JP6779369B2 - 電磁誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導加熱調理器に関する。

従来から、電磁誘導加熱コイルが生じる磁界内に、調理物を保持する鍋を配置する鍋置き部を形成し、鍋置き部に置かれた鍋を誘導加熱して加熱調理を行う誘導加熱調理器がある。この様な誘導加熱調理器は、電磁誘導加熱コイルに通電を行うことで磁界を発生させて、鍋に誘導起電力を生じさせ、鍋自体を発熱させて加熱調理を行う。
つまり、この様な電磁誘導加熱調理器は、誘導加熱コイルが発生させる磁界の中に、抵抗負荷となる鍋が存在することによって、負荷電流が発生し鍋が発熱して、加熱調理を行うものである。

このような電磁誘導加熱方式の加熱調理器では、電磁誘導加熱コイルが生じる磁界中に抵抗負荷が存在しない場合、つまり、負荷抵抗となる鍋が鍋置き部に配置されていない状態の場合、無負荷状態となり負荷電流が発生しない。
このような現象を用いて、従来から、電磁誘導加熱コイルに通電を行ったときの負荷電流の発生の有無を検出し、負荷電流を検出できなかったときには、鍋が鍋置き部に配置されていないと判断して、加熱動作を停止させるように制御されている。
そして、この負荷電流の有無の検出方法として、変流器を有する低周波交流検出手段を用いるものがある（例えば、特許文献１）。

特許第３３１４１２４号公報

しかしながら、このような負荷の有無の検出方法は、変流器を用いる必要があり、電気回路の構成が複雑になる。また、変流器を用いるので、電気回路を構成する部品が高価になるという課題がある。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、変流器を用いることなく、負荷の有無を検出することができる電磁誘導加熱調理器を提供するものである。

上記の課題を解決するため、電磁誘導加熱調理器において、鍋置き部と、鍋置き部に磁界を発生させる電磁誘導加熱コイルと、スイッチング素子を備え、電磁誘導加熱コイルに電力を供給するインバータ回路と、入力電圧とスイッチング素子の電圧とからインバータ回路の出力制御タイミング波形を生成するタイミング出力回路と、入力電圧の変動を検出し、入力電圧変動波形を生成する入力電圧変動検出回路と、入力電圧変動波形と、出力制御タイミング波形とに基づいて、負荷検出を行う負荷検出回路と、負荷検出に基づき、鍋置き部に鍋が置かれているか否かを判断する主制御回路と、を備え、負荷検出回路は、入力電圧変動波形のうち、出力制御タイミング波形がＨｉｇｈレベルの間の入力電圧変動波形に基づき、負荷検出を行うものであり、出力制御タイミング波形は、スイッチング素子がＯＦＦしている期間であって、且つスイッチング素子に回生電流が流れていない期間にＨｉｇｈレベルとなるよう構成する。

本発明によれば、入力電圧変動波形のうち、出力制御タイミング波形がＨｉｇｈレベルの間の入力電圧変動波形に基づいて負荷検出を行うことで、変流器を用いることなく、負荷の有無を精度よく検出することができる電磁誘導加熱調理器を提供することができる。

実施の形態１に係る電磁誘導加熱調理器の電気回路Ｓの構成を示すブロック図 実施の形態１に係る電磁誘導加熱調理器の加熱動作中における鍋有り時の動作波形を示すグラフ 実施の形態１に係る電磁誘導加熱調理器の加熱動作中の鍋無し時の動作波形を示すグラフ 実施の形態２に係る電磁誘導加熱調理器の斜視図 図４のＡ−Ａ断面図

実施の形態１．
図１〜図３を参照して、実施の形態１を説明する。
図１は、電磁誘導加熱調理器の電気回路Ｓの構成を示すブロック図である。
商用低周波交流の電源１は、全波整流回路２に接続される。この全波整流回路２の出力は、平滑コンデンサ３、及び、チョークコイル（図示なし）により平滑化される。

平滑化された出力は、高周波誘導加熱用の電磁誘導加熱コイル４を経て、これに直列に接続された共振コンデンサ５、スイッチング素子６及びダイオード７からなる並列回路に接続されている。これらは、直流を交流に変換するインバータ回路を構成しており、電磁誘導加熱コイル４に電力を供給する。尚、インバータ回路から電力を受けた電磁誘導加熱コイル４が生じる磁界内には、内部に調理物を保持する鍋Ｎを配置する鍋置き部Ｐが設けられている。

次に、スイッチング素子６は、スイッチング制御回路１０により制御される。スイッチング制御回路１０は、主制御回路１１に接続しており、主制御回路１１からのスイッチング制御信号により制御されている。主制御回路１１は、マイクロプロセッサ及びメモリを有し、電磁誘導加熱調理器の加熱動作の制御又は各種報知の制御、及び上記の各部の制御を行う主となる制御回路である。

次に、平滑コンデンサ３には、抵抗８を介してタイミング出力回路１２と入力電圧検出回路１４が接続される。そして、入力電圧検出回路１４にて検出された入力電圧は主制御回路１１に入力され、商用低周波交流の電源電圧レベルを検出している。タイミング出力回路１２は、スイッチング素子６のコレクタ端子にも接続され、商用低周波交流の電源電圧を基準に、スイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが０Ｖから変化するタイミング、又は、０Ｖとなるタイミングを検出し、出力制御タイミング波形を生成して、主制御回路１１に入力している。電圧検出回路１３は、スイッチング素子６のコレクタ端子に接続され、スイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅを検出し、主制御回路１１に入力する。

平滑コンデンサ３には、入力電圧の変動を検出し、入力電圧変動波形を生成する入力電圧変動検出回路９が接続されている。そして、入力電圧変動検出回路９からの入力電圧変動波形と、タイミング出力回路１２からの出力制御タイミング波形が、負荷検出回路１５に入力される。負荷検出回路１５は、入力電圧変動検出回路９からの入力電圧変動波形と、タイミング出力回路１２からの出力制御タイミング波形に基づき、負荷電流の有無を検出する。そして、主制御回路１１は、負荷検出回路１５からの負荷電流の有無の検出信号に基づき、鍋置き部Ｐにおける鍋の有無を判断する。

主制御回路１１は、図示されていないが、電磁誘導加熱調理器に設けられた操作部への操作入力により、スイッチング制御信号のパルス幅を調整し、加熱の強弱を選択する。又は、組み込まれた制御プログラムによって、加熱の強弱を一定に制御、又は強弱を可変する。また、主制御回路１１は、負荷検出回路１５からの検出信号に基づき、鍋の有無を判断し、加熱の強弱又は停止を制御する。

図２は、電磁誘導加熱調理器の加熱動作中における鍋有り時の動作波形であり、それぞれ（ａ）スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅ、（ｂ）出力制御タイミング波形、（ｃ）スイッチング素子電流、（ｄ）入力電圧変動波形、（ｅ）スイッチング素子駆動信号、を示す。尚、鍋ありの状態とは、鍋置き部Ｐに鍋Ｎが置かれた状態である。

主制御回路１１からのスイッチング制御信号を受け、スイッチング制御回路１０は、スイッチング素子駆動信号を出力する。スイッチング素子駆動信号がＯＮ（Ｈｉｇｈレベル）の時、スイッチング素子６は導通となり、スイッチング素子電流Ｉｃが流れる。スイッチング素子６が導通している間は、スイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅは０Ｖとなる。

主制御回路１１からのスイッチング制御信号を受けたスイッチング制御回路１０により、スイッチング素子駆動信号がＯＦＦ（Ｌｏｗレベル）となると、スイッチング素子電流Ｉｃは流れなくなる一方、スイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅは上昇を始める。このとき発生するスイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅは、スイッチング素子６がＯＮしていた時に流れるスイッチング素子電流Ｉｃに比例して大きさが変わる。

スイッチング素子６をＯＦＦするタイミングは、加熱の強弱によって主制御回路１１が制御する。またスイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅの周期は、電磁誘導加熱コイル４と誘導加熱する鍋のリアクタンス成分と、共振コンデンサ５による共振周波数によって決まる。

共振周波数によって決まった周期で、スイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅは０Ｖになる。このスイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが０Ｖから変化するタイミング、及び、０Ｖとなるタイミングを検出し、タイミング出力回路１２は、スイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧波形に同期した出力制御タイミング波形を生成し、主制御回路１１へ入力する。

出力制御タイミング波形の立下り、すなわち、スイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが０Ｖになったことを検出した主制御回路１１は、一定期間の後スイッチング制御信号を出力し、スイッチング制御回路１０にスイッチング素子駆動信号をＯＮさせる。

スイッチング素子電流Ｉｃは、スイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが０Ｖになったとき、インバータ回路による回生電流Ｉｒが逆方向に流れる。スイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが０Ｖになってから、主制御回路１１がスイッチング制御信号を出力し、スイッチング制御回路１０にスイッチング素子駆動信号をＯＮさせるまでの一定期間は、この回生電流Ｉｒがおさまる期間であることが望ましい。

入力電圧変動波形は、スイッチング素子電流Ｉｃの大きさに比例して変動する。スイッチング素子６がＯＮしたことでスイッチング素子電流Ｉｃが流れる。このスイッチング素子電流Ｉｃは、商用低周波交流の電源１と平滑コンデンサ３に蓄えられた電流から供給される。このとき平滑コンデンサ３から供給された電流分は、スイッチング素子６がＯＦＦとなる期間Ｂに、商用低周波交流の電源１より平滑コンデンサ３供給される。

スイッチング素子６がＯＦＦの期間（Ｂ）には、スイッチング素子６のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが発生している期間（Ｃ）に加え、スイッチング素子駆動信号がＯＮされるまでの一定期間（Ｄ）が含まれる。この一定期間（Ｄ）は、回生電流Ｉｒが発生しており、平滑コンデンサ３には、共振コンデンサ５からの回生電流Ｉｒが流れ込むため、入力電圧変動波形が大きくなる。以降は徐々に電流が平滑コンデンサ３に蓄えられ、入力電圧が平滑化されていくことで、入力電圧変動波形は変化しなくなる。

負荷検出回路１５は、出力制御タイミング波形を用いて、出力制御タイミング波形がＬＯＷレベルの間（ＯＦＦされる期間）は、入力電圧変動波形をＬＯＷに落とすことで、回生電流Ｉｒが流れる期間（Ｈ）とスイッチング素子６がＯＮしている期間（Ｉ）の間の入力電圧変動分を検出しないように構成し、期間（Ｃ）の間の入力電圧変動分を主制御回路１１へ入力している。すなわち、出力制御タイミング波形がＨｉｇｈレベルの間（ＯＮされる期間）の入力電圧変動波形の面積Ｋの大きさに基づき、負荷検出を行っている。

次に、鍋Ｎが鍋置き部Ｐに置かれていない状態について説明する。図３は、本発明の電磁誘導加熱調理器の加熱動作中の鍋無し時の動作波形であり、それぞれ、（ａ）スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅ、（ｂ）出力制御タイミング波形、（ｃ）スイッチング素子電流、（ｄ）入力電圧変動波形、（ｅ）スイッチング素子駆動信号、を示す。尚、鍋無しとは、鍋Ｎが鍋置き部Ｐに置かれていない状態である。

入力電圧変動波形は、スイッチング素子６をＯＮした時のスイッチング素子電流Ｉｃに比例して、波形の大きさが変化する。従って、鍋Ｎが無い状態の場合、鍋Ｎが有る状態に比べて、入力電圧変動波形が小さくなっている。負荷検出回路１５は、出力制御タイミング波形を用いて、出力制御タイミング波形がＬＯＷレベルの間（ＯＦＦされる期間）は、入力電圧変動波形をＬＯＷに落とすことで、回生電流Ｉｒが流れる期間（Ｌ）とスイッチング素子６がＯＮしている期間（Ｍ）の間、入力電圧変動分を検出しないように構成し、期間（Ｎ）の間の入力電圧変動分を制御回路へ入力している。すなわち、出力制御タイミング波形がＨｉｇｈレベルの間（ＯＮされる期間）入力電圧変動波形の面積Ｑにより、負荷検出を行っている。

以上のように、鍋Ｎの有無を判断する負荷検知を行う際に、出力制御タイミング波形がＬＯＷレベルの間は、入力電圧変動波形をＬＯＷに落とすことで、回生電流Ｉｒが流れる期間とスイッチング素子６がＯＮしている期間の間、入力電圧変動分を検出しないように構成して、回生電流Ｉｒが流れていない期間であって、スイッチング素子６がＯＦＦしている間の入力電圧変動波形の面積Ｑ（積分値）により、負荷検知を行うので、回生電流Ｉｒによる入力電圧の変動の影響を低減することができる。

つまり、回生電流Ｉｒが流れていない期間であってスイッチング素子６がＯＦＦしている期間は、鍋Ｎが有る場合と無い場合、入力電圧変動波形に大きな差が出るので、負荷検出の有無をより精度よく判断することができ、負荷検知の精度を向上させることができる。尚、実際の負荷検知の判断は、上記の面積Ｑと面積Ｋが、有る閾値Ｘより大きい場合、負荷がある（鍋Ｎがある）と判断し、閾値Ｘ未満の場合は負荷が無い（鍋Ｎは無い）と判断する。閾値Ｘは、面積Ｑの値と面積Ｋの値の間となる値が設定される。

実施の形態２．
図４及び図５を参照して実施の形態２を説明する。図４は、実施の形態１の電気回路Ｓを備えた電磁誘導加熱調理器５０の斜視図である。図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。尚、実施の形態１と同じ構成は、同じ符号を付し説明を省略する。

電磁誘導加熱調理器５０は、本体５１と蓋体５２と鍋Ｎを有する。本体５１には、鍋置き部Ｐが形成されている。鍋置き部Ｐは、本体５１の上方向に向けて開口する凹部であり、鍋Ｎが内部に調理物を保持した状態で、収納することが可能に構成されている。

蓋体５２は、本体５１の鍋置き部Ｐの開口を開閉するように、本体５１に対して後端部分を軸支持されて取り付けられる。蓋体５２が本体５１に対して開いている状態では、鍋置き部Ｐに対して鍋Ｎを着脱することができる。また、鍋置き部Ｐに鍋Ｎが設けられていて、蓋体５２が本体５１に対して閉じている状態では、鍋Ｎは、本体５１と蓋体５２に覆われて、電磁誘導加熱調理器５０の内部に保持される。

従って、鍋Ｎは、電磁誘導加熱調理器５０が外側から視認することができない状態で、電磁誘導加熱調理器５０の内部に保持される。つまり、このような電磁誘導加熱調理器５０は、蓋体５２が本体５１に対して閉じられた状態の場合、本体５１の内部に鍋Ｎが設けられているか否か、外部から認識することができない状態となる。

次に、この鍋置き部Ｐの下方であって本体５１の内部には、電気回路Ｓを構成する電磁誘導加熱コイル４が設けられる。電気回路Ｓは電源プラグ５１ａを有している。この電源プラグ５１ａは、本体５１の外部に導出されており、商用低周波交流の電源１に接続することで、電磁誘導加熱調理器５０は電力を得る。

また、鍋置き部Ｐに設けられる鍋Ｎの底面は、この電磁誘導加熱コイル４が発生する磁界内に位置する。つまり、鍋Ｎは、電磁誘導加熱コイル４が生じる磁界の変化により誘導加熱されて、内部に保持する調理物の加熱調理を行うことができる。また、本体５１の内部には、電気回路Ｓが設けられている。

以上のように各部を構成することで、負荷検出の有無をより精度よく判断することができ、負荷検知の精度を向上させることができるので、電磁誘導加熱調理器５０の内部に、鍋Ｎが保持されているか否かを精度よく判断することができる。従って、使用者が、電磁誘導加熱調理器５０に鍋Ｎを入れ忘れて、加熱動作を開始させても、負荷検出を精度よく行うことができ、鍋Ｎが無い状態を検知して、無駄な加熱調理動作を停止することができる。尚、本実施の形態の電磁誘導加熱調理器５０は、例えば、お米を炊飯する電気炊飯器又は煮物などの調理を行う電気調理鍋などがある。

１ 商用低周波交流の電源、２ 全波整流回路、３ 平滑コンデンサ、４ 電磁誘導加熱コイル、５ 共振コンデンサ、６ スイッチング素子、７ ダイオード、８ 抵抗、９ 入力電圧変動検出回路、１０ スイッチング制御回路、１１ 主制御回路、１２ タイミング出力回路、１３ 電圧検出回路、１４ 入力電圧検出回路、１５ 負荷検出回路、Ｎ 鍋、Ｐ 鍋置き部、Ｓ 電気回路、５０ 電磁誘導加熱調理器、５１ａ 電源プラグ。

Claims (4)

1. 鍋置き部と、
   前記鍋置き部に磁界を発生させる電磁誘導加熱コイルと、
   スイッチング素子を備え、前記電磁誘導加熱コイルに電力を供給するインバータ回路と、
   入力電圧と前記スイッチング素子の電圧とから前記インバータ回路の出力制御タイミング波形を生成するタイミング出力回路と、
   前記入力電圧の変動を検出し、入力電圧変動波形を生成する入力電圧変動検出回路と、
   前記入力電圧変動波形と、前記出力制御タイミング波形とに基づいて、負荷検出を行う負荷検出回路と、
   前記負荷検出に基づき、前記鍋置き部に鍋が置かれているか否かを判断する主制御回路と、
   を備え、
   前記負荷検出回路は、前記入力電圧変動波形のうち、前記出力制御タイミング波形がＨｉｇｈレベルの間の入力電圧変動波形に基づき、前記負荷検出を行うものであり、
   前記出力制御タイミング波形は、前記スイッチング素子がＯＦＦしている期間であって、且つ前記スイッチング素子に回生電流が流れていない期間にＨｉｇｈレベルとなる電磁誘導加熱調理器。
2. 前記主制御回路は、前記出力制御タイミング波形がＨｉｇｈレベルの間の前記入力電圧変動波形の積分値が閾値以上の場合に、前記鍋置き部に前記鍋が置かれていると判断する請求項１に記載の電磁誘導加熱調理器。
3. 前記インバータ回路に駆動信号を与えるスイッチング制御回路と、
   前記スイッチング素子の電圧を検出する電圧検出回路と、をさらに備え、
   前記主制御回路は、前記スイッチング制御回路を制御するスイッチング制御信号を与える請求項１または２に記載の電磁誘導加熱調理器。
4. 本体と蓋体を有し、
   前記本体には、前記鍋置き部が形成され、
   前記蓋体は、前記鍋置き部を開閉するように、前記本体に取り付けられる請求項１〜３の何れか一項に記載の電磁誘導加熱調理器。

Images