JP4444064B2

JP4444064B2 - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP4444064B2
Application number: JP2004301141A
Authority: JP
Inventors: 直昭石丸; 克徳財前; 雅代土師; 泉生弘田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: JP2006114370A

Description

本発明は、天板上の被加熱物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。

従来、鍋などの被加熱物を加熱する誘導加熱調理器において、被加熱物の温度を検出する方式としては、複数の方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、
被加熱物を載置する天板を介してサーミスタで温度を検出する方式、被加熱物の側面から放射された赤外線を天板上面後方の赤外線センサで検出し温度を検出する方式、あるいは天板下面に赤外線センサを配置し、被加熱物からの赤外線を天板越しに検知する方式である。
特開平３−１８４２９５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、いずれの方式においても安定した温度検知および制御において課題があった。すなわち、天板を介して被加熱物の温度をサーミスタで検出方式では、天板は低い熱伝達率であるセラミックからなるため、この天板の熱応答の遅れにより、実際の被加熱物の温度と誤差が発生し、被加熱物の温度が精度良く検出できないものである。また、被加熱物の側面から放射された赤外線を天板上面後方の赤外線センサで検出し温度を検出する方式では、天板上面後方の赤外線センサは、太陽光や照明などの外乱光の影響を受け、正確な温度検知ができない。さらに、天板下面に赤外線センサを配置し、被加熱物からの赤外線を天板越しに検知する方式では、天板内を伝搬する外乱光の影響を赤外線センサが受け、安定した温度の測定ができないものであった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、些細な温度変化も見逃すことなく検出でき精度の良い調理が行える誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱調理器は、被加熱物を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で被加熱物を載置する天板と、前記天板を透過して入射された赤外線を検知する赤外線検出手段と、前記赤外線検出手段への前記加熱コイルからの磁界を遮蔽する防磁手段と、前記防磁手段の内側に位置し、実調理中の前記被加熱物からはほとんど放射されない波長領域の太陽光の赤外線量を検知する受光手段と、前記赤外線検出手段で検知した赤外線の赤外線量と、前記受光手段で検知した赤外線量とから、前記赤外線検出手段で検知した検知温度と実際の被加熱物底面温度のずれを補正し、前記被加熱物底面温度を検出する温度検知手段と、前記温度検知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たものである。

これにより、外乱光の影響をなくすことができるため、些細な温度変化も見逃すことなく検出でき精度の良い調理が行えるものとしている。

本発明の誘導加熱調理器は、外乱光の影響をなくし、些細な温度変化も見逃すことなく検出でき精度の良い調理が行える。

第１の発明は、被加熱物を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で被加熱物を載置する天板と、前記天板を透過して入射された赤外線を検知する赤外線検出手段と、前記赤外線検出手段への前記加熱コイルからの磁界を遮蔽する防磁手段と、前記防磁手段の内側に位置し、実調理中の前記被加熱物からはほとんど放射されない波長領域の太陽光の赤外線量を検知する受光手段と、前記赤外線検出手段で検知した赤外線の赤外線量と、前記受光手段で検知した赤外線量とから、前記赤外線検出手段で検知した検知温度と実際の被加熱物底面温度のずれを補正し、前記被加熱物底面温度を検出する温度検知手段と、
前記温度検知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、構成とした誘導加熱調理器とすることにより、外乱光の影響をなくすことができるため、些細な温度変化も見逃すことなく検出でき精度の良い調理が行える。

第２の発明は、特に、第１の発明において、防磁手段の内側に位置して発光手段を備え、発光手段から照射された赤外線が天板を通過して被加熱物で反射されて受光手段に入射され、被加熱物の反射率を検出する構成とした請求項１に記載の誘導加熱調理器とすることにより、被加熱物の反射率から放射率が算出でき、被加熱物の放射率による温度補正が可能となるため、より被加熱物底面温度が常に安定して検知できるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図５は、本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器を示すものである。

図１に示すように、本実施の形態における誘導加熱調理器は、鍋などの被加熱物１を加熱する加熱コイル３と、加熱コイル３の上部で被加熱物１を載置する天板２と、加熱コイル３に高周波電流を供給し被加熱物１を電磁誘導で発熱させるインバータ５と、天板２下面に置かれ被加熱物１底面から放射される赤外線を検知する赤外線検出手段６と、赤外線検出手段６への加熱コイル３からの磁界を遮蔽する筒状の防磁手段７と、防磁手段７内に位置し赤外線検出手段６に被加熱物１からの赤外線を集光する反射手段８と、赤外線検出手段６の出力から被加熱物１底面温度を検出する温度検知手段９と、防磁手段７の内側で反射手段８の外側に位置し外乱光からの赤外線量を検知する受光手段１１と、温度検知手段９の出力に応じて加熱コイル３に供給する電力を制御する制御手段１０とを備えたものである。

そして、外乱光からの赤外線量を検知する受光手段１１の出力により、温度検知手段９の出力を補正する構成としている。

上記構成において、図示していない電源を投入し、操作スイッチで所定の温度を設定すると、制御手段１０からの制御によりインバータ５から加熱コイル３に電力を供給する。この加熱コイル３に電力が供給されると、加熱コイル３に誘導磁界が発生し、天板２上の被加熱物１が誘導加熱される。この誘導加熱によって被加熱物１の温度が上昇し、被加熱物１内の調理物が調理される。

ここで、赤外線検出手段６の動作について説明する。被加熱物１の温度が上昇すると、その温度にあわせた赤外線が被加熱物１から放射される。一般に物体から放射される熱放射エネルギーは、図２に示すように、その温度で決まり、温度が高くなるほど大きくかつ短波長側にも拡大する。本実施の形態における天板２に使用されるガラスセラミックなどは、２．５μｍ以下の波長域の赤外線に対して９０％以上透過できるため、被加熱物１底面温度が６０℃以上になった場合には、２．５μｍ以下の波長域の熱放射エネルギーが赤外線検知手段６に入射される。ここで、赤外線検出手段６は、０．７〜２．５μｍ以下の波長域の赤外線に対して高感度の検出性能があるＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオードなどで構成されている。

このＰＩＮフォトダイオードによって、図３（ａ）に示すような被加熱物１の温度に合わせた検知温度が得られることになる。ただし、例えば、太陽光などの外乱光がある場合には、被加熱物１底面温度からのエネルギーに加えて外乱光のエネルギーが入力されるため、図３（ｂ）に示すように、検知温度と実際の被加熱物底面温度とにずれが生じる。このため、外乱光からの赤外線量を検知する手段として、例えば、９５０ｎｍの赤外線に感度を持つフォトトランジスタを受光手段１１として用いている。太陽光などは広い波長域を有しており、９５０ｎｍの赤外線量からＰＩＮフォトダイオードに入力される外乱光の量を検知することができる。被加熱物１からの赤外線は、実調理中の３５０℃まででは９
５０ｎｍの領域はほとんどないため、被加熱物１の温度の影響を受けることなく外乱光の量を検知できるものである。

図４は温度検知手段９を示しているが、受光手段１１の出力により赤外線検出手段６の出力に対して、制御手段１０で補正をかけることで、被加熱物１の温度を正確に検知できるようにしている。なお、図４には赤外線検出手段６の出力を増幅する増幅手段１２を有している。

また、図５に示すように、ＬＥＤよりなる赤外線の発光手段１３を用いることで、被加熱物１の放射率を測定し温度検知の精度を向上することもできる。発光手段１３は受光手段１１と同様に防磁手段７の内側に配置させる。さらに、被加熱物１が天板２におかれる高さに焦点距離がなるように、受光手段１１と発光手段１３との角度を合わせる。この構成で発光手段１３からパルス信号の赤外線を照射させ、被加熱物１で反射してきた赤外線パルス信号を受光手段１１で受光する。この信号量から被加熱物１の反射率が測定できる。ここで放射率と反射率の関係は放射率＝１−反射率であるから、この結果、被加熱物１の放射率を求めることができる。この放射率が分かれば、赤外線検出手段６の検出温度に補正がかけられ、さらに精度良く被加熱物１の温度を検知することができるものである。

（実施の形態２）
図６〜図９は、本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器を示すものである。実施の形態１と同一要素については同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態の誘導加熱調理器においては、インバータ５による制御方法が実施の形態１と異なるものである。

図６に示すように、商用電源４は整流平滑部１６に入力される。整流平滑部１６にはブリッジダイオードで構成される全波整流器とその直流出力端間にチョークコイルと平滑コンデンサで構成されるローパスフィルタが接続される。整流平滑部１６の出力にはインバータ５が接続され、インバータ５に加熱コイル３が接続される。インバータ５と加熱コイルは高周波インバータを構成する。インバータ５には、第１のスイッチング素子５ｃと第２のスイッチング素子５ｄ（本実施の形態ではいずれもＩＧＢＴ）の直列接続体が設けられる。第１のダイオード５ｅが第１のスイッチング素子５ｃに逆並列に、第２のダイオード５ｆが第２のスイッチング素子５ｄにそれぞれ逆並列に接続されている。前記直列接続体の両スイッチング素子５ｃ、５ｄの接続点と整流平滑部１６の負極端子間には加熱コイル３と共振コンデンサ５ｇの直列接続体が接続される。

また、カレントトランス１４はインバータ５の商用電源４から入力する電源電流を検知し、電源電流検知回路１５に検知信号を出力する。電源電流検知回路１５は電源電流の大きさに比例した検知信号を制御手段１０に出力する。制御手段１０はインバータ５にある第１のスイッチング素子５ｃと第２のスイッチング素子５ｄを駆動するものである。

以上のように構成された誘導加熱調理器の動作を説明する。商用電源４は整流平滑部１６により整流され、インバータ５と加熱コイル３を有する高周波インバータに電源を供給する。

図７には、本実施の形態における各部波形を示す。波形（ア）は第２のスイッチング素子５ｄのドライブ信号を示し、ＨＩＧＨ状態でオン、ＬＯＷ状態でオフとなる。波形（イ−１）は第１のスイッチング素子５ｃおよびダイオード５ｅに流れる電流波形を示す。波形（イ−２）は第２のスイッチング素子５ｄおよびダイオード５ｆに流れる電流波形を示
す。波形（ウ）は第２のスイッチング素子５ｄのコレクタ−エミッタ間に生じる電圧を示す。

第１のスイッチング素子５ｃがオンしている場合には、第１のスイッチング素子５ｃ（若しくは第２のダイオード５ｆ）と加熱コイル３と共振コンデンサ５ｇの閉回路に共振電流が発生する。第１のスイッチング素子５ｃがオフすると、第２のダイオード５ｆを介して電流が流れる。

第１のスイッチング素子５ｃがオフして以降は、第２のスイッチング素子５ｄがオンするので、第２のダイオード５ｆに電流が流れた後、第２のスイッチング素子５ｄ（若しくは第１のダイオード５ｅ）と、加熱コイル３と、共振コンデンサ５ｇを含む閉回路に共振電流が流れる。第１のスイッチング素子５ｃと第２のスイッチング素子５ｄの駆動周波数は約２０ｋＨｚ近傍で可変され、駆動時間比率は、図に示すように約１／２近傍で可変される。制御手段１０は電源電流検知回路１５から電源電流の大きさに比例した出力信号を入力されるので、第１のスイッチング素子５ｃと第２のスイッチング素子５ｄを入力電力（高周波インバータの出力値）を所定の値に制御するように、駆動周波数を可変して制御する。

図８は、駆動周波数と入力電力の相関を示し、実線は被加熱物１の温度が低い時、破線は被加熱物１の温度が高い時を示す。被加熱物１の温度によって相関が変化するのは、温度上昇に伴って被加熱物１の抵抗率が変化し（一般的に温度上昇に伴い抵抗率は上昇する）、その結果、加熱コイル３と被加熱物１の磁気結合が変化するためである。さらに、詳しくは、等価直列抵抗が上昇し、かつ等価インダクタンスも上昇するので、共振周波数は下がりかつＱも低下する。図に示すように、例えば、２０００Ｗの電力を安定して供給しようとした場合、被加熱物１の温度上昇に連れて駆動周波数は徐々に低下していく（図中Ａ点からＢ点）。従って、一定電力を供給した場合の駆動周波数は、図９に示す様な形となる。

図９（ａ）は被加熱物１の温度、（ｂ）は駆動周波数、（ｃ）は入力電力である。被加熱物１の温度上昇に伴い駆動周波数は低下し、被加熱物１の温度が一定になれば駆動周波数も一定となる。以上の関係から駆動周波数の時間変化で被加熱物１の温度変化がわかるものである。この構成により、制御手段１０の制御量が所定時間以内に所定値以下の変化量の場合には、インバータ５によって温度が安定していることがわかり、かつ赤外線検出手段６での検出温度が一定となった場合には、外乱などの影響はなく、沸騰と判断できるため沸騰検知が行える。また、被加熱物１の金属の温度伝導により、赤外線の視野部分が沸騰前の例えば７０〜８０℃で一時的に安定となった場合でも、制御手段１０の制御量が変化しているときは沸騰検知しない構成にでき、誤検知することがなくなるようにできるものである。

また、制御手段１０の制御量が所定時間以内に所定値以下の変化量の場合には、沸騰に近づいたと検知し、火力を低下させることができる。これを赤外線検出手段６で検知した温度で行う場合には、放射率が異なれば検知温度による誤差が出るため、沸騰点までの温度差が大きいときに火力を抑えてしまうことがある。制御手段１０の制御量ではこの影響がなく、材質による変化量の大小はあるものの沸騰の予備検知として用いることで、沸騰直前に火力を低下させることができ、より吹きこぼれることのない沸騰検知を実現することができるものである。

さらに、制御手段１０の制御量が変化していないときに、温度検知手段９による検出温度が一定値以上の変化となった場合には、外乱光の影響が増加または減少したと見なし、その変化分を補正する構成にすれば、より被加熱物１底面温度が常に安定して検知できる
ものである。

なお、本実施の形態では、２石式のＳＥＰＰインバータ構成としたが、例えば、１石式の電圧共振形インバータなど負荷（被加熱物）との磁気結合変化により入力電流が変化するものであればいかなる構成または制御方式のインバータでもよい。さらに、周波数を用いて電力可変を行うものとしたが、これも制限されるものでなく、例えば、周波数一定で２石のスイッチング素子の導通比率を変化させるなどの方式でもよいことは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器は、外乱光の影響をなくし、些細な温度変化も見逃すことなく検出でき精度の良い調理が行えるので、家庭用、業務用にかかわらず適用できる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器を示すブロック図同誘導加熱調理器における天板を透過する赤外線の分布および赤外線検出手段の感度波長域を示すグラフ（ａ）同誘導加熱調理器における外乱光なし時の赤外線検出手段の検知温度データを示すグラフ（ｂ）同外乱光あり時の赤外線検出手段の検知温度データを示すグラフ同誘導加熱調理器における温度検知手段を示すブロック図同誘導加熱調理器における温度検知手段の他例を示すブロック図本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の回路構成を示すブロック図同誘導加熱調理器におけるインバータ各部の動作波形を示すグラフ同誘導加熱調理器における被加熱物の温度変化時の周波数と入力電力の相関を示すグラフ同誘導加熱調理器における被加熱物の温度と駆動周波数および入力電力の時間変化を示す図

１被加熱物
２天板
３加熱コイル
４商用電源
５インバータ
６赤外線検出手段
７防磁手段
８反射手段
９温度検知手段
１０制御手段
１１受光手段
１３発光手段

Claims

被加熱物を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で被加熱物を載置する天板と、前記天板を透過して入射された赤外線を検知する赤外線検出手段と、前記赤外線検出手段への前記加熱コイルからの磁界を遮蔽する防磁手段と、前記防磁手段の内側に位置し、実調理中の前記被加熱物からはほとんど放射されない波長領域の太陽光の赤外線量を検知する受光手段と、
前記赤外線検出手段で検知した赤外線の赤外線量と、前記受光手段で検知した赤外線量とから、前記赤外線検出手段で検知した検知温度と実際の被加熱物底面温度のずれを補正し、前記被加熱物底面温度を検出する温度検知手段と、
前記温度検知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、構成とした誘導加熱調理器。
防磁手段の内側に位置して発光手段を備え、発光手段から照射された赤外線が天板を通過して被加熱物で反射されて受光手段に入射され、被加熱物の反射率を検出する構成とした請求項１に記載の誘導加熱調理器。