JPS6086793A - 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】 産業上の利用分野 本発明は超可聴周波数の交番磁界を発生させて、金属性
鋼を誘導加熱する誘導加熱調理器に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、かかる高周波動作式の誘導加熱調理器においては
大電力の周波数変換のために半導体スイ爽 ッチング素子を用い、そのオンオフ動作にて％撤回路を
励振して誘導加熱を行っていた。しかし、調理に必要な
加熱電力を得るためには加熱コイルの電流値も大きく、
必然的にそれをスイッチングする半導体にも大電流のス
イッチング能力が要求される。そのだめ、半導体の駆動
回路には大きな電源容量が必要とされ、大型電源トラン
スや大容量平滑コンテンサが必要であるため製品の小型
・軽量化や低価格化の大きな阻害要因であった。

発明の目的 本発明は上記の点に鑑みなされたもので、加熱コイルに
磁気結合した結合コイルの出力電圧を取出し半導体スイ
ッチング素子の駆動エネルギーとして利用することによ
り、電源トランスや電源回路の小型化を図り、小型・軽
量・高効率そして低価格の誘導加熱調理器を供給するこ
とを目的としている。

発明の構成 本発明の誘導加熱調理器は、商用電源を整流する直流電
源と、直流電源に接続きれて加熱コイルシト共振コすテ
ンサからなる共振回路を励振する半導体スイッチング素
子と、加熱コイルに磁気結合しその端子電圧に応じた二
次電圧を発生する結合コイルを有する高周波電源と、上
記商用電源又は直流電源からの低周波電源と上記高周波
電源のそれぞれの出力の高い方の出力をスイッチング回
路を介して上記半導体スイッチング素子へ供給する、駆
動回路とを備え、上記結合コイルは、プリント配線基板
にエツチングされたプリントコイルで構成され、且つ加
熱コイルの下Ｍｉに加熱コイルと同心に固定された構成
である。

実施例の説明 以下、本発明の実施例について説明する。第１図は本発
明の一実施例の回路構成を説明する電気結線図であり、
第２図は第１図の回路動作を説り］するだめの波形図で
ある。

第１図において、商用電源１に電源スィッチ２２を介し
て接続された全波整流器２の直流出力端子にインバータ
装置２４が接続されている。インノく一夕装置２４は２
つのコンデンサ２６，３とチョークコイル２７のπ型フ
ィルター回路が団１言己整済を器２の直流出力端子に接
続され、出力側のコンデンサ３の端子には、鍋８を加熱
する加熱コイル４と共振用コンデンサ６の並列共振回路
と、トランジスタ６の直列回路が接続されていて、フラ
イホイールダイオード７がトランジスタ６のコレクター
エミッタ間に逆並列接続されている。ここで商用電源の
代わりに自動車のノくソテリー等の直流電源を用いれば
、上記整流器なども不用と々る。又、インバータのπ型
フィルタも、電α１（への影響上、問題なければ廃止す
ることも可能である。次にインバータ２４の駆動回路に
ついて説明する。整流器２の交流入力端子間に接続され
た電源トランス１４の２次出力端子に電源回路１１１が
接続きれている。第１図では、ダイオード１１２と平滑
コンデンサ１１３の半波整流回路と、抵抗１１４とセナ
ダイオード１１５の定電圧回路を用いているが全波整流
方式を用いるか、あるいは電源トランス１４を廃止して
整流器２の直流出力端子から分圧するか、用途に応じて
適宜、選択することができる。

電源回路１１１の出力端子１１６にはトリガ回路１１７
と、その出力で作動するタイマー回路１１８と、起動回
路１１９が接続きれていて、起動回路１１９は起動スイ
ッチ１２０の信号と、保護回路１２１の信号の両信号が
共に加熱条件時に゛′１″出力を発生するＮＯＲゲート
で構成されている。

ここで保護回路１２１としては鍋や内部部品の異常温度
検出回路や、小物検知回路など機器の保護及び使用者の
保護を行なう全ての保護回路を含み、いずれかの保護回
路が１つでも異常を検出すると出力が１１１ＴＩに変化
する様に構成されていれば良い。第２図ｇに出力波形を
示す。トリガ回路１１７は、トランジスタ６の端子電圧
第２図ａ実線と基準電圧第２図ａ破線を比較する電圧比
較器１２２と、その出力を微分するコンデンサ１２３と
、その充電電流で導通する出力トランジスタ１２４で構
成されていて、トランジスタ６の電圧が基準電圧以下に
なった時に出力トランジスタ１２４は一時的に導通する
（第２図Ｃ）。一方、タイマー回路１１８はプログラマ
ブルＵＪＴ（以下ＰＵＴと略す）１２６を用いたタイマ
ー回路で、そのゲート電圧（第２図ｄの破線）は起動回
路１１９の出力電圧（第２図ｇ）を分圧して得られてお
り、タイマー回路１１８の出力トランジスタ１２６は、
そのゲート電圧が生じている時に導通ずるＮＰＮトラン
ジスタである。従って、保護回路１２１が異常を検知し
たり起動スイッチ１２０が働らいていカい時は起動回路
１１９の出力は零であるので出力トランジスタ１２６は
非導通である。出力トランジスタ１２６の出力波形を第
２図ｅに示す。

又、ＰＵＴｌ　２５が一定時間後に点孤した後も、その
ゲート・カソード間がＰＵＴｌ　２６により短絡される
ので、ゲート電圧は実質的に零となり、出力トランジス
タ１２６は非導通となる。ここでＰＵＴ１２５のアノー
ドには抵抗１２７とタイマー用コンデンサ１２８が時定
数回路として接続されており、抵抗１２７の抵抗値は、
ＰＵＴ１２５が点孤した後、導通状態を保持し得る十分
なアノード電流をＰＵＴ１２６へ流す様、辺択されてい
る必要がある。一方、このＰＵＴ１２５のアノード端子
にばトリガ回路１１７の出力トランジスタ１２４のニア
１／クタが接続されていて、トランジスタ６の端子電圧
が基準電圧（第２図ａの破線）以下に低下すると、一時
的にトランジスタ１２４が導通するため、ｐＵＴ１２５
のアノード電流はトランジスタ１２４ヘバイパスされて
零と々ｐ　ＰＵＴ１２５は非導通状態となる（第２図Ｃ
にトランジスタ１２４のコレクタ電流を示す）。そして
、その非導通状態はコンデンサ１２８が充電でれてゲー
ト電圧（第２図ｄの破線）に達するまで継続し、達した
後はＰＵＴｌ　２５は再び点孤し、トランジスタ１２４
が再度、導通ずるまで導通状態を保持する。

この様にして得られたタイマー回路１１８（Ｄｍ力（ト
ランジスタ１２６の出力（第２図８））を反転してトラ
ンジスタ６のベース電流としてＬｊえれば、タイマー回
路１１８で設定された時間のみトランジスタ６が導通し
、加熱コイル両端には直流電源の電圧が印加される。そ
してその後はトランジスタ６が非導通となって加熱コイ
ル４と共振コンデンサ５で自由振動電流か流れる。その
時の加熱コイルの端子電圧は第２図のｆで示しだ波形と
なり、トランジスタ６とダイオード了に流れる電流は第
２図すとなる。しかし、インバーりで大出力を出すため
にはトランジスタ６も大容量のものが必要であるため、
ベース電流と云えども、タイマー回路の出力信号を増「
１コする必要があるが、電源回路１１１かも大電流をス
イッチングするには、電源回路１１１の容量を増加させ
、且つ大電流定格のスイッチング素子を使用せざるを得
ない。

特に電源容量に関すれば、近来、０ＭＯ８などのＩＣの
ｉｔ用化によって論理回路が低消費電力に移行しており
、トランジスタ６の駆動のだめにのみ、容量を犬「１］
に増加づせる必要があり、電源トランスの大型化、電源
部の発熱量、高価格化など調理器にとって大きな問題と
なる。

そこで、加熱コイル４の端子電圧が第２図ｆに示す波形
であることに着目し、加熱コイル４に電磁結合した結合
コイル９の端子から加熱コイル４と相似波形を取出すと
共に、それをトランシスタロのベース駆動電源とする事
により、前述の問題点を一挙に解決することが出来る。

即ち、高周波電源１５１を構成する結合コイル９の出力
と、トランジスタ１２６を反転し／こゲート素子１３１
の出力（第２図ｅ）をダイオード１３２．１３３のオア
回路の入力にそれぞれ接続し、オア出力から抵抗１３４
を介してトランジスタ６のベース端子へ接続する。この
様に構成された駆動回路１５０［おいてゲート素子１３
１の出力電圧は、通常、結合コイル９の出力電圧より小
さくなる様に選ばれ、起動時の第１サイクルと、結合コ
イルの出力が極端に低下した時のみ（例えば商用電源の
零点時など）ダイオード１３３．抵抗１３４を介してト
ランジスタ６のベースへ供給されるものである。

一方、トランジスタ１２６の出力は２段の反転ゲート素
子１３５　、１３６で同相の出力のま捷、トランジスタ
１３７へ印加され第２図りのようにオン−オフ出力を得
る。トランジスタ１３γのコレクタはトランジスタ６の
ベース端子へ接続されており、タイマー回路１１８がタ
イマー動作を行っている間以外ばトランジスタ６０ベー
ス信号を禁止して因る。すなわち、トランジスタ６のタ
ーンオン時間を高速化するためにベースに蓄積された過
剰キャリアをトランジスタ１３７で放出でぜると共に、
結合コイル９の不要々信号（第２図すで斜線部以外の正
信号）を禁止することて効率化と安定化を図っている。

トランジスタ６のベース電流を第２図ｉに示す。又、Ｌ
ランゾスタ１３γのエミッタ端子を負極性電源へ接続し
、その導通時にトランジスタ６のベースへ逆バイアス電
圧を印加すれば、トランジスタ６の高速化をさらに促進
することも可能である。負イタ性電源としては、第３図
の電源トランス１４に別の２次巻線を設ければ簡単にＹ
４）ることが可能であるが、結合コイル９の出力電圧を
整流しても得られる。

第３図は結合コイル９から負極性電源も得た第２の実施
例である。

結合コイル９はトランジスタ６を、駆動する巻線９ａと
負極性電源用の巻線９ｂとで構成されており、巻線９ａ
については第１図の巻線と同一作用である。巻線９ｂは
トランジスタ６か導通した時の出力電圧で平滑コンデン
サ１４０を整流ダイオード１４１で半波整流して充電し
、コンデンサ１４０の正極端子をトランジスタ６のエミ
ッタに接続する。こうして得られた負極性線１４２（コ
ンデンサ１４０の負極性端子）にトランジスタ１３７は
エミッタ接地され、トランジスタ６のベース端子に負極
性バイアスを印加してスイッチング速度を短縮する。正
極電源とトランジスタ１３７のベース間に挿入された抵
抗１４３はトランジスタ１３７のベース電流を流すが、
トランジスタ１３７のベースエミッタ間にコレクタ・エ
ミッタを接続したトラン７スタ１４４のオン・オフによ
りバイパスされる。トランジスタ１４４のへ一スとゲー
ト素子１３１の出力端子間にはセナダイオート’１４５
と抵抗１４６の直列回路が接続されている。ここで正極
電源電圧をＶＡ、負極電源電圧を−ＶＢ、セナダイオー
ト１４５のセナ電圧をＶＺ　として表わすと、常に ＶＢ　＜ＶＺ　＜ＶＡ　十ＶＢ となる様、選ばれているのでゲート素子１３１の出力端
子がパ１”′になってトランジスタ６を駆動する時には
、トランジスタ１４４か導通し、トランジスタ１３了の
ベース電流をバイパスするのでトランジスタ１３了は非
導通状態になりトランジスタ６は駆動される。そしてゲ
ート素子１３１か′“０゛になってゲート素子からのト
ランジスタ６への駆動信号の供給を停止するとトランジ
スタ１４４は非導通状態となりトランジスタ１３７は導
通してトランジスタ６にベース逆バイアスを印力１１す
る。

なお、トランジスタの他、電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ　）やゲートターンオフサイリスク（ＧＴＯ）など制
御信号により、その導通・非導通が制御できる半導体ス
イッチング素子を使用することも何ら不都合はない。

第４図は結合コイルの数句状態を示すものであり、第５
図は結合コイルの斜視図である。

セラミックのように磁性を有しない絶縁体からなる鍋載
置板２０１の下方には加熱される鍋８の底面に対向して
円板状の加熱コイル４が配置される。

結合コイルっけ耐熱性絶縁板２０２の下面にエツチング
された渦巻状のプリントコイルで構成されている。加熱
コイル４を支持する絶縁物の支持板２０３は、加熱コイ
ル４の下方に組込寸れる他の電気部品や金属ンヤーシ（
図示せず）への誘導雑音や不要な加熱を防止するために
棒状の７エライトのような高透磁率で電気絶縁体のシー
ルドコア２０６を、その下面に接着又は固定具で固定し
ている。

又、支持板２０３の中心部には円筒状の突起２ｏ３ａを
有し、この突起によりプリントコイル板２０２と加熱コ
イル４を同心に位置決めする。

同心て位置決めされたプリントコイル板２０２と加熱コ
イル４は固定部月２０４．ビス２０５により支持板２０
３上に保持１．１１１定されており、機械的な振動・衝
撃に対して耐える構造となる。

この構成においては、加熱コイル４と結合コイル９の相
対的位置関係か固定され、２つの円板状のコイルか絶縁
板２０２を介して磁気結合しているので結合度が高い。

特に絶縁板としてポリエステルやポリイミドのような絶
縁シートを用いれば、結合度はさらに高くなる。又、加
熱コイル４の下方に配置される電気部品や配線への誘導
卸音及Ｏ・金属ンヤーシの不要加熱を防止するフェライ
トコア２０６が加熱コイル−・鍋→フェライトコアー・
加熱コイルという閉磁路を構成するので結合コイル′　
９と加熱コイル４との結合を極めて高くすることが出来
る上、下面への酊洩磁束を低減する。

又、第３図に図示された巻線９ａ、９ｂに関しては、第
５図のコイル９の中間点からタップを出すことでも実施
可能であるし、烙らに第２のブリットコイル（而（熱絶
縁板、コイル）を重ねて互いに接続することによっても
容易に達成することか出来る。

発明の効果 以上述へたように、本発明は誘導加熱調理器用インバー
タのスイッチング素子の大電力駆動に対し加熱コイルと
の結合が秀れた結合コイルから必要電力を供給するので
、制御回路用の電源トランスを大巾に小型化、もしくは
廃止することができ、製品を小型・野量・効率向上する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は第１
図の動作を説明する波形図、第３図は本発明の他の実施
例を示す回路図、第４図は結合コイルの構成の一実施例
を示す断面図、第６図は結合コイルの分解斜視図である
。 ４　・−加熱コイル、６−半導体スイッチング素子、９
・・−・結合コイノペ１５０・・−・駆動回路、１５１
　・高周波電源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　商用電源を整流する直流電源と、直流電源に接
   続されて加熱コイルと共振コンデンサから成る共振回路
   を励振する半導体スイッチング素子と、加熱コイルに磁
   気結合してその端子電圧に応じた二次電圧を発生ずる結
   合コイルを有する高周波電源と、上記商用電源又は直流
   電源からの低周波電源と上記高周波電源のそれぞれの出
   力の高い方の出力をスイッチング回路を介して上記半導
   体スイッチング素子へ供給する駆動回路とを備え、上記
   結合コイルは、プリント配線基板にエツチングされたプ
   リントコイルで構成され、且つ加熱コイルの下面に加熱
   コイルと同心に固定された誘導加熱調理器。
2. （２）　プリントコイルから成る結合コイルは、加熱コ
   イルと加熱コイルの下方に配設された高透磁率を有した
   電気絶縁体の間に固定された特許請求の範囲第１項記載
   の誘導加熱調理器。