JP5537505B2 - Induction heating cooker - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線センサを用いて鍋の温度を検出する誘導加熱調理器に関する。 The present invention relates to an induction heating cooker that detects the temperature of a pan using an infrared sensor.
誘導加熱調理器は、結晶化ガラス等で構成されるトッププレート下に同心円状の誘導加熱コイル(以下「加熱コイル」と略称)を設置し、これに高周波電流を流し、発生する磁界でトッププレート上に戴置された調理容器である鍋底にうず電流を誘起し、このジュール熱で調理容器である鍋を直接加熱するものである。 An induction heating cooker has a concentric induction heating coil (hereinafter abbreviated as “heating coil”) installed under a top plate made of crystallized glass, etc., and a high-frequency current is passed through the top heating plate. An eddy current is induced at the bottom of the pan, which is a cooking vessel placed on top, and the pan, which is a cooking vessel, is directly heated by this Joule heat.
誘導加熱調理器の鍋温度検出手段として、応答速度が良好な点で加熱された鍋底から放射される赤外線をトッププレート越しに赤外線センサで観測し温度を検出するものが多く使われている。この赤外線センサは加熱コイル中心空隙付近の下に配置されて、鍋底から放射される赤外線をトッププレート越しに赤外線センサで検出し、その出力に応じて加熱コイルを駆動するインバータ回路の出力を制御して調理温度を調整するものである。 As a means for detecting the temperature of a pan of an induction heating cooker, a device that detects the temperature by observing the infrared ray radiated from the bottom of the pan heated at a good response speed with an infrared sensor through the top plate is often used. This infrared sensor is placed near the center gap of the heating coil, detects the infrared radiation radiated from the bottom of the pan with the infrared sensor, and controls the output of the inverter circuit that drives the heating coil according to the output. The cooking temperature is adjusted.
赤外線センサで温度検出する場合の課題は、被測定物(調理鍋)の放射率の影響を受けることである。鍋底の赤外線放射率は、鍋底の材質,色,加工状態(鍋底の塗装や刻印,ヘアライン加工,リング加工,打ち込み加工,凹凸等)に大きく依存する。また、同じ鍋であっても鍋底に付着した調理油等の汚れによって放射率が異なってくる。すなわち、同じ温度,同じ材質の鍋底であっても、色,加工あるいは汚れ状態や凹凸が異なると放射する赤外線エネルギーが異なるため赤外線センサで受光する赤外線エネルギーも異なり、異なる温度が検出されることになる。このため、鍋底の相違により赤外線センサによる温度検出が異なるのを補正する手段が必要になる。 The problem in detecting temperature with an infrared sensor is that it is affected by the emissivity of the object to be measured (cooking pan). The infrared emissivity of the pan bottom depends greatly on the material, color, and processing state of the pan bottom (painting and engraving on the pan bottom, hairline processing, ring processing, driving processing, unevenness, etc.). Moreover, even in the same pan, the emissivity varies depending on dirt such as cooking oil adhering to the bottom of the pan. In other words, even if the pan is made of the same temperature and the same material, the infrared energy radiated differs depending on the color, processing, dirt state, or unevenness, so the infrared energy received by the infrared sensor is also different, and different temperatures are detected. Become. For this reason, a means for correcting the temperature detection by the infrared sensor due to the difference in the pan bottom is required.
この課題を解決する公知例として特許文献1,2,3,4に挙げるものがある。 Patent Documents 1, 2, 3, and 4 include known examples for solving this problem.
特許文献1の技術は、トッププレート上に置かれる被加熱物(鍋)に対して投光する発光手段と被加熱物からの反射光を受光する受光手段を備え、受光手段の出力から換算された被加熱物の放射率で赤外線センサの出力を補正して温度検出するものである。これにより被加熱物(鍋)の放射率に影響されない正確な鍋温度検出技術になっている。 The technique of Patent Document 1 includes a light emitting unit that projects light on an object to be heated (pan) placed on a top plate and a light receiving unit that receives reflected light from the object to be heated, and is converted from the output of the light receiving unit. The temperature is detected by correcting the output of the infrared sensor with the emissivity of the heated object. This makes it an accurate pan temperature detection technique that is not affected by the emissivity of the object to be heated (pan).
特許文献2の技術は、特許文献1の技術に加え、相対する発光手段と受光手段を、鍋を戴置するトッププレートと角度aを持たせて配置したものである。この角度aはトッププレートと鍋が密着するときの鍋底面で光が反射する角度である。これにより鍋が反っている場合でも放射率を正確に検出でき、より正確な鍋温度検出技術になっている。 In addition to the technique of Patent Document 1, the technique of Patent Document 2 is configured such that opposing light emitting means and light receiving means are arranged with an angle a and a top plate on which a pan is placed. This angle a is an angle at which light is reflected at the bottom of the pan when the top plate and the pan are in close contact. As a result, even when the pan is warped, the emissivity can be accurately detected, and a more accurate pan temperature detection technique is realized.
特許文献3の技術は、特許文献1の技術に加え、受光手段の周囲に配置した発光手段を複数備えるものである。複数の発光手段が順次発光する光線の鍋での反射光を、発光に同期して受光手段で受け、この出力で鍋底面の複数個所の反射率を得て放射率に換算するもので、この放射率で赤外線センサの出力を補正して温度検出するものである。これにより鍋の刻印による凹凸や文字印刷等の局所的な放射率変化を回避してより正確な放射率を検出でき、より正確な鍋温度検出技術になっている。また、同様な効果を有する、発光手段の周囲に複数の受光手段を配置して、より正確な放射率を検出する技術も開示されている。 The technique of Patent Document 3 includes a plurality of light emitting means arranged around the light receiving means in addition to the technique of Patent Document 1. The reflected light from the pan of the light emitted sequentially by the plurality of light emitting means is received by the light receiving means in synchronization with the light emission, and the reflectance at a plurality of locations on the bottom of the pan is obtained by this output and converted to emissivity. The temperature is detected by correcting the output of the infrared sensor with the emissivity. This avoids local emissivity changes such as unevenness and character printing due to the engraving of the pan, so that more accurate emissivity can be detected, and this is a more accurate pan temperature detection technique. Also disclosed is a technique for detecting a more accurate emissivity by arranging a plurality of light receiving means around the light emitting means, which has the same effect.
特許文献4の技術は、特許文献1の技術に加え、トッププレートの端面から近赤外線を入射する発光手段と、前記発光手段と対面する端面に設けられ鍋の底面からの反射光の強度を検知する反射センサを備え、反射センサの出力から鍋底面の放射率を得て、この放射率で赤外線センサの出力を補正して温度検出するものである。これによりトッププレート内部を導光路として用い鍋底面の広い範囲での放射率を検出し、鍋の戴置位置のずれ、鍋底の刻印,加工状態に関係なく正確に放射率を得て、より正確な鍋温度検出技術になっている。 In addition to the technique of Patent Document 1, the technique of Patent Document 4 detects the intensity of reflected light from the bottom surface of the pan provided on the end surface facing the light emitting means and the light emitting means that enters near-infrared light from the end surface of the top plate. The emissivity of the bottom surface of the pan is obtained from the output of the reflection sensor, and the temperature is detected by correcting the output of the infrared sensor with this emissivity. This detects the emissivity over a wide range of the bottom of the pan using the inside of the top plate as a light guide, and accurately obtains the emissivity regardless of the position of the pan, the marking of the pan bottom, and the processing state. It is a hot pot temperature detection technology.
特許文献1では、具体的な発光手段として単一の赤外線LEDまたはレーザなどの光源、受光手段として単一の赤外線フォトトランジスタ、そしてこれら手段の使用波長、光学的なバンドパスフィルタによる分光手段が提示されている。しかし、後述するように単一の赤外線LEDと単一の赤外線フォトトランジスタを使用する場合には鍋の反射率つまり放射率を正確に検出することは困難である。得られる反射率は鍋の極狭い面積でのそれであり、温度検出赤外線センサが受光する広い鍋底面での反射率とは異なる。このため、検出した反射率(放射率=1−反射率)で温度検出赤外線センサ出力を補正して鍋温度を検出しても正確なものとはならない。 Patent Document 1 presents a light source such as a single infrared LED or laser as a specific light emitting means, a single infrared phototransistor as a light receiving means, a wavelength used by these means, and a spectral means using an optical bandpass filter. Has been. However, as will be described later, when a single infrared LED and a single infrared phototransistor are used, it is difficult to accurately detect the reflectance or emissivity of the pan. The obtained reflectivity is that of an extremely narrow area of the pan, and is different from the reflectivity at the wide pan bottom received by the temperature detecting infrared sensor. For this reason, even if the temperature detection infrared sensor output is corrected by the detected reflectance (emissivity = 1−reflectance) and the pan temperature is detected, it is not accurate.
特許文献2は、特許文献1技術に加え、一対の発光手段と受光手段をトッププレートと角度aを持たせて配置し、鍋の反り,凹凸などでトッププレートと鍋底面が角度を持つときでも正確な反射率が得られるようにする技術である。また、この対の発光手段と受光手段に加え、角度aと異なる角度で複数対持たせる技術も提示されている。しかし、特許文献1と同様単一の赤外線LEDと単一の赤外線フォトトランジスタを使用する場合には鍋の反射率つまり放射率を正確に検出することは困難である。得られる反射率は鍋の極狭い面積での特定角度の反りに対応しただけのものであり、温度検出赤外線センサが受光する広い鍋底面での反射率とは異なる。このため、検出した反射率(放射率=1−反射率)で温度検出赤外線センサ出力を補正して鍋温度を検出しても正確なものとはならない。 In Patent Document 2, in addition to the technique of Patent Document 1, a pair of light-emitting means and light-receiving means are arranged with a top plate and an angle a, and even when the top plate and the bottom of the pan have an angle due to warpage or unevenness of the pan. This is a technique for obtaining an accurate reflectance. In addition to this pair of light-emitting means and light-receiving means, a technique for providing a plurality of pairs at an angle different from the angle a is also presented. However, when a single infrared LED and a single infrared phototransistor are used as in Patent Document 1, it is difficult to accurately detect the pan reflectance or emissivity. The obtained reflectance corresponds only to the warp of a specific angle in a very narrow area of the pan, and is different from the reflectance on the wide pan bottom received by the temperature detecting infrared sensor. For this reason, even if the temperature detection infrared sensor output is corrected by the detected reflectance (emissivity = 1−reflectance) and the pan temperature is detected, it is not accurate.
特許文献3は、特許文献1技術に加え、複数の発光手段と複数の受光手段を温度検出赤外線センサの周囲に配置して、一対の発光手段と受光手段で検出する鍋の狭い面積での反射率を複数求め、この複数個所の反射率情報から温度検出赤外線センサの視野部分での放射率に換算し、この放射率で温度検出赤外線センサ出力を補正して正確な鍋温度を検出する技術である。発光手段あるいは受光手段の個数を多くすれば、より広い面積の放射率を正確に検出することができるが、実際に加熱コイル下に数多くの例えば10個以上の発光手段あるいは受光手段を設けることは困難であり、設けることができた場合でも高価となると言う課題がある。 In Patent Document 3, in addition to the technique of Patent Document 1, a plurality of light emitting means and a plurality of light receiving means are arranged around a temperature detection infrared sensor, and reflection is performed in a narrow area of a pan detected by a pair of light emitting means and light receiving means A technology that calculates multiple rates, converts the reflectance information from these multiple locations to the emissivity at the field of view of the temperature detection infrared sensor, and corrects the temperature detection infrared sensor output with this emissivity to detect the correct pan temperature. is there. If the number of light emitting means or light receiving means is increased, the emissivity of a wider area can be detected accurately, but actually, for example, a large number of, for example, 10 or more light emitting means or light receiving means are provided under the heating coil There is a problem that it is difficult and expensive even if it can be provided.
特許文献4は、特許文献1技術に加え、トッププレートの端面に一つの発光手段と他面に一つの受光手段を設置し、発光手段が投光する赤外線を、トッププレートを導光路として所定面積の鍋底面に導き、この鍋底面で反射する反射光を同じくトッププレートを導光路として受光手段で受光し鍋の反射率を検出するものである。しかし、トッププレートを導光路とするためにトッププレート上下面に反射材をコーティングする必要がある。特に、鍋底が接する上面は耐熱反射材が必要となる。反射材の代わりに光反射層を機械的あるいは化学的手段で微細な凹凸として構成する必要がある。また、発光手段の投光する光をトッププレート内に効率良く導くための光カプラ、反射光を投光光と分離し反射光のみを効率良く受光手段に導くための光カプラも必要となる。これらの光学的な部品,材料,トッププレート表面処理は複雑で高価となると言う課題がある。 In Patent Document 4, in addition to the technique of Patent Document 1, one light emitting means is installed on the end surface of the top plate and one light receiving means is installed on the other surface, and infrared light emitted by the light emitting means is used for a predetermined area with the top plate as a light guide path. The reflected light reflected from the bottom of the pan is received by the light receiving means using the top plate as a light guide, and the reflectance of the pan is detected. However, in order to use the top plate as a light guide, it is necessary to coat the top and bottom surfaces with a reflective material. In particular, a heat-resistant reflective material is required on the upper surface where the pan bottom touches. Instead of the reflecting material, the light reflecting layer needs to be configured as fine irregularities by mechanical or chemical means. Further, an optical coupler for efficiently guiding the light projected by the light emitting means into the top plate and an optical coupler for separating the reflected light from the projected light and efficiently guiding only the reflected light to the light receiving means are also required. These optical parts, materials, and top plate surface treatments are complicated and expensive.
本発明は、赤外線センサとしてサーモパイルを用いた鍋温度検出手段において、トッププレート上に置かれる鍋底の状態つまり凹凸,反りや汚れ更に材質,色,加工状態に拘らず、安定して精度良く検出することを可能にし、安全性,使い勝手の向上した誘導加熱調理器を提供することを目的とする。 In the pan temperature detecting means using a thermopile as an infrared sensor, the present invention stably and accurately detects the state of the pan bottom placed on the top plate, that is, unevenness, warpage and dirt, and the material, color and processing state. It is an object of the present invention to provide an induction heating cooker that can improve the safety and convenience of use.
上記課題は、調理容器を上面に置く結晶化ガラスからなるトッププレートと、該トッププレートの下に設けられ、前記調理容器を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイルと、該加熱コイルの下に設けられ、前記トッププレートに概垂直な赤外線平行光線束を投光する赤外線投光手段と、該加熱コイルの下に設けられ、前記赤外線投光手段が投光し、前記調理容器で反射される赤外線光線を受光する受光手段を備え、該受光手段を、前記赤外線投光手段から前記調理容器に至る前記赤外線平行光線束内に備えた誘導加熱調理器によって解決できる。
The above-described problems include a top plate made of crystallized glass with a cooking vessel on top, a heating coil provided under the top plate that generates an induction magnetic field to heat the cooking vessel, and a bottom of the heating coil. An infrared light projecting means for projecting an infrared parallel light bundle substantially perpendicular to the top plate; and provided under the heating coil, the infrared light projecting means projects and is reflected by the cooking container. This can be solved by an induction heating cooker provided in the infrared parallel beam bundle from the infrared light projecting means to the cooking container .
本発明によれば、赤外線投光手段で鍋底の広い面積部分に赤外平行光線を投光し、その反射光の大部分を赤外線反射受光手段で受光するため鍋底の広い範囲の平均的な反射率(=1−放射率)を検出できる。このため、検出した反射率は鍋底の局所的な汚れ,凹凸,刻印,印刷塗装などの影響を受けにくい。また、赤外線投光手段および赤外線反射受光手段と赤外線検出手段とは横に並べて配置されるため、鍋の放射する赤外線検出範囲(赤外線検出手段の視野)と赤外線投光手段および赤外線反射受光手段で検出する鍋の反射率検出範囲(投光面と反射受光手段の視野)を重複することができる。このため、ほぼ鍋底の同一面で、反射率検出で検出した反射率すなわち放射率に比例する赤外線検出出力を得る事ができ、反射率補正すれば正確な放射温度を検出できる。 According to the present invention, the infrared light projecting means projects infrared parallel rays onto a wide area of the pan bottom, and most of the reflected light is received by the infrared reflection light receiving means. The rate (= 1-emissivity) can be detected. For this reason, the detected reflectance is not easily affected by local stains on the bottom of the pan, unevenness, engraving, printing painting, and the like. Also, since the infrared light projecting means, the infrared reflection light receiving means and the infrared detection means are arranged side by side, the infrared detection range (field of view of the infrared detection means) radiated by the pan, the infrared light projection means and the infrared reflection light reception means The reflectance detection range of the pan to be detected (light projection surface and field of view of the reflection light receiving means) can be overlapped. For this reason, an infrared detection output proportional to the reflectance detected by the reflectance detection, that is, the emissivity can be obtained on substantially the same surface of the pan bottom, and an accurate radiation temperature can be detected by correcting the reflectance.
この補正を行うことで鍋底の材質,色,加工状態あるいは汚れの状態に拘らず正確に鍋底温度を検出することが可能になり、正確に検出した鍋底温度を用いて加熱の制御を行うことができるので、上手に調理をすることが可能となる。つまりどんな鍋でも安定して加熱鍋底の温度を正確に検出する鍋温度検出手段を提供することができる。そして、正確に検出した鍋温度により適切に加熱コイルへの高周波電力を制御することで安全かつ最適な調理を可能にする誘導加熱調理器を提供できる。 By performing this correction, it becomes possible to accurately detect the pan bottom temperature regardless of the material, color, processing state or dirt state of the pan bottom, and heating can be controlled using the accurately detected pan bottom temperature. Because you can, you can cook well. In other words, it is possible to provide a pan temperature detecting means for stably detecting the temperature of the bottom of the heating pan accurately with any pan. And the induction heating cooking appliance which enables safe and optimal cooking can be provided by controlling the high frequency electric power to a heating coil appropriately by the pan temperature detected correctly.
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は実施例1の誘導加熱調理器の本体1の斜視図であり、図2は図1中に一点鎖線AA′で示される部分に調理鍋6を載せたときの概略縦断面図である。以下では、誘導加熱が可能な鍋置き場所が2口、ラジエントヒータやハロゲンヒータ等のヒーター(加熱源)の放射熱で加熱可能な鍋置き場所が1口ある3口の誘導加熱調理器を例に挙げ説明を行うが、本発明の適用対象はこれに限られず、例えば、誘導加熱が可能な鍋置き場所を3口設けた誘導加熱調理器であっても良い。なお、調理鍋6は、誘導加熱に適した磁性体の鉄鍋であっても良いし、非磁性体のアルミ鍋,銅鍋であっても良い。 1 is a perspective view of a main body 1 of an induction heating cooker according to a first embodiment, and FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view when a cooking pan 6 is placed on a portion indicated by a one-dot chain line AA ′ in FIG. . In the following, an induction heating cooker having 3 pans where there are 2 pans that can be induction-heated and 1 pans that can be heated by radiant heat from a heater (heating source) such as a radiant heater or a halogen heater. However, the application target of the present invention is not limited to this, and may be, for example, an induction heating cooker provided with three pot places where induction heating is possible. The cooking pan 6 may be a magnetic iron pan suitable for induction heating, or a non-magnetic aluminum pan or copper pan.
図1および図2に示すように、本体1の上面には、結晶化ガラス等の非磁性体によって形成されたトッププレート2が装着されている。また、トッププレート2の手前には、各口の加熱開始あるいは加熱コースを指示するスイッチ、各口の加熱状態(温度等)を表示する表示器が配置される操作表示部3が装着されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, a top plate 2 formed of a nonmagnetic material such as crystallized glass is mounted on the upper surface of the main body 1. Further, in front of the top plate 2, an operation display unit 3 in which a switch for instructing the heating start or heating course of each port and a display for displaying the heating state (temperature, etc.) of each port is mounted. .
トッププレート2の上面には、その下に配置される加熱コイル7あるいはラジエントヒータの最外半径におよそ一致する半径の円4が加熱可能な鍋置き場所を示すために印刷されている。また、トッププレート2は普通可視光に対して透明であるため、上面にはフリットガラスに耐熱塗料を混入した耐熱耐久性の衣装印刷、下面には耐熱面塗装を施し、機器内部が見えないようにしてある。誘導加熱が可能な鍋置き場所2口の円4の中央から約50mmずれた位置に後述する鍋温度検出のために前記印刷,塗装を行っていない赤外線透過窓5が設けられている。この赤外線透過窓5は赤外光を透過させるためであり、この部分だけ赤外光に対しては透明な可視光カット部材(耐熱フィルムまたはガラス)を下面に装着しても良い。 On the upper surface of the top plate 2, a circle 4 having a radius that approximately matches the outermost radius of the heating coil 7 or the radiant heater disposed below the top plate 2 is printed to indicate a place where the pan can be heated. In addition, the top plate 2 is normally transparent to visible light, so the upper surface is coated with a heat resistant and durable garment mixed with a heat resistant paint on the frit glass, and the lower surface is coated with a heat resistant surface so that the interior of the device cannot be seen. It is. An infrared transmission window 5 that is not subjected to the above-described printing or coating is provided for detecting the pot temperature, which will be described later, at a position shifted by about 50 mm from the center of the circle 4 at the two pot-holding places where induction heating is possible. This infrared transmission window 5 is for transmitting infrared light, and a visible light cut member (heat-resistant film or glass) that is transparent to infrared light only on this portion may be attached to the lower surface.
トッププレート2の上面の各口(円4)に、調理鍋6を置き加熱調理を行う。図2に示すように、加熱コイル7にインバータ回路8(高周波電流供給手段)からの高周波電流を供給すると、外周側の第1のコイル7aと内周側の第2のコイル7bに分割された加熱コイル7が高周波磁界9(図中破線で示す)を発生し、この高周波磁界が調理鍋6と鎖交して、渦電流を発生し、そのジュール熱により調理鍋6自身が誘導加熱され発熱する。従って、調理鍋6内の調理物は、調理鍋6自身の発熱によって加熱調理される。このとき、調理鍋6の下にあるトッププレート2も、発熱した調理鍋6からの伝熱あるいは放射熱により高温になる。 A cooking pan 6 is placed in each mouth (circle 4) on the upper surface of the top plate 2 and cooking is performed. As shown in FIG. 2, when the high frequency current from the inverter circuit 8 (high frequency current supply means) is supplied to the heating coil 7, it is divided into a first coil 7a on the outer peripheral side and a second coil 7b on the inner peripheral side. The heating coil 7 generates a high-frequency magnetic field 9 (indicated by a broken line in the figure). This high-frequency magnetic field is linked to the cooking pan 6 to generate an eddy current, and the cooking pan 6 itself is induction-heated by the Joule heat to generate heat. To do. Accordingly, the food in the cooking pan 6 is cooked by the heat generated by the cooking pan 6 itself. At this time, the top plate 2 under the cooking pan 6 also becomes high temperature due to heat transfer or radiant heat from the cooking pan 6 that has generated heat.
図3に加熱コイル7周辺の断面を詳しく示す。図3に示すようにトッププレート2下面には第1のコイル7aと第2のコイル7bの間にコイル間隙7cを備えて分割された加熱コイル7が耐熱プラスチックで構成されるコイルベース10内に同心円状(渦巻き状)に巻かれて配置される。加熱コイル7の下側にはコイルベース部材内部にコ字状のフェライト11が凸部を上にして放射状に配置されている。このフェライト11は加熱コイル7が発生する磁束をトッププレート2上の調理容器である調理鍋6に効率良く導くために配置される。また、磁束がコイルベース10下部に漏洩するのを防止する。フェライト11は透磁率が高く磁束はほとんどフェライト11内を通過するからである。 FIG. 3 shows a cross section around the heating coil 7 in detail. As shown in FIG. 3, a heating coil 7 divided with a coil gap 7c between the first coil 7a and the second coil 7b on the lower surface of the top plate 2 is placed in a coil base 10 made of heat-resistant plastic. They are arranged concentrically (spirally). Below the heating coil 7, U-shaped ferrites 11 are radially arranged inside the coil base member with the convex portions up. The ferrite 11 is arranged to efficiently guide the magnetic flux generated by the heating coil 7 to the cooking pan 6 that is a cooking container on the top plate 2. Further, the magnetic flux is prevented from leaking to the lower part of the coil base 10. This is because the ferrite 11 has a high magnetic permeability and almost all the magnetic flux passes through the ferrite 11.
コイルベース10の下には加熱コイル7を冷却するためのコイル冷却風路15が設置される。コイル冷却風路15は二つに分けられ、一つは第1のコイル7aの内周側に接続され、第2のコイル7bおよび第1のコイル7a上面を冷却するコイル上面冷却風路15a、他の一つは第1のコイル7aの下面を冷却するコイル下面冷却風路15bである。コイルベース10の中心部分下に位置するコイル冷却風路15aの上面には円形上のコイル上面冷却風送出孔15cが開口している。 A coil cooling air passage 15 for cooling the heating coil 7 is installed under the coil base 10. The coil cooling air passage 15 is divided into two, one is connected to the inner peripheral side of the first coil 7a, and the coil upper surface cooling air passage 15a for cooling the upper surfaces of the second coil 7b and the first coil 7a, The other one is a coil lower surface cooling air passage 15b for cooling the lower surface of the first coil 7a. On the upper surface of the coil cooling air passage 15a located under the center portion of the coil base 10, a circular coil upper surface cooling air sending hole 15c is opened.
コイルベース10の中心部は円筒状の内空洞14aになっており、第1のコイル7aの内周側にはフェライト11を内蔵する放射上梁に繋がる円筒状の外空洞壁14bになっている。この外空洞壁14bの下部に、コイル冷却風路15aのコイル上面冷却風送出孔15cが接続される。コイル上面冷却風送出孔15cの周囲にはグラスウール等のシール材16が設けられ先の外空洞壁14bに接続されている。 The central portion of the coil base 10 is a cylindrical inner cavity 14a, and a cylindrical outer cavity wall 14b connected to the radial beam containing the ferrite 11 is formed on the inner peripheral side of the first coil 7a. . A coil upper surface cooling air sending hole 15c of the coil cooling air passage 15a is connected to the lower portion of the outer cavity wall 14b. A sealing material 16 such as glass wool is provided around the coil upper surface cooling air sending hole 15c and connected to the outer cavity wall 14b.
コイル冷却風路15の下にはインバータ回路8等の回路基板を内蔵する回路冷却風路17a,17bが2段重ねて設けられ、夫々には左右の加熱コイル7L,7Rのインバータ回路等が内蔵されている。これらの冷却風路は本体1に固定される。 Under the coil cooling air passage 15, circuit cooling air passages 17a and 17b containing a circuit board such as an inverter circuit 8 are provided in two layers, and inverter circuits for the left and right heating coils 7L and 7R, etc., are built in, respectively. Has been. These cooling air passages are fixed to the main body 1.
コイルベース10はコイル下面冷却風路15bまたは回路冷却風路17aに固定される3個のコイルベース受け12からバネ13で押され、トッププレート2の下面に押し付けられる。 The coil base 10 is pressed by the spring 13 from the three coil base receivers 12 fixed to the coil lower surface cooling air passage 15b or the circuit cooling air passage 17a, and is pressed against the lower surface of the top plate 2.
コイル冷却風送出孔15c下のコイル上面冷却風路15a中には鍋温度検出装置18が配置される。鍋温度検出装置18は誘導加熱された調理鍋6の底面温度をトッププレート2の赤外線透過窓5を透過する赤外線から検出する。また、赤外線投光器35および赤外線反射受光器36も内蔵され加熱される調理鍋6底面の反射率を検出する。 A pan temperature detecting device 18 is disposed in the coil upper surface cooling air passage 15a below the coil cooling air delivery hole 15c. The pan temperature detection device 18 detects the bottom surface temperature of the cooking pan 6 heated by induction from the infrared rays transmitted through the infrared transmission window 5 of the top plate 2. Moreover, the infrared projector 35 and the infrared reflective light receiver 36 are also incorporated, and the reflectance of the bottom face of the cooking pan 6 heated is detected.
加熱調理中にはコイル上面冷却風路15a,コイル下面冷却風路15b,回路冷却風路17a,17bには本体1に内蔵されるファン(図示せず)から外気が導入される。コイル上面冷却風路15a内を流れる冷却風は鍋温度検出装置18を冷却しながらコイル上面冷却風送出孔15cから円筒状の外空洞壁14b内のコイル間隙7cおよび内空洞14aを上昇し、コイル間隙7cおよび内空洞14a上部から、トッププレート2に遮られトッププレート2と加熱コイル7の間をコイル径方向外側に流れ、加熱コイル7の上面およびトッププレート2下面を冷却する。コイル下面冷却風路15bのコイル7aの下面にあたる部分には小さな孔が複数開けられ、コイル下面冷却風路15b内を流れる冷却風は、ここからコイル7a下面に向かって噴流してこれを冷却する。 During cooking, outside air is introduced into the coil upper surface cooling air passage 15a, the coil lower surface cooling air passage 15b, and the circuit cooling air passages 17a and 17b from a fan (not shown) built in the main body 1. The cooling air flowing in the coil upper surface cooling air passage 15a raises the coil gap 7c and the inner cavity 14a in the cylindrical outer cavity wall 14b from the coil upper surface cooling air sending hole 15c while cooling the pan temperature detecting device 18, and the coil From the upper part of the gap 7c and the inner cavity 14a, it is blocked by the top plate 2 and flows between the top plate 2 and the heating coil 7 outward in the coil radial direction, and the upper surface of the heating coil 7 and the lower surface of the top plate 2 are cooled. A plurality of small holes are formed in a portion corresponding to the lower surface of the coil 7a of the coil lower surface cooling air passage 15b, and the cooling air flowing in the coil lower surface cooling air passage 15b is jetted from here toward the lower surface of the coil 7a to cool it. .
図4に、図3からトッププレート2を取り除き、上方から加熱コイル7,コイルベース10、および、コイル冷却風路15aを見た詳細構成図を示す。ここでは特に、加熱コイル7および内空洞14aと鍋温度検出装置18の水平面での位置関係を示している。 FIG. 4 is a detailed configuration diagram in which the top plate 2 is removed from FIG. 3 and the heating coil 7, the coil base 10, and the coil cooling air passage 15a are viewed from above. Here, in particular, the positional relationship of the heating coil 7 and the inner cavity 14a and the pan temperature detecting device 18 on the horizontal plane is shown.
加熱コイル7は、テフロン(登録商標)等で絶縁被膜されるリッツ線で同心円状に同一方向に巻回され、外周側の第1のコイル7aと内周側の第2のコイル7bに分割される。その間隙7cは幅およそ15mmの同心帯状をなし、第1のコイル7aの巻き終わりは間隙7cを架橋し第2のコイル7bの巻き始めとなり、第1のコイル7aと架橋線7dと第2のコイル7bで加熱コイル7を構成する。コイルベース10には第1のコイル7aの内周側に円筒状の外空洞壁14bが設けられ、その内側がコイル間隙部7cとなっている。また、第2のコイル7bの内周側に内空洞14aが設けられる。さらに、コイル間隙部7cの一部、放射状に配置される二つのフェライト11間に楕円筒状のセンサ視野筒19(およそ縦12mm,横24mmの楕円)が設けられ、このセンサ視野筒19の下に鍋温度検出装置18が設置される。 The heating coil 7 is concentrically wound in the same direction with a litz wire that is insulated with Teflon (registered trademark) or the like, and is divided into a first coil 7a on the outer peripheral side and a second coil 7b on the inner peripheral side. The The gap 7c has a concentric band shape with a width of about 15 mm, and the winding end of the first coil 7a bridges the gap 7c and becomes the winding start of the second coil 7b. The first coil 7a, the bridging wire 7d, and the second winding The heating coil 7 is composed of the coil 7b. The coil base 10 is provided with a cylindrical outer cavity wall 14b on the inner peripheral side of the first coil 7a, and the inside thereof is a coil gap portion 7c. An inner cavity 14a is provided on the inner peripheral side of the second coil 7b. Further, an elliptical sensor field cylinder 19 (approximately 12 mm long and 24 mm wide ellipse) is provided between a portion of the coil gap 7 c and the two radially arranged ferrites 11. A pan temperature detecting device 18 is installed.
センサ視野筒19の上部横にはトッププレート2の赤外線透過窓5の横下面に接触するようにサーミスタ20が設置される。 A thermistor 20 is installed on the upper side of the sensor visual field cylinder 19 so as to be in contact with the lateral lower surface of the infrared transmission window 5 of the top plate 2.
誘導加熱された鍋底面からの赤外線はトッププレート2の赤外線透過窓5を透過し、センサ視野筒19から後で詳細に説明する鍋温度検出装置18に内蔵されるサーモパイル25に入射する。また、赤外線投光器35の投光する赤外線はセンサ視野筒19,赤外線透過窓5を通過して調理鍋6の底で反射され、この反射光は赤外線反射受光器36で受光される。 Infrared rays from the bottom of the pan heated by induction pass through the infrared transmission window 5 of the top plate 2 and enter the thermopile 25 built in the pan temperature detector 18 described in detail later from the sensor visual field cylinder 19. Further, the infrared light projected by the infrared projector 35 passes through the sensor visual field cylinder 19 and the infrared transmission window 5 and is reflected at the bottom of the cooking pan 6, and the reflected light is received by the infrared reflection receiver 36.
図5は図4を裏から見た図を示す。コイルベース10には2個のコイル端子21a,21bが設けられ、低電圧端子21aには第1のコイル7aの巻き始めが接続され、高電圧端子21bには第2のコイルの巻き終わりが接続される。この端子にはインバータ回路8の出力線22a,22bがねじで固定される。銅やアルミニウム等の非磁性体の鍋では4〜5kVの高電圧が出力される高電圧出力線22bは高電圧端子21bに接続される。 FIG. 5 shows a view of FIG. 4 viewed from the back. The coil base 10 is provided with two coil terminals 21a and 21b. The low voltage terminal 21a is connected to the start of winding of the first coil 7a, and the high voltage terminal 21b is connected to the end of winding of the second coil. Is done. The output lines 22a and 22b of the inverter circuit 8 are fixed to the terminals with screws. In a non-magnetic pot such as copper or aluminum, a high voltage output line 22b that outputs a high voltage of 4 to 5 kV is connected to a high voltage terminal 21b.
図4,図5で説明したように鍋温度検出装置18は、架橋線7dの近傍をさけ、かつ高電圧出力線22bが接続される高電圧端子21bから離れた位置にあるコイル間隙部7cに設けられたセンサ視野筒19の下にそのケース窓30が位置するように設置される。 As described with reference to FIGS. 4 and 5, the pan temperature detecting device 18 avoids the vicinity of the bridging wire 7 d and the coil gap portion 7 c located at a position away from the high voltage terminal 21 b to which the high voltage output wire 22 b is connected. The case window 30 is installed under the sensor field cylinder 19 provided.
加熱コイル7を二つの部分に分割し、その間隙7cにセンサ視野筒19を設け、その下に鍋温度検出装置18を設ける理由は、加熱コイル7の径方向幅中間部の磁束が一番強く、この上の鍋底が一番高温に加熱され、その部分の温度を正確に検出するのが異常過熱の防止に役立つためである。 The heating coil 7 is divided into two parts, the sensor viewing tube 19 is provided in the gap 7c, and the pan temperature detecting device 18 is provided below the sensor viewing tube 19, and the magnetic flux at the intermediate portion in the radial width of the heating coil 7 is the strongest. This is because the top of the pan is heated to the highest temperature, and accurately detecting the temperature of that portion helps to prevent abnormal overheating.
図6に鍋温度検出装置18の詳細を示す。 FIG. 6 shows details of the pan temperature detecting device 18.
図6(a)は、鍋温度検出装置18の平面図を示す。鍋温度検出装置18は、ヒートシンク59を被せた赤外線検出センサ(サーモパイル25),放物面反射鏡51と赤外線LED50等で構成される赤外線投光器35(赤外線投光手段),赤外線フォトトランジスタ54等で構成される赤外線反射受光器36(赤外線反射受光手段)を中心に構成される。サーモパイル25と赤外線投光器35,赤外線反射受光器36はサーモパイル25の出力信号を増幅するサーモパイル温度検出回路72(後で詳細を説明する)と反射率検出回路73(後で詳細を説明する)が実装される電子回路基板27に配置され、このサーモパイル25と赤外線投光器35,赤外線反射受光器36および電子回路基板27は、全体をプラスチック部材の赤外線センサケース29(一点鎖線で示す)内に密封される。この赤外線センサケース29には赤外線を透過させるためにケース窓30が開けられ、このケース窓30にはトッププレート2を構成する結晶化ガラスとほぼ同じ光学特性(但し図8薄線で示すように1μm以上の長波長側の光学特性はほぼ同じだが、短波長側でトッププレートに比べて透過率小の領域が400nmほどあり、この部分の可視光がカットされるため目には赤黒く見える)を持つ結晶化ガラスを薄く正方形に切り出したものを結晶化ガラス光学フィルタ31として嵌め込んである。 FIG. 6A shows a plan view of the pan temperature detecting device 18. The pan temperature detector 18 includes an infrared detection sensor (thermopile 25) covered with a heat sink 59, an infrared projector 35 (infrared projector) including a parabolic reflector 51 and an infrared LED 50, an infrared phototransistor 54, and the like. The infrared reflection light receiver 36 (infrared reflection light receiving means) is mainly configured. The thermopile 25, the infrared projector 35, and the infrared reflection receiver 36 are mounted with a thermopile temperature detection circuit 72 (details will be described later) and a reflectance detection circuit 73 (details will be described later) for amplifying the output signal of the thermopile 25. The thermopile 25, the infrared projector 35, the infrared reflection receiver 36, and the electronic circuit board 27 are hermetically sealed in a plastic member infrared sensor case 29 (shown by a one-dot chain line). . The infrared sensor case 29 has a case window 30 for transmitting infrared rays. The case window 30 has almost the same optical characteristics as the crystallized glass constituting the top plate 2 (however, as shown by the thin line in FIG. 8). The optical characteristics on the long wavelength side of 1 μm or more are almost the same, but there is a region with a low transmittance on the short wavelength side of 400 nm compared to the top plate, and the visible light in this part is cut, so the eyes appear reddish. A crystallized glass obtained by cutting the crystallized glass into a thin square is fitted as a crystallized glass optical filter 31.
そして、結晶化ガラス光学フィルタ31の下にヒートシンク26を被せたサーモパイル25と赤外線投光器35,赤外線反射受光器36が電子回路基板27上に実装されている。この赤外線センサケース29は、周りをアルミニウム等の透磁率がほぼ1の金属ケース32(2点鎖線で示す)で覆っている。当然、先のケース窓30の所は開口されている。そして、更にアルミニウム金属ケース32は、周りをプラスチック部材の外側赤外線センサケース33で覆っている。当然先のケース窓30の所は開口されている。つまり、サーモパイル25は3重のケースで覆われた形になっている。そして、鍋温度検出装置18はそのケース窓30がコイルベース10のセンサ視野筒19内を望むようにコイル上面冷却風路15a内に設置される。 Then, a thermopile 25 covered with a heat sink 26 under the crystallized glass optical filter 31, an infrared projector 35, and an infrared reflection receiver 36 are mounted on an electronic circuit board 27. The infrared sensor case 29 is covered with a metal case 32 (indicated by a two-dot chain line) having a permeability of approximately 1 such as aluminum. Naturally, the previous case window 30 is opened. Further, the aluminum metal case 32 is covered with an outer infrared sensor case 33 made of a plastic member. Of course, the previous case window 30 is opened. That is, the thermopile 25 is covered with a triple case. And the pan temperature detection apparatus 18 is installed in the coil upper surface cooling air path 15a so that the case window 30 may desire the inside of the sensor visual field cylinder 19 of the coil base 10. FIG.
図6(a)中のA−A′線に沿った断面図を図6(b)に示す。これは、赤外線センサケース29内に設置される電子回路基板27に装着されるサーモパイル25および赤外線投光器35,赤外線反射受光器36と赤外線センサケース29のケース窓30,結晶化ガラス光学フィルタ31との位置関係を示す断面図である。 FIG. 6B shows a cross-sectional view along the line AA ′ in FIG. This is because the thermopile 25 and the infrared projector 35, the infrared reflection receiver 36, the case window 30 of the infrared sensor case 29, and the crystallized glass optical filter 31 are mounted on the electronic circuit board 27 installed in the infrared sensor case 29. It is sectional drawing which shows a positional relationship.
図7(a)に赤外線投光器35,赤外線反射受光器36の詳細構成を示す。赤外線投光器35は赤外線発光素子としての面実装タイプの赤外線LED50と放物面にアルミあるいはクロム等の高反射率金属をメッキあるいは蒸着した放物面反射鏡51,投光器遮光壁52から構成される。放物面は、放物線Y=X2/4F((0,F):焦点位置)を回転してできる面であり、プラスチック部材上面にこの面を凹に構成し、この表面にアルミあるいはクロムをメッキあるいは蒸着して放物面反射鏡51を作成する。放物面反射鏡51は高輝アルミを成型して作成しても良い。赤外線LED50は放物面反射鏡のほぼ焦点に、その発光が放物面反射鏡に照射されるように配置される。 FIG. 7A shows the detailed configuration of the infrared projector 35 and the infrared reflection receiver 36. The infrared projector 35 includes a surface-mount type infrared LED 50 as an infrared light emitting element, a parabolic reflector 51 in which a high reflectivity metal such as aluminum or chromium is plated or deposited on a parabolic surface, and a projector light shielding wall 52. The paraboloid is a surface formed by rotating a parabola Y = X 2 / 4F ((0, F): focal position). This surface is formed as a concave on the upper surface of the plastic member, and aluminum or chromium is formed on the surface. A parabolic reflector 51 is formed by plating or vapor deposition. The parabolic reflecting mirror 51 may be formed by molding high-brightness aluminum. The infrared LED 50 is arranged at the focal point of the parabolic reflector so that the emitted light is irradiated to the parabolic reflector.
赤外線反射受光器36は砲弾型のプラスチックレンズを持つ赤外線フォトトランジスタ54で構成され、放物面反射鏡の焦点同軸上に赤外線LED50の反対側に受光面を上向けて装着される。 The infrared reflection light receiver 36 is composed of an infrared phototransistor 54 having a bullet-shaped plastic lens, and is mounted on the focal axis of the parabolic reflector with the light receiving surface facing upward on the opposite side of the infrared LED 50.
図に示すように、放物面反射鏡51はその周囲を投光器遮光壁52で囲われる。放物面反射鏡51を投光器遮光壁52で囲うのは、投光赤外線が電子回路基板27に装着される他電子部品に影響しないようにするためである。赤外線LED50の発光は点発光(点光源)ではないため放物面反射鏡焦点にその発光点を配置しても、放物面反射鏡51で反射する光線が完全な平行光線にはならない。投光器遮光壁52がなければ平行でない光線が結晶化ガラス光学フィルタ31で反射され他電子部品に到達するからである。また、赤外線フォトトランジスタ54は投光赤外線が直接赤外線フォトトランジスタ54に入射しないように、上面を除き周囲及び下面を受光器遮光壁55で囲う。 As shown in the figure, the parabolic reflecting mirror 51 is surrounded by a projector light-shielding wall 52. The reason why the parabolic reflecting mirror 51 is surrounded by the projector light shielding wall 52 is to prevent the projected infrared rays from affecting other electronic components mounted on the electronic circuit board 27. The light emitted from the infrared LED 50 is not point light emission (point light source), so even if the light emission point is arranged at the focal point of the parabolic reflector, the light beam reflected by the parabolic reflector 51 does not become a completely parallel light beam. This is because if there is no projector light-shielding wall 52, light rays that are not parallel are reflected by the crystallized glass optical filter 31 and reach other electronic components. Further, the infrared phototransistor 54 surrounds the periphery and the lower surface except the upper surface with a light-shielding light-shielding wall 55 so that the projected infrared light does not directly enter the infrared phototransistor 54.
図7(b)に赤外線LED50と赤外線フォトトランジスタ54を実装する小基板53の下面を示す。小基板53下面に面実装タイプの赤外線LED50を半田付けする。上面には砲弾型の赤外線フォトトランジスタ54のピンを半田付けする。赤外線フォトトランジスタ54には受光器遮光壁55としてプラスチックの円筒筒を被せる。そしてこの小基板は赤外線LED50の発光位置が放物面反射鏡51の焦点に位置するように投光器遮光壁52に嵌め込まれる。赤外線LED50および赤外線フォトトランジスタ54の端子は小基板53の投光器遮光壁52外のパターンから電子回路基板27にある反射率検出回路73に接続される。 FIG. 7B shows the lower surface of the small substrate 53 on which the infrared LED 50 and the infrared phototransistor 54 are mounted. A surface mount type infrared LED 50 is soldered to the lower surface of the small substrate 53. A pin of a bullet-type infrared phototransistor 54 is soldered on the upper surface. The infrared phototransistor 54 is covered with a plastic cylindrical tube as a light-receiving light shielding wall 55. And this small board | substrate is engage | inserted by the projector light-shielding wall 52 so that the light emission position of infrared LED50 may be located in the focus of the parabolic reflector 51. FIG. The terminals of the infrared LED 50 and the infrared phototransistor 54 are connected to the reflectance detection circuit 73 on the electronic circuit board 27 from the pattern outside the projector light shielding wall 52 of the small board 53.
図8にトッププレート2および結晶化ガラス光学フィルタ31の光学特性(各波長での透過率)を示す。また、図9(a)に赤外線LED50の分光強度特性および赤外線フォトトランジスタ54の分光感度特性を示す。図9(b)に赤外線LED50の発光強度指向特性,赤外線フォトトランジスタ54の受光感度指向特性を示す。 FIG. 8 shows the optical characteristics (transmittance at each wavelength) of the top plate 2 and the crystallized glass optical filter 31. FIG. 9A shows the spectral intensity characteristic of the infrared LED 50 and the spectral sensitivity characteristic of the infrared phototransistor 54. FIG. 9B shows the light emission intensity directivity characteristic of the infrared LED 50 and the light reception sensitivity directivity characteristic of the infrared phototransistor 54.
赤外線LED50は930nm付近の近赤外光を発光し、広視野角(半値角度120゜程度)のもので、光線は放物面反射鏡51で反射され、ほぼ平行光線となり上方に投光される。広視野角のものとしたのは放物面で反射する平行光線の強度分布が均一となるようにするためである。赤外線フォトトランジスタ54の受光面上には可視光プラスチックで砲弾型レンズが構成され、先の投光赤外光の物体(鍋底面)での反射赤外光を比較的狭い視野角(半値角度20゜から40゜程度)で受光し、その受光量に比例した光電流を出力する。しかし、受光はこの視野角よりは受光器遮光壁55の開口で規定される。また、砲弾型レンズを持たないフォトトランジスタでも良いが、レンズを有する方が集光効率が高く受光感度の点で望ましい。なお、赤外線LED50の発光波長は930nmに限らず700nmから900nmの近赤外領域のものであればよい。また、赤外線フォトトランジスタ54は波長700nmから900nmの近赤外領域に分光感度特性をもつものであればよい。これらの波長は図8に示したトッププレート2及び結晶化ガラス光学フィルタ31の光学特性と調理鍋の放射する赤外線波長領域から規定される。つまり使用する赤外線の波長は、トッププレート2及び結晶化ガラス光学フィルタ31を透過するものであればよく、かつ安価な素子であることが条件となる。また、温度検出の赤外線センサであるサーモパイル25が受光する赤外線領域(鍋の調理温度から1μm以上の波長域、後述する図18を参照)をはずしたものが望ましい。このため、本実施例では図9に示す光学特性の赤外線LED50,赤外線フォトトランジスタ54を使用している。 The infrared LED 50 emits near-infrared light in the vicinity of 930 nm, has a wide viewing angle (half-value angle of about 120 °), and the light beam is reflected by the parabolic reflecting mirror 51 to be almost parallel and projected upward. . The reason for having a wide viewing angle is to make the intensity distribution of parallel rays reflected by the paraboloid uniform. On the light receiving surface of the infrared phototransistor 54, a bullet-shaped lens is formed of visible light plastic, and the reflected infrared light from the previously projected infrared light object (the bottom of the pan) is viewed at a relatively narrow viewing angle (half-value angle 20). The photocurrent proportional to the amount of light received is output. However, the light reception is defined by the opening of the light-shielding light-shielding wall 55 rather than the viewing angle. Although a phototransistor without a bullet-type lens may be used, it is desirable to have a lens in terms of light collection efficiency and light receiving sensitivity. Note that the emission wavelength of the infrared LED 50 is not limited to 930 nm, and may be in the near infrared region of 700 nm to 900 nm. The infrared phototransistor 54 only needs to have spectral sensitivity characteristics in the near-infrared region with a wavelength of 700 nm to 900 nm. These wavelengths are defined from the optical characteristics of the top plate 2 and the crystallized glass optical filter 31 shown in FIG. 8 and the infrared wavelength region emitted from the cooking pan. In other words, the wavelength of the infrared rays to be used is only required to be transmitted through the top plate 2 and the crystallized glass optical filter 31, and is required to be an inexpensive element. Further, it is desirable to remove the infrared region (wavelength range of 1 μm or more from the cooking temperature of the pan, see FIG. 18 described later) received by the thermopile 25 that is an infrared sensor for temperature detection. For this reason, in this embodiment, the infrared LED 50 and the infrared phototransistor 54 having the optical characteristics shown in FIG. 9 are used.
この赤外線投光器35,赤外線反射受光器36は説明のように赤外線LED50と赤外線フォトトランジスタ54の対で構成されトッププレート2上に置かれた調理鍋6底面の反射率を検出するものである。 The infrared projector 35 and the infrared reflection receiver 36 are configured by a pair of an infrared LED 50 and an infrared phototransistor 54 and detect the reflectance of the bottom surface of the cooking pan 6 placed on the top plate 2 as described above.
赤外線投光器35,赤外線反射受光器36の投光器遮光壁52,受光器遮光壁55の上面は結晶化ガラス光学フィルタ31の下面直下に位置する。これは投光赤外線発光が直上の結晶化ガラス光学フィルタ31で反射され、直接赤外線反射受光器36の赤外線フォトトランジスタ54で受光されるのを防止するためである。 The upper surfaces of the infrared projector 35, the projector light shielding wall 52 of the infrared reflection receiver 36, and the light receiver shielding wall 55 are located directly below the lower surface of the crystallized glass optical filter 31. This is to prevent the projected infrared emission from being reflected by the crystallized glass optical filter 31 directly above and received by the infrared phototransistor 54 of the infrared reflection receiver 36.
図8に示したように、赤外線LED50の赤外線発光は結晶化ガラス光学フィルタ31を85%以上透過するが、残り15%は反射され、この反射光はすぐ同軸上に配置される赤外線フォトトランジスタ54で受光される恐れがある。この受光レベルは反射面である結晶化ガラス光学フィルタ31下面との距離が短いと大きく、本来目的であるトッププレート2上にある鍋底面での反射光の受光に影響する。このため、本実施例では、図示するように結晶化ガラス光学フィルタ31と投光器遮光壁52,受光器遮光壁55の上端との距離を500μm以内程度にまで接近させ、赤外線LED50の発光赤外線の結晶化ガラス光学フィルタ31で反射する反射分が赤外線フォトトランジスタ54で受光されないようにしている。理想的には結晶化ガラス光学フィルタ31下面と投光器遮光壁52および受光器遮光壁55の上面を接触させたほうが望ましい。 As shown in FIG. 8, infrared light emitted from the infrared LED 50 is transmitted through the crystallized glass optical filter 31 by 85% or more, but the remaining 15% is reflected, and this reflected light is immediately disposed on the coaxial infrared phototransistor 54. There is a risk of receiving light. This light receiving level is large when the distance from the lower surface of the crystallized glass optical filter 31 that is a reflecting surface is short, and affects the reception of reflected light at the bottom surface of the pan on the top plate 2 that is originally intended. For this reason, in this embodiment, as shown in the figure, the distance between the crystallized glass optical filter 31 and the upper ends of the projector light-shielding wall 52 and the light-receiving light-shielding wall 55 is brought close to within 500 μm, and the crystal of the emitted infrared rays of the infrared LED 50 is obtained. The reflected part reflected by the vitrified glass optical filter 31 is prevented from being received by the infrared phototransistor 54. Ideally, it is desirable to bring the lower surface of the crystallized glass optical filter 31 into contact with the upper surfaces of the light projector light shielding wall 52 and the light receiver light shielding wall 55.
図10にサーモパイル25の詳細を示す。図10(a)はヒートシンク26とサーモパイル25の斜視図を示す。図10(b)はヒートシンク26を除いた図10(a)中B−B′で示す線でのサーモパイル25の断面図であり、図10(c)は図10(b)中C−C′で示す線での断面の平面図である。なお、熱電対が見えるように、赤外線吸収膜25−9を省略して示してある。 FIG. 10 shows details of the thermopile 25. FIG. 10A is a perspective view of the heat sink 26 and the thermopile 25. 10B is a cross-sectional view of the thermopile 25 taken along the line BB ′ in FIG. 10A excluding the heat sink 26, and FIG. 10C is a cross-sectional view of CC ′ in FIG. 10B. It is a top view of the cross section in the line shown by. The infrared absorption film 25-9 is omitted so that the thermocouple can be seen.
サーモパイル25は熱電対(サーモカップル)を多数縦列接続した(パイリング)したもので、ニッケルめっき鋼板等の金属キャン25−1と金属ステム25−2からなる金属ケース25−3内にこれが内蔵されている。およそ300μm厚のシリコン基材25−4表面に電気的および熱的に絶縁するためシリコン酸化膜25−5を形成し、この上にポリシリコン,アルミを順次パターン蒸着しポリシリコン蒸着膜25−6,アルミ蒸着膜25−7で熱電対を多数作成し、これを縦列接続する。ポリシリコン,アルミ接合点(測温接点)のあるシリコン基材25−4中央部には、黒体に近い酸化ルビジウム膜等の赤外線吸収膜25−9を形成する。ポリシリコンおよびアルミ蒸着膜の一端は冷接点25−10であり、これはシリコン基材25−4周囲のシリコン酸化膜25−5上に配置する。シリコン基材25−4の裏面を周囲(冷接点部)を残して290μmまでエッチングし、測温接点部分のあるシリコン基材の厚みを10μmに形成する。これは熱電導の良好なシリコンを薄くすることで、測温接点部26−8と冷接点部25−10の熱伝導を少なくし測温接点部と冷接点部を熱的に絶縁するためである。 The thermopile 25 has a large number of thermocouples (thermocouples) connected in cascade (piling). The thermopile 25 is built in a metal case 25-3 composed of a metal can 25-1 such as a nickel-plated steel plate and a metal stem 25-2. Yes. A silicon oxide film 25-5 is formed on the surface of the silicon substrate 25-4 having a thickness of about 300 μm to electrically and thermally insulate, and polysilicon and aluminum are sequentially deposited on the silicon oxide film 25-5 to form a polysilicon deposited film 25-6. , A large number of thermocouples are formed with the aluminum vapor deposition film 25-7, and these are connected in cascade. An infrared absorption film 25-9 such as a rubidium oxide film close to a black body is formed at the center of the silicon base material 25-4 having a polysilicon / aluminum junction (temperature measuring contact). One end of the polysilicon and aluminum vapor deposition film is a cold junction 25-10, which is disposed on the silicon oxide film 25-5 around the silicon substrate 25-4. The back surface of the silicon base material 25-4 is etched to 290 μm leaving the periphery (cold contact portion), and the thickness of the silicon base material having the temperature measuring contact portion is formed to 10 μm. This is because by reducing the thickness of the silicon with good thermal conductivity, the thermal contact between the temperature measuring contact portion 26-8 and the cold junction portion 25-10 is reduced, and the temperature measuring contact portion and the cold junction portion are thermally insulated. is there.
このシリコン基材25−4を金属ケース25−3の金属ステム25−2にボンド等の接着材で固定する。同時に金属ステム25−2にはセラミック上に膜形成したNTCサーミスタ25−11を同様に配置する。これは金属ケース25−3内にある熱電対の雰囲気温度を検出し、熱電対の熱起電力を補正するためである。詳細は後述する。金属ステム25−2には絶縁シールされた4本の金属ピン25−12が貫通配置されており、この金属ピンに先の熱電対の出力とNTCサーミスタ25−11がワイヤ接続される。金属ステム25−2には、筒状の金属キャン25−1が窒素等の不活性ガス中で被せられ溶着される。この金属キャン25−1の上面には小穴の窓25−13が開けられ、ここに内側からガラス凸レンズ25−14が装着されている。この小穴の垂直下に先の測温接点部25−8(赤外線吸収膜25−9の下にある)が位置するようにシリコン基材25−4が固定される。このガラス凸レンズ25−14は赤外線透過窓5の視野範囲が赤外線吸収膜25−9に結像するように設計される。 This silicon substrate 25-4 is fixed to the metal stem 25-2 of the metal case 25-3 with an adhesive such as a bond. At the same time, an NTC thermistor 25-11 formed on a ceramic is similarly arranged on the metal stem 25-2. This is for detecting the ambient temperature of the thermocouple in the metal case 25-3 and correcting the thermoelectromotive force of the thermocouple. Details will be described later. Four metal pins 25-12, which are insulated and sealed, pass through the metal stem 25-2, and the output of the previous thermocouple and the NTC thermistor 25-11 are wire-connected to the metal pins 25-12. A cylindrical metal can 25-1 is placed on and welded to the metal stem 25-2 in an inert gas such as nitrogen. A small hole window 25-13 is formed on the upper surface of the metal can 25-1, and a glass convex lens 25-14 is attached thereto from the inside. The silicon base material 25-4 is fixed so that the temperature measuring contact portion 25-8 (below the infrared absorption film 25-9) is positioned below the small hole. The glass convex lens 25-14 is designed so that the visual field range of the infrared transmission window 5 forms an image on the infrared absorption film 25-9.
サーモパイル25内の熱電対測温接点部25−8(赤外線吸収膜25−9の下にある)にはこの小穴の窓25−13を通過しガラス凸レンズ25−14で集光された赤外線で加熱され、この加熱温度上昇は通過した赤外線エネルギーに比例し、熱電対の冷接点部25−10と測温接点部25−8の温度差に比例した電圧が熱電対出力の金属ピン25−12に出力される。図11にこのサーモパイルの視野特性を示す。ガラス凸レンズ25−14のため、視野角は狭く、本実施例ではセンサ導光筒19の上端で約直径10mmの円が半値角内となっている。 The thermocouple temperature measuring contact 25-25 (below the infrared absorbing film 25-9) in the thermopile 25 is heated by infrared light that passes through the small hole window 25-13 and is condensed by the glass convex lens 25-14. This heating temperature rise is proportional to the infrared energy that has passed, and a voltage proportional to the temperature difference between the cold junction portion 25-10 of the thermocouple and the temperature measuring contact portion 25-8 is applied to the metal pin 25-12 of the thermocouple output. Is output. FIG. 11 shows the visual field characteristics of this thermopile. Because of the glass convex lens 25-14, the viewing angle is narrow, and in this embodiment, a circle having a diameter of about 10 mm is within the half-value angle at the upper end of the sensor light guide tube 19.
前述したようにサーモパイル25は金属ケース25−3が熱的には熱電対の冷接点と同じであり、この温度変動がそのままサーモパイル25の出力変動となってしまう。そのため、ヒートシンク26を熱バッファ(熱容量を大きくする)として装着して周囲温度変化に対する出力変動を減少させる。 As described above, in the thermopile 25, the metal case 25-3 is thermally the same as the cold junction of the thermocouple, and this temperature fluctuation directly becomes the output fluctuation of the thermopile 25. For this reason, the heat sink 26 is mounted as a thermal buffer (increasing the heat capacity) to reduce output fluctuations due to changes in ambient temperature.
図12に反射率検出のために赤外線投光器35が鍋底に向けて赤外線を投光し鍋での反射光を赤外線反射受光器36が受光する様子を示す。また、赤外線投光器35の投光範囲すなわち赤外線投光器35が鍋底に投光する赤外線範囲とサーモパイル25の受光範囲の概略関係を示す。赤外線LED50の発光する赤外線は放物面反射鏡51で反射し平行光線となりトッププレート2すなわち鍋底に概垂直に投光される。ここで反射された赤外光線は赤外線反射受光器36で受光される。図では反射光の散乱成分を示している。また、本実施例では、サーモパイル受光視野の左半分が反射率検出の投光範囲と重複させるように、サーモパイルのすぐ横に赤外線投光器35を配置している。半値角より広い部分の左側が反射率検出のための投光範囲と重なっている。なお、赤外線フォトトランジスタ54は放物面反射鏡51の焦点と同軸上に配置しているが、同軸上から多少ずれても良いのはあきらかである。 FIG. 12 shows a state in which the infrared projector 35 projects infrared rays toward the pan bottom to detect reflectance, and the infrared reflection receiver 36 receives the reflected light from the pan. In addition, a schematic relationship between the light projecting range of the infrared projector 35, that is, the infrared range projected by the infrared projector 35 to the bottom of the pan and the light receiving range of the thermopile 25 is shown. Infrared light emitted from the infrared LED 50 is reflected by the parabolic reflecting mirror 51 to become parallel rays, and is projected substantially vertically onto the top plate 2, that is, the pan bottom. The infrared ray reflected here is received by the infrared reflection receiver 36. In the figure, the scattering component of the reflected light is shown. Further, in this embodiment, the infrared projector 35 is disposed immediately next to the thermopile so that the left half of the thermopile light receiving field overlaps the light projection range for reflectance detection. The left side of the portion wider than the half-value angle overlaps the light projection range for reflectance detection. Although the infrared phototransistor 54 is arranged coaxially with the focal point of the parabolic reflector 51, it is obvious that the infrared phototransistor 54 may slightly deviate from the coaxiality.
図13に本実施例の誘導加熱調理器の制御ブロック図を示す。マイクロコンピュータ60が誘導加熱調理器の動作を制御する。以下記号Rは図1の手前右にあるに誘導加熱口に関するブロックを表し、記号Lは図1の手前左にある誘導加熱口に関するブロックを表す。2つのインバータ回路8Rおよび8Lは加熱コイル7R及び7Lに高周波電流を供給する。このインバータ回路8R,8Lの動作周波数及びコイルへの供給電力を調整するのが周波数制御回路61R,61L及び電力制御回路62R,62Lである。動作周波数を変化させるのは、鍋の金属種類によって高周波電流の周波数で誘導加熱効率が変化するためである。一般に鉄では20kHz、これより抵抗率の低い銅,アルミでは70kHz以上の周波数が用いられる。この周波数切り替えは図示しない鍋種類判別手段の判断に基づいてマイクロコンピュータ60が周波数制御回路を制御して行う。 The control block diagram of the induction heating cooking appliance of a present Example is shown in FIG. The microcomputer 60 controls the operation of the induction heating cooker. In the following, symbol R represents a block relating to the induction heating port located on the right side in FIG. 1, and symbol L represents a block relating to the induction heating port located on the left side in FIG. The two inverter circuits 8R and 8L supply high-frequency current to the heating coils 7R and 7L. The frequency control circuits 61R and 61L and the power control circuits 62R and 62L adjust the operating frequency of the inverter circuits 8R and 8L and the power supplied to the coils. The reason for changing the operating frequency is that the induction heating efficiency changes at the frequency of the high-frequency current depending on the metal type of the pan. In general, a frequency of 20 kHz is used for iron, and a frequency of 70 kHz or more is used for copper and aluminum having a lower resistivity. This frequency switching is performed by the microcomputer 60 controlling the frequency control circuit based on the judgment of the pan type discrimination means (not shown).
各インバータ回路8R,8Lには整流回路63から直流電圧が供給される。この整流回路63には電源スイッチ64を介して3端子200Vの商用電源65が接続されている。商用電源の接地端子は本体1の金属部に接地線で接続される。ラジエントヒータ66にはラジエントヒータ回路67を介して商用電源65が接続され、ラジエントヒータ回路67がラジエントヒータ66に供給する電力を制御する。 A DC voltage is supplied from the rectifier circuit 63 to each of the inverter circuits 8R and 8L. The rectifier circuit 63 is connected to a commercial power supply 65 having three terminals 200V via a power switch 64. The ground terminal of the commercial power supply is connected to the metal part of the main body 1 with a ground wire. A commercial power supply 65 is connected to the radiant heater 66 through a radiant heater circuit 67, and the radiant heater circuit 67 controls power supplied to the radiant heater 66.
マイクロコンピュータ60には、表示操作部の操作スイッチ68,表示回路69が接続され使用者の操作指示を受け付け、機器の動作状態表示を行う。また、ブザー70が接続され使用者の操作ボタン押しあるいはエラー等の警告などを報知する。マイクロコンピュータ60は使用者の指示に従い、周波数制御回路61R,61Lと電力制御回路62R,62L及びラジエントヒータ回路67を制御して、トッププレート2上の調理鍋6を加熱する。 The microcomputer 60 is connected with an operation switch 68 and a display circuit 69 of a display / operation unit, accepts a user's operation instruction, and displays an operation state of the device. Further, a buzzer 70 is connected to notify a user of an operation button press or a warning such as an error. The microcomputer 60 controls the frequency control circuits 61R and 61L, the power control circuits 62R and 62L, and the radiant heater circuit 67 in accordance with a user instruction to heat the cooking pan 6 on the top plate 2.
サーモパイル25はサーモパイル温度検出回路72に接続され出力が増幅され、マイクロコンピュータ60のAD端子に入力される。赤外線投光器の赤外線LED50,赤外線反射受光器の赤外線フォトトランジスタ54は反射率検出回路73に接続され、マイクロコンピュータ60のポート出力で赤外線LED50の発光を制御され、調理鍋6で反射された赤外光は赤外線フォトトランジスタ54で受光され、その出力信号は増幅されマイクロコンピュータ60のAD端子に入力される。サーモパイル温度検出回路72および反射率検出回路73の動作の詳細は後述する。 The thermopile 25 is connected to a thermopile temperature detection circuit 72 so that the output is amplified and input to the AD terminal of the microcomputer 60. The infrared LED 50 of the infrared projector and the infrared phototransistor 54 of the infrared reflection receiver are connected to the reflectance detection circuit 73, the emission of the infrared LED 50 is controlled by the port output of the microcomputer 60, and the infrared light reflected by the cooking pan 6. Is received by the infrared phototransistor 54 and its output signal is amplified and input to the AD terminal of the microcomputer 60. Details of the operations of the thermopile temperature detection circuit 72 and the reflectance detection circuit 73 will be described later.
反射率補正手段はマイクロコンピュータ60のソフトウエアで行われる。後で詳細は述べる。 The reflectance correction means is performed by software of the microcomputer 60. Details will be described later.
また、マイクロコンピュータ60は反射率検出回路73の出力から調理鍋の赤外線反射率を知り、反射率で補正して調理鍋の温度を検出する。この処理もマイクロコンピュータ60のソフトウエアで行われる。(反射率補正手段の動作)そして、電力制御回路62を介して、調理鍋6の加熱を制御する。この処理法の詳細は後述する。 Further, the microcomputer 60 knows the infrared reflectance of the cooking pot from the output of the reflectance detection circuit 73 and corrects it with the reflectance to detect the temperature of the cooking pot. This process is also performed by the software of the microcomputer 60. (Operation of Reflectance Correction Unit) Then, heating of the cooking pan 6 is controlled via the power control circuit 62. Details of this processing method will be described later.
図14にサーモパイル温度検出回路72の詳細を示す。サーモパイル25の熱電対出力(熱起電力)(図中(+),(−)記号間の電圧)はオペアンプ72−1で約2000倍に増幅され出力端子72−2に出力される。この出力電圧はマイクロコンピュータ60のAD端子に入力される。オペアンプ72−1の増幅度は抵抗72−3(=R1)と抵抗72−4(=R2)の比(R2/R1)で決まる。また、サーモパイル内のNTCサーミスタ25−11は、回路電源電圧を抵抗72−5,72−6,72−7で分圧された電圧源(抵抗72−6の両端)に抵抗72−8と直列接続された状態で接続され、この抵抗72−8との接続点aは熱電対出力端子(−)に接続されている。NTCサーミスタ25−11は負の温度特性を持った抵抗素子であり温度上昇で抵抗値が低下する。このため、サーモパイル25内の温度が上昇すると先の接続点aの電圧は上昇する。熱電対出力(図中(+),(−)記号間の電圧)は測温接点25−8(赤外線エネルギーで加熱される点)と冷接点(熱電対出力端子)25−10の温度差に比例する。このため、サーモパイル25の設置される雰囲気温度で金属ケース25−3内雰囲気(NTCサーミスタ25−11が内蔵される)温度が上昇すると熱電対出力は減少する。この減少を接続点aの電圧上昇で補償する。すなわちNTCサーミスタ25−11はサーモパイル(熱電対)25の出力すなわち測定対象の放射赤外線エネルギーによる出力が周囲温度で変化するのを防ぐために使用される。つまり、サーモパイル25の周囲温度が変化しても、測定対象の温度すなわち入射する赤外線エネルギーが変化しなければ出力変化を起こさないという冷接点温度補償を行っている。 FIG. 14 shows details of the thermopile temperature detection circuit 72. The thermocouple output (thermoelectromotive force) of the thermopile 25 (voltage between (+) and (−) symbols in the figure) is amplified about 2000 times by the operational amplifier 72-1, and is output to the output terminal 72-2. This output voltage is input to the AD terminal of the microcomputer 60. The amplification degree of the operational amplifier 72-1 is determined by the ratio (R2 / R1) of the resistor 72-3 (= R1) and the resistor 72-4 (= R2). The NTC thermistor 25-11 in the thermopile is connected in series with the resistor 72-8 to a voltage source (both ends of the resistor 72-6) obtained by dividing the circuit power supply voltage by the resistors 72-5, 72-6, 72-7. The connection point “a” with the resistor 72-8 is connected to the thermocouple output terminal (−). The NTC thermistor 25-11 is a resistance element having a negative temperature characteristic, and the resistance value decreases as the temperature rises. For this reason, when the temperature in the thermopile 25 rises, the voltage of the previous connection point a rises. Thermocouple output (voltage between (+) and (-) symbols in the figure) is the temperature difference between temperature measuring junction 25-8 (point heated by infrared energy) and cold junction (thermocouple output terminal) 25-10. Proportional. For this reason, when the atmosphere in the metal case 25-3 (in which the NTC thermistor 25-11 is incorporated) rises at the ambient temperature where the thermopile 25 is installed, the thermocouple output decreases. This decrease is compensated by the voltage increase at the connection point a. That is, the NTC thermistor 25-11 is used to prevent the output of the thermopile (thermocouple) 25, that is, the output due to the radiant infrared energy of the measurement object, from changing at the ambient temperature. That is, even if the ambient temperature of the thermopile 25 changes, cold junction temperature compensation is performed so that the output does not change unless the temperature of the measurement object, that is, the incident infrared energy changes.
図15に反射率検出回路73の詳細を示す。図15において、50は発光素子である赤外線LEDであり、その発光波長は930nmである。54は赤外線フォトトランジスタであり、例えば、ピーク感度波長が880nmで赤外線LED50の発光波長930nmでもピーク感度の95%の感度をもつものである。図16に反射率検出回路73の動作タイミングチャートを示す。赤外線LED50はトランジスタ73−1で駆動される。この駆動はマイクロコンピュータ60の出力ポートから駆動信号端子73−8に入力される信号で制御される。図16(a)にこの信号を示す。デューティ50%の矩形波信号(周波数約2kHz)を駆動信号端子73−8に入力すると、赤外線LED50は信号が5Vのとき発光し、0Vのときは消灯する。この発光強度は赤外線LED50に流す電流に比例し、この電流は抵抗73−2の値で決められる。本実施例では抵抗値を固定して発光強度は一定である。この赤外発光が放物面反射鏡51で反射され平行光となり、結晶化ガラス光学フィルタ31を透過して、トッププレート2及び調理鍋6の底面で反射され、受光素子である赤外線フォトトランジスタ54で受光されると光電流により抵抗73−3に電圧が発生する。この電圧を図16(b)に示す。反射が大きく(受光量が多く)なれば電圧は比例して大きくなる。この信号電圧はコンデンサ73−5で直流分がカットされ、ダイオード73−5,73−6で倍電圧整流され、直流信号としてオペアンプ73−7で構成される直流増幅器に入力され、ここで増幅される。図16(c)(d)にこれを示す。この増幅された直流電圧は出力端子73−9から出力される。この出力はマイクロコンピュータ60のAD端子に入力される。 FIG. 15 shows details of the reflectance detection circuit 73. In FIG. 15, 50 is an infrared LED which is a light emitting element, and its emission wavelength is 930 nm. An infrared phototransistor 54 has, for example, a peak sensitivity wavelength of 880 nm and an infrared LED 50 emission wavelength of 930 nm, which has a sensitivity of 95% of the peak sensitivity. FIG. 16 shows an operation timing chart of the reflectance detection circuit 73. The infrared LED 50 is driven by the transistor 73-1. This drive is controlled by a signal input from the output port of the microcomputer 60 to the drive signal terminal 73-8. FIG. 16A shows this signal. When a rectangular wave signal with a duty of 50% (frequency about 2 kHz) is input to the drive signal terminal 73-8, the infrared LED 50 emits light when the signal is 5V, and turns off when the signal is 0V. This emission intensity is proportional to the current flowing through the infrared LED 50, and this current is determined by the value of the resistor 73-2. In this embodiment, the resistance value is fixed and the light emission intensity is constant. The infrared light is reflected by the parabolic reflecting mirror 51 to become parallel light, passes through the crystallized glass optical filter 31, is reflected by the bottom surfaces of the top plate 2 and the cooking pan 6, and is an infrared phototransistor 54 which is a light receiving element. When the light is received, a voltage is generated in the resistor 73-3 by the photocurrent. This voltage is shown in FIG. If the reflection is large (the amount of received light is large), the voltage increases proportionally. This signal voltage is cut in direct current by a capacitor 73-5, doubled by voltage rectification by diodes 73-5 and 73-6, and input as a direct current signal to a direct current amplifier composed of an operational amplifier 73-7, where it is amplified. The This is shown in FIGS. 16 (c) and 16 (d). This amplified DC voltage is output from the output terminal 73-9. This output is input to the AD terminal of the microcomputer 60.
このように反射率検出回路73は発光強度が一定のキャリア変調された近赤外光を鍋底面に平行光として投光し、鍋で反射される赤外光を受光してその直流電圧を反射電圧として得ることで反射率に相当する値を検出する。図17に調理鍋6がトッププレートに置かれている場合といない場合の反射率検出回路の出力を示す。調理鍋6が置かれていない場合にはトッププレート2のみでの反射でありこれは一定の値を示す。トッププレートの赤外波長930nmでの透過率は90%であり残りは反射される。これからの増加分が鍋からの反射分であり、この量が鍋の反射率に相当するものである。 As described above, the reflectance detection circuit 73 projects near-infrared light, which has a constant light emission intensity and is carrier-modulated, as parallel light on the bottom of the pan, receives the infrared light reflected by the pan, and reflects the DC voltage. By obtaining the voltage, a value corresponding to the reflectance is detected. FIG. 17 shows the output of the reflectance detection circuit when the cooking pan 6 is placed on the top plate and when it is not placed. When the cooking pan 6 is not placed, the reflection is only from the top plate 2, which shows a constant value. The transmittance of the top plate at an infrared wavelength of 930 nm is 90%, and the rest is reflected. The future increase is the reflection from the pan, and this amount corresponds to the reflectivity of the pan.
赤外発光を約2kHzでキャリア変調し、受光回路で直流成分をコンデンサ73−4でカットしているのは、自然光の直流成分あるいは白熱電灯,蛍光灯などの照明機器に含まれる低周波成分(商用電源周波数)が鍋の反射率検出に影響するのを防止するためである。なお、可視光は結晶化ガラス光学フィルタ31である程度カットされる。また、赤外線フォトトランジスタ54の暗電流の影響も防止している。 Infrared light emission is carrier-modulated at about 2 kHz, and the direct current component is cut by the capacitor 73-4 in the light receiving circuit. The direct current component of natural light or low frequency components (such as incandescent lamps and fluorescent lamps) This is to prevent the commercial power frequency) from affecting the reflectance detection of the pan. The visible light is cut to some extent by the crystallized glass optical filter 31. Further, the influence of the dark current of the infrared phototransistor 54 is also prevented.
以下、本実施例1の動作、特に、反射率検出と鍋温度検出および調理動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the first embodiment, particularly the reflectance detection, the pan temperature detection, and the cooking operation will be described.
トッププレート2上に置かれた調理鍋6は誘導加熱により発熱する。この加熱により鍋6底面からは赤外線が放射される。この全放射エネルギーEは鍋温度Tの4乗に比例したものであり(E=σT4)、ステファン・ボルツマンの法則として知られている。図18にプランクの分布則から算出される黒体温度の分光放射エネルギーを示す。この分光放射エネルギーを全波長域で積分すれば、全放射エネルギーEが求まり、これは温度(絶対温度)の4乗に比例する。これが前述のステファン・ボルツマンの法則であり、この係数σがステファン・ボルツマン係数である。分光放射エネルギーのピーク波長はウィーンの変移則から、調理温度100〜300℃で5μm〜8μmである。 The cooking pan 6 placed on the top plate 2 generates heat by induction heating. By this heating, infrared rays are emitted from the bottom of the pan 6. This total radiant energy E is proportional to the fourth power of the pan temperature T (E = σT 4 ), and is known as Stefan-Boltzmann law. FIG. 18 shows the spectral radiant energy of the black body temperature calculated from Planck's distribution law. If this spectral radiant energy is integrated over the entire wavelength region, the total radiant energy E is obtained, which is proportional to the fourth power of the temperature (absolute temperature). This is the aforementioned Stefan-Boltzmann law, and this coefficient σ is the Stefan-Boltzmann coefficient. The peak wavelength of the spectral radiant energy is 5 μm to 8 μm at a cooking temperature of 100 to 300 ° C. based on the Vienna transition law.
誘導加熱された鍋底は、黒体温度の全放射エネルギーEに鍋底の放射率εを乗じた全放射エネルギーを温度に応じて放出する。すなわち黒体温度の全放射エネルギーEと鍋底温度のそれ(E′=εσT4)との比が放射率εである。 The induction-heated pan bottom emits the total radiant energy obtained by multiplying the total radiant energy E of the black body temperature by the emissivity ε of the pan bottom according to the temperature. That is, the ratio of the total radiant energy E of the black body temperature to that of the pan bottom temperature (E ′ = εσT 4 ) is the emissivity ε.
一方、非磁性体である結晶化ガラス(トッププレート2)の光学特性は図8に実線で示したように、0.2μm〜2.9μmの波長の光を80%以上透過し、3〜4.5μmの波長の光を30%程度透過し、4.5μmよりも長い波長、及び、0.2μmよりも短い波長の光をほとんど透過しない。この光学特性のため鍋から放射される赤外線放射エネルギー(図18参照)の大部分(波長5μm以上の大部分)はトッププレート2を通過できない。通過できるのは鍋から放射される全赤外線放射エネルギーの1%程度である。 On the other hand, the optical characteristics of crystallized glass (top plate 2), which is a non-magnetic material, transmit light having a wavelength of 0.2 μm to 2.9 μm for 80% or more as shown by the solid line in FIG. It transmits about 30% of light having a wavelength of 0.5 μm and hardly transmits light having a wavelength longer than 4.5 μm and shorter than 0.2 μm. Due to this optical characteristic, most of the infrared radiation energy (see FIG. 18) radiated from the pan cannot pass through the top plate 2. What can pass is about 1% of the total infrared radiation energy radiated from the pan.
赤外線センサとしては周知のように、赤外線フォトダイオード,赤外線フォトトランジスタのような量子型とサーモパイル,焦電素子のような熱型とがある。量子型センサは量子効果で赤外線を検出するため狭い波長帯域で高い感度を持ち、熱型は広い波長帯域で低い感度を持つのが特徴である。量子型は半導体の種類で感度波長が決められ、シリコンのように安価に購入できるものは実用感度波長が可視光外(0.8μm)から1μm以下のため、検出温度の範囲が300℃以上となる。一方熱型は量子型に比べ、可視光から20μm以下の広い波長帯域で均一の低い感度を持つ(原理的には波長依存性を持たない)。このため、センサへの赤外線受光面の前に光学フィルタを設け、検出温度範囲波長を狭めて外乱を防ぐ。 As is well known, infrared sensors include quantum types such as infrared photodiodes and infrared phototransistors, and thermal types such as thermopile and pyroelectric elements. The quantum type sensor is characterized by high sensitivity in a narrow wavelength band because it detects infrared rays by the quantum effect, and the thermal type has low sensitivity in a wide wavelength band. For the quantum type, the sensitivity wavelength is determined by the type of semiconductor, and those that can be purchased at a low cost, such as silicon, have a practical sensitivity wavelength of 1 μm or less from outside visible light (0.8 μm), so the detection temperature range is 300 ° C. or more. Become. On the other hand, the thermal type has a uniform and low sensitivity in a wide wavelength band of 20 μm or less from visible light compared to the quantum type (in principle, it has no wavelength dependence). For this reason, an optical filter is provided in front of the infrared light receiving surface to the sensor to prevent disturbance by narrowing the detection temperature range wavelength.
本実施例では、調理温度範囲が100から300℃であるため、赤外線センサとして熱型であるサーモパイルを用いる。同じ熱型の焦電素子は微分型のセンサであるため、赤外線入射を断続する必要があり、普通機械的なチョッパ機構が使われる。このため、信頼性の点で誘導加熱調理器のような家電品に用いるのは不向きである。一方サーモパイルはこのような機構を必要とせず、また、近年MEMS等の技術により半導体プロセスを用い構成する熱電対を微小化し多数堆積(パイリング)して感度を向上させたものが安価に供給されている。 In the present embodiment, since the cooking temperature range is 100 to 300 ° C., a thermal type thermopile is used as the infrared sensor. Since the pyroelectric element of the same thermal type is a differential type sensor, it is necessary to interrupt infrared incidence, and a normal mechanical chopper mechanism is used. For this reason, it is unsuitable to use for household appliances like an induction heating cooker from the point of reliability. On the other hand, the thermopile does not require such a mechanism, and in recent years, a thermocouple that uses a semiconductor process is miniaturized by technology such as MEMS, and a large number of layers are piled up (piled) to improve sensitivity. Yes.
近年多くの体温計に用いられるサーモパイルの光学フィルタとしては、透過波長が1〜15μmのものが使われる。これはウィーンの変移則から人体の赤外線放射エネルギーのピーク波長が約10μm(体温36℃)であり、上記光学フィルタを用いるのが最適なためである。 As a thermopile optical filter used in many thermometers in recent years, one having a transmission wavelength of 1 to 15 μm is used. This is because the peak wavelength of the infrared radiation energy of the human body is about 10 μm (body temperature 36 ° C.), and it is optimal to use the above optical filter, based on the Vienna transition rule.
この光学フィルタを有するサーモパイルを用いて、トッププレート2を通して調理鍋の温度(25〜300℃)を非接触で計測しようとすると、前述したようにサーモパイルに到達する赤外線エネルギーは約1/100に減衰するためとほとんど計測できない。 Using the thermopile with this optical filter, when trying to measure the temperature of the cooking pan (25 to 300 ° C.) through the top plate 2 in a non-contact manner, the infrared energy reaching the thermopile is attenuated to about 1/100 as described above. It is almost impossible to measure.
そのため、本実施例の鍋温度検出装置18では、サーモカップル(熱電対)を半導体プロセスで比較的容易に作成できるポリシリコン・アルミニウム金属対とし、これを50ほど堆積したサーモパイル25を用い、その出力を増幅回路で2000倍に増幅し微小な赤外線エネルギーを検出できるようにしている。 Therefore, in the pan temperature detecting apparatus 18 of the present embodiment, a thermocouple (thermocouple) is a polysilicon / aluminum metal pair that can be formed relatively easily by a semiconductor process, and a thermopile 25 in which about 50 are deposited, and its output is used. Is amplified 2000 times by an amplifier circuit so that minute infrared energy can be detected.
サーモカップルで物体の温度を計測する場合には、冷接点を氷点(0℃)に固定して測温接点を物体に接触させて計測する。サーモパイル25は図10で説明したように、サーモカップルが多数堆積されたものであり、入射赤外線で加熱される多数の測温接点とシリコン基材38上にある多数の冷接点で構成される。そして、冷接点は金属ケース25−3の金属ステム25−2にボンドで固定されるため、熱的にはサーモパイル25の金属ケース25−3(金属キャン25−1と金属ステム25−2)が冷接点となっている。そして、この金属ケース25−3は通常のサーモカップルのように氷点に固定することができない。 When measuring the temperature of an object with a thermocouple, the cold junction is fixed at the freezing point (0 ° C.) and the temperature measuring contact is brought into contact with the object. As described with reference to FIG. 10, the thermopile 25 is formed by depositing a large number of thermocouples, and is composed of a large number of temperature measuring contacts heated by incident infrared rays and a large number of cold contacts on the silicon substrate 38. Since the cold junction is fixed to the metal stem 25-2 of the metal case 25-3 with a bond, the metal case 25-3 (metal can 25-1 and metal stem 25-2) of the thermopile 25 is thermally provided. It is a cold junction. And this metal case 25-3 cannot be fixed to a freezing point like a normal thermocouple.
仮に、一つのサーモカップルの熱起電力が5μV/℃、パイル数50,直流増幅器の増幅度を2000とすると、金属ケース37の温度が1℃変化すると、直流増幅器の出力では500mVの電圧変動になる。つまり、サーモパイル25周囲の温度変動を押さえることが必要になる。 Assuming that the thermoelectromotive force of one thermocouple is 5 μV / ° C., the number of piles is 50, and the amplification factor of the DC amplifier is 2000, when the temperature of the metal case 37 changes by 1 ° C., the voltage fluctuation of 500 mV occurs at the output of the DC amplifier. Become. That is, it is necessary to suppress the temperature fluctuation around the thermopile 25.
本実施例の鍋温度検出装置18は、加熱調理中の鍋底高温部を検出可能にするために、分割された加熱コイル7が発生する高周波磁界の磁束密度が最も強いコイル間隙7c直下に配置される。この位置は、加熱コイル7の下に放射状に配置される棒状フェライト11の間であり、磁束はほとんどフェライト中を通過するため漏れ磁束の少ない場所ではある。しかし、加熱コイル7下面からの距離は20mm程度であるため漏れ磁束は大きく、ここに位置する金属を誘導加熱しその温度を上昇させる。例えば、3kWの高周波電力を加熱コイルに入力してトッププレート2上に載置される調理容器である鍋を誘導加熱する場合には、この場所にある磁性体の鋼板では約30℃も温度上昇する。非磁性体のアルミニウムでも約5℃も温度上昇する。 The pan temperature detecting device 18 of the present embodiment is disposed immediately below the coil gap 7c where the magnetic flux density of the high-frequency magnetic field generated by the divided heating coil 7 is the strongest so that the hot portion of the pan bottom during cooking can be detected. The This position is between the rod-shaped ferrites 11 arranged radially under the heating coil 7, and since the magnetic flux almost passes through the ferrite, it is a place where there is little leakage magnetic flux. However, since the distance from the lower surface of the heating coil 7 is about 20 mm, the leakage magnetic flux is large, and the temperature of the metal located here is increased by induction heating. For example, when induction heating is performed on a pan, which is a cooking vessel placed on the top plate 2, by inputting high frequency power of 3 kW to the heating coil, the temperature of the magnetic steel plate at this location rises by about 30 ° C. To do. Even with non-magnetic aluminum, the temperature rises by about 5 ° C.
調理中、誘導加熱される鍋底は100〜300℃の高温になる。そして、トッププレート2および下面の加熱コイル7も鍋底からの熱伝導,熱輻射で高温となる。 During cooking, the pan bottom heated by induction becomes a high temperature of 100 to 300 ° C. The top plate 2 and the heating coil 7 on the lower surface also become high temperature due to heat conduction and heat radiation from the pan bottom.
さらに、加熱コイル7には十数アンペアの高周波電流を流すためコイル自身もジュール発熱する。これらトッププレート2,加熱コイル7を冷却するため、コイル冷却風路15a,15bには外気が導入され、前述のように加熱コイル7に風を当てて冷却する。 Furthermore, since a high frequency current of more than ten amperes flows through the heating coil 7, the coil itself generates Joule heat. In order to cool the top plate 2 and the heating coil 7, outside air is introduced into the coil cooling air passages 15a and 15b, and the heating coil 7 is blown and cooled as described above.
また、鍋温度検出装置18の配置される下には加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路8が冷却風路17a,17b中に配置される。このインバータ回路は20〜90kHz,十数アンペアの電流をスイッチングする回路から構成される。このため、大きな電磁波を輻射することになる。 In addition, an inverter circuit 8 that supplies high-frequency power to the heating coil is disposed in the cooling air passages 17a and 17b under the pan temperature detector 18. This inverter circuit is composed of a circuit that switches a current of 20 to 90 kHz and several tens of amperes. For this reason, a large electromagnetic wave is radiated.
このように、鍋温度検出装置18、特に、内蔵されるサーモパイル25は、(1)加熱コイル7からの漏れ磁束、(2)コイル冷却のための冷却風による温度変化、(3)インバータ回路から輻射される電磁波ノイズ、に晒されることになる。これら外乱に対応して、鍋温度検出装置18は加熱調理中の鍋底高温部を検出しなければならない。 Thus, the pan temperature detecting device 18, particularly the built-in thermopile 25, includes (1) leakage magnetic flux from the heating coil 7, (2) temperature change due to cooling air for cooling the coil, and (3) from the inverter circuit. You will be exposed to radiated electromagnetic noise. In response to these disturbances, the pan temperature detecting device 18 must detect the hot portion of the pan bottom during cooking.
前述したサーモパイル温度検出回路72の動作説明のごとく、サーモパイル25の出力が雰囲気温度で変化しないように、内蔵のNTCサーミスタ25−11を用いて回路的に温度補償をしている。しかし、NTCサーミスタ25−11はセラミックチップの上に薄膜で形成され、これを金属ステム25−2にボンド等で固定されているため、熱的には冷接点と等価である金属ステム25−2すなわち金属ケース25−3の温度変化に追従しにくく、時間遅れが生じる。また、温度抵抗特性の非線形性のため広い温度範囲で正確に温度補償するのが難しい。これらの点でサーモパイル25の周囲温度変化に即応して前述回路で十分な温度補償を行うのは難しい。具体的には1℃/数10分程度の温度変化には対応できるが、1℃/1分程度の温度変化に追従させるのは困難である。前述したように、誘導加熱調理開始と同時に加熱コイル7を冷却するため外気が導入される。前の調理である程度、鍋温度検出装置18と周囲の雰囲気温度が上昇していた場合には、このとき鍋温度検出装置18は急速に(1℃/1分以上で)冷却されることになる。 As described above for the operation of the thermopile temperature detection circuit 72, temperature compensation is performed in a circuit using the built-in NTC thermistor 25-11 so that the output of the thermopile 25 does not change with the ambient temperature. However, since the NTC thermistor 25-11 is formed as a thin film on the ceramic chip and is fixed to the metal stem 25-2 with a bond or the like, the metal stem 25-2 that is thermally equivalent to a cold junction is used. That is, it is difficult to follow the temperature change of the metal case 25-3 and a time delay occurs. In addition, it is difficult to accurately compensate the temperature over a wide temperature range due to the nonlinearity of the temperature resistance characteristic. In these respects, it is difficult to perform sufficient temperature compensation with the above-described circuit in response to a change in the ambient temperature of the thermopile 25. Specifically, it can cope with a temperature change of about 1 ° C./several tens of minutes, but it is difficult to follow the temperature change of about 1 ° C./minute. As described above, outside air is introduced to cool the heating coil 7 simultaneously with the start of induction heating cooking. If the ambient temperature of the pan temperature detecting device 18 and the surroundings has risen to some extent in the previous cooking, the pan temperature detecting device 18 is rapidly cooled (at 1 ° C./1 minute or more) at this time. .
サーモパイル25が内蔵される鍋温度検出装置18はなるべく一定温度雰囲気におくのが望ましい。このため、本実施例では、外気が導入されるコイル冷却風路15a内に鍋温度検出装置18を設置し調理中には外気でサーモパイル25とサーモパイル温度検出回路72を冷却しこれらの温度上昇を防止している。また、コイル冷却風路15a内の気流がサーモパイル25の金属ケース25−2およびサーモパイル温度検出回路72の半導体,抵抗等に直接当たり熱ゆらぎを起こすのを防ぐため、防風ケースである赤外線センサケース29でこれを覆っている。また、サーモパイル25とサーモパイル温度検出回路72は赤外線センサケース29内の空気で空気断熱されることにもなる。温度変化に対して安定にサーモパイル25の出力を直流増幅した後低い出力インピーダンスの信号電圧として、後述するマイクロコンピュータ60のAD端子に出力している。 It is desirable that the pan temperature detection device 18 in which the thermopile 25 is built is placed in a constant temperature atmosphere as much as possible. For this reason, in the present embodiment, the pan temperature detecting device 18 is installed in the coil cooling air passage 15a into which the outside air is introduced, and during cooking, the thermopile 25 and the thermopile temperature detecting circuit 72 are cooled by the outside air, and the temperature rises. It is preventing. In addition, in order to prevent the airflow in the coil cooling air passage 15a from directly hitting the metal case 25-2 of the thermopile 25 and the semiconductor, resistance, etc. of the thermopile temperature detecting circuit 72, the infrared sensor case 29 which is a windproof case is prevented. Cover this. Further, the thermopile 25 and the thermopile temperature detection circuit 72 are thermally insulated by the air in the infrared sensor case 29. The output of the thermopile 25 is dc-amplified in a stable manner with respect to the temperature change, and then output as a signal voltage with a low output impedance to the AD terminal of the microcomputer 60 described later.
さらに、この赤外線センサケース29をアルミニウム等の透磁率がほぼ1である金属ケース32で覆い、加熱コイルが発生する交流磁場を遮蔽することでサーモパイル25の金属ケース37が加熱コイル7の発生する高周波交流磁界で誘導加熱され温度上昇しないようにしている。また、この金属ケース32は、鍋温度検出装置18の下部に配置されるインバータ回路からのパルス雑音(放射電磁波)に対しての電磁シールドにもなっている。 Further, the infrared sensor case 29 is covered with a metal case 32 such as aluminum having a permeability of approximately 1, and the AC magnetic field generated by the heating coil is shielded, so that the metal case 37 of the thermopile 25 generates a high frequency generated by the heating coil 7. Induction heating with an alternating magnetic field prevents the temperature from rising. The metal case 32 also serves as an electromagnetic shield against pulse noise (radiated electromagnetic waves) from an inverter circuit disposed below the pan temperature detection device 18.
この金属ケース32は、加熱調理中には周囲雰囲気温度および加熱コイル7からの漏れ磁束で誘導加熱され、アルミニウムの場合5〜10℃温度上昇する。この温度上昇がおさまる前に続けて調理を行う場合、外気を急速に導入して金属ケース32に当てると金属ケース32が急速に冷え、結果赤外線センサケース29内のサーモパイル25の周囲温度が急に低下することになる。この逆の場合、例えば、冬朝一番に調理を行う場合、機体内の金属ケース32は夜十分に冷却され5℃程度にあり、使用者が20℃に暖房された調理室で調理を開始した場合には、この暖気が冷却風路15aに導入され、20℃の暖気が5℃の金属ケース32に当てられることになる。本実施例では、このような外気による金属ケース32の急激な温度変化を防止するために、この金属ケース32を更にプラスチックの外側赤外線センサケース33で覆っている。これで金属ケース32に直接冷却風をあてずに風による温度急変を防止している。 The metal case 32 is induction-heated by the ambient atmosphere temperature and the leakage magnetic flux from the heating coil 7 during cooking, and the temperature rises by 5 to 10 ° C. in the case of aluminum. When cooking is continued before the temperature rise subsides, when the outside air is rapidly introduced and applied to the metal case 32, the metal case 32 cools rapidly, and as a result, the ambient temperature of the thermopile 25 in the infrared sensor case 29 suddenly increases. Will be reduced. In the opposite case, for example, when cooking first in the winter morning, the metal case 32 in the aircraft is sufficiently cooled at night and is at about 5 ° C, and the user starts cooking in a cooking room heated to 20 ° C. In this case, this warm air is introduced into the cooling air passage 15a, and the warm air at 20 ° C. is applied to the metal case 32 at 5 ° C. In this embodiment, in order to prevent such a sudden temperature change of the metal case 32 due to the outside air, the metal case 32 is further covered with a plastic outer infrared sensor case 33. Thus, the cooling air is not directly applied to the metal case 32, thereby preventing a sudden temperature change due to the wind.
さて、トッププレート2は誘導加熱された調理鍋6から赤外線放射を吸収することおよび接触熱伝導とで加熱される。図8で実線に示すように、トッププレート2は0.2μm〜2.9μmの波長の光を80%以上透過し、3〜4.5μmの波長の光を30%程度透過し、4.5μmよりも長い波長、及び、0.2μmよりも短い波長の光をほとんど透過しない。 Now, the top plate 2 is heated by absorbing infrared radiation from the induction heated cooking pan 6 and contact heat conduction. As shown by a solid line in FIG. 8, the top plate 2 transmits 80% or more of light having a wavelength of 0.2 μm to 2.9 μm and transmits about 30% of light having a wavelength of 3 to 4.5 μm. Longer wavelengths and light with wavelengths shorter than 0.2 μm are hardly transmitted.
放射エネルギーが物質表面に入射すると、その一部ρは反射され、一部αは吸収され、残りτは透過する。これらの量の間には、エネルギー保存則からρ+α+τ=1が成立する。トッププレート2上に調理鍋6が置かれた状態では、調理鍋6の赤外線放射エネルギーのトッププレート2での反射はほとんどゼロとみなせるため、トッププレート2では吸収率α+透過率τ=1が成立していると見てよい。キルヒホフの法則より吸収率α=放射率εであるため、トッププレート2は調理鍋6からの赤外線放射エネルギーのうち、0.2μm〜2.9μmの波長では80%以上透過し、残り20%を吸収しこれを放射する。また、3〜4.5μmの波長では30%程度透過し、残り70%を吸収しこれを放射する。4.5μmよりも長い波長、及び、0.2μmよりも短い波長ではほとんど透過せず、すべてを吸収してこれを放射する。熱伝導で加熱された分も同様である。波長4.5μm以上では熱伝導加温の赤外線エネルギーはほとんどトッププレート2表面から放射される。 When the radiant energy is incident on the surface of the material, a part ρ is reflected, a part α is absorbed, and the remaining τ is transmitted. Between these quantities, ρ + α + τ = 1 holds from the law of conservation of energy. In the state where the cooking pan 6 is placed on the top plate 2, the reflection of the infrared radiation energy of the cooking pan 6 on the top plate 2 can be regarded as almost zero, so that the absorption rate α + transmittance τ = 1 is established in the top plate 2. You can see it. Since Kirchhoff's law is the absorption rate α = emissivity ε, the top plate 2 transmits 80% or more of the infrared radiation energy from the cooking pan 6 at a wavelength of 0.2 μm to 2.9 μm, and the remaining 20%. Absorb and radiate it. Further, it transmits about 30% at a wavelength of 3 to 4.5 μm, and absorbs and radiates the remaining 70%. At wavelengths longer than 4.5 μm and wavelengths shorter than 0.2 μm, almost no transmission occurs, and all is absorbed and emitted. The same applies to the portion heated by heat conduction. When the wavelength is 4.5 μm or more, the infrared energy of heat conduction heating is almost radiated from the surface of the top plate 2.
このため、サーモパイル25を使用して、トッププレート2上の調理鍋6の温度を検出する場合にはトッププレート2自身の加熱が放射する赤外線が問題となる。例えば、サーモパイル25に付属するガラス凸レンズ25−14の透過波長が1〜15μmであれば、トッププレート2が放射する4.5μmよりも長い波長の赤外線によってサーモパイル25の出力が大きく影響を受け、トッププレート2上の調理鍋底の温度を正確に検出できないことになる。トッププレート2を透過する鍋の放射赤外線エネルギーは1μm〜2.9μmの約2μmの帯域、これに対しトッププレート2自身が放射する赤外線エネルギーは4.5μm〜15μmの約10μmの帯域であり、同じ温度であればサーモパイル出力のうち、調理鍋6の温度による分の5倍がトッププレート2の温度によることになる。 For this reason, when detecting the temperature of the cooking pan 6 on the top plate 2 using the thermopile 25, the infrared rays emitted by the heating of the top plate 2 itself become a problem. For example, if the transmission wavelength of the glass convex lens 25-14 attached to the thermopile 25 is 1 to 15 μm, the output of the thermopile 25 is greatly affected by the infrared light having a wavelength longer than 4.5 μm radiated from the top plate 2. The temperature of the bottom of the cooking pan on the plate 2 cannot be accurately detected. The radiant infrared energy of the pan passing through the top plate 2 is about 2 μm band of 1 μm to 2.9 μm, whereas the infrared energy radiated by the top plate 2 itself is about 10 μm band of 4.5 μm to 15 μm. If it is temperature, five times the thermopile output due to the temperature of the cooking pan 6 will depend on the temperature of the top plate 2.
本実施例では、上記を防止するためサーモパイル25で構成される鍋温度検出装置18の赤外線センサケース29に、赤外線を透過させるためのケース窓30を開け、このケース窓30にトッププレート2を構成する結晶化ガラスを薄く正方形に切り出したものを結晶化ガラス光学フィルタ31として嵌め込んである。そして、サーモパイル25に入射する赤外線の内トッププレート2が放射する分を除去する。トッププレートが放射する波長2.9μm以上の部分はトッププレート2と同じ透過特性を持つ結晶化ガラス光学フィルタ31の光学特性によってサーモパイル25への入射が阻止される。 In the present embodiment, in order to prevent the above, a case window 30 for transmitting infrared rays is opened in the infrared sensor case 29 of the pan temperature detection device 18 constituted by the thermopile 25, and the top plate 2 is configured in the case window 30. The crystallized glass to be cut into a thin square is fitted as the crystallized glass optical filter 31. Then, the amount of infrared rays radiated from the top plate 2 incident on the thermopile 25 is removed. The portion of the top plate radiating at a wavelength of 2.9 μm or more is prevented from entering the thermopile 25 by the optical characteristics of the crystallized glass optical filter 31 having the same transmission characteristics as the top plate 2.
結晶化ガラス光学フィルタ31をトッププレート以外の材料で作成しても良いが、図8で実線に示すような急峻な特性を示す光学フィルタを作成するのは非常に困難で高価なものになる。 Although the crystallized glass optical filter 31 may be made of a material other than the top plate, it is very difficult and expensive to produce an optical filter having a steep characteristic as shown by a solid line in FIG.
また、結晶化ガラス光学フィルタ31は、その下に配置されるサーモパイル25や赤外線投光器35,赤外線反射受光器36等がトッププレート2の赤外線透過窓5から見えなくする効果をもたせている。前述したように(図8の破線で示すように)1μm以上の長波長側の光学特性はトッププレート2とほぼ同じだが、短波長側でトッププレートに比べて透過率小の領域が400nmほどあり、この部分の可視光がカットされるため目には赤黒く見え、下に配置される部品を見えなくしている。 In addition, the crystallized glass optical filter 31 has an effect of making the thermopile 25, the infrared projector 35, the infrared reflection receiver 36, and the like disposed under the crystallized glass optical filter 31 invisible from the infrared transmission window 5 of the top plate 2. As described above (as shown by the broken line in FIG. 8), the optical characteristics on the long wavelength side of 1 μm or more are almost the same as those of the top plate 2, but there is a region with a transmittance of about 400 nm on the short wavelength side compared to the top plate. Since the visible light in this part is cut, it looks red and black to the eyes, and the parts arranged below are invisible.
前述したように赤外線投光器35を構成する赤外線LED50の発光波長及び赤外線反射受光器36を構成する赤外線フォトトランジスタ54の分光感度波長を700nmから1μmの近赤外領域にしているのは、上記鍋の放射赤外線エネルギーは1μm〜2.9μmの約2μmの帯域をはずし、且つトッププレート及び結晶化ガラス光学フィルタ31の透過する波長領域から決めている。 As described above, the light emission wavelength of the infrared LED 50 constituting the infrared projector 35 and the spectral sensitivity wavelength of the infrared phototransistor 54 constituting the infrared reflection receiver 36 are set in the near infrared region of 700 nm to 1 μm. The radiant infrared energy is determined from the wavelength region where the top plate and the crystallized glass optical filter 31 transmit, while removing the band of about 2 μm from 1 μm to 2.9 μm.
更に、サーモパイル25のガラス凸レンズ25−14として波長5μm以上を透過させない5μmショートパスフィルタを有するガラス(図8に薄線で示す)を用いている。これは周囲温度で暖められる結晶化ガラス光学フィルタ31自身および赤外線センサケース29が放射する赤外線をも波長5μm以上は透過させないようにするためである。というのは先に述べたように鍋から放射される1〜2.9μmの赤外線エネルギーはトッププレートで通過を制限されているため非常に微小であり、サーモパイル25の出力増幅を大きくせざるを得ないため周囲温度での5μm以上の赤外線放射に敏感であり、徹底的に鍋底以外からの4.5μm以上の赤外線がサーモパイルの赤外線吸収膜25−9に入射するのを防止する必要があるためである。 Further, a glass (shown by a thin line in FIG. 8) having a 5 μm short pass filter that does not transmit a wavelength of 5 μm or more is used as the glass convex lens 25-14 of the thermopile 25. This is to prevent the infrared rays emitted from the crystallized glass optical filter 31 itself and the infrared sensor case 29 that are heated at the ambient temperature from being transmitted through the wavelength of 5 μm or more. As mentioned above, the infrared energy of 1 to 2.9 μm radiated from the pan is very small because the passage is restricted by the top plate, and the output amplification of the thermopile 25 must be increased. This is because it is sensitive to infrared radiation of 5 μm or more at ambient temperature, and it is necessary to thoroughly prevent infrared rays of 4.5 μm or more from other than the pan bottom from entering the infrared absorption film 25-9 of the thermopile. is there.
なお、このガラス凸レンズ25−14をトッププレート2や結晶化ガラス光学フィルタ31と同じ結晶化ガラスで作成してもよい。こうすれば前述した理由で結晶化ガラス光学フィルタ31の温度による赤外線放射をよりよく遮断することができるので好適である。 The glass convex lens 25-14 may be made of the same crystallized glass as the top plate 2 and the crystallized glass optical filter 31. This is preferable because infrared radiation due to the temperature of the crystallized glass optical filter 31 can be better blocked for the reasons described above.
図19に鍋底として黒体を図3の実施例の赤外線透過窓5に置いた場合の、黒体温度Tnとサーモパイル温度検出回路72出力端子72−2の出力電圧Vの関係を示す。黒体はトッププレートが加熱されない程度の短時間戴置した場合であり、センサ視野筒19,結晶化ガラス光学フィルタ31の温度上昇もない。 FIG. 19 shows the relationship between the black body temperature Tn and the output voltage V of the thermopile temperature detection circuit 72 output terminal 72-2 when a black body is placed on the infrared transmission window 5 of the embodiment of FIG. The black body is a case where the top plate is placed for a short time so that the top plate is not heated, and the temperature of the sensor field tube 19 and the crystallized glass optical filter 31 is not increased.
常温から100℃まではほぼ0.5Vであり、100℃を越えると温度に比例した電圧が出力される。0.5Vはサーモパイル温度検出回路72の電源電圧(5V)を抵抗72−5,72−6,72−7で分圧した電圧(図13中a点で示す)0.5Vがオペアンプ72−1のバイアス電圧として与えてあるためである。100℃を越えるとサーモパイル25の出力電圧が大きくなり、オペアンプ72−1で約2000倍に増幅されて0.5V以上の電圧として観測される。このバイアス電圧はサーモパイル温度検出回路72の故障検出用に与えてある。出力端子72−2の出力電圧値からこの0.5Vを引いた値(0.5Vからの電圧上昇値)が検出した鍋底面温度に比例したものである。マイクロコンピュータ60はサーモパイル温度検出回路72出力端子72−2の出力電圧をAD変換して読み込むが、この電圧から0.5Vを引いた値である鍋温度検出電圧Vt(=V−0.5)をもとに後述処理を行い鍋温度を得る。図19の関係は予めマイクロコンピュータ60のROMにテーブルデータ(鍋温度変換TBL)として記憶しておく。 The voltage from room temperature to 100 ° C. is almost 0.5 V, and when the temperature exceeds 100 ° C., a voltage proportional to the temperature is output. 0.5V is a voltage obtained by dividing the power supply voltage (5V) of the thermopile temperature detection circuit 72 by resistors 72-5, 72-6, and 72-7 (indicated by a point in FIG. 13), and 0.5V is an operational amplifier 72-1. This is because it is given as a bias voltage. When the temperature exceeds 100 ° C., the output voltage of the thermopile 25 increases, and is amplified about 2000 times by the operational amplifier 72-1, and is observed as a voltage of 0.5V or more. This bias voltage is provided for detecting a failure of the thermopile temperature detection circuit 72. A value obtained by subtracting 0.5 V from the output voltage value of the output terminal 72-2 (a voltage increase value from 0.5 V) is proportional to the detected pan bottom temperature. The microcomputer 60 AD-converts and reads the output voltage of the thermopile temperature detection circuit 72 output terminal 72-2, and the pan temperature detection voltage Vt (= V−0.5), which is a value obtained by subtracting 0.5V from this voltage. Based on the above, the following process is performed to obtain the pan temperature. 19 is stored in advance in the ROM of the microcomputer 60 as table data (pan temperature conversion TBL).
図20にトッププレート2のみを加熱したときのトッププレート温度Ttとサーモパイル温度検出回路72出力端子72−2の出力電圧Vの関係を示す。但し前述の0.5Vを引いた値で示してある。鍋が置かれていないトッププレート2のセンサ窓5近傍を熱風で加熱した時のトッププレート温度Ttとサーモパイル温度検出回路72出力端子72−2の出力電圧の関係を示す。このとき、センサ視野筒19,結晶化ガラス光学フィルタ31が加熱されないようにする。図20の関係は予めマイクロコンピュータ60のROMにテーブルデータ(トッププレートTBL)として記憶しておく。 FIG. 20 shows the relationship between the top plate temperature Tt when only the top plate 2 is heated and the output voltage V of the thermopile temperature detection circuit 72 output terminal 72-2. However, it is shown by a value obtained by subtracting 0.5 V described above. The relationship between the top plate temperature Tt and the output voltage of the thermopile temperature detection circuit 72 output terminal 72-2 when the vicinity of the sensor window 5 of the top plate 2 where the pan is not placed is heated with hot air is shown. At this time, the sensor field tube 19 and the crystallized glass optical filter 31 are prevented from being heated. The relationship shown in FIG. 20 is stored in advance in the ROM of the microcomputer 60 as table data (top plate TBL).
実際の調理で鍋を誘導加熱した場合には、サーモパイルには誘導加熱された鍋からの放射赤外線のほかに、トッププレート2自体からの放射赤外線も入射される。これはトッププレート自体も鍋からの熱放射,熱伝導のため加熱されこの温度での赤外線を放射するためである。このため、図20のデータテーブルをもたせ、サーミスタ20でトッププレート2の温度を検出して、この放射分を差し引くことが必要となる。前述したように鍋温度検出でこのトッププレート2温度による赤外線放射の影響を結晶化ガラス光学フィルタ31で除去低減することを述べたが、2.9から4.9μmの波長範囲ではトッププレート温度の放射分を結晶化ガラス光学フィルタ31で除去できないためである。 When the pan is induction-heated in actual cooking, in addition to the infrared radiation from the induction-heated pan, the infrared radiation from the top plate 2 itself is also incident on the thermopile. This is because the top plate itself is heated for heat radiation and heat conduction from the pan and emits infrared light at this temperature. Therefore, it is necessary to provide the data table of FIG. 20, detect the temperature of the top plate 2 with the thermistor 20, and subtract this radiation. As described above, it has been described that the effect of infrared radiation due to the temperature of the top plate 2 is removed and reduced by the crystallized glass optical filter 31 in the pan temperature detection. In the wavelength range of 2.9 to 4.9 μm, the top plate temperature This is because the radiation component cannot be removed by the crystallized glass optical filter 31.
鍋温度検出装置18に内蔵される赤外線投光器35,赤外線反射受光器36を図12に示すように配置するとトッププレート2上に調理鍋がない場合、赤外線LED50の放射した赤外光(波長930nm)は大部分が結晶化ガラス光学フィルタ31およびトッププレート2を透過し赤外線フォトトランジスタ54には戻ってこない。しかし、一部は結晶化ガラス光学フィルタ31およびトッププレート2で反射される。これは結晶化ガラス光学フィルタ31およびトッププレート2の透過率が波長930nmで85%および90%であり、残り15%および10%の赤外光は反射されるためである。特に、結晶化ガラス光学フィルタ31で反射される分は赤外線LED50の同軸上にある赤外線フォトトランジスタ54に直接戻るため、本実施例では図12に示すように、投光器遮光壁52,受光器遮光壁55上面を結晶化ガラス光学フィルタ31下面に接するように配置してこの反射光が赤外線フォトトランジスタ54に入射するのを防止している。 When the infrared projector 35 and the infrared reflection receiver 36 incorporated in the pan temperature detector 18 are arranged as shown in FIG. 12, when there is no cooking pan on the top plate 2, infrared light emitted from the infrared LED 50 (wavelength 930 nm). Mostly passes through the crystallized glass optical filter 31 and the top plate 2 and does not return to the infrared phototransistor 54. However, a part is reflected by the crystallized glass optical filter 31 and the top plate 2. This is because the transmittance of the crystallized glass optical filter 31 and the top plate 2 is 85% and 90% at a wavelength of 930 nm, and the remaining 15% and 10% of infrared light is reflected. In particular, since the amount reflected by the crystallized glass optical filter 31 directly returns to the infrared phototransistor 54 on the same axis as the infrared LED 50, in this embodiment, as shown in FIG. The upper surface 55 is disposed so as to be in contact with the lower surface of the crystallized glass optical filter 31 to prevent the reflected light from entering the infrared phototransistor 54.
このため、図19に示すように反射率検出回路73の出力は、トッププレート上に鍋がある場合(a)V1となり、鍋がない場合(b)V2となる。正味の鍋での反射電圧VrはVr=V2−V1となる。 Therefore, as shown in FIG. 19, the output of the reflectance detection circuit 73 is (a) V1 when there is a pan on the top plate, and (b) V2 when there is no pan. The reflected voltage Vr at the net pan is Vr = V2−V1.
鍋温度検出装置18を図3に示すように配置し、内蔵する反射率検出回路73を用いて、トッププレート2上に反射率が既知の金属板を配置したときの反射率検出回路73の出力から得られる先の反射電圧Vrと反射率の関係を図21に示す。図中に近似線も示す。この関係を用いれば、反射率検出回路73の出力電圧から反射率が得られる。そして、この関係をテーブルデータにあるいは近似式の係数値をあらかじめマイクロコンピュータ60のROMに記憶しておく。 The pan temperature detection device 18 is arranged as shown in FIG. 3, and the output of the reflectance detection circuit 73 when a metal plate with a known reflectance is arranged on the top plate 2 using the built-in reflectance detection circuit 73. FIG. 21 shows the relationship between the reflection voltage Vr obtained from the above and the reflectance. An approximate line is also shown in the figure. If this relationship is used, the reflectance can be obtained from the output voltage of the reflectance detection circuit 73. Then, this relationship is stored in the table data or the coefficient value of the approximate expression in the ROM of the microcomputer 60 in advance.
調理鍋のような金属物質ではキルヒホフの法則により温度Tの物質表面から放射される赤外線エネルギー(E=εσT4)の放射率εと表面の反射率ρの間にはε+ρ=1の関係が成立する。(透過率α=0とする)調理鍋では放射率の違いにより同じ鍋底温度でありながら、放射される赤外線エネルギーが異なる。このため、サーモパイル出力すなわち鍋温度検出装置18の出力が異なるという問題が生じる。そこで調理鍋底の反射率を検出して放射率を求め鍋温度検出装置18の出力を補正してから温度に換算する必要がある。これを行うために先に説明した反射率に相当する量である反射電圧Vrを求め、これから反射率を得るのが反射率検出回路73である。この反射率を1から引いて放射率を得る。 In a metal material such as a cooking pot, a relationship of ε + ρ = 1 holds between the emissivity ε of infrared energy (E = εσT 4 ) radiated from the surface of the material at temperature T and the reflectance ρ of the surface according to Kirchhoff's law. To do. In a cooking pan (transmittance α = 0), the infrared energy radiated differs due to the difference in emissivity, while the same pan bottom temperature. For this reason, the problem that a thermopile output, ie, the output of the pan temperature detection apparatus 18, differs arises. Therefore, it is necessary to detect the reflectance of the bottom of the cooking pan to obtain the emissivity, correct the output of the pan temperature detection device 18 and then convert it to a temperature. In order to do this, the reflectance detection circuit 73 obtains the reflectance from the reflected voltage Vr, which is an amount corresponding to the reflectance described above. This reflectance is subtracted from 1 to obtain the emissivity.
図22にトッププレート2に置かれた数種の鍋について、鍋温度検出装置18の出力(サーモパイル温度検出回路72の出力V)から前述した0.5Vのオフセット電圧Voを引いた値Vt(鍋温度検出電圧)と鍋底面温度Tとの関係の一例を示す。図中に各鍋底面の放射率も示す。図22に示すように放射率によって鍋温度検出装置18の出力と鍋底温度の関係が異なることがわかる。図22の(a)で示す鍋は放射率が0.9と黒体に近い。(b)は放射率が0.57、(c)は0.43、(d)は0.24である。(b),(c),(d)の電圧値を放射率で除算すると、図中に破線で示すものとなり、ほぼ1本の曲線に集約することが分かる。各出力Vtは各鍋の全放射エネルギー(E′=εσT4)に比例し、これを放射率で除算するのは、前述したように黒体の全放射エネルギー(E=σT4)に換算することを意味する。そして、各鍋の放射率が分かれば、各鍋の鍋温度を黒体の放射温度に還元できることを意味している。 FIG. 22 shows a value Vt (pot) obtained by subtracting the above-described offset voltage Vo of 0.5 V from the output of the pot temperature detection device 18 (output V of the thermopile temperature detection circuit 72) for several kinds of pots placed on the top plate 2. An example of the relationship between (temperature detection voltage) and pan bottom temperature T is shown. The emissivity at the bottom of each pan is also shown in the figure. As shown in FIG. 22, it can be seen that the relationship between the output of the pan temperature detecting device 18 and the pan bottom temperature differs depending on the emissivity. The pan shown in FIG. 22A has an emissivity of 0.9, which is close to a black body. (B) has an emissivity of 0.57, (c) is 0.43, and (d) is 0.24. When the voltage values of (b), (c), and (d) are divided by the emissivity, it is shown by a broken line in the figure, and it can be seen that the values are summarized into one curve. Each output Vt is proportional to the total radiation energy of each pot (E '= εσT 4), which to divide by emissivity is converted into the total radiant energy of a black body as described above (E = σT 4) Means that. And if the emissivity of each pan is known, it means that the pan temperature of each pan can be reduced to the radiation temperature of a black body.
図23に、各種鍋において放射温度計を用いて計測した放射率と図12(図3)で先の各種鍋をトッププレート2上に置き反射率検出回路73を用いて得た反射率(図21の反射電圧と反射率の関係を適用)の関係を示す。鍋によってキルヒホフの法則(放射率+反射率=1)からはずれるものもあるが、放射率と反射率の間には強い相関がある。キルヒホフの法則から外れるのは反射率の検出において、投光した赤外線の反射赤外線全てを受光していないためである。物理的な正確さを求める場合には被測定対象物に直接レーザービーム等のスポット光を照射し、全反射光を積分球で受光し、照射赤外線エネルギーと全反射赤外線エネルギーの比から反射率を求める必要がある。しかし、本実施例のように赤外線LED50と赤外線フォトトランジスタ54を用い、しかもトッププレート2を通して行う場合にはまず反射する赤外光をすべて受光することはできない。このため、図示するように直線関係(キルヒホフの法則)からずれ、ばらついたものになる。 In FIG. 23, the emissivity measured using a radiation thermometer in various pans and the reflectivity (FIG. 12) obtained by using the reflectivity detection circuit 73 by placing the various pans on the top plate 2 in FIG. The relationship between the reflection voltage 21 and the reflectance 21) is shown. Some pans deviate from Kirchhoff's law (emissivity + reflectivity = 1), but there is a strong correlation between emissivity and reflectivity. The reason for deviating from Kirchhoff's law is that not all the reflected infrared rays of the projected infrared rays are received in the reflectance detection. To obtain physical accuracy, irradiate the object to be measured with spot light such as a laser beam directly, receive the total reflected light with an integrating sphere, and calculate the reflectivity from the ratio of irradiated infrared energy and total reflected infrared energy. Need to ask. However, when the infrared LED 50 and the infrared phototransistor 54 are used as in the present embodiment and are performed through the top plate 2, it is not possible to receive all the reflected infrared light. For this reason, as shown in the figure, it deviates from the linear relationship (Kirchhoff's law) and varies.
図12(図3)の実施例で、各種鍋の反射電圧Vrと、誘導加熱し鍋温度が200℃に到達した時点のサーモパイル温度検出回路72の出力電圧Vtを観測した。そしてこのデータを、鍋の中で黒体に近い鍋(放射率=0.95)を基準とし、各鍋の出力電圧を何倍すれば基準の鍋の出力に合わせられるかという観点で再構築した。この倍率は図22で説明した放射率分の1(1/ε)に相当する。この倍率を反射補正係数Kとして、反射電圧Vrの関係で示したのが図24である。反射補正係数Kと反射電圧Vrは強い相関があり、図示したようにほぼ直線で近似できる(本来、図23の説明で述べたように直線となるはずである。)。この近似直線を反射補正係数テーブル(TBL)としてマイクロコンピュータ60のROMに記憶しておく。 In the example of FIG. 12 (FIG. 3), the reflected voltage Vr of various pans and the output voltage Vt of the thermopile temperature detection circuit 72 when the pan temperature reached 200 ° C. by induction heating were observed. And this data is reconstructed from the viewpoint of how many times the output voltage of each pan can be adjusted to the output of the standard pan, with the pan close to the black body (emissivity = 0.95) as the reference. did. This magnification corresponds to 1 / (1 / ε) of the emissivity described in FIG. FIG. 24 shows this magnification as the reflection correction coefficient K in relation to the reflection voltage Vr. The reflection correction coefficient K and the reflection voltage Vr have a strong correlation and can be approximated by a straight line as shown (originally, it should be a straight line as described in the explanation of FIG. 23). This approximate straight line is stored in the ROM of the microcomputer 60 as a reflection correction coefficient table (TBL).
ここで従来の単一素子による反射率検出と本実施例の平行光線投光と反射受光による反射率検出の相違を説明する。図25にこの概略を模式的に示す。単一発光素子および受光素子は直径3mmの砲弾型レンズ付で開口面も直径3mm、放物面反射鏡は10mm正方形、単一受発光素子間隔は1mmとしている。図ではトッププレート2および結晶化ガラス光学フィルタ31は単に赤外光を透過させるものとして省略している。正確にはこれらによる光線の屈折(屈折率=1.45)も考慮する必要があるが、トッププレートの厚さは4mmであり、発光および受光素子までの距離約35mmを考えると、入射角は数度のためガラス内を光線は直進し鍋面で反射すると考えてよい。結晶化ガラス光学フィルタ31は受光素子に近接させ、発光光線が受光素子に入射しないように投光器遮光壁52,受光器遮光壁55を設けているため単に光線は通過するだけと考えてよい。 Here, the difference between the reflectance detection by the conventional single element and the reflectance detection by the parallel light projection and the reflection light reception of this embodiment will be described. FIG. 25 schematically shows this outline. The single light emitting element and the light receiving element are provided with a 3 mm diameter cannonball type lens, the opening surface is also 3 mm in diameter, the parabolic reflector is 10 mm square, and the distance between the single light receiving and emitting elements is 1 mm. In the figure, the top plate 2 and the crystallized glass optical filter 31 are omitted as merely transmitting infrared light. To be precise, the refraction of light (refractive index = 1.45) due to these needs to be taken into consideration, but the thickness of the top plate is 4 mm, and considering the distance to the light emitting and receiving elements of about 35 mm, the incident angle is It can be considered that the light goes straight through the glass and reflects off the pan surface because it is several degrees. The crystallized glass optical filter 31 is close to the light receiving element, and the light projector light shielding wall 52 and the light receiver light shielding wall 55 are provided so that the emitted light does not enter the light receiving element.
図25に示すように発光光線(太線)は鍋底で反射し反射光線(細線)は受光素子で受光される。鍋での反射光線には入射角=反射角で鏡面反射する直反射光と入射角≠反射角の散乱光がある。実際の鍋では散乱光が支配的となる。図において鍋面上に斜線で示す面積は鍋面で反射し受光される光線の分布を示す。従来、単一素子の場合、受光できるのは受光左側の狭い範囲に限定される。本実施例の場合、単一素子での1本の鍋底に垂直な発光光線が、放物面反射鏡全面の複数発光光線となって鍋に垂直に投光され、この散乱反射の多くが受光される。完全に平行光線であれば直反射光は受光されないが、前述したように発光が点光源でないため平行光線でないものも多く存在する。このため、受光周辺では直反射光も受光される。実験によれば同一発光強度のLED、同一感度の受光素子を用いたとき、従来、単一素子の場合には1mm2以下の面積の反射光しか受光されないのに対し、本実施例では16mm2もの面積の反射光を受光できた。 As shown in FIG. 25, the emitted light beam (thick line) is reflected at the bottom of the pan, and the reflected light beam (thin line) is received by the light receiving element. The reflected light from the pan includes direct reflected light that is specularly reflected at an incident angle = reflecting angle and scattered light having an incident angle ≠ reflecting angle. In an actual pan, scattered light becomes dominant. In the figure, the hatched area on the pan surface indicates the distribution of light rays reflected and received by the pan surface. Conventionally, in the case of a single element, what can receive light is limited to a narrow range on the left side of light reception. In the case of the present embodiment, a single element emits a light beam perpendicular to the bottom of the pan as a plurality of light beams on the entire surface of the parabolic reflector, and is projected vertically onto the pan, and much of this scattered reflection is received. Is done. Directly reflected light is not received if it is a completely parallel light beam, but there are many non-parallel light beams because light emission is not a point light source as described above. For this reason, direct reflected light is also received around the light receiving area. According to experiments, when LEDs having the same light emission intensity and light receiving elements with the same sensitivity are used, conventionally, only a reflected light having an area of 1 mm 2 or less is received in the case of a single element, whereas in this embodiment, 16 mm 2 is received. We could receive the reflected light of the area.
このように反射率を求める際には、赤外線LED50の投光光線をトッププレート2になるべく垂直に入射させ、ここに置かれる鍋での反射光のすべて(主に散乱光を)を赤外線フォトトランジスタ54に導くのが望ましい。つまり本実施例のように、放物面反射鏡51の焦点に赤外線LED50を配置し、平行光(トッププレート2に対しては垂直光)を投光すれば良い。こうすればより広い面積での平均的な反射率を検出することができる。 Thus, when calculating | requiring a reflectance, the projection light beam of infrared LED50 enters as perpendicularly as possible to the top plate 2, and all the reflected light (mainly scattered light) in the pan put here is an infrared phototransistor. 54 is desirable. That is, as in the present embodiment, the infrared LED 50 is disposed at the focal point of the parabolic reflecting mirror 51, and parallel light (vertical light with respect to the top plate 2) may be projected. By doing this, it is possible to detect the average reflectance over a wider area.
図26に、図24と同様に反射電圧Vrと反射補正係数K(1/放射率)の関係を2種類の鍋について鍋底の位置を8か所かえて観測した例を単一素子と本実施例の反射率検出回路について示す。単一素子の場合、同一鍋でも場所により反射電圧Vrは大きくばらつく。一方本実施例の場合、検出場所が変わってもほぼ同一の反射電圧である。単一素子の場合狭い範囲の反射であり、その範囲での鍋底の状態に大きく影響される。たまたまそこに汚れがあれば反射電圧が大きく他の場所と異なる。本実施例では広い範囲で平均的な反射率を検出することになるので部分的な汚れ,傷,模様などに検出反射率が影響されることが少ない。 FIG. 26 shows an example in which the relationship between the reflection voltage Vr and the reflection correction coefficient K (1 / emissivity) is observed for two types of pans with 8 pan bottom positions as in FIG. An example reflectance detection circuit will be described. In the case of a single element, the reflected voltage Vr varies greatly depending on the location even in the same pan. On the other hand, in the case of the present embodiment, the reflected voltage is almost the same even if the detection location changes. In the case of a single element, the reflection is in a narrow range, and is greatly influenced by the state of the pan bottom in that range. If there happens to be dirt, the reflected voltage will be large and different from other places. In this embodiment, since the average reflectance is detected in a wide range, the detected reflectance is hardly affected by partial dirt, scratches, patterns, and the like.
また、本実施例では鍋温度検出装置18内のサーモパイル25のトッププレート2上位置での視野面とこの反射率検出発光のトッププレート2上での反射面はほぼ同一面である。このため、図12に示すように鍋温度検出装置18内にサーモパイル25と赤外線投光器35,赤外線反射受光器36を並べて配置している。このため、反射補正係数と反射率の乖離(バラツキ)も少ない。 In the present embodiment, the visual field surface of the thermopile 25 in the pan temperature detecting device 18 at the position on the top plate 2 is substantially the same as the reflecting surface on the top plate 2 for the reflectance detection light emission. For this reason, as shown in FIG. 12, the thermopile 25, the infrared projector 35, and the infrared reflection light receiver 36 are arranged side by side in the pan temperature detection device 18. For this reason, there is little deviation (variation) between the reflection correction coefficient and the reflectance.
解析では反射補正係数Kが0.1異なると温度検出では4℃の誤差になる。単一素子の場合図26のB鍋では反射補正係数が1異なる場合があるため温度検出では40℃の誤差となる。 In the analysis, if the reflection correction coefficient K is different by 0.1, an error of 4 ° C. occurs in temperature detection. In the case of a single element, the B correction pan of FIG.
以上、本実施例では鍋の材質,鍋底の形状,汚れの強弱によらず平均的で正確な反射率の検出が可能となり、これでサーモパイル出力を補正することでどんな鍋でも正確な鍋温度検出が可能となる。 As described above, in this embodiment, it is possible to detect the average and accurate reflectance regardless of the material of the pan, the shape of the pan bottom, and the strength of the dirt. Is possible.
以下では、本実施例の動作について、手前右側の円表示4に調理鍋6を置き、所定温度で所定時間調理鍋を加熱して調理を行う場合として説明する。図27にこの動作のフローチャートを示す。図示していない電源を投入し、調理鍋6を置いた誘導加熱口の操作スイッチで所定の温度および調理時間を設定し(ステップS1)調理開始を指示すると(ステップS2)、マイクロコンピュータ60はまず反射率検出回路73を制御して載置された鍋の反射データ(反射率に相当)を取り込み反射率を検出する(ステップS3)。同時に加熱コイル7およびインバータ回路8等を冷却するため、図示しないファンを駆動して冷却風路15a,15bおよび16a,16bに外気を導入する。 Below, operation | movement of a present Example demonstrates the case where the cooking pan 6 is set | placed on the circle display 4 of the near right side, and cooking is performed by heating a cooking pan for a predetermined time at predetermined temperature. FIG. 27 shows a flowchart of this operation. When a power source (not shown) is turned on, a predetermined temperature and cooking time are set with the operation switch of the induction heating port where the cooking pan 6 is placed (step S1), and the start of cooking is instructed (step S2), the microcomputer 60 first Reflection data (corresponding to the reflectance) of the pan placed by controlling the reflectance detection circuit 73 is taken in to detect the reflectance (step S3). At the same time, in order to cool the heating coil 7, the inverter circuit 8, and the like, a fan (not shown) is driven to introduce outside air into the cooling air passages 15a, 15b and 16a, 16b.
反射率を検出するステップS3を図28に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。マイクロコンピュータ60は反射率検出回路73の端子73−2にポートから図12(a)の赤外線LED駆動信号を出力する(ステップS3−1)。所定時間(例えば200ms)出力した後(ステップS3−2)、端子73−8に出力される電圧V2をAD端子より読み込む(ステップS3−3)。そして、赤外線LED駆動信号を停止する(ステップS3−4)。次に予め記憶されている鍋が置かれていない時の電圧V1を先に読み込んだ電圧V2から引き反射電圧Vrを算出する(ステップS3−5)。そして、予め記憶されている反射電圧と反射率の関係から反射率ρを得る(ステップS3−6)。 Step S3 for detecting the reflectance will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG. The microcomputer 60 outputs the infrared LED drive signal of FIG. 12A from the port to the terminal 73-2 of the reflectance detection circuit 73 (step S3-1). After outputting for a predetermined time (for example, 200 ms) (step S3-2), the voltage V2 output to the terminal 73-8 is read from the AD terminal (step S3-3). Then, the infrared LED drive signal is stopped (step S3-4). Next, the pulling reflection voltage Vr is calculated from the voltage V2 obtained by reading the voltage V1 when the pan stored in advance is not placed (step S3-5). Then, the reflectance ρ is obtained from the relationship between the reflection voltage and the reflectance stored in advance (step S3-6).
ステップS3に続いて、電力制御回路62,周波数制御回路61,インバータ回路8を制御して加熱コイル7に電力を供給し誘導加熱を開始する(ステップS4)。加熱コイル7に電力が供給されると、加熱コイル7から誘導磁界が発せられ、トッププレート2上の調理鍋6が誘導加熱される。この誘導加熱によって調理鍋6の温度が上昇し、調理鍋6内の被加熱物の調理が開始される。マイクロコンピュータ60は誘導加熱を開始すると、一定時毎に鍋温度検出装置18の出力を読み込み、鍋温度を検出する(ステップS5)。 Subsequent to step S3, the power control circuit 62, the frequency control circuit 61, and the inverter circuit 8 are controlled to supply power to the heating coil 7 to start induction heating (step S4). When electric power is supplied to the heating coil 7, an induction magnetic field is emitted from the heating coil 7, and the cooking pan 6 on the top plate 2 is induction-heated. Due to this induction heating, the temperature of the cooking pan 6 rises, and cooking of the object to be heated in the cooking pan 6 is started. When the induction heating is started, the microcomputer 60 reads the output of the pan temperature detecting device 18 at regular intervals and detects the pan temperature (step S5).
ここで、鍋温度検出動作(ステップS5)を詳細に説明する。図29に鍋温度検出のフローチャートを示す。マイクロコンピュータ60は鍋温度検出装置18(サーモパイル温度検出回路72)の出力電圧Vを読み込み(ステップS5−1)、この値から0.5Vを引きこれを鍋温度検出電圧Vtとする(ステップS5−2)。 Here, the pan temperature detection operation (step S5) will be described in detail. FIG. 29 shows a flowchart of the pan temperature detection. The microcomputer 60 reads the output voltage V of the pan temperature detection device 18 (thermopile temperature detection circuit 72) (step S5-1), subtracts 0.5V from this value, and sets this as the pan temperature detection voltage Vt (step S5-). 2).
同時にサーミスタ20とサーミスタ温度検出回路75からトッププレート2の温度を読み込む(ステップS5−3)。そして、予めトッププレートテーブル(テーブルをTBLと略記する)として記憶してあるトッププレート温度Ttとサーモパイル温度検出回路72の出力の関係から、トッププレート2の温度T1aでの赤外線量電圧Vaを得る。(ステップS5−4)。続いて、先の鍋温度検出電圧Vtから前記Vaを減算する(ステップS5−5)。この処理により前述した外乱としてのトッププレート2からの赤外線量を除去する。この減算後の電圧をVtとする。 At the same time, the temperature of the top plate 2 is read from the thermistor 20 and the thermistor temperature detection circuit 75 (step S5-3). An infrared amount voltage Va at the temperature T1a of the top plate 2 is obtained from the relationship between the top plate temperature Tt stored in advance as a top plate table (the table is abbreviated as TBL) and the output of the thermopile temperature detection circuit 72. (Step S5-4). Subsequently, the Va is subtracted from the previous pan temperature detection voltage Vt (step S5-5). By this processing, the amount of infrared rays from the top plate 2 as the disturbance described above is removed. The voltage after this subtraction is Vt.
そして、誘導加熱直前に検出した反射率から、放射率(=1−反射率)を得て(ステップS5−6)、この減算後の鍋温度検出電圧Vtを除算する(ステップS5−7)(反射率補正の動作)。除算後のVtに前述V0=0.5Vを加算し、予め温度変換TBLとして記憶してあるVnとTnの関係であるデータテーブルを引いて(ステップS5−8)、鍋温度に変換し鍋温度Tnを出力する(ステップS5−9)。 And the emissivity (= 1-reflectance) is obtained from the reflectance detected immediately before induction heating (step S5-6), and the pan temperature detection voltage Vt after this subtraction is divided (step S5-7) ( Reflectance correction operation). The above-mentioned V0 = 0.5V is added to Vt after the division, and the data table which is the relationship between Vn and Tn stored in advance as the temperature conversion TBL is drawn (step S5-8), and converted into the pan temperature to convert the pan temperature Tn is output (step S5-9).
なお、放射率を算出する過程(ステップS5−6)と鍋温度検出電圧Vtを放射率で除算する過程(ステップS5−7)の代わりに、予め倍率a=1/放射率(a=1/ε)の値(1以上の値になる)を反射補正係数Kとして、この反射補正係数Kと反射電圧Vrの関係(図24に直線で示す関係)をテーブルとして記憶し、反射電圧Vrから前記反射補正テーブルで反射補正係数値Kを得て(ステップS−10)、VtにKを乗算したのち(ステップS−11)、VnとTnの関係であるデータテーブル(鍋温度変換TBL)を引いて鍋温度を出力してもよい。こうすれば、マイクロコンピュータの処理時間を要する除算を使用しなくてすみ処理の高速化が図れる。図30にこの場合のフローチャートを示す。 Instead of the process of calculating the emissivity (step S5-6) and the process of dividing the pan temperature detection voltage Vt by the emissivity (step S5-7), the magnification a = 1 / emissivity (a = 1/1 / The value of ε) (becomes a value of 1 or more) is used as the reflection correction coefficient K, and the relationship between the reflection correction coefficient K and the reflection voltage Vr (relation shown by a straight line in FIG. 24) is stored as a table. The reflection correction coefficient value K is obtained from the reflection correction table (step S-10), Vt is multiplied by K (step S-11), and then the data table (pot temperature conversion TBL) that is the relationship between Vn and Tn is subtracted. The pan temperature may be output. In this way, it is possible to speed up the processing without using a division requiring a processing time of the microcomputer. FIG. 30 shows a flowchart in this case.
続いて、ステップS5で検出した鍋温度Tnが所定の温度に到達したら(ステップS6)、電力制御回路62を制御して加熱コイル7に供給する電流を所定量減少させる(ステップS7)。そして、調理時間タイマーをスタートさせる(ステップS8)。一定時毎の鍋温度検出(ステップS9)を続けながら(ステップS10)、加熱コイル7に供給する電流を所定量減増減させて(ステップS11,S12)、鍋温度を一定(Tc)に保つ。そして、所定の調理時間が経過したら(ステップS13)、調理終了をブザーで使用者に報知して、加熱コイル7への電力投入を停止する(ステップS14)。こうして、調理鍋6の被調理物は設定された温度および時間で調理される。 Subsequently, when the pan temperature Tn detected in step S5 reaches a predetermined temperature (step S6), the power control circuit 62 is controlled to reduce the current supplied to the heating coil 7 by a predetermined amount (step S7). Then, the cooking time timer is started (step S8). While continuing to detect the pan temperature at regular intervals (step S9) (step S10), the current supplied to the heating coil 7 is decreased or increased by a predetermined amount (steps S11 and S12), and the pan temperature is kept constant (Tc). When a predetermined cooking time has elapsed (step S13), the user is informed of the end of cooking with a buzzer, and the power supply to the heating coil 7 is stopped (step S14). Thus, the food to be cooked in the cooking pan 6 is cooked at the set temperature and time.
以上の説明では反射率検出を誘導加熱直前に1度だけ行う例を示したがこれに限ることはない。通常の鍋では誘導加熱中(温度が高温になっても)反射率は変化しない。また、赤外線発光LEDでは長時間連続発光において寿命の問題がある。本説明ではこれらの点を考慮して1調理につき誘導加熱直前の1回の反射率検出に限定した。当然、発光電流を低減して調理中に一定周期で反射率検出を行っても良い。特に、薄手の鍋では高温による鍋底変形で反射率が変化することもある。さらに、色塗装を底面に施した鍋では、高温で塗装が変性し反射率が変化することもある。この場合には加熱中でも定期的に反射率検出を行うのが望ましい。この場合当然磁場の影響を避けるために、実施例のように非磁性金属体で赤外線投光器35,赤外線反射受光器36および反射率検出回路73を囲うのが望ましい。 In the above description, an example in which reflectance detection is performed only once just before induction heating is shown, but the present invention is not limited to this. In ordinary pans, the reflectance does not change during induction heating (even when the temperature rises). In addition, the infrared light emitting LED has a problem of life in continuous light emission for a long time. In this description, in consideration of these points, one cooking is limited to one reflectance detection immediately before induction heating. Naturally, the reflectance may be detected at regular intervals during cooking by reducing the emission current. In particular, in thin pans, the reflectivity may change due to pan deformation due to high temperatures. Furthermore, in a pan with color coating on the bottom, the coating may be denatured at high temperatures and the reflectance may change. In this case, it is desirable to periodically detect the reflectance even during heating. In this case, of course, in order to avoid the influence of the magnetic field, it is desirable to surround the infrared projector 35, the infrared reflection receiver 36 and the reflectance detection circuit 73 with a non-magnetic metal material as in the embodiment.
また、調理中に鍋を動かす(浮かす)場合もある。この時赤外線透過窓5上にある鍋底の位置が変化するため反射率(放射率)も変化する。この場合には鍋を動かした(浮かした)時点でサーモパイル温度検出回路72の検出する電圧が急激に変化する。そして、鍋を再び置いた時点でサーモパイル温度検出回路72の検出する電圧はこの時点での鍋底面温度に対応する値に復帰する。この変化を捉え再度反射率の検出するのが望ましい。 Also, the pan may be moved (floated) during cooking. At this time, since the position of the pan bottom on the infrared transmission window 5 changes, the reflectance (emissivity) also changes. In this case, the voltage detected by the thermopile temperature detection circuit 72 changes abruptly when the pan is moved (floated). When the pan is placed again, the voltage detected by the thermopile temperature detection circuit 72 returns to a value corresponding to the pan bottom temperature at this point. It is desirable to detect this change and detect the reflectance again.
また、調理中に別の鍋に交換する場合もある。この時反射率は当然変化する。この場合には今ある鍋を退かした時点でサーモパイル温度検出回路72の検出する電圧が急激に低下する。そして、別温度の鍋を置いた時点でサーモパイル温度検出回路72の検出する電圧はこの鍋底面温度に対応する値に復帰する。この変化を捉え再度反射率の検出するのが望ましい。 In some cases, the pan may be replaced with another pan during cooking. At this time, the reflectivity naturally changes. In this case, the voltage detected by the thermopile temperature detection circuit 72 rapidly decreases when the existing pan is retracted. And the voltage which the thermopile temperature detection circuit 72 detects at the time of putting the pan of another temperature returns to the value corresponding to this pan bottom temperature. It is desirable to detect this change and detect the reflectance again.
図31に実施例2の赤外線投光器35と赤外線反射受光器36を示す。実施例1と同等の構成・動作については同一符号を付し、説明を省略する。本実施例は、赤外線LED50と放物面反射鏡51で構成される赤外線投光器35を市販の反射型赤外線LED57に変えたものである。反射型赤外線LEDとしては、例えば、赤外線カメラ用長距離投光器に使われるものがある。図32にこの概略構成を示す。リードフレーム57−1に搭載した赤外線発光LEDチップ57−4を、これが焦点に位置する下面に放物面反射鏡57−5を持つエポキシ樹脂57−2内に封止し、赤外線発光LEDチップ57−4の発光を放物面反射鏡57−5で反射させ、ほぼ平行光線の赤外線を放射面57−3から投光するものである。赤外線反射受光器36は実施例1と同様に小基板53上に受光器遮光壁55を持つ赤外線フォトトランジスタ54を設け投光器遮光壁52にはめ込んでいる。 FIG. 31 shows an infrared projector 35 and an infrared reflection light receiver 36 according to the second embodiment. Components and operations equivalent to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In this embodiment, the infrared projector 35 composed of the infrared LED 50 and the parabolic reflector 51 is changed to a commercially available reflective infrared LED 57. As the reflective infrared LED, for example, there is one used for a long distance projector for an infrared camera. FIG. 32 shows this schematic configuration. The infrared light emitting LED chip 57-4 mounted on the lead frame 57-1 is sealed in an epoxy resin 57-2 having a parabolic reflecting mirror 57-5 on the lower surface where it is located at the focal point. -4 light is reflected by a parabolic reflector 57-5, and substantially parallel rays of infrared light are projected from the radiation surface 57-3. As in the first embodiment, the infrared reflection light receiving device 36 is provided with an infrared phototransistor 54 having a light receiving light shielding wall 55 on a small substrate 53 and is fitted into the light projecting light shielding wall 52.
本実施例では、市販の反射型赤外線LEDを使用できるので、実施例1の構成に比べ、低コストを実現することができる。 In the present embodiment, since a commercially available reflective infrared LED can be used, the cost can be reduced as compared with the configuration of the first embodiment.
図33に実施例3の赤外線投光器35と赤外線反射受光器36を示す。実施例1と同等の構成・動作については同一符号を付し、説明を省略する。実施例1の図7では、放物面反射鏡51上に配置される小基板53のパターン部が投光赤外線を遮光する。例えば、放物面反射鏡51が1辺10mmの正方形であり、小基板53が直径3mmの砲弾型レンズを持つ赤外線フォトトランジスタ54を搭載するため4mm×10mmの長方形基板とすると、100mm2の投光面積の内実に40%(40mm2)を遮光することになる。この遮光部を削減するため、本実施例では、小基板53を赤外線フォトトランジスタ54と赤外線LED50を固定する大きさのみに縮減(4mm×4mmの正方形として16%の遮光となる)し、小基板53から赤外線LED50用に断面0.5mm×0.5mm正方形の2本の赤外線LEDリードフレーム50−1と赤外線フォトトランジスタ54用に同様のリードフレーム2本54−1の計4本を立て、これを放物面反射鏡51の貫通穴51−1に通して電子回路基板27に接続するようにしている。 FIG. 33 shows an infrared projector 35 and an infrared reflection receiver 36 according to the third embodiment. Components and operations equivalent to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 7 of the first embodiment, the pattern portion of the small substrate 53 disposed on the parabolic reflecting mirror 51 blocks the projected infrared light. For example, if the parabolic reflecting mirror 51 is a square having a side of 10 mm and the small substrate 53 is mounted with an infrared phototransistor 54 having a bullet-type lens having a diameter of 3 mm, a rectangular substrate of 4 mm × 10 mm is assumed to be 100 mm 2 . In fact, 40% (40 mm 2 ) of the light area is shielded from light. In order to reduce the light shielding portion, in this embodiment, the small substrate 53 is reduced to a size that fixes the infrared phototransistor 54 and the infrared LED 50 (16 mm light shielding as a square of 4 mm × 4 mm). From 53, four infrared LED lead frames 50-1 having a cross section of 0.5 mm × 0.5 mm square for the infrared LED 50 and two similar lead frames 54-1 for the infrared phototransistor 54 are set up in total. Is connected to the electronic circuit board 27 through the through hole 51-1 of the parabolic reflecting mirror 51.
本実施例では、遮光を少なくできるので、実施例1の構成に比べ、より多くの受光量を得ることができ、より正確に鍋温度を検出することができる。 In this embodiment, since light shielding can be reduced, a larger amount of received light can be obtained than in the configuration of Embodiment 1, and the pan temperature can be detected more accurately.
図34に実施例4の赤外線投光器35と赤外線反射受光器36を示す。実施例1と同等の構成・動作については同一符号を付し、説明を省略する。実施例1では赤外線LED50と赤外線フォトトランジスタ54を小基板53に実装しているが、本実施例ではこれらを電子回路基板27の両面に実装している。また、放物面反射鏡51も放物面反射鏡の片側半分を電子回路基板27にその焦点が赤外線LED50となるように固定している。この赤外線LED50はいわゆるサイドビュータイプと呼ばれるもので図に示すように横に赤外線を放射するタイプである。 FIG. 34 shows an infrared projector 35 and an infrared reflection light receiver 36 according to the fourth embodiment. Components and operations equivalent to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the first embodiment, the infrared LED 50 and the infrared phototransistor 54 are mounted on the small board 53, but in the present embodiment, these are mounted on both surfaces of the electronic circuit board 27. The parabolic reflector 51 also has one half of the parabolic reflector 51 fixed to the electronic circuit board 27 so that the focal point thereof is the infrared LED 50. This infrared LED 50 is a so-called side view type, and emits infrared rays laterally as shown in the figure.
本実施例の構成では、小基板53をなくすことができ赤外線投光器35と赤外線反射受光器36をより安価に提供できる。 In the configuration of this embodiment, the small substrate 53 can be eliminated, and the infrared projector 35 and the infrared reflection receiver 36 can be provided at lower costs.
なお、実施例1においてもこのように赤外線LED50と赤外線フォトトランジスタ54を電子回路基板27に実装し、放物面反射鏡51を電子回路基板27の下にはめ込んでもよいのは明らかである。 In the first embodiment as well, it is obvious that the infrared LED 50 and the infrared phototransistor 54 may be mounted on the electronic circuit board 27 and the parabolic reflecting mirror 51 may be fitted under the electronic circuit board 27 in this way.
図35に実施例5の赤外線投光器35と赤外線反射受光器36を示す。実施例1と同等の構成・動作については同一符号を付し、説明を省略する。赤外線平行光を投光器遮光壁52にはめ込んだ投光器凸レンズ56とその焦点に配置した赤外線LED50で作成する。周知のように凸レンズの焦点に点光源を配置すればレンズを透過した光は平行光となる。これを応用して赤外線平行光を作成する。 FIG. 35 shows the infrared projector 35 and the infrared reflection receiver 36 of the fifth embodiment. Components and operations equivalent to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. It is created by a projector convex lens 56 in which infrared parallel light is fitted into the projector light shielding wall 52 and an infrared LED 50 arranged at the focal point thereof. As is well known, if a point light source is arranged at the focal point of a convex lens, the light transmitted through the lens becomes parallel light. Apply this to create infrared parallel light.
本実施例では、赤外線LED50と赤外線フォトトランジスタ54を同一の基板の両面に実装する必要はなく、別個の基板に実装するので、作業効率を高めることができる。 In this embodiment, it is not necessary to mount the infrared LED 50 and the infrared phototransistor 54 on both surfaces of the same substrate, and the mounting is performed on separate substrates, so that the working efficiency can be improved.
図36に実施例6の制御ブロックズを示す。実施例6は、赤外線反射受光器36の赤外線フォトトランジスタ54を照度検出にも流用し、トッププレート2上に鍋が置かれているか否かの検出を行う機能を持たせた誘導加熱調理器である。また、図37に実施例6の反射率検出回路73と照度検出回路74の詳細を示す。これらの機能はトッププレート2上の赤外線透過窓5を通過してくる照明あるいは太陽光などの可視光を検出することで(1)調理鍋6が正しく円4上に置かれ、(2)誘導加熱でき、かつ(3)鍋温度検出装置18のサーモパイル25で鍋底温度を検出ができ、安全正確に調理温度制御できることを確認し、使用者の利便性,安全性を確保するものである。 FIG. 36 shows control blocks of the sixth embodiment. Example 6 is an induction heating cooker that uses the infrared phototransistor 54 of the infrared reflection light receiver 36 for illuminance detection and has a function of detecting whether or not a pan is placed on the top plate 2. is there. FIG. 37 shows details of the reflectance detection circuit 73 and the illuminance detection circuit 74 of the sixth embodiment. These functions are as follows: (1) the cooking pan 6 is correctly placed on the circle 4 by detecting visible light such as illumination or sunlight passing through the infrared transmission window 5 on the top plate 2; It is possible to heat and (3) to confirm that the pan bottom temperature can be detected by the thermopile 25 of the pan temperature detecting device 18 and that the cooking temperature can be controlled safely and accurately, thereby ensuring the convenience and safety of the user.
図8の光学特性から可視光(波長500〜700nmの光)はトッププレート2および結晶化ガラス光学フィルタ31を透過して赤外線フォトトランジスタ54に受光される。図9の赤外線フォトトランジスタ54の感度特性から、この可視光に対して赤外線フォトトランジスタ54は感度をもつため光電流が流れ、反射率検出回路73内の抵抗73−3に直流電圧が発生する。この電圧を取り出して増幅し出力するのが照度検出回路74である。この電圧はOPアンプ74−1に入力され、高利得(抵抗74−2と74−3の比)で増幅され、端子74−6に出力される。そしてマイクロコンピュータ60のAD端子で読み込まれる。出力電圧が2個のダイオード74−5の順方向電圧を越えると前記利得は抵抗74−2と抵抗74−3,74−4の並列抵抗値の比に低減される。これは、高照度の場合に出力が5Vに飽和するのを防止するためである。図38にこの照度検出回路74の出力特性を示す。横軸照度は赤外線透過窓5横での照度である。同図に赤外線透過窓5を鍋で塞いだ場合の出力も示している。この鍋が赤外線透過窓5を塞いでいるかいないかの差を用いて、(1)調理鍋6が正しく円4上に置かれ(赤外線透過窓5の上に鍋が在るか否か)、(2)誘導加熱でき、かつ(3)鍋温度検出装置18のサーモパイル25で鍋底温度の検出が可能かどうかの判断が行える。但し、反射率検出のタイミングでは、つまり赤外線LED50を発光させているタイミングでは、このLEDの発光強度が照明,太陽光より強いため照度検出は妨害を受ける。このため、反射率検出と照度検出は排他的利用となる。 From the optical characteristics of FIG. 8, visible light (light having a wavelength of 500 to 700 nm) passes through the top plate 2 and the crystallized glass optical filter 31 and is received by the infrared phototransistor 54. From the sensitivity characteristics of the infrared phototransistor 54 in FIG. 9, since the infrared phototransistor 54 has sensitivity to this visible light, a photocurrent flows, and a DC voltage is generated in the resistor 73-3 in the reflectance detection circuit 73. The illuminance detection circuit 74 extracts, amplifies, and outputs this voltage. This voltage is input to the OP amplifier 74-1, amplified with high gain (ratio of resistors 74-2 and 74-3), and output to the terminal 74-6. Then, it is read by the AD terminal of the microcomputer 60. When the output voltage exceeds the forward voltage of the two diodes 74-5, the gain is reduced to the ratio of the parallel resistance values of the resistor 74-2 and the resistors 74-3 and 74-4. This is to prevent the output from saturating to 5 V in the case of high illuminance. FIG. 38 shows the output characteristics of the illuminance detection circuit 74. The horizontal illuminance is the illuminance at the side of the infrared transmission window 5. The figure also shows the output when the infrared transmission window 5 is closed with a pan. Using the difference of whether or not this pan is blocking the infrared transmission window 5, (1) the cooking pan 6 is correctly placed on the circle 4 (whether there is a pan on the infrared transmission window 5), (2) Induction heating can be performed, and (3) Whether the pan bottom temperature can be detected by the thermopile 25 of the pan temperature detecting device 18 can be determined. However, at the timing of reflectance detection, that is, at the timing when the infrared LED 50 is caused to emit light, the illuminance detection is disturbed because the emission intensity of this LED is stronger than that of illumination and sunlight. For this reason, reflectance detection and illuminance detection are used exclusively.
図39に、照度検出回路74を用いて赤外線透過窓5の上に鍋が在るか否かの判断を行い、調理鍋を誘導加熱する場合の制御フローを示す。これは、実施例1の図27のフローに鍋有無判断を入れたものである。 FIG. 39 shows a control flow in the case where it is determined whether or not there is a pan on the infrared transmission window 5 using the illuminance detection circuit 74 and the cooking pan is induction-heated. This is obtained by putting the pan presence / absence judgment into the flow of FIG.
調理開始に照度検出回路74の出力を読み込み(ステップSS−1)、この値が予め決めたしきい値より大かどうで鍋有無を判断し(ステップSS−2)、鍋がなければブザーあるいは音声で「鍋が正しく置かれていないため、加熱を停止します。」などの警告を行い(ステップSS−3)、スタートキー押し(ステップS−2)検出に戻る。鍋が正しく置かれていれば、つぎのステップである反射率検出に移行する。以降の動作処理は第1実施例と同様なため説明を省略する。なお、照度検出は反射率検出時以外で可能なため、調理中常に赤外線透過窓5上での鍋有無検出を行っても良いのは明らかである。 At the start of cooking, the output of the illuminance detection circuit 74 is read (step SS-1), and the presence or absence of a pan is judged whether this value is larger than a predetermined threshold (step SS-2). A warning such as “The heating is stopped because the pan is not properly placed” is given by voice (step SS-3), and the process returns to the detection of pressing the start key (step S-2). If the pan is correctly placed, the process proceeds to reflectance detection which is the next step. Subsequent operation processing is the same as that of the first embodiment, and thus description thereof is omitted. In addition, since illuminance detection is possible except at the time of reflectance detection, it is clear that the presence / absence detection of the pan on the infrared transmission window 5 may be always performed during cooking.
以上説明した誘導加熱調理器によれば、調理温度150から300℃の広い温度範囲において、鍋の材質,鍋底の形状,汚れの強弱によらず調理鍋6の加熱最高温度を正確に安定して検出でき、適切に加熱コイルへの高周波電力を制御することで最適な調理が可能となる。 According to the induction heating cooker described above, the maximum heating temperature of the cooking pan 6 can be accurately and stably controlled regardless of the material of the pan, the shape of the pan bottom, and the level of dirt in a wide temperature range from 150 to 300 ° C. It can be detected, and optimal cooking is possible by appropriately controlling the high frequency power to the heating coil.
1 誘導加熱調理器の本体
2 トッププレート
5 赤外線透過窓
6 調理鍋
7 加熱コイル
8 インバータ回路
10 コイルベース
15 コイル冷却風路
18 鍋温度検出装置
19 センサ視野筒
20 サーミスタ
25 サーモパイル
25−14 ガラス凸レンズ
26 ヒートシンク
27 電子回路基板
29 赤外線センサケース
30 ケース窓
31 結晶化ガラス光学フィルタ
32 金属ケース
33 外側赤外線センサケース
35 赤外線投光器
36 赤外線反射受光器
50 赤外線LED
50−1 赤外線LEDリードフレーム
51 放物面反射鏡
51−1 放物面反射鏡貫通穴
52 投光器遮光壁
53 小基板
54 赤外線フォトトランジスタ
54−1 赤外線フォトトランジスタリードフレーム
55 受光器遮光壁
56 投光器凸レンズ
57 反射型赤外線LED
60 マイクロコンピュータ
61 周波数制御回路
62 電力制御回路
70 ブザー
72 サーモパイル温度検出回路
73 反射率検出回路
74 照度検出回路
75 サーミスタ温度検出回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main body of induction heating cooker 2 Top plate 5 Infrared transmission window 6 Cooking pan 7 Heating coil 8 Inverter circuit 10 Coil base 15 Coil cooling air path 18 Pan temperature detection apparatus 19 Sensor visual field cylinder 20 Thermistor 25 Thermopile 25-14 Glass convex lens 26 Heat sink 27 Electronic circuit board 29 Infrared sensor case 30 Case window 31 Crystallized glass optical filter 32 Metal case 33 Outer infrared sensor case 35 Infrared projector 36 Infrared reflective receiver 50 Infrared LED
50-1 Infrared LED lead frame 51 Parabolic reflector 51-1 Parabolic reflector through hole 52 Projector light-shielding wall 53 Small substrate 54 Infrared phototransistor 54-1 Infrared phototransistor lead frame 55 Receiver light-shielding wall 56 Projector convex lens 57 reflective infrared LED
60 microcomputer 61 frequency control circuit 62 power control circuit 70 buzzer 72 thermopile temperature detection circuit 73 reflectance detection circuit 74 illuminance detection circuit 75 thermistor temperature detection circuit
Claims (7)
該トッププレートの下に設けられ、前記調理容器を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイルと、
該加熱コイルの下に設けられ、前記トッププレートに概垂直な赤外線平行光線束を投光する赤外線投光手段と、
該加熱コイルの下に設けられ、前記赤外線投光手段が投光し、前記調理容器で反射される赤外線光線を受光する受光手段を備え、
該受光手段を、前記赤外線投光手段から前記調理容器に至る前記赤外線平行光線束内に備えることを特徴とする誘導加熱調理器。 A top plate made of crystallized glass with a cooking vessel on top;
A heating coil provided under the top plate for generating an induction magnetic field to heat the cooking vessel;
An infrared light projecting means provided under the heating coil and projecting an infrared parallel light beam substantially perpendicular to the top plate;
A light receiving means provided under the heating coil, the infrared light projecting means projecting light, and receiving infrared rays reflected by the cooking container ;
An induction heating cooker comprising the light receiving means in the infrared parallel beam bundle extending from the infrared light projecting means to the cooking container .
前記赤外線投光手段が放物面鏡とその焦点に配置される赤外線発光手段から構成される誘導加熱調理器。 The induction heating cooker according to claim 1,
Induction heating cooker is composed of an infrared light emitting means disposed said infrared light emitting means is parabolic mirror and its focal point.
該トッププレートの下に設けられ、前記調理容器を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイルと、
前記加熱コイルの支持部に設けられ、前記加熱コイルから放射される赤外線を遮断し、前記調理容器から放射される赤外線を前記赤外線検出手段に導く導光筒と、
該加熱コイルの下に設けられ、前記調理容器から放射される赤外線を検出する赤外線検出手段と、
該赤外線検出手段の横に設けられ、前記導光筒を通して前記トッププレートに概垂直な赤外線平行光線束を投光する赤外線投光手段と、
該赤外線投光手段が投光し、前記調理容器で反射される赤外線光線を受光する受光手段を備え、
該受光手段を、前記赤外線投光手段から前記調理容器に至る前記赤外線平行光線束内に備えることを特徴とする誘導加熱調理器。 A top plate made of crystallized glass with a cooking vessel on top;
A heating coil provided under the top plate for generating an induction magnetic field to heat the cooking vessel;
A light guide tube that is provided at a support portion of the heating coil, blocks infrared rays emitted from the heating coil, and guides infrared rays emitted from the cooking container to the infrared detection means;
An infrared detecting means provided under the heating coil for detecting infrared rays emitted from the cooking container;
Infrared light projecting means that is provided next to the infrared detection means and projects an infrared parallel light bundle that is substantially perpendicular to the top plate through the light guide tube,
The infrared light projecting means is provided with light receiving means for receiving infrared light reflected by the cooking container ,
An induction heating cooker comprising the light receiving means in the infrared parallel beam bundle extending from the infrared light projecting means to the cooking container .
前記加熱コイルへ高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
該高周波電力供給手段の出力電力を制御する電力制御手段と、
前記赤外線検出手段の出力を前記受光手段の出力により補正する赤外線出力補正手段と、
該赤外線出力補正手段の出力により前記調理容器の底面の温度を検出する調理容器温度検出手段を備え、
該調理容器温度検出手段の出力に基づいて前記加熱コイルへの供給電力を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。 The induction heating cooker according to claim 6,
High-frequency power supply means for supplying high-frequency power to the heating coil;
Power control means for controlling the output power of the high-frequency power supply means;
Infrared output correcting means for correcting the output of the infrared detecting means by the output of the light receiving means;
Cooking container temperature detection means for detecting the temperature of the bottom surface of the cooking container by the output of the infrared output correction means,
An induction heating cooker characterized in that the power supplied to the heating coil is controlled based on the output of the cooking vessel temperature detection means.
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