JP2745247B2 - 電磁誘導加熱調理器 - Google Patents

電磁誘導加熱調理器

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JP2745247B2 JP3030547A JP3054791A JP2745247B2 JP 2745247 B2 JP2745247 B2 JP 2745247B2 JP 3030547 A JP3030547 A JP 3030547A JP 3054791 A JP3054791 A JP 3054791A JP 2745247 B2 JP2745247 B2 JP 2745247B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電磁誘導加熱調理器にお
いて、それに使用される金属容器の有無、および材質の
判別に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来の電磁誘導加熱調理器にお
いて、金属容器の有無および材質判別の検出手段を示す
ブロック図である。同図において、商用電源6からの交
流電流は、図示されていないが平滑回路により整流され
平滑化されて、直流電圧をたとえばシングル・エンド・
プッシュ・プル方式の高周波インバータ回路3に供給す
る。途中に入力可変回路5が設けられているが、これは
後で説明される。この高周波インバータ回路3は、1対
のトランジスタ14aおよび14bと、フライホイール
・ダイオード15aおよび15bとを含む。前記インバ
ータ回路3は、インバータ駆動回路4により駆動され、
加熱コイル2に高周波電流を流し高周波交番磁界を発生
させる。この結果、加熱コイル2上に載せられた金属容
器1に渦電流が発生し、この渦電流により金属容器1が
加熱される。コンデンサ7は、加熱コイル2とともに直
列共振回路を構成する。主制御部11は入力可変回路
5、インバータ駆動回路4に接続されている。また、イ
ンバータ駆動回路4は周波数検出回路10およびこれと
並列の位相検出回路9を介して主制御部11に接続され
ている。加熱コイル2への回路の一部に設けたカレント
トランス8の出力は、位相検出回路9に供給される。
【0003】前記の従来の構成では、次のようにして金
属容器1の有無、材質等の判別を行なっていた。まず、
位相検出回路9において、カレントトランス8などによ
り加熱コイル2に流れる電流を検出し、さらに高周波イ
ンバータ回路3の出力電圧つまりインバータ駆動回路4
の駆動信号を検出することにより、加熱コイル2に印加
される電圧と電流の位相角を検出する。主制御部11
で、高周波インバータ回路3の駆動周波数を、前記の位
相角が0になるまで高い周波数から低い周波数へとスイ
ープさせ、位相角が0になったときの周波数つまり共振
周波数に達した時点でスイープを停止させる。このとき
の周波数を周波数検出回路10で測定する。
【0004】図7に示されるように、金属容器1の有無
や、材質の違いにより共振周波数が異なっているため、
この共振周波数を測定することによって、金属容器の有
無、材質等を判別していた。図7において、縦軸は加熱
コイル電流を示し横軸は周波数を示す。f0 は無負荷の
ときの共振周波数、f1 は鉄などの磁性体に対する共振
周波数、f2 はアルミなどの非磁性体に対する共振周波
数を示す。
【0005】図9aは、高周波電源で駆動される加熱コ
イル2と金属容器1との等価回路である。同図において
1 は加熱コイル2の抵抗、L1は加熱コイル2のイン
ダクタンス、R2 は金属容器1の表皮抵抗、L2 は金属
容器1のインダクタンス、Mは加熱コイル2と金属容器
1との間の相互インダクタンス、Eは高周波電源を示し
ている。
【0006】図9aを図9bのように変換すると、加熱
コイル2と金属容器1との結合回路の等価インダクタン
スL3 は、
【0007】
【数1】
【0008】となる。ここでL3 は金属容器1の時定数
τの関数になっており、このL3 と共振コンデンサC1
で構成される直列共振回路の共振周波数f0 は、
【0009】
【数2】
【0010】となる。たとえば、金属容器1が加熱コイ
ル2の上に載っていない無負荷状態のときは、L3 =L
1 なとり、L3 が大きくなるため、共振周波数f0 は低
くなる。また、金属容器1が鉄などの磁性体か、アルミ
などの非磁性体かによってもL3 の値は変わるため、共
振周波数f0 は変化する。このため、従来はこのように
共振周波数の差異を利用して、金属容器1の有無および
材質の判別を行なっていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の金
属容器1の有無および材質の判別方法では、共振周波数
の違いにより判別しているため、以下のような問題があ
った。
【0012】まず、図6の加熱コイル2と共振用のコン
デンサ7が直列に接続された直列共振回路を構成してい
るため、共振点でインピーダンスが最小となり、このた
め加熱コイル2に大電流が流れ問題であった。これを解
決する手段として、加熱コイル2に印加する電圧を下げ
なければならず、チョッパ型インバータやサイリスタな
どの入力可変回路5が必要であった。
【0013】また、図8aに示すように、金属容器1の
形状が小さくなると、無負荷の状態に近づいていき、非
磁性体の金属容器の共振周波数f2 はf2 ′となり、磁
性体の金属容器の共振周波数f1 に近づき、また、磁性
体の金属容器の共振周波数f 1 はf1 ′となり無負荷の
状態の共振周波数f0 に近づき、判別が困難になってい
た。逆に図8bのように、金属容器の形状が大きくなる
と、共振周波数は高い方に、すなわちf1 はf1 ″に、
2 はf2 ″に近づき移動するため磁性体の金属容器と
非磁性体の金属容器との区別ができなくなっていた。
【0014】また、同様に金属容器1を置く位置が加熱
コイル2の中心にあるのか、または中心からずれた位置
にあるのかによっても、金属容器1の大小の場合と同様
に、前記の図8a、bのように共振周波数が変化し、判
別が困難になっていた。
【0015】さらに図8cに示すように、ステンレスな
どの非磁性体と磁性体との中間のような材質の場合に
は、その共振周波数f3 がどちらかに近い値をとり判別
がしにくく、磁性体と判断してしまうと入力が入らず、
非磁性体と判断すると入力が入りすぎるというような問
題があった。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の欠点を除
くためになされたもので、従来のように位相角を0にし
て共振周波数のみで金属容器の有無および材質判別を行
なうものではなく、加熱コイルに流れる電流値を検出す
る電流検出手段と、高周波インバータの駆動周波数を検
出する周波数検出手段と、加熱コイルに流れる電流と電
圧の位相角を検出する位相検出手段と、前記の各検出手
段により検出された3つのデータとマトリックスの比較
により、加熱コイルにより渦電流を発生させる金属容器
の有無、材質を判別する判別手段とを設けた。
【0017】
【作用】本発明は加熱コイルの電流値と、位相角と、駆
動周波数の3つのデータとマトリックスを比較すること
により、金属容器の有無、材質をより正確に判別し、金
属容器の位置のずれ、あるいはその大小による誤判別を
防止できる。
【0018】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示すブロック図で
ある。図6の従来例と異なるところは、カレントトラン
ス8と主制御部11との間にコイル電流検出回路13を
設けたことと、入力可変回路5が省略されていることで
ある。また、主制御部11の機能が若干付加される。そ
の他の加熱に関する動作は図6と同一である。
【0019】次に金属容器1の有無および材質判別方法
について説明する。まず、ある所定の位相角における駆
動周波数と電流値によって判別する場合について説明す
る。
【0020】加熱コイル2に流れる電流をカレントトラ
ンス8などで検出し、これとともに高周波インバータ駆
動回路4より加熱コイル2に印加する電圧を検出し、そ
れらの位相角を位相検出回路9によって検出する。この
電流と電圧の位相角がある一定値になるように、高周波
インバータ回路3の駆動周波数を主制御部11によりス
イープさせる。そして目標の位相角になったときの駆動
周波数を周波数検出回路10により検出する。このと
き、加熱コイル2に流れる電流値もコイル電流検出回路
13により検出する。
【0021】位相角を一定にして駆動周波数を検出する
ことにより、共振点を外すことができ、加熱コイル2に
流れる電流値も下げることができる。
【0022】図9bの等価回路より、電源側から見たイ
ンピーダンスZ3 は、
【0023】
【数3】
【0024】となる。L3 は(1)式で与えられ、また
3 は下式のように、
【0025】
【数4】
【0026】となり、Z3 も加熱コイルと金属容器の結
合係数Kや金属容器の時定数τの関数になっている。こ
れより加熱コイルに流れる電流IL は、
【0027】
【数5】
【0028】となる。ここで、位相角θと駆動周波数f
の関係は、図9bの等価回路より下式のようになる。
【0029】
【数6】
【0030】ただしω=2πfである。前述したように
3 ,R3 は、金属容器1の有無や材質などにより変化
するため、上式からある位相角θが決まれば一義的に駆
動周波数fも決定される。
【0031】この検出された駆動周波数と電流値の2値
をマトリクスで判別することで、判別が困難なステンレ
スなどの材質や、金属容器の形状の差、置く位置などに
より周波数が近寄っていても電流値の差異を判別してこ
れらを正確に判別することができる。
【0032】この関係をグラフ化したものが図2であ
る。同図においてf0,f1 ,f2 ,f3 ,は、それぞ
れ位相角0における無負荷,鉄,アルミ,ステンレスの
場合の共振周波数を表わしており、F0 ,F1 ,F2
3 は、ある位相角θa に固定したときのそれぞれの駆
動周波数を表わしている。図に示すように、アルミの共
振周波数f2 とステンレスの共振周波数f3 が似通って
いるが、位相角をうまく設定すれば、そのときの駆動周
波数はF2 、F3 と明確化できる。
【0033】さらに位相角の設定だけでは完全に明確化
できないため、(5)式に示すように加熱コイル2に流
れる電流値も金属容器1の有無や材質により変化するこ
とを利用して、駆動周波数と電流値とを図3に示すよう
にマトリクスで判断させる。
【0034】特性を示す線aはアルミなどの非磁性体に
対するものであり、線bはステンレスなどの非磁性体と
磁性体の中間に属するものであり、線cは鉄などの磁性
体に対するものである。これによりステンレスなどの磁
性体と非磁性体の中間の材質も正確に判別できる。
【0035】前記の判別は主制御部11で行なわれ、適
宜の表示手段により表示することができる。
【0036】また図に示される線a,b,cの両側の境
界線は、金属容器の形状を変えた場合や、金属容器を加
熱コイルの中心からずらしたときの変動の範囲を表わし
ている。たとえば、金属容器の形状が小さくなったとき
や、中心からずれた位置に載せられた場合は、駆動周波
数の高い方に移動する。
【0037】以上のように材質判別の困難であったもの
や、形状や位置による誤判別のおそれがなくなる。
【0038】また、上記の説明では、位相角を一定にし
たときの駆動周波数と電流値の2値によるマトリクスで
判別したが、図4、図5に示すように、周波数をある一
定値Fa に固定して、そのときのそれぞれの材料に対す
る位相角と電流値によるマトリクスで判別しても同様に
判別できる。図4は図2に対応し、図5は図3に対応す
る。特性を示す線a′は非磁性体に対するものであり、
b′は非磁性体と磁性体の中間に対するものであり、
c′は磁性体に対するものである。
【0039】図2,図3に述べられる方式と、図4,図
5に述べられる方式の双方を切換えて、あるいは併用し
て判別することにより、さらに精度を上げることができ
る。
【0040】
【発明の効果】以上のように、本発明の判別方法によれ
ば、金属容器の形状が大きくなったり小さくなったりし
ても、判別が困難になるということは起こらず、また、
金属容器の位置が加熱コイルの中心からずれていても、
正確に無負荷状態あるいは金属容器の材質判別を行なう
ことができる。さらに、従来の判別方法では、判別が難
しかったステンレスなどのような磁性体と非磁性体の中
間の材質の判別も行なうことができる。
【0041】したがって、調理器を使用するものに金属
容器の材質や無負荷状態を正確に報知することができ、
さらに従来に比してより詳細に材質判別が行なえるた
め、各々の材質の金属容器に対応した最適な加熱調理を
行なうことができる。
【0042】また、入力可変回路を省略することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】位相角と駆動周波数との関係を示すグラフであ
る。
【図3】位相角を一定にしたときの駆動周波数と電流値
のマトリクス図である。
【図4】位相角と駆動周波数との関係を示すグラフであ
る。
【図5】駆動周波数を一定にしたときの位相角と電流値
のマトリクス図である。
【図6】従来例を示すブロック図である。
【図7】材質による共振周波数の違いを示すグラフであ
る。
【図8】a,b,cはそれぞれ金属容器の形状や位置や
材質が変化したときの共振周波数の変化を示すグラフで
ある。
【図9】a,bはそれぞれ加熱コイルと金属容器との等
価回路図である。
【符号の説明】
1 金属容器 2 加熱コイル 3 高周波インバータ回路 4 インバータ駆動回路 7 コンデンサ 8 カレントトランス 9 位相検出回路 10 周波数検出回路 11 主制御部 13 コイル電流検出回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱コイルと、加熱コイルに高周波電流
    を供給する高周波インバータと、前記のコイルに流れる
    電流値を検出する電流検出手段と、前記の高周波インバ
    ータの駆動周波数を検出する周波数検出手段と、加熱コ
    イルに流れる電流と電圧の位相角を検出する位相検出手
    段と、前記の各検出手段により検出された3つのデータ
    とマトリックスの比較により、加熱コイルにより渦電流
    を発生させる金属容器の有無、材質を判別する判別手段
    とを有する電磁誘導加熱調理器。
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