ПЛИТА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
STOVE OF INDUCTION HEATING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к плите индукционного нагрева для выполнения индукционного нагрева нагреваемого объекта, такого как сковорода или сковорода с ручкой, с использованием электромагнитного элемента индукционного нагрева.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последние годы плиты индукционного нагрева для выполнения индукционного нагрева нагревательного объекта, такого как сковорода, с помощью нагревательного элемента признаны имеющими превосходные характеристики, будучи безопасными, чистыми и высокоэффективными, и соответственно широко используются. Была предложена плита индукционного нагрева этого типа, включающая в себя инфракрасный датчик для детектирования энергии инфракрасного излучения, излучаемой от нагреваемого объекта, чтобы выявлять температуру нагретого объекта. Инфракрасный датчик предусмотрен на нижней стороне верхней панели, принимает инфракрасный свет, излучаемый от нагреваемого объекта, проникающий из области падения инфракрасного света, сформированной для пропускания инфракрасного света в верхней панели, и выводит сигнал, который изменяется согласно температуре нагретого объекта. Нагревательные плиты, описанные в Патентном документе 1 и Патентном документе 2, детектируют температуру нагретого объекта с использованием инфракрасного датчика и выполняют управление нагревом нагревательного элемента на основании детектированной температуры.
Патентный документ 1: JP-A-11-225881.
Патентный документ 2: JP-A-2007-115420.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
На фиг.11 представлен график, показывающий зависимость между температурой нагреваемого объекта и величиной вырабатываемой энергии излучения. Сплошная линия 47 показывает случай, в котором нагреваемый объект является абсолютно черным телом (отражательная способность = 1), а прерывистая линия 48 показывает случай, в котором нагреваемый объект выполнен из магнитной нержавеющей стали (отражательная способность = 0,4). Согласно фигуре энергия излучения в момент времени, когда температура абсолютного черного тела имеет значение 300°C, и энергия излучения в момент времени, когда температура магнитной нержавеющей стали имеет значение 447°C, являются, по существу, равными. Таким образом, абсолютное значение количества энергии, принимаемого инфракрасным датчиком, значительно изменяется вследствие разности в отражательной способности нагреваемых объектов. Большая ошибка возникает, если абсолютная температура нагреваемого объекта рассчитывается на основании абсолютного значения количества энергии, принимаемого инфракрасным датчиком.
В нагревательной плите, описанной в Патентном документе 1, температура нагреваемого объекта преобразуется из количества света, принятого инфракрасным датчиком, и отражательной способности нагреваемого объекта, и температура нагреваемого объекта регулируется на основании преобразованной информации об абсолютной температуре. В таком способе измеряется отражательная способность и соответственно конфигурация становится сложной, или отражательная способность может не измеряться точно вследствие загрязнения области падения инфракрасного света или нагреваемого объекта.
Патентный документ 2 предлагает нагревательную плиту, включающую в себя средство детектирования инфракрасного излучения для измерения температуры нагреваемого объекта, являющееся не подверженным влиянию различия в излучательной способности нагреваемого объекта посредством расчета коэффициента отдачи элементов детектирования инфракрасного излучения с использованием элементов детектирования инфракрасного излучения, составленных из двух кремниевых (Si) фотодиодов, имеющих предельную чувствительность, меньшую чем или равную 1 мкм в разных диапазонах длин волн. Однако необходимы два элемента детектирования инфракрасного света, которые восприимчивы к влиянию света мешающего действия и соответственно становится сложной конфигурация.
Ввиду решения вышеприведенных проблем цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить плиту индукционного нагрева, которая менее восприимчива к свету мешающего действия и загрязнению верхней панели и объекта, который должен нагреваться, и способна к выполнению регулирования температуры нагреваемого объекта посредством инфракрасного датчика с простой конфигурацией.
СРЕДСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
Плита индукционного нагрева согласно настоящему изобретению включает в себя: верхнюю панель; нагревательный элемент, приспособленный для выполнения индукционного нагрева нагреваемого объекта, помещенного на верхнюю плиту; инверторную схему, приспособленную для подачи тока высокой частоты в нагревательный элемент; инфракрасный датчик, который включает в себя элемент детектирования инфракрасного излучения, предусмотренный на нижней стороне верхней панели, для детектирования количества инфракрасного света, излучаемого с нагреваемого объекта, и усилитель, приспособленный для усиления сигнала, детектированного элементом детектирования инфракрасного излучения, при этом инфракрасный датчик приспособлен для вывода сигнала детектирования с амплитудой, соответствующей температуре нагреваемого объекта; и блок управления, приспособленный для регулирования мощности на выходе инверторной схемы на основании выходного сигнала инфракрасного датчика, при этом инфракрасный датчик выдает начальное значение детектирования, имеющее, по существу, постоянную амплитуду, относительно температуры нагреваемого объекта, когда температура нагреваемого объекта ниже, чем температура нижнего предела детектирования, и выдает сигнал детектирования, имеющий амплитуду и скорость роста, которые становятся больше по мере того, как становится больше температура нагреваемого объекта поблизости от диапазона температур регулирования, в котором блок управления регулирует мощность на выходе элемента индукционного нагрева, чтобы регулировать температуру нагреваемого объекта, при этом блок управления включает в себя блок хранения, приспособленный для измерения и сохранения начального значения детектирования, и блок управления уменьшает мощность на выходе элемента индукционного нагрева или останавливает нагрев, когда надбавленная величина значения выходного сигнала инфракрасного датчика относительно начального значения детектирования, сохраняемого в блоке хранения, становится большей чем или равной заданному значению.
Когда температура T нагреваемого объекта возрастает, инфракрасный датчик выводит сигнал X детектирования, имеющий крутизну, которая становится большей. Таким образом, температура T нагреваемого объекта, когда получена предопределенная надбавленная величина ΔX, зависит от начального значения TS детектирования, сохраняемого в блоке хранения. Однако выходной сигнал инфракрасного датчика имеет экспоненциально возрастающие характеристики по отношению к температуре нагреваемого объекта, где крутизна изменения температуры T нагреваемого объекта у сигнала детектирования становится круче, когда выше температура T нагреваемого объекта, а изменение ΔT температуры нагреваемого объекта, соответствующее заданной надбавленной величине ΔX, становится меньше. Поэтому заданная надбавленная величина ΔX может быть получена с меньшим изменением ΔT температуры, когда температура T нагреваемого объекта выше, в силу чего изменение температуры может детектироваться, а мощность на выходе может сдерживаться, или нагрев может останавливаться с удовлетворительной быстротой реагирования, чтобы подавлять рост температуры.
Когда температура TS в момент времени начала нагрева нагреваемого объекта ниже, чем температура T0 нижнего предела детектирования, выходной сигнал у сигнала детектирования инфракрасного датчика имеет, по существу, постоянную амплитуду. Таким образом, температура T нагреваемого объекта, когда получена заданная надбавленная величина ΔX относительно начального значения X0 выходного сигнала у выходного сигнала инфракрасного датчика во время нагрева, является значением, не зависящим от температуры TS в момент времени начала нагрева. Если температура TS нагреваемого объекта в момент времени начала нагрева выше чем или равна температуре T0 нижнего предела детектирования, инфракрасный датчик имеет экспоненциально возрастающие характеристики (n-й степени T (показатель n является вещественным числом от 5 до 14, например, в случае квантового фотодиода)) на его выходе по отношению к температуре T нагреваемого объекта, где инфракрасный датчик выводит сигнал X детектирования, крутизна которого возрастает экспоненциально, когда растет температура T нагреваемого объекта. В этом случае достигаются описанные выше результаты. Если температура T0 нижнего предела детектирования установлена около диапазона температур регулирования, в котором регулирование температуры нагреваемого объекта выполняется регулированием мощности на выходе элемента индукционного нагрева блоком управления, температура нагреваемого объекта может регулироваться, будучи не подверженной влиянию температуры нагреваемого объекта в момент времени начала нагрева, в силу чего диапазон температур нагреваемого объекта в момент времени начала нагрева увеличивается. Более того, даже когда свет мешающего действия проникает в инфракрасный датчик на постоянной основе, выходной сигнал X инфракрасного датчика смещается параллельно, и таким образом операция управления сдерживанием температуры T нагреваемого объекта почти не подвергается влиянию.
Поскольку предусмотрен блок хранения для измерения и сохранения начального значения детектирования и рассчитывается надбавленная величина значения выходного сигнала инфракрасного датчика относительно начального значения детектирования, сохраняемого в блоке хранения, влияние флуктуации начального значения детектирования инфракрасного датчика может подавляться, а измерение значения выходного сигнала, которое увеличивается на количество падающего света в инфракрасном датчике, может точно измеряться.
Например, значение выходного сигнала инфракрасного датчика является начальным значением детектирования, поскольку температура нагреваемого объекта обычно низка непосредственно после начала нагрева объекта, который должен нагреваться. Поэтому начальное значение детектирования может измеряться посредством измерения выходного сигнала инфракрасного датчика непосредственно после начала нагрева. В случае, где нагреваемый объект находится при высокой температуре, превышающей значение нижнего предела детектирования непосредственно после начала нагрева, выходной сигнал инфракрасного датчика не является начальным значением детектирования, но выходной сигнал растет наряду с увеличением скорости роста, и таким образом чувствительность детектирования улучшается, а разность начальных температур детектирования может ослабляться. В случае, в котором значение выходного сигнала инфракрасного датчика, измеренное таким образом, сохраняется в блоке хранения в качестве начального значения детектирования, даже если свет мешающего действия проникает в инфракрасный датчик постоянно, сигнал X детектирования инфракрасного датчика смещается параллельно, а операция управления сдерживанием температуры у температуры T нагреваемого объекта почти не подвергается влиянию. Кроме того, влияние различия в излучательной способности может заметно снижаться по сравнению со случаем, в котором абсолютное значение рассчитывается посредством преобразования выходного сигнала инфракрасного датчика в температуру нагреваемого объекта.
Влияние света мешающего действия может устраняться до некоторой степени, где он практически не влияет, посредством усиления фильтра для удаления света ненужной длины волны, который проникает в инфракрасный датчик. Если влияние света мешающего действия не должно приниматься во внимание, флуктуация в изменении начального значения детектирования выходного сигнала инфракрасного датчика может подавляться посредством сохранения начального значения детектирования, измеренного без предоставления свету возможности проникать в инфракрасный датчик. Например, инфракрасный датчик может задействоваться во время изготовления изделия, и начальное значение детектирования может сохраняться в блоке хранения.
Когда значение выходного сигнала инфракрасного датчика становится меньшим, чем начальное значение детектирования после начала нагрева, блок управления может менять начальное значение детектирования, сохраняемое в блоке хранения, на уменьшенное значение выходного сигнала инфракрасного датчика. Когда начальное значение детектирования становится меньшим, чем сохраняемое значение, вследствие флуктуации выходного сигнала температурных характеристик и тому подобного у инфракрасного датчика, результат расчета надбавленной величины значения выходного сигнала инфракрасного датчика становится меньше на пониженную величину начального значения детектирования от надбавленной величины реального значения выходного сигнала инфракрасного датчика, температура регулирования нагреваемого объекта корректируется от становления высокой на такую величину, и температура регулирования может точно устанавливаться.
Начальное значение детектирования может быть заданным значением, большим чем или равным диапазону флуктуаций выходного сигнала, вызванного температурными характеристиками применяемого инфракрасного датчика. Поскольку начальное значение детектирования не достигает нуля, измерение начального значения детектирования облегчается.
Блок управления сохраняет значение, определенное заранее в качестве начального значения детектирования, в блоке хранения, и когда значение выходного сигнала инфракрасного датчика становится меньшим, чем начальное значение детектирования, после начала нагрева, блок управления меняет начальное значение детектирования, сохраняемое в блоке хранения, на уменьшенное значение выходного сигнала инфракрасного датчика, так что значение выходного сигнала инфракрасного датчика становится меньшим, чем сохраняемое начальное значение детектирования, а установленная температура регулирования сдерживается от становления сильно смещенной.
Блок управления заблаговременно сохраняет начальное значение детектирования, выдаваемое инфракрасным датчиком, в блоке хранения, чтобы подавлять влияние изменения значения выходного сигнала инфракрасного датчика, обусловленное изменением значения выходного сигнала элемента детектирования инфракрасного излучения, элемента преобразования I-V (тока в напряжение), усилителя или тому подобного, конфигурирующих инфракрасный датчик.
Блок управления сохраняет значение выходного сигнала инфракрасного датчика, измеренного без света, подаваемого в инфракрасный датчик, в блоке хранения в качестве начального значения детектирования, чтобы подавлять влияние изменения значения выходного сигнала инфракрасного датчика от изменения значения выходного сигнала элемента детектирования инфракрасного излучения, элемента преобразования I-V, усилителя или тому подобного, конфигурирующих инфракрасный датчик.
Когда значение выходного сигнала инфракрасного датчика становится меньшим, чем начальное значение детектирования одновременно с нагревом или перед началом нагрева, блок управления может менять начальное значение детектирования, сохраняемое в блоке хранения, на уменьшенное значение выходного сигнала инфракрасного датчика. Когда начальное значение детектирования становится меньшим, чем сохраняемое значение, вследствие флуктуации выходного сигнала температурных характеристик и тому подобного у инфракрасного датчика, результат расчета надбавленной величины значения выходного сигнала инфракрасного датчика становится меньше на пониженную величину начального значения детектирования от надбавленной величины реального значения выходного сигнала инфракрасного датчика, температура регулирования нагреваемого объекта корректируется от становления высокой на такую величину, и температура регулирования может точно устанавливаться.
Когда значение выходного сигнала инфракрасного датчика становится малым после начала нагрева, может допускаться устранение света мешающего действия, который проник в инфракрасный датчик во время начала нагрева, нанесения воды и материала тепловой обработки и тому подобного. Когда нагрев продолжается в таком состоянии, и нагрев продолжается до тех пор, пока не достигнута надбавленная величина ΔX, температура нагреваемого объекта для сдерживания или ограничения мощности на выходе становится выше, чем заданная температура. Поэтому при хранении в блоке хранения значения выходного сигнала инфракрасного датчика, измеренного непосредственно после начала нагрева, в качестве начального значения выходного сигнала, начальное значение выходного сигнала меняется на значение после понижения, если начальное значение выходного сигнала понижается после начала нагрева, так что объект, который должен нагреваться, может предохраняться от нагревания до большей степени, чем ожидается. Таким образом, управление сдерживанием температуры для объекта, который должен нагреваться, посредством инфракрасного датчика менее вероятно должно подвергаться влиянию светом мешающего действия, в силу чего может безопасно выполняться тепловая обработка с высокой мощностью нагрева.
Блок управления может устанавливать температуру нижнего предела детектирования в значение в диапазоне от 200°C до 290°C и может сдерживать от воспламенения масло, содержащееся в сосуде тепловой обработки.
Поэтому температура нижнего предела детектирования устанавливается из условия, чтобы температура регулирования становилась выше, чем температура (около 200°C), необходимая для обжаривания пищи, и таким образом мощность на выходе не растет при обжаривании пищи, и обжаривание пищи может устойчиво продолжаться. Более того, поскольку выходной сигнал инфракрасного датчика всегда возрастает при температуре более высокой чем или равной 290°C, которая ниже, чем точка (330°C) воспламенения масла, воспламенение может предотвращаться, даже когда небольшое количество масла находится на нагреваемом объекте, а удобство в использовании и безопасность могут улучшаться.
Элемент детектирования инфракрасного излучения может быть составлен из кремниевого фотодиода, который является разновидностью квантового инфракрасного датчика.
Например, инфракрасный датчик, использующий кремниевый фотодиод, в котором максимальная выходная чувствительность достигается при длине волны около 1 мкм, начинает выдавать выходное напряжение, когда выходное напряжение по отношению к температуре сковороды имеет значение около 250°C, демонстрирует возрастающие характеристики, которые быстро возрастают подобно экспоненциальной функции, имеющей показатель от 11 до 13 по отношению к температуре T сковороды (функции, пропорциональной от 11 до 13 степени T). Поэтому конфигурация может быть упрощена, и себестоимость может быть снижена, поскольку может использоваться недорогой элемент детектирования инфракрасного излучения, имеющий простую конфигурацию.
Элемент детектирования инфракрасного излучения может быть составлен из квантового инфракрасного датчика.
Например, инфракрасный датчик, использующий фотодиод PIN, который является одним из типов квантовых инфракрасных датчиков и в котором максимальная выходная чувствительность достигается на длине волны около 2,2 мкм, демонстрирует возрастающую характеристику, которая быстро растет подобно экспоненциальной функции, имеющей показатель приблизительно 5,4 (функции, пропорциональной 12,3 степени T).
Усилитель может включать в себя переключатель, приспособленный для переключения коэффициента усиления в пределах множества ступеней, и блок управления может управлять переключателем, чтобы увеличивать коэффициент усиления на одну ступень, когда значение выходного сигнала инфракрасного датчика становится меньшим чем или равным значению нижнего предела переключения, которое является нижним предельным значением, детектируемым при коэффициенте усиления. Диапазон температур регулирования смещается в сторону низкой температуры переключением усилителя, и экспоненциально возрастающие характеристики могут эффективно использоваться. Например, возможно использование для регулирования температуры, например, при обжаривании пищи.
Усилитель может включать в себя переключатель, приспособленный для переключения коэффициента усиления в пределах множества ступеней, и блок управления может управлять переключателем, чтобы уменьшать коэффициент усиления на одну ступень, когда значение выходного сигнала инфракрасного датчика становится большим чем или равным значению верхнего предела переключения, которое является верхним предельным значением, детектируемым при коэффициенте усиления. Диапазон температур регулирования смещается в сторону высокой температуры переключением усилителя, и экспоненциально возрастающие характеристики могут эффективно использоваться. Например, возможно использование для регулирования температуры, например, при обжаривании пищи в раскаленном масле при постоянном помешивании, и воспламенение масла может сдерживаться с удовлетворительной быстротой реагирования.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно плите индукционного нагрева по настоящему изобретению цель изобретения состоит в том, чтобы предложить плиту индукционного нагрева, способную к выполнению регулирования температуры нагреваемого объекта, посредством инфракрасного датчика с простой конфигурацией и при удовлетворительной точности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - вид в перспективе плиты индукционного нагрева согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - конфигурация плиты индукционного нагрева согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 - частично увеличенный вид в разрезе плиты индукционного нагрева согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 - график характеристик чувствительности элемента детектирования инфракрасного излучения плиты индукционного нагрева согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 - график, показывающий величину энергии излучения инфракрасного света, детектируемого элементом детектирования инфракрасного излучения плиты индукционного нагрева согласно варианту осуществления настоящего изобретения, где нагреваемый объект является абсолютно черным телом.
Фиг.6 - график, показывающий удельный коэффициент пропускания фильтра, расположенного на периферии инфракрасного датчика плиты индукционного нагрева согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 - график выходных характеристик инфракрасного датчика по отношению к температуре нагреваемого объекта в плите индукционного нагрева согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 - блок-схема последовательности операций способа, показывающая последовательность операций регулирования мощности на выходе, на основании выходного сигнала инфракрасного датчика блока управления, плитой индукционного нагрева по варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 - график выходных характеристик инфракрасного датчика по отношению к истекшему времени после начала нагрева у плиты индукционного нагрева по варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10 - график выходных характеристик инфракрасного датчика по отношению к температуре нагреваемых объектов, имеющих разные отражательные способности, у плиты индукционного нагрева по варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11 - график характеристик инфракрасного датчика по отношению к температуре нагреваемого объекта у традиционной плиты индукционного нагрева.
Фиг.12 - принципиальная схема инфракрасного датчика плиты индукционного нагрева согласно примеру варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.13 показывает график выходных характеристик для случая «большого» коэффициента усиления у инфракрасного датчика плиты индукционного нагрева согласно примеру варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.14 показывает график выходных характеристик инфракрасного датчика, в котором коэффициент усиления у плиты индукционного нагрева согласно разновидности варианта осуществления настоящего изобретения может изменяться в пределах трех ступеней.
Фиг.15 - изображение конфигурации блока управления плиты индукционного нагрева согласно разновидности варианта осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ НОМЕРОВ
1 - наружный корпус,
2 - верхняя панель,
3 - левая конфорка индукционного нагрева,
4 - правая конфорка индукционного нагрева,
5 - блок индикации левой конфорки индукционного нагрева,
6 - блок индикации правой конфорки индукционного нагрева,
7 - переключатель режима (операционный блок) левой конфорки индукционного нагрева,
8 - переключатель режима (операционный блок) правой конфорки индукционного нагрева,
9 - выключатель электропитания,
20 - объект, который должен нагреваться, или нагреваемый объект,
21a - внутренняя катушка,
21b - наружная катушка,
22 - опорная панель нагревательного элемента,
23 - феррит,
24 - область падения инфракрасного света,
25 - световодная трубка,
26 - инфракрасный датчик,
26a - фотодиод (элемент детектирования инфракрасного излучения),
26b - усилитель,
27 - СИД отображения,
27a - область испускания света,
27b - световодное тело,
28 - инверторная схема,
29 - блок управления,
29a - блок хранения,
29b - блок ввода выходного напряжения,
29c - блок сравнения,
29d - блок переключения,
29e - блок расчета,
29f - блок сравнения,
29g - блок ввода опорного значения,
30 - датчик температуры,
31 - фильтр,
31a - собирающая линза,
32a - блок напряжения смещения,
32b - преобразователь I-V,
32c - усилитель.
НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на чертежи.
Варианты осуществления
Конфигурация плиты индукционного нагрева
Фиг.1 - вид в перспективе плиты индукционного нагрева согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Плита индукционного нагрева по настоящему варианту осуществления включает в себя наружный корпус 1 и верхнюю панель 2, предусмотренную в верхней части наружного корпуса 1 и имеющую периферию, покрытую верхней рамкой 2a. Левая конфорка 3 индукционного нагрева и правая конфорка 4 индукционного нагрева для нагрева с использованием нагревательных элементов расположены слева и справа на верхней поверхности верхней панели 2, где область нагрева, соответствующая каждому нагревательному элементу, напечатана и отображается на верхней поверхности верхней панели 2. Участок объекта, который должен нагреваться, такого как сковорода, помещенного на блок индикации, указывающий область нагрева левой конфорки 3 индукционного нагрева или правой конфорки 4 индукционного нагрева, подвергается индукционному нагреву.
Блок 5 индикации левой конфорки индукционного нагрева и блок 6 индикации правой конфорки индукционного нагрева для отображения выходной мощности нагрева и тому подобного у левой конфорки 3 индукционного нагрева и правой конфорки 4 индукционного нагрева предусмотрены на ближней стороне левой конфорки 3 индукционного нагрева и правой конфорки 4 индукционного нагрева соответственно. Переключатель 7 режима (операционный блок) левой конфорки индукционного нагрева и переключатель 8 режима (операционный блок) правой конфорки индукционного нагрева для предоставления пользователю возможности выполнять управление нагревом левой конфорки 3 индукционного нагрева и правой конфорки 4 индукционного нагрева расположены на одной линии в левом и правом направлении на ближней стороне. Выключатель 9 электропитания предусмотрен справа на передней поверхности наружного корпуса 1.
Фиг.2 - изображение конфигурации плиты индукционного нагрева согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.1 показаны две конфорки индукционного нагрева, но только одна конфорка индукционного нагрева проиллюстрирована на фиг.2 ради удобства описания. Нагревательные элементы для формирования магнитного поля переменного тока (AC) и выполнения индукционного нагрева объекта 20, который должен нагреваться, предусмотрены в положениях, соответствующих круговым индикаторам 3a и 4a, показывающим области нагрева конфорок 3 и 4 индукционного нагрева, на нижней стороне верхней панели 2. В настоящем варианте осуществления нагревательные элементы имеют конфигурацию секционных обмоток, включающую в себя внутреннюю катушку 21a и наружную катушку 21b. Внутренняя катушка 21a и наружная катушка 21b вместе указываются в качестве нагревательного элемента 21. Нагревательный элемент 21 не обязательно должен иметь конфигурацию секционных обмоток. Нагревательный элемент 21 установлен на опорной пластине 22 нагревательного элемента, предусмотренной с нижней стороны верхней панели 2. Феррит 23, будучи магнитным телом для концентрирования на участок возле нагревательного элемента 21 магнитного потока по стороне задней поверхности нагревательного элемента 21, предусмотрен на нижней поверхности опорной пластины 22 нагревательного элемента.
На верхней панели 2 участок 24, обращенный в пространство между внутренней катушкой 21a и наружной катушкой 21b, является областью падения инфракрасного света, которая сформирована для пропускания инфракрасного света. Верхняя панель 2 выполнена полностью из жаропрочной керамики, которая пропускает инфракрасный свет, где нижняя поверхность, иная чем область 24 падения инфракрасного света, покрыта черной печатной пленкой 2b или тому подобным, которая менее вероятно должна пропускать инфракрасный свет и которая обладает малой отражательной способностью (см. фиг.3). Конфигурация области 24 падения инфракрасного света не ограничена этим. Участок, иной чем область 24 падения инфракрасного света верхней панели 2, может быть выполнен из материала, который не пропускает инфракрасный свет, а участок области 24 падения инфракрасного света может быть выполнен из материала, который может пропускать инфракрасный свет. Периферия области 24 падения инфракрасного света может быть сконфигурирована печатной пленкой, у которой удельный коэффициент пропускания инфракрасного света является ненулевым. Предусмотрена пустотелая световодная трубка 25, имеющая проемы в верхней части и нижней части вертикально на верхней и нижней поверхностях нагревательного элемента 21 между внутренней катушкой 21a и наружной катушкой 21b на нижней стороне области 24 падения инфракрасного света, сформованная за одно целое с опорной пластиной 22 нагревательного элемента. Инфракрасный датчик 26 предусмотрен таким образом, чтобы быть обращенным к нижнему проему световодной трубки 25. Энергия излучения инфракрасного света, излучаемого от нижней поверхности нагреваемого объекта 20, становится большей по мере того, как становится выше температура нагреваемого объекта 20. Инфракрасный свет проникает из области 24 падения инфракрасного света, предусмотренной в верхней панели 2, проходит через световодную трубку 25 и принимается инфракрасным датчиком 26. При отодвигании инфракрасного датчика 26 от верхней панели 2 световодная трубка 25 может эффективно и избирательно предоставлять инфракрасному свету возможность проникать в инфракрасный датчик 26 от участка контейнера для приготовления пищи, обращенного к участку вхождения света световодной трубки 25, вследствие ее действия по сужению диапазона области действия инфракрасного света, который должен приниматься инфракрасным датчиком 26. Инфракрасный датчик 26 выдает сигнал детектирования на основании величины энергии инфракрасного излучения принимаемого инфракрасного света.
Если нагревательный элемент 21 не имеет конфигурации секционных обмоток, область 24 падения инфракрасного света может быть предусмотрена в проеме в центральной части нагревательного элемента 21. В этом случае температура более высокотемпературного участка нагреваемого объекта 20 может детектироваться инфракрасным датчиком 26 посредством приведения области 24 падения инфракрасного света как можно ближе к обмотке нагревательного элемента 21.
СИД 27 (светоизлучающий диод) отображения предусмотрен поблизости от инфракрасного датчика 26 и прикреплен к опорной пластине 22 нагревательного элемента с инфракрасным датчиком 26. То есть СИД 27 отображения предусмотрен поблизости от нагревательного элемента 21 и инфракрасного датчика 26 на нижней стороне верхней панели 2. СИД 27 отображения предусмотрен из условия, чтобы пользователь мог визуально распознавать состояние испускания света сверху устройства поблизости от области 24 падения инфракрасного света через верхнюю панель 2. Например, свет, испускаемый СИД 27 отображения, предусмотренным на нижней стороне нагревательного элемента 27, проводится к участку поблизости от задней поверхности верхней панели 2 световодным телом 27b и испускает свет. Поэтому СИД 27 отображения дает пользователю возможность распознавать положение, где находится область 24 падения инфракрасного света. Когда видна сверху устройства, область 27a испускания света, где может визуально распознаваться свет СИД 27 отображения, сформирована поблизости от области 24 падения инфракрасного света и предусмотрена на внешней периферийной стороне нагревательного элемента 21 и на стороне ближе, чем центр нагревательного элемента 21 по отношению к области 24 падения инфракрасного света, как показано на фиг.1. Взаимное расположение между областью 24 падения инфракрасного света и областью 27a испускания света задано таким образом, чтобы вероятность покрытия области 24 инфракрасного света могла быть увеличена покрытием области 27a испускания света нижней поверхностью нагреваемого объекта 20. Для того чтобы дополнительно повышать вероятность покрытия области 24 падения инфракрасного света нижней поверхностью нагреваемого объекта 20, область 24 падения инфракрасного света и область 27a испускания света желательно расположены на линии, проходящей, по существу, через центр нагревательного элемента 21 и перпендикулярной передней поверхности основного корпуса, или около него, а область 27a испускания света желательно предусмотрена на стороне ближе, чем область 24 падения инфракрасного света.
Инверторная схема 28 для подачи высокочастотного тока в нагревательный элемент 21 и блок 29 управления для управления работой инверторной схемы 28 расположены на нижней стороне или на периферии нагревательного элемента 21. Операционный блок 7 предусмотрен на передней поверхности или верхней поверхности устройства и включает в себя клавишу 7a отключения/включения нагрева для пуска или останова операции нагрева, клавишу 7b понижения для уменьшения мощности на выходе и клавишу 7c повышения для увеличения мощности на выходе. Блок 29 управления включает в себя блок 29a хранения и управляет пуском/остановом подачи высокочастотного тока в нагревательный элемент 21 и амплитудой высокочастотного тока для подачи в нагревательный элемент 21 на основании выходного сигнала операционного блока 7 и выходного сигнала инфракрасного датчика 26, и также управляет в целом плитой индукционного нагрева. Выключатель 9 электропитания предусмотрен на передней поверхности или верхней поверхности устройства.
Плита индукционного нагрева по настоящему варианту осуществления также включает в себя датчик 30 температуры, который предусмотрен поблизости от СИД 27 отображения, для выявления температуры окружающей среды по периферии СИД 27 отображения. Датчик 30 температуры является блоком детектирования температуры и составлен из элемента детектирования температуры, такого как термистор. Блок 29 управления оценивает, является или нет температура, детектированная датчиком 30 температуры, более высокой чем или равной заданной температуре, и предохраняет от сокращения срока службы СИД 27 отображения, когда она оценена в качестве являющейся более высокой чем или равной предопределенной температуре, и, таким образом выходная мощность СИД 27 отображения может быть понижена или его возбуждение может быть остановлено в противоположность случаю, в котором температура ниже, чем заданная температура.
[Работа плиты индукционного нагрева]
Основная работа плиты индукционного нагрева будет описана ниже. Когда выключатель 9 электропитания включен пользователем, блок 29 управления входит в дежурный режим. Блок 29 управления входит в режим нагрева, когда команда начала нагрева вводится с клавиши 7a отключения/включения нагрева операционного блока 7 в дежурном режиме. Блок 29 управления входит в дежурный режим и останавливает нагрев, когда задействуется (например, нажимается) клавиша 7a отключения/включения нагрева, и команда останова нагрева вводится в режиме нагрева. Когда задействуются (например, нажимаются) клавиши 7b и 7c повышения/понижения выходной мощности нагрева, и команда увеличить/уменьшить мощность нагрева вводится в режиме нагрева, блок 29 управления управляет коммутационным элементом инверторной схемы 28 на основании введенной команды и регулирует величину подачи высокочастотного тока в нагревательный элемент 21. Когда высокочастотный ток подается в нагревательный элемент 21, высокочастотное магнитное поле вырабатывается от нагревательного элемента 21, и объект 20, который должен нагреваться, помещенный на верхнюю панель 2, подвергается индукционному нагреву.
После того, как выключатель 9 электропитания включен, и до того, как задействована клавиша 7a отключения/включения нагрева операционного блока 7, то есть в состоянии дежурного режима, блок 29 управления настраивает СИД 27 отображения на состояние испускания света, выдавая сигнал возбуждения, чтобы давать пользователю возможность распознавать положение области 24 падения инфракрасного света и побуждать пользователя надлежащим образом накрывать область 24 падения инфракрасного света объектом 20, который должен нагреваться. Пользователю дается указание накрыть СИД 27 отображения объектом 20, который должен нагреваться, до начала нагрева посредством инструкции по эксплуатации или тому подобного, либо записи из нее, которая отображается на верхней панели 2, или пользователю дается указание, например, через объявление или отображение голосом или символами. Пользователь помещает объект 20, который должен нагреваться, на верхнюю сторону СИД 27 отображения и накрывает СИД 27 отображения, а затем задействует переключатель 7a отключения/включения нагрева, чтобы запустить нагрев.
Как показано на фиг.3, инфракрасный датчик 26 включает в себя в качестве элементов конфигурации кремниевый фотодиод 26a, который является элементом детектирования инфракрасного излучения, и усилитель 26b для усиления выходного сигнала фотодиода 26a. Фильтр 31 для устранения влияния видимого света предусмотрен между нижним отверстием световодной трубки 25 и элементом 26a детектирования инфракрасного излучения инфракрасного датчика 26. Фильтр 31 сформирован, чтобы покрывать боковую сторону и верхнюю сторону элемента 26a детектирования инфракрасного излучения. Собирающая линза 31a сформована за одно целое с фильтром 31 и предусмотрена на верхней стороне элемента 26a детектирования инфракрасного излучения. Собирающая свет линза 31a имеет функции эффективного собирания на элементе 26a детектирования инфракрасного излучения, инфракрасного света, который проник в световодную трубку 25, и определения области действия элемента 26a детектирования инфракрасного излучения. Поскольку световодная трубка 25 также обладает функцией ограничения области действия, область действия ограничена какой-нибудь одной.
Фиг.6 - график, показывающий удельный коэффициент пропускания фильтра 31 плиты индукционного нагрева согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Используется фильтр 31, через который удельный коэффициент пропускания света, имеющего длину волны, меньшую чем приблизительно 0,9 мкм, является нулевым. Фиг.4 - график характеристик спектральной чувствительности фотодиода 26a плиты индукционного нагрева согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фотодиод 26a по настоящему варианту осуществления установлен из условия, чтобы предельная чувствительность была около 1 мкм (0,95 мкм) на характеристике спектральной чувствительности, где может детектироваться свет, имеющий длину волны приблизительно от 0,3 до 1,1 мкм. Когда материал верхней панели 2 является жаропрочной керамикой, удельный коэффициент пропускания света значительно понижается, а излучательная способность значительно возрастает в области длин волн света около 3 мкм и больших чем или равных 5 мкм. Поскольку предельная чувствительность фотодиода 26a установлена на приблизительно 1 мкм и задана диапазону длин волн, меньших чем или равных 3 мкм, инфракрасный свет диапазона длин волн, сильно излучаемых с самой верхней панели 2, делается менее принимаемым посредством понижения световой чувствительности приема для подавления влияния ее температуры, и эффективно принимается инфракрасный свет, излучаемый с нижней поверхности нагреваемого объекта 20 и пропускаемый через верхнюю панель 2. Фиг.5 - график, показывающий зависимость между спектральной плотностью энергетической яркости абсолютно черного тела и длиной волны. Энергия излучения (яркость) инфракрасного света повышается с повышением температуры нагреваемого объекта 20.
2
4
Инфракрасный датчик 26 по настоящему варианту осуществления сконфигурирован, чтобы детектировать инфракрасный свет, излучаемый с нижней поверхности нагреваемого объекта 20, который проходит через верхнюю панель 2, изготовленную из жаропрочной керамики, и чтобы настраивать коэффициент усиления усилителя 26b, используя элемент 26a детектирования инфракрасного излучения или кремниевый фотодиод для получения сигнала детектирования, показанного на фиг.7. На фиг.7 горизонтальная ось является температурой участка нижней поверхности нагреваемого объекта 20, обращенного к области 24 падения инфракрасного света, а вертикальная ось является выходным напряжением инфракрасного датчика 26, то есть амплитудой сигнала детектирования. Сплошная линия 41 показывает случай, где присутствует мешающее действие, а прерывистая линия 42 показывает случай, где мешающее действие не присутствует. Прежде всего, будет описан случай, где не присутствует мешающее действие, обусловленное видимым светом и тому подобным. В настоящем варианте осуществления, как показано на фиг.7, сигнал детектирования инфракрасного датчика 26 имеет, по существу, нулевую амплитуду (меньшую чем или равную 20 мВ в настоящем варианте осуществления), когда температура нагреваемого объекта 20 ниже, чем температура T0 (около 235°C) нижнего предела детектирования, и выходной сигнал начинает формироваться, когда температура нагреваемого объекта 20 достигает температуры T0 (около 235°C) нижнего предела детектирования, где становится большей крутизна роста амплитуды сигнала детектирования инфракрасного датчика 26, то есть показана экспоненциально возрастающая характеристика, у которой скорость роста становится большой с более высокой температурой нагреваемого объекта. Например, аппроксимируя возрастающую характеристику кремниевого фотодиода схематической функцией, (показатель) степени функции имеет значение около 12,3. Разрешением микрокомпьютера, который используется в блоке 29 управления для измерения выходного напряжения инфракрасного датчика 26, является 20 мВ, и значение, меньшее чем 20 мВ, измеряется в качестве нулевого. Электромагнитные волны, включающие в себя инфракрасный свет, излучаются с поверхности объекта, имеющего абсолютную температуру T(K), но суммарная величина E (Вт/м) энергии излучения в единицу времени теоретически выражается как E=εσT. Здесь ε - излучательная способность, а σ - постоянная Стефана-Больцмана. Поэтому характеристики, имеющие желательные свойства, такие как показано на фиг.7, получаются посредством выбора элемента детектирования, имеющего характеристику пиковой чувствительности на необходимой длине волны, из различных типов, способных к детектированию инфракрасного излучения элементов, в качестве элемента 26a детектирования, и конфигурирования элемента детектирования, как показано на фиг.2 и 3, а также усиления напряжения детектирования усилителем 26b.
Фиг.8 показывает блок-схему последовательности операций способа регулирования температуры объекта 20, который должен нагреваться посредством инфракрасного датчика 26 блока 29 управления. Когда выключатель 9 электропитания включается (S1), и включается (S2) клавиша 7a отключения/включения нагрева, блок 29 управления вводит выходное напряжение инфракрасного датчика 26 и детектирует таковое в качестве выходного напряжения X0 (начального значения детектирования) непосредственно после начала нагрева (S3). Детектированное выходное напряжение X0 непосредственно после начала нагрева сохраняется (S4) в блоке 29a хранения. Блок 29 управления вновь вводит выходное напряжение инфракрасного датчика 26 и детектирует (S5) введенное напряжение в качестве текущего выходного напряжения X. Блок 29 управления рассчитывает разность (надбавленную величину ΔX) между выходным напряжением X0 непосредственно после начала нагрева, сохраняемым в блоке 29a хранения, и текущим выходным напряжением X, и оценивает, является или нет рассчитанная надбавленная величина ΔX большей чем или равной заданному значению (S6).
Например, на фиг.7 заданное значение для надбавленной величины ΔX установлено равным 0,4 В. Если температурой нагреваемого объекта 20 является T1 (например, 30°C) непосредственно после начала нагрева (например, непосредственно после задействования клавиши 7a отключения/включения нагрева), температурой нагреваемого объекта 20, когда надбавленная величина ΔX достигает заданного значения, является T3 (например, 290°C). Если температурой нагреваемого объекта 20 является T2 (например, 260°C) непосредственно после начала нагрева, температурой нагреваемого объекта 20, когда надбавленная величина ΔX достигает заданного значения, является T4 (например, 298°C). Более того, если температурой нагреваемого объекта 20 является T4 (например, 298°C) непосредственно после начала нагрева, температурой нагреваемого объекта 20, когда надбавленная величина ΔX достигает заданного значения, является T5 (например, 316°C).
Когда оценивается, что надбавленная величина ΔX является большей чем или равной заданному значению (Да на S6), блок 29 управления останавливает работу инверторной схемы 28 или уменьшает выходную мощность нагрева для сдерживания роста температуры нагреваемого объекта 20 (S7). Операция сдерживания или ограничения выходной мощности нагрева продолжается (Да на S11), пока надбавленная величина ΔX является большей чем или равной заданному значению, даже когда температура понижается, и управление возвращения выходной мощности нагрева, такое как новое увеличение мощности на выходе или возобновление операции нагрева нагревательного элемента 21, которая была остановлена, выполняется (S12), когда надбавленная величина ΔX становится меньшей, чем заданное значение (Нет на S11), и обработка возвращается на S5. Заданная надбавленная величина ΔX, используемая для управления возвращения выходной мощности нагрева, может быть такой же, как значение для сдерживания выходной мощности нагрева, или может быть установлена в качестве другого значения, которое является меньшим значением, чем значение для сдерживания выходной мощности нагрева, и снабжена гистерезисом. Амплитуда выходной мощности нагрева при возвращении может выбираться надлежащим образом. В частности, изменение надбавленной величины ΔX по отношению к изменению температуры нагреваемого объекта 20 радикально изменяет более высокую температуру нагреваемого объекта 20, а меньшее изменение температуры нагреваемого объекта 20 может детектироваться с большей чувствительностью, и таким образом температура нагреваемого объекта 20 может поддерживаться при высокой температуре с удовлетворительной быстротой реагирования и предохраняет температуру от чрезмерного роста, даже когда объект 20, который должен нагреваться, нагревается при высокой выходной мощности нагрева, такой как 3 кВт. Например, может детектироваться высокая температура до воспламенения масла, могут различаться нагрев с пустой сковородой и состояние обжаривания в раскаленном масле при постоянном помешивании, и нагреваемый объект может нагреваться с высокой мощностью нагрева вплоть до температуры, пригодной для обжаривания в раскаленном масле при постоянном помешивании, и таким образом температура может быстро подниматься. Должно быть понятно, что не должна исключаться комбинация с другими способами регулирования температуры.
Когда оценивается, что надбавленная величина ΔX является меньшей, чем заданное значение (Нет на S6), блок 29 управления оценивает, является или нет текущее выходное напряжение X большим чем или равным выходному напряжению X0 непосредственно после начала нагрева, сохраняемому в блоке 29a хранения. Если текущее выходное напряжение X является большим чем или равным выходному напряжению X0, непосредственно после начала нагрева, сохраняемому в блоке 29a хранения (Да на S8), обработка возвращается на S6. Если текущее выходное напряжение X является меньшим, чем выходное напряжение X0 начала нагрева, сохраняемое в блоке 29a хранения (Нет на S8), выходное напряжение X0 непосредственно после начала нагрева, сохраняемое в блоке 29a хранения, меняется на текущее напряжение X (S9), и обработка возвращается на S6.
Во время нагрева выходное напряжение обычно увеличивается. Однако если область 24 падения инфракрасного света не покрыта нагреваемым объектом 20, надлежащим образом непосредственно после начала нагрева, и объект 20, который должен нагреваться, перемещается в надлежащее положение во время нагрева, выходное напряжение X0 непосредственно после начала нагрева подвергается влиянию мешающего действия и является большим, чем когда оно не подвергается влиянию мешающего действия, и таким образом возникает явление, при котором выходное напряжение понижается, хотя нагрев выполняется. В этом случае (Нет на S8) выходное напряжение X0 непосредственно после начала нагрева, сохраняемое в блоке 29a хранения, меняется на текущее выходное напряжение X, имеющее низкую вероятность подвергания влиянию мешающего действия (S9). Обработка регулирования мощности на выходе после этого выполняется на основании вновь сохраненного выходного напряжения.
Поэтому если температура TS непосредственно после начала нагрева нагреваемого объекта 20 ниже, чем температура T0 нижнего предела детектирования, амплитуда сигнала детектирования (выходного напряжения) инфракрасного датчика 26 является, по существу, постоянной или является нулевой, даже если температура нагреваемого объекта 20 изменяется. Поэтому температура T нагреваемого объекта 20 превышает температуру T0 нижнего предела детектирования при нагревании, а надбавленная величина ΔX амплитуды текущего сигнала детектирования по отношению к амплитуде сигнала детектирования непосредственно после начала нагрева достигает предопределенного значения. Температура T3 сдерживания нагреваемого объекта 20 в этом случае не зависит от температуры TS непосредственно после начала нагрева, и температура T3 сдерживания равна T0+ΔT3, соответствующей точке, в которой сигнал детектирования инфракрасного датчика 26 увеличен на ΔX от нуля. Блок 29 управления останавливает работу инверторной схемы 28 или уменьшает выходную мощность нагрева при температуре T3 сдерживания, чтобы подавлять рост температуры нагреваемого объекта 20.
Если температура TS непосредственно после начала нагрева нагреваемого объекта 20 выше чем или равна температуре T0 нижнего предела детектирования, сигнал детектирования инфракрасного датчика 26 становится большим, и скорость роста также постепенно становится большей, когда растет температура T нагреваемого объекта 20. Температура нагреваемого объекта, когда надбавленная величина ΔX достигает заданного значения, зависит от температуры TS непосредственно после начала нагрева нагреваемого объекта. Однако поскольку скорость роста сигнала детектирования становится тем больше, чем выше температура T нагреваемого объекта 20, изменение ΔT температуры нагреваемого объекта, соответствующее заданной надбавленной величине ΔX, становится меньшим. В случае фиг.7 ΔT3 (около 55°C) >ΔT4 (около 38°C) >ΔT5 (около 18°C). Поэтому заданная надбавленная величина ΔX может быть получена с очень небольшим ростом ΔT температуры с более высокой температурой T нагреваемого объекта 20, и рост температуры может подавляться сдерживанием мощности на выходе при удовлетворительной быстроте реагирования или остановом нагрева.
Далее будет описан случай, где возникает статическое мешающее действие, обусловленное видимым светом и тому подобным. Свет мешающего действия не зависит от температуры нагреваемого объекта 20. Поэтому, как показано на фиг.7, уровень, по существу, сдвигается параллельно на уровень W света мешающего действия в осевом направлении сигнала детектирования инфракрасного датчика 26 и становится больше в случае, где присутствует мешающее действие (прерывистая линия 42), по сравнению со случаем, где мешающее действие не присутствует (сплошная линия 41). Когда температура TS непосредственно после начала нагрева нагреваемого объекта 20 ниже, чем температура T0 нижнего предела детектирования, амплитуда сигнала детектирования инфракрасного датчика 26 является, по существу, постоянной на W. Фиг.9 - схема, показывающая изменение по истечении времени выходного напряжения инфракрасного датчика 26 после начала нагрева (t0). Сплошная линия 43 показывает случай, где мешающее действие не присутствует, а прерывистая линия 44 показывает случай, где мешающее действие присутствует. В любом случае выходная мощность нагрева сдерживается или останавливается нагрев в момент (t1) времени, где нагреваемый объект 20 достигает заданной температуры регулирования. Поэтому влияние света статического мешающего действия может устраняться конфигурацией по настоящему варианту осуществления.
Различие температуры непосредственно после начала нагрева или влияние света мешающего действия, такого как световой луч видимого света, проникающего на постоянной основе, уменьшается регулированием роста температуры нагреваемого объекта 20 с помощью инфракрасного датчика 26 и блока 29 управления, имеющих вышеприведенную конфигурацию для сдерживания температуры нижней поверхности нагреваемого объекта 20 меньшей чем или равной температуре около 300°C, при этом рост температуры нагреваемого объекта 20 может регулироваться, чтобы сдерживаться с достаточной точностью.
Влияние отражательной способности нагреваемого объекта 20 по отношению к сигналу детектирования инфракрасного датчика 26 будет описано ниже с использованием фиг.10. На фиг.10 сплошная линия 45 является результатом реального измерения, показывающим зависимость между температурой нагреваемого объекта, когда нагреваемый объект является абсолютно черным телом (отражательная способность = 1), и амплитудой сигнала детектирования инфракрасного датчика 26, прерывистая линия 46 является результатом расчета характеристик для случая, где нагреваемый объект является магнитной нержавеющей сталью (отражательная способность = 0,4), посредством умножения отражательной способности 0,4 на сплошную линию 45. Согласно фигуре значение выходного сигнала инфракрасного датчика 26 в случае, когда температурой абсолютно черного тела является 300°C, и значение выходного сигнала инфракрасного датчика 26 в случае, когда температурой магнитной нержавеющей стали является 322°C, по существу, равны, и разность их температур имеет значение 22°C. Как описано выше, на фиг.11 энергия излучения в момент времени, когда температура абсолютного черного тела имеет значение 300°C, и энергия излучения в момент времени, когда температура магнитной нержавеющей стали имеет значение 447°C, являются, по существу, равными, и разность их температур составляет 147°C. Таким образом, влияние различия излучательной способности может значительно подавляться по сравнению с традиционным способом регулирования.
Плита индукционного нагрева по настоящему варианту осуществления использует инфракрасный датчик 26, который выдает сигнал детектирования, амплитуда которого, по существу, постоянна по отношению к температуре нагреваемого объекта, если температура нагреваемого объекта ниже, чем температура нижнего предела детектирования, и который выдает сигнал детектирования, амплитуда и скорость роста которого становятся тем больше, чем выше температура нагреваемого объекта, если температура нагреваемого объекта выше чем или равна температуре нижнего предела детектирования, и плита индукционного нагрева по настоящему варианту осуществления уменьшает мощность на выходе элемента индукционного нагрева или останавливает нагрев, когда надбавленная величина ΔX по отношению к выходному напряжению X0 (начальному значению детектирования) непосредственно после начала нагрева становится большей чем или равной предопределенному значению. Таким образом, если температура TS непосредственно после начала нагрева нагреваемого объекта ниже, чем температура T0 нижнего предела детектирования, мощность на выходе элемента индукционного нагрева может уменьшаться, или нагрев может останавливаться, когда температура T нагреваемого объекта достигает некоторой постоянной температуры, которая не зависит от температуры TS непосредственно после начала нагрева. Более того, даже если температура TS непосредственно после начала нагрева нагреваемого объекта выше чем или равна температуре T0 нижнего предела детектирования, мощность на выходе элемента индукционного нагрева может уменьшаться, или нагрев может останавливаться до того, как температура T нагреваемого элемента достигает 330°C, которые являются температурой воспламенения масла. Влияние от света постоянного мешающего действия также едва принимается.
В плите индукционного нагрева по настоящему варианту осуществления блок 29 управления сохраняет выходное напряжение X0 (начальное значение детектирования) непосредственно после начала нагрева в блоке 29a хранения и меняет сохраняемое выходное напряжение X0 непосредственно после начала нагрева на текущее выходное напряжение X, когда текущее выходное напряжение X становится меньшим, чем сохраняемое выходное напряжение X0, непосредственно, после начала нагрева. Поэтому когда область 24 падения инфракрасного света не накрыта надлежащим образом нагреваемым объектом 20 непосредственно после начала нагрева, и нагреваемый объект 20 перемещается в надлежащее положение во время нагрева, нагреваемый объект предохраняется от нагревания до большей, чем ожидаемая, степени, и безопасная тепловая обработка с высокой мощностью нагрева может выполняться даже когда материалы тепловой обработки, такие как вода и овощи, помещаются в нагреваемый объект 20, когда температура нагреваемого объекта 20 высока.
Пример варианта осуществления
Фиг.12 - принципиальная схема инфракрасного датчика 26, использующего фотодиод PIN, имеющий максимальную чувствительность, которая достигается поблизости от длины волны около 2,2 мкм. Инфракрасный датчик 26 включает в себя блок 32a напряжения смещения, преобразователь 32b I-V и усилитель 32c.
Блок 32a напряжения смещения включает в себя операционный усилитель IC1, где последовательная цепь резисторов R1 и R2 присоединена между источником VDD питания постоянного тока (5В в представленном примере) и GND, а положительный вход операционного усилителя IC1 присоединен к точке соединения резистора R1 и резистора R2. Отрицательный вход и выход операционного усилителя IC1 замкнуты накоротко и присоединены к выходу блока 32a напряжения смещения. Поэтому выходное напряжение Vs блока напряжения смещения выдается между выходом блока 32a напряжения смещения и GND.
В преобразователе 32b I-V энергия инфракрасного света, принимаемого элементом 26a детектирования инфракрасного излучения, преобразуется в ток и становится источником 32ba тока. Выход блока 32a напряжения смещения присоединен к положительному входу операционного усилителя IC2. Источник 32ba тока присоединен между входами операционного усилителя IC2. Резистор R3 присоединен между выходом и отрицательным входом операционного усилителя IC2. Выход операционного усилителя IC2 становится одним выходом преобразователя 32b I-V, а положительный вход операционного усилителя IC2 становится другим выходом преобразователя 32b I-V.
Усилитель 32c включает в себя операционный усилитель IC3, где положительный вход операционного усилителя IC3 присоединен к одному входу усилителя 32c, и последовательная цепь резисторов R5, R6 и R7 присоединена между отрицательным входом операционного усилителя IC3 и другим входом усилителя 32c. Ключи S1 и S2 присоединены параллельно резисторам R5 и R6 соответственно. Резистор R4 присоединен между отрицательным входом и выходом операционного усилителя IC3. Выходное напряжение V0 выдается между выходом усилителя 32c и GND.
Далее будет описана работа инфракрасного датчика 26, сконфигурированного как приведено выше. Блок 32a напряжения смещения вводит и выводит напряжения, полученные резистивным делением напряжения VDD источника питания с помощью резисторов R1 и R2, и добавляет напряжение Vs смещения постоянного тока к выходному напряжению преобразователя 32b I-V. Ток I, выдаваемый источником 32ba тока, преобразуется в напряжение резистором R3 и выдается между выходами преобразователя 32b I-V. Усилитель 32c усиливает напряжение, чтобы получать выходное напряжение V0 инфракрасного датчика 26.
Коэффициент усиления усилителя 32c переключается посредством переключения ключей S1 и S2 между включенным и выключенным состоянием на основании сигнала из блока 29 управления. Коэффициент усиления становится «большим» при (1+R4/R7), когда оба, ключ S1 и ключ S2, включены, коэффициент усиления становится «малым» при (1+R4/(R5+R6+R7)), когда оба, ключ S1 и ключ S2, выключены, и коэффициент усиления становится «средним» при (1+R4/(R6+R7)), когда ключ S1 включен, а ключ S2 выключен.
Фиг.13 показывает график выходных характеристик для случая, где коэффициент усиления инфракрасного датчика 26, показанного на фиг.12, является «большим» (оба, ключ S1 и ключ S2, включены). Выходное напряжение инфракрасного датчика 26, показанного на фиг.12, является таким, как показанное сплошной линией 49, но может смещаться параллельно, как показано, например, прерывистой линией 50, вследствие температурных характеристик инфракрасного датчика 26 или температурных характеристик усилителя 32c, когда температура окружающей среды инфракрасного датчика 26 возрастает. Например, когда температура окружающей среды инфракрасного датчика 26 является комнатной температурой, и температура объекта, который должен нагреваться, является комнатной температурой, выходное напряжение инфракрасного датчика 26 является начальным напряжением Vs0 детектирования, но выходное напряжение, которое является начальным напряжением детектирования инфракрасного датчика 26, иногда становится Vs1 (<Vs0) непосредственно после начала нагрева, если нагреваемый объект при комнатной температуре начинает нагреваться, когда внутренняя часть плиты индукционного нагрева находится при высокой температуре после горячей готовки и тому подобного. Возникает разность ΔVs (= Vs0 - Vs1) между выходным напряжением Vs0, которое является начальным значением детектирования инфракрасного датчика 26, когда не подвергается влиянию температурных характеристик, и выходным напряжением Vs1, которое является начальным значением детектирования инфракрасного датчика 26, когда подвергается влиянию температурных характеристик. Эта разница в дальнейшем указывается в качестве диапазона флуктуаций выходного сигнала, вызванная температурными характеристиками значения выходного сигнала инфракрасного датчика 26. В таком случае также плита индукционного нагрева по настоящему варианту осуществления измеряет начальное значение детектирования инфракрасного датчика 26 после флуктуации, после начала нагрева, и таким образом не подвергается влиянию такой флуктуации. Если текущее выходное напряжение X является меньшим, чем выходное напряжение X0 после начала нагрева, сохраняемое в блоке 29a хранения, начальное напряжение X0 детектирования, сохраняемое в блоке 29a хранения, меняется на текущее выходное напряжение X (этапы S8 и S9 на фиг.7). Таким образом, начальное значение детектирования инфракрасного датчика 26 может корректироваться, и может предотвращаться нагрев за пределами ожиданий.
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
Фиг.14 показывает график выходной характеристики инфракрасного датчика 26, в котором коэффициент усиления может изменяться в пределах трех ступеней, показанных на фиг.12. На фиг.14 составляющая напряжения смещения согласно фиг.13 удалена. Линия 51 показывает случай, где коэффициент усиления имеет значение 10 (коэффициент усиления является «большим»), линия 52 показывает случай, где коэффициент усиления имеет значение 10·1/5 (коэффициент усиления является «средним»), а линия 53 показывает случай, где коэффициент усиления имеет значение 10·1/30 (коэффициент усиления является «малым»). Инфракрасный датчик 26 работает с коэффициентом усиления 10, в то время как температура нагреваемого объекта низка после начала нагрева. Выходное напряжение инфракрасного датчика 26 поднимается до приблизительно 130°C. Поэтому постоянное начальное значение детектирования получается, когда температура нагреваемого объекта ниже, чем приблизительно 130°C. Когда выходное напряжение инфракрасного датчика 26 достигает заданного значения (здесь, 4,0 В) верхнего предела переключения (около 228°C), коэффициент усиления переключается на 10·1/5 (точка A → точка B). Когда выходное напряжение инфракрасного датчика 26 достигает заданного значения (здесь, 4,0 В) верхнего предела переключения (около 269°C) при работе с коэффициентом усиления 10·1/5, коэффициент усиления переключается на 10·1/30 (точка C → точка D). В противоположность, когда температура нагреваемого объекта понижается, коэффициент усиления переключается на 10·1/5 (точка E → точка F), когда выходное напряжение инфракрасного датчика 26 достигает предопределенного значения (здесь, 0,6 В) нижнего предела переключения (около 247°C) при работе с коэффициентом усиления 10·1/30. Когда выходное напряжение инфракрасного датчика 26 вновь достигает заданного значения (здесь, 0,6 В) нижнего предела переключения (около 199°C) при работе с коэффициентом усиления 10·1/5, коэффициент усиления переключается на 10 (точка G → точка H). Таким образом, температура масла обжариваемой пищи может регулироваться на основании выходного напряжения инфракрасного датчика 26, когда коэффициент усиления имеет значение 10 или 10·1/5, и предотвращение воспламенения масла может контролироваться на основании выходного напряжения инфракрасного датчика 26, когда коэффициент усиления имеет значение 10·1/30.
Таким образом, диапазон температур регулирования смещается в сторону низкой температуры, и экспоненциально возрастающие характеристики могут эффективно использоваться посредством переключения усилителя. Например, использование пригодно при регулировании температуры обжариваемой пищи. Более того, диапазон температур регулирования смещается в сторону высокой температуры, и экспоненциально возрастающие характеристики могут эффективно использоваться посредством переключения усилителя. Например, использование пригодно при регулировании температуры обжариваемой пищи в раскаленном масле при постоянном помешивании, и воспламенение масла может сдерживаться с удовлетворительной быстротой реагирования.
Коэффициент усиления в материалах настоящей заявки находится в пределах трех ступеней, но количество ступеней может быть большим или меньшим, чем три ступени.
Фиг.15 - схема конфигурации блока 29 управления. Выходное напряжение инфракрасного датчика 26 вводится в блок 29b ввода выходного напряжения. Блок 29b ввода выходного напряжения детектирует амплитуду выходного напряжения вводимого аналогового сигнала или цифрового сигнала. Блок 29c сравнения сравнивает детектированное выходное напряжение X с выходным напряжением X0 непосредственно после начала нагревания, сохраняемым в блоке 29a хранения, и меняет выходное напряжение X0 непосредственно после начала нагрева, сохраняемое в блоке 29a хранения, на детектированное выходное напряжение X, когда детектированное выходное напряжение X является меньшим, чем выходное напряжение X0 непосредственно после начала нагрева, сохраняемое в блоке 29a хранения. Блок 29d переключения управляет усилителем 26b инфракрасного датчика 26, чтобы уменьшать коэффициент усиления на одну ступень, когда выходное напряжение инфракрасного датчика 26 становится большим чем или равным заданному значению верхнего предела переключения, и чтобы увеличивать коэффициент усиления на одну ступень, когда выходное напряжение инфракрасного датчика 26 становится меньшим чем или равным заданному значению нижнего предела переключения. Блок 29e расчета получает разность ΔX между детектированным выходным напряжением X и выходным напряжением X0 непосредственно после начала нагрева, сохраняемым в блоке 29a хранения. Блок 29f сравнения оценивает, является или нет полученная разность ΔX большей чем или равной заданному значению. Чувствительность измерения инфракрасного датчика 26 таким образом значительно улучшается.
В настоящем варианте осуществления выходное напряжение X0 (начальное значение детектирования) инфракрасного датчика 26 непосредственно после начала нагрева используется в качестве базового при измерении надбавленной величины ΔX, но настоящее изобретение не ограничено этим. Вместо того, чтобы быть непосредственно после начала нагрева, оно может быть одновременно с началом нагрева или может быть непосредственно перед началом нагрева, и могут быть достигнуты подобные результаты благодаря надлежащему выбору. Временная привязка «непосредственно после начала нагрева» или «непосредственно перед началом нагрева» может изменяться до некоторой степени в тех случаях, когда не меняется концепция изобретения. Например, заданное время может задерживаться после детектирования режима для запуска нагрева клавишей 7a отключения/включения нагрева. Время задержки предпочтительно находится в пределах десяти секунд, а более предпочтительно в пределах трех секунд.
Более того, вместо получения выходного напряжения X0 инфракрасного датчика 26 непосредственно после начала нагрева в качестве базового (начального значения детектирования) при измерении надбавленной величины ΔX значение выходного напряжения инфракрасного датчика 26, которое измерено в состоянии, где свету не предоставлена возможность проникать в инфракрасный датчик 26, и заранее сохранено в блоке 29a хранения, может использоваться в качестве базового выходного напряжения (начального значения детектирования). Более точно, как показано на фиг.15, значение выходного сигнала инфракрасного датчика 26 может измеряться в состоянии, где свету не предоставлена возможность проникать совсем или в состоянии, где начальное значение детектирования, по существу, постоянной амплитуды по отношению к температуре нагреваемого объекта в случае, где температура нагреваемого объекта ниже, чем температура нижнего предела детектирования, вводится во время изготовления плиты индукционного нагрева, и измеренное значение выходного сигнала инфракрасного датчика 26 может вводиться в блок 29b ввода выходного напряжения и может сохраняться в блоке 29a хранения, чтобы использовать его в качестве начального значения детектирования.
Другими словами, когда надбавленная величина ΔX значения выходного сигнала инфракрасного датчика 26 по отношению к начальному значению детектирования инфракрасного датчика 26, измеренному и сохраняемому в блоке 29a хранения, становится большей чем или равной заданному значению, мощность на выходе нагревательного элемента 21 уменьшается или останавливается нагрев. Влияние флуктуации начального значения детектирования инфракрасного датчика 26 в силу этого подавляется, и изменение значения выходного сигнала, которое возрастает с величиной падающего света инфракрасного датчика 26, может точно измеряться.
Как показано прерывистой линией на фиг.15, блок 29 управления дополнительно включает в себя блок 29g ввода базового значения, где стандартное значение, определенное заранее в качестве начального значения детектирования, введенное из блока 29g ввода базового значения во время изготовления плиты индукционного нагрева, может сохраняться в блоке 29a хранения, и, когда значение выходного сигнала инфракрасного датчика 26 становится меньшим, чем начальное значение детектирования после начала нагрева, начальное значение детектирования, сохраняемое в блоке 29a хранения, может меняться на уменьшенное значение выходного сигнала инфракрасного датчика 26. Таким образом, флуктуация температуры регулирования в направлении роста может подавляться.
Способ получения выходного напряжения X0 инфракрасного датчика 26 непосредственно после начала нагрева в качестве базового (начального значения детектирования) при измерении надбавленной величины ΔX пригоден для высокотемпературной тепловой обработки небольшой теплоемкости нагреваемого объекта, при которой температура нагреваемого объекта легко понижается, когда останавливается нагрев, такой как тепловая обработка обжариваемой в раскаленном масле пищи при постоянном помешивании. Температура не понижается легко, когда температура относительно низка, а объем нагреваемого объекта велик по сравнению с обжариваемой в раскаленном масле пищи при постоянном помешивании, такой как обжариваемая пища, и, таким образом, температура непосредственно после нагрева может превышать заданную температуру регулирования, если нагрев начинается вновь, и настройка температуры регулирования установлена ниже, чем до повторного нагрева. В этом случае желателен способ сохранения в блоке 29a хранения начального значения детектирования, выдаваемого инфракрасным датчиком 26, измеренного заранее. Например, значение выходного сигнала инфракрасного датчика 26 измеряется в состоянии, где свету не предоставлена возможность проникать в инфракрасный датчик 26, и измеренное значение выходного сигнала инфракрасного датчика 26 используется в качестве начального значения детектирования. Поэтому эти два способа могут комбинироваться.
В этом случае, как показано на фиг.13, базовое выходное напряжение (начальное значение детектирования) может быть заданным значением, большим чем или равным диапазону флуктуаций выходного сигнала, обусловленному температурными характеристиками значения выходного сигнала инфракрасного датчика 26. Таким образом, начальное заданное значение не становится нулевым, даже если начальное заданное значение, сохраняемое в блоке 29a хранения, изменяется на этапе S9 согласно фиг.7, в силу чего конфигурация схемы может быть упрощенной, такой как с источником питания единственной полярности.
В настоящем варианте осуществления недорогая функция сдерживания температуры нагреваемого объекта, пригодная для тепловой обработки с обжариванием в раскаленном масле при постоянном помешивании, реализована при температуре регулирования около 330°C с использованием кремниевого диода для элемента 26a детектирования инфракрасного излучения. Кремниевый диод PIN, имеющий показатель около 5,4, когда возрастающая характеристика аппроксимируется экспоненциальной функцией, существует и подобным образом демонстрирует быстро возрастающие характеристики с увеличением. Таким образом может выбираться элемент детектирования инфракрасного излучения другой длины волны, на которой может быть получена другая предельная чувствительность, в частности, такой как кремниевый диод PIN, являющийся квантовым фотодиодом, германий и индий-арсенид-галлия, и подобные выходные характеристики (характеристики, в которых значение выходного сигнала и скорость возрастания становятся тем больше, чем выше температура) могут быть получены при температуре регулирования (температуре сдерживания или увеличения выходной мощности нагрева для регулирования температуры объекта 20, который должен нагреваться), отличной от настоящего варианта осуществления, для выполнения подобного регулирования выходной мощности нагрева.
Более того, выходная мощность нагрева сдерживается или операция нагрева останавливается, когда надбавленная величина ΔX по отношению к значению выходного сигнала непосредственно после начала нагрева сигнала детектирования инфракрасного датчика 26 становится большей чем или равной заданному значению в варианте осуществления, но находится ли температура нагреваемого объекта в состоянии низкой температуры или находится в состоянии высокой температуры, достигающей заданной температуры (например, индикация подогретого состояния сковороды с ручкой), может отображаться или объявляться в ответ на увеличение значения уменьшенной величины ΔX на большее чем или равное заданному значению устройством визуального отображения или устройством вербального объявления через звукозаписывающую аппаратуру или звуковое объявление.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Плита индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может детектировать инфракрасный свет, излучаемый от нагреваемого объекта, и точно выявлять температуру нагреваемого объекта с помощью простой конфигурации, и может регулировать мощность на выходе с удовлетворительной быстротой реагирования около температуры нагреваемого объекта, на которой должна сдерживаться мощность на выходе, и таким образом регулируемость нагреваемого объекта плитой индукционного нагрева улучшается и улучшаются эксплуатационные качества тепловой обработки, и более того, настоящее изобретение полезно в плите индукционного нагрева для общего бытового использования и для учреждений.