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発明の名称 炊飯器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−29593(P2007−29593A)
公開日 平成19年2月8日(2007.2.8)
出願番号 特願2005−219965(P2005−219965)
出願日 平成17年7月29日(2005.7.29)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 両角 英樹 / 柴田 雅章 / 福田 浩史 / 浜田 浩典 / 高椋 誠一 / 紺ノ 説三
要約 課題
鍋を加熱コイルにより誘導加熱する炊飯器において、入力電流を周期的に変動させることにより加熱コイルの動作周波数を周期的に変動させ、不要輻射雑音のエネルギーを周期的に分散することで、安定した不要輻射雑音の低減効果を得る。

解決手段
鍋1を誘導加熱する加熱コイル2にスイッチング手段6を直列接続し、交流電源7を整流手段8により整流して加熱コイル2に電力を供給し、交流電源7から供給される入力電流を入力電流検知手段12により検知し、入力電流の目標値を入力電流設定手段15により設定し、入力電流の目標値を設定電流変動手段16により周期的に所定の振幅で変動させ、スイッチング手段6のオン時間をオン時間設定手段17により設定する。オン時間設定手段17は、入力電流検知手段12と設定電流変動手段16の出力値に応じて、スイッチング手段6のオン時間を設定するよう構成する。
特許請求の範囲
【請求項1】
鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルに直列接続したスイッチング手段と、交流電源を整流し前記加熱コイルに電力を供給する整流手段と、前記交流電源から供給される入力電流を検知する入力電流検知手段と、前記入力電流の目標値を設定する入力電流設定手段と、前記入力電流の目標値を周期的に所定の振幅で変動させる設定電流変動手段と、前記スイッチング手段のオン時間を設定するオン時間設定手段とを備え、前記オン時間設定手段は、前記入力電流検知手段と前記設定電流変動手段の出力値に応じて、前記スイッチング手段のオン時間を設定するよう構成した炊飯器。
【請求項2】
加熱コイルは、鍋の底部を誘導加熱する第1の加熱コイルと、前記第1の加熱コイルに同心円状に構成し内端より外端の高さが高くなるように形成した第2の加熱コイルとを有し、前記第1の加熱コイルに共振回路を構成する第1の共振コンデンサと第1のスイッチング手段とを接続するとともに前記第2の加熱コイルに共振回路を構成する第2の共振コンデンサと第2のスイッチング手段とを接続し、設定電流変動手段は、前記第1加熱コイルを駆動するときに使用する第1の変動周期と、前記第2の加熱コイルを駆動するときに使用する第2の変動周期とを有し、前記第2の変動周期は前記第1の変動周期より長くした請求項1記載の炊飯器。
【請求項3】
第1の加熱コイルを駆動するときの第1の入力電流の最大値は、第2の加熱コイルを駆動するときの第2の入力電流の最大値より大きくした請求項2記載の炊飯器。
【請求項4】
交流電源の零電圧を検知するとパルスを出力する零電圧検知手段を備え、設定電流変動手段は、前記零電圧検知手段の出力パルスに同期して入力電流の目標値を所定の振幅で変動させるようにした請求項1〜3のいずれか1項に記載の炊飯器。
【請求項5】
設定電流変動手段は、零電圧検知手段の出力パルス数が所定値になると入力電流の目標値を所定の振幅で変動させ、交流電源の周波数に応じて上記出力パルス数の所定値を変更するようにした請求項4に記載の炊飯器。
【請求項6】
入力電流設定手段は、少なくとも2つの入力電流の目標値を有し、設定電流変動手段は前記入力電流の目標値が大きいときには小さいときよりも目標値を変動させる周期を長くした請求項1〜5のいずれか1項に記載の炊飯器。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、鍋を加熱コイルにより誘導加熱する炊飯器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の炊飯器と似た構成の誘導加熱調理器には、鍋を誘導加熱する加熱コイルと、この加熱コイルに直列接続したスイッチング手段のオンオフを制御する制御手段を備え、加熱コイルを駆動するときにはスイッチング手段のオン時間の増加時の変動幅と減少時の変動幅に差を設けることでスイッチング手段のオン時間が不規則に変動し、加熱コイルの動作周波数を変動させて、加熱コイルより発生する不要輻射雑音を低減させるものがあった(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2003−36961号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、このような従来の構成では、入力電流の変動幅が不規則になるために動作周波数の変動も不規則になり、不要輻射雑音を低減する効果が不安定になるという問題を有していた。
【0004】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、入力電流を周期的に変動させることにより加熱コイルの動作周波数を周期的に変動させ、不要輻射雑音のエネルギーを周期的に分散することで、安定した不要輻射雑音の低減効果を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は上記目的を達成するために、鍋を誘導加熱する加熱コイルと共振コンデンサとで共振回路を構成し、加熱コイルにスイッチング手段を直列接続し、交流電源を整流手段により整流して加熱コイルに電力を供給し、交流電源から供給される入力電流を入力電流検知手段により検知し、入力電流の目標値を入力電流設定手段により設定し、入力電流の目標値を設定電流変動手段により周期的に所定の振幅で変動させ、スイッチング手段のオン時間をオン時間設定手段により設定するよう構成し、オン時間設定手段は、入力電流検知手段と設定電流変動手段の出力値に応じて、スイッチング手段のオン時間を設定するよう構成したものである。
【0006】
これにより、入力電流を周期的に変動させることにより、加熱コイルの動作周波数を周期的に変動させることができて、不要輻射雑音のエネルギーを周期的に分散することができ、したがって、加熱コイルの動作周波数が均一に分散するので、安定した不要輻射雑音の低減効果を得ることができる。
【発明の効果】
【0007】
本発明の炊飯器は、入力電流を周期的に変動させることにより、加熱コイルの動作周波数を周期的に変動させることができて、各動作周波数に均等に不要輻射雑音のエネルギーを分散することができ、不要輻射雑音の準尖頭値の低減効果を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
第1の発明は、鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルに直列接続したスイッチング手段と、交流電源を整流し前記加熱コイルに電力を供給する整流手段と、前記交流電源から供給される入力電流を検知する入力電流検知手段と、前記入力電流の目標値を設定する入力電流設定手段と、前記入力電流の目標値を周期的に所定の振幅で変動させる設定電流変動手段と、前記スイッチング手段のオン時間を設定するオン時間設定手段とを備え、前記オン時間設定手段は、前記入力電流検知手段と前記設定電流変動手段の出力値に応じて、前記スイッチング手段のオン時間を設定するよう構成したものであり、入力電流を周期的に変動させることにより、加熱コイルの動作周波数を周期的に変動させることができて、各動作周波数に均等に不要輻射雑音のエネルギーを分散することができ、不要輻射雑音の準尖頭値の低減効果を安定させることができる。また、入力電流を周期的に変動させるので、入力電流の平均値を制御することが容易である。
【0009】
第2の発明は、上記第1の発明において、加熱コイルは、鍋の底部を誘導加熱する第1の加熱コイルと、前記第1の加熱コイルに同心円状に構成し内端より外端の高さが高くなるように形成した第2の加熱コイルとを有し、前記第1の加熱コイルに共振回路を構成する第1の共振コンデンサと第1のスイッチング手段とを接続するとともに前記第2の加熱コイルに共振回路を構成する第2の共振コンデンサと第2のスイッチング手段とを接続し、設定電流変動手段は、前記第1加熱コイルを駆動するときに使用する第1の変動周期と、前記第2の加熱コイルを駆動するときに使用する第2の変動周期とを有し、前記第2の変動周期は前記第1の変動周期より長くしたものであり、第2の加熱コイルの入力電流の変動幅を大きくすることができて、第2の加熱コイルの動作周波数の変動幅を大きくでき、側面方向の漏れ磁束が多い第2の加熱コイルの不要輻射雑音の準尖頭値の低減効果を安定させることができる。
【0010】
第3の発明は、上記第2の発明において、第1の加熱コイルを駆動するときの第1の入力電流の最大値は、第2の加熱コイルを駆動するときの第2の入力電流の最大値より大きくしたものであり、側面方向の漏れ磁束が多い第2の加熱コイルの不要輻射雑音を抑えるとともに、側面方向の漏れ磁束が少ない第1の加熱コイルを用いて鍋に十分な高周波電力を供給することができる。
【0011】
第4の発明は、上記第1〜3のいずれか1つの発明において、交流電源の零電圧を検知するとパルスを出力する零電圧検知手段を備え、設定電流変動手段は、前記零電圧検知手段の出力パルスに同期して入力電流の目標値を所定の振幅で変動させるようにしたものであり、交流電源の電圧が低いときに入力電流の目標値を変更することになるので、周波数の急峻な変化により騒音が発生するのを抑えることができる。
【0012】
第5の発明は、上記第4の発明において、設定電流変動手段は、零電圧検知手段の出力パルス数が所定値になると入力電流の目標値を所定の振幅で変動させ、交流電源の周波数に応じて上記出力パルス数の所定値を変更するようにしたものであり、交流電源の周波数が50Hzの地域と60Hzの地域で不要輻射雑音の差が生じないようにすることができる。
【0013】
第6の発明は、上記第1〜5のいずれか1つの発明において、入力電流設定手段は、少なくとも2つの入力電流の目標値を有し、設定電流変動手段は前記入力電流の目標値が大きいときには小さいときよりも目標値を変動させる周期を長くしたものであり、加熱コイルに流れる電流が大きく、加熱コイルからの漏れ磁束が増加するときでも確実に不要輻射雑音の準尖頭値を低減することができる。
【0014】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【0015】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における炊飯器の一部ブロック化した回路図である。
【0016】
図1に示すように、鍋1は、磁束を通す金属を複数用いた積層体で構成しており、図1では等価回路を示している。加熱コイル2は、第1の加熱コイル3と第2の加熱コイル4で構成し、これら第1の加熱コイル3と第2の加熱コイル4は直列接続している。第1の加熱コイル3は渦巻き状の形状をしており、鍋1の底部に一定の距離で配置し、鍋1の底部と磁気結合するようにしている。第2の加熱コイル4は、第1の加熱コイル3に同心円状に構成し、内端より外端の高さが高くなるように形成し、第1の加熱コイル3の同心円状の側面部に配置して、鍋1の側面部と磁気結合している。第1の加熱コイル3および第2の加熱コイル4は複数の銅線を束ねたリッツ線を更に20数本で撚った線で構成しており、高周波電流が流れたときの電流分布を均一にしている。
【0017】
共振コンデンサ5は、加熱コイル2と共振回路を構成するもので、加熱コイル2に並列接続している。本実施の形態では、高周波電流が流れても損失の少ないポリプロピレンコンデンサを使用している。
【0018】
スイッチング手段6は、MOSFETやIGBTなどの半導体素子と、この半導体素子に逆接続した逆接続ダイオードで構成している。MOSFETやIGBTは耐圧が高く、高周波のスイッチングが可能で、ゲート端子に電圧を印加することで大電流を流すことができ、パワートランジスタに比べ省電力で大電流を流すことができるという利点がある。なお、本実施の形態では、IGBTを使用している。
【0019】
交流電源7は、炊飯器に電力を供給するもので、交流電源7の電源周波数は、東日本地域では50Hz、西日本地域では60Hzとなっている。整流手段8は、交流電源7を整流し、加熱コイル2に電力を供給するもので、ダイオードブリッジ9、チョークコイル10、平滑用コンデンサ11で構成している。ここで、平滑用コンデンサ11の容量は数μFと小さく、加熱コイル2に電流を流すとリプルが生じる。本実施の形態では、このリプル電圧波形は交流電源9の電圧波形と同じとなる。
【0020】
入力電流検知手段12は、交流電源7から供給される入力電流を検知するもので、特に図示していないが、カレントトランスを用いて入力電流を所定の比率で数mAの電流に変換し、カレントトランスの2次側に接続された負荷抵抗と整流ダイオードと電解コンデンサを用いて直流電圧に変換している。
【0021】
零電圧検知手段13は、交流電源7の零電圧を検知するとパルスを出力するもので、交流電源7の(u)極を抵抗を介してトランジスタのベース端子に接続し、このトランジスタのコレクタ端子は交流電源7により供給される5V電源と抵抗を介して接続しており、(u)極の電位がもう一方の極より高いときにローをマイクロコンピュータ14に出力し、低いときにハイを出力する。
【0022】
マイクロコンピュータ14は、4MHz発振子と32.728kHz発振子で動作する。本実施の形態では、特に図示しないが、入力電流設定手段15、設定電流変動手段16の他に、LCD表示部を制御するLCD表示手段、LCD内部の時計表示を行う計時手段、炊飯工程を制御する炊飯工程制御手段などを構成している。
【0023】
入力電流設定手段15は、交流電源7から供給される入力電流の目標値を設定するもので、マイクロコンピュータ14のROMなどで構成している。本実施の形態では、複数の電流設定値として、炊飯するときに使用する第1の電流設定値Is1、無洗米を炊飯するときに使用する第2の電流設定値Is2、ご飯を保温するときに使用する第3の電流設定値Is3をマイクロコンピュータ内部のROMに8ビットのデータとして記憶している。本実施の形態では、電流設定値Is1からIs3の大小関係は、Is1>Is2>Is3となっている。
【0024】
設定電流変動手段16は、入力電流の目標値を周期的に所定の振幅で変動させるもので、零電圧検知手段13の出力パルスに同期して入力電流の目標値を所定の振幅で変動させるようにし、マイクロコンピュータ14のROMなどで構成し、それぞれの電流設定値に対応した変動幅と変動周期を記憶している。本実施の形態では、変動幅は8ビットデータとして、変動周期は零電圧検知手段13のハイ出力とロー出力の合計数として記憶している。
【0025】
また、本実施の形態では、第1の電流設定値Is1に対応した第1の変動幅dIs1、第1の変動周期Ts1と、第2の電流設定値Is2に対応した第2の変動幅dIs2、第2の変動周期Ts2、第3の電流設定値Is3に対応した第3の変動幅dIs3、第3の変動周期Ts3を記憶している。例えば、第1の電流設定値Is1が記憶されているときには、設定電流変動手段16は、零電圧検知手段13のハイ出力の回数が変動周期Ts1に達すると、ハイ出力の期間、第1の電流設定値Is1から第1の変動幅dIs1を引いた値を8ビットデータとして出力し、DA変換器を介してオン時間設定手段に出力する。なお、8ビットデータの出力方法としてはマイクロコンピュータ14のPWM出力機能を利用する方法や、マイクロコンピュータ14の出力ポートを8ポート使用し各ポートに抵抗を接続し、抵抗分圧する方法がある。
【0026】
オン時間設定手段17は、入力電流検知手段12と設定電流変動手段16の出力値に応じて、スイッチング手段6のオン時間を設定するもので、コンパレータ18、抵抗19、20、コンデンサ21で構成し、パルス発生手段22にオン時間に対応した電圧を出力する。コンパレータ18は入力電流検知手段12の出力電圧と設定電流変動手段17の出力電圧を比較し、入力電流検知手段12の出力電圧の方が低いときには出力端子をオープン状態にして抵抗19を介してコンデンサ21を充電し、入力電流検知手段13の出力電圧の方が高いときには、出力端子をロー状態にして抵抗19、20を介してコンデンサ21を放電する。
【0027】
パルス発生手段22は、特に図示しないが、鋸歯状波発生回路と比較回路などを内蔵したアナログICで構成しており、鋸歯状波発生回路はコンパレータとコンデンサを用いた充放電回路で構成し、同期信号発生手段23のハイ出力をトリガにして、鋸歯状波を発生する。比較回路はコンパレータなどで構成し、鋸歯状波発生回路の出力電圧とオン時間設定手段17の出力電圧を比較し、オン時間設定手段17の出力が大きい間、ハイを出力する。なお、パルス発生手段22の構成は一例であり、カウンタやADコンバータなどを用いたディジタル回路で構成してもよいし、マイクロコンピュータに内蔵されたPWM回路を用いてもよい。
【0028】
同期信号発生手段23は、コンパレータなどで構成し、(C2)端子を所定の比率で抵抗分圧した電圧と、(CE)端子を所定の比率で抵抗分圧した電圧を比較し、(C2)端子の分圧電圧の方が高いときにハイをパルス発生手段22に出力する。
【0029】
駆動回路24は、特に図示しないが、NPNトランジスタとPNPトランジスタで構成したプッシュプル回路で構成し、パルス発生手段22の出力がハイの間、スイッチング手段6を構成するIGBTに電力を供給し、IGBTをオンする。
【0030】
つぎに、図2を参照しながら本実施の形態の炊飯器の構成について説明する。図2は、本実施の形態の炊飯器の断面図である。なお、図面を簡潔にするために、電気的接続のためのリード線や部品を固定するためのねじは省略している。
【0031】
図2に示すように、炊飯器本体31は、上面を覆う蓋32を開閉自在に設置している。炊飯器本体31の収納部33は、底部に第1の加熱コイル3を配設し、側面部に第2の加熱コイル4を配設し、第2の加熱コイル4の外周側にフェライトコア34を配設している。これら第1の加熱コイル3および第2の加熱コイル4は鍋1の底部の中心の略真下に中心を有する巻線である。
【0032】
鍋1は、ステンレス、鉄、銅などの磁性体によって形成し、上端開口部に外側にせり出したフランジ35を有し、フランジ35を収納部33の上端から浮き上がった状態で載置することにより、収納部33に着脱自在に収納される。したがって、鍋1は収納時に収納部33との間に隙間を有する。
【0033】
蓋32には着脱自在な蓋加熱板36を配置している。この蓋加熱板36はステンレスなどの金属で形成している。蓋加熱コイル37は蓋32に内蔵し、蓋加熱板35を誘導加熱する。
【0034】
第1の回路基板38は、スイッチ、LCD、マイクロコンピュータ14などで構成している。第2の回路基板39は、特に図示しないが、スイッチング手段6を構成するIGBT、加熱コイル2に直列または並列に接続される共振コンデンサ5、整流手段8を構成するダイオードブリッジ9、チョークコイル10、平滑コンデンサ11、入力電流検知手段12を構成するカレントトランス、オン時間設定手段17を構成するアナログICなどを搭載している。
【0035】
巻き取り式の電源コード収納部40は、第2の回路基板39にリード線を介して電気的に接続している。この電源コード収納部40はストッパーとばねを用いて電源コードを巻き取ることを可能にしている。
【0036】
温度検知手段41は、サーミスタで構成し、鍋1の底部の略中心に配置している。サーミスタは温度で抵抗値が変わるので、このサーミスタと所定の抵抗値を有する抵抗で分圧回路を構成し、所定の電圧をこの分圧回路の両端に供給することで、サーミスタの抵抗値をアナログ電圧に変換できる。図1に示したマイクロコンピュータ14は、内蔵されたAD変換器を用いてこのアナログ電圧から温度を推定する。
【0037】
冷却手段42は、DCブラシレスモータの回転子にファンを取り付けたファンモータで構成している。このファンモータは、図1に示したマイクロコンピュータ14でオンオフ制御される。
【0038】
第1の回路基板37と第2の回路基板38は、特に図示しないが、リード線で電気的に接続しており、マイクロコンピュータ14の内部に構成された入力電流設定手段15、設定電流変動手段16からの信号を第2の回路基板38に実装されたオン時間設定手段17が受けて、IGBTをオンオフ制御し、第1の加熱コイル3および第2の加熱コイル4に高周波電流を流す。第1の加熱コイル3および第2の加熱コイル4は高周波電流が流れると交番磁界を発生させ、この交番磁界により鍋1に渦電流が流れ、鍋1が発熱する。
【0039】
このように、本実施の形態の炊飯器は、鍋1を誘導加熱し、鍋1内の調理物を加熱調理する。ここで、調理物は、炊飯前の米と水又は炊き上がったご飯等である。
【0040】
上記構成において図3を参照しながら動作を説明する。図3は本実施の形態の炊飯器の主要部の動作波形を示している。
【0041】
図3(a)は交流電源7の両端電圧波形を示し、図3(b)は零電圧検知手段13がマイクロコンピュータ14に出力するパルス波形を示し、図3(c)は設定電流変動手段16が有するカウンタのカウント数を示し、図3(d)は設定電流変動手段16がオン時間設定手段17に出力するアナログ電圧波形を示し、図3(e)は入力電流検知手段12がオン時間設定手段17に出力するアナログ電圧波形を示し、図3(f)はオン時間設定手段17がパルス発生手段22に出力するアナログ電圧波形を示し、図3(g)は交流電源7より供給される入力電流波形(入力電流検知手段12に入力される波形)を示し、図3(h)はスイッチング手段6のコレクタ電圧CE端子の包絡線波形を示し、図3(i)は加熱コイル2の動作周波数の変化を示している。
【0042】
図3に示すように、時刻T1では、図3(b)のように零電圧検知手段13のハイ出力がマイクロコンピュータ14に入力されると、図3(c)のようにマイクロコンピュータ14で構成された設定電流変動手段16はカウント数をゼロにし、図3(d)のように入力電流設定手段15の出力Is1からdIs1だけ減算し、(Is1−dIs1)をオン時間設定手段17に出力する。このとき、図3(e)のように入力電流検知手段12の出力より設定電流変動手段16の出力が小さくなるので、コンパレータ18はローとなり、図3(f)のように、抵抗19、20、コンデンサ21で設定された時定数で出力電圧を低下させる。パルス発生手段22はオン時間設定手段17の出力電圧に応じたパルス幅でハイパルスを出力する。本実施の形態では、オン時間設定手段17の出力電圧とパルス発生手段22のパルス幅は比例関係であり、出力電圧が大きいほどパルス幅が長くなる設定にしている。つまり、オン時間は小さくなるので、図3(i)のように加熱コイル2の動作周波数が高くなっていく。
【0043】
時刻T2では、零電圧検知手段13のロー出力がマイクロコンピュータ14に入力されると、図3(c)のように設定電流変動手段16はカウント数を1増やし、図3(d)のように入力電流設定手段15の出力Is1を出力する。このとき、図3(e)のように入力電流検知手段12の出力より設定電流変動手段16の出力が大きくなるので、コンパレータ18の出力はハイとなり、図3(f)のように抵抗19、コンデンサ21で設定された時定数で出力電圧が上昇する。パルス発生手段22は、この出力電圧に応じてパルス幅を長くしていくので、加熱コイル2の動作周波数は低くなっていく。
【0044】
時刻T2から時刻T6では、図3(c)のように零電圧検知手段13がハイまたはローを出力するたびに、設定電流変動手段16はカウント数を1ずつ増やしていく。ただし、図3(d)のように入力電流設定手段15の出力Is1をそのまま出力する。このとき、入力電流検知手段12の出力より設定電流変動手段16の出力が大きくなるので、コンパレータ18の出力はハイとなり、図3(e)抵抗19、コンデンサ21で設定された時定数で出力電圧が上昇する。パルス発生手段22は、この出力電圧に応じてパルス幅を長くしていくので加熱コイル2の動作周波数は低くなりつづける。
【0045】
時刻T7では、図3(b)のように零電圧検知手段13のハイ出力がマイクロコンピュータ14に入力されると、図3(c)のように設定電流変動手段16のカウント数が所定数Ts1に達したと判定され、カウント数がゼロにリセットされ、図3(d)のように設定電流変動手段(Is1−dIs1)をオン時間設定手段17に出力する。これ以降は時刻T1から時刻T7までの動作を繰り返す。
【0046】
このように、入力電流の設定値を変動させることにより、スイッチング手段6のオン時間を設定するオン時間設定手段17の出力を変動させることになるので、加熱コイル2の動作周波数を変動させることができる。また、周期的に変動させるので動作周波数の変動を規則的にすることができる。
【0047】
なお、図3に示すように、入力電流検知手段12の出力は、時刻T2から時刻T7の期間にIs1に達しないようにした方がよい。Is1に達した場合は、オン時間設定手段17の出力がほぼ一定になるので、加熱コイル2の動作周波数が変動しなくなる。したがって、1つの動作周波数にエネルギーが集中し、不要輻射雑音が増加することになる。
【0048】
つぎに、図4は、図3の時刻T0と時刻T1の期間の一部における炊飯器の動作を示した波形である。一般的に誘導加熱を利用した炊飯器においては、交流電源7の周波数(50Hzまたは60Hz)に対し、スイッチング手段6のオンオフの周波数は20kHz以上と400倍以上の高周波である。図4(a)はオン時間設定手段17のアナログ出力電圧波形を示し、図4(b)はパルス発生手段22の出力波形を示し、図4(c)はスイッチング手段6に流れる電流波形を示し、図4(d)は(CE)端子の電圧波形と(C2)端子の電圧波形を示し、図4(e)は同期信号発生手段23の出力波形を示しており、(CE)端子の電圧が(C2)端子の電圧より小さいときにハイを出力し、その所定時間後にパルス発生手段22がハイ出力になる。図4(f)は加熱コイル2に流れる電流波形を示している。
【0049】
図4に示すように、本実施の形態の炊飯器では、オン時間設定手段17の設定時間が少しずつ変化するので、パルス発生手段22のハイパルス期間が変化することになり、一つの周波数に固定することがなく、不要輻射雑音を分散させることができる。
【0050】
図5は、本実施の形態の炊飯器の入力電流と加熱コイル2の動作周波数の関係を示したグラフである。このとき、交流電源7の電源電圧はAC100V一定である。図5に示すように、入力電流と加熱コイル2の動作周波数はほぼ比例関係にあるので、設定電流変動手段16により入力電流を周期的に変動させることにより、加熱コイル2の動作周波数を変動させることができる。
【0051】
図6は、本実施の形態の炊飯器における、周波数と不要輻射雑音の準尖頭値の関係をグラフで示したものである。このグラフでは入力電流の目標値をIs1としている。(a)が変動なし、(b)が変動周期Ts1を4回にしたとき、(c)が変動周期Ts1を8回にしたとき、(d)が変動周期Ts1を12回にしたときを示している。
【0052】
図6(a)の変動なしに対し、変動周期Ts1を大きくすると周波数範囲が大きくなり、不要輻射雑音が低下する。ただし、変動周期Ts1を12回にしたときは、8回のときよりも、動作周波数が低いところで不要輻射雑音が増加している。これは、図3で説明したように、入力電流検知手段12の出力が、時刻T2から時刻T7の期間にIs1に達したため、オン時間設定手段17の出力がほぼ一定になり、加熱コイル2の動作周波数が変動しなくなったことを示している。つまり、一つの動作周波数にエネルギーが集中し、不要輻射雑音が増加したことを示している。図6(d)のような現象は、変動幅dIs1を大きくすることで対策することができる。つまり、オン時間設定手段17で予め設けられた時定数に対し、十分に大きな変動幅を設けることで、変動周期Ts1の間に入力電流が設定値Is1に達しないようにすることが可能となる。
【0053】
以上のように、本実施の形態においては、オン時間設定手段17は、入力電流検知手段12と設定電流変動手段16の出力値に応じて、スイッチング手段6のオン時間を設定するよう構成したので、入力電流を周期的に変動させることにより、加熱コイル2の動作周波数を周期的に変動させることができて、各動作周波数に均等に不要輻射雑音のエネルギーを分散することができ、不要輻射雑音の準尖頭値の低減効果を安定させることができる。また、入力電流を周期的に変動させるので、入力電流の平均値を制御することが容易である。
【0054】
また、設定電流変動手段16は、零電圧検知手段13の出力パルスに同期して入力電流の目標値を所定の振幅で変動させるようにしたので、交流電源7の電圧が低いときに入力電流の目標値を変更することになるので、周波数の急峻な変化により騒音が発生するのを抑えることができる。
【0055】
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2における炊飯器の一部ブロック化した回路図である。
【0056】
図7に示すように、第1の加熱コイル81と第2の加熱コイル82は、別々に加熱できるように分割されている。特に図示しないが、第1の加熱コイル81は渦巻き状の形状をしており、鍋1の底部に一定の距離で配置し、鍋1の底部と磁気結合している。第2の加熱コイル82は第1の加熱コイル2の同心円状の外側に配置され、鍋1の側面部と磁気結合している。
【0057】
第1の共振コンデンサ83は第1の加熱コイル81に並列接続し、第2の共振コンデンサ84は第2の加熱コイル82に並列接続している。本実施の形態では、第1の共振コンデンサ83および第2の共振コンデンサ84は、高周波電流が流れても損失の少ないポリプロピレンコンデンサを使用している。
【0058】
第1のスイッチング手段85および第2のスイッチング手段86は、MOSFETやIGBTなどの半導体素子と、この半導体素子に逆接続した逆接続ダイオードで構成している。MOSFETやIGBTは耐圧が高く、高周波のスイッチングが可能で、ゲート端子に電圧を印加することで大電流を流すことができ、パワートランジスタに比べ省電力で大電流を流すことができるという利点がある。なお、本実施の形態ではIGBTを使用している。
【0059】
マイクロコンピュータ87は入力電流設定手段88と設定電流変動手段89を構成している。入力電流設定手段88は第1の加熱コイル81を駆動するときの入力電流の設定値Is81と第2の加熱コイル82を駆動するときの入力電流の設定値Is82を予めマイクロコンピュータ87内部のROMに記憶することで構成している。設定電流変動手段89は第1の加熱コイル81を駆動するときの入力電流の第1の変動幅dIs81と第1の変動周期Ts81、第2の加熱コイル82を駆動するときの入力電流の第2の変動幅dIs82と第2の変動周期Ts82を予めマイクロコンピュータ87内部のROMに記憶することで構成している。ここで、第2の変動周期Ts82は第1の変動周期Ts81より長くしている。
【0060】
また、第1の加熱コイル81を駆動するときの第1の入力電流の最大値は、第2の加熱コイル82を駆動するときの第2の入力電流の最大値より大きくしている。第1の駆動回路90、第2の駆動回路91は図1の駆動回路24と同様の構成なので、ここでは省略する。他の構成は上記実施の形態1と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。
【0061】
上記構成において動作を説明する。第2の加熱コイル82は鍋1の側面部に配置されているため、側面側から不要輻射雑音が漏れ、不要輻射雑音が大きくなる。一方、不要輻射雑音の準尖頭値は、上記実施の形態1において、図6に示すように、変動周期が長いほど、不要輻射雑音の準尖頭値が小さくなることから、不要輻射雑音の大きい方の第2の加熱コイル82の駆動時に第2の変動周期Ts82を長くすることで、より効果的に不要輻射雑音を低減することができる。
【0062】
また、第1の加熱コイル81を駆動する時の設定値Is81に対し、第2の加熱コイル82を駆動するときの設定値Is82を小さくし、不要輻射雑音が大きい第2の加熱コイル82の電流を抑え、不要輻射雑音の小さい第1の加熱コイル81の電流を大きくすることで、不要輻射雑音を抑えながら、鍋を加熱するエネルギーを十分に得ることができる。
【0063】
以上のように、本実施の形態においては、設定電流変動手段16は、第1加熱コイル81を駆動するときに使用する第1の変動周期Ts81と、第2の加熱コイル82を駆動するときに使用する第2の変動周期Ts82とを有し、第2の変動周期Ts82は第1の変動周期Ts81より長くしたので、第2の加熱コイル82の入力電流の変動幅を大きくすることができて、第2の加熱コイル82の動作周波数の変動幅を大きくでき、側面方向の漏れ磁束が多い第2の加熱コイル82の不要輻射雑音の準尖頭値の低減効果を安定させることができる。
【0064】
また、第1の加熱コイル81を駆動するときの第1の入力電流の最大値は、第2の加熱コイル82を駆動するときの第2の入力電流の最大値より大きくしたので、側面方向の漏れ磁束が多い第2の加熱コイル82の不要輻射雑音を抑えるとともに、側面方向の漏れ磁束が少ない第1の加熱コイル81を用いて鍋に十分な高周波電力を供給することができる。
【0065】
(実施の形態3)
図1に示す設定電流変動手段16は、零電圧検知手段13の出力パルス数が所定値になると入力電流の目標値を所定の振幅で変動させ、交流電源7の周波数に応じて上記出力パルス数の所定値を変更するようにしている。他の構成は上記実施の形態1または2と同じである。
【0066】
上記構成において動作を説明する。マイクロコンピュータ14は、零電圧検知手段13のハイ出力の入力回数をカウントし、1秒間に60回入力した場合は、交流電源7の周波数が60Hzであると判断し、1秒間に50回入力した場合は、交流電源7の周波数が50Hzであると判断する。
【0067】
設定電流変動手段16は、第1の電流設定置Is1に対して、第1の変動幅dIs1、第1の変動周期Ts1と、第4の変動幅dIs4、第4の変動周期Ts4の2つのデータを記憶している。そして、マイクロコンピュータ14が交流電源7の周波数が60Hzであると判断した場合は、第1の変動幅dIs1、第1の変動周期Ts1のデータに応じて、零電圧検知手段13のハイ出力の回数が第1の変動周期Ts1に達するとハイ出力の期間、第1の電流設定置Is1から第1の変動幅dIs1を引いた値を8ビットデータとして出力し、DA変換器を介してオン時間設定手段17に出力する。
【0068】
逆に、マイクロコンピュータ14が交流電源7の周波数が50Hzであると判断した場合は、第4の変動幅dIs4、第4の変動周期Ts4のデータに応じて、零電圧検知手段13のハイ出力の回数が第4の変動周期Ts4に達するとハイ出力の期間、第1の電流設定置Is1から第4の変動幅dIs4を引いた値を8ビットデータとして出力し、DA変換器を介してオン時間設定手段17に出力する。
【0069】
ここで、零電圧検知手段13のハイ出力の回数は、交流電源7の周波数が60Hzの場合は1秒間に60回、交流電源7の周波数が50Hzの場合は1秒間に50回であるので、60Hz時のハイ出力が6回出力されるまでの時間と50Hz時のハイ出力が5回出力されるまでの時間は等しくなる。
【0070】
したがって、第1の変動幅dIs1と第4の変動幅dIs4の値を等しくし、かつ、第1の変動周期Ts1と第4の変動周期Ts4との関係を、
Ts4=5/6×Ts1
とすることで、交流電源7の周波数が60Hzの場合の零電圧検知手段13のハイ出力の回数が第1の変動周期Ts1になるまでの時間と、交流電源7の周波数が50Hzの場合の零電圧検知手段13のハイ出力の回数が第4の変動周期Ts4になるまでの時間が等しくなる。
【0071】
したがって、交流電源7の周波数が60Hzの場合と50Hzの場合とで、変動幅と変動周期が同じになるので、交流電源7の周波数に関係なく、設定電流変動手段16は入力電流を一定周期で変動させることができる。
【0072】
以上のように、本実施の形態においては、設定電流変動手段16は、零電圧検知手段13の出力パルス数が所定値になると入力電流の目標値を所定の振幅で変動させ、交流電源7の周波数に応じて上記出力パルス数の所定値を変更するようにしたので、交流電源7の周波数が50Hzの地域と60Hzの地域で不要輻射雑音の差が生じないようにすることができる。
【0073】
(実施の形態4)
図1に示す入力電流設定手段15は、少なくとも2つの入力電流の目標値を有し、設定電流変動手段16は入力電流の目標値が大きいときには小さいときよりも目標値を変動させる周期を長くしている。他の構成は上記実施の形態1または2と同じである。
【0074】
上記構成において図8を参照しながら動作を説明する。図8は本実施の形態の炊飯器における周波数と不要輻射雑音の準尖頭値の関係を示している。図8では変動幅dIs1、dIs2、dIs3をすべてゼロにしている。
【0075】
図8にて、(a)は電流設定値がIs1のとき、(b)は電流設定値がIs2のとき、(c)は入力電流の目標値がIs3のときを示しており、Is1、Is2、Is3の大小関係はIs1>Is2>Is3となっている。
【0076】
本実施の形態の炊飯器では、不要輻射雑音は入力電流が大きいほど大きくなる。したがって、図8に示すように、入力電流の目標値の変動周期Ts1、Ts2、Ts3の関係をTs1>Ts2>Ts3とすることで、不要輻射雑音の準尖頭値を均一に下げることができる。
【0077】
また、誘導加熱を利用した炊飯器では、実験的に加熱コイル2の動作周波数(20kHz〜40kHz)の一部の周波数領域で鍋2が騒音を発生する現象が確認されている(本実施の形態では、この周波数領域を鍋なり周波数領域と呼ぶことにする)。入力電流の目標値の大きさに合わせて変動周期を変更することで変更しない場合よりも、加熱コイル2の動作周波数の範囲を狭くすることができるので、鍋なり周波数領域に加熱コイル2の動作周波数が入らないようにすることができる。
【0078】
以上のように、本実施の形態においては、入力電流設定手段15は、少なくとも2つの入力電流の目標値を有し、設定電流変動手段16は入力電流の目標値が大きいときには小さいときよりも目標値を変動させる周期を長くしたので、加熱コイル2に流れる電流が大きく、加熱コイル2からの漏れ磁束が増加するときでも確実に不要輻射雑音の準尖頭値を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【0079】
以上のように、本発明にかかる炊飯器は、入力電流を周期的に変動させることにより、加熱コイルの動作周波数を周期的に変動させることができて、各動作周波数に均等に不要輻射雑音のエネルギーを分散することができ、不要輻射雑音の準尖頭値の低減効果を安定させることができるので、鍋を加熱コイルにより誘導加熱する炊飯器として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0080】
【図1】本発明の実施の形態1における炊飯器の一部ブロック化した回路図
【図2】同炊飯器の断面図
【図3】同炊飯器の要部動作波形図
【図4】同炊飯器の別の要部動作波形図
【図5】同炊飯器の入力電流と加熱コイルの動作周波数の関係を示す特性図
【図6】同炊飯器の入力電流の変動周期を変えた場合の動作周波数と不要輻射雑音の関係を示す特性図
【図7】本発明の実施の形態2における炊飯器の一部ブロック化した回路図
【図8】本発明の実施の形態4における炊飯器の入力電流の設定値を変えた場合の動作周波数と不要輻射雑音の関係を示す特性図
【符号の説明】
【0081】
1 鍋
2 加熱コイル
5 共振コンデンサ
6 スイッチング手段
7 交流電源
8 整流手段
12 入力電流検知手段
15 入力電流設定手段
16 設定電流変動手段
17 オン時間設定手段




 

 


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