JP5653375B2 - 加熱調理器およびその駆動方法 - Google Patents

Description

本願発明は、ＩＨ（Induction Heating）方式の誘導加熱コイルやラジエントヒータなどを熱源に利用する加熱調理器に関し、特に、異なる構成または材料により鍋を利用した場合や、さまざまな物性および容量を有する被加熱物を熱した場合であっても、鍋の沸騰状況を正確に検出することができる加熱調理器およびその駆動方法に関するものである。

従来より、鍋等の被加熱体の温度を正確に検出し、適正な電力を誘導加熱コイルやラジエントヒータに供給する加熱調理器が数多く提案されており、たとえば温度センサを用いて鍋の温度を直接的に測定するもの、あるいは鍋内に収容された被加熱物（たとえば水）が沸騰する際に生じる振動を検出する振動センサを用いて、被加熱物の沸騰状態を検出しようとするものも提案されている。

一般に、温度センサを用いて鍋底の温度を測定する加熱調理器においては、温度センサがトッププレートの下方に配置されるために、温度センサで測定される温度が実際の鍋底温度に追随せず、鍋底のリアルタイムの温度が検出しにくい。これに対し、振動センサを用いて鍋の温度を検知する加熱調理器は、水等の沸騰に伴う振動を直ちに検出することができるので、時間応答性よく被加熱体の温度を検知できる点において、前者より優れている。

たとえば特許文献１に記載の加熱調理器は、鍋等の被加熱体を載置するためのトッププレートの下方に（裏面に当接するように）振動センサが取り付けられ、被加熱物（たとえば水）の沸騰に伴う振動を検出して、鍋底温度を検知しようとするものである。また特許文献１に記載の加熱調理器は、沸騰に起因する振動の周波数帯域が異なることを利用して、すなわち部分沸騰状態から、沸点近くで生じる核沸騰状態までに移行するタイミングを、高い周波数帯域および低い周波数帯域の振動の大きさ（振動信号の強度または振幅）を検出することにより、被加熱物が沸点近くまで加熱されたことを検知するものである。

特開２００３−０７７６４３号公報

しかしながら、振動センサから出力される振動信号の強度は、鍋に収容される被加熱物の特性（沸点）および容量、あるいは鍋の形状（厚みや深さ）および材質にも依存する。したがって、振動センサからの振動信号により被加熱物の沸騰を判定する場合、被加熱物の特性や使用する鍋などを特定する必要があった。

すなわち特許文献１に記載の加熱調理器は、被加熱物の容量および種類ならびに鍋の形状および材質（被加熱パラメータ）を限定した場合にのみ、振動センサから出力される振動信号の強度を検出することにより被加熱体の温度を正確に検知することができるものであり、上記被加熱パラメータが変化するとき、必ずしも正確に被加熱物の沸騰状態を検知することはできなかった。

そこで本願発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、使用する鍋等の形状および材質（被加熱パラメータ）あるいは被加熱物の特性によらず、被加熱物の沸騰状態を正確に検知することができる加熱調理器を提供することを目的とする。

本願発明に係る加熱調理器は、被加熱体が載置されるトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置された加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する駆動回路と、前記トッププレートを介して前記被加熱体の振動を検出し、振動信号を出力する振動検出部と、前記振動検出部で検出された振動信号から、互いに異なる周波数帯域を有する複数の信号成分を抽出する周波数分解部と、前記周波数分解部に接続されたスペクトル安定度演算部であって、所定時刻（ｔ）における各信号成分の第１の強度と、第１の強度の平均値と、所定時刻（ｔ）から微小時間（Δｔ）前の各信号成分の第２の強度と、第２の強度の平均値と、次式で表される時間的相関係数（Ｃ）とを算出する前記スペクトル安定度演算部と、時間的相関係数（Ｃ）と所定の閾値（Ｃ_ｔｈ）とを比較することにより、前記被加熱体に収容された被加熱物の沸騰状態を判定する被加熱物状態判定部と、被加熱物の沸騰状態に応じて、前記加熱コイルに供給される高周波電流を抑制または停止するように、前記駆動回路を制御する制御回路と、前記制御回路に接続された振動発生部とを備え、前記振動発生部は、互いに異なる周波数帯域を有する励起振動を被加熱体に供給し、前記制御回路は、前記振動発生部が供給する励起振動により前記被加熱体が共振したときの共振周波数を特定するとともに、前記周波数分解部が振動信号から抽出する各信号成分の周波数帯域を、共振周波数を含むように設定することを特徴とするものである。

本願発明に係る加熱調理器によれば、被加熱体の形状および構造等によらず、被加熱物の沸騰状態を容易に、かつ正確に判定することができる。

本願発明の実施の形態１に係る加熱調理器の概略的な電気的構成を示す回路ブロック図である。 実施の形態１に係る周波数分解部の詳細な回路ブロック図である。 振動センサで検出された振動信号の周波数分布を示すグラフである。 （ａ）は加熱調理時の被加熱物の温度、（ｂ）は振動信号、（ｃ）〜（ｅ）は振動信号の各周波数帯域における信号成分、および（ｆ）は信号成分の時間的な相関係数についての時間的推移を示すグラフである。 （ａ）は被加熱物内に気泡が発生、成長し、離脱する様子を示し、（ｂ）は、気泡発生前、気泡成長、および気泡離脱の各段階における振動信号の時間的推移を示し、（ｃ）は複数の気泡発生時に振動センサが検出する振動信号の周波数分布特性を示す。 被加熱物状態判定部の例示的な判定動作を示すフローチャートである。 被加熱物状態判定部の別の例示的な判定動作を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る加熱調理器の概略的な電気的構成を示す、図１と同様の回路ブロック図である。 実施の形態３に係る加熱調理器の概略的な電気的構成を示す、図１と同様の回路ブロック図である。

以下、添付図面を参照して本願発明に係る加熱調理器の実施の形態を説明する。各実施の形態の説明および以下の添付図面において、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば、「上方」および「下方」など）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本発明を限定するものでない。また以下の添付図面において、同様の構成部品については同様の符号を用いて参照する。

実施の形態１．
図１〜図７を参照しながら、本願発明に係る加熱調理器の実施の形態１について以下詳細に説明する。図１は、実施の形態１による加熱調理器１の概略的な電気的構成を示す回路ブロック図である。図１に示す加熱調理器１は、概略、食材などの被加熱物Ｆを収容する鍋などの被加熱体Ｋが載置されるトッププレート（天板）６と、トッププレート６の下方に配置されるＩＨ（Induction Heating ）方式の誘導加熱コイル（以下、単に「加熱コイル」という。）１０と、同様にトッププレート６の振動を検出できるように配置された振動センサ（振動検出部）１２とを有する。振動センサ１２は、トッププレート６を介して被加熱体Ｋから生じる振動を検出して、振動信号を出力するものであれば任意のものを用いて構成することができ、たとえば圧電セラミックセンサや振動ピックアップコイル、非接触式の光学式変位センサなどであってもよい。また振動センサ１２は、トッププレート６の振動の変位、速度、または加速度を線形に変換した振動信号を出力するものであってもよく、たとえば加速度センサであってもよい。

また加熱調理器１は、二相または三相の商用電源２０からの交流電流を直流電流に整流する電源整流回路２２と、加熱コイル１０に所定の駆動周波数を有する高周波電流を供給する駆動回路２４と、加熱コイル１０およびこれに直列に接続された共振コンデンサ１４からなるＬＣＲ誘導加熱部１６と、ＬＣＲ誘導加熱部１６の両端に印加される駆動電圧を検出する駆動電圧検出部２６と、ＬＣＲ誘導加熱部１６に流れる駆動電流を検出する駆動電流検出部２８とを有する。さらに加熱調理器１は、駆動電圧検出部２６および駆動電流検出部２８に電気的に接続され、検出された駆動電圧および駆動電流に基づいて、適正な高周波電流が加熱コイル１０に供給されるように駆動回路２４を制御する制御回路３０を有する。

電源整流回路２２は、より具体的には、全波整流または半波整流するものであってもよく、直流成分を得るためのインダクタンスやコンデンサを含むフィルタ回路（ともに図示せず）を有するものであってもよい。また駆動回路２４は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子（図示せず）を含むインバータ回路であり、インバータ駆動する回路であれば任意のものを用いることができ、たとえばハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路を用いて構成することができる。

ＬＣＲ誘導加熱部１６は、上述のように、加熱コイル１０およびこれに直列に接続された共振コンデンサ１４からなり、加熱コイル１０は、図１において、インダクタンスＬと負荷抵抗Ｒの等価回路として図示されている。駆動回路２４から加熱コイル１０に高周波電流が供給されると、その周囲に交流磁場を形成し（交流磁場が導電体からなる被加熱体Ｋに鎖交し）、被加熱体Ｋに渦電流を形成して、被加熱体Ｋ自体を加熱する。

さらに図１に示す加熱調理器１は、振動センサ１２に電気的に接続された周波数分解部４０と、周波数分解部４０に接続されたスペクトル安定度演算部５０と、スペクトル安定度演算部５０および制御回路３０に接続された被加熱物状態判定部６０と、制御回路３０に接続された設定入力部７０とを有する。

図２は実施の形態１に係る周波数分解部４０の詳細な回路ブロック図である。周波数分解部４０は、複数の一般的なバンドパスフィルタ４１（４１_１，４１_２，．．．，４１_Ｎ）と、複数のアナログデジタル変換器４２（４２_１，４２_２，．．．，４２_Ｎ）以下、単に「ＡＤ変換器」という。）を有する。バンドパスフィルタ４１は、振動センサ１２から出力された振動信号から、互いに異なる複数の周波数帯域の信号成分（Ｐ_１，Ｐ_２，．．，Ｐ_Ｎ）を選択的に抽出するものである。また、ＡＤ変換器４２は、アナログの各信号成分（Ｐ_ｉ，１≦ｉ≦Ｎ，Ｎは２以上の自然数）を、デジタル信号に変換するものである。

このとき、商用電源２０や内蔵された送風ファン（図示せず）は、これらの電源周波数（ｆ_０、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）およびその倍音（２以上の自然数倍の）周波数に起因する外乱ノイズを発生し得る。すなわち、図３に示すように、たとえば周波数（ｆ_０×（９５％〜１０５％），２ｆ_０×（９５％〜１０５％），．．，Ｎｆ_０×（９５％〜１０５％）を有する振動信号は、電源周波数等による外乱ノイズを含む可能性がある。そこで、各バンドパスフィルタ４１の通過周波数帯域は、電源周波数等による外乱ノイズを排除するために、たとえば周波数（０〜ｆ_０×９５％，ｆ_０×１０５％〜２ｆ_０×９５％，．．，（Ｎ−１）ｆ_０×１０５％〜Ｎｆ_０×９５％）となるように選択することが好ましい。

図４は、加熱調理時における鍋Ｋに収容された水等の被加熱物Ｆの温度（図４（ａ））、振動センサ１２が周波数分解部４０に出力するアナログの振動信号Ｐ_０（図４（ｂ））、各バンドパスフィルタ４１から選択抽出されたアナログの各信号成分Ｐ_ｉ（図４（ｃ）〜図４（ｅ））、および後述する相関係数Ｃ(ｔ)（図４（ｆ））のそれぞれの時間推移を示すものである。各バンドパスフィルタ４１に接続されたＡＤ変換器４２から出力されたデジタル信号は、図示していないが、サンプリング周波数で収集された微小期間における各信号成分Ｐ_ｉの信号強度Ｐ_０に相当する数値信号であり、振動センサ１２からの振動信号Ｐ_０の特性を示すという観点において、本質的にはアナログの各信号成分Ｐ_ｉと同等のものである。よって本願発明に係る周波数分解部４０は、詳細説明しないが、デジタルの各信号成分Ｐ_ｉの代わりにアナログの各信号成分Ｐ_ｉを利用するものであってもよい。

ところで本願発明者は、水等の被加熱物Ｆを収容した鍋等の被加熱体Ｋを加熱したときに被加熱体Ｋから生じる振動信号Ｐ_０について実験考察を行ったところ、以下のような知見を得た。

図５（ａ）は、水等の被加熱物Ｆを収容した鍋等の被加熱体Ｋの概略図であって、単発（単一）の気泡が発生、成長し、離脱するように火力（消費電力）を調整したときの様子を示すものである。すなわち図５（ａ）に示すように、
（１）「気泡発生前」においては被加熱体Ｋの鍋底等の加熱面で被加熱物Ｆに単一の気泡が発生する前の状態にあり、
（２）「気泡成長」においては単一の気泡が発生し始め、成長し、浮力により鍋底から離脱する直前までの状態にあり、さらに
（３）「気泡離脱」においては気泡が鍋底から離脱した後の状態を示すものである。

また図５（ｂ）は、（１）気泡発生前、（２）気泡成長、および（３）気泡離脱の各段階において、振動センサ１２から出力された振動信号Ｐ_０の時間的推移を示すグラフである。図５（ｂ）から明らかなように、（１）「気泡発生前」における振動信号Ｐ_０の時間的変動は比較的に小さいが、（２）「気泡成長」において気泡が発生、成長し、鍋底から離脱するまでの振動信号Ｐ_０の時間的変動は極めて大きく、とりわけ「気泡成長」の初期段階、すなわち気泡が発生する際の振動信号Ｐ_０の時間的変動は著しい。しかし、（３）「気泡離脱」の段階においては「気泡発生前」と同様、振動信号Ｐ_０の時間的変動は比較的に小さい。

また本願発明者は、さまざまな形状および構造を有する鍋等の被加熱体Ｋ、これに収容される被加熱物Ｆの内容物や容量、あるいは異なる構成部品（トッププレート６等）を含む加熱調理器１の構造について、上記と同様に、気泡が発生、成長し、離脱するときの振動信号Ｐ_０の時間的推移を測定した。さらに本願発明者は、振動センサ１２から得られた振動信号Ｐ_０について周波数解析を行い、少なくとも１つのバンドパスフィルタ４１の通過周波数帯域における信号成分Ｐ_ｉを検出したところ、さらに以下の知見を得た。
すなわち本願発明者は、図５（ｃ）に示すように、
（ａ）振動センサ１２の振動信号は、所定の通過周波数帯域において、１つまたは通常複数の（図５（ｃ）では２つの）ピーク信号強度を与えること、
（ｂ）このピーク信号成分強度を与える周波数は、被加熱体Ｋの形状および構造、トッププレート６等を含む加熱調理器１の構造、および被加熱物Ｆの内容物や容量に依存する一定の値を有すること（以下、ピーク信号成分強度を与える周波数を「共振周波数Ｆ」という。）、
（ｃ）複数の気泡が同時に発生する場合（実線で示す）の信号成分Ｐ_ｉと、異なるタイミング（位相）で発生する場合であって、これらが発生する時間間隔が極めて短い（共振周波数Ｆの逆数に相当する時間より短い）場合（破線で示す）の信号成分Ｐ_ｉ’とを比較すると、これらの共振周波数Ｆには変化はないが、異なる位相を有する振動が互いに干渉し合うため、共振周波数Ｆにおけるピーク信号成分強度が相対的に小さくなる（周波数分布波形がより平準化される）こと、および
（ｄ）異なるタイミング（位相）であっても、発生する気泡の数が増大するほど、ピーク信号強度Ｐ_ｉは増大することを確認した。

すなわち被加熱体Ｋの鍋底に気泡が発生し始める前において（図５（ａ））、振動信号Ｐ_０の時間的変動が比較的に小さいとき、すなわち共振周波数Ｆを含む信号成分（Ｐ_１，Ｐ_２，．．，Ｐ_Ｎ）を含む振動信号Ｐ_０の強度に時間的な変動が小さい場合には、所定時刻（ｔ−Δｔ）における振動信号の信号成分Ｐ_ｉ(ｔ−Δｔ)の強度（第２の強度）は、微小時間（Δｔ）が経過した後の所定時刻（ｔ）における振動信号の信号成分Ｐ_ｉ(ｔ)の強度（第１の強度）と極めて強い相関関係を有する。
換言すると、振動信号Ｐ_０の時間的変動が比較的に小さいとき、所定時刻（ｔ）における振動信号の信号成分Ｐ_ｉ(ｔ)の強度（第１の強度）と、所定時刻（ｔ−Δｔ）における振動信号の信号成分Ｐ_ｉ(ｔ−Δｔ)の強度（第２の強度）との間の相関係数Ｃは大きくなる（ほぼ１となる）。

一方、図５（ａ）の気泡発生前の段階から、図５（ｂ）の気泡成長の段階に移行するとき、すなわち被加熱物Ｆを収容した鍋等の被加熱体Ｋを加熱して、被加熱体Ｋの鍋底に気泡が発生し始めると、図５（ｂ）に示すように、共振周波数Ｆにおける振動信号Ｐ_０は急激に増大する。このように、共振周波数Ｆを含む信号成分（Ｐ_１，Ｐ_２，．．，Ｐ_Ｎ）を含む振動信号Ｐ_０の強度に時間的な変動が大きいとき、所定時刻（ｔ−Δｔ）における振動信号の信号成分Ｐ_ｉ(ｔ−Δｔ)の強度（第２の強度）と、微小時間（Δｔ）が経過した後の所定時刻（ｔ）における振動信号Ｐ_０の信号成分Ｐ_ｉ(ｔ)の強度（第１の強度）との間には相関関係がなく、これらの間の相関係数Ｃは小さくなる。

そこで本願発明に係るスペクトル安定度演算部５０は、振動信号Ｐ_０を構成する信号成分（Ｐ_１，Ｐ_２，．．，Ｐ_Ｎ）に関し、次式で求められる時間的な相関係数Ｃ(ｔ)を算出する。

ここで、所定時刻（ｔ）および所定時刻（ｔ−Δｔ）における振動信号Ｐ_０の第１および第２の強度は次式で求められる。上式の通り、相関係数Ｃは正規化された値であり、Δｔは任意の微小時間であるが、サンプリング周波数の微小期間またはその整数倍（たとえば１００ｍｓ）であってもよい。

したがって、水等の被加熱物Ｆが沸点に達する前（未沸騰状態）から、被加熱体Ｋの鍋底に気泡が発生し始めると、振動信号Ｐ_０の信号成分Ｐ_ｉ(ｔ)の強度の時間的な相関係数Ｃ(ｔ)は、図４（ｆ）に示すように、極めて強い相関を示す値（ほぼ１）から徐々に減少し、さらに温度が上昇して被加熱物Ｆの全体が沸点に達すると、さらに数多くの気泡が被加熱体Ｋの鍋底に発生し、振動信号Ｐ_０の時間的変動は比較的に小さく、相関係数Ｃ(ｔ)はより低い値（たとえば約０．５）で維持される。

本願明細書において、相関係数Ｃ(ｔ)が極めて強い相関を示す値（ほぼ１）から減少し始めた時点から、より低い値（たとえば約０．５）に安定するまでの被加熱物Ｆの状態を「未飽和沸騰状態」といい、より低い値（たとえば約０．５）で安定した後の被加熱物Ｆの状態を「飽和沸騰状態」という。
したがって、本願発明に係る周波数分解部４０は、外乱ノイズを排除する通過周波数帯域における振動信号から抽出した複数の信号成分Ｐ_ｉ(ｔ)において、時間的な強度変動をモニタすることにより、被加熱体Ｋの形状および構造等に起因する共振周波数Ｆを確実に検出することができるので、被加熱物状態判定部６０は、被加熱体Ｋの形状および構造等によらず、被加熱物Ｆの沸騰状態（すなわち「未飽和沸騰状態」および「飽和沸騰状態」）を容易に、かつ正確に判定することができる。なお、ピーク信号成分強度を与える共振周波数Ｆは、上述のように、通常複数認められるが、周波数分解部４０の各バンドパスフィルタ４１の通過周波数帯域の少なくとも１つは、共振周波数Ｆを含むことが好ましい。

本願発明に係る被加熱物状態判定部６０は、この相関係数Ｃ(ｔ)に基づいて被加熱体Ｋに収容された被加熱物Ｆの沸騰状態を判定するものである。図６は、被加熱物状態判定部６０の例示的な判定動作を示すフローチャートである。被加熱物状態判定部６０は、スペクトル安定度演算部５０により算出された相関係数Ｃ(ｔ)が所定の閾値Ｃ_ｔｈ１（たとえば０．８）以上であると判定したとき（Ｃ(ｔ)≧Ｃ_ｔｈ１、ＹＥＳの場合）、制御回路３０は、加熱コイル１０に対する高周波電流の供給を継続するように駆動回路２４を制御する。一方、相関係数Ｃ(ｔ)が所定の閾値Ｃ_ｔｈ１より小さい（未飽和沸騰状態に達した）と判定された（Ｃ(ｔ)＜Ｃ_ｔｈ１、ＮＯの場合）とき、制御回路３０は、加熱コイル１０に供給される高周波電流を停止または抑制するように駆動回路２４を制御する。これにより、本願発明に係る加熱調理器１は、被加熱物Ｆが鍋Ｋから吹きこぼれることを防止することができる。

また被加熱物状態判定部６０は、詳細図示しないが、スペクトル安定度演算部５０により算出された相関係数Ｃ(ｔ)が飽和沸騰状態を示す所定の閾値Ｃ_ｔｈ２（閾値Ｃ_ｔｈ１より小さい値、たとえば０．５）より小さいと判定したときに（Ｃ(ｔ)＜Ｃ_ｔｈ２）、制御回路３０は、加熱コイル１０に供給される高周波電流を停止または抑制するように駆動回路２４を制御してもよい。これは、極力迅速にお湯を沸かしたい場合に好適である。

さらに本願発明に係る設定入力部７０は、ユーザが「未飽和沸騰モード」または「飽和沸騰モード」のいずれか一方を選択的にできるように構成してもよい。「未飽和沸騰モード」とは、被加熱物Ｆが沸点近くにあるが、気泡が実質的に発生していない状態で加熱するときに選択する動作モードであり、煮込み料理を行う場合に適したものである。また「飽和沸騰モード」とは、被加熱物Ｆが沸点に達しており、気泡が継続的に発生している状態で加熱するときに選択する調理モードであり、できるだけ速やかに被加熱物Ｆを沸騰させたい場合や、被加熱物Ｆが沸点に達した状態で維持したい場合に適した調理モードである。

図７は、被加熱物状態判定部６０の別の例示的な判定動作であって、ユーザが「未飽和沸騰モード」または「飽和沸騰モード」を選択できる判定動作を示すフローチャートである。図７のステップＳ１において、被加熱物状態判定部６０は、相関係数Ｃ(ｔ)が未飽和沸騰状態を示す所定の閾値Ｃ_ｔｈ１（たとえば０．８）以上であるか否かを判定し、そうである場合（Ｃ(ｔ)≧Ｃ_ｔｈ１、ＹＥＳの場合）、制御回路３０は、ステップＳ１において、加熱コイル１０に対する高周波電流の供給を継続するように駆動回路２４を制御する。

一方、ステップＳ１において、相関係数Ｃ(ｔ)が閾値Ｃ_ｔｈ１より小さいと判定したとき（Ｃ(ｔ)＜Ｃ_ｔｈ１、ＮＯの場合）、制御回路３０は、ステップＳ３において、設定入力部７０により「未飽和沸騰モード」または「飽和沸騰モード」のいずれの調理モードが選択されているか判定する。「未飽和沸騰モード」が選択されている場合（ＹＥＳの場合）、制御回路３０は、ステップＳ４において、加熱コイル１０に供給される高周波電流を停止または抑制するように駆動回路２４を制御する。他方、「飽和沸騰モード」が選択されている場合（ＮＯの場合）、ステップＳ５において、被加熱物状態判定部６０は、相関係数Ｃ(ｔ)が飽和沸騰状態を示す所定の閾値Ｃ_ｔｈ２（たとえば０．５）以上であるか否かを判定し、そうである場合（Ｃ(ｔ)≧Ｃ_ｔｈ２、ＹＥＳの場合）、制御回路３０は、ステップＳ６において、加熱コイル１０に対する高周波電流の供給を継続するように駆動回路２４を制御する。さらに、被加熱物状態判定部６０は、ステップＳ５において、相関係数Ｃ(ｔ)が閾値Ｃ_ｔｈ２（たとえば０．５）より小さいと判定したとき（Ｃ(ｔ)＜Ｃ_ｔｈ２、ＮＯの場合）、制御回路３０は、ステップＳ７において、加熱コイル１０に供給される高周波電流を停止するように駆動回路２４を制御する。

実施の形態２．
図８を参照しながら、本発明に係る加熱調理器の実施の形態２について以下に説明する。実施の形態２による加熱調理器２は、概略、周波数分解部４０がローパスフィルタ４３、ＡＤ変換器４４、および信号演算部４５からなる点を除き、実施の形態１の加熱調理器１と同様の構成を有するので、その他の構成部品に関連する詳細な説明を省略する。なお図中、同一構成部品については同一の符号を用いて示す。

実施の形態２の周波数分解部４０は、上述の通り、振動センサ１２で検出された振動信号Ｐ_０に対して、エイリアシングを防止するローパスフィルタ４３と、ローパスフィルタ４３から出力されたアナログの振動信号Ｐ_０をデジタルの振動信号Ｐ_０’に変換するＡＤ変換器４４と、デジタルの振動信号Ｐ_０’について周波数解析を行う信号演算部４５とを有する。信号演算部４５は、たとえば複数の離散的な周波数帯域における信号成分（Ｐ_１’，Ｐ_２’，．．，Ｐ_Ｎ’）を、高速フーリエ変換などの周波数解析（ソフトウェアまたはプログラム）を用いて算出（抽出）するものであれば、当業者に知られた任意の構成を有するものであってもよい。ここでローパスフィルタ４３のカットオフ周波数は、共振周波数の信号成分を抽出するため、少なくとも共振周波数の２倍以上とするのが望ましい。また、実施の形態１で説明したように、信号演算部４５は、商用電源周波数ｆ_０の自然数倍の周波数帯域（外乱ノイズ）を排除するように、周波数解析を行う周波数帯域を選択することが好ましい。

以上のように、実施の形態２の周波数分解部４０は、ローパスフィルタ４３、ＡＤ変換器４４および信号演算部４５のみから構成されるので、部品点数を削減して、部品構成を簡略化することができる。

こうして構成された実施の形態２に係る加熱調理器２において、周波数分解部４０は、外乱ノイズを排除する通過周波数帯域における振動信号Ｐ_０’から抽出した複数の信号成分Ｐ_ｉ’(ｔ)において、時間的な強度変動をモニタすることにより、被加熱体Ｋの形状および構造等に起因する共振周波数Ｆを確実に検出することができるので、被加熱物状態判定部６０は、被加熱体Ｋの形状および構造等によらず、被加熱物Ｆの沸騰状態（すなわち「未飽和沸騰状態」および「飽和沸騰状態」）を容易に、かつ正確に判定することができる。したがって実施の形態２に係る加熱調理器においても、被加熱物状態判定部６０は、図６および図７のフローチャートを用いて説明したものと同様の判定動作を行うことができる。ユーザは、設定入力部７０を用いて、「未飽和沸騰モード」および「飽和沸騰モード」を選択して、煮込み料理や迅速な加熱調理を実現することができる。

実施の形態３．
図９を参照しながら、本発明に係る加熱調理器の実施の形態３について以下に説明する。実施の形態３による加熱調理器３は、概略、トッププレート６の下方に配置された振動発生部７を有する点を除き、実施の形態２の加熱調理器２と同様の構成を有するので、その他の構成部品に関連する詳細な説明を省略する。なお図中、同一構成部品については同一の符号を用いて示す。

実施の形態３に係る加熱調理器３は、制御回路３０に接続され、トッププレート６の下方に配置された振動発生部７をさらに有する。振動発生部７は、トッププレート６を対して励起振動を与えるものであれば任意のものを用いて構成することができ、たとえばスピーカや圧電素子などであってよい。また振動発生部７の配置位置は、トッププレート６の下方に限定されることもなく、被加熱体Ｋに直接的に供給するものであってもよい。

実施の形態３に係る加熱調理器３において、加熱調理器３のトッププレート６上に食材等の被加熱物Ｆを収容した鍋等の被加熱体Ｋを載置して、実際に加熱調理する前に、制御回路３０は、トッププレート６を介してまたは直接的に被加熱体Ｋに励起振動を与えるように振動発生部７を制御する。被加熱体Ｋに供給する励起振動は、互いに異なる周波数帯域を有するものであれば任意のものであってもよく、周波数によらず一定の強度を有するホワイトノイズであってもよい。

実施の形態３に係る加熱調理器３は、振動センサ１２が振動発生部７の励起振動により生じた振動信号を振動センサ１２で検出し、周波数分解部４０が、実施の形態２と同様、振動信号から抽出した複数の信号成分Ｐ_ｉ’(ｔ)において、時間的な強度変動をモニタすることにより、加熱調理に実際に用いられる被加熱体Ｋの形状および構造等に起因する共振周波数Ｆを事前に検出するように構成されている。すなわち、実施の形態３に係る制御回路３０は、加熱調理器３のトッププレート６上に被加熱物Ｆを収容した被加熱体Ｋを載置して、実際に加熱調理する前に予め共振周波数Ｆを検出するように構成されている。

加熱調理の際、振動発生部７の励起振動を停止させた後、実施の形態３に係る周波数分解部４０は、被加熱物Ｆの沸騰状態に起因する振動信号から、事前に特定された共振周波数Ｆを含む周波数帯域において複数の信号成分Ｐ_ｉ’(ｔ)を選択的に抽出する。このように実際に加熱調理される被加熱体Ｋの共振周波数Ｆを事前に検出することにより、確実に、周波数分解部４０は、共振周波数Ｆを含む信号成分Ｐ_ｉ’(ｔ)を検出し、被加熱物状態判定部６０は、被加熱体Ｋの形状および構造等によらず、被加熱物Ｆの沸騰状態（すなわち「未飽和沸騰状態」および「飽和沸騰状態」）を容易に、かつ正確に判定することができる。

また実施の形態３に係る周波数分解部４０は、事前に特定された共振周波数Ｆを含む周波数帯域においてのみ信号成分Ｐ_ｉ’(ｔ)を選択的に抽出してもよい。このとき、共振周波数Ｆが２以上の周波数帯域において存在する場合には、それぞれの周波数帯域における複数の信号成分Ｐ_ｉ’(ｔ)を選択的に抽出するが、単一の共振周波数Ｆが検出された場合には、単一の周波数帯域を選択的に抽出してもよい。ただし、いずれにしても商用電源周波数ｆ_０の自然数倍の周波数帯域（外乱ノイズ）を含まない周波数帯域において信号成分Ｐ_ｉ’(ｔ)を選択的に抽出することが好ましい。

また実施の形態３に係る周波数分解部４０は、事前に特定された共振周波数Ｆの逆数から単一の気泡発生に伴う振動の減衰時間τを算出し、この減衰時間τの区間ごとに振動信号Ｐ_０を周波数解析し、信号成分Ｐ_ｉ’(ｔ)を算出してもよい。ところで、前述したように相関係数Ｃ(ｔ)は複数の気泡の発生に伴う振動の重なりに起因して低下する。したがって、周波数解析する振動信号Ｐ_０について、互いに干渉する気泡の振動のみを含むように抽出区間を設定することで振動精度が向上する。このように振動の減衰時間を周波数解析する区間に設定することで、振動信号は明らかに互いに干渉する気泡の振動のみを含む。そのため、被加熱物Ｆの沸騰状態（すなわち「未飽和沸騰状態」および「飽和沸騰状態」）を正確に判定することができる。

さらに実施の形態３に係るスペクトル安定度演算部５０は、共振周波数Ｆを含む周波数帯域を有する信号成分Ｐ_ｉ’(ｔ)のみについて相関係数Ｃ(ｔ)を算出して、相関係数Ｃ(ｔ)の演算処理量を低減するように構成してもよい。したがって、スペクトル安定度演算部５０について構成がより簡便なもの、または安価なものを利用することができ、あるいはスペクトル安定度演算部５０における演算をより高速に行うことができる。

なお、実施の形態３に係る振動発生部７は、実施の形態１に係る加熱調理器１においても同等に採用することができる。このとき、スペクトル安定度演算部５０は、同様に、共振周波数Ｆを含む周波数帯域を有する信号成分Ｐ_ｉ(ｔ)のみについて相関係数Ｃ(ｔ)を算出すればよく、相関係数Ｃ(ｔ)の演算処理量を低減することができる。

さらに実施の形態３に係る加熱調理器３においても、被加熱物状態判定部６０は、図６および図７のフローチャートを用いて説明したものと同様の判定動作を行うことができる。ユーザは、設定入力部７０を用いて、「未飽和沸騰モード」および「飽和沸騰モード」を選択して、煮込み料理や迅速な加熱を実現することができる。

１〜３…加熱調理器、６…トッププレート、７…振動発生部、１０…加熱コイル、１２…振動センサ（振動検出部）、１４…共振コンデンサ、１６…ＬＣＲ誘導加熱部、２０…商用電源、２２…電源整流回路、２４…駆動回路、２６…駆動電圧検出部、２８…駆動電流検出部、３０…制御回路、４０…周波数分解部、４１…バンドパスフィルタ、４２，４４…アナログデジタル変換器（ＡＤ変換器）、４３…ローパスフィルタ、４５…信号演算部、５０…スペクトル安定度演算部、６０…状態判定部、７０…設定入力部、Ｐ_０…振動信号、Ｐ_ｉ(ｔ)…信号成分、Ｆ…被加熱物、Ｋ…被加熱体。

Claims (8)

1. 被加熱体が載置されるトッププレートと、
   前記トッププレートの下方に配置された加熱コイルと、
   前記加熱コイルに高周波電流を供給する駆動回路と、
   前記トッププレートを介して前記被加熱体の振動を検出し、振動信号を出力する振動検出部と、
   前記振動検出部で検出された振動信号から、互いに異なる周波数帯域を有する複数の信号成分を抽出する周波数分解部と、
   前記周波数分解部に接続されたスペクトル安定度演算部であって、所定時刻（ｔ）における各信号成分の第１の強度と、第１の強度の平均値と、所定時刻（ｔ）から微小時間（Δｔ）前の各信号成分の第２の強度と、第２の強度の平均値と、次式で表される時間的相関係数（Ｃ）とを算出する前記スペクトル安定度演算部と、
   時間的相関係数（Ｃ）と所定の閾値（Ｃ_ｔｈ）とを比較することにより、前記被加熱体に収容された被加熱物の沸騰状態を判定する被加熱物状態判定部と、
   被加熱物の沸騰状態に応じて、前記加熱コイルに供給される高周波電流を抑制または停止するように、前記駆動回路を制御する制御回路と、
   前記制御回路に接続された振動発生部とを備え、
   前記振動発生部は、互いに異なる周波数帯域を有する励起振動を被加熱体に供給し、
   前記制御回路は、前記振動発生部が供給する励起振動により前記被加熱体が共振したときの共振周波数を特定するとともに、前記周波数分解部が振動信号から抽出する各信号成分の周波数帯域を、共振周波数を含むように設定することを特徴とする加熱調理器。
   

   
2. 制御回路に接続され、ユーザが不飽和沸騰モードまたは飽和沸騰モードを選択可能な設定入力部を有し、
   不飽和沸騰モードが選択された場合、時間的相関係数（Ｃ）が第１の閾値（Ｃ_ｔｈ１）より小さくなったとき（Ｃ＜Ｃ_ｔｈ１）、被加熱物状態判定部は前記被加熱体に収容された被加熱物が不飽和沸騰状態になったことを判定し、制御回路は加熱コイルに供給される高周波電流を抑制または停止するように駆動回路を制御し、
   飽和沸騰モードが選択された場合、時間的相関係数（Ｃ）が第１の閾値（Ｃ_ｔｈ１）よりさらに小さい第２の閾値（Ｃ_ｔｈ２）より小さくなったとき（Ｃ＜Ｃ_ｔｈ２）、前記被加熱物状態判定部は前記被加熱体に収容された被加熱物が飽和沸騰状態になったことを判定し、前記制御回路は前記加熱コイルに供給される高周波電流を抑制または停止するように前記前記駆動回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の加熱調理器。
3. 時間的相関係数（Ｃ）が第１の閾値（Ｃ_ｔｈ１）より小さくなったとき（Ｃ＜Ｃ_ｔｈ１）、被加熱物状態判定部は、被加熱体に収容された被加熱物が不飽和沸騰状態になったことを判定し、制御回路は加熱コイルに供給される高周波電流を抑制または停止するように駆動回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の加熱調理器。
4. 時間的相関係数（Ｃ）が第１の閾値（Ｃ_ｔｈ１）よりさらに小さい第２の閾値（Ｃ_ｔｈ２）より小さくなったとき（Ｃ＜Ｃ_ｔｈ２）、被加熱物状態判定部は、被加熱体に収容された被加熱物が飽和沸騰状態になったことを判定し、制御回路は加熱コイルに供給される高周波電流を抑制または停止するように駆動回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の加熱調理器。
5. 周波数分解部は、振動信号のうち、互いに異なる周波数帯域を有する信号成分を選択的に透過させる複数のバンドパスフィルタと、前記各バンドパスフィルタから出力された信号成分をデジタル変換し、デジタル変換された各周波数帯域の複数のデジタル信号成分をスペクトル安定度演算部に出力するＡＤ変換器とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の加熱調理器。
6. 周波数分解部は、所定のカットオフ周波数以下の周波数を有する振動信号を遮断するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタから出力された振動信号をデジタル変換するＡＤ変換器と、デジタル変換されたデジタル振動信号から、互いに異なる周波数帯域を有する複数のデジタル信号成分を抽出する信号演算部とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の加熱調理器。
7. 被加熱体が載置されるトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置された加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する駆動回路とを有する加熱調理器の駆動方法であって、
   前記トッププレートを介して前記被加熱体の振動を検出し、振動信号を出力するステップと、
   振動信号から、互いに異なる周波数帯域を有する複数の信号成分を抽出するステップと、
   所定時刻（ｔ）における各信号成分の第１の強度と、第１の強度の平均値と、所定時刻（ｔ）から微小時間（Δｔ）前の各信号成分の第２の強度と、第２の強度の平均値と、次式で表される時間的相関係数（Ｃ）とを算出するステップと、
   時間的相関係数（Ｃ）と所定の閾値（Ｃ_ｔｈ）とを比較することにより、前記被加熱体に収容された被加熱物の沸騰状態を判定するステップと、
   被加熱物の沸騰状態に応じて、前記加熱コイルに供給される高周波電流を抑制または停止するステップと、
   互いに異なる複数の周波数帯域における励起振動を前記被加熱体に供給するステップと、
   前記被加熱体が励起振動により共振した共振周波数を特定するステップと、
   振動信号から抽出する各信号成分の周波数帯域が共振周波数を含むように設定するステップとを有することを特徴とする駆動方法。
   

   
8. 励起振動を被加熱体に供給するステップは、加熱コイルに高周波電流を供給する前に行われることを特徴とする請求項７に記載の駆動方法。

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