CN1741689B - 加热烹调器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能更加高效地对低磁导率材料构成的烹调容器进行加热的加热烹调器。该加热烹调器具有感应加热线圈6和发热体17，加热输出控制装置判定烹调容器8的材质，根据判定的材质来控制逆变器和发热体通电部，从而控制感应加热线圈6和发热体17产生的加热比例。
Description
技术领域
本发明有关具有对放在构成烹调器壳体上表面的顶板(top plate)上的烹调容器加热用的加热手段的加热烹调器。
背景技术
在感应加热烹调器中存在的问题是：如何能有效地对用铝或铜那样磁导率低、电导率高的材料制成的烹调容器进行感应加热。作为一项解决该问题的技术，下述的专利文献1中揭示了一种技术，它是在进行感应加热的情况下，检测因作用于感应加热线圈和锅子之间的推斥力而使得在锅子轻的时候产生的锅子浮动，停止或降低对感应加热线圈的通电。另外，下述的专利文献2中也揭示了一种技术，它是在感应加热线圈和锅子之间插入铝板，通过对这块铝板感应加热，从而间接地对锅子加热。
专利文献1特開昭61-230289号公报
专利文献2特許第3465712号公报
发明内容
但是在专利文献1揭示的技术中，在由于锅子的重量轻而难以抵消推斥力的情况下，大幅度限制通电，结果加热输出低，存在的问题是不能进行充分的加热。
另外，在专利文献2揭示的技术中，由于借助铝板对锅子间接加热，所以存在的问题是加热效率降低。也就是说，由于铝板和锅子一起被感应加热，所以增加逆变器(inverter)或感应加热线圈上的损耗。尤其是因在铝板中有大电流流动，所以要使加热线圈的匝数增加到3倍左右或提高交流电流频率，与加热铁锅时相比损耗加大。其加热效率为65％左右，与通常感应加热烹调器的加热效率85％相比非常差。对于专利文献2的技术试列举具体数值为例进行说明，如设输入功率3kW、直接加热铝锅的功率为800W、利用铝板的间接加热的功率为2.2kW，则作为其35％仅770W，故效率降低。
本发明为解决上述问题而提出，其目的在于提供一种能更加有效地对用低磁导率材料制成的烹调容器进行加热的加热烹调器。
本申请的加热烹调器的特点是由以下部分构成：
烹调器壳体；
构成该烹调器壳体的上表面、并放置烹调容器的顶板；
由感应加热线圈和发热体构成、并至少靠其中之一能对所述烹调容器进行加热而配置的加热单元；
向所述感应加热线圈供给高频电流的高频电流供给单元；
对所述发热体通电使其发热用的通电单元；以及
通过控制分别供给所述高频电流供给单元和所述通电单元的功率、从而控制对所述烹调容器加热的加热控制单元。
根据上述构成的加热烹调器，能根据烹调容器的材质相应调整利用感应加热线圈的感应加热所产生的烹调容器本身发热和由发热体产生的加热之间的比例来进行加热。
根据本发明的加热烹调器，由于能以适合于烹调容器的材质的比例进行感应加热线圈的感应加热和发热体的加热，故而能高效地进行烹调。
附图说明
图1为本发明的第1实施方式，是加热烹调器壳体的纵断面正视图。
图2为图1中的部分烹调容器承载部的放大图。
图3为表示发热体形状的俯视图。
图4为表示控制系统构成的功能方框图。
图5为对于本发明的主要内容涉及的部分、表示加热输出控制装置的控制内容的流程图。
图6(a)为表示与烹调容器的材质对应的输入电流ip和线圈电流ic间的关系用的图。
图6(b)为感应加热线圈的等效电路图。
图7为表示对锅子感应加热时、在锅底流过感应电流ie的状态用的平面图。
图8为说明在烹调容器为非金属材料和无负载的情况下、加热开始后温升幅度之差异用的图。
图9为表示本发明第2实施方式的发热体的俯视图。
图10为表示本发明第3实施方式的发热体的俯视图。
图11为表示本发明第4实施方式的发热体的俯视图。
标号说明
1加热烹调器、3顶板、6、7感应加热线圈、8烹调容器、11、12温度检测器、17、18发热体、21加热输出控制装置(加热控制单元、材质判定单元、推斥浮动状态检测单元)、22操作部(操作单元)、24逆变器(高频电流供给单元)、28发热体通电控制部(通电单元)、31、41、51发热体、60加热单元
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，参照附图对本发明的第1实施方式进行说明。
图1为加热烹调器的纵断面正视图。加热烹调器1的外壳为烹调器壳体2。该烹调器壳体2的上表面构成顶板3。在烹调器壳体2的内部，在位于上述顶板3上的烹调容器承载部4、5的正下方配置感应加热线圈6、7。利用这些感应加热线圈6、7分别对放在烹调容器承载部4、5上的烹调容器8(参照图2)进行感应加热。图2为将烹调容器8放在图1的烹调容器承载部上的状态放大表示的图。
在烹调器壳体2的正面设置操作面板9和炉门10。利用操作面板9对于向上述感应加热线圈6、7通电进行操作。炉门10用来开闭装在烹调器壳体2内的炉子(oven)(图中未示出)的烹调室。在顶板3的下方、特别是在所述烹调容器承载部4、5的中心部的正下方位置上设置例如用热敏电阻(thermistor)构成的温度检测器11、12。感应加热线圈6、7离开顶板3一些距离，利用线圈底座(coil base)13、14支持在其上面。再在上述线圈底座13、14的下面配置使感应加热线圈6、7的磁通收敛防止泄漏的铁氧体(ferrite)15、16。
另外，在顶板3下表面的、与烹调容器承载部4、5相对的部位，重叠设置例如用非磁性不锈钢(stainless steel，以后称为SUS)等高电阻的非磁性体构成的发热体17、18和绝热性绝缘体19、20。发热体17、18如图3所示，具有1个及1个以上的折返部分，形成方向不同的多个单位环状导体呈同心圆平面状排列。上述发热体17、18产生焦耳热(Joule heat)，加热顶板3上的烹调容器。
图7中表示在对烹调容器8即锅子进行感应加热之际、在锅的底部P中感应电流ie流动状态的示意图。感应电流ie由于大多在感应加热线圈6(7)产生的磁通密度高处流动，故沿感应加热线圈6(7)的线圈组的轴线那样集中流动。同样，利用感应加热线圈6(7)虽然也想在用非磁性体制成的发热体17(18)中流过感应电流，但在发热体17(18)中由于折返部分使不同方向的多个单位环形导体间的感应电流互相沿相反方向流动，而互相抵消。因而，发热体17(18)中无感应电流流动，能防止感应加热线圈6(7)的效能浪费在发热体17(18)上。
图4为表示所述加热控制单元的方框示意图。加热输出控制装置(加热控制单元、材质判定单元、推斥浮动状态检测单元)21设置在所述烹调器壳体2的内部，用微机(microcomputer)构成。从配置在操作面板9上的操作部(操作单元)22向加热输出控制装置21输入操作信号，而且从温度检测器11、12输入温度检测信号。加热输出控制装置21根据这些输入及预存的控制程序(program)，控制配置于操作面板9上的显示单元23，并控制向感应加热线圈6(及5)供给高频电流的逆变器(高频电流供给单元)24。
另外，感应加热线圈6与电容器25串联连接。这些线圈6或电容器25将如以后所述，为了根据烹调容器8的材质相应调整输出，其结构可做成能选择切换线圈6的匝数(例如多层线圈构成)或选择电容器25的电容量。
从市电交流电源26经整流电路27整流后的直流作为驱动用电源供给逆变器24。另外，市电交流电源26也以交流形式供给发热体通电控制部(通电单元)28。发热体通电控制部28向发热体17(及18)供给交流电源，其供电量通过发热体通电控制部28由加热输出控制装置21进行控制。
在整流电路27的输入側和逆变器24的输出侧分别配置电流互感器29、30。借此将检测出的电流信息供给加热输出控制装置21。然后，加热输出控制装置21就检测输入加热烹调器的输入电流ip和从逆变器向感应加热线圈6输出的电流(以下称为线圈电流)ic。还有，上述中，感应加热线圈6及7、逆变器24、发热体17及18、发热体通电控制部28构成加热单元60。
以下，参照图5、图6、图8对本实施方式的作用进行说明。图5为关于本发明的主要内容涉及的部分、表示加热输出控制装置21的控制内容的流程图。当用户用操作部22设定输入功率(步骤S1)时，加热输出控制装置21在步骤S2、S3、S5判定烹调容器8的材质是高电阻金属材料还是低电阻金属材料。
判定烹调容器的材质是否是例如铁或SUS(不锈钢)那样的高电阻金属材料的工作，可以根据在由逆变器24向感应加热线圈6供给电压及频率为一定的高频电流时的、如图6(a)示出的输入电流ip和线圈电流ic间的关系来进行判定。
即，在烹调容器8的材质为铁之类的磁性体时，感应加热线圈6产生的磁通容易通过烹调容器8闭合，因而，那里的漏磁通少。此时，感应加热线圈6的等效电感L(参照图6(b))也小。另外，因磁性材料电阻率大，集肤效应(渦流集中于锅底的感应加热线圈6一侧的效应)也大，故感应加热线圈6的等效电阻R就大。另一方面，在烹调容器8的材质为铝或铜那样非磁性电阻率小的材料时，感应加热线圈上产生的磁通难以通过烹调容器8闭合，因而，那里的漏磁通多。此时，感应加热线圈6的等效电感L也大。另外，因磁性材料电阻率小，集肤效应也小，故等效电阻R也小。另外，在烹调容器8为砂锅等非金属材料制成时或烹调容器不放在顶板上而无负载的情况下，由于感应电流一点都不流动，所以感应加热线圈6的等效电感L最大，等效电阻R最小。
另外，线圈电流ic和感应加热线圈6的等效阻抗Z成反比，输入电流ip和线圈电流ic与R/Z成比例。其结果，根据烹调容器8的材质，相应有图6(a)所示的关系存在。另外，根据图6(a)可知下表列出的状况。
材质 线圈电流ic 输入电流ip
铁 小(R大→Z大) 大(R/Z大)
铝 大(R小→Z小) 小(R/Z小)
非金属(砂锅) 小(ωL大→Z大) 小(R/Z小)
所以，根据输入电流ip、线圈电流ic间的大小关系，可判定烹调容器8的材质。
然后，在步骤S3，当判定材质为高电阻金属材料(‘YES’)时，加热输出控制装置21将步骤S1读入的输入功率设定值作为对逆变器24输入的输入功率进行感应加热烹调(步骤S4)。这就是通常的感应加热烹调。
另一方面，当判定材质不是高电阻金属材料(步骤S3，‘NO’)时，加热输出控制装置21接着判断材质为铝或铜或非磁性SUS之类的低电阻非磁性金属材料、或者是砂锅之类的非金属材料、还是无负载(步骤S5)。判断为低电阻金属材料(‘YES’)时，加热输出控制装置21进行控制，使烹调容器8不产生从顶板3推斥浮动的所谓‘锅子浮起’现象，这样来进行感应加热烹调(步骤S6)。判定烹调容器8是否正在浮起，例如可以如特公平4-75633号公报所揭示的那样，根据逆变器24的谐振频率的变化来进行。
在步骤S6，在调整感应加热烹调的输出使锅子不浮起的状态下，若在此时的加热功率和步骤S1读入的输入功率设定值之间有差值存在(步骤S7，‘YES’)，则加热输出控制装置21将这部分相差的功率供给发热体通电控制部28，使发热体发热(步骤S8)。另外，在烹调容器8的材质为低电阻的非磁性金属材料时，由于感应加热线圈5的等效电阻R小，因此与高电阻的磁性金属材料时相比，降低从逆变器24向感应加热线圈6输出的电压，或使频率上升。又或者，设法进行调整，如增加感应加热线圈6的匝数，或减小谐振电容器25的电容量(与电感L实质上增大相对应使C降低，提高谐振频率)，提高加热效率(步骤S9)。
再有，在步骤S5，判断材质不是低电阻金属材料(‘NO’)时，为烹调容器8的材质是非金属材料或未放置烹调容器的无负载的情况。上述这些情况下，不进行感应加热烹调，向发热体通电控制部28供给与步骤S1读入的输入功率设定值相等的功率，使发热体发热(步骤S10)。如上所述，仅根据输入电流ip和线圈电流ic间的关系，无法判别材质是非金属材料还是未放置烹调容器的无负载的情况。因此，利用温度检测器11(或12)，检测步骤S9中从发热体开始发热后的温升幅度(步骤S11)。
也就是说，如图8所示，例如在将砂锅等放在顶板3的烹调容器承载部4上时，由于负载的热容量大，因此加热开始后的温升幅度(上升)比较缓慢。相反，在不放烹调容器的无负载时，由于只有顶板3的热容量，所以加热开始后的温升幅度比较急剧。根据如此的温升幅度的差异，判别烹调容器的材质是非金属材料的情况和未放上烹调容器的无负载的情况。当加热输出控制装置21判定为无负载(步骤S12，‘YES’)时，停止对发热体加热(步骤S13)，当判定烹调容器的材质是非金属材料(‘NO’)时，返回步骤S1，继续对发热体加热。
如上所述，根据本实施方式，加热烹调器具有感应加热线圈6和发热体17，加热输出控制装置21判定烹调容器8的材质，根据判定的材质，相应控制逆变器24和发热体通电控制部28，控制感应加热线圈6和发热体17的加热比例。
因而，由于在以感应加热方式对效率低的材质的烹调容器8进行加热时，能够通过相对提高发热体17的加热比例，有效地进行加热，能根据烹调容器8的材质，选择感应加热和发热体发热进行的加热间的加热平衡，所以能以较高的效率对各种材质的烹调容器8进行加热。
具体为，例如判定烹调容器8是铁或SUS等集肤电阻大的材质还是铝或铜等集肤电阻小的材质，在是后者时，通过用不使烹调容器8自顶板3浮起的功率进行感应加热，并且其余的功率由发热体17进行辐射加热，从而能以锅子不浮起的状态高效地进行加热。
另外，在烹调容器8的材质是铝或铜等非磁性体时，感应加热线圈6产生的磁通难以通过而闭合，磁通容易泄漏。另一方面，由于对发热体17通电的市电交流电源是低频，故由此产生的磁通量少，能以对磁通泄漏几乎无影响的状态进行加热。
另外，即使是砂锅等非金属材料的烹调容器8也能与此对应。
另外，由于发热体17用高电阻的非磁性SUS构成，难以被感应加热线圈6感应加热，供给感应加热线圈6的功率几乎全被烹调容器8消耗，故加热效率提高。由于此时可以将所述功率视作烹调容器8的感应加热功率，所以能正确掌握加热功率，能根据烹调容器8的材质适当分配给发热体17的功率。
另外，由于将发热体17的形状做成方向不同的多个单位环形导体，故发热体17不易被感应加热。还有，当发热体17中感应出数10kHz的高频电流时，该电流加在发热体通电控制部28上，有时会损坏发热体通电控制部28，但由于其本身能制止感应电压的发生，所以能防止这种损坏。
另外，加热输出控制装置21根据经发热体通电控制部28供给发热体17的输入功率值和由温度检测器11测得的温升幅度，能判定烹调容器8的材质是否为非金属、或是否为烹调容器8不存在的无负载状态。
加热输出控制装置21在判定烹调容器8的材质为非金属时，由于进行控制，使得停止由逆变器24向感应加热线圈6供电，并专由发热体17进行加热，所以能停止供给对于砂锅之类的由非金属材料构成的烹调容器8的加热不起作用的功率。
另外，由于加热输出控制装置21进行控制，使得供给逆变器24的功率和供给发热体通电控制部28的功率之和近似等于输入功率设定值，所以即使烹调容器的材质各种各样不同时，仍能按照用户设定的输入功率高效率加热。
另外，由于加热输出控制装置21在未检测出烹调容器8从顶板3上‘浮起’的状态下，在供给逆变器24的功率低于用户设定的输入功率时，向发热体通电控制部28供给与这部分的差相当的功率，故能在锅子未浮起的状态下高效地加热。
(第2实施方式)
图9为表示本发明的第2实施方式。和第1实施方式相同的部分标注同一标号，其说明省略，以下只对不同之处进行说明。第2实施方式和第1实施方式不同之处只是代替发热体17的发热体31的形状不同而已，其它的构成和第1实施方式一样。
如图9所示，发热体31的构成为，用布线34连接各有1个及1个以上的折返部分、并方向不同的多个单位放射状导体Z字形地排列呈半圆的扇形的导体图形32、33。两个扇形导体图形32、33配置成它们的始端32S、33S与另一个扇形导体图形的末端32E、33E相邻，一个扇形导体图形32的末端32E用布线34和另一个扇形导体图形33的始端33S连接。即，发热体31和发热体通电控制部28的输出端子与一个扇形导体图形32的始端32S、及另一个扇形导体图形33的末端33E连接。
通过如上所述地形成发热体31，由于扇形导体图形32、33的各单位放射状导体部分成为和感应加热线圈6有正交的位置关系，所以感应加热线圈6产生的磁通与扇形导体图形32、33不交链，不产生感应电流。另外，扇形导体图形32、33的外周、内周部分虽然产生感应电流，但各自的感应电流在扇形导体图形32、33中在互相相反的方向上流动，故能制止感应电压产生。
和第1实施方式相同的部分标注同一标号，其说明省略，以下，只对不同之处进行说明。
(第3实施方式)
图10为表示本发明的第3实施方式。和第1实施方式相同的部分标注同一标号，其说明省略，以下只对不同之处进行说明。第3实施方式也如第2实施方式那样，和第1实施方式只是在代替发热体17的发热体41的形状上不同而已，其它的构成和第1实施方式一样。即发热体41的构成为，各有1个及1个以上的折返部分，将方向不同的多个单位导体Z字形地排列呈方形的导体图形42、43左右对称配置，并用布线44连接。方形导体图形42、43一边在图10中沿左右折返，一边曲柄状地延伸出去。而且方形导体图形42、43的始端42S、43S和末端42E、43E各配置在同一侧，方形导体图形42的末端42E用布线44和方形导体图形43的始端43S连接。即发热体41及发热体通电控制部28的输出端子和方形导体图形42的始端42S、方形导体图形43的末端43E连接。
如上所述，通过构成发热体41，由于方形导体图形42、43中产生的感应电流流动方向为互相相反的方向，所以互相抵消，能制止感应电压发生。
(第4实施方式)
图11为表示本发明的第4实施方式。第4实施方式在发热体的构成上不同于前三种实施方式。即，在第1至第3实施方式中，都采用平面图形的发热体，但第4实施方式中，如图11所示，在感应加热线圈6的圆周中央部分配置有圆形断面的环形发热体51。
在线圈底座13上将断面为凹形的环形发热体设置构件52放在把感应加热线圈6的线圈组中间加宽的部分上，环形发热体51配置在该环形发热体设置构件52的凹部中。作为环形发热体51例如使用灯形加热器(Lamp-typeheater)、带形加热器(ribbon heater)，或铠装加热器(sheathed heater)等。
另外，对于环形发热体设置构件52，可以使用能作为阻止环形发热体51发出的热传给感应加热线圈6或线圈底座13的绝热材料起作用的构件、或作为使所述热量向顶板3反射的反射板起作用的构件、以及作为阻止感应加热线圈6产生的磁通返回环形发热体51产生泄漏的磁屏蔽起作用的构件。或者择需将所述功能的某几个组合而用。
本发明并不限于上述附图所述的实施方式，可以作以下的变形。
发热体的形状不限于上述实施方式揭示的形式，可根据设计的个案相应变更并实施。
在检测烹调容器重量而构成、并且材质为铝或铜等非磁性体时，可以根据烹调容器的重量，控制感应加热和发热体进行的加热间的比例。
另外，也可以不控制感应加热和发热体进行的加热间的比例，而分别改变供给逆变器24、发热体通电控制部28的功率大小从而进行加热。
烹调容器的材质不限于由加热烹调器自动判定，例如也可以由用户自行在操作部22上设定材质。
在第2实施方式中，可以将各扇形导体图形32、33做成具有其内侧部分被埋的半月形形状。根据如此的构成，能提高发热体的辐射热的加热密度，能在更大的面上对烹调容器加热，提高加热效率。
在第4实施方式中，可以将环形发热体51做成两圈及两圈以上。
Claims (10)
1.一种加热烹调器，其特征在于，包括
烹调器壳体；
构成该烹调器壳体的上表面、并放置烹调容器的顶板；
由感应加热线圈和发热体构成、并至少靠其中之一能对所述烹调容器进行感应加热而配置的感应加热单元；
向所述感应加热线圈供给高频电流的高频电流供给单元；
对所述发热体通电的通电单元；以及
通过控制分别供给所述高频电流供给单元和所述通电单元的功率、从而控制对所述烹调容器加热的加热控制单元。
2.如权利要求1所述的加热烹调器，其特征在于，
包括判定烹调容器材质的材质判定单元，所述加热控制单元根据所述材质判定单元判定的材质，控制向所述高频电流供给单元和所述通电单元供给的功率。
3.如权利要求2所述的加热烹调器，其特征在于，
所述加热控制单元根据所述烹调容器材质，控制供给所述感应加热线圈的功率和供给所述发热体的功率间的比例。
4.如权利要求1所述的加热烹调器，其特征在于，
所述发热体由非磁性体构成。
5.如权利要求1至4中任一项所述的加热烹调器，其特征在于，
所述发热体具有互相平行的两个部分，在其中流动的电流沿互相相反的方向流动。
6.如权利要求1至4中任一项所述的加热烹调器，其特征在于，
所述发热体配置成其一部分与构成所述感应加热线圈的导体正交。
7.如权利要求1至4中任一项所述的加热烹调器，其特征在于，
在所述感应加热线圈的圆周方向上将所述发热体分割成多个进行配置，同时进行连接，使得构成所述感应加热线圈的导体中的相邻的导体的通电方向互相相反。
8.如权利要求1至4中任一项所述的加热烹调器，其特征在于，
所述加热控制单元在判定烹调容器的材质为非金属时进行控制，使得抑制所述高频电流供给单元向所述感应加热线圈供给电流，并专由所述通电单元向所述发热体供给电流。
9.如权利要求8所述的加热烹调器，其特征在于，
还包括检测烹调容器温度的温度检测单元，根据所述温度检测单元检测出的温升幅度和向所述通电单元的供给功率，所述加热控制单元判定烹调容器材质为非金属或者是未放上烹调容器的无负载状态。
10.如权利要求1至4中任一项所述的加热烹调器，其特征在于，
还包括：设定加热所述烹调容器用的输入功率的操作单元；以及检测所述烹调容器是处于从所述顶板上被推斥浮起的状态的推斥浮动状态检测单元，
在用所述推斥浮动状态检测单元未检测到所述烹调容器处于被推斥浮起的状态下，由所述高频电流供给单元供给所述感应加热线圈的功率低于用所述操作单元设定的输入功率时，从所述通电单元向所述发热体供给与供给感应加热线圈的所述功率和操作单元设定的所述输入功率的差相当的功率。
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