(57)【要約】【課題】表面に銅を有する鍋を誘導加熱する誘導加熱式炊飯器において、鍋の表面に備えた銅の高周波抵抗値を検知し、検知した高周波抵抗値の温度による変化から鍋の表面の銅の温度を推定し、非接触で鍋の温度を検知することで、鍋に温度検知手段を接触させることによる熱損失をなくし、熱効率を向上する。【解決手段】表面に銅を有する鍋１を加熱コイル２により誘導加熱し、加熱コイル２に高周波電流を供給するインバータ回路３を制御手段１０により制御し、高周波抵抗検知手段１１により鍋１に備えた銅の高周波成分の抵抗値に相当する値を検知する。高周波抵抗検知手段が検知した高周波抵抗から鍋１の温度を検知するよう構成する。【選択図】図１
2008119417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に銅を有する鍋と、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、前記鍋に備えた銅の高周波成分の抵抗値に相当する値を検知する高周波抵抗検知手段とを備え、前記高周波抵抗検知手段が検知した高周波抵抗から前記鍋の温度を検知するよう構成した誘導加熱式炊飯器。
【請求項２】
高周波抵抗検知手段は、加熱コイルの高周波成分の抵抗値を検知するようにした請求項１記載の誘導加熱式炊飯器。
【請求項３】
高周波抵抗検知手段は、加熱コイルに流れる電流値と前記加熱コイルに印加される電圧から、前記加熱コイルの高周波成分の抵抗値を検知するようにした請求項２記載の誘導加熱式炊飯器。
【請求項４】
表面に銅を有する鍋と、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、交流電源から前記インバータ回路に供給される入力電流を検知する入力電流検知手段とを備え、前記加熱コイルの動作周波数と、前記入力電流検知手段が検知した入力電流値から前記鍋の温度を検知するよう構成した誘導加熱式炊飯器。
【請求項５】
制御手段は、入力電流検知手段の検知する入力電流が所定値になるように制御したときの加熱コイルの動作周波数から鍋の温度を検知するようにした請求項４記載の誘導加熱式炊飯器。
【請求項６】
制御手段は、加熱コイルの動作周波数を、インバータ回路を構成するスイッチング手段のオン時間から推定するようにした請求項５記載の誘導加熱式炊飯器。
【請求項７】
制御手段は、加熱コイルの動作周波数が所定値になるように制御したときに、入力電流検知手段が検知した入力電流値から鍋の温度を検知するようにした請求項４記載の誘導加熱式炊飯器。
【請求項８】
鍋と接触しない箇所にサーミスタを有する初期温度検知手段を備え、制御手段は炊飯開始時に前記初期温度検知手段の検知温度を記憶し、高周波抵抗検知手段の出力の変化量または加熱コイルの動作周波数の変化量または入力電流検知手段の変化量で鍋の温度を推定するようにした請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導加熱式炊飯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に銅を有する鍋を誘導加熱する誘導加熱式炊飯器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導加熱式炊飯器では、鍋の加熱効率を上げるために、鍋の表面に銅を有し、この鍋の底または側面にサーミスタを接触させることで、鍋の温度を検知しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４５５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の構成で、誘導加熱式炊飯器を実現しようとすると、鍋の温度がサーミスタを介して吸収され、鍋の温度が低下し、鍋の加熱効率が低下するという問題があった。
【０００４】
また、サーミスタを取り付けるために、鍋の外周を覆う保護枠に穴をあけることとなり、この穴から熱が逃げ、鍋の温度が低下し、鍋の加熱効率が低下するという問題もあった。
【０００５】
また、サーミスタが鍋に接触しているため、例えば使用者が鍋に触ったときに静電気が鍋に飛ぶと、サーミスタ部分から電気回路に静電気が印加するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、鍋の表面に備えた銅の高周波抵抗値を検知し、検知した高周波抵抗値の温度による変化から鍋の表面の銅の温度を推定し、非接触で鍋の温度を検知することで、鍋に温度検知手段を接触させることによる熱損失をなくし、熱効率を向上することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、表面に銅を有する鍋を加熱コイルにより誘導加熱し、加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路を制御手段により制御し、高周波抵抗検知手段により鍋に備えた銅の高周波成分の抵抗値に相当する値を検知するよう構成し、高周波抵抗検知手段が検知した高周波抵抗から鍋の温度を検知するよう構成したものである。
【０００８】
これによって、鍋の表面に備えた銅の高周波抵抗値を検知し、検知した高周波抵抗値の温度による変化から鍋の表面の銅の温度を推定できるので、非接触で鍋の温度を検知することができ、鍋に温度検知手段を接触させることによる熱損失をなくすることができ、熱効率を向上することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の誘導加熱式炊飯器は、鍋の表面に備えた銅の高周波抵抗値を検知し、検知した高周波抵抗値の温度による変化から鍋の表面の銅の温度を推定できるので、非接触で鍋の温度を検知することができ、鍋に温度検知手段を接触させることによる熱損失をなくすることができ、熱効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、表面に銅を有する鍋と、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、前記鍋に備えた銅の高周波成分の抵抗値に相当する値を検知する高周波抵抗検知手段とを備え、前記高周波抵抗検知手段が検知した高周波抵抗から前記鍋の温度を検知するよう構成したものであり、鍋の表面に備えられた銅の抵抗値が温度によって変化し、その高周波成分の抵抗値を高周波抵抗検知手段が検知し、この高周波抵抗値から鍋の表面の銅の温度を推定できるので、鍋の表面にサーミスタを接触させる必要がなくなり、サーミスタを取り付けるために鍋の外周を覆う保護枠にあけた穴が必要なくなり、鍋の温度がサーミスタや保護枠の穴から逃げることがなくなることになり、熱効率の高い炊飯器を提供することができる。また、鍋表面の銅の温度を瞬時に検知できるので、鍋が過熱されても瞬時にインバータ回路の動作を停止することができる。
【００１１】
第２の発明は、上記第１の発明において、高周波抵抗検知手段は、加熱コイルの高周波成分の抵抗値を検知するようにしたものであり、鍋と磁気的に結合した加熱コイルの高周波成分の抵抗値と鍋の高周波成分の抵抗値の合成抵抗値を検知することになり、合成抵抗値から加熱コイルの抵抗値を取り除くことで、鍋の高周波成分の抵抗値を検知することができる。したがって、鍋の高周波成分の抵抗値を検知するために新たに検知回路を設ける必要がないので、コンパクトな誘導加熱式炊飯器を提供できる。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明において、高周波抵抗検知手段は、加熱コイルに流れる電流値と前記加熱コイルに印加される電圧から、前記加熱コイルの高周波成分の抵抗値を検知するようにしたものであり、加熱コイルに電流を流しているときの鍋の温度をすぐに検知することができる。また、鍋の高周波成分の抵抗値を検知するために新たに検知回路を設ける必要がないので、コンパクトな誘導加熱式炊飯器を提供できる。
【００１３】
第４の発明は、表面に銅を有する鍋と、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、交流電源から前記インバータ回路に供給される入力電流を検知する入力電流検知手段とを備え、前記加熱コイルの動作周波数と、前記入力電流検知手段が検知した入力電流値から前記鍋の温度を検知するよう構成したものであり、鍋にサーミスタなどの温度検知手段を接触させる必要がないので、高周波抵抗を検知するための検知回路を設ける必要がなくなり、サーミスタを取り付けるために鍋の外周を覆う保護枠にあけた穴が必要なくなり、鍋の温度がサーミスタや保護枠の穴から逃げることがなくなることになり、熱効率の高い炊飯器を提供できる。また、入力電流を制御しながら、鍋の温度を検知できるので炊飯シーケンスで自由に入力電流を設定できることになり、様々なメニューや省電力炊飯に対応することも可能となる。
【００１４】
第５の発明は、上記第４の発明において、制御手段は、入力電流検知手段の検知する入力電流が所定値になるように制御したときの加熱コイルの動作周波数から鍋の温度を検知するようにしたものであり、炊飯時の加熱量を制御しながら鍋の温度検知をすることができる。
【００１５】
第６の発明は、上記第５の発明において、制御手段は、加熱コイルの動作周波数を、インバータ回路を構成するスイッチング手段のオン時間から推定するようにしたものであり、加熱コイルの動作周波数を検知するための回路を構成する必要がなくなり、検知による時間遅れの影響がなくなり。また、高周波の周波数を測定する必要がないので、処理速度が遅いマイクロコンピュータでも確実に検知できる。
【００１６】
第７の発明は、上記第４の発明において、制御手段は、加熱コイルの動作周波数が所定値になるように制御したときに、入力電流検知手段が検知した入力電流値から鍋の温度を検知するようにしたものであり、加熱コイルの動作周波数を検知するための回路を構成する必要がなくなり、検知による時間遅れの影響がなくなり、また、高周波の周波数を測定する必要がないので、処理速度が遅いマイクロコンピュータでも確実に検知できる。
【００１７】
第８の発明は、上記第１〜７のいずれか１つの発明において、鍋と接触しない箇所にサーミスタを有する初期温度検知手段を備え、制御手段は炊飯開始時に前記初期温度検知手段の検知温度を記憶し、高周波抵抗検知手段の出力の変化量または加熱コイルの動作周波数の変化量または入力電流検知手段の変化量で鍋の温度を推定するようにしたものであり、サーミスタで絶対温度を測定し、その温度からの温度変化量を検知するので、鍋の銅箔の厚さばらつきや加熱コイルの定数ばらつきの影響を小さくすることができる。また、加熱コイルや鍋の形状が変わるたびに鍋の高周波抵抗や加熱コイルの動作周波数が変動しても、変化量を利用するので周辺回路の変更が少なくて済み、多品種生産にすばやく対応することができる。
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における誘導加熱式炊飯器の主要部の一部ブロック化した回路図を示し、図２は、同誘導加熱式炊飯器の断面図を示すものである。なお、図面を簡潔にするために、電気的接続のためのリード線や、部品を固定するためのねじを省略している。
【００２０】
図１に示すように、鍋１は、表面に数μｍの銅箔を配設している。加熱コイル２は鍋１を加熱するもので、線径の小さい銅線を束ねたリッツ線で構成している。インバータ回路３は、ＩＧＢＴからなる半導体スイッチング素子と、この半導体スイッチング素子に逆接続したダイオードと、加熱コイル２と共振回路を構成する共振用コンデンサとで構成しており、半導体スイッチング素子が高周波でスイッチングすることで高周波電流を加熱コイル２に供給している。ダイオードブリッジ４とチョークコイル５とコンデンサ６は商用電源７を整流し、インバータ回路３に電力を供給している。
【００２１】
入力手段８は、複数のモーメンタリスイッチで構成しており、使用者が炊飯方法や炊飯の開始または停止などを選択することができる。表示手段９は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やＬＥＤで構成しており、使用者が設定した内容や、炊飯中、予約中などの炊飯器の状態、炊飯の経過時間を表示する。
【００２２】
制御手段１０は、マイクロコンピュータなどで構成しており、インバータ回路３のオンオフ制御や、入力手段８の入力信号を受けてＬＣＤに設定した内容を表示したり、炊飯シーケンス、保温シーケンスを制御する。制御手段１０は、マイクロコンピュータ内のＲＯＭに、高周波抵抗手段１１が所定の温度で検知した高周波抵抗値を記憶しており、この抵抗値と高周波抵抗検知手段１１が検知した高周波抵抗値の差分から鍋１の温度を推定するようにしている。
【００２３】
高周波抵抗検知手段１１は、鍋１に磁気的に結合したコイル１２と、このコイル１２に高周波電圧を出力する高周波出力回路１３と、この高周波出力回路１３に供給される電流経路に配置したシャント抵抗１４とで構成している。
【００２４】
本実施の形態では、高周波出力回路１３は２つのオペアンプを用い、お互いの信号を反転させる構成としている。この構成にすることで、１つのオペアンプで出力する電圧より、出力電圧を大きくすることができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、シャント抵抗１４の定数は１００ｍΩで、シャント抵抗１４の両端に発生する電圧を、マイクロコンピュータ（制御手段１０）のＡＤ端子に入力するようにしている。
【００２６】
駆動手段１５は、本実施の形態では、ＰＮＰトランジスタとＮＰＮトランジスタからなるプッシュプル回路で構成しており、制御手段１０のオンオフ信号を受けてインバータ回路３を構成するＩＧＢＴをオンオフする。
【００２７】
第一の直流電源１６は、スイッチング電源で構成し、商用電源７を整流した電圧を約２０Ｖの直流電源に変換している。第一の直流電源１６の出力電圧２０ＶはＩＧＢＴをオンするために必要な電圧で、駆動手段１５を介してＩＧＢＴに供給され、ＩＧＢＴはオンする。
【００２８】
第二の直流電源１７は、ＮＰＮトランジスタとツェナーダイオードなどから構成している。第二の直流電源１７の電圧は約５Ｖで制御手段１０を構成するマイクロコンピュータ、高周波抵抗検知手段１１などの電源となる。
【００２９】
つぎに、図２に示すように、炊飯器本体２１は、その上面開口部を覆う蓋２２を開閉自在に設置している。炊飯器本体２１の収納部２３は、その底部に加熱コイル２を配設し、加熱コイル２の外周側にフェライトコア２４を配設している。加熱コイル２は鍋１の底部の中心の略真下に中心を有する巻線である。
【００３０】
鍋１は、ステンレス、鉄などの磁性体の外側に銅箔を有する構成となっている。鍋１は、上端開口部に外側にせり出したフランジを有し、このフランジを収納部２３の上端から浮き上がった状態で載置することにより、収納部２３に着脱自在に収納される。したがって、鍋１は収納時に収納部２３との間に隙間を有する。
【００３１】
蓋２２には着脱自在な蓋加熱板２５を設けている。この蓋加熱板２５はステンレスなどの金属で形成している。蓋加熱コイル２６は、図１には記載していないが、蓋２２に内蔵され、蓋加熱板２５を誘導加熱するようにしている。
【００３２】
第一の回路基板１７は、入力手段８を構成するスイッチ、表示手段９を構成するＬＣＤ、ＬＥＤ、制御手段１０を構成するマイクロコンピュータなどを実装している。第二の回路基板２８は、インバータ回路３を構成する部品や、ダイオードブリッジ４、チョークコイル５、コンデンサ６などを実装している。巻き取り式の電源コード収納部２９は、第二の回路基板２８にリード線を介して電気的に接続し、ストッパーとばねを用いて電源コードを巻き取ることを可能にしている。
【００３３】
コイル１２は、収納部２３の外側の鍋１の底部の略中心に配置されて、鍋１と磁気的に結合している。つまり、コイル１２に高周波電圧を供給し、そのときの電流値を検知することで、鍋１の高周波抵抗値を検知することができる。このとき、コイル１２にも高周波抵抗値があるが、予め所定の抵抗値を有するコイルを選定しておけば、その抵抗値を除いた値が鍋１の高周波抵抗値となる。
【００３４】
第一の回路基板２７と第二の回路基板２８は、特に図示しないが、リード線で電気的に接続しており、図１に示した回路構成を実現している。
【００３５】
図２に示すように、コイル１２は収納部２３の外側に配置されているので、収納部２３に穴をあける必要はなく、鍋１の熱が穴を介して外に逃げることを防止することができる。
【００３６】
図３（１）は、本実施の形態における誘導加熱式炊飯器の鍋１を収納部２３に載置したときの鍋１とコイル１２の高周波抵抗の合成値と周波数との関係を示している。つまり、鍋１の高周波抵抗値はコイル１２を介して測定することができる。図３（２）は、鍋１がないときのコイル１２の高周波抵抗値と周波数との関係を示している。鍋１を配置したときに比べ、十分に小さいので、コイル１２の高周波抵抗値を検知することで鍋１の高周波抵抗値を知ることができる。なお、これは一例であり、制御手段１０を構成するマイクロコンピュータに予め図３（２）に示したコイル１２単体の高周波抵抗値を記憶しておくことで、鍋１の高周波抵抗をより正確に検知しても構わない。
【００３７】
図４は、本実施の形態における誘導加熱式炊飯器の鍋１の温度を演算するときのフローチャートを示している。
【００３８】
ステップ４１で制御手段１０を構成するマイクロコンピュータがシャント抵抗１４の両端電圧ＶｉｎをＡＤ端子より入力する。このとき、シャント抵抗１４の一方の端子は、マイクロコンピュータの電源電圧と同電位に接続されている。シャント抵抗１４のもう一方の端子はマイクロコンピュータのＡＤ入力端子に接続されている。つまり、第二の直流電源の電圧を５Ｖ、マイクロコンピュータの入力電圧をＶＡＤとすると、シャント抵抗１４の両端電圧Ｖｉｎは
Ｖｉｎ＝５−ＶＡＤ・・・・・（１）
となる。
【００３９】
ステップ４２では、このＶｉｎからシャント抵抗１４に流れる電流Ｉｉｎを演算する。シャント抵抗１４の抵抗値は予め１００ｍΩに決まっているので、電流Ｉｉｎは
Ｉｉｎ＝Ｖｉｎ／０．１・・・・・（２）
となる。
【００４０】
ステップ４３では、シャント抵抗１４に流れる電流Ｉｉｎと高周波出力回路１３の出力電圧３．５Ｖから、コイル１２の高周波抵抗Ｒａを演算する。
【００４１】
Ｒａ＝３．５／Ｉｉｎ・・・・・（３）
となる。
【００４２】
ステップ４４では、演算した高周波抵抗値Ｒａから鍋１の温度を演算する。
【００４３】
鍋１を構成する銅の抵抗値の変化度合いは、１℃当たり約０．４３％であることが知られている。例えば、鍋１の温度が２０℃のときの３０ｋＨｚでの高周波抵抗値Ｒ２０を記憶しておけば、高周波抵抗値の変化度合いを以下の数式を用いて計算することで鍋１の温度を推定することができる。
【００４４】
Ｒａ＝Ｒ２０×｛１＋（Ｔａ−２０）×０．００４３｝・・・・・（４）
なお、Ｔａは鍋１の温度、Ｒａは鍋１を配置したときのコイル１２の高周波抵抗値である。本実施の形態ではＲ２０＝６Ωであるので、鍋１の温度Ｔａは、
Ｔａ＝３８．７６Ｒａ−２１２．５６・・・・・（５）
となる。
【００４５】
ステップ４４で演算された鍋１の温度を利用して、制御手段１０は炊飯シーケンスを実行する。
【００４６】
つぎに、本実施の形態の誘導加熱式炊飯器について、動作、作用を説明する。
【００４７】
まず、使用者が図２の第一の回路基板２７に備えられたスイッチ（入力手段７）を操作して炊飯を開始すると、制御手段１０は、インバータ回路３を駆動手段１５を介して駆動し、加熱コイル２に高周波電流を流す。加熱コイル２に高周波電流が流れると加熱コイル２から高周波磁界が発生し、この高周波磁界によって鍋１に高周波の渦電流が流れ、鍋１が加熱される。
【００４８】
この間、制御手段１０は、常に図４に示すフローチャートに基づいて鍋１の温度Ｔａを検知している。本実施の形態では、鍋１の温度Ｔａが２０℃のときは、３０ｋＨｚ、２０℃のときのコイル１２の高周波抵抗Ｒ２０＝６Ωなので、第二の直流電源１７から供給される電流は０．５９Ａとなる。したがって、シャント抵抗１４の両端電圧は０．０５９Ｖとなる。制御手段１０を構成するマイクロコンピュータは、この両端電圧０．０５９Ｖから図４のフローチャートに基づいて鍋１の温度Ｔａを演算する。
【００４９】
例えば、鍋１の温度Ｔａが上昇し、シャント抵抗１４の両端電圧が０．０４５Ｖになると、制御手段１０を構成するマイクロコンピュータは図４のフローチャートに従って演算を行い、Ｔａ＝８８．９℃を演算結果として出力する。
【００５０】
以上のように、本実施の形態においては、コイル１２と高周波電圧出力回路１３とシャント抵抗１４を用いて鍋１の高周波抵抗値を検知することにより、鍋１に接触することなく鍋１の温度を検知できるので、例えば、温度検知用サーミスタを取り付けるために、図２の収納部２３の下面に穴をあける必要がない。したがって、鍋１の周囲が略密閉された構造になるので、鍋１の温度低下を抑えることができ、熱効率のよい誘導加熱式炊飯器を提供できる。
【００５１】
また、本実施の形態では、鍋１の温度検知を非接触で行うので、人間の静電気をうけることがなく、信頼性の高い誘導加熱式炊飯器を提供できる。
【００５２】
また、本実施の形態では、鍋１の高周波抵抗を検知しているので、鍋１の温度が瞬時に高くなっても、すぐに高周波抵抗に反映されることになり、鍋１の過加熱をすぐに検知し、インバータ回路３を停止して、鍋１の加熱を停止することができる。
【００５３】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における誘導加熱式炊飯器の主要部の一部ブロック化した回路図を示すものである。
【００５４】
図５に示すように、コンデンサ５１は、加熱コイル２に並列接続している。本実施の形態では高周波電流が流れても損失の少ないポリプロピレンコンデンサを使用している。スイッチング手段５２は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体素子と、この半導体素子に逆接続した逆接続ダイオードで構成している。ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴは耐圧が高く、高周波のスイッチングが可能で、ゲート端子に電圧を印加することで大電流を流すことができ、パワートランジスタに比べ省電力で大電流を流すことができるという利点がある。なお、本実施の形態ではＩＧＢＴを使用している。
【００５５】
制御手段５３は、上記実施の形態１と同様に、マイクロコンピュータやトランジスタ、ＩＣなどで構成している。制御手段５３はスイッチング手段５２のオン時間とオフ時間を検知しており、このオンオフ時間から加熱コイル２の動作周波数を演算している。
【００５６】
カレントトランス５４は、加熱コイル２に流れる電流を巻線比率で変換する。整流平滑回路５５は、ダイオードブリッジと電解コンデンサと電解コンデンサに並列接続した放電抵抗で構成している。本実施の形態では、整流平滑回路５５の出力電圧ＶＩＬは、加熱コイル２に流れる電流ＩＬの実効値に比例している。
【００５７】
電圧検知回路５６は、少なくとも２つの直列接続された抵抗分圧回路でコンデンサ６の両端電圧を分圧し、両端電圧に相当する電圧Ｖｄｃを出力する。なお、この電圧は平均電圧でも構わないし、実効電圧でも構わない。また、瞬時電圧を使用する場合は、同じ位相で電圧検知すると精度を高くすることができる。
【００５８】
高周波抵抗演算手段（高周波抵抗検知手段）５７は、マイクロコンピュータで構成し、このマイクロコンピュータは制御手段１０を構成するマイクロコンピュータと同じものである。高周波抵抗演算手段５７は、整流平滑回路５５の出力電圧と、電圧検知回路５６の出力電圧とを入力し、制御手段１０がスイッチング手段５２をオンしている周波数と、一周期に対してオンしている時間の比率を検知し、加熱コイル２の高周波抵抗値を演算するようにしている。他の構成は上記実施の形態１と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図６は、加熱コイル２の高周波抵抗値を演算するときのフローチャートを示している。
【００６０】
ステップ６１で、高周波抵抗演算手段５７は整流平滑回路５５の出力電圧ＶＩＬを入力し、このＶＩＬに対応する加熱コイル２の電流値ＩＬを演算する。本実施の形態では、加熱コイル２に流れる電流ＩＬと整流平滑回路５５の出力電圧ＶＩＬは比例関係なので、予め比例定数をマイクロコンピュータに記憶しておけば、容易に演算することができる。
【００６１】
ステップ６２で、高周波抵抗演算手段５７は電圧検知回路５６の出力電圧Ｖｄｃを入力する。ステップ６３で、高周波抵抗演算手段５７は制御手段５３から加熱コイル２の動作周波数Ｆと、一周期に対しスイッチング手段５２がオンしている時間の比率Ｄｏｎを入力する。
【００６２】
ステップ６４で、高周波抵抗演算手段５７は電圧検知回路５６の出力電圧Ｖｄｃとスイッチング手段５２のオン比率Ｄｏｎから、加熱コイル２に印加されている電圧Ｖｉｎを演算する。このとき、印加電圧Ｖｉｎは
Ｖｉｎ＝Ｖｄｃ×Ｄｏｎ
で求められる。
【００６３】
ステップ６５で、高周波抵抗演算手段５７はステップ６１で演算した加熱コイル２に流れる電流ＩＬと、ステップ６４で演算した印加電圧Ｖｉｎから、高周波抵抗値Ｒａを演算する。このとき、加熱コイル２の高周波抵抗値Ｒａは
Ｒａ＝Ｖｉｎ／ＩＬ
で求められる。
【００６４】
ステップ６６では、高周波抵抗演算手段５７は加熱コイル２の動作周波数Ｆにおける高周波抵抗値Ｒａを３０ｋＨｚにしたときの高周波抵抗値Ｒａ３０に補正する。高周波抵抗値は動作周波数の二乗に比例するので、高周波抵抗値Ｒａ３０は
Ｒａ３０＝Ｒａ×（Ｆ／３０）２
となる。ただし、２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲であれば、高周波抵抗値は動作周波数に比例する比例式で近似できるので、近似しても構わない。また、加熱コイル２の動作周波数を常に３０ｋＨｚ一定にするように制御する方法を用いれば、ステップ６６の演算は不要となり、より早く演算処理ができる。
【００６５】
つぎに、本実施の形態の誘導加熱式炊飯器について、動作、作用を説明する。
【００６６】
まず、使用者が図２の第一の回路基板２７に備えられたスイッチ（入力手段７）を操作して炊飯を開始すると、制御手段５３は、インバータ回路３を駆動手段１５を介して駆動し、加熱コイル２に高周波電流を流す。加熱コイル２に高周波電流が流れると加熱コイル２から高周波磁界が発生し、この高周波磁界によって鍋１に高周波の渦電流が流れ、鍋１が加熱される。
【００６７】
この間、高周波抵抗演算手段５７は、常に図６に示すフローチャートに基づいて加熱コイル２の高周波抵抗値Ｒａ３０を検知している。制御手段５３は、高周波抵抗演算手段５７が演算した高周波抵抗値Ｒａと、２０℃、３０ｋＨｚにおける加熱コイル２の高周波抵抗値を基に、鍋１の温度を演算し、演算した温度にもとづいて炊飯シーケンスを実行する。
【００６８】
以上のように、本実施の形態においては、加熱コイル２の高周波抵抗値を検知することで、鍋１の温度を検知するために、上記実施の形態１のように、コイル１２を設ける必要がない。したがって、回路部品や配線数を少なくすることができ、コンパクトな誘導加熱式炊飯器を提供できる。
【００６９】
また、加熱コイル２の高周波抵抗値を検知しているので、鍋１の加熱部分の高周波抵抗値を検知することができ、鍋１の加熱部分が過加熱しても、すぐに加熱を停止することができる。
【００７０】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における誘導加熱式炊飯器の主要部の一部ブロック化した回路図を示すものである。
【００７１】
図７に示すように、入力電流検知手段７４は、カレントトランス７１と整流平滑回路７２で構成している。カレントトランス７１は、商用電源７からダイオードブリッジ４を経由する電流経路に一次側巻線を接続している。二次側巻線は整流平滑回路７２に接続している。整流平滑回路７２は、カレントトランス７１に並列接続した抵抗と、ダイオードブリッジと、電解コンデンサと、電解コンデンサを放電するために電解コンデンサに並列接続された放電抵抗で構成している。本実施の形態では、整流平滑回路７２の出力電圧は、商用電源７から供給される入力電流の実効値に比例している。
【００７２】
制御手段７３は、上記実施の形態１と同様に、マイクロコンピュータやトランジスタ、ＩＣなどで構成している。制御手段７３は、インバータ回路３を構成するスイッチング手段のオン時間とオフ時間を検知しており、このオンオフ時間から加熱コイル２の動作周波数を演算している。また、制御手段７３は、整流平滑回路７２の出力電圧から、入力電流を演算している。他の構成は上記実施の形態１と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。
【００７３】
図８は、本実施の形態における誘導加熱式炊飯器の入力電流と鍋１の温度の関係を示している。このとき、商用電源７の電圧は１００Ｖである。図８の曲線（ａ）は入力電流が１２Ａのときの加熱コイル２の動作周波数と鍋１の温度の関係を示し、曲線（ｂ）は入力電流が１０Ａのときの加熱コイル２の動作周波数と鍋１の温度の関係を示し、曲線（ｃ）は入力電流が８Ａのときの加熱コイル２の動作周波数と鍋１の温度の関係を示している。入力電流を１２Ａ、１０Ａ、８Ａを一例として示しているのは、本実施の形態の炊飯器では、炊飯の前炊き時には入力電流１０Ａで駆動し、沸騰時には入力電流１２Ａで駆動し、保温時は入力時８Ａで駆動することを想定しているためである。ただし、これは一例であり、別に入力電流を１１Ａにしても９Ａにしても１４Ａにしてもよい。
【００７４】
図８に示すように、動作周波数が高くなるほど、入力電流は低下する傾向がある。これは、図３に示すように、動作周波数が高くなるほど鍋１の高周波抵抗が大きくなるためである。また、入力電流が一定の場合、鍋１の温度が高くなるほど動作周波数が低くなる傾向がある。これは式（４）に示すように、鍋１に設けた銅箔により、鍋１の抵抗値そのものが上がるので、電流を増やそうとして、スイッチング手段のオン時間が増加するためである。つまり、加熱コイル２の動作周波数と入力電流がわかれば、鍋１の温度を検知することが可能である。本実施の形態では、制御手段７３を構成するマイクロコンピュータが予め入力電流ごとの動作周波数と鍋１の温度の関係をデータとして記憶している。
【００７５】
なお、図８に示した加熱コイル２の動作周波数と鍋１の温度の関係は、商用電源７の電圧が変動すると変動するが、鍋１の温度が高くなると加熱コイル２の動作周波数が低下するという傾向は変わらない。つまり、本実施の形態では、特に図示していないが、商用電源７の電圧に相当する電圧を検知する電圧検知回路５６などを設け、検知した電圧ごとに鍋２の温度または加熱コイル２の動作周波数を補正することが可能であり、補正することにより、商用電源７の電源電圧変動でも確実に鍋２の温度を検知することができる。
【００７６】
つぎに、本実施の形態の誘導加熱式炊飯器について、動作、作用を説明する。
【００７７】
まず、使用者が図２の第一の回路基板２７に備えられたスイッチ（入力手段７）を操作し、炊飯を開始すると、制御手段７３は、整流平滑回路７２の出力が所定の値になるように、インバータ回路３を駆動し、加熱コイル２に高周波電流を流す。加熱コイル２に高周波電流が流れると加熱コイル２から高周波磁界が発生し、この高周波磁界によって鍋１に高周波の渦電流が流れ、鍋１が加熱される。
【００７８】
このとき、制御手段７３は整流平滑回路７２の出力が一定になるようにインバータ回路３を構成するスイッチング手段のオン時間を設定している。また、オフしてから次のオンまでの時間を検知することでオフ時間を検知している。制御手段７３は、このオン時間とオフ時間から加熱コイル２の動作周波数を演算する。
【００７９】
つぎに、制御手段７３は、加熱コイル２の動作周波数と整流平滑回路７２の出力電圧から鍋１の温度を判定し、判定した温度にもとづいて炊飯シーケンスを実行する。
【００８０】
なお、この炊飯シーケンスには、前炊き工程、沸騰工程、むらし工程などがあり、それぞれの工程ごとに入力電流の設定値が異なっている。例えば、前炊き工程では１０Ａ、沸騰工程では１２Ａ、むらし工程では８Ａなどである。このように、複数の入力電流の設定値があっても、図８のグラフに示したように、入力電流値ごとに、加熱コイル２の動作周波数と鍋１の温度が定めることができる。したがって、図８のグラフで示した関係式もしくは、データを予めマイクロコンピュータに記憶しておけば、鍋１の高周波抵抗を検知するためにコイルを設ける必要がなくなる。
【００８１】
以上のように、本実施の形態においては、加熱コイル２の動作周波数と入力電流検知手段が検知する入力電流値から、鍋１の温度を検知するために、上記実施の形態１のようにコイルを設ける必要がない。したがって、回路部品や配線数を少なくすることができ、コンパクトな誘導加熱式炊飯器を提供できる。
【００８２】
また、加熱コイル２が動作しているときに、鍋１の温度を検知するので、鍋１が過加熱しても、すぐに加熱を停止することができる。
【００８３】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４における誘導加熱式炊飯器の主要部の一部ブロック化した回路図を示すものである。
【００８４】
図９に示すように、制御手段９１は、上記実施の形態１と同様に、マイクロコンピュータやトランジスタ、ＩＣなどで構成している。制御手段９１は、入力電流検知手段７４の出力電圧が一定になるように、スイッチング手段５２のオン時間を制御している。また、同時に、電圧検知回路５６の出力電圧を検知することで、加熱コイル２の印加電圧を検知し、印加電圧により、加熱コイル２の動作周波数が変動したときに鍋１の温度を補正するようにしている。他の構成は上記実施の形態１または３と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
図１０は、本実施の形態における誘導加熱式炊飯器の加熱コイル２の動作周波数とスイッチング手段５２のオン時間の関係を示している。図１０に示すように、スイッチング手段５２のオン時間が長くなるほど、加熱コイル２の動作周波数は低くなる傾向がある。この関係は、ほぼ反比例の関係となる。反比例となるのは、動作周波数が低くなると、加熱コイル２と鍋１の結合度合いが悪くなり、加熱コイル２のインダクタンス値が低下するために、加熱コイル２とコンデンサ５１からなる並列共振回路の共振周波数が低くなるためである。
【００８６】
このように、スイッチング手段５２のオン時間がわかれば、加熱コイル２の動作周波数を推定することができるので、制御手段９１は入力電流検知手段７４の出力電圧が一定になるようにスイッチング手段５２のオン時間を設定するとともに、加熱コイル２の動作周波数を推定することが可能となる。つまり、スイッチング手段５２のオフ時間を検知する必要がなくなり、検知時間や演算時間の短縮をはかることができる。
【００８７】
以上のように、本実施の形態においては、加熱コイル２の動作周波数を、インバータ回路を構成するスイッチング手段５２のオン時間から推定するようにすることにより、加熱コイル２の動作周波数を検知するための回路を構成する必要がなくなり、検知による時間遅れの影響がなくなり。また、高周波の周波数を測定する必要がないので、処理速度が遅いマイクロコンピュータでも確実に検知できる。
【００８８】
（実施の形態５）
図７に示す制御手段７３は、加熱コイル２の動作周波数が所定値になるように制御したときに、入力電流検知手段７４が検知した入力電流値から鍋１の温度を検知するようにしている。他の構成は上記実施の形態３と同じである。
【００８９】
図１１は、図７に示す誘導加熱式炊飯器において、動作周波数を一定にしたときの、商用電源７から供給される入力電流と鍋１の温度の関係を示している。ここで、商用電源７の電源電圧は１００Ｖ一定にしている。
【００９０】
図１１の曲線（ａ）は動作周波数２５ｋＨｚのときの入力電流と鍋１の温度の関係を示し、曲線（ｂ）は動作周波数３０ｋＨｚのときの入力電流と鍋１の温度の関係を示し、曲線（ｃ）は動作周波数が４０ｋＨｚのときの入力電流と鍋１の温度の関係を示している。
【００９１】
図１１に示すように、鍋１の温度が上がるほど、商用電源から供給される入力電流は低下する。入力電流が低下するのは、鍋１の温度が上がることで、銅箔の温度が上昇し、抵抗値が上がったことと、加熱コイル２の動作周波数が一定のため、加熱コイル２に印加される電圧が殆ど一定であることにより発生する。
【００９２】
つまり、図７に示した誘導加熱式炊飯器において、インバータ回路３の動作周波数が一定になるように制御手段７３により制御し、そのときの入力電流検知手段７４の出力電圧を検知することで鍋１の温度を推定することができる。
【００９３】
したがって、鍋１の高周波抵抗をピックアップコイルで測定する必要がなく、回路構成を簡単にすることができる。また、高周波の周波数を測定する必要がないので、処理速度が遅いマイクロコンピュータでも確実に検知できる。
【００９４】
以上のように、本実施の形態においては、制御手段７３は、加熱コイル２の動作周波数が所定値になるように制御したときに、入力電流検知手段７４が検知した入力電流値から鍋１の温度を検知するようにすることにより、加熱コイル２の動作周波数を検知するための回路を構成する必要がなくなり、検知による時間遅れの影響がなくなり。また、高周波の周波数を測定する必要がないので、処理速度が遅いマイクロコンピュータでも確実に検知できる。
【００９５】
なお、本実施の形態では、制御手段７３は、加熱コイル２の動作周波数が所定値になるように制御したときに、入力電流検知手段７４が検知した入力電流値から鍋１の温度を検知するようにしているが、入力電流検知手段７４の検知する入力電流が所定値になるように制御したときの加熱コイル２の動作周波数から鍋１の温度を検知するようにしてもよく、炊飯時の加熱量を制御しながら鍋１の温度検知をすることができる。
【００９６】
（実施の形態６）
図１２は、本発明の実施の形態６における誘導加熱式炊飯器の主要部の一部ブロック化した回路図を示すものである。
【００９７】
図１２に示すように、初期温度検知手段１０１は、サーミスタと抵抗の直列回路で構成している。この直列回路の一方の端子は第二の直流電源１７に接続し、もう一方の端子はグランド電位に接続している。このサーミスタと抵抗の分圧値を制御手段１０２に出力することで、制御手段１０２はサーミスタの温度を計算する。本実施の形態では、初期温度検知手段１０１は、鍋１と接触しない箇所、すなわち、図２に示す第二の回路基板２８上に実装し、インバータ回路３を構成するスイッチング手段の温度も検知するようにしている。ただし、これは一例であり、例えば、加熱コイル２の近傍に配置しても構わないし、図２に示す蓋加熱板２５の温度を検知するサーミスタと共用にしても構わない。つまり、初期温度検知手段１０１は起動時の炊飯器の温度を検知するためのものであり、炊飯器の起動時は、鍋１の温度と雰囲気温度は殆ど同じなので、鍋１に接触させる必要がない。
【００９８】
制御手段１０２は、上記実施の形態１と同様に、マイクロコンピュータやトランジスタ、ＩＣなどで構成している。制御手段１０２は、入力電流検知手段７４の出力電圧が一定になるように、インバータ回路３を構成するスイッチング手段のオン時間を制御している。他の構成は上記実施の形態３と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。
【００９９】
図１３は、本実施の形態の鍋１の温度を検知するときのフローチャートを示している。
【０１００】
ステップ１１１で、使用者が図２の第一の回路基板２７に備えられたスイッチ（入力手段７）を操作すると、制御手段１０２はそれを検知し、炊飯シーケンスを開始する。
【０１０１】
ステップ１１２では、初期温度検知手段１０１の出力電圧を制御手段１０２を入力し、そこから計算した初期温度Ｔ０を記憶する。この初期温度Ｔ０は炊飯器の使用環境により日々変動するものなので、炊飯シーケンスを開始するたびに更新するのが望ましい。本実施の形態では、一度炊飯を開始すると、使用者が取消を押すまで、初期温度Ｔ０を記憶している。
【０１０２】
ステップ１１３では、制御手段１０２がインバータ回路３を構成するスイッチング手段（ＩＧＢＴ）を駆動手段１５を介してオンオフ制御を開始する。ステップ１１３では、入力電流検知手段７４の出力電圧が設定値Ｖｓになるように、制御手段１０２がスイッチング手段のオン時間を制御する。ステップ１１４で入力電流検知手段７４の出力電圧が設定値Ｖｓに達すると、ステップ１１５に移行する。
【０１０３】
ステップ１１５では、入力電流検知手段７４の出力電圧が設定値Ｖｓに達したときのスイッチング手段のオン時間から制御手段１０２が加熱コイル２の動作周波数Ｆ０を演算し、このＦ０を初期の動作周波数として記憶する。
【０１０４】
ステップ１１６では、入力電流検知手段７４の出力電圧が設定値Ｖｓに達したときの電圧検知回路５６の出力電圧を制御手段１０２が初期の電源電圧Ｖｉｎ０として記憶し、商用電源７の電圧が変動して加熱コイル２の動作周波数が変動しても、鍋１の温度が補正できるようにしている。
【０１０５】
ステップ１１７では、制御手段１０２が加熱コイル２の動作周波数と電圧検知回路５６の出力電圧を入力し、出力電圧Ｖｉｎ０のときの動作周波数Ｆを計算する。ステップ１１８では、初期の動作周波数Ｆ０と現在の動作周波数Ｆから変化量ΔＦを計算する。
【０１０６】
ステップ１１９では、変化量ΔＦから鍋１の温度変化量ΔＴを求める。本実施の形態では、予め動作周波数の変化量に対応した温度変化量のデータテーブルを制御手段１０２を構成するマイクロコンピュータに記憶しておき、このデータベースにもとづいて温度変化量ΔＴを求めている。ただし、これは一例であり、動作周波数の変化量と温度変化量の関係式を記憶しておき、この関係式を用いても構わない。
【０１０７】
ステップ１２０では、温度変化量ΔＴと初期温度Ｔ０を加えて、現在の鍋１の温度Ｔを求める。この現在の鍋１の温度に基づいて炊飯シーケンスおよび保温を実行する。
【０１０８】
このように、炊飯開始時など加熱コイル２を駆動するときに、初期温度検知手段１０１で鍋１近傍の温度を初期温度として記憶することで、鍋１の動作周波数の変化量にもとづいて鍋１の温度を推定することが可能となり、加熱コイル２や鍋１の銅箔のばらつきの影響を小さくすることができる。
【０１０９】
以上のように、本実施の形態においては、制御手段１０２は炊飯開始時に初期温度検知手段１０１の検知温度を記憶し、加熱コイル２の動作周波数の変化量ΔＦで鍋１の温度を推定するようにすることにより、サーミスタで絶対温度を測定し、その温度からの温度変化量を検知するので、鍋１の銅箔の厚さばらつきや加熱コイル２の定数ばらつきの影響を小さくすることができる。また、加熱コイル２や鍋１の形状が変わるたびに鍋１の高周波抵抗や加熱コイル２の動作周波数が変動しても、変化量を利用するので周辺回路の変更が少なくて済み、多品種生産にすばやく対応することができる。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、加熱コイル２の動作周波数の変化量ΔＦで鍋１の温度を推定するようにしているが、高周波抵抗検知手段の出力の変化量で鍋の温度を推定するようにしてもよく、同様の作用、効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
以上のように、本発明にかかる誘導加熱式炊飯器は、鍋の表面に備えた銅の高周波抵抗値を検知し、検知した高周波抵抗値の温度による変化から鍋の表面の銅の温度を推定できるので、非接触で鍋の温度を検知することができ、鍋に温度検知手段を接触させることによる熱損失をなくすることができ、熱効率を向上することができるので、表面に銅を有する鍋を誘導加熱する誘導加熱式炊飯器として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施の形態１における誘導加熱式炊飯器の主要部の一部ブロック化した回路図
【図２】同誘導加熱式炊飯器の断面図
【図３】（１）同誘導加熱式炊飯器の鍋を載置したときの鍋とコイルの高周波抵抗の合成値と周波数との関係を示す特性図（２）同誘導加熱式炊飯器の鍋がないときのコイルの高周波抵抗値と周波数との関係を示す特性図
【図４】同誘導加熱式炊飯器の鍋の温度を演算するときのフローチャート
【図５】本発明の実施の形態２における誘導加熱式炊飯器の主要部の一部ブロック化した回路図
【図６】同誘導加熱式炊飯器の加熱コイルの高周波抵抗値を演算するときのフローチャート
【図７】本発明の実施の形態３における誘導加熱式炊飯器の主要部の一部ブロック化した回路図
【図８】同誘導加熱式炊飯器の入力電流と鍋の温度の関係を示す特性図
【図９】本発明の実施の形態４における誘導加熱式炊飯器の主要部の一部ブロック化した回路図
【図１０】同誘導加熱式炊飯器の加熱コイルの動作周波数とスイッチング手段のオン時間の関係を示す特性図
【図１１】本発明の実施の形態５における誘導加熱式炊飯器の動作周波数を一定にしたときの入力電流と鍋の温度の関係を示す特性図
【図１２】本発明の実施の形態６における誘導加熱式炊飯器の主要部の一部ブロック化した回路図
【図１３】同誘導加熱式炊飯器の鍋の温度を検知するときのフローチャート
【符号の説明】
【０１１３】
１  鍋
２  加熱コイル
３  インバータ回路
１０  制御手段
１１  高周波抵抗検知手段
【図１】
2008119417.tif 000003
【図２】
2008119417.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008119417.tif 000012
【図１１】
2008119417.tif 000013
【図１２】
2008119417.tif 000014
【図１３】
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