JPH01302683A - 電磁誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の技術分野］ この発明は高周波磁界を用いて負荷であるところの調理
鍋を誘導加熱することによりその調理鍋内の食品を加熱
調理する電磁誘導加熱調理器の電磁誘導加熱調理器に関
する。 〔発明の技術的背景〕 一般に、電磁誘導加熱調理器は、インバータ回路から加
熱コイルへ高周波電流を供給することにより、その加熱
コイルから周波数的２０　ｋＨｚの高周波磁界を発生さ
せ、それを負荷であるところのｇ理鍋へ与えることによ
りその調理鍋を誘導加熱するようにしている。 ［背景技術の問題点］ ところで、このような電磁誘導：ＡＢＩ！器は、鉄製の
調理鍋しか使用することができず、アルミ製の調理鍋は
使用できないという欠点があった。すなわち、アルミ製
の調理鍋を使用すると加熱コイルに過大電流が流れるた
め、アルミ製の調理鍋に対しては調理を実施しないよう
にするための保護回路を採用している。 ［発明の目的］ この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とすることろは、アルミニウム製の調理鍋を使
用可能とする電磁誘導加熱方式を提供することにある。

【発明の概要】

この発明は、周波数５０　ｋＨｚ以上の高周数磁界を用
いるものである。 ［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。 第１図において、１は交流電源で、この電源１には電源
スイッチ２．２を介してトランジスタ冷却用のファンモ
ータ３およびトランスの１次側コイル４ａがそれぞれ接
続させる。さらに、電源１には」−記電源スイッチ２．
３を介して直流電源回路５が接続される。この直流電源
回路５は、ダイオードブリッジの整流回路６、チョーク
コイル７、および平滑コンデンサ８から成る。（７かし
て、自流電源回路５の出力端子Ｐ、Ｎ間にはインバータ
回路１０が接続される。このインバータ回路１゜は、い
わゆるハーフブリッジ型インバータ回路を採用し、ＮＰ
Ｎ形トランジスタ１１．１２を直列接続して成るもので
、その各トランジスタとしては約１００　ｋｌｌｚの周
波数でのスイッチングがムＩ能なバイポーラ［・ランジ
スタを採用している。そして、このインバータ回路１０
におけるトランジスタ１１．１２の相互接続点と端子Ｎ
との間には加熱コイル１３とコンデンサ１４との直列共
振回路が接続される。一方、１５は駆動制御回路で、上
記トランスの２次側コイル４ｂに１譜られる電圧を動作
電圧としており、」二組インバータ回路１０ζこおける
トランジスタｉｌ、１２をオン、オフ駆動し、加熱コイ
ル１３へ高周波電流を供給せしめるものである。こうし
て、加熱コイル１３から約５０　ｋＨｚ以［二たとえば
約１００　ｋｌｌｚの周１伎数の高周波磁界が発せられ
るようになっている。そして、この約１００　ｋｌｌｚ
の高周波磁界は加熱コイル１３の近傍にセットされるア
ルミニウム製の調理鍋２０へ与えられる。 なお、上記加熱コイル１３は、細い絶縁銅線（リッツ線
）を多数本束ねて１本の導線を編成し、これを巻線とし
て採用している。また、加熱コイル１３は、復数段たと
えば３段に積重ねる構成とし、従来に比して３倍の巻線
数としている。さらに、共振用のコンデンサ１４として
は、数ｋＶの高耐圧用のものを採用した。 したがって、調理鍋２０は、与えられる高周波磁界によ
って渦電流を生じ、それに基づく渦電流損によって自己
発熱し、内部の食品を加熱する。 ここで、５０　ｋＨｚ以上の周波数の高周波磁界を用い
ることによってなぜにアルミニウム製の調理鍋２０の使
用か１１能であるかについて以丁に述べる。 まず、調理を実施するにあたっては、使用する調理鍋が
一定の抵抗値を資し、これにより調理鍋に対する人力を
一定にできることが必要条件である。 すなわち、従来の調理器では約２０ｋＨｚの周波数の高
周波磁界を用いており、これにより鉄製の調理鍋の使用
が可能となっているが、これは約２０　ｋｌＬｚの周波
数において調理鍋の鉄板に表皮効果か生じるためである
。この表皮効果は、第２図（ａ）に破線で示すように、
鉄板３１の表面（＠束φが与えられる側の而）から一定
の範囲（図示破線部分）に電流の流れる部分が集中する
状態のことであり、これが生じると鉄板３１の抵抗値が
厚さにかかわらず一定となり、さらには与えられた磁束
φが透過（漏れ）しないようになる。なお、第２図（ｂ
）の鉄板３１は表皮効果が生じていない状態を示したも
のであり、全ての部分に電流が流れるため抵抗値は厚さ
に応じて定まり、さらに与えられる磁束φが透過（漏れ
）するようになる。 一方、アルミニウム製の調理鍋についてはその抵抗値を
一定化する方法とＩ７て次のようなものかある。 （１）調理鍋のアルミニウム板の厚さを薄形形状に定形
化する方法。 この場合、インバータ回路の周波数が低くてすむ反面、
調理鍋か限定されてしまうという欠点がある。また、磁
束が調理鍋を透過してしまうという欠点もあり、現実的
ではない。 （２）高周波磁界の周波数が５０　ｋｌｌｚｌｌ−なる
とアルミニウム板にも表皮効果が現われることに着目し
、インバータ回路の周波数を上げる方法。 この場合、調理鍋を限定しなくてすみ、しかも磁束が調
理鍋を透過しないという利点がある反面、インバータ回
路の周波数を高めねばならないとい問題がある。すなわ
ち、インバータ回路は、費通、スイッチング素子として
トランジスタを作用しており、そのスイッチング速度に
はある程度の限界がある。ただし、最近の半導体技術の
進歩は著じるしく、たとえばバイポーラトランジスタの
場合的１００　ｋＨｚの周波数でのスイッチングかり能
であり、パワーＭＯＳ−ＦＥＴの場合には２００ｋＨｚ
から３００　ｋＨｚの周波数でのスイッチングか可能で
あり、これらのトランジスタをインバータ回路に採用す
れば十分に実現が可能である。 しかして、実験によれば、高周波磁界の周波数が約１０
０　ｋｌｌｚで、しかも調理鍋のアルミニウム板の厚さ
が０．５關以上のとき、その調理鍋に最適な表皮効果が
生じることが判かった。 したがって、前記し、たように、この発明では約１００
　ｋｌｌｚの周波数の高周波磁界を用い、これによりア
ルミニウム製の調理鍋の使用を可能としたのである。 ただし、これだけでは実際の調理を行なう上で種々の問
題を生じてしまう。 すなわち、加熱コイルと調理鍋とは１つのトランスとし
て見なすことができるものであり、加熱コイル側の１次
側抵抗と調理鍋側の２次側等価抵抗との間には加熱効率
の点で大きな問題がある。 ここで、調理鍋側の２次側等価抵抗を算出するにあたり
第３図の状況を作って見る。第３図に示すように、水の
表面上に厚さｄの金属（調理鍋を形成する鉄またはアル
ミニウム）を載置し、その金属から距離り離れた空間り
にコイル１３ａを配設する。このコイル１３ａは、半径
ψの鋼線を半径ａで１回巻きにしたものであり、前記加
熱コイル１３の一部に相当するものと考える。 しかして、下記表の諸元を用いると、金属側の２次側等
価抵抗Ｒおよび等価インダクタンスしは下式で表わされ
る。 この場合、Ｅ（ξ）は第１種完全楕円積分、Ｋ（ξ）は
第２種完全楕円積分、ｆは高周波磁界の周波数、μ２は
金属の透磁率、μ０は真空の透磁率、σ２は金属の導電
率、δは表皮深さである。 したがって、金属が鉄板で１、その鉄板の厚さｄ−０，
５０１１１，高周波磁界の周波数！−２０ｋｌｌｚ、１
回巻きコイル１３ａの巻き半径ａ−１０ｃｍ、コイル銅
線の半径ψ−０，５關、鉄板とコイルとの距離ｈ−１ｃ
ａＩのとき、２次側等価抵抗Ｒは、Ｒ４５ａ＋Ωとなる
。 一方、金属がアルミニウム板で、そのアルミニウム板の
厚さｄｍｏ、５ｍｍ、高周波磁界の周波数ｆ−１００ｋ
ｔｌｚ、１回巻きコイル１３ａのをき平径ａ−１０（Ｊ
、コイル導線の半径ψ−０．５ｎ＋ｏｉ、アルミニウム
板とコイルとの距離ｈ＝１ｅ＋ｎのとき、２次側等価抵
抗Ｒは、 る程度穴なるが、調理鍋がアルミニウムである場合の２
次側等価抵抗Ｒは、調理鍋が鉄である場合の約１／１０
の値となり、フィルロスが大きくなって加熱効率の大幅
な低下を招いてしまう。 ところで、加熱コイル１３の実際の巻数（＋数回）を考
慮すわば、２次側等糺抵抗Ｒは第４図に示すような算出
結果となる。 すなわち、調理鍋２０がアルミニウムで、そのアルミニ
ウムの厚さが０．５ｍｍ以上、高周波磁界の周波数が１
００　ｋｔｌｚであれば、 Ｒ−０，１４Ω略一定となる。 これに対１１、加熱コイル１３のコイル導線の抵抗値は
表皮効果のために実測で０．２９５Ωあり、さらに加熱
コイル１３以外にもトランジスタ等の抵抗性があり、こ
わらの抵抗が加わるため、１次側抵抗Ｒ′は０．４〜０
．５Ω程度となる。 しかして、このように１次側抵抗が２次側等扁抵抗より
も非常に大きい状況のもとでは、加熱効率が極めて悪く
なってしまう。 これに対処し、この発明では、細い絶縁銅線を多数本束
ねて１本の導線を編成し、これを加熱コイル１３の巻線
として採用し、加熱コイル１３の抵抗（表皮抵抗）減少
を計り、これにより１次側抵抗を減少させた。 しかしながら、これだけではまだ加熱コイル１３以外の
抵抗性か存在するために加熱効率の低下を十分に抑える
ことはできない。そこで、この発明では、加熱コイル１
３の巻線数を強制的に増やし、２次側等価抵抗を強制的
に増大するようにした。 この場合、加熱コイル１３の巻線数を増やすとしても、
加熱コイル１３の大きさには調理鍋の大きさなどに応じ
て限度があり、このため加熱コイル１３を複数段たとえ
ば３段に積重ねる構成とした。こうすることにより、２
次側等価抵抗Ｒは次のようになる。すなわち、２次側等
価抵抗Ｒは加熱コイル１３の巻線数の２乗イΔに比例す
るため、Ｒ−０，１４ΩＸ　３２−１．２６Ωとなる。 このように、加熱コイル１３の抵抗を減少させ、かつ２
次側等価抵抗Ｒの増大を計るようにしたので、加熱効率
の低下を十分に抑えることができる。 ただ１５、加熱コイル１３を３段構成としたことにより
、次の処置を施す必要がある。すなわち、加熱コイル１
３が１段（従来と同じ）のときのインダクタンスＬを算
出するとＬ　−１４，４μ１１どなる。 インダクタンスしも巻線数の２乗倍に比例するので、３
段では、 Ｌ−１４，４＋３２’ｐ１３０μｍ１となる。 しかして、１００　ｋｌｌｚの周波数で共振させるため
にはｔｔ振用のコンデンサ１４のキャパシタンスＣは、 にする必要がある。 また、そうした場合、加熱コイル１３以外の抵抗性を０
．５Ωとすれば、 Ｐ　−１，０５ｋＷ η−７２９０ Ｖ　　−４０５０Ｖ。 ０ｍ １　−４８．８Ａ　　となる。 この場合、Ｐは青黄電力、ηは効率、■　はコｍ ンデンサ１４の最大両端電圧、■　はコンデンサ１４に
流れる最大電流である。 これに基づき、この発明では、コンデンサー４を数ｋＶ
の高耐圧用のものとした。 なお、上記実施例では周波数が約１００　ｋｌｌｚＯ高
周波磁界を用いたが、必ずしもそれに限定さ′れるもの
ではなく、前述した理由（アルミニウムの場合、約５０
　ｋＨｚ以上で表皮効果が現われ出す）により、少なく
とも約５０　ｋＨｚ以上の高周波磁界であれば同様に実
施できる。 ［発明の効果］ 以」二述べたようにこの発明によれば、アルミニウム製
の調理鍋を使用可能とする電＆ｉ１誘導加熱方式を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示すもので、第１図は制御
回路の構成図、第２図（ａ）（ｂ）は調理鍋の金属に生
じる表皮効果を説明するための図、第３図は２次側等価
抵抗を求める計算式を導びくための図、第４図は高周波
磁界の周波数と２次側等価抵抗との対応関係を示す図で
ある。 １０・・・インバータ回路、１３・・・加熱コイル、１
４・・・コンデンサ、１５・・・駆動制御回路、２０・
・・調理鍋（負荷）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周波数５０ｋＨｚ以上の高周波磁界により非磁性体鍋を
   加熱する電磁誘導加熱調理器において、上記周波数はハ
   ーフブリッジ型インバータの夫々のトランジスタを交互
   にオン・オフ駆動して得ることを特徴とする電磁誘導加
   熱調理器。