JPS62128473A - 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］ 本発明は誘導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］ この種の誘導加熱調理器は、負荷である鍋をのせるトッ
ププレートの下側に誘導加熱コイルを配置し、これにイ
ンバータによって２０に〜３０　ＫＨｚの高周波電流を
流すことによって鍋に高周波磁界を作用させ、以て鍋に
渦電流を流し発熱させる構成のものである。

この場合、渦電流は表皮効果によって鍋底の誘導加熱コ
イル側に集中して流れるため鍋の表皮抵抗Ｒｓにより決
まる。この表皮抵抗Ｒｓはまた表皮厚さδとその材質の
固有抵抗ｐによって決まる。ここでＲｓおよびｐは次式
で表わされる。尚、次式中、ｆは周波数、兆は比透磁率
である。

δ−（２・ρ／ω・μ）＋ 一１１／（４π’Ｘｌ０−７）１士 ×（ρ／ｆ−兆）　　　　・・・・・・（１）Ｒｓ−ρ
／δ−（ω・μ・ρ）十 −（４π・　Ｘｌ０−７）” ×　　（ρ　　・　　ｆ　　−μＳ　）　　±　　　　
　　　　　　　・・・　・・・　　（２）鍋の材質が鉄
または磁性ステンレスのように比透磁率の大きい強磁性
体製或いは固有抵抗の大きい非磁性ステンレス製等の場
合は表皮抵抗が高いので誘導加熱の実現については問題
がない。

これに対して、比透磁率及び固有抵抗の何れも極めて小
さいアルミ或いは銅製鍋の場合は表皮抵抗が極めて小さ
いので誘導加熱コイルに短絡電流のような大電流が流れ
てしまう問題がある。

この問題を解決するには高周波電流の周波数を更に高く
すればよいが、それには数ＭＨｚ程度まで高くする必要
がある。しかしながらこれほどまでに周波数を高くする
ことはインバータを構成しているスイッチング素子の動
作速度特性から不可能であり、また仮に可能であったと
しても周波数が極端に高いため誘導加熱コイルに表皮効
果を生じて実抵抗が急増し従って効率が極端に低下する
欠点がある。

［発明の目的］ そこで本発明の目的はアルミや銅等のように比透磁率及
び固有抵抗の小さい材質からなる鍋も鉄或いは非磁性ス
テンレス等のように比透磁率或いは固を抵抗の大きな材
質からなる鍋の場合と同様に誘導加熱できる誘導加熱調
理器を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は誘導加熱コイルの入力電力が鍋の材質によって
大幅に変化することを避けるため、誘導加熱コイルに印
加する高周波電圧の大きさ及びこの誘導加熱コイルの入
力インピーダンスを鍋の材質に応じて切換え得る構成と
することにより表皮抵抗の小さい鍋をも表皮抵抗の大き
い鍋と同様に支障なく誘導加熱し得るようにしたもので
ある。

［発明の実施例］ 以下本発明の各実施例について述べるに、先ずインピー
ダンス可変手段として誘導加熱コイルの巻数と周波数と
の両者を同時に切換えるようにした第１実施例について
第１図乃至第３図により説明する。１は可変電圧形の直
流電源装置で、商用電源２から交流電力を受けて直流電
力に変換する整流回路３と平滑用のコンデンサ４及びチ
ョークコイル５とから成る。そして上記整流回路３は２
個のダイオード６と電圧切換手段をなす２個のサイリス
タ７とからなり、このサイリスタ７を位相制御回路８に
より位相制御することにより高周波電源部としてのイン
バータ９の母線９　ａ　、　　ｇ　ｂ　ＩｔＨへの入力
端子ｅしを可変できるようにしている。

一方、第２図にも示すようにトッププレートｌ。

上にのせられた鍋１１を誘導加熱するための誘導加熱コ
イル１２はその入力インピーダンスを鍋１１の材質によ
り切換えるインピーダンス可変手段を兼ねるべく巻数切
換可能とするために第１のコイル１３と第２のコイル１
４とからなり、これらはトッププレート１０の下側に２
段重ねに配設されている。そして第１のコイル１３は巻
ｈ　Ｎ　１に、第２のコイル１４は第１のコイル１３と
直列の状態で全巻数Ｎ２　（但しＮ１　＜　Ｎ２　）に
なるように定められている。

また、この誘導加熱コイル１２は２個のスイッチングト
ランジスタ１５．１６と入力インピーダンス可変手段従
って周波数可変手段を兼ねた第１の共振用コンデンサ１
７及び第２の共振用コンデンサ１８とで上述の電流共振
プッシュプル形インバータ９を構成している。１９は出
力接点２０を存する負荷検出回路である。この出力接点
２０は接点端子（２（ｌａ−２０ｂ）間オンのとき第１
及び第２の誘導加熱コイル１３．１４を直列に接続する
と共にこれら両コイル１３．１４と第１及び第２の」（
振用コンデンサ１７．１８とが両スイッチングトランジ
スタ１５．１６のエミッタ・マレフタ間共通接続点Ｐｌ
と母線９ｂとの間に直列に介在されて低表皮抵抗用運転
状態に形成され、Ｒつ接点端子（２０ａ−２０ｃ）間オ
ンのとき１−記共通接続点Ｐ１と母線９ｂとの間に第１
の誘導加熱コイル１３及び第１の共振用コンデンサ１７
が１］゛ｆ列に介在されて高表皮抵抗用運転状態に形成
される結線になっている。位相検出回路２１はインバー
タ出力電圧ｅＱ即ち両スイッチングトランジスタ１５．
１６の」二記共通接続点Ｐ１の電圧と誘導加熱コイル１
３（または両コイル１３．１４）を通過した電流との間
の位相を検出し、その位相が常に９０°となるタイミン
グをもってインバータ駆動回路２２によりスイッチング
！・ランジスタ１５及び】６を交互にオンオフさせるよ
うになっている。これによりインバータ９の共振周波数
が鍋１１の材質の微妙な相違、載置状態のばらつきによ
り変動することを阻止するようにしている。

一方、第１の共振用コンデンサ１７の１ＵＬ流通路には
変流器２３が設けられその出力が負荷検出回路１９にり
、えられ、以てトッププレート１０」二にのせられた鍋
１１の＋イ質即ち表皮抵抗の大小を判定するようになっ
ている。

次に上記構成の作用について説明する。先ず負荷である
鍋１１が鉄筒表皮抵抗の高い材料からなる場合は変流器
２３により検出される電流値が小さいことから負荷検出
回路１９は出力接点２０の接点端子（２０ａ−２０ｂ）
間を閉路さけると共に、位相制御回路８に電圧切換え信
号を与える。

これにより誘導加熱コルク１２は巻数Ｎ１を上る第１の
コイル１３か選択されることから低入力インピーダンス
に切換えられＲつ第１の共振用コンデンサ１７が選択さ
れることからインバータ９の出力周波数が低い方の値【
１に切換えられ、史に、整流回路３のサイリスタ７が位
相制御されてインバータ９の入力電圧ｅしか高い方の値
ｅ１に切換えられる。そして第１のスイッチングトラン
ジスタ１５及び第２のスイッチングトランジスタ１［５
が交互にオンオフ制御されると、スイッチングトランジ
スタ１５のオン時に第１のコイル１：３及び第１の共振
用コンデンサ１７に電圧が印加され、スイッチングトラ
ンジスタ１６のオン時にこのＬＣＨ路内でエネルギーの
授受がおこり、そして位相検知回路２１によりフィード
バック制御が加イ〕ってインバータ９は周波数ｆ１で駆
動され、第１のコイル１３にｆｌの高周波電流が流れｗ
４１１が誘導加熱される。

これに対して、出力接点２０の接点端子（２０ａ−２０
ｃ）間が閉路状態にあるときトッププレー１−１（ｌ二
１こアルミ製の＃４１１がのせられるとその表皮抵抗が
極めて小さいことから、変流器２３の出力が大きくなり
、これにより負荷検出回路１９は自動的に出力接点２０
を接点端子（２０ａ−２０ｂ）間が閉路するように切換
えると共に位相制御回路８によってインバータ入力端子
ｅＬをｅｌからｅ２　　（出しｅｌ　＞ｅ２　）へ即ち
低い電圧に切換える。同時に誘導加熱コイル１２は第１
のコイル１３と第２のコイル１４とが直列になった巻数
Ｎ２の状態に切換えられて高入力インピーダンスの状態
になると共に第１及び第２の共振用コンデンサ１７．１
８が選択されることからイバータ９の周波数がｆ２　（
但しｆｌ＜ｆ２）に増加される。

このように、鍋１１の材質が表皮抵抗の高いものから低
いものに換えられるとインバータ出力電圧が低い値に切
換えられると同時に、出力接点２０が接点端子（２０ａ
〜２０ｃ）開閉路から（２０ａ〜２０ｂ）間に切換わっ
て誘導加熱コイル１２の入力インピーダンスが巻数の増
加とインバータ出力周波数の上昇とにより増加されるの
で、誘導加熱コイル１２の入力電力は鍋１１の材質が表
皮抵抗の高いものから低いものに切換えられたことによ
る増加を実用上問題にならない程度の増加に抑制するこ
とができる。

ちなみに入力電力と電圧との関係は以下のようになる。

即ち、その説明として第３図にはインバータ９の入力電
圧ｅ１と出力電圧ｅＯ（本例ではインバータ入出力間で
電圧降下がないものと仮定している）と負荷電流ＬＬの
波形が示されている。

インバータ９の１周期当りの入力電力ＰａＬは次のよう
に表わされる。

ここて Ｌ　Ｌ　　　（ｔ）−Ｌｐ　　　ｓ　　ｉｎ　　ω　ｔ
ｔｐ　　−１／ＲＬ　　・　２／π　−ｅＲＬ＝誘導加
熱コイル１２の 入力端からみた負荷抵抗 故に、　　　　Ｐａ　Ｌ　−ｒｉ／　ｙｒ　・ｅ　ｙ’
　／ＲＬ・・・・・・（４） 電圧ｅＬか十分平滑されていないときの入力電力Ｐｂ　
Ｌは電圧に商用電源周波数のリップルが含んでいるため
次式により表わされる。

一η／π・１　／ＲＬ ■ 〇 一々／π・ＥＬ’／ＲＬ　　　・・・・・・（５）ここ
でＴは商用電源電圧の周期、ＥＬはインバータ入力端子
ｅｙの実効値である。この（５）式から明らかなように
鍋１１の表皮抵抗の１・ＩＪ違による入力電力の変化量
の１１１を人カフｕ圧の切換えにより減少できることが
わかる。しかしながら電圧の切換えのみで入力電力の均
等化を図ろうとすると、実際の製品である鉄製とアルミ
製との間での電圧差を大きく設定しなければならず、実
際に得られる最大電圧を鉄製に合わせたとするとアルミ
製で要求される電圧が低くなり過ぎてトランジスタ１５
．１６の駆動に支障が生ずる。そのために本発明ではＬ
述のように誘導加熱コイル１２の入力インピーダンスを
も鉄製の場合よりもアルミ製の場合で高くなるように切
換えて電圧差を小さくしている。その結果として電圧の
制御範囲が狭くて済むので電源部の構成も簡単化できる
。

ちなみに上記実施例のように巻数切換えを併用する構成
においては、鉄製鋼とアルミ製鋼との間で巻数を換えな
いで入力電力を同一にするための電圧比が略４対１にな
るのに対して、例えば１対２の割合いで巻数切換えを行
なうと電圧比が２対１で済むようになる。従って上記装
置によれば、周波数のみの切換方式のように周波数を極
端に上げる必要がなく、また電圧のみの切換方式のよう
にトランジスタの不安定動作等を招くことがなく、総じ
て構成が簡単になる。

次に本発明の第２実施例について第１図と同一部分に同
一７１号を付して示す第４図により述べる。

即ちこの実施例のものは直流電源装置２４を２個のコン
デンサ２５．２６と整流及び電圧可変用の２個のサイリ
スク（電圧切換手段をなす）２７゜２８とにより倍電圧
整流回路（１４成となし、これにより電圧切換え範囲を
広くし、一方誘導加熱コイル２９を巻数切換えを行なわ
ずにコンデンサ１７゜１８の総容礒切換えのみによりイ
ンバータ出力周波数を切換える構成にしたものである。

換二゛すれば、第１図に示す実施例では加熱誘導コイル
の入力インピーダンスをその巻数切換えと周波数切換え
との両者により行っているのに対して、第４図に示す第
２実施例では入力インピーダンスを周波数切換えにより
切換える構成としたものであり、入力インピーダンスの
に切換え比率が小さくなった分、直流電源部２４を倍電
圧形となしてその不足分を電圧比率の拡大によって補う
ようにしている。

尚、本発明は上記各実施例のみに限定されるものではな
いことは勿論であり、特に上記実施例では誘導加熱コイ
ル及び共振用コンデンサをインバータの構成要素として
いるが、インバータを誘導加熱コイル及び共振用コンデ
ンサとは全く独立して可変周波数形に形成してもよいこ
とは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明は以上述べたように、鍋の表皮抵抗の大小に応じ
て誘導加熱コイルへの印加電圧及びその入力インピーダ
ンスを切換えることにより鍋の表皮抵抗の相違による入
力電力の差を小さい値に抑制でき、電圧のみの切換え若
しくは周波数のみの切換え方式に比して構成が簡単にな
る誘導加熱調理器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す結線図、第２図は留
部の配置関係を示す概略的側面図、第３図は電圧、電流
波形図、第４図は本発明の第２実施例を示す結線図であ
る。 図中、１及び２４は直流電源装置、７，２７及び２８は
サイリスタ（電圧切換手段）、８は位相制御回路、９は
インバータ（高周波電源部）、１１は鍋、１２及び２９
は誘導加熱コイル、１３及び１４は第１及び第２コイル
（入力インピーダンス可変手段）、１５．１６はスイッ
チングトランジスタ、１７及び１８は第１及び第２の共
振用コンデンサ（入力インピーダンス可変手段）、１９
は負荷検出回路、２０は出力接点、２１は位相検知回路
、２２はインバータ駆動回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鍋を誘導加熱するための誘導加熱コイルと、この誘
   導加熱コイルに高周電流を供給するための高周波電源部
   と、この高周波電源部の出力電圧を前記鍋の材質に応じ
   て切換える電圧切換手段と、前記誘導加熱コイルの入力
   インピーダンスを前記鍋の材質に応じて切換えるインピ
   ーダンス可変手段とからなる誘導加熱調理器。 ２、インピーダンス可変手段は高周波電源部の出力周波
   数を切換えるものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の誘導加熱調理器。 ３、インピーダンス可変手段は誘導加熱コイルの巻数を
   切換えるものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の誘導加熱調理器。 ４、インピーダンス可変手段は夫々高周波電源部の出力
   周波数及び誘導加熱コイルの巻数を同時に切換えるもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   誘導加熱調理器。