JP6831350B2 - Induction heating cooker - Google Patents
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Description
本発明は、誘導加熱調理器に関する。 The present invention relates to an induction cooker.
誘導加熱調理器は、結晶化ガラスやホウケイ酸ガラス等の耐熱ガラスで構成されるトッププレートの下に誘導加熱コイル(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鍋の鍋底にうず電流を誘起し、このジュール熱で鍋を直接加熱するものである。 In an induction heating cooker, an induction heating coil (hereinafter abbreviated as "heating coil") is installed under a top plate made of heat-resistant glass such as crystallized glass or borosilicate glass, and a high-frequency current is passed through it to generate an induction heating coil. A vortex current is induced in the bottom of the cooking pot placed on the top plate by the magnetic field, and the pot is directly heated by this Joule heat.
誘導加熱調理器の鍋底の温度検出手段として、現在では応答速度が良好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観測し、温度を検出する赤外線センサが多く使われている。この赤外線センサとしては、フォトダイオードなどの量子型、あるいはサーモパイルなどの熱型センサが使われる。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、鍋底から放射される赤外線をトッププレート越しに検出して鍋底温度を出力し、その出力に応じてインバータ回路出力を制御して加熱コイルを駆動して、鍋の温度を調整するものである。トッププレートに載置された鍋は、調理温度範囲(約80℃から250℃)で加熱される。 As a means for detecting the temperature of the bottom of an induction cooker, an infrared sensor that detects the temperature by observing infrared rays radiated from the bottom of the heated pot with a good response speed through the top plate is often used. As this infrared sensor, a quantum type sensor such as a photodiode or a thermal type sensor such as a thermopile is used. This infrared sensor is placed below the center gap of the heating coil, detects infrared rays radiated from the bottom of the pot through the top plate, outputs the temperature of the bottom of the pot, and controls the output of the inverter circuit according to the output to control the heating coil. It drives and regulates the temperature of the pot. The pan placed on the top plate is heated in the cooking temperature range (about 80 ° C to 250 ° C).
鍋底の温度検知は、鍋の鍋底から放射される赤外線を赤外線センサが受光し、該赤外線センサの出力電圧を検出することで検知可能である。しかし、調理鍋の鍋底で生じた赤外線を赤外線センサで受光する際の放射エネルギーは小さい。これは、トッププレートの光学特性に要因がある。トッププレートを透過する波長は1.0μmから5.0μmの幅4.0μm程度しかなく、鍋の全放射赤外線エネルギーの1〜2%しかトッププレートを透過できないためである。このため、使用する赤外線センサの感度は体温計などに用いるものと比べて1桁以上高い感度が求められる。またセンサ出力信号が小さいため、高い増幅率を有した増幅回路が必要となり、その結果、これら赤外線センサは周囲温度の変動に対して非常に敏感となる。サーモパイル型の赤外線センサは、赤外線が入射すると感熱素子の温接点側と冷接点側の温度に比例したセンサ出力電圧を生じるため、センサ周囲が急激に温度変化をする環境下では、感熱素子の温接点側と冷接点側が不均一となりセンサ出力が変動することとなる。 The temperature detection of the bottom of the pot can be detected by the infrared sensor receiving infrared rays radiated from the bottom of the pot and detecting the output voltage of the infrared sensor. However, the radiant energy when the infrared sensor receives the infrared rays generated at the bottom of the cooking pot is small. This is due to the optical properties of the top plate. This is because the wavelength transmitted through the top plate is only about 4.0 μm in width of 1.0 μm to 5.0 μm, and only 1 to 2% of the total radiated infrared energy of the pot can be transmitted through the top plate. Therefore, the sensitivity of the infrared sensor used is required to be an order of magnitude higher than that used for a thermometer or the like. Further, since the sensor output signal is small, an amplifier circuit having a high amplification factor is required, and as a result, these infrared sensors become very sensitive to fluctuations in ambient temperature. The thermopile type infrared sensor generates a sensor output voltage proportional to the temperature of the hot contact side and the cold contact side of the heat sensitive element when infrared rays are incident on it. Therefore, in an environment where the temperature around the sensor changes rapidly, the temperature of the heat sensitive element is high. The contact side and the cold contact side become non-uniform, and the sensor output fluctuates.
また、赤外線センサは、鍋の鍋底から放射される入射エネルギー1と、加熱された調理鍋からの伝熱で温められたトッププレートから放射される入射エネルギー2と、更にトッププレートと赤外線センサ間に配置された部材が誘導加熱コイルからの輻射熱で温められて放射される入射エネルギー3を受光する。鍋底の温度の検出では入射エネルギー2と入射エネルギー3は外乱となる。
Further, the infrared sensor has an
この課題を解決する手段として特許文献1に挙げるものがある。
As a means for solving this problem, there is one listed in
特許文献1は、周囲温度の変化を検出できるようにサーミスタを有し、調理容器の底から放射される赤外線を検出し赤外線量に比例する直流電圧を出力する第1の赤外線センサと、該第1の赤外線センサ出力を直流増幅する第1の直流増幅器と、前記調理容器の底から放射される赤外線を遮光することによって前記調理容器の底から放射される赤外線が入射されず、赤外線量に比例する直流電圧を出力する第2の赤外線センサと、前記第2の赤外線センサ出力を反転直流増幅する第2の直流増幅器と、を備えており、前記第2の直流増幅器の出力を前記第1の直流増幅器のバイアス電圧として入力し、前記第1の直流増幅器の出力を前記赤外線検出手段へ出力することで、赤外線センサ(サーモパイル)の雰囲気温度が室温の変化に追従する緩慢な変化(定常状態)や調理が行われている時の雰囲気温度の急激変化(過渡的な状態)が生じた場合でも、鍋の温度を安定して検出することができる赤外線検出手段を備え、かつ、鍋底の温度の検出精度を向上するために赤外線センサと加熱コイル間に特定の波長域の赤外線をカットする結晶化ガラス光学フィルタを配置し、トッププレートから放射され外乱となる前記入射エネルギー2の特定の波長域の赤外線を遮断する。また、トッププレートと赤外線センサ間に配置された部材(結晶化ガラス光学フィルタ31とセンサ視野筒19等)が誘導加熱コイルからの輻射熱などで温められ放射され外乱となる入射エネルギー3を低減するために赤外線センサに使用するガラス凸レンズは、光学特性が5μmショートパス特性を持つガラスで作成して、調理時に赤外線の波長域が5μm以上の低い温度帯の発せられる赤外線がサーモパイルの赤外線吸収膜に到達するのを除去している。
特許文献1に示す赤外線検出手段において、使用している二つのサーモパイルの熱伝達特性のバラツキに応じたズレについて補正ができないという課題が有る。
In the infrared detecting means shown in
熱伝達特性のズレは、検出素子の上が凸レンズのある鍋放射赤外線検出用のサーモパイルと遮光金属キャンで覆われた温度補償素子のサーモパイルとの相違と相互の距離によって生じるもので以下詳細に説明する。 The deviation of the heat transfer characteristics is caused by the difference between the thermopile for detecting pan-radiated infrared rays having a convex lens on the detection element and the thermopile of the temperature compensating element covered with a light-shielding metal can and the mutual distance, which will be explained in detail below. To do.
鍋放射赤外線検出用のサーモパイルと遮光金属キャンで覆われた温度補償素子のサーモパイルは、夫々独立した金属キャンと金属ステムに入れられ、それぞれが離れて設けられていることにより周囲温度ムラなどによる温度差、熱伝達の違いによる温度差によるズレが生じる課題が有る。また、鍋放射赤外線検出用のサーモパイルはガラス凸レンズを通して入射エネルギーを受光し、遮光金属キャンで覆われた温度補償素子のサーモパイルは遮光金属キャンの放射するエネルギーを受光する。ガラス凸レンズと遮光金属キャンともに周囲の温度変化の影響を受けるもので、ガラス凸レンズと遮光金属キャンの温度変化により、ガラス凸レンズと遮光金属キャンより放射される赤外線による入射エネルギーが異なる事で前述と同様に温度ズレが生じるという課題が有る。 The thermopile for detecting infrared rays emitted from the pot and the thermopile of the temperature compensating element covered with a light-shielding metal can are placed in independent metal cans and metal stems, respectively, and because they are provided separately, the temperature due to ambient temperature unevenness, etc. There is a problem that a deviation occurs due to a temperature difference due to a difference and a difference in heat transfer. Further, the thermopile for detecting the infrared radiation from the pot receives the incident energy through the glass convex lens, and the thermopile of the temperature compensating element covered with the light-shielding metal can receives the energy radiated by the light-shielding metal can. Both the glass convex lens and the light-shielding metal can are affected by the ambient temperature change, and the incident energy due to the infrared rays emitted from the glass convex lens and the light-shielding metal can differs due to the temperature change of the glass convex lens and the light-shielding metal can. There is a problem that the temperature shift occurs.
次に、鍋放射赤外線検出用のサーモパイルが受光する赤外線には、鍋の鍋底より放射される赤外線の他に、鍋の鍋底より放射される赤外線を受光するために設けた経路や経路内の部品から放射される赤外線が含まれる課題が有る。その課題の詳細を下記に説明する。 Next, the infrared rays received by the thermopile for detecting the infrared rays emitted from the pot include the infrared rays radiated from the bottom of the pot and the paths provided to receive the infrared rays emitted from the bottom of the pot and the parts in the paths. There is a problem that infrared rays emitted from are included. The details of the problem will be described below.
鍋放射赤外線検出用のサーモパイルの受光する入射エネルギーには、前述したように、調理鍋の鍋底から放射された赤外線がトッププレートと結晶化ガラス光学フィルタを透過した際に減衰した入射エネルギー1と、加熱された調理鍋からの伝熱で温められたトッププレートから放射された赤外線と、トッププレートと赤外線センサ間に配置された部材が誘導加熱コイルからの輻射熱で温められたセンサ視野筒から放射された赤外線が結晶化ガラス光学フィルタを透過して減衰した入射エネルギー2と、トッププレートと赤外線センサ間に配置された部材が誘導加熱コイルからの輻射熱で温められた結晶化ガラス光学フィルタから放射された赤外線が鍋放射赤外線検出用サーモパイルに設けられているガラス凸レンズを透過して減衰した入射エネルギー3と、ガラス凸レンズから放射された赤外線が入射する入射エネルギー4がある。
As described above, the incident energy received by the thermopile for detecting infrared rays emitted from the pot includes the
鍋放射赤外線検出用のサーモパイルは、鍋の温度を検出するために必要な入射エネルギー1以外の入射エネルギー2と入射エネルギー3と入射エネルギー4は不要な外乱となる。
In the thermopile for detecting the infrared rays emitted from the pan, the
外乱となる入射エネルギー2は結晶化ガラス光学フィルタを透過し、入射エネルギー3はガラス凸レンズを透過させることで、調理時に必要とする温度帯(約80〜350℃)以外の低い温度時に放射される5μm以上の赤外線を遮断し、入射エネルギー4は直接赤外線吸収膜へ到達することからガラス凸レンズの温度変化による放射エネルギーの変化は大きな外乱という課題がある。
The
以上のことから、特許文献1には課題が二つある。一つ目は二個のサーモパイルの熱伝達特性のバラツキに応じたズレと、二つ目はガラス凸レンズの温度変化による放射エネルギーの変化は大きな外乱となる課題がある。
From the above,
本発明は、調理鍋の鍋底の温度を精度よく検出する誘導加熱調理器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an induction heating cooker that accurately detects the temperature of the bottom of a cooking pot.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、調理鍋を上面に載置するトッププレートと、該トッププレートの下方に設けられ前記調理鍋を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイルと、該加熱コイルに電力を供給するインバータ手段と、前記トッププレート越しに前記調理鍋の温度を検出する赤外線センサと、該赤外線センサの出力を増幅する検出回路と、該検出回路の出力に応じて前記インバータ手段の出力を制御する制御手段とを備えた誘導加熱調理器において、前記赤外線センサには、同一金属ケース内に第1の感熱素子と第2の感熱素子を備え、前記検出回路には、任意に設定される基準電位と、該基準電位を第1のバイアス入力とし前記第1の感熱素子の出力を増幅する第1の増幅器と、前記基準電位を第1のバイアス入力として前記第2の感熱素子の出力を増幅する第2の増幅器と、前記第2の感熱素子の増幅出力を第2のバイアス入力として前記第1の感熱素子の増幅出力を増幅する第3の増幅器とを備えたものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and is a heating in which a top plate on which a cooking pot is placed on the upper surface and a heating provided below the top plate to generate an induced potential for heating the cooking pot. The coil, the inverter means for supplying electric power to the heating coil, the infrared sensor that detects the temperature of the cooking pot through the top plate, the detection circuit that amplifies the output of the infrared sensor, and the output of the detection circuit. In an induction heating cooker provided with a control means for controlling the output of the inverter means accordingly, the infrared sensor includes a first heat-sensitive element and a second heat-sensitive element in the same metal case, and the detection circuit. The reference potential is arbitrarily set, the first amplifier uses the reference potential as the first bias input to amplify the output of the first heat sensitive element, and the reference potential is used as the first bias input. A second amplifier that amplifies the output of the second heat-sensitive element, and a third amplifier that amplifies the amplified output of the first heat-sensitive element by using the amplified output of the second heat-sensitive element as a second bias input. It is prepared.
本発明によれば、調理鍋の鍋底の温度を精度よく検出する誘導加熱調理器を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to provide an induction heating cooker that accurately detects the temperature of the bottom of a cooking pot. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、図面等を用いて、本発明の実施例について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではない。本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能であり、下記の実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings and the like. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. Various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical ideas disclosed in the present specification, and it is planned from the beginning that the configurations of the following examples are appropriately combined. Further, in all the drawings for explaining the present invention, those having the same function may be designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof may be omitted.
(実施例)
図1は誘導加熱調理器の本体1の斜視図、図2は誘導加熱調理器のトッププレート2を除いた上面図、図3は誘導加熱調理器の左右の加熱コイル3を主体とした鍋底温度検出手段の構成を示すブロック図である。
(Example)
FIG. 1 is a perspective view of the
以下では、誘導加熱が可能な鍋置き場所が3口有る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、中央後部の1口をラジエントヒータやハロゲンヒータ等のヒータ(加熱源)の放射熱で加熱可能な鍋置き場所であっても良く、ヒータ部が何口で構成された誘導加熱調理器でも良い。なお、被加熱物である調理鍋30は、誘導加熱に適した磁性体の鉄鍋や、非磁性体のアルミ鍋、銅鍋などである。
In the following, an induction heating cooker having three pot storage locations where induction heating is possible will be described as an example, but the application of the present invention is not limited to this, and one port at the central rear portion is a radiant heater or a halogen heater. It may be a place where a pot can be heated by the radiant heat of a heater (heating source) such as the above, or an induction heating cooker having a number of heaters. The
図1において、誘導加熱調理器の本体1の上面にはトッププレート2が配置されている。トッププレート2は、耐熱性の結晶化ガラス製で構成され、調理鍋30を載置する。本実施例のトッププレート2は結晶化ガラスを例に説明するが、耐熱性に優れ誘導加熱調理器の仕様を満たすガラスであればこれに限らず、例えばホウケイ酸ガラスを使用しても良い。
In FIG. 1, a
トッププレート2の上面は、本体1の内部が見えないように全体を特定の意匠で塗装が施されており、調理鍋30の載置部4が印刷されている。調理鍋30の載置部4には赤外線透過窓5を設けている。赤外線透過窓5は、調理鍋30の鍋底から放射される赤外線をトッププレート2の下部へ透過するために、前記塗装を一部施さずトッププレート2の素材の状態や赤外線を透過する塗料を施したところである。
The entire upper surface of the
トッププレート2の前面側の上面には、夫々のヒータ部(図2に示す加熱コイル3)に対応した上面操作部6a、6b、6cが設けられていて、加熱コイル3の通電状態の設定や操作を行う。また、各上面操作部6a、6b、6cの近傍には、対応した上面表示部7a、7b、7cが設けられており、夫々の加熱コイル3の通電状態などを表示する。
Upper
上面操作部6aは、本体1右側の加熱コイル3の火力等の入力を行い、上面操作部6bは本体1中央後部の加熱コイル3の火力等の入力を行い、上面操作部6cは本体1左側の加熱コイル3の火力等の入力を行う。
The upper
本体1の前面左部には、魚やピザ等を焼くグリル庫8が設けられており、グリル庫8は、前面が開口した箱型をしており、内部の調理庫内にシーズヒータ等の発熱体と内部の温度を検出するサーミスタが設けられ、前面部はハンドル8aが取り付けられたグリルドア8bにより塞がれている。グリルドア8bは、その裏側に受け皿が取り付けられており、調理庫内に前面開口部から出し入れ自在に収納され、受皿や、または焼網の上に魚やピザ等の食材を載せて調理する。
A
本体1の前面右部には、本体1へ供給する電源の主電源スイッチ9と、グリル庫8の加熱調理条件等を入力する前面操作部10が設けられている。前面操作部10は、下方に設けられた回転軸を中心として操作パネルの上方が前面側に倒れ、操作キーが上方側に向かって露出する所謂カンガルーポケット形態のものである。
On the right side of the front surface of the
本体1内に設けたファン(図示せず)により、本体1に外気を取込む開口部(図示せず)から吸気した冷却風を本体1内に設けたインバータ基板や制御基板(図示せず)、加熱コイル3及び鍋底の温度を検出する鍋底温度検出装置20等に流して冷却する。本体1の後部には、本体1内部を冷却した冷却風を排気する排気口11が設けられている。
An inverter board or control board (not shown) provided in the
図2に示すように、トッププレート2の載置部4に対応する下方には、環状に形成された加熱コイル3が本体1内上部の左右および中央後部に夫々配置されており、トッププレート2に載置された調理鍋30等を誘導加熱する。左右及び中央後部に配置された加熱コイル3のヒータ部は、夫々環状の内側加熱コイル3aと、その外側に環状の隙間3bを設けて配置された環状の外側加熱コイル3cとで構成されている。隙間3bを設ける理由は、内側加熱コイル3aと外側加熱コイル3cとで発生する磁束を分散させて、調理鍋30の温度を均一化するためである。
As shown in FIG. 2, the heating coils 3 formed in an annular shape are arranged on the left and right sides of the upper part of the
なお、各加熱コイル3は隙間3bを設ける構成としたが、特にこれに限定されることはない。例えば内側加熱コイル3aと外側加熱コイル3cを隙間無く巻回した隙間3bの無い加熱コイル3とする構成であってもよい。
Although each
図3に示すように加熱コイル3は、コイルベース12上に内側加熱コイル3aと、隙間3b、外側加熱コイル3cを設置している。また、ギャップスペーサー13が、コイルベース12の外周縁部に取り付けられた支持部材13aによりコイルベース12の外周から中心側に向けて適宜間隔を保持して設けられており、コイルベース12が複数のバネ(図示せず)によりトッププレート2方向に付勢されることにより、加熱コイル3がトッププレート2に対し略並行となり、かつ、トッププレート2に載置される調理鍋30と加熱コイル3とのギャップが一定に保持されている。
As shown in FIG. 3, the
内側加熱コイル3aと外側加熱コイル3cは、表皮効果を抑制するためリッツ線を採用していて、後述するインバータ手段54により数十kHzの高周波で数百Vの電圧が印加され、調理鍋30に対して高周波磁界を印加して調理鍋30に渦電流を発生させ、調理鍋30を自己発熱させて加熱する。
The
左右及び中央に配設された加熱コイル3には、サーミスタで構成された複数の温度センサ14を配置している。加熱コイル3の中心部近傍には、内側温度センサ14aがトッププレート2の下面に密着して設けられており、加熱コイル3の上方に載せられた調理鍋30の温度を、トッププレート2を介して検知する。本実施例ではトッププレート2の温度検出手段にサーミスタを用いるが、特にこれに限定されず熱電対などの検出器を用いても良い。また、同様に加熱コイル3の隙間3bには、加熱コイル3の中心から等距離で、サーミスタによって構成された外側温度センサ14b、14c(図2)が緩衝材(図示せず)を介して設けられ、トッププレート2の下面に密着することによりトッププレート2の温度を検知する。
A plurality of
なお、外側温度センサ14b、14cは、加熱コイル3の隙間3bに設ける構成としたが、特にこれに限定されることはない。例えば外側加熱コイル3cの外周近傍や、または、内側加熱コイル3aと外側加熱コイル3cを隙間無く巻回した隙間3bの無い加熱コイル3とした構成の外周近傍に設ける構成であってもよい。また、外側温度センサ14b、14cは2個に限定されることはなく、1個または2個以上であってもよい。
The
加熱コイル3の隙間3bの下方には、鍋温度検出装置20が設置される。隙間3b下方には鍋温度検出装置20に設けた後述する図4に示す導光筒28を配置する。鍋温度検出装置20は、調理鍋30の底面から放射され、トッププレート2の赤外線透過窓5を透過し、導光筒28で導かれた赤外線を受光する。
A pan
図4は鍋温度検出装置20の詳細を説明する図である。図4は、図1に示すX−X断面から見た鍋温度検出装置20の断面図を示す。鍋温度検出装置20は、第1の赤外線センサである赤外線センサ21と、図11で後述する第2の赤外線センサである反射型フォトインタラプタ22が設けられている。赤外線センサ21は、熱型検出素子のサーモパイルを例に説明する。赤外線センサ21と反射型フォトインタラプタ22は、赤外線センサ21の出力を増幅する増幅回路と反射型フォトインタラプタ22の出力を増幅する増幅回路を備えた電子回路基板23に配置される。赤外線センサ21と反射型フォトインタラプタ22の各出力は、電子回路基板23の出力端子23a(図5に示す)から出力され、温度換算手段50に出力信号を入力する。
FIG. 4 is a diagram illustrating the details of the pot
図11は反射型フォトインタラプタ22を説明する図である。図に示すように反射型フォトインタラプタ22は、赤外線発光手段としての赤外線LED22aと、赤外線受光手段としての赤外線フォトトランジスタ22bで構成している。
FIG. 11 is a diagram illustrating a
赤外線LED22aの発光面上にはプラスチックによるレンズが構成され、細いビームの赤外光をトッププレート2の赤外線透過窓5を介して上方に照射する。また、赤外線フォトトランジスタ22bの受光面上にはプラスチックレンズを装着しており、赤外線LED22aで照射した赤外光が赤外線透過窓5を覆う物体(調理鍋30の底面)にて反射した赤外光を受光し、その受光量に応じた電流を出力する。この反射型フォトインタラプタ22の赤外線フォトトランジスタ22bの出力が温度換算手段50へと入力される。
A lens made of plastic is formed on the light emitting surface of the
図4と図5を用いて説明する。図5は鍋温度検出装置20の上面図を示す。図5(a)は、電子回路基板23を収納したセンサケース24の上面図、図5(b)は、金属ケース27の上面図、図5(c)は、導光筒28の上面図である。
This will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 5 shows a top view of the pot
赤外線センサ21と反射型フォトインタラプタ22を設置した電子回路基板23は、全体を、第2のケースであるプラスチック部材のセンサケース24内に収納される。このセンサケース24の上方には赤外線を透過させるためにケース窓25が開口しており、このケース窓25にはトッププレート2を構成する結晶化ガラスの光学特性に類似した(図10で説明するように1μm以上の長波長側の光学特性がトッププレート2とほぼ同じ。但し、波長1μm以下は透過率が小さく、可視光線をカットする)光学フィルタ26を嵌め込んである。光学フィルタ26の下方に、赤外線センサ21と反射型フォトインタラプタ22が配置された構成である。
The
センサケース24の上面や側面部にはアルミなどの透磁率がほぼ1の金属ケース27で覆っており、先のケース窓25の上方に開口した開口部27aを設けている。
The upper surface and side surfaces of the
金属ケース27の上部には、導光筒28を配置しており、導光筒28は上端開口部28aと下端開口部28bの開口部を設けている。上端開口部28aと下端開口部28bを介して赤外線センサ21の集光レンズ21a(図5に示す)、及び反射型フォトインタラプタ22がトッププレート2を臨むように配置している。導光筒28は、調理鍋30からの赤外線を赤外線センサ21に導き、図11に後述するように反射型フォトインタラプタ22が投光した赤外線が調理鍋30で反射し、反射した赤外線を反射型フォトインタラプタ22に導く光路である。
A
図5(a)より、センサケース24のケース窓25に配置した光学フィルタ26の下方に、赤外線センサ21と反射型フォトインタラプタ22を配置している。赤外線センサ21の集光レンズ21a、及び反射型フォトインタラプタ22は光学フィルタ26を臨む配置としている。図5(b)より、金属ケース27の開口部27aは、下方に配置された光学フィルタ26を臨む。図5(c)より、導光筒28の上端開口部28aは光学フィルタ26を臨む配置としている。即ち、調理鍋30の鍋底をトッププレート2の赤外線透過窓5を介して赤外線センサ21と反射型フォトインタラプタ22が臨む光路を形成している。なお、本実施例は導光筒28の上端開口部28aは、内側加熱コイル3aと外側加熱コイル3cの下方に配置した構成で説明を行うが、これに限らず上端開口部28aは赤外線透過窓5の下方に配置しても良い。
From FIG. 5A, the
図6に赤外線センサ21の詳細を示す。図6(a)は赤外線センサ21の斜視図を示す。図6(b)は図6(a)中A−Aで示す線での赤外線センサ21の断面図を示す。図6(c)は集光レンズの光学特性と感熱素子の位置関係を示す。
FIG. 6 shows the details of the
赤外線センサ21は多数の熱電対を直列接続した熱型赤外線検出素子で、ニッケルめっき鋼板などの金属キャン31と金属ステム32からなる、第1のケースである金属ケース33にこれが内蔵されている。
The
シリコン基板34表面に鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bを配置している。鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bは、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、アルミ蒸着膜で熱電対を多数作成し、これを縦列接続している。ポリシリコン、アルミ接合点(測温接点)のある感熱素子(鍋検出用素子)35aと感熱素子(温度補償用素子)35bとの各々の中央部には、黒体に近い酸化ルビジウム膜あるいはポリイミド膜等の赤外線吸収膜を保護皮膜として形成しており、ポリシリコン及びアルミ蒸着膜の一端は冷接点である。このシリコン基板34を金属ケース33の金属ステム32にボンド等で固定する。
A
金属ステム32には絶縁シールされた複数個の金属ピン36が貫通配置されており、この金属ピン36の先に熱電対の出力がワイヤで接続されている。金属ステム32には筒状の金属キャン31が窒素などの不活性ガス中で被せられ溶着される。
A plurality of
この金属キャン31の上面には、小穴の開口部37が開けられている。開口部37には集光レンズ21aが装着されている。
An
次に図6(c)を用いて、2個の感熱素子(鍋検出用素子35a(第1の感熱素子)と温度補償用素子35b(第2の感熱素子))と集光レンズの光学特性との関係について説明する。
Next, using FIG. 6C, the optical characteristics of the two heat-sensitive elements (
集光レンズ21aの光学特性は、鍋の赤外線を効率良く入射し、熱外乱をカットできる、トッププレート2に近い特性であることが望ましい。本実施では、集光レンズの材質は、ホウケイ酸ガラスを使用している。ホウケイ酸ガラスに替えて光学特性が類似している結晶化ガラスや石英ガラスを使用してもよい。
It is desirable that the optical characteristics of the
調理鍋30の温度を検出する鍋検出用素子35aと集光レンズ21aとの位置関係は、鍋検出用素子35aの赤外線受光面の中心35a1と集光レンズ21aの中心を通りレンズ面に垂直な光軸21a1とが略一致する位置関係に有り、該光軸21a1と平行に入射する赤外線35a2は鍋検出用素子35aの赤外線受光面に集光する。
The positional relationship between the
次に、鍋検出用素子35aを中心とした円周上に設け、鍋検出用素子35aに隣接した位置に温度補償用素子35bを設けたものである。そして温度補償用素子35bと集光レンズ21aとの位置関係は、温度補償用素子35bの赤外線受光面の中心と集光レンズ21aとの中心を結ぶ傾斜した光軸21a2に平行に入射する赤外線35b2が温度補償用素子35bの赤外線受光面で略集光する位置に設けられている。
Next, the
以上のことから、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bの両方に集光レンズ21aの発する赤外線は約同量入射される。
From the above, approximately the same amount of infrared rays emitted by the
本実施例では、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bを独立した2つのチップをシリコン基板34表面に配置する構成で説明するが、これに限らず1つのチップ上に2素子を配置した構成であっても良い。2素子1チップ化により、各感熱素子の冷接点側の温度条件が同等となり、温度特性による出力変動のレベルを同等に抑えることができる。また、赤外線センサ21の組立工程の簡素化が図れ、センサの低コスト化に寄与する。
In this embodiment, two independent chips of the
図7に検出回路40の概要を示す。赤外線センサ21内は、鍋検出用素子35aの出力(図中(+)、(−)記号)−側と温度補償用素子35bの−側を直列に接続している。鍋検出用素子35aの出力は、+側をオペレーショナルアンプ(以下OPアンプと略称する)41に接続し、温度補償用素子35bの+側をOPアンプ41に接続する。鍋検出用素子35aの+側と温度補償用素子35bの+側の電位差をOPアンプ41で約3000倍に増幅された出力信号が電子回路基板23の出力端子23aから温度換算手段50へと入力される。鍋検出用素子35aの+側の電位は、調理鍋30からの入射エネルギーに比例するものであり、温度補償用素子35bの+側の電位は光学フィルタ26及び集光レンズ21aを透過した入射エネルギーに比例するものである。
FIG. 7 shows an outline of the
鍋温度検出装置20が加熱コイル3からの輻射熱などにより温められ赤外線センサ21の周囲温度が変化すると金属ケース33が温度変化し、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bの冷接点温度が変化する。鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bが隣接しており温度変化が同一となることから、「鍋検出用素子35aの+側の電位」=「温度補償用素子35bの+側の電位」で電位差=0となり、赤外線センサ21の周囲温度変化による出力変動を抑制できる。
When the pot
図8に、図6(b)断面図における赤外線センサ21の視野特性を示す。図中の相対感度は、集光レンズの中心軸上(視野角0°)から鍋検知用素子35aに入射した感度を100%としている。温度補償用素子35bは、図7の回路図に示すように鍋検出用素子35aとは感熱素子の+と−出力が反転することから温度補償用素子35bに赤外線が入射するとマイナスの出力値となり視野角+40°付近で約-100%となる。相対感度50%以上の視野特性は、鍋検出用素子35aが約−10°〜+10°、温度補償用素子35bが約+30°〜+50°である。
FIG. 8 shows the visual field characteristics of the
この視野特性を図6(b)断面図に、鍋検出用素子35aの検出範囲38、温度補償用素子35bの検出範囲39として示す。鍋検出用素子35aの最大となるピーク感度位置38a(相対感度100%)は、トッププレート2の赤外線透過窓5を通じて調理鍋30の鍋底を検出する位置(光軸21a1(図6(c)))となる。温度補償用素子35bの最大となるピーク感度位置39a(相対感度約−100%)は導光筒28の内壁を検出する位置(光軸21a2(図6(c)))となるように設ければよく、前述した視野角+40°を限定するものではない。
This visual field characteristic is shown in the cross-sectional view of FIG. 6B as a
次に、調理鍋30底面からの赤外線が赤外線センサ21に入射する光路の特性について説明する。
Next, the characteristics of the optical path in which infrared rays from the bottom surface of the
トッププレート2上に置かれた調理鍋30は、誘導加熱により発熱する。この加熱により調理鍋30は温度上昇を始め、温度に比例した赤外線が底面から放射される。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る(E=εσT4;ステファン・ボルツマンの法則)。
The
図9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5〜8μmである。 FIG. 9 shows the spectral radiant energy of the blackbody temperature calculated from Planck's distribution law. By integrating this spectral radiant energy in the entire wavelength range, the total radiant energy can be obtained, which is proportional to the fourth power of the temperature (absolute temperature). This is the Stefan-Boltzmann law described above, and this coefficient σ is the Stefan-Boltzmann coefficient. The peak wavelength of the spectral radiant energy is 5 to 8 μm at a cooking temperature of 100 to 300 ° C. according to the Viennese variation 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 inducedly heated pot bottom emits the total radiant energy obtained by multiplying the total radiant energy E of the blackbody temperature by the emissivity ε of the pot bottom according to the temperature. That is, the ratio of the total radiant energy E of the blackbody temperature to that of the pot 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)の光学特性を図10に実線で示す。図10の実線で示すように、結晶化ガラスは、0.4〜2.9μmの波長の光を80%以上透過し、3〜4.5μmの波長の光を最大50%程度透過し、4.5μmよりも長い波長、及び、0.4μmよりも短い波長の光をほとんど透過しない。ホウケイ酸ガラスもほぼ同等の光学特性を要している。光学フィルタ26の光学特性を図10に一点破線で示す。先に述べた通り、1μm以上の長波長側の光学特性はトッププレート2に近い特性を有し、短波長側の範囲が狭く0.5μmよりも短い波長の光をほとんど透過しない。そのため、光学フィルタ26を透過する事で誘導加熱調理器の調理中の本体内の温度変化(常温〜約75℃)による部品(例えば導光筒28など)から放射される赤外線の影響は略排除できる。
On the other hand, the optical characteristics of the non-magnetic crystallized glass (top plate 2) are shown by solid lines in FIG. As shown by the solid line in FIG. 10, the crystallized glass transmits 80% or more of light having a wavelength of 0.4 to 2.9 μm and transmits light having a wavelength of 3 to 4.5 μm by up to 50%. It hardly transmits light with wavelengths longer than .5 μm and wavelengths shorter than 0.4 μm. Borosilicate glass also requires almost the same optical properties. The optical characteristics of the
誘導加熱された調理鍋30の鍋底より放射される赤外線放射エネルギーは、トッププレート2の赤外線透過窓5、光学フィルタ26、赤外線センサ21の集光レンズ21aの3種類の光学特性の各透過率の積で赤外線センサ21に入射する。このため、調理鍋30から放射される赤外線放射エネルギーの大部分(波長4μm以上、及び0.5μm以下)は赤外線センサ21では受光できない。全波長域で透過率100%(トッププレート2や光学フィルタ26が無い状態)の赤外線放射エネルギーを100%とした場合、赤外線センサ21に受光される赤外線放射エネルギーは、調理鍋30から放射される全赤外線放射エネルギーの1〜2%程度となる。鍋底の赤外線放射エネルギーを効率良く検出するためには、トッププレート2、光学フィルタ26、集光レンズ21aは、同等の波長透過特性を有することが望ましい。
The infrared radiant energy radiated from the bottom of the induction-
また、トッププレート2、光学フィルタ26、集光レンズ21aの何れかに、照明などからの可視光線(波長0.4〜0.8μm)の赤外線センサ21への入射を防止するため、可視光カット機能(0.1μm以下の透過率を0%に近いもの)を持たせる必要が有り、本実施では光学フィルタ26は、1μm以下で透過率が減衰し、0.5μmよりも短い波長の光をほとんど透過しないことから、赤外線センサ21への可視光線(波長域0.4〜0.8μm)の入射を抑制している。
In addition, a visible light cut function (0.1) is used to prevent visible light (wavelength 0.4 to 0.8 μm) from entering the
本実施例では可視光カット機能を光学フィルタ26に付与しているが、トッププレート2の赤外線透過窓5に可視光カット機能を有する場合、光学フィルタ26に可視光カット機能が備わっていなくても良い。
In this embodiment, the visible light cut function is provided to the
また、赤外線センサ21の集光レンズ21aに可視光カット機能を有するシリコンレンズなどを用いた場合、赤外線透過窓5、光学フィルタ26に可視光カット機能が備わっていなくても良い。シリコンレンズの光学特性は、0.8μm以下の波長をカットし,1〜25μmまで透過率50%であり,可視光線の波長領域0.4〜0.8μmをカットする特性を有している。
Further, when a silicon lens or the like having a visible light cutting function is used for the condensing
次に、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bとが受光する赤外線放射エネルギーについて以下説明する。
Next, the infrared radiant energy received by the
鍋検出用素子35aには、調理鍋30からトッププレート2や光学フィルタ26を透過して減衰した赤外線が入射エネルギーQ1として入射し、加熱された鍋などからの熱伝導で温められたトッププレート2から放射された赤外線は光学フィルタ26を透過して減衰した赤外線が外乱として入射エネルギーQ2として入射し、トッププレート2と光学フィルタ26間に配置された部材が誘導加熱コイルなどからの輻射熱で温められ本体内の変動する温度の影響を受けた光学フィルタ26から放射された赤外線が集光レンズ21aを透過して外乱として入射エネルギーQ3として入射し、集光レンズ21aから放射された赤外線が外乱として入射エネルギーQ4として入射し、赤外線センサ21の周囲温度が急変した場合、金属キャン31と金属ステム32からの熱伝導による鍋検出用素子35aの温接点と冷接点側に温度差を生じて発生する温度外乱エネルギーQ5(熱伝達特性のバラツキ)が加わる。従って、鍋検出用素子35aへの全入射エネルギーQ=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5となる。
Infrared rays transmitted from the
また温度補償用素子35bには、集光レンズ21aのレンズ効果により鍋検出用素子35aとは視野角が偏移することで調理鍋30からの入射エネルギーQ1とトッププレート2からの入射エネルギーQ2は遮光され、トッププレート2と光学フィルタ26間に配置された部材が誘導加熱コイルなどからの輻射熱で温められ本体内の変動する温度の影響を受けた光学フィルタ26から放射された赤外線が集光レンズ21aを透過して外乱として入射エネルギーQ3として入射し、集光レンズ21aから放射された赤外線が外乱として入射エネルギーQ4として入射し、赤外線センサ21の周囲温度が急変した場合、金属キャン31と金属ステム32からの熱伝達による温度補償用素子35bの温接点と冷接点側に温度差を生じて発生する温度外乱エネルギーQ5(熱伝達特性のバラツキ)が加わる。従って、温度補償用素子35bへの全入射エネルギーQ=Q3+Q4+Q5となる。
Further, the
温度補償用素子35bの視野(検出範囲39)は、集光レンズ21aのレンズ効果により鍋検出用素子35aと異なる。温度補償用素子35bの視野(検出範囲39)の最大となるピーク感度位置39a(相対感度約−100%)は導光筒28の内壁を検出している。しかし、調理中の本体内の温度変化(常温〜約75℃)による導光筒28の影響を受ける温度域(常温〜約75℃)では、導光筒28から放射された赤外線は光学フィルタ26により遮断されるため、温度補償用素子35bの受光するエネルギーとしての影響は大変小さい。
The field of view (detection range 39) of the
次に、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bの両方に影響を与える前述した外乱について、各入射エネルギーについて入射エネルギー毎にその大きさ等について説明する。
Next, with respect to the above-mentioned disturbance affecting both the
鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bとに受光する入射エネルギーQ3は、光学フィルタ26から放射された赤外線が集光レンズ21aを透過して受光されるものである。光学フィルタ26は温度分布ムラの発生を抑えるように導光筒28の鍋温度検出装置20側の冷却風の影響を受け難い位置に設けられている。また、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bの受光する赤外線は光学フィルタ26より放射されたもので、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bの受光する光学フィルタ26の放射する赤外線は、光学フィルタ26の略同じ位置でその大きさも同じ面積である。そのため鍋検出用素子35aの受光する入射エネルギーQ3と温度補償用素子35bの受光する入射エネルギーQ3は、この入射エネルギーQ3の大きさと変化するタイミングは略同じである。
The incident energy Q3 received by the
また、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bとの受光する入射エネルギーQ4は、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bに入射する集光レンズ21aから放射される赤外線である。鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bは前述した様に集光レンズ21aの光軸に対して設置位置を異ならせることで互いに視野を異なるように設置している。但し、集光レンズ21aの放射する赤外線は鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bともに同じに受光する。そのため、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bの受光する入射エネルギーQ4の各大きさと各大きさが変化するタイミングは同じである。
The incident energy Q4 received by the
鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bとに熱伝達される温度外乱エネルギーQ5は、鍋検出用素子35aの温接点と冷接点側に温度差、温度補償用素子35bの温接点と冷接点側に温度差、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bとの温度差によって生じるものである。但し、本実施では1つの集光レンズ21aと1つの金属キャン31と金属ステム32からなる1つの金属ケース33内に鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bの両方を収納して、同一のシリコン基板34に配置しているので、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bとに温度差が発生し難い構造としている。そのため、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bとで発生する温度外乱エネルギーQ5は同じ大きさであり、変化するタイミングも同じになる。
The temperature disturbance energy Q5 that is heat-transferred between the
以上のことから、鍋検出用素子35aに入力される入射エネルギーQ3と温度補償用素子35bに入力される入射エネルギーQ3、鍋検出用素子35aに入力される入射エネルギーQ4と温度補償用素子35bに入力される入射エネルギーQ4、鍋検出用素子35aに入力される温度外乱エネルギーQ5と温度補償用素子35bに入力される温度外乱エネルギーQ5はそれぞれ等しくなる。
From the above, the incident energy Q3 input to the
そして、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bは前述した図7に示す回路接続となっているので、鍋検出用素子35aの出力から温度補償用素子35bの出力を差し引いた電位差が増幅された電気信号を出力する構成としている。従って、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35が外乱として入力する入射エネルギーQ3と入射エネルギーQ4と温度外乱エネルギーQ5は、その大きさと変化するタイミングが同じなので、鍋検出用素子35aに入力される全入射エネルギーQ=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5による鍋検出用素子35aの出力は、温度補償用素子35bに入力される全入射エネルギーQ=Q3+Q4+Q5によって補正され、鍋検出用素子35aの出力から温度補償用素子35bの出力を差し引いた電位差が増幅されて出力される電気信号は、鍋検出用素子35aに入力された入射エネルギーQ=Q1+Q2が増幅された値となる。
Since the
次に、調理鍋30の鍋底温度の換算方法について説明する。
Next, a method of converting the bottom temperature of the
赤外線センサ21の出力は、入射エネルギーQ1と入射エネルギーQ2の温度に相当した電気信号であることから、調理鍋30の鍋底の温度を求めるためには、入射エネルギーQ2に相当する外乱を補正することにより、更に正確な温度を検出することができる。
Since the output of the
前記外乱入射エネルギーQ2の補正は、温度センサ14bで計測したトッププレート2の温度に応じた赤外線センサ21の出力信号を補正電圧V2とし、温度換算手段50に登録する。調理鍋30を加熱中に赤外線センサが検出した出力信号V1を温度換算手段50に入力し、温度センサ14bで計測したトッププレート2の温度を温度換算手段50に入力して補正電圧V2を算出し、温度換算手段50において出力信号V1−補正電圧V2の換算処理を行うことで外乱(トッププレート2からの入射エネルギーQ2)を除外することで正確な鍋底の温度を検出することができる。
For the correction of the disturbance incident energy Q2, the output signal of the
また、調理鍋30の温度を検出するためには、同じ温度の調理鍋30でも鍋底の材質や色、傷などの違いによって鍋底から放射される赤外線量が異なるため、赤外線センサ21で検出した赤外線量から調理鍋30の温度を一義的に求めることはできない。調理鍋30の鍋底の温度を求めるためには、鍋底の放射率を得ることで検出した赤外線量を補正して正確な温度を検出することができる。
Further, in order to detect the temperature of the
放射率は、金属物質の表面から放射される赤外線エネルギ(E=εσT4)の放射率εと表面の反射率ρの間に成立するキルヒホフの法則による式(ε+ρ=1)より(但し、透過率α=0とする)、調理鍋30の反射率ρを知ることができれば、鍋30の放射率εを算出できる。ここで、σはステファン・ボルツマン係数、Tは絶対温度である。反射型フォトインタラプタ22でトッププレート2上に置かれた調理鍋30底面の反射率を計測し、温度換算手段50で、その調理鍋30の放射率を算出する。温度換算手段50では、赤外線センサ21からの出力信号V1から温度センサ14bの温度を変換した補正電圧V2を減算した出力信号に放射率を乗算することで、調理鍋30の放射率に応じた正確な鍋温度を検出することができる。
The emissivity is derived from the equation (ε + ρ = 1) according to Kirchhof's law, which holds between the emissivity ε of the infrared energy (E = εσT 4 ) radiated from the surface of the metallic material and the reflectance ρ of the surface (however, transmission). If the reflectance ρ of the
ここで、図3の鍋底温度検出手段の構成を示すブロック図を用いて調理鍋30の加熱方法について説明する。上面操作部6aは、火力を設定する火力設定手段52と調理メニューを選択するメニュー設定手段53とを備えている。また、インバータ手段54は、数十kHzの高周波で数百Vの電圧を生成し加熱コイル3に供給するものである。
Here, a method of heating the
制御手段51は、火力設定手段52より設定された火力で調理鍋30を加熱できるようにインバータ手段54の制御や、メニュー設定手段53で事前に組み込まれた自動メニューの中から選ばれたメニューに基づいてインバータ手段54を制御する。メニュー設定手段53で設定温度を選択して加熱を開始すると、調理鍋30の温度を決められた温度に維持するため温度換算手段50で換算した値の情報に基づいて、加熱コイル3に供給する電力を制御する。また、調理鍋30の異常過熱時には温度換算手段50により検出した調理鍋30の温度情報を基にして、制御手段51から火力低下や停止信号などの制御を行い安全に調理ができる。
The control means 51 controls the inverter means 54 so that the
以上、本実施例の赤外線センサ21は、1つの集光レンズ21aと1つの金属キャン31と金属ステム32からなる1つの金属ケース33内に2個の感熱素子(鍋検出用素子35a(第1の感熱素子)と温度補償用素子35b(第2の感熱素子)を設け、鍋検出用素子35aの赤外線受光面の中心35a1と集光レンズ21aの中心を通りレンズ面に垂直な光軸21a1とが略一致する位置関係に設け、該光軸21a1と平行に入射する赤外線35a2は鍋検出用素子35aの赤外線受光面に集光させ、鍋検出用素子35aを中心とした円周上かつ鍋検出用素子35aに隣接した位置に温度補償用素子35bを設け、温度補償用素子35bの赤外線受光面と集光レンズ21aとの位置関係は、温度補償用素子35bの赤外線受光面の中心と集光レンズ21aとの中心を結ぶ傾斜した光軸21a2に平行に入射する赤外線35b2が温度補償用素子35bの赤外線受光面で略集光する位置に設けられていることで、下記の効果が得られる。
As described above, the
鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bが同一の1つの集光レンズ21aと1つの金属キャン31と金属ステム32からなる1つ金属ケース33内に収められているので熱伝達特性によるズレは無く精度よく温度検出ができる。
Since the
また、調理鍋30の誘導加熱時は、加熱コイル3からの輻射熱や本体内部の電子部品を冷却した冷却風が吹きつけられることで鍋温度検出装置20が常温〜+20℃の間で過渡的な温度変動を生じるが、鍋検出用素子35aの出力信号を温度補償用素子35bの出力信号でキャンセルすることにより赤外線センサ21の外乱による出力変動を抑制できることとなり、赤外線センサ21の周囲温度が変化した検出条件においても調理鍋30の温度を精度良く検出できる。また、赤外線センサ21を用いれば加熱コイル3からの輻射熱などで温められた光学フィルタ26の入射エネルギーもキャンセルできるため、光学フィルタ26からの熱外乱も抑制できる。光学フィルタ26は、トッププレート2下方の熱外乱の抑制にも寄与するため、外乱となるトッププレート2と光学フィルタ26からの入射エネルギーを抑制できることから調理鍋30の温度を精度良く検出できる。
Further, during the induced heating of the
また、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bの赤外線の受光において、1つの集光レンズ21aを共用して使用することで、鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bとには集光レンズ21aによる悪影響となる温度外乱エネルギーQ4は同じエネルギー量として同じ時間に発生するため、温度外乱エネルギーQ4の大小に関係なく精度よく補正する事ができる。また、集光レンズ21aの温度ムラに関しても鍋検出用素子35aと温度補償用素子35bとには同じ温度ムラとして温度外乱エネルギーQ4が同じエネルギー量として同じ時間に発生するため問題なく温度外乱エネルギーQ4として正確に削除できるため、精度よく鍋温度を検出する事ができる。
Further, in receiving infrared light from the
このため、赤外線センサ21の周囲温度が変化する調理鍋30での長時間調理や連続調理、グリル調理との同時調理条件などであっても、調理鍋30の温度を精度良く検出できる。
Therefore, the temperature of the
しかしながら、鍋検出用素子35aに入力される全入射エネルギーQ=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5のうちのQ3+Q4+Q5による出力と、温度補償用素子35bに入力される全入射エネルギーQ=Q3+Q4+Q5による出力は、入射エネルギーが等しい場合であっても、それぞれの感熱素子の感度に差がある場合には同等とならない。この場合、鍋検出用素子35aの出力から温度補償用素子35bの出力を差し引いた電位差が増幅されて出力される電気信号は、鍋検出用素子35aに入力された入射エネルギーQ=Q1+Q2が増幅された値とならず、Q3+Q4+Q5に対する感度の差の分だけ電気信号に影響がある。
However, the output by Q3 + Q4 + Q5 of the total incident energy Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 input to the
図12は、本発明の検出回路の一実施例である。 FIG. 12 is an example of the detection circuit of the present invention.
赤外線センサ21の検出回路40を、任意に設定される基準電位70と、基準電位70を第1のバイアス入力とし鍋検出用素子35aの出力を増幅する第1の増幅器61と、基準電位70を第1のバイアス入力として温度補償用素子35bの出力を増幅する第2の増幅器62と、温度補償用素子35bの増幅出力74を第2のバイアス入力として鍋検出用素子35aの増幅出力73を増幅する第3の増幅器63、から構成する。
The
基準電位(V0)70は、電源電圧(Vc)76、分圧抵抗(R01)80、分圧抵抗(R02)81によって設定でき、
V0 = Vc×R02/(R01+R02)
と計算できる。分圧抵抗を用いず、基準電位(V0)70を回路グランド77と接続することでも、本発明の検出回路は動作し、検出回路の耐ノイズ性能を高めることができる。
The reference potential (V0) 70 can be set by the power supply voltage (Vc) 76, the voltage dividing resistor (R01) 80, and the voltage dividing resistor (R02) 81.
V0 = Vc × R02 / (R01 + R02)
Can be calculated. Even if the reference potential (V0) 70 is connected to the
第1の増幅器61は、増幅率k1を増幅率設定抵抗(R11)82、増幅率設定抵抗(R12)83によって設定でき、鍋検出用素子35aの増幅出力(V1´)73は、
V1´ = (1+R12/R11)×V1+V0 = k1×V1+V0
とできる。
In the
V1'= (1 + R12 / R11) x V1 + V0 = k1 x V1 + V0
Can be done.
第2の増幅器62は、増幅率k2を増幅率設定抵抗(R21)84、増幅率設定抵抗(R22)85によって設定でき、鍋検出用素子35bの増幅出力(V2´)74は、
V2´ = (1+R22/R21)×V2+V0 = k2×V2+V0
とできる。
In the
V2'= (1 + R22 / R21) x V2 + V0 = k2 x V2 + V0
Can be done.
さらに、第3の増幅器63は、増幅率k3を増幅率設定抵抗(R31)86、増幅率設定抵抗(R32)87によって設定でき、検出回路の出力電圧(Vs)75は、
Vs = (1+R32/R31)×(V1´−V2´)+V2´
= k3×(V1´−V2´)+V2´
= k3×(k1×V1+V0−k2×V2−V0)+k2×V2+V0
= k3×{k1×V1−k2×V2+(k2/k3)×V2}+V0
とできる。
Further, in the
Vs = (1 + R32 / R31) x (V1'-V2') + V2'
= K3 × (V1'-V2') + V2'
= K3 × (k1 × V1 + V0-k2 × V2-V0) + k2 × V2 + V0
= K3 x {k1 x V1-k2 x V2 + (k2 / k3) x V2} + V0
Can be done.
上記の式で、括弧内の第2項、第3項について、
−k2×V2+(k2/k3)×V2
=−{k2×(1−1/k3)}×V2
=−k2×V2
と変形できる。ここで、感熱素子の出力を増幅する場合、一般的に増幅率k3>>1であることを用いている。
In the above formula, for the second and third terms in parentheses,
-K2 x V2 + (k2 / k3) x V2
=-{K2 × (1-1 / k3)} × V2
= -K2 x V2
Can be transformed. Here, when amplifying the output of the thermal element, it is generally used that the amplification factor is k3 >> 1.
したがって、検出回路の出力電圧(Vs)75は、
Vs = k3×{k1×V1−k2×V2+(k2/k3)×V2}+V0
= k3×(k1×V1−k2×V2)+V0
とできる。
Therefore, the output voltage (Vs) 75 of the detection circuit is
Vs = k3 x {k1 x V1-k2 x V2 + (k2 / k3) x V2} + V0
= K3 × (k1 × V1-k2 × V2) + V0
Can be done.
鍋検出用素子35a、温度補償用素子35bの出力について、増幅率k1と増幅率k2で補正したうえで、増幅率k3で検出回路出力を得ることができる。
The outputs of the
例えば、温度補償用素子35bの感度が、鍋検出用素子35aの感度の0.8倍である場合は、増幅率k2=1.25倍、増幅率k1=1倍と設定することで、感度の差を補正することができる。増幅率k1を1倍としたい場合は、増幅率設定抵抗(R12)83を0Ω(ジャンパ接続)とし、OPアンプ41をバッファとして用いる。
For example, when the sensitivity of the
上記により、赤外線センサ21の鍋検出用素子35a、温度補償用素子35bの感度の差があっても、本発明の検出回路により補正することができるので、周囲温度が変化する調理鍋30での長時間調理や連続調理、グリル調理との同時調理条件などで、入射エネルギーQ3+Q4+Q5の変化が問題となる場合であっても、調理鍋30の温度をより精度良く検出できる。
As described above, even if there is a difference in sensitivity between the
図13は、本発明の検出回路の別の実施例である。赤外線センサ21を1つの感熱素子で構成し、赤外線センサ21を2つ逆向きに接続するという方式においても、同様の検出回路を用いることができる。
FIG. 13 is another embodiment of the detection circuit of the present invention. A similar detection circuit can also be used in a method in which the
1…誘導加熱調理器の本体
2…トッププレート
3…加熱コイル
3a…内側加熱コイル、3b…隙間、3c…外側加熱コイル
4…載置部
5…赤外線透過窓
6a、6b、6c…上面操作部
7a、7b、7c…上面表示部
8…グリル庫、8a…ハンドル、8b…グリルドア
9…主電源スイッチ
10…前面操作部
11…排気口
12…コイルベース
13…ギャップスペーサ、13a…支持部材
14…温度センサ、14a…内側温度センサ、14b、14c…外側温度センサ、
20…鍋温度検出装置
21…赤外線センサ、21a…集光レンズ
22…反射型フォトインタラプタ、22a…赤外線LED、
22b…赤外線フォトトランジスタ
23…電子回路基板
24…センサケース
25…ケース窓
26…光学フィルタ
27…金属ケース
28…導光筒
30…調理鍋
31…金属キャン
32…金属ステム
33…金属ケース
34…シリコン基板
35a…鍋検出用素子(第1の感熱素子)
35b…温度補償用素子(第2の感熱素子)
36…金属ピン
37…開口部
38…鍋検出用素子35aの検出範囲、38a…ピーク感度位置
39…温度補償用素子35bの検出範囲、39a…ピーク感度位置
40…検出回路
41…OPアンプ
50…温度換算手段
51…制御手段
52…火力設定手段
53…メニュー設定手段
54…インバータ手段
61…第1の増幅器
62…第2の増幅器
63…第3の増幅器
70…基準電位(V0)(第1のバイアス入力)
71…鍋検出用素子35aの出力電圧(V1)
72…温度補償用素子35bの出力電圧(−V2)
73…鍋検出用素子35aの増幅出力(V1´)
74…温度補償用素子35bの増幅出力(V2´)(第2のバイアス入力)
75…検出回路の出力電圧(Vs)
76…電源電圧(Vc)
77…回路グランド
80…分圧抵抗(R01)
81…分圧抵抗(R02)
82…増幅率設定抵抗(R11)
83…増幅率設定抵抗(R12)
84…増幅率設定抵抗(R21)
85…増幅率設定抵抗(R22)
86…増幅率設定抵抗(R31)
87…増幅率設定抵抗(R32)
1 ... Main body of
20 ...
22b ...
35b ... Temperature compensation element (second heat sensitive element)
36 ...
71 ... Output voltage (V1) of the
72 ... Output voltage (-V2) of
73 ... Amplified output (V1') of the
74 ... Amplified output (V2') of
75 ... Output voltage (Vs) of detection circuit
76 ... Power supply voltage (Vc)
77 ...
81 ... Voltage dividing resistor (R02)
82 ... Amplification rate setting resistor (R11)
83 ... Amplification rate setting resistor (R12)
84 ... Amplification rate setting resistor (R21)
85 ... Amplification rate setting resistor (R22)
86 ... Amplification rate setting resistor (R31)
87 ... Amplification rate setting resistor (R32)
Claims (3)
該トッププレートの下方に設けられ前記調理鍋を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイルと、
該加熱コイルに電力を供給するインバータ手段と、
前記トッププレート越しに前記調理鍋の温度を検出する赤外線センサと、
該赤外線センサの出力を増幅する検出回路と、
該検出回路の出力に応じて前記インバータ手段の出力を制御する制御手段とを備えた誘導加熱調理器において、
前記赤外線センサは、同一の金属ケース内に第1の感熱素子と第2の感熱素子とを備え、
前記検出回路は、任意に設定される基準電位と、該基準電位を第1のバイアス入力とし前記第1の感熱素子の出力を増幅する第1の増幅器と、前記基準電位を第1のバイアス入力として前記第2の感熱素子の出力を増幅する第2の増幅器と、前記第2の感熱素子の増幅出力を第2のバイアス入力として前記第1の感熱素子の増幅出力を増幅する第3の増幅器とを備えたことを特徴とする誘導加熱調理器。 A top plate on which the cooking pot is placed on the top and
A heating coil provided below the top plate to generate an induced magnetic field to heat the cooking pot,
Inverter means for supplying electric power to the heating coil and
An infrared sensor that detects the temperature of the cooking pot through the top plate,
A detection circuit that amplifies the output of the infrared sensor,
In an induction heating cooker provided with a control means for controlling the output of the inverter means according to the output of the detection circuit.
The infrared sensor includes a first heat sensitive element and a second heat sensitive element in the same metal case.
The detection circuit has an arbitrarily set reference potential, a first amplifier that uses the reference potential as a first bias input to amplify the output of the first heat-sensitive element, and a first bias input that uses the reference potential as a first bias input. A second amplifier that amplifies the output of the second heat-sensitive element, and a third amplifier that amplifies the amplified output of the first heat-sensitive element by using the amplified output of the second heat-sensitive element as a second bias input. An induction heating cooker characterized by being equipped with.
前記第1の感熱素子と前記第2の感熱素子とは、1つのチップ上に配置されていることを特徴とする誘導加熱調理器。 In the induction heating cooker according to claim 1,
An induction heating cooker characterized in that the first heat-sensitive element and the second heat-sensitive element are arranged on one chip.
前記トッププレートと第2のケースとの間に設けられており、前記トッププレートに設けられた窓を通過した赤外線が通過する筒体を備え、
前記第1の感熱素子の視野範囲の相対感度が最大となるピーク感度位置は、前記調理鍋を検出する位置であり、
前記第2の感熱素子の視野範囲の相対感度が最大となるピーク感度位置は、前記筒体の内壁を検出する位置であることを特徴とする誘導加熱調理器。 In the induction heating cooker according to claim 1 or 2.
It is provided between the top plate and the second case, and includes a cylinder through which infrared rays passing through a window provided on the top plate pass.
The peak sensitivity position where the relative sensitivity in the visual field range of the first heat sensitive element is maximized is the position where the cooking pot is detected.
An induction heating cooker characterized in that the peak sensitivity position where the relative sensitivity in the visual field range of the second heat sensitive element is maximized is a position where the inner wall of the cylinder is detected.
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