JP5077268B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、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関するものである。

従来、この種の誘導加熱装置で用いられる赤外線センサでは、赤外線センサの温度によって出力が変化するため、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、前記従来の構成では、赤外線センサを冷却する冷却手段を必要とするために機器の大型化にともない冷却ファンの動作音も大きくなり使用者に不快感を与えるなどの課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、赤外線センサを冷却する冷却手段を不要、あるいは簡略化しても、赤外線センサの測定する温度精度が低下することのない赤外線センサを用いた誘導加熱装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、トッププレートを介して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したものである。

これによって、赤外線センサのヒートマスが大きくなり、赤外線センサの温度を安定にしたものとなる。

本発明の誘導加熱装置は、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。

第１の発明は、調理物を加熱するための調理容器を載置するトッププレートと、前記トッププレートを介して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、調理容器を加熱するために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が取り付けられ、前記赤外線センサと熱的に接続された取り付け板と、前記赤外線センサの受光した赤外線のエネルギー量に基づいて前記加熱コイルの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、前記取り付け板の温度を低減する冷却部と、前記取り付け板の温度を測定する温度測定部とを有し、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冷却部を制御するものである。これにより、赤外線センサのヒートマスが大きくなり、赤外線センサの温度を安定化することができる。

また、冷却部によって取り付け板の温度を低減することにより、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。

さらに、加熱制御部が、温度測定部の温度が一定となるように冷却部を制御することにより、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。

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、本発明の第１の実施の形態における誘導加熱装置のブロック図を示すものである。

図１において、調理物を加熱するための調理容器１を載置するトッププレート２と、トッププレート２を介して調理容器１から放射された赤外線を検出する赤外線センサ３と、調理容器１を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイル４と、加熱コイル４を支持する部材（コイルベース５）を取り付ける取り付け板６と、赤外線センサ３の受光した赤外線のエネルギー量に基づいて加熱コイル４の高周波電流を制御して調理容器１の加熱電力を制御する加熱制御部８とを有している。

調理容器１は、食材などの被加熱物を入れる容器であって、鍋、フライパン、やかんなどであって、誘導加熱によって加熱が可能なものである。

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。そのとき、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。トッププレート２は結晶化ガラスを使用することが多いが、それに限定するものではない。

赤外線センサ３は、測定対象物から放射される赤外領域の光または熱を受光して、出力が変化するものである。通常は、その出力を電気信号に変換し、必要な温度情報を取り出している。

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り、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。

一方、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
ギーを電気エネルギーに変換して検知する。

例えば、フォトダイオードの場合は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を利用している。

加熱コイル４は、加熱制御部８の指示に従って動作するインバータ回路９から高周波電流が供給され、その電流によって高周波磁界を発生し、調理容器１に生ずる渦電流によって調理容器１が加熱される。

コイルベース５は、加熱コイル４を保持し、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、トッププレート２と加熱コイル４の距離が一定になるように構成されている。

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。

したがって、加熱コイル４と調理容器１の距離は重要な要素である。そのため、図１のように加熱コイル４を載せたコイルベース５を支持バネ７によってトッププレート２に押し当てるような構成をとる場合が多い。

また、支持バネ７の位置によって加熱コイル４の位置も決まるため、加熱コイル４の水平方向の位置を規定するため、支持バネ７は取り付け板６に固定され、位置が規定されるように構成されている。

取り付け板６は、コイルベース５を支持バネ７によって支持すると共に、加熱コイル４と加熱制御部８やインバータ回路９等を物理的に仕切るためのものである。また、加熱制御部８やインバータ回路９が、加熱コイル４で発生させた高周波磁界によって誤動作することを防止する。

加熱制御部８は、赤外線センサ３、インバータ回路９、図示していないが操作部等が接続されている。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ーの量に応じて出力される物理量、例えば出力電圧から調理容器１の温度に変換し、その温度に基づいて調理容器１の加熱出力の制御を行うためにインバータ回路９を制御している。

例えば、調理容器１の温度が過度に温度が上昇している場合には加熱を停止し、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。

また、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より行った場合にも、加熱制御部８はインバータ回路９を制御して所望の動作となるように制御する構成としている。

以上のように構成された誘導加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、使用者が図示していない操作部にある加熱の開始を入力するスイッチを押下することによって、加熱開始の制御命令を入力すると、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、操作部を操作することによって使用者が設定した火力になるようにイ
ンバータ回路９を制御する。具体的には、例えばインバータ回路９の入力電流を検出し、その検出値を加熱制御部８に入力する。

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。このような動作を繰り返すことによって、使用者が設定した火力に制御し、その火力を維持するように加熱制御部８は動作する。

一方、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、赤外線センサ３で検出された温度に基づいて加熱制御部８は、例えば検出温度が設定値（例えば、３００℃）以上か否かを判断する。

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い、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、揚げ物の調理時について説明する。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に入れた油温が設定温度の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の制御を行う。

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。

このような誘導加熱装置で使用される赤外線センサ３は、加熱コイル４の発熱や、調理容器１の熱がトッププレート２に伝わり、トッププレート２からの放射などによって温度が上昇する。

図２は、本発明の第１の実施の形態における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である。

図２において、フォトダイオードの温度による出力電流の特性は、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。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出力される電流は大きくなる。

したがって、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い、結果として対象物の温度の測定誤差が増加する。

この影響を回避するためにフォトダイオード自身の温度を測定し、温度変換する際にフォトダイオードの温度で補正することによって、その影響を軽減することが可能となる。しかし、フォトダイオードの温度を測定する必要があり、構成が複雑となり、機器自体も高価になってしまう。また、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も必要となる。

あるいは、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な構成をとる場合もある。しかし、その場合にはフォトダイオードの温度を一定に保つ必要があり、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ことになり、やはり結果として対象物の温度の測定誤差を減らすこ
とができない。

特に、冷却風を直接フォトダイオードに当てるような構成の場合はそのような状態に陥ることが多い。

また、冷却手段を設けた場合、機器が大型化する、あるいは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課題もある。

そこで、本実施の形態では、赤外線センサ３と取り付け板６が熱的に接続されるように構成している。

既述のように、赤外線センサ３は温度上昇することなく、温度が一定であることが望ましい。しかしながら、誘導加熱装置で使用する赤外線センサ３では、加熱コイル４やトッププレート２からの輻射熱を受けて赤外線センサ３の温度上昇を避けることは困難である。

温度が上昇すると赤外線センサ３の出力値に影響を及ぼすため、その影響が測定温度の誤差として最小とするべく、赤外線センサ３の温度によって補正を行う、あるいは赤外線センサ３を冷却するといった方法が用いられる。いずれの方法においても、赤外線センサ３の温度が急激に変動すると赤外線センサ３の出力値が安定せず、補正が困難となる。

したがって、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の温度が安定し、補正を容易にすることができる。

ここで、赤外線センサ３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。これらは通常、赤外線センサ３の端子と接続されており、温度的にも近い値となっている。通常、赤外線センサ３を冷却する場合も受熱、あるいは受光部はパッケージで覆われているため直接冷却することはできないため、端子やパッケージ部を冷却している。

本実施の形態においては、熱的に接続する部分は端子やパッケージ部のことである。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、大きな面積を有したものである。

また、加熱コイル４を支持するために強度も必要とされるため、厚みも必要である。したがって、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。

以上のように、本実施の形態においては、加熱コイル４と加熱制御部８等を物理的に仕切り、且つ、加熱コイル４を支持する取り付け板６と赤外線センサ３を熱的に接続することにより、加熱制御部８やインバータ回路９が、加熱コイル４で発生させた高周波磁界による誤動作を防止できるとともに、取り付け板の大きなヒートマスにより、赤外線センサ温度を安定化することができ、赤外線センサ３の出力も安定することにより、調理容器１の温度を正確に測定することが可能となり、自動調理の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。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１と同一部分は説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

図１において、赤外線センサ３を覆う金属ケース１０を有し、赤外線センサ３と金属ケース１０が熱的に接続されることによって、赤外線センサ３と取り付け板６を熱的に接続したものである。

誘導加熱装置では、加熱コイル４から高周波磁界を発生させているため、赤外線センサ３はその影響を受けて出力値が安定しない場合がある。とくに、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には、フォトダイオードの出力電流は通常μＡオーダー以下であり、影響を受けやすい。この影響を受けにくくするため、赤外線センサ３を金属ケース１０内に収納し、防磁する手法が用いられることが多い。

本実施の形態では、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が熱的に接続するように構成している。

以上のように構成された誘導加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、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、高周波磁界の影響を受けることがなく、かつ、取り付け板６と熱的に接続されているためヒートマスが大となり、温度の変化を受けにくくなり、赤外線センサ温度が安定しやすくなる。

以上のように、本実施の形態においては、赤外線センサ３と金属ケース１０を熱的に接続し、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は、温度の影響も高周波磁界の影響も受けることなく正確に調理容器１の温度を計測することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１と同一部分は説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

図１において、取り付け板６あるいは金属ケース１０の材質をアルミで構成したものである。

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り、取り付け板６と金属ケース１０自身が誘導加熱されにくく、赤外線センサ３と熱的に接続されて温度を均一にすることができ、赤外線センサの温度が不安定になることを防止すことができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態１と同一部分は説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

図１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よりも下方に配置した構成としたものである。

実施の形態１〜３で説明したように、赤外線センサ３は、加熱コイル４から発生する高周波磁界の影響を受けるため、防磁手段が必要である。実施の形態２で説明したように、金属ケース１０で赤外線センサ３を覆うことによって防磁することも可能であるが、取り付け板６も防磁の役割を果たすことのできるものであり、加熱制御部８は取り付け板６によって防磁されている。

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側に取り付けても、取り付け板６の下方に取り付けても良いが、取り付け板６の下方に赤外線センサ３を取り付けることにより、より防磁効果を高めている。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、金属ケース１０の簡略化が図れるとともに、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。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５について説明する。実施の形態１と同一部分は説明を省略し、相違点についてのみ説明する。図３は、本発明の第５の実施の形態における誘導加熱装置のブロック図を示すものである。

図３において、冷却部１１を有し、冷却部１１によって取り付け板６の温度を低減することができるように構成したものである。

以上のように構成された誘導加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、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に、急激な温度の変動はしないように構成されている。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、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。

そこで、冷却部１１によって赤外線センサ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を冷却することによって、赤外線センサ３の急激な温度変化を回避し、温度を一定にすることによって、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、本実施の形態においては、冷却部１１を有し、冷却部１１によって取り付け板６の温度を低減するとすることにより、赤外線センサ３の急激な温度変化を回避し、温度を一定にすることによって、赤外線センサ３の出力を安定化することができる。

また、冷却部１１としては、冷却ファンであってもペルチェ素子のようなものであっても良く、加熱制御部８と接続されている。加熱制御部８は、調理容器１の加熱時に冷却部１１の冷却機能を開始し、加熱停止時には冷却機能を終了する等の制御を行っても良い。

また、冷却部１１は必ずしも加熱制御部８と接続されている必要はなく、取り付け板６の温度を測定する温度測定部１２を有し、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、赤外線センサの温度の安定性を向上させることもできる。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６について説明する。実施の形態１と同一部分は説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

図１において、赤外線センサ３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り、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。

例えば、熱型赤外線センサのサーモパイルの場合、サーモパイルは赤外線エネルギーに応じた出力が発生し、その信号とサーモパイル自身の温度より測定対象物の温度を測定す
ることができる。

一方、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ーを電気エネルギーに変換して検知する。例えば、フォトダイオードの場合は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を利用している。

熱型赤外線センサも量子型赤外線センサも、センサ自身の温度によって出力が変動するのは同じである。しかしながら、熱型赤外線センサの場合にはセンサ自身の温度との差で測定対象物の温度を測定することが通例である。

一方、量子型赤外線センサの場合はセンサ自身の温度との差で測定対象物の温度を測定するわけではないため、通常はセンサ自身の温度は測定されない。その代わり、温度を一定に保つように冷却して使用される場合や、非冷却で使用される場合もある。いずれにしても、赤外線センサ３は安定した温度で使用しなければ、測定対象物の温度を正確に測定することができないのは既述のとおりである。

本実施の形態においては、赤外線センサを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赤外線センサとすることにより、赤外線センサの温度測定精度を高めることができる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、赤外線センサの温度を安定化し、調理容器の温度を正確に測定することができるために自動調理などの火力調節の性能が良いという効果を有し、一般家庭などで使用される誘導加熱装置に有効である。

本発明の実施の形態１における誘導加熱装置のブロック図 本発明の実施の形態１における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 本発明の実施の形態５における誘導加熱装置のブロック図

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 (1)

1. 調理物を加熱するための調理容器を載置するトッププレートと、前記トッププレートを介して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、調理容器を加熱するために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が取り付けられ、前記赤外線センサと熱的に接続された取り付け板と、前記赤外線センサの受光した赤外線のエネルギー量に基づいて前記加熱コイルの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、前記取り付け板の温度を低減する冷却部と、前記取り付け板の温度を測定する温度測定部とを有し、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冷却部を制御する誘導加熱装置。

Images