JP5315089B2

JP5315089B2 - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP5315089B2
Application number: JP2009045042A
Authority: JP
Inventors: 泰治田島; 博大友; 光輝川村; 義注太田; 正文須崎
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: CN101816518B; JP2010199000A; CN101816518A

Description

本発明は、本体内に加熱コイルを備えた誘導加熱調理器に関するものであり、さらに詳しく言えば、トッププレート上の鍋の最高温度付近をすばやく検出できる誘導加熱調理器に関するものである。

誘導加熱調理器は、本体の上面部に、鍋等が載置されるトッププレートを備え、本体内に環状の加熱コイルやその駆動回路が構成されている。誘導加熱調理器は、加熱コイルに高周波電流を流し、発生させた高周波磁界によって鍋に渦電流を発生させ、この渦電流によるジュール熱により、鍋自体を発熱させて調理を行う調理器である。

従来の誘導加熱調理器は鍋を載置するトッププレートの下面に接触させたサーミスタなどの感熱素子で鍋底の温度を検出していた。しかし、トッププレートは、熱伝導率の小さい結晶化ガラスでできており、鍋底の温度がトッププレートの下面に達するまでに時間遅れが発生する。サーミスタは、鍋底の温度を直接検出するのではなく、トッププレートの下面の温度を検出することで鍋底の温度を間接的に検出するものであるので、サーミスタを用いたときには、鍋底の温度変化を高応答で検知することができなかった。

そのため、鍋底から放射される赤外線をトッププレート越しに直接赤外線センサで検出して鍋底の温度を検知するものが提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２）。

特開２００３−３４７０２８号公報特開２００７−１１５４２０号公報

特許文献に示される構成では、鍋の加熱ムラに関する配慮がなされていなかった。つまり、実際の調理時には、鍋に加熱ムラが生じるため、鍋が加熱されにくい部位の温度と鍋が加熱されやすい部位との温度差が３００℃以上になる場合もある。そのため、鍋が加熱されにくい部位の温度を検出していては、加熱ムラによる鍋の異常過熱を検出できず、適切な加熱制御ができない場合があった。

本発明は、上記の問題に対処し、トッププレート上の鍋の最高温度付近をすばやく検出できる鍋温度検出手段を備えた誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明は、加熱コイルの隣り合って巻回される巻線のうち、巻線と巻線の間隔を広げることにより形成される内周側コイルと外周側コイルの間の下方、かつ、前記冷却ファンから前記加熱コイルに至る冷却風路中に、熱伝導率の低い樹脂製の防風ケースに内蔵した赤外線検出素子を設け、赤外線検出素子の加熱コイル中心からの距離を４５mm以上５５mm以下とすることにより達成される。

本発明によれば、トッププレート上の鍋の最高温度付近をすばやく検出できるので、鍋の温度を安全に制御できる。

実施例１の誘導加熱調理器の外観斜視図。実施例１の誘導加熱調理器の加熱コイル上面図。実施例１の誘導加熱調理器の加熱コイル下面図。実施例１の誘導加熱調理器の断面図。実施例１の誘導加熱調理器の鍋加熱制御システムの機能ブロック図、および、赤外線検出モジュールの断面図。従来の誘導加熱調理器の加熱コイル上面図。従来の誘導加熱調理器の加熱コイルによる鍋加熱分布図。実施例１の誘導加熱調理器のセンサ位置模式図。実施例１の誘導加熱調理器のセンサ位置模式図。実施例１の誘導加熱調理器の加熱コイルによる鍋加熱分布図。フライパン持ち上げ時の鍋距離を示す図。実施例２の誘導加熱調理器の加熱コイル上面図。実施例２の誘導加熱調理器の断面図。実施例３の誘導加熱調理器の断面図。実施例２の誘導加熱調理器の赤外線センサモジュール断面図。実施例２の誘導加熱調理器の他の赤外線センサモジュール断面図。

本発明の実施例について、図面を引用して説明する。

図１は実施例１の誘導加熱調理器の外観斜視図である。図１において、１０１は誘導加熱調理器の本体、１０２は電源の入り切りや加熱の設定等を行う操作部、１０３は表示部、１０４は耐熱ガラス等で形成された鍋等を載置するトッププレートであり赤外線領域において透過性を有する。１０５，１０６は下方に鍋等を誘導加熱する加熱コイルが設置された加熱領域、１０７は下方に鍋等を加熱するラジエントヒーターが設置された加熱領域、１０８〜１１０は鍋底が放射した赤外線をトッププレート１０４の下方に透過する赤外線透過領域、１１１は本体１０１内に設けられた回路等を冷却する冷却風の吸入口である。

図２は加熱領域１０６の下方にある加熱コイル２００近傍の上面図である。加熱コイル２００は、同心円状の間隙Ｇを挟んで同一平面上に設けられた内周側コイル２０１と外周側コイル２０２で構成されており、同方向の電流が両コイルに流れるように、内周側コイル２０１の外端と外周側コイル２０２の内端が電気的に接続されている。本実施例において、内周側コイル２０１はコイル中心からの距離約３０〜４５mmに設けられているものとし、外周側コイル２０２はコイル中心からの距離約５５〜９０mmに設けられているものとする。また、２０３は加熱コイル２００を保持するコイルベース、２０４はコイル中心からの距離４５〜５５mmに設けられた赤外線センサモジュールの検出エリアで、鍋底から放射される赤外線を、後述する赤外線センサモジュール４０７に導くエリアである。なお、本実施例では赤外線センサモジュールの検出エリア２０４の大きさを直径約１０mmとする。２０５〜２０８はトッププレート１０４の下面の温度を測定するサーミスタ（接触式温度センサ）である。

図３はコイルベース２０３の下面図である。図３において、３０１〜３１２は放射状に設けられたフェライトコアで、内周側コイル２０１および外周側コイル２０２で生じた磁界をトッププレート１０４上の鍋に効率的に入力するためのものである。なお、フェライトコア３０１と３０２の間のピッチは、赤外線センサモジュールの検出エリア２０４を設けるため、他のフェライトコアのピッチより大きくしてある。

図４は図１のＡ−Ａ′面の本体断面図である。図４において、４０１は冷却ファン、４０２は冷却ファン４０１を駆動するモーター、４０３〜４０５は加熱コイル２００に所定の電力を供給する高周波電流供給回路、４０６は冷却ファン４０１により吸引される冷却風の流れを表す矢印、４０７は赤外線センサモジュールである。コイルベース２０３はバネ（図示せず）によりトッププレート１０４の下面に密着されている。

図５は、鍋加熱制御システムを示す機能ブロック図である。図５において、５０１は被加熱物である鍋、５０２は赤外線センサモジュール４０７とサーミスタ２０５〜２０８の出力に基づいて鍋５０１の温度を算出する温度算出回路、５０３は温度算出回路５０２の出力に応じて高周波電流供給回路４０５を制御し加熱コイル２００に供給する電力を制御する制御回路である。また、５０８は、鍋５０１が放射する赤外線を下方の赤外線センサモジュール４０７に導くとともに、加熱コイル２００から放射される赤外線が赤外線センサモジュール４０７に入射されるのを防ぐ遮光筒である。

次に、赤外線センサモジュール４０７の構成を説明する。赤外線センサモジュール４０７の断面図において、５０４は熱型赤外線検出素子の一種であるサーモパイルである。５０５はサーモパイル５０４を内蔵する防風ケースであり、サーモパイル５０４の周囲温度の急激な変化を防止するため熱伝導率の低い樹脂で構成される。５０６は防風ケース５０５の上面に設けられ、防風ケース５０５を気密構造にする防風窓であり、鍋５０１からの赤外線を透過するとともに、鍋５０１からの伝熱によって温められたトッププレート１０４が放射する昇温効果の高い波長の赤外線（５ミクロン以上）をカットし、防風ケース５０５内の温度上昇を抑える。

５０７は赤外線透過部材であり、トッププレート１０４と同一の素材をレンズ形状に加工したものである。つまり、赤外線透過部材５０７の波長透過特性は、トッププレート１０４と同一なので、鍋５０１が放射した赤外線のうち、トッププレート１０４を透過した波長の赤外線は、赤外線透過部材５０７も透過する。一方、トッププレート１０４でカットされた波長の赤外線は、赤外線透過部材５０７でもカットされる。赤外線透過部材５０７には、鍋５０１からの伝熱で高温になったトッププレート１０４の下面から放射された赤外線も届くが、この赤外線の大部分は赤外線透過部材５０７でカットされる波長の赤外線であるので、トッププレート１０４が放射する赤外線の大部分は赤外線透過部材５０７でカットされる。すなわち、サーモパイル５０４に届く赤外線の大部分は鍋５０１が放射した赤外線であり、トッププレート１０４が放射する赤外線の影響は小さいので、サーモパイル５０４は、鍋５０１からの赤外線量を正確に測定することができる。

次に、本実施例の動作を説明する。ユーザーがトッププレート１０４上に鍋５０１を置き、操作部１０２を操作して加熱を開始すると、制御回路５０３が高周波電流供給回路４０５を制御して加熱コイル２００に所定の電力を供給する。加熱コイル２００に高周波電流が供給されると、加熱コイル２００から誘導磁界が発せられ、トッププレート上の鍋に渦電流が発生し誘導加熱される。この誘導加熱によって鍋の温度が上昇し、鍋内の調理物が調理される。

一般に物体は、その温度に応じて自ら赤外線を放射する。この赤外線の強さは、物体の温度が上昇すればそれに伴って増大する。そのため、赤外線センサモジュールを用いて鍋が放射する赤外線量を測定すれば、鍋の温度を瞬時に計測できる。

ここで問題になるのは、加熱コイルを用いて誘導加熱を行うと、鍋底の温度が均一とならないため、赤外線センサモジュールを用いても鍋底の最高温度を正確に計測することができない場合がある。図６，図７を用いて、従来の誘導加熱調理器における赤外線センサによる温度計測を説明する。図６は従来の加熱コイル近傍の上面図であり、６０１はコイル中心から約３６mm〜約８８mmの距離で形成された一体化構成の加熱コイル、６０２はコイル中心から約１５mmの位置に設けられた赤外線センサモジュールの検出エリアである。図７は、加熱コイル６０１を用いて、底の厚みが比較的薄いステンレス製鍋を高火力で加熱し、鍋底表面温度の最高点が約３６０℃（てんぷら油の発火温度）に達した時点での温度分布を、コイル中心からの距離１０mmピッチで測定したものである。図７から分かるように、鍋底の最低温度は中心付近の約３０℃であり、鍋底の最高温度はコイル中心からの距離５０〜７０mm付近の約３５０〜３６０℃である。つまり、最低温度と最高温度の温度差は約３３０度である。これは、一体化コイル６０１がドーナッツ形状をしており、誘導加熱の原理上、加熱コイル上の鍋の部分が最も渦電流が大きく、温度上昇が大きいが、加熱コイルがない中心部では、渦電流が小さいため、温度上昇が小さいためである。そして、コイル中心から約１５mmの位置に設けられた従来の赤外線センサモジュールの検出エリア６０２では、約６０℃という鍋底温度しか観測することができなかった。すなわち、最高温度と観測温度の温度差は約２７０℃にも達していた。

本実施例の誘導加熱調理器では、鍋底温度が最高になるコイル中心からの距離５０〜７０mm位置での鍋底温度を測定するため、図２に示すように、加熱コイルを内周側コイル２０１と外周側コイル２０２に分割し、コイル中心から５０mmの距離に赤外線センサモジュールの検出エリア２０４を設けた。検出エリア２０４をコイル中心から５０mmの距離に設けたのは、鍋底温度が最高になるコイル中心からの距離５０〜７０mm位置に含まれる位置であると同時に、図８に示すように、使用頻度の高い鍋のうち最も直径の小さい直径１２０mmの小径鍋を加熱するときであっても、鍋底が完全に赤外線センサモジュールの検出エリア２０４の上を覆うことができ、鍋底の温度を測定できる位置だからである。

図１０は、加熱コイル２００を用いて、底の厚みが比較的薄いステンレス製鍋を高火力で加熱し、鍋底表面温度の最高点が約３６０℃（てんぷら油の発火温度）に達した時点での温度分布を、コイル中心からの距離１０mmピッチで測定したものである。図１０から分かるように、鍋底の最低温度は中心付近の約５０℃であり、鍋底の最高温度はコイル中心からの距離７０mm付近の約３６０℃である。検出エリア２０４が設けられた、コイル中心から約５０mmの位置で観測される鍋底温度は約３２０℃である。すなわち、本実施例の構成を用いれば、最高温度と観測温度の温度差をわずか約４０℃にでき、観測温度に基づく火力制御も好適に行うことができる。

なお、図２に示す内周側コイル２０と外周側コイル２０２の間隔Ｇが広いと、検出エリア２０４上の鍋底温度が低下するため、間隔Ｇは狭いほどよいが、間隔Ｇを狭くしすぎると検出エリアも狭くなり、鍋底から放射される赤外線を十分補足することができない。従って、間隔Ｇをある程度大きく１０〜２０mm程度に設定するのが望ましく、本実施例では間隔Ｇを１５mmと定めた。

また、図３に示すように、検出エリア２０４の隣のフェライトコア３０１の隣にサーミスタ２０５を設置し、サーミスタ２０５〜２０７で略正三角形を形成するようにサーミスタ２０６，２０７を配置し、この略正三角形の中心にサーミスタ２０８を配置した。これにより、図９に示すように、直径１２０mmの鍋底がコイル加熱範囲である直径２００mmの円の範囲で移動しても、必ず鍋底の下に複数のサーミスタがあるので、鍋底の温度検知は可能となる。なお、鍋底の下に赤外線センサモジュールの検出エリア２０４上が無い場合は、高火力入力は行わず、比較的ゆっくりした加熱制御を行う。

また、図１１に示すように、ユーザーがフライパン等を使って調理する場合、フライパン１１１を傾ける場合があるが、この場合、フライパン１１１の手前側（操作部側）を持ち上げる動作がほとんどである。本実施例では、赤外線センサモジュールの検出エリア２０４がコイル中心より操作部側の反対側にあるため、トッププレートとフライパン１１１の距離Ｈが短くなるので、多少の持ち上げ時でも正確に鍋底温度を測定できる。

本実施例では、熱型赤外線検出素子としてサーモパイルを例に説明したが、その他の熱型赤外線検出素子（たとえば、焦電素子，ゴーレイセル，ボロメータ等）を用いても同様な効果を得ることができる。また、量子型赤外線検出素子（たとえば、フォトダイオード，フォトトランジスタ，ＣｄＳセル，光電管等）を用いても同様な効果を得ることができる。

以上述べたように、本実施例の誘導加熱調理器によれば、トッププレート上の鍋の最高温度付近をすばやく検出できるので、鍋の温度を安全に制御できる。

次に、本発明の実施例２を説明する。実施例２の構成のうち、実施例１と同等の構成については説明を省略する。

実施例２の誘導加熱調理器は、複数の赤外線センサモジュールの検出エリアを設けることで、鍋底の温度を複数地点で観測できるようにしたものである。図１２は加熱領域１０６の下方にある加熱コイル２００近傍の上面図である。図１２に示すように、本実施例の誘導加熱調理器は、赤外線センサモジュールの検出エリア１２１と検出エリア１２２を備えており、検出エリア１２１および検出エリア１２２上の鍋底温度を観測することができる。

ここで、赤外線センサモジュール４０７を検出エリア１２１，１２２の真下に２箇所設けると、図４に示す冷却風路の障害となり、コイル２００の冷却が困難になるので、本実施例では、図１３の断面図に示すように、赤外線センサモジュール４０７として、２箇所の検出エリア１２１，１２２の赤外線を検出できるものを用いる。すなわち、トッププレート１０４の検出エリア１２１を透過した赤外線は、遮光筒５０８１を介し、反射鏡１３１，１３２を経由して、赤外線センサモジュール４０７に至り、トッププレート１０４の検出エリア１２２を透過した赤外線は、遮光筒５０８２を介し、反射鏡１３４，１３３を経由して、赤外線センサモジュール４０７に至る。このように、構成することで、冷却風路の障害となることを避けつつ、検出エリア１２１および検出エリア１２２上の鍋底温度を観測することを実現した。

また、赤外線センサモジュールの検出エリア１２１，１２２の２箇所から赤外線を検出可能にすれば、図９で示したように、直径１２０mmの鍋底がコイル加熱範囲である直径２００mmの円の範囲で操作部側に移動した場合であっても、赤外線センサモジュールで鍋底の温度を検出できる。すなわち、鍋底の下に赤外線センサモジュールの検出エリア２０４上が無い状況を避けることができるので、高火力入力を続行するのが容易になる。

次に、図１５，図１６を用いて、本実施例の赤外線センサモジュール４０７の詳細を説明する。

図１５は、本実施例における赤外線センサモジュール４０７の第１の形態である。図１５に示すように、赤外線センサモジュール４０７内には、２つのサーモパイル５０４１，５０４２が備えられている。右側のサーモパイル５０４１には、領域１２１からの赤外線が届き、内部の熱電対１５１によって赤外線量に応じた電圧値を出力する。また、左側のサーモパイル５０４２には、領域１２２からの赤外線が届き、内部の熱電対１５２によって赤外線量に応じた電圧値を出力する。

このように、二つの熱電対を備えた赤外線センサモジュールを用いることで、赤外線センサモジュールが冷却風路の障害となることを防止しつつ、赤外線センサモジュールとの配線を単純化し、二つの領域に対応する鍋底温度を測定することができる。

図１６は、本実施例における赤外線センサモジュール４０７の第２の形態である。図１６に示すように、赤外線センサモジュール４０７内には、サーモパイル５０４３が備えられている。このサーモパイル５０４３は、領域１２１からの赤外線が届いた赤外線量に応じた電圧値を出力する熱電対１６１と、領域１２２からの赤外線が届いた赤外線量に応じた電圧値を出力する熱電対１６２を備えている。

次に、本発明の実施例３を説明する。実施例３の構成のうち、実施例２と同等の構成については説明を省略する。

図１４は、実施例３の誘導加熱調理器の断面図である。図１４に示すように、トッププレート１０４の下には、プリズム１４１，１４２が設けられている。トッププレート１０４の検出エリア１２１を透過した赤外線は、プリズム１４１を介し、赤外線センサモジュール４０７に至る。同様に、トッププレート１０４の検出エリア１２２を透過した赤外線は、プリズム１４２を介し、赤外線センサモジュール４０７に至る。実施例３の構成は実施例２の構成よりも光路を構成する部品が少なくなるため、実施例２の構成で得られる効果に加えて、製造が容易になるという利点がある。

なお、実施例３の誘導加熱調理器においても、図１５，図１６で示した赤外線センサモジュールの何れを用いても良い。

１０４トッププレート
２０１内周側コイル
２０２外周側コイル
２０３コイルベース
３０１〜３１２フェライトコア
４０７赤外線センサモジュール
５０１鍋

Claims

赤外線領域において透過性を有するトッププレートと、
その下方に設置された加熱コイルと、
該加熱コイルを冷却する冷却ファンと、
該冷却ファンを駆動するモーターと、
を備えた誘導加熱調理器において、
前記加熱コイルは、隣り合って巻回される巻線のうち、巻線と巻線の間隔を広げることにより形成される内周側コイルと外周側コイルから構成され、
前記内周側コイルと外周側コイルとの間の下方、かつ、前記冷却ファンから前記加熱コイルに至る冷却風路中に、熱伝導率の低い樹脂製で気密構造の防風ケースに内蔵したサーモパイルを設け、該サーモパイルの周囲温度の急激な変化を防止するとともに、該サーモパイルの前記加熱コイル中心からの距離を４５mm以上５５mm以下とすることを特徴とする誘導加熱調理器。
請求項１記載の誘導加熱調理器において、
前記内周側コイルと外周側コイルとの間隔を２０mm以下とし、前記間隔の間の下方に、前記サーモパイルを設けることを特徴とする誘導加熱調理器。
請求項１記載の誘導加熱調理器において、
前記加熱コイルの出力を前記サーモパイルの出力に応じて制御することを特徴とする誘導加熱調理器。
請求項１〜３何れか一項に記載の誘導加熱調理器において、
更に、本体の前方に設けられ、電源の入り切りや加熱の設定を行なう操作部を設けており、
前記サーモパイルは、前記加熱コイルの中心より前記操作部の反対側にあることを特徴とする誘導加熱調理器。
被加熱物を載置するトッププレートと、
内周側加熱コイルと外周側加熱コイルの間に、同心円状の間隙を有した加熱コイルと、
前記同心円状の間隙に設けられ、前記トッププレートに載置された被加熱物が放射する赤外線を下方に導く遮光筒と、
該遮光筒を介した赤外線量に応じた電圧値を出力する赤外線センサモジュールと、
該赤外線センサモジュールからの出力電圧値に基づいて前記被加熱物の温度を算出する温度算出回路と、
該加熱コイルを冷却する冷却ファンと、
該冷却ファンを駆動するモーターと、
を設け、
前記赤外線センサモジュールは、熱伝導性の低い樹脂で構成された気密構造の防風ケースと、該防風ケースに内蔵されたサーモパイルで構成されることで該サーモパイルの周囲温度の急激な変化を防止するとともに、前記冷却ファンから前記加熱コイルに至る冷却風路中に配置されており、
前記内周側コイルの外周はコイル中心からの距離約４５mmに設けられており、
前記外周側コイルの内周はコイル中心からの距離約５５mmに設けられており、
前記遮光筒はコイル中心からの距離４５〜５５mmに設けられていることを特徴とする誘導加熱調理器。