JP2011034743A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

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Shogo Shinohara
章吾 篠原
Tetsuya Shoji
哲也 庄子
Gichu Ota
義注 太田
Masabumi Suzaki
正文 須崎
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    • H05B2213/07Heating plates with temperature control means

Abstract

【課題】トッププレートから放射される赤外線放射エネルギーの影響を受けないで鍋の温度を正確に測定できる赤外線センサを用い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】加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ手段と、鍋から放射される赤外線放射エネルギーをトッププレートを介して検出する赤外線センサと、鍋下のトッププレートの下面に密着して設けられ、鍋の温度をトッププレートを介して検出する温度センサと、温度センサの検出値に応じてトッププレートから放射される赤外線放射エネルギーを事前に組み込み、赤外線センサで検出した赤外線放射エネルギーから温度センサの検出値に応じてトッププレートから放射される赤外線放射エネルギーを除いた赤外線放射エネルギーから鍋の温度を算出し、その温度情報を基に加熱コイルへの前記高周波電力の通電を制御する制御手段とを備えたものである。
【選択図】 図4

Description

本発明は、トッププレート上に載置された鍋の温度を検出するセンサを備えた誘導加熱調理器に関するものである。
誘導加熱調理器において、トッププレート上に載置された被加熱物である鍋の温度を検出する方法として、トッププレートを介して鍋から伝達される温度を検出するサーミスタ方式と、鍋から放射される赤外線放射エネルギーをトッププレートを介して検出する赤外線センサ方式がある。
前記サーミスタ方式は、サーミスタをトッププレートの下面に密着させ、鍋の温度をトッププレートを通してサーミスタで検出するため、鍋の温度が直接サーミスタに伝わらず、温度の追従性が悪いという問題がある。
また、赤外線センサ方式は、加熱コイルの中央空間部又は内側コイルと外側コイルとの空間部の下方に赤外線センサを配置し、前記空間部を通してトッププレート上に載置された鍋から放射される赤外線放射エネルギーを検出し、そのエネルギー量で鍋の温度を検出するものである。
この方式は、サーミスタ方式のように、鍋と赤外線センサとの間に温度の追従性の問題は生じないが、鍋から放射される赤外線放射エネルギーの量が鍋底の色の違いによって放射面からの放射率が異なり、同じ鍋温度でも異なる温度として測定される問題がある。
そこで、この問題に対処する方法として、特許文献1に示すように、鍋の反射率を測定して該反射率から放射率を算出し、算出した放射率と鍋から放射される赤外線放射エネルギーの値から鍋の温度を算出し、さらに、赤外線センサの受光面に所定帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルターを設け、測定誤差となるトッププレート自身から放射される赤外線や外乱光をカットして温度測定の精度を向上させた加熱調理器がある。
特開2004−327053号公報
特許文献1に示されている発明は、赤外線放射エネルギーを測定する際にトッププレート自身から放射される赤外線をバンドパスフィルターで取り除くものである。そのバンドパスフィルターは0.76μm〜3μmの透過波長域のもので、測定できる鍋の温度は、約50〜230℃の温度の範囲を可能にしている。
しかし、鍋を加熱していくとトッププレートの温度も上昇し、トッププレートの温度が前記測定可能領域である50〜230℃になると赤外線センサはトッププレート自身が放射する赤外線放射エネルギーも受光することになる。
この時、鍋の温度とトッププレートの温度が同じ場合は問題はないが、赤外線センサの受光面に位置するトッププレート裏面の温度は本体内の電子部品や加熱コイルを冷却する冷却ファンからの冷却風の影響を受け、鍋の温度より低くなる。
また、鍋を加熱し始めた時や、鍋の温度が上昇している時には、トッププレートは鍋からの温度の伝達によって温度上昇するため、鍋の温度上昇より遅れて温度上昇する。
そのため、赤外線センサは、常に鍋の温度より低いトッププレート裏面の温度の影響を受け、鍋の温度を実際の温度より低く検出する問題がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、本体の上面に配置され鍋を載置するトッププレートと、該トッププレート下方の前記本体内の上部に設けられた加熱コイルと、該加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ手段と、前記加熱コイルの下方に設けられ前記鍋から放射される赤外線放射エネルギーを前記トッププレートを介して検出する赤外線センサと、前記トッププレートの下面に密着して設けられ、前記鍋の温度を前記トッププレートを介して検出する温度センサと、該温度センサによって検出される前記トッププレートの温度に応じて該トッププレートから放射される赤外線放射エネルギーを予めデータとして記憶しておき、前記赤外線センサで検出した赤外線放射エネルギーから、前記予めデータとして記憶されているトッププレートから放射される赤外線放射エネルギーを取り除くことで前記鍋の温度を算出し、該温度情報を基に前記加熱コイルへの前記高周波電力の通電を制御する制御手段とを具備するものである。
本発明の誘導加熱調理器によれば、トッププレートの温度を検出して該トッププレートから放射される赤外線放射エネルギーを、赤外線センサで受光した赤外線放射エネルギーから取り除くことにより、鍋から放射される赤外線放射エネルギーのみ検出して正確に鍋の温度を検出し、その温度情報を基に加熱コイルへの高周波電力の通電を制御することができる。
本発明の誘導加熱調理器の外観斜視図である。 本発明の誘導加熱調理器の主要断面図(図1のA−A断面図)である。 本発明の誘導加熱調理器のトッププレートを取り除いた状態の上面図である。 本発明の誘導加熱調理器の左右の加熱コイルを主体としたブロック図である。 本発明の照度センサの出力と照度の関係を示すグラフである。 本発明の誘導加熱調理器の上面操作部と上面表示部を説明する説明図である。 本発明の誘導加熱調理器で加熱したときの鍋とトッププレートの加熱時間と算出した温度との関係を示す説明図である。
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
図において、誘導加熱調理器の本体1の上面にはトッププレート2が水平に配置されている。
トッププレート2は、耐熱性の高い結晶化ガラス製の厚さ約4mmのもので構成されおり、上面に載置部3(載置部右3a,載置部左3b,載置部中央3c)が描かれ、該載置部3上に鍋30を載置する。
トッププレート2の載置部3と対向した本体1内の上部右左及び中央後部には、環状に形成された加熱コイル25(加熱コイル右25a,加熱コイル左25b,加熱コイル中央25c)が夫々配置されており、トッププレート2の載置部3に載置された鍋30を誘導加熱する。
また、載置部右3a,載置部左3bには、鍋30からの赤外線放射エネルギーや鍋の反射率などを検出して鍋の情報を検出するための透過窓20(透過窓右20a,透過窓左20b)が設けられている。そして、この透過窓20は、鍋から放射される赤外線放射エネルギーの減衰を少なくするために、文字や絵,着色等を施さないようにしている。
トッププレート2の前面側には、夫々の加熱コイル25に対応した上面操作部7a,7b,7cが設けられ、加熱コイル25の通電状態の設定や操作を行う。また、各上面操作部7a,7b,7cに対応して上面表示部8a,8b,8cが上面操作部7a,7b,7cの近傍に設けられており、夫々の加熱コイル25の通電状態等を表示する。上面操作部7aは、本体1右側の加熱コイル右25aの火力等の入力を行い、上面操作部7bは本体1中央後部の加熱コイル中央25cの火力等の入力を行い、上面操作部7cは本体1左側の加熱コイル左25bの火力等の入力を行う。
本体1の後部右側には上方に向けて開口した吸気口4が設けられており、本体1内の基板ケース27内に設けられた冷却ファン29により外気を本体1内に吸引する。
本体1内に吸引された冷却風は、基板ケース27内に設けられ制御手段118などを構成する電子回路を組み込んだ制御基板23や加熱コイル25に通電するインバータ手段100を組み込んだインバータ基板24を冷却した後、基板ケース27の上面に設けた冷却口27aから吹き出され、さらに、トッププレート2と加熱コイル25間のギャップ31に流れて加熱コイル25を冷却する。本体1の後部左側には、本体1の内部を冷却した後の冷却風を排出する排気口5が設けられている。
本体1の前面左部には、魚やピザ等を焼くグリル加熱手段6が設けられている。該グリル加熱手段6は、前面が開口した箱型をしていて、内部の調理庫内にシーズヒータ等の発熱体と内部の温度を検出するサーミスタ(いずれも図示せず)が設けられ、前面開口部はハンドル6aが取り付けられたグリルドア6bにより塞がれている。グリルドア6bは、その裏側に焼網を載置した受け皿(いずれも図示せず)が取り付けられており、該受け皿は、調理庫内に前面開口部から出し入れ自在に収納され、焼網上に載置された魚やピザ等の食材を加熱調理する。
本体1の前面右部には、本体1内の加熱コイル25等に供給される電力の主電源スイッチ9と、グリル加熱手段6の加熱調理条件等を入力する前面操作部10が設けられている。前面操作部10は、下方に設けられた回動軸(図示せず)を中心として操作パネル11の上方が前面側に倒れ、操作キー12が上方側に向かって露出する所謂カンガルーポケット形態のものである。
本体1内の上部右左に配置した加熱コイル右25a,加熱コイル左25bは、夫々環状の内側加熱コイル25a−1,25b−1と、その外側に環状の隙間26を設けて配置された環状の外側加熱コイル25a−2,25b−2とで構成されている。加熱コイル右25a,加熱コイル左25bに隙間26を設ける理由は、内側加熱コイル25a−1,25b−1と外側加熱コイル25a−225b−2とで発生する磁束を分散させて鍋30の温度を均一化するためである。尚、本体1内の中央後部に配置した加熱コイル中央25cも上記と同様の構成であるが、本実施例では符号を付しての説明は省略する。
図4は加熱コイル右25aの詳細を示すもので、(加熱コイル左25bは加熱コイル右25aと同様の構成であり、説明を省略する)コイルベース13上に設置されている。
また、加熱コイル右25aとトッププレート2との間には、コイルベース13の外周縁部に取り付けられた支持部材16によりコイルベース13の外周から中心側に向けて適宜間隔を保持するようにギャップスペーサー14が設けられており、トッププレート2に載置される鍋30と加熱コイル右25aとのギャップ31を一定に保持するようにしている。
加熱コイル右25aは、表皮効果を抑制するためリッツ線を採用しており、後述するインバータ手段100により数十kHzの高周波で数百Vの電圧が印加され、鍋30に対して高周波磁界を印加して鍋30に渦電流を発生させ、鍋30を自己発熱させて加熱する。
内側加熱コイル25a−1の中心部近傍には、サーミスタで構成された内側温度センサ15aがトッププレート2の下面に密着するように設けられており、加熱コイル右25aの上方に載せられた鍋30の温度をトッププレート2を介して検知する。
また、内側加熱コイル25a−1と外側加熱コイル25a−2との環状の隙間26には、加熱コイル右25aの中心部から120度ずつの等間隔を保持してサーミスタよりなる外側温度センサ15b,15c,15dがギャップスペーサー14に緩衝材(図示せず)を介してトッププレート2の下面に密着するように設けられ、加熱コイル右25aの上方に載置された鍋30の温度を検知する。
なお、上記では、外側温度センサ15b,15c,15dは、加熱コイル右25aの隙間26に設ける構成としたが、特にこれに限定される必要はなく、例えば外側加熱コイル25a−2の外周近傍に設けてもよい。
また、外側温度センサ15b,15c,15dは3個に限定されることはなく、1個又は2個であっても、3個以上であってもよい。
さらに、温度センサ15の少なくとも1個は、後述する赤外線センサ17の近傍に設ける構成としている。
そして、各温度センサ15の検出した温度情報は制御回路118に入力する。
また、加熱コイル右25aの隙間26の下方には赤外線センサ17(増幅回路を含む)が設けられており、鍋30の底面から放射される赤外線放射エネルギーをトッププレート2に設けた透過窓20aを介して受光し、その受光した赤外線放射エネルギーから温度を検知する。
赤外線センサ17は、熱型検出素子を使用した方式のセンサと、該センサから出力される電圧信号を約3000倍に増幅する増幅回路から成り、その受光面17aは隙間26の下方に設けられている。そして、増幅した信号は制御手段118に入力される。
また、受光面17aには、赤外線の視野角を制限するレンズや4μm以上の赤外線をカットする、例えばトッププレート2と同じ赤外線透過特性を有するフィルター33が設けられ、検出温度は100℃から250度としている。そして、その視野角は、図4に示すようにトッププレート2の下面の位置で10φから15φの温度検出スポット17bによって検出する範囲としている。
また、赤外線センサ17に近接するようにして反射型フォトインタラプタ18が設けられている。
反射型フォトインタラプタ18は、赤外線発光手段としての赤外線LED18aと、赤外線受光手段としての赤外線フォトトランジスタ18bとを同一プラスチック部材に並べて一体化したものである。
前記赤外線LED18aは、発光面にはプラスチックによるレンズが構成され、細いビームの赤外光を上方に照射する。赤外線フォトトランジスタ18bは、受光面には可視光阻止のプラスチックによるレンズが構成され、赤外線LED18aから照射し鍋底面で反射した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。
尚、ここでは反射型フォトインタラプタ18を赤外線センサ17に近接させて設けたが、両者を一体化したパッケージにして設置しても良い。この反射型フォトインタラプタ18の赤外線フォトトランジスタ18bの出力から、反射率計測手段19でトッププレート2上に置かれた鍋30底面の反射率を計測し、制御手段118に入力する。
さらに、反射型フォトインタラプタ18に隣接するように照度センサ21が設けられている。該照度センサ21は、入力される可視光のレベルに応じた電圧を出力し、該電圧は照度計測手段22に入力され、照度センサ21の真上のトッププレート2上に鍋底が存在するか否かが判断され、その情報を制御手段118に入力する。
次に、照度計測手段22により鍋の有無を判断する方法について説明する。
図5において、実線41は照度センサ21の真上に鍋がないときに該照度センサ21からの出力を受けた照度計測手段22が出力する電圧であり、周囲の照度が上昇するにつれ出力電圧も略比例して上昇する。また、実線42は照度センサ21の真上に鍋があるときに照度センサ21からの出力を受けた照度計測手段22が出力する電圧であり、周囲の照度が上昇しても約0.6Vの出力を保つ。
本実施例の制御手段118では、閾値43を1.0Vに設定し、閾値を超えるときは照度センサ21の真上に鍋が存在しないと判断し、閾値未満のときは照度センサ21の真上に鍋が存在すると判断する。
この場合、照度が約80ルクス以下のときには、鍋が存在しないにもかかわらず、鍋が存在すると判断される問題が生じるが、この問題は、赤外線センサの出力も合わせて鍋の有無を判断することで解消することができる。なお、ここでは鍋の有無を判断するための閾値を1.0Vとしたが、照度センサ21の特性に応じて閾値を適当に設定することができる。
図6は上面操作部7aと上面表示部8aを説明する図である。なお、上面操作部7cと上面表示部8cの内容は、上面操作部7aと上面表示部8aの内容と同じものであるため説明は省略する。
上面表示部8aは、表示部81aと表示部81bに分けられ、表示部81aは、火力設定手段72で入力される火力やメニュー設定手段71で入力される調理メニュー等が表示される。表示部81bは、メニュー設定手段71で設定された“揚げもの”や“ステーキ”メニュー等において、鍋30を予熱してその温度が適温に達した時に使用者に食材の投入タイミングを知らせることができるように「予熱中」と、「適温」の表示を行うことができる。
火力設定手段72で設定できる火力は、“とろ火”キー72a,“弱火”キー72b,“中火”キー72c,“強火”キー72dの四段階に分かれ、必要な火力を一回の操作で入力できるように火力に応じて個別にキーが設けられている。矢印調整手段73は、火力設定手段72で入力できない火力、例えば“中火”キー72cにより中火に設定した後、さらに中火を上下に微調整する場合に使用する。
メニュー設定手段71は、自動調理の“炊飯”や、“揚げもの”,“湯沸し”,“炒めもの”,“ステーキ”等を設定するためのもので、メニュー設定手段71を押すことで表示部81aにメニューが表示され、メニュー設定手段71を押すたびにメニューが切り替わり表示される。これによって使用するメニューを選択する。74は調理の開始や停止するための切・スタートキーである。
図4に示すように、制御手段118には、上面操作部7のメニュー設定手段71や火力設定手段72の出力、内側温度センサ15a,外側温度センサ15b,15c,15d,赤外線センサ17,反射率計測手段19,照度計測手段22の出力が入力される。
また、制御手段118は、上面操作部7の設定内容と、各温度センサ15a,15b,15c,15dの検出温度および赤外線センサ17の検出した赤外線放射エネルギー、反射率計測手段19で算出した反射率、照度計測手段22で計測した照度に応じてインバータ手段100を制御し、加熱コイル25に流れる高周波電流を制御して鍋30を加熱制御する。
次に、上記で説明した誘導加熱調理器における実際の加熱制御について、揚げ物調理を例に説明する。
メニュー設定手段71で“揚げもの”を選択すると、次に油温を設定する必要があり、その場合、矢印調整手段73を操作して150℃〜200℃の6段階の温度を設定することができる。
最初に油を入れた鍋30を本体1右側の載置部右3aの中央に置き、主電源スイッチ9をオンして電源を入れ、表示部81aを見ながら上面操作部7aのメニュー設定手段71を操作して「揚げもの」を選択し、矢印調整キー73を操作して油温を設定する。揚げもの調理に適した油温は約150〜200℃であるが、ここでは、油温を180℃に設定し、表示部81aには「180」が表示されるものとする。なお、一般的に油温は鍋底温度よりも20℃程度低いので、赤外線センサ17の出力に基づいて検出される鍋底の温度が約200℃のときに鍋内の油温が約180℃となる。
また、その時の温度センサ15が観測する鍋底温度は、トッププレート2を介して測定するため、鍋底の温度より低い160℃となる。
次に、切・スタートキー74を操作して揚げもの調理を開始する。
揚げもの調理を開始すると、照度センサ21の出力から、照度計測手段22により照度を計測する。制御手段118には、鍋の有無を判別するための閾値(例えば1.0V)が予め記憶されているので、照度計測手段22の出力電圧と記憶された閾値を比較し、照度計測手段22の出力電圧が閾値未満であれば鍋がずれていないと判定する。このとき温度センサ15用の設定温度をT1(例えば160℃)、赤外線センサ21用の設定温度をT3(例えば200℃)に設定し、以後の温度制御を行う。ここで、設定温度T1の例として160℃、設定温度T3の例として200℃を挙げた理由は、各々のセンサで観測される温度が各々の設定温度になったときに、鍋内の油温が使用者の設定した約180℃となるからである。
一方、照度計測手段22の出力電圧が閾値以上であれば、鍋30がずれていると判定し、照度センサ21の真上に鍋30が無いと判別できるので、赤外線センサ17の出力に基づく制御は行わないで、温度センサ15に基づいて鍋30の温度制御を行い、照度計測手段22によって鍋30のずれが無いと判断した場合は、赤外線センサ17の検出した温度情報に基づいて鍋30の温度制御を行う。
加熱が開始された直後は、鍋30の温度は、まだ室温に近い温度(25℃)であるので、赤外線センサ17では鍋30の温度を検出することはできず、温度センサ15に基づいて鍋30の温度制御を行う。
加熱が進み、鍋30の温度が、赤外線センサ17の検出可能な100℃以上になると(図7のt1)、赤外線センサ17から制御手段118に赤外線放射エネルギーの情報が入力され、制御手段118は、入力された赤外線放射エネルギーから温度を算出する。
その後、加熱が進み、加熱された鍋30の温度がトッププレート2に伝わり、トッププレート2の温度も、赤外線センサ17の検出可能な100℃以上となる(図7のt2)。これによって、赤外線センサ17は、鍋30からの赤外線放射エネルギーと、鍋30の温度より低いトッププレート2からの赤外線放射エネルギーの両方が入力され、赤外線センサ17から制御手段118へ入力される赤外線放射エネルギーの情報は、実際の鍋30の温度より低い情報となる。
また、鍋30の温度を一定の温度で制御している時でも、誘導加熱調理器の本体1内は常に冷却ファン29からの冷却風32によって冷却されているため、トッププレート2の裏面の温度は鍋底の温度より低い温度に保たれ、赤外線センサ17から制御手段118へ入力される赤外線放射エネルギーの情報は、前記同様に実際の鍋30の温度より低い情報となる。
そこで、制御手段118は、温度センサ15dによって検出されるトッププレート2の温度に応じて該トッププレート2から放射される赤外線放射エネルギーを予め実験等によってデータとして記憶しておき、赤外線センサ17で検出した赤外線放射エネルギーから、予めデータとして記憶されているトッププレート2から放射される赤外線放射エネルギーを取り除くことで、鍋30から放射されている赤外線放射エネルギーを求める。
次に、制御手段118は鍋30の放射率を求め、該放射率によって前記求めた鍋30から放射されている赤外線放射エネルギーを補正して鍋30の温度を算出する。
制御手段118は、鍋30の反射率を検出するため、反射型フォトインタラプタ18の赤外線LED18aより赤外光を鍋30に向けて照射し、鍋30から反射した赤外光を赤外線フォトトランジスタ18bで受光し、該赤外線フォトトランジスタ18bは、受光量に応じた電流を反射率計測手段19に出力する。反射率計測手段19は、赤外線フォトトランジスタ18bからの出力電流の値に応じて鍋30の底面の反射率を制御手段118に出力する。
また、制御手段118は、前記反射率から鍋30から放射される赤外線放射エネルギーの放射率を算出(放射率εと反射率ρとの関係:ε+ρ=1)し、前記求めた鍋30のみの赤外線放射エネルギーを前記放射率より補正して鍋30の温度を算出する。そして、算出した鍋30の温度に基づいて鍋30の温度が設定温度を保つように加熱コイル25の通電を制御する。
以上の動作を繰り返すことで鍋30の温度を正確に設定温度に保つことができる。
以上説明したように、本実施例によれば、トッププレートの温度を検出して該トッププレートから放射される赤外線放射エネルギーを、赤外線センサで受光した赤外線放射エネルギーから取り除くことにより、鍋から放射される赤外線放射エネルギーも検出して正確に鍋の温度を検出し、その温度情報を基に加熱コイルへの高周波電力の通電を制御することができる。
2 トッププレート
15 温度センサ
17 赤外線センサ
20 透過窓
33 フィルター
118 制御手段

Claims (1)

  1. 本体の上面に配置され鍋を載置するトッププレートと、
    該トッププレート下方の前記本体内の上部に設けられた加熱コイルと、
    該加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ手段と、
    前記加熱コイルの下方に設けられ前記鍋から放射される赤外線放射エネルギーを前記トッププレートを介して検出する赤外線センサと、
    前記トッププレートの下面に密着して設けられ、前記鍋の温度を前記トッププレートを介して検出する温度センサと、
    該温度センサによって検出される前記トッププレートの温度に応じて該トッププレートから放射される赤外線放射エネルギーを予めデータとして記憶しておき、前記赤外線センサで検出した赤外線放射エネルギーから、前記予めデータとして記憶されているトッププレートから放射される赤外線放射エネルギーを取り除くことで前記鍋の温度を算出し、該温度情報を基に前記加熱コイルへの前記高周波電力の通電を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする誘導加熱調理器。
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