JP3975864B2

JP3975864B2 - Induction heating cooker

Info

Publication number: JP3975864B2
Application number: JP2002254328A
Authority: JP
Inventors: 克徳財前; 直史中谷; 直昭石丸; 知也藤濤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004095313A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トッププレート上の鍋の温度を精度良く検出することができる誘導加熱調理器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鍋などの被加熱物を加熱する誘導加熱調理器において、被加熱物の鍋の温度を検出する方式として、鍋を載置するトッププレートを介してサーミスタで温度を検出する方式がある。また、鍋から放射される赤外線を検出して鍋底の温度を検知する方法も知られている。この従来例を図３で説明する。
【０００３】
本体１上面にトッププレート２を設け、鍋３を載置して電磁誘導加熱をする加熱コイル４と、高周波電流供給手段５と、温度を検出する赤外線センサ６と、この出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段９と、温度算出手段９の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段１０を設けている。トッププレート２は、強度を高めるため特殊組成のガラスを再加熱してガラス中に微細結晶を析出させた結晶化ガラス（例えば、「リシア系セラミックス」Ｌｉ_２Ｏ−ＡＬ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２）が用いられているおり、２．５μｍ以下の波長の赤外線は８０％以上透過し、３〜４μｍの波長の赤外線は３０％程度透過し、４μｍよりも長い波長の赤外線はほとんど通さない。（図２はその透過特性例を、一般的な赤外線センサ示したものである。）したがって、鍋３から放射される赤外線の４μｍ以下の波長成分は、トッププレート２を透過して、赤外線センサ６が鍋底の温度を測定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来構成の誘導加熱調理器は、鍋３から放射される赤外線をトッププレート２を透過して検出している。一般的に調理時の鍋３の温度は、約３０℃〜２３０℃であり、この温度のピーク波長はステファン・ボルツマンの法則より６μｍ〜１０μｍの波長である。（なお、赤外線放射エネルギの最大ピーク波長λｍａｘとの間には、一定の相関関係があって、Ｔ＝２００℃のときλｍａｘ＝約６．１μｍ、Ｔ＝１５０℃のときλｍａｘ＝約６．８μｍ、Ｔ＝１４０℃のときλｍａｘ＝約７．０μｍ、Ｔ＝１００℃のときλｍａｘ＝約７．８μｍ、Ｔ＝２０℃のときλｍａｘ＝約９．９μｍとなる。）トッププレート２が透過できる波長は４μｍ以下の波長の赤外線であり、この４μｍ以下の波長成分だけでは、赤外線センサ受光面のフィルタによる減衰等を考慮すると、鍋底からの赤外線放射エネルギの２０％程度にしかならず、鍋底からの赤外線放射エネルギの大部分はトッププレート２で吸収されてしまう。このため赤外線センサ６に届く赤外線エネルギは微弱であり、赤外線センサ６で電気信号に変換してもＳ／Ｎ比が悪く、調理時の温度を測定するには、精度が良くない。
【０００５】
また、赤外線センサは一般的に周囲温度の影響を受けやすく、加熱コイルやトッププレートを介して伝わる鍋からの伝導熱や、スイッチング素子の発熱などにより周囲温度が大きく変化するような誘導加熱調理器本体内では精度の良い放射温度をすることは難しかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、加熱コイルの上部で鍋を載置する結晶化ガラスからなるトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面を覆い所定帯域の光透過特性を有するバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記トッププレートと前記バンドパスフィルタを透過する鍋底の赤外線放射エネルギにより鍋底の温度を測定し前記加熱コイルの出力を制御するようにした誘導加熱調理器であって、前記バンドパスフィルタの透過帯域は、３．６μｍ±０．１５μｍの波長域とした誘導加熱調理器としているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、加熱コイルの上部で鍋を載置する結晶化ガラスからなるトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面を覆い所定帯域の光透過特性を有するバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記トッププレートと前記バンドパスフィルタを透過する鍋底の赤外線放射エネルギにより鍋底の温度を測定し前記加熱コイルの出力を制御するようにした誘導加熱調理器であって、前記バンドパスフィルタの透過帯域は、３．６μｍ±０．１５μｍの波長域とした誘導加熱調理器としたことによって、高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、加熱コイルの上部で鍋を載置する結晶化ガラスからなるトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面を覆い所定帯域の光透過特性を有するバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記トッププレートと前記バンドパスフィルタを透過する鍋底の赤外線放射エネルギにより鍋底の温度を測定し前記加熱コイルの出力を制御するようにした誘導加熱調理器であって、前記バンドパスフィルタの透過帯域は、１．９６〜２．６μｍの波長域としたことによって高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（実施例１）
図１は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。本実施例の誘導加熱調理器は、調理物を加熱調理する鍋３と、鍋３を加熱する加熱コイル４と、加熱コイル４に高周波電流を供給する高周波供給手段５と、トッププレート下面に配され鍋３の底から放射される赤外線を受光する赤外線センサ６と、赤外線センサの受光面を覆うように装着した所定の帯域特性のバンドパスフィルタ７と、赤外線センサに一体化されその出力を増幅するアンプ８と、アンプ８の出力信号から鍋３の温度を算出する温度算出手段９と、この温度算出手段９の出力に応じて加熱コイル４に供給する高周波電流供給量を制御する制御手段１０とを備えたものである。赤外線センサ６及びアンプ８は素子温度を安定させるため、アルミか非磁性金属筒に収納する。非磁性金属筒の場合はシールド効果を持たせるため、内面にシールド剤を塗布する。
【００１１】
上記実施例１において、図示していない電源スイッチを投入し、操作スイッチで所定の温度を設定すると、制御手段１０が高周波電流供給手段５を制御して加熱コイル４に所定の電力を供給する。加熱コイル４に高周波電流が供給されると、加熱コイル４から誘導磁界が発せられ、トッププレート２上の鍋３が誘導加熱される。この誘導加熱によって鍋３の温度が上昇し、鍋３内の調理物が調理される。
【００１２】
一般に物体の放射する赤外線エネルギはその物体の絶対温度の４乗に比例するというステファン・ボルツマンの法則があり、温度が高くなればなるほど加速度的に大きなエネルギを赤外線として放射する。（図２に１００℃と２００℃の黒体温度の放射エネルギ曲線を示す。）
式１Ｗ＝（２π^５κ^４／１５ｃ^２ｈ^３）×Ｔ^４＝σＴ^４
Ｗ：単位面積当たりの放射量（Ｗ／ｃｍ^２・μｍ）
κ：ボルツマン定数＝１．３８０７×１０^−２３（Ｗ・ｓ／Ｋ）
ｃ：光速度＝２．９９７９×１０^１０（ｃｍ／ｓ）
ｈ：プランク定数＝６．６２６１×１０^−３４（Ｗ・ｓ^２）
σ：ステファン・ボルツマン定数＝５．６７０６×１０^−１２（Ｗ／ｃｍ^２・Ｋ^４）
Ｔ：放射物体の絶対温度（Ｋ）
赤外線センサ６は受光した赤外線のエネルギに比例した電圧を出力するもので、焦電素子や熱電対を一点に集めたサーモパイルなどを用いている。このため、鍋６の温度が上昇すると鍋底からの赤外線放射強度も強くなり、赤外線センサ６が受光する赤外線エネルギ量が増え、赤外線センサ６の出力信号電圧が高くなる。
【００１３】
上述したように、トッププレート２は４μｍ以下の波長の赤外線しか透過せず、赤外線センサ６に届く赤外線エネルギは微弱であるが、モジュールとして赤外線センサ６と一体化されたアンプ８で５０００〜１００００倍に増幅した後に出力することで、Ｓ／Ｎ比を確保し、ノイズに影響されずに測定を可能としている。
【００１４】
また、トッププレート２自身から放射される赤外線をカットするため所定の帯域特性（例えば、０．８〜４μｍ）のバンドパスフィルタ７を赤外線センサの受光面に装着している。温度算出手段９はアンプ８の出力信号電圧から鍋３の温度を算出し、制御手段１０に送る。制御手段１０は、この温度信号に応じて加熱コイル４に供給する電力を制御して、設定された所定の鍋温度に制御する。
【００１５】
特に本実施例１では鍋底の温度を熱伝導を用いて温度センサに導いてくるのではなく、非接触で鍋底の温度を検出することができるため、応答性が極めて速く、調理時に必要な微妙な火加減を実現できるものである。
【００１６】
（実施例２）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例２は、バンドパスフィルタ７の透過帯域をトッププレートの透過波長帯域の長波長側の所定の帯域としたものである。厚み０．５ｍｍ程度の適当な基材（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、ＡｌＯ_３、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）に光学コーティングを施し、図２の透過波長域Ａ＝３〜４μｍで透過率９０％のバンドパスフィルタ７を製作し、赤外線センサ６の受光面に装着する。図４にこのバンドパスフィルタ７を装着した時の理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ^４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ^４」の関係を示す。帯域を制限しても測定に必要な放射エネルギ量は確保できると共に、外乱光の影響をバンドパスフィルタ７によりカット出来るので、より精度の良い温度測定が可能となる。
【００１７】
なお、また、発明者らは３．６μｍ±０．１５μｍの波長域が温度測定に適していることを見いだしたもので、トッププレートの透過波長帯域の長波長側の透過率ピーク波長である３．６μｍ±０．１５μｍとすれば、透過率の高い部分だけで測定できる。また、その他の周波数のノイズの影響を防止でき、より制度は良くなる。
【００１８】
（実施例３）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。本実施例は、トッププレート下面に温度センサを設け、温度センサの検出した温度から赤外線センサの出力を補正する補正手段を備えたものである。
【００１９】
図５は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。トッププレート下面に温度センサ１１を設け、温度センサ１１の検出したトッププレート温度から赤外線センサの出力を補正する補正値を出力する補正手段１２を備えたものである。図６に補正を行わなかった場合の検知出力例を示す。３〜４μｍの波長域ではトッププレート２の透過率はピーク値でも６０％なので、「１−透過率」相当のエネルギを自己放射しているため、トッププレート温度が２８０℃にもなると、プレート自身からの放射エネルギによりアンプ８の検知出力が飽和しているのが読みとれる。アンプ１３は赤外線センサ６の出力と、この補正手段１２の出力を差動増幅することにより、検知出力の飽和を防止し、より精度の良い温度測定を行うことが可能となる。
【００２０】
（実施例４）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例４は、バンドパスフィルタ７の透過帯域をトッププレートの透過波長帯域の中間波長部における所定の帯域としたものである。光学コーティングを施し、図２の透過波長域Ｂ＝１．９６〜２．６μｍで透過率９０％のバンドパスフィルタ７を製作し、赤外線センサ６の受光面に装着する。図７は、このバンドパスフィルタ７を装着した時の理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係を示す。帯域を制限しても６０℃以上の温度測定に必要な放射エネルギ量は確保できると共に、外乱光の影響をバンドパスフィルタ７によりカット出来るので、より精度の良い温度測定が可能となる。また、発明者らは１．９６〜２．６μｍの波長域が温度測定に適していることを見いだしたもので、１．９６〜２．６μｍの波長域ではトッププレート２の透過率は８５％以上なので、プレート自身からの放射エネルギの影響は非常に少なくなり、より精度の良い温度測定が可能となる。
【００２１】
（実施例５）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例５は、温度算出手段はステファン・ボルツマンの法則によらないｙ＝ａ^−ｂｘ^ｃの累乗式により温度を算出し、前記ａ、ｂ及びｃの各定数はバンドパスフィルタを透過する赤外線の放射エネルギ量と鍋底温度の関係式となるようにした構成が上記の実施例１とは異なるものであり、この点を中心に説明する。
【００２２】
バンドパスフィルタ７の透過波長帯域を狭帯域にすると図４、図７に示すように理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ^４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ^４」の関係が曲線となる。すなわち、ステファン・ボルツマンの法則から外れてくる。この場合の理論放射エネルギはプランクの式を波長λ１（バンドパスフィルタ７の下限波長）から、波長λ２（バンドパスフィルタ７の下限波長）まで不定積分を行えばよい。
【００２３】
式２Ｗλ＝２πｈｃ^２／［λ^５（ｅ^ｃｈ／λκ^Ｔ−１）］
本実施例ではこの積分結果のグラフから近似式を導きだし、温度算出手段９に記憶させてある。温度算出手段９はこの近似式にアンプ８の検知出力値を代入演算し、鍋底の温度を算出する。
３〜４μｍの波長域では、放射エネルギｙと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係は、（図４）
式３ｙ＝７．５２１２９３９５１６Ｅ−２１ｘ^{１．７１３５２９４８３８Ｅ＋００}
１．９６〜２．６μｍの波長域では、（図７）
式４ｙ＝５．０８０９９４２８１７Ｅ−３１ｘ^{２．５５７２９２４７５０Ｅ＋００}
が、共に相関係数Ｒ^２＞０．９９９と非常に良好な近似を示す。
以上によれば、理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ_４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ_４」の関係が直線でなくても、不定積分を行うことなく簡便な近似式で鍋底温度の算出を行うことができる。
【００２４】
（実施例６）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例６は、変換式をテーブルデータとして記憶手段に記憶させ構成が上記の実施例１とは異なるものであり、この点を中心に説明する。図８は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。記憶手段１４に上記の近似式の計算結果をテーブルデータとして記憶させてある。温度算出手段１５はアンプ８の検知出力から、このテーブルデータを参照して、鍋底温度を算出する。記憶手段１４は半導体メモリーを用いれば安価であり、温度算出手段１５も低価格のマイクロコンピュータで構成することが可能となり、より安価で、精度の良い温度測定が可能となる。
【００２５】
（実施例７）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例７は、温度算出手段の入力部とアンプ出力部間にローパスフィルタを設けた構成が上記の実施例１とは異なるものであり、この点を中心に説明する。
【００２６】
図９は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。アンプ８の出力は、ローパスフィルタ１６を介して、温度算出手段９へ接続している。ローパスフィルタ１６の遮断周波数ｆｃは、商用電源周波数５０／６０Ｈｚと、高周波電流供給手段５の発振周波数２０〜３５ｋＨｚのノイズ成分をカットできるように、２０Ｈｚ以下に設定する。４次のバタワース特性のフィルタで２４ｄＢ／ｏｃｔ相当の減衰傾度を得られるので、十分に上記のノイズを除去でき、よりＳ／Ｎ比を高めた高精度の温度測定が可能となる。
【００２７】
（実施例８）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例８は、トッププレート下面に反射防止膜をコーティングし、赤外線の透過率を向上させたものであり、この点を中心に説明する。反射防止膜をトッププレート下面のみにコーティングすることで、透過率を５％程度アップさせることが出来るため、赤外線センサ６への受光量を増加させ、より精度の高い温度測定が可能となる。
なお、反射防止膜をコーティングするのは、トッププレート下面のみなので、傷などに対する耐久性を考慮する必要がなく、安価な反射防止膜を使用できる。
【００２８】
（実施例９）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例９は、赤外線センサを冷却する冷却手段を設けたものであり、この点を中心に説明する。図１０は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。赤外線センサ６とアンプ８を冷却する冷却手段１７を設けたものである。赤外線センサ６に使用する素子がサーモパイルや焦電素子の場合は常温（２０〜３０℃）にファンで冷却し、ＨｇＣｄＴｅやＩｎＧａＡｓ素子の場合はペルチェ素子などの電子冷却で−５℃以下に冷却することで、素子感度が向上し、より精度の高い温度測定が可能となる。
【００２９】
（実施例１０）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１０は、冷却手段の冷却温度を精密に制御する温度制御手段を設けたものであり、この点を中心に説明する。図１１は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。冷却手段１７の冷却温度を制御する温度制御手段１８を設けたものである。赤外線センサ８の温度を一定温度に精度良く保つことで、極めて安定した検知出力が得られ、より高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器を提供できる。
【００３０】
（実施例１１）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１１は、レンズもしくは曲面反射鏡等による光学系により赤外線を集光するものであり、この点を中心に説明する。
【００３１】
図１２は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。バンドパスフィルタ７の前面に、レンズもしくは曲面反射鏡からなる赤外線集光手段１９を設けたものである。赤外線集光手段１９により赤外線センサ６へ受光させる赤外線量を数倍にすることで、よりＳ／Ｎ比を高め、より高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００３２】
（実施例１２）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１２は、所定形状の放物面反射鏡により赤外線を赤外線センサの受光面に集光すると共に、反射鏡とトッププレート下面の間の空間が黒体と類似した特性を備えたものであり、この点を中心に説明する。
【００３３】
図１３は本実施例における放物面反射鏡の構成を示す要部断面図である。放物面反射鏡は赤外線センサ６の受光面に装着され、トップレート２と０．１ｍｍ程度の距離に設置されている。所定形状の放物面反射鏡２０により、トッププレート２下面の集光エリア２１から放射される全ての赤外線を補足する。２２は赤外線センサ６の測定視野であるが、集光エリア２１と放物面反射鏡２０で構成される空間は黒体と類似の特性を示すように、放物面反射鏡２０の曲面と表面状態を設計する。
【００３４】
図１２の２３に２５０℃の放射率の異なる鍋を測定した例をグラフで示す。補正をしないと放射率と共に見かけの（測定）温度は低下するが、上記構成とすることで放射率０．４程度までは補正なしでも誤差が少ない。従って、実用に供されている低い放射率の鍋でもわずかな補正あるいは補正なしで測定が可能となり、より使い勝手の良い誘導加熱調理器を提供できる。
【００３５】
なお、放物面放射鏡２０はトッププレート２からの輻射熱を受け温度が上昇するので、低放射率の材料で形成すると共に、しっかり冷却する。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明の発明は、トッププレートからの自己放射の影響を低減できる誘導加熱調理器が実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における調理器の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施例２におけるトッププレートの透過特性グラフ
【図３】従来における誘導加熱調理器を示すブロック図
【図４】本発明の実施例２におけるバンドパスフィルタを装着した時の理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係図
【図５】本発明の実施例３における調理器の構成を示すブロック図
【図６】補正を行わないときの検知出力を示す図
【図７】本発明の実施例５におけるバンドパスフィルタを装着した時の理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係図
【図８】本発明の実施例６における調理器の構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施例７における調理器の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施例９における調理器の構成を示すブロック図
【図１１】本発明の実施例１０における調理器の構成を示すブロック図
【図１２】本発明の実施例１１における調理器の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の実施例１２における放物面反射鏡の構成を示す要部断面図及び放射率の異なる鍋を測定したグラフ
【符号の説明】
１調理器本体
２トッププレート
３鍋
４加熱コイル
５高周波電流供給手段
６赤外線センサ
７バンドパスフィルタ
８アンプ
９温度算出手段
１０制御手段
１２プレート温度補正手段
１４記憶手段
１６ローパスフィルタ
１７冷却手段
１９赤外線集光手段
２０放物面反射鏡
２１集光エリア
２２赤外線センサの測定視野[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an induction heating cooker that can accurately detect the temperature of a pan on a top plate.
[0002]
[Prior art]
In an induction heating cooker that heats an object to be heated such as a pot, as a method of detecting the temperature of the pot of the object to be heated, there is a method of detecting the temperature with a thermistor through a top plate on which the pot is placed. Also known is a method for detecting the temperature of the pan bottom by detecting infrared rays emitted from the pan. This conventional example will be described with reference to FIG.
[0003]
A top plate 2 is provided on the upper surface of the main body 1, a heating coil 4 for placing the pan 3 for electromagnetic induction heating, a high-frequency current supply means 5, an infrared sensor 6 for detecting the temperature, and the pan bottom temperature from this output. A temperature calculating means 9 for calculating and a control means 10 for controlling the power supplied to the heating coil in accordance with the output of the temperature calculating means 9 are provided. The top plate 2 is a crystallized glass (for example, “lithia ceramics” Li ₂ O—AL ₂ O ₃ —SiO ₂ ) in which fine crystals are precipitated by reheating a glass having a special composition in order to increase strength. Infrared light having a wavelength of 2.5 μm or less is transmitted 80% or more, infrared light having a wavelength of 3 to 4 μm is transmitted about 30%, and infrared light having a wavelength longer than 4 μm is hardly transmitted. (FIG. 2 shows an example of the transmission characteristic of a general infrared sensor.) Therefore, the wavelength component of 4 μm or less of the infrared ray radiated from the pan 3 is transmitted through the top plate 2 and the infrared sensor 6. Measures the temperature at the bottom of the pan.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The induction heating cooker having the conventional configuration shown in FIG. 3 detects infrared rays radiated from the pan 3 through the top plate 2. Generally, the temperature of the pan 3 during cooking is about 30 ° C. to 230 ° C., and the peak wavelength of this temperature is 6 μm to 10 μm according to Stefan-Boltzmann's law. (Note that there is a certain correlation with the maximum peak wavelength λmax of infrared radiation energy, λmax = about 6.1 μm when T = 200 ° C., and λmax = about 6.8 μm when T = 150 ° C. When T = 140 ° C., λmax = about 7.0 μm, when T = 100 ° C., λmax = about 7.8 μm, and when T = 20 ° C., λmax = about 9.9 μm. Is an infrared ray having a wavelength of 4 μm or less, and if only the wavelength component of 4 μm or less is taken into consideration, attenuation of the infrared sensor light receiving surface by a filter is only about 20% of the infrared radiation energy from the pan bottom, and infrared radiation from the pan bottom Most of the energy is absorbed by the top plate 2. For this reason, the infrared energy that reaches the infrared sensor 6 is weak, and even if it is converted into an electrical signal by the infrared sensor 6, the S / N ratio is poor, and the accuracy in measuring the temperature during cooking is not good.
[0005]
Infrared sensors are generally susceptible to ambient temperature, and induction heating cookers in which the ambient temperature changes greatly due to conduction heat from the pan transmitted through the heating coil or top plate, or heat generated by the switching element, etc. It was difficult to achieve a precise radiation temperature within the body.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a heating coil for heating a pan, a top plate made of crystallized glass on which the pan is placed at the top of the heating coil, and an infrared sensor arranged on the bottom surface of the top plate to detect infrared rays emitted from the bottom surface of the pan A bandpass filter that covers the light receiving surface of the infrared sensor and has a light transmission characteristic of a predetermined band; an amplifier that amplifies the output of the infrared sensor; and a temperature calculation unit that calculates a pan bottom temperature from the output of the amplifier; Control means for controlling the power supplied to the heating coil in accordance with the output of the temperature calculating means, and the control means controls the temperature of the pan bottom by infrared radiation energy of the pan bottom passing through the top plate and the bandpass filter. measured an induction heating cooker so as to control the output of the heating coil, the transmission band of the band-pass filter, 3.6 those that induction heating cooker which is the wavelength range of m ± 0.15 [mu] m.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention according to claim 1 is a top plate made of crystallized glass on which a pan is placed at the top of a heating coil, an infrared sensor arranged on the bottom surface of the top plate to detect infrared rays emitted from the bottom of the pan, and A band-pass filter that covers the light receiving surface of the infrared sensor and has a light transmission characteristic of a predetermined band, an amplifier that amplifies the output of the infrared sensor, a temperature calculation unit that calculates a pan bottom temperature from the output of the amplifier, and the temperature calculation Control means for controlling the power supplied to the heating coil in accordance with the output of the means, the control means measures the temperature of the pan bottom by infrared radiation energy of the pan bottom that passes through the top plate and the bandpass filter, and An induction heating cooker configured to control an output of a heating coil , wherein a transmission band of the band pass filter is 3.6 μm ± 0.15 By using an induction heating cooker with a wavelength range of μm, the induction heating cooker can measure the temperature of the pan with high accuracy.
[0008]
The invention according to claim 2 is a heating coil for heating the pan, a top plate made of crystallized glass on which the pan is placed above the heating coil, and an infrared ray disposed on the bottom surface of the top plate and emitted from the bottom surface of the pan. An infrared sensor that detects light, a bandpass filter that covers a light receiving surface of the infrared sensor and has a light transmission characteristic of a predetermined band, an amplifier that amplifies the output of the infrared sensor, and calculates the pan bottom temperature from the output of the amplifier Temperature calculating means, and control means for controlling the power supplied to the heating coil in accordance with the output of the temperature calculating means, wherein the control means transmits infrared radiation energy at the bottom of the pan that passes through the top plate and the bandpass filter. by an induction heating cooker so as to control the output of the heating coil to measure the temperature of the pan bottom, the transmission of the band-pass filter Band are those with an induction heating cooker which can measure the temperature of the pot with high accuracy by which the wavelength range of 1.96～2.6Myuemu.
[0009]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0010]
Example 1
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a cooking device in the present embodiment. The induction cooking device of the present embodiment is arranged on a pan 3 for cooking a cooked food, a heating coil 4 for heating the pan 3, high-frequency supply means 5 for supplying a high-frequency current to the heating coil 4, and a lower surface of the top plate. An infrared sensor 6 that receives infrared rays emitted from the bottom of the pan 3, a band-pass filter 7 having a predetermined band characteristic that is mounted so as to cover the light receiving surface of the infrared sensor, and an output amplified by being integrated with the infrared sensor Amplifier 8, temperature calculating means 9 for calculating the temperature of the pan 3 from the output signal of the amplifier 8, and control means 10 for controlling the amount of high-frequency current supplied to the heating coil 4 according to the output of the temperature calculating means 9. It is equipped with. The infrared sensor 6 and the amplifier 8 are housed in an aluminum or nonmagnetic metal tube in order to stabilize the element temperature. In the case of a nonmagnetic metal cylinder, a shielding agent is applied to the inner surface in order to provide a shielding effect.
[0011]
In the first embodiment, when a power switch (not shown) is turned on and a predetermined temperature is set by the operation switch, the control means 10 controls the high-frequency current supply means 5 to supply predetermined power to the heating coil 4. When a high frequency current is supplied to the heating coil 4, an induction magnetic field is emitted from the heating coil 4, and the pan 3 on the top plate 2 is induction heated. By this induction heating, the temperature of the pan 3 rises and the food in the pan 3 is cooked.
[0012]
In general, there is Stefan-Boltzmann's law that the infrared energy radiated by an object is proportional to the fourth power of the absolute temperature of the object, and the higher the temperature, the higher the energy is radiated as infrared rays. (FIG. 2 shows radiant energy curves of black body temperatures of 100 ° C. and 200 ° C.)
Formula 1 W = (2π ⁵ κ ⁴ / 15c ² h ³ ) × T ⁴ = σT ⁴
W: radiation amount per unit area (W / cm ² · μm)
κ: Boltzmann constant = 1.3807 × 10 ⁻²³ (W · s / K)
c: speed of light = 2.999 × 10 ¹⁰ (cm / s)
h: Planck's constant = 6.6261 × 10 ⁻³⁴ (W · s ² )
σ: Stefan-Boltzmann constant = 5.6706 × 10 ⁻¹² (W / cm ² · K ⁴ )
T: Absolute temperature of the radiating object (K)
The infrared sensor 6 outputs a voltage proportional to the received infrared energy, and uses a thermopile that collects pyroelectric elements and thermocouples at one point. For this reason, when the temperature of the pan 6 rises, the infrared radiation intensity from the pan bottom increases, the amount of infrared energy received by the infrared sensor 6 increases, and the output signal voltage of the infrared sensor 6 increases.
[0013]
As described above, the top plate 2 transmits only infrared rays having a wavelength of 4 μm or less, and the infrared energy reaching the infrared sensor 6 is weak. However, the amplifier 8 integrated with the infrared sensor 6 as a module is 5000 to 10,000 times. By outputting the signal after being amplified, the S / N ratio is ensured, and measurement is possible without being affected by noise.
[0014]
Further, a band pass filter 7 having a predetermined band characteristic (for example, 0.8 to 4 μm) is mounted on the light receiving surface of the infrared sensor in order to cut infrared rays emitted from the top plate 2 itself. The temperature calculation means 9 calculates the temperature of the pan 3 from the output signal voltage of the amplifier 8 and sends it to the control means 10. The control means 10 controls the electric power supplied to the heating coil 4 according to this temperature signal, and controls it to the predetermined pan temperature set.
[0015]
In particular, in the first embodiment, the temperature at the bottom of the pan is not guided to the temperature sensor using heat conduction, but the temperature at the bottom of the pan can be detected in a non-contact manner. It is possible to realize a correct fire.
[0016]
(Example 2)
In this embodiment, the basic configuration as a cooking device is the same as that of the first embodiment, and the description of the basic configuration is omitted. In the second embodiment, the transmission band of the bandpass filter 7 is set to a predetermined band on the long wavelength side of the transmission wavelength band of the top plate. An appropriate substrate having a thickness of about 0.5 mm (for example, Si, Ge, ZnS, AlO ₃ , MgAl ₂ O ₄ ) is optically coated, and the transmittance is 90% in the transmission wavelength region A = _{3 to} ₄ μm in FIG. A band pass filter 7 is manufactured and attached to the light receiving surface of the infrared sensor 6. FIG. 4 shows the relationship between the theoretical radiant energy when the bandpass filter 7 is attached and “pot temperature T ⁴ −element temperature Tb ⁴ of the infrared sensor 6”. Even if the band is limited, the amount of radiant energy necessary for measurement can be secured, and the influence of ambient light can be cut by the bandpass filter 7, so that more accurate temperature measurement can be performed.
[0017]
In addition, the inventors have found that the wavelength range of 3.6 μm ± 0.15 μm is suitable for temperature measurement, and is the transmittance peak wavelength on the long wavelength side of the transmission wavelength band of the top plate 3. If it is set to 6 μm ± 0.15 μm, it can be measured only in a portion having high transmittance. In addition, the influence of noise at other frequencies can be prevented, and the system is improved.
[0018]
(Example 3)
In this embodiment, the basic configuration as a cooking device is the same as that of the first embodiment, and the description of the basic configuration is omitted. In this embodiment, a temperature sensor is provided on the lower surface of the top plate, and a correction means for correcting the output of the infrared sensor from the temperature detected by the temperature sensor is provided.
[0019]
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the cooking device in the present embodiment. A temperature sensor 11 is provided on the lower surface of the top plate, and is provided with correction means 12 for outputting a correction value for correcting the output of the infrared sensor from the top plate temperature detected by the temperature sensor 11. FIG. 6 shows an example of detection output when no correction is performed. Since the transmittance of the top plate 2 in the wavelength range of 3 to 4 μm is 60% even at the peak value, energy equivalent to “1-transmittance” is self-radiated, so when the top plate temperature reaches 280 ° C., the plate itself It can be read that the detection output of the amplifier 8 is saturated by the radiant energy from. The amplifier 13 differentially amplifies the output of the infrared sensor 6 and the output of the correction means 12 to prevent saturation of the detection output and to perform temperature measurement with higher accuracy.
[0020]
Example 4
In this embodiment, the basic configuration as a cooking device is the same as that of the first embodiment, and the description of the basic configuration is omitted. In the fourth embodiment, the transmission band of the bandpass filter 7 is set to a predetermined band in the intermediate wavelength portion of the transmission wavelength band of the top plate. An optical coating is applied, and a bandpass filter 7 having a transmission wavelength range B of 1.96 to 2.6 μm and a transmittance of 90% in FIG. 2 is manufactured and attached to the light receiving surface of the infrared sensor 6. FIG. 7 shows the relationship between the theoretical radiant energy when the band-pass filter 7 is attached and the “pot temperature T 4 -element temperature Tb 4 of the infrared sensor 6”. Even if the band is limited, the amount of radiant energy required for temperature measurement of 60 ° C. or more can be secured, and the influence of disturbance light can be cut by the bandpass filter 7, so that more accurate temperature measurement can be performed. The inventors have found that the wavelength range of 1.96 to 2.6 μm is suitable for temperature measurement, and the transmittance of the top plate 2 is 85% in the wavelength range of 1.96 to 2.6 μm. As described above, the influence of the radiant energy from the plate itself is very small, and temperature measurement with higher accuracy is possible.
[0021]
(Example 5)
In this embodiment, the basic configuration as a cooking device is the same as that of the first embodiment, and the description of the basic configuration is omitted. In the fifth embodiment, the temperature calculating means calculates the temperature by a power of y = a− ^b × ^c that does not depend on Stefan-Boltzmann's law, and the constants a, b, and c are transmitted through the band-pass filter. The configuration of the relational expression between the amount of infrared radiation energy and the pan bottom temperature is different from that in the first embodiment, and this point will be mainly described.
[0022]
When the transmission wavelength band of the band-pass filter 7 is narrow, the relationship between the theoretical radiant energy and “pot temperature T ⁴ −element temperature Tb ⁴ of the infrared sensor 6” becomes a curve as shown in FIGS. 4 and 7. That is, it deviates from Stefan Boltzmann's law. In this case, the theoretical radiant energy may be indefinitely integrated from the wavelength λ1 (the lower limit wavelength of the bandpass filter 7) to the wavelength λ2 (the lower limit wavelength of the bandpass filter 7).
[0023]
Formula 2 Wλ = 2πhc ² / [λ ⁵ (ech ^/ λκ ^T −1)]
In this embodiment, an approximate expression is derived from the graph of the integration result and stored in the temperature calculation means 9. The temperature calculating means 9 calculates the temperature of the pan bottom by substituting the detected output value of the amplifier 8 into this approximate expression.
In the wavelength region of 3 to 4 μm, the relationship between the radiant energy y and the “pan temperature To4—element temperature Tb4 of the infrared sensor 6” is (FIG. 4).
Formula 3 y = 7.521293516E-21x ^{1.7135294838E + 00}
In the wavelength range of 1.96 to 2.6 μm (FIG. 7)
Formula 4 y = 5.00809942817E-31x ^{2.557272950E + 00}
Are very good approximations with correlation coefficient R ² > 0.999.
According to the above, even if the relationship between the theoretical radiant energy and “pan temperature To ₄ -element temperature Tb ₄ of the infrared sensor 6” is not a straight line, the pan bottom temperature is calculated by a simple approximate expression without performing indefinite integration. be able to.
[0024]
(Example 6)
In this embodiment, the basic configuration as a cooking device is the same as that of the first embodiment, and the description of the basic configuration is omitted. The sixth embodiment is different from the first embodiment in that the conversion formula is stored in the storage means as table data, and this point will be mainly described. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the cooking device in the present embodiment. The storage means 14 stores the calculation result of the above approximate expression as table data. The temperature calculation means 15 calculates the pan bottom temperature from the detection output of the amplifier 8 with reference to this table data. If the semiconductor memory is used for the storage means 14, the temperature calculation means 15 can be constituted by a low-cost microcomputer, and the temperature measurement can be made more inexpensively and with high accuracy.
[0025]
(Example 7)
In this embodiment, the basic configuration as a cooking device is the same as that of the first embodiment, and the description of the basic configuration is omitted. The seventh embodiment is different from the first embodiment in that the low-pass filter is provided between the input unit and the amplifier output unit of the temperature calculation means, and this point will be mainly described.
[0026]
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the cooking device in the present embodiment. The output of the amplifier 8 is connected to the temperature calculation means 9 through the low pass filter 16. The cut-off frequency fc of the low-pass filter 16 is set to 20 Hz or less so that noise components of the commercial power supply frequency 50/60 Hz and the oscillation frequency 20 to 35 kHz of the high-frequency current supply means 5 can be cut. Since the attenuation gradient corresponding to 24 dB / oct can be obtained with a fourth-order Butterworth characteristic filter, the above-mentioned noise can be sufficiently removed, and highly accurate temperature measurement with a higher S / N ratio can be achieved.
[0027]
(Example 8)
In this embodiment, the basic configuration as a cooking device is the same as that of the first embodiment, and the description of the basic configuration is omitted. In Example 8, an antireflection film is coated on the lower surface of the top plate to improve the infrared transmittance. This point will be mainly described. By coating the antireflection film only on the lower surface of the top plate, the transmittance can be increased by about 5%. Therefore, the amount of light received by the infrared sensor 6 can be increased, and temperature measurement with higher accuracy can be achieved.
Since the antireflection film is coated only on the lower surface of the top plate, it is not necessary to consider the durability against scratches, and an inexpensive antireflection film can be used.
[0028]
Example 9
In this embodiment, the basic configuration as a cooking device is the same as that of the first embodiment, and the description of the basic configuration is omitted. The ninth embodiment is provided with cooling means for cooling the infrared sensor, and this point will be mainly described. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the cooking device in the present embodiment. A cooling means 17 for cooling the infrared sensor 6 and the amplifier 8 is provided. If the element used for the infrared sensor 6 is a thermopile or pyroelectric element, it is cooled to room temperature (20 to 30 ° C.) with a fan, and if it is an HgCdTe or InGaAs element, it is cooled to −5 ° C. or less by electronic cooling such as a Peltier element. As a result, device sensitivity is improved, and temperature measurement with higher accuracy becomes possible.
[0029]
(Example 10)
In this embodiment, the basic configuration as a cooking device is the same as that of the first embodiment, and the description of the basic configuration is omitted. The tenth embodiment is provided with temperature control means for precisely controlling the cooling temperature of the cooling means, and this point will be mainly described. FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the cooking device in the present embodiment. A temperature control means 18 for controlling the cooling temperature of the cooling means 17 is provided. By accurately maintaining the temperature of the infrared sensor 8 at a constant temperature, an extremely stable detection output can be obtained, and an induction heating cooker that can measure the temperature of the pan with higher accuracy can be provided.
[0030]
(Example 11)
In this embodiment, the basic configuration as a cooking device is the same as that of the first embodiment, and the description of the basic configuration is omitted. In Example 11, infrared rays are collected by an optical system such as a lens or a curved reflecting mirror, and this point will be mainly described.
[0031]
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the cooking device in the present embodiment. An infrared condensing means 19 comprising a lens or a curved reflecting mirror is provided on the front surface of the band pass filter 7. By increasing the amount of infrared light received by the infrared sensor 6 by the infrared condensing means 19 several times, the S / N ratio is further increased and the temperature of the pan can be measured with higher accuracy.
[0032]
(Example 12)
In this embodiment, the basic configuration as a cooking device is the same as that of the first embodiment, and the description of the basic configuration is omitted. In the twelfth embodiment, infrared rays are condensed on the light receiving surface of the infrared sensor by a parabolic reflecting mirror having a predetermined shape, and the space between the reflecting mirror and the lower surface of the top plate has characteristics similar to a black body. Yes, this point will be mainly described.
[0033]
FIG. 13 is a cross-sectional view of the main part showing the configuration of the parabolic reflector in the present embodiment. The parabolic reflecting mirror is mounted on the light receiving surface of the infrared sensor 6 and is installed at a distance of about 0.1 mm from the top rate 2. All the infrared rays radiated from the condensing area 21 on the lower surface of the top plate 2 are supplemented by the parabolic reflecting mirror 20 having a predetermined shape. Reference numeral 22 denotes a measurement visual field of the infrared sensor 6, but the curved surface and the surface of the parabolic reflector 20 so that the space formed by the condensing area 21 and the parabolic reflector 20 exhibits characteristics similar to those of a black body. Design the state.
[0034]
The example which measured the pan with a different emissivity of 250 degreeC to 23 of FIG. 12 is shown with a graph. Without correction, the apparent (measurement) temperature decreases with the emissivity, but with the above configuration, there are few errors up to an emissivity of about 0.4 even without correction. Therefore, even a low emissivity pan that is practically used can be measured with little or no correction, and an induction heating cooker that is more convenient to use can be provided.
[0035]
The parabolic radiator 20 receives the radiant heat from the top plate 2 and rises in temperature. Therefore, the parabolic radiator 20 is formed of a low emissivity material and is cooled thoroughly.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the invention of the present invention can realize an induction heating cooker that can reduce the influence of self-radiation from the top plate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a cooking device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a transmission characteristic graph of a top plate according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between theoretical radiant energy when the band-pass filter is mounted in Embodiment 2 of the present invention and “element temperature Tb4 of pan bottom temperature To 4 -infrared sensor 6” FIG. 5 in Embodiment 3 of the present invention; FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the cooker. FIG. 6 is a diagram showing detection output when correction is not performed. FIG. 7 is a diagram showing theoretical radiant energy when the band-pass filter is mounted in Example 5 of the present invention. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the cooking device in Embodiment 6 of the present invention. FIG. 9 is the configuration of the cooking device in Embodiment 7 of the present invention. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of a cooking device in Embodiment 9 of the present invention. FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a cooking device in Embodiment 10 of the present invention. The block diagram which shows the structure of the cooker in 11 [FIG. 13] The principal part sectional drawing which shows the structure of the paraboloid reflector in Example 12 of this invention, and the graph which measured the pan with different emissivity
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cooker body 2 Top plate 3 Pan 4 Heating coil 5 High frequency current supply means 6 Infrared sensor 7 Band pass filter 8 Amplifier 9 Temperature calculation means 10 Control means 12 Plate temperature correction means 14 Storage means 16 Low pass filter 17 Cooling means 19 Infrared light collection Optical means 20 Parabolic reflector 21 Condensing area 22 Measurement field of infrared sensor

Claims

A heating coil for heating the pan, a top plate made of crystallized glass on which the pan is placed at the top of the heating coil, an infrared sensor arranged on the lower surface of the top plate to detect infrared rays emitted from the bottom of the pan, and the infrared ray A band-pass filter that covers the light-receiving surface of the sensor and has a light transmission characteristic of a predetermined band, an amplifier that amplifies the output of the infrared sensor, a temperature calculation unit that calculates a pan bottom temperature from the output of the amplifier, and the temperature calculation unit Control means for controlling the electric power supplied to the heating coil in accordance with the output of the heating coil, and the control means measures the temperature of the pot bottom by infrared radiation energy of the pot bottom passing through the top plate and the band pass filter, and the heating. An induction heating cooker configured to control the output of the coil ,
The band pass filter is an induction heating cooker having a transmission band of 3.6 μm ± 0.15 μm .

A heating coil for heating the pan, a top plate made of crystallized glass on which the pan is placed at the top of the heating coil, an infrared sensor arranged on the lower surface of the top plate to detect infrared rays emitted from the bottom of the pan, and the infrared ray A band-pass filter that covers the light-receiving surface of the sensor and has a light transmission characteristic of a predetermined band, an amplifier that amplifies the output of the infrared sensor, a temperature calculation unit that calculates a pan bottom temperature from the output of the amplifier, and the temperature calculation unit Control means for controlling the electric power supplied to the heating coil in accordance with the output of the heating coil, and the control means measures the temperature of the pot bottom by infrared radiation energy of the pot bottom passing through the top plate and the band pass filter, and the heating. an induction heating cooker so as to control the output of the coil, the transmission band of the band-pass filter, from 1.96 to 2.6 induced pressure heat cooker the wavelength range of m.