JPS61128493A - 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、加熱コイルから高周波磁界を発生させ、そ
れを負荷であるところの鍋に与えることによりその鍋に
渦電流を生じさせ、渦電流損に基づく鍋の自己発熱によ
り加熱調理を行なう誘導加熱調理器に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、この種の誘導加熱調理器は、材質が鉄などのよう
に高透磁率の鋼、あるいは１８−８ステンレスのように
低透磁率ではあっても高抵抗の鍋に対しては加熱コイル
の入力インピーダンスが高くなり、加熱が可能である。

しかしながら、材質がアルミニウムや銅などのように低
透磁率でしがも低抵抗の鍋に対しては加熱コイルの入力
インピーダンスが低くなり、加熱が不可能であった。

ここで、鋼の材質と加熱コイルの入力インピーダンスと
の関係を説明しておく。

まず、各種金属の抵抗率ρ（Ωｍ）および比透磁率μＳ
　（＝透磁率）を下記表に示す。

しかして、加熱コイルから発せられる高周波磁界の周波
数をｆとした場合、上記抵抗率ρ（Ωｍ）および比透磁
率μＳから鍋の表皮熱ざＳを求めるなお、ｋは定数であ
る。

すなわち、材質が鉄などのように高透磁率の鋼の場合、
比透磁率μＳが大きいので表皮熱さＳは小さく、大きな
表皮効果を生じて鍋そのものが高抵抗となる。よって、
加熱コイルの入力インピーダンスは高くなる。なお、材
質が１８−８ステンレスの鍋の場合、比透磁率μＳが１
と小さいので計算上では表皮厚さＳが大きくなるが、実
際の鋼の厚さはそれ程厚くないため抵抗率ρの方が有効
に作用し、その高い抵抗率ρにより鋼そのものが高抵抗
となる。よって、加熱コイルの入力インピーダンスは高
くなる。一方、材質がアルミニウムや銅の場合、比透磁
率μＳが１と小さいので表皮厚ざＳは大きく、表皮効果
を生じ難く、しかも抵抗率ρ自体も小さいので鍋そのも
のが低抵抗となる。よって、加熱コイルの入力インピー
ダンスは低くなる。

ただし、アルミニウムや銅の鍋の場合、高周波磁界を高
くすれば、原理的には加熱コイルの入力インピーダンス
を鉄の鋼の場合と略同じにすることができ、これにより
加熱が可能となる。しかしながら、この場合、高周波磁
界の周波数ｆを鉄の鍋の場合の数百倍にしなければなら
ず、その実現は困難である。すなわち、誘導加熱調理器
で用いる高周波磁界の周波数は可聴周波数つまり１８ｋ
Ｈｚ以上となっており、このため鉄の鍋の場合に１８ｋ
）ｌｘの高周波磁界を発するとすればアルミニウムや銅
の鍋の場合には数ＭＨ２もの高周波磁界を発せねばなら
ず、加熱コイルにおける損失の増大およびインバータ回
路における損失の増大を招いてしまう。

（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、
その目的とするところは、損失の増大を招くことなく、
負荷の材質にかかわらず適正かつ効率の良い加熱調理を
可能とする誘導加熱調理器を提供することにある。

〔発明の概要〕

この発明は、加熱コイルの入力インピーダンスを検出す
る検出手段を設け、この検出手段の検出結果つまり鍋の
材質に応じて加熱コイルの入力インピーダンスを可変制
御するものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の第１の実施例について図面を参照して
説明する。

第２図において、１０は商用交流電源で、この電源１０
にはダイオードブリッジ１１および平滑コンデンサ１２
からなる整流回路が接続されている。整流回路の出力端
にはスイッチング素子であるところのＮＰＮ形トランジ
スタ１３のコレクタ・エミッタ間とＮＰＮ形トランジス
タ１４のコレクタ・エミッタ間との直列回路が接続され
ている。

そして、トランジスタ１４のコレクタに加熱コイル１ａ
の一端が接続され、この加熱コイル１ａの他端は双方向
接点（リレー接点）１５ａの常開側を介して加熱コイル
１ｂの一端に接続されている。

加熱コイル１ｂの他端は共振用コンデンサ２ａの一端に
接続され、この共振用コンデンサ２ａの他端は共振用コ
ンデンサ２ｂの一端に接続されている。共振用コンデン
サ２ｂの他端はトランジスタ１４のエミッタに接続され
ている。ざらに、加熱コイル１ａの他端と共振用コンデ
ンサ２ｂの一端とが上記双方向接点１５ａの常閉側を介
して接続されている。ここで、加熱コイル１ａ、１ｂは
本来は１つの加熱コイルであるが、分割によって巻数の
切換えが可能となっている。また、共振用コンデンサ２
ａは容量が小さく、一方の共振用コンデンサ２ｂは容量
の大きいものであり、この共振用コンデンサ２ａ、２ｂ
をひとつの共振用コンデンサとして見ることによりその
容量の切換えが可能となっている。したがって、接点１
５ａの常開側が閉成すると、加熱コイルの巻数が増大（
コイル１ａ＋コイルｌｂ）するとともに、共振用コンデ
ンサの容量が低減（コンデンサ２ａ＋コンデンサ２ｂ）
し、この巻数の多い加熱コイルと容量の小さい共振用コ
ンデンサとで直列共振回路が構成されるようになってい
る。また、接点１５ａの常閉側が閉成した状態では、加
熱コイルの巻数が低減（コイル１ａ）するとともに、共
振用コンデンサの容量が増大（コンデンサ２ｂ）し、こ
の巻数の少ない加熱コイルと容量の大きい共振用コンデ
ンサとで直列共振回路が構成されるようになっている。

すなわち、整流回路およびトランジスタ１３．１４など
によって上記共振回路を励起するインバータ回路が構成
されている。なお、３は負荷であるところの鍋である。

しかして、共振用コンデンサ２ｂの一端は位相検知回路
２１に接続されている。この位相検知回路２１は共振回
路に流れる高周波電流の位相を検知するものであり、こ
の検知結果はインバータ駆動回路２２に供給されるよう
になっている。このインバータ駆動回路２２は、位相検
知回路２１の検知結果に応じてインバータ回路における
トランジスタ１３．１４を交互にオン、オフするもので
ある。

また、上記共振回路には電流トランス３０が設けられ、
この電流トランス３０の出力は負荷検出回路４０に供給
されるようになっている。この負荷検出回路４０は、電
流トランス３０の出力によって共振回路に流れる高周波
電流を察知し、これにより加熱コイルの入力インピーダ
ンスを判定し、その入力インピーダンスの大きさによっ
て鍋３の材質を検出し、この検出結果に応じて接点１５
ａを制御するものである。

第１図は負荷検出回路４ｏの具体例である。

すなわち、電流トランス３０の出力端に抵抗４１が接続
され、この抵抗４１に生じる電圧はダイオード４２を介
して抵抗４３とコンデンサ４４との並列回路に印加され
るようになっている。この並列回路に生じる電圧は比較
器４５の非反転入力端（＋）に供給されるようになって
いる。また、抵抗４６とコンデンサ４７との並列回路に
抵抗４８を介して直流電圧Ｖｃｃが印加され、その並列
回路に生じる電圧は上記比較器４５の反転入力端（−）
に供給されるようになっている。そして、比較器４５の
出力はフリツプフロツプ回路４９のＤ入力端に供給され
るようになっている。一方、５０はタイマ回路で、調理
スタートスイッチ（図示しない）に連動するスイッチ５
１がオンするとそれに応答して動作を開始し、一定時間
だけ論理“１”信号を出力するものである。このタイマ
回路５０の出力はフリップフロップ回路４９のＳ入力端
に供給されるとともに、遅延回路５２を介してフリツプ
フロツプ回路４９のＣＰ（クロックパルス）入力端に供
給されるようになっている。そして、フリップフロップ
回路４８のＱ出力は抵抗５３を介してＮＰＮ形トランジ
スタ５４のベース・エミッタ間に供給され、そのトラン
ジスタ５４のコレクタ・エミッタ間を介してリレー１５
に直流電圧Ｖｃｃが印加されるようになっている。

つぎに、上記のような構成において動作を説明する。

まず、加熱コイルの入力インピーダンスはその加熱コイ
ルの巻数の２乗に比例する。したがって、鋼の材質がア
ルミニウムや銅の場合、加熱コイルの巻数を多くしてそ
の加熱コイルの入力インピーダンスを強制的に高めるこ
とにより、鉄や１８−８ステンレスの鍋の場合と同様に
加熱調理を行なうことができる。

ただし、実際には、アルミニウムや銅の鋼の場合は透磁
率が低いために加熱コイルの漏れ磁束が多くなり、ざら
に上記のように巻数を増大するので、加熱コイルの入力
インダクタンスが鉄の場合に比べて大きくなり、結果的
に加熱が困難である。

ここで、下式は共振回路の共振周波数ｆｏを表わしたも
のである。

すなわち、ＬＪは加熱コイルの入力インダクタンス、Ｑ
ｒは共振用コンデンサの容量であり、加熱コイルの入力
インダクタンスＬＣが大きくなると共振周波数ｆｏが高
くなり、よって発生する高周波磁界が高くなり、加熱コ
イルの巻数を多くするだけでは従来説明で述べたように
損失を生じて加熱が困難である。

これに対処し、加熱コイルの巻数を多くするのと同時に
、共振用コンデンサの容量を小さくするようにすれば、
共振周波数ｆｏの高尚を抑えることができ、アルミニウ
ムや銅の鍋を鉄や１８−８ステンレスの鍋と同様に加熱
することが可能となる。

しかして、トッププレート上に鍋３を載置し、電源１０
を投入する。そして、調理スタートスイッチをオンする
と、それに連動してスイッチ５１がオンすることにより
タイマ回路５０が動作を開始する。タイマ回路５０は先
ず論理“１″′信号を出力するので、フリツプフロツプ
回路４９のＱ出力が論理“１″となり、トランジスタ５
４がオンしてリレー１５が動作する。リレー１５が動作
すると、接点１５ａの常開側が閉成し、巻数の多い加熱
コイル（コイル１ａ＋コイルＩｂ）と容量の小さい共振
用コンデンサ（コンデンサ２ａ＋コンデンサ２ｂ）とで
直列共振回路が構成される。

また、調理スタートスイッチのオンに応答してインバー
タ駆動回路２２が動作し、トランジスタ１３．１４が交
互にオン、オフして加熱コイル１ａ、１ｂに高周波電流
が流れる。この高周波電流は電流トランス３０で検知さ
れており、それによって負荷検出回路４０が加熱コイル
の入力インピーダンスを判定する。この場合、加熱コイ
ルに流れる高周波電流が大きければ、比較器４５の出力
が論理“１”となる。すなわち、負荷検出回路４ｏは加
熱コイルの入力インピーダンスが低く、よって鍋の材質
が低透磁率でしかも低抵抗のアルミニウムまたは銅であ
ると判定する。しかる後、タイマ回路５０が一定時間を
計時してその出力が論理“０”となり、遅延回路５２の
出力に負のエツジパルスが生じると、そのときフリツプ
フロツプ回路４９はＤ入力（比較器４５の出力）が論理
“１″となっているのでＱ出力を論理“１”状態に維持
する。したがって、リレー１５の動作が継続して接点１
５ａの常開側が閉成したままとなり、巻数の多い加熱コ
イル（コイル１ａ　＋１ｂ　）と容量の小さい共振用コ
ンデンサ（コンデンサ２ａ＋コンデンサ２ｂ）とからな
る共振回路の発振がそのまま継続する。つまり、加熱コ
イルの入力インピーダンスが強制的に高く設定される。

こうして、加熱コイルの入力インピーダンスが高められ
、しかもそれに伴って共振用コンデンサの容量が低減さ
れることにより、損失を生じることなく鍋３を加熱する
ことができる。

一方、加熱開始時、加熱コイルに流れる高周波電流が小
さければ、比較器４５の出力が論理“０“となる。すな
わち、負荷検出回路４ｏは加熱コイルの入力インピーダ
ンスが高く、よって鍋の材質が高透磁率でしかも高抵抗
の鉄、あるいは低透磁率ではあるが高抵抗の１８−８ス
テンレスであると判定する。しかる後、タイマ回路５０
が一定時間を計時してその出力が論理“０″となり、遅
延回路５２の出力に負のエツジパルスが生じると、その
ときフリツプフロツプ回路４９はＤ入力（比較器４５の
出力）が論理“０″となっているのでＱ出力を論理“Ｏ
″とする。したがって、リレー１５の動作が停止して接
点１５ａの常閉側が閉成し、巻数の少ない（コイル１ａ
）加熱コイルと容量の大きい共振用コンデンサ（コンデ
ンサ２ｂ）とからなる直列共振回路が構成され、その加
熱コイルから発せられる高周波磁界によって鍋３が誘導
加熱される。

なお、加熱調理時、共振回路に流れる高周波電流の位相
が位相検知回路２１で検知される。そして、この検知結
果に応じてトランジスタ１３゜１４のオン、オフのタイ
ミングが制御され、共振回路の安定発振が行われる。

このように、加熱開始時、加熱コイルの入力インピーダ
ンスが低ければ鍋３の材質がアルミニウムまたは銅であ
ると判定し、加熱コイルの入力インピーダンスを強制的
に高くして（かつ共振用コンデンサの容量を小さくして
）加熱調理を行なうようにしたので、鉄や１８−８ステ
ンレスの鍋は勿論、アルミニウムや銅の鍋に対しても損
失を生じることなく効率の良い加熱調理を行なうことが
できる。

次に、この発明の第２の実施例について第３図を参照し
ながら説明する。ただし、第３図において第１図および
第２図と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明
は省略する。

第３図に示すように、トランジスタ１４のコレクタに加
熱コイル１の一端を接続し、この加熱コイル１の他端を
共振用コンデンサ２ａ、２ｂのそれぞれ一端に接続する
。そして、共振用コンデンサ２ａの他端を接点１５ａの
常開側を介してトランジスタ１４のエミッタに接続する
。さらに、共振用コンデンサ２ｂの他端を接点１５ａの
常閉側を介してトランジスタ１４のエミッタに接続する
。

これは、前述した共振周波数ｆＯの式に基づくもので、
加熱コイルの入力インピーダンスを共振用コンデンサの
容量によって変化させるようにしている。すなわち、鍋
３の材質がアルミニウムや銅の場合は共振用コンデンサ
の容量を小さくしくコンデンサ２ａ）、これにより共振
回路の共振周波数ｆｏを高め、鍋３の表皮効果によって
加熱コイル１の入力インピーダンスを高くする。また、
鍋３の材質が鉄や１８−８ステンレスであれば、共振用
コンデンサの容量を大きクシ（コンデンサ２ｂ）、これ
により共振回路の共振周波数ｆｏを下げ、加熱コイル１
の入力インピーダンスをアルミニウムや銅の場合と同様
の入力インピーダンスとするものである。

なお、上記各実施例では、電流トランス３０を共振回路
に直接的に設けるようにしたが、インバータ回路のたと
えば整流回路のダイオードブリッジ１１と平滑コンデン
サ１２との接続ライン、平滑コンデンサ１２への通電ラ
イン、整流回路とトランジスタ１３との接続ラインなど
に設けても同様に実施することができる。また、電流ト
ランス３０を用いず、抵抗を挿接してその抵抗の両端電
圧を抽出するようにしてもよい。その他、この発明は上
記実施例に限定されるものではなく、要旨を変えない範
囲で種々変形実施可能なことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上述べたようにこの発明によれば、加熱コイルの入力
インピーダンスを検出する検出手段を設け、この検出手
段の検出結果つまり鋼の材質に応じて加熱コイルの入力
インピーダンスを可変制御するようにしたので、損失の
増大を招くことなく、負荷の材質にかかわらず適正かつ
効率の良い加熱調理を可能とする誘導加熱調理器を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例における負荷検出回路
の具体的な構成図、第２図は同実施例の全体的な回路構
成図、第３図はこの発明の第２の実施例の全体的な回路
構成図である。 １ａ、Ｉｂ・・・加熱コイル、２ａ、２ｂ・・・共振用
コンデンサ、３・・・鍋（負荷）、１５ａ・・・双方向
接点（リレー接点）、３０・・・電流トランス、４０・
・・負荷検出回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱コイルと、この加熱コイルに高周波電流を供給する
   インバータ回路と、前記加熱コイルの入力インピーダン
   スを検出する検出手段と、この検出手段の検出結果に応
   じて前記加熱コイルの入力インピーダンスを可変制御す
   る制御手段とを具備したことを特徴とする誘導加熱調理
   器。