JP6840260B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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Description
一方、特許文献2に記載のワイヤレス伝送システムのような磁界共鳴方式の電力伝送は、電磁誘導結合による電力伝送と比較して送電コイルと受電コイルとの間の距離を長くすることができ、受電装置の設置位置の制約を軽減することができる。
(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3は、図2のA部分の拡大図である。
図1〜図3に示すように、誘導加熱調理器の本体100は、鍋等の被加熱物5が載置される矩形形状の天板4と、天板4下に設けられた筐体30とを有している。天板4上には、本体100から電力が伝送される受電装置200も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。
なお、図1及び図2では、空隙7が、本体100の後方側の端部に2箇所設けた場合を示すが、本発明はこれに限定されない。空隙7は、天板4の外周の任意の場所に、少なくとも1箇所設ければよい。
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。
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。また、送電コイル65の形状は、円形又は楕円形等であっても良い。
この図4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。
本実施の形態1における受電側通信装置85は、第1通信装置に相当する。
本実施の形態1における本体側通信装置47は、第2通信装置に相当する。
図5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5では1つの駆動回路50のみを図示する。図5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6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7は、図6の構成の具体的な回路図である。
なお、図6及び図7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。なお、磁気共鳴による電力伝送は、共振結合型電力伝送とも称する。
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及び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。
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、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。また、天板4の外周を囲むように形成された枠部材6には、電気的に不連続な不連続部を構成する空隙7が設けられている。
このため、送電コイル65からの誘導磁界が導電性の枠部材6に鎖交しても、枠部材6を周回する誘導電流が発生することがなく、本体100から受電装置200へ給電される電力の減衰を抑制することができる。
また、送電コイル65からの誘導磁界が導電性の枠部材6に遮蔽され難くすることができるため、受電装置200を、平面視において本体100の範囲外へ設置した場合であっても、電力伝送を行うことができる。
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。また、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となる。よって、天板4に載置する受電装置200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。例えば、送電コイル65と受電コイル80との間の距離が、天板4の幅又は奥行の半分以上の距離において、電力伝送を可能とするように構成することで、受電装置200を天板上のどこに設置しても安定して電力伝送を行うことができるようになる。したがって、受電装置200の設置位置の自由度の高い、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、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。よって、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の形状又は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8は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の変形例1を示す斜視図である。
図8に示すように、枠部材6の一部に、例えば樹脂などの非導電性の材料で構成された非導電部8を形成しても良い。非導電部8は、枠部材6が囲む天板4の外周の一部を、電気的に不連続とする不連続部を構成する。
このような構成においても、枠部材6を周回する誘導電流が発生することがなく、本体100から受電装置200へ給電される電力の減衰を抑制することができる。また、樹脂などの非導電性の材料で構成された非導電部8により、天板4の強度を補強することができる。
図9は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の変形例2を示す斜視図である。
図9に示すように、天板4には、天板4の外周を囲むように形成された枠部材9が設けられている。枠部材9は、全部が、例えば樹脂などの非導電性の材料で構成されている。即ち、枠部材9の全部が、電気的に不連続な不連続部を構成する。
このような構成においても、枠部材6を周回する誘導電流が発生することがなく、本体100から受電装置200へ給電される電力の減衰を抑制することができる。
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、LCDなどの比較的消費電力の大きな電子部品が搭載された受電装置201であっても、バッテリ切れを気にせずに使用が可能となる。また、バッテリレス化も可能となる。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。
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1を示す斜視図である。
図13に示すように、受電装置201を複数備える構成でも良い。複数の受電装置201のうちの一つは、例えば、プッシュスイッチ若しくはタクトスイッチなどの機械的なスイッチ、又は電極の静電容量の変化により入力操作を検知するタッチスイッチなどにより構成された操作部40を負荷回路として備える。また、複数の受電装置201のうちの一つは、例えば、LCD又はLED等で構成された表示部41を負荷回路として備える。
このような構成においても、複数の受電装置201は、それぞれ、1つの送電コイル65から電力を受電することができる。
図14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2を示す斜視図である。
図14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、人工大理石などの樹脂、又は石材など、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。
このような構成により、LCDなどの比較的消費電力の大きな電子部品が搭載された受電装置201であっても、バッテリ切れを気にせずに使用が可能となる。
図15は、実施の形態2に係る誘導加熱調理器の変形例3を示す図である。
図15(a)は、天板4の裏面側から見た平面図であり、図15(b)は、天板4の側面図である。
図15に示すように、送電コイル65は、天板4の下面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の下面に設けても良い。
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。
本実施の形態3においては、送電コイル65の配置について説明する。
なお、以下の説明では、上記実施の形態1及び2と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態1及び2との相違点を中心に説明する。
図16に示すように、実施の形態3に係る誘導加熱調理器の本体103は、送電コイル65a〜65dを備えている。送電コイル65a〜65dは、それぞれ個別に設けられた送電回路60から電力が供給される。送電回路60の構成は、上記実施の形態1と同様である。
即ち、送電コイル65aは、平面視において、第1の加熱手段11及び第2の加熱手段12と天板4の縁との間に設けられている。また、送電コイル65bは、平面視において、第1の加熱手段11と天板4の縁との間に設けられている。また、送電コイル65cは、平面視において、第3の加熱手段13と天板4の縁との間に設けられている。また、送電コイル65dは、平面視において、第2の加熱手段12と天板4の縁との間に設けられている。
即ち、送電コイル65aは、平面視において、第1の加熱手段11及び第2の加熱手段12と天板4の縁との間に、天板4の前面の辺に沿うように設けられている。また、送電コイル65bは、平面視において、第1の加熱手段11と天板4の縁との間に、天板4の左側面の辺に沿うように設けられている。また、送電コイル65cは、平面視において、第3の加熱手段13と天板4の縁との間に、天板4の後面の辺に沿うように設けられている。また、送電コイル65dは、平面視において、第2の加熱手段12と天板4の縁との間に、天板4の右側面の辺に沿うように設けられている。
このため、送電コイル65a〜65dと、受電コイル80との径の差を小さくすることができる。よって、送電コイル65a〜65dから受電コイル80への鎖交磁束の割合が増加し、磁気共鳴による電力伝送の給電効率を向上することができる。また、天板4の上面又は本体103の周辺に配置された受電装置200は、送電コイル65a〜65dのうち最も近い位置の送電コイル65から給電されるため、給電効率を向上することができる。
本実施の形態4においては、送電コイル65の配置について説明する。
なお、以下の説明では、上記実施の形態1〜3と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態1〜3との相違点を中心に説明する。
図18は、実施の形態4に係る誘導加熱調理器の本体を模式的に示す正面図である。
なお、図17においては、天板4を上面側から見た状態において、筐体30と送電コイル65b及び65dとの位置関係を模式的に示している。また、図18においては、本体104を正面側から見た状態において、天板4及び筐体30と、送電コイル65b及び65dとの位置関係を模式的に示している。なお、図18では、本体104の正面に設けられた構成の図示を省略している。
送電コイル65b及び65dは、平面視において、筐体30と天板4の縁との間に設けられている。
即ち、送電コイル65bは、平面視において、筐体30の左側面と天板4の縁との間に設けられている。また、送電コイル65dは、平面視において、筐体30の右側面と天板4の縁との間に設けられている。
本実施の形態5においては、筐体30の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1〜4と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態1〜4との相違点を中心に説明する。
図20は、実施の形態5に係る誘導加熱調理器の本体を模式的に示す側面図である。
なお、図20においては、本体105が、キッチン家具の収容部に収容され、天板4の下面がキッチン家具の作業台301に支持されている状態を示している。
なお、開口31の位置は、筐体30の右側面に限らず、左側面、前面又は背面に設けても良い。
図21は、実施の形態5に係る誘導加熱調理器の本体の変形例を模式的に示す側面図である。
図21に示すように、誘導加熱調理器の本体105の筐体30は、側面の一部に、例えば樹脂などの非導電性の材料で構成された磁界透過部32が形成されている。筐体30の磁界透過部32の下端は、例えば、送電コイル65dの下端よりも下方に位置するのが望ましい。
なお、筐体30の側面の全部を磁界透過部32で構成しても良い。また、筐体30の全部を例えば樹脂などの非導電性の材料で構成しても良い。
また例えば、受電装置の負荷回路は、例えば、ブレンダー、ミキサー、ミル、泡だて器、又はフードプロセッサー等、料理の下準備及び下拵え等を行う調理機器でも良い。
また例えば、受電装置の負荷回路は、被加熱物5内に配置され、例えば、塩分、又は糖度等、食品の成分を検知する成分検知センサでも良い。
Claims (20)
- 被加熱物が載置される天板と、
前記天板の外周を囲むように形成された、導電性の枠部材と、
前記天板の外周の一部に設けられ、前記枠部材とともに前記天板の外周を囲むように形成され、前記枠部材の電気特性を不連続にする不連続部と、
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、を備えた
誘導加熱調理器。 - 前記不連続部は、前記枠部材の一部に形成された空隙で構成された
請求項1に記載の誘導加熱調理器。 - 前記不連続部は、非導電性の材料で構成された
請求項1に記載の誘導加熱調理器。 - 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
請求項1〜3の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記加熱コイルを複数備え、
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
請求項1〜3の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 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
請求項1〜5の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記送電コイルは、平面視において、前記加熱コイルと前記天板の縁との間に設けられた
請求項1〜3の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記天板は、平面視において、矩形形状に形成され、
前記送電コイルは、平面視において、前記加熱コイルと前記天板の縁との間に、前記矩形形状の辺に沿うように設けられた
請求項1〜3の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記天板の下に設けられ、前記加熱コイルを収納する筐体を備え、
前記筐体は、平面視における大きさが前記天板よりも小さく形成され、
前記送電コイルは、平面視において、前記筐体と前記天板の縁との間に設けられた
請求項1〜3の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記天板の下に設けられ、前記加熱コイル及び前記送電コイルを収納する筐体を備え、
前記筐体は、
導電性の材料で構成され、側面に開口が形成されている
請求項1〜9の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記開口の下端は、前記送電コイルの下端よりも下方に位置している
請求項10に記載の誘導加熱調理器。 - 前記天板の下に設けられ、前記加熱コイル及び前記送電コイルを収納する筐体を備え、
前記筐体は、
側面の少なくとも一部が非導電性の材料で構成されている
請求項1〜9の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。 - 前記送電コイルは、前記天板の下面に接触して配置された
請求項1〜12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1〜13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14に記載の誘導加熱調理器。 - 前記天板、前記枠部材、前記不連続部、前記加熱コイル、前記駆動回路、前記送電コイル、及び前記送電回路を有する本体と、
前記送電コイルから前記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、を備えた
請求項1〜15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16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16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16に記載の誘導加熱調理器。 - 前記送電回路は、前記送電コイルへ電力を供給する共振型電源を備え、
前記受電装置は、前記受電コイルにより受信された電力を前記負荷回路へ供給する受電回路を備え、
前記共振型電源の共振特性値をQoとし、
前記送電コイルの共振特性値をQtとし、
前記受電装置の共振特性値をQrとしたとき、
0.5Qr≦√(Qo・Qt)≦1.5Qrを満たすように、
前記共振型電源、前記送電コイル、前記受電コイル及び前記受電回路の特性インピーダンスを設定した
請求項16〜19の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
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