(57)【要約】      （修正有）【課題】誘導加熱コイルへの電力制御が可能な、誘導加熱装置を提供する。【解決手段】誘導加熱システムは、磁場を用いて負荷を誘導加熱するように機能する加熱コイル１１０と、加熱コイルに高周波電流を供給する可変高周波電源１０８と、コイルを流れる電流を検出して電流を表す電流信号を提供する検出器１１７と、加熱コイルへの電流の周波数を制御する、検出器からの電流信号に応答して電流徴候を捕捉及び解析する制御装置１１４とを含み、制御装置は、動作周波数スペクトルにわたって電流動作周波数を掃引し、電流徴候の和を２サンプルの振幅の電流徴候と結合して、加熱コイル上の負荷の存在を判定し、結合信号から得られた信号に基づいてコイルへの電流の周波数を制御するように機能する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱システムであって、
磁場を用いて負荷を誘導加熱するように機能する加熱コイルと、
前記加熱コイルに高周波電流を供給する可変周波数電源と、
前記コイルを流れる電流を検出し、前記電流を表す電流信号を提供する検出器と、
前記加熱コイルへの電流の周波数を制御し、且つ、前記検出器からの前記電流信号に応答して電流徴候を捕捉及び解析する制御装置であって、動作周波数スペクトルにわたって電流動作周波数を掃引し、前記電流徴候の和を２サンプルの振幅の電流徴候と結合し、前記加熱コイル上の負荷の存在を判定し、前記結合信号から得られた信号に基づいて前記コイルへの電流の周波数を制御するように機能する制御装置と、
を含む、誘導加熱システム。
【請求項２】
前記検出器は、前記高周波電源と直列のシャントレジスタを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御装置は、必要な動作周波数を前記結合信号に基づいて測定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記必要な動作周波数が共振周波数である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御装置が更に、前記結合信号に基づいて、前記加熱コイル上の負荷のサイズを測定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
誘導加熱装置のセンサ信号を監視するステップであって、前記センサ信号が前記誘導加熱装置の高周波電源を流れる電流に対応しているステップと、
前記高周波電源を流れる電流の徴候を前記センサ信号から判定するステップと、
前記電流徴候の和を２サンプルの振幅の電流徴候と結合するステップと、
を含む方法であって、
前記結合信号は、前記誘導加熱装置上の容器の存在の指標、及び前記容器の存在下でコイル電流を駆動させるために必要な動作周波数を提供する、方法。
【請求項７】
前記センサ信号は、前記高周波電源の帰還路から得られる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記センサ信号の生成に使用するセンサが、シャントレジスタである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電流徴候の和を２サンプルの振幅の電流徴候と結合するステップが、前記電流徴候の和と前記２サンプルの振幅の電流徴候との比を形成するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記電流徴候の和と前記２サンプルの振幅の電流徴候との比を所定動作条件の集合と比較することによって周波数の検出を行う、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記動作周波数が共振周波数である、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記結合信号から容器のサイズを測定するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
メモリに格納されたコンピュータプログラム製品であって、
誘導加熱装置のセンサ信号を監視するためのコンピュータ可読プログラム装置であって、前記センサ信号が前記誘導加熱装置の高周波電源を流れる電流に対応している、コンピュータ可読プログラム装置と、
前記センサ信号を解析して、前記高周波電源を流れる電流徴候を判定するためのコンピュータ可読プログラム装置と、
前記電流徴候の和を２サンプルの振幅の電流徴候と結合するためのコンピュータ可読プログラム装置と、
前記結合信号から、前記誘導加熱装置上の容器の存在と、前記容器の存在下でコイル電流を駆動させるために必要な動作周波数とを測定するためのコンピュータ可読プログラム装置と、
を含むコンピュータプログラム製品。
【請求項１４】
前記電流徴候の和と前記２サンプルの振幅の電流徴候との結合から、前記電流徴候の和と前記２サンプルの振幅の電流徴候との比を形成するためのコンピュータプログラム装置を更に含む、請求項１３に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
前記電流徴候の和と前記２サンプルの振幅の電流徴候との比を、所定動作条件の集合と比較することによって周波数を測定するためのコンピュータプログラム装置を更に含む、請求項１４に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１６】
誘導加熱システムであって、
磁場を用いて負荷を誘導加熱するように機能する加熱コイルと、
前記加熱コイルに高周波電流を供給するための可変周波数電源と、
前記コイルを流れる電流の電流信号特性を検出するために、前記加熱コイルを有する回路内にシャントレジスタを含む検出器と、
前記加熱コイルに供給される電流の周波数を制御するための制御装置であって、鍋検出モードにおいて、第１の所定周波数で前記電源を操作し、且つ、前記第１の所定周波数の電流信号を解析して前記電流信号に基づいて前記加熱コイル上の負荷の存在を判定するために機能する制御装置と、
を含む誘導加熱システム。
【請求項１７】
前記制御装置は更に、負荷の存在を検出すると、所定範囲にわたって前記電源の周波数を掃引し、且つ、前記電流信号を解析して前記電流信号に基づいて前記負荷の存在下でのシステムの共振周波数を測定するように機能する、請求項１６に記載の誘導加熱システム。
【請求項１８】
前記制御装置は更に、負荷の存在を検出すると、所定範囲にわたって前記電源の周波数を掃引し、前記電流信号に基づいて、前記電流信号を解析することで前記負荷の特性を測定するように機能する、請求項１６に記載の誘導加熱システム。
【請求項１９】
前記負荷が調理鍋であり、前記負荷の特性が前記鍋のおおよその直径である、請求項１８に記載の誘導加熱システム。
【請求項２０】
前記周波数スペクトルが２０ｋＨｚから５０ｋＨｚの範囲を含む、請求項１７に記載の誘導加熱システム。
【請求項２１】
前記制御装置は更に、負荷の不在を検出すると、前記加熱システムをオフにするように機能する、請求項１６に記載の誘導加熱システム。
【請求項２２】
誘導加熱システムであって、
磁場を用いて負荷を誘導加熱するように機能する加熱コイルと、
前記加熱コイルに高周波電流を供給するための可変周波数電源と、
前記コイルを流れる電流の電流信号特性を検出するために、前記加熱コイルを有する回路内にシャントレジスタを含む検出器と、
前記加熱コイルに供給される電流の周波数を制御するための、動作周波数スペクトルにわたって前記電流周波数を掃引するように機能する制御装置であって、更に、電流信号を解析することで、前記電流信号に基づいて、負荷の存在下でのシステムの共振周波数を測定するように機能する制御装置と、
を含む誘導加熱システム。
【請求項２３】
ユーザが複数の選択可能な設定から加熱システムの電力設定を選択できるようにするユーザーインターフェースを更に含み、前記制御装置は、前記ユーザーインターフェースに応答して、ユーザが選択した前記電力設定に対応する電力レベルで前記コイルを動作させるために、前記共振周波数を測定した後に、前記共振周波数に対する前記電流の周波数を調整するように機能する、請求項２２に記載の誘導加熱システム。
【請求項２４】
前記制御装置は、ユーザ選択可能な最高の電力設定を実現するために、前記電流の周波数を前記共振周波数に合わせる、請求項２２に記載の誘導加熱システム。
【請求項２５】
少なくともユーザ選択可能な最高の電力設定よりも低いユーザ選択可能な電力設定の各々について、前記制御装置は、各電力設定に関連する差分だけ前記共振周波数よりも大きい周波数に前記電流の周波数を合わせる、請求項２３に記載の誘導加熱システム。
【請求項２６】
前記制御装置は、前記共振周波数に応じたユーザ選択可能な電力設定の各々に対する動作周波数を含む電力設定ルックアップテーブルを含み、前記制御装置は、前記共振周波数を測定した後に、ユーザが選択した電力設定のルックアップテーブルに従って測定された周波数に、前記電流の周波数を合わせるように機能する、請求項２３に記載の誘導加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は主に誘導加熱に関し、より具体的には、容器を検出し、それに応じた誘導加熱コイルへの電力制御が可能な、誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導クックトップは、磁気誘導によって導電性調理器具を加熱する。誘導クックトップは、加熱コイル上に強力な無線周波数磁場を発生させるために、加熱コイルに無線周波数電流を印加する。鍋等の導電性容器が加熱コイル上に配置されると、加熱コイルからの磁場の結合により、容器上に渦電流が発生する。これによって、容器を加熱する。
【０００３】
誘導クックトップは通常、誘導クックトップ上に配置された、いずれのサイズの適当な導電性材料のいずれの容器も、加熱する。磁場は見えないので、何らかの補助指標が提供されない限り、誘導クックトップに電源が入っているかいないかが、わかりにくい。このため、誘導クックトップの上に配置されたアイテムが、意に反して加熱され、このようなアイテムを損傷し、その他の問題を引き起こす可能性がある。
【０００４】
誘導クックトップ上の容器又は鍋検出の方法は、複数ある。これらのうちの幾つかは、機械的切替、電流検出、位相検出、光検知、及び高調波歪み検知を含む。位相検出及び振幅測定を利用する鍋検知方法では、一般的に変流器を使用する。システムが共振して動作しているときは、加熱コイルと容器との間の電力伝送は最適であるが、共振は、容器が呈する負荷に依存する。そのため、特定の負荷に対するシステムの共振周波数を測定可能であり、その負荷のその周波数で、又はその周波数付近で動作可能であることが、有利である。コイルを流れる電流を測定する変流器によって、システムが共振して動作しているか、又は共振しないで動作しているかや、切替による歪みが殆ど無いか又は全く無いかにかかわらず、加熱コイルへの電力出力が、常時きれいな交流の三角から正弦の波形になる。これは鍋検出に有用であるが、共振周波数の測定がより難しくなる。また、変流器のパッケージは、パッケージサイズ及びフットプリントが大きい傾向があるので、高額になることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、上述の問題のうちの少なくとも幾つかを解決するシステムを提供することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に記載のように、実施例により、上記又は当該技術分野で周知のその他の不都合のうちの１つ以上を克服する。
【０００７】
実施例の一態様は、誘導加熱システムに関する。誘導加熱システムは、磁場を用いて負荷を誘導加熱するように機能する加熱コイルと、動作周波数の範囲にわたって選択的に加熱コイルに電流を供給するための可変高周波電源と、高周波電源から加熱コイルに供給される電流を監視するための検出器と、加熱コイル上の負荷の存在を判定する、検出された電流に関連する電流徴候を解析するように機能する制御装置とを含む。本実施例の更なる態様によると、制御装置は更に、特定の負荷を有するシステムの共振周波数を測定し、その負荷の周波数に応じてシステムを動作させるようにも機能する。
【０００８】
本実施例の別の態様は、方法に関する。一実施形態において、本方法は、誘導加熱装置のセンサ信号を監視するステップを含む。センサ信号は、誘導加熱装置の高周波電源を流れる電流に対応する。高周波電源を流れる電流の徴候を、センサ信号から判定する。電流徴候の和を、２サンプルの振幅の電流徴候と結合する。結合信号は、誘導加熱装置上の容器の存在の指標と、容器の存在下でコイル電流を駆動させるために必要な動作周波数を提供する。
【０００９】
更なる態様において、本実施例は、メモリに格納されたコンピュータプログラム製品に関する。一実施形態において、本コンピュータプログラム製品は、誘導加熱装置のセンサ信号を監視するためのコンピュータ可読プログラム装置を含み、センサ信号は、誘導加熱装置の高周波電源を流れる電流に対応している。本コンピュータプログラム製品は更に、高周波電源を流れる電流の徴候を判定し、電流徴候の和を２サンプルの振幅の電流徴候と結合し、結合信号から、誘導加熱装置上の容器の存在及び容器の存在下でコイル電流を駆動させるために必要な動作周波数を測定するために、センサ信号を解析するためのコンピュータ可読プログラム装置も含む。
【００１０】
更に別の態様において、本実施例は、誘導加熱システムに関する。一実施形態において、誘導加熱システムは、磁場を用いて負荷を誘導加熱するように機能する加熱コイルと、加熱コイルに高周波電流を供給する可変周波数電源と、コイルを流れる電流の電流信号特性を検出するための、加熱コイルを有する回路内にシャントレジスタを含む検出器と、加熱コイルに供給される電流の周波数を制御し、且つ、鍋検出モードにおいて、第１の所定周波数で電源を動作し、第１の所定周波数の電流信号を解析して、この電流信号に基づいて加熱コイル上の負荷の存在を判定するように機能する、制御装置と、を含む。
【００１１】
更に別の態様において、本実施例は、誘導加熱システムに関する。一実施形態において、誘導加熱システムは、磁場を用いて負荷を誘導加熱するように機能する加熱コイルと、加熱コイルに高周波電流を供給するための可変周波数電源と、コイルを流れる電流の電流信号特性を検出するための、加熱コイルを有する回路内にシャントレジスタを含む検出器と、加熱コイルに供給される電流の周波数を制御するための、動作周波数スペクトルにわたって電流周波数を掃引するように機能する制御装置であって、更に電流信号を解析して、電流信号に基づいて、負荷の存在下でのシステムの共振周波数を測定するように機能する制御装置とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態による誘導加熱システムの概略ブロック図である。
【図２】本開示の一実施形態による誘導加熱システムの概略図である。
【図３Ａ】本開示の一実施形態による誘導加熱システムの、共振及び非共振信号徴候を示す例示的なグラフである。
【図３Ｂ】本開示の一実施形態による誘導加熱システムの、共振及び非共振信号徴候を示す例示的グラフである。
【図４】周波数スペクトルにわたるセンサ信号の掃引から生成された三次元面グラフ４０２である。
【図５Ａ】電流センサから抽出される様々な条件に対する電流和及び２サンプルの振幅信号特性の三次元描写グラフである。
【図５Ｂ】電流センサから抽出される様々な条件に対する電流和及び２サンプルの振幅信号特性の三次元描写グラフである。
【図５Ｃ】電流センサから抽出される様々な条件に対する電流和及び２サンプルの振幅信号特性の、三次元描写グラフである。
【図５Ｄ】電流センサから抽出される様々な条件に対する電流和及び２サンプルの振幅信号特性の三次元描写グラフである。
【図６Ａ】本開示の一実施形態による、電流和及び２サンプルの振幅信号特性の組み合わせの二次元描写グラフである。
【図６Ｂ】本開示の一実施形態による、電流和及び２サンプルの振幅信号特性の組み合わせの二次元描写グラフである。
【図６Ｃ】本開示の一実施形態による、電流和及び２サンプルの振幅信号特性の組み合わせの二次元描写グラフである。
【図７】本開示の一実施形態によるプロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付図面と併せて下記の詳細な説明を検討すれば、本実施例のこれら及びその他の態様及び利点が明らかになろう。しかし、当該図面は、説明を意図したものにすぎず、本発明の限定を定義することを意図したものではないと理解されたい。本発明の定義については、添付の特許請求の範囲を参照されたい。また、本図面は必ずしも縮尺通りではなく、別途明記しない限り、本明細書に記載の構造及び手順を概念的に図示したものにすぎない。更に、いかなる適当なサイズ、形状、又はタイプの要素又は材料も、使用可能である。
【００１４】
図１は、本開示の一実施形態による、誘導加熱システム１００の概略ブロック図である。開示の実施形態の態様は主に、誘導加熱コイル上の容器の存在を検出することと、ユーザ選択可能な電力設定の範囲からユーザが選択した電力レベルで誘導加熱コイルに供給される電力を制御することに関し、このとき供給される電力は、検出された容器のサイズ及び種類、並びに選択された電力設定に基づく。
【００１５】
図１に概略的に示すように、一実施形態において、誘導加熱システム１００は通常、電力会社が供給する従来の６０Ｈｚ２４０ボルトＡＣであってもよい、ＡＣ電源１０２と、ＡＣ電源１０２からの電力信号を整流するための、従来の整流器回路１０４とを含む。整流器回路１０４は、当該技術分野で周知のように整流された電圧信号をフィルタリングするための、フィルタ及び力率改善回路を含んでもよい。誘導加熱システム１００は更に、誘導加熱コイル１１０に高周波電流を供給するための、共振インバータモジュール１０８も含む。誘導加熱コイル１１０は、共振インバータモジュール１０８によって高周波電流が供給されると、誘導加熱コイル１１０のすぐ上、上方、又は付近に配置された調理容器１１２又はその他の物体を、誘導加熱する。本明細書における「調理容器」という用語の使用は単なる例示目的であること、並びに当該用語には通常、誘導加熱コイルによって加熱可能な、適当な種類のいずれの物体も含むことは、理解されよう。
【００１６】
インバータモジュール１０８によって加熱コイル１１０に供給される電流の周波数と、ひいては加熱コイル１１０の出力電力の制御は、インバータモジュール１０８の切替周波数を制御する制御装置１１４によって行われる。複数のユーザ選択可能な設定から電力設定を選択することによってユーザが過熱コイルの電力出力を確立できるようにするユーザーインターフェース１１６は、制御装置１１４に動作可能に接続されている。センサ回路１１７の形態の電流検出器は、インバータ回路１０８によって加熱コイル１１０に供給される電流を検知し、制御装置１１４に電流信号１１８を提供する。電流センサ信号１１８は、コイル電力回路に結合されたシャントレジスタにかかる電圧に由来する誘導加熱コイル１１０を流れる電流を表す電圧である。制御装置１１４は、加熱コイル１１０の通電の制御にあたり、ユーザーインターフェース１１６からの入力と、センサ回路１１７からの電流センサ信号１１８を使用する。一実施形態において、制御装置１１４は、電流センサ信号１１８を使用して、誘導加熱コイル１１０上の容器１１２の存在の検知又は検出と、容器のサイズ及び種類の測定と、検出された容器を加熱するときのシステム１００の共振周波数の測定と、ユーザ選択された電力設定に対応する出力電力を達成するために適当な切替周波数の測定を行う。
【００１７】
一実施形態において、制御装置１１４は、ユーザーインターフェース１１６を通じてユーザが選択した設定に対応する電力レベルでコイル１１０を動作させるべく、インバータモジュール１０８によって生成された電力信号の周波数を制御するように機能する。制御装置１１４は、センサ信号１１８を監視し、センサ信号１１８を処理することで、とりわけ、加熱コイル１１０上の調理容器１１２の存在と、容器１１２のサイズ及び種類と、容器が存在する状態での電力回路の共振周波数を測定する。測定された容器のサイズ及び種類、又はその不在に基づいて、制御装置１１４は、電源を切ることも含め、誘導加熱コイル１１０への電力を制御するように構成されている。
【００１８】
周波数スペクトルにわたるセンサ信号１１８の特性を解析することによって、開示の実施形態で、調理容器が誘導加熱コイル１１０上に存在するか否かの判定と、調理容器のサイズ及び種類の測定と、ユーザ選択された電力設定で誘導加熱コイル１１０を駆動させるために必要な適当な周波数の測定が可能である。一実施形態において、制御装置１１４は、所定の周波数スペクトルにわたってセンサ信号１１８を掃引するように構成されている。この掃引の結果をその後、ルックアップテーブル、又はその他の適当なデータ機能のデータ値と比較することで、ユーザ選択された電力設定のために誘導加熱コイル１１０を駆動させるのに必要な動作周波数を測定する。所定の周波数スペクトルは、その上限において、システムについて可能性のある全ての動作条件の下でシステムの最大共振周波数を超えるのに十分な高さでなければならない。スペクトルの最低値は、可能性のある不快な可聴ノイズを回避するのに十分な高さでなければならない。調理用具の一実施例では、２０〜５０ＫＨｚ程度の範囲が、この基準を満たしており、満足のいく結果となることがわかっている。
【００１９】
センサ信号１１８は、１サンプル／マイクロ秒のサンプリングレートで電力回路の各切替サイクルの間、繰り返しサンプリングされる。切替サイクルにわたるセンサ信号１１８のサンプル値の収集には電流徴候が含まれており、制御装置１１４によってこれを捕捉及び解析する。
【００２０】
その動作理論を、図４及び５ａ〜５ｄに示す三次元表面プロットを参照しながら説明する。インバータモジュールの切替周波数が動作周波数スペクトルにわたって掃引されるときのセンサ信号１１８によって、三次元表面プロットが生成される。このときの三次元とは、電流、時間、及び周波数である。例えば図４を参照すると、時間（サンプル）はＸ軸上に、電流帰還（信号１１８）はＹ軸上に、そして切替周波数はＺ軸上に示されている。プロット４０２によって、或る使用状況における共振周波数と、或る使用状況において周波数の掃引の際に共振周波数がどのように検出されるかがわかる。共振周波数は、表面のピーク４１０で発生する（図示のように、周波数＝約２０Ｋ、時間＝約〜１０）。
【００２１】
一実施形態において、正確な容器検出を行うために、軌跡３１６上で図３Ｂに示されているセンサ信号１１８から、２つの値を計算する。第１信号は、試験サイクルにわたってサンプリングされた電流データポイントの和であり、サイクル３２０のサンプルにわたる軌跡３１６の積分によって示される。第２の、２サンプルの振幅は、図３Ｂのセンサ信号軌跡３１８の波立った部分の振幅によって示されるデルタΔである。周波数領域のこれらの信号の三次元描写は、図５ａ〜５ｄに示されている。
【００２２】
図５ａ及び５ｂにおいて、第１信号、即ちプロット５０２及び５０４は、試験サイクルの周波数に応じて試験サイクルにわたってサンプリングされた電流データポイントの和を示す。プロット５０２は、共振周波数における、鍋の存在下での電流和プロットを示し、その一方でプロット５０４は、鍋の無い状態での電流和である。プロット５０２に示すように、共振周波数において、負電流の量は最低である。電流のピークでは、負電流は殆ど又は全く検出されない。
【００２３】
電流和プロット５０２及び５０４は、いずれかの与えられた周波数（Ｘ軸）での経時的な電流（Ｙ軸）のピーク間振幅の積分である。一実施形態において、システムは共振して動作し、これはプロット５０２のピーク５１０を通る垂線である。この点において、プロット５０２の電流レベルは、システムが共振しているので負電流レベルに割り込まず、プロット５０４の電流レベルは、システムが共振していないので、常時負電流レベルに割り込む。
【００２４】
第２信号、即ち振幅信号を、図５ｃ及び５ｄのプロット５０６及び５０８にそれぞれ示す。プロット５０６は鍋が存在する場合であり、プロット５０８は鍋がない場合である。この２サンプルの振幅プロットにおいて、センサ信号が「波立つ」とき、急激な落ち込みの振幅は、プロット５０６及び５０８の前面５１４の垂直成分である。
【００２５】
第１信号及び第２信号が独立しているときは、通常、図１に示すシステムの誘導加熱コイル１１０上の容器の存在の指標としての信頼性は高くないものの、第１及び第２信号を結合すると、結果的な信号が容器検出に関して非常に正確になる。図６Ａ及び６Ｂを参照すると、プロット６０２上の軌跡６１０ａ、ｂ〜６１８ａ、ｂの各々は、異なる鍋サイズ、並びに、誘導加熱コイル１１０上で鍋が検出されたときに発生するセンサ信号１１８に応答して、開示の実施形態の鍋検知アルゴリズムによって生成された初期信号を表す。軌跡６１０ａ、６１０ｂは７インチ鍋を示し、軌跡６１２ａ、６１２ｂは５．５インチ鍋を示し、軌跡６１４ａ、６１４ｂは５インチ鍋を示し、軌跡６１８ａ、６１８ｂは４インチ鍋を示し、軌跡６１６ａ、６１６ｂは３インチ鍋を示す。「鍋無し」検出状態では、帰還は殆ど又は全く発生しない。
【００２６】
図６Ａに示すように、電流和プロット６０２の場合、高い周波数の信号は重複しないので（「良好な分散」という）、これらは信頼できる。しかし、最低部では、周波数が重複し始め、信号はもはや信頼できるサイズ指標ではない（「悪い分散」という）。図６Ｂの２サンプルの振幅電流プロット６０４では、最低周波数信号は正確（良好な分散）であるが、高い周波数では重複し始める（悪い分散）。
【００２７】
しかし、図６Ｃに示すように、例えば２つの対応する信号を分割すること等によって、電流和プロット６０２及び２サンプルの振幅プロット６０４からのそれぞれの信号（６１０ａ、ｂ；６１２ａ、ｂ；６１４ａ、ｂ；６１８ａ、ｂ；及び６１６ａ、ｂ）を結合すると、誘導加熱コイル上の容器の存在及びサイズを特定するための、非常に信頼できる指標が生成される。図示の実施形態では、分解能を向上するために、電流和データポイントを、２サンプルの振幅データポイントによって除算し、利得係数を乗じる。これは、数式（和／振幅）×利得で表される。図６Ｃでデータを提供している実施形態において、利得係数は２５６であった。代替実施形態において、除算以外にも、信号を結合するいずれの適当な方法も、使用可能である。プロット６０６は、電流和プロット６０２及び２サンプルの振幅プロット６０４のそれぞれの信号の結合から生じた軌跡を示している。軌跡６２０は、軌跡６１０ａ及び６１０ｂの結合を示し、軌跡６２２は、軌跡６１２ａ及び６１２ｂの結合を示し、軌跡６２４は、軌跡６１４ａ及び６１４ｂの結合を示し、軌跡６２８は、軌跡６１８ａ及び６１８ｂの結合を示し、軌跡６２６は、軌跡６１６ａ及び６１６ｂの結合を示す。図６Ｃのプロット６０６で示すように、結果的な信号６２０、６２２、６２４、６２６、及び６２８は、約１／４”の分解能で、正確に容器サイズを検出する。プロット６０６に示す結果的な信号６２０〜６２８を用いて、鍋の存在の検出と、鍋が中心からずれているかどうかの検出と、動いている鍋の検出と、鍋の様々な材料の推定が可能である。
【００２８】
制御装置１１４は、センサ信号１１８を常時監視し、電流和及び振幅信号プロットを計算し、電流和及び振幅信号プロットに対応するルックアップテーブルから判定された値に基づいて、誘導加熱コイル１１０に供給される電力の必要な動作周波数を測定する。鍋が動いているか又は中心からずれている状態では、センサ信号１１８が変動するので、和−振幅比が変化する。和−振幅比が変動すると、ルックアップテーブルの共振又は最適動作周波数が異なる。通常、誘導加熱コイル１１０から鍋を取り除くと、鍋に送達される電力が少なくなるので、必要な動作周波数はフォールドバックされる。鍋が一定のサイズ未満であるか、又は誘導加熱コイル１１０から取り除かれた場合には、システム１００が遮断される。即ち、それ以上電力が送達されなくなる。
【００２９】
小さい鍋が誘導加熱コイル１１０の中心にある状態と大きい鍋が中心からずれている状態との比較から、システム１００がいずれの状態でも同じように機能することを示している。センサ信号１１８は、鍋が誘導加熱コイル１１０に対して形成する共振回路の関数なので、和−振幅比は通常、いずれの状態でも類似する。この和−振幅比は、例えば鍋のサイズ、配置、及び材料を含む、複数の異なる条件について等しくなり得る。ルックアップテーブルの値は、調理容器の異なるサイズ、配置、及び材料を用いる異なる条件下の実験によって、測定される。切替モジュール１１６によるインバータモジュール１０８の切替は、ルックアップテーブルの動作周波数を示す和−振幅値に基づく。
【００３０】
図２は、図１に示すシステムの一実施形態の概略図である。図２に示されるように、誘導加熱システム１００は、ＡＣ電源１０２、整流回路１０４、インバータモジュール１０８、電流センサ回路１１７、ユーザーインターフェース１１６、及び制御装置１１４を含む。インバータモジュール１０８は、切替装置Ｑ１及びＱ２、並びにコンデンサＣ２、Ｃ３、Ｃ４，及びＣ５を含む、当該技術分野で周知のハーフブリッジ共振コンバータ回路であり、整流回路１０４から供給される直流電圧の切替制御によって、誘導コイル１１０に高周波電力信号を提供する。制御装置１１４は、Ｑ１及びＱ２の切替を制御する。一実施形態において、切替装置Ｑ１及びＱ２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。代替実施形態において、ＩＧＢＴを含むもの以外でも、いずれかの適当な切替装置の使用も可能である。スナバコンデンサＣ２、Ｃ３及び共振コンデンサＣ４、Ｃ５は、誘導加熱コイル１１０を連続的に共振させるために、正電力端子と負電力端子との間に接続される。
【００３１】
誘導コイル１１０は、切替装置Ｑ１、Ｑ２の間に接続されており、誘導コイル１１０の上又は付近に位置する容器１１２に渦電流を誘導する。渦電流は容器１１２を加熱する。
【００３２】
一実施形態において、切替装置Ｑ１及びＱ２のこの切替は、約２０キロヘルツから５０キロヘルツの範囲の切替数波数で生じる。切替装置Ｑ１がオンになると、切替装置Ｑ２がオフになり、共振コンデンサＣ５、誘導コイル１１０、及び鍋１１２は共振回路を形成する。切替装置Ｑ１がオフになり、切替装置Ｑ２がオンになると、共振コンデンサＣ４、誘導コイル１１０、及び鍋１１２が共振回路を形成する。電流検知回路１１７は、制御装置１１４にセンサ信号１１８を提供する。検知回路１１７は、シャントレジスタＲs及び差動増幅器１２０を含む。レジスタＲsは、リターン電流経路のインバータ回路と直列に接続されている。Ｒsにかかる電圧は、信号をバッファリングする差動増幅器１２０に入力される。増幅器１２０からの出力は、制御装置１１４に入力される電流センサ信号１１８を提供する。この構成により、センサ信号１１８は、誘導コイル１１０を流れる電流を表す。制御装置１１４でセンサ信号１１８を解析することで、容器を検出し、誘導コイル１１０の電力供給を切替又は中断する。
【００３３】
センサ信号１１８を調べることにより、誘導加熱システム１００で、誘導調理コイル１１０上の容器１１２の存在又は不在を特定できる。また、共振周波数で動作することは、図２に示す誘導コイル１１０から容器１１２への最適な電力量の送達の鍵である。また、加熱に際して、切替周波数に応じた信号１１８の解析を用いて、容器が所定位置にあるシステムの共振周波数を検出できる。
【００３４】
図３Ａ及び３Ｂは、システム１００が共振周波数で動作しているとき（図３Ａ）の、共振周波数超で動作しているとき（図３Ｂ）の、センサ信号１１８の例を示す。まず図３Ａを参照すると、実質的に方形の波曲線３０４は、Ｑ１及びＱ２の切替サイクルを表している。曲線３０４は、Ｑ１がオンのときに高くＱ２がオンのときに低い。曲線３０６は、切替周波数がシステムの共振周波数と等しいときのセンサ信号１１８を表す。正弦曲線３０２は、誘導コイル１１０を流れる電流、又は同様に誘導加熱コイル１１０を流れる電流を検知する変流器からの電圧信号を示す。
【００３５】
図３Ａからわかるように、システム１００がその共振周波数で動作しているときは、システム１００がゼロ電流で切り替わるので、曲線３０６で表すように、センサ信号１１８は滑らかである。図３Ｂの実質的に方形の波曲線３１４は、Ｑ１及びＱ２の切替サイクルを表す。図３Ｂに示すように、システム１００は非ゼロ電流で切り替わるので、曲線３１６で表すセンサ信号１１８は「波立った正弦曲線」である。曲線３１６は、システム１００が共振周波数超で動作すると、急激に推移する。センサ信号（図３Ａの３０６、及び図３Ｂの３１６）と変流器からの信号（図３Ａの信号３０２、及び図３Ｂの３１２）との比較から、センサ信号１１８の使用の利点がわかる。共振周波数以外でセンサ信号１１８に存在する急激な推移から、システムの周波数応答に関する情報がわかるが、この情報は、システムが共振周波数で動作しているか共振周波数から外れて動作しているかにかかわらずきれいな正弦波が創出される、変流器生成信号から導き出されることはない。
【００３６】
センサ信号１１８の様々な特性を解析することによって、容器１１２が存在するか否かの判定と、容器の種類及びサイズの判定と、存在する容器１１２とシステムとの共振周波数の測定が可能である。一実施形態において、センサ信号１１８の電流徴候を使用して、容器の有無を検出し、容器が存在する場合には、存在する容器１１２とシステムとの共振周波数を検出する。共振種波数を測定すると、ユーザ選択された電力設定に対応する出力電力を提供するように、切替周波数を調整する。
【００３７】
センサ信号１１８の電流徴候の捕捉及び記録は、制御装置１１４によって、切替周波数に応じた切替サイクルあたり約３０個のサンプリングポイントに対応する、１サンプル／マイクロ秒のサンプリングレートで信号１１８をサンプリングすることで行われる。容器の存在は、容器が存在する状態のシステムの共振周波数を除いて、センサ信号１１８の歪みを生じる。容器が存在しなければ、センサ信号１１８は本質的に、０Ａのラインよりも上と下がほぼ等しい、三角波から滑らかな正弦波である。その理由は、鍋が存在しない場合、システムは共振よりも十分に上で動作するので、ゼロ電流のラインよりも下の領域がはるかに大きいからである（理論的には、ゼロ電流のラインより上の領域を動作周波数と等しくすることで、共振状態から更に離れる）。鍋検出アルゴリズムを実行することで、容器の有無を検出する。図示のアルゴリズムによると、制御装置１１４は最初に、システム１００の共振しそうな周波数よりも実質的に高い切替周波数で、システム１００を動作させる。制御装置１１４は、サンプル毎の差を計算し、この差を所定の基準値と比較する。所定値よりも大きい差は、歪んだ正弦波の急激な推移特性を表す。図示の例において、０．５アンペアの基準値は、容器１１２の存在を示す歪んだ信号を表す。基準よりも大きいサンプル間の差が切替サイクル全体にわたって検出されない場合には、制御装置１１４は容器が存在しないと結論づけ、システムの電源が切れる。容器１１２が検出された場合には、制御装置１１４は、容器１１２の存在によって示される動作条件の下で、システムの共振周波数を測定し始める。共振周波数を測定するために、センサ信号１１８はその後、５０ｋＨｚから始めて下に向かって掃引するように、２０〜５０ｋＨｚの動作周波数スペクトルにわたって掃引される。センサ信号１１８は、上記のように解析される。鍋が存在することから、動作周波数がシステムの共振周波数に非常に接近するか、又はこれと等しくなるまで、信号が歪むことになる。制御装置１１４は、所定の基準よりも小さい差が検出されるまで、サンプリング処理を繰り返し続ける。この差が検出される周波数を、共振周波数として記録する。
【００３８】
ユーザが最大電力設定を選択した場合、システムは、選択された最大電力を供給するために、この周波数で動作し続ける。ユーザが最大電力設定よりも低い設定を選択した場合には、制御装置１１４は、ルックアップテーブルを参照して、ユーザが選択した電力レベルに対応する電力レベルまで電力を落とすのに必要な共振周波数に対する周波数調整を測定する。ルックアップテーブルは、ユーザ選択可能な電力設定の各々に出力電力を供給することになる共振に対する周波数の変化を提供する、経験的に測定されたデータ集合を含む。
【００３９】
Ｘ、Ｙ、及びＺ軸の各々が電流（アンペア）、時間（秒）、及び周波数（Ｈｚ）をそれぞれ表す、結果的な電流センサ信号１１８の三次元面描写を図４に示す。このとき、図３Ｂからのセンサ信号１１８の軌跡３１６が、周波数領域に示されている。表面４０２から、共振周波数がどこにあるかということや、様々な鍋の存在下又は鍋の不在下で表面がどのよう変化するかについて、手がかりが得られる。
【００４０】
図７は、本開示の態様を組み込んだ、例示的な鍋検知プロセスのフローを示す。一実施形態において、Ｑ１及びＱ２の切替を示すパルス波変調信号のエッジを検出すると、検知を開始７０２する。シャントレジスタＲsからのセンサ信号１１８が、サンプリング７０４される。サンプリングの周波数は、連続的又は周期的であってもよい。一実施形態において、必要であればセンサ信号１１８をフィルタリング７０６する。各サンプリング帰還について、数学的計算を実行７０８する。サンプルの和を、２つのサンプルの間のデルタ（Δ）によって除算する。このことは、数式Σ（サンプル）／Δ（２サンプル）によって定義可能であり、ここで２サンプル＝第３−第１サンプルであり、これはＱ１及びＱ２のゲートドライバデッドタイムにも相当する。
【００４１】
一実施形態において、計算７０８の結果を、ルックアップテーブルに格納された周知の値と比較７１０する。これら周知の値は、材料、サイズ、形状、及び距離を含む、容器１１２に対応する多数の因子に基づいて測定される。ルックアップテーブルは、周知の物理特性、実験データ、及び前提を用いて生成可能である。比較７１０の結果に基づいて、ステップ７１２において、様々な措置を講じることができる。これらの措置には、例えば、共振インバータの切替周波数を変更すること、誘導加熱素子１１０の電力レベルを調整すること、又は誘導加熱素子１１０をオフにすることが含まれる。
【００４２】
開示の実施形態の態様は、１つ以上のコンピュータで実行される、上記の処理ステップ及び命令を組み込んだ、ソフトウェア及びコンピュータプログラムも含んでよい。一実施形態において、コンピュータ又は図１に示される制御装置１１４等の、１つ以上の演算装置は通常、機械読取可能なプログラムソースコードを実装するプログラム格納装置を利用するように適合されており、本開示の方法ステップを演算装置に実行させるように機能する。本開示の特徴を組み込んだプログラム格納装置は、本開示の手順及び方法を実行するための光学、磁気特性、及び／又は電子工学を利用した機械の部品として、考案、作製、及び使用可能である。代替実施形態において、プログラム格納装置は、コンピュータによる読み取り及び実行が可能な、ディスケット又はコンピュータハードドライブ等の、磁気媒体を含んでもよい。別の代替実施形態において、プログラム格納装置には、光ディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（商標）ディスク、並びに半導体材料及びチップを含み得る。
【００４３】
演算装置には、格納されたプログラムを実行するための、１つ以上のプロセッサ又はマイクロプロセッサも含み得る。演算装置は、情報及びデータの格納のための、データ格納装置を含んでもよい。本開示の特徴を組み込んだ処理及び方法ステップを組み込んだコンピュータプログラム又はソフトウェアは、別途従来のプログラム格納装置上で、１つ以上のコンピュータに格納可能である。
【００４４】
開示の実施形態の態様は、誘導加熱コイル上の、鍋等の容器を検出し、鍋のサイズを測定し、共振又はその他適当な動作周波数に相応に適合するように、誘導加熱システムの動作周波数を補正できる。このことは、鍋検出の一助となり、エネルギー効率を高め、媒体の要求に適合し、製品の特性を有効にし、電磁及び可聴ノイズを抑制し、危険な又は損傷を招く過電圧及び不足電圧状態から保護するであろう。
【００４５】
本発明の基本的な新規な特徴を、その実施例に当てはめて図示、説明、及び指摘したが、本発明の概念から逸脱することなく、当業者は、記述した装置の形態及び細部並びにその動作に、様々に除外、置換、及び変更を、加えることができる。また、実質的に同一の手法で実質的に同一の機能を実行して同一の結果が得られる要素及び／又は方法ステップの組み合わせは全て、本発明の概念に含まれることを特に意図していることを理解されたい。更に、本発明の或る形態又は実施形態に関連して図示及び／又は説明されている構造及び／又は要素及び／又は方法ステップを、設計上の一般的な選択事項として、その他のあらゆる開示又は説明又は示唆されている形態又は実施形態にも組み込むことができる。したがって、添付の特許請求の範囲によってのみ、限定されることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2012253020.tif 000009
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【外国語明細書】
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