(57)【要約】【課題】外部電源に課される種々の制限の下で、炊飯機能によりおいしいご飯を炊くことができ、保温機能の利便性を高める。【解決手段】ひたし期間では、インバータ１４はコイル２６に高周波電流を流して温度を緩やかに上昇させ、充電回路１６は蓄電池１５を充電する。炊き上げ期間では、インバータ１４はコンセント２０から取り得る最大電力を連続して入力し、インバータ１８は蓄電池１５に蓄えられた電力を連続して取り出し、その合計電力により一気に加熱する。むらし期間では、充電回路１６は蓄電池１５を充電し、保温期間であって商用交流電源１９から電力供給を受けられない場合には、インバータ１８が蓄電池１５に蓄えられたエネルギーを利用して炊飯釜１２を保温する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から電力供給を受けることにより、炊飯釜を誘導加熱する加熱コイルと共振コンデンサとからなる共振回路に高周波電流を供給するインバータを備えた炊飯器において、
前記外部電源から供給される電力を蓄える蓄電手段と、
この蓄電手段に蓄えられた電力を入力して熱に変換し前記炊飯釜を加熱する変換手段と、
炊飯行程中の所定の期間内に前記蓄電手段に電力を蓄え、この蓄えられた電力を前記炊飯行程中の所定の期間内および前記炊飯行程終了後の所定の期間内のうち少なくとも一方の期間内に前記変換手段に入力するように制御する変換制御手段とを備えたことを特徴とする炊飯器。
【請求項２】
前記変換手段は、
前記蓄電手段の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、
この昇圧電圧を入力とし、前記炊飯釜を誘導加熱する補助加熱コイルと共振コンデンサとからなる共振回路に高周波電流を供給するインバータとから構成されていることを特徴とする請求項１記載の炊飯器。
【請求項３】
前記変換制御手段は、前記炊飯行程中のひたし時間内に前記蓄電手段に電力を蓄え、この蓄えられた電力を前記炊飯行程中の炊き上げ時間内に前記変換手段に入力するように制御することを特徴とする請求項１または２記載の炊飯器。
【請求項４】
前記炊飯釜の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記変換制御手段は、前記炊飯行程中のむらし時間内に前記蓄電手段に電力を蓄え、前記炊飯行程終了後において前記外部電源からの電力供給が停止しており且つ前記炊飯釜の検出温度が所定値以下に低下している時に、前記蓄電手段に蓄えられた電力を前記変換手段に入力するように制御することを特徴とする請求項１または２記載の炊飯器。
【請求項５】
前記変換制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力を前記炊飯行程終了後に前記変換手段に入力している場合において、前記炊飯釜の検出温度の上昇割合が所定値以上となった時に前記変換手段への入力を停止するように制御することを特徴とする請求項４記載の炊飯器。
【請求項６】
前記蓄電手段の出力電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記変換制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力を前記炊飯行程終了後に前記変換手段に入力している場合において、前記検出電圧が所定値以下となった時に前記変換手段への入力を停止するように制御することを特徴とする請求項４または５記載の炊飯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部電源から電力供給を受けることにより、炊飯釜を誘導加熱する加熱コイルと共振コンデンサとからなる共振回路に高周波電流を供給するインバータを備えた炊飯器に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
このような誘導加熱（ＩＨ）方式の炊飯器の従来構成例を図６に示す。この炊飯器１は、整流回路２、平滑回路３およびインバータ４から構成されている。商用交流電源５からコンセント６を通して入力された交流電圧は、整流回路２と平滑回路３により直流電圧に変換され、その直流電圧はインバータ４においてトランジスタ７によってスイッチングされる。これによりコイル８とコンデンサ９とからなる共振回路１０に高周波電流が供給され、この高周波電流により生じる高周波磁界によってコイル８の近傍に配置された炊飯釜が加熱される。
【０００３】
炊飯器１は、ご飯を炊く炊飯機能と炊いたご飯を保温する保温機能とを備えている。炊飯行程は、ひたし、炊き上げ、むらしの各行程からなり、芯までむらなくふっくらと炊き上げるためには、炊き上げ行程において高火力（高電力）で一気に加熱することが必要である。しかしながら、コンセント６の電流容量および家庭や事業所の契約電流容量には上限があり、電子レンジやクッキングヒータなどの調理機器と同時に調理する場合もある。このため、炊き上げ時の火力は制限されており、必ずしも十分な火力でご飯を炊き上げることはできなかった。
【０００４】
また、炊飯器１の保温機能は使用者にとって便利な機能であるが、調理場所と食卓とが離れているような場合に、炊飯器１を持ち運ぶ度にプラグをコンセント６に抜き差しする手間が生じたり、コンセント６を利用できない場所ではご飯が冷えてしまうといった不都合があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、商用電源などの外部電源に課される種々の制限（電流容量や利用の可否など）の下において、炊飯機能によりおいしいご飯を炊くことができ、あるいは保温機能の利便性を高めることができる炊飯器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の炊飯器は、外部電源から電力供給を受けることにより、炊飯釜を誘導加熱する加熱コイルと共振コンデンサとからなる共振回路に高周波電流を供給するインバータを備えた炊飯器であって、外部電源から供給される電力を蓄える蓄電手段と、この蓄電手段に蓄えられた電力を入力して熱に変換し炊飯釜を加熱する変換手段と、炊飯行程中の所定の期間内に蓄電手段に電力を蓄え、この蓄えられた電力を炊飯行程中の所定の期間内および炊飯行程終了後の所定の期間内のうち少なくとも一方の期間内に変換手段に入力するように制御する変換制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、外部電源から電力供給を受けている炊飯行程において比較的消費電力の少ない所定の期間内に蓄電手段にエネルギーを蓄えておき、この蓄えられた電気エネルギーを炊飯行程中の所定の期間内あるいは炊飯行程終了後の所定の期間内に熱エネルギーに変換して炊飯釜（内釜）を加熱するために利用することができる。これにより、外部電源に課された電力制限を超える高電力（高火力）を用いて炊飯釜を加熱することができ、あるいは外部電源を利用できない状況下にあっても炊飯釜（ご飯）を保温することが可能となる。
【０００８】
この場合、請求項２に記載したように、変換手段を、蓄電手段の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、この昇圧電圧を入力とし炊飯釜を誘導加熱する補助加熱コイルと共振コンデンサとからなる共振回路に高周波電流を供給するインバータとから構成することができる。この構成によれば、炊飯釜を直接加熱することができるので、加熱効率を高められる。
【０００９】
また、請求項３に記載したように、変換制御手段は、炊飯行程中のひたし時間内に蓄電手段に電力を蓄え、この蓄えられた電力を炊飯行程中の炊き上げ時間内に変換手段に入力するように制御することが好ましい。この構成によれば、外部電源から供給される電力に加えて蓄電手段から供給される電力を用いて高電力（高火力）で一気に炊き上げることができるので、ご飯をむらなく芯までふっくらと炊くことができる。
【００１０】
さらに、請求項４に記載したように、炊飯釜の温度を検出する温度検出手段を備え、変換制御手段は、炊飯行程中のむらし時間内に蓄電手段に電力を蓄え、炊飯行程終了後において外部電源からの電力供給が停止しており且つ炊飯釜の検出温度が所定値以下に低下している時に蓄電手段に蓄えられた電力を変換手段に入力するように制御することが好ましい。この構成によれば、外部電源から電力供給を受けていない場合であってもご飯を保温することができ、使い勝手が向上する。
【００１１】
この保温状態において、請求項５に記載したように、炊飯釜の検出温度の上昇割合が所定値以上となった時に変換手段への入力を停止することにより、ご飯の残量が少ない場合に自動的に保温を停止することができる。
【００１２】
また、請求項６に記載したように、蓄電手段の出力電圧を検出する電圧検出手段を備え、保温状態において検出電圧が所定値以下となった時に変換手段への入力を停止することができる。これにより、蓄電手段の放電による電圧低下までの時間をご飯の賞味期限の目安として利用することができ、その時間が経過した時に自動的に保温を停止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし図３を参照しながら説明する。
図１は、保温機能を有する炊飯器の電気的構成を示している。この図１に示す炊飯器１１は、誘導加熱（ＩＨ）方式により炊飯釜１２（図２参照）を加熱するもので、コンバータ１３、インバータ１４、蓄電池１５、充電回路１６、昇圧回路１７、インバータ１８などから構成されている。炊飯器１１には外部電源である商用交流電源１９からコンセント２０を通して交流電圧（ＡＣ１００Ｖ）が入力されるようになっており、その入力された交流電圧はコンバータ１３と充電回路１６に入力されるようになっている。
【００１４】
コンバータ１３は、ダイオードブリッジ２１と、リアクトル２２とコンデンサ２３からなる平滑回路２４とから構成されており、交流電圧を整流、平滑して直流母線２５ａ、２５ｂ間に直流電圧を出力するようになっている。
【００１５】
インバータ１４において、直流母線２５ａ、２５ｂ間には、コイル２６（加熱コイルに相当）とコンデンサ２７（共振コンデンサに相当）の並列回路からなる共振回路２８とＩＧＢＴ２９とが直列に接続されている。ＩＧＢＴ２９のコレクタ・エミッタ間には図示極性の還流ダイオード２９ａが並列に接続されており、ゲート・エミッタ間には抵抗３０が接続されている。
【００１６】
変換制御手段たる制御回路３１はマイコンを主体に構成されており、上記ＩＧＢＴ２９をはじめ充電回路１６、昇圧回路１７およびインバータ１８の動作を制御するようになっている。この制御回路３１には、内釜である炊飯釜１２の近傍に設置された温度検出器３２（温度検出手段に相当）から、炊飯釜１２の検出温度を示す信号が入力されるようになっている。また、制御回路３１のマイコンは小型のリチウム電池を備えており、コンセント２０からプラグが外された状態でも、このリチウム電池により図示しないＬＣＤ表示器の表示動作を維持することができる。
【００１７】
蓄電手段たる蓄電池１５には、例えばニッケル水素蓄電池やニッケル・カドミウム蓄電池が使用されている。充電回路１６は、制御回路３１からの充電制御信号に基づいて直流電流を出力することにより、蓄電池１５を充電するようになっている。蓄電池１５の出力電圧（充電電圧）は電圧検出回路３３（電圧検出手段に相当）によって検出されており、その検出電圧は制御回路３１に入力されている。
【００１８】
昇圧回路１７とインバータ１８は変換制御手段に相当する。このうち昇圧回路１７は、蓄電池１５の出力電圧を昇圧して直流母線３４ａ、３４ｂ間に出力するもので、蓄電池１５の正極端子と負極端子との間に接続されたリアクトル３５とＩＧＢＴ３６との直列回路、ＩＧＢＴ３６のコレクタと直流母線３４ａとの間に接続された図示極性のダイオード３７、および直流母線３４ａ、３４ｂ間に接続されたコンデンサ３８から構成されている。ＩＧＢＴ３６には図示極性の還流ダイオード３６ａが並列に接続されており、上記制御回路３１からゲート信号が与えられるようになっている。
【００１９】
インバータ１８において、直流母線３４ａ、３４ｂ間には、コイル３９（補助加熱コイルに相当）とコンデンサ４０（共振コンデンサに相当）の並列回路からなる共振回路４１とＩＧＢＴ４２とが直列に接続されている。ＩＧＢＴ４２のコレクタ・エミッタ間には図示極性の還流ダイオード４２ａが並列に接続されており、ゲート・エミッタ間には抵抗４３が接続されている。ＩＧＢＴ４２のゲートには、上記制御回路３１からゲート信号が与えられるようになっている。なお、制御回路３１がＩＧＢＴ２９と４２の両方をスイッチングさせる場合、ＩＧＢＴ２９と４２に与えるゲート信号は同一信号となっている。
【００２０】
図２は、上記コイル２６、３９と炊飯釜１２との配置関係を示す図で、コイル２６、３９は、それぞれ炊飯釜１２（内釜）の側面側下部とその上部に位置して炊飯釜１２を周囲から囲むように配置されている。
【００２１】
次に、本実施形態の作用について図３も参照しながら説明する。
まず、図１に示す炊飯器１１の電気的な動作を説明する。商用交流電源１９からコンセント２０を通して入力された交流電圧は、コンバータ１３によって直流電圧に変換されインバータ１４に与えられる。制御回路３１内のマイコンは、その記憶手段（例えば不揮発性メモリ）に予め記憶されている制御プログラムに従って、炊飯制御および保温制御を実行している。ＩＧＢＴ２９は、この制御回路３１からのゲート信号によってスイッチングし、これによりコイル２６を含む共振回路２８に高周波電流が流れる。
【００２２】
この場合のスイッチング周波数は、共振回路２８の共振周波数に近くなるように設定されており、コイル２６に流れる電流によって生じた高周波磁界（２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ）によって鉄製の炊飯釜１２が誘導加熱される。制御回路３１は、ＩＧＢＴ２９に与えるゲート信号の各パルスごとのデューティ比を制御して出力調整を行う他、例えば数秒を周期とするオンオフ制御を行ってそのデューティ比を制御して出力調整を行う。インバータ１８もインバータ１４と同様に動作する。この誘導加熱は、炊飯釜１２の表面に渦電流を発生させて炊飯釜１２を直接加熱するので、ヒータを用いた加熱に比べて加熱効率が高い。また、入力可変時のレスポンスが速いので、細かく微妙な炊飯制御も可能となる。
【００２３】
商用交流電源１９の交流電圧は、充電回路１６にも入力されている。充電回路１６は、制御回路３１からの充電制御信号に基づいて、急速充電可能な充電方法により蓄電池１５を充電する。チョッパ回路方式の昇圧回路１７は、制御回路３１からのゲート信号によってスイッチングし、周知の昇圧動作を行う。この場合、直流母線３４ａ、３４ｂの電圧を検出し、それが定電圧となるようにフィードバック制御を行っても良い。
【００２４】
続いて、図３に示す動作例について、炊飯行程と保温行程における電力変換動作を説明する。図３は、炊飯後に炊飯器１１を食卓などコンセント２０のない場所に移動させた場合における検出温度と電力を示している。ここに示す（ａ）ないし（ｄ）は、それぞれ以下の通りである。
【００２５】
（ａ）…保温釜１２の検出温度
（ｂ）…商用交流電源１９からコンバータ１３を通してインバータ１４（コイル２６）に入力される電力Ｐ１
（ｃ）…商用交流電源１９から充電回路１６を通して蓄電池１５に入力される電力Ｐ２
（ｄ）…蓄電池１５の出力電力Ｐ３すなわち蓄電池１５から昇圧回路１７を通してインバータ１８（コイル３９）に入力される電力Ｐ３
【００２６】
炊飯行程は、ひたし、炊き上げ、むらしの３つの期間に分けられる。時刻ｔ１から時刻ｔ２までのひたし期間は、米に水分を含ませてアルファ化し易くする行程で、温度を４０℃〜６０℃にまで緩やかに上昇させる。このため、商用交流電源１９から入力される電力Ｐ１は小さく、制御回路３１は、インバータ１４が周期的に１ｋＷを所定のデューティ比で入力しそれをコイル２６を通してするように制御する。そして、制御回路３１は、インバータ１４への入力が０となっている期間を利用して蓄電池１５を１００Ｗ程度の電力Ｐ２で充電する。
【００２７】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの炊き上げ期間は、米に一気に熱を加えて炊飯釜１２の中で対流を発生させながら炊き上げる行程で、高火力を加えて温度を急激に上昇させる必要がある。そこで、制御回路３１は、インバータ１４がコンセント２０から取り得る最大電力に近い１．４ｋＷの電力Ｐ１（力率等を考慮すると事実上の最大電力）を連続して入力しそれをコイル２６を通して出力するように制御するとともに、インバータ１８が蓄電池１５に蓄えられた電力を入力して１００Ｗの電力Ｐ３を連続して出力するように制御する。
【００２８】
これにより、炊飯釜１２の加熱に供される電力がＰ１とＰ３の合計値である１．５ｋＷにまで高められ、より高火力での炊き上げが可能となる。蓄電池１５から取り出す電力は、蓄電池１５の容量や炊き上げ時間などに応じて適宜決められる。なお、２つのインバータ１４、１８が同時に動作する場合、ＩＧＢＴ２９と４２は同一のゲート信号によりスイッチングするため、スイッチング周波数が完全に一致し、両者間で干渉音（うなり）が生じることはない。
【００２９】
時刻ｔ３から時刻ｔ４までのむらし期間は、米に残った水分をとばして食感を良くする行程で、必要とされる電力Ｐ１は小さくて良い。従って、ひたし期間と同様に、制御回路３１は、インバータ１４が周期的に１ｋＷを所定のデューティ比で入力しそれをコイル２６を通して出力するように制御する。そして、制御回路３１は、インバータ１４への入力が０となっている期間を利用して蓄電池１５を１００Ｗ程度の電力Ｐ２で充電する。
【００３０】
炊飯器１１は、炊飯行程を終了すると同時に保温行程に移行する。炊飯器１１が引き続き商用交流電源１９から電力供給を受けることができる場合には、インバータ１４が動作してコイル２６により炊飯釜１２を加熱して保温する。しかし、図３に示す動作例のように、商用交流電源１９から電力供給を受けられない場合には、インバータ１８が蓄電池１５に蓄えられたエネルギーを利用してコイル３９により炊飯釜１２を保温する（時刻ｔ４〜ｔ５）。保温に要する電力は小さいため、制御回路３１は、インバータ１８が一定周期ごとに一定時間だけ５００Ｗ程度の電力Ｐ３を蓄電池１５から取り出して炊飯釜１２を間欠的に加熱するように制御する。
【００３１】
蓄電池１５の充電容量は有限であるため、保温時間が長くなるにつれて蓄電池１５の残容量が減少し、それに伴って蓄電池１５の出力電圧が低下する。そこで、制御回路３１は、電圧検出回路３３によって検出された電圧が所定のしきい値電圧以下に低下した時に、蓄電池１５の残容量が少ないと判断し保温動作を停止する。この保温時間（＝ｔ５−ｔ４）は、炊飯器１１の周囲温度やご飯の量などによって多少異なるが、ご飯の賞味期限の目安として利用することができ、保温スイッチの切り忘れや賞味期限を超えた無駄な保温を防止することができる。また、制御回路３１は、保温動作中に検出温度の上昇割合が所定値以上になったと判断すると、保温釜１２内のご飯の残量が少ないとして保温動作を停止するので、無駄な保温を防止することができる。こうした保温状態に関する情報は、ＬＣＤ表示器によって報知される。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の炊飯器１１は、蓄電池１５とその充電エネルギーを用いて炊飯釜１２を加熱するためのインバータ１８とを備え、炊飯行程のうち消費電力の小さいひたし期間に蓄電池１５を充電し、その後の炊き上げ期間に商用交流電源１９からの電力と蓄電池１５からの電力とを用いて炊飯釜１２を加熱する。従って、炊き上げ期間において、コンセント２０から取り得る最大電力よりも高い電力（高火力）で一気に加熱することができ、ご飯を芯までむらなくふっくらとおいしく炊き上げることができる。
【００３３】
また、炊飯器１１は、炊飯行程のうち消費電力の小さいむらし期間に蓄電池１５を充電し、その後の保温行程において商用交流電源１９からの電力供給が断たれた場合に蓄電池１５の充電エネルギーを用いて炊飯釜１２を保温する。これにより、プラグのコンセント２０への抜き差し状態にかかわらず炊飯器１１を保温状態に維持することができるので、炊飯器１１の使い勝手が向上する。
【００３４】
さらに、炊飯器１１は、保温行程において蓄電池１５の出力電圧が所定値以下となった時に保温を停止するので、蓄電池１５の放電による電圧低下までの時間をご飯の賞味期限の目安として利用することができ、保温の切り忘れや賞味期限を超えた無駄な保温を防止することができる。また、炊飯器１１は、炊飯釜１２の検出温度の上昇割合が所定値以上となった時に保温動作を停止するので、保温釜１２内のご飯の残量が少ない場合の保温を防止することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図４および図５を参照しながら説明する。
図４は、保温機能を有する炊飯器の電気的構成を示しており、図１と同一部分には同一符号を付している。この図４に示す炊飯器４４は、図１に示す炊飯器１１に対し、昇圧回路１７とインバータ１８に替えて加熱回路４５を変換手段として具備している点が異なる。加熱回路４５は、蓄電池１５の両極端子間にスイッチ回路４６とヒータ４７とが直列に接続された回路形態を有している。スイッチ回路４６は、リレースイッチや半導体スイッチング素子などから構成されており、ヒータ４７は、図５に示すように炊飯釜１２の底面側に配置されている。
【００３６】
炊飯器４４の炊飯行程と保温行程における電力変換動作は、炊飯器１１について図３に示す動作例に従って説明した通りである。ただし、蓄電池１５に蓄えられたエネルギーは、制御回路３１から与えられる信号によりオンオフ制御されるスイッチ回路４６を通してヒータ４７に与えられる。本実施形態によっても第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。さらに、第１の実施形態に比べ電気的構成を簡単化できるため低コスト化を図ることができる。
【００３７】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
ひたし期間に蓄電池１５を充電し、炊き上げ期間にその充電エネルギーを利用するエネルギー利用形態と、むらし期間に蓄電池１５を充電し、保温行程においてその充電エネルギーを利用するエネルギー利用形態との何れか一方のみを使用しても良い。
第１の実施形態において、昇圧回路１７は必要に応じて設ければ良い。
【００３８】
炊飯器１１、４４がコンセント２０を通して商用交流電源１９から電力供給可能な場合には、炊き上げ期間などのコンセント容量に近い電力を消費する期間を除いた期間（ひたし期間やむらし期間に限られない）において蓄電池１５を充電するように制御しても良い。これにより、例えば炊飯タイマの待ち時間などを充電のために有効に利用することができる。
【００３９】
蓄電池１５に替えて電気二重層キャパシタを用いても良い。電気二重層キャパシタは、急速充放電可能、半永久的な寿命、大電流充放電可能といった特性を有しており、炊飯器１１、４４に求められる特性に合致する。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の炊飯器は、炊飯行程中の所定の期間内に外部電源から供給される電力を蓄電手段に蓄え、この蓄えられた電力を炊飯行程中の所定の期間内および炊飯行程終了後の所定の期間内のうち少なくとも一方の期間内に変換手段に入力して炊飯釜を加熱するので、外部電源に課された電力制限を超える高電力（高火力）で炊飯釜を加熱することができ、あるいは外部電源を利用できない状況下にあっても炊飯釜（ご飯）を保温することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す炊飯器の電気的構成図
【図２】加熱用のコイルと炊飯釜との配置関係を示す図
【図３】炊飯行程と保温行程における電力変換動作を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図５】図２相当図
【図６】従来技術を示す図１相当図
【符号の説明】
１１、４４は炊飯器、１２は炊飯釜、１４、１８はインバータ、１５は蓄電池（蓄電手段）、１７は昇圧回路、１９は商用交流電源（外部電源）、２６はコイル（加熱コイル）、２７、４０はコンデンサ（共振コンデンサ）、２８、４１は共振回路、３１は制御回路（変換制御手段）、３２は温度検出器（温度検出手段）、３３は電圧検出回路（電圧検出手段）、３９はコイル（補助加熱コイル）、４５は加熱回路（変換手段）である。
【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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