JP2012054105A - 誘導加熱調理器およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本願発明に係る誘導加熱調理器は、複数の加熱コイルと、独立して高周波電流を供給する複数の駆動回路と、これらを独立して制御する制御回路と、被加熱体の温度を検出する少なくとも1つの温度検出手段とを備え、各加熱コイルに所定の判定電力量を供給してそれぞれの時間変化率(dT1/dt,dT2/dt)を算出して、第1および第2の加熱コイルの駆動電力量(Q1,Q2)の比が第1の時間変化率(dT1/dt)と第2の時間変化率(dT2/dt)の比の逆数となるように(Q1/Q2=(dT2/dt)/(dT1/dt))、第1および第2の駆動回路を制御することを特徴とするものである。
【選択図】図7
Description
図1〜図9を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱調理器の実施の形態1について以下詳細に説明する。図1は、本願発明に係る誘導加熱調理器1の全体を概略的に図示する斜視図である。図1に示す誘導加熱調理器1は、概略、筐体2、その上側表面のほぼ全体を覆うガラスなどで形成されたトッププレート3、左右に配置された一対のIH加熱部10,11、中央に配置された中央加熱部4、および調理用グリル5を有する。なお、中央加熱部4は、IH方式またはラジエント方式のいずれの加熱方式を採用するものであってもよい。
また、本願明細書においては、調理用グリル5が筐体2のほぼ中央に配置された、いわゆるセンタグリル構造を有する誘導加熱調理器1について例示的に説明するが、本願発明は、これに限定されるものではなく、調理用グリル5がいずれか一方の側面に偏ったもの(サイドグリル構造のもの)、または調理用グリルを具備しない誘導加熱調理器にも同様に適用することができる。
また駆動回路50,60は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのスイッチング素子58,68および逆並列に接続されたFWD(Free Wheeling Diode)59,69からなるインバータ回路を有し、制御回路70からのゲート信号を受けて高周波電流を各加熱コイル20,30に供給する。
このとき、1次成分抽出手段は、駆動電圧Vおよび駆動電流Iの1次成分として次式のように複素表示することができる。
[数1]
ここでV1,I1は駆動電圧Vおよび駆動電流Iの1次成分を示し、V1Re,I1ReはV1,I1の実部、V1Im,I1ImはV1,I1の虚部、そしてjは虚数単位を示す。
[数3]
ここでωは1次成分の周波数f(定義より駆動周波数と同一、ω=2πfで表される)であり、Cは共振コンデンサ54,64の静電容量であって、ともに既知である。したがって各負荷検出回路57,67は、[数3]から共振周波数Frと負荷抵抗Rを求めることができる。
判定加熱において、制御回路70は、内側加熱コイル20に所定の判定パルス(判定電力量)を供給するように内側駆動回路50を制御すると同時に(図7(a))、内側温度センサ21を用いて測定された鍋Pの温度の時間変化率(dT1/dt)を算出する(図7(c)の実線)。内側加熱コイル20に供給する判定電力量は、たとえば数十Wオーダの電力を数秒〜数十秒間加えたものであってもよく、判定電力量の大きさは本願発明を限定するものではない。
すなわち、判定パルスが供給されると、鍋Pの内側部分が内側加熱コイル20により誘導加熱されて温度上昇するが、その上昇率(dT1/dt)は鍋Pの内側部分を構成する材質や構造に影響され、鍋Pの内側部分に固有の加熱しやすさ(本願明細書においては「比加熱特性」とも云う。)を表す。
[数4]
Q1/Q2=(dT2/dt)/(dT1/dt)
[数5]
t1/t2=(dT2/dt)/(dT1/dt)
(Q1=W0×t1,Q2=W0×t2)
そして制御回路70は、所定の加熱周期(τ)を定め、各駆動時間(t1,t2)の和に等しいと設定したとき(τ=t1+t2)、各駆動時間(t1,t2)は次式で容易に求めることができる。
[数6]
t1=τ×(dT2/dt)/{(dT1/dt)+(dT2/dt)}
t2=τ×(dT1/dt)/{(dT1/dt)+(dT2/dt)}
[数7]
W1/W2=(dT2/dt)/(dT1/dt)
(Q1=W1×t0,Q2=W2×t0)
図9は、実施の形態1の変形例1によるIH加熱部10を示す平面図である。実施の形態1に係るIH加熱部10は、トッププレート3の下方において、内側加熱コイル20および外側加熱コイル30に隣接して配置された2つの温度センサ21,31を有するものであったが、変形例1に係るIH加熱部10は、図9に示すように、内側加熱コイル20と外側加熱コイル30の間に配置された単一の温度センサ31を有するものであってもよいし、内側加熱コイル20は、内コイル20aおよび外コイル20bに分離されることなく、一体のものであってもよい。
図10〜図17を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱調理器の実施の形態2について以下詳細に説明する。実施の形態2のIH加熱部10は、概略、中央加熱コイル20の周辺に隣接して4つの周辺加熱コイル30a〜30dを配置した点を除き、実施の形態1のIH加熱部10と同様の構成を有するので、重複する点については説明を省略する。
ユーザが操作表示部6を用いてIH加熱部10を駆動させると、実施の形態1と同様、制御回路70は上述の負荷検知を行うとともに、判定加熱を開始する。具体的には、負荷検出回路57,67が鍋Pの共振周波数Frおよび負荷抵抗Rを検出して、制御回路70が適正な制御方法を判断して、駆動すべき共振周波数Frおよび負荷抵抗Rを制御する。
[数8]
Q1/Q2=(dT2/dt)/(dT1/dt)
Q1/Q3=(dT3/dt)/(dT1/dt)
Q1/Q4=(dT4/dt)/(dT1/dt)
Q1/Q5=(dT5/dt)/(dT1/dt)
[数9]
t1/t2=(dT2/dt)/(dT1/dt)
t1/t3=(dT3/dt)/(dT1/dt)
t1/t4=(dT4/dt)/(dT1/dt)
t1/t5=(dT5/dt)/(dT1/dt)
[数10]
W1/W2=(dT2/dt)/(dT1/dt)
W1/W3=(dT3/dt)/(dT1/dt)
W1/W4=(dT4/dt)/(dT1/dt)
W1/W5=(dT5/dt)/(dT1/dt)
上記のように、制御回路70が中央駆動回路50および各周辺駆動回路60a〜60dを制御することにより、中央加熱コイル20および各周辺加熱コイル30a〜30dに対応または隣接する鍋Pの各部分を、鍋Pの材質・形状を含む構成によらず、また鍋底の領域に応じた比加熱特性に関係なく、均一に加熱することができる。
すなわち実施の形態1において、鍋Pが中央位置から逸脱して載置された場合(図12(a))または長楕円の鍋Pが載置された場合(図12(b))、外側駆動回路60の負荷検出回路67が負荷検知を行い、鍋Pが外側加熱コイル30の上方に十分に載置されていないと判断して、外側駆動回路60が駆動されないとき、そもそも本願発明に係る制御方法を適用することはできない。
しかし実施の形態2において、鍋Pが同様に中央位置から逸脱して載置された場合(図12(a))、各駆動回路50,60a〜60dの負荷検出回路57,67a〜67dが負荷検知を行い、鍋Pが周辺加熱コイル30a,30bの上方に十分に載置されていないと判断した場合であっても、中央加熱コイル20および周辺加熱コイル30c,30dについて本願発明に係る制御方法を適用して、鍋Pを均一に加熱することができる。
また実施の形態2において、長楕円の鍋Pが載置された場合(図12(b))、各負荷検出回路57,67a〜67dが負荷検知を行い、鍋Pが周辺加熱コイル30b,30dの上方に十分に載置されていないと判断した場合であっても、中央加熱コイル20および周辺加熱コイル30a,30cについて本願発明に係る制御方法を適用して、鍋Pを均一に加熱することができる。
上述のように、実施の形態2に係るIH加熱部10によれば、中央温度センサ21は中央加熱コイル20の内側に配置され、周辺温度センサ31a〜31dも同様に各周辺加熱コイル30a〜30dの内側に配置されている。変形例2に係るIH加熱部10は、中央加熱コイル20の内側に配置された中央温度センサ21を省略し、図14に示すように、互いに隣接する周辺加熱コイル30a〜30dと中央加熱コイル20との間に配置された周辺温度センサ31a〜31dを有する。各周辺温度センサ31a〜31dは中央加熱コイル20の中心に対して点対称に配置されていることが好ましい。変形例2によれば、中央加熱コイル20の温度は、直接的に測定されるのではなく、各周辺温度センサ31a〜31dで測定された温度の平均値として制御回路70により算出される。このように1つの温度センサを省略することができるので、IH加熱部10の製造コストを低減することができる。
また、鍋Pが中央位置から図中左方向に逸脱して載置された場合(図15(b))、鍋Pが周辺加熱コイル30a〜30cの上方に十分に載置されていないと判断した場合、制御回路70は、周辺温度センサ31c,31dを用いて中央加熱コイル20および周辺加熱コイル30dに対応する鍋部分について本願発明に係る制御方法を適用して、鍋Pを均一に加熱することができる。
変形例2によれば、中央加熱コイル20の内側に配置された中央温度センサ21を省略し、中央加熱コイル20の温度は、各周辺温度センサ31a〜31dで測定された温度の平均値として制御回路70により算出されるものであったが、図16に示す変形例3に係るIH加熱部10は、図15に示す周辺温度センサ31b,31dをさらに省略するものである。すなわち周辺加熱コイル30a,30bの温度は周辺温度センサ31aで測定し、周辺加熱コイル30c,30dの温度は周辺温度センサ31cで測定し、中央加熱コイル20の温度は周辺温度センサ31a,31cで測定された温度の平均値として制御回路70により算出する。こうして、さらに2つの温度センサを省略することができるので、製造コストを低減することができる。
さらに、実施の形態2に係る電気回路部40は、中央加熱コイル20および4つの周辺加熱コイル30a〜30dをそれぞれ独立して高周波電流を供給する中央駆動回路50および周辺駆動回路60a〜60dを有するものであったが、変形例4に係る電気回路部40は、直列または並列に接続された周辺加熱コイル30a,30cと、同様に直列または並列に接続された周辺加熱コイル30b,30dとに対してそれぞれ独立して高周波電流を供給する2つの周辺駆動回路50a,50cを有するものであってもよい。図17は変形例4に係る制御方法を示すタイミングチャートであって、中央加熱コイル20および各周辺加熱コイル30a〜30dに出力される判定加熱および駆動加熱における判定電力および駆動電力の時間推移を示すものである。
そして制御回路70は、判定加熱後の駆動加熱において、実施の形態2と同様、鍋Pの部分(領域)に依存する温度の時間変化率を加熱しやすさを表す指標として、加熱しにくい部分(時間変化率が小さい部分)ほど大きい電力量を供給することにより、鍋Pを部分(領域)によらず均一に加熱することができる。
Claims (13)
- 単一の被加熱体を加熱する第1および第2の加熱コイルと、
前記第1および第2の加熱コイルのそれぞれに独立して高周波電流を供給する第1および第2の駆動回路と、
前記第1および第2の駆動回路のそれぞれを独立して制御する制御回路と、
前記被加熱体の温度を検出する少なくとも1つの温度検出手段とを備え、
前記制御回路は、前記第1の加熱コイルに所定の判定電力量を供給するように前記第1の駆動回路を制御したとき、前記温度検出手段により検出された前記被加熱体の温度(T)の第1の時間変化率(dT1/dt)を算出するとともに、前記第2の加熱コイルに所定の判定電力量を供給するように前記第2の駆動回路を制御したとき、前記温度検出手段により検出された前記被加熱体の温度(T)の第2の時間変化率(dT2/dt)を算出し、
前記制御回路は、前記第1および第2の加熱コイルのそれぞれに供給される第1および第2の駆動電力量(Q1,Q2)の比(Q1/Q2)が、前記第1の時間変化率(dT1/dt)と前記第2の時間変化率(dT2/dt)の比の逆数となるように前記第1および第2の駆動回路を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。 - 制御回路は、第1および第2の加熱コイルのそれぞれに同一周波数の高周波電流を独立して供給するように第1および第2の駆動回路を制御し、
前記制御回路は、前記第1および第2の加熱コイルのそれぞれに供給される第1および第2の駆動電力(W0)を一定とし、第1および第2の駆動時間(t1,t2)の比が第1の時間変化率(dT1/dt)と第2の時間変化率(dT2/dt)の比の逆数となるように前記第1および第2の駆動回路を制御することを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。 - 制御回路は、第1および第2の加熱コイルのそれぞれに同一周波数の高周波電流を独立して供給するように第1および第2の駆動回路を制御し、
前記制御回路は、前記第1および第2の加熱コイルのそれぞれに供給される第1および第2の駆動時間(t0)を一定とし、第1および第2の駆動電力(W1,W2)の比が第1の時間変化率(dT1/dt)と第2の時間変化率(dT2/dt)の比の逆数となるように前記第1および第2の駆動回路を制御することを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。 - 制御回路は、第1および第2の加熱コイルのそれぞれに同一周波数の高周波電流を独立して供給するように第1および第2の駆動回路を制御し、
前記制御回路は、前記第1および第2の加熱コイルのそれぞれに供給される第1および第2の駆動電力(W1,W2)、および第1および第2の駆動時間(t1,t2)の両方を制御することを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。 - 温度検出手段は、第1および第2の加熱コイルのそれぞれに隣接して配置された第1および第2の温度センサを有し、
制御回路は、前記第1の加熱コイルに所定の判定電力量を供給するように第1の駆動回路を制御したとき、前記第1の温度センサにより検出された被加熱体の温度(T1)の第1の時間変化率(dT1/dt)を算出するとともに、前記第2の加熱コイルに所定の判定電力量を供給するように第2の駆動回路を制御したとき、前記第2の温度センサにより検出された被加熱体の温度(T2)の第2の時間変化率(dT2/dt)を算出することを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱調理器。 - 第1の加熱コイルは内側に捲回された内側コイルであり、第2の加熱コイルは内側コイルの外側に捲回された外側コイルであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載の誘導加熱調理器。
- 単一の被加熱体を加熱する少なくとも1つの中央加熱コイルおよびその周辺に配置された複数の周辺加熱コイルと、
前記中央加熱コイルおよび前記各周辺加熱コイルに独立して高周波電流を供給する中央駆動回路および複数の周辺駆動回路と、
前記中央駆動回路および前記各周辺駆動回路を独立して制御する制御回路と、
前記被加熱体の温度を検出する少なくとも1つの温度検出手段とを備え、
前記制御回路は、前記中央加熱コイルに所定の判定電力量を供給するように前記中央駆動回路を制御したとき、前記温度検出手段により検出された前記被加熱体の温度(T)の中央時間変化率(dT1/dt)を算出するとともに、前記各周辺加熱コイルに所定の判定電力量を供給するように前記各周辺駆動回路を制御したとき、前記温度検出手段により検出された前記被加熱体の温度(T)の複数の周辺時間変化率(dT2/dt,dTi/dt,iは3以上の自然数)を算出し、
前記制御回路は、前記中央加熱コイルに供給される中央駆動電力量(Q1)と、前記各周辺加熱コイルに供給される複数の周辺駆動電力量(Q2,・・・,Qi)との比(Q1/Q2,・・・,Q1/Qi)が、前記中央時間変化率(dT1/dt)と前記各周辺時間変化率(dT2/dt,・・・,dTi/dt)の比の逆数となるように前記中央駆動回路および前記各周辺駆動回路を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。 - 温度検出手段は、各周辺加熱コイルに隣接して配置された複数の周辺温度センサを有し、
制御回路は、中央加熱コイルに所定の判定電力量を供給するように中央駆動回路を制御したとき、各周辺温度センサにより検出された被加熱体の温度の平均値(T1)の第1の時間変化率(dT1/dt)を算出するとともに、前記各周辺加熱コイルに所定の判定電力量を供給するように各周辺駆動回路を制御したとき、前記各周辺温度センサにより検出された被加熱体の温度(T2,・・・,Ti)の周辺時間変化率(dT2/dt,dTi/dt,iは3以上の自然数)を算出することを特徴とする請求項7に記載の誘導加熱調理器。 - 温度検出手段は、中央加熱コイルに隣接して配置された中央温度センサを有し、
制御回路は、中央加熱コイルに所定の判定電力量を供給するように中央駆動回路を制御したとき、前記中央温度センサにより検出された被加熱体の温度の平均値(T1)の第1の時間変化率(dT1/dt)を算出することを特徴とする請求項7に記載の誘導加熱調理器。 - 中央加熱コイルに流れる中央駆動電流を検出する中央駆動電流検出手段と、
各周辺加熱コイルに流れる周辺駆動電流を検出する複数の周辺駆動電流検出手段と、
前記中央加熱コイルの両端に印加される中央駆動電圧を検出する中央駆動電圧検出手段と、
前記各周辺加熱コイルの両端に印加される周辺駆動電圧を検出する複数の周辺駆動電圧検出手段とをさらに備え、
制御回路は、前記中央駆動電流および前記中央駆動電圧に基づいて、高周波電流を中央加熱コイルに供給すべきか否か判断するとともに、前記周辺駆動電流および前記周辺駆動電圧に基づいて、高周波電流を前記各周辺加熱コイルに供給すべきか否か判断し、
前記高周波電流を供給すべきでないと判断された前記周辺加熱コイルに隣接しない周辺温度センサにより検出された被加熱体の温度(T)に基づいて、中央時間変化率(dT1/dt)および複数の周辺時間変化率(dT2/dt,・・・,dTi/dt,iは3以上の自然数)を算出すること特徴とする請求項7に記載の誘導加熱調理器。 - 単一の被加熱体を加熱する第1および第2の加熱コイルを有する誘導加熱調理器の制御方法であって、
前記被加熱体の温度(T)を測定するステップと、
前記第1の加熱コイルに所定の判定電力量を供給して、前記被加熱体の温度(T)を測定し、第1の時間変化率(dT1/dt)を算出するステップと、
前記第2の加熱コイルに所定の判定電力量を供給して、前記被加熱体の温度(T)を測定し、第2の時間変化率(dT2/dt)を算出するステップと、
前記第1および第2の加熱コイルのそれぞれに供給される第1および第2の駆動電力量(Q1,Q2)の比(Q1/Q2)が、前記第1の時間変化率(dT1/dt)と前記第2の時間変化率(dT2/dt)の比の逆数となるように第1および第2の駆動電力量を制御するステップとを有することを特徴とする制御方法。 - 単一の被加熱体を加熱する少なくとも1つの中央加熱コイルおよびその周辺に配置された複数の周辺加熱コイルを有する誘導加熱調理器の制御方法であって、
前記中央加熱コイルに所定の判定電力量を供給して、前記被加熱体の温度(T)を測定し、中央時間変化率(dT1/dt)を算出するステップと、
前記各周辺加熱コイルに所定の判定電力量を供給して、前記被加熱体の温度(T)を測定し、複数の周辺時間変化率(dT2/dt,・・・,dTi/dt,iは3以上の自然数)を算出するステップと、
前記中央加熱コイルに供給される中央駆動電力量(Q1)と、前記各周辺加熱コイルに供給される複数の中央駆動電力量(Q2,・・・,Qi)との比(Q1/Q2,・・・,Q1/Qi)が、前記中央時間変化率(dT1/dt)と前記各周辺時間変化率(dT2/dt,・・・,dTi/dt)の比の逆数となるように中央駆動電力量および各中央駆動電力量を制御するステップとを有することを特徴とする制御方法。 - 中央加熱コイルに隣接して配置された中央温度センサおよび各周辺加熱コイルに隣接して配置された複数の周辺温度センサを用いて、被加熱体の温度(T)を測定するステップと、
前記中央加熱コイルに流れる中央駆動電流を検出するステップと、
前記各周辺加熱コイルに流れる周辺駆動電流を検出するステップと、
前記中央加熱コイルの両端に印加される中央駆動電圧を検出するステップと、
前記各周辺加熱コイルの両端に印加される周辺駆動電圧を検出するステップと、
制御回路は、前記中央駆動電流および前記中央駆動電圧に基づいて、高周波電流を中央加熱コイルに供給すべきか否か判断するとともに、前記周辺駆動電流および前記周辺駆動電圧に基づいて、高周波電流を各加熱コイルに供給すべきか否か判断するステップと、
前記高周波電流を供給すべきでないと判断された周辺加熱コイルに隣接しない周辺温度センサにより検出された被加熱体の温度(T)に基づいて、中央時間変化率(dT1/dt)および複数の周辺時間変化率(dT2/dt,・・・,dTi/dt,iは3以上の自然数)を算出するステップとを有すること特徴とする請求項12に記載の制御方法。
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