JP2007324145A - 電磁調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁調理器において、負荷鍋の底部が反った場合や載置位置がずれた場合であっても負荷鍋の温度を有効に検出できるように温度センサを配置する。
【解決手段】本発明に係る電磁調理器は、負荷鍋を載置するためのトッププレートと、前記トッププレートの下方に配設され、前記負荷鍋を誘導加熱するための加熱コイルと、前記加熱コイルに電流を印加する手段と、前記トッププレートの下面に接して配設された第１及び第２の温度センサとを備えた電磁調理器において、前記加熱コイルは、半径方向に分割され、前記トッププレートに略垂直な方向から見て、前記第１及び第２の温度センサは、前記加熱コイルの中心部の外側で、かつ前記加熱コイルの最外周の内側に配置されるとともに、前記加熱コイルの周方向に関して互いにずらして配置され、かつ前記加熱コイルの異なる半径位置に配置されることを特徴とするものである。
【選択図】図７

Description

本発明は電磁調理器に関し、特に負荷鍋の温度を検出するための温度センサを備えた電磁調理器に関する。

従来、負荷鍋を載置するトッププレートと、トッププレートの下側に配置され負荷鍋を誘導加熱する電磁誘導コイルまたは加熱コイルとを備えた電磁調理器において、負荷鍋の温度を検出して、負荷鍋の加熱温度を制御したり空焚き等による負荷鍋の過熱を防止したりするために、トッププレートの下面に温度センサを取付けたものが多数知られている。

例えば、特開平４−２４８２９０号公報や特開平１１−８７０４１号公報に開示されている電磁調理器では、トッププレートに略垂直な方向から見て温度センサを加熱コイルの巻回中心またはその近傍に配置している。
特開平４−２４８２９０号公報 特開平１１−８７０４１号公報

このような電磁調理器では、空焚き等により負荷鍋の底部が傘状に反り上がる場合がある。このように底部が反り上がった負荷鍋の場合、負荷鍋の底部とトッププレートとの間に隙間（熱伝導率の低い空気層）が生じるため、加熱コイルの巻回中心またはその近傍に配置された温度センサは、負荷鍋の実際の温度よりも低い温度を検出することになり、検出温度に基づいた制御を行うことができず、また、負荷鍋の過熱の危険性がある。これを解決するために、温度センサを加熱コイルの巻回中心またはその近傍以外に配置することが考えられる。

ところで、従来の電磁調理器では、負荷鍋を載置する位置を示すマークとして、トッププレートの上面に加熱コイルの最外半径位置に対応して円が印刷されている。しかしながら、負荷鍋を円に合わせてトッププレートに置かれずに、ずれた状態で置かれる可能性がある。そのため、温度センサを加熱コイルの巻回中心またはその近傍以外に配置した場合であっても、温度センサが負荷鍋の温度を有効に検出できない可能性がある。

本発明者らは、負荷鍋の底部が反った場合や載置位置がずれた場合であっても、負荷鍋の温度を有効に検出することのできる温度センサの配置位置を種々検討し本発明に到った。

本発明に係る電磁調理器は、負荷鍋を載置するためのトッププレートと、前記トッププレートの下方に配設され、前記負荷鍋を誘導加熱するための加熱コイルと、前記加熱コイルに電流を印加する手段と、前記トッププレートの下面に接して配設された第１及び第２の温度センサとを備えた電磁調理器において、前記加熱コイルは、半径方向に分割され、前記トッププレートに略垂直な方向から見て、前記第１及び第２の温度センサは、前記加熱コイルの中心部の外側で、かつ前記加熱コイルの最外周の内側に配置されるとともに、前記加熱コイルの周方向に関して互いにずらして配置され、かつ前記加熱コイルの異なる半径位置に配置されることを特徴とするものである。

本発明に係る電磁調理器によれば、負荷鍋の底部が反った場合や載置位置からずれた場合であっても、負荷鍋の温度を有効に検出できる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る電磁調理器の実施の形態を説明する。なお、本願明細書では、方向を表す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、およびこれらの用語を含む別の用語）を適宜用いるが、説明に用いる図面中の方向を示すだけのものであって、これらの用語によって本発明が限定的に解釈されるべきでない。

実施の形態１．
図１〜図７を参照して、本発明に係る電磁調理器の実施の形態１について説明する。図１において、全体を符号２で示す電磁調理器は、箱状のハウジング３と、ハウジング３の上部を覆うガラスなどで形成されたトッププレート４とを備える。ハウジング３の外面には、温度調整つまみ６及び温度表示部８が設けてある。

図２に示すように、ハウジング３内部には、概略、トッププレート４の下側に配置された電磁誘導コイルまたは加熱コイル１０と、加熱コイル１０に高周波電流を供給するための電源１２と、電源１２を制御するための制御装置１４とが設けてある。トッププレート４の上面には、負荷鍋１６（図１では図示を省略）を載置するために、加熱コイル１０の最外半径に略一致する半径を有する円１８（図１）が印刷されている。トッププレート４の下面には、トッププレート４に略垂直な方向から見て加熱コイル１０中心から外側に向かう仮想線上の所定の位置に２つの温度センサ（例えばサーミスタ）２０ａ，２０ｂが設置され、トッププレート４を介して負荷鍋１６の温度を検出するようになっている。温度センサ２０ａ，２０ｂの設置位置については後で詳述する。温度センサ２０ａ，２０ｂからの検出信号は制御装置１４に送られ、必要に応じて加熱コイル１０に供給する電流が調整されるようにしてある。

図３（ａ），（ｂ）を参照して、加熱コイル１０の周辺部分をさらに詳しく説明する。加熱コイル１０の中央には中心フェライト２４が配置されるとともに、加熱コイル１０の下側には棒状のフェライト２６が放射状に配置されている。これらフェライト２４，２６は、加熱コイル１０が作る磁束を負荷鍋１６に高効率に導くためのものである。これらフェライト２４，２６の形状や配置位置が変わると、負荷鍋１６の発熱分布も変わる。

図４に示すような加熱コイル１０ａ、底部が平坦の負荷鍋１６、中心フェライト２４（図３参照）、及び棒フェライト２６（図３参照）を備えた電磁調理器モデルを用い、加熱コイル１０ａと負荷鍋１６の中心軸が一致している場合に、中心フェライト２４及び棒フェライト２６の配置や形状を変えた場合に負荷鍋１６の発熱分布がどのように変化するかを、三次元電磁界解析により求めた。すなわち、電磁界解析を行うことにより、加熱コイル１０ａの作る磁束を打ち消そうとして負荷鍋１６に流れる誘導電流に起因するジュール損失を求めた。このジュール損失の半径方向の分布が負荷鍋１６の発熱分布となる。解析に用いた加熱コイル１０ａは、中心側と外径側にそれぞれ一定の割合でコイルが巻回され、中心側のコイル部分と外径側のコイル部分の間に隙間を設けた形状を有するものである（図４参照）。

電磁界解析により得られた、加熱コイル１０ａにより誘導加熱される負荷鍋１６の発熱密度（単位体積当たりの発熱量）の代表数例をまとめて図５に示す。図５は、加熱コイルの最外直径が２００ｍｍ、負荷鍋５の外径が２００ｍｍのものを用いて電磁界解析を行った結果である。図５において、横軸は、加熱コイル１０の最外半径に対する負荷鍋１６の発熱位置の径の比である。例えば、横軸の５０％は、鍋の半径５０ｍｍの部分の径の比を表す。縦軸は、負荷鍋１６の発熱密度比であり、発熱密度が所定の高い値を示す箇所を１００％として示している。

以下では、電磁界解析から求めた発熱密度比の分布に基づいて、温度センサの最適な配置位置を考察する。

図５から明らかなように、負荷鍋１６の中心部と最外周部の発熱密度は実質的にゼロである。仮に発熱密度が実質的にゼロである半径位置に温度センサを設置すると、鍋内で熱が移動した後の温度を温度センサで測定することになるので、温度センサの応答性が良くない。

発熱密度比が高い箇所と見なせ、したがって負荷鍋の温度を有効に検出できるように温度センサを配置できる領域としては、実用的には最大発熱密度の５０％程度より大きい領域と考えられる。５０％程度より小さい領域に温度センサを配置した場合、温度センサの検出温度と負荷鍋１６の最高温度の差が大きいために、制御装置１４による温度制御が的確に行われないこと、及び負荷鍋１６の過熱の危険性があることが実験により確かめられている。図５から発熱密度比が５０％となる加熱コイル１０の最外半径に対する負荷鍋１６の発熱位置の半径の比を求めると、約１５％〜約９０％となる。

以上より、底部が反っていない負荷鍋１６に対しては、温度センサは、加熱コイル１０の最外半径に対し半径約１５〜約９０％の領域に少なくとも１つ配置することで、負荷鍋１６の温度を有効に検出することができる。

一方、負荷鍋１６が反っている場合、特に図６に示すように傘状に反っている場合には、負荷鍋１６とトッププレート４とが接している箇所以外は、熱伝導率が小さい空気の層を介してトッププレート４に熱が伝わるので、特に空気層が厚い箇所に相当するトッププレート４の下面に温度センサを設置した場合応答性が悪くなる。したがって、なるべく空気の層の薄い箇所に相当するトッププレート４の下面に温度センサを設置する必要がある。

例えば、負荷鍋１６が傘状に反っている場合には、最外周（端部）がトッププレート４と接する。負荷鍋１６の中心部の空気層は厚く、端部側になるほど薄くなる。負荷鍋１６の端部はトッププレート４と接しているので、なるべく負荷鍋１６の端部に近い箇所で温度を検知すると、負荷鍋１６の中心部に近い位置（例えば外径２００ｍｍの負荷鍋に対し半径２０ｍｍ付近）で検知した場合に比べて格段に温度センサの応答性がよい。

以上より、温度センサは、加熱コイル１０の最外半径に対し半径約１５〜約９０％の領域であって、特に加熱コイル１０の最外半径位置に近い領域に配置することで、底部が反っている負荷鍋１６及び平坦な負荷鍋１６の両方に対して温度を有効に検出することができる。

以上の考察では、負荷鍋１６が加熱コイル１０の真上に配置された場合を想定していたが、以下では、図７に示すように負荷鍋１６が加熱コイル１０の真上の位置からずれて配置された場合（言い換えれば、負荷鍋１６の中心が載置用の円１８（図１）の中心からずれた場合）であっても、負荷鍋１６の温度を有効に検出できる温度センサの最適な配置位置を考察する。

図７の例は、温度センサ２０ａ，２０ｂを、外径２００ｍｍの加熱コイル１０の半径位置約３０ｍｍと約８０ｍｍにそれぞれ設置したものである。図７は、加熱コイル１０、負荷鍋１６、温度センサ２０ａ，２０ｂを上側から透かした図であり、種々の位置に置いた負荷鍋１６を同時に示している。図から明らかなように、一方の温度センサ２０ａを加熱コイル１０の半径の小さな領域に設置するとともに、他方の温度センサ２０ｂを加熱コイル１０の半径の大きな領域に設置することにより、多少負荷鍋１６の位置がずれた場合でも、温度センサ２０ｂは、負荷鍋１６の端部近傍の温度を検出できる。負荷鍋１６の位置が大きくずれた場合、加熱コイル１０の半径の小さな領域に設けた温度センサ２０ａが負荷鍋１６の端部近傍の温度を検出できる場合がある。

なお、負荷鍋１６の外径が加熱コイル１０の最大直径に比べて小さく、例えば、加熱コイル１０の最外直径が２００ｍｍに対し負荷鍋１６の外径が１００ｍｍの場合、加熱コイル１０と負荷鍋１６の中心軸が略一致するように負荷鍋１６をトッププレート上に置いても、加熱コイル１０の外径側に設けた温度センサ２０ｂは、鍋１６の底部から外れてしまうので、加熱コイル１０の半径の小さな領域には必ず温度センサ２０ａが必要となる。

以上より、温度センサは、加熱コイル１０の半径の小さな領域、すなわち加熱コイル１０の最外半径に対し半径約１５〜約５０％の領域と、加熱コイル１０の半径の大きな領域、すなわち加熱コイル１０の最外半径に対し半径約５０〜約９０％の領域にそれぞれ少なくとも１つ配置することで、負荷鍋１６がずれた場合及び負荷鍋１６が反った場合でも負荷鍋１６の温度を有効に検出できる。

実施の形態２．
図８〜１０を参照して、本発明に係る電磁調理器の実施の形態２について説明する。本実施形態に係る電磁調理器は、温度センサの位置が異なる点を除いて実施の形態１と同様の構成を有するので重複する内容については説明を省略する。実施の形態１では、図９に示すように、２つの温度センサ２０ａ，２０ｂは、加熱コイル１０の周方向に関して同一の位置（言い換えれば、トッププレートに略垂直な方向から見てコイル中心から半径方向外側に伸びる一本の仮想線上）に配置している。これに対し、本実施形態に係る電磁調理器は、図１０に示すように、温度センサ２０ａを加熱コイル１０の最外半径に対し半径約１５〜約５０％の領域に、温度センサ２０ｂを加熱コイル１０の最外半径に対し半径約５０〜約９０％の領域に配置するとともに、これら温度センサ２０ａ，２０ｂを加熱コイル１０の周方向に関して約１８０度ずらした位置に配置したものである。

実施の形態１では、図９に示すように、負荷鍋１６が載置位置から大きくずれた場合に、温度センサ２０ａ，２０ｂが負荷鍋１６から外れてしまう場合があるが、実施の形態２では、図１０に示すように、負荷鍋１６が載置位置から大きくずれた場合でも、加熱コイル１０の中心側に位置する温度センサ２０ａが負荷鍋１６の温度を検出できる可能性が高い。

実施の形態３．
本実施形態では、例えば図１１（ａ），（ｂ）に示すように、３つの温度センサ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅはそれぞれ、加熱コイル１０の中心から半径方向外側に伸び且つ互いになす角が略１２０度の３つの仮想線３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ上に（言い換えれば、加熱コイル１０の周方向に関して略等ピッチに）配置されている。温度センサ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅはまた、加熱コイル１０の最外半径に対し半径約１５〜約９０％の領域に配置されている。この場合、負荷鍋が載置位置からどの方向にずれたとしても負荷鍋１６の温度を有効に検出することができる。図１１（ａ）は、加熱コイル１０の最外直径と等しい外径を有する負荷鍋１６がずれて置かれた例を示し、図１１（ｂ）は、加熱コイル１０の最外直径に比べて外径が小さい又は大きい負荷鍋１６がずれて置かれた例を示している。

図１１の例では、３つの温度センサ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは、加熱コイル１０の中心からの距離が等しい位置に配置されているが、異なる位置に配置しても同様の効果を有する。

温度センサは４つ以上配置してもよく、この場合、温度センサの個数と同じ本数であって互いのなす角度が略等しい仮想線上に、各温度センサを配置する。

実施の形態４．
実施の形態３での温度センサの配置位置は、底部が平坦な負荷鍋の場合に鍋の温度を有効に検出できるが、底部が反った負荷鍋をトッププレート上に置く場合に、温度センサの上方に鍋底部とトッププレート間の空気層が比較的厚い部分がくる可能性がある。この場合、負荷鍋の温度を有効に検出することができない。そこで、本実施形態では、例えば図１２に示すように、実施の形態３と同様に温度センサ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅを加熱コイル１０の最外半径に対し半径約１５〜約９０％の領域にコイル周方向に関して略等ピッチに配置するとともに、実施の形態１、２と同様に温度センサ２０ａを加熱コイル１０の最外半径に対し半径約１５〜約５０％の領域に、温度センサ２０ｂを加熱コイル１０の最外半径に対し半径約５０〜約９０％の領域に配置する。図１２（ａ）は、加熱コイル１０の最外直径と等しい外径を有する負荷鍋１６がずれて置かれた例を示し、図１２（ｂ）は、加熱コイル１０の最外直径に比べて外径が小さい又は大きい負荷鍋１６がずれて置かれた例を示している。

かかる構成では、底部が反った負荷鍋が載置位置からいずれの方向にずれた場合であっても、負荷鍋の温度を有効に検出できる。

図の例では、温度センサ２０ａ，２０ｂを、温度センサ２０ｃを配置する仮想線３０ｃ上に配置しているが、温度センサ２０ａ，２０ｂを仮想線上に配置する必要はなく、また、温度センサ２０ａ，２０ｂを加熱コイル１０の周方向に関して同一の位置に配置する必要はない。

実施の形態５．
電磁調理器は、一般に、トッププレート及び加熱コイルを冷却するために冷却ファンを備えている。冷却ファンからの冷風は、トッププレートと加熱コイルの間の隙間を通って供給されるため、トッププレート下面に取付けた温度センサ（例えばサーミスタ）に冷風が当たると検知温度に誤差が生じる場合がある。

そこで、本実施形態では、温度センサの周囲を断熱材で囲むことで冷却風が温度センサに直接当たらないようにしている。

より詳しくは、図１３〜１５を参照して、温度センサ（例えばサーミスタ）２０は、例えば断熱ウールなど柔らかくある程度クッション性のある断熱部材３２上に配置されている。断熱部材３２は、例えば加熱コイル１０上に設置された支持台３４上に固定されている。この構成では、温度センサ２０は、トッププレート４の下面に接する部分以外が断熱部材３２で覆われるため、冷却ファンからの冷風３６が温度センサ２０に当たることはない。また、断熱部材３２及び支持台３４は、トッププレート４と加熱コイル１０との隙間の一部を占めているだけであるため、冷風３６は、トッププレート４及び加熱コイル１０の略全体にわたって冷却することができる。

なお、加熱コイルとして、図４に示すように、中心側と外径側にそれぞれ一定の割合でコイルが巻回され、中心側のコイル部分と外径側のコイル部分の間に隙間を設けたものを用いる場合、該隙間に断熱部材を支持するための支持台を配置してもよい。

温度センサの周囲に断熱部材を設けた場合と設けない場合それぞれに対し、加熱コイルに電流を印加して負荷鍋を加熱し、その後冷却ファンを作動させる実験を行った。印加電流の大きさは、断熱部材を設けた場合と設けない場合で異ならせた。図１６は、電流印加開始からの経過時間に対する温度センサの指示温度を示すグラフである。断熱部材を設けない場合には、冷却ファンが作動すると温度センサの指示温度に変曲点が見られたが、断熱部材を設けた場合には、冷却ファンが作動しても変曲点が見られなかった。これは、断熱部材を設けない場合に冷却ファンが作動すると、冷風が温度センサに当たり検出温度誤差が大きくなるが、断熱部材を設けた場合に、温度センサの指示温度は冷風の影響を受けず、負荷鍋の温度を有効に検出していることを示している。

本発明に係る電磁調理器の実施の形態１を示す概略斜視図。 図１のII−II線に沿った概略断面図。 （ａ）図１の加熱コイルの周辺部分の詳細な断面図。（ｂ）図１の加熱コイルの上面図。 負荷鍋の発熱分布を求めるための電磁調理器モデルを示す概略断面図。 図４の電磁調理器モデルを用いて求めた負荷鍋の発熱分布を示すグラフ。 底部が反った負荷鍋を示す図。 実施の形態１における、加熱コイルと２つの温度センサの位置関係を示す図。 本発明に係る電磁調理器の実施の形態２を示す、図２に類似した概略断面図。 実施の形態１に係る電磁調理器において、負荷鍋が載置位置からずれて置かれた状態を示す図。 実施の形態２に係る電磁調理器において、負荷鍋が載置位置からずれて置かれた状態を示す図。 実施の形態３に係る電磁調理器において、負荷鍋が載置位置からずれて置かれた状態を示す図。 実施の形態４に係る電磁調理器において、負荷鍋が載置位置からずれて置かれた状態を示す図。 実施の形態５において、温度センサの周辺部分を詳しく示す断面図。 実施の形態５において、温度センサを覆うための断熱部材及び該部材を支持するための支持台を示す斜視図。 実施の形態５において、温度センサと加熱コイルの位置関係を示す上面図であって、温度センサ及び断熱部材が透視して示してある。 温度センサの周囲に断熱部材を設けた場合と設けない場合それぞれについて、加熱コイルに電流を印加したときの温度センサの指示温度を示したグラフ。

符号の説明

２：電磁調理器、４：トッププレート、１０：加熱コイル、１２：電源、１４：制御装置、１６：負荷鍋、２０ａ：温度センサ、２０ｂ：温度センサ。

Claims (4)

1. 負荷鍋を載置するためのトッププレートと、
   前記トッププレートの下方に配設され、前記負荷鍋を誘導加熱するための加熱コイルと、
   前記加熱コイルに電流を印加する手段と、
   前記トッププレートの下面に接して配設された第１及び第２の温度センサとを備えた電磁調理器において、
   前記加熱コイルは、半径方向に分割され、
   前記トッププレートに略垂直な方向から見て、前記第１及び第２の温度センサは、前記加熱コイルの中心部の外側で、かつ前記加熱コイルの最外周の内側に配置されるとともに、前記加熱コイルの周方向に関して互いにずらして配置され、かつ前記加熱コイルの異なる半径位置に配置されることを特徴とする電磁調理器。
2. 前記第１の温度センサは、前記加熱コイルの最外半径に対し半径約５０％より内側に配置され、前記第２の温度センサは、前記加熱コイルの最外半径に対し半径約５０％より外側に配置されることを特徴とする請求項１の電磁調理器。
3. 前記温度センサは、前記トッププレート上での発熱密度が約５０％以上となる領域に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁調理器。
4. 前記加熱コイルは、前記加熱コイルの中心から最外半径までの半径方向に少なくとも２つの発熱密度比のピークを有し、これらの発熱密度比のピークそれぞれに対応して前記第１又は第２の温度センサが設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁調理器。

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