JP2012054179A - 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、中央に配置された中央加熱コイルと、中央加熱コイルの周りに配置された少なくとも1つの周辺加熱コイルと、中央加熱コイルおよび周辺加熱コイルのそれぞれに高周波電流を供給する中央加熱コイル駆動回路および周辺加熱コイル駆動回路と、各加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷特性を検知する中央加熱コイル負荷検知部および周辺加熱コイル負荷検知部と、各負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性に基づいて、中央加熱コイル駆動回路および周辺加熱コイル駆動回路を独立して制御する制御回路とを備えたことを特徴とするものである。
【選択図】図4
Description
これまで複数の加熱コイルを用いて1つの鍋を加熱する誘導加熱調理器において、各加熱コイルに供給される電力量を任意に制御するものが提案されている。たとえば特許文献1に記載の誘導加熱調理器は、中央に配置された加熱コイルと、その周囲近傍に配置された小型の加熱コイル群とを有し、中央の加熱コイルおよび小型の加熱コイル群を個別に電力供給することにより、中央の加熱コイルの外径サイズよりも大きな底面サイズを有する大型の鍋を均一に、かつ調理性能を損なうことなく加熱するものである。
また、調理用グリル4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4がいずれか一方の側面に偏ったもの(サイドグリル構造)、または調理用グリル4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。
また誘導加熱調理器1は、トッププレート3上の後面側に設けられた排気窓8および一対の吸気窓9a,9bを有する。
なお、図3に示す中央加熱コイル20は、半径方向に分割された2つの誘導加熱コイル(「内側中央加熱コイルおよび外側中央加熱コイル」という。)20a,20bからなるものとしたが、内側中央加熱コイル20aおよび外側中央加熱コイル20bは、直列に接続されるものであってもよいし、一連の単一の加熱コイルであってもよい(図示せず)。
なお負荷検知回路60において、複数の高次周波数成分を有する信号から1次成分のみを抽出する手法およびアルゴリズムとしては、独自に構成する以外にも、任意のものを利用することができ、一般に市販されたソフトウェアを用いて駆動電圧Vおよび駆動電流Iの1次成分だけを抽出することができる。
このように制御回路80は、駆動電圧Vおよび駆動電流Iの1次成分から、誘導加熱部44のインピーダンスZ、駆動電圧V1および駆動電流I1の位相(駆動電流I1に対する駆動電圧V1の位相またはインピーダンスZの位相)θ、有効電力値W1および電流実効値I1を算出することができる。
さらに、この制御回路80は、図8の高周波変調された駆動電圧および駆動電流の単一の周期(すなわち、駆動周波数が25kHzのとき、1周期は約40マイクロ秒)において検知された位相から、共振周波数Fr(またはインダクタンスL)と負荷抵抗Rを算出して電源供給の可否を瞬時に判断することができる。
まず図3に示す加熱コイル(たとえば中央加熱コイル20)の上方におけるトッププレート上に有効加熱領域を画定し、磁性ステンレス(磁性SUS)、鉄、非磁性ステンレス(非磁性SUS)、およびアルミニウムの4種類の材質からなる円板(擬似鍋)を載置する。このとき、中央加熱コイル20の有効加熱領域の面積S0に対する、その上方に載置されて重畳する円板の面積S1の比(以下、これを「重畳率(S1/S0)」という。)を10%,20%,...100%と変えたときに、制御回路80が求めた共振周波数Frおよび負荷抵抗Rをプロットし、これを連続的な曲線で結ぶと、図9に示すグラフが得られる。このグラフから分かるように、重畳率が大きくなるほど(鍋Pが加熱コイルの有効加熱領域に対して、より適正な中央位置に配置されるほど)、特に磁性ステンレス(磁性SUS)または鉄で形成された鍋Pの負荷抵抗Rの増大は著しく、また非磁性ステンレス(非磁性SUS)およびアルミニウムで形成された鍋Pの共振周波数Frは顕著に増大する。換言すると、制御回路80は、図9に示すグラフ(検知マップ)をあらかじめ記憶しておき、鍋Pの共振周波数Frと負荷抵抗Rを算出することにより、鍋Pの載置状態(重畳率)および材質を容易に検知することができる。
さらに換言すると、本願発明によれば、共振周波数Frと負荷抵抗Rを検知することにより、鍋Pの材質および載置状態(鍋Pが加熱コイル20の上方にどの程度載置されているか)を瞬時に検出し、鍋Pの材質および載置状態に応じた最適な駆動条件で鍋Pを誘導加熱することができる。
図11は、図3に示すIH加熱部10の上方に、中央加熱コイル20より大きく、IH加熱部10の全体より小さい中型の鍋(以下、「中鍋PM」という。)を載置したときの平面図である。図11に示す中鍋PMは、中央加熱コイル20および周辺加熱コイル30aの全体、および周辺加熱コイル30b,30dの一部の上方に載置されているが、周辺加熱コイル30cの上方には載置されていない。
このとき中央負荷検知回路60は、中央加熱コイル20に対する負荷の負荷特性(鍋Pの共振周波数、インダクタンス、および負荷抵抗)を検知して、制御回路80は、中央加熱コイル20の上方に十分な負荷が存在する(十分な面積の鍋Pが加熱コイル20の上方に載置されている)か否か判断する(ST01)。中鍋PMは中央加熱コイル20上に載置されているので、制御回路80は、負荷が存在する(鍋がある)と判断して、ユーザが火力調整ダイヤル6で設定した火力に応じた高周波電力を適正な駆動周波数で中央加熱コイル20に供給するように制御する(ST02)。
このとき、中央負荷検知回路60が中央加熱コイル20に対する鍋Pの負荷特性を検知して、制御回路80は、中央加熱コイル20の上方に十分な負荷が存在するか否か判断する(ST01)。しかし図11の中鍋PMとは異なり、小鍋PSは中央加熱コイル20の上方に十分に載置されていないので、制御回路80は、「鍋なし」と判断し、中央加熱コイル20およびすべての周辺加熱コイル30a〜30dに対する給電を停止するように制御する(ST03)。
同様に、制御回路80は、中央加熱コイル20の上方に十分な負荷が存在しないと判断し(ST01)、制御回路80は、「鍋なし」と判断し、中央加熱コイル20およびすべての周辺加熱コイル30a〜30dに対する給電を停止するように制御する(ST03)。
より具体的には、中央負荷検知回路60は、中鍋PMおよびフライパンPFの形状(載置面積)を合成し、これらの材質を融合した「単一の鍋」としての負荷特性を検知する。したがって中央負荷検知回路60、周辺負荷検知回路70a,70cが検知する負荷特性は、「鍋」の見かけ上の材質が異なることにより、互いに対して大きく異なる場合がある。たとえば中鍋PMが磁性ステンレス製で、フライパンPFが非磁性ステンレス製である場合、周辺負荷検知回路70aが検知する中鍋PMの共振周波数Fr、および周辺負荷検知回路70cが検知するフライパンPFの共振周波数Frは、図9に示すように大きく互いに異なる。
そこで本願発明に係る制御回路80は、中央加熱コイル20および周辺加熱コイル30a,30cが同一の駆動周波数であって、中央負荷検知回路60および周辺負荷検知回路70a,70cにより検知された共振周波数Frのうちの最も大きい共振周波数より大きな周波数を有する高周波電流を供給するように制御する。
同様に、図示しないが、互いに隣接する周辺加熱コイル30a,30bおよび30c,30dを直列に接続して、周辺駆動回路50および周辺負荷検知回路70を共有するように設計することができる。
Claims (11)
- 中央に配置された中央加熱コイルと、
前記中央加熱コイルの周りに配置された少なくとも1つの周辺加熱コイルと、
前記中央加熱コイルに高周波電流を供給する中央加熱コイル駆動回路と、
前記周辺加熱コイルに高周波電流を供給する少なくとも1つの周辺加熱コイル駆動回路と、
前記中央加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷特性を検知する中央加熱コイル負荷検知部と、
前記周辺加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷特性を検知する周辺加熱コイル負荷検知部と、
前記中央加熱コイル負荷検知部および前記周辺加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性に基づいて、前記中央加熱コイル駆動回路および前記周辺加熱コイル駆動回路を独立して制御する制御回路とを備えたことを特徴とする誘導加熱調理器。 - 制御回路は、中央加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性に基づいて、中央加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するように中央加熱コイル駆動回路を制御するとき、周辺加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するように周辺加熱コイル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、中央加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性と、周辺加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性との差異が所定の閾値以上であるとき、中央加熱コイルおよび周辺加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するように中央加熱コイル駆動回路および周辺加熱コイル駆動回路を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の誘導加熱調理器。
- 制御回路は、中央加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の共振周波数と、周辺加熱コイルに対応する負荷検知部により検知された被加熱体の共振周波数との差異が所定の閾値より大きいとき、中央加熱コイル駆動回路および周辺加熱コイル駆動回路が中央加熱コイルおよび周辺加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するように制御することを特徴とする請求項1または2に記載の誘導加熱調理器。
- 制御回路は、中央加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の中央加熱コイルに対する載置面積が所定の閾値より小さいとき、中央加熱コイルおよび周辺加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するように中央加熱コイル駆動回路および周辺加熱コイル駆動回路を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の誘導加熱調理器。
- 中央加熱コイル負荷検知部および周辺加熱コイル負荷検知部により検知される被加熱体の負荷特性は、中央加熱コイルおよび周辺加熱コイルの上方に載置された被加熱体の共振周波数、インダクタンス、または負荷抵抗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。
- 中央加熱コイル駆動回路および周辺加熱コイル駆動回路はそれぞれ、
各加熱コイルの両端に印加される駆動電圧を検出する駆動電圧検出手段と、
前記各加熱コイルに流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
検出された駆動電圧および駆動電流から、駆動周波数と同一の周波数を有する1次成分を含む1次駆動電圧および1次駆動電流を抽出する1次成分抽出手段とを有し、
制御回路は、前記1次駆動電圧および前記1次駆動電流から、対応する前記各加熱コイルの上方に載置された被加熱体の共振周波数、インダクタンス、または負荷抵抗を含む負荷特性を算出するとともに、算出された負荷特性に基づいて、前記各加熱コイルに電源供給すべきか否かを判断することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載の誘導加熱調理器。 - 制御回路は、中央加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の共振周波数と、周辺加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の共振周波数との差が所定の閾値より小さいとき、前記中央加熱コイル負荷検知部および前記周辺加熱コイル負荷検知部により検知された共振周波数のうちの最も大きい共振周波数より大きな周波数を有する高周波電流を供給するように中央加熱コイル駆動回路および周辺加熱コイル駆動回路を制御することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1に記載の誘導加熱調理器。
- 中央に配置された中央加熱コイル、およびその周りに配置された少なくとも1つの周辺加熱コイルからなる誘導加熱調理器の制御方法であって、
前記各加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷特性を検知するステップと、
検知された被加熱体の負荷特性に基づいて、前記各加熱コイルに供給する高周波電流を独立して制御するステップと、
前記各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ステップとを有することを特徴とする制御方法。 - 制御するステップは、中央加熱コイルに対応する負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性に基づいて、前記中央加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するとき、各周辺加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止することを特徴とする請求項9に記載の制御方法。
- 負荷特性を検知するステップは、
各加熱コイルの両端に印加される駆動電圧を検出するステップと、
前記各加熱コイルに流れる駆動電流を検出するステップと、
検出された駆動電圧および駆動電流から、駆動周波数と同一の周波数を有する1次成分を含む1次駆動電圧および1次駆動電流を抽出するステップと、
前記1次駆動電圧および前記1次駆動電流から、前記各加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷抵抗、共振周波数、またはインダクタンスを算出するステップと、
算出された被加熱体の負荷抵抗、共振周波数、またはインダクタンスに基づいて、前記各加熱コイルに電源供給すべきか否かを判断するステップとを有することを特徴とする請求項9または10に記載の制御方法。
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