JP2010251332A - Induction cooking device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鍋温度検出手段としてサーモパイルを備えた誘導加熱調理器に関する。 The present invention relates to an induction heating cooker provided with a thermopile as a pan temperature detecting means.
誘導加熱調理器は、結晶化ガラス等で構成されるトッププレート下に同心円状の誘導加熱コイル(以下「加熱コイル」と略称)を設置し、これに高周波電流を流し、発生する磁界でトッププレート上に載置された調理容器の鍋底にうず電流を誘起し、このジュール熱で調理容器を直接加熱するものである。 An induction heating cooker has a concentric induction heating coil (hereinafter abbreviated as “heating coil”) installed under a top plate made of crystallized glass, etc., and a high-frequency current is passed through the top heating plate. An eddy current is induced at the bottom of the cooking vessel placed on top, and the cooking vessel is directly heated by this Joule heat.
誘導加熱調理器の鍋温度検出手段としては、加熱された鍋底から放射される赤外線をトッププレート越しに赤外線センサで観測し温度を検出するものがある(特許文献1)。この赤外線センサは加熱コイル中心空隙付近の下に配置されて、鍋底から放射される赤外線をトッププレート越しに赤外線センサで検出し、その出力に応じて加熱コイルを駆動するインバータ回路出力を制御して調理温度を調整するものである。 As a pan temperature detection means of an induction heating cooker, there is one that detects the temperature by observing infrared rays emitted from a heated pan bottom with an infrared sensor through a top plate (Patent Document 1). This infrared sensor is placed near the center of the heating coil, detects the infrared radiation emitted from the bottom of the pan with the infrared sensor, and controls the output of the inverter circuit that drives the heating coil according to the output. The cooking temperature is adjusted.
しかしながら、この構成の誘導加熱調理器では、同心円状の加熱コイル内周と外周の中間すなわちコイル巻き幅の中央付近が最も磁束密度が大きいため、トッププレート上に載置される調理容器の温度分布に偏りを生ずる。すなわち加熱コイル中間上の部分が最も高温に加熱され、内周および外周上の部分はこれより低い温度になる。加熱コイル中心付近ではさらに低くなる。 However, in the induction heating cooker of this configuration, since the magnetic flux density is the highest between the inner circumference and the outer circumference of the concentric heating coil, that is, near the center of the coil winding width, the temperature distribution of the cooking vessel placed on the top plate Cause bias. That is, the part on the middle of the heating coil is heated to the highest temperature, and the parts on the inner and outer circumferences are at a lower temperature. It becomes even lower near the center of the heating coil.
図30(a)にこの加熱コイルの概略とこれで加熱した鍋の温度分布を示す。これは鍋中心と加熱コイル中心を一致させたときの鍋底の温度分布である。このため、少量の調理物しか投入されていない調理容器を加熱した場合には、コイル中間部上が急激に温度上昇するため調理物を焦がしてしまうことがあった。また、調理物が少量の油の場合には発煙する場合もあった。また、熱伝導が悪く薄手のステンレス鍋等を空焚きした場合にはこの部分が赤熱して変形する場合もあった。これら防止するために鍋温度検出手段が必要となるのであるが、特許文献1のようにコイル中心空隙付近下に設置される赤外線センサではこの高温部を検出することができない。
FIG. 30 (a) shows an outline of the heating coil and the temperature distribution of the pan heated by the heating coil. This is the temperature distribution at the bottom of the pan when the center of the pan coincides with the center of the heating coil. For this reason, when a cooking container into which only a small amount of food is put is heated, the temperature of the middle part of the coil suddenly rises, which may burn the food. In addition, when the food is a small amount of oil, smoke may be generated. In addition, when a thin stainless steel pan or the like was blown in the air due to poor heat conduction, this portion was sometimes red-hot and deformed. In order to prevent these, a pan temperature detecting means is required, but an infrared sensor installed under the vicinity of the coil center gap as in
また、加熱コイル中心空隙付近の下は後述するようにコイルの発生する磁界の中性点(反対方向の磁界が重なり合う場所)にあたり漏れ磁束は弱い。このため設置される赤外線センサに対する影響は少なく、これを蔽うような磁気シールドではなく簡略な防磁手段例えば円筒状のアルミニウム等の金属でも良く、この防磁手段が誘導加熱されこの温度上昇が赤外線センサに与える影響を考慮する必要はなかった。 In addition, the lower part of the space near the center space of the heating coil hits a neutral point of the magnetic field generated by the coil (a place where magnetic fields in opposite directions overlap) as described later, and the leakage magnetic flux is weak. For this reason, there is little influence on the installed infrared sensor, and instead of a magnetic shield that covers this, a simple magnetic shield means such as a metal such as cylindrical aluminum may be used. There was no need to consider the impact.
前述の問題を解決する技術として、加熱コイルを半径方向巻き幅中央付近で内周側第1のコイルと外周側第2のコイルに分割し、分割したこの間隙部下に赤外線センサを配置したものがある(特許文献2)。図30(b)にこの加熱コイルの概略とこれで加熱した鍋の温度分布を示す。高温部が広がり温度分布の偏りが改善され、間隙部でも高温部とほぼ同じ温度となる。多少の温度低下はあるが、この間隙部下に赤外線センサを配置すれば高温加熱される鍋温度を正確に検出できるようになる。しかし分割された加熱コイルはその特性が変化する。同心円状の間隙部の開口面積が広くなると調理容器を載置したときのコイルインダクタンスと抵抗が変化し、加熱コイルを駆動するインバータ回路を調整する必要が生じる。特にアルミニウム,銅等の低抵抗、低透磁率材質の調理容器を加熱する場合、従来の分割しないコイルと同一の加熱特性をもたせようとするとコイル駆動電流,電圧を高める必要が生じる。つまり加熱効率が低下するため高周波磁界強度を高める必要が生じる。これはまたコイル自体の発熱が増加することも意味する。もともとこの分割間隙は巻き幅の中央にあたり磁束密度の高い所である。このため分割間隙部下に配置する赤外線センサはこの漏れ磁束の影響を受ける。分割間隙部下に配置する赤外線センサには漏れ磁束,加熱コイルあるいは鍋底高温部,トッププレートから輻射熱による温度上昇,加熱効率の低下するコイルを駆動するインバータ回路からの電磁波、高周波高電圧に対する防御を強化させなければならない。 As a technique for solving the above-described problem, a heating coil is divided into a first coil on the inner peripheral side and a second coil on the outer peripheral side near the center of the radial winding width, and an infrared sensor is disposed under the divided gap. Yes (Patent Document 2). FIG. 30B shows an outline of the heating coil and the temperature distribution of the pan heated by the heating coil. The high temperature part spreads and the uneven temperature distribution is improved, and the gap part has the same temperature as the high temperature part. Although there is a slight temperature drop, if an infrared sensor is placed under the gap, the temperature of the pan heated at a high temperature can be accurately detected. However, the characteristics of the divided heating coil change. When the opening area of the concentric gaps increases, the coil inductance and resistance when the cooking container is placed change, and it is necessary to adjust the inverter circuit that drives the heating coil. In particular, when heating a low-resistance, low-permeability material cooking vessel such as aluminum or copper, it is necessary to increase the coil drive current and voltage in order to provide the same heating characteristics as a conventional non-divided coil. That is, since the heating efficiency is lowered, it is necessary to increase the high-frequency magnetic field strength. This also means that the heating of the coil itself increases. Originally, this division gap is in the middle of the winding width and is a place where the magnetic flux density is high. For this reason, the infrared sensor arranged under the divided gap is affected by this leakage magnetic flux. Infrared sensor placed under the division gap enhances protection against leakage magnetic flux, heating coil or hot pot bottom, temperature rise due to radiant heat from the top plate, electromagnetic wave from inverter circuit driving coil with reduced heating efficiency, and high frequency high voltage I have to let it.
また加熱コイルを冷却する必要が生じ、通常外気を導入する風路がコイル下に配置される。この風路内に赤外線センサを配置する場合には、冷却風による周囲温度の急激な温度変化に対応する必要もある。 In addition, it is necessary to cool the heating coil, and an air passage for usually introducing outside air is disposed under the coil. When the infrared sensor is disposed in the air passage, it is necessary to cope with a rapid temperature change of the ambient temperature due to the cooling air.
上記問題を解決する技術として、加熱コイルの半径方向巻き幅中央付近の一部のみに開口部を設け、この開口部下に赤外線センサを配置したものがある(特許文献3)。これは隣り合って巻回される巻き線の間に開口部を設け、その開口部付近の巻回する回数を他の部位より多く(密に)することで従来の分割しない加熱コイルと同一特性を持たせながら、この開口部から加熱される鍋底の高温部温度を検出可能にするものである。しかしながらこのような加熱コイルはその構造から量産するのが困難で高価なものにならざるを得ない。また開口部のコイル巻き数の増加はこの部分からの漏れ磁束が更に強まることを意味する。赤外線センサの漏れ磁束,温度上昇,電磁波,高周波高電圧に対する防御強化の必要性は前述技術(特許文献2)と同じである。 As a technique for solving the above-mentioned problem, there is a technique in which an opening is provided only in the vicinity of the center of the heating coil in the radial direction and an infrared sensor is disposed below the opening (Patent Document 3). This has the same characteristics as a conventional non-divided heating coil by providing an opening between the windings that are wound next to each other and increasing the number of windings around the opening more (densely) than other parts. It is possible to detect the temperature of the hot portion of the pan bottom heated from the opening. However, such a heating coil is inevitably difficult to mass-produce due to its structure and must be expensive. An increase in the number of coil turns in the opening means that the leakage magnetic flux from this portion is further increased. The necessity of strengthening protection against leakage magnetic flux, temperature rise, electromagnetic waves, and high-frequency high voltage of the infrared sensor is the same as that of the above-described technique (Patent Document 2).
本発明は赤外線センサとしてサーモパイルを用いた鍋温度検出手段において、温度上昇の外乱を防止する手段を施し、最も高温加熱される鍋底温度を安定して精度良く検出することを可能にし、安全性,使い勝手の向上した誘導加熱調理器を提供することを目的とする。 In the pan temperature detecting means using a thermopile as an infrared sensor, the present invention is provided with a means for preventing disturbance of temperature rise, making it possible to stably and accurately detect the pan bottom temperature heated at the highest temperature, An object of the present invention is to provide an induction heating cooker with improved usability.
上記課題は、調理容器を上面に置く結晶化ガラスからなるトッププレートと、該トッププレートの下に設けられた加熱コイルと、該加熱コイルへ高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、該高周波電力供給手段の出力電力を制御する電力制御手段と、前記調理容器の底面からの放射赤外線量を検出するサーモパイルと、を備えており、前記サーモパイルは、金属キャンと金属ステムからなる金属ケースと、前記金属キャンに設けられた、赤外線が通過する小穴の窓と、該小穴の窓に配置された光学フィルタまたはレンズと、前記金属ステムに固定されたシリコン基材と、該シリコン基材の表面に設けられたシリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜上に多数作成され従属接続された熱電対と、前記シリコン基材の中央部の測温接点に形成された赤外線吸収膜と、前記シリコン基材の周囲に設けられ、前記金属ケースと熱的に接続された冷接点部と、で構成され、該サーモパイルには、前記金属ケースと熱的に接続されたヒートシンクが装着されている誘導加熱調理器によって解決できる。 The above-described problems include a top plate made of crystallized glass with a cooking container on the upper surface, a heating coil provided under the top plate, high-frequency power supply means for supplying high-frequency power to the heating coil, and the high-frequency power. A power control means for controlling the output power of the supply means; and a thermopile for detecting the amount of infrared radiation emitted from the bottom surface of the cooking vessel, the thermopile comprising a metal case made of a metal can and a metal stem; and Provided on the surface of the silicon substrate, a small hole window provided in the metal can through which infrared rays pass, an optical filter or lens disposed in the small hole window, a silicon base material fixed to the metal stem, and Formed on the silicon oxide film, a number of subordinately connected thermocouples formed on the silicon oxide film, and a temperature measuring contact at the center of the silicon substrate. An infrared absorption film and a cold junction portion provided around the silicon base material and thermally connected to the metal case, and the thermopile includes a heat sink thermally connected to the metal case Can be solved by an induction heating cooker equipped with.
本発明によれば、サーモパイル赤外線センサを用いて調理時の周囲温度変化の外乱に対して強く、安定して加熱鍋底の高温部温度を正確に検出する鍋温度検出手段を提供することができる。そして、正確に検出した高温部温度により適切に過熱コイルへの高周波電力を制御することで安全で最適な調理を可能にする誘導加熱調理器を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is strong with respect to the disturbance of the ambient temperature change at the time of cooking using a thermopile infrared sensor, and can provide the pan temperature detection means which detects the high temperature part temperature of a heating pan bottom accurately and stably. And the induction heating cooking appliance which enables safe and optimal cooking can be provided by controlling the high frequency electric power to an overheating coil appropriately by the high temperature part temperature detected correctly.
さらに鍋底温度を検出するサーモパイル赤外線センサの近傍に赤外線発光および受光素子を配置して温度検出と同一視野で鍋底の放射率を計測し、赤外線センサの出力を補正することで鍋底の材質,色,加工状態あるいは汚れの状態に拘らず正確に鍋底温度を検出することが可能になり、正確に検出した鍋底温度を用いて加熱の制御を行うことができるので、上手に調理をすることが可能となる。 Furthermore, infrared light emitting and receiving elements are placed near the thermopile infrared sensor that detects the pan bottom temperature, the pan bottom emissivity is measured in the same field of view as the temperature detection, and the infrared sensor output is corrected to correct the pan bottom material, color, Regardless of the processing state or dirt state, it is possible to accurately detect the pan bottom temperature, and it is possible to control heating using the accurately detected pan bottom temperature, so it is possible to cook well Become.
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は実施例1の誘導加熱調理器の本体1の斜視図であり、図2は図1中に一点鎖線AA′で示される部分に調理鍋6を載せたときの概略縦断面図である。以下では、誘導加熱が可能な鍋置き場所が2口、ラジエントヒータやハロゲンヒータ等のヒータ(加熱源)の放射熱で加熱可能な鍋置き場所が1口ある3口の誘導加熱調理器を例に挙げ説明を行うが、本発明の適用対象はこれに限られず例えば誘導加熱が可能な鍋置き場所を3口設けた誘導加熱調理器であっても良い。なお、調理鍋6は、誘導加熱に適した鉄鍋(磁性体)とするが、誘導加熱調理器が非磁性体のアルミ鍋,銅鍋であっても良い。
1 is a perspective view of a
図1および図2に示すように、本体1の上面には、非磁性体(結晶化ガラス等)によって形成されたトッププレート2が装着されている。またトッププレート2の手前には、各口の加熱開始あるいは加熱コースを指示するスイッチ、各口の加熱状態(温度等)を表示する表示器が配置される操作表示部3が装着されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
トッププレート2の上面には、その下に配置される加熱コイル7あるいはラジエントヒータの最外半径におよそ一致する半径の円表示4が加熱可能な鍋置き場所を示すために印刷されている。またトッププレート2は普通可視光に対して透明であるため、上面にはフリットガラスに耐熱塗料を混入した耐熱耐久性の衣装印刷、下面には耐熱面塗装を施し、機器内部が見えないようにしてある。誘導加熱が可能な鍋置き場所2口の円表示4のほぼ中央から約50mmの位置に後述する鍋温度検出のために前述印刷,塗装がなされていない
赤外線透過窓5が設けられている。この赤外線透過窓5は赤外光を透過させるためであり、この部分だけ赤外光に対しては透明な可視光カット部材(耐熱フィルムまたはガラス)を下面に装着しても良い。
On the upper surface of the
トッププレート2の上面の各口(円表示4)に、調理鍋6を置き加熱調理を行う。図2に示すように、加熱コイル7にインバータ回路8(高周波電流供給手段)からの高周波電流を供給すると、外周側の第1のコイル7aと内周側の第2のコイル7bに分割された加熱コイル7が高周波磁界9(図中破線で示す)を発生し、この高周波磁界が鍋6と鎖交して、渦電流を発生し、そのジュール熱により調理鍋6自身が誘導加熱され発熱する。従って、調理鍋6内の調理物は、調理鍋6自身の発熱によって加熱調理される。このとき、調理鍋6の下にあるトッププレート2も、発熱した調理鍋6から伝わる熱により高温になる。
A
図3に加熱コイル7周辺の断面を詳しく示す。図3に示すようにトッププレート2下面には第1のコイル7aと第2のコイル7bの間にコイル間隙7cを備えて分割された加熱コイル7が耐熱プラスチックで構成されるコイルベース10内に同心円状(渦巻き状)に巻かれて配置される。加熱コイル7の下側にはコイルベース部材内部にコ字状のフェライト11が凸部を上にして放射状に配置されている。このフェライト11は加熱コイル7が発生する磁束をトッププレート2上の調理容器である調理鍋6に効率良く導くために配置される。また磁束がコイルベース10下部に漏洩するのを防止する。フェライト11は透磁率が高く磁束はほとんどフェライト11内を通過するからである。
FIG. 3 shows a cross section around the
コイルベース10の下には加熱コイル7を冷却するためのコイル冷却風路15が設置される。コイル冷却風路15は二つに分けられ、一つは第1のコイル7aの内周側に接続され、第2のコイル7bおよび第1のコイル7a上面を冷却するコイル上面冷却風路15a、他の一つは第1のコイル7aの下面を冷却するコイル下面冷却風送出孔15bである。コイルベース10の中心部分下に位置するコイル上面冷却風路15aの上面には円形上のコイル上面冷却風送出孔15cが開口している。
A coil
コイルベース10の中心部は円筒状の内空洞14aになっており、第1のコイル7aの内周側にはフェライト11を内蔵する放射上梁に繋がる円筒状の外空洞壁14bになっている。この外空洞壁14bの下部に、コイル上面冷却風路15aのコイル上面冷却風送出孔15cが接続される。コイル上面冷却風送出孔15cの周囲にはグラスウール等のシール材16が設けられ先の外空洞壁14bに接続されている。
The central portion of the
冷却風路15の下にはインバータ回路8等の回路基板を内蔵する回路冷却風路17a,17bが2段重ねて設けられ、夫々には左右の加熱コイル7L,7Rのインバータ回路等が内蔵されている。これらの冷却風路は本体1に固定される。
Under the cooling
コイルベース10はコイル下面冷却風送出孔15bまたは回路冷却風路17aに固定される3個のコイルベース受け12からバネ13で押され、トッププレート2の下面に押し付けられる。
The
コイル上面冷却風送出孔15c下のコイル上面冷却風路15a中には鍋温度検出装置18が配置される。鍋温度検出装置18は誘導加熱された調理鍋6の底面温度をトッププレート2の赤外線透過窓5を透過する赤外線から検出する。
A
更に内空洞14aのほぼ上面中央にはトッププレート2の下面に接するセラミックケース20内にサーミスタ21が配置される。
Further, a
加熱調理中にはコイル上面冷却風路15a,コイル下面冷却風送出孔15b,回路冷却風路17a,17bには本体1に内蔵されるファン(図示せず)から外気が導入される。コイル上面冷却風路15a内を流れる冷却風は鍋温度検出装置18を冷却しながらコイル上面冷却風送出孔15cから円筒状の外空洞壁14b内のコイル間隙7cおよび内空洞14aを上昇し、コイル間隙7cおよび内空洞14a上部から、トッププレート2に遮られトッププレート2と加熱コイル7の間をコイル径方向外側に流れ、加熱コイル7の上面およびトッププレート2下面を冷却する。コイル下面冷却風送出孔15bの第1のコイル7aの下面にあたる部分には小さな孔が複数開けられ、コイル下面冷却風送出孔15b内を流れる冷却風は、ここから第1のコイル7a下面に向かって噴流してこれを冷却する。
During cooking, outside air is introduced into the coil upper surface cooling
図4にトッププレート2を除いた図3の上面図の詳細を示す。加熱コイル7,コイルベース10,コイル上面冷却風路15aの詳細構成図である。加熱コイル7および内空洞14aと鍋温度検出装置18,サーミスタ21の水平面での位置関係を示す。
FIG. 4 shows details of the top view of FIG. 3 excluding the
加熱コイル7は、ポリテトラフルオロエチレンに代表されるフッ素樹脂等で絶縁被膜されるリッツ線で同心円状に同一方向に巻回され、外周側の第1のコイル7aと内周側の第2のコイル7bに分割される。そのコイル間隙7cは幅およそ15mmの同心帯状をなし、第1のコイル7aの巻き終わりはコイル間隙7cを架橋し第2のコイル7bの巻き始めとなり、第1のコイル7aと架橋線7dと第2のコイル7bで加熱コイル7を構成する。コイルベース10には第1のコイル7aの内周側に円筒状の外空洞壁14bが設けられ、その内側がコイル間隙7cとなっている。また第2のコイル7bの内周側に内空洞14aが設けられ、この内部にセラミックケース20内に内蔵されるサーミスタ21が配置される。さらにコイル間隙7cの一部、放射状に配置される二つのフェライト11間に円筒状のセンサ視野筒19(内径約12mm)が設けられ、このセンサ視野筒19の下に鍋温度検出装置18が設置される。
The
誘導加熱された鍋底面からの赤外線はトッププレート2の赤外線透過窓5を透過し、センサ視野筒19から後で詳細に説明する鍋温度検出装置18に内蔵されるサーモパイル25に入射する。
Infrared rays from the bottom of the pan heated by induction pass through the
図5は先の図4を裏から見た図を示す。コイルベース10には2個のコイルの低電圧端子21a,高電圧端子21bが設けられ、低電圧端子21aには第1のコイル7aの巻き始めが接続され、高電圧端子21bには第2のコイルの巻き終わりが接続される。この端子にはインバータ回路8の出力線22a,22bがねじで固定される。銅やアルミニウム等の非磁性体の鍋では4〜5kVの高電圧が出力される高電圧出力線22bは高電圧端子21bに接続される。
FIG. 5 shows a view of FIG. 4 from the back. The
図4,図5で説明したように鍋温度検出装置18は、架橋線7dの近傍をさけ、かつ高電圧出力線22bが接続される高電圧端子21bから離れた位置にあるコイル間隙7cに設けられたセンサ視野筒19の下にそのケース窓30が位置するように設置される。
As described in FIGS. 4 and 5, the pan
図6に鍋温度検出装置18の詳細斜視図を示す。鍋温度検出装置18は、赤外線検出センサであるサーモパイル25と反射型フォトインタラプタ26を中心に構成される。サーモパイル25と反射型フォトインタラプタ26はサーモパイルの出力信号を増幅するサーモパイル温度検出回路72(後で詳細を説明する)と反射率検出回路73(後で詳細を説明する)が実装される電子回路基板27に配置され、このサーモパイル25にはプラスチック部材で構成されるリフレクタ28が装着されている。このサーモパイル25と反射型フォトインタラプタ26および電子回路基板27は、全体をプラスチック部材の赤外線センサケース29(一点鎖線で示す)内に密封される。この赤外線センサケース29には赤外線を透過させるためにケース窓30が開けられ、このケース窓30にはトッププレート2を構成する結晶化ガラスとほぼ同じ光学特性(但し図15破線で示すように1μm以上の長波長側の光学特性はほぼ同じだが、短波長側でトッププレートに比べて透過率小の領域が400nmほどあり、この部分の可視光がカットされるため目には赤黒く見える)を持つ結晶化ガラスを薄く正方形に切り出したものを結晶化ガラス光学フィルタ31として嵌め込んである。そして結晶化ガラス光学フィルタ31の下にリフレクタ28が装着されたサーモパイル25と反射型フォトインタラプタ26が電子回路基板27上に実装されている。この赤外線センサケース29は、周りをアルミニウム等の透磁率がほぼ1の金属ケース32(2点鎖線で示す)で覆っている。当然、先のケース窓30の所は開口されている。そして更にアルミニウム金属ケース32は、周りをプラスチック部材の外側赤外線センサケース33で覆っている。当然先のケース窓30の所は開口されている。つまりサーモパイル25は3重のケースで覆われた形になっている。
FIG. 6 shows a detailed perspective view of the pan
そして、鍋温度検出装置18はそのケース窓30がコイルベース10のセンサ視野筒19内を望むようにコイル上面冷却風路15a内に設置される。
And the pan
図7(a)に図6中のA−A′線に沿った断面図を示す。これは、赤外線センサケース29内に設置されるサーモパイル25、これに装着されるリフレクタ28の断面とサーモパイル25が電子回路基板27を含む断面図である。サーモパイル25に装着されるリフレクタ28の内面は、サーモパイル25内の赤外線吸収膜に一つの焦点結ぶ楕円曲面28aの一部が形成され、この楕円曲面28aはアルミ蒸着膜28bで鏡面となっている。このため図中の一点鎖線に示すごとくケース窓30に配置された結晶化ガラス光学フィルタ31を透過した赤外線はこの鏡面である楕円曲面で反射され、サーモパイル25の後述する光学フィルタ48を通して赤外線吸収膜に集光する。サーモパイル25の金属ピン(接続端子)46は電子回路基板27のパターンにハンダ付けされる。
FIG. 7A shows a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. This is a cross-sectional view of the
図7(b)に同じく図6中のB−B′線に沿った断面図を示す。これは、赤外線センサケース29内に設置される電子回路基板27に装着されるサーモパイル25および反射型フォトインタラプタ26と赤外線センサケース29のケース窓30,結晶化ガラス光学フィルタ31との位置関係を示す断面図である。
FIG. 7B similarly shows a cross-sectional view along the line BB ′ in FIG. This shows the positional relationship between the
図8にサーモパイル25の詳細を示す。図8(a)はサーモパイル25の断面図であり、図8(b)は図8(a)中C−C′で示す線での断面の平面図である。熱電対が見えるように、赤外線吸収膜を省略して示してある。
FIG. 8 shows details of the
サーモパイル25は熱電対(サーモカップル)を多数縦列接続した(パイリング)したもので、ニッケルめっき鋼板等の金属キャン35と金属ステム36からなる金属ケース37内にこれが内蔵されている。およそ300μm厚のシリコン基材38表面に電気的および熱的に絶縁するためシリコン酸化膜39を形成し、この上にポリシリコン,アルミを順次パターン蒸着しポリシリコン蒸着膜40,アルミ蒸着膜41で熱電対を多数作成し、これを従属接続する。ポリシリコン,アルミ接合点(測温接点)のあるシリコン基材38中央部には、黒体に近い酸化ルビジウム膜等の赤外線吸収膜43を形成する。ポリシリコンおよびアルミ蒸着膜の一端は冷接点44であり、これはシリコン基材38の周囲に配置する。シリコン基材38の裏面を周囲(冷接点部)を残して290μmまでエッチングし、測温接点部分のあるシリコン基材の厚みを10μmに形成する。これは熱電導の良好なシリコンを薄くすることで、測温接点部42と冷接点部44の熱電導を少なくし測温接点部と冷接点部を熱的に絶縁するためである。
The
このシリコン基材38を金属ケース37の金属ステム36にボンド等で固定する。同時に金属ステム36にはセラミック上に膜形成したNTCサーミスタ45を同様に配置する。これは金属ケース37内にある熱電対の雰囲気温度を検出し、熱電対の熱起電力を補正するためである。詳細は後述する。金属ステム36には絶縁シールされた4本の金属ピン46が貫通配置されており、この金属ピンに先の熱電対の出力とNTCサーミスタ45がワイヤ接続される。ステム36には、筒状の金属キャン35が不活性ガス中で被せられ溶着される。この金属キャン35の上面には小穴の窓47が開けられ、ここに内側から光学フィルタ48(ある波長域の光線を透過する部材)が装着されている。この小穴の垂直下に先の測温接点部42(赤外線吸収膜43の下にある)が位置するようにシリコン基材38が固定される。
The
サーモパイル25内の熱電対測温接点部42(赤外線吸収膜43の下にある)にはこの小穴の窓46を通過した赤外線で加熱され、この加熱温度上昇は通過した赤外線エネルギーに比例し、熱電対の冷接点部44と測温接点部42の温度差に比例した電圧が熱電対出力の金属ピン46に出力される。
The thermocouple temperature measuring contact portion 42 (below the infrared absorbing film 43) in the
図9に反射型フォトインタラプタ26の詳細を示す。反射型フォトインタラプタ26は赤外線発光素子としての赤外線LED50と赤外線受光素子としての赤外線フォトトランジスタ51を同一プラスチック部材に並べてモールドしたものである。赤外線LEDの発光面上にはプラスチックでレンズが構成され細いビームで930nm付近の赤外光を上方に照射する。赤外線フォトトランジスタ51の受光面上には可視光阻止のプラスチックでレンズが構成され、先の照射赤外光の物体(鍋底面)での反射赤外光を狭い視野角で受光し、その受光量に比例した電流を出力する。この反射型フォトインタラプタ26は赤外線発光素子と受光素子の対で構成されるものでトッププレート2上に置かれた調理鍋6底面の反射率を計測するものである。
FIG. 9 shows details of the reflection
図10に本実施例の誘導加熱調理器の制御ブロック図を示す。マイクロコンピュータ60が誘導加熱調理器の動作を制御する。以下記号Rは図1の手前右にある誘導加熱口に関するブロックを表し、記号Lは図1の手前左にある誘導加熱口に関するブロックを表す。2つのインバータ回路8Rおよび8Lは加熱コイル7R及び7Lに高周波電流を供給する。このインバータ回路8R,8Lの動作周波数及びコイルへの供給電力を調整するのが周波数制御回路61R,61L及び電力制御回路62R,62Lである。動作周波数を変化させるのは、鍋の金属種類によって高周波電流の周波数で誘導加熱効率が変化するためである。一般に鉄では20kHz、これより抵抗率の低い銅,アルミでは70kHz以上の周波数が用いられる。この周波数切り替えは図示しない鍋種類判別手段の判断に基づいてマイクロコンピュータ60が周波数制御回路を制御して行う。
The control block diagram of the induction heating cooking appliance of a present Example is shown in FIG. The
各インバータ回路8R,8Lには整流回路63から直流電圧が供給される。この整流回路63には電源スイッチ64を介して3端子200Vの商用電源65が接続されている。
商用電源の接地端子は本体1の金属部に接地線で接続される。ラジエントヒータ66にはラジエントヒータ回路67を介して商用電源65が接続され、ラジエントヒータ回路67がラジエントヒータ66に供給する電力を制御する。
A DC voltage is supplied from the
The ground terminal of the commercial power supply is connected to the metal part of the
マイクロコンピュータ60には、操作表示部3の操作スイッチ68,表示回路69が接続され使用者の操作指示を受け付け、機器の動作状態表示を行う。またブザー70が接続され使用者の操作ボタン押しあるいはエラー等の警告などを報知する。マイクロコンピュータ60は使用者の指示に従い、周波数制御回路61R,61Lと電力制御回路62R,62L及びラジエントヒータ回路67を制御して、トッププレート2上の調理鍋6を加熱する。
The
サーモパイル25はサーモパイル温度検出回路72に接続され出力が増幅され、マイクロコンピュータ60のAD端子に入力される。反射型フォトインタラプタ26は反射率検出回路73に接続され、マイクロコンピュータ60のポート出力で発光素子の発光を制御され、調理鍋6で反射された赤外光は受光素子で受光され、その出力信号は増幅されマイクロコンピュータ60のAD端子に入力される。サーモパイル温度検出回路72および反射率検出回路73の動作の詳細は後述する。更にサーミスタ21はサーミスタ温度検出回路74に接続され、その出力もマイクロコンピュータ60のAD端子に入力される。
The
マイクロコンピュータ60は反射率検出回路73の出力から調理鍋の赤外線反射率を知り、サーモパイル温度検出回路72の出力を反射率で補正して調理鍋の温度を検出する。
そして、電力制御回路62を介して、調理鍋6の加熱を制御する。
The
And the heating of the
図11にサーモパイル温度検出回路72の詳細を示す。サーモパイル25の熱電対出力(熱起電力)(図中(+),(−)記号間の電圧)はオペアンプ72−1で約2000倍に増幅され出力端子72−2に出力される。この出力電圧はマイクロコンピュータ60のAD端子に入力される。オペアンプ72−1の増幅度は抵抗72−3(=R1)と抵抗72−4(=R2)の比(R2/R1)で決まる。またサーモパイル内のNTCサーミスタ45は、回路電源電圧を抵抗72−5,72−6,72−7で分圧された電圧源(抵抗72−6の両端)に抵抗72−8と直列接続された状態で接続され、この抵抗72−8との接続点aは熱電対出力端子(−)に接続されている。NTCサーミスタ45は負の温度特性を持った抵抗素子であり温度上昇で抵抗値が低下する。このため、サーモパイル25内の温度が上昇すると先の接続点aの電圧は上昇する。熱電対出力(図中(+),(−)記号間の電圧)は測温接点42(赤外線エネルギーで加熱される点)と冷接点(熱電対出力端子)44の温度差に比例する。このためサーモパイル25の設置される雰囲気温度で金属ケース37内雰囲気(NTCサーミスタが内蔵される)温度が上昇すると熱電対出力は減少する。この減少を接続点aの電圧上昇で補償する。すなわちNTCサーミスタ45はサーモパイル(熱電対)25の出力が周囲温度で変化するのを防ぐために使用される。増幅度を決める抵抗72−4(=R2)に並列に抵抗72−9(=R3)と3個のダイオード72−10を直列接続したものが接続されている。これはオペアンプの出力電圧がダイオードの順方向電圧(約0.6V)の3個分1.8Vを越えた場合に増幅度を減少させるものである。1.8Vまでは増幅度=R2/R1であるが、これを越えると増幅度=(R2//R3)/R1となる。これは後述するようにサーモパイルの鍋温度検出範囲を拡大するものである。これが無い場合には、サーモパイル出力が鍋底温度の4乗に比例するため高温で急速に出力が増加し、鍋底温度が300℃で回路出力電圧が5Vで飽和するが、ある場合には400℃まで飽和しないようにできる。
FIG. 11 shows details of the thermopile
図12,図13を用いて反射率検出回路73の詳細を示す。図12において、50は発光素子である赤外線LEDであり、例えばその発光波長は930nmである。51は赤外線フォトトランジスタであり、例えばピーク感度波長が800nmで赤外線LED50の発光波長930nmでもピーク感度の80%の感度をもつものである。図13に反射率検出回路73の動作タイミングチャートを示す。反射型フォトインタラプタ26の発光素子である赤外線LED50はトランジスタ73−1で駆動される。この駆動はマイクロコンピュータ60の出力ポートから駆動信号端子73−2に入力される信号で制御される。図13(a)にこの信号を示す。デューティ50%の矩形波信号を駆動信号端子73−2に入力すると、赤外線LED50は信号が5Vのとき発光し、0Vのときは消灯する。この発光強度は赤外線LED50に流す電流に比例し、この電流は抵抗73−3の値で決められる。本実施例では抵抗値を固定して発光強度は一定である。この赤外発光が調理鍋底面で反射され、受光素子である赤外線フォトトランジスタ51で受光されると光電流により抵抗73−4に電圧が発生する。この電圧を図13(b)に示す。反射が大きく(受光量が多く)なれば電圧は比例して大きくなる。この信号電圧はコンデンサ73−5で直流分がカットされ、交流信号(図13(c)に示す)としてオペアンプ73−6で構成される正転直流増幅器に入力される。ここで交流信号のプラス側成分のみが増幅される。図13(d)にこれを示す。この増幅されたデューティ50%の信号は充放電回路73−7で直流の平均値電圧に変換され、出力端子73−8から出力される。この出力はマイクロコンピュータ60のAD端子に入力される。
Details of the
このように反射率検出回路73は発光強度が一定のキャリア変調された赤外光を鍋底面に放射し、鍋で反射される赤外光を受光してその平均値電圧を反射電圧として得ることで反射率に相当する値を検出する。赤外発光をキャリア変調し、受光経路で直流成分をカットしているのは、自然光あるいは白熱電灯,蛍光灯などの照明機器に含まれる赤外光が鍋の反射率検出に影響するのを防止するためである。また、赤外線フォトトランジスタ51の暗電流の影響も防止している。
In this way, the
以下本実施例の動作を説明する。 The operation of this embodiment will be described below.
トッププレート2上に置かれた調理鍋6は誘導加熱により発熱する。この加熱により鍋6底面からは赤外線が放射される。この全放射エネルギーEは鍋温度Tの4乗に比例したものである。(E=σT4;ステファン・ボルツマンの法則)図14にプランクの分布則から算出される黒体温度の分光放射エネルギーを示す。この分光放射エネルギーを全波長域で積分すれば、全放射エネルギーEが求まり、これは温度(絶対温度)の4乗に比例する。これが前述のステファン・ボルツマンの法則であり、この係数σがステファン・ボルツマン係数である。分光放射エネルギーのピーク波長はウィーンの変移則から、調理温度100〜300℃で5μm〜8μmである。
The
誘導加熱された鍋底は、黒体温度の全放射エネルギーEに鍋底の放射率εを乗じた全放射エネルギーを温度に応じて放出する。すなわち黒体温度の全放射エネルギーEと鍋底温度のそれ(E′=εσT4)との比が放射率εである。 The induction-heated pan bottom emits the total radiant energy obtained by multiplying the total radiant energy E of the black body temperature by the emissivity ε of the pan bottom according to the temperature. That is, the ratio of the total radiant energy E of the black body temperature to that of the pan bottom temperature (E ′ = εσT 4 ) is the emissivity ε.
一方、非磁性体である結晶化ガラス(トッププレート2)の光学特性を図15に実線で示す。図15中実線で示すように、結晶化ガラスは、0.2μm〜2.9μmの波長の光を80%以上透過し、3〜4.5μmの波長の光を30%程度透過し、4.5μmよりも長い波長、及び、0.2μmよりも短い波長の光をほとんど透過しない。この光学特性のため鍋から放射される赤外線放射エネルギー(図14参照)の大部分はトッププレートを通過できない。 On the other hand, the optical characteristics of crystallized glass (top plate 2), which is a non-magnetic material, are shown by a solid line in FIG. As shown by the solid line in FIG. 15, the crystallized glass transmits 80% or more of light having a wavelength of 0.2 μm to 2.9 μm, and transmits about 30% of light having a wavelength of 3 to 4.5 μm. It hardly transmits light having a wavelength longer than 5 μm and a wavelength shorter than 0.2 μm. Because of this optical property, most of the infrared radiation energy radiated from the pan (see FIG. 14) cannot pass through the top plate.
赤外線センサとしては周知のように、赤外線フォトダイオード,赤外線フォトトランジスタのような量子型とサーモパイル、焦電素子のような熱型とがある。量子型センサは量子効果で赤外線を検出するため狭い波長帯域で高い感度を持ち、熱型は広い波長帯域で低い感度を持つのが特徴である。量子型は半導体の種類で感度波長が決められ、シリコンのように安価に購入できるものは実用感度波長が可視光外(0.8μm)から1μm以下のため、検出温度の範囲が300℃以上となる。一方熱型は量子型に比べ、可視光から20μm以下の広い波長帯域で均一の低い感度を持つ(原理的には波長依存性を持たない。)。このため、センサへの赤外線受光面の前に光学フィルタを設け、検出温度範囲波長を狭めて外乱を防ぐ。 As is well known, infrared sensors include quantum types such as infrared photodiodes and infrared phototransistors, and thermal types such as thermopiles and pyroelectric elements. The quantum type sensor is characterized by high sensitivity in a narrow wavelength band because it detects infrared rays by the quantum effect, and the thermal type has low sensitivity in a wide wavelength band. For the quantum type, the sensitivity wavelength is determined by the type of semiconductor, and those that can be purchased at a low cost, such as silicon, have a practical sensitivity wavelength of 1 μm or less from outside visible light (0.8 μm), so the detection temperature range is 300 ° C. or more. Become. On the other hand, the thermal type has a uniform and low sensitivity in a wide wavelength band of 20 μm or less from visible light as compared with the quantum type (in principle, it has no wavelength dependence). For this reason, an optical filter is provided in front of the infrared light receiving surface to the sensor to prevent disturbance by narrowing the detection temperature range wavelength.
本実施例では、調理温度範囲が100から250℃であるため、赤外線センサとして熱型であるサーモパイルを用いる。同じ熱型の焦電素子は微分型のセンサであるため、赤外線入射を断続する必要があり、普通機械的なチョッパ機構が使われる。このため、信頼性の点で誘導加熱調理器のような家電品に用いるのは不向きである。一方サーモパイルはこのような機構を必要とせず、また近年MEMS等の技術により半導体プロセスを用い構成する熱電対を微小化し多数堆積(パイリング)して感度を向上させたものが安価に供給されている。 In this embodiment, since the cooking temperature range is 100 to 250 ° C., a thermopile thermopile is used as the infrared sensor. Since the pyroelectric element of the same thermal type is a differential type sensor, it is necessary to interrupt infrared incidence, and a normal mechanical chopper mechanism is used. For this reason, it is unsuitable to use for household appliances like an induction heating cooker from the point of reliability. On the other hand, the thermopile does not require such a mechanism, and in recent years, a thermocouple that uses a semiconductor process is miniaturized by technology such as MEMS, and a large number of layers are piled up (piled) to improve sensitivity. .
近年多くの体温計に用いられるサーモパイルの光学フィルタとしては透過波長が1〜15μmのものが使われる。これはウィーンの変移則から人体の赤外線放射エネルギーのピーク波長が約10μm(体温36℃)であり、上記光学フィルタを用いるのが最適なためである。
In recent years, a thermopile optical filter used in many thermometers has a transmission wavelength of 1 to 15 μm. This is because the peak wavelength of the infrared radiation energy of the human body is about 10 μm (
この光学フィルタを有するサーモパイルを用いて、調理鍋の温度(25〜300℃)を非接触で計測するとサーモパイルの出力として図16に一点鎖線で示す出力が得られる。
これは前述のように調理鍋底面を黒体とみなして、これが放射する赤外線エネルギー(プランクの分布則に従う)がサーモパイルの感度で電圧に変換され所定の増幅をしたとして得たものである。このときサーモパイルの感度は波長1〜15μmである一定値とし、波長1〜15μmの赤外線は光学フィルタを一律に90%透過してサーモパイルに入射すると仮定している。
If the temperature (25-300 degreeC) of a cooking pot is measured non-contactingly using the thermopile which has this optical filter, the output shown with a dashed-dotted line in FIG. 16 will be obtained as an output of a thermopile.
As described above, the bottom surface of the cooking pan is regarded as a black body, and the infrared energy (according to Planck's distribution law) radiated from the cooking pan is converted into a voltage by the sensitivity of the thermopile and obtained as a result of a predetermined amplification. At this time, it is assumed that the sensitivity of the thermopile is a constant value having a wavelength of 1 to 15 μm, and infrared light having a wavelength of 1 to 15 μm is uniformly transmitted through the optical filter by 90% and enters the thermopile.
さてこのサーモパイルを図3の構成で鍋温度検出に使用した場合には、鍋底面からの赤外線はトッププレート2を透過してサーモパイル25に入射する。したがってトッププレート2の光学特性(図15実線)で透過する各波長の赤外線は制限される。前述したように約5μm以上の赤外線はほとんど透過せず、サーモパイル25に入射しない。上述と同様にこの場合の出力を計算すると図16に実線で示すものとなる。出力は1桁程度低下するのが分かる。このためサーモパイル25の出力を、従来の体温計等での使用される直流増幅器の増幅度に比べ1桁程度高い増幅度で直流増幅することが必要になる。
Now, when this thermopile is used for detecting the pan temperature in the configuration of FIG. 3, the infrared rays from the bottom of the pan pass through the
前述したように、サーモパイルはサーモカップル(熱電対)を多数積み重ねた(直列に接続)(パイリング)したものである。一つのサーモカップルの熱起電力をEiボルト/℃とし、これをN個接続すればサーモパイルの熱起電力VはN・Eiボルト/℃となる。
つまりパイル数Nのサーモカップル出力はN・Eiボルト/℃となる。今前述の体温計のように1000倍程度の増幅度で実用に供されるサーモパイルを誘導加熱調理器に使用するとした場合、前述のトッププレートの影響で10000倍の増幅度を必要とする。一般的に直流増幅器では、オフセット電圧の温度ドリフトにより1000倍程度の増幅度が限界と言われる。したがって、誘導加熱調理器に用いるサーモパイルでは、パイル数を数10から数100に増やしたものが用いられる。つまり一般のサーモパイルに比べパイル数を増やすことで感度を上げている。
As described above, a thermopile is a stack of thermocouples (thermocouples) stacked (connected in series) (piled). If the thermoelectromotive force of one thermocouple is Ei volts / ° C. and N are connected, the thermoelectromotive force V of the thermopile is N · Ei volts / ° C.
In other words, the thermocouple output of N piles is N · Ei volts / ° C. If a thermopile that is practically used with an amplification factor of about 1000 times as in the thermometer described above is used in an induction heating cooker, the amplification factor of 10,000 times is required due to the influence of the top plate. In general, in a DC amplifier, an amplification degree of about 1000 times is said to be a limit due to a temperature drift of an offset voltage. Therefore, in the thermopile used for the induction heating cooker, the number of piles increased from several tens to several hundreds is used. In other words, sensitivity is increased by increasing the number of piles compared to general thermopile.
サーモパイルでよく使われるサーモカップル金属対は図8で説明したように半導体プロセスで比較的容易に作成できるポリシリコン・アルミニウムであり、この熱起電力は約10μV/℃である。電磁調理器で用いるサーモパイルは、これをパイル数50程度に堆積したものが用いられる。 A thermocouple metal pair often used in a thermopile is polysilicon aluminum which can be made relatively easily by a semiconductor process as described with reference to FIG. 8, and its thermoelectromotive force is about 10 μV / ° C. As the thermopile used in the electromagnetic cooker, a stack of about 50 piles is used.
サーモカップルで物体の温度を計測する場合には、冷接点を氷点(0℃)に固定して測温接点を物体に接触させて計測する。サーモパイルは図8で説明したように、サーモカップルが多数堆積されたものであり、入射赤外線で加熱される多数の測温接点とシリコン基材38上にある多数の冷接点で構成される。そして冷接点は金属ケース37の金属ステム36にボンドで固定されるため、熱的にはサーモパイルの金属ケース37(金属キャン35と金属ステム36)が冷接点となっている。そしてこの金属ケース37は通常のサーモカップルのように氷点に固定することができない。
When measuring the temperature of an object with a thermocouple, the cold junction is fixed at the freezing point (0 ° C.) and the temperature measuring contact is brought into contact with the object. As described with reference to FIG. 8, the thermopile is formed by depositing a large number of thermocouples, and includes a large number of temperature measuring contacts heated by incident infrared rays and a large number of cold junctions on the
仮に、サーモカップルの熱起電力が10μV/℃、パイル数50、直流増幅器の増幅度を1000とすると、金属ケース37の温度が1℃変化すると、直流増幅器の出力では500mVの電圧変動になる。つまりサーモパイル25周囲の温度変動を押さえることが必要になる。
Assuming that the thermoelectromotive force of the thermocouple is 10 μV / ° C., the number of piles is 50, and the amplification factor of the DC amplifier is 1000, if the temperature of the
本実施例の鍋温度検出装置18は、加熱調理中の鍋底高温部を検出可能にするために、分割された加熱コイル7が発生する高周波磁界の磁束密度が最も強いコイル間隙7c直下に配置される。この位置は、加熱コイル7の下に放射状に配置される棒状フェライト11の間であり、磁束はほとんどフェライト中を通過するため漏れ磁束の少ない場所ではある。しかし加熱コイル7下面からの距離は20mm程度であるため漏れ磁束は大きく、ここに位置する金属を誘導加熱しその温度を上昇させる。例えば3kWの高周波電力を加熱コイルに入力してトッププレート2上に載置される調理容器である鍋を誘導加熱する場合には、この場所にある磁性体の鋼板では約30℃も温度上昇する。非磁性体のアルミニウムでも約5℃も温度上昇する。
The pan
調理中、誘導加熱される鍋底は100〜300℃の高温になる。そしてトッププレート2および下面の加熱コイル7も鍋底からの熱伝導,熱輻射で高温となる。
During cooking, the pan bottom heated by induction becomes a high temperature of 100 to 300 ° C. The
さらに加熱コイル7には十数アンペアの高周波電流を流すためコイル自身も発熱する。これらトッププレート,加熱コイルを冷却するため、コイル上面冷却風路15a,コイル下面冷却風送出孔15bには外気が導入され、前述のように加熱コイル7に風を当てて冷却する。
Furthermore, since a high frequency current of several tens of amperes flows through the
また、鍋温度検出装置18の配置される下には加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路8が冷却風路17a,17b中に配置される。このインバータ回路は20〜90kHz、十数アンペアの電流をスイッチングする回路から構成される。このため大きな電磁波を輻射することになる。
In addition, an
このように、鍋温度検出装置18、特に内蔵されるサーモパイル25は、(1)加熱コイル7からの漏れ磁束、(2)コイル冷却のための冷却風による温度変化、(3)インバータ回路から輻射される電磁波ノイズ、に晒されることになる。これら外乱に対応して、鍋温度検出装置18は加熱調理中の鍋底高温部を検出しなければならない。
As described above, the pan
前述したサーモパイル温度検出回路72の動作説明のごとく、サーモパイル25の出力が雰囲気温度で変化しないように、内蔵のNTCサーミスタ45を用いて回路的に温度補償をしている。しかし、NTCサーミスタ45はセラミックチップの上に薄膜で形成され、これを金属ステム36にボンド等で固定されているため、熱的には冷接点と等価である金属ステム36すなわち金属ケース37の温度変化に追従しにくく、時間遅れが生じる。また、温度抵抗特性の非線形性のため広い温度範囲で正確に温度補償するのが難しい。これらの点でサーモパイル25の周囲温度変化に即応して前述回路で十分な温度補償を行うのは難しい。具体的には1℃/10分程度の温度変化には対応できるが、1℃/1分程度の温度変化に追従させるのは困難である。前述したように、誘導加熱調理開始と同時に加熱コイル7を冷却するため外気が導入される。前の調理である程度、鍋温度検出装置18と周囲の雰囲気温度が上昇していた場合には、このとき鍋温度検出装置18は急速に(1℃/1分以上で)冷却されることになる。
As described for the operation of the thermopile
サーモパイル25が内蔵される鍋温度検出装置18はなるべく一定温度雰囲気におくのが望ましい。このため、本実施例では、外気が導入されるコイル上面冷却風路15a内に鍋温度検出装置18を設置し調理中には外気でサーモパイル25とサーモパイル温度検出回路72を冷却しこれらの温度上昇を防止している。また、コイル上面冷却風路15a内の気流がサーモパイル25の金属ケース37およびサーモパイル温度検出回路72の半導体、抵抗等に直接当たり熱ゆらぎを起こすのを防ぐため、防風ケースである赤外線センサケース29でこれを覆っている。また、サーモパイル25とサーモパイル温度検出回路72は赤外線センサケース29内の空気で空気断熱されることにもなる。温度変化に対して安定にサーモパイル25の出力を直流増幅した後低い出力インピーダンスの信号電圧として、後述するマイクロコンピュータ60のAD端子に出力している。
It is desirable that the pan
さらに、この赤外線センサケース29をアルミニウム等の透磁率がほぼ1である金属ケース32で覆い、加熱コイルが発生する交流磁場を遮蔽することでサーモパイル25の金属ケース37が加熱コイル7の発生する高周波交流磁界で誘導加熱され温度上昇しないようにしている。また、この金属ケース32は、鍋温度検出装置18の下部に配置されるインバータ回路からのパルス雑音(放射電磁波)に対しての電磁シールドにもなっている。
Further, the
この金属ケース32は、加熱調理中には周囲雰囲気温度および加熱コイル7からの漏れ磁束で誘導加熱され、アルミニウムの場合5〜10℃温度上昇する。この温度上昇がおさまる前に続けて調理を行う場合、外気を急速に導入して金属ケース32に当てると金属ケース32が急速に冷え、結果赤外線センサケース29内のサーモパイル25の周囲温度が急に低下することになる。この逆の場合、例えば冬朝一番に調理を行う場合、機体内の金属ケース32は夜十分に冷却され5℃程度にあり、使用者が20℃に暖房された調理室で調理を開始した場合には、この暖気がコイル上面冷却風路15aに導入され、20℃の暖気が5℃の金属ケース37に当てられることになる。本実施例では、このような外気による金属ケース32の急激な温度変化を防止するために、この金属ケース32を更にプラスチックの外側赤外線センサケース33で覆っている。これで金属ケース32に直接冷却風をあてずに風による温度急変を防止している。
The
さて、トッププレート2は誘導加熱された調理鍋6から赤外線放射を吸収することおよび接触熱伝導とで加熱される。図15で実線に示すように、トッププレート2は0.2μm〜2.9μmの波長の光を80%以上透過し、3〜4.5μmの波長の光を30%程度透過し、4.5μmよりも長い波長、及び、0.2μmよりも短い波長の光をほとんど透過しない。
Now, the
放射エネルギーが物質表面に入射すると、その一部ρは反射され、一部αは吸収され、残りτは透過する。これらの量の間には、エネルギー保存則からρ+α+τ=1が成立する。トッププレート2上に調理鍋6が置かれた状態では、調理鍋6の赤外線放射エネルギーのトッププレート2での反射はほとんどゼロとみなせるため、トッププレート2では吸収率α+透過率τ=1が成立していると見てよい。キルヒホフの法則より吸収率α=放射率εであるため、トッププレート2は調理鍋6からの赤外線放射エネルギーのうち、0.2μm〜2.9μmの波長では80%以上透過し、残り20%を吸収しこれを放射する。また3〜4.5μmの波長では30%程度透過し、残り70%を吸収しこれを放射する。4.5μmよりも長い波長、及び、0.2μmよりも短い波長ではほとんど透過せず、すべてを吸収してこれを放射する。熱伝導で加熱された分も同様である。波長4.5μm以上では熱伝導加温の赤外線エネルギーはほとんどトッププレート2表面から放射される。
When the radiant energy is incident on the surface of the material, a part ρ is reflected, a part α is absorbed, and the remaining τ is transmitted. Between these quantities, ρ + α + τ = 1 holds from the law of conservation of energy. In the state where the
このため、サーモパイル25を使用して、トッププレート2上の調理鍋6の温度を検出する場合にはトッププレート2自身の加熱が放射する赤外線が問題となる。特に図15に斜線で示す波長の赤外線が問題となる。例えばサーモパイル25に付属する光学フィルタ48の透過波長が1〜15μmであれば、トッププレート2が放射する4.5μmよりも長い波長の赤外線によってサーモパイル25の出力が大きく影響を受け、トッププレート2上の調理鍋底の温度を正確に検出できないことになる。トッププレート2を透過する鍋の放射赤外線エネルギーは1μm〜2.9μmの約2μmの帯域、これに対しトッププレート2自身が放射する赤外線エネルギーは4.5μm〜15μmの約10μmの帯域であり、同じ温度であればサーモパイル出力のうち、調理鍋6の温度による分の5倍がトッププレート2の温度によることになる。
For this reason, when detecting the temperature of the
本実施例では、上記を防止するためサーモパイル25で構成される鍋温度検出装置18の赤外線センサケース29に、赤外線を透過させるためのケース窓30を開け、このケース窓30にトッププレート2を構成する結晶化ガラスを薄く正方形に切り出したものを結晶化ガラス光学フィルタ31として嵌め込んである。そしてサーモパイル25に入射する赤外線の内トッププレート2が放射する分を除去する。トッププレートが放射する図15に斜線で示す部分の波長は結晶化ガラス光学フィルタ31の光学特性によって(図15に斜線で示す部分の波長は透過しない)サーモパイル25への入射が阻止される。
In the present embodiment, in order to prevent the above, a
結晶化ガラス光学フィルタ31をトッププレート以外の材料で作成しても良いが、図15で実線に示すような急峻な特性を示す光学フィルタを作成するのは非常に困難で高価なものになる。
Although the crystallized glass
また、結晶化ガラス光学フィルタ31は、その下に配置されるリフレクタ28のアルミニウム蒸着反射鏡面28bがトッププレート2の赤外線透過窓5から見えなくする効果をもたせている。前述したように(図15の破線で示すように)1μm以上の長波長側の光学特性はトッププレート2とほぼ同じだが、短波長側でトッププレートに比べて透過率小の領域が400nmほどあり、この部分の可視光がカットされるため目には赤黒く見え、アルミニウム鏡面を見えなくしている。
Further, the crystallized glass
更に、サーモパイル25の光学フィルタ48として波長5μm以上を透過させない5μmショートパスフィルタ(図15に薄線で示す)を用いている。これは周囲温度で暖められる結晶化ガラス光学フィルタ31自身および赤外線センサケース29が放射する赤外線をも波長5μm以上は透過させないようにするためである。というのは先に述べたように鍋から放射される1〜2.9μmの赤外線エネルギーはトッププレートで通過を制限されているため非常に微小であり、サーモパイル25の出力増幅を大きくせざるを得ないため周囲温度での5μm以上の赤外線放射に敏感であり、徹底的に鍋底以外からの4.5μm以上の赤外線がサーモパイルの赤外線吸収膜43に入射するのを防止する必要があるためである。
Further, a 5 μm short-pass filter (shown by a thin line in FIG. 15) that does not transmit a wavelength of 5 μm or more is used as the
結晶化ガラス光学フィルタ31自身および赤外線センサケース29が70℃であるとして、これが放射する赤外線によってサーモパイル25が出力する電圧を計算すると図16にAで示すものになる。ここでサーモパイル25の光学フィルタ48としては1〜15μmの波長を90%透過するものとした。この電圧は同図実線で示すトッププレート2上の鍋底が300℃のときのサーモパイル25が出力する電圧とほぼ同じである。つまり、光学フィルタ48の通過帯域を5μm以下に制限しないと、鍋温度検出装置18が70℃以上の雰囲気ではトッププレート2上の鍋温度を検出できない。
Assuming that the crystallized glass
以上の理由からも、本実施例では鍋温度検出装置18をコイル上面冷却風路15a内に設置している。
Also from the above reason, in this embodiment, the pan
図17に黒体に近い状態の鍋底面を有するテンプラ鍋を図3の実施例で誘導加熱した場合の、鍋底面温度Tとサーモパイル温度検出回路72出力端子72−2の出力電圧Vの関係を示す。図中破線で示すのは、サーモパイル温度検出回路72で抵抗72−9,ダイオード72−10が無い場合である。この場合、前述したようにサーモパイル出力は温度の4乗に比例するため、鍋底面温度Tが200℃を越えると出力が急上昇して、回路出力は電源電圧5Vに飽和する。これを防止するのがダイオード72−10と抵抗72−9の回路である。出力が1.8Vを越える近傍からオペアンプ72−1の増幅度を低下させ、図中実線で示すように400℃まで出力が飽和しないようにすることで、検出できる温度範囲を回路で拡大している。
FIG. 17 shows the relationship between the pan bottom temperature T and the output voltage V of the thermopile
常温から100℃まではほぼ0.5Vであり、100℃を越えると温度に比例した電圧が出力される。0.5Vはサーモパイル温度検出回路72の電源電圧(5V)を抵抗72−5,72−6,72−7で分圧した電圧(図11中a点で示す)0.5Vがオペアンプ72−1のバイアス電圧として与えてあるためである。100℃を越えるとサーモパイル25の出力電圧が大きくなり、オペアンプ72−1で約2000倍に増幅されて0.5V以上の電圧として観測される。このバイアス電圧はサーモパイル温度検出回路72の故障検出用に与えてある。出力端子72−2の出力電圧値からこの0.5Vを引いた値(0.5Vからの電圧上昇値)が検出した鍋底面温度に比例したものである。マイクロコンピュータ60はサーモパイル温度検出回路72出力端子72−2の出力電圧をAD変換して読み込むが、この電圧から0.5Vを引いた値である鍋温度検出電圧Vt(=V−0.5)をもとに鍋温度を得る。図17の関係は予めマイクロコンピュータ60のROMにテーブルデータとして記憶しておく。
The voltage from room temperature to 100 ° C. is almost 0.5 V, and when the temperature exceeds 100 ° C., a voltage proportional to the temperature is output. 0.5V is a voltage obtained by dividing the power supply voltage (5V) of the thermopile
鍋温度検出装置18に内蔵される反射型フォトインタラプタ26を図3に示すように配置するとトッププレート2上に調理鍋がない場合、赤外線LED50の放射した赤外光(波長930nm)は大部分が結晶化ガラス光学フィルタ31およびトッププレート2を透過し赤外線フォトトランジスタ51には戻ってこない。しかし一部は結晶化ガラス光学フィルタ31およびトッププレート2で反射される。これは結晶化ガラス光学フィルタ31およびトッププレート2の透過率が波長930nmで85%および90%であり、残り15%および10%の赤外光は反射されるためである。特に結晶化ガラス光学フィルタ31で反射される分はすぐ横にある赤外線フォトトランジスタ51に直接戻るため、本実施例では図3に示すように、反射型フォトインタラプタ26前面を結晶化ガラス光学フィルタ31下面に接するように配置してこの反射光が赤外線フォトトランジスタ51に入射するのを防止している。また、赤外線LEDの放射角度のため、トッププレート下面に到達せず経路途中にある物体(センサ視野筒19内面)で反射される赤外光もある。
When the reflection
このため図18に示すように反射率検出回路73の出力は、トッププレート上に鍋がある場合(a)V1となり、鍋がない場合(b)V2となる。正味の鍋での反射電圧VrはVr=V2−V1となる。
Therefore, as shown in FIG. 18, the output of the
反射率検出回路73を図3に示すように配置して、トッププレート上に反射率が既知の金属板を配置したときの反射率検出回路73の出力から得られる先の反射電圧Vrと反射率の関係を図19に示す。図中に近似線も示す。この関係を用いれば、反射率検出回路73の出力電圧から反射率が得られる。そしてこの関係をテーブルデータにあるいは近似式の係数値をあらかじめマイクロコンピュータ60のROMに記憶しておく。
The
調理鍋のような金属物質ではキルヒホフの法則により温度Tの物質表面から放射される赤外線エネルギー(E=εσT4)の放射率εと表面の反射率ρの間にはε+ρ=1の関係が成立する。(透過率α=0とする)調理鍋では放射率の違いにより同じ鍋底温度でありながら、放射される赤外線エネルギーが異なる。このためサーモパイル出力すなわち鍋温度検出装置18の出力が異なるという問題が生じる。そこで調理鍋底の反射率を検出して放射率を求め鍋温度検出装置18の出力を補正してから温度に換算する必要がある。これを行うために先に説明した反射率に相当する量である反射電圧Vrを求め、これから反射率を得るのが反射率検出回路73である。この反射率を1から引いて放射率を得る。
In a metal material such as a cooking pot, a relationship of ε + ρ = 1 holds between the emissivity ε of infrared energy (E = εσT 4 ) radiated from the surface of the material at temperature T and the reflectance ρ of the surface according to Kirchhoff's law. To do. In a cooking pan (transmittance α = 0), the infrared energy radiated differs due to the difference in emissivity, while the same pan bottom temperature. For this reason, the problem that a thermopile output, ie, the output of the pan
図20にトッププレート2に置かれた数種の鍋について、鍋温度検出装置18の出力(サーモパイル温度検出回路72の出力V)から前述した0.5Vのオフセット電圧Voを引いた値Vt(鍋温度検出電圧)と鍋底面温度Tとの関係の一例を示す。図中に各鍋底面の放射率も示す。図20に示すように放射率によって鍋温度検出装置18の出力と鍋底温度の関係が異なることがわかる。図20の(a)で示す鍋は放射率が0.9と黒体に近い。(b)は放射率が0.57、(c)は0.43、(d)は0.24である。(b),(c),(d)の電圧値を放射率で除算すると、図中に破線でしめすものとなり、ほぼ1本の曲線に集約することができることが分かる。各出力Vtは各鍋の全放射エネルギー(E′=εσT4)に比例し、これを放射率で除算するのは、前述したように黒体の全放射エネルギー(E=σT4)に換算することを意味する。そして各鍋の放射率が分かれば、各鍋の鍋温度を黒体の放射温度に還元できることを意味している。例えば図3実施例でトッププレート上に黒体を配置して、黒体温度Tと鍋温度検出装置18の出力Vから0.5を引いた値である鍋温度検出電圧Vtを求め、このTとVtの関係を記録し、これをテーブルデータにあるいは近似式の係数値としてあらかじめマイクロコンピュータ60のROMに記憶しておく。そして、鍋を誘導加熱しているとき、一定時間ごとに鍋温度検出装置18の出力VをAD変換して読み込み、鍋温度検出電圧Vt=V−0.5の演算を施した後、反射率検出回路73で反射率を前述したように得て、この反射率ρをもとにキルヒホフの法則(ρ+ε=1)から放射率εを得、鍋温度検出電圧Vtをこれで除算した後、この値でテーブルデータを牽くあるいは近似式に代入して、鍋温度検出電圧Vtから温度Tを求め、これを検出鍋温度とする。本実施例の鍋温度補正は以上に基づいて行う。
For several types of pans placed on the
図21に、各鍋において放射温度計を用いて計測した放射率と図3で反射率検出回路73を用いて得た反射率(図19の関係の近似式を適用)の関係を示す。鍋によってキルヒホフの法則からはずれるものもあるが、放射率と反射率の間には強い相関がある。キルヒホフの法則から外れるのは反射率の検出において、鍋表面での散乱により反射赤外線の全てを受光していないためである。反射率を求める際には、赤外線LED50の放射光がトッププレート2になるべく垂直に入射させ、鍋での反射光をなるべく垂直に赤外線フォトトランジスタ51に導くのが望ましい。本実施例では鍋温度検出装置18内のサーモパイル25のトッププレート2上位置での視野面とこの反射率検出発光のトッププレート2上での反射面は同一面である。このため、図3に示すように鍋温度検出装置18内にサーモパイル25と反射型フォトインタラプタ26を並べて配置している。
FIG. 21 shows the relationship between the emissivity measured using a radiation thermometer in each pan and the reflectance obtained by using the
以下では、本実施例の動作について、手前右側の円表示4に調理鍋6を置き、所定温度で所定時間調理鍋を加熱して調理を行う場合として説明する。図22にこの動作のフローチャートを示す。図示していない電源を投入し、調理鍋6を置いた誘導加熱口の操作スイッチで所定の温度および調理時間を設定し(ステップS1)調理開始を指示すると(ステップS2)、マイクロコンピュータ60はまず反射率検出回路73を制御して載置された鍋の反射データ(反射率に相当)を取込み反射率を検出する(ステップS3)。同時に加熱コイル7およびインバータ回路8等を冷却するため、図示しないファンを駆動してコイル上面冷却風路15a,コイル下面冷却風送出孔15bに外気を導入する。
Below, operation | movement of a present Example demonstrates the case where the
反射率を検出するステップS3を図23に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。マイクロコンピュータ60は反射率検出回路73の端子73−2にポートから図16(a)の赤外線LED駆動信号を出力する(ステップS3−1)。所定時間例えば200ms出力した後(ステップS3−2)、端子73−8に出力される電圧V2をAD端子より読み込む(ステップS3−3)。そして赤外線LED駆動信号を停止する(ステップS3−4)。次に予め記憶されている鍋が置かれていない時の電圧V1を先に読み込んだ電圧V2から引き反射電圧Vrを算出する(ステップS3−5)。そして予め記憶されている反射電圧と反射率の関係から反射率ρを得る(ステップS3−6)。
Step S3 for detecting the reflectance will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG. The
ステップS3に続いて、電力制御回路62,周波数制御回路61,インバータ回路8を制御して加熱コイル7に電力を供給し誘導加熱を開始する(ステップS4)。加熱コイル7に電力が供給されると、加熱コイル7から誘導磁界が発せられ、トッププレート2上の調理鍋6が誘導加熱される。この誘導加熱によって調理鍋6の温度が上昇し、調理鍋6内の被加熱物の調理が開始される。マイクロコンピュータ60は誘導加熱を開始すると、一定時毎に鍋温度検出装置18の出力を読み込み、鍋温度を検出する(ステップS5)。
Subsequent to step S3, the power control circuit 62, the frequency control circuit 61, and the
ここで、鍋温度検出動作(ステップS5)を詳細に説明する。図24に鍋温度検出のフローチャートを示す。マイクロコンピュータ60は鍋温度検出装置18(鍋温度検出回路72)の出力電圧Vを読み込み(ステップS5−1)、この値から0.5Vを引きこれを鍋温度検出電圧Vtとする(ステップS5−2)。そして、誘導加熱直前に検出した反射率から、放射率(=1−反射率)を得て(ステップS5−3)、この鍋温度検出電圧Vtを除算する(ステップS5−4)。除算後のVtを用い予め記憶してあるVtとTの関係であるデータテーブルを引いて(ステップS5−5)、温度Tに変換し鍋温度Tを出力する(ステップS5−6)。
Here, the pan temperature detection operation (step S5) will be described in detail. FIG. 24 shows a flowchart of the pan temperature detection. The
なお、放射率を算出する過程(ステップS5−3)と鍋温度検出電圧Vtを放射率で除算する過程(ステップS5−4)の代わりに、予め倍率a=1/放射率(a=1/ε)の値(1以上の値になる)と反射率(あるいは反射電圧Vr)の関係をテーブルとして記憶し、反射率(あるいは反射電圧Vr)から前記テーブルで倍率aを得て、鍋温度検出電圧Vtに倍率を乗算したのち、VtとTの関係であるデータテーブルを引いて鍋温度Tを出力してもよい。こうすれば、マイクロコンピュータの処理時間を要する除算を使用しなくてすみ処理の高速化が図れる。 Instead of the process of calculating the emissivity (step S5-3) and the process of dividing the pan temperature detection voltage Vt by the emissivity (step S5-4), the magnification a = 1 / emissivity (a = 1/1 / The relationship between the value of ε) (becomes a value of 1 or more) and the reflectance (or reflection voltage Vr) is stored as a table, the magnification a is obtained from the reflectance (or reflection voltage Vr) with the table, and the pan temperature is detected. After multiplying the voltage Vt by the magnification, the pan temperature T may be output by drawing a data table that is a relationship between Vt and T. In this way, it is possible to speed up the processing without using a division requiring a processing time of the microcomputer.
ステップS5で検出した温度が所定の温度に到達したら(ステップS6)、電力制御回路62を制御して加熱コイル7に供給する電流を所定量減少させる(ステップS7)。そして調理時間タイマーをスタートさせる(ステップS8)。一定時毎の鍋温度検出(ステップS9)を続けながら(ステップS10)、加熱コイル7に供給する電流を所定量増減させて(ステップS11,S12)、鍋温度を一定(Tc)に保つ。そして所定の調理時間が経過したら(ステップS13)、調理終了をブザーで使用者に報知して、加熱コイル7への電力投入を停止する(ステップS14)。こうして、調理鍋6の被調理物は設定された温度および時間で調理される。
When the temperature detected in step S5 reaches a predetermined temperature (step S6), the power control circuit 62 is controlled to decrease the current supplied to the
以上の説明では反射率検出を誘導加熱直前に1度だけ行う例を示したがこれに限ることはない。通常の鍋では誘導加熱中(温度が高温になっても)反射率は変化しない。また、赤外線発光LEDでは長時間連続発光において寿命の問題がある。本説明ではこれらの点を考慮して1調理につき誘導加熱直前の1回の反射率検出に限定した。当然、発光電流を低減して調理中に一定周期で反射率検出を行っても良い。特に薄手の鍋では高温による鍋底変形で反射率が変化することもある。さらに色塗装を底面に施した鍋では、高温で塗装が変性し反射率が変化することもある。この場合には加熱中でも定期的に反射率検出を行うのが望ましい。この場合当然磁場の影響を避けるために、実施例のように非磁性金属体で反射型フォトインタラプタ26および反射率検出回路73を囲うのが望ましい。
In the above description, the example in which the reflectance detection is performed only immediately before the induction heating is shown, but the present invention is not limited to this. In ordinary pans, the reflectance does not change during induction heating (even when the temperature rises). In addition, the infrared light emitting LED has a problem of life in continuous light emission for a long time. In this description, in consideration of these points, one cooking is limited to one reflectance detection immediately before induction heating. Naturally, the reflectance may be detected at regular intervals during cooking by reducing the emission current. Especially in thin pans, the reflectivity may change due to pan deformation due to high temperature. Furthermore, in pans with color coating on the bottom, the coating may be denatured at high temperatures and the reflectivity may change. In this case, it is desirable to periodically detect the reflectance even during heating. In this case, of course, in order to avoid the influence of the magnetic field, it is desirable to surround the
また、調理中に鍋を別の鍋に交換する場合もある。この時反射率は当然変化する。この場合には今ある鍋を退かした時点で鍋温度検出装置18の検出する電圧が急激に低下する。そして別温度の鍋を置いた時点で鍋温度検出装置18の検出する電圧はこの鍋底面温度に対応する値に復帰する。この変化を捉え再度反射率の検出するのが望ましい。
In some cases, the pan may be replaced with another pan during cooking. At this time, the reflectivity naturally changes. In this case, the voltage detected by the pan
続いて、図25〜図29を用いて、実施例2を説明する。実施例1の構成と共通する部分については説明を省略する。 Then, Example 2 is demonstrated using FIGS. 25-29. A description of portions common to the configuration of the first embodiment will be omitted.
図8で説明したサーモパイル25は、赤外線が通過する小穴の窓47には光学フィルタ48が配置されたもので、この光学フィルタ自体には集光作用がないため、リフレクタ28を装着して集光していた。実施例2の誘導加熱調理器では、図8で説明したサーモパイル25に代え、図25に示すサーモパイル25を用いる。なお、図25で図8と同一符号は同一物を示す。図25に示すサーモパイル25は、図8で説明した光学フィルタ48に替えてトッププレート2と同一の結晶化ガラスで凸レンズ49を作成しこれを小穴の窓47に配置したものである。この結晶化ガラス凸レンズ49は赤外線透過窓5の視野範囲が赤外線吸収膜43に焦点を合わせるように設計される。このため金属キャン35は図8のものより背が高くなる。図26にこのサーモパイル25にヒートシンク55を装着した様子を示す。前述したようにサーモパイルは金属ケース37が熱的には熱電対の冷接点と同じであり、この温度変動がそのままサーモパイル出力変動となってしまう。そのため、ヒートシンク55を熱バッファ(熱容量を大きくする)として装着して周囲温度変化に対する出力変動を減少させる。図27にこのサーモパイル25を反射型フォトインタラプタ26と一緒に電子回路基板27に実装した様子を示す。
The
実施例2の鍋温度検出装置18を図28に示す。図6,図7,図9と同一符号は同一物を示す。実施例2は、鍋温度検出装置18の赤外線センサケース29内にヒートシンク55を装着した図25に示すサーモパイル25と反射型フォトインタラプタ26を組み込んだものである。図28(a)に示すように、電子回路基板27に上向きに実装されたサーモパイル25と反射型フォトインタラプタ26は、前面(赤外線受光面)を結晶化ガラス光学フィルタ31直下に配置されて赤外線センサケース29内に密封される。赤外線センサケース29は加熱コイル7からの交流磁束およびインバータ回路8からの電磁波を遮蔽するアルミニウム金属ケース32で覆われ、更にアルミニウム金属ケース32の冷却風による急激な温度変化を防止するため内側に断熱材34を含んだ外側赤外線センサケース33で覆われている。実施例1の3重構造との違いは、外側赤外線センサケース33内側に断熱材34を内蔵した点である。これは実施例1より強固にサーモパイル25周囲の温度変化を減少させ鍋底の温度検出を安定にするためである。
FIG. 28 shows a pan
図28(b)に(a)中のB−B′線に沿った断面図を示す。これは赤外線センサケース29内に設置されるサーモパイル25、これに装着されるヒートシンク55と反射型フォトインタラプタ26が電子回路基板27に実装される様子を示す。
FIG. 28B is a sectional view taken along line BB ′ in FIG. This shows a state in which the
また、反射型フォトインタラプタ26前面の発光,受光部を結晶化ガラス光学フィルタ31の下面直下に配置している。これは赤外線発光が直上の結晶化ガラス光学フィルタ31で反射され、受光されるのを防止するためである。
In addition, the light emitting and receiving portions on the front surface of the
赤外線LED50の赤外線発光は結晶化ガラス光学フィルタ31を85%以上透過するが、残り15%は反射され、すぐ横の赤外線フォトトランジスタ51で受光される。反射面との距離が短いとこのレベルは大きく、本来目的であるトッププレート2上にある鍋底面での反射光の受光に影響する。このため本実施例では、図示するように結晶化ガラス光学フィルタ31と反射型フォトインタラプタ26(赤外線LED50および赤外線フォトトランジスタ51)の発光・受光面との距離を500μm以内程度にまで接近させ、発光赤外線の反射が赤外線フォトトランジスタ51で受光されないようにしている。理想的には結晶化ガラス光学フィルタ31下面と反射型フォトインタラプタ26の上面を接触させたほうが望ましいが、組み立て公差の点で難しい。
Infrared light emitted from the
実施例2での鍋温度検出とその補正動作は前述した実施例1と同様であるので説明を省略する。 Since the pan temperature detection and its correction operation in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
図29(b)に、鍋温度検出装置18の加熱コイル7下への他の設置実施例を示す。前述した図3,図4実施例では鍋温度検出装置18を、図29(a)に示すように加熱コイル7のコイル間隙7c直下の位置でコイル上面冷却風路15aの中に配置したが、実施例2では鍋温度検出装置18をコイル上面冷却風路15aの外に配置している。コイルベース10の外空洞壁14bの一部を、コイル間隙7c下内側に膨らませてセンサ視野筒19に沿わせ、これに合わせてコイル上面冷却風路15aの壁とコイル上面冷却風送出孔15cを変形させ、鍋温度検出装置18をコイル上面冷却風路15aの外に配置することを可能にしている。そしてコイル冷却風の流れを阻害せずに、かつコイル冷却風が鍋温度検出装置18に当たらないようにしている。こうすることで、鍋温度検出装置18の調理時の冷却風(外気)による急激な温度変化を防止すると共に加熱コイル7の効率的な冷却を可能にしている。
FIG. 29B shows another installation example of the pan
以上説明した誘導加熱調理器によれば調理温度150から300℃の広い温度範囲において、鍋の材質,鍋底の形状,汚れの強弱によらず調理鍋6の加熱最高温度を正確に安定して検出でき、適切に過熱コイルへの高周波電力を制御することで最適な調理が可能となる。
According to the induction heating cooker described above, the maximum heating temperature of the
また、サーミスタのように温度検出遅れがないため空焚き等の急激な鍋底最高温度上昇にも追随でき、これを検出して油発火等の恐れがあるときには誘導加熱を即停止することも可能になり、安全な誘導加熱調理器を提供できる。 In addition, unlike the thermistor, there is no temperature detection delay, so it is possible to follow a sudden rise in the maximum temperature at the bottom of the pan such as emptying, and if there is a risk of oil ignition, induction heating can be stopped immediately. Therefore, a safe induction heating cooker can be provided.
1 誘導加熱調理器の本体
2 トッププレート
3 操作部
4 調理鍋を置く位置を示す円表示
5 赤外線透過窓
6 調理鍋
7 加熱コイル
7a 第1のコイル
7b 第2のコイル
7c コイル間隙
7d 架橋線
8 インバータ回路
10 コイルベース
11 フェライト
14a 内空洞
14b 外空洞壁
15 コイル冷却風路
15a コイル上面冷却風路
15b コイル下面冷却風送出孔
15c コイル上面冷却風送出孔
16 シール材
18 鍋温度検出装置
19 センサ視野筒
21 サーミスタ
21a 低電圧端子
21b 高電圧端子
25 サーモパイル
26 反射型フォトインタラプタ
27 電子回路基板
28 リフレクタ
29 赤外線センサケース
30 ケース窓
31 結晶化ガラス光学フィルタ
32 金属ケース
33 外側赤外線センサケース
34 断熱材
35 金属キャン
36 金属ステム
38 シリコン基材
39 シリコン酸化膜
40 ポリシリコン蒸着膜
41 アルミ蒸着膜
42 測温接点部
43 赤外線吸収膜
44 冷接点部
45 NTCサーミスタ
46 金属ピン
47 窓
48 光学フィルタ
49 結晶化ガラス凸レンズ
50 赤外線LED
51 赤外線フォトトランジスタ
55 ヒートシンク
60 マイクロコンピュータ
61 周波数制御回路
62 電力制御回路
63 整流回路
64 電源スイッチ
68 操作スイッチ
69 表示回路
70 ブザー
72 サーモパイル温度検出回路
72−1,73−6 オペアンプ
72−9 抵抗
72−10 ダイオード
73 反射率検出回路
73−5 コンデンサ
73−7 充放電回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該トッププレートの下に設けられた加熱コイルと、
該加熱コイルへ高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
該高周波電力供給手段の出力電力を制御する電力制御手段と、
前記調理容器の底面からの放射赤外線量を検出するサーモパイルと、を備えており、
前記サーモパイルは、
金属キャンと金属ステムからなる金属ケースと、
前記金属キャンに設けられた、赤外線が通過する小穴の窓と、
該小穴の窓に配置された光学フィルタまたはレンズと、
前記金属ステムに固定されたシリコン基材と、
該シリコン基材の表面に設けられたシリコン酸化膜と、
該シリコン酸化膜上に多数作成され従属接続された熱電対と、
前記シリコン基材の中央部の測温接点に形成された赤外線吸収膜と、
前記シリコン基材の周囲に設けられ、前記金属ケースと熱的に接続された冷接点部と、で構成され、
該サーモパイルには、前記金属ケースと熱的に接続されたヒートシンクが装着されていることを特徴とする誘導加熱調理器。 A top plate made of crystallized glass with a cooking vessel on top;
A heating coil provided under the top plate;
High-frequency power supply means for supplying high-frequency power to the heating coil;
Power control means for controlling the output power of the high-frequency power supply means;
A thermopile for detecting the amount of infrared radiation emitted from the bottom surface of the cooking container,
The thermopile is
A metal case consisting of a metal can and a metal stem;
Provided in the metal can, a small hole window through which infrared rays pass;
An optical filter or lens disposed in the small hole window;
A silicon substrate fixed to the metal stem;
A silicon oxide film provided on the surface of the silicon substrate;
Many thermocouples created and cascade-connected on the silicon oxide film;
An infrared absorption film formed at a temperature measuring contact at the center of the silicon substrate;
A cold junction portion provided around the silicon base material and thermally connected to the metal case; and
An induction heating cooker, wherein the thermopile is equipped with a heat sink thermally connected to the metal case.
前記ヒートシンクは、前記金属ケースの熱バッファとして機能し、周囲温度変化に対する前記サーモパイルの出力変動を減少させることを特徴とする誘導加熱調理器。 The induction heating cooker according to claim 1,
The induction heat cooker, wherein the heat sink functions as a heat buffer for the metal case and reduces output fluctuation of the thermopile with respect to a change in ambient temperature.
前記サーモパイルは、該サーモパイルの出力信号を増幅するサーモパイル温度検出回路、前記調理鍋の赤外線反射率を検出する反射率検出回路、および、これらを実装した電子回路基板とともに、赤外線センサケース内に収納されていることを特徴とする誘導加熱調理器。 The induction heating cooker according to claim 1,
The thermopile is housed in an infrared sensor case together with a thermopile temperature detection circuit that amplifies the output signal of the thermopile, a reflectance detection circuit that detects the infrared reflectance of the cooking pan, and an electronic circuit board on which these are mounted. An induction heating cooker characterized by
Priority Applications (1)
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