JP5661141B2 - 炊飯器 - Google Patents

Description

本発明は、炊飯量判定機能を有する炊飯器に関するものである。

従来、炊飯量に応じた最適な加熱量の投入及び炊飯制御を行うため、内釜に投入された米と水の量を判定する炊飯器が種々提案されている。
炊飯量を判別する従来例として、例えば、重量センサを用いて米と水の合計重量を直接計測するものが開示されている（例えば特許文献１参照）。
また、内釜近傍に設けた温度センサにより内釜の温度変化が所定の２点間を経過するのに要する時間を測定することにより炊飯量を判定するものが開示されている（例えば特許文献２参照）。
さらに、所定期間加熱し、内釜温度が予め設定された温度に到達したとき、炊飯ヒーターへの通電を一時的に遮断し、そのときの温度降下から炊飯量を判定するものが開示されている（例えば特許文献３参照）。

特開平５−２６１０１８号公報（例えば、第３頁、図４等） 特開昭６４−３４３０９号公報（例えば、第４頁、図４等） 特開平３−２１２２１５号公報（例えば、第２、３頁、第４図等）

しかしながら、例えば特許文献１のように、内釜の内容物（米及び水）の重量を直接計測する方式は、重量センサやそれを保持する構造部品等が必要となるため、構造が複雑化し、炊飯器が大型化してしまう。
また、例えば特許文献２、３のように、内釜を加熱し、温度センサにより内釜の温度上昇を検知し、炊飯量を判定する方式は、釜底の所定の１点のみで温度を測定するため、内容物の偏り等によっては釜に温度ムラが発生し、正確に炊飯量が推定できない。このような場合に備えて温度センサを複数設けることにすれば、コストアップやサイズアップにつながってしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で正確に炊飯量を判定することができる炊飯器を提供することを目的としている。

本発明に係る炊飯器は、炊飯容器を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する駆動部と、前記炊飯容器の加熱電力に対応した信号を検出する加熱電力検出手段と、前記加熱コイルにより前記炊飯容器を加熱し、前記加熱電力検出手段で検出した信号の変化量で前記炊飯容器内の炊飯量を判定する炊飯量判定手段と、を備えたものである。

本発明の炊飯器によれば、炊飯容器の温度上昇に伴う炊飯容器の抵抗変化を利用し、加熱電力の変化から炊飯量を判定するので、正確に炊飯量を判定することができる。

本発明の実施の形態１に係る炊飯器の構成の一例を概略的に示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る炊飯器の炊飯量判定動作の際の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 理想的な炊飯温度推移の一例を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る炊飯器の炊飯量判定時の入力電流検出信号の推移を示したグラフである。 本発明の実施の形態２に係る炊飯器の構成の一例を概略的に示す概略構成図である。 本発明の実施の形態２に係る炊飯器の増幅回路の具体的な構成の一例を示した回路図である。 本発明の実施の形態２に係る炊飯器の増幅回路の具体的な構成の別の一例を示した回路図である。 本発明の実施の形態２に係る炊飯器の増幅回路の具体的な構成の更に別の一例を示した回路図である。 本発明の実施の形態２に係る炊飯器の差動増幅回路への入力信号の推移を示したグラフである。 本発明の実施の形態３に係る炊飯器の構成の一例を概略的に示す概略構成図である。 本発明の実施の形態３に係る炊飯器の電源電圧に対応する入力電流時間変化量の炊飯量判定閾値を規定したテーブルである。 本発明の実施の形態３に係る炊飯器の電源電圧に対応するスイッチング素子のオン時間の一例を規定したテーブルである。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る炊飯器１００の構成の一例を概略的に示す概略構成図である。図１に基づいて、炊飯器１００の構成について説明する。

この炊飯器１００は、被加熱物（米や水等の食品）が入れられた炊飯釜１を加熱コイル２で加熱することで被加熱物を炊き上げるものである。具体的には、炊飯器１００は、図１に示すように、内部に被加熱物が入れられる炊飯釜１と、炊飯釜１を加熱する加熱コイル２と、加熱コイル２に電流を供給する駆動部４と、入力電流検出手段５と、表示操作部６と、制御部７と、を備えている。

加熱コイル２は、図１に示すように、炊飯釜１の底部及び外周部に設けられている。
駆動部４は、商用交流電源８から印加された交流電圧を直流電圧に変換する整流部９、加熱コイル２に高周波電流を供給するインバータ回路１０等を少なくともを有し、加熱コイル２を介して炊飯釜１を誘導加熱する。なお、インバータ回路１０の詳細を特に図示しないが、インバータ回路１０には、例えばパワースイッチング素子、共振コンデンサ等で構成される一石電圧共振インバータや、ハーフブリッジインバータ等が用いられる。

入力電流検出手段５は、交流入力電流が流れる経路に設けられ、入力電流の大きさに対応した信号、つまり炊飯釜１の加熱電力に対応した信号を検出し、出力するものである。入力電力は、入力電圧と入力電流との積であるが、入力電圧は一定であるので、入力電流は入力電力に対応した信号となる。そして、入力電力と加熱電力はほぼ同じであるため、本発明においては、入力電流を、炊飯釜１の加熱電力に対応した信号としている。

この入力電流検出手段５は、電流検出素子１１と、電流検出素子１１の信号を増幅する増幅回路１２と、を少なくとも有している。電流検出素子１１は、交流入力電流が流れる経路の入力電流を検出するものであり、例えばカレントトランスで構成するとよい。増幅回路１２は、電流検出素子１１から出力される信号を増幅するものである。そして、電流検出素子１１から出力される信号が交流信号である場合は、増幅回路１２には整流・平滑回路も含まれる。増幅回路１２で増幅された信号は、制御部７に入力される。

表示操作部６は、使用者からの炊飯指示や炊飯条件の設定を受け付ける操作部と、動作状態や使用者に対するメッセージ等を表示する表示部と、を有している。表示操作部６は、使用者からの設定に基づく信号を制御部７に出力するものであり、制御部７からの出力に基づいてメッセージ等を表示するものである。なお、ここでは、表示部と操作部とをまとめて表示操作部６としている場合を例に示しているが、表示部と操作部とが別々に設けられていてもよい。

制御部７は、マイクロコンピュータ（マイコン）や制御回路を備えており、表示操作部６からの信号に基づいて所定の制御シーケンスに従ってインバータ回路１０を駆動制御するものである。

なお、入力電流検出手段５が本発明の「加熱電力検出手段」に相当し、制御部７が本発明の「炊飯量判定手段」に相当する。すなわち、炊飯器１００では、入力電流検出手段５から出力される信号を制御部７に入力し、演算処理することにより炊飯量を判定するようになっている。この制御部７には、時間を計測するタイマー／カウンター機能と、アナログ電圧信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、が搭載されているものとする。

次に、炊飯器１００の動作について説明する。
図２は、炊飯器１００の炊飯量判定動作の際の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３は、理想的な炊飯温度推移の一例を示すグラフである。以下、炊飯器１００の炊飯量判定動作を、適宜図１、２、３を参照して説明する。

炊飯器１００を動作させる前に、使用者は、まず所定量の米と水を入れた炊飯釜１を炊飯器本体にセットする。そして、使用者は、蓋体を閉じ、電源を入れ、表示操作部６で炊飯メニューを選択し、炊飯スイッチ(図示せず)を押下して、炊飯器１００に動作指示を与える。炊飯器１００は、炊飯スイッチが使用者によって押下され、動作指示が与えられることで、炊飯を開始する。つまり、使用者により表示操作部６が操作されて炊飯指示等の炊飯開始の指示がなされると、制御部７は、炊飯量判定動作に移行する。

ここでは、炊飯量を少量、多量の２段階で判定する例について述べる。炊飯量判定動作が終了すると、その後、各炊飯量に応じた炊飯制御が適用され、炊飯量に適した加熱電力投入が行われる。

図３に示すように、理想的な炊飯温度を表す曲線（図３に示す線（Ａ））に対しての炊飯量検知を行わないと、炊飯量が少ない場合、理想温度と比較して炊飯温度が高めに推移する（図３に示す線（Ｂ））。
一方、理想的な炊飯温度を表す曲線（図３に示す線（Ａ））に対しての炊飯量検知を行わないと、炊飯量が多い場合、理想温度と比較して炊飯温度が低めに推移する（図３に示す線（Ｃ））。
すなわち、炊飯量が予め判明していれば、炊飯量に合わせて加熱電力を投入できるので、炊飯量によらず理想的な温度での炊飯が可能となる。

炊飯器１００では、制御部７が、炊飯工程前に、まず所定期間、加熱電力を投入し、炊飯釜１を加熱する（図２のステップＳ１）。このとき、制御部７は、駆動部４を動作させる際、電力フィードバック制御を無効化する。通常、炊飯器１００は、所望の加熱電力を炊飯釜１に投入するため、加熱電力を検出し、所望の電力となるように電力フィードバック制御を行い、駆動部４にて加熱電力を調整する。それに対し、炊飯器１００の炊飯量判定動作では、インバータ回路１０のスイッチング素子を例えば固定周波数や固定デューティ比、あるいはスイッチングオン幅固定で動作させ、電力フィードバック制御は行わないようにしている。すなわち、オープンループ制御で駆動部４を動作させる。

炊飯釜１は、通常ステンレス等の金属が使用されるが、金属の電気抵抗は正の温度特性を持ち、温度が上昇すると電気抵抗も上昇する特性を持つ。したがって、誘導加熱により炊飯釜１の温度が上昇すると炊飯釜１の電気抵抗値は上昇する。炊飯器１００は、誘導加熱により炊飯釜１を加熱する方式であるため、炊飯釜１に渦電流が発生する。炊飯釜１の温度上昇に伴い炊飯釜１の電気抵抗値が上昇するため、炊飯釜１に発生する渦電流は減少し、加熱電力は減少する方向となる。そこで、炊飯器１００では、炊飯量判定にこの原理を利用する。

炊飯釜１に投入された水及び米、つまり炊飯量が少量の場合、炊飯量が多量の場合と比較して炊飯釜１と水の接触面が小さいため、炊飯釜１の熱が水へ伝わりにくく、炊飯釜１の温度上昇が大きい。
反対に、炊飯釜１に投入された水及び米、つまり炊飯量が多量の場合、炊飯量が少量の場合と比較して炊飯釜１と水の接触面が大きいため、炊飯釜１の熱が水へ伝わりやすく、炊飯釜１の温度上昇が小さい。

従って、駆動部４を電力フィードバック制御を無効として動作させた場合、炊飯釜１の温度の上昇が大きい少量炊飯では加熱電力の減少が大きく、炊飯釜１の温度の上昇が小さい多量炊飯では加熱電力の減少が小さい。炊飯器１００では、この加熱電力の変化を捉えるために、入力電流検出手段５を備えるようにしている。入力電流検出手段５は、入力電流の大きさに比例して信号を出力する。つまり、加熱電力が減少すれば入力電流も減少するため、加熱電力の変化を間接的に入力電流で検出することができる。

入力電流検出手段５から出力される信号は制御部７に入力され、マイコンのＡ／Ｄ変換器によりアナログ値からデジタル値に変換される。制御部７は、同時に時間をカウントし、入力電流検出手段５から出力された信号の時間変化量（ΔＩ／Δｔ）を求め（図２のステップＳ２）、炊飯量が少量か多量かを判定する（図２のステップＳ３）。ここでΔＩは入力電流検出手段５の信号変化幅、Δｔはこのときの時間変化幅を表す。

すなわち、制御部７は、ΔＩ／Δｔが予めプログラムにて設定された所定の値よりも大きい場合は、炊飯量を少量と判断する（図２のステップＳ３：少量）。
また、制御部７は、ΔＩ／Δｔが予めプログラムにて設定された所定の値よりも小さい場合は、炊飯量を多量と判断する（図２のステップＳ３：多量）。
ここで、少量と判断されれば、少量炊飯に適した炊飯制御工程に移行し（図２のステップＳ４）、多量炊飯と判断されれば、多量炊飯に適した炊飯制御工程に移行する（図２のステップＳ５）。
これにより、炊飯器１００では、各炊飯量に適した最適な制御で炊飯を実行できる。

図４は、炊飯器１００の炊飯量判定時の入力電流検出信号の推移を示したグラフである。この図４は、本発明の発明者が行った実験から得られた入力電流検出手段５の出力信号波形を示しており、炊飯量を少量、多量として一定時間、炊飯釜１を加熱したときに得られたものである。

図４から、電力フィードバック制御を無効としているため、炊飯釜１の温度上昇に伴い入力電流検出手段５の信号が減少するが、炊飯釜１の温度上昇が大きい少量炊飯で信号の変化量が大きいことがわかる（図４に示す線（Ｄ））。
また、図４から、電力フィードバック制御を無効としているため、炊飯釜１の温度上昇に伴い入力電流検出手段５の信号が減少するが、炊飯釜１の温度上昇が小さい多量炊飯で信号変化量が小さいことがわかる（図４に示す線（Ｅ））。
なお、傾きを比較しやすいように、ここでは電力投入時点の入力電流検出手段５の信号を少量と多量で一致させて表示している。

炊飯量判定では炊飯釜１の温度変化を入力電流の変化から捉え、炊飯量判定を行っている。これは、温度検出手段（例えばサーミスタ等）により、炊飯釜１の任意の１箇所を接触により直接温度を計測する方式と比較して、炊飯釜１の全体の平均的な温度変化を捉えられるからである。米を炊飯釜１に投入した場合、内容物が水のみの場合と比較して炊飯釜１の内部で対流が発生しにくく、更に炊飯釜１の内部の米の偏りなど、米と水の投入状況により炊飯釜１自体に温度ムラが発生し易くなる。そのため、炊飯釜１の温度を任意の１点のみで計測する場合、炊飯釜１の温度ムラの影響により炊飯量を誤判定する可能性がある。それに対し、炊飯器１００では、炊飯釜１の温度変化を炊飯釜１全体の抵抗変化を利用して検出するため、局所的な温度ムラの影響を受け難いという利点がある。

また、炊飯器１００の構成は、入力電流検出手段５、制御部７を構成するマイコンを使用するが、両者は、炊飯器１００の多くに予め装備された部品であるため、これらを流用することにより、追加部材なしでマイコンプログラムの対応のみで実現することができる。これにより、小型且つ安価な製品として炊飯器１００を提供することができる。

以上のように、炊飯器１００では、炊飯工程前に炊飯量判定動作を行い、炊飯釜１を電力フィードバック制御を無効として加熱し、加熱中の入力電流を入力電流検出手段５で検出し時間変化量（ΔＩ／Δｔ）を求め、その変化量から炊飯量を判定する。そして、炊飯器１００では、炊飯量判定後、炊飯工程に移行し、各炊飯量に適した炊飯制御が実施される。炊飯量判定動作では温度検出手段を使用せずに炊飯釜１全体の抵抗変化から炊飯量を判定するので、炊飯釜１の温度ムラの影響を小さくすることができる。よって、炊飯器１００によれば、より正確に炊飯量の判定を可能にすることができる。

なお、ここでは炊飯量が少量である場合と多量である場合との２段階で判定する例で説明したが、炊飯量を２段階に限定するものではなく、入力電流の時間変化量を更に細かく判別し、少量・中量・多量の３段階にするなど、炊飯量を更に細かく分けて判定してもよい。また、実施の形態１では、炊飯釜１の抵抗変化を入力電流の変化から間接的に検出したが、これに限定するものではなく、例えば入力電力や加熱電力（インバータ回路１０の出力電力）、出力電流（加熱コイル２電流）の変化など、炊飯釜１の抵抗変化に応じて変化する信号であれば、それを用いて判定してもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る炊飯器１１０の構成の一例を概略的に示す概略構成図である。図５に基づいて、炊飯器１１０の構成について説明する。なお、実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。

この炊飯器１１０は、実施の形態１に係る炊飯器１００と同様に、被加熱物（米や水等の食品）を入れた炊飯釜１を加熱コイル２で加熱することで被加熱物を炊き上げるものである。炊飯器１１０の炊飯器１００と異なる部分は、入力電流検出手段５を構成する増幅回路１２の増幅率を切り替え可能としたことである。

増幅回路１２は、例えば増幅器１４ａと増幅器１４ｂを有し、増幅器１４ａの増幅率をｘ、増幅器１４ｂの増幅率をｙとして、ｘ＞ｙとする。また、増幅回路１２は、整流・平滑回路１３及び切り替え手段１５を有している。そして、増幅回路１２は、電流検出素子１１からの出力信号を整流・平滑回路１３を介して増幅器１４ａと増幅器１４ｂとに伝送し、信号を増幅する。切り替え手段１５は、制御部７の指令により制御部７に入力する増幅器（増幅器１４ａ又は増幅器１４ｂ）の選択を行う。その他の構成については、炊飯器１００と同様である。なお、増幅器１４ａ及び増幅器１４ｂが本発明の「増幅率切り替え手段」に相当する。

次に、炊飯器１１０の動作について説明する。
炊飯器１１０の炊飯量判定動作について、実施の形態１に係る炊飯器１００と共通動作部分については説明を省略する。

使用者により表示操作部６が操作されて炊飯指示等の炊飯開始の指示がなされると、制御部７は、炊飯量判定動作に移行する。制御部７は、切り替え手段１５に増幅器１４ａからの信号を入力するように指示し、増幅器１４ａの信号が制御部７に入力される。すなわち、電流検出素子１１の信号は増幅率ｘで増幅される。増幅率ｘで増幅された入力電流の検出信号は、制御部７のマイコンに入力され、実施の形態１と同様の方法で炊飯量が少量であるか多量であるかの炊飯量判定が行われる。

炊飯量判定動作が終了すると、炊飯器は炊飯工程に移行し、各炊飯量に応じた最適な加熱制御により炊飯が行われる。ところで、炊飯器１１０では、炊飯工程移行時、制御部７は、切り替え手段１５に増幅器１４ｂの出力信号を制御部７に入力するように指示する。これにより増幅器１４ｂの出力信号が制御部７に入力される。すなわち、電流検出素子１１の信号は、増幅率ｙで増幅される。増幅率ｙで増幅された検出信号は、制御部７のマイコンに入力され、炊飯時の電力フィードバック制御用の信号として使用される。

つまり、入力された信号をＡ／Ｄ変換器によりアナログ値からデジタル値に変換し、マイコンプログラムにより予め設定された目標電流に対応する目標値と比較する。そして、制御部７は、入力された信号が目標値よりも小さければ駆動部４に加熱電力を増加する指令を出し、入力された信号が目標値よりも大きければ加熱電力を減少させる指令を出す。これにより、炊飯器１１０では、炊飯量に応じた最適加熱電力で炊飯が行われる。

ここで、入力電流検出手段５の増幅率切り替えの効果について説明する。通常、炊飯器では、低火力（例えば入力電力３００Ｗ）から高火力（例えば入力電力１２００Ｗ）まで幅広い電力制御が行われる。そのため、マイコンのＡ／Ｄ変換器の最大入力を例えば５Ｖとすると、炊飯器の最大入力電力（例えば１２００Ｗ）がフルスケールとなるように増幅器の増幅率を決定する。

炊飯器１１０では入力電流検出手段５でフィードバック制御を行うため、最大入力電力時の入力電流を１２Ａとすると、Ａ／Ｄ変換器の分解能を１０ｂｉｔとして、１ＬＳＢ幅は１２Ａ／１０２４＝１１．７ｍＡとなる。一方、炊飯量判定動作において、少量と多量との入力電流変化量の差が例えば１００ｍＡであったとすると、１００ｍＡの変化量に対して分解能が１１．７ｍＡとなり分解能が非常に粗くなり、誤判定する可能性がある。また、炊飯量判定動作時、炊飯釜１の加熱電力が大きすぎると、炊飯釜１のみの温度が急上昇してしまい、炊飯量が少量と多量とで炊飯釜１の温度の差異が現れず、判定が困難となる。

そこで、炊飯器１１０では、加熱電力を小さくして、徐々に加熱して炊飯釜１の熱が炊飯釜１の内部の水と米に伝わるようにする。これにより、少量と多量とで炊飯釜１の温度に差異が現れ、炊飯量の判別が可能となる。したがって、例えば炊飯量判定時の入力電力を５００Ｗとして加熱電力を小さくした場合、マイコンのＡ／Ｄ変換器のフルスケールを入力電流１２Ａとする必要はない。そのため、炊飯器１１０では、炊飯量判定時、増幅器１４ｂよりも増幅率の大きい増幅器１４ａに切り替える。

例えば入力電力５００Ｗに対応する入力電流を５Ａとすると、５Ａの時、マイコンのＡ／Ｄ変換器の最大電圧５Ｖとなる増幅率ｘで電流検出素子１１の信号を増幅する。これによりＡ／Ｄ変換器の分解能を１０ｂｉｔとすると１ＬＳＢ幅は５Ａ／１０２４＝４．９ｍＡとなり、フルスケール１２Ａと比較して分解能を向上することができる。したがって、炊飯器１１０によれば、炊飯量の誤判定を抑制することができる。

図６は、炊飯器１１０の増幅回路１２の具体的な構成の一例を示した回路図である。図７は、炊飯器１１０の増幅回路１２の具体的な構成の別の一例を示した回路図である。図６及び図７に基づいて、増幅回路１２の回路構成について説明する。

図６は、オペアンプ２０ａ、２０ｂと周辺抵抗からなる２つの非反転増幅器を用いた増幅回路１２を示している。オペアンプ２０ａ、２０ｂでは、それぞれ異なる増幅率が設定されている。オペアンプ２０ａ、２０ｂの各出力が制御部７の入力部に入力されるが、マイコンプログラムにてどちらかの増幅された信号を使用するかが決められる。なお、オペアンプ２０ａ及びオペアンプ２０ｂが本発明の「増幅率切り替え手段」に相当する。

図７は、１つのオペアンプ２１と周辺抵抗からなる非反転増幅器を使用し、スイッチ手段２４により外付け抵抗の合成抵抗値を切り替えることにより増幅率を切り替える増幅回路１２を示している。オペアンプ２１では、外付け抵抗２２、２３ａ、２３ｂによりその増幅率が設定されている。外付け抵抗２２の抵抗値をＲ１、外付け抵抗２３ａの抵抗値をＲ２、外付け抵抗２３ｂの抵抗値をＲ３とすると、例えばスイッチ手段２４がオフしているとき、増幅率は１＋（Ｒ１／Ｒ２）で表される。一方、スイッチ手段２４がオンしているとき、増幅率は１＋（Ｒ１／（（Ｒ２・Ｒ３）／（Ｒ２＋Ｒ３）））で表される。よって、外付け抵抗２３ａと外付け抵抗２３ｂが並列接続され、合成抵抗値が外付け抵抗２３ａ単体の時より小さくなるため、増幅率が増加する。

したがって、制御部７は、炊飯量判定時において、スイッチ手段２４をオンして増幅率を増加させ、炊飯工程時はスイッチ手段２４をオフすることにより増幅率を低下させる。このように、スイッチ手段２４により容易に増幅率を切り替えることができる。つまり、オペアンプ２１及びスイッチ手段２４が本発明の「増幅率切り替え手段」に相当する。

図８は、炊飯器１１０の増幅回路１２の具体的な構成の更に別の一例を示した回路図である。図８を用いて、検出信号の分解能を更に向上する方法について述べる。

図８は、１つのオペアンプ２５及び抵抗２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂで構成された差動増幅回路を用いた増幅回路１２を示している。図８において、電流検出素子１１から出力された信号は、オペアンプ２５及び抵抗２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂで構成された差動増幅回路の反転入力端子側に接続される。なお、ここでは入力される電圧をＶ１とする。

一方、オペアンプ２５の非反転入力端子側には、電圧源２８が接続される。なお、ここでは所定電圧をＶ２とする。抵抗２６ａと抵抗２７ａの抵抗値をＲ１、抵抗２６ｂと抵抗２７ｂの抵抗値をＲ２とすると、差動増幅回路の出力電圧ＶｏはＶｏ＝Ｒ２／Ｒ１・（Ｖ２−Ｖ１）となり、Ｖ１とＶ２の電位差だけを増幅する。すなわち入力電流に対応した信号電圧Ｖ１は所定電圧Ｖ２との差分だけが増幅される。差動増幅回路からの出力信号は制御部７に入力される。

ここで、図９を用いて所定電圧Ｖ２について説明する。図９は、炊飯器１１０の差動増幅回路（図８に示す増幅回路１２）への入力信号Ｖ１の推移を示したグラフである。

炊飯量判定動作において、入力電力５００Ｗ（入力電流５Ａ）で動作開始し、時間経過後、入力電力を少量が４５０Ｗ（入力電流４．５Ａ）、多量が４６０Ｗ（入力電流４．６Ａ）であったとする。よって、上記同様、少量判定時と多量判定時とで入力電流変化量の差が１００ｍＡであったとする。所定電圧Ｖ２は、炊飯量判定開始時、すなわち入力電流５Ａ入力時にオペアンプ２５の反転入力端子側に入力される信号電圧Ｖ１以上に設定する。ここでは例として、入力電流６Ａ時に反転入力端子側に入力される信号電圧Ｖ１と同等電圧を所定電圧Ｖ２として非反転入力端子側に入力するものとする。

これにより、差動増幅回路は少量のとき、入力電流６Ａと入力電流４．５Ａの差１．５Ａに相当する信号を増幅して出力し、多量のときは入力電流６Ａと入力電流４．６Ａの差１．４Ａに相当する信号を増幅して出力する。ここでは余裕をみて、電流差２Ａのとき差動増幅回路から出力される信号をマイコンのＡ／Ｄ変換器の最大入力電圧（例えば５Ｖ）に設定する。すなわち、入力電流４Ａに相当する信号がＶ１の下限入力となり、入力電流６Ａから４Ａまでの範囲内で信号増幅が可能となる。これより、１ＬＳＢ幅は２Ａ／１０２４＝２．０ｍＡとなり、さらに分解能を向上することができる。

また、実施の形態２では所定電圧Ｖ２を、炊飯量判定時の最大入力電流５Ａ時に差動増幅回路に入力される信号電圧Ｖ１以上に設定し、Ｖ２との差を増幅する方式について説明したが、所定電圧Ｖ２を、例えば炊飯量判定時の最低入力電流（ここでは４．５Ａ）時に差動増幅回路に入力される信号電圧Ｖ１以下としてＶ２との差を増幅する方式を用いてもよい。

以上のように、炊飯器１１０では、炊飯量判定動作と炊飯工程でそれぞれ異なる増幅率を設定することで、炊飯量判定時の分解能を向上することができる。また、炊飯器１１０では、差動増幅回路を用いることにより、さらに高精度に炊飯量判定を行うことができる。これにより、炊飯器１１０は、炊飯量の誤判定を防止できるとともに、さらに細かく炊飯量を判別でき、各炊飯量に適した炊飯制御を適用できる。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る炊飯器１２０の構成の一例を概略的に示す概略構成図である。図１０に基づいて、炊飯器１２０の構成について説明する。なお、実施の形態３では実施の形態１、２との相違点を中心に説明し、実施の形態１、２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。

この炊飯器１２０は、実施の形態１に係る炊飯器１００と同様に、被加熱物（米や水等の食品）を入れた炊飯釜１を加熱コイル２で加熱することで被加熱物を炊き上げるものである。炊飯器１２０の炊飯器１００と異なる部分は、入力電圧検出手段３０を設けたことである。なお、入力電圧検出手段３０が本発明の「電源電圧検出手段」に相当する。

入力電圧検出手段３０は、駆動部４の一部を構成する整流部９の直流側に設けられ、分圧抵抗３０ａ、３０ｂにより構成される。そして、分圧抵抗３０ａと分圧抵抗３０ｂとの接続点が制御部７に接続される。

次に、炊飯器１２０の動作について説明する。
実施の形態３では、炊飯量判定動作において、電源電圧が定格電圧より低下、あるいは上昇した場合の動作について述べる。なお、炊飯器１２０の炊飯量判定動作について、実施の形態１に係る炊飯器１００と共通動作部分については説明を省略する。

通常、炊飯工程時は電力フィードバック制御により所定の目標電力が投入されるように駆動部４が制御されるため、例えば電源電圧が低下したり上昇したりした状態で動作しても炊飯釜１に投入される加熱電力はほぼ一定に保たれる。しかしながら、炊飯量判定動作では、実施の形態１で説明した通り、炊飯釜１の抵抗変化を入力電流変化として検出するため、電力フィードバック制御を無効としている。このため、電源電圧が低下または上昇すると炊飯釜１の加熱電力に影響を受ける。

例えば電源電圧が定格電圧よりも低い状態で炊飯量判定を実施すると、炊飯釜１の加熱電力も定格電圧値で動作させた場合と比較して低下する。また、電源電圧が定格電圧よりも高い状態で炊飯量判定を実施すると、炊飯釜１の加熱電力も定格電圧で動作させた場合と比較して上昇する。このように電力フィードバック制御を無効としているため、インバータ回路１０のスイッチング素子は周波数やオン時間、あるいはオンデューティ比が固定状態で動作し、電源電圧に応じて加熱電力は変化する。

例えば、加熱電力が定格電圧動作時と比較して低い場合、炊飯釜１の温度の時間変化量ΔＴ／Δｔが小さくなる。したがって、炊飯量の判定要素となる入力電流の時間変化量ΔＩ／Δｔも小さくなる。一方、加熱電力が定格電圧動作時と比較して高い場合、炊飯釜１の温度の時間変化量ΔＴ／Δｔは大きくなる。したがって、入力電流の時間変化量ΔＩ／Δｔも大きくなる。このように電源電圧が定格電圧よりも低下したり上昇したりすると入力電流の時間変化量ΔＩ／Δｔも変動するため、正常に炊飯量判定ができない可能性がある。

そこで、炊飯器１２０では、入力電圧検出手段３０により電源電圧を検出し、炊飯量判定動作実施時の電源電圧を測定するようにしている。制御部７は、予めフログラムで設定された、電源電圧に対応する入力電流の時間変化量の閾値が規定されたテーブルを参照し、入力された電源電圧に対応した入力電流の時間変化量の閾値が選択される。

図１１は、炊飯器１２０の電源電圧に対応する入力電流時間変化量の炊飯量判定閾値を規定したテーブルである。図１１を用いて、入力電流の時間変化量の閾値について説明する。

電源電圧が高いほど入力電流の時間変化量が大きくなるので、入力電流の時間変化量の閾値はＡ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅの関係にある。例えば、定格電圧を１００Ｖとして、入力された電源電圧が９５Ｖであったとすると９４Ｖ−９７Ｖで設定される閾値Ｂが選択される。そして、測定された入力電流の時間変化量が閾値Ｂよりも大きければ炊飯量が少量であると判定し、閾値Ｂ以下であれば炊飯量が多量であると判定する。

このように、炊飯器１２０では、電源電圧に応じて炊飯量が少量である場合と多量である場合との判定閾値を補正するため、炊飯量判定時に電源電圧が定格電圧よりも低下、あるいは上昇した状態においても炊飯量を正確に判定することができる。なお、実施の形態３においては、テーブルを用いて電源電圧に対応した判定閾値を決定したが、例えばマイコンプログラムに予め数式を設定しておき、入力電圧検出手段３０により検出された入力電圧検出信号をその数式に代入することにより判定閾値を算出してもよい。

次に、炊飯量判定動作実施時、電源電圧が定格電圧より低下、あるいは上昇した場合の別の対策方法について述べる。入力電圧検出手段３０は入力電圧を測定し、制御部７は予めマイコンプログラムにて設定された、電源電圧に対応する駆動部４の動作条件が規定されたテーブルを参照し、駆動部４の動作条件を決定する。駆動部４の動作条件とは、炊飯釜１への加熱電力を調整するパラメータの設定値のことで、例えばインバータ回路１０のスイッチング素子のスイッチング周波数やスイッチングのオン時間、またはデューティ比の設定値のことである。

図１２は、炊飯器１２０の電源電圧に対応するスイッチング素子のオン時間の一例を規定したテーブルである。図１２を用いて、マイコンプログラムにて予め設定された、電源電圧に対するスイッチング素子のオン時間について説明する。なお、ここでは、オン時間を長くすると炊飯釜１への加熱電力は増加するものとする。

炊飯量判定動作実施時の電源電圧が定格電圧１００Ｖより低い電圧、例えば９５Ｖであるとする。制御部７はオン時間をテーブル参照により９４−９７Ｖで設定される１６［μｓ］に決定する。これにより、駆動部４は制御部７より指令を受けて、オン時間を１６［μｓ］としてスイッチング素子を駆動する。したがって、定格電圧１００Ｖの動作時よりオン時間が長く設定されるので、電源電圧低下に伴う加熱電力低下を抑制することができる。同様に、電源電圧が定格電圧より高い場合、例えば１０５Ｖで炊飯量判定を実施する場合、テーブル参照によりスイッチング素子のオン時間は１４［μｓ］が選択される。これにより、定格電圧１００Ｖの動作時よりスイッチング素子のオン時間が短く設定されるので、電源電圧上昇に伴う加熱電力増加を抑制することができる。

以上のように、炊飯器１２０では、電源電圧が低下、あるいは上昇した状態で炊飯量判定動作を実施する場合でも、電源電圧に応じて加熱電力を調整し、定格電圧１００Ｖで動作させた場合とほぼ同等の加熱電力を投入できる。そのため、炊飯器１２０では、電源電圧の影響による入力電流の時間変化率ΔＩ／Δｔのばらつきが発生しにくく、炊飯量の誤判定を防止することができる。なお、実施の形態３においては、電源電圧に対応したスイッチング素子のオン時間をテーブルを用いて規定したが、例えばマイコンプログラムに予め数式を設定し、入力電圧検出手段３０により検出された電源電圧検出信号を代入することによりオン時間を算出してもよい。

また、スイッチング素子のオン幅に限定するものではなく、スイッチング周波数やスイッチング素子のオンデューティ比など、インバータ回路１０において、投入電力を調整できるパラメーターであれば他のパラメーターでもよい。なお、入力電圧検出手段３０は、整流部９の直流側に設けたが、これに限定するものではなく、例えば整流部９の交流側に設けてもよい。

次に、炊飯量判定動作において、電源電圧が定格電圧より低下、あるいは上昇した場合の、電源電圧を検出しないで対策する方法について説明する。炊飯量判定動作開始前の所定期間、電力フィードバック制御を有効として炊飯釜１を加熱する。これにより、炊飯器１２０では、駆動部４が制御部７の制御を受けて予め設定された所定の加熱電力となるように動作する。加熱電力が所定の電力に達すると、制御部７は駆動部４の動作条件をその状態で固定させ、電力フィードバック制御を無効化し、炊飯量判定動作を実施する。

駆動部４の動作条件とは、前述のとおり、炊飯釜１への加熱電力を調整するスイッチング素子のスイッチング周波数やオン時間の設定値のことである。例えば、加熱電力調整をスイッチング素子のオン時間で調整する場合、炊飯量判定動作開始前の所定期間は制御部７で設定された目標加熱電力となるように電力フィードバック制御を行い、スイッチング素子のオン時間を調整する。

次に、目標加熱電力に達すると、スイッチング素子のオン時間をその状態で固定し、電力フィードバック制御を無効化する。これ以降は実施の形態１で述べた炊飯量判定動作同様、炊飯釜１の温度上昇に伴う入力電流変化を入力電流検出手段５で検出し、その時間変化量ΔＩ／Δｔから少量か多量かを判定する。

以上のように、炊飯器１２０では、炊飯量判定開始前の所定期間、電力フィードバック制御を有効として、加熱電力を調整する期間を設けたので、電源電圧に関係なく判定開始時の加熱電力をほぼ一定にすることができる。また、炊飯器１２０では、その状態から駆動部４を電力フィードバック制御なしの固定動作として、炊飯量判定動作を実施するので、電源電圧の影響による入力電流の時間変化量ΔＩ／Δｔのばらつきを抑制し、炊飯量の誤判定を防止することができる。

なお、本発明の具体的な適用例を実施の形態１〜３に分けて説明したが、これらの内容を適宜組み合わせて炊飯器を構成することもできる。

１ 炊飯釜（炊飯容器）、２ 加熱コイル、４ 駆動部、５ 入力電流検出手段、６ 表示操作部、７ 制御部、８ 商用交流電源、９ 整流部、１０ インバータ回路、１１ 電流検出素子、１２ 増幅回路、１３ 平滑回路、１４ａ 増幅器、１４ｂ 増幅器、１５ 切り替え手段、２０ａ オペアンプ、２０ｂ オペアンプ、２１ オペアンプ、２２ 外付け抵抗、２３ａ 外付け抵抗、２３ｂ 外付け抵抗、２４ スイッチ手段、２５ オペアンプ、２６ａ 抵抗、２６ｂ 抵抗、２７ａ 抵抗、２７ｂ 抵抗、２８ 電圧源、３０ 入力電圧検出手段、３０ａ 分圧抵抗、３０ｂ 分圧抵抗、１００ 炊飯器、１１０ 炊飯器、１２０ 炊飯器。

Claims (7)

1. 炊飯容器を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルに高周波電流を供給する駆動部と、
   前記炊飯容器の加熱電力に対応した信号を検出する加熱電力検出手段と、
   前記加熱コイルにより前記炊飯容器を加熱し、前記加熱電力検出手段で検出した信号の変化量で前記炊飯容器内の炊飯量を判定する炊飯量判定手段と、を備えた
   ことを特徴とする炊飯器。
2. 前記加熱電力検出手段は、
   前記炊飯容器の加熱電力に対応した信号を増幅する増幅回路を有し、
   前記増幅回路は、
   ２つ以上の異なる信号増幅率を設定可能な増幅率切り替え手段を有し、
   前記増幅率切り替え手段は、
   前記炊飯量判定手段による炊飯量判定実施時に、炊飯工程よりも高い増幅率に設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の炊飯器。
3. 前記加熱電力検出手段は、
   前記炊飯容器の加熱電力に対応した検出信号値と、予め設定された所定の信号値との差分を増幅する差動増幅回路を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の炊飯器。
4. 前記駆動部は、
   商用電源電圧に対応する信号を検出する電源電圧検出手段を備え、
   前記炊飯量判定手段は、
   前記電源電圧検出手段による検出信号値に応じて、炊飯量を判定する判定閾値を補正する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の炊飯器。
5. 前記駆動部は、
   商用電源電圧に対応する信号を検出する電源電圧検出手段を備え、
   前記炊飯量判定手段は、
   前記電源電圧検出手段による検出信号値に応じて、前記駆動部の加熱電力を調整する制御量を補正する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の炊飯器。
6. 前記炊飯量判定手段は、
   炊飯量判定実施前に、前記駆動部を介して所定の加熱電力となるように電力フィードバック制御を行い、
   所定の加熱電力に到達後、
   前記駆動部の加熱電力を調整する制御量を固定して炊飯量を判定する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の炊飯器。
7. 前記加熱電力検出手段は、
   前記駆動部の入力電流を検出するカレントトランスを有している
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の炊飯器。

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