JP2816621B2 - 電磁誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

【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、特に高周波インバータ回路方式の改良により、
透磁率の異なる磁性、非磁性いずれの調理鍋も加熱でき
る加熱調理器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、透磁率および固有抵抗の異なる
磁性鍋と非磁性鍋の両方を、単一の加熱コイル、単一の
高周波インバータ回路で加熱した場合、磁性鍋で定格出
力を満足するように設計すると、非磁性鍋では高周波イ
ンバータ回路の定格内で駆動できず、逆に非磁性鍋に合
わせて設計すると磁性鍋では出力が得られなくなる。

【０００３】このため、特開平２−３００８８に見られ
るような従来の電磁誘導加熱調理器においては、図５に
示すように、調理鍋の材質に合わせて２種類の加熱コイ
ルを切り替えるか、加熱コイルの途中にタツプを設けて
高周波インバータ回路との接続を切り替えて加熱する方
法が開示されている。

【０００４】なお、図５中、１は商用交流電源、２は整
流回路、３は平滑チヨーク、４は平滑コンデンサ、１６
はトランジスタ５ａ、５ｂおよびダイオード６ａ、６ｂ
から成るハーフブリツジ回路方式の高周波インバータ回
路、７は高周波インバータ回路１６内のトランジスタ５
ａ、５ｂをスイツチング動作させるインバータ駆動回
路、８は電流変成器１３により検出される電流値から磁
性鍋および非磁性鍋を判別する鍋材質判別回路、１０は
出力設定ボリウム１５の値と電流変成器１４から検出さ
れる電源電流の大きさが等しくなるようにインバータ駆
動回路７を制御する制御回路、１１ａ，１１ｂは加熱コ
イル、１２は共振コンデンサである。

【０００５】上記の電磁誘導加熱調理器においては、商
用交流電源１を整流回路２や平滑コンデンサ４を通して
直流に変換し、さらに高周波インバータ回路１６にて高
周波電流に変換して、これを加熱コイル１１ａ，１１ｂ
に流し、加熱コイル１１ａ，１１ｂに発生する高周波磁
界を加熱コイル１１ａ，１１ｂ上に置かれた調理鍋に加
える際、鍋材質判別回路８の判別結果に応じて切替リレ
ー１７のタツプ２１ａ，２１ｂをそれぞれＯＮ／ＯＦＦ
させてインバータ回路１６との接続を切り替えることに
より、鍋の材質に応じた加熱コイル１１ａ，１１ｂを使
い分けている。

【０００６】

【先願の技術】しかしながら、加熱コイルから高周波磁
界を発生させるために、加熱コイルには５０〜６０Ａの
大電流を流す必要がある。また、加熱コイルと共振コン
デンサ１２とは共振回路を構成しており、加熱コイルの
両端には、数ｋＶの共振電圧が発生する。

【０００７】このため、図５のように加熱コイルを切り
替えたり、中間タツプで切り替えて加熱する方法の場
合、リレーなどの切替器１７で切替えるとすると、前述
の大電流、高電圧の部分を切り替えることのできるもの
が必要であり、このスペツクを満足する切替器１７は、
形状が大きなものとなり、コストも高いものとなる。ま
た、２種類の加熱コイル、中間タツプが必要であり、加
熱コイル部分の設計が複雑になる。

【０００８】そこで、本出願人は、単一の加熱コイルに
て磁性または非磁性のいづれの鍋も加熱することがで
き、しかも高圧大電流仕様の切替リレーを必要とせず、
安価な加熱調理器を提供した（特願平３−５０７６参
照）。

【０００９】これは、図６に示すように、高周波インバ
ータ回路と加熱コイルの間に高周波トランスを入れ、透
磁率や固有抵抗の違いを高周波トランスで整合させて単
一の加熱コイルで加熱するものである。すなわち、図５
のように加熱コイルを切替える代わりに、高周波インバ
ータ回路１６と加熱コイル１１の間に、高周波トランス
１８を挿入するか、挿入しないかをタツプ３１ａ，３１
ｂ、３１ｃをそれぞれＯＮ／ＯＦＦさせて切り替えるこ
とにより、鍋の材質の違いを高周波トランスで整合させ
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高周波
トランス１８により透磁率、固有抵抗の違いを整合して
加熱する先願の技術では、加熱コイルを切り替える必要
はないが、高周波トランス部での切り替えが必要であ
る。この場合は、上記のように高電圧の発生する部分で
の切り替えはないが、大電流が流れることには変わりは
ない。そのため、図５の場合と同様、切替器１７の形状
は大きくなり、コストも高いものとなる。

【００１１】さらに、高周波インバータ回路１６と加熱
コイル１１の間に高周波トランス１８が挿入されるた
め、高周波トランス部分での損失により、電磁誘導加熱
調理器自体の加熱効率も低下する。

【００１２】また、高周波トランス自体も大電流を流す
ため巻線が太くなり形状も大きなものとなる。

【００１３】本発明は、上記に鑑み、高耐圧・大電流仕
様のリレーなどの切替器や、高周波トランスが不要で、
透磁率、固有抵抗の異なる調理鍋を加熱できる電磁誘導
加熱調理器の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、図１，２の如く、調理鍋が磁性鍋、非磁性鍋のい
ずれであるかを判別する鍋材質判別回路８を設け、高周
波インバータ回路１６は、ハーフブリツジ回路としても
機能するフルブリツジ回路とし、鍋材質判別回路８の判
別結果に応じて、高周波インバータ回路１６の回路方式
を、フルブリツジ回路方式とハーフブリツジ回路方式と
に切替える切替手段９を設けたものである。

【００１５】

【作用】上記課題解決手段において、一般に、同一の加
熱コイル１１上に磁性鍋と非磁性鍋を載せた場合、磁性
鍋のほうが非磁性鍋を載せた時よりも加熱コイル１１に
電流が流れにくくなるため、消費電力が小さくなる。こ
れは、加熱コイル１１と鍋の結合状態での等価抵抗Ｒ３
（図４を参照）が、磁性鍋のほうが大きくなるためであ
り、高周波インバータ回路１６の出力電圧が同じであれ
ば、磁性鍋のほうが電流が流れにくくなるためである。

【００１６】以上のことから、高周波インバータ回路１
６の出力電圧を、磁性鍋の時に高くすれば加熱コイル１
１に電流を流すことができ、消費電力を一定にすること
ができる。

【００１７】このため、高周波インバータ回路１６をフ
ルブリツジ回路方式と、ハーフブリツジ回路方式とに切
り替えて、高周波インバータ回路１６の出力電圧を変化
させる。そうすると、加熱コイル１１に印加される電圧
は、フルブリツジ方式にした場合は、ハーフブリツジ方
式にした場合の２倍の電圧となる。

【００１８】以上により、鍋材質判別回路８の判別結果
により、高周波インバータ回路１６の回路方式を切り替
えて、単一の加熱コイル１１にて、磁性または非磁性の
いずれの鍋も加熱することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明に係る電磁誘導加熱調理器の実
施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例
を示すブロツク図である。同図において、１は商用交流
電源、２は整流回路、３は平滑チヨーク、４は平滑コン
デンサ、１６はトランジスタ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄお
よびダイオード６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄから成るフルブ
リツジ回路を有する高周波インバータ回路である。

【００２０】７は高周波インバータ回路１６内の各トラ
ンジスタ５ａ〜５ｄをスイツチング動作させるインバー
タ駆動回路、８は電流変成器１３により検出される電流
値から磁性鍋および非磁性鍋を判別する鍋材質判別回路
である。１０は出力設定ボリウム１５の値と電流変成器
１４から検出される電源電流の大きさが等しくなるよう
にインバータ駆動回路７を制御する制御回路である。１
１は加熱コイル、１２は共振コンデンサである。

【００２１】前記高周波インバータ回路１６は、加熱コ
イル１１に高周波電流を流し高周波交番磁界を発生させ
るもので、この結果、加熱コイル１１上に載せられた調
理鍋に渦電流が発生し、この渦電流により調理鍋が加熱
される。

【００２２】鍋材質判別回路８の判別結果に応じて高周
波インバータ回路１６の回路方式を、フルブリツジ回路
方式とハーフブリツジ回路方式とに切替える切替手段９
が設けられている。

【００２３】制御回路１０は、出力設定ボリウム１５の
値と電流変成器１４から検出される電源電流の大きさが
等しくなるようにインバータ駆動回路７を制御してスイ
ツチング周波数を調節する。すなわち、電源電流が少な
い場合は、スイツチング周波数を加熱コイル１１と共振
コンデンサ１２の直列共振回路で決まる共振周波数に近
づける。電源電流が大きい場合には、逆に共振周波数か
ら遠ざけ、加熱コイル１１と共振コンデンサ１２からな
る負荷インピーダンスを上げて電流を減らすように制御
を行なう。

【００２４】ここで、電磁誘導加熱調理器の消費電力Ｐ
は、高周波インバータ回路１６の出力電圧Ｖと等価抵抗
Ｒ３により、

【００２５】

【数１】

【００２６】で表される。

【００２７】また、加熱コイル１１に調理鍋を載せた状
態（加熱コイルと鍋が磁気結合している状態）では、調
理鍋も誘導コイルと考えられるので、その等価回路は図
４のＡのようになる。この図で、Ｒ１は加熱コイルの抵
抗、Ｌ１は加熱コイルのインダクタンス、Ｒ２は鍋の抵
抗、Ｌ２は鍋のインダクタンス、Ｍは相互インダクタン
スである。

【００２８】この等価回路を一次側からみた等価回路に
変換すると図４のＢになる。この図で、Ｒ３は加熱コイ
ルと鍋の結合状態の等価抵抗、Ｌ３は加熱コイルと鍋の
結合状態の等価インダクタンスである。この場合の加熱
コイルと鍋との結合回路の等価抵抗Ｒ３は、

【００２９】

【数２】

【００３０】で表される。ただし、Ａ＝１／ω²，ω＝
２πｆである。

【００３１】ここで、鍋の時定数τは、鍋の材質、つま
り透磁率や固有抵抗により決まる値である。

【００３２】以上により、等価抵抗Ｒ３は、加熱コイル
の定数（抵抗値、インダクタンス値）と、鍋の材質によ
り決定される。

【００３３】通常、同一の加熱コイル１１上に載せた
時、磁性鍋は等価抵抗Ｒ３が大きく、非磁性鍋は等価抵
抗Ｒ３が小さくなる。このため、非磁性鍋で定格の消費
電力を満足するように、加熱コイル１１の抵抗値Ｒ１、
インダクタンス値Ｌ１を設計すると、磁性鍋では鍋の時
定数が小さくなるため、非磁性鍋の時の等価抵抗Ｒ３よ
り大きくなり、結果として消費電力は小さくなる。

【００３４】逆に、磁性鍋で定格の消費電力を満足する
ように設計すると、非磁性鍋では等価抵抗Ｒ３が小さく
なり消費電力Ｐは大きくなるが、高周波インバータ回路
１６に大電流が流れ定格内での駆動ができなくなる。

【００３５】以上のことより、消費電力Ｐは鍋の材質で
決まる等価抵抗Ｒ３により変化するため、（１）式より
等価抵抗Ｒ３の値が４倍になれば、高周波インバータの
出力電圧Ｖを２倍にすることにより、消費電力Ｐは一定
となる。

【００３６】逆に等価抵抗Ｒ３の値が１／４になれば、
出力電圧を１／２倍にすれば、消費電力Ｐは一定となる
ことがわかる。

【００３７】加熱コイル定数と、高周波インバータ回路
１６の駆動周波数をある条件にすると、磁性鍋と非磁性
鍋の等価抵抗Ｒ３の比を４：１にすることができる。

【００３８】これより、高周波インバータの出力電圧
を、磁性鍋を加熱する時は、非磁性鍋を加熱する時の２
倍の電圧にすれば、消費電力Ｐが一定となり、磁性鍋も
非磁性鍋も同様に加熱することができる。

【００３９】そこで、本実施例では、高周波インバータ
回路１６の出力電圧を切り替えるために、高周波インバ
ータ回路１６を、フルブリツジ回路方式とハーフブリツ
ジ回路方式とに切り替えることにより実現している。

【００４０】次に、この切り替え方法について説明す
る。高周波インバータ回路１６を、フルブリツジ回路方
式にした場合は、図２のＡのように構成する。また、ハ
ーフブリツジ回路方式とした場合は、図２のＢのように
構成する。

【００４１】すなわち、図２のＡに示すように、高周波
インバータ回路１６をフルブリツジ回路方式として機能
させる場合は、インバータ切替手段９により、インバー
タ駆動回路７内の駆動系統を、トランジスタ６ａ，６ｄ
を対にして駆動する駆動部７ａと、トランジスタ６ｂ，
６ｃを対にして駆動する駆動部７ｂとで構成する。そし
て、一対のトランジスタ６ａ，６ｄがＯＮしている時
は、もう一方の対のトランジスタ６ｂ，６ｃはＯＦＦに
なるように駆動信号を与える。この結果、加熱コイル１
１には図３のＡに示すように、±Ｖの電圧が印加される
ことになる。

【００４２】高周波インバータ回路１６をハーフブリツ
ジ回路方式として機能させる場合は、トランジスタ６ｃ
は、常にＯＦＦになるように制御し、トランジスタ６ｄ
は常にＯＮするように制御させる。これを、トランジス
タ６ｃ，６ｄをスイツチに置き換えて、フルブリツジ方
式の高周波インバータ回路１６を書き直すと図２のＢの
ようになる。この結果、トランジスタ６ａ，６ｂで従来
のハーフブリツジ回路方式の高周波インバータ回路と同
様になり、加熱コイル１１には図３のＢに示すように、
＋Ｖの電圧が印加されることになる。なお、図２のＢに
おいて、７ｃ，７ｄはそれぞれトランジスタ６ａ，６ｂ
を駆動する駆動部を示す。

【００４３】以上のことから、フルブリツジ回路方式に
した場合には、ハーフブリツジ回路方式にした場合に比
べて、２倍の電圧を加熱コイル１１に印加することがで
きる。この結果、磁性鍋、非磁性鍋のいずれも同様に加
熱することができる。

【００４４】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。例えば、上
記実施例では、磁性鍋と非磁性鍋の等価抵抗Ｒ３の比を
４：１として説明したが、この比が異なる場合でも、上
記（１）式に基づいて、高周波インバータ回路の出力電
圧を決定し、消費電力を一定にすることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、高周波インバータ回路部分を、フルブリツジ回
路方式と、ハーフブリツジ回路方式とを切り替えて、磁
性鍋、非磁性鍋を加熱するため、従来のように、加熱コ
イルを切り替えたり、中間タツプを設けなくても単一の
加熱コイルで加熱することができ、またリレーなどの切
替器も必要でなくなる。

【００４６】このため、加熱コイルの設計を簡略化で
き、切替部分に高価な高耐圧・大電流のリレーなどを用
いなくても良く、コストを下げることができ、また高周
波インバータ部分の容積も小さくすることができる。

【００４７】さらに、先願技術のように、高周波トラン
スも必要でないため、高周波トランスを挿入することに
よる加熱効率の低下、コストアツプ、大型重量化といつ
た問題も解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁誘導加熱調理器の一実施例を
示す構成ブロツク図

【図２】本発明の高周波インバータ回路の切替方式に係
るブロツク図で、Ａはフルブリツジ回路方式として機能
させた場合のブロック図、Ｂはハーフブリツジ回路方式
として機能させた場合のブロック図

【図３】本発明の高周波インバータ回路の切替方式に係
る出力電圧波形図で、Ａはフルブリツジ回路方式として
機能させた場合の加熱コイルにかかる電圧波形図、Ｂは
ハーフブリツジ回路方式として機能させた場合の加熱コ
イルにかかる電圧波形図

【図４】加熱コイルと鍋との等価回路図で、Ａは加熱コ
イルに調理鍋を載せた状態（加熱コイルと鍋が磁気結合
している状態）での等価回路、ＢはＡの等価回路を一次
側からみた等価回路に変換した図

【図５】従来の電磁誘導加熱調理器に係るブロツク図

【図６】先願技術の電磁誘導加熱調理器に係るブロツク
図

【符号の説明】

１ 商用交流電源 ２ 整流回路 ３ 平滑チヨーク ４ 平滑コンデンサ ５ａ〜５ｄ トランジスタ ６ａ〜６ｄ ダイオード ７ インバータ駆動回路 ８ 鍋材質判別回路 ９ 切替手段 １０ 制御回路 １１ 加熱コイル １２ 共振コンデンサ １３，１４ 電流変成器 １５ 出力設定ボリウム １６ 高周波インバータ回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用交流電源を整流回路を通して直流に
   変換し、さらに高周波インバータ回路にて高周波電流に
   変換してこれを加熱コイルに流し、加熱コイルから発生
   する高周波交番磁界を加熱コイル上に置かれた調理鍋に
   加えることにより、調理鍋に渦電流を発生させて加熱す
   る電磁誘導加熱調理器において、 調理鍋が磁性鍋、非磁性鍋のいずれであるかを判別する
   鍋材質判別回路が設けられ、 前記高周波インバータ回路は、ハーフブリツジ回路とし
   ても機能するフルブリツジ回路を有し、 前記鍋材質判別回路の判別結果に応じて、高周波インバ
   ータ回路の回路方式を、フルブリツジ回路方式とハーフ
   ブリツジ回路方式とに切替える切替手段が設けられたこ
   とを特徴とする電磁誘導加熱調理器。