部３４が接続される。高周波インバータである電流共振インバータ部３４は、ＩＧＢＴ４１とＩＧＢＴ４２とが直列接続されたハーフブリッジ回路に、共振回路３６の加熱コイル３５が接続されて構成される。
【００２４】
上アームのＩＧＢＴ４１（第１の半導体スイッチング素子）には、逆並列にダイオードＤ１（第１のダイオード）が接続され、並列にスナバコンデンサ４３（第１のスナバコンデンサ）が接続されている。
【００２５】
下アームのＩＧＢＴ４２（第２の半導体スイッチング素子）には、逆並列にダイオードＤ２（第２のダイオード）が接続され、並列にスナバコンデンサ４４（第２のスナバコンデンサ）が接続されている。ここで、ＩＧＢＴ４１，４２の接続点をノードａとする。
【００２６】
スナバコンデンサ４３，４４は、ＩＧＢＴ４１，４２のターンオフ時の遮断電流によって充放電される。スナバコンデンサ４３，４４の容量は、ＩＧＢＴ４１，４２のコレクタとエミッタ間の出力容量より十分に大きい。そのため、ターンオフ時にＩＧＢＴ４１，４２に印加される電圧の変化は低減され、ターンオフ損失は抑制される。電流共振インバータ部３４ではフィルタ回路３３を介して整流回路３２から直流電流が供給され、高周波の交流電流に変換して出力し、加熱コイル３５を駆動する。
【００２７】
共振回路３６は、共振コンデンサ３８，３９（第１および第２の共振コンデンサ）と、加熱コイル３５とを含んで構成される。ノードｐとノードｎとの間には、共振コンデンサ３８，３９の直列回路が接続されている。共振コンデンサ３８，３９を接続するノードｂと、ＩＧＢＴ４１，４２を接続するノードａとの間には、加熱コイル３５が接続される。加熱コイル３５の共振電流ＩＬの向きは、ノードａからノードｂへの向かう方向（図１６の矢印方向）を正とする。また、ノードａとノードｂとの間には、加熱コイル３５の電流を検出する電流検出器３７が設けられている。
【００２８】
制御回路４５は、ＩＧＢＴ４１を駆動するドライブ回路４７−１と、ＩＧＢＴ４２を駆動するドライブ回路４７−２と、コイル電流を制御する制御手段４８を備えている。ドライブ回路４７−１，４７−２は、いずれも駆動信号発生回路４６によって制御される。制御回路４５は電流共振インバータ部３４を制御している。
【００２９】
次に図１１を用いて通常の加熱動作を説明する。図１１は本発明の第１実施例に係るＩＧＢＴ４１及びＩＧＢＴ４２の動作波形を示す図である。モードＭ１１において、上アームのＩＧＢＴ４１はオフし、下アームのＩＧＢＴ４２はオンしている。上アームのＩＧＢＴ４１のコレクタ電圧は、所定値を保つ。下アームのＩＧＢＴ４２のコレクタ電圧は、ほぼ０Ｖである。
【００３０】
このとき、フィルタコンデンサＣ０から共振コンデンサ３８、加熱コイル３５、ＩＧＢＴ４２の経路に電流が流れ、共振コンデンサ３９から加熱コイル３５、ＩＧＢＴ４２の経路に電流が流れる。上アームのＩＧＢＴ４１はオフしているので電流は流れない。モードＭ１１において、制御回路４５がＩＧＢＴ４２をターンオフすると、モードＭ１２に遷移する。
【００３１】
モードＭ１２において、上アームのＩＧＢＴ４１と下アームのＩＧＢＴ４２は、オフしている。加熱コイル３５に蓄えられたエネルギーにより、スナバコンデンサ４３から共振コンデンサ３８、加熱コイル３５の経路に電流が流れ、加熱コイル３５からスナバコンデンサ４４、共振コンデンサ３９の経路に電流が流れる。このとき、下アームのＩＧＢＴ４２のコレクタ電圧は、緩やかに上昇し、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失は小さくなる。下アームのＩＧＢＴ４２のコレクタ電圧（ノードａの電圧）が、正極端子のノードｐの電圧を超えると、モードＭ１３に遷移する。
【００３２】
モードＭ１３において、ダイオードＤ１がオンし、ダイオードＤ１、共振コンデンサ３８、加熱コイル３５の経路に電流が流れ、ダイオードＤ１からフィルタコンデンサＣ０、共振コンデンサ３９、加熱コイル３５の経路に電流が流れる。制御回路４５は、このダイオードＤ１の通電期間中に、上アームのＩＧＢＴ４１のゲートをターンオンする。電流共振インバータ部３４は、ダイオードＤ１に電流が流れなくなったならば、モードＭ１４に遷移する。
【００３３】
モードＭ１４において、ＩＧＢＴ４１は既にオンしているため、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失が発生しない。共振コンデンサ３９に蓄えられたエネルギーにより、共振コンデンサ３８からＩＧＢＴ４１、加熱コイル３５の経路に電流が流れ、フィルタコンデンサＣ０からＩＧＢＴ４１、加熱コイル３５、共振コンデンサ３９の経路に電流が流れる。これにより、加熱コイル３５にエネルギーが蓄積される。モードＭ１４において、制御回路４５がＩＧＢＴ４１をターンオフすると、モードＭ１５に遷移する。
【００３４】
モードＭ１５において、上アームのＩＧＢＴ４１と下アームのＩＧＢＴ４２は、オフしている。加熱コイル３５に蓄えられたエネルギーにより、フィルタコンデンサＣ０からスナバコンデンサ４３、加熱コイル３５、共振コンデンサ３９の経路に電流が流れ、スナバコンデンサ４４から加熱コイル３５、共振コンデンサ３９の経路に電流が流れる。このとき、ＩＧＢＴ４１のコレクタ電圧は緩やかに上昇し、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００３５】
次にスナバコンデンサ４３がノードｐの電位まで充電され、スナバコンデンサ４４が放電されると、ダイオードＤ２がオンして、モードＭ１６に遷移する。
【００３６】
モードＭ１６において、ダイオードＤ２のオンにより、ダイオードＤ２、加熱コイル３５、共振コンデンサ３９の経路に電流が流れ、共振コンデンサ３８、フィルタコンデンサＣ０、ダイオードＤ２、加熱コイル３５の経路に電流が流れる。制御回路４５は、このダイオードＤ２の通電期間中に、ＩＧＢＴ４２をターンオンする。ダイオードＤ２に電流が流れなくなったならば、再びモードＭ１１に遷移する。
【００３７】
以上のモードＭ１１〜Ｍ１６の６種類の動作を繰り返すことで、加熱コイル３５に高周波の共振電流ＩＬが流れ、加熱コイル３５の上側に載置された内釜１を加熱する。
【００３８】
図１２は本発明の第１実施例に係るインバータ駆動周波数と入力電力の関係を示す図である。図１２は前述した回路方式の動作における直列共振方式の特性を示している。通常、電力を調整する場合はインバータ駆動周波数を変化させ共振曲線上を動作し電力制御を行う。本実施例では厚さの異なる磁性体層を複数設けることにより、加熱電力により共振周波数が変化する。その結果、低電力時は共振曲線１、中電力では共振曲線２、大電力では共振曲線３で周波数が動作する。内釜１に鉄などの磁性金属層を設けた場合は、電力の大小に関係なく、例えば共振曲線１のような一つの線上を動作することになる。したがって、電力制御する場合、動作周波数範囲が広くなる。また、共振曲線の最大値が低いため大電力化が難しい。一方、本実施例においては、加熱電力により共振曲線が変化するため、図１２に示す動作曲線上を動作し、インバータ駆動周波数範囲が狭くでき、最大値も大きくなり従来よりも大火力を実現できる。
【００３９】
以上説明したように本実施例によれば、厚さの異なる磁性体層を複数設けることにより、加熱コイル２に流す電流の大きさを変えるだけで、内釜１の加熱部分を変化させることができ、炊飯に適した制御が容易に行うことができる。そして、炊飯時の米の炊きムラを抑制することができ、米の味を向上することができる。
【実施例２】
【００４０】
次に図１３を用いて本発明の第２実施例を説明する。図１３は本発明の第２実施例に係る内釜構造の断面図である。第１実施例と異なるところは、磁性体層２４の厚みが連続的に形成されるよう、厚みが変化する部分に傾斜部を形成したところにある。すなわち、磁性体層２４は径方向に沿って厚さが異なるように形成されている。内釜１の最内面層はアルミニウム層１１で形成され、その表面には磁性体層２４が形成され、最外表面には非磁性金属層１３が形成されている。内釜１はアルミニウム層１１、磁性体層２４、非磁性金属層１３の３層構造で構成されている。
【００４１】
磁性体層２４はフェライトを用いている。最外表面層の非磁性金属層１３は、アルミニウムにシリコンを添加したAｌSiを用いている。
【００４２】
磁性体層２４は内釜１の底部に厚さｔ１、ｔ２、ｔ３のそれぞれ異なる厚さで形成されている。t1〜t3の厚さの関係はt3>t1>t2となっている。また、磁性体層２４は内釜１の中心から径方向外側に向かってｔ１、ｔ２、ｔ３の順に配置されている。ｔ１の厚みは、内釜１の中心から径方向外側にあるｔ２に向かって厚みが減少するように傾斜している。ｔ２の厚みは、ｔ２から径方向外側にあるｔ３に向かって厚みが増加するよう傾斜している。アルミニウム層１１、磁性体層２４、非磁性金属層１３は溶射等の金属皮膜処理にて形成されている。厚みの異なる磁性体層２４の形成にあたっては、吹き付け位置や吹き付け時間を変えて形成する。
【００４３】
本実施例では、ｔ２の厚みを変えているので、加熱コイル２に低電流、中電流、大電流を与えたとき、発熱する部分が変化する。その動作は、図６、図７及び図８で説明した内容と重複するので、ここでは説明を省略する。
【００４４】
本発明の第２実施例によれば、磁性体層２４に傾斜をつけて、磁性体層２４の厚みが連続的に変化するようにしているので、加熱コイル電流に応じて径方向に連続的に内釜１の発熱分布を変えることができ、米の炊きムラを抑制することができる。
【実施例３】
【００４５】
次に図１４を用いて本発明の第３実施例を説明する。図１４は本発明の第３実施例に係る内釜１底部の平面図である。第１実施例及び第２実施例と異なるところは、磁性体層の厚みを周方向に異ならせて形成したところにある。図１０において、内釜１の底部には扇状に磁性体層２４，２５が形成されている。これらの磁性体層は磁性体層２４が厚く、磁性体層２５が薄い構造となっている。そして、磁性体層の厚みが異なる磁性体層２４及び磁性体層２５を周方向に交互に配置している。このような構造にすることで、加熱コイル電流により発熱分布を変えることができる。加熱コイル電流が低い状態では、磁気飽和する領域がなく、釜底全面において磁束が鎖交し、表面の非磁性金属層１３（AｌSi層）で発熱する。加熱コイル電流が増加すると、磁性体層２５が磁気飽和を起こし、磁束が通らなくなり、磁性体層２４にだけ磁束が鎖交し、表面の非磁性金属層１３（AｌSi層）が発熱する。このように、加熱コイル電流の大小により内釜１内の発熱分布が変わり、均一な加熱な可能になる。
【００４６】
本発明の第３実施例によれば、磁性体層の厚みを周方向に異ならせて形成したので、加熱コイル電流に応じて周方向に発熱分布を変えることができ、周方向での米の対流を促し、米の炊きムラを抑制することができる。
【実施例４】
【００４７】
次に図１５から図１８を用いて本発明の第４実施例を説明する。図１５は本発明の第４実施例に係る内釜の断面図である。
【００４８】
第１実施例から第３実施例と異なるところは、磁性体層２７の厚みを変化させずに形成した構造である。内釜１はアルミニウム層１１、磁性体層２７、非磁性金属層１３の３層構造で構成されている。磁性体層２７にはフェライトを用いている。この構成において、フェライトの磁界Ｈと磁束密度Ｂ及び比透磁率μの関係を説明する。
【００４９】
図１６はフェライトの磁界Ｈ、磁束密度Ｂ及び比透磁率μの関係を示す図である。図１６において、磁界Ｈと磁束密度Ｂの関係では、外部から磁界Ｈを加えていくと、フェライト中には磁界により、初磁化曲線に沿って磁束密度Ｂが増える。磁束密度Ｂがこれ以上増えなくなるまで磁界Ｈを増やした領域を飽和磁束密度Ｂｓと言い、その磁性材料が流せる最大の磁束密度Ｂを表している。
【００５０】
一方、磁界Ｈと比透磁率μの関係においては、磁界Ｈに対して磁束密度Ｂが増加している領域では、磁束密度Ｂの傾きにより左右され比透磁率μは増加する。磁束密度Ｂが飽和領域に近づくと磁束密度Ｂの傾きが小さくなり、比透磁率μが低下する。さらに磁界Ｈを大きくすると磁気飽和となり磁性を失い比透磁率μは真空の透磁率、つまり１まで低下する。
【００５１】
加熱コイル２から発生する磁束は加熱コイル電流に比例する特性である。加熱コイル電流が小さい場合には、磁性体層２７は磁気飽和せずに、内釜１底部の磁性体全体に磁束が通り、その表面の非磁性金属層１３Ａ（AｌSi）が発熱する。
【００５２】
図１７及び図１８に加熱コイル電流を増加した場合の磁束密度の変化を示す。図１７は本発明の第４実施例に係る中電力時の加熱コイル電流及び磁束密度の動作波形を示す図である。図１８は本発明の第４実施例に係る大電力時の加熱コイル電流及び磁束密度の動作波形を示す図である。
【００５３】
図１７において、加熱コイル電流のピーク近傍で磁気飽和が発生し、急激に磁束密度が低下する。その後、ピーク点を過ぎ加熱コイル電流の低下と共に磁気飽和が解消され、急激に磁束密度が上昇する。さらに、加熱コイル電流の低下が進むと磁束密度も低下する。そして、中電力時の加熱コイル電流周期においては大きな磁束変化が４回発生する。誘導加熱は金属に磁束変化が起こることで金属に渦電流が流れ発熱するため、磁束変化が増えることで発熱量が増加する。
【００５４】
図１８にさらに加熱コイル電流を増加したときの磁束密度変化を示す。図１８に示すように加熱コイル電流の中電流部分の磁束密度が急激に低下することが分かる。磁束密度低下後、磁気飽和が解消させるので、急激に磁束密度が上昇する。磁束密度上昇後、加熱コイル電流の上昇も緩やかになり、磁束密度も緩やかに減少し、加熱コイル電流の低下と共に磁束密度が緩やかに上昇する。そして、磁束密度上昇後、磁気飽和が発生し、急激に磁束密度が低下する。その後、磁気飽和が解消され、磁束密度が上昇する。磁束密度上昇後、加熱コイル電流の低下と共に、磁束密度も低下する。大電力時の加熱コイル電流周期においては８回大きな磁束変化が発生する。これは図１６の磁界と比透磁率の関係より、磁界が増加すると比透磁率が小さくなるため磁束密度が低下し、飽和磁束密度以下になるためである。このように加熱コイル電流周期内に複数の磁界変化が発生することで、先に述べた通り渦電流損失の増加により内釜１の発熱量が増加する。
【００５５】
本実施例によれば、内釜１の底部全体にほぼ均一な形成した磁性体層２７としてフェライトを用い、このフェライトの磁界Ｈと磁束密度Ｂを考慮して加熱コイル電流を制御し、加熱コイル電流周期内に複数の磁界変化が発生させるようにしているので、渦電流損失による発熱量が増加させることができる。これにより、内釜１の底部全体をほぼ均一に加熱することができ、米の炊きムラを抑制することができる。
【実施例５】
【００５６】
次に図１９から図２１を用いて第５実施例について説明する。第５実施例は図１０におけるインバータ手段と制御手段の変形例である。図１９は本発明の第５実施例に係る電磁誘導炊飯器のインバータ回路と制御回路の関係を示す図である。
【００５７】
図１９において、電磁誘導インバータ回路４０は、商用電源３１、整流回路３２、フィルタ回路３３、電圧共振インバータ部５０、制御回路５４から構成されている。
【００５８】
次に各構成の接続関係について説明する。
商用電源３１は整流回路３２を介してフィルタ回路３３に接続されている。フィルタ回路３３には電圧共振インバータ部５０が接続されている。フィルタ回路３３はインダクタL0とフィルタコンデンサC0で構成されている。電圧共振インバータ部５０は共振回路５１とＩＧＢＴ５２が直列に接続されている。ＩＧＢＴ５２には逆並列にダイオードD3が接続されている。共振回路５１は加熱コイル３５と共振コンデンサ５３が並列に接続されている。制御回路５４は制御手段４８と駆動信号発生回路４６とドライブ回路５５と比較回路５６で構成されている。制御回路５４は電圧共振インバータ部５０を制御している。
【００５９】
次に図２０を用いて通常の加熱動作を説明する。図２０は本発明の第５実施例に係るＩＧＢＴ５２と加熱コイル電流の動作波形を示す図である。ここで、加熱コイル３５の電流の向きは矢印方向（加熱コイル３５からＩＧＢＴ５２に向かう流れ方向）を正とする。
【００６０】
モードＭ２１はＩＧＢＴ５２のオフからＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧のピークまでの期間である。
【００６１】
モードＭ２１において、ＩＧＢＴ５２をオフすると、ＩＧＢＴ５２に流れていた電流が遮断され、加熱コイル３５に蓄えられていたエネルギーにより、加熱コイル３５と共振コンデンサ５３の経路に電流が流れる。この時、ＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧が正弦波状に上昇し、ゼロ電圧スイッチング(ＺＶＳ)となる。
【００６２】
モードＭ２２はＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧がピークから０Ｖになるまでの期間である。ＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧がピークになると、加熱コイル３５の電流が正から負に切り替わり、電流の向きが反転し、共振コンデンサ５３、加熱コイル３５の経路に電流が流れる。
【００６３】
モードＭ２３はダイオードD3の通電期間である。モードＭ２２において、共振コンデンサ５３が放電され、ＩＧＢＴ５２のコレクタ電圧が０Ｖになると、ダイオードD3がオンし、加熱コイル３５、フィルタコンデンサC0、ダイオードD3の経路に電流が流れる。制御回路５４はダイオードD3の通電期間内にＩＧＢＴ５２のゲートをオンする。モードＭ２３において、加熱コイル３５のエネルギーがなくなると、加熱コイル電流が負から正に切り替わる。
【００６４】
モードＭ２４はＩＧＢＴ５２の通電期間である。このときＩＧＢＴ５２はすでにゲートがオンしているため電流が流れ始める。これにより、電圧共振インバータ部５０は、スイッチング損失の発生しないゼロ電圧スイッチングを実現する。電流はフィルタコンデンサC0、加熱コイル３５、ＩＧＢＴ５２の経路と商用電源３１、整流回路３２、インダクタL0、加熱コイル３５、ＩＧＢＴ５２、整流回路３２の経路に流れる。 
以上のモードＭ２１からモードＭ２４を繰り返し動作することで、加熱コイル３５に高周波の交流電流が流れ、鍋を加熱する。
【００６５】
図２１に本発明の第５実施例に係るインバータ駆動周波数と入力電力の関係を示す。図２１は前述した回路方式と動作における並列共振方式の特性を示している。通常、電力を調整する場合はインバータ駆動周波数を変化させ共振曲線上を動作し電力制御を行う。本実施例では磁性体層の厚さの異なる層を複数設けるようにしたので、加熱電力により共振曲線が変化する。図２１において、低電力では共振曲線１、中電力では共振曲線２、大電力では共振曲線３と変化する。内釜１に鉄などの磁性金属層を設けた場合は、電力の大小に関係なく、例えば共振曲線１のような一つの線上を動作することになる。したがって、電力制御する場合、動作周波数範囲が広くなる。また、共振曲線の最大値が低いため大電力化が難しい。一方、本実施例においては、加熱電力により共振曲線が変化するため、図２１に示す動作曲線上を動作し、インバータ駆動周波数範囲が狭くでき、最大値も大きくなり従来よりも大火力を実現できる。
【００６６】
本実施例によれば、厚さの異なる磁性体層を複数設けるようにしたので、共振曲線を変化させることができ、大火力を実現できる。
【００６７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１  内釜
２、３５  加熱コイル
３  フェライト
４  シールド板
５  インバータ基板
１０  電磁誘導炊飯器
１１  アルミニウム層
１２、２４、２５，２７  磁性体層
１３  非磁性金属層
３０、４０  電磁誘導インバータ回路
３１  商用電源
３２  整流回路
３３  フィルタ回路
３４  電流共振インバータ部
３６、５１  共振回路
３７  電流検出器
３８、３９、５３  共振コンデンサ
４１、４２、５２  IGBT
４３，４４  スナバコンデンサ
４５、５４  制御回路
４６  駆動信号発生回路
４７-１，４７-２、５５  ドライブ回路
４８  制御手段
５０  電圧共振インバータ部
５６  比較回路
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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