JP6153034B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、トッププレート上に載置された金属製の調理用鍋などの被加熱物を誘導加熱する誘導加熱調理器に関するものである。

従来、この種のトッププレートの下方に複数の加熱コイルが互いに近接して配置され、複数個の加熱コイルで１つの調理用鍋などの被加熱物を加熱する誘導加熱調理器が知られている。

このような従来の誘導加熱調理器としては、図１１に示すように、１つの加熱口２０１（すなわち、鍋などの被加熱物を載置するトッププレート２０５上の１つの領域）に対して複数の加熱コイル２０２ａ〜ｄ、２０３、２０４を設けた構成を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。この誘導加熱調理器２００では、加熱口２０１に対応するトッププレート２０５上の鍋の載置状態を検知する鍋載置判別部が備えられ、鍋載置判別部の検知結果に基づいて複数の加熱コイル２０２ａ〜ｄ、２０３、２０４の中から使用する加熱コイルを選択して鍋が加熱される。

また、図１２に示すように、正六角形状の形を有して互いに隣接した幾つかの個別の加熱ユニット（加熱コイル）が設けられた構成の誘導加熱調理器３００がある（例えば、特許文献２参照）。この誘導加熱調理器３００では、トッププレート３０５上の鍋３０６の載置状態を検知し、複数の加熱ユニット３０１により形成される加熱領域３０２の外形全体が照明され、それにより、どの加熱ユニットが起動されているかが使用者に表示される。

特開２０１２−１０４４１８号公報 特表２００８−５２７２９４号公報

特許文献１の誘導加熱調理器２００では、使用者に対して被加熱物を載置する位置（すなわち、加熱口２０１）が決められており、決められた位置に被加熱物を置いて加熱を行うことが前提である。そのため、使用者がトッププレートに対して被加熱物の載置場所を自由に決定できるような構成を有していない。

特許文献２の誘導加熱調理器３００では、使用者に被加熱物がどの加熱ユニットが起動しているかわかるように表示を行うものであるが、被加熱物の温度を検知して制御する機能は有していない。そのため、調理中に使用者が被加熱物から目をはなしたときに、異常な高温になるまで加熱され不安全な状態になるおそれがある。

また、特許文献２のように多数個の加熱コイルを有する誘導加熱調理器において、被加熱物の温度を検知する温度センサ等の温度検知部を設けるとした場合には、温度センサを配置するスペースが限られており、その配置位置について十分に検討する必要がある。しかしながら、この種の誘導加熱調理器に対して、温度センサの配置位置についてはこれまで十分に検討されていない。

仮に、１つの加熱コイルにつき１つの温度センサを設けるとすると、温度センサを設けるために多くのスペースが必要となり、加熱コイル内に設けるとコイル径が大きくなり、多数個の加熱コイルを配置することができなくなる。また、多数個の加熱コイルそれぞれに温度センサを設けることは、装置（調理器）のコスト上昇を伴い経済的ではない。

本発明は、上述の従来の課題を解決するもので、互いに近接して配置された多数個かつ小径の加熱コイルを有し、使用者が被加熱物の載置場所を決定することができる誘導加熱調理器において、コストを抑制しながら温度検知部の配置を工夫することで被加熱物の温度を正確に検知でき、安全性を向上できる誘導加熱調理器を提供することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱調理器は、被加熱物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互いに近接して配設され、前記被加熱物を加熱するために誘導磁界を発生させる複数の加熱コイルと、前記被加熱物の温度を検知する複数の温度検知部と、前記温度検知部の検出結果に基づいて前記加熱コイルの動作状態を制御する制御部と、を備え、前記温度検知部は、前記トッププレートの下方に分散して複数設けられ、かつその個数は前記加熱コイルよりも少ない個数としたものである。互いに隣接する２つの加熱コイルの上方に被加熱物を配置したときに少なくとも１つの温度検知部が被加熱物の下方に位置するように、複数の温度検知部が分散して設けられたものとしてもよい。または、互いに隣接する２つの加熱コイルに対して少なくとも１つの温度検知部が関係づけられるように、複数の温度検知部が分散して設けられたものとしてもよい。

本発明によれば、互いに近接して配置された多数個かつ小径の加熱コイルを有し、使用者が被加熱物の載置場所を決定することができる誘導加熱調理器において、コストを抑制しながら温度検知部の配置を工夫することで被加熱物の温度を正確に検知でき、安全性を向上することができる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の多数個の加熱コイルと赤外線センサの配置とを被加熱物を載置したトッププレートの上面からみた図 実施の形態１の誘導加熱調理器の部分断面構成および回路構成を示すブロック図 実施の形態１の誘導加熱調理器の整流平滑部およびインバータ回路の回路図 実施の形態１の誘導加熱調理器の赤外線センサの回路図 本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の多数個の加熱コイルと赤外線センサの配置とを被加熱物を載置したトッププレートの上面からみた図 実施の形態２の誘導加熱調理器の部分断面構成および回路構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３における誘導加熱調理器の多数個の加熱コイルと赤外線センサの配置とを被加熱物を載置したトッププレートの上面からみた図 実施の形態３の誘導加熱調理器の部分断面構成および回路構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４における誘導加熱調理器の鍋と加熱コイルとの配置関係を表す透視図 実施の形態４の誘導加熱調理器の加熱コイルのコイル外径と加熱コイル損失比との関係を示すグラフ 従来の誘導加熱調理器の加熱コイルの配置をトッププレート上面からみた図 従来の誘導加熱調理器において、被加熱物を載置し、加熱領域の個々の加熱ユニットの外形全体が照明された状態を示す図

第１の発明は、被加熱物が載置されるトッププレートと、トッププレートの下方に互いに近接して配設され、被加熱物を加熱するために誘導磁界を発生させる複数の加熱コイルと、被加熱物の温度を検知する複数の温度検知部と、温度検知部の検出結果に基づいて加熱コイルの動作状態を制御する制御部と、を備え、温度検知部は、トッププレートの下方に分散して複数設けられ、かつその個数は加熱コイルよりも少ない個数としたものである。

このような構成によれば、互いに近接して配置された複数の加熱コイルを有し、使用者が被加熱物の載置場所を決定することができる誘導加熱調理器において、加熱コイルの個数よりも温度検知部の個数を少なくすることでコストを抑制できるとともに、分散して複数の温度検知部を配置させることで被加熱物の温度を正確に検知でき、安全性を向上することができる。

また、複数の加熱コイルのうち、互いに隣接する２つの加熱コイルの上方に被加熱物を配置したときに、少なくとも１つの温度検知部が被加熱物の下方に位置するように、複数の温度検知部が分散して設けられたものとしてもよい。このような構成によれば、温度検知部の個数を加熱コイルの個数に対して少なくしながら、互いに隣接する２つの加熱コイルの上方に被加熱物を配置したときに被加熱物の下方に位置される温度検知部を用いて被加熱物の温度を確実に検出することができ、コスト抑制と安全性の向上とを両立することができる。

また、複数の加熱コイルのうち、互いに隣接する２つの加熱コイルに対して少なくとも１つの温度検知部が関係づけられるように、複数の温度検知部が分散して設けられたものとしてもよい。このような構成によれば、温度検知部の個数を加熱コイルの個数に対して少なくしながら、互いに隣接する２つの加熱コイルに関係づけられた温度検知部を用いて被加熱物の温度を確実に検出することができ、コスト抑制と安全性の向上とを両立することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、加熱コイルは、その外周長が、３５ｍｍ以上６７ｍｍ以下の外径の円の外周長の範囲内にあるコイルとしたものである。このような構成によれば、被加熱物として様々な鍋をトッププレート上における自由な位置に載置して誘導加熱した場合であっても、鍋の加熱ムラを小さくしながら良好な加熱効率を得ることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、温度検知部は加熱コイルの中央部分に設けられ、複数の加熱コイルのうち、少なくとも１つの加熱コイルは温度検知部が設けられていないようにしたものである。このような構成によれば、加熱コイルの中央部分を温度検知部の設置スペースとして利用しながら、中央部分に温度検知部を有さない加熱コイルは、コイル径を小さくできるため、被加熱物に対する加熱ムラを抑制できる。

第４の発明は、特に、第３の発明において、互いに交差するそれぞれの方向に複数の加熱コイルが配置され、少なくとも１つの前記方向において１つ置きの加熱コイルに温度検知部が設けられるようにしたものである。このような構成によれば、加熱コイルの個数に対して温度検知部の個数を大きく減らすことができるとともに、温度検知部を均等に分散配置することができ、被加熱物の配置に拘わらず、被加熱物の温度を正確に検出することができる。

第５の発明は、特に、第１または第２の発明において、温度検知部は複数の加熱コイルの外側にのみ設けられるようにしたものである。このような構成によれば、加熱コイルの中央部分に温度検知部が配置されないため、コイル径を小さくできるため、被加熱物に対する加熱ムラを抑制できる。

第６の発明は、特に、第１または第４の発明において、温度検知部は隣接する少なくとも３つの加熱コイルの間に設けられるようにしたものである。このような構成によれば、複数の加熱コイルを並べる場合に生じるデッドスペースを利用して温度検知部を配置できるので、限られたスペースを効率的に活用しながら、加熱コイルのコイル径を小さくして、加熱ムラを抑制できる。

第７の発明は、特に、第６の発明において、温度検知部は隣接する少なくとも３つの加熱コイルから等距離の位置に配置されるようにしたものである。このような構成によれば、温度検知部を３つの加熱コイルそれぞれに関係づけることができ、３つの加熱コイルのいずれかの上方に載置された被加熱物の温度を、関係づけられた温度検知部により正確に検知することができる。

第８の発明は、特に、第６の発明において、温度検知部は、隣接する少なくとも３つの加熱コイルから等距離の位置よりずれた位置に配置されるようにしたものである。このような構成によれば、３つの加熱コイルのうち、一番距離が近い加熱コイルに対して温度検知部を関係づけることができ、被加熱物が上方に載置された加熱コイルに関係づけられた温度検知部を用いて、被加熱物の温度を正確に検知することができる。

第９の発明は、特に、第１または第２の発明において、温度検知部は、隣接する２つの加熱コイルの間に配置されるようにしたものである。このような構成によれば、温度検知部を隣接する２つの加熱コイルに関係づけることができ、加熱コイルに関係づけられた温度検知部を用いて、被加熱物の温度を正確に検知することができる。

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

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の多数個の加熱コイルと温度検知部の一例である赤外線センサの配置とを被加熱物を載置したトッププレートの上面からみた図である。図２は、本実施の形態１の誘導加熱調理器の部分断面構成および回路構成を示すブロック図である。図３は、本実施の形態１の誘導加熱調理器の整流平滑部およびインバータ回路の回路図、図４は、本実施の形態１の誘導加熱調理器の赤外線センサの回路図である。

本実施の形態１の誘導加熱調理器２０は、キッチンなどのキャビネットに組み込んで使用される。誘導加熱調理器２０は、機器上面に設けられたトッププレート１と、高周波磁界を発生させることによって、トッププレート１上に載置された被加熱物２を誘導加熱する複数の加熱コイル３とを備える。

トッププレート１は、光が透過する略透明な結晶化ガラスなどの電気絶縁物により形成され、赤外線を透過する。加熱コイル３は、トッププレート１の下方に設けられた、略中央が穴形状でドーナツ状をした渦巻きコイル（円形状コイル）である。

トッププレート１の下方において、縦横方向の複数の列それぞれに複数個の加熱コイル３が直線上に配設されており、それぞれの加熱コイル３は互いに近接している。

誘導加熱調理器２０においては、例示として、縦方向に５個、横方向に９個の加熱コイル３を並設した構成を示している。

トッププレート１の使用者側（図１の手前側）には、加熱コイル３による加熱の開始／停止などを使用者が指示するための操作表示部４が設けられている。

本実施の形態１では、トッププレート１上に載置された被加熱物２の温度を検知する温度検知部の一例として、赤外線センサ５を用いている。赤外線センサ５は、被加熱物２の温度に応じてエネルギ量が変化する赤外線を受光することにより、被加熱物２の温度を検知する機能を有している。赤外線センサ５は、加熱コイル３の中央部分の穴形状からのぞくように、加熱コイル３の中央下方にて加熱コイル保持部６にねじ締めにより取り付けられ、加熱コイル３と一体化した加熱コイルユニットを構成している。

縦横それぞれの方向において１つ置きの加熱コイル３に赤外線センサ５が設けられた加熱コイルユニットが配置されている。

そして、その他の加熱コイル３、すなわち、１つ置きの他の加熱コイル３には、赤外線センサ５が設けられていない。したがって、赤外線センサ５を取り付けていない加熱コイル３は、中央部分の穴形状を小さくすることができる。これにより、赤外線センサ５が設けられていない加熱コイル３の外径を、赤外線センサ５が設けられている加熱コイル３の外径よりも小さく形成することができる。

図４に示すように、赤外線センサ５は、赤外線検出素子５１と、オペアンプ５２と、抵抗５３、５４とを有する。抵抗５３、５４の一端は赤外線検出素子５１に接続され、他端はオペアンプ５２の出力端子及び反転出力端子にそれぞれ接続されている。

赤外線検出素子５１は、トッププレート１を透過する赤外線が照射されると電流が流れる受光素子である。赤外線検出素子５１により発生した電流は、オペアンプ５２によって増幅され、被加熱物２の温度を示す赤外線検出信号５５（電圧値Ｖに相当）として、後述する制御部７に出力される。

図２に示すように、加熱コイル３の下方には、商用電源８から供給される交流電圧を直流電圧に変換する整流平滑部９と、整流平滑部９から直流電圧を供給されて高周波電流を生成し、生成した高周波電流を加熱コイル３に出力するインバータ回路１０とが設けられる。

また、商用電源８と整流平滑部９との間に、商用電源８から整流平滑部９に流れる入力電流を検出するための入力電流検出部１１が設けられている。

図３に示すように、整流平滑部９は、ブリッジダイオードで構成される全波整流器９１と、全波整流器９１の出力端子間に接続された、チョークコイル９２及び平滑コンデンサ９３で構成されるローパスフィルタと、を有する。

インバータ回路１０は、スイッチング素子１０１（本実施の形態１ではＩＧＢＴ）と、スイッチング素子１０１と逆並列に接続されたダイオード１０２と、加熱コイル３に並列に接続された共振コンデンサ１０３と、を有する。

インバータ回路１０のスイッチング素子１０１がオン／オフすることによって、高周波電流が発生する。インバータ回路１０と加熱コイル３は、高周波インバータを構成する。

誘導加熱調理器２０は、さらに、インバータ回路１０のスイッチング素子１０１のオン／オフを制御することによって、インバータ回路１０から加熱コイル３に供給される高周波電流を制御する制御部７（図２参照）を有する。

制御部７は、操作表示部４から送信される信号に基づいて加熱の開始や停止を行う。操作表示部４は、制御部７から送信される信号に基づく情報を表示させて使用者に伝え、機器の操作を促す。

また、誘導加熱調理器２０では、インバータ回路１０の共振電圧を検知する共振電圧検出部１２を設け、入力電流検出部１１と共振電圧検出部１２の検出値に基づき、被加熱物２が載置されたか否かを判定する被加熱物検出部１３を設けている。

加熱コイル３のインピーダンスは、加熱コイル３の上方に載置された被加熱物２の有無や大きさに依存して変化する。そのため、これにともなってインバータ回路１０に流れる電流量も変化し、共振電圧も変化する。

入力電流検出部１１での検知電流が所定の値となるようにスイッチング素子１０１のオン時間を制御する。スイッチング素子１０１のオン時間が増えると加熱コイル３に流れる電流が増大し、加熱コイル３と共振コンデンサ１０３による共振電圧が高くなる。

それぞれの加熱コイル３に検知電流を流し、これによる検出値の変化に基づいて被加熱物検出部１３が設定した閾値と比較して、加熱コイル３に対する上方の位置に被加熱物２があるかないかを判定する。被加熱物検出部１３が加熱コイル３における上方の位置に被加熱物２が配置されていると判断した場合には、検出信号を制御部７に出力する。

本実施の形態１の誘導加熱調理器２０では、共振電圧を用いて被加熱物２を検知する場合を例としたが、被加熱物の検知方法は共振電圧を用いる場合にのみ限定されるものではない。例えば、コイル電流を用いて被加熱物２を検知する方法が採用される場合であってもよい。

被加熱物２の底面から放射された被加熱物２の底面温度に基づく赤外線は、トッププレート１を通って入射し、赤外線センサ５により受光される。赤外線センサ５は、受光した赤外線を検出し、検出した赤外線に基づいた赤外線検出信号５５を制御部７へ出力する。

制御部７は、赤外線センサ５が検出した赤外線に基づいて、スイッチング素子１０１のオン／オフを制御して、加熱コイル３による被加熱物２の加熱を制御する。

以上のように構成された本実施の形態１の誘導加熱調理器２０について、以下、その動作、作用を説明する。

まず、使用者が誘導加熱調理器２０の電源を入れて、トッププレート１上の任意の位置に被加熱物２を載せると、制御部７による被加熱物２の検出動作が行われる。具体的には、誘導加熱調理器２０におけるすべての加熱コイル３に微弱電流である検出電流を流し、入力電流検出部１１と共振電圧検出部１２で得られた変化に基づいてそれぞれの加熱コイル３に対して被加熱物２が載置されたか否かを被加熱物検出部１３が検出し、検出信号を制御部７に出力する。

制御部７が有するマイコンには、あらかじめ赤外線センサ５を搭載している加熱コイルがどれであるかが登録されている（すなわち、赤外線センサ５と、赤外線センサ５が登録されている加熱コイル３とが関係付けられた情報が登録されている）。制御部７は、それらの登録情報から１つの被加熱物２に対して２つ以上の隣り合う加熱コイル３における実質的な上方の位置に被加熱物２があり、かつこの２つ以上の隣り合う加熱コイル３の内、少なくとも１つの加熱コイル３の中央部分の下方に赤外線センサ５が存在していると判断した場合に、被加熱物２が載置され加熱の開始が可能であることを操作表示部４に表示し、使用者に加熱開始の操作を促す。

使用者が加熱開始操作を行うと、被加熱物２の下方に位置する複数の加熱コイル３により高周波磁界を発生させ、この高周波磁界による渦電流によって、被加熱物２が発熱する。加熱により被加熱物２の温度が上昇すると、その温度にあわせたエネルギ量の赤外線が被加熱物２の底面から放射される。

ここで、一般に物体から放射される赤外線エネルギは、その温度で決まり、温度が高くなるほど大きくかつ短波長側に拡大する。本実施の形態１におけるトッププレート１に使用されるガラス結晶化ガラスは、例えば、０．５〜２．５μｍ以下の波長域に対しては９０％以上透過できる。

本実施の形態１では、赤外線検出素子５１は、例えば、約９５０ｎｍにピークの感度を持つＳｉフォトダイオードなどで構成されている。ここで被加熱物２の底面温度が２５０℃以上になった場合には、１μｍ程度の波長域の赤外線放射エネルギが赤外線センサ５に入射される。赤外線センサ５にて検出した赤外線に基づいた赤外線検出信号５５が制御部７に入力されると、制御部７では検知温度が演算により得られる。これは赤外線検出素子５１への入力エネルギがプランクの法則で表される放射率に寄与することによる。

これによって、例えば鍋などの被加熱物２が２５０℃など高温になった場合に、鍋の温度を精度良く検知することができ、異常な温度上昇を抑制することができる。赤外線検出素子５１に用いられるＳｉフォトダイオードは、長波長に感度を持つＩｎＧａＡｓなどよりコストが安価であり、過昇防止の機能に限定したセンサとして有用である。

以上のように、本実施の形態１の誘導加熱調理器２０では、２つ以上の隣り合う加熱コイル３における実質的な上方の位置に１つの被加熱物２が載置され、かつこの２つ以上の隣り合う加熱コイル３の内、少なくとも１つの加熱コイル３中央部分下方に赤外線センサ５が存在していると判断した場合に、制御部７が、加熱の開始が可能であることを操作表示部４に表示して、使用者に加熱が開始できることを伝えるようにしている。そして、使用者が加熱開始操作を行うと、被加熱物２が加熱され、被加熱物２の下方に存在している少なくとも１つの赤外線センサ５により、被加熱物２の底面から放射されてトッププレート１を透過した赤外線が検出され、制御部７は被加熱物２の温度上昇に伴い変化した赤外線検出結果に基づいて、被加熱物２が２５０℃の高温になったと判断した場合に、被加熱物２がさらに異常に温度上昇を続けないよう加熱を停止し安全性を向上することができる。

また、加熱コイル３の略中央から赤外線センサ５がのぞくように加熱コイル保持部６に赤外線センサ５をねじ締めにより取り付け、加熱コイル３と一体化した加熱コイルユニットを構成している。これにより、少なくとも加熱コイルユニットの上方に被加熱物２が載置された状態では、加熱コイル３と赤外線センサ５との両方の上部に被加熱物２が確実に載置された状態とすることができる。また、最も早く温度があがる加熱コイル３の直上部における被加熱物２底部の温度を、加熱コイル３の略中央部分にて赤外線センサ５により検出することができ、感度よく正確に被加熱物２の温度を検知し加熱動作を制御することができる。

また、感度よく被加熱物２の異常加熱を確実に検知することができるため、加熱をより早く停止することができ安全性を向上することができる。

さらに、縦横それぞれの方向において１つ置きの加熱コイル３に赤外線センサ５を設けて、１つ置きの他の加熱コイル３には、赤外線センサ５が設けられていない構成を採用している。そのため、１つの被加熱物２に対して少なくとも２つ以上の隣り合う加熱コイル３によって加熱を行う構成において、赤外線センサ５を有する加熱コイル３を必ず被加熱物２の下方に位置させることができる。

これにより、被加熱物２が複数の加熱コイル３と赤外線センサ５との両方の上部に載置されることとなり、赤外線センサ５の設置個数を少なくしながら、加熱コイル３により加熱され上昇する被加熱物２の温度を感度よく正確に検出することができる。よって、被加熱物２の温度制御を精度よく行うことができるとともに、被加熱物２を異常に加熱しないようにすることができ安全性を向上することができる。

また、赤外線センサ５の設置個数を少なくすることができるため、装置全体のスペースを有効に活用することができる。さらに赤外線センサ５を搭載しない加熱コイル３は中央部分の穴形状が必要なく、加熱コイル３を小さい径で形成でき、装置全体をよりコンパクトに構成することができる。

さらに、赤外線センサ５の設置個数を少なくすることができるため、装置のコストを抑えることができる。また、温度検知部として、赤外線センサ５を用いることで、熱伝導式の温度検知サーミスタよりもすばやく被加熱物２の温度を、赤外線エネルギとして検知することができる。よって、被加熱物を異常に加熱しすぎないようにすることができ、安全性を向上することができる。なお、温度検知部として、赤外線センサに代えて、温度検知サーミスタが用いられるような場合であってもよい。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における誘導加熱調理器の多数個の加熱コイルと温度検知部の一例である赤外線センサの配置とを被加熱物を載置したトッププレートの上面からみた図である。図６は、本実施の形態２における誘導加熱調理器の部分断面構成および回路構成を示すブロック図である。

本実施の形態２の誘導加熱調理器３０が、上述の実施の形態１の誘導加熱調理器２０と異なる点は、赤外線センサ５を加熱コイル３の中央下方に配置するのではなく、加熱コイル３の外側であって隣り合う加熱コイル３間に配置した点である。なお、本実施の形態２の誘導加熱調理器３０において、上述の実施の形態１の誘導加熱調理器２０が備える構成部材と同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその説明を省略する。

図５に示すように、本実施の形態２の誘導加熱調理器３０は複数の加熱コイル３を備えており、トッププレート１の下方において、縦横方向の複数の列それぞれに複数個の加熱コイル３が直線上に配設されている。誘導加熱調理器３０では、例示として、縦方向に５個、横方向に９個の加熱コイル３を並設した構成を示しており、それぞれの加熱コイル３は互いに近接している。そして縦方向および横方向それぞれに２個ずつ配置された加熱コイル３を対角に結んだ交点に赤外線センサ５が配置されている。それぞれの赤外線センサ５は、ホルダ１５に取り付けられた状態で加熱コイル支持部１４上に配置されている。

加熱コイル３は、略中央部分の穴形状を極力なくし外径を小さくした渦巻きコイル（円形状コイル）であり、加熱コイル保持部６に保持され、加熱コイル保持部６下方よりばねにより支持されている。赤外線センサ５が取り付けられたホルダ１５はひし形形状（あるいは方形形状）としており、ばねにより支持された隣接する加熱コイル３の位置規制を兼ねている。なお、加熱コイル３の支持形態は、ばねによる支持に限られず、上述した実施の形態１のような支持形態を採用してもよい。

以上のように、本実施の形態２の誘導加熱調理器３０では、使用者が載置場所を決定する多数個の加熱コイル３を有し、２つ以上の隣り合う加熱コイル３における実質的な上方の位置に１つの被加熱物２が載置され、これらの加熱コイル３によって加熱を行う構成において、隣り合う加熱コイル３の間に赤外線センサ５が配置されているため、被加熱物２が加熱コイル３と赤外線センサ５との両方の上方に載置された状態とすることができる。特に、縦横方向に隣接する４つの加熱コイル３につき１つの赤外線センサ５が配置され、これら４つの加熱コイル３を対角に結んだ交点に赤外線センサ５が配置されていることにより、隣り合う２つの加熱コイル３の近傍に赤外線センサ５が配置されることになる。よって、２つ以上の隣り合う加熱コイル３の上方に載置された被加熱物２の温度を、近傍の赤外線センサ５を用いて検出しながら被加熱物２の温度制御を行うことができる。また、被加熱物２を異常に加熱しないようにすることができ、安全性を向上することができる。

また、すべての加熱コイル３に赤外線センサ５を取り付けるよりも赤外線センサ５の設置個数を少なくすることができる。さらに、縦横方向に２個ずつ並んだ加熱コイル３の対角に結んだ交点に赤外線センサ５を設けることにより、円形状コイル間のデッドスペースを有効に活用しながら加熱コイル３と赤外線センサ５を隙間なく配置することができる。よって、装置全体をよりコンパクトに構成することができる。さらに、赤外線センサ５の設置個数を少なくできるため、装置のコストを抑えることができる。

また、赤外線センサ５が取り付けられるホルダ１５はひし形形状としており、ばねにより支持された隣接する加熱コイル３の位置規制を行うことができる。そのため、加熱コイル３と赤外線センサ５との間の距離が遠くなったりせずに定まり、加熱コイル３の上部の温度が上がりやすい被加熱物２の温度を、赤外線センサ５で安定して正確に検知することができる。よって、被加熱物を異常に加熱しないようにすることができ安全性を向上することができる。

また、縦横方向に隣接する４つの加熱コイル３と、これらの加熱コイル３を対角に結んだ交点に配置される赤外線センサ５とが、互いに関係付けられており、この互いに関係付けられた情報が制御部７に予め登録されている。制御部７は加熱コイル３に関係付けられた赤外線センサ５を温度制御に利用することで、加熱コイル３の近傍に位置する赤外線センサ５を用いて正確に被加熱物２の温度を検出することができる。なお、本実施の形態２では、縦横方向に隣接する４つの加熱コイル３に対して１つの赤外センサ５を関連づけて、加熱制御に利用する場合について説明したが、関連づける加熱コイル３の個数はこのような場合についてのみ限定されない。互いに隣接する２つの加熱コイルに対して少なくとも１つの赤外線センサが関連づけられていれば、隣接する２つの加熱コイルを用いて被加熱物を加熱する際に、その近傍に位置される関連づけられた少なくとも１つの赤外線センサを用いて加熱制御を行うことができる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における誘導加熱調理器の多数個の加熱コイルと温度検知部の一例である赤外線センサの配置とを被加熱物を載置したトッププレートの上面からみた図である。図８は、本実施の形態３の誘導加熱調理器の部分断面構成および回路構成を示すブロック図である。

本実施の形態３の誘導加熱調理器４０が、上述の実施の形態１の誘導加熱調理器２０と異なる点は、１つの被加熱物の下方には、互いに異なる検知温度帯域を有する少なくとも２つの赤外線センサが存在するように赤外線センサを配置している点である。

トッププレート１として使用される結晶化ガラスは、例えば、０．５〜２．５μｍの波長域で約９０％の透過率を持っており、被加熱物２から放射されるこの波長域の赤外線を、トッププレート１を透過して赤外線センサが検知している。

赤外線センサには熱型と量子型があり、量子型の方が熱型よりも応答速度、感度とも速くて強いものの半導体素子であるため狭い波長帯域の分光感度を示し、量子型の種類によって感度がよい温度帯域が異なる。

ここで量子型の赤外線センサは、化合物半導体の場合、組成や組成比を変えることで感度波長を変更することができるものである。赤外線センサは、検知した赤外線エネルギ量に比例した信号を出力する。ステファン＝ボルツマンの法則にしたがい、被加熱物２の温度の４乗に比例した信号を出力する。

機器で用いられる電圧信号の電圧の検出には、一般的に０〜５Ｖを１０ｂｉｔ等の分解能で変換するＡＤコンバータを用いるため、レンジが狭く約５０〜１００Ｋの温度変化で飽和する。

また、一般に物体から放射される赤外線エネルギ量はその温度で決まり、温度が高くなるほど大きくかつ短波長側に拡大する。

そこで、本実施の形態３では、８０℃〜２５０℃の範囲を２つに分け、８０℃〜１５０℃の低温検知温度帯域を検出波長が１〜３．５μｍを有する検出素子ＩｎＡｓを用いた低温検知赤外線センサ１６で検知し、１５０℃〜２５０℃の高温検知温度帯域を検出波長０．３〜１．１μｍを有する検出素子Ｓｉを用いた高温検知赤外線センサ１７で検出する。すなわち、温度検知部の一例である赤外線センサとして、互いに検知温度帯域が異なる２種類の赤外線センサを用いるものである。

赤外線センサ１６、１７は、加熱コイル３の略中央部分からのぞくように、加熱コイル３の中央下方に設けられており、加熱コイル保持部６にねじ締めにより取り付けられ、加熱コイル３と一体化した加熱コイルユニットを構成している。

縦横方向に配列された複数の加熱コイル３のうち、最外周に配置された加熱コイル３には、高温検知温度帯域を有する高温検知赤外線センサ１７が設けられている。また、最外周の内周側に配置された加熱コイル３には、低温検知温度帯域を有する低温検知赤外線センサ１６が設けられている。そして、そのさらに内周側に配置された加熱コイル３には、高温検知温度帯域を有する高温検知赤外線センサ１７が設けられている。

本実施の形態３では、例示として、縦方向に５個、横方向に９個の加熱コイル３を並設した構成であるが、さらに縦横方向の個数が多い場合には、最外周から内周側へ、周ごとに異なる検知温度帯域を有する赤外線センサをと交互に配置する構成が採用される。

以上のように構成された誘導加熱調理器３０について、以下その動作、作用を説明する。

図７に示すように、まず、最外周の３個の加熱コイル３と最外周の内側の１個の加熱コイル３とが被加熱物２の下方に位置するよう、使用者が被加熱物２をトッププレート１上に載置する。被加熱物検出部１３は、すべての加熱コイル３に微弱電流である検出電流を流し、その検出電流の変化に基づいて加熱コイル３に対する負荷の有無を検出する。

そして、２つ以上の隣り合う加熱コイル３における実質的な上方の位置に被加熱物２があり、かつこの２つ以上の隣り合う加熱コイル３の内、高温検知温度帯域を検知する高温検知赤外線センサ１７と低温検知温度帯域を検知する低温検知赤外線センサ１６とが少なくとも１つずつ存在していると判断した場合に、制御部７は操作表示部４に被加熱物２が載置されて加熱の開始が可能であることを表示し、使用者に加熱開始の操作を促す。

制御部７のマイコンには、あらかじめ高温および低温検知温度帯域を検知する赤外線センサ１６、１７を搭載している加熱コイル３がどれであるかを登録している。使用者が加熱開始操作を行うと、被加熱物２の下方の加熱コイル３により高周波磁界を発生させ、この高周波磁界による渦電流によって、被加熱物２を発熱させる。

加熱により被加熱物２の温度が上昇すると、その温度にあわせた赤外線が被加熱物２の底面から放射される。一般に物体から放射される赤外線エネルギは、その温度で決まり、温度が高くなるほど大きくかつ短波長側にも拡大する。

ここで被加熱物２の温度が８０℃から１５０℃の場合には、約２．５μｍ以下の波長域の赤外線放射エネルギが、１〜３．５μｍの波長に検知感度を持つＩｎＡｓを用いた低温検知温度帯域を検知する低温検知赤外線センサ１６に入射して、検出出力が制御部７に入力される。これにより、制御部７では被加熱物２の温度が推定される。

また、被加熱物２の温度が１５０℃から２５０℃の場合には、約１μｍ以下の波長域の赤外線放射エネルギが、０．３〜１．１μｍの波長に検知感度を持つＳｉを用いた高温検知温度帯域を検知する高温検知赤外線センサ１７に入射し、検出出力が制御部７に入力される。これにより、制御部７では被加熱物２の温度が推定される。

これは赤外線検出素子への入力エネルギはプランクの法則で表される放射率に寄与することによる。これによって被加熱物２の温度を幅広く検知することができる。

以上のように、本実施の形態３では、赤外線センサの中でも応答速度、感度とも速くて強いものの半導体素子であるため狭い波長帯域の分光感度を示す量子型のセンサを使った赤外線センサの１つを低温の検知温度帯域で約８０℃〜１５０℃を検知する低温検知赤外線センサ１６として、もう１つの赤外線センサを高温の検知温度帯域で１５０℃〜２５０℃を検知する高温検知赤外線センサ１７としている。すなわち、被加熱物２の下方に、互いに異なる検知温度帯域を有する少なくとも２つの赤外線センサ１６、１７が存在するように赤外線センサを配置している。これにより、それぞれの検知温度帯域をもつ赤外線センサ１６、１７が赤外線検知感度のよい温度帯を補完しあい、上方の被加熱物２に対して幅広い高感度の温度検知を実現できる。よって、低温調理や、揚げ物、焼き物調理などさまざまな適温調理を行うことができ、使い勝手を向上することができる。

また、被加熱物２の温度をより正確に検出することができるため、被加熱物を異常に加熱しないように制御することができ、安全性を向上することができる。

また、最外周の加熱コイル３に配置された赤外線センサは高温検知温度帯域を、最外周の内周側の加熱コイル３に配置された赤外線センサは低温検知温度帯域を有するものとしている。これにより、最外周の加熱コイル３上に被加熱物２が置かれた際、高温検知温度帯域を有する赤外線センサ１７を用いて、高温帯域の温度を正確に検出することができる。よって、機器最外周で被加熱物２が異常に温度上昇しないよう制御することができ、機器外周などにおかれる調味料や調理準備材、周りのキッチン資材などに過度の熱影響を与えることを防ぎ、より安全性を向上することができる。

また、本実施の形態３では、異なる検知温度帯域を有する２種類の赤外線センサを用いながら、各種類の赤外線センサの設置個数を加熱コイルの個数よりも少なくできるため、装置のコストを抑制することができる。

（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４における誘導加熱調理器の鍋（被加熱物の一例）と加熱コイルとの配置関係を表す透視図を示すものである。本実施の形態４は、上述の実施の形態１から３の誘導加熱調理器において、複数配置される加熱コイル３のサイズに関して言及する実施の形態である。そのため、本実施の形態４の加熱コイル３は、上述の実施の形態１から３の誘導加熱調理器に適用することができる。

図９において、複数の加熱コイル３は、図示しないトッププレートの下方に分散配置されており、個々の加熱コイル３は渦巻き状にコイルを形成しており（すなわち円形状コイル）、その外径は５０ｍｍとしている。被加熱物の一例である鍋２は、図示しないトッププレート上に載置されている。鍋は様々な形状、大きさがあるが使われる頻度が大きい範囲では鍋径が１５０ｍｍのものが最も小さいものであり、図９では１５０ｍｍのものを図示している。

図１０は本実施の形態４における誘導加熱調理器の加熱コイル３のコイル外径と加熱コイル損失比との関係を示すグラフである。

図１０に示すように、加熱コイル３と鍋２をインダクタンスＬｓのインダクタと抵抗値Ｒｓの抵抗の等価直列回路で表した場合、鍋２を載せない状態の加熱コイル３の抵抗ＲｓをＲｓ（鍋なし）、鍋を載せた状態の加熱コイルの抵抗ＲｓをＲｓ（鍋あり）と表記すると、加熱コイル損失比はＲｓ（鍋なし）／Ｒｓ（鍋あり）であり、加熱コイル３の加熱効率を表すパラメータとなる。

トッププレートは、３〜４ｍｍの厚みの結晶化ガラスで鍋２を載置した時に鍋２を保持するものである。本実施の形態４では鍋２の底と加熱コイル３の表面との距離は４．３ｍｍとしている。加熱コイル３のコイル外径が小さくなると鍋２と加熱コイル３との結合が悪くなることを補うために、加熱コイル３のコイル巻き数を大きくしてインダクタンスを大とする。

しかしながら、そうすると加熱コイル３自体の厚みが大きくなり鍋２との距離が実質的に大きくなる（例えば、平均距離が大きくなる）ことから、結合の悪化を補えなくなるようになる。結果として急激に加熱コイル損失比は大きくなり加熱効率が悪化する。誘導加熱調理器として製品化するためには、少なくとも加熱コイル損失比は２０％以内とする必要がある。

図１０のグラフに示すように、加熱コイル３のコイル外径が３５ｍｍ未満では加熱コイル損失比が急激に大きくなって２０％を超過している。加熱コイル損失比を２０％以内に抑えた誘導加熱調理器とするためには、加熱コイル３のコイル外径を３５ｍｍ以上とする必要がある。

また、本実施の形態４における誘導加熱調理器は、図９に示すように、トッププレートの下方に複数の加熱コイル３が分散配置されており、検出電流を各加熱コイル３に流して、鍋２が上方に載置された加熱コイル３を特定して、特定された加熱コイル３に高周波電流を供給するものである。よって、さまざまな鍋をトッププレートの自由な位置に載置して、誘導加熱することができるものである。

鍋２の中央部の下部にある加熱コイル３には、鍋２が載置されたことが検知されて通電されるが、鍋２の周辺部の下部にある加熱コイル３は鍋２と加熱コイル３との重なり具合によって、鍋２が載置されたと判定されるか、鍋２が載置されていないと判定されるか、が変わる。

その判定基準は、加熱コイル３に対して鍋２がおおよそ半分かかっている状態とするのが合理的である。

このような判断基準を採用した構成では、鍋２の周辺部の下部にある加熱コイル３は、鍋２と加熱コイル３との重なり具合により図９の斜線部分のように、鍋の下に加熱コイルが半分を僅かに下回る程度にかかっている場合には、この加熱コイル３には通電されないことになる。

そのため、この図９の斜線部分は誘導加熱されず温度が鍋２の低下し、鍋２におけるその他の部分との間に温度差が生じ、加熱ムラとなる。この加熱ムラの影響は、加熱コイル３のコイル径に対して相対的に鍋径が小さいほど影響が大きくなる。言い換えると、鍋径に対して相対的にコイル径が大きいほど、影響は大きい。

使用頻度も加味して一番影響が大きくなる、鍋径が小さな例である、鍋径１５０ｍｍにおいて、図９の斜線部分の面積、すなわち加熱コイル３の鍋２に対向している面の面積の半分の面積が鍋底面積の１０％以下とすれば、加熱ムラはほとんど問題ないレベルに低減できる。

加熱コイル３のコイル外径を６７ｍｍとすれば、加熱コイル３の鍋２に対向する面の面積の半分は１７６３平方ｍｍとなり、鍋径１５０ｍｍの鍋底面積１７６７１平方ｍｍの１０％以下とできる。

以上より、加熱コイル３のコイル外径を３５ｍｍ以上６７ｍｍ以下の範囲内に設定することで、さまざまなサイズの調理容器などの被加熱物をトッププレートの自由な位置に載置して誘導加熱しても被加熱物の加熱ムラが小さく、かつ、加熱効率のよい誘導加熱調理器とすることができる。ここで、加熱コイル３の外径が３５ｍｍ、６７ｍｍの場合の外周長はそれぞれ、１１０ｍｍ、２１０ｍｍとなる。

なお、本実施の形態４では加熱コイル形状は、渦巻き円（円形状）タイプとしたが、その外周長が、本実施の形態４で示した円形状の加熱コイルの外径の範囲に対応する、外周長の範囲（概ね１１０ｍｍ以上２１０ｍｍ以下の範囲）にあるものであれば、楕円や四角や三角形状など他の形状の加熱コイルでも効果が得られることは言うまでもない。これはすなわち、加熱コイルの性質はその巻き数と相関を有するため、同じ外周長を有する加熱コイルであれば、その形状に関わらず概ね同様の性質を有することによる。

上述の実施の形態では、トッププレートの下方に複数の加熱コイル３が縦方向および横方向に配列されるような場合を例として説明したが、加熱コイル３の配置はその他様々な形態を採用しても良い。互いに交差する複数の方向に複数の加熱コイル３が配列されていれば良く、例えば、縦方向および斜め方向に複数の加熱コイル３が配列されるようにしても良く、また互いに交差する斜め方向に配列されるようにしても良い。また、加熱コイルの外径を六角形状として、六角形状の各辺同士が近接するようにハニカム状の配列とすることもできる。いずれの場合であっても、複数の加熱コイルが、規則性をもった配列にて均等に分散配置されていれば良く、様々な配置を採用し得る。

また、縦横それぞれの方向に複数の加熱コイル３が配置され、それぞれの方向における１つ置きの加熱コイル３の中央下方に赤外線センサ５が設けられる場合を一例として説明したが、赤外線センサ５の設置個数が加熱コイル３の個数よりも少なくすることができれば、その他様々な形態を採用しても良い。例えば、互いに交差する複数の方向のうち、少なくとも１つの方向における１つ置きの加熱コイル３の中央下方に赤外線センサ５を設けるような形態を採用することもできる。

また、加熱コイル３の外側にのみ赤外線センサ５が配置されるような形態では、隣接する少なくとも３つの加熱コイル３から等距離の位置に赤外線センサ５を配置させるようにしても良い。このような形態では、赤外線センサ５を３つの加熱コイル３それぞれに関係づけることができ、３つの加熱コイル３のいずれかの上方に載置された被加熱物２の温度を、近傍に配置されて関係づけられた赤外線センサ５により正確に検知することができる。なお、図５に示す形態は、４つの加熱コイル３から等距離の位置に赤外線センサ５が配置された形態となっている。

また、隣接する少なくとも３つの加熱コイル３から等距離の位置よりずれた位置に赤外線センサ５を配置させるようにしても良い。このような形態では、３つの加熱コイル３のうち、一番距離が近い加熱コイル３に対して赤外線センサ５を関係づけることができ、被加熱物２が上方に載置された加熱コイル３に関係づけられた赤外線センサ５を用いて、被加熱物２の温度を正確に検知することができる。

また、隣接する２つの加熱コイル３の間に赤外線センサ５が配置されるようにしても良い。このような形態によれば、赤外線センサ５を隣接する２つの加熱コイル３に関係づけることができ、加熱コイル３に関係づけられた赤外線センサ５を用いて、被加熱物２の温度を正確に検知することができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器は、使用者が載置場所を決定する多数個の加熱コイルを有し、被加熱物が載置された加熱コイルを検知してそれらの加熱コイルのみを駆動させる構成において、温度検知部で被加熱物の温度を正確に検知することができるので、多数個の加熱コイルを有する誘導加熱調理器に有効である。

なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

１ トッププレート
２ 被加熱物
３ 加熱コイル
４ 操作表示部
５ 赤外線センサ
６ 加熱コイル保持部
７ 制御部
８ 商用電源
９ 整流平滑部
１０ インバータ回路
１１ 入力電流検出部
１２ 共振電圧検出部
１３ 被加熱物検出部
１４ 加熱コイル支持部
１５ ホルダ
１６ 低温検知赤外線センサ
１７ 高温検知赤外線センサ
２０、３０、４０ 誘導加熱調理器
５１ 赤外線検出素子
５２ オペアンプ
５３、５４ 抵抗
５５ 赤外線検出信号
９１ 全波整流器
９２ チョークコイル
９３ 平滑コンデンサ
１０１ スイッチング素子
１０２ ダイオード
１０３ 共振コンデンサ

Claims (2)

1. 被加熱物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互いに近接して配設され、前記被加熱物を加熱するために誘導磁界を発生させる複数の加熱コイルと、
   前記被加熱物の温度を検知する複数の温度検知部と、
   前記温度検知部の検出結果に基づいて前記加熱コイルの動作状態を制御する制御部と、を備え、
   互いに隣接する２つの前記加熱コイルの上方に前記被加熱物を配置したときに少なくとも１つの前記温度検知部が前記被加熱物の下方に位置するように、もしくは、互いに隣接する２つの前記加熱コイルに対して少なくとも１つの前記温度検知部が関係づけられるように、複数の前記温度検知部が前記トッププレートの下方に分散して設けられ、かつその個数は前記加熱コイルよりも少ない個数であり、
   互いに交差するそれぞれの方向に複数の前記加熱コイルが配置され、前記温度検知部は前記加熱コイルの中央部分に設けられ、少なくとも１つの前記方向において１つ置きの前記加熱コイルに前記温度検知部が設けられる、誘導加熱調理器。
2. 前記加熱コイルは、その外周長が、３５ｍｍ以上６７ｍｍ以下の外径の円の外周長の範囲内にあるコイルである、請求項１に記載の誘導加熱調理器。

Images