JP4821791B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、一般家庭やオフィス、レストランなどで使用される誘導加熱調理器に関するものである。

誘導加熱調理器では、誘導加熱コイルから高周波磁界が発生し、電磁誘導による渦電流のために鍋等の被加熱物が加熱される。

以下、従来の誘導加熱調理器について、図１２に基づいて一例を説明する。図において１はインバータ、２はインバータ１に接続された誘導加熱コイル、３は被加熱物であり、本実施例の場合調理鍋となっている。４は被加熱物３が載置されるトッププレート、５は被加熱物３の温度を検知する温度検知手段で具体的にはサーミスタをトッププレート４に密着させ、熱伝導により検知している。

この構成において示すようにインバータ１により供給された高周波電流によって誘導加熱コイル２からは高周波磁界が発生し、電磁誘導による渦電流のために被加熱物３が加熱される。入力電力の可変及び安定化のため、インバータ１の電源電流を図示しないカレントトランスにより検知し、インバータ１の駆動周波数あるいは、図示しないスイッチング素子の導通比を変化させて、インバータ１の出力を制御している。温度検知手段５によって被加熱物３の温度を検出し、例えば揚げ物調理などの時に被加熱物３の温度を２００℃になるようインバータ１の出力を制御している。

上記従来の構成においては温度検知手段５がトッププレート４を介して被加熱物３の温度を検知しているため、熱応答が遅く適切な制御が困難という課題があった。具体的な事例を図１３を用いて説明する。図１３の実線は被加熱物３の温度であり破線は温度検知手段５の出力である。図に示すように被加熱物３の温度変化に対し、温度検知手段５の出力は時間的な遅れが生じているので、この結果例えば沸騰検知や、空鍋の異常温度上昇検知などが困難であるという課題である。

こういった背景から昨今、赤外線センサを用いて被加熱物３の温度を検知するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２９９０２９号公報

しかしながらこのような方法では高価な赤外線センサが必要になるという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、赤外線センサなど新たな温度検知手段を用いずに被加熱物３の温度変化を高速に検知できる使い勝手の良い誘導加熱調理器を実現することを目的としたものである。

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、高周波磁界を発生し前記トッププレート上の前記被加熱物を加熱する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するインバータと、前記インバータの入力電流が一定となるべく前記インバータを制御する制御手段と、前記トッププレートの裏面に密着して設けられ被加熱物の温度を検知するサーミスタとを有し、前記制御手段は、所定時間以内に所定以上の制御量の変化があり、かつ、前記サーミスタからの温度検知情報が所定以上の温度変化であった場合にインバータの出力を抑制あるいは停止するものである。

従来より用いていた温度検知手段からの情報も加えて被加熱物の温度変化を検知するので、例えば被加熱物の底面が加熱中に変形する場合においても的確に被加熱物の異常温度上昇検知が可能となる。

本発明の誘導加熱調理器は、被加熱物の底面が加熱中に変形する場合においても的確に被加熱物の異常温度上昇検知が可能となる。

請求項１に記載の発明は、被加熱物が載置されるトッププレートと、高周波磁界を発生し前記トッププレート上の前記被加熱物を加熱する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するインバータと、前記インバータの入力電流が一定となるべく前
記インバータを制御する制御手段と、前記トッププレートの裏面に密着して設けられ被加熱物の温度を検知するサーミスタとを有し、前記制御手段は、所定時間以内に所定以上の制御量の変化があり、かつ、前記サーミスタからの温度検知情報が所定以上の温度変化であった場合にインバータの出力を抑制あるいは停止する誘導加熱調理器とすることにより、従来より用いていた温度検知手段からの情報も加えて被加熱物の温度変化を検知するので、例えば被加熱物の底面が加熱中に変形する場合においても的確に被加熱物の異常温度上昇検知が可能となる。

以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。

（参考例１）
以下、第１の参考例について図面を参照しながら説明する。図１は本参考例の誘導加熱調理器の概略回路図である。図１において、９は誘導加熱される被加熱物、１１は商用電源である。商用電源１１は整流平滑部１３に入力される。整流平滑部１３にはブリッジダイオードで構成される全波整流器とその直流出力端間にチョークコイルと平滑コンデンサで構成されるローパスフィルタが接続される。

整流平滑部１３の出力にはインバータ回路７が接続され、インバータ回路７に誘導加熱コイル８が接続される。インバータ回路７と誘導加熱コイル８は高周波インバータを構成する。インバータ回路７には、第１のスイッチング素子７ｃ（本実施の形態ではＩＧＢＴ）と、第２のスイッチング素子７ｄ（本実施の形態ではＩＧＢＴ）の直列接続体が設けられる。第１のダイオード７ｅが第１のスイッチング素子７ｃに逆並列に、第２のダイオード７ｆが第２のスイッチング素子７ｄに逆並列に接続されている。前記直列接続体の両スイッチング素子の接続点と整流平滑部１３の負極端子間には誘導加熱コイル８と共振コンデンサ７ｇの直列接続体が接続される。

カレントトランス１４はインバータ回路７の商用電源１１から入力する電源電流を検知し、電源電流検知回路１５に検知信号を出力する。電源電流検知回路１５は電源電流の大きさに比例した検知信号を制御手段１８に出力する。

制御手段１８はインバータ回路７にある第１のスイッチング素子７ｃと第２のスイッチング素子７ｄを駆動する。制御手段１８は報知手段１９及び入力手段２０と接続される。報知手段１９は本参考例の場合圧電スピーカによる音波で外部へ報知する構成としている。入力手段２０はキー入力により使用者が入力できる構成としており、具体的には図７に示す煮物１及び煮物２のキースイッチを含む構成である。

以上のように構成された誘導加熱調理器の動作を説明する。商用電源１１は整流平滑部１３により整流され、インバータ７と誘導加熱コイル８を有する高周波インバータに電源を供給する。

図２は本参考例における各部波形を示す。波形（ア）は第２のスイッチング素子７ｄのドライブ信号を示し、ＨＩＧＨ状態でオン、ＬＯＷ状態でＯＦＦとなる。波形（イ−２）は第２のスイッチング素子７ｄ及びダイオード７ｆに流れる電流波形を示す。波形（イ−１）は第１のスイッチング素子７ｃ及びダイオード７ｅに流れる電流波形を示す。波形（ウ）は第２のスイッチング素子７ｄのコレクタ−エミッタ間に生じる電圧を示す。

第１のスイッチング素子７ｃがオンしている場合には、第１のスイッチング素子７ｃ（若しくは第２のダイオード）と誘導加熱コイル８と共振コンデンサ７ｇの閉回路に共振電流が発生する。第１のスイッチング素子７ｃがオフすると、第２のダイオード７ｆを介し
て電流が流れる。

第１のスイッチング素子７ｃがオフして以降は、第２のスイッチング素子７ｄがオンするので、第２のダイオード７ｆに電流が流れた後、第２のスイッチング素子７ｄ（若しくは第１のダイオード７ｅ）と、誘導加熱コイル８と、共振コンデンサ７ｇを含む閉回路に共振電流が流れる。

第１のスイッチング素子７ｃと第２のスイッチング素子７ｄの駆動周波数は約２０ｋＨｚ近傍で可変され、駆動時間比率は図２に示すように約１／２近傍で可変される。

制御回路１８は電源電流検知回路１５から電源電流の大きさに比例した出力信号を入力されるので、第１のスイッチング素子７ｃと第２のスイッチング素子７ｄを入力電力（高周波インバータの出力値）を所定の値に制御するように、駆動周波数を可変して制御する。

図３は駆動周波数と入力電力の相関を示す図で、実線は被加熱物の温度が低い時、破線は被加熱物の温度が高い時を示す。被加熱物の温度によって相関が変化するのは温度上昇に伴って被加熱物の抵抗率が変化（一般的に温度上昇に伴い抵抗率は上昇する）し、結果誘導加熱コイル８と被加熱物９の磁気結合が変化するためである。図に示すように例えば２０００Ｗの電力を安定して供給しようとした場合、被加熱物の温度上昇に連れて駆動周波数は徐々に低下していく。従って一定電力を供給した場合の駆動周波数は図４に示す様な形となる。図４（ａ）で実線は被加熱物３の温度、（ｂ）は駆動周波数、（ｃ）は入力電力である。被加熱物３の温度上昇に伴い駆動周波数は低下し、被加熱物３の温度が一定になれば駆動周波数も一定となる。以上の関係から駆動周波数の時間変化で被加熱物３の温度変化がわかるものである。図５は空鍋加熱など被加熱物３の温度が異常に上昇した場合の本参考例での制御を示すものである。制御手段１８は図（ｂ）に示す所定の時間Ａの間に所定の制御量変化（△ｆ１）以上があった場合、被加熱物３の温度上昇が大と判断し、インバータ７の出力を低減すべく駆動周波数を低下させる。従って入力電力が低減し、結果被加熱物３の異常温度上昇を回避することが可能となる。またこの時報知手段１９によって外部に音波で報知するので、使用者は、被加熱物３の異常温度上昇に気づくことが可能となる。

図６は湯沸かしなど被加熱物３の温度が一定になった場合の本参考例の制御を示すものである。制御手段１８は図（ｂ）に示す所定の時間Ｂの間に所定の制御量変化（△ｆ２）以下となった場合に湯沸かし完了と判断し、インバータ７の出力を低減すべく駆動周波数を低下させるので吹きこぼれなどを回避することが可能となる。さらにこの時報知手段１９によって外部に報知するので使用者は湯沸かし完了がわかるものである。

また図７に示すように本参考例の場合予め沸騰検知後の加熱電力を設定できる。すなわち煮物１の場合は沸騰検知後の加熱電力が定格電力の約半分、煮物２の場合は同電力が定格電力の約１／４となる。使用者は予め図７に示すキーで入力することにより、調理メニューに応じた制御が可能となるものである。本参考例の場合特に図示していないが、例えば湯沸かしキーなる入力手段を具備して、このキーが押された時のみ上記湯沸かし検知を行っても良い。

尚本参考例では２石式のＳＥＰＰインバータ構成としたが、例えば１石式の電圧共振形インバータなど負荷（被加熱物）との磁気結合変化により入力電流が変化するものであればいかなる構成あるいは制御方式のインバータでもよい。さらに電力可変を周波数を用いて行うものとしたが、これも制限されるものでなく、例えば周波数一定で２石のスイッチング素子の導通比率を変化させるなどの方式でもよいことは言うまでもない。

（実施例）
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例と第１の参考例の構成上の差異は従来例にて説明した温度検知手段の有無であり、その他は同じである。すなわち本実施例においては従来用いていたサーミスタによる温度検知手段を有しており、その構成は従来例にて述べたものと同じである。制御手段１８は図８（ａ）の破線で示す温度検知手段の出力も考慮して制御する。図に示すように温度検知手段からの温度変化が△ｔ１以上でかつ、参考例１の条件が満たされた時のみ制御手段１８は被加熱物３の温度上昇が異常と判断してインバータ７の出力を低減するので、例えば正常な加熱中において、被加熱物３の底面が加熱により徐々に変形し誘導加熱コイル８と被加熱物９の磁気結合が変化した場合に誤って温度上昇が異常と判断することがなくなるものである。図９は湯沸かし時における本実施例の制御を示す。図８同様（ａ）の破線は温度検知手段からの出力である。この場合においても制御手段１８は△ｔ２以下の温度上昇となりかつ上記参考例１で述べた条件が満たされた時のみインバータ７の出力を低減するので、例えば被加熱物３の底面が加熱により変形し、その変形度合いが時間と共に小となってしまう場合などにおいて誤って湯沸かし完了と判断することを回避できるものである。

（参考例２）
以下、第２の参考例について図面を参照しながら説明する。図１０は本参考例の断面図を示すものである。本参考例の場合図に示すように誘導加熱コイル８の中心部分に測距手段３０を設けている以外は参考例１と同じである。測距手段３０は具体的には発光ダイオードとフォトトランジスタの組で構成されており、発光ダイオードから発生する光が被加熱物９に反射してフォトトランジスタに帰ってくるまでの時間によって誘導加熱コイル８と被加熱物９との距離を測定するものである。以上の構成により本参考例の場合被加熱物９の変形を測距手段３０にて検知することが可能となるので実施例で述べた被加熱物９の変形に起因する誤検知を回避することができるものである。具体的には測距手段３０からの誘導加熱コイル８−被加熱物９間の距離が所定の値以下の場合のみ湯沸かし検知を行うなどの制御を図るものである。また所定以上の距離変化があった場合に加熱不適切負荷として異常報知をしてもよい。

（参考例３）
以下、第３の参考例について図面を参照しながら説明する。図１１は本参考例の断面図を示すものである。図において誘導加熱コイル８は８ａ，８ｂと外周部及び内周部の２つに分割されており、それぞれが独立したインバータ７に接続されている。従って外周部８ａのみの加熱及び内周部８ｂのみの加熱、さらに両方の加熱が可能となっている。上記の構成により被加熱物９と誘導加熱コイル８ａ，８ｂの磁気結合情報は２つ得ることができる。

本参考例の場合外周部８ａの磁気結合情報によって（すなわち外周部８ａと接続されたインバータ７の駆動周波数変化）温度検知を行う。この制御により特に被加熱物９の底面の変形は中心部分が多く、外周部分は小さいので変形による誤検知を回避することが可能となる。

参考例１における誘導加熱調理器の概略回路図 同、回路各部の動作波形を示す図 同、被加熱物の温度変化時の周波数と入力電力相関を示す図 同、被加熱物の温度と駆動周波数及び入力電力の時間変化を示す図 同、被加熱物の温度上昇が異常な場合における制御を示す図 同、被加熱物の温度上昇が一定になる場合の制御を示す図 同、入力手段を示す図 本発明の実施例における誘導加熱調理器の被加熱物の温度上昇が異常な場合における制御を示す図 同、被加熱物の温度上昇が一定になる場合の制御を示す図 参考例３における誘導加熱調理器の断面図 参考例４における誘導加熱調理器の断面図 従来の誘導加熱調理器の断面図 同、被加熱物と温度検知手段の出力を示す図

９ 被加熱物
８ 誘導加熱コイル
７ インバータ
１８ 制御手段
１９ 報知手段
２０ 入力手段
３０ 測距手段

Claims (1)

1. 被加熱物が載置されるトッププレートと、高周波磁界を発生し前記トッププレート上の前記被加熱物を加熱する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するインバータと、前記インバータの入力電流が一定となるべく前記インバータを制御する制御手段と、前記トッププレートの裏面に密着して設けられ被加熱物の温度を検知するサーミスタとを有し、前記制御手段は、所定時間以内に所定以上の制御量の変化があり、かつ、前記サーミスタからの温度検知情報が所定以上の温度変化であった場合にインバータの出力を抑制あるいは停止する誘導加熱調理器。

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