JP6441296B2 - 誘導加熱用スイッチ回路付き容器を使用した誘導加熱システム - Google Patents

Description

関連出願に対する相互参照
本願は、誘導加熱用スイッチ回路付き容器と渦電流温度計の温度制御を使用した誘導加熱システムという名称で２０１１年７月１４日に出願され、出願番号が第６１／５７２，２６５号である仮出願、および同一の名称で２０１２年６月２８日に出願され、出願番号が第６１／６９０，５１１号である第２の仮出願であって、参照によってそれらの全内容が本書に組み込まれた２つの仮出願に対する利益を請求する。

発明の背景
発明の分野
本発明は、広く、自身の各部分毎の磁気誘導ジュール加熱を区別させるように設計された、食物加熱鍋のような改良された誘導加熱可能物品に関する。より具体的には、本発明は、そのような物品、その物品を使用した誘導加熱アセンブリ、および対応する方法に関する。誘導加熱可能物品は、合成樹脂材料で形成され、その物品のそれぞれ異なる部分にそれぞれ隣接した複数のゾーンを有する１つ以上のサセプタコイルを含み、そのサセプタコイルは、加えられた交番誘導磁界の影響下でそれぞれ異なる部分にそれぞれ異なるレベルのジュール加熱をすることができるのが好ましい。本発明の別の１形態では、誘導加熱される高エネルギ効率の食物加熱／加温テーブルは、ユーザに選定された温度レベルで個別に区別して加熱することができる様々なサイズの鍋を備える。

先行技術の説明
従来、容器および鍋は、容器または鍋の内容物を所望の温度レベルに維持するために、所望の温度に能動的に維持された表面の壁を備えていた。例えば、通常、コーヒーを入れるための水タンクは、直立した円筒状のステンレススチールのタンク壁の周囲に巻き付けられた抵抗加熱素子を使用し、さらに、タンクの底壁に隣接した同様の素子を有する。抵抗素子を通って流れる電流は、素子を加熱し、タンクの外壁に取り付けられた、または水の中に配置された熱センサを使用した温度フィードバックによって温度調節する。

さらに、食物サービスアプリケーション用のスチーム容器の中で使用された、ステンレススチールまたはポリマ構造の食物鍋は、その中で食物を所望の安全な温度に維持するために、その全ての４つの側面および底面が蒸気によって加熱される。スチーム発生器システムの容器は、容器の中の１つ以上の温度センサからの温度フィードバックによって調節されても良い。蒸気は、全ての鍋表面に接触し、その表面エリアの温度の関数としてその表面で凝縮するので、スチーム容器は、その容器の中で鍋の全ての表面をほとんど同じ温度に維持することができる。要するに、スチーム加熱では、鍋のそれぞれ個別の表面エリアは、スチーム熱源へのフィードバック用のそれ自身の熱センサとして作用する。

しかしながら、従来のスチームテーブルには、多数の欠点があった。まず、これらの器具は、加熱蒸気を創出しかつ維持するために相当なエネルギ入力を必要とする。スチームテーブルが発生させた熱および湿度を打ち消すために、スチームテーブルを収容した建物のＨＶＡＣシステムを動作させなければならないという事実のために、このエネルギの非効率状態は、一段と悪化する。さらに、温水／熱湯を含むスチームテーブルは、出される食物を次々に汚染することができる有害な微生物で汚染されているかもしれない。

複数の表面壁の誘導電流によって加熱される容器または鍋も同様に、先行技術の中で公知である。例えば、米国特許第５，９５４，９８４号には、巻き付けられたコイル加熱素子を使用し、ワークコイルを使用した誘導加熱によるコイル素子のジュール加熱によって加熱される容器が開示されている。インピーダンス検出能力を備えた誘導ヒータを使用して、それ自体が関連した温度スイッチの状態の関数である負荷（即ち容器）のインピーダンスに応じて磁界のオンオフを引き起こす。さらに、米国特許第６，５０４，１３５号には、コイル素子が第‘９８４号特許に記載された誘導加熱システムに相互作用できるようにする、温度スイッチのような開閉可能な素子を備えた誘導加熱可能なコイル加熱素子が記載されている。

イリノイ州シカゴのクックテクインダクションシステムズ社（CookTek Induction Systems, LLC）は、ステンレススチール鍋が誘導加熱される無水の食物加熱／加温テーブルシステム（「シンアクア（SinAqua）」システムと呼ばれる）を商品化した。しかしながら、ステンレススチールの食物保持鍋のそれぞれ異なる部分を区別して加熱する手段はない、即ち、適切に配置された誘導ワークコイルによって、鍋全体が加熱される。

米国特許公開第２０１１／００９０９３７号には、導電性部材を交番磁界で査問し、次に、その部材に渦電流が引き起こされた結果生じる特性時定数を確認する装置の使用を通じて、小さなディスクなどのような導電性部材の温度を遠隔測定することができる構造が記載されている。

このように、鍋の誘導加熱が公知であるのに対して、多数の問題が残存している。最も重要なのは、以前の誘導加熱システムが、鍋または容器の各部分を、それぞれ異なる温度にまたはそれぞれ異なる時間の間、区別して加熱するための効果的な手段を与えなかったことである。特に、これは、それぞれ異なる種類の食物を保持する、それぞれ異なるサイズのそれぞれ異なる鍋を有する食物加熱／加温テーブルシステムに関する場合である。最適には、そのような鍋は、例えば、鍋の底壁を通る一次的な加熱で個別に加熱されると同時に、さらに鍋の側面および端面の周囲に二次的な加熱が与えられるべきである。

発明の要旨
本発明は、上述の問題を解消し、交番誘導磁界の影響下で区別してジュール加熱することができる誘導加熱可能物品を提供する。概して言えば、その物品は、合成樹脂材料で形成されかつ底および底から上向きに延びる側壁構造体を有するボディを含む。そのボディには、少なくとも１つの誘導加熱可能なサセプタコイルが固定され、加えられた交番磁界の影響下でそのコイルの内部にジュール加熱を発生させ、それによってそのボディを加熱するように動作可能である。重要なのは、サセプタコイルが、そのボディのそれぞれ異なる部分にそれぞれ隣接した複数のゾーンを有し、加えられた交番磁界の影響下でそのボディのそれぞれ異なる部分にそれぞれ異なるレベルのジュール加熱をすることができることである。好ましい形態では、そのボディは、底壁および前述の底壁から上向きに延びる側壁構造体を有する食物加熱鍋であり、底壁および側壁構造体の内側表面は、共同で食物保持キャビティを定義する。

特徴的なのは、サセプタコイルゾーンが、それぞれ、交番磁界の影響下でその中にジュール加熱を発生させるように動作可能な複数の導電性パターン配線を有することである。それぞれ異なるゾーンのパターン配線は、パターン配線の中に単位時間当たりそれぞれ異なる強度のジュール加熱誘導エネルギを発生させることによって、および／またはその中にそれぞれ異なる時間の間ジュール加熱を発生させることによって、それぞれ異なるレベルのジュール加熱をするように動作可能である。例えば、サセプタコイルのゾーンの内の１つのパターン配線は、そのゾーンの内の別の１つのパターン配線とは異なる横断面積を有し、それによって、その１つのゾーンのパターン配線は、その別の１つのゾーンのパターン配線とは単位時間当たりそれぞれ異なる強度のジュール加熱誘導エネルギを発生させても良い。即ち、その１つのサセプタコイルゾーンのパターン配線は、その別の１つのサセプタコイルゾーンのパターン配線と比較して、より大きな幅および／または高さを有しても良い。ジュール加熱ゾーンを区別して創出する別の方法は、所定の電気抵抗率を有する導電性材料を使用して、そのゾーンの内の１つのパターン配線を製造するのに対して、その他の１つ以上のゾーンは、その１つのゾーンとは異なる電気抵抗率を有する材料を使用して製造されることを含む。この方法では、その１つのゾーンのパターン配線は、その他の１つ以上のゾーンのパターン配線とは単位時間当たりそれぞれ異なる強度のジュール加熱誘導エネルギを発生させる。

好ましい形態では、少なくとも１つの選択的に動作可能な温度スイッチが、サセプタコイルに結合され、ゾーンの内の１つでジュール加熱を発生させる時間を、ゾーンの内の別の１つでジュール加熱を発生させる時間と比較して変更するように動作可能である。例えば、サセプタコイルが所定温度に達した場合には、温度スイッチは、動作可能であっても良い。もちろん、そのような温度スイッチを複数使用しても良い。

本発明に記載の食物加熱鍋は、従来のポリスルホン材料で形成され、その時の鍋ボディの内部には、１つ以上のサセプタコイルが埋め込まれた状態であるのが好ましい。例えば、鍋の底壁の内部およびその鍋の側壁構造体の中に、それぞれ異なるサセプタコイルゾーンを各々埋め込むことができる。フェールセーフの鍋を提供するためには、サセプタコイルに接触して適切に作用する温度ヒューズを含み、ヒューズが予め選定された遮断温度を感知した場合に、サセプタコイルのジュール加熱を終了させるように溶断可能であるのが好ましい。

本発明の誘導加熱可能物品の温度制御は、参照によって両者の全内容が本書に組み込まれた米国特許第６，５０４，１３５号および第５，９５４，９８４号に記載のような公知のインピーダンス検出技術によって提供されるかもしれない。さらに、温度制御は、同様に参照によってその全内容が本書に組み込まれた米国特許公開第２０１１／００９０９３７号に記載されたタイプの改良された渦電流温度計の使用を通じて達成されるかもしれない。後者の場合には、物品のサセプタコイルは、磁界送信コイルおよび磁界受信コイルアセンブリを含む渦電流温度計システムに電磁的に結合された適切なサイズの金属の導体を備える。

本発明に記載の誘導加熱アセンブリは、交番誘導磁界を創出するように動作可能な単一の実質的に平坦な誘導加熱ワークコイルを、物品の加熱用のワークコイルの上に配置される平坦でない誘導加熱可能物品と共に含み、その物品は、ワークコイルの平面内にないまたはその平面に平行でない物品表面を含む。次に、その物品は、上述されたタイプの加熱可能合成材料で形成されたボディを有すると共に、物品の区別された加熱用のワークコイルに磁気的に結合する少なくとも１つのサセプタコイルを有する。

本発明の別の１形態では、間隔を開けて所定アレイに配置されかつ独立して動作可能であり、それぞれが独立して交番磁界を創出するように動作可能な複数の誘導ワークコイルを支持するベースを含むモジュール式食物加熱システムが提供される。さらに、システム全体は、複数の合成樹脂の食物保持用の誘導加熱可能鍋を有し、その鍋のそれぞれは、その鍋およびその鍋の中に保持された食物の誘導加熱用のベースの上に配置可能である。それぞれの鍋は、前述のタイプであり、そのアレイの中の所定数量のワークコイルに重なるサイズであり、所定数量の誘導加熱可能なサセプタコイルを含み、鍋が前述のベースの上に配置された場合には、それぞれのサセプタコイルが、ワークコイルの内の対応する１つに重なるような位置に置かれる。それぞれのサセプタコイルは、対応するワークコイルによって創出された交番磁界の影響下でサセプタコイルの内部にジュール加熱を発生させ、それによって関連した鍋およびその中の食物を加熱するように動作可能である。さらに、それぞれのワークコイルを選択的にかつ独立して動作させるため、好ましくは、インピーダンス負荷検出および／または渦電流温度計という方法を使用して、それぞれの食物保持鍋（またはサセプタコイルによって覆われた食物保持鍋の一部）の温度を独立して制御するための装置が設けられる。特徴的なのは、それぞれの鍋（または複数のサセプタコイルを有する鍋の、関連したサセプタコイルによって覆われたそれぞれの部分）用のそのような個別の温度制御をさせるユーザ入力インターフェースが設けられることである。

さらに、本発明は、底壁および底壁から上向きに延びる側壁構造体を有する誘導加熱可能物品を、実質的に平坦な誘導加熱ワークコイルの上に前述の物品の底壁を置くことによって加熱する方法を含む。次に、ワークコイルには、交番磁界を創出するために、その物品の内部に発生したジュール加熱による前述の物品の加熱に役立つエネルギが与えられると共に、ワークコイルは、物品の１つの部分が物品の別の１つの部分よりも強くジュール加熱されるように、物品のそれぞれ異なる部分で物品の前述のジュール加熱の程度を変化させる。同様に、その物品は、鍋のそれぞれ異なる部分にそれぞれ異なるレベルのジュール加熱をするゾーン分けされたサセプタコイルを備えた上述のタイプの食物加熱鍋であるのが好ましい。

さらに、本発明は、誘導加熱可能物品を提供し、その物品は、合成樹脂材料で形成されかつ底および底から上向きに延びる側壁構造体を有するボディを有する。そのボディには、少なくとも１つの誘導加熱可能なサセプタコイルが固定され、交番磁界の影響下でそのコイルの内部にジュール加熱を発生させ、それによってそのボディを加熱するように動作可能である。薄い金属のディスクのような金属の渦電流温度計のセンサは、サセプタコイルに動作可能に結合され、前述の特許公開に記載されたタイプの渦電流温度計と電磁的に結合されても良い。

同様に、サセプタコイルは、全て上述のように、そのボディのそれぞれ異なる部分にそれぞれ隣接した複数のゾーンを有し、加えられた交番磁界の影響下でそのボディのそれぞれ異なる部分にそれぞれ異なるレベルのジュール加熱をすることができる。

図面の簡単な説明
図１は、それぞれ異なるサイズの食物保持鍋が誘導加熱ワークコイルのアレイの上方に位置した状態を示す、本発明に記載の食物加温テーブルの平面図である。 図２は、各ワークコイルおよびワークコイルのための関連した電子制御機器を模式的に示す、図１に示されたテーブルの下面図である。 図３は、複数のゾーンから成る誘導加熱可能なサセプタコイルを備えた、部分垂直断面での本発明に記載の誘導加熱可能な食物鍋の斜視図である。 図４は、図３に示されたタイプの合成樹脂の食物保持鍋に装着するように設計された、複数のゾーンから成るサセプタコイルの平面図である。 図５は、図４に示されたコイルの一部を形成する導電性の各パターン配線の間の高さの差を示す模式的断面図である。 図６は、別の複数のゾーンから成るサセプタコイルの一部を示す部分拡大図であり、ゾーンの内の３つの導電性パターン配線の間の幅の差を示す。 図７は、２つの隣接したサセプタコイルで構成された、複数のゾーンから成る別のサセプタコイルアセンブリの平面図である。 図８は、図１および２に示されたテーブルの一部を形成する制御装置を示す模式図であり、電子機器およびマスタのデジタルプロセッサを動作させる各ワークコイルの相互接続を示す。

好ましい実施形態の詳細な説明
まず図３を参照すると、本発明に記載の食物保持鍋１０が示されている。鍋１０は、商用食品産業の中で一般に使用される４分の１サイズの鍋の標準的な形状および寸法を有し、底壁１２ならびに対向する側壁１６と対向する端壁１８とを含む側壁構造体１４を有する。壁１２、１６、および１８の内側表面は、共同で食物保持キャビティ２０を定義する。鍋１０の上側エッジには、外側に延びた連続的な周辺の縁２２が設けられる。さらに、鍋１０は、複数のゾーンから成る埋め込まれたサセプタコイル２４を備え、そのサセプタコイルは、合成樹脂（例えば、マイラー（Mylar）(R)またはカプトン（Kapton）(R)）のベースシート２６を含み、そのベースシートは、シート２６の外側の面に装着されかつ全体が符号２８によって示された一連の導電性パターン配線を有する。さらに、端壁１８のコイル２４の一部は、記載された目的にとって重要な金属の温度検出ディスク３０を有する。

鍋１０は、適切な合成樹脂材料、典型的にはポリスルホン材料で形成される。図３に示された一実施形態では、鍋１０は、内側シェル３２および外側シェル３４で構成され、内側シェルは、接着または他の方法で内側シェルの外側表面に付けられたサセプタコイル２４のベースシートを備え、外側シェルは、完成した鍋１０を形成するために内側シェル３２に結合する。それによって、もちろん、サセプタコイル２４およびディスク３０は、鍋１０の構造体の内部に効果的に埋め込まれ、内側および外側シェル３２、３４の間に挟まれる。図３の構造では、まず内側シェル３２がモールドされ、その外側表面にシート２６が付けられる。次に、一体構造を創出するために、内側シェル３２に外側シェル３４がオーバーモールドされ、一体設計を創出するために、コイル２４およびディスク３０がその中に埋め込まれる。外側シェルのオーバーモールド材料は、内側シェル３２に使用されるのと同じポリマを使用して形成されても良く、または、その代わりに断熱性を強化した、ブロー成形されるプラスチック材料でも良い。

あるいは、内側および外側シェル３２、３４は、サセプタコイル２４およびディスク３０を収容するのに十分なスペースをそれらの間に設けるように、別々にモールドされても良い。次に、後者の構成要素は、内側シェル３２に付けられ、内側および外側シェルは、超音波溶接または接着剤のようなあらゆる公知の手段によって相互接続される。通常、内側および外側シェルの間の残りのオープンスペースは、高温発泡断熱材、例えばポリウレタンまたはシリコーンで満たされる。発泡断熱材は、鍋１０が防水処理されて食器洗い機で洗えるように、加圧下でシェル３２、３４の間のフリースペースの中に注入されることが可能なクローズドセルタイプであるのが好ましい。説明したように、図示された鍋１０は、４分の１サイズの鍋である。さらに、ハーフサイズの鍋１０ａおよびフルサイズの鍋１０ｂ（図１）のような他の鍋のサイズおよび形状、または、さらに言えばあらゆる所望の鍋の形状またはサイズを設けることができる。本発明の好ましい鍋は、以下に詳細に記載されるような１つ以上のサセプタコイルを備える。

第１の実施形態（図４）−各パターン配線の厚さ、単一の温度スイッチ、および薄いディスク状の渦電流温度計のセンサによって、調節可能なワット密度のジュール加熱をする複数のジュール加熱ゾーンを有するサセプタコイル
図４のサセプタコイル２４は、薄い合成樹脂のベースシート２６を含み、そのベースシートは、その上側の面の上に印刷されたパターン配線２８を有する。図示された一実施形態では、パターン配線２８は、連続的であり、銅で形成されるが、電気的に、銀またはカーボンインクのような他の導電性材料が使用されても良い。この一実施形態は、コイル２４とさらには鍋１０の所望の調節可能なワット密度のジュール加熱をするために、主としてパターン配線の厚さにおける変化に依存する。

図４を詳細に参照すると、コイル２４は、装着時に鍋１０の底壁１２に隣接した中心ゾーン３６と、ゾーン３６を取り囲み、装着時に底壁１２および側壁構造体１４の間のエッジまたは境界に隣接した周辺ゾーン３８と、周辺ゾーン３８から間隔を開けて配置され、装着時に鍋の端壁１８に隣接した対向する端壁ゾーン４０および４１と、周辺ゾーン３８から外側に延び、装着時に鍋の側壁１６に隣接した対向する側壁ゾーン４２および４３と、を有する。

ゾーン３６のパターン配線４４は、幅０．１インチ（２．５４ｍｍ）および厚さ０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）である。パターン配線４４は、ゾーン３６の中心の近くの接点４６で始まり、右側から左側まで延び、次に上方向に、そして右方向に曲がり、わずかな間隔を開けて配置されかつ接点５０で終了する、多重化された１群の矩形パターン配線４８を形成する。接点５０では、パターン配線４４は、ゾーン３８のパターン配線５２に相互接続し、パターン配線５２は、パターン配線４４と同じ幅を有するが、パターン配線４４の２倍の厚さを有する、即ち、パターン配線５２は、幅０．１インチ（２．５４ｍｍ）および厚さ０．００２インチ（０．０５０８ｍｍ）である。そのような追加の厚さは、これらのパターン配線の重ね刷りによって形成される。周辺ゾーン３８は、多重化された１群の４つの矩形パターン配線５３を設け、接点５４で終了する。

外側に延びかつ電気的に相互接続されたゾーン４０〜４３は、それぞれ同じ基本的なパターン配線の設計を有し、ゾーン３６のパターン配線４４と同じ寸法を有するパターン配線を使用し、一連の相互接続された各蛇行セクションとして形成される。

詳細には、パターン配線５２は、ゾーン４２のパターン配線５６に接点５４で相互接続し、外側に延びた接続レッグ５８と、隣接しかつ並置され、接点６２で終了する一連の蛇行セクション６０を含む。パターン配線５２は、接点６８で終了する一連の蛇行セクション６６を形成するために、ゾーン４０のパターン配線６４に接点６２で相互接続する。パターン配線６４は、接点７４で終了する蛇行セクション７２を形成するために、ゾーン４３のパターン配線７０に接点６８で相互接続する。最後に、パターン配線７０は、蛇行セクション７８を形成しかつコイル終端の接点８０で終了するゾーン４１のパターン配線７６に接点７４で相互接続する。

コイル２４の加熱パスを終了させ、それによって、引き起こされた循環電流がコイルを通過できるようにするために、接点４６および８０の間が電気的に接続されなければならない。この接続は、パターン配線４４、５６、６４、７０、および７６と同じ寸法を有し、同じ材料で形成された個別の配線８２を介するが、接点４６および８０以外の全てのパターン配線４４、５２、５６、６４、７０、および７６から電気的に絶縁されるのが好ましい。

配線８２の中に温度スイッチ８４および温度ヒューズ８６が設けられる。好ましい温度スイッチ８４は、ポーティジエレクトリカルプロダクツインク（Portage Electrical Products, Inc.）によって商品化されたモデルＢサーモスタット／サーマルプロテクタのような、少なくとも１００，０００サイクルの高接触回数を可能にするシャント付きバイメタル構造を有するクリープ動作型バイメタルスイッチである。もちろん、電子スイッチを含む他のタイプのスイッチは、この状況で使用されても良い。しかしながら、モデルＢスイッチは、スイッチの接点が開く温度がスイッチの接点が閉じる温度の数℃以内であるような低ヒステリシスを有する。この設計では、スイッチ８４は、２１２°Ｆ（１００℃）で開く上昇時オープン型スイッチである。図示されるように、スイッチ８４のボディは、ゾーン３６の複数のパターン配線に熱的接触する位置に置かれる。

温度ヒューズ８６（サーマルカットアウトとも呼ばれる）は、配線８２の導電パスに沿って設けられ、キャンサームコーポレーション（Cantherm Corporation）によって商品化されたモデルＤＦ２６０Ｓサーマルカットアウトであるのが好ましい。ヒューズ８６は、その温度が所定のレベルを超えた場合に永続的に開くように設計されている。この設計では、ヒューズ８６は、サセプタコイル２４（とさらには鍋１０の底）のこの部分が、ヒューズ（この場合２６０°Ｆ（１２６．７℃））の温度リミットを超えた場合に、ヒューズがコイル２４のさらなるジュール加熱を防ぐために永続的に開くように装着され、ゾーン３６の複数のパターン配線に良好に熱的接触する。

ディスク３０は、０．０８０インチ（２．０３２ｍｍ）の厚さの純粋な銅シートで作製され、１インチ（２５．４ｍｍ）の直径を有するのが好ましい。ディスクは、ゾーン４０および４１のパターン配線６４および７６から電気的に絶縁されるが、それらのパターン配線に直接熱的接触する。ディスクは、前述の特許公開第２０１１／００９０９３７号に記載された、改良された渦電流温度計を使用する、取捨選択可能な検出アセンブリの一部である。

ゾーン３６、３８、および４０のパターン配線４４、５２、および６４の間の厚さにおける変化は、図５に示される。即ち、パターン配線の全ての幅は、同一であるが、パターン配線５２は、パターン配線４４および６４の２倍の厚さを有する。従って、パターン配線５２の単位長さ当たりの電気抵抗は、パターン配線４４および６４の２倍である。

動作
図１および８に示されるように、サセプタコイル２４を備えた鍋１０が、誘導ヒータ８９の誘導ワークコイル８８の上に置かれ、交番磁界を創出するのに適したエネルギがワークコイル８８に与えられた場合に、コイル２４とさらには鍋１０が加熱される。誘導ヒータ８９は、ワークコイル８８に加えて、インバータ回路８９ａおよびマイクロプロセッサ８９ｂを含む。

コイル２４および鍋１０の加熱は、２つのメカニズムを用いる。第１の一次的メカニズムは、コイル２４のフルパスに沿って流れかつゾーン３６〜４３の全てに等しい電流を供給する、引き起こされた循環電流に起因するジュール加熱である。第２のメカニズムは、コイル２４のパターン配線の内部に形成された渦電流から発生する二次的ジュール加熱である。しかしながら、これらの渦電流は、ワークコイルの直接上方にあるゾーン３６のパターン配線エリア、即ち、磁束がパターン配線エリアに直接貫通する場所の実質的に内部のみに形成される。ワークコイルの上にゾーン３８のパターン配線５２の内のいくつかが直接あるように、鍋１０がワークコイルに対してオフセットした関係に置かれた場合でも、パターン配線５２の配置の結果として、ゾーン３６のパターン配線４４と比較して実質的により少ないその渦電流加熱が得られる。

鍋１０のこの誘導加熱中に、ゾーン３６および４０〜４３は、循環電流を介して同じ程度に、即ち、これらのゾーンのそれぞれの内部に引き起こされた循環電流に伴うジュール加熱誘導エネルギの割合が同じである程度にジュール加熱される。しかしながら、ゾーン３８は、ゾーン３６および４０〜４３よりも５０％少ない割合で引き起こされた循環電流を介してジュール加熱される。これは、他のパターン配線４４、５６、６４、７０、および７６と比較してゾーン３８のパターン配線５２の高さが区別されるために生じる。従って、鍋１０は、パターン配線に隣接したその対応する部分毎に区別して加熱される。

鍋１０の正常な誘導加熱中の温度制御は、ディスク３０の存在、および特許公開第２０１１／００９０９３７号に記載されたタイプの渦電流温度計の対応する使用によって与えられる。概して、ディスク３０は、渦電流温度計のリーダの磁界送信コイルによって生み出された交番磁界にさらされる。この磁界は、ディスクの温度とさらにはコイル２４の上の対応する位置の温度を測定するために検出されて解読される渦電流をディスク３０の内部に引き起こす。渦電流温度計のリーダは、温度計のリーダがディスク３０から測定する温度が、ワークコイル８８の出力を制御するためにフィードバック情報として使用されるように、ワークコイル８８のドライバ構成要素に電子通信し、次に、予め選定された温度範囲内にコイル２４および鍋１０の温度を制御する手段を与える。好ましい渦電流温度計およびその動作の詳細は、図１〜２に示された食物加温テーブルの動作に関連付けて以下に記載される。

鍋１０が加熱され、（渦電流の温度制御の不備のためまたは他のある理由で）スイッチ８４の所定の動作温度に達すると共に、スイッチが開き、それによってコイル２４の内部の循環電流のさらなる通過を防ぐ。さらに、誘導ヒータは、そのワークコイルに交番磁界の連続的生成を止めさせる「無負荷」状態を検出する。従って、鍋１０のさらなるジュール加熱は生じない。その後、鍋１０が冷えると共に、再びコイル２４のジュール加熱を可能にするために、再度スイッチ８４が閉じる。この時点で、鍋１０の温度制御は、ディスク３０の存在、および特許公開第２０１１／００９０９３７号に記載されたタイプの渦電流温度計の対応する使用によって、再び与えられる。スイッチ８４のこの開閉動作が継続し、それによって鍋の温度がスイッチ８４の動作温度を超えるのを効果的に防いでも良い。

ヒューズ８６は、スイッチ８４の動作温度よりも著しく高い不適当な高温の事象が、コイル２４および鍋１０によって感知される、さらなるバックアップメカニズムを与える。この場合、ヒューズは、コイル２４の内部の循環電流のさらなる通過を終了させるように動作し、鍋１０は、ヒューズ８６が交換されるまで、抑制された誘導加熱が動作できないようにされる。通常、鍋１０は、ヒューズ８６の動作時には廃棄されるであろう。

スイッチ８４が開いたまたはヒューズ８６が動作した後に、ワークコイル８８が動作し続けた場合には、底のゾーン３６、および周辺ゾーン３８のより狭い範囲は、引き起こされた渦電流によるかなりの加熱を今まで通り受けるであろう。しかしながら、米国特許第６，５０４，１３５号に記載されるように、ワークコイル８８に関連した負荷検出システムが、磁界の周期的なテストパルスを除いてワークコイルをシャットダウンするので、実際には、そのような渦電流加熱は、無視できる。

具体的には、前述のインバータ回路８９ａは、一次的コイルであるワークコイル８８に対して二次的検出コイルを含む共振回路、および二次的検出コイルに結合された検出回路を有する（図示されないが、特許第６，５０４，１３５号の図１８に示される）。これは、従来通りに誘導ヒータを備えた「無負荷検知器」を与える。インバータ回路８９ａの検出コイルは、コイル２４が共振回路に対して示す外部負荷のインピーダンスを検出するように動作可能であり、そのようなインピーダンスに関する適切なフィードバックパラメータを測定できるようにする。実際には、共振回路の電流の振幅Ｉｒｃは、加熱動作中にインバータ回路８９ａの一部を形成する検出回路の中に引き起こされた電流の振幅を測定することによって決定される。スイッチ８４が開いた場合には、ワークコイル８８を通る電流は、遮断される。その後、ワークコイル８８を通る電流を再開させるためにスイッチ８４が閉じたことを検出するために、ワークコイル８８には、交番磁界のテストパルスを周期的に創出するエネルギだけが与えられる。

第２の実施形態（図６）−各パターン配線の幅および複数の温度スイッチによって、調節可能なワット密度のジュール加熱をする複数のジュール加熱ゾーンを有するサセプタコイル
図６は、同様に、図３に示されたタイプの４分の１サイズの鍋に使用するように意図された別のサセプタコイル９０を示す。同様に、コイル９０は、薄い合成樹脂の裏当てシート９２、およびその上に形成されかつ全体が符号９４によって示された一連のパターン配線を有する。コイル２４の場合には、コイル９０は、それぞれ異なるジュール加熱特性を有する一連のゾーン、即ち、鍋１０の底壁１２への装着用の底ゾーン９６と、鍋１０の底壁１２および側壁構造体１４の間のエッジまたは境界に隣接した位置への装着用の、ゾーン９６を取り囲む周辺ゾーン９８と、鍋１０の端壁１８への装着用の、外側に延びかつ対向する端壁ゾーン１００および１０２と、鍋１０の側壁１６への装着用の、外側に延びかつ対向する側壁ゾーン１０４、１０６と、を有する。

より詳細に説明すると、ゾーン９６は、幅０．１インチ（２．５４ｍｍ）および厚さ０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）のパターン配線１０８で構成される。パターン配線は、接点１１０で始まり、右側から左側まで延び、次に上方向に、そして右方向に曲がり、多重化された１群の矩形パターン配線１１２を形成する。パターン配線１０８は、パターン配線１０８が周辺ゾーン９８のパターン配線１１６に相互接続する接点１１４まで延びる。同様に、パターン配線１１６は、多重化された一連の矩形パターン配線１１８を形成し、接点１２０で終了する。留意すべきは、パターン配線１１６が、ゾーン９６のパターン配線１０８よりも狭い幅を有することである。従って、ゾーン９８を含むパターン配線の電気抵抗の合計は、コイル９０全体の電気抵抗の合計の少なくとも２０％である。さらに、パターン配線１０８と比較してパターン配線１１６の幅が狭いことは、以下に記載されるように、その誘導加熱中の鍋１０の底壁１２の加熱速度を等しくするのに役立つ。

ゾーン１０４のパターン配線１２２は、パターン配線１１６の終端に接点１２０で接続され、セグメント１２４、１２６、および１２８の各幅を有する。具体的には、最も幅が広いパターン配線セグメント１２４は、接点１２０から延び、蛇行した形状であり、中間のセグメント１２６に続き、中間のセグメントは、セグメント１２４と比較して幅がより狭く、同様に蛇行した形状である。最後に、最も幅が狭いセグメント１２８は、セグメント１２６から延び、接点１３０で終了する。ゾーン１００のパターン配線１３２は、パターン配線１２２に接点１３０で相互接続し、同様に各幅のセグメント、即ち、最も幅が広い蛇行セグメント１３４、セグメント１３４よりも幅が狭い中間のセグメント１３６、および最も幅が狭くかつ接点１４０で終了するセグメント１３８を有する。

ゾーン１０６のパターン配線１４２は、ゾーン１０４のパターン配線１２２の鏡像と同一であるので、パターン配線１４２が接点１４４で終了すること以外は記載する必要はない。同様に、端壁ゾーン１０２のパターン配線１４６は、反対側の端壁ゾーン１００のパターン配線１３２の鏡像と同一であるので、さらなる記載を必要としない。パターン配線１４６は、接点１４８で終了する。

コイル９０のための加熱パスを終了させるために、接点１１０から１４８まで配線１５０が延び、接点１１０、１４８以外の他の全てのパターン配線から電気的に絶縁される。配線１５０は、同様に、前述のモデルＢサーモスタット／サーマルプロテクタであるのが好ましい少なくとも１つの温度スイッチ１５２を含む。それらのパターン配線とさらには鍋１０の底壁表面が２１２°Ｆ（１００℃）に達した場合に、コイル９０の内部に引き起こされた循環電流を終了させるためにスイッチ１５２が開くように、スイッチ１５２のボディは、ゾーン９６のパターン配線１０８に熱的接触する位置にある。配線１５０は、同様に、上述のモデルＤＦ２６０Ｓであるのが好ましい温度ヒューズ１５４を含む。

接点１１４および１２０の間には、別の配線１５６が延び、接点１１４および１２０で接続される。前述のように、配線１５６は、コイル９４の接点１１４、１２０以外の他の全てのパターン配線から電気的に絶縁される。配線１５６は、同様に、記載されたモデルＢサーモスタット／サーマルプロテクタであるのが好ましい第２の温度スイッチ１５８を備える。しかしながら、この場合には、温度スイッチは、スイッチ１５２の開く温度が２１２°Ｆ（１００℃）であるのと比較して、１７５°Ｆ（７９．４℃）で開くように設計される。従って、スイッチ１５２は、閾値の高いスイッチであるのに対して、スイッチ１５８は、閾値の低いスイッチであると考えられても良い。

動作
コイル９０を備えた鍋の動作中には、鍋は、図１に見られるようにワークコイル８８の上に置かれ、コイル９０に結合するワークコイルには、交番誘導磁界を創出するためのエネルギが与えられる。ゾーン９６は、コイル９０の一次的エネルギ伝達領域であり、対応する誘導ワークコイル８８よりも大きいサイズである。ゾーン９６は、同様に、サセプタコイル９０およびワークコイル８８を有する二次的変圧器の主要部分として作用する。

ゾーン９８のパターン配線１１６は、底ゾーン９６のパターン配線１０８よりも狭い幅を有する。このように、ゾーン９８を構成するパターン配線の抵抗の合計は、サセプタコイル９０全体の抵抗の合計の少なくとも２０％である。さらに、パターン配線１０８と比較してパターン配線１１６の幅が狭いことは、別の目的、即ち、加熱中の鍋１０の底壁１２の加熱速度を等しくするのに役立つ。第１の実施形態の場合のように、鍋１０の底壁１２が、ワークコイル８８に対して適切な位置にあり、ワークコイルに磁気的に結合される場合には、２つのエネルギ伝達メカニズムが働いている。これらの２つのメカニズムの大きい方は、引き起こされかつコイル９０のフルパスに沿って移動する循環電流に起因するジュール加熱であり、その場合には、電流量は、コイル９０の中の全ての接点で一定である。第２のエネルギ伝達メカニズムは、コイル９０の各パターン配線で形成された渦電流に起因するジュール加熱である。これらの渦電流は、ワークコイル８８の上に直接置かれかつ磁束がパターン配線を直接貫通するパターン配線エリアの内部だけに形成される。ワークコイル８８は、コイル９０の底ゾーン９６よりも著しく小さいサイズなので、鍋１０がワークコイル８８の上に置かれた場合に、渦電流の大半は、ゾーン９６の中に生じるであろう。渦電流は、同じ材料の中で（即ち、ゾーン９６および９８が同じ導電性材料で優先的に形成される）、ワークコイル８８から生じる同じ交番磁界から生じるので、通常、ゾーン９６のパターン配線１０８は、引き起こされた渦電流によるジュール加熱にさらされる唯一のパターン配線になるであろう。しかしながら、ゾーン９８のパターン配線１１６の内のいくつかがコイル８８の真上にくるように、鍋１０がコイル８８に対してオフセットした関係に置かれる場合には、幅が相対的に狭いパターン配線１１６は、ゾーン９６のパターン配線１０８よりも実質的に少ない渦電流加熱を受けるであろう。ゾーン９６のより幅が広いパターン配線１０８が、２つのメカニズムのジュール加熱（引き起こされた循環電流および引き起こされた渦電流）を受けると共に、ゾーン９８のより幅が狭いパターン配線１１６が、ほとんど循環電流からのジュール加熱だけを受けると考えれば、ゾーン９６および９８のパターン配線の設計は、後者の誘導加熱中に鍋１０の底壁１２の全エリアにわたって受ける加熱速度を均一にする。即ち、ゾーン９８のより幅が狭いパターン配線１１６は、ゾーン９６のより幅が広いパターン配線１０８と比較して、単位長さ当たりより大きい電気抵抗を受ける。

側壁のゾーン１０４は、対向する側壁１６の内の一方の垂直表面を覆う、上方向に延びるコイル９０の一部であり、同様に、ゾーン１０６は、他方の側壁１６の垂直表面を覆う。ゾーン１０４および１０６は、変化する幅のパターン配線、即ちセグメント１２４〜１２８を有し、側壁１６の表面エリア全体の加熱速度を変化させるように設計される。ポリマ鍋の内側表面の熱伝導性は、不十分なので、ゾーン１０４および１０６のパターン配線１２２によって与えられる加熱速度は、対応するポリマ表面に存在するかもしれない可変冷却負荷に対応するために、底壁１２の近くでは相対的に高くかつ鍋１０の上側エッジで外側に延びる縁２２の近くでは低いのが好ましい。例えば、誘導加熱用のポリマ鍋１０の内部に食物が置かれ、食物鍋の内部の温度を安全なレベルよりも高い所望の温度に維持する場合には、通常、鍋の底（コイル９０のゾーン９６および９８によって覆われた）は、食物の少なくともある一部で覆われているであろう。しかしながら、ゾーン１０４および１０６によって覆われた側壁１６に接触する食物の量は、食物が消費のために取り除かれるかまたは維持のために追加されるので、加熱サイクルの間ずっと変化するかもしれない。従って、コイルゾーン１０４および１０６に隣接した側壁は、変化した冷却負荷を受けるであろう。平均的には、鍋１０の底壁１２に最も近い側壁１６の部分が、より多くの冷却負荷を受けるので、セグメント１２８を構成するパターン配線１１６の幅は、中間および上側のセグメント１２４および１２６のパターン配線と比較してより狭い。

鍋底から包まれかつ端壁１８に接触するコイルゾーン１００および１０２は、ゾーン１０４および１０６と比較して同様の方法で設計される、即ち、セグメント１３８のパターン配線は、中間および最も上側のセグメント１３６および１３４よりも幅が狭い。これは、端壁１８の同じタイプの区別された加熱を与える。

スイッチ１５２は、２１２°Ｆ（１００℃）で開くように設計された上昇時オープン型スイッチであり、スイッチが２１２°Ｆ（１００℃）よりも数度低い温度で再び閉じる低いヒステリシスを有する。従って、隣接した鍋表面が２１２°Ｆ（１００℃）を超えた場合には、スイッチ１５２は、結合された誘導加熱によるコイル９０の中のあらゆる循環電流の形成を防ぐために開くであろう。もちろん、コイル８８が磁界を生成し、ゾーン９６がワークコイル８８の真上にくる緊密に結合された位置に鍋が置かれた場合には、ゾーン９６、およびゾーン９８のより狭い範囲は、スイッチ１５２が開いても、引き起こされた渦電流加熱によるかなりの加熱を今まで通り受けるかもしれない。しかしながら、第１の実施形態に関して前述したように、誘導ヒータの負荷検出システムが、温度スイッチ１５２が開いた場合に生成される磁界のテストパルス以外のあらゆるものを防ぐので、そのような加熱は、無視できるであろう。以下、スイッチ１５２は、高閾値スイッチという。

導電性配線１５６は、２つの重要な機能を果たす。第１は、ユーザに選定された保持温度を可能にすることであり、第２は、スイッチ１５２および１５８によって開閉された１時間当たりの鍋動作の温度スイッチのサイクル数を減らすことによって、鍋の寿命を延ばすことである。具体的には、配線１５６は、スイッチ１５２に似ているが１７５°Ｆ（７９．４℃）の上昇時クローズ型スイッチ温度を有する温度スイッチ１５８を含む。このように、ゾーン９６の隣接したパターン配線１０８が１７５°Ｆ（７９．４℃）を超えた場合には、コイル９０の実効抵抗が少なくとも２０％低減されるように、スイッチ１５８が閉じるので、ゾーン９８をバイパスしてゾーン９６および１０４を電気的に接続させるであろう。コイル加熱素子の抵抗のこの急激な低減は、前述の負荷検出システムによって検出されることが可能である。従って、スイッチ１５８は、低閾値スイッチという。

温度スイッチ１５８が再び開くまで循環電流がパターン配線１１６を通過しないので、スイッチ１５８が閉じている間には、ゾーン９８のパターン配線１１６は、もはや循環電流によるジュール加熱を受けないであろう。さらに、鍋１０がワークコイル８８の上の中心に適切に配置された場合には、パターン配線１１６の内部での渦電流の形成によるジュール加熱は、生じないであろう。ゾーン９８のパターン配線１１６によって覆われた鍋底の表面エリアが小さいので、鍋１０の内部の食物は、実質的に均一な温度に維持されるであろう。

第３の実施形態（図７）−ハーフサイズの鍋用のダブルモジュールのサセプタコイル
図７は、図１に示された合成樹脂のハーフサイズの鍋１０ａに使用するように意図された、２つの構成要素の誘導加熱コイルアセンブリ１６０を示す。コイルアセンブリ１６０は、一体の合成樹脂の裏当てシート１６５の上に形成された、同一かつ鏡像対称の２つのコイル１６２および１６４で構成される。コイル１６２、１６４は、互いに電気的に絶縁され、所定のワークコイル８８に対して４分の１サイズの鍋用のコイルと同様に動作するように設計される。コイル１６２、１６４の性質は同一なので、コイル１６２だけが詳細に記載されるであろう。

具体的には、コイル１６２は、パターン配線１６８を有する一次的な底ゾーン１６６と、ゾーン１６６を取り囲みかつパターン配線１７２で構成された周辺ゾーン１７０とを含み、パターン配線１６８は、接点１７３で始まり、パターン配線１７２に接点１７４で接続する。前述の実施形態の場合には、パターン配線１６８および１７２は、多重化された各矩形を定義し、その時のパターン配線１７２は、パターン配線１６８よりも幅が狭い状態である。

さらに、コイル１６２は、ハーフサイズの鍋の対向する側壁の約２分の１の周りを上方向に包むように設計された、外側に延びかつ対向する１対のゾーン１７６および１７８を、鍋の端壁の内の一方の周りを上方向に包むように設計された端壁ゾーン１８０と共に含む。最後に、コイル１６２は、ゾーン１６６および１７０と共に鍋の底壁の約２分の１を覆う二次的底ゾーン１８２を含む。

ゾーン１７６、１７８は、幅広い外側のセグメント１８８、より狭い幅の中間のセグメント１９０、およびセグメント１９０よりも狭い幅の最も内側のセグメント１９２を有する、同一かつ互いに鏡像対称のパターン配線１８４および１８６を有する。ゾーン１８０は、最も幅広い最も外側のパターン配線セグメント１９６、より狭い幅の中間のパターン配線セグメント１９８、および最も狭い幅の最も内側のパターン配線セグメント２００を備えたパターン配線１９４を含む。二次的底ゾーン１８２は、一定の幅のパターン配線２０２を含む。図７に示されるように、パターン配線１８４、１８６、および１９４は、全て蛇行セクションとして設計される。

周辺ゾーン１７０のパターン配線１７２は、ゾーン１８２のパターン配線２０２に接点２０４で相互接続し、パターン配線２０２の反対側の端部は、ゾーン１７８のパターン配線１８６に接点２０６で相互接続する。ゾーン１７８のパターン配線１８６は、ゾーン１８０のパターン配線１９４に接点２０８で相互接続する。最後に、ゾーン１８０のパターン配線１９４は、ゾーン１７６のパターン配線１８４に相互接続し、そのようなパターン配線は、接点２１０で終了する。

接点１７３および２１０の間には、配線２１２が設けられ、接点以外の他の全てのパターン配線から電気的に絶縁される。配線２１２は、前の実施形態で前述したタイプの温度スイッチ２１４およびヒューズ２１６を含む。接点１７４および２０４の間には、電気的に絶縁された別の配線２１８が設けられ、温度スイッチ２２０を備える。スイッチ２１４は、高閾値スイッチであるのに対して、スイッチ２２０は、低閾値スイッチである。スイッチ２１４および２２０、ならびにヒューズ２１６は、図６の第２の実施形態に関して前述したように、同様に動作する。

好ましい形態では、コイル１６２および１６４は、それぞれ、個別の関連した誘導ヒータ８９に対して同様に、かつ図６の一実施形態のコイル９０と同様に作用する。従って、それらは、コイルモジュールになると共に、同一の誘導ヒータ８９のアレイを使用して、鍋１０、１０ａ、および１０ｂのようなそれぞれ異なる鍋の組み合わせを調節できるようにするように考慮されるかもしれない。

第４の実施形態（図１および２）−食物保持鍋を加熱するための同一の誘導ヒータのネットワークに接続されたアレイを使用した誘導加熱加温テーブル
図１および２は、デッキ２２６を支持する垂直レッグ２２４を有する食物加温または加熱テーブル２２２を示す。デッキ２２６は、凹部が形成され、デッキの上側表面よりも下方にガラスまたはセラミック材料で形成された非導電性の底壁２２８を有する。底壁２２８の下側には、それぞれワークコイル８８を有する合計８つの同一の誘導ヒータ８９が、そのワークコイルが露出した状態で固定される。８つのヒータ８９がデッキ２２６の長手方向に沿って２つ１組で配置されていることが分かるであろう。凹部が形成されたデッキは、図１の左側端部に示された１対の４分の１サイズの鍋１０、鍋１０に直接隣接したハーフサイズの鍋１０ａ、鍋１０ａに隣接したフルサイズの鍋１０ｂのような様々な食物保持鍋を保持するように設計される。前述のように、４分の１サイズの鍋１０のそれぞれは、単一のサセプタコイル２４を備えるのに対して、ハーフサイズの鍋１０ａは、同一のコイル１６２、１６４を有するコイルアセンブリ１６０を備える。フルサイズの鍋１０ｂは、それぞれコイル１６２、１６４を有する２つのコイルアセンブリ１６０に相当する物を有する。

図８は、１対の誘導ヒータ８９を模式的に示し、それらと中央のデジタルプロセッサまたは制御ユニット２３０との相互接続を示す。さらに、１つ以上の誘導ヒータに関連付けられた渦電流温度計２３２の内の１つが図示される。テーブル２２２に関しては、それぞれ制御ユニット２３０に動作可能に結合された、合計８つの誘導ヒータおよび少なくとも１つの渦電流温度計があることが認識されるであろう。示された一実施形態では、改良された渦電流温度計システムからの温度フィードバックを用いた温度調節方法を使用するそれぞれの誘導ヒータ８９は、鍋の平坦な薄いディスク３０を査問するために関連した磁界発生コイル２４２および磁界受信コイル２４８を有しなければならないが、単一の渦電流温度計２３２が、同じ波形発生器２４４および信号処理回路２５２で動作する複数の磁界発生コイル２４２および複数の磁界受信コイル２４８を有することもできる。複数の発生／受信コイルを備えたそのような多重の渦電流温度計は、各誘導ヒータ８９によって加熱された個別のコイルアセンブリにそれぞれ関連付けられた複数の平坦な薄いディスク３０から中央の制御ユニットに、温度情報を与えるかもしれない。

前述のように、それぞれの誘導ヒータ８９は、ワークコイル８８、ならびにインバータ回路８９ａおよびマイクロプロセッサ８９ｂを含む制御電子回路を有する。それぞれのヒータ８９のマイクロプロセッサ８９ｂは、制御ユニット２３０の一部を形成する通信マルチプレクサ２３４に動作可能に接続される。さらに、制御ユニットは、制御マイクロプロセッサ２３６、ディスプレイ２３８、およびユーザ入力２４０を含む。それぞれの渦電流温度計は、ディスクの温度を測定し、それによって、関連したコイル２４とさらには鍋またはその鍋の関連した部分の加熱を制御するために、コイル２４の１つ以上のディスク３０を周期的に査問するように設計される。それぞれの温度計２３２は、磁界査問２４６を創出するために波形発生器２４４によって駆動される磁界発生コイル２４２を含む。さらに、温度計２３２は、ディスク３０から磁界応答２５０を受信する磁界受信コイル２４８を含む。コイル２４８は、インターフェース２５４を有する信号処理回路２５２に結合される。最後に、回路２５２は、ユニット２３０の通信マルチプレクサ２３４に接続される。

それぞれの誘導ヒータ８９は、１つ以上の制御アルゴリズム、例えば、前述のインピーダンス検出温度制御システムを制御するためのアルゴリズム、および／またはインピーダンス検出温度制御および渦電流温度計２３２の連続的な閉ループフィードバック温度制御の組み合わせを使用したアルゴリズムを統括管理することができるマイクロプロセッサ８９ｂを使用する。第２に、それぞれの誘導ヒータ８９は、多数の個別のパワーレベルを出力する能力を有するのが好ましい、即ち、好ましい設計では、それぞれの誘導ヒータ８９は、０〜９に番号付けされた１０個の個別のパワーレベルに到達させるために、そのインバータ出力のデューティサイクルを使用する。パワーレベル０は、０％のデューティサイクル（６０サイクル当たりのインバータサイクル数）を有し、パワーレベル９は、９８％のデューティサイクルを有し、パワーレベル１〜８は、レベル０および９の間に等間隔に設定される。第３に、それぞれの誘導ヒータ８９は、前述のような、ならびに米国特許第６，５０４，１３５号および第５，９５４，９８４号に開示されるような、無負荷検出器を備える。最後に、それぞれの誘導ヒータ８９は、ユーザが個別のインバータ用に「高」、「中」、および「低」温度設定を少なくとも選択できるようにする、入力２４０のような外部ユーザインターフェースからの入力を受け取ることができるのが好ましい。以下で検討するインピーダンス変化制御アルゴリズムに記載のように、いくつかの鍋状態が検出された場合には、この入力は、最初のパワーレベルに影響するであろう。

個別の誘導ヒータ８９のための好ましい取捨選択可能な機能は、ヒータがマスタ／スレーブの関係で互いにリンクされる能力を含む。リンクされたマスタ／スレーブの低ワット数かつ低コストの誘導ヒータは、生成された結果生じる磁界が同相になるように、ゼロクロスで同期化されたそれらのインバータを有することができる。

もちろん、インピーダンス変化フィードバック制御に加えて、温度フィードバック制御用の渦電流温度計２３２が使用される場合には、ヒータ８９は、渦電流温度計のリーダ、即ち、磁界受信コイル２４８、信号処理回路２５２、およびインターフェース２５４を含まなければならない。それぞれの誘導ヒータ８９は、リーダの磁界発生コイルおよび磁界受信コイルが単に単一の容器に結合するように、それ自身の専用の渦電流温度計のリーダに電子的に一体化されることが可能である。あるいは、複数の誘導ヒータ８９に温度フィードバック情報を与えるために、単一の信号処理回路２５２および磁界発生コイル２４２、ならびに複数の関連した磁界発生コイル２４２および磁界受信コイル２４８を備えた多重（多チャンネル）の渦電流温度計が使用されても良い。

渦電流温度計２３２は、導電性部材（例えばディスク３０）の中に渦電流を引き起こすことによって、鍋のサセプタコイルの温度を測定する方法および装置を与え、そこでは、時間と共に実質的に直線的に変化する大きさ（即ち、実際の直線性の約±３０％以下）を有する磁界にディスクをさらすことによって、対応する渦電流の大きさが時間と共に指数関数的に変化するように、渦電流が引き起こされる。次に、指数関数的な電流量の変化の特性時定数が決定され、この特性時定数を使用して鍋のコイル温度が計算される。

好ましい形態では、コイル２４２は、ディスク３０の中の渦電流を引き起こすために三角波形の交流電流を使用して駆動され、受信コイルアセンブリの磁界受信コイル２４８、信号処理回路２５２、インターフェース２５４は、対応する渦電流が引き起こした磁界を検出するために設けられる。次に、受信コイルアセンブリの出力電圧は、特性時定数を決定するために使用される。受信コイル２４８は、電気的に直列接続だが互いに逆位相の、磁界送信コイルの両側に位置する１対の受信コイルを有するという特徴を有する。温度測定を容易にするために、導電性部材がない場合には、受信コイルアセンブリからの電圧出力がゼロになるように受信コイルが補正される。

あるいは、１つの渦電流温度計のリーダが、その波形発生器および信号処理回路がそのインターフェースを通って複数の誘導ヒータと通信するために作用するように、多チャンネルの送信／受信を有するように作製されるかもしれない。いずれの場合も、そのワークコイル８８の出力を制御し、さらには電磁的に結合された容器のサセプタコイルの温度を制御するために、それぞれの容器のサセプタコイルの上の、ディスク３０のような少なくとも１つの薄い導電性の構成要素の温度が、適切な誘導ヒータのマイクロプロセッサ８９ｂによって使用されるであろう。好ましい実施形態では、ユニットが、パワーレベル９（９８％は当番で循環します）にセットされた場合には、ワークコイル８８が発生させた、関連した鍋の方向へのほぼ全ての磁界の磁束が、サセプタコイルゾーンの長方形のループを通過するので、関連したモジュール式サセプタコイルには、それぞれの誘導ヒータ８９が１５０〜２５０ワットの間で結合することができる。

図２に最も良く見られるように、テーブル２２２のモジュール式設計の重要な利点は、誘導ヒータ８９の内のいずれか１つが、動作中に故障した場合には、安価なインバータ回路８９ａを簡単に低コストで置き換えることができることである。

動作
テーブル２２２の動作がユニット２３０を通して制御されることが直ぐに明らかになるであろう。ユーザ入力の所望の温度は、それぞれ個別の誘導ヒータ８９の動作のために変動し、その選定によって、関連したサセプタコイルとさらには鍋または鍋の一部のそれぞれを加熱するために、関連したワークコイル８８の動作が始まる。その加熱は、それぞれのヒータ８９のためのアルゴリズムによって、インピーダンス変化および／または渦電流温度計の温度制御を使用して制御される。

第２の実施形態のようなインピーダンス変化温度制御だけを使用するシステム用の誘導ヒータアルゴリズム説明書
第２の実施形態（図６）の誘導加熱可能なサセプタコイル９０の設計は、複数のコイルゾーン９６〜１０６、高および低閾値スイッチ１５２および１５８、ならびに温度ヒューズ１５４を使用する。従って、サセプタコイル９０と誘導ヒータ８９の内の１つのワークコイル８８との相互作用の結果として、ユーザに選定された複数のそれぞれ異なる温度で、またはその温度付近で温度制御用の論理的なアルゴリズムを実行するために、誘導ヒータのマイクロプロセッサ８９ｂを特定して使用することができる複数の個別の状態が得られる。以下の状態図（表１）は、これらの各状態を定義する。表２、３、および４には、本発明の記載されたモジュール式サセプタコイルを有するあらゆるサイズの鍋の温度を調節するために使用されるシンプルかつ典型的な制御アルゴリズムが記載されている。ユーザが入力２４０で「高」（表２）、「中」（表３）、または「低」（表４）を選択した場合には、ヒータ８９のマイクロプロセッサ８９ｂによって表２〜４のアルゴリズムが使用される。

表１：可能なシステム状態

表１の状態は、前述のように、関連した誘導ヒータ８９が１０個の個別のパワーレベルを有すると仮定した状態である。

表１で仮定したのは、誘導ヒータが、シンプルにするために０から９に番号付けされた１０個の個別のパワーレベルを有し、パワーレベル０は、０％のデューティサイクル（６０サイクル当たりのインバータサイクル数）を有し、パワーレベル９は、９８％のデューティサイクル有し、パワーレベル１〜８は、その間に等間隔に設定される。

「状態フラグ」は、インバータのパワーレベルをセットしたり、ひょっとすると状態フラグの値を変更したりするために誘導ヒータの負荷検出システムによって検出された負荷の現在値および／または負荷の変化と共に使用されるソフトウェアアルゴリズムの中でセットされる（デフォルトでは０）。以下のシンプルな論理ステップは、いくつかの現在の状況（現在の状態フラグの値、検出された負荷の値、および検出された負荷の変化）に基づいて、結合したアクション（状態フラグの設定およびパワーレベルの設定）が生じるものを定義するものである。一般に、「状態フラグ」の設定は、システム状態を反映する（表１を参照すること）。

１）使用された「最後のパワーレベル」、即ち、任意の係属中の結合したアクションの直前のパワーレベル、および２）使用された「第１の維持パワーレベル」、即ち、状態フラグが１と等しくなり、鍋の上の低温閾値スイッチがゾーン９８のコイル加熱素子を短絡させるために閉じたことを負荷検出システムが検出した時にセットされた最後のパワーレベルの、２つのソフトウェアメモリの値が絶えず更新される。

重要なのは、本発明の誘導ヒータが負荷閾値を使用した負荷検出システムを有し、その負荷閾値よりも低い負荷では、インバータがワークコイルの中で交流電流の（持続時間が数ミリ秒の）テストパルスだけを生成することを思い出すことである。低閾値よりも大きいが最大値よりも小さい重さの（容器からの）負荷が検出された場合だけは、誘導ヒータの共振回路が共振点の近くで動作する。従って、誘導ヒータのワークコイルの上にスチール鍋が置かれた場合には、負荷検出システムは、重さが範囲外の負荷を検出し、インバータ共振回路は、共振点からはるか遠く離れた周波数で振動するであろう。即ち、インバータは、スタンバイモード（状態０）に移行するであろう。

さらに、この一実施形態では、ユーザは、誘導ヒータの制御インターフェースの上で、「高」、「中」、または「低」のいずれかを選択することによって、鍋用の３つの個別の温度設定を選択しても良い。その設定によって、以下に記載されるような、表２（「高」温度設定用のアルゴリズム説明書）、表３（「中」温度設定用のアルゴリズム説明書）、および表４（「中」温度設定用のアルゴリズム説明書）の中のソフトウェアアルゴリズムが単に変更される。表２、３、および４に見られるように、高、中、および低用のアルゴリズムの主な相違点は、状態フラグが２と等しい場合のパワーレベルの変化と同様に、「第１の維持パワーレベル」のデフォルト値（高用の９、中用の７、低用の５）である。

もちろん、以下に記載されるこれらのシンプルなアルゴリズムを、例えば、誘導ヒータの内部のサイクルタイミングを用いた時間計算を使用することによって、より複雑にすることができる。誘導ヒータのマイクロプロセッサは、状態フラグが値２のままである間（最初に値１から２に変化した時から、値２から３に変化した時まで）に経過する６０（または５０）Ｈｚのサイクル数を測定することができる。この経過時間を使用することによって、「低負荷」状況が検出される（高い閾値スイッチが開く場合）ごとに低減されるべきパワーレベルの数と同様に、「第１の維持パワーレベル」の値を、より正確にセットすることができる。

表２：高パワー設定用の誘導ヒータアルゴリズム説明書

表３：中パワー設定用の誘導ヒータアルゴリズム説明書

表４：低パワー設定用の誘導ヒータアルゴリズム説明書
インピーダンス変化温度制御および渦電流温度計の温度制御の両方を使用したシステムの制御（図４）

再度説明すると、１つ以上の第１の実施形態のモジュール式サセプタコイル２４を使用した鍋は、少なくとも１つの温度スイッチを有し、その温度スイッチは、動作時に、関連した誘導ヒータのワークコイル８８に対して鍋が有するインピーダンスを変化させる。例えば、図４では、高閾値スイッチ８４は、２１２°Ｆ（１００℃）で完全に加熱素子の回路を開き、その後、コイル２４の中には循環電流を引き起こすことができない。さらに、第１の実施形態は、１つ以上の薄い導電性ディスク３０を使用して、関連した誘導ヒータのマイクロプロセッサが、鍋の温度調節を可能にするフィードバックとして使用することができる周期的な温度情報を収集できるようにする。

この場合、標準的なＰＩＤ制御アルゴリズムが、適切な誘導ヒータのパワーレベルをセットし、鍋（またはその中の食物）のためにユーザによって選定された（またはプリセットされた）温度に到達させ、その温度を保持できるようにするために、誘導ヒータのマイクロプロセッサ８９ｂ（および／または誘導ヒータのマイクロプロセッサ８９ｂと通信する中央の制御マイクロプロセッサ２３６）は、渦電流温度計２３２からのフィードバック情報を使用することができる。これは、誘導ヒータの上の鍋の使用全体にわたる最も優れた温度調節方法になるであろう。

しかしながら、高閾値スイッチ８４によって与えられるインピーダンス変化情報を使用して、複数の方法の中でこの一次的温度制御方法を増大させることができる。第１に、それを、単に制限する制御温度として使用することができる。高閾値スイッチ８４が開いた時点で、（周期的なテストパルス以外によるものを除いて）誘導ヒータ８９が鍋にエネルギを伝達しなくなるので、このスイッチ８４が故障して閉じた状態（その場合には、温度ヒューズ８６が破滅的な高温を防ぐであろう）にならない限り、鍋の温度は、高閾値スイッチの温度を常に超えることができないに違いない。

第２に、高閾値スイッチ８４を使用して、定期的に渦電流温度計２３２を較正することができる。高閾値スイッチの温度は、公知であり、誘導ヒータの上の鍋の有無は、渦電流温度計の磁界受信コイルの付近の薄い導電性ディスクの有無によって識別することができるので、誘導ヒータは、高閾値スイッチが動作するまで、容器の誘導加熱回路の周期的な加熱を実行することができる。その時点で、鍋が今まで通り誘導ヒータの上の適切な場所にあることが渦電流温度計２３２によって検出された場合には、誘導ヒータのマイクロプロセッサ８９ｂは、薄い導電性ディスク３０が公知の較正温度（２１２°Ｆ（１００℃））になったことを渦電流温度計２３２に通信することができ、渦電流温度計の信号処理ユニットは、自分自身を２１２°Ｆ（１００℃）に自己較正することができる。

当業者は、本発明の原理が、本書の中に具体的に記載されたもの以外の、様々なそれぞれ異なる材料、寸法、および技術を使用して実施されても良いことを認識するであろう。例えば、現在はポリスルホン樹脂で製造された食物鍋の使用が好まれているが、選択された樹脂が使用状況に耐えることができ、適切な熱伝導特性を有する限り、他のタイプの合成樹脂材料を使用しても良い。同様に、記載されたサセプタコイルは、合成樹脂の裏当てに装着された銅のパターン配線を有する。銅の代わりに、例えば銀またはカーボンインクのような他の導電性材料を使用することができる。さらに、裏当てシートを使用せずに、合成樹脂の鍋自体の表面にサセプタのパターン配線を直接装着させることができる。さらに、サセプタコイルは、本書の中に具体的に図示され、記載されたコイルと比較して異なる寸法または形状を有することができる。さらに、好ましい温度検出ディスクは、０．０８インチ（２．０３２ｍｍ）の厚さおよび１インチ（２５．４ｍｍ）の直径を有する純粋な銅シートで製造されるが、銅の代わりに、異なる厚さおよび寸法の他の導電性金属または材料を使用することができる。さらに、検出ディスクの配置は、設計者が取捨選択可能である。

Claims (10)

1. ボディと、
   前記ボディに固定され、前記ボディのそれぞれ異なる部分にそれぞれが隣接した複数のゾーンを有し、交番磁界の影響下で内部にジュール加熱を発生させ、それによって前記ボディを加熱するように動作可能な少なくとも１つの誘導加熱可能なサセプタコイルと、
   前記サセプタコイルに結合され、選択的に動作可能であり、かつ、前記複数のゾーンの内の１つのゾーンをバイパスすることによって、前記１つのゾーンでジュール加熱が発生する時間を、前記複数のゾーンの内の別の１つのゾーンでジュール加熱が発生する時間に比べて短縮させるように動作可能な少なくとも１つの温度スイッチと、
   前記サセプタコイルに付設されて直接熱的接触し、前記サセプタコイルから電気的に絶縁された金属の渦電流温度計のセンサと、を有し、
   前記センサは、交番磁界の影響下で、離間した磁界受信コイルによって検出可能な渦電流を中に発生させるように動作可能な導電性金属シートを有する誘導加熱可能物品。
2. 前記複数のゾーンは、前記交番磁界の影響下で前記ボディの前記それぞれ異なる部分にそれぞれ異なるレベルのジュール加熱をすることができる請求項１に記載の誘導加熱可能物品。
3. 前記複数のゾーンの内の１つのゾーンは、前記複数のゾーンの内の別の１つのゾーンの横断面積とは異なる横断面積を有し、または、前記別の１つのゾーンを形成する材料とは異なる電気抵抗率を有する材料で形成される請求項２に記載の誘導加熱可能物品。
4. 前記ボディは、底壁および前記底壁から上向きに延びる側壁構造体を有する食物加熱鍋であり、前記底壁および前記側壁構造体の内側表面は、共同で食物保持キャビティを定義する請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱可能物品。
5. 前記食物加熱鍋は、前記底壁および前記側壁構造体を有する相互接続した内側および外側の接続シェルを含み、前記サセプタコイルは、前記内側および前記外側の接続シェルの間に挟まれる請求項４に記載の誘導加熱可能物品。
6. 前記ボディは、合成樹脂材料で形成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱可能物品。
7. 前記ボディは、底および前記底から上向きに延びる側壁構造体を有し、前記１つのゾーンは、前記底と前記側壁構造体との間のエッジまたは境界に隣接した位置に装着されたゾーンである請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱可能物品。
8. 前記サセプタコイルは、複数の導電性パターン配線を有し、前記底と前記側壁構造体との間のエッジまたは境界に隣接した位置に装着されたパターン配線は、前記底に装着されたパターン配線よりも単位長さ当たり大きい電気抵抗を有する請求項７に記載の誘導加熱可能物品。
9. 前記底に近い前記側壁構造体の部分に装着されたパターン配線は、前記底から遠い前記側壁構造体の部分に装着されたパターン配線よりも単位長さ当たり大きい電気抵抗を有する請求項８に記載の誘導加熱可能物品。
10. 前記温度スイッチは、前記１つのゾーンに並列接続され、前記サセプタコイルが所定温度まで上昇した時に閉じることによって、前記１つのゾーンをバイパスするものである請求項１〜９のいずれか１項に記載の誘導加熱可能物品。