JP5083273B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導を利用して被加熱物を加熱する誘導加熱調理器に関するものである。

従来、この種の誘導加熱調理器は、特許文献１には、調理容器や調理容器からふきこぼれた食材等がトッププレート下面に配した電極上を覆うことによって静電容量が変化し、その変化からふきこぼれを検出し加熱制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１５９４９４号公報

実用上、被加熱物として蓋をしていない鍋を加熱することは少なくないが、この場合は活発な沸騰により鍋の外に被調理物が飛び散る現象がよく見られる。特許文献１に記載された従来の誘導加熱調理器は、点在する電極の静電容量変化を観測し加熱量の制御を行う方式で被調理物のふきこぼれを検出するので、被調理物が飛び散って電極にかかる度に加熱制御を行う必要があり、調理の妨げとなるばかりで実用の役に立たないという課題を有していた。

すなわち、実用上で自動的に加熱制御が必要なふきこぼれは、被調理物が被加熱物である鍋の外周からこぼれることから、被加熱物である鍋に沿って拡がることになるため、まとまった量のふきこぼれを検出するためには、ある程度の長さをもった検出用の電極が必要となるという課題がある。

一方で、図６に示すような単純に長さをもった電極６０３を用い、図６（ａ）、（ｂ）
、（ｃ）のように電極６０３上に被加熱物６０１がオーバーラップして載置された状態（図６（ｄ）−（１））で加熱コイル６０２誘導加熱を行うと、高周波電力を用いた誘導加熱により発生する電界の影響を受けて、電極と被加熱物で構成される静電容量が減少してしまい（図６（ｄ）−（２））、ふきこぼれが発生しても静電容量変化を観測できなくなる現象（図６（ｄ）−（３））が発生するため、載置状態に左右されない工夫が必要となるという課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ふきこぼれ検出のための電極を複数の円弧状構造とすることで、誘導加熱の影響を排し、実用上有効なふきこぼれを検出する機能を備えた誘導加熱調理器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、本発明の誘導加熱調理器は、被調理物を入れる鍋などの被加熱物を載置するためのトッププレートと、前記被加熱物を加熱するための加熱コイルと、前記加熱コイルにより誘導加熱を行うための高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記トッププレート下に配置した半径の異なる複数の円弧形状の電極と、前記電極の静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記静電容量検出手段により静電容量変化を検出して前記被調理物のふきこぼれが発生したかどうかを検出するふきこぼれ検出手段と、前記ふきこぼれ検出手段の指示に基づき、前記高周波電力供給手段の供給する高周波電力を制御する制御手段とを備え、前記複数の円弧形状の電極は、隣り合う２つの電極が、各電極の端点において円弧の接線に略垂直な電極で接続されることにより、１本に接続されたことを特徴とし、電極には被加熱物の大きさの違いと誘導加熱による静電容量への干渉の影響に対応するための複数の円弧形状の電極を用い、ふきこぼれ検出手段は前記電極と前記被加熱物が形成する静電容量においてふきこぼれた前記被調理物が前記電極と前記被加熱物の間に入り込み誘電体として機能することで発生する静電容量変化を検出するよう機能させ、ふきこぼれ発生時に加熱量を調節することで、実用性の高いふきこぼれ検出機能を備えた誘導加熱調理器を提供することができる。

本発明の誘導加熱調理器は、実用性の高いふきこぼれ検出機能を備えた誘導加熱調理器を提供することができる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における電極形状を説明する図 本発明の実施の形態１におけるふきこぼれ検出動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における静電容量検出値変化の様子を示す図 本発明の実施の形態２における電極形状を説明する図 従来例における課題を説明する図 本発明の実施の形態３におけるトッププレートの状態を説明する図 本発明の実施の形態４における誘導加熱調理器の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４における交差確認動作を説明する図

第１の発明は、被調理物と、前記被調理物を入れる鍋などの被加熱物と、前記被加熱物を載置するためのトッププレートと、前記被加熱物を加熱するための加熱コイルと、前記加熱コイルにより誘導加熱を行うための高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記トッププレート下に配置した複数の電極と、前記電極の静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記被調理物のふきこぼれを検出するふきこぼれ検出手段と、加熱動作を制御する制御手段を有し、前記電極は被加熱物の大きさの違いと誘導加熱による静電容量への
干渉の影響に対応するための複数の扇形形状とし、前記ふきこぼれ検出手段は前記電極と前記被加熱物が形成する静電容量においてふきこぼれた前記被調理物が前記電極と前記被加熱物の間に入り込み誘電体として機能することで発生する静電容量変化を検出するよう機能し、前記制御手段は前記ふきこぼれ検出手段の指示に基づきふきこぼれ発生時に加熱量を調節することを特徴とする誘導加熱調理器とすることにより、被加熱物の大きさの違いや誘導加熱による静電容量への干渉の影響に対応した実用上有効なふきこぼれ検出機能を備えた誘導加熱調理器を提供することができる。

また本発明は、電極を半径の異なる複数の扇形を接続した構造とした誘導加熱調理器とすることで、前記被加熱物の大きさの違いと誘導加熱による静電容量への干渉の影響に対応した上で、静電容量検出手段に用いられる検出回路を増やすことなく広い検出面積を確保することが可能な誘導加熱調理器を提供することができる。

さらに本発明は、電極の複数の扇形の接続は、扇形円弧の接線に概垂直とすることで、誘導加熱により発生する電界の影響を抑制することが可能な誘導加熱調理器を提供することができる。

第２の発明は、電極を加熱コイルの外周の外に配置した誘導加熱調理器とすることで、前記加熱コイルが誘導加熱を行う際に発生する電界の影響を受けにくいようにすることが可能な誘導加熱調理器を提供することができる。

第３の発明は、前記加熱コイルの外周が概円形であり、前記電極の扇形の円弧が、前記加熱コイルにより誘導加熱を行う際に発生する電界の方向に沿うように配置した誘導加熱調理器とすることにより、加熱コイルが誘導加熱を行う際に発生する電界の影響を排してふきこぼれ検出を行うことが可能な誘導加熱調理器を提供することができる。

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

図１において、１０１は被調理物、１０２は被加熱物、１０３はトッププレート、１０４は加熱コイル、１０５は高周波電力供給手段、１０６は電極、１０７は静電容量検出手段、１０８はふきこぼれ検出手段、１０９は制御手段である。

また、図２は、第１の実施の形態における電極形状を説明する図で、鍋などの被加熱物１０２の直径の違いに対応するための複数の円弧形状の電極１０６の形状と関連する構成要素の関係を示す。

なお、被加熱物１０２には鍋、トッププレート１０３は結晶化ガラス、高周波電力供給手段１０５にはインバータ、電極１０６にはトッププレート１０３の下面に塗布または接着などによって形成される導電体、静電容量検出手段１０７には電極１０６が呈する静電容量を電圧に変換する回路、ふきこぼれ検出手段１０８，制御手段１０９にはマイクロコンピュータを用いることでこの構成を容易に実現できる。

ここで、トッププレート１０３の下面に形成された電極１０６は、トッププレート１０３上に何もない場合でも空気を誘電体とした静電容量を呈する。ここに被加熱物１０２が載置されたり、被調理物１０１がふきこぼれて被加熱物１０２とで電極１０６の間に入り
込んだりすることで電極１０６が呈する静電容量が変化する。静電容量検出手段１０７はここで得られる静電容量を逐次電圧変換することで、ふきこぼれ検出手段１０８に静電容量検出値を提供する。

なお、電極１０６は、誘導加熱調理器が誘導加熱を行う際の動作周波数から決まる表皮深さよりも薄い形状で構成する。電極１０６を表皮深さよりも薄く構成することで、被加熱物１０２を誘導加熱する際に生じる磁界の影響による電極１０６内部での渦電流発生を抑制でき、ふきこぼれによる静電容量変化検出を妨げるような不要電界発生を抑制することができる。

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

図３は、本発明の実施の形態１におけるふきこぼれ検出動作を示すフローチャートを示すものである。

まず、使用者が被調理物１０１を被加熱物１０２に入れ加熱開始を指示すると、制御手段１０９は高周波電力供給手段１０５を動作させ、被加熱物１０２へ高周波電力を投入する（ステップ３０１）。ここでふきこぼれ検出手段１０８は静電容量検出手段１０７により電極１０６の静電容量を検出し、ふきこぼれ検出用の変数である（前回検出値）へ加熱開始時の静電容量検出値を代入する（ステップ３０２）。以降、所定時間（例えば０．５秒）経過を確認し（ステップ３０３）、ふきこぼれ検出処理を実行する（ステップ３０４以降）。

ふきこぼれ検出手段１０８は静電容量検出手段１０７により電極１０６の静電容量を検出し、ふきこぼれ検出用の変数である（今回検出値）に検出値を代入する（ステップ３０４）。ここでふきこぼれ検出手段１０８が電極１０６の静電容量の（前回検出値）と（今回検出値）の差を所定値（例えば電圧最大変化量の１／１０）と比較することでふきこぼれの有無を判断し（ステップ３０５）、ふきこぼれ検出を認めない場合はふきこぼれ検出処理を終了し所定時間待ちに戻り、ふきこぼれ検出が認められた場合は、制御手段１１０を通して現在の加熱量を加熱量調整電力（停止または５００Ｗ程度の温度維持用電力）に変更し、使用者にふきこぼれが発生したことを報知してふきこぼれ検出動作を終了する。

この検出動作において静電容量変化は以下に述べるような仕組みで発生する。これは静電容量が、容量を構成する面積および容量を構成する導電体間の誘電率に比例し、容量を構成する導電体間の距離に反比例することから起こる変化である。

被加熱物１０２が電極１０６に被らないような直径の小さい鍋の場合、単に電極１０６の上に被調理物１０１のふきこぼれが乗っただけでは静電容量変化はわずかしか増加しない。実用的な静電容量の増加を観測するためには、図４（ａ）に示すように被加熱物１０２と電極１０６が構成する静電容量においてふきこぼれ３０１が誘電体として入り込むことが必要である。一方で、直径の小さい鍋のふきこぼれを検出しやすくするために電極１０６を加熱コイル１０４上に配置すると、誘導加熱時に発生する電界の影響を受けて静電容量が減少してしまうため（コンデンサに高周波の電界をかけると高周波電流が流れて電気を放出してしまうのと同様の作用）、電極１０６は加熱コイル１０４上に配置しないことが必要である。また、電極１０６を円形の加熱コイル１０４の直径方向に配置すると（図６（ａ）〜（ｃ））、電極１０６上への電界の影響が加熱コイル１０４に近いほど強く、離れるほど弱くなることから電界の変動の影響を被り、誘導加熱中の静電容量が減少し、静電容量の増加を観測できなくなる。したがって、電極１０６は誘導加熱により発生する電界が等価になるように構成する必要がある。加熱コイル１０４が円形の場合、発生する合成電界は同心円状となるため、誘導加熱を行う際に発生する電界の影響を受けないよ
うにするためには、円弧状に構成することが必要となる。

このように電極１０６を円弧形状に構成することで、電界の影響を排すると共に、静電容量を増加させるための面積を増やし、更に被加熱物１０２のどこからこぼれるか分からないふきこぼれを広い範囲でカバーすることができる。

被加熱物１０２が電極１０６にオーバーラップする直径を持つ鍋の場合は、複数設けた電極１０６の中で、ふきこぼれ３０１が最も早く被加熱物１０２と電極１０６の間に入り込んだ所で静電容量の増加を検出することが可能となる（図４（ｂ）、図４（ｃ））。

以上のように、本実施の形態においては、電極１０６に被加熱物１０２の大きさの違いと誘導加熱による静電容量への干渉の影響に対応するための複数の円弧形状を用い、ふきこぼれ検出手段１０７を電極１０６と被加熱物１０２が形成する静電容量においてふきこぼれた被調理物１０１が電極１０６と被加熱物１０２の間に入り込み誘電体として機能することで発生する静電容量変化を検出するよう機能させ、ふきこぼれ発生時に加熱量を調節することで、実用性の高いふきこぼれ検出機能を提供できる。

また、電極１０６を、加熱コイル１０４の外周の外縁近傍に配置することで、加熱コイルが誘導加熱を行う際に発生する電界の影響を排してふきこぼれ検出を行うことができる。

また、加熱コイル１０４の外周が概円形であり、電極１０６が、加熱コイル１０４により誘導加熱を行う際に発生する電界の方向に沿うように配置されていることにより、誘導加熱を行う際に発生する電界の影響を排してふきこぼれ検出を行うことができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における電極１０６の形状と関連する構成要素の関係を示す図である。誘導加熱調理器のブロック図は図１と同様である。

以上のように構成された誘導加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。なお、図面において、実施の形態１と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。

実施の形態２における誘導加熱調理器の基本的な動作は実施の形態１と同様である。実施の形態２では、図５で示すように、円形の加熱コイル１０４を用いて誘導加熱を行う際に電界の影響を受けにくい円弧形状構造の電極を基本検出構成とし、円弧形状構造どうしを電極で接続している。そのことで、実施の形態１においては電極１０６の個数分だけ必要であった静電容量検出手段１０７に用いられる検出回路を増やすことなく、広い検出面積を確保することが可能となっている。

なお、円形の加熱コイル１０４を用いて誘導加熱を行う際に電界の影響を受けにくい円弧形状構造の電極を基本検出構成とし、円弧形状構造の接続部は誘導加熱の影響を排除できないため可能な限り短く電極を接続する必要があるため、複数の円弧形状構造の電極の接続には、円弧の接線に概垂直な電極で接続を行うことで、電界の影響を受ける距離を短くし、電極の影響を抑制することが好ましい。

また、実施の形態１と同様に、電極１０６は、誘導加熱調理器が誘導加熱を行う際の動作周波数から決まる表皮深さよりも薄い形状で構成する。

以上のように、本実施の形態においては、電極１０６には、半径の異なる複数の円弧形状構造の電極を接続した構造とすることで、被加熱物１０２の大きさの違いと誘導加熱に
よる静電容量への干渉の影響に対応した上で、静電容量検出手段に用いられる検出回路を増やすことなく広い検出面積を確保することが可能な誘導加熱調理器を提供できる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の第３の実施の形態におけるトッププレート１０３と関連する構成要素の関係を示す図である。図７において７０１はふきこぼれ検出可能範囲を示す有効範囲線である。誘導加熱調理器のブロック図は図１と同様である。

以上のように構成された誘導加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。なお、図面において、実施の形態１と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。

実施の形態３における誘導加熱調理器の基本的な動作は実施の形態１と同様である。実施の形態３では、図７に示すように、ふきこぼれ検出可能範囲を示す有効範囲線が設定されており、図７（ｂ）のように、有効範囲線７０１を逸脱した状態で、被加熱物１０２を載置することがないように被加熱物１０２の設置範囲が明示されている。図７に示すように誘導加熱コイル１０４が複数配置されている場合、有効範囲線を逸脱して被加熱物１０２が載置されると、［発明が解決しようとする課題］で図６を用いて説明したような被加熱物１０２が電極１０６にオーバーラップして載置されるような状況を、使用者に対して明示することが可能となる。

以上のように、本実施の形態においては、有効範囲線７０１を明示することで、ふきこぼれ検出可能範囲を使用者に明示した誘導加熱調理器を提供できる。

なお、有効範囲線７０１は、より分かり易いようにＬＥＤなどの光で範囲を示してもよいことは言うまでもない。

（実施の形態４）
図８は、本発明の第４の実施の形態における誘導加熱調理器のブロック図を示すものである。図８において８０１は交差確認手段である。なお、交差確認手段にはマイクロコンピュータを用いることでこの構成を容易に実現できる。

以上のように構成された誘導加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。なお、図面において、実施の形態１と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。

実施の形態４における誘導加熱調理器の基本的な動作は実施の形態１と同様である。図９（ａ）のように、（［発明が解決しようとする課題］で図６を用いて説明したような）被加熱物１０２が電極１０６にオーバーラップして載置されるような状態（図９（ｂ）−（１））で加熱コイル１０４により誘導加熱を行うと、高周波電力を用いた誘導加熱により発生する電界の影響を受けて、電極と被加熱物で構成される静電容量が減少してしまい（図９（ｂ）−（２））、ふきこぼれが発生しても静電容量変化を観測できなくなる現象（図９（ｂ）−（３））が発生する。

交差確認手段８０１は、電極１０６と被加熱物１０２が交差した状態で誘導加熱が開始された際、図９（ｂ）−（２）に示すような変化を示すことを、静電容量検出手段１０７の出力を監視することで確認する機能を持つ。

交差確認手段８０１が電極１０６と被加熱物１０２の交差を確認し制御手段１０９に伝達すると、制御手段１０９は被加熱物１０２の載置場所変更や、ふきこぼれ検出が不可である旨を使用者に報知する。

以上のように、本実施の形態においては、電極１０６と被加熱物１０２が交差することで静電容量検出手段１０７の出力が誘導加熱による電界の影響を呈したことを確認するための交差確認手段８０１を備えることにより、使用者がふきこぼれ検出不可範囲に被加熱物１０２を載置した際に、ふきこぼれ検出不可状態であることを確認することが可能な誘導加熱調理器を提供できる。

以上のように、本発明にかかる誘導加熱調理器は、電極には被加熱物の大きさの違いと誘導加熱による静電容量への干渉の影響に対応するための複数の扇形形状を用い、ふきこぼれ検出手段は前記電極と前記被加熱物が形成する静電容量においてふきこぼれた前記被調理物が前記電極と前記被加熱物の間に入り込み誘電体として機能することで発生する静電容量変化を検出するよう機能させ、ふきこぼれ発生時に加熱量を調節することで、実用性の高いふきこぼれ検出機能を備えた誘導加熱調理器を提供することができる。

この動作は、誘導加熱を行わないガス燃焼や電気ヒータによる加熱調理にも適用することができる。

１０１ 被調理物
１０２ 被加熱物
１０３ トッププレート
１０４ 加熱コイル
１０５ 高周波電力供給手段
１０６ 電極
１０７ 静電容量検出手段
１０８ ふきこぼれ検出手段
１０９ 制御手段
４０１ ふきこぼれ
７０１ 有効範囲表示線
８０１ 交差確認手段

Claims (3)

1. 被調理物を入れる鍋などの被加熱物を載置するためのトッププレートと、前記被加熱物を加熱するための加熱コイルと、前記加熱コイルにより誘導加熱を行うための高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記トッププレート下に配置した半径の異なる複数の円弧形状の電極と、前記電極の静電容量を検出する静電容量検出手段と、
   前記静電容量検出手段により静電容量変化を検出して前記被調理物のふきこぼれが発生したかどうかを検出するふきこぼれ検出手段と、
   前記ふきこぼれ検出手段の指示に基づき、前記高周波電力供給手段の供給する高周波電力を制御する制御手段とを備え、
   前記複数の円弧形状の電極は、隣り合う２つの電極が、各電極の端点において円弧の接線に略垂直な電極で接続されることにより、１本に接続された誘導加熱調理器。
2. 前記電極は、前記加熱コイルが誘導加熱を行う際に発生する電界の影響を受けにくいよう前記加熱コイルの外周の外に配置されることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理
   器。
3. 前記加熱コイルの外周が概円形であり、前記電極の円弧状構造が、前記加熱コイルにより誘導加熱を行う際に発生する電界の方向に沿うように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。

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