JP4136855B2 - 電磁調理器 - Google Patents
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Description
このような電磁調理器は,プレート下面の温度検出素子による検出温度が所定の設定温度を超えた場合に,加熱コイルの通電を停止する(或いは抑制する)異常過熱防止機能を備えるものが一般的である。
ここで,前記温度検出素子はプレートの下面側に設けられるため,その検出温度は,前記被加熱器具の実際の温度よりも低い温度となる。このため,前記設定温度は,異常温度として検知したい被加熱器具の実際の温度よりも低めの温度に設定され,これを超えると過熱状態であると判定する。
また,特許文献1には,検出温度上昇の傾きによって過熱判定を行うことによって鍋の反りの有無によらず過熱状態を検知する電磁調理器が,さらに,特許文献2には,加熱コイルの平均半径周上にサーミスタを配置することによって反り鍋と平底鍋との鍋の加熱検知温度差を低減する誘導加熱調理器(電磁調理器に相当)がそれぞれ示されている。
この問題を解消するために,前記設定温度をさらに低い温度とする,或いは検出温度上昇の傾きで過熱判定を行う場合,誤検知(誤判定)のおそれが生じる。さらに,検出温度上昇の傾きで精度の高い過熱判定を行うためには,複雑な推定演算等を伴って演算負荷が高くなるという問題点も生じる。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,使用される被加熱器具の形状等(底に反りのある鍋等)にかかわらず,異常過熱の発生を極力遅れなく検知して加熱コイルの通電を停止する(或いは抑制する)電磁調理器を提供することにある。
これにより,正常な調理(加熱)が行われている時点における前記温度検出素子の近傍の温度が比較的高い温度に保持され,その温度から前記設定温度までの温度差を小さくできるので,前記被加熱器具が異常過熱となった場合に,それをわずかな遅れで検知でき,加熱コイルの通電を停止する(或いは抑制する)までの時間遅れを小さくできる。
また,前記温度検出素子が,前記設定温度未満の温度域にキュリー点を有する正温度係数サーミスタであり,前記設定温度の温度領域では前記温度検出素子の温度変化に対する抵抗変化が急峻であるため,前記設定温度を超えたことの検出感度を高くできる。
また,前記通電制御手段が,前記温度検出素子による検出温度の所定時間当たりの上昇温度が所定上昇幅以上である場合にも前記加熱コイルへの通電を抑制又は停止すれば,前記被加熱器具の底面の変形などにより前記プレートへの熱伝達が少ない場合等のより幅広い条件変化に対応して,過熱検知の遅れを防止できる。
また,前記温度検出素子が正温度係数サーミスタであり,前記予備加熱手段が,前記正温度係数サーミスタに通電して該正温度係数サーミスタを発熱させることにより前記予備加熱を行うものであるため,前記温度検出素子を前記予備加熱手段として兼用でき,構成がよりシンプルとなる。
また,前記温度検出素子が,前記設定温度未満の温度域にキュリー点を有する正温度係数サーミスタであるため,前記設定温度の温度領域では前記温度検出素子の温度変化に対する抵抗変化が急峻であり,前記設定温度を超えたことの検出感度を高くできる。
また,前記温度検出素子の1又は複数が,前記加熱コイルの加熱により温度分布が生じる前記プレートにおける相対的に高温となる位置に配置されたものであれば,異常高温となったことを感度高く検知することができる。
また,前記温度検出素子による検出温度の所定時間当たりの上昇温度が所定上昇幅以上である場合にも前記加熱コイルへの通電を抑制又は停止すれば,より幅広い条件変化に対応して,過熱検知の遅れを防止できる。
ここに,図1は本発明の実施の形態に係る電磁調理器Xの概略断面図,図2は電磁調理器Xのプレートを下側から見た概略図,図3は電磁調理器Xが備えるサーミスタの温度・抵抗特性の一例を表すグラフ,図4は電磁調理器Xにおいて緩やかな温度変化で加熱が行われた場合の鍋温度及びプレート温度の変化を表すグラフ,図5は電磁調理器Xにおいて急な温度変化で加熱が行われた場合の鍋温度及びプレート温度の変化を表すグラフである。
図1に示すように,電磁調理器Xは,筐体6に支持されて鍋やフライパン等の被加熱器具7が載置されるプレート3と,該プレートの下側に設けられ前記プレート上に載置された前記被加熱器具7を電磁加熱する加熱コイル1と,前記プレート下面の複数の所定位置それぞれに接して設けられ,その温度を検出する複数の温度検出素子であるサーミスタ4と,該サーミスタ4の近傍を予備加熱する予備加熱ヒータ5(前記予備加熱手段の一例)と,前記加熱コイル1への印加電流(通電)を制御する電流制御回路を備えた制御部2(前記通電制御手段の一例)とを具備している。
前記制御部2は,不図示の加熱ボタンが操作されることにより前記加熱コイル1へ所定電流を印加する/しないの切り替えを行うとともに,電流印加中に,前記サーミスタ4による検出温度が所定の設定温度Tsを超えた場合に前記加熱コイル1への印加電流(通電)を停止する。これにより,前記被加熱器具7が過熱状態となることを防止する。なお,前記設定温度Tsを超えた場合に前記加熱コイル1への印加電流(通電)を抑制するようにしてもよい。
また,前記制御部2は,前記加熱コイル1への通電停止中(例えば,通電開始前)に,前記サーミスタ4に所定電圧を印加し,そのときに流れる電流値によって前記サーミスタ4の故障を検知する故障検知機能を有している。そして,故障が検知されている場合は,前記加熱コイル1への通電を行わない制御を行う。
図2に示すように,前記サーミスタ4は,前記プレート3の下側から見て前記加熱コイル1が形成する円(帯状の円)に対してその平均半径rcのほぼ円周上に90°間隔で4つ配置されている。ここで,平均半径rcは,前記過熱コイル1が形成する帯状の円周の中心線が形成する円の半径を表す。
特許文献2の図3のグラフ等に示されるように,前記加熱コイル1の加熱により前記プレート3に温度分布が生じるが,その温度分布は,前記加熱コイル1が形成する円(帯状の円)に対してその平均半径rcの円周上が相対的に高温となり,その他の部分(前記加熱コイル1が形成する円の中心付近や外側の部分)は相対的に低温となることが知られている。従って,図2に示すような位置に前記サーミスタ4を配置すれば,異常高温となったことを感度高く検知することができる。
図3は,前記サーミスタ4の温度・抵抗特性を表すグラフであり,縦軸(抵抗値)は指数目盛りとなっている。
前記サーミスタ4は,所定温度Toで最低抵抗値Rminを示し,To以上の温度域において正の温度係数を有するPTCサーミスタ(Positive Temperature Coefficient Thermistor:正温度係数サーミスタ)であり,キュリー点Tcという特定の温度で起こる相転移により,キュリー点Tc(>To)以上の温度域ではその抵抗値が急激に増大する性質を持つ。前記キュリー点Tcは,例えば前記最低抵抗値Rminの2倍の抵抗値Rc(=2Rmin)を示すときの温度等として定義される。
さらに,前記サーミスタ4は,異常として検知したい前記設定温度Ts未満の温度域にキュリー点Tcを有する正温度係数サーミスタである。これにより,前記設定温度Tsの温度領域ではサーミスタの温度変化に対する抵抗変化が急峻であるため,前記設定温度Tsを超えたことの検出感度を高くできる。これら複数の前記サーミスタ4は,電気的に直列接続されている。
前記サーミスタ4としては,例えば,チタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分とするチタン酸バリウム系酸化物半導体等を用いることが考えられる。図3は,チタン酸バリウム系酸化物半導体の温度・抵抗特性を表したものである。
例えば,n個の前記サーミスタ4が直列接続されている場合,その両端への微小印加電圧をV,異常として検知したい前記設定温度をTs,温度がTsであるときの前記サーミスタ4の抵抗値をRsとすると,前記制御部2は,前記加熱コイル1への通電中に,V/(n・Rs)を下回る電流値が検出された場合に,前記サーミスタ4による検出温度が前記設定温度Tsを超えた過熱状態であると判定し,前記過熱コイル1への通電(電流出力)を停止する。
このように,複数の前記サーミスタ4を電気的に直列接続して電圧印加を1系統にまとめることにより,回路がシンプルとなる。
ここで,前記被加熱器具7の載置位置が前記加熱加熱コイル1の中心から大きくずれている場合等,複数の前記サーミスタ4のうち一部のものの温度しか異常高温にならない場合がある。この場合,温度変化に対してほぼ一定の抵抗値変化を示す(温度係数がほぼ一定の)サーミスタを直列接続して温度検出した場合,複数のサーミスタの合計抵抗値(抵抗値の和)が十分に変化せず,一部のサーミスタに生じた異常高温を検知できない事態が生じる。
しかし,本電磁調理器Xに用いる前記サーミスタ4は,異常として検知したい前記設定温度Ts未満の温度域にキュリー点Tcを有する正温度係数サーミスタを用いるため,異常高温となっていない,即ち,前記設定温度Tsよりも十分低い温度の前記サーミスタ4については,所定の温度変化に対する抵抗値の変化幅が小さい一方,複数の前記サーミスタ4の1つでも前記設定温度Tsを超えると,その抵抗値が指数関数的に増大するため,合計抵抗値も急激に増大する。このため,複数の前記サーミスタ4のうちの一部のみに異常高温が発生した場合に,その異常高温の検知漏れが発生しない。
もちろん,前記サーミスタ4それぞれに独立して微小電圧Vを印加し,そのサーミスタ4のいずれかにおいて,V/Rsを下回る電流値が検出された場合に,加熱状態であると判定して前記過熱コイル1への通電(電流出力)を停止するものであってもよい。
この予備加熱の作用効果について,図4及び図5を用いて説明する。
図4及び図5は,電磁調理器Xにおいて,それぞれ緩やかな温度変化,及び急な温度変化で加熱が行われた場合の前記被加熱器具7(ここでは調理鍋7)の温度及び前記サーミスタ4の配置位置における前記プレート3下面の温度の変化を表すグラフである。図4及び図5において,太い実線で表すグラフが前記被加熱器具7の温度(以下,鍋温度Tnという),細い実線で表すグラフが前記予備加熱ヒータ5による予備加熱を行わない(予熱無)場合における前記サーミスタ4の配置位置の前記プレート3の下面温度(以下,予熱無しプレート温度Tp1という),太い破線で表すグラフが前記予備加熱ヒータ5による予備加熱を行う(予熱有)場合における前記サーミスタ4の配置位置の前記プレート3の下面温度(以下,予熱有りプレート温度Tp2という)を表す。
調理鍋7を前記プレート3上に載せた状態で不図示の加熱ボタンが操作されると,前記制御部2によって前記加熱コイル1に電流が流されて磁束が発生する。この磁束により調理鍋7に渦電流が流れ,鍋材質の抵抗に応じて調理鍋7は発熱する。
ここで,前記制御部2により,前記加熱コイル1への出力電流を低く抑えて加熱した場合,前記鍋温度Tnは常温Taから緩やかな勾配で徐々に上昇し,この温度上昇に対して時間遅れをもって前記予熱無しプレート温度Tp1は常温Taからより緩やかな勾配で徐々に上昇する。また,前記予熱有りプレート温度Tp2も,前記鍋温度Tnの上昇に対して時間遅れをもって常温Taよりも高い所定の予熱温度Tprから緩やかな勾配で徐々に上昇する。
そして,十分な時間t1の経過後には,前記鍋温度Tnと前記予熱無しプレート温度Tp1及び前記予熱有りプレート温度Tp2とは,相互にほぼ一定の差を保って推移する。また,予備加熱が行われている分だけ,前記予熱有りプレート温度Tp2の方が前記予熱無しプレート温度TP1よりも高い温度で推移する。この状態では,前記調理鍋鍋7から前記プレート3を介したサーミスタへの伝熱のロスがほぼ一定となった状態にある。このときの前記鍋温度Tnと前記予熱無しプレート温度Tp1及び前記予熱有りプレート温度Tp2との各温度差ΔTu,ΔTsを,前記鍋温度Tnが異常であるとする過熱温度Txから差し引いた温度をそれぞれ予熱を行わない場合の前記設定温度Tu及び予熱(予備加熱)を行う場合の前記設定温度Tsとする。
次に,水の沸騰中(t2〜t3)は,前記鍋温度Tnは一定温度となり,これにやや遅れて各プレート温度Tp1,Tp2も一定となる。この間も,予備加熱が行われている分だけ,前記予熱有りプレート温度Tp2の方が前記予熱無しプレート温度TP1よりも高い温度で推移する。
そして,前記調理鍋7内の全ての水が蒸発した時点t3から,前記鍋温度Tnは急上昇する。いわゆる空焚き状態である。これに対し,各プレート温度Tp1,Tp2も時間遅れをもって追従して温度上昇する。
さらに温度上昇が継続し,前記鍋温度Tnが前記過熱温度Txに到達(T4)すると,これに遅れて前記予熱有りプレート温度Tp1が前記設定温度(予熱有)Tsに到達(T5)し,さらに遅れて前記予熱無しプレート温度Tp2が前記設定温度(予熱無)Tuに到達(T6)する。即ち,前記予熱有りプレート温度Tp2が前記設定温度Tsに到達する時間の方が前記予熱無しプレート温度Tp1が前記設定温度Tuに到達する時間よりも短く,過熱検知の時間遅れが小さい。
これは,予備加熱を行った場合,前記鍋温度Tnの急上昇開始時点t3,即ち,正常な調理が行われている時点における前記予熱有りプレート温度Tp2が比較的高い温度に保持され,その温度から前記設定温度(予熱有)Tsまでの温度差を小さくできるためである。即ち,前記鍋温度Tnの急上昇開始時点t3における前記予熱有りプレート温度Tp2と前記予熱無しプレート温度Tp1との温度差ΔT1が,予備加熱有りのときと無しのときの前記設定温度の温度差ΔTsu(即ち,前記鍋温度Tnが過熱温度Tx付近であるときの平衡状態での前記予熱有りプレート温度Tp2と前記予熱無しプレート温度Tp1との温度差(図4参照))よりも大きいためである。
このことから,前記予熱温度Tprを可能な範囲で高くするほど,異常過熱をより早期に検知することができるといえる。但し,前記予熱温度Tprを前記サーミスタ4の抵抗値が急峻に変化する領域に設定すると,わずかな温度変化に対して検出温度が大きく変化するため誤検知の要因となる。
従って,前述したように,前記予備加熱ヒータ5により,前記加熱コイル1への通電停止状態において前記サーミスタ4(温度検出素子)の抵抗値が最小抵抗値となる温度To又はその近傍温度である前記予熱温度Tprに予備加熱すれば,正常状態(通常の調理時)における温度変化に対する抵抗値の変化が緩やかであるので誤検知を防止できる。
また,以上の過熱検知は,温度の実際値(実際の検出値)に対して動作するものであり,温度が過熱温度レベルに達しないうちに推定演算等により過熱検知するものではないため,油,水,食料品などの負荷(被加熱物)の種類や被加熱器具(鍋等)の種類,底の形状等に左右されずに,過熱検知を確実に行うことができる。
これにより,より幅広い条件変化に対応して,過熱検知の遅れを防止できる。
また,前記実施の形態では,前記サーミスタ4に自己発熱しない程度の微少電圧を印加し,前記予備加熱ヒータ5により前記サーミスタ4近傍を加熱するものであったが,前記サーミスタ4を温度検出素子と予備加熱手段とを兼ねたものとすることも考えられる。
例えば,前記制御部2から正温度係数サーミスタである前記サーミスタ4に,該サーミスタ4が自己発熱するのに十分な電圧を印加(通電)し,前記サーミスタ4(正温度係数サーミスタ)を発熱させることにより予備加熱を行うものである(前記予備加熱手段の一例)。印加電圧は,自己発熱した前記サーミスタ4が所望の前記予熱温度Tprに保持される電圧を予めの調節によって設定する。
また,このときに正温度係数サーミスタの内部温度を高めることで発熱量を大きくし,異常過熱を早期に検知することもできる。
図3に示す特性のサーミスタに比較的大きな電圧印加をおこなった場合,例えば,前記加熱コイル1による加熱がなされていない状態でサーミスタは温度Tfおよび抵抗Rfとなる(図3参照)。その状態から,前記加熱コイル1により鍋が加熱されて過熱温度Txとなったときに,サーミスタは温度Tgおよび抵抗Rgとなり,過熱を検知することができる(発熱量が小さいときにはサーミスタの内部温度と周囲温度はほぼ等しいが,発熱量が大きいほどサーミスタの内部温度と周囲温度は違ってくる)。このような動作時には,鍋温度変化に従ってサーミスタの抵抗がRf→Rgと単調増加するので,鍋温度の連続的な変化を検出することが容易となる。
但し,このように大きな電圧印加によって過熱状態になる前から正温度係数領域を用いる場合,複数のサーミスタを直列接続すると,あるサーミスタの抵抗増加が他のサーミスタの電流増加を抑えて,他のサーミスタの抵抗が増加しなくなるため,直列接続で過熱検出をおこなうことは不可能となる。
以上により,前記予備加熱ヒータ5を別途設ける必要がなくなり,よりシンプルな構成となる。
2…制御部
3…プレート
4…サーミスタ(温度検出素子)
5…予備加熱ヒータ(予備加熱手段)
6…筐体
7…被加熱器具(鍋)
Claims (4)
- プレート上に載置された被加熱器具を前記プレートの下側に設けられた加熱コイルにより電磁加熱する電磁調理器において,
前記プレート下面の所定位置の温度を検出する1又は複数の温度検出素子と,
前記温度検出素子の近傍を予備加熱する予備加熱手段と,
前記温度検出素子による検出温度が所定の設定温度を超えた場合に前記加熱コイルへの通電を抑制又は停止する通電制御手段と,を具備し,
前記温度検出素子が前記所定の設定温度未満の温度域にキュリー点を有して該キュリー点から前記所定の設定温度までを含む温度域に正温度係数領域を有する正温度係数サーミスタであり,
前記予備加熱手段が,前記正温度係数サーミスタに通電して該正温度係数サーミスタを発熱させることにより,前記加熱コイルによる加熱がなされていない状態で前記正温度係数サーミスタがその正温度係数領域における前記キュリー点よりも高く前記所定の設定温度よりも低い所定温度となるよう前記予備加熱を行うことを特徴とする電磁調理器。 - 前記温度検出素子の1又は複数が,前記加熱コイルの加熱により温度分布が生じる前記プレートにおける相対的に高温となる位置に配置されてなる請求項1に記載の電磁調理器。
- 前記温度検出素子の1又は複数が,前記プレートの下側から見て前記加熱コイルが形成する円に対してその平均半径の円周上又はその近傍に配置されてなる請求項1に記載の電磁調理器。
- 前記通電制御手段が,前記温度検出素子による検出温度の所定時間当たりの上昇温度が所定上昇幅以上である場合にも前記加熱コイルへの通電を抑制又は停止してなる請求項1〜3のいずれかに記載の電磁調理器。
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