JP6727343B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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Description
また、本発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱物が載置される天板と、前記天板の下方に配置され、前記被加熱物を誘導加熱する複数の加熱コイルと、前記加熱コイルに電力を供給する駆動回路と、磁気共鳴により電力を送る送電コイルと、前記送電コイルに電力を供給する送電回路と、を有する本体と、前記送電コイルから磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、前記受電コイルが受電した電力によって動作する負荷回路と、を有する受電装置と、を備え、前記送電コイルは、平面視において、複数の前記加熱コイルを囲むように設けられたものである。
また、本発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱物が載置される天板と、前記天板の下方に配置され、前記被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに電力を供給する駆動回路と、磁気共鳴により電力を送る送電コイルと、前記送電コイルに電力を供給する送電回路と、を有する本体と、前記送電コイルから磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、前記受電コイルが受電した電力によって動作する負荷回路と、を有する受電装置と、を備え、前記送電コイルは、前記天板の下方であって、前記天板の縁に沿うように配置されたものである。
(構成)
図1は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の本体を示す分解斜視図である。
図2は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の本体と受電装置を示す斜視図である。
図1及び図2に示すように、誘導加熱調理器の本体100の上部には、鍋等の被加熱物5が載置される天板4を有している。また、天板4上には、本体100から電力が伝送される受電装置200が着脱可能に載置される。本実施の形態1に係る誘導加熱調理器においては、受電装置200は、被加熱物5の温度を検知する温度センサを備えている。詳細は後述する。
本実施の形態1では、本体100の手前側に左右に並べて第1の加熱手段11と第2の加熱手段12が設けられ、本体100の奥側ほぼ中央に第3の加熱手段13が設けられている。なお、各加熱口の配置はこれに限るものではない。例えば、3つの加熱口を略直線状に横に並べて配置しても良い。また、第1の加熱手段11の中心と第2の加熱手段12の中心との奥行き方向の位置が異なるように配置しても良い。また、加熱口の個数もこれに限るものではなく、1つや2つの場合でも良く、あるいは4つ以上の加熱口を有していても良い。
なお、以下の説明においては、操作部40と表示部41とを一体に構成した操作表示部43を設ける場合について説明する。操作表示部43は、例えば、LCDの上面にタッチスイッチを配置したタッチパネルなどによって構成される。
図1に示すように、送電コイル65は、例えば、天板4の縁に沿うように配置されている。また、送電コイル65は、平面視において、第1の加熱手段11、第2の加熱手段12及び第3の加熱手段13を囲むように設けられている。これにより、天板4のうち加熱手段が配置されていない領域に、一つの送電コイル65が配置される範囲を大きくすることができる。
なお、送電コイル65の形状及び配置はこれに限定されるものではない。例えば、送電コイル65を、平面視において1つの加熱手段(加熱コイル)を囲むように設けても良い。また、送電コイル65を複数設けても良い。
この図3は、誘導加熱調理器の本体100の天板4上の加熱口に被加熱物5が載置され、天板4の加熱口以外の領域に受電装置200が載置されている状態を示している。
非接触電力伝送装置として機能する誘導加熱調理器の本体100と、受電装置200とにより非接触電力伝送システムを構成する。
本体側通信装置47は、例えば、無線LAN、Bluetooth(登録商標)、赤外線通信、NFC(Near Field Communication:近距離無線通信)など、任意の通信規格に適合した無線通信インターフェースによって構成される。本体側通信装置47は、受電装置200の受電側通信装置85と無線通信を行う。
送電回路60は、送電コイル65に電力を供給する。詳細は後述する。
温度センサ90は、例えば赤外線センサにより構成され、天板4の上に載置された被加熱物5の側面の温度を非接触で検知する。なお、温度センサ90は、例えばサーミスタなどの接触式のセンサで構成しても良い。温度センサ90は、検知した温度に相当する電圧信号を受電側制御部83へ出力する。
受電側通信装置85は、本体側通信装置47の通信規格に適合した無線通信インターフェースによって構成される。受電側通信装置85は、本体側通信装置47と無線通信を行う。
受電側通信装置85は、本発明における「第1通信装置」に相当する。
本体側通信装置47は、本発明における「第2通信装置」に相当する。
図4は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の駆動回路を示す図である。
なお、駆動回路50は加熱手段毎に設けられているが、その回路構成は同一であっても良いし、加熱手段毎に変更しても良い。図4では1つの駆動回路50のみを図示する。図4に示すように、駆動回路50は、直流電源回路22と、インバータ回路23と、共振コンデンサ24とを備える。
図5は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の本体及び受電装置の構成を示す図である。図6は、図5の構成の具体的な回路図である。
なお、図5及び図6は、誘導加熱調理器の本体100及び受電装置200の、磁気共鳴方式による電力伝送に関する構成を示している。
誘導加熱調理器の本体100と受電装置200とは、共振特性を利用して電力伝送を行う磁気共鳴方式(共振結合型)の非接触電力伝送システムを構成する。即ち、誘導加熱調理器の本体100は、磁気共鳴によって受電装置200へ電力を送電する共振型電力送電装置を構成する。また、受電装置200は、磁気共鳴によって本体100から電力を受電する共振型電力受電装置を構成する。
共振型電源60aは、送電コイル65への電力の供給を制御するものであり、直流又は交流の入力電力を所定の周波数の交流に変換して出力するものである。この共振型電源60aは、共振スイッチング方式による電源回路で構成され、出力インピーダンスZo、共振周波数fo及び共振特性値Qoを有する。
また、共振型電源60aの共振周波数foは、MHz帯域の周波数に設定されている。
共振周波数foは、例えば、6.78MHzである。なお、共振周波数foは、これに限らず、MHz帯域において、6.78MHzの整数倍の周波数としても良い。
そして、この2つの共振特性値Qo、Qtから、誘導加熱調理器の本体100は、下式(1)の共振特性値Qtxを有することになる。
Qtx=√(Qo・Qt) (1)
受電コイル80は、送電コイル65からの非放射型の電磁界と共振結合動作を行うことで電力を受電し、交流電力を出力するものである。この受電コイル80は、コイルとキャパシタC11とにより共振回路が形成され、共振型のアンテナとして機能する。受電コイル80は、通過特性インピーダンスZrを有する。
具体的には下式(3)の範囲内が望ましい。
√(Qo・Qt)≒Qr (2)
0.5Qr≦√(Qo・Qt)≦1.5Qr (3)
次に、本実施の形態1における誘導加熱調理器の動作について説明する。
また、使用者は、受電装置200を天板4の上に載置する。例えば、受電装置200の温度センサ90が、赤外線センサなどの非接触式のセンサで有る場合、使用者は、受電装置200を天板4上の任意の位置に載置する。また例えば、受電装置200の温度センサ90が、サーミスタなどの接触式のセンサで有る場合、使用者は、受電装置200を、天板4上であって被加熱物5の側面と接触する位置に載置する。上述したように、磁気共鳴方式(共振結合型)による電力伝送は、電力伝送が可能となる距離が長いため、受電装置200を送電コイル65と対向する位置に配置しなくても良い。
制御部45は、設定された電力(火力)に応じて、インバータ回路23を制御する。インバータ回路23のIGBT23a及び23bに、例えば20kHz〜100kHz程度の高周波の駆動信号を入力し、IGBT23a及び23bを交互にオンオフのスイッチングをさせることで加熱コイル11aと共振コンデンサ24で構成される共振回路に高周波電流を供給する。加熱コイル11aに高周波電流が流れると高周波磁界が発生し、被加熱物5の底には磁束変化を打ち消す方向に渦電流が流れ、その流れる渦電流の損失よって被加熱物5が加熱される。
本体100の本体側通信装置47は、受電側通信装置85から送信された温度の情報を受信し、制御部45へ出力する。本体100の制御部45は、受電装置200の温度センサ90から取得した温度の情報に応じて、駆動回路50の駆動を制御する。
以上のように本実施の形態1においては、本体100は、被加熱物5が載置される天板4と、天板4の下方に配置され、被加熱物5を誘導加熱する加熱コイル11aと、加熱コイル11aに電力を供給する駆動回路50と、磁気共鳴により電力を送電する送電コイル65と、送電コイル65に電力を供給する送電回路60とを有する。また、受電装置200は、送電コイル65から磁気共鳴により電力を受電する受電コイル80と、受電コイル80が受電した電力によって動作する負荷回路とを有する。
このため、電磁誘導結合による電力伝送と比較して、誘導加熱調理器の本体100から電力が伝送される受電装置200の、設置位置の制約を軽減することができる。
一方、本実施の形態1の誘導加熱調理器においては、磁気共鳴による電力伝送を行うので、誘導加熱を低下又は停止させる必要がない。よって、短時間で調理が可能な、使い勝手の良い誘導加熱調理器を得ることができる。
一方、本実施の形態1の誘導加熱調理器においては、磁気共鳴による電力伝送を行うので、送電コイル65の位置と受電コイル80の位置とにずれが生じても、つまり対向配置されていなくても、安定して電力伝送を行うことができる。
このため、天板4のうち加熱手段が配置されていない領域に、一つの送電コイル65が配置される範囲を大きくすることができる。また、磁気共鳴による電力伝送の共振周波数と、加熱コイル11aの駆動周波数とは大きく異なるので、加熱コイル11aを囲むように送電コイル65を設ける構成であっても、本体100から受電装置200への電力伝送が、加熱コイル11aに流れるコイル電流による磁界の影響を受けることがない。
一方、本実施の形態1の誘導加熱調理器においては、磁気共鳴による電力伝送を行うので、送電コイル65の設置箇所の制約を軽減することができる。
このように、磁気共鳴による電力伝送の共振周波数と、加熱コイル11aに流れるコイル電流の周波数とは大きく異なるので、本体100から受電装置200への電力伝送が、加熱コイル11aに流れるコイル電流による磁界の影響を受けることがない。そのため、コイル電流の大小、すなわち投入電力の大小によらず、安定して電力伝送を行うことができる。
また、送電コイル65から発生した磁界によって、天板4上に載置された導電体(金属)が誘導加熱されることがない。例えば金属製の調理器具などが天板4上に載置された場合であっても、送電コイル65から発生した磁界によって誘導加熱されることがない。
このため、被加熱物5の温度を検知する温度センサ90の設置位置の制約を軽減することができ、天板4に載置する温度センサ90の設置位置の自由度を向上することができる。よって、被加熱物5の形状や大きさなどに応じて、温度センサ90の設置位置を任意に変更することができる。したがって、使い勝手を向上することができる。
よって、温度センサ90を直接、被加熱物5の側面に取り付けることで、側面温度を直接検知することができ、温度検知精度の高い誘導加熱調理器を得ることができる。
一方、本実施の形態1の誘導加熱調理器は、磁気共鳴により電力が伝送されるので、被加熱物5の金属部の影響を受けにくくなり、電力伝送が可能となる。
図7は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の受電装置の変形例1を示す斜視図である。
図7に示すように、受電装置200を複数備える構成でも良い。このような構成においても、複数の受電装置200は、それぞれ、1つの送電コイル65から電力を受電する。
図8は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の受電装置の変形例2を示す模式図である。
図8に示すように、受電装置200の負荷回路として振動センサ90bを設けても良い。なお、受電装置200は、上述した温度センサ90に代えて振動センサ90bを設けても良いし、温度センサ90に加えて振動センサ90bを設けても良い。
振動センサ90bは、受電回路81から供給された電力によって動作する。振動センサ90bは、測定対象からの振動を検知するものである。
図9は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の受電装置の変形例3を示す模式図である。
図9に示すように、受電装置200に、当該受電装置200を被加熱物5の側面に保持する保持手段210を備えても良い。
したがって、図9に示すように、受電装置200を天板4より上側(天板から浮かした方向)に配置した場合においても、電力伝送が可能であり、使い勝手の良い誘導加熱調理器を得ることができる。
本実施の形態2においては、受電装置の負荷回路として操作表示部43を備えた構成について説明する。
なお、以下の説明では、上記実施の形態1と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図11は、実施の形態2に係る誘導加熱調理器の本体と受電装置を示す斜視図である。
図12は、実施の形態2に係る誘導加熱調理器の本体及び受電装置の構成を示すブロック図である。
図10〜図12に示すように、実施の形態2に係る誘導加熱調理器の本体101は、操作部40、表示部41、及び操作部40と表示部41とを一体に構成した操作表示部43を備えていない。本体101のその他の構成は、上述した実施の形態1の本体100と同様である。
受電装置201の操作表示部43は、受電回路81から供給された電力によって動作する。操作表示部43は、誘導加熱調理器の本体101に対する入力操作を行う操作部40と本体101の動作に関する表示を行う表示部41とを一体に構成したものである。受電装置201のその他の構成は、上述した実施の形態1の受電装置200と同様である。
本体101の制御部45は、本体側通信装置47が受信した入力操作の情報に応じて、駆動回路50の駆動を制御する。
このため、上記実施の形態1の効果に加え、操作表示部43の設置位置の自由度を向上することができ、使い勝手を向上することができる。
また、本体101に、操作部40、表示部41、及び操作部40と表示部41とを一体に構成した操作表示部43を備えていないので、本体101の構成を簡素化することができ、小型化を実現できる。
また、本実施の形態2では、本体101に、操作部40、表示部41、及び操作表示部43を備えない構成を説明したが、本発明はこれに限定されない。操作部40又は表示部41の一方を、本体101に備える構成でも良い。また、操作部40及び表示部41を、本体101と受電装置201の両方に備える構成でも良い。また、操作部40及び表示部41の一部を備える構成でも良い。
図13は、実施の形態2に係る誘導加熱調理器の受電装置の変形例を示す斜視図である。
図13に示すように、誘導加熱調理器の本体101は、シンクなどが設けられたキッチン家具300に設置される。キッチン家具300の内部には、誘導加熱調理器の本体101が嵌め込まれる収容部(図示せず)が形成され、キッチン家具300の天面には平板状の作業台301が設けられている。誘導加熱調理器の本体101がキッチン家具300に組み込まれた状態において、作業台301の上に誘導加熱調理器の天板4が露出している。キッチン家具300の作業台301は、例えば木材、樹脂(例えば、人工大理石など)、石材など絶縁性(非金属)の材質で形成されている。
誘導加熱調理器の本体101から受電装置201へ、磁気共鳴により電力が伝送されるので、送電コイル65と受電コイル80とが対向配置されていない状態であっても電力伝送が可能である。また、作業台301は絶縁性の材質であるため、送電コイル65と受電コイル80との間が遮蔽されることはない。
このため、受電装置201を作業台301に載置した場合であっても、本体101からの電力伝送が可能となる。よって、受電装置201を作業台301に載置して操作表示部43の操作及び表示を行うことができ、誘導加熱調理器の使い勝手を向上することができる。
本実施の形態3においては、受電装置の負荷回路としてヒータを備えた構成について説明する。
なお、以下の説明では、上記実施の形態1と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
なお、図14においては、本体100及び受電装置202を前面側から見た縦断面を模式的に示している。
上面ヒータ91は、受電回路81(図示省略)を介して受電コイル80と接続されている。上面ヒータ91は、受電コイル80が受電した電力によって発熱する発熱体によって構成される。上面ヒータ91は、例えば、抵抗発熱体であるシーズヒータを用いている。なお、上面ヒータ91は、具体的構成はこれに限らず、ハロゲンヒータや遠赤外線ヒータなど任意の発熱体を用いることができる。また、上面ヒータ91は、支持手段220によって、被加熱物5の上方に支持される。
本実施の形態4においては、受電装置の負荷回路として攪拌装置を備えた構成について説明する。
なお、以下の説明では、上記実施の形態1と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
なお、図15においては、本体100及び受電装置203を前面側から見た縦断面を模式的に示している。
攪拌装置92は、モータ92aと、シャフト92bと、羽根部92cとを備えている。攪拌装置92は、支持手段220によって、被加熱物5の上方に支持される。例えばシチューや炒め物などの被調理物5bが投入された鍋やフライパンなどの被加熱物5が、天板4の加熱口に載置されると、攪拌装置92の羽根部92cが被加熱物5内に配置される。
モータ92aは、例えば受電装置203の筐体の上部に設けられ、受電コイル80が受電した電力によって回転駆動する。シャフト92bは、回転軸が上下方向に配置され、一端がモータ92aに接続されてモータ92aの駆動力を伝達する。羽根部92cは、シャフト92bに取り付けられ、シャフト92bの回転駆動によって被調理物5bを攪拌する。
図16は、実施の形態5に係る誘導加熱調理器の天板と送電コイルを示す図である。
図16(a)は、天板4の裏面側から見た平面図であり、図16(b)は、天板4の側面図である。
図16に示すように、送電コイル65は、天板4の裏面(下面)側に接触して配置されても良い。例えば、送電コイル65は、プリント配線によって天板4の裏面に設けても良い。
このような構成により、本体100を小型化することができる。また、本体100の組立工程が簡易になり、安価な誘導加熱調理器を得ることができる。
Claims (15)
- 被加熱物が載置される天板と、
前記天板の下方に配置され、前記被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルに電力を供給する駆動回路と、
磁気共鳴により電力を送る送電コイルと、
前記送電コイルに電力を供給する送電回路と、
を有する本体と、
前記送電コイルから磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、
前記受電コイルが受電した電力によって動作する負荷回路と、
を有する受電装置と、を備え、
前記送電コイルは、平面視において前記加熱コイルを囲むように設けられた
誘導加熱調理器。 - 被加熱物が載置される天板と、
前記天板の下方に配置され、前記被加熱物を誘導加熱する複数の加熱コイルと、
前記加熱コイルに電力を供給する駆動回路と、
磁気共鳴により電力を送る送電コイルと、
前記送電コイルに電力を供給する送電回路と、
を有する本体と、
前記送電コイルから磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、
前記受電コイルが受電した電力によって動作する負荷回路と、
を有する受電装置と、を備え、
前記送電コイルは、平面視において、複数の前記加熱コイルを囲むように設けられた
誘導加熱調理器。 - 被加熱物が載置される天板と、
前記天板の下方に配置され、前記被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルに電力を供給する駆動回路と、
磁気共鳴により電力を送る送電コイルと、
前記送電コイルに電力を供給する送電回路と、
を有する本体と、
前記送電コイルから磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、
前記受電コイルが受電した電力によって動作する負荷回路と、
を有する受電装置と、を備え、
前記送電コイルは、前記天板の下方であって、前記天板の縁に沿うように配置された
誘導加熱調理器。 - 前記受電装置を複数備え、
複数の前記受電装置は、それぞれ、1つの前記送電コイルから電力を受電する
請求項1〜3の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記磁気共鳴の共振周波数は、MHz帯域の周波数である
請求項1〜4の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記駆動回路の駆動周波数は、20kHz以上100kHz未満であり、
前記磁気共鳴の共振周波数は、6.78MHz又は6.78MHzの整数倍である
請求項5に記載の誘導加熱調理器。 - 前記負荷回路は、前記被加熱物の温度を検知する温度センサであり、
前記受電装置は、前記温度センサが検知した前記温度の情報を送信する第1通信装置を備え、
前記本体は、
前記第1通信装置から送信された前記温度の情報を受信する第2通信装置と、
前記温度の情報に応じて、前記駆動回路の駆動を制御する制御装置と、を備えた
請求項1〜6の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記負荷回路は、前記被加熱物の振動を検知する振動センサであり、
前記受電装置は、前記振動センサが検知した前記振動の情報を送信する第1通信装置を備え、
前記本体は、
前記第1通信装置から送信された前記振動の情報を受信する第2通信装置と、
前記振動の情報に応じて、前記駆動回路の駆動を制御する制御装置と、を備えた
請求項1〜6の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記負荷回路は、前記本体に対する入力操作を行う操作部であり、
前記受電装置は、前記操作部の前記入力操作の情報を送信する第1通信装置を備え、
前記本体は、
前記第1通信装置から送信された前記入力操作の情報を受信する第2通信装置と、
前記入力操作の情報に応じて、前記駆動回路の駆動を制御する制御装置と、を備えた
請求項1〜6の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記負荷回路は、前記本体の動作に関する表示を行う表示部であり、
前記受電装置は、前記表示部に表示させる情報を受信する第1通信装置を備え、
前記本体は、
前記表示部に表示させる情報を送信する第2通信装置を備えた
請求項1〜6の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記負荷回路は、前記受電コイルが受電した電力によって発熱し、前記被加熱物を加熱するヒータである
請求項1〜6の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記負荷回路は、前記受電コイルが受電した電力によって回転駆動し、前記被加熱物に入れられた被調理物を攪拌させる攪拌装置である
請求項1〜6の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記受電装置を複数備え、
複数の前記受電装置のうち少なくとも1つは、前記負荷回路の種類が異なる
請求項1〜12の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記受電装置は、前記天板に着脱可能に載置される
請求項1〜13の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記受電装置は、当該受電装置を前記被加熱物の側面に保持する保持手段を備えた
請求項1〜14の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
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