WO2010100697A1

WO2010100697A1 - 誘導加熱装置

Info

Publication number: WO2010100697A1
Application number: PCT/JP2009/006270
Authority: WO
Inventors: 藤濤知也; 奥田直; 石丸直昭; 片岡章
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2010-09-10
Also published as: EP2405712A1; JP2010205575A; EP2405712A4; US9414443B2; CN102342176A; EP2405712B1; CN102342176B; JP5077268B2; ES2537819T3; US20110315674A1

Abstract

　誘導加熱装置は、調理容器を載置するトッププレート（２）と、調理容器から放射された赤外線をトッププレートを介して検出する赤外線センサ（３）と、高周波電流を供給されて調理容器を加熱するための誘導磁界を発生させる加熱コイル（４）と、加熱コイルを支持する部材を取り付ける取り付け板（６）と、赤外線センサが受光した赤外線のエネルギ量に基づいて加熱コイルに供給する高周波電流を制御して調理容器の加熱電力を制御する加熱制御部（８）と、を有し、赤外線センサと取り付け板を熱的に接続したことを特徴とする。

Description

誘導加熱装置

　本発明は、調理容器を誘導加熱する誘導加熱装置に関し、特に、赤外線センサの出力に基づいて加熱制御を行う誘導加熱装置に関する。

　赤外線センサが出力する赤外線エネルギ量は、赤外線センサ自身の温度によって、変化する。そのため、従来の誘導加熱装置（例えば、定着装置）は、赤外線センサ自身の温度上昇に基づく赤外線センサの出力の変化を抑制するために、温度検知モジュール（赤外線センサを含む。）に空気を供給することによって赤外線センサを冷却する冷却手段を設けている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５－２４３３０号公報

　しかしながら、従来の構成では赤外線センサを冷却する冷却手段を必要とするために、以下のような種々の問題があった。例えば、冷却手段として冷却ファンを用いた場合、機器が大型化し、且つ冷却ファンの動作音が使用者に不快感を与える場合があった。また、冷却手段としてペルチェ素子を用いて、赤外線センサを一定温度となるように構成した場合は、機器が高額になるという問題があった。一方、冷却手段を用いない場合は、赤外線センサ自身の温度によって、赤外線センサが出力する赤外線エネルギ量が変化するため、測定物（具体的には、調理容器）の温度を精度良く検出することができなかった。

　本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、赤外線センサを冷却しなくても、測定物（具体的には、調理容器）の温度を精度良く検出することができる誘導加熱装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明の誘導加熱装置は、調理容器を載置するトッププレートと、調理容器から放射された赤外線をトッププレートを介して検出する赤外線センサと、高周波電流を供給されて調理容器を加熱するための誘導磁界を発生させる加熱コイルと、加熱コイルを支持する部材を取り付ける取り付け板と、赤外線センサが受光した赤外線のエネルギ量に基づいて加熱コイルに供給する高周波電流を制御して調理容器の加熱電力を制御する加熱制御部と、を有し、赤外線センサと取り付け板を熱的に接続したことを特徴とする。赤外線センサを熱容量（ヒートマス）の大きい取り付け板に熱的に接続することにより、赤外線センサのヒートマスが大きくなる。これにより、赤外線センサの温度を安定化することができる。

　上記誘導加熱装置が赤外線センサを覆う金属ケースをさらに有する場合、赤外線センサと金属ケースが熱的に接続され且つ金属ケースと取り付け板とが熱的に接続されることによって、赤外線センサと取り付け板とが熱的に接続されてもよい。これにより、赤外線センサの温度を安定化することができると共に、赤外線センサが誘導加熱によるノイズの影響を受けることを防ぐことができる。

　取り付け板の材質はアルミであってもいい。また、取り付け板と金属ケースのうち少なくともいずれか一方の材質がアルミであってもいい。これにより、取り付け板や金属ケース自身が誘導加熱されにくくなり、赤外線センサの温度が不安定になることを防止することができる。

　赤外線センサは取り付け板よりも下方に配置されてもよい。これにより、赤外線センサが誘導加熱によるノイズの影響を受けにくくすることができ、赤外線センサが測定する温度の精度を高めることができる。

　上記誘導加熱装置は、取り付け板の温度を低減する冷却部をさらに有してもよい。これにより、赤外線センサの温度をより低温で安定化することができる。

　上記誘導加熱装置が取り付け板の温度を測定する温度測定部をさらに有する場合、加熱制御部は、温度測定部の温度が一定となるように冷却部を制御してもよい。これにより、赤外線センサの温度の安定性を向上させることができる。

　赤外線センサは量子型であってもよい。これにより、量子型の赤外線センサの温度測定精度を高めることができる。

　本発明によれば、赤外線センサが加熱コイルを支持する部材を取り付ける取り付け板に熱的に接続されているため、赤外線センサの熱容量が大きくなる。これにより、赤外線センサ３が急激に温度上昇することを防ぐことができ、赤外線センサ３の出力が安定する。よって、赤外線センサを冷却することなく正確に調理容器の温度を測定することができる。

本発明の実施形態１の誘導加熱装置を示すブロック図本発明の実施形態１の誘導加熱装置のフォトダイオードの温度による出力電流の特性を示す図本発明の実施形態２の誘導加熱装置を示すブロック図

　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

　（実施形態１）
　本発明の実施形態１の誘導加熱装置は、調理容器から放射された赤外線を検出する赤外線センサと、加熱コイルを支持する部材を取り付ける取り付け板とを熱的に接続することにより、赤外線センサの熱容量を大きくして、赤外線センサの温度を安定させるものである。これにより、測定物（具体的には、調理容器）の温度を精度良く検出することを可能にする。

１．　誘導加熱装置の構成
　図１に、本発明の実施形態１の誘導加熱装置のブロック図を示す。本実施形態の誘導加熱装置は、調理容器１を載置するトッププレート２と、高周波電流を供給されることによって調理容器１を加熱するための誘導磁界を発生させる加熱コイル４と、調理容器１から放射された赤外線をトッププレート２を介して検出する赤外線センサ３と、赤外線センサ３を覆う金属ケース１０と、加熱コイル４を支持する部材であるコイルベース５と、コイルベース５を取り付けるための取り付け板６と、を有する。

　本実施形態の誘導加熱装置は、さらに、赤外線センサ３が受光した赤外線のエネルギ量に基づいて加熱コイル４に供給する高周波電流量を制御することにより、調理容器１の加熱電力を制御する加熱制御部８と、加熱制御部８の指示に従って動作して加熱コイル４に高周波電流を供給するインバータ回路９と、を有する。

　調理容器１は、誘導加熱による加熱が可能であって食材などの被加熱物を入れる容器（例えば、鍋、フライパン、やかん）である。調理容器１は、誘導加熱装置の外郭の一部を形成するトッププレート２上に載置される。このとき、調理容器１は加熱コイル４と対向する位置に載置される。本実施形態において、トッププレート２として結晶化ガラスを使用するが、それに限定するものではない。

　赤外線センサ３は、測定対象物である調理容器１から放射される赤外領域の光または熱を、トッププレート２を介して、受光する。赤外線センサ３の出力は、受光量に応じて変化する。赤外線センサ３の出力が電気信号に変換されて、必要な温度情報が取り出される。赤外線センサには、大別して熱型赤外線センサと量子型赤外線センサがある。本実施形態においては、赤外線センサ３として、量子型赤外線センサ（具体的には、フォトダイオード）を用いる。量子型赤外線センサは、光によって引き起こされる電気現象を利用して光エネルギを電気エネルギに変換して検知する。特に、フォトダイオードの場合、光起電力効果が利用され、光を受けると光量に比例した電流が流れることが利用される。

　加熱コイル４は、インバータ回路９から高周波電流を供給されて、高周波磁界を発生する。調理容器１は、高周波磁界により調理容器１に生ずる渦電流によって、加熱される。

　コイルベース５は加熱コイル４を保持する。コイルベース５は、トッププレート２と加熱コイル４との距離が一定になるように、取り付け板６によって規定された位置にある支持バネ７によって支持される。加熱コイル４と調理容器１の距離が離れてしまうと、加熱コイル４から発生する高周波磁界が調理容器１と鎖交する磁束の量が減ってしまうため、加熱出力が低下する。そのため、加熱コイル４と調理容器１の距離は重要な要素である。本実施形態においては、図１に示すように、加熱コイル４を載せたコイルベース５は、支持バネ７によってトッププレート２に押し当てられる。

　支持バネ７の位置によって加熱コイル４の位置も決まる。支持バネ７は取り付け板６に固定されることにより、加熱コイル４の水平方向の位置を規定する。

　取り付け板６は、コイルベース５を支持バネ７によって支持する。取り付け板６は、加熱制御部８及びインバータ回路９の全体を覆うために大きな面積を有し、加熱コイル４と加熱制御部８及びインバータ回路９等とを物理的に仕切る。これにより、取り付け板６は、加熱制御部８及びインバータ回路９が、加熱コイル４が発生した高周波磁界によって誤動作することを防止する。

　誘導加熱装置では、加熱コイル４が高周波磁界を発生させるため、赤外線センサ３がその影響を受けると出力値が安定しなくなる。特に、フォトダイオードの出力電流は通常μＡオーダー以下であるため、赤外線センサ３としてフォトダイオードを使用した場合、高周波磁界の影響を受けやすい。この影響を受けにくくするため、本実施形態では、赤外線センサ３を金属ケース１０内に収納し、防磁する。

　また、本実施形態においては、赤外線センサ３と金属ケース１０を熱的に接続し、金属ケース１０を取り付け板６と熱的に接続することによって、赤外線センサ３と取り付け板６が熱的に接続するように構成する。これにより、赤外線センサ３の熱容量を大きくして、赤外線センサ３の急激な温度上昇を防ぐ。

　本実施形態において、赤外線センサ３は加熱コイル４を支持する取り付け板６よりも下方に配置される。これにより、赤外線センサ３が、加熱コイル４から発生する高周波磁界の影響を受けることをさらに防止している。

　取り付け板６と金属ケース１０の少なくとも一方（本実施形態においては、両方）の材質はアルミである。アルミは、誘導加熱がしにくい材質であると共に、熱伝導率が良い材質である。そのため、アルミを用いると取り付け板６や金属ケース１０自身が誘導加熱されにくくなる。

　加熱制御部８は、赤外線センサ３、インバータ回路９、及び操作部（図示せず）等と接続される。加熱制御部８は、赤外線センサ３が受光した赤外線エネルギの量に応じて赤外線センサ３から出力される物理量（例えば、出力電圧）を調理容器１の温度に変換し、インバータ回路９を制御して、変換した調理容器１の温度に基づいて調理容器１の加熱制御を行う。例えば、加熱制御部８は、調理容器１の温度が過度に上昇している場合には加熱を停止するようにインバータ回路９を制御する。また、例えば、加熱制御部８は、自動調理モードで動作している場合には、その自動調理内容に応じた温度となるようにインバータ回路９を制御する。さらに、誘導加熱装置の使用者が加熱の開始や停止あるいは加熱出力の調節を操作部を介して行った場合、加熱制御部８はインバータ回路９を制御して、使用者により指示された所望の動作を実行する。

２．　誘導加熱装置の動作
　上記のように構成された誘導加熱装置について、以下にその動作を説明する。

　まず、使用者により設定された火力に従って、調理容器１を加熱する加熱制御について説明する。使用者が操作部（図示せず。）にある加熱の開始を指示するスイッチを押下すると、加熱開始の制御命令が本実施形態の誘導加熱装置に入力される。加熱制御部８は、インバータ回路９を動作させて、加熱コイル４に高周波電流を供給する。これにより、加熱コイル４から高周波磁界が発生し、調理容器１の加熱が開始される。

　加熱制御部８は、調理容器１への火力が、使用者が操作部を操作して設定した火力と一致するように、インバータ回路９を制御する。具体的には、例えば、加熱制御部８は、インバータ回路９の入力電流を検出して、その検出値を入力する。加熱制御部８は、使用者が設定した火力とインバータ回路９の入力電流とを比較して、インバータ回路９の動作状態を変更する。加熱制御部８は、このような動作を繰り返すことによって、調理容器１に対する火力を使用者が設定した火力と一致させ、一致した火力を維持するように制御する。

　調理容器１が加熱されて、調理容器１の温度が高くなってくると、加熱制御部８は、赤外線センサ３により検出された温度に基づいて、例えば、調理容器１の検出温度が設定値（例えば、３００℃）以上か否かを判断する。加熱制御部８は、検出温度が設定値以上であれば異常な加熱であると判断し、検出温度が設定値未満であれば正常な加熱であると判断する。加熱制御部８は、異常な加熱のときはインバータ回路９を一時的に停止させる等の制御を行う。一方、正常な加熱のときは、加熱を継続させる。

　次に、自動調理機能の一つである、揚げ物の調理について説明する。使用者が操作部にある揚げ物自動調理開始スイッチ（図示せず）を押下した後、温度調節スイッチで設定温度を例えば１８０℃に設定すると、加熱制御部８は調理容器１に入れた油の温度が設定温度の１８０℃に到達するように、赤外線センサ３により検出される温度に基づいてインバータ回路９を制御する。例えば、調理容器１に食材が投入されて油温が１８０℃以下となると、加熱制御部８はインバータ回路９の動作状態を変更して油温が１８０℃となるように制御を行う。

　以上のように、使用者により設定された火力に従った加熱制御や揚げ物の自動調理機能に従った制御を行って調理容器１を加熱していると、赤外線センサ３自身の温度が、加熱コイル４の発熱や、さらに調理容器１の熱がトッププレート２に伝わることによるトッププレート２からの輻射熱などによって、上昇する。

　図２に、一般的なフォトダイオードの温度による出力電流の特性を示す。図２に示すように、フォトダイオードは、フォトダイオード自身の温度によって、出力する電流値が変化する特性を持つ。フォトダイオードの温度が低いＹ度の時に比べて、温度が高いＸ度の時は、測定対象物の温度が同じであっても、フォトダイオードが出力する電流は大きくなる。このように、フォトダイオードの温度が変化してしまうと、フォトダイオードの出力電流と対象物の温度の関係が変化してしまうため、結果として対象物の温度の測定の誤差が大きくなる。

　そのため、赤外線センサ３の温度上昇を防いで、赤外線センサ３の温度を一定に保つことが望ましい。そこで、本実施形態では、赤外線センサ３と取り付け板６とが熱的に接続されることにより、赤外線センサ３により大きな熱容量（ヒートマス）を持たせている。赤外線センサ３の温度が急激に変動しないようにヒートマスを持たせることによって、赤外線センサ３の温度が安定する。これにより、赤外線センサ３の出力に基づく、調理容器３の検出温度の補正を容易にすることができる。

　本実施形態において、「赤外線センサの温度」とは、赤外線の熱あるいは光を受ける部分の温度を指している。この部分は、通常、赤外線センサ３の端子と接続されており、実際の赤外線センサ３の温度により近い値となる。取り付け板６は、加熱制御部８やインバータ回路９全体を覆うために、大きな面積を有する。さらに、取り付け板６は、加熱コイル４を支持するために強度が必要とされるため、厚みがある。よって、取り付け板６は大きな体積を持ち、十分に大きなヒートマスを有する。この取り付け板６と赤外線センサ３を金属ケース１０を介して熱的に接続することにより、赤外線センサ３は大きなヒートマスを有することになり、温度が安定しやすくなる。

３．　まとめ
　本実施形態では、赤外線センサ３と金属ケース１０を熱的に接続し、さらに金属ケース１０を取り付け板６と熱的に接続することによって、赤外線センサ３と取り付け板６とを熱的に接続している。よって、赤外線センサ３は、取り付け板６の大きな熱容量により、より大きな熱容量を持つことになる。これにより、赤外線センサ３自身の急激な温度の上昇を抑えることができ、赤外線センサ３の検出温度を安定化することができる。よって、赤外線センサ３の出力に基づいて、正確に調理容器１の温度を計測することが可能となる。これにより、加熱制御や自動調理における温度制御性が良くなり、料理の仕上がりを向上することができる。

　また、赤外線センサ３は金属ケース１０によって覆われているために、赤外線センサ３に対する加熱コイル４からの高周波磁界の影響が低減される。これにより、赤外線センサ３の出力値がより安定化する。よって、調理容器１の温度をより正確に計測することが可能となる。

　また、取り付け板６と金属ケース１０は、誘導加熱がしにくく且つ熱伝導率が良い材質であるアルミで形成されている。よって、取り付け板６と金属ケース１０は誘導加熱されにくくなり、赤外線センサ３の温度が上昇することをより抑えることができる。赤外線センサ３の温度は均一になり、赤外線センサの温度が不安定になることを防止することができる。

　赤外線センサ３の温度上昇の影響を軽減するために、フォトダイオードを冷却してフォトダイオード自身の温度が上昇しないようにする方法もあるが、この場合、フォトダイオードの温度を一定に保たなければならなくなる。しかし、フォトダイオードの温度が揺らいでしまうと対象物の温度が一定であってもフォトダイオードの出力電流値が変化するため、結果として対象物の温度の測定誤差を減らすことはできない。特に、冷却風を直接フォトダイオードに当てるような場合は、温度を一定に保つことが難しくなる。また、冷却手段を設けると、機器が大型化するという問題や、冷却ファンの動作音がして使用者に不快感を与えるなどの問題が発生する。しかし、本実施形態によれば、フォトダイオードを冷却せずに赤外線センサの温度上昇の影響を軽減しているため、このような問題は発生しない。

　赤外線センサ３の温度上昇の影響を軽減するためにフォトダイオード自身の温度を測定して、測定した温度に基づいて、調理容器の換算温度を補正する方法もあるが、この場合には、フォトダイオードの温度を測定するための構成が複雑となり、機器自体も高価になる。さらに、この場合は、フォトダイオードの温度に応じた補正値を演算あるいは記憶する手段などが必要となる。しかし、本実施形態によれば、フォトダイオード自身の温度を測定せずに、赤外線センサの温度上昇の影響を軽減しているため、このような問題は発生しない。

　また、取り付け板６により、加熱コイル４と加熱制御部８及びインバータ回路９とを物理的に仕切っているため、加熱制御部８やインバータ回路９が、加熱コイル４で発生した高周波磁界により、誤動作することを防止できる。

　また、赤外線センサ３は取り付け板６の下方に取り付けられているため、取り付け板６による防磁効果が得られる。

　赤外線センサ３として、センサの温度を安定化させることによって出力の安定化が図れる量子型の赤外線センサを用いているため、赤外線センサ３の温度測定精度を高めることができる。

４．　変形例
　なお、本実施形態においては、赤外線センサ３を覆う金属ケース１０を取り付け板６と熱的に接続することによって、赤外線センサ３と取り付け板６とを熱的に接続したが、赤外線センサ３の端子又はパッケージ部と取り付け板６とが、直接、熱的に接続されても良い。

　なお、赤外線センサ３は取り付け板６よりも上の加熱コイル４側に取り付けられてもよいが、取り付け板６よりも下方に取り付けた方が、防磁効果をより高めることができる。これにより、金属ケース１０の板厚を薄くするなどしても十分な防磁効果が得られるため、金属ケース１０の簡略化が図れる。例えば、金属ケース１０を設けない構成であっても防磁効果が得られる。赤外線センサ３が誘導加熱によるノイズの影響を受けにくくすることができ、赤外線センサ３が測定する温度の精度を高めることができる。

　なお、本実施形態においては、赤外線センサ３として量子型赤外線センサを用いたが、熱型赤外線センサを用いても良い。熱型赤外線センサは、赤外線のもつ熱効果によってセンサが暖められ、素子温度の上昇によって生ずる素子の電気的性質の変化を検知するものである。例えば、熱型赤外線センサのサーモパイルを使用してもよい。熱型赤外線センサは、量子型赤外線センサと同様に、センサ自身の温度によって出力が変動する。サーモパイルは赤外線エネルギに応じた出力信号を発生し、その信号とサーモパイル自身の温度とにより測定対象物の温度を測定することができる。

　（実施形態２）
　本発明の実施形態２の誘導加熱装置は、取り付け板６を冷却する冷却部をさらに有する。それ以外の構成については、実施形態１と同一である。実施形態１と同一部分の説明を省略し、相違点についてのみ、以下に説明する。

　図３に、本発明の実施形態２の誘導加熱装置のブロック図を示す。本実施形態の誘導加熱装置は、図３に示すように、冷却部１１をさらに有する。冷却部１１は、取り付け板６を冷却する。本実施形態の冷却部１１は冷却ファンである。冷却部１１は加熱制御部８と接続される。加熱制御部８は、調理容器１の加熱時に冷却部１１による冷却動作を開始する。

　赤外線センサ３は、取り付け板６と熱的に接続されているため、急激に温度が変動することはない。しかしながら、調理容器１の加熱を継続すると、加熱コイル４やトッププレート２の温度が上昇し、加熱コイル４やトッププレート２が輻射熱を発する。その輻射熱によって、ヒートマスの大きい取り付け板６の温度も徐々に上昇するため、結果的に赤外線センサ３の温度も上昇することになる。

　しかし、本実施形態においては、冷却部１１が赤外線センサ３を直接冷却するのではなく、ヒートマスの大きい取り付け板６を冷却している。よって、取り付け板６の温度が上昇することを防ぐことができる。これにより、赤外線センサ３の温度を一定にし、赤外線センサ３の出力を安定化することができる。

　以上のように、本実施形態においては、取り付け板６の温度を低減する冷却部１１を有することにより、赤外線センサ３の温度変化を回避することができる。これにより、赤外線センサ３の温度が一定になり、赤外線センサ３の出力を安定化することができる。

　なお、本実施形態においては、冷却部１１として冷却ファンを使用したが、冷却部１１はペルチェ素子などであっても良い。

　また、本実施形態の誘導加熱装置は、取り付け板６の温度を測定する温度測定部１２をさらに有してもよい。この場合、加熱制御部８又は温度測定部１２が温度測定部１２の温度が一定となるように冷却部１１を制御することにより、赤外線センサ３の温度の安定性を向上させてもよい。また、冷却部１１は必ずしも加熱制御部８と接続される必要はない。

　本発明は、特定の実施形態について説明されてきたが、当業者にとっては他の多くの変形例、修正、他の利用が明らかである。それゆえ、本発明は、ここでの特定の開示に限定されず、添付の請求の範囲によってのみ限定され得る。

　本発明の誘導加熱装置は、赤外線センサの温度を安定化させて調理容器の温度を正確に測定することができるという効果を有し、一般家庭、レストラン及びオフィスなどで使用される誘導加熱装置に有用である。

　　１　　　調理容器
　　２　　　トッププレート
　　３　　　赤外線センサ
　　４　　　加熱コイル
　　５　　　コイルベース
　　６　　　取り付け板
　　７　　　支持バネ
　　８　　　加熱制御部
　　９　　　インバータ回路
　　１０　　金属ケース
　　１１　　冷却部
　　１２　　温度測定部

Claims

　調理容器を載置するトッププレートと、
　前記調理容器から放射された赤外線を、前記トッププレートを介して、検出する赤外線センサと、
　高周波電流を供給されて、前記調理容器を加熱するための誘導磁界を発生させる加熱コイルと、
　前記加熱コイルを支持する部材を取り付ける取り付け板と、
　前記赤外線センサが受光した赤外線のエネルギ量に基づいて、前記加熱コイルに供給する高周波電流を制御して、前記調理容器の加熱電力を制御する加熱制御部と、
　を有し、
　前記赤外線センサと前記取り付け板を熱的に接続したことを特徴とする、誘導加熱装置。
　前記赤外線センサを覆う金属ケースをさらに有し、
　前記赤外線センサと前記金属ケースが熱的に接続され且つ前記金属ケースと前記取り付け板とが熱的に接続されることによって、前記赤外線センサと前記取り付け板とが熱的に接続される、請求項１に記載の誘導加熱装置。
　前記取り付け板の材質はアルミである、請求項１に記載の誘導加熱装置。
　前記取り付け板と前記金属ケースのうち少なくともいずれか一方の材質はアルミである、請求項２に記載の誘導加熱装置。
　前記赤外線センサは前記取り付け板よりも下方に配置される、請求項１に記載の誘導加熱装置。
　前記取り付け板の温度を低減する冷却部をさらに有する、請求項１に記載の誘導加熱装置。
　前記取り付け板の温度を測定する温度測定部をさらに有し、前記加熱制御部は前記温度測定部の温度が一定となるように前記冷却部を制御する、請求項６に記載の誘導加熱装置。
　前記赤外線センサは量子型である、請求項１に記載の誘導加熱装置。