WO2018211745A1 - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
- H05B6/12—Cooking devices
Definitions
- the present invention relates to an induction heating cooker in which an eddy current is generated in an object to be heated, such as a metal pan, and induction heating is performed to heat and cook foods contained in the object to be heated.
- Induction heating means are widely used for use in induction heating devices such as IH cooking heaters and electric rice cookers.
- these induction heating means use a heating coil in which a coated conducting wire is wound in a spiral shape, and a high frequency magnetic field generated when a high frequency current of 20 to 100 kHz is passed through the heating coil is used for a metal pan or the like.
- An eddy current is generated in the object to be heated, and the object to be heated is heated by Joule heat generated by the eddy current.
- induction cooking devices in order to provide functions required for cooking such as convection, stirring, and non-burning (hereinafter also referred to as “cooking mode”), a plurality of independent heating cookers are provided below the object to be heated. Heating coils are installed to adjust the high-frequency current flowing through each heating coil. Therefore, in general, the same number of high-frequency power generation circuits as heating coils are required.
- the induction heating cooker described in Patent Document 1 can supply a desired high-frequency current to each heating coil.
- the number of heating coils to be used increases, the number of high-frequency power generation circuits needs to be increased accordingly, but there is an upper limit on the number of high-frequency power generation circuits that can be stored in a limited space in the housing. There was a problem that the expansion was limited.
- the induction heating cooker described in Patent Document 2 enables a configuration in which only one high-frequency generating circuit is provided by switching the connection of a plurality of heating coils. This solves the problem in Patent Document 1 in which a high-frequency power generation circuit must be added in a limited space.
- the connection between the high-frequency power generation circuit and the heating coil is switched in a time-sharing manner, the high-frequency current cannot be supplied to the other heating coil while the high-frequency current is supplied to one heating coil. Therefore, there has been a problem that an undesirable bias occurs in the heating distribution.
- the present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide an induction heating cooker that can simultaneously supply power to a plurality of heating coils in a space-saving and simple manner.
- the present invention provides a first and second heating coil, a first secondary coil connected to the first heating coil, a second secondary coil connected to the second heating coil, First and second power feeding sections for supplying power to the first and second heating coils, a high-frequency power generation circuit for generating high-frequency power, and high-frequency power generated by the high-frequency power generation circuit
- a switching unit that switches and supplies the primary coil, the second primary coil, or the first and second primary coils connected in parallel, and the first primary coil, the second primary coil, or
- a control unit that selects a fed primary coil to be fed from among the first and second primary coils connected in parallel, and supplies power to the first and second heating coils, respectively.
- An induction heating cooker for heating is provided.
- the winding part of the 1st secondary coil, the N1 winding part of the 1st primary coil, and the N3 winding part of the 2nd primary coil were wound around the core It is a transformer.
- the second power feeding unit is a transformer in which a winding part of the second secondary coil and an N2 winding part of the first primary coil are wound around the core.
- the number of turns of the N1 winding part is different from the number of turns of the N2 winding part.
- FIG. 1 It is a perspective view which shows roughly the whole induction heating cooking appliance which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram of the principal part of the induction heating cooking appliance which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is the schematic which shows the convection state of a to-be-heated material. It is the schematic which shows the convection state of a to-be-heated material. It is another block diagram of the principal part of the induction heating cooking appliance which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is another block diagram of the principal part of the induction heating cooking appliance which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows the other example about the shape of a heating coil, and the structure of an electric power feeding part.
- the configuration of the induction heating cooker according to the present invention is not limited to a so-called built-in type IH cooking heater that is installed in a storage section provided on a work top of a kitchen, and can also be applied to an IH cooking heater used in a table shape. It is. Further, it can be used in combination with a configuration of a conventional general heating coil such as an IH cooking heater or a radiant heater.
- FIG. FIG. 1 is a perspective view schematically showing the entirety of the induction heating cooker according to Embodiment 1 of the present invention, the whole being represented by 100.
- Induction heating cooker 100 includes a housing 102 and a top plate 104 formed of crystal glass or the like that covers substantially the entire upper surface of housing 102.
- the induction heating cooking appliance 100 which concerns on Embodiment 1 of this invention is applied to the built-in type, it may be similarly applied to the IH cooking heater for tabletops.
- a heating unit 130 and a power supply unit 140 are accommodated in the housing 102.
- the magnetic shield plate 103 is housed inside the housing 102 in a configuration sandwiched between the heating unit 130 and the power supply unit 140. Details of the magnetic shield plate 103 will be described later.
- three heating units 130 are displayed in FIG. 1, this does not limit the number of heating units, and a plurality of heating units may be provided.
- the housing 102 may store two configurations in the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, only a plurality of heating units 130 are illustrated, but actually, the heating unit 130 and the power supply unit 140 are housed in the housing 102 as one set. Further, a configuration using a general heating coil as described above and a configuration of a different shape and method such as a radiant heater may be provided side by side.
- the first heating coil 10 and the second heating coil 20 are disposed concentrically and spaced apart from each other in a plane substantially parallel to the top plate 104.
- the heating coil 10 may be called an outer coil, and the heating coil 20 may be called an inner coil.
- the number of turns of each heating coil may be singular or plural.
- the material of the heating coils 10 and 20 may be, for example, a litz wire used for a general heating coil.
- the material of the heating coils 10 and 20 is a metal material having a small volume resistivity, such as flat copper or aluminum. Specifically, it is desirable to use a metal plate (hereinafter referred to as “induction heating plate”) formed by cutting or pressing.
- an induction heating plate can be used without deformation up to about 500 ° C., so there is no need to actively cool it.
- a litz wire is used, an appropriate cooling structure is required to prevent the insulating film covered with the wire from burning out and being short-circuited or disconnected.
- the frequency of the high frequency current is 20 kHz to 100 kHz
- a thickness of about 1 mm is sufficient for energization.
- the heating unit 130 can be made thinner and the processing can be simplified than when a litz wire is used.
- a placement position display 108 is displayed above each heating unit 130 on the top surface of the top plate 104.
- the placement position display 108 indicates to the user an easy-to-understand position for placing an object to be heated such as a pan.
- the mounting position display 108 may be printed directly on the top plate 104, or may be configured to emit light and display around the heating unit 130 with an LED or the like as long as the top plate 104 can transmit light. Alternatively, it may be configured to display using a light guide plate or the like from an external light source (not shown).
- An operation unit 106 is attached to the housing.
- the operation unit 106 is arranged on the front surface of the housing 102, but this does not limit the arrangement of the operation unit 106.
- the operation unit 106 may be provided on the top plate 104. Good.
- the operation unit 106 may have a general configuration used in a conventional IH cooking heater, such as a switch, a rotary knob, or a touch panel. The user uses the operation unit 106 to select a heating power or a cooking mode.
- FIG. 2 is a configuration diagram of the main part of induction heating cooker 100 according to Embodiment 1 of the present invention, and shows heating unit 130 and power supply unit 140.
- the heating unit 130 includes heating coils 10 and 20, a magnetic body 202, a magnetic shield plate 103, a first secondary coil 204, and a second secondary coil 206.
- Power supply unit 140 includes power feeding units 210 and 220, primary coils 230 and 240, switching unit 250, resonance capacitor 260, high frequency power generation circuit 270, and control unit 280.
- the configuration of the heating unit 130 will be described with reference to FIG.
- the heating coil 10 and the heating coil 20 are in a plane substantially parallel to the top plate 104. Are arranged concentrically apart from each other.
- a magnetic body 202 such as a ferrite core is disposed under the heating coils 10 and 20.
- the magnetic body 202 concentrates the magnetic flux generated when high-frequency current is passed through the heating coils 10 and 20 in the vicinity of the heating coils 10 and 20 to suppress leakage of magnetic flux to the surroundings and to induction heating of the object to be heated.
- the contributing magnetic flux can be increased.
- a gap is provided between the heating coils 10 and 20 and the magnetic body 202.
- This gap is magnetic in order to electrically insulate the magnetic body 202 and the heating coils 10 and 20, and the temperature of the magnetic body 202 is affected by the heat generated by the heating coils 10 and 20 and the self-heating of the magnetic body 202.
- Curie temperature of the magnetic material varies depending on the material, for example, when a ferrite core is used, the low one is about 100 ° C. Therefore, if a material such as ceramic fiber having low thermal conductivity and high insulation is inserted between the gaps, a gap thickness of about 3 mm is sufficient. It is also possible to provide grooves and protrusions in the material to be inserted between the gaps, and fix the arrangement positions of the heating coils 10 and 20 by the grooves and protrusions.
- a magnetic shield plate 103 is disposed further below the magnetic body 202.
- the magnetic shielding plate 103 is disposed for the purpose of preventing a magnetic flux generated when a high-frequency current flows through the heating coils 10 and 20 from leaking below the magnetic shielding plate 103.
- the material of the magnetic shield plate 103 may be, for example, a magnetic metal such as iron, but is preferably a nonmagnetic material such as aluminum or copper and a metal having a small volume resistivity. Since the magnetic body 202 is arranged on the upper side of the magnetic shield plate 103, the magnetic flux leaking below the magnetic body 202 is small, and the magnetic shield plate 103 is not necessarily required.
- the magnetic shielding plate 103 can be used as a structure for supporting the heating unit 130 by being fixed to the side surface of the housing 102 as shown in FIG. The possibility that the power supply malfunctions due to noise caused by the leakage magnetic field can be reduced as compared with the case where only the magnetic body 202 is used.
- the heating coil 10 includes current input / output ends 10a and 10b.
- the input / output ends 10a and 10b are connected to the secondary coil 204, and thus the heating coil 10 and the secondary coil 204 constitute a closed loop.
- the heating coil 20 includes input / output ends 20a and 20b connected to the secondary coil 206, and forms a closed loop together with the secondary coil 206 connected to both ends.
- the secondary coils 204 and 206 may be configured using, for example, a litz wire or a rectangular copper wire suitable for energizing a high-frequency current in order to increase the degree of freedom of arrangement and wiring of the heating unit 130 and the power supply unit 140.
- the heating coils 10 and 20 and the secondary coils 204 and 206 may be integrally formed.
- the power supply unit 140 includes power supply units 210 and 220.
- the first power supply unit 210 is a transformer including a core 215 (not shown) and coils wound around the primary side and the secondary side of the core 215.
- the second power feeding unit 220 includes a core 225 (not shown) and coils wound around the primary side and the secondary side of the core 225.
- the secondary coil 204 connected to the outer coil 10 is wound around the secondary side of the core 215 of the power feeding unit 210.
- the secondary coil 206 connected to the inner coil 20 is wound around the secondary side of the core 225.
- the secondary coils 204 and 206 may be wound around the cores 215 and 225 by a plurality of turns, but the number of turns is preferably as small as possible.
- the cores 215 and 225 are preferably made of a magnetic material such as a ferrite core for miniaturization. Furthermore, it is desirable that the materials and shapes of the cores 215 and 225 are the same. The reason why it is desirable to reduce the number of turns of the secondary coil and make the core of the power feeding part the same material and the same shape is to facilitate the adjustment work to equalize the impedance viewed from both ends of each of the plurality of primary coils. is there. The effect obtained by this will be described later.
- the magnetic paths of the power feeding units 210 and 220 are preferably closed magnetic paths from the viewpoint of reducing leakage magnetic flux and improving the coupling rate, but in order to avoid the magnetic bodies constituting the cores 215 and 225 from reaching magnetic saturation.
- gaps may be provided in the cores 215 and 225.
- the primary coil 230 is wound N1 turns on the primary side of the power feeding unit 210, and an N1 winding unit 232 is formed.
- N1 to N4 are integers of 2 or more.
- the primary coil 230 is wound N2 turns on the primary side of the power feeding unit 220 to form an N2 winding unit 234.
- the primary coil 240 is wound N3 turns on the primary side of the power feeding unit 210 to form an N3 winding part 242, and is continuously wound N4 turns on the primary side of the power feeding part 220 to be N4 wound.
- a portion 244 is formed.
- the primary coils 230 and 240, the secondary coils 204 and 206, and the secondary coil including the heating coils 10 and 20 are magnetically coupled via the power feeding units 210 and 220, so that the transformer structure is obtained. It is formed.
- the primary coil 230 and the heating coil 10 can be considered as N1: 1 transformers.
- the primary coil 230 and the heating coil 20 can be considered as N2: 1
- the primary coil 240 and the heating coil 10 are N3: 1
- the primary coil 240 and the heating coil 20 are N4: 1 transformers.
- the current value flowing through the primary coil 230 at a certain moment is I
- the voltage across the N1 winding 232 is V1
- the voltage across the N2 winding 234 is When it is V2
- the current value and voltage value of the heating coils 10 and 20 are obtained by the following equations.
- the current value and voltage value of the heating coils 10 and 20 when high-frequency power is supplied to the primary coil 240 can be similarly considered.
- a litz wire or a rectangular copper wire capable of flowing a high-frequency current may be used.
- the starting end 236 and the terminating end 238 of the primary coil 230 and the starting end 246 and the terminating end 248 of the primary coil 240 are independently connected to the power output side of the switching unit 250.
- the switching unit 250 has a first power input port 252 and a second power input port 254.
- the switching unit 250 connects the first power input port 252 to either the start end 236 of the primary coil 230 or the start end 246 of the primary coil 240 based on an instruction from the control unit 280 described later.
- the second power input port 254 is connected to the end 238 of the corresponding primary coil 230.
- the second power input port 254 is connected to the end 248 of the corresponding primary coil 240.
- One of the first power input port 252 and the second power input port 254 of the switching unit 250 is connected to the first terminal 262 of the resonance capacitor 260.
- the first power input port 252 of the switching unit 250 is connected to the first terminal 262 of the resonance capacitor 260.
- the other of the first power input port 252 and the second power input port 254 of the switching unit 250 is directly connected to one of the two inverter output terminals of the high-frequency power generation circuit 270.
- the second power input port 254 of the switching unit 250 is connected to the first inverter output terminal 272 of the high frequency power generation circuit 270.
- the other inverter output terminal of the high frequency power generation circuit 270 is connected to a resonance capacitor.
- the second inverter output terminal 274 of the high-frequency power generation circuit 270 is connected to the second terminal 264 of the resonance capacitor 260.
- the switching unit 250 switches and supplies the high-frequency power generated by the high-frequency power generation circuit 270 to the primary coils 230 and 240 based on an instruction from the control unit 280. Specifically, the switching unit 250 connects the first terminal 262 of the resonance capacitor 260 and the starting end of one primary coil selected from a plurality of primary coils, and at the same time, the first high-frequency power generation circuit.
- the inverter output terminal is connected to the end of the coil. Thereby, both ends of the inverter output terminal are connected to the resonant load in which the resonant capacitor 260 and the selected primary coil are connected in series.
- a mechanical relay or a relay using a semiconductor switch may be used as means for switching the connection of the switching unit.
- an input power source (not shown) is connected to the input side of the inverter circuit 276.
- the input power source is a commercial AC power source such as AC100V or AC200V distributed to a general household.
- the AC power supply from the input power supply is full-wave rectified by the diode bridge 278 and then input to the inverter circuit 276 of the high-frequency power generation circuit 270.
- the inverter circuit 276 may be a circuit used in a conventional induction heating cooker, such as a half bridge circuit or a full bridge circuit configured by switching elements such as transistors.
- the control unit 280 is connected to the high frequency power generation circuit 270 and the switching unit 250.
- the control unit 280 uses either the start end 236 of the primary coil 230 or the start end 246 of the primary coil 240 according to the cooking mode selected by the user using the operation unit 106 (FIG. 1), and the first A control signal is output to the switching unit 250 so that the power input port 252 (that is, the first terminal 262 of the resonance capacitor 260) is connected.
- the first power input port 252 of the switching unit 250 is connected to the start end 236 of the primary coil 230
- the second power input port 254 is connected to the end 238 of the corresponding primary coil 230.
- the first power input port 252 of the switching unit 250 is connected to the start end 246 of the primary coil 240
- the second power input port 254 is connected to the end 248 of the corresponding primary coil 240.
- control unit 280 performs drive control of the switching elements that constitute the high-frequency power generation circuit 270 according to the thermal power selected by the user.
- the drive frequency of the switching element of the inverter circuit 276 is controlled by delaying the output current of the inverter circuit 276 with respect to the output voltage of the inverter circuit 276 (the drive frequency is higher than the resonance frequency of the resonant load). ) Must be controlled as follows. The reason for this is that when the output current of the inverter circuit 276 advances and becomes in phase with respect to the output voltage of the inverter circuit 276, there is a possibility that the switching elements constituting the inverter circuit 276 may fail due to diode recovery. This is to prevent it.
- phase difference between the output voltage and the output current for example, a general method used in a conventional IH cooking heater in which a determination is made by supplying a sufficiently small power to a resonance load so that the inverter circuit 276 is not broken.
- a simple phase detection means can be used.
- the control unit 280 may be configured using a commonly used microcomputer or a programmable logic device such as an FPGA.
- the configuration of the primary coils 230 and 240 which is a feature of the first embodiment of the present invention, will be described in detail.
- the primary coil 230 is wound N1 turns on the primary side of the power feeding unit 210 and N2 turns on the primary side of the power feeding unit 220, and the primary coil 240 is wound on the primary side of the power feeding unit 210.
- N4 turns are wound on the primary side of the power feeding unit 220 for N4 turns.
- the impedances of the primary coils 230 and 240 when the object to be heated is placed are adjusted to be equal.
- a specific adjustment method will be described using the most ideal configuration example.
- the heating coils 10 and 20 each have one turn, and the cores 215 and 225 of the power supply units 210 and 220 are made of the same material and have the same shape.
- the difference in impedance between the primary coils 230 and 240 when the object to be heated is placed depends on the loop diameters of the secondary coil 204 and the heating coil 10, and the secondary coil 206 and the heating coil 20. Since it is only due to the difference from the loop diameter, it does not differ greatly. Therefore, by adjusting the number of turns and the wire length of each of the primary coils 230 and 240 with reference to the following formulas (5) and (6), the primary coils 230, The impedance of each 240 can be adjusted to a substantially equal value.
- the impedances of the primary coils 230 and 240 when the heated object is placed can be adjusted equally by adjusting the number of turns and the wire length in consideration of the impedance difference of the secondary coil.
- the impedances of the primary coils 230 and 240 are preferably the same.
- the primary coils 230 and 240 are connected to the resonance capacitor 260.
- a slight difference occurs in the power supplied to the resonant load when the connection of the primary coil is switched, but there is no particular problem with the effects described later.
- the impedances of the primary coils 230 and 240 when the object to be heated is placed are substantially equal. Further, the number of turns of each of the primary coils 230 and 240 is configured to satisfy the following formula.
- the drive frequency is an arbitrary drive frequency within the range of the drive frequency of the inverter circuit 276 in which the output current is in a delayed phase with respect to the inverter output voltage.
- the total power input to the heating coil 10 and the heating coil 20 is constant even when the connection of the primary coil is switched, and only the effective value of the high-frequency current fed to the heating coil 10 and the heating coil 20 is large or small. Reverse.
- the conventional system that has only one high-frequency power generation circuit and switches between heating coils having different impedances can energize only one of the heating coils. Therefore, in the conventional method, there is a problem that an unintended temperature deviation occurs, or it is necessary to adjust the drive frequency so that the input power becomes constant every time the heating coil is changed.
- the present invention has only one high-frequency power generation circuit, it is possible to supply different power to a plurality of heating coils at the same time by simply switching the primary coil to be connected. Therefore, it can be said that the present invention has a remarkable effect that is not possible in the past in that space can be saved and power can be simultaneously supplied to a plurality of heating coils by simple means.
- FIGS. 3 and 4 are schematic cross-sectional views of the top plate 104, the heating coils 10 and 20, the magnetic body 202, and the magnetic shield plate 103 when viewed in the III-III direction of FIG. Note that the top plate 104 is not shown in FIG.
- a pan P containing a liquid Q such as water is disposed on the top plate 104.
- 3 and 4 show an example in which a pan P containing a liquid such as water is heated using a cooking mode generally called a convection mode.
- the convection mode is a cooking mode in which stirring is performed or scorching is prevented by changing the convection of the cooking object at regular intervals.
- the switching of the switching unit 250 by the control unit 280 switches the connection between the high-frequency power generation circuit 270, the resonance capacitor 260, and the primary coil at regular intervals.
- FIG. 3 shows an example in which the switching unit 250 is switched and power is supplied to the primary coil 230.
- “effective current of the heating coil 10> effective current of the heating coil 20” the temperature above the heating coil 10 is relatively high, and the temperature above the heating coil 20. Is relatively low. Therefore, the temperature gradient at the bottom of the pan P increases from the center of the pan P toward the outer periphery. Therefore, the flow of the fluid is upward near the outer periphery of the pan P and downwards near the center of the pan P, and convection as shown by the arrows in FIG. 3 occurs.
- FIG. 4 shows an example in which power is supplied to the primary coil 240.
- “effective current of the heating coil 10 ⁇ effective current of the heating coil 20” the temperature above the heating coil 10 is relatively low, and the temperature above the heating coil 20 is compared. Become higher. Therefore, the temperature gradient at the bottom of the pan P decreases from the center of the pan toward the outer periphery of the pan. Therefore, the fluid flow is downward near the outer periphery of the pan P and upwards near the center of the pan P, and convection as shown by the arrows in FIG. 4 occurs.
- the induction cooker according to the first embodiment it becomes possible to change the power distribution to the heating coils 10 and 20 with a simple and small configuration, and to achieve non-burning and stirring. it can.
- FIG. 5 and 6 show other configuration diagrams of the induction heating cooker according to Embodiment 1 of the present invention.
- the configuration in which both the primary coil 230 and the primary coil 240 are wound on both the primary side of the power feeding unit 210 and the primary side of the power feeding unit 220 has been described.
- the object of the first embodiment can be achieved.
- the primary coil 230 is wound on both the primary side of the power feeding unit 210 and the primary side of the power feeding unit 220
- the primary coil 240 is only on the primary side of the power feeding unit 210 (see FIG.
- the primary coil 230 is wound only on the primary side of the power feeding unit 210 or only on the primary side of the power feeding unit 220, and the primary coil 240 is wound on the primary side of the power feeding unit 210.
- the structure wound around both the side and the primary side of the power feeding unit 220 may be used.
- the shape of the heating coil is a concentric ring shape, but the same effect can be obtained even if it is other than the concentric ring shape.
- the heating coil is two semicircular coils, and may form a circle together.
- four heating coils may be combined to form a circle.
- the heating coil may have a linear shape that extends in a substantially rectangular shape from the start point to the end point.
- FIGS. 8 to 11 show configuration examples including four heating coils.
- FIG. 9 and FIG. 11 illustrate a configuration example including four power feeding units.
- the switching element constituting the high-frequency power generation circuit 270 may be a switching element using a conventional silicon material, but is preferably a switching element using a wide gap semiconductor such as SiC or GaN. By using a wide gap semiconductor, the entire circuit can be reduced in size and loss. Furthermore, since high frequency driving is possible, it is possible to heat a pan or the like made of a nonmagnetic material such as aluminum.
- FIG. FIG. 12 is a configuration diagram of a main part of the induction heating cooker according to the second embodiment of the present invention.
- the second embodiment is different from the first embodiment in that a primary coil is added, one resonance capacitor is changed to a plurality of capacitors having different capacities, and the plurality of resonance capacitors are switched. It is built in.
- primary coils 1250, 1260, 1270, and 1280 are added from FIG. 2 showing the first embodiment, and one resonance capacitor 260 is used for a plurality of resonances having different capacities.
- the capacitor 1290 is changed, and the resonance capacitor 1290 is incorporated in the switching unit 250. Although two resonance capacitors 1290 are shown in FIG.
- the following description will focus on the differences from the first embodiment, and the other parts are the same as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
- the same reference numerals as those in FIG. 2 are used for the same components in FIG.
- the same method as the method described in the first embodiment is used for the adjustment method of the heating coils 10 and 20.
- the second embodiment corresponds to a case where different power needs to be supplied to only one of the heating coils 10 and 20. Therefore, in addition to the primary coils 230 and 240 wound around both of the power feeding units 210 and 220, the primary coils 1250, 1260, 1270, and 1280 are wound around only one of the power feeding units 210 and 220. . Specifically, primary coil 1250 (number of turns N5) and primary coil 1260 (number of turns N7) are wound only on power feeding unit 210. The primary coil 1270 (the number of turns N6) and the primary coil 1280 (the number of turns N8) are wound only around the power feeding unit 220. The relationship of the following formula (8) is established between the number of turns of the primary coils 1250, 1260, 1270, and 1280.
- N5 to N8 are integers of 2 or more.
- the control unit 280 selects a combination of the resonance capacitor 1290 and the primary coil so as to have a specific resonance frequency. Then, the control unit 280 outputs a control signal to the switching unit 250 so that the selected resonance capacitor 1290 and the primary coil are connected.
- the resonance condition is set at a specific drive frequency for only one of the heating coils 10 and 20. Different power can be supplied without breaking down.
- the same effect as in FIGS. 3 and 4 can be obtained by changing the combination of a plurality of resonance capacitors 1290 having different capacities and primary coils 1250, 1260, 1270, and 1280. It is also possible to supply power to only one heating coil. Therefore, the temperature difference between the heating coil 10 and the heating coil 20 can be increased, and the effect of preventing burning and stirring can be improved.
- the shape of the heating coil is a shape other than the concentric ring shape (for example, a semicircular shape, a shape that forms a circle together, a linear shape, etc.) ).
- the switching element constituting the high-frequency power generation circuit 270 may be a switching element using a conventional silicon material, but is preferably a switching element using a wide gap semiconductor such as SiC or GaN. By using a wide gap semiconductor, the entire circuit can be reduced in size and loss. Furthermore, since high frequency driving is possible, it is possible to heat a pan or the like made of a nonmagnetic material such as aluminum.
- FIG. 13 to 15 are configuration diagrams of main parts of the induction heating cooker according to the third embodiment of the present invention. Below, it demonstrates centering on a different point from Embodiment 1 and 2, and abbreviate
- the constituent elements in FIGS. 13 to 15 the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 12 are used for the same constituent elements in FIGS.
- the adjustment method of the secondary coils 10 and 20 the method of combining the primary coils 1250, 1260, 1270, and 1280 and the plurality of resonance capacitors 1290, and the control method have been described in the first and second embodiments. The same technique is used.
- a feature of the third embodiment is that the high frequency power generation circuit 270 is changed from the configuration of the inverter circuit 276 and the diode bridge 278 of the second embodiment to the configuration of the inverter circuit 276 and the converter circuit 1300. Thereby, the voltage input to the inverter circuit 276 can be controlled to a constant voltage.
- Converter circuit 1300 may be a general boost converter circuit, step-down converter circuit, or step-up / down converter circuit. Further, a power factor improvement function may be added to the step-up / step-down function of the converter circuit.
- the high frequency power generation circuit 270 includes a combination of the converter circuit 1300 and the inverter circuit 276.
- FIG. 13 is a diagram in which the internal configuration of high-frequency power generation circuit 270 of FIG. 12 and the connection between high-frequency power generation circuit 270 and control unit 280 are changed.
- the configurations shown in FIGS. 14 and 15 may be employed. 14 is the same as that shown in FIG. 5, and the primary coils 230 and 240 shown in FIG. 15 are the same as those shown in FIG.
- the voltage input to the inverter circuit 276 is controlled to be a constant voltage by the converter circuit 1300, so that the voltage is more averaged than when the commercial voltage is full-wave rectified by the diode bridge 278. Therefore, the peak value of the current output from high-frequency power generation circuit 270 including converter circuit 1300 can be made lower than that of a circuit without a converter that outputs the same inverter output power. Thereby, since the maximum magnetic flux density of the electric power feeding parts 210 and 220 can be made low, the size of the electric power feeding parts 210 and 220 can be made small.
- the resonance frequency of the resonant load is adjusted by adjusting the drive frequency of the high-frequency power generation circuit 270 in the first and second embodiments. Then, in addition to the drive frequency of the high frequency power generation circuit 270, the adjustment can also be made by adjusting the output voltage of the converter circuit 1300. That is, when the set output power of the high-frequency power generation circuit is equal to or higher than the output power corresponding to the output lower limit voltage of converter circuit 1300, control unit 280 selects the resonance frequency selected by the switching unit for the drive frequency of inverter circuit 276.
- the output power of the high-frequency power generation circuit 270 can be adjusted by adjusting to the resonance frequency of the load and increasing or decreasing the output voltage of the converter circuit.
- control unit 280 when the set output power of the high frequency power generation circuit is smaller than the output power corresponding to the output lower limit voltage of converter circuit 1300, control unit 280 further sets the drive frequency of inverter circuit 276 from the resonance frequency of the resonant load. Also, the output power of the high frequency power generation circuit 270 can be adjusted.
- the drive frequency of the inverter circuit 276 is set to a range in which the inverter output current is in a lagging phase with respect to the inverter output voltage and as close to a resonance state as possible, and then the output voltage of the converter circuit 1300 is adjusted
- the output power of the high-frequency power generation circuit 270 can be adjusted.
- the switching loss of the inverter circuit 276 can be reduced, and the power loss of the high-frequency power generation circuit 270 can be reduced.
- the inverter circuit 276 is driven and stopped.
- the output corresponding to low power was realized by intermittent driving.
- the converter circuit 1300 is added to lower the output voltage of the converter circuit 1300, so that it is possible to continuously drive to a lower power range than when only the inverter circuit 276 is configured. Thereby, it becomes possible to operate without intermittent driving in a wide power range. Therefore, annoying sounds can be eliminated in a wide power range.
- the heating coil has a shape other than the concentric ring shape (for example, a semicircular shape, a shape that forms a circle by combining four, or a linear shape). Shape).
- the switching element constituting the high-frequency power generation circuit 270 may be a switching element using a conventional silicon material, but is preferably a switching element using a wide gap semiconductor such as SiC or GaN. By using a wide gap semiconductor, the entire circuit can be reduced in size and loss. Furthermore, since high frequency driving is possible, it is possible to heat a pan or the like made of a nonmagnetic material such as aluminum.
- FIG. 16 is a configuration diagram of a main part of the induction heating cooker according to the fourth embodiment of the present invention, the whole being represented by 1600. Below, it demonstrates centering on a different point from Embodiment 1, 2, and 3, and abbreviate
- the induction heating cooker 1600 has a heating unit 130 and a power supply unit 140.
- the configuration of the heating unit 130 is the same as that of the first to third embodiments.
- the power supply unit 140 is provided with power supply units 210 and 220 and primary coils 230 and 240.
- the primary coil 230 is wound N1 turns on the primary side of the power feeding unit 210 and N2 turns on the primary side of the power feeding unit 220, and the primary coil 240 is wound on the primary side of the power feeding unit 210.
- N3 turns are wound on the side, and N4 turns are wound on the primary side of the power feeding unit 220.
- N1, N2, N3, and N4 satisfy equation (5) to match impedance.
- N1, N2, N3, and N4 satisfy the following formula (9).
- the power supply unit 140 further includes a switching unit 250 and a plurality of resonance capacitors 1290 having different capacities.
- the resonance capacitor 1290 is incorporated in the switching unit 250.
- Resonance capacitor 1290 has a first terminal 1292 connected to primary coils 230, 240 or both.
- Resonance capacitor 1290 further has a second terminal (not shown) connected to first power input port 252 of switching unit 250.
- two resonance capacitors 1290 are shown in FIG. 16, this is not limited in number, and three or more resonance capacitors 1290 may be included.
- the power supply unit 140 further includes a high-frequency power generation circuit 270 that supplies high-frequency power to the primary coils 230 and 240 or both.
- High frequency power generation circuit 270 includes an inverter circuit 276 and a diode bridge 278. AC power from an input power source (not shown) is full-wave rectified by the diode bridge 278 and then input to the inverter circuit 276.
- the high-frequency power generation circuit 270 includes the inverter circuit 276 and the diode bridge 278 as described above, but the fourth embodiment is not limited to this.
- the high frequency power generation circuit 270 may include an inverter circuit 276 and a converter circuit (converter circuit 1300 in FIGS. 13 to 15).
- the converter circuit is, for example, a general boost converter circuit, a step-down converter circuit, or a step-up / down converter circuit.
- a power factor improvement function may be added to the step-up / step-down function of the converter circuit.
- the power supply unit 140 further includes a control unit 280.
- the controller 280 connects the first terminal 1292 of the resonance capacitor 1290 to the start end 236 of the primary coil 230, the start end 246 of the primary coil 240, or both.
- first case When the first terminal 1292 of the resonance capacitor 1290 is connected only to the starting end 236 of the primary coil 230 (hereinafter referred to as “first case”), the second power input port 254 of the switching unit 250 is 1 It is connected to the end 238 of the next coil 230.
- the second power input port 254 of the switching unit 250 is 1 Connected to the end 248 of the next coil 240.
- the first terminal 1292 of the resonance capacitor 1290 is connected to both the start end 236 of the primary coil 230 and the start end 246 of the primary coil 240 (hereinafter referred to as “third case”), the first of the switching unit 250.
- the second power input port 254 is connected to both the termination 238 of the primary coil 230 and the termination 248 of the primary coil 240.
- the primary coil 230 and the primary coil 240 are connected in parallel, and high-frequency power is supplied to the primary coil 230 and the primary coil 240 connected in parallel.
- the control unit 280 controls the primary coils 230 and 240 or both of them so that the resonance frequency of the circuit becomes a specific frequency.
- the resonant capacitor 1290 connected to the is selected in each case.
- the control unit 280 outputs a control signal to the switching unit 250 so that the selected resonance capacitor 1290 and the primary coils 230 and 240 or both of them are connected.
- Equation (5) the total number of turns of the primary coils 230 and 240 wound around the power feeding units 210 and 220 are equal. Further, from the equation (9), the impedances of the primary coil 230 and the primary coil 240 are equal when viewed from the high frequency power generation circuit 270 side. Therefore, when the primary coil 230 and the primary coil 240 are connected in parallel (third case), an equal current can be supplied to the heating coils 10 and 20.
- the temperature gradient at the bottom of the pan P is increased from the center of the pan P toward the outer periphery as shown in FIG. 3, and the temperature gradient is decreased from the center of the pan P toward the outer periphery as shown in FIG. It can be heated uniformly from the center of the pan P to the outer periphery. Therefore, the heating of the object to be heated can be controlled more finely.
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Abstract
複数の加熱コイルに同時にまたは切り替えて給電できる誘導加熱調理器を得る。第1および第2の加熱コイルと、第1の加熱コイルに接続された第1の2次コイルおよび第2の加熱コイルに接続された第2の2次コイルと、第1および第2の加熱コイルにそれぞれ電力を供給する第1および第2の給電部と、高周波電力発生回路と、高周波電力を、第1もしくは第2の1次コイルまたは並列に接続された第1および第2の1次コイルに切り替えて供給する切替部と、給電される被給電1次コイルを選択する制御部と、を含む。第1の給電部は、第1の2次コイルの巻線部と、第1の1次コイルのN1巻線部および第2の1次コイルのN3巻線部とがコアに巻かれたトランスである。第2の給電部は、第2の2次コイルの巻線部と、第1の1次コイルのN2巻線部とがコアに巻かれたトランスである。N1巻線部の巻数は、N2巻線部の巻数と異なる。
Description
本発明は、金属製の鍋等の被加熱物に渦電流を生じさせて誘導加熱し、被加熱物内に収容された食材等を加熱調理する誘導加熱調理器に関するものである。
誘導加熱手段は、IHクッキングヒーターや電気炊飯器などの誘導加熱装置に用いるために広く普及している。一般にこれらの誘導加熱手段には、被覆導線を複数回渦巻き状に巻いた加熱コイルが用いられ、加熱コイルに20~100kHzの高周波電流を流したときに発生する高周波磁場が、金属製の鍋などの被加熱物に渦電流を生じさせて、渦電流によるジュール熱で被加熱物を加熱する。
一般的な誘導加熱調理器では、対流や撹拌、焦げ付き防止といった加熱調理に必要とされる機能(以下、「調理モード」ともいう。)を提供するため、被加熱物の下部に複数の独立した加熱コイルが設置され、それぞれの加熱コイルに流す高周波電流を調整している。そのため、一般的には、加熱コイルと同数の高周波電力発生回路が必要である。特許文献1に記載された誘導加熱調理器は、それぞれの加熱コイルに所望の高周波電流を供給することができる。しかし、使用する加熱コイルの数が増加すると、それに伴って高周波電力発生回路の数も増設される必要があるが、限られた筐体内スペースに収納できる高周波電力発生回路の数に上限があるため増設には限界があるという課題があった。
また、特許文献2に記載された誘導加熱調理器は、複数の加熱コイルの接続を切り替えることにより、高周波発生回路が1つのみである構成を可能にしている。これにより、高周波電力発生回路を限られたスペースの中で増設しなければならないという特許文献1における問題は解決される。しかし、高周波電力発生回路と加熱コイルとの接続を時分割で切り替えるため、一方の加熱コイルに高周波電流を供給している間、他の加熱コイルに高周波電流を供給することができない。そのため、加熱分布に望ましくない偏りが発生するという課題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するものであり、省スペースかつ、簡単な手段で複数の加熱コイルに同時給電できる誘導加熱調理器を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、第1および第2の加熱コイルと、第1の加熱コイルに接続された第1の2次コイルおよび第2の加熱コイルに接続された第2の2次コイルと、第1および第2の加熱コイルにそれぞれ電力を供給するための第1および第2の給電部と、高周波電力を発生させる高周波電力発生回路と、高周波電力発生回路で発生した高周波電力を、第1の1次コイル、第2の1次コイル、または並列に接続された第1および第2の1次コイルに切り替えて供給する切替部と、第1の1次コイル、第2の1次コイル、または並列に接続された第1および第2の1次コイルの中から、給電される被給電1次コイルを選択する制御部と、を含み、第1および第2の加熱コイルにそれぞれ電力を供給して加熱する誘導加熱調理器を提供する。第1の給電部は、第1の2次コイルの巻線部と、第1の1次コイルのN1巻線部および第2の1次コイルのN3巻線部とが、コアに巻かれたトランスである。第2の給電部は、第2の2次コイルの巻線部と、第1の1次コイルのN2巻線部とが、コアに巻かれたトランスである。N1巻線部の巻数は、N2巻線部の巻数と異なる。
本発明によれば、一つの高周波電力発生回路で複数の加熱コイルに異なる電力を同時に供給することが可能であり、したがって、省スペースおよび低コストを達成できる誘導加熱調理器を提供することができ、これは従来にない顕著な効果を奏するものである。
以下、添付図面を参照して本発明に係る誘導加熱調理器の実施の形態を説明する。図面において、同様の構成部品については同様の符号が用いられている。なお、図面においては、説明の煩雑さ避けるために、本発明の特徴を示す主要な構成要素以外は、省略されている場合がある。また、本発明に係る誘導加熱調理器の構成は、キッチンのワークトップに設けられた収納部に据え付けられる、いわゆるビルトインタイプのIHクッキングヒーターに限定されず、卓状で使用するIHクッキングヒーターについても適用可能である。また、従来の一般的な加熱コイルを使用するIHクッキングヒーターや、ラジエントヒーターなどの構成と併用することも可能である。
実施の形態1.
図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態1に係る誘導加熱調理器の全体を概略的に示す斜視図である。誘導加熱調理器100は、筐体102と、筐体102の上側表面のほぼ全体を覆う結晶ガラスなどで形成されたトッププレート104とを含む。なお、図1の構成例では、本発明の実施の形態1に係る誘導加熱調理器100は、ビルトインタイプに適用されているが、卓状用のIHクッキングヒーターに同様に適用されてもよい。
図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態1に係る誘導加熱調理器の全体を概略的に示す斜視図である。誘導加熱調理器100は、筐体102と、筐体102の上側表面のほぼ全体を覆う結晶ガラスなどで形成されたトッププレート104とを含む。なお、図1の構成例では、本発明の実施の形態1に係る誘導加熱調理器100は、ビルトインタイプに適用されているが、卓状用のIHクッキングヒーターに同様に適用されてもよい。
筐体102の内部には、加熱ユニット130と電源ユニット140(図示せず)が収納されている。防磁板103は、加熱ユニット130と電源ユニット140との間に挟まれた構成で筐体102の内部に収納されている。防磁板103の詳細については、後述する。図1では、加熱ユニット130が3つ表示されているが、これは加熱ユニットの数を限定するものではなく、複数の加熱部が設けられてもよい。例えば、筐体102には、本発明の実施の形態1における構成が2つ収納されてもよい。なお、図1では、加熱ユニット130のみが複数記載されているが、実際には、加熱ユニット130と電源ユニット140は1セットとして筐体102に収納されている。また、前述のような一般的な加熱コイルを使用する構成と、ラジエントヒーター等の異なる形状、方式の構成とが併設されてもよい。
トッププレート104の下の加熱ユニット130には、第1の加熱コイル10および第2の加熱コイル20が、トッププレート104に実質的に平行な平面内に、同心円状に、互いに離れて配置されている。加熱コイル10は外側コイルと、加熱コイル20は内側コイルと呼ばれる場合がある。各加熱コイルの巻数は、単数であっても複数であってもよい。加熱コイル10、20の材料は、例えば一般的な加熱コイルに使用するリッツ線であってもよい。好適には、加熱コイル10、20の材料は、平板状の銅やアルミニウムなどの体積抵抗率が小さい金属材料であることが望ましい。具体的には、切削加工やプレス加工などで形成した金属板(以下、「誘導加熱プレート」と呼ぶ。)を使用することが望ましい。誘導加熱プレートを使用することが望ましい理由は、融点の低いアルミニウムを使用した場合であっても、加熱コイルは、500℃程度までは変形されずに使用できるので、積極的に冷却する必要が無い一方で、リッツ線を使用する場合は、素線に被覆された絶縁膜が焼損して短絡したり断線したりすることを防止するために、適切な冷却構造が必要となるからである。また、高周波電流の周波数を20kHz~100kHzとして表皮効果を考慮すると、加熱コイルが銅やアルミニウムで形成された場合、1mm程度の厚さがあれば通電には十分である。以上の理由から、加熱コイルに誘導加熱プレートを使用すると、リッツ線を使用するよりも加熱ユニット130を薄くすることができ、かつ加工も簡略化することができる。
トッププレート104の上面の、各加熱ユニット130の上方には、載置位置表示108が表示されている。載置位置表示108は、鍋などの被加熱物を載置する位置を分かり易くユーザに示す。載置位置表示108は、トッププレート104に直接印字されてもよいし、トッププレート104が光を透過できるものであれば、加熱ユニット130の周囲にLEDなどで発光表示する構成とされてもよいし、または図示しない外部の光源から導光板等を利用して表示する構成とされてもよい。
筐体には、操作部106が取り付けられる。図1では、操作部106は、筐体102の前面に配置されているが、これは操作部106の配置を限定するものでなく、例えば操作部106は、トッププレート104上に設けられてもよい。操作部106は、スイッチや回転つまみ、タッチパネルなど、従来のIHクッキングヒーターで使用されている一般的な構成から成ってもよい。ユーザは、操作部106を使用して火力や調理モードを選択する。
図2は、本発明の実施の形態1に係る誘導加熱調理器100の主要部の構成図であり、加熱ユニット130および電源ユニット140を示している。加熱ユニット130は、加熱コイル10、20と、磁性体202と、防磁板103と、第1の2次コイル204および第2の2次コイル206と、を含む。電源ユニット140は、給電部210、220と、1次コイル230、240と、切替部250と、共振用コンデンサ260と、高周波電力発生回路270と、制御部280と、を含む。
まず、図2を参照して、加熱ユニット130の構成について説明する。上述のように、トッププレート104(図2には示されていない)の下(図2紙面奥方向)には、加熱コイル10および加熱コイル20が、トッププレート104に実質的に平行な平面内に、互いに離れて同心円状に配置されている。
加熱コイル10、20の下には、フェライトコアなどの磁性体202が配置されている。磁性体202は、加熱コイル10、20に高周波電流を流した際に発生する磁束を、加熱コイル10、20付近に集中させ、周囲への磁束漏洩を抑制するとともに、被加熱物の誘導加熱に寄与する磁束を増やすことができる。
加熱コイル10、20と磁性体202との間にはギャップが設けられている。このギャップは、磁性体202と加熱コイル10、20とを電気的に絶縁するために、および磁性体202の温度が、加熱コイル10、20の発熱の影響や磁性体202の自己発熱によって、磁性を失うキュリー温度に達することを避けるために、設けられている。磁性体のキュリー温度は材料によって異なるが、例えばフェライトコアを使用した場合、低いものでは100℃程度である。従って、熱伝導率が低く絶縁性も高い、セラミックファイバーのような材料をギャップ間に挿入すれば、ギャップの厚さは3mm程度で十分である。また、ギャップ間に挿入する材料に溝や突起を設けて、その溝や突起によって、加熱コイル10、20の配置位置を固定することもできる。
磁性体202の更に下には、防磁板103が配置されている。防磁板103は、加熱コイル10、20に高周波電流が流れた時に発生する磁束が、防磁板103よりも下側に漏洩することを防止する目的で配置されている。防磁板103の材料は、例えば、鉄などの磁性金属であってもよいが、アルミニウムや銅などの非磁性体であり体積抵抗率が小さい金属であることが望ましい。防磁板103の上側には磁性体202が配置されているので、磁性体202よりも下側に漏洩する磁束は少なく、必ずしも防磁板103は必要ではない。しかし、防磁板103は、図1に示すように筐体102の側面などに固定することで、加熱ユニット130を支持する構造物として使用でき、磁性体202の下部に電源基板を収納する場合は、漏洩磁界によるノイズで電源が誤作動する可能性を、磁性体202だけ使用する場合よりも低減できるので、使用することが望ましい。
加熱コイル10は、電流の入出力端部10a、10bを備える。入出力端部10a、10bは、2次コイル204に接続され、従って加熱コイル10および2次コイル204は、閉ループを構成する。同様に、加熱コイル20は、2次コイル206に接続された入出力端部20a、20bを備え、両端部に接続された2次コイル206と共に閉ループを構成する。2次コイル204、206は、加熱ユニット130と電源ユニット140の配置および配線の自由度を高めるため、例えば高周波電流の通電に適したリッツ線や平角銅線を使用して構成されてもよい。また、加熱コイルとして誘導加熱プレートを使用する場合は、加熱コイル10、20と2次コイル204、206とは、一体的に形成されてもよい。
次に、図2を参照しながら、電源ユニット140の構成について説明する。電源ユニット140は、給電部210、220を含む。第1の給電部210は、コア215(図示せず)と、コア215の1次側および2次側に巻かれたコイルから成るトランスである。同様に、第2の給電部220は、コア225(図示せず)と、コア225の1次側および2次側に巻かれたコイルから成る。外側コイル10に接続された2次コイル204は、給電部210のコア215の2次側に巻かれている。他方、内側コイル20に接続された2次コイル206は、コア225の2次側に巻かれている。
2次コイル204、206は、コア215、225にそれぞれ複数ターン巻かれてもよいが、巻数は、極力少ないことが望ましい。また、コア215、225は、小型化のため、フェライトコアなどの磁性体で構成されることが望ましい。更に、コア215、225の材料および形状は、同じであることが望ましい。2次コイルのターン数を少なくし、給電部のコアを同じ材料、同じ形状とすることが望ましい理由は、複数の1次コイルそれぞれの両端からみたインピーダンスを等しくする調整作業を容易にするためである。これにより得られる効果については後述する。なお、給電部210、220の磁路は、漏洩磁束の低減や結合率向上の観点から閉磁路であることが望ましいが、コア215、225を構成する磁性体が磁気飽和に至ることを避けるために、コア215、225にギャップが設けられてもよい。
給電部210の1次側には、1次コイル230がN1ターン巻かれ、N1巻線部232が形成されている。本明細書において、N1~N4は2以上の整数である。続いて、1次コイル230は、給電部220の1次側にN2ターン巻かれてN2巻線部234を形成している。同様に、1次コイル240は、給電部210の1次側にN3ターン巻かれてN3巻線部242を形成し、連続して給電部220の1次側にN4ターン巻かれてN4巻線部244を形成している。このように給電部210、220を介して、1次コイル230、240と、2次コイル204、206と加熱コイル10、20から成る2次コイルとが磁気的に結合することにより、トランス構造が形成される。
最も簡単な例として、2次コイル204、206が給電部210、220に1ターンで巻かれている場合、1次コイル230と加熱コイル10はN1:1のトランスと考えることができる。同様に、1次コイル230と加熱コイル20はN2:1、1次コイル240と加熱コイル10はN3:1、1次コイル240と加熱コイル20はN4:1のトランスと考えることができる。従って、例えば1次コイル230に高周波電力を供給し、ある瞬間の1次コイル230に流れる電流値がI、その時のN1巻線部232の両端電圧がV1、N2巻線部234の両端電圧がV2であった場合、理想的には加熱コイル10、20の電流値および電圧値は、次の式で求められる。
加熱コイル10の電流値=I×(N1/1) ・・・式(1)
加熱コイル10の電圧値=V1×(1/N1) ・・・式(2)
加熱コイル20の電流値=I×(N2/1) ・・・式(3)
加熱コイル20の電圧値=V2×(1/N2) ・・・式(4)
加熱コイル10の電圧値=V1×(1/N1) ・・・式(2)
加熱コイル20の電流値=I×(N2/1) ・・・式(3)
加熱コイル20の電圧値=V2×(1/N2) ・・・式(4)
1次コイル240に高周波電力を供給した場合の加熱コイル10、20の電流値および電圧値についても、同様に考えることができる。なお、1次コイル230、240には、高周波電流を流すことが可能なリッツ線や平角銅線などが用いられてもよい。
1次コイル230の始端236および終端238と、1次コイル240の始端246および終端248は、切替部250の電力出力側に独立に接続されている。切替部250は、第1の電力入力ポート252および第2の電力入力ポート254を有する。切替部250は、後述の制御部280からの指示に基づき、第1の電力入力ポート252を、1次コイル230の始端236または1次コイル240の始端246のどちらかと接続する。切替部250の第1の電力入力ポート252が1次コイル230の始端236と接続される場合、第2の電力入力ポート254は、対応する1次コイル230の終端238に接続される。他方、切替部250の第1の電力入力ポート252が1次コイル240の始端246と接続される場合、第2の電力入力ポート254は、対応する1次コイル240の終端248に接続される。
切替部250の第1の電力入力ポート252および第2の電力入力ポート254の一方は、共振用コンデンサ260の第1端子262に接続される。例えば、図2では、切替部250の第1の電力入力ポート252が、共振用コンデンサ260の第1端子262に接続されている。
切替部250の第1の電力入力ポート252および第2の電力入力ポート254の他方は、高周波電力発生回路270の2つのインバータ出力端子の一方に直接接続される。例えば、図2では、切替部250の第2の電力入力ポート254が、高周波電力発生回路270の第1のインバータ出力端子272に接続されている。
切替部250の第1の電力入力ポート252および第2の電力入力ポート254の他方は、高周波電力発生回路270の2つのインバータ出力端子の一方に直接接続される。例えば、図2では、切替部250の第2の電力入力ポート254が、高周波電力発生回路270の第1のインバータ出力端子272に接続されている。
高周波電力発生回路270の他方のインバータ出力端子は、共振用コンデンサに接続される。例えば、図2では、高周波電力発生回路270の第2のインバータ出力端子274は、共振用コンデンサ260の第2端子264に接続されている。
このようにして、切替部250は、制御部280からの指示に基づき、高周波電力発生回路270で発生した高周波電力を、1次コイル230、240に切り替えて供給する。具体的には、切替部250は、共振用コンデンサ260の第1端子262と、複数の1次コイルから選択された1つの1次コイルの始端とを接続すると同時に、高周波電力発生回路の第1のインバータ出力端子と、そのコイルの終端とを接続する。これにより、共振用コンデンサ260と選択された1次コイルとが直列接続された共振負荷に、インバータ出力端子の両端が接続された構成となる。なお、切替部の接続切替えを行う手段としては、機械式リレーや半導体スイッチを用いたリレーが使用されてもよい。
高周波電力発生回路270の中では、入力電源(図示せず)が、インバータ回路276の入力側に接続されている。入力電源は、一般家庭に配電されているAC100V、またはAC200Vといった商用交流電源である。入力電源からの交流電源は、ダイオードブリッジ278で全波整流され、その後、高周波電力発生回路270のインバータ回路276に入力される。インバータ回路276は、トランジスタなどのスイッチング素子で構成されたハーフブリッジ回路やフルブリッジ回路などの、従来の誘導加熱調理器で利用されている回路であってもよい。インバータ出力端子272、274に共振負荷を接続した状態で入力電源から電力を供給して高周波駆動させると、共振負荷に高周波電力が供給される。
制御部280は、高周波電力発生回路270および切替部250に接続されている。制御部280は、操作部106(図1)を使用してユーザによって選択された調理モードに応じて、1次コイル230の始端236または1次コイル240の始端246のいずれか一方と、第1の電力入力ポート252(すなわち、共振用コンデンサ260の第1端子262)とが接続されるように、切替部250へ制御信号を出力する。切替部250の第1の電力入力ポート252が1次コイル230の始端236に接続される場合、第2の電力入力ポート254は、対応する1次コイル230の終端238に接続される。他方、切替部250の第1の電力入力ポート252が1次コイル240の始端246と接続される場合、第2の電力入力ポート254は、対応する1次コイル240の終端248に接続される。
また、制御部280は、ユーザが選択した火力に応じて、高周波電力発生回路270を構成するスイッチング素子の駆動制御を行う。この駆動制御におけるインバータ回路276のスイッチング素子の駆動周波数の制御は、インバータ回路276の出力電圧に対してインバータ回路276の出力電流が遅れ位相となる(共振負荷の共振周波数よりも駆動周波数が高くなる)ように制御されなければならない。その理由は、インバータ回路276の出力電圧に対してインバータ回路276の出力電流が進み位相となってしまった場合、インバータ回路276を構成するスイッチング素子がダイオードリカバリによって故障するおそれがあるところ、これを防止するためである。出力電圧と出力電流の位相差を判断する方法としては、例えばインバータ回路276が壊れない程度の十分に小さな電力を共振負荷に供給して判断するといった、従来のIHクッキングヒーターで使用されている一般的な位相検出手段を用いることができる。制御部280は、一般的に使用されているマイクロコンピュータ、またはFPGAなどのプログラマブルロジックデバイスを用いて構成されてもよい。
次に、本発明の実施の形態1の特徴である1次コイル230、240の構成について詳細に説明する。既に説明したように、1次コイル230は、給電部210の1次側にN1ターン、給電部220の1次側にN2ターン巻かれ、1次コイル240は、給電部210の1次側にN3ターン、給電部220の1次側にN4ターン巻かれている。ここで被加熱物載置時の1次コイル230、240それぞれのインピーダンスは、等しくなるように調整される。ここでは具体的な調整方法として最も理想的な構成例を用いて説明する。
加熱コイル10、20はそれぞれ1ターンであり、給電部210、220のコア215、225は、同じ材料から成り、同じ形状を有する。このような構成の場合、被加熱物載置時の1次コイル230、240のそれぞれのインピーダンスの違いは、2次コイル204と加熱コイル10のループ径と、2次コイル206と加熱コイル20のループ径との違いによるもののみであるので、大きくは違わない。従って、1次コイル230、240のそれぞれの巻数と線長を、以下に示す式(5)と式(6)を基準にして調整することにより、被加熱物載置時の1次コイル230、240それぞれのインピーダンスを実質的に等しい値に調整することができる。
N1+N2 = N3+N4 ・・・式(5)
1次コイル230の線長 = 1次コイル240の線長 ・・・式(6)
1次コイル230の線長 = 1次コイル240の線長 ・・・式(6)
式(5)および式(6)が満たされると、1次コイル230、240それぞれの総巻数と線長が等しくなる。また、前述のように給電部210、220の材料と形状も等しい。従って、2次コイルのインピーダンスを無視すれば、1次コイル230、240それぞれのインピーダンスは等しくなる。よって、2次コイルのインピーダンス差を考慮して、巻数と線長を調整することにより、被加熱物載置時の1次コイル230、240それぞれのインピーダンスを等しく調整することができる。なお、1次コイル230、240それぞれのインピーダンスは、同じであることが望ましいが、構造上の理由などで完全に一致させることが難しい場合は、1次コイル230、240が共振用コンデンサ260と接続されたときの共振周波数が概ね等しいとみなせる範囲内の差、具体的には約1kHzの範囲内の差があってもよい。この差がある場合、1次コイルの接続を切り替えたときに共振負荷に供給される電力に多少の差が発生するが、後述する効果については特に問題ない。
このように、被加熱物載置時の1次コイル230、240のそれぞれのインピーダンスが実質的に等しい状態となる。更に、1次コイル230、240それぞれの巻数は、次の式を満たすように構成される。
N1>N2 かつ N3<N4 ・・・式(7)
以上に述べた条件が満たされると、共振用コンデンサ260と1次コイル230、240との接続が切替部250によって切り替わっても、共振負荷の共振周波数とインピーダンスは変化しない。従って、高周波電力発生回路270が駆動された場合(ここで、駆動周波数は、インバータ出力電圧に対して出力電流が遅れ位相となるインバータ回路276の駆動周波数の範囲内の任意の駆動周波数である)、加熱コイル10および加熱コイル20に投入される総電力は、1次コイルの接続が切り替えられても一定であり、加熱コイル10および加熱コイル20に給電される高周波電流の実効値の大小のみが逆転する。具体的には、式(7)の条件の場合、1次コイル230に電力が供給された場合、N1>N2なので、「加熱コイル10の実効電流>加熱コイル20の実効電流」となる。また、1次コイル240に電力が供給された場合、N3<N4なので、「加熱コイル10の実効電流<加熱コイル20の実効電流」となる。つまり、接続する1次コイルを切り替えるだけで、複数の加熱コイル10、20に同時に異なる電力を供給することが可能となる。
高周波電力発生回路を1つのみ有し、異なるインピーダンスの加熱コイルを切り替える従来の方式は、加熱コイルのいずれか1つのみにしか通電することができない。したがって、従来の方式では、意図しない温度の偏りが生じる問題や、加熱コイルを変更する度に投入電力が一定となるように駆動周波数を調整する必要があったりした。これに対して、本発明は、高周波電力発生回路は1つのみであるものの、接続する1次コイルを切り替えるだけで、複数の加熱コイルに同時に異なる電力を供給することができる。したがって、本発明は、省スペースを達成でき、かつ、簡単な手段で複数の加熱コイルに同時に給電できる点で、従来にない顕著な効果を奏するといえる。
以上に述べた構成を調理モードに適用した一例を図3、図4に示す。図3および図4は、トッププレート104、加熱コイル10、20、磁性体202、および防磁板103を、図2のIII-III方向に見た場合の概略的な断面図である。なお、図2にはトッププレート104は示されていない。図3および図4に示すように、トッププレート104上には、水などの液体Qが入った鍋Pが配置されている。図3および図4は、一般に対流モードと呼ばれる調理モードを使用して、水などの液体が入った鍋Pを加熱している例を示している。対流モードは、一定時間毎に調理対象の対流を変化させることにより、撹拌を行ったり、焦げ付きを防止したりする調理モードである。対流モードでは、前述のような制御部280による切替部250の切替えにより、高周波電力発生回路270および共振用コンデンサ260と、1次コイルとの接続が一定間隔で切り替えられる。
図3は、切替部250が切り替えられて1次コイル230に給電される例を示している。例えば、1次コイル230に給電された場合、「加熱コイル10の実効電流>加熱コイル20の実効電流」となるので、加熱コイル10の上方の温度は比較的高く、加熱コイル20の上方の温度は比較的低くなる。したがって、鍋Pの底部の温度勾配は、鍋Pの中央から外周に向かって高くなる。そのため、流体の流れは、鍋P外周付近では上向きとなり、鍋P中央付近では下向きとなり、図3の矢印で示したような対流が発生する。
他方、図4は、1次コイル240に給電される例を示している。1次コイル240に給電された場合、「加熱コイル10の実効電流<加熱コイル20の実効電流」となるので、加熱コイル10の上方の温度は比較的低く、加熱コイル20の上方の温度は比較的高くなる。したがって、鍋Pの底部の温度勾配は、鍋中央から鍋外周に向かって低くなる。そのため、流体の流れは、鍋P外周付近では下向きとなり、鍋P中央付近では上向きとなり、図4の矢印で示したような対流が発生する。
このように実施の形態1に係る誘導調理器を適用することによって、簡単かつ少ない構成で各加熱コイル10、20への電力分配を変更することが可能となり、焦げ付き防止や撹拌を達成することができる。
このように実施の形態1に係る誘導調理器を適用することによって、簡単かつ少ない構成で各加熱コイル10、20への電力分配を変更することが可能となり、焦げ付き防止や撹拌を達成することができる。
図5、6は、本発明の実施の形態1に係る誘導加熱調理器の他の構成図を示している。以上の説明では、1次コイル230および1次コイル240の両方が、給電部210の1次側および給電部220の1次側の両方ともに巻かれた構成を説明したが、1次コイルの少なくとも1つが給電部210の1次側および給電部220の1次側の両方ともに巻かれてさえいれば、実施の形態1の目的を達成できる。例えば、1次コイル230が、給電部210の1次側および給電部220の1次側の両方に巻かれてさえいれば、1次コイル240は、給電部210の1次側のみに(図5)、または給電部220の1次側のみに(図6)、巻かれた構成であってもよい。逆に、図示しないが、例えば、1次コイル230は、給電部210の1次側のみに、または給電部220の1次側のみに巻かれ、1次コイル240は、給電部210の1次側および給電部220の1次側の両方に巻かれた構成であってもよい。
図7~11は、本発明の実施の形態1に係る誘導加熱調理器の他の構成図を示している。以上の説明では、加熱コイルの形状は、同心円のリング形状であったが、同心円のリング形状以外であっても同様の効果を得ることができる。例えば、加熱コイルは、図7に示すように、2つの半円状のコイルであり、併せて円形を形成するものであってもよい。また、例えば、加熱コイルは、図8および図9に示すように、4つ併せて円形を形成するものであってもよい。更に、例えば、加熱コイルは、図10および図11に示すように、それぞれ始点から終点まで実質的に長方形を描くように延びる直線状の形状であってもよい。
また、以上の説明では、加熱コイルと給電部をそれぞれ2組ずつ用いた場合を説明したが、同様のインピーダンス調整方法を用いることにより、加熱コイルと給電部を3組以上に増やしても同様の効果を得ることができる。例えば、図8~図11は、加熱コイルを4つ含む構成例を示している。また例えば、図9および図11は、給電部を4つ含む構成例を示している。
また、高周波電力発生回路270を構成するスイッチング素子は、従来のシリコン材料を使用したスイッチング素子であってもよいが、例えばSiCやGaNなどのワイドギャップ半導体を使用したスイッチング素子であることが望ましい。ワイドギャップ半導体を使用することにより、回路全体の小型化、低損失化が可能となる。更に、高周波駆動が可能となるため、アルミニウム等の非磁性材料で出来た鍋等の加熱も可能となる。
実施の形態2.
図12は、本発明の実施の形態2に係る誘導加熱調理器の主要部の構成図である。実施の形態2が実施の形態1と異なるのは、1次コイルが追加され、1つであった共振用コンデンサが異なる容量のもの複数個に変更され、およびこの複数の共振用コンデンサが切替部に組み込まれていることである。例えば、実施の形態2を示す図12では、実施の形態1を示す図2から、1次コイル1250、1260、1270、1280が追加され、1つの共振用コンデンサ260が異なる容量の複数の共振用コンデンサ1290に変更され、およびこの共振用コンデンサ1290が切替部250に組み込まれている。なお、図12には共振用コンデンサ1290が2つ記載されているが、これは数を限定するものでなく、共振用コンデンサ1290は3つ以上用いられてもよい。以下では、実施の形態1と異なる点を中心に説明し、その他の部分については実施の形態1と同様であるため説明を省略する。図12中の構成要素のうち、図2におけるものと同じ構成要素については、図2の符号と同じ符号が用いられる。また、加熱コイル10、20の調整方法についても、実施の形態1において説明した方法と同じ手法が用いられる。
図12は、本発明の実施の形態2に係る誘導加熱調理器の主要部の構成図である。実施の形態2が実施の形態1と異なるのは、1次コイルが追加され、1つであった共振用コンデンサが異なる容量のもの複数個に変更され、およびこの複数の共振用コンデンサが切替部に組み込まれていることである。例えば、実施の形態2を示す図12では、実施の形態1を示す図2から、1次コイル1250、1260、1270、1280が追加され、1つの共振用コンデンサ260が異なる容量の複数の共振用コンデンサ1290に変更され、およびこの共振用コンデンサ1290が切替部250に組み込まれている。なお、図12には共振用コンデンサ1290が2つ記載されているが、これは数を限定するものでなく、共振用コンデンサ1290は3つ以上用いられてもよい。以下では、実施の形態1と異なる点を中心に説明し、その他の部分については実施の形態1と同様であるため説明を省略する。図12中の構成要素のうち、図2におけるものと同じ構成要素については、図2の符号と同じ符号が用いられる。また、加熱コイル10、20の調整方法についても、実施の形態1において説明した方法と同じ手法が用いられる。
図12を参照して更に説明する。実施の形態2は、加熱コイル10、20のいずれか一方のみに異なる電力を供給する必要がある場合にも対応するものである。そのため、給電部210、220の双方に巻かれた1次コイル230、240に加えて、1次コイル1250、1260、1270、1280は、給電部210、220のいずれか一方のみに巻かれている。具体的には、1次コイル1250(巻数N5)および1次コイル1260(巻数N7)は、給電部210にのみ巻かれている。1次コイル1270(巻数N6)と1次コイル1280(巻数N8)は、給電部220にのみ巻かれている。1次コイル1250、1260、1270、1280の巻数の間には、次の式(8)の関係が成立する。
N5>N7 かつ N6<N8 ・・・式(8)
ここで、N5~N8は、2以上の整数である。
ここで、N5~N8は、2以上の整数である。
実施の形態2では、1次コイル1250、1260、1270、1280のそれぞれの巻数が異なるため、実施の形態1の場合のように線長だけを調整することによってそれぞれのインダクタンスを等しくすることは困難である。そこであらかじめ、1次コイル1250、1260、1270、1280のそれぞれについて、被加熱物が載置された場合の共振周波数が特定の周波数となるように、異なる容量の複数の共振用コンデンサ1290が設けられる。制御部280は、1次コイルの接続を切り替えた場合、特定の共振周波数になるように共振用コンデンサ1290と1次コイルとの組合せを選択する。そして、制御部280は、選択された共振用コンデンサ1290と1次コイルとが接続されるように、制御信号を切替部250に出力する。
このような構成を採って制御を行うことにより、実施の形態1の構成で得られる効果に追加して、加熱コイル10、20のいずれか一方のみに対して、特定の駆動周波数において共振条件を崩すことなく、異なる電力を供給することができる。実施の形態2では、複数の異なる容量の共振用コンデンサ1290と1次コイル1250、1260、1270、1280の組合せを変更することによって図3、4と同様の効果が得られるのみならず、いずれか一方の加熱コイルにのみ給電することも可能である。したがって、加熱コイル10と加熱コイル20との間の温度差を大きくすることができ、焦げ付き防止および撹拌の効果を向上させることができる。
また、実施の形態1のところで述べたのと同様に、加熱コイルの形状は、同心円のリング形状以外の形状(例えば半円形状、4つ併せて円形を形成する形状、または直線状の形状など)であってもよい。
また、以上の説明では、加熱コイルと給電部をそれぞれ2組ずつ用いた場合を説明したが、実施の形態1のところで述べたのと同様に、同様のインピーダンス調整方法を用いることにより、加熱コイルと給電部を3組以上に増やしても同様の効果を得ることができる。
また、高周波電力発生回路270を構成するスイッチング素子は、従来のシリコン材料を使用したスイッチング素子であってもよいが、例えばSiCやGaNなどのワイドギャップ半導体を使用したスイッチング素子であることが望ましい。ワイドギャップ半導体を使用することにより、回路全体の小型化、低損失化が可能となる。更に、高周波駆動が可能となるため、アルミニウム等の非磁性材料で出来た鍋等の加熱も可能となる。
実施の形態3.
図13~15は、本発明の実施の形態3に係る誘導加熱調理器の主要部の構成図である。以下では、実施の形態1および2と異なる点を中心に説明し、その他の部分については説明を省略する。図13~図15中の構成要素のうち、図2~図12におけるものと同じ構成要素については、図2~図12の符号と同じ符号が用いられる。また、2次コイル10、20の調整方法および1次コイル1250、1260、1270、1280と複数の共振用コンデンサ1290の組み合わせ方、制御方法についても、実施の形態1および実施の形態2において説明した方法と同じ手法が用いられる。
図13~15は、本発明の実施の形態3に係る誘導加熱調理器の主要部の構成図である。以下では、実施の形態1および2と異なる点を中心に説明し、その他の部分については説明を省略する。図13~図15中の構成要素のうち、図2~図12におけるものと同じ構成要素については、図2~図12の符号と同じ符号が用いられる。また、2次コイル10、20の調整方法および1次コイル1250、1260、1270、1280と複数の共振用コンデンサ1290の組み合わせ方、制御方法についても、実施の形態1および実施の形態2において説明した方法と同じ手法が用いられる。
実施の形態3の特徴は、高周波電力発生回路270を、実施の形態2のインバータ回路276とダイオードブリッジ278の構成から、インバータ回路276とコンバータ回路1300の構成に変更したことにある。これにより、インバータ回路276に入力する電圧を一定電圧に制御することができる。コンバータ回路1300は、一般的な昇圧コンバータ回路、降圧コンバータ回路、昇降圧コンバータ回路であってもよい。また、コンバータ回路の昇降圧機能には、力率改善機能が追加されてもよい。
前述のように、実施の形態3では、高周波電力発生回路270は、コンバータ回路1300とインバータ回路276の組合せを含む。図13は、実施の形態2を示す図12の高周波電力発生回路270の内部構成、および高周波電力発生回路270と制御部280との接続を変更した図である。また、実施の形態3では、図14、15の構成が採用されてもよい。なお、図14の1次コイル230、240の構成は、図5におけるものと同様であり、図15の1次コイル230、240の構成は、図6におけるものと同様である。
インバータ回路276に入力される電圧は、コンバータ回路1300により一定電圧に制御されることによって、商用電圧をダイオードブリッジ278で全波整流した場合よりも平均化される。したがって、コンバータ回路1300を含む高周波電力発生回路270から出力される電流のピーク値は、同じインバータ出力電力を出力するコンバータなしの回路と比較して、低くすることができる。これにより、給電部210、220の最大磁束密度を低くすることができるため、給電部210、220のサイズを小さくすることができる。
また、インバータ出力電力を調整する際、実施の形態1と実施の形態2では、共振負荷の共振周波数は、高周波電力発生回路270の駆動周波数を調整することで調整されるが、実施の形態3では、高周波電力発生回路270の駆動周波数に加え、コンバータ回路1300の出力電圧を調整することでも調整できる。すなわち、設定された高周波電力発生回路の出力電力が、コンバータ回路1300の出力下限電圧に対応する出力電力以上である場合、制御部280は、インバータ回路276の駆動周波数を切替部によって選択された共振負荷の共振周波数に合わせ、そしてコンバータ回路の出力電圧を高くまたは低くすることによって、高周波電力発生回路270の出力電力を調整することができる。
一方、設定された高周波電力発生回路の出力電力が、コンバータ回路1300の出力下限電圧に対応する出力電力よりも小さい場合、制御部280は、更にインバータ回路276の駆動周波数を共振負荷の共振周波数よりも高くすることによって、高周波電力発生回路270の出力電力を調整することができる。
このように、インバータ回路276の駆動周波数を、インバータ出力電圧に対してインバータ出力電流が遅れ位相となる範囲に、かつ極力共振状態に近い状態にし、次にコンバータ回路1300の出力電圧を調整することによって、高周波電力発生回路270の出力電力を調整することができる。こうすることで、インバータ回路276のスイッチング損失を低くすることができ、高周波電力発生回路270の電力損失を低くすることができる。
従来、駆動周波数の調整のみで対応出来ないような低電力(出力下限電圧に対応する出力電力よりも小さい電力)をインバータ回路276のみの構成によって実現するためには、インバータ回路276の駆動と停止を繰り返す間欠駆動を行って低電力相当の出力を実現していた。しかし、この駆動と停止の切替えのときに発生する音が耳障りとなる問題があった。実施の形態3では、コンバータ回路1300を追加してコンバータ回路1300の出力電圧を低くすることにより、インバータ回路276のみの構成時よりも低い電力範囲まで連続駆動させることが可能となる。これにより、広い電力範囲で、間欠駆動なしで動作することができるようになる。したがって、耳障りな音を広い電力範囲において無くすことができる。
また、実施の形態1、2のところで述べたのと同様に、加熱コイルの形状は、同心円のリング形状以外の形状(例えば半円形状、4つ併せて円形を形成する形状、または直線状の形状など)であってもよい。
また、以上の説明では、加熱コイルと給電部をそれぞれ2組ずつ用いた場合を説明したが、実施の形態1、2のところで述べたのと同様に、同様のインピーダンス調整方法を用いることにより、加熱コイルと給電部を3組以上に増やしても同様の効果を得ることができる。
また、高周波電力発生回路270を構成するスイッチング素子は、従来のシリコン材料を使用したスイッチング素子であってもよいが、例えばSiCやGaNなどのワイドギャップ半導体を使用したスイッチング素子であることが望ましい。ワイドギャップ半導体を使用することにより、回路全体の小型化、低損失化が可能となる。更に、高周波駆動が可能となるため、アルミニウム等の非磁性材料で出来た鍋等の加熱も可能となる。
実施の形態4.
図16は、全体が1600で表される、本発明の実施の形態4に係る誘導加熱調理器の主要部の構成図である。以下では、実施の形態1、2および3と異なる点を中心に説明し、その他の部分については説明を省略する。図16中の構成要素のうち、図2~図15におけるものと同じ構成要素については、図2~図15の符号と同じ符号が用いられる。
図16は、全体が1600で表される、本発明の実施の形態4に係る誘導加熱調理器の主要部の構成図である。以下では、実施の形態1、2および3と異なる点を中心に説明し、その他の部分については説明を省略する。図16中の構成要素のうち、図2~図15におけるものと同じ構成要素については、図2~図15の符号と同じ符号が用いられる。
誘導加熱調理器1600は、加熱ユニット130と電源ユニット140とを有する。加熱ユニット130の構成は、実施の形態1~3と同様の構成である。
電源ユニット140には、給電部210、220および1次コイル230、240が設けられている。実施の形態1と同様に、1次コイル230は、給電部210の1次側にN1ターン、給電部220の1次側にN2ターン巻かれ、1次コイル240は、給電部210の1次側にN3ターン、給電部220の1次側にN4ターン巻かれている。N1、N2、N3およびN4は、インピーダンスを整合させるため、式(5)を満たす。更に、実施の形態4では、N1、N2、N3およびN4は、次の式(9)を満たす。
N1=N4 かつ N2=N3 ・・・式(9)
電源ユニット140は、切替部250と、異なる容量の複数の共振用コンデンサ1290とを更に含む。共振用コンデンサ1290は、切替部250に組み込まれている。共振用コンデンサ1290は、1次コイル230、240またはこれらの両方に接続される第1端子1292を有する。共振用コンデンサ1290は、切替部250の第1の電力入力ポート252に接続された図示しない第2端子を更に有する。なお、図16には共振用コンデンサ1290が2つ記載されているが、これは数を限定するものでなく、共振用コンデンサ1290は3つ以上含まれてもよい。
電源ユニット140は、1次コイル230、240またはこれらの両方に高周波電力を供給する高周波電力発生回路270を更に含む。高周波電力発生回路270は、インバータ回路276と、ダイオードブリッジ278とを含む。入力電源(図示せず)からの交流電源がダイオードブリッジ278で全波整流され、その後、インバータ回路276に入力される。
図16では、高周波電力発生回路270は、上記のようにインバータ回路276と、ダイオードブリッジ278から成るが、本実施の形態4はこれに限定されない。例えば、高周波電力発生回路270は、インバータ回路276と、コンバータ回路(図13~図15のコンバータ回路1300)とから成るものであってもよい。これにより、インバータ回路276に入力する電圧を一定電圧に制御することができる。コンバータ回路は、例えば、一般的な昇圧コンバータ回路、降圧コンバータ回路、昇降圧コンバータ回路である。また、コンバータ回路の昇降圧機能には、力率改善機能が追加されてもよい。
電源ユニット140は、制御部280を更に含む。制御部280は、共振用コンデンサ1290の第1端子1292を、1次コイル230の始端236、1次コイル240の始端246、またはこれらの両方と接続する。共振用コンデンサ1290の第1端子1292が1次コイル230の始端236にのみ接続される場合(以下、「第1の場合」という。)、切替部250の第2の電力入力ポート254は、1次コイル230の終端238に接続される。共振用コンデンサ1290の第1端子1292が1次コイル240の始端246にのみ接続される場合(以下、「第2の場合」という。)、切替部250の第2の電力入力ポート254は、1次コイル240の終端248に接続される。共振用コンデンサ1290の第1端子1292が1次コイル230の始端236と1次コイル240の始端246の両方に接続される場合(以下、「第3の場合」という。)、切替部250の第2の電力入力ポート254は、1次コイル230の終端238と1次コイル240の終端248の両方に接続される。言い換えれば、第3の場合、1次コイル230および1次コイル240は並列に接続され、並列に接続された1次コイル230および1次コイル240に高周波電力が供給される。
制御部280は、第1の場合、第2の場合および第3の場合のいずれの場合であっても回路の共振周波数が特定の周波数になるように、1次コイル230、240またはこれらの両方に接続される共振用コンデンサ1290を各場合に選択する。そして、制御部280は、選択された共振用コンデンサ1290と1次コイル230、240またはこれらの両方とが接続されるように、制御信号を切替部250に出力する。
式(5)から、給電部210、220にそれぞれ巻かれた1次コイル230、240の総巻数は等しい。また、式(9)から、1次コイル230と1次コイル240のインピーダンスは、高周波電力発生回路270側からみて等しい。したがって、1次コイル230および1次コイル240が並列に接続されている場合(第3の場合)、加熱コイル10、20に等しい電流を供給することができる。
この構成により、特定の駆動周波数において共振条件を崩すことなく、加熱コイル10、20に供給される電流量に差を設けること、および加熱コイル10、20のいずれか一方のみに対して様々な電流量を供給することができるのみならず、加熱コイル10、20に等しい電流を供給することができる。
言い換えれば、実施の形態4では、図3のように鍋Pの底部の温度勾配を鍋Pの中央から外周に向かって高くすること、図4のように鍋Pの中央から外周に向かって低くすることのみならず、鍋Pの中央から外周にわたって均一に加熱することができる。したがって、より細やかに被加熱物の加熱を制御することができる。
10 加熱コイル、10a 入出力端部、10b 入出力端部、20 加熱コイル、20a 入出力端部、20b 入出力端部、100 誘導加熱調理器、102 筐体、103 防磁板、104 トッププレート、106 操作部、108 載置位置表示、130 加熱ユニット、140 電源ユニット、202 磁性体、204 2次コイル、206 2次コイル、210 給電部、215 コア、220 給電部、225 コア、230 1次コイル、232 N1巻線部、234 N2巻線部、236 始端、238 終端、240 1次コイル、242 N3巻線部、244 N4巻線部、246 始端、248 終端、250 切替部、252 第1の電力入力ポート、254 第2の電力入力ポート、260 共振用コンデンサ、262 第1端子、264 第2端子、270 高周波電力発生回路、272 第1のインバータ出力端子、274 第2のインバータ出力端子、276 インバータ回路、278 ダイオードブリッジ、280 制御部、1250 1次コイル、1260 1次コイル、1270 1次コイル、1280 1次コイル、1290 共振用コンデンサ、1300 コンバータ回路。
Claims (12)
- 第1および第2の加熱コイルと、
前記第1の加熱コイルに接続された第1の2次コイルおよび前記第2の加熱コイルに接続された第2の2次コイルと、
前記第1および第2の加熱コイルにそれぞれ電力を供給するための第1および第2の給電部と、
高周波電力を発生させる高周波電力発生回路と、
前記高周波電力発生回路で発生した高周波電力を、第1の1次コイル、第2の1次コイル、または並列に接続された前記第1および第2の1次コイルに切り替えて供給する切替部と、
前記第1の1次コイル、前記第2の1次コイル、または並列に接続された前記第1および第2の1次コイルの中から、給電される被給電1次コイルを選択する制御部と、を含み、
前記第1および第2の加熱コイルにそれぞれ電力を供給して加熱する誘導加熱調理器であって、
前記第1の給電部は、前記第1の2次コイルの巻線部と、前記第1の1次コイルのN1巻線部および前記第2の1次コイルのN3巻線部とが、コアに巻かれたトランスであり、
前記第2の給電部は、前記第2の2次コイルの巻線部と、前記第1の1次コイルのN2巻線部とが、コアに巻かれたトランスであり、
前記N1巻線部の巻数は、前記N2巻線部の巻数と異なることを特徴とする誘導加熱調理器。 - 前記第2の給電部は、更に前記第2の1次コイルのN4巻線部を含み、前記第2の2次コイルの巻線部と、前記N2巻線部および前記N4巻線部とが、コアに巻かれたトランスであり、
前記N3巻線部の巻数は、前記N4巻線部の巻数と異なることを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。 - 前記N1巻線部の巻数は、前記N4巻線部の巻数に等しく、前記N2巻線部の巻数は、前記N3巻線部の巻数に等しいことを特徴とする請求項2に記載の誘導加熱調理器。
- 前記第1および第2の2次コイルの巻線部の巻数は、1ターンである請求項1~3のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
- 前記第1および第2の1次コイルのそれぞれの巻数および長さは、前記第1または第2の加熱コイルの上方に被加熱物が載置された場合に、前記第1および第2の1次コイルの両端からみたインピーダンスがそれぞれ等しくなるような巻数および長さであることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
- 前記第1および第2の加熱コイルは、1枚の平板状の金属板から成ることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
- 前記第1および第2の加熱コイルのターン数は、1ターンであることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
- 前記制御部は、更に、前記高周波電力発生回路の出力電流が、前記高周波電力発生回路の出力電圧に対して遅れ位相となるように前記高周波電力発生回路の駆動周波数を制御することを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
- 2つ以上の共振用コンデンサを更に含み、
前記制御部は、
前記被給電1次コイルを含む共振回路の共振周波数が一定となるように、前記2つ以上の共振用コンデンサの中から、前記被給電1次コイルに接続される前記共振用コンデンサを選択し、
次に、選択された前記共振用コンデンサを、前記被給電1次コイルおよび前記高周波電力発生回路に接続するように前記切替部を制御することを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の誘導加熱調理器。 - 前記高周波電力発生回路は、インバータ回路と、前記インバータ回路の前段のコンバータ回路と、を含むことを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
- 前記制御部は、
設定された前記高周波電力発生回路の出力電力が、前記コンバータ回路の出力下限電圧に対応する出力電力以上である場合は、前記インバータ回路の駆動周波数を前記被給電1次コイルを含む共振回路の共振周波数に合わせて、前記コンバータ回路の出力電圧を高くまたは低くすることによって、および
設定された前記高周波電力発生回路の出力電力が、前記コンバータ回路の前記出力下限電圧に対応する出力電力よりも小さい場合は、更に前記インバータ回路の駆動周波数を前記共振周波数よりも高くすることによって、
前記高周波電力発生回路の出力電力を調整することを特徴とする請求項10に記載の誘導加熱調理器。 - 前記高周波電力発生回路に含まれるスイッチング素子は、ワイドギャップ半導体を含むことを特徴とする請求項1~11のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
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---|---|---|---|---|
JP2022034220A (ja) * | 2020-08-18 | 2022-03-03 | 日立グローバルライフソリューションズ株式会社 | 電磁誘導加熱装置 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60225391A (ja) * | 1984-04-23 | 1985-11-09 | 昭和アルミニウム株式会社 | 多相式押出加工用ビレツト加熱装置における誘導加熱コイル供給電流制御方法 |
JPH0982467A (ja) * | 1995-09-14 | 1997-03-28 | Toshiba Corp | 電磁調理器 |
JP2013179077A (ja) * | 2013-05-16 | 2013-09-09 | Mitsubishi Electric Corp | 誘導加熱調理器 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63202884A (ja) * | 1987-02-18 | 1988-08-22 | 株式会社東芝 | 誘導加熱調理器 |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60225391A (ja) * | 1984-04-23 | 1985-11-09 | 昭和アルミニウム株式会社 | 多相式押出加工用ビレツト加熱装置における誘導加熱コイル供給電流制御方法 |
JPH0982467A (ja) * | 1995-09-14 | 1997-03-28 | Toshiba Corp | 電磁調理器 |
JP2013179077A (ja) * | 2013-05-16 | 2013-09-09 | Mitsubishi Electric Corp | 誘導加熱調理器 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022034220A (ja) * | 2020-08-18 | 2022-03-03 | 日立グローバルライフソリューションズ株式会社 | 電磁誘導加熱装置 |
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