JP2007080553A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】調理容器の温度を精度よく検知し、この温度検知に基づき、最適な入力電力で調理ができるようにした誘導加熱調理器を提供することを目的とする。
【解決手段】調理容器１を加熱する加熱コイル３と、調理容器１を載置する天板２と、調理容器１の底面から放射される赤外線を検知する赤外線検出手段５と、赤外線検出手段５の出力から調理容器１の温度を検出する温度検知手段６と、温度検知手段６の出力より入力電力を制御する制御手段７とを備え、制御手段７は、温度検知手段６の出力が一定の値に維持された時には、維持された出力に合わせて入力電力を制御するものである。これによって、温度検知手段６で算出した温度は、調理容器１の形状や鍋の材質にかかわらず正確に検知でき、維持された温度に応じた入力電力に精度よく制御するので、過不足なく効率的に電力を供給して最適な入力電力で調理ができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、天板上の調理容器の温度を精度良く検出し、状態に応じて入力電力を精度良く制御することができる誘導加熱調理器に関するものである。

従来、鍋など調理容器を加熱する誘導加熱調理器において、調理容器の温度を検出する方式として、調理容器から放射された赤外線を天板下方の赤外線センサで検出し温度を検知するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−１８４２９５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、調理容器の温度を直接赤外線センサで精度よく検知できるが、この温度検知に基づき、最適な入力電力で調理するように配慮されたものではなかった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、調理容器の温度を精度よく検知し、この温度検知に基づき、最適な入力電力で調理ができるようにした誘導加熱調理器を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱調理器は、調理容器を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上方で前記調理容器を載置する天板と、前記天板の下に設置され前記調理容器の底面から放射される赤外線を検知する赤外線検出手段と、前記赤外線検出手段の出力から前記調理容器の温度を検出する温度検知手段と、前記温度検知手段の出力より入力電力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、温度検知手段の出力が一定の値に維持された時には、維持された出力に合わせて入力電力を制御するものである。

これによって、赤外線検出手段を介して温度検知手段で算出した温度は、調理容器の形状や鍋の材質にかかわらず正確に検知でき、維持された出力に応じた入力電力に精度よく制御するので、過不足なく効率的に電力を供給して最適な入力電力で調理ができる。

本発明の誘導加熱調理器は、調理容器の温度を精度よく検知し、この温度検知に基づき、最適な入力電力で調理ができる。

第１の発明は、調理容器を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上方で前記調理容器を載置する天板と、前記天板の下に設置され前記調理容器の底面から放射される赤外線を検知する赤外線検出手段と、前記赤外線検出手段の出力から前記調理容器の温度を検出する温度検知手段と、前記温度検知手段の出力より入力電力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、温度検知手段の出力が一定の値に維持された時には、維持された出力に合わせて入力電力を制御することにより、赤外線検出手段を介して温度検知手段で算出した温度は、調理容器の形状や鍋の材質にかかわらず正確に検知でき、維持された出力に応じた入力電力に精度よく制御するので、過不足なく効率的に電力を供給して最適な入力電力で調理ができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、制御手段は、温度検知手段の出力が一定値に維持されている時に維持された出力よりも所定値以上上昇した場合には、入力電力の制御を停止または抑制することにより、精度良く空焼きまたは焦げ始めを検知することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、制御手段は、温度検知手段の出力が一定値に維持されている時に出力傾きが所定値以上となった場合には、入力電力の制御を停止または抑制することにより、精度良く空焼きまたは焦げ始めを検知することができる。

第４の発明は、特に、第１の発明において、制御手段は、温度検知手段の出力が一定値に維持されている時に維持された出力よりも所定値以上低下した場合には、維持時の出力と低下値から最適な加熱パターンを選択制御することにより、調理容器内に負荷が投入された時でもすばやく元の温度に戻ることができる。

第５の発明は、特に、第１の発明において、制御手段は、温度検知手段の出力が一定値に維持されている時に傾きが所定値以上の負の値になった場合には、維持時の出力と傾きから最適な加熱パターンを選択制御することにより、調理容器内に負荷が投入された時でもすばやく元の温度に戻ることができる。

第６の発明は、特に、第１の発明において、加熱コイル、赤外線検出手段および温度検知手段を複数備え、制御手段は、複数の温度検知手段の出力が一定の値に維持された時には、維持された各々の出力に合わせて入力電力を制御することにより、各入力電力の総和が総消費電力を超えないように効率よく制御することができる。

第７の発明は、特に、第６の発明において、制御手段は、各加熱コイルへの入力電力の総和が総消費電力を超えた場合、位相制御の位相をずらして各入力電力が重ならないように制御することにより、調理の出来映えなどを損なうことなく火力を総消費電力の範囲内に収めることができる。

第８の発明は、特に、第６の発明において、制御手段は、各加熱コイルへの入力電力の総和が総消費電力を超えた場合、入力電力の組み合わせに応じて再設定することにより、調理の出来映えなどへの被害を最小に食い止めながら、火力を総消費電力の範囲内に収めることができる。

第９の発明は、特に、第６〜第８のいずれか１つの発明において、制御手段は、いずれかの加熱コイルへの入力電力が変更になった場合、残りの加熱コイルへの入力電力を再設定することにより、効率よく入力電力を制御することができる。

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。

（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器を示すものである。

図１に示すように、本実施の形態における誘導加熱調理器は、鍋などの調理容器１を加熱する加熱コイル３と、加熱コイル３の上方に配置し、調理容器１を載置するガラスセラミックなどの天板２と、加熱コイル３に高周波電流を供給し、調理容器１を誘導加熱で発熱させる高周波インバータ４と、天板２の下に設置され、調理容器１の底面から放射される赤外線を検知するフォトダイオードなどの赤外線検出手段５と、赤外線検出手段５の出力から調理容器１の温度を検出する温度検知手段６と、温度検知手段６の出力より加熱コイル３に供給する入力電力を制御する制御手段７とを有している。そして、制御手段７は、温度検知手段６の出力が一定の値に維持された時には、維持された出力に合わせて最適な入力電力を供給するように制御するものである。

以上のように構成された誘導加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、図示していない電源を投入し操作スイッチで加熱を開始すると、制御手段７からの制御により高周波インバータ４から加熱コイル３に電力を供給する。この加熱コイル３に電力が供給されると、加熱コイル３に誘導磁界が発生し、天板２上の調理容器１が加熱される。この誘導加熱によって調理容器１の温度が上昇し、調理容器１内の被加熱物１ａが加熱調理されるものである。

ここで、調理容器１の温度が上昇すると、その温度に合わせた赤外線が調理容器１から放射される。天板２に使用されるガラスセラミックなどは２．５μｍ以下の波長域の赤外線を効率よく透過できるため、赤外線検出手段５は、例えば、２．５μｍ以下の波長を検出することができるフォトダイオードなどで構成されており、天板２を通ったこの波長域の赤外線が赤外線検出手段５に入射される。また、赤外線検出手段５は、反射率の高い鏡面反射板を用いてより多くの赤外線を集光し、かつ、調理容器１以外からの赤外線を遮断することにより精度の向上を図っている。

温度検知手段６は、調理容器１からの赤外線のみが赤外線検出手段５に入射し、その赤外線量にあわせたダイオード電流を、Ｉ−Ｖ変換した上で増幅し、温度に変換する。ここで、赤外線検出手段５を異なる波長域にピーク感度を持つ２個のフォトダイオードなどで構成し、温度検知手段６で各々の検出の出力比を求めることで、調理容器１の底の材質ならびに色などの違いによる放射率の違いの影響を受けることなく、調理容器１の底の温度に合わせた検知温度を得ることができる。

この原理について説明すると、感度のピーク波長が異なるそれぞれの素子へ入力されるエネルギーはプランクの法則より（数１）（数２）で表される。

ここでλは波長（μｍ）、Ｔは熱力学温度（Ｋ）、Ｃ１、Ｃ２は放射に関する第１および第２定数、εは放射率である。この比を計算すると（数３）に示すように放射率εの項はなくなり、放射率の影響を無くすことができるものである。

この比を放射率が９５％程度の黒鍋と、放射率が４０％程度のＳＵＳ鍋で求めると図２のようになる。このことから放射率が半分以下のものでもほぼ同一の変化特性を持つことが分かる。よって、どのような放射率の鍋であっても温度検知手段６で精度良く検知することができる。

一方、調理容器１の温度を維持させるのに必要な入力電力の最小値は温度によって異なり、温度が高い場合には必要な入力電力は大きく、温度が低い場合に必要な入力電力は小さくなる。従って、温度検知手段６で検知された温度がほぼ一定に維持されていると検知された場合には、検知された維持温度に応じて最適な入力電力に変更すれば効率よく温度を維持させることができる。なお、維持温度に対応する最適な入力電力の値は、予め実験的に決定するものである。

以上のように、本実施の形態では、赤外線検出手段５を介して温度検知手段６で算出した温度は、調理容器１の形状や材質にかかわらず正確に検知できるので、維持された温度に応じた入力電力に精度よく制御することができ、過不足なく効率的に電力を供給して最適な入力電力で調理ができる。

（実施の形態２）
図３、図４は、本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の赤外線検出手段の温度変化および制御手段の制御方法を示すものである。誘導加熱調理器の構成は実施の形態１と同じである。

図３に示すように、一定に維持された一定温度Ｔ１に応じて入力電力を変更、維持させた場合には、被加熱物１ａの水分の減少に伴い調理容器１の温度が上昇する傾向がある。よって、使用者の操作なしに調理容器１の温度がΔＴ１のように上昇した場合には、被加熱物１ａが焦げ始めていると推測できるため、この温度変化より制御手段７での制御停止または抑制時を検知することができる。

以下、図４を用いて制御手段７での終了検知方法のアルゴリズムの一例を説明する。

ステップ（以下、Ｓと表示する）１において、赤外線検出手段５のセンサ温度Ｔｉが一定になったかどうかを判定し、一定になっていればＳ２へ進み、一定になっていなければＳ１へ戻る。Ｓ２において、一定温度Ｔ１に応じた入力電力Ｗ１へ入力電力を変更する。Ｓ３において、センサ温度Ｔｉが一定温度Ｔ１よりもΔＴ１以上上昇していればＳ４へ進み、一定温度Ｔ１からの上昇温度がΔＴ１未満であればＳ３へ戻る。Ｓ４において、入力電力を停止（または抑制）して、制御手段７での制御を終了する。

なお、上昇温度値ΔＴ１は予め最適な値を実験的に決定するものであり、この値は一定温度Ｔ１に応じて変化するものである。

また、以上の説明では一定温度Ｔ１に応じた上昇温度値ΔＴ１で焦げ始めたかどうかを判定しているが、温度傾きｄＴ１でも同様の効果を得ることができる。この場合、温度傾きｄＴ１は予め実験的に最適な値を実験的に決定するものであり、この値は温度Ｔ１に応じて変化するものである。

以上のように、本実施の形態では、温度変化より焦げ始めを精度良く検知することができる。このため使用者が絶えず監視しなくても加熱を終了させることができる。なお、焦げ始めではなく、空焼きを検知することもできる。

（実施の形態３）
図５、図６は、本発明の実施の形態３における誘導加熱調理器の赤外線検出手段の温度変化および制御手段の制御方法を示すものである。誘導加熱調理器の構成は実施の形態１と同じである。

図５に示すように、一定に維持された一定温度Ｔ２に応じて入力電力を変更、維持させているときに負荷を投入した場合には、赤外線検出手段５のセンサ温度Ｔｉが急激に負の方向へ変化し、しかも負荷量の大小に応じて変化量がΔＴ２、ΔＴ２２と変化する。よって、変化量に応じて最適な加熱パターンを選択制御すれば、オーバーシュートすることなく最適に一定温度Ｔ２まで復帰させることができる。

以下、図６を用いて制御手段７での制御方法のアルゴリズムの一例を説明する。

ステップ１１において、センサ温度Ｔｉが一定になったかどうかを判定し、一定になっていればＳ１２へ進み、一定になっていなければＳ１１へ戻る。Ｓ１２において、一定温度Ｔ２に応じた入力電力Ｗ２へ入力電力を変更する。Ｓ１３において、センサ温度Ｔｉが一定温度Ｔ２よりもΔＴ２２以上低下していればＳ１４へ進み、一定温度Ｔ２からの低下温度がΔＴ２２未満であればＳ１３へ戻る。Ｓ１４において、一定温度Ｔ２と低下温度ΔＴ２より加熱パターンを選択制御し、制御手段７にて入力電力を変化させ、加熱パターンが終了すればＳ１１に戻る。

なお、低下温度値ΔＴ２２は予め最適な値を実験的に決定するものであり、この値は一定温度Ｔ２に応じて変化するものである。

また、一定温度Ｔ２と低下温度ΔＴ２より決定される加熱パターンは、予め最適な値を実験的に決定するものである。

以上の説明では、一定温度Ｔ２に応じた低下温度値ΔＴ２２で負荷が投入されたかどうかを判定しているが、温度傾きｄＴ２２でも同様の効果を得ることができる。この場合、温度傾きｄＴ２２は予め実験的に最適な値を実験的に決定するものであり、この値は温度Ｔ２に応じて変化するものである。また、加熱パターンを選択するときの変数は低下温度ΔＴ２の代わりに温度傾きｄＴ２でも同様の効果を得ることができる。

以上のように、本実施の形態では、温度変化より負荷が投入されたかどうかを精度良く検知することができるので、すばやく安定温度へ復帰させることができる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における誘導加熱調理器について説明する。誘導加熱調理器の基本構成は実施の形態１と同じである。

本実施の形態では、加熱コイル３、赤外線検出手段５および温度検知手段６をそれぞれ複数備え、制御手段７は、複数の温度検知手段５の出力が一定の値に維持された時には、維持された各々の出力に合わせて入力電力を制御するようにしたものである。

複数の加熱コイル３を備えた誘導加熱調理器の場合、一般的には総消費電力は各加熱コイル３の最大出力の総和よりも小さく設定されている。そのため全ての加熱コイル３を同時に最大出力で加熱することは不可能である。一方、調理容器１の温度を維持させるのに必要な入力電力の最小値は温度によって異なり、温度が高い場合には必要な入力電力は大きく、温度が低い場合に必要な入力電力は小さくなる。よって、温度検知手段６で検知された温度がほぼ一定に維持されていると検知された場合には、検知された維持温度に応じて最適な入力電力に変更すれば、容易に各入力電力の総和を総消費電力内に収めることができる。なお、維持温度に対応する最適な入力電力の値は、予め実験的に決定するものである。

以上のように、本実施の形態では、維持された温度に応じて最適な入力電力で制御するので、各入力電力の総和が総消費電力を超えないように効率よく制御することができる。

（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５における誘導加熱調理器の入力電力の位相制御を示すものである。誘導加熱調理器の構成は実施の形態４と同じである。

図７（ａ）において、誘導加熱調理器の総入力電力は、各加熱コイル（１）（２）の入力電力の和となるため、各加熱コイル（１）（２）の位相制御の開始時を同調させると総消費電力を超える場合が発生する。よって、図７（ｂ）のように、各加熱コイル（１）（２）の位相をずらして制御すれば、誘導加熱調理器の入力電力が総消費電力を超える場合を防ぐことができる。なお、各位相値や位相差は予め最適な値を実験的に決定するものである。

また、以上の説明では総消費電力を超えるのを防ぐために位相をずらすことによって実現しているが、入力電力の組み合わせに応じて再設定しても同様の効果が得られる。すなわち、維持された温度より調理方法を推定することにより維持温度の再設定を行う。このとき再設定された温度は当初の維持温度と同程度の効果が得られる範囲でなくてはならない。なお、再設定する温度は予め最適な値を実験的に決定するものである。

同様に、いずれかの入力電力が外部からの操作により変更になった場合は、残りの加熱コイルの入力電力を再設定すればよい。

以上のように、本実施の形態では、各加熱コイルの入力電力を再設定することにより、常に総消費電力を超えることなく制御することができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器は、調理容器の温度を精度よく検知し、この温度検知に基づき、最適な入力電力で調理ができるので、家庭用あるいは業務用など様々な誘導加熱調理器として適用できる。

本発明の実施の形態１〜５における誘導加熱調理器を示すブロック図 同誘導加熱調理器における調理容器温度と赤外線検出手段の出力比との関係を示すグラフ 本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の温度を維持した時の温度と入力電力の変化を示すグラフ 同誘導加熱調理器の制御手段での処理方法を示す流れ図 本発明の実施の形態３における誘導加熱調理器の温度を維持した時の温度と入力電力の変化を示すグラフ 同誘導加熱調理器の制御手段での処理方法を示す流れ図 本発明の実施の形態５における誘導加熱調理器の入力電力の位相制御例を示すグラフ

符号の説明

１ 調理容器
２ 天板
３ 加熱コイル
４ 高周波インバータ
５ 赤外線検出手段
６ 温度検知手段
７ 制御手段

Claims (9)

1. 調理容器を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上方で前記調理容器を載置する天板と、前記天板の下に設置され前記調理容器の底面から放射される赤外線を検知する赤外線検出手段と、前記赤外線検出手段の出力から前記調理容器の温度を検出する温度検知手段と、前記温度検知手段の出力より入力電力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、温度検知手段の出力が一定の値に維持された時には、維持された出力に合わせて入力電力を制御する誘導加熱調理器。
2. 制御手段は、温度検知手段の出力が一定値に維持されている時に維持された出力よりも所定値以上上昇した場合には、入力電力の制御を停止または抑制する請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 制御手段は、温度検知手段の出力が一定値に維持されている時に出力傾きが所定値以上となった場合には、入力電力の制御を停止または抑制する請求項１に記載の誘導加熱調理器。
4. 制御手段は、温度検知手段の出力が一定値に維持されている時に維持された出力よりも所定値以上低下した場合には、維持時の出力と低下値から最適な加熱パターンを選択制御する請求項１に記載の誘導加熱調理器。
5. 制御手段は、温度検知手段の出力が一定値に維持されている時に傾きが所定値以上の負の値になった場合には、維持時の出力と傾きから最適な加熱パターンを選択制御する請求項１に記載の誘導加熱調理器。
6. 加熱コイル、赤外線検出手段および温度検知手段を複数備え、制御手段は、複数の温度検知手段の出力が一定の値に維持された時には、維持された各々の出力に合わせて入力電力を制御する請求項１記載の誘導加熱調理器。
7. 制御手段は、各加熱コイルへの入力電力の総和が総消費電力を超えた場合、位相制御の位相をずらして各入力電力が重ならないように制御する請求項６に記載の誘導加熱調理器。
8. 制御手段は、各加熱コイルへの入力電力の総和が総消費電力を超えた場合、入力電力の組み合わせに応じて再設定する請求項６に記載の誘導加熱調理器。
9. 制御手段は、いずれかの加熱コイルへの入力電力が変更になった場合、残りの加熱コイルへの入力電力を再設定する請求項６〜８のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。