JPS61230290A - 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、渦電流損に基づく鋼の自己発熱によ
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
に高透磁率の鍋、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
の入力抵抗が高くなり、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
かも低抵抗の鍋に対しては加熱コイルの入力抵抗が低く
なり、加熱が不可能であった。

ここで、鍋の材質と加熱コイルの入力抵抗との関係を説
明しておく。

まず、各種金属の抵抗率ρ（０ｍ）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から鋼の表皮厚さＳを求めることができる。

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鍋の場合、
比透磁率μＳが大きいので表皮厚さＳは小さく、大きな
表皮効果を生じて鋼そのものが高抵抗となる。よって、
加熱コイルの入力抵抗は高くなる。なお、材質が１８−
８ステンレスの場合、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（Ωｍ）の方が有効に作用
し、その高い抵抗率ρ（Ωｍ）により鍋そのものが＾抵
抗となる。よって、加熱コイルの入力抵抗は高くなる。

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さＳは大きく、表皮効果を生じ難
く、しかも抵抗率ρ（Ωｍ）自体も小さいので鍋そのも
のが低抵抗となる。よって、加熱コイルの入力抵抗は低
くなる。

ただし、アルミニウムや銅の鋼の場合、高周波磁界の周
波数ｆを高くすれば、原理的には加熱コイルの入力抵抗
を鉄の鍋の場合と略同じとすることができ、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
Ｈ２以上となっており、このため鉄の鍋の場合に１８ｋ
　ｚ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。

そこで、加熱コイルの入力抵抗がその加熱コイルの巻数
の２乗に比例することに着目し、鍋の材質がアルミニウ
ムや銅の場合には加熱コイルの巻数を増やし、これによ
り加熱コイルの入力抵抗を鉄や１８−８ステンレスの場
合と同程度まで高め、アルミニウムや銅の鋼に対しても
加熱を可能とする誘導加熱調理器が登場した。

ただし、このような誘導加熱調理器において、鍋の材質
がアルミニウムや銅の場合、加熱コイルの巻数が多くな
ると、鍋が低透磁率であることも加わって加熱コイルの
漏れ磁束が多くなるため、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、加熱コイルと共振
用コンデンサとで形成される共振回路の共振周波数が高
尚し、発生する高周波磁界が高くなり、やはり損失を生
じて実際には加熱が困難である。

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、ＬＣは加熱コイルの入力インダクタンス、Ｃ
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が太き（なると共振周波数ｆＯが高
くなる。

これに対処し、上記のような誘導加熱調理器では、加熱
コイルの巻数を切換可能とするとともに、共振用コンデ
ンサの容量を切換可能とし、鍋の材質がアルミニウムや
銅の場合には加熱コイルの巻数を増大すると同時に共振
用コンデンサの容量を低減し、これにより共振周波数ｆ
Ｏの高尚を抑えるようにしている。

そして、この場合、加熱コイルの径を鍋の直径以上に大
きくすることができないため、また加熱コイル巻線の断
面積を細くするとその加熱コイル自体の抵抗が高くなる
ため、加熱コイルを２分割し、それを上下に段構成する
ことにより巻数の切換えを可能としている。すなわち、
鍋の材質が鉄や１８−８ステンレスの場合には上段の巻
数の少ないコイルのみを使用することにより巻数の低減
を図り、鍋の材質がアルミニウムや銅の場合には上下の
コイルを直列接続して使用することにより巻数の増大を
図るようにしている。しかしながら、このような巻数切
換方式では、次のような問題がありた。

鍋の材質がアルミニウムや銅の場合には上下のコイルを
使用しているが、このとき上段のコイルは巻数が少なく
、しかもアルミニウムや銅の比透磁率は１であるから、
磁束が有効に鍋に入らず、加熱効率が悪くなる。

〔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、
その目的とするところは、負荷の材質にかかわらず適正
かつ効率の良い加熱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、上下に段構成した複数のコイルからなりそ
の各コイルの選択により巻数の切換えが可能な加熱コイ
ル、この加熱コイルとともに共振回路を形成する容量切
換可能な共振用コンデンサ、および共振回路を励起する
インバータ回路を設け、負荷の材質が高透磁率または高
抵抗のときには加熱コイルの巻数を低減し、かつ共振用
コンデンサの容量を増大するとともに、負荷の材質が低
透磁率、低抵抗のときには前記加熱コイルの巻数を上段
側のコイルを用いて増大し、かつ共振用コンデンサの容
量を低減するものである。

〔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は調理器本体の上面に設けられるト
ッププレートで、このトッププレート１の裏面には加熱
コイル２が離間対向して配設されている。この加熱コイ
ル２は、巻数の多いコイル２ａと巻数の少ないコイル２
ｂとを上下に段構成してなるもので、コイル２ｂの単独
使用またはコイル２ａ、２ｂの直列接続使用によって巻
数の切換えが可能となっている。そして、トッププレー
ト１上には負荷であるところの鍋３が載置されるように
なっている。

第２図は制御回路である。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
にはコイル２ｂの一端が接続され、このコイル２ｂの他
端は容量の大きな共振用コンデンサ１５ａの一端に接続
されている。そして、共振用コンデンサ１５ａの他端は
切換スイッチ（リレー接点）２０の固定端子２０ａと可
動端子２０ｃとの間を介して整流回路の負側出力端に接
続されている。

ざらに、コイル２ｂの他端にはコイル２ａの一端が接続
され、このコイル２ａの他端は容量の小さな共振用コン
デンサ１５ｂの一端に接続されている。そして、共振用
コンデンサ１５ｂの他端は切換スイッチ２０の固定端子
２０ｂと可動端子２０Ｃとの間を介して整流回路の負側
出力端に接続されている。この場合、共振用コンデンサ
１５ａ。

１５ｂ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、切換スイッチ２０が固定端子２０ａ側に切
換ねると巻数の少ない加熱コイル（コイル２ｂ）と容量
の大きい共振用コンデンサ１５ａとで直列共振回路が形
成されるようになっている。

また、切換スイッチ２０が固定端子２Ｏｂ側に切換ねる
と巻数の多い加熱コイル（コイル２ｂ。

２ａの直列体）と容量の小さい共振用コンデンサ１５ｂ
とで直列共振回路が形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を主
体にし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。

しかして、切換スイッチ２０の可動端子ラインには電流
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２１および位相検知回路２２にフィード
バックされるようになっている。負荷検出回路２１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
波電流の大きさを察知し、これにより加熱コイル２の入
力抵抗を判定し、この判定結果に応じて１８３の材質を
検出し、この検出結果に応じて切換スイッチ２０の切換
制御を行なうもので、鍋３の材質が鉄や１８−８ステン
レスのときには切換スイッチ２０を固定端子２Ｏａ側に
切換え、鋼３の材質がアルミニウムや銅のときには切換
スイッチ２０を固定端子２Ｏｂ側に切換えるようになっ
ている。位相検知回路２２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の位相を検知する
ものである。一方、インバータ駆動回路２３は、位相検
知回路２２の検知結果に応じてトランジスタ１３．１４
を交互にオン、オフし、インバータ回路を駆動するもの
である。

つぎに、上記のような構成において動作を説明する。

トッププレート１上に鍋３を載置し、電源１゜を投入す
る。すると、インバータ駆動回路２３によってトランジ
スタ１３．１４が交互にオン、オフされ、加熱コイル２
に高周波電流が流れる。このとき、負荷検出回路２１は
、電流トランス３０の出力によって加熱コイル２の入力
抵抗を検出し、この検出結果に応じて鍋３の材質を判定
する。この場合、入力抵抗が高ければ、鍋３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。

また、加熱コイル２の入力抵抗が低ければ、鍋３の材質
が低透磁率でしかも低抵抗のアルミニウムあるいは銅で
あると判定する。

こうして、負荷検出回路２１は、鍋３の材質が鉄あるい
は１８−８ステンレスであると判定すると、切換スイッ
チ２０を固定端子２Ｏａ側に切換える。すると、巻数の
少ない加熱コイル（コイル２ｂ）と容量の大きい共振用
コンデンサ１５ａとで直列共振回路が形成され、以後、
その共振回路がトランジスタ１３．１４のオン、オフに
よって励起される。一方、鋼３の材質がアルミニウムあ
るいは銅であると判定すると、切換スイッチ２０を固定
端子２Ｏｂ側に切換える。すると、巻数の多い加熱コイ
ル（コイル２ｂ、２ａの直列体）と容量の小さい共振用
コンデンサ１５１）とで直列共振回路が形成され、以後
、その共振回路がトランジスタ１３．１４のオン、オフ
によって励起される。したがって、加熱コイル２に高周
波電流が流れ、その加熱コイル２から発せられる高周波
磁界によって鋼３が誘導加熱される。このとき、位相検
知回路２２が電流トランジスタ３０の出力によって加熱
コイル２に流れる高周波電流の位相を検知しており、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な
われる。

このように、鋼３の材質が高透磁率または高抵抗のとき
には加熱コイル２の巻数を少な（するとともに共振用コ
ンデンサの容量を多くし、ＷＡ３の材質が低透磁率でし
かも低抵抗であれば加熱コイル２の巻数を多くするとと
もに共振用コンデンサの容量を少なくすることにより、
鉄や１８−８ステンレスの鍋は勿論、アルミニウムや銅
の鋼に対しても損失を生じることなく加熱を行なうこと
ができる。特に、巻数が多くて磁界発生量の多いコイル
２ａを鍋３の近く、つまり上段に配し、それを比透磁率
の小さいアルミニウムや銅の鍋に対して使用するので、
その比透磁率にかかわらず磁束を鍋に有効に入れること
ができ、良好な加熱効率を確保することができる。

なお、制御回路としては第２図に限定されるものではな
く、第３図に示す構成としてもよい。

第３図に示すように、トランジスタ１４のコレクタにコ
イル２ｂの一端を接続し、このコイル２ｂの他端を切換
スイッチ（リレー接点）４０の可動端子４０Ｇと固定端
子４０ａとの間を介して共振用コンデンサ１５Ｈの一端
に接続する。そして、共振用コンデンサ１５ａの他端を
整流回路の負側出力端に接続する。また、コイル２ｂの
他端に切換スイッチ４０の可動端子４０Ｃと固定端子４
０ｂとの間を介してコイル２ａの一端を接続し、このコ
イル２ａの他端を共振用コンデンサ１５ｂの一端に接続
する。そして、共振用コンデンサ１５ｂの他端を共振用
コンデンサ１５ａの一端に接続する。さらに、共振用コ
ンデンサ１５ａの電圧を負荷検出回路２１および位相検
知回路２２にフィードバックする。この場合、負荷検出
回路２１は、共振用コンデンサ１５ａの電圧によって共
振回路に流れる高周波電流の大きさを察知し、これによ
り加熱コイル２の入力抵抗を判定して鍋３の材質を検出
し、この検出結果に応じて切換スイッチ４０を切換制御
するようになっている。位相検知回路２２は、共振用コ
ンデンサ１５ａの電圧によって共振回路に流れる高周波
電流の位相を検知するようになっている。

したがって、この場合、鋼３の材質が鉄あるいは１８−
８ステンレスであれば、切換スイッチ４０が固定端子４
０ａ側に切換わり、巻数の少ない加熱コイル（コイル２
ｔ））と容量の大きい共振用コンデンサ１５ａとで直列
共振回路が形成され、以後、その共振回路がトランジス
タ１３．１４のオン、オフによって励起される。一方、
鍋３の材質がアルミニウムあるいは銅であれば、切換ス
イッチ４０が固定端子４０ｂ側に切換ねり、巻数の多い
加熱コイル（コイル２ｂ、２ａの直列体）と容量の小さ
い共振用コンデンサ（１５ｂ、１５ａの直列体）とで直
列共振回路が形成され、以後、その共振回路がトランジ
スタ１３．１４のオン。

オフによって励起される。

また、制御回路としては第４因に示す構成としてもよい
。

第４図に示すように、整流回路の正側出力端に切換スイ
ッチ５１の可動端子５１ｃと固定端子５１ａとの間を介
してコイル２ｂの一端を接続し、このコイル２ｂの他端
をスイッチング素子であるところのＮＰＮ形トランジス
タ５３のコレクタ令エミッタ間を介して整流回路の負側
出力端に接続している。そして、切換スイッチ５１の固
定端子５１ｂにコイル２ａの一端を接続し、このコイル
２ａの他端をコイル２ｂの一端に接続している。

また、切換スイッチ５１の可動端子５１Ｃに切換スイッ
チ５２の可動端子５２Ｃと固定端子５２ａとの間を介し
て共振用コンデンサ１５ａの一端を接続し、この共振用
コンデンサ１５ａの他端をコイル２ｂの他端に接続して
いる。そして、切換スイッチ５２の固定端子５２ｂに共
振用コンデンサ１５ｂの一端を接続し、この共振用コン
デンサ１５ｂの他端をコイル２ｂの他端に接続している
。

なお、５４はダンパダイオードである。

さらに、トランジスタ５３のコレクタ電圧を負荷検出回
路２１および位相検知回路２２にフィードバックする。

この場合、負荷検出回路２１は、トランジスタ５３のコ
レクタ電圧によって共振回路に流れる高周波電流の大き
さを察知し、これにより加熱コイル２の入力抵抗を判定
して鍋３の材質を検出し、この検出結果に応じて切換ス
イッチ５１．５２を切換制御するようになっている。位
相検知回路２２は、トランジスタ５３のコレクタ電圧に
よって共振回路に流れる高周波電流の位相を検知するよ
うになっている。

したがって、この場合、鍋３の材質が鉄あるいは１８−
８ステンレスであれば、切換スイッチ５１．５２がそれ
ぞれ固定端子５１ａ、５２ａ側に切換ねり、巻数の少な
い加熱コイル（コイル２ｂ）と容量の大きい共振用コン
デンサ１５ａとで並列共振回路が形成され、以後、その
共振回路がトランジスタ５３のオン、オフによって励起
される。

一方、鋼３の材質がアルミニウムあるいは銅であれば、
切換スイッチ５１．５２がそれぞれ固定端子５１ｂ、５
２ｂ側に切換ねり、巻数の多い加熱コイル（コイル２ａ
、２ｂの直列体）と容量の小さい共振用コンデンサ１５
ｂとで並列共振回路が形成され、以後、その共振回路が
トランジスタ５３のオン、オフによって励起される。

ところで、上記実施例では加熱コイル２を巻数の多いも
のと少ないものとに２分割したが、第５図に示すように
加熱コイル２を巻数の同じコイル２ｘ、２ｙ、２ｚに３
分割し、それを上下に段構成してもよい。

第６図は制御回路である。すなわち、整流回路の出力端
にＮＰＮ形トランジスタ１３のコレクタ・エミッ゛り間
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。

トランジスタ１４のコレクタにはコイル２ｚの一端が接
続され、このコイル２ｚの他端は容量の大きな共振用コ
ンデンサ１５ａの一端に接続されている。そして、共振
用コンデンサ１５ａの他端は切換スイッチ（リレー接点
）６０の固定端子６０Ｘと可動端子６Ｃ）Ｃとの間を介
して整流回路の負側出力端に接続されている。ざらに、
コイル２ｚの他端にはコイル２ｙの一端が接続され、こ
のコイル２ｙの他端は容量の小さな共振用コンデンサ１
５１）の一端に接続されている。そして、共振用コンデ
ンサ１５ｂの他端は切換スイッチ６０の固定端子６０ｙ
と可動端子６０Ｇとの間を介して整流回路の負側出力端
に接続されている。また、コイル２ｙの他端にはコイル
２ｘの一端が接続され、このコイル２ｘの他端は容量の
小さな共振用コンデンサ１５ｂの一端に接続されている
。そして、共振用コンデンサ１５ｂの他端は切換スイッ
チ６０の固定端子６０ｚと可動端子６０ｃとの間を介し
て整流回路の負側出力端に接続されている。

しかして、切換スイッチ６０の可動端子ラインには電流
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２１および位相検知回路２２にフィード
バックされるようになっている。負荷検出回路２１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
波電流の太きさを察知し、これにより加熱コイル２の入
力抵抗を判定し、この判定結果に応じて！Ｉ３の材質を
検出し、この検出結果に応じて切換スイッチ６０の切換
制御を行なうもので、鋼３の材質が鉄や１８−８ステン
レスのときには切換スイッチ６０を固定端子６０Ｘ側に
切換え、鍋３の材質がアルミニウムのときには切換スイ
ッチ６０を固定端子６０ｙ側に切換え、鍋３の材質がア
ルミニウムよりも抵抗の低い銅のときには切換スイッチ
６０を固定端子６０２側に切換えるようになっている。

すなわち、鋼３の材質が鉄あるいは１８−８ステンレス
であれば、切換スイッチ６０が固定端子６０ｘ側に切換
ねり、巻数の少ない加熱コイル（下段のコイル２ｘのみ
）と容量の大きい共振用コンデンサ１５ａとで直列共振
回路が形成され、以後、その共振回路がトランジスタ１
３．１４のオン、オフによって励起される。また、鍋３
の材質がアルミニウムであれば、切換スイッチ６０が固
定端子６０ｙ側に切換ねり、巻数の多い加熱コイル（中
断のコイル２ｙおよび下段のコイル２ｚの直列体）と容
量の小さい共振用コンデンサ１５ｂとで直列共振回路が
形成され、以後、その共振回路がトランジスタ１３．１
４のオン、オフによって励起される。ざらに、鍋３の材
質がアルミニウムより抵抗の低い銅であれば、切換スイ
ッチ６０が固定端子６０２側に切換ねり、巻数の多い加
熱コイル（コイル２Ｘ、２ｙ、２Ｚの直列体）と容量の
小さい共振用コンデンサ１５ｂとで直列共振回路が形成
され、以後、その共振回路がトランジスタ１３．１４の
オン、オフによって励起される。

〔発明の効果〕

以上述べたようにこの発明によれば、上下に段構成した
複数のコイルからなりその各コイルの選択により巻数の
切換えが可能な加熱コイル、この加熱コイルとともに共
振回路を形成する容量切換可能な共振用コンデンサ、お
よび共振回路を励起するインバータ回路を設け、負荷の
材質が高透磁率または高抵抗のときには加熱コイルの巻
数を低減し、かつ共振用コンデンサの容量を増大すると
ともに、負荷の材質が低透磁率、低抵抗のときには前記
加熱コイルの巻数を上段側のコイルを用いて増大し、か
つ共振用コンデンサの容量を低減するようにしたので、
負荷の材質にかかわらず適正かつ効率の良い加熱を可能
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図はこの発明の一実施例における加熱コイルおよび
その周辺部の構成を示す図、第２図は同実施例における
制御回路の構成を示す図、第３図および第４図はそれぞ
れ第２図の変形例を示す図、第５図はこの発明の他の実
施例における加熱コイルおよびその周辺部の構成を示す
図、第６図は同じく他の実施例における制御回路の構成
を示す図である。 １・・・トッププレート、２・・・加熱コイル、２ａ・
・・巻数の多いコイル、２ｂ・・・巻数の少ないフィル
、３・・・鍋（！ｌ）、１５ａ・・・容量の大きい共振
用コンデンサ、１５ｂ・・・容量の小さい共振用コンデ
ンサ、２０・・・切換スイッチ、２１・・・負荷検出回
路。 第１図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上下に段構成された複数のコイルからなりその各コイル
   の選択により巻数の切換えが可能な加熱コイルと、この
   加熱コイルとともに共振回路を形成する容量切換可能な
   共振用コンデンサと、この共振回路を励起するインバー
   タ回路と、負荷の材質が高透磁率または高抵抗のときに
   は前記加熱コイルの巻数を低減し、かつ前記共振用コン
   デンサの容量を増大する手段と、負荷の材質が低透磁率
   、低抵抗のときには前記加熱コイルの巻数を上段側のコ
   イルを用いて増大し、かつ前記共振用コンデンサの容量
   を低減する手段とを具備したことを特徴とする誘導加熱
   調理器。