JPS63138687A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は被加熱体の有無や材質等を判別できるようにし
た誘導加熱調理器に関する。

（従来の技術） 誘導加熱調理器は、周知の通り１秀導加熱コイルにイン
バータから高周波電力を供給し、被加熱体たる鉄やステ
ンレス製の鍋等に発生する渦電流損′（こより加熱調理
を行う構成である。このものでは、加熱調理中に鍋が取
去られると、誘導加熱コイルを含む共振回路の入力イン
ピーダンス（抵抗分）が急減する。そこで、従来は、こ
の現象を利用して被加熱体の有無を検出し、無負荷状態
になって誘導加熱コイルへの入力端子が増加したときに
はこれを変流器により検出し、ちって直ちにインバータ
の動作を停止させるようにしていた。

ところで、近年の誘導加熱１調理器では、鉄やステンレ
スのみならず、銅やアルミニウム等の低抵抗材質製の鍋
も加熱できるようにすることが試みられている。このよ
うな低抵抗材質製の鍋を加熱するには、一般には被加熱
体の材質を検出して誘導加熱コイルのタップを切換え、
巻数を増大させると共に、インバータの出力周波数を高
めなければならない。しかしながら、このようにした場
合には、無負荷時の入力インピーダンスも相当に高くな
って加熱時における入力インピーダンスとの差異が少な
くなるため、誘導加熱コイルの入力インピーダンスの大
小に基づき被加熱体の有無を検出するのは極めて困難と
なる。

また、誘導加熱コイルの巻数を切換えるべく材質を検出
するには、誘導加熱コイルを含めた共振回路の共振周波
数が被加熱体の材質により異なるという現象を利用して
いたが、これによれば鉄や磁性ステンレス等の磁性材料
とアルミニウムや銅等の非磁性材料とは区別できても、
同じく非磁性である非磁性ステンレスとアルミニウムや
銅等とを区別することができなかった。このため、従来
は非磁性ステンレス製の鍋を載置した場合には、これを
アルミニウムや銅と同等であると判断してその加熱条件
で加熱してしまう。しかし、非磁性ステンレスは固有抵
抗が高いためアルミニウム鍋の加熱条件では渦電流がほ
とんど流れず、結局、非磁性ステンレスについては実用
的な加熱を行ない得ないという問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） 以上述べたように、従来の誘導加熱調理器では、アルミ
ニウムや銅等の低抵抗材料製の被加熱体も加熱できるよ
うにすると、被加熱体の４無を正確に判別できなくなり
、しかも非磁性ステンレス製の被加熱体を正確に判別で
きないという問題があったのである。

そこで、本発明の目的は、被加熱体の材質のいかんにか
かわらず、その有無を正確に検出できると共に、非磁性
ステンレス製の被加熱体も正確に判別できる誘導加熱調
理器を提供するにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の誘導加熱調理器は、誘導加熱コイルの入力イン
ピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と共振周
波数を検出する周波数検出手段とを設け、これらにより
検出した入力インピーダンス及び共振周波数に基づき負
荷状態判別手段にて被加熱体の有無や材質等を判別する
ようにしたところに特徴を有するものである。

（作用） 被加熱体が非磁性ステンレスや鉄のような高抵抗材質に
より形成されている場合には、誘導加熱コイルの入力イ
ンピーダンスがアルミニウムや銅等の低抵抗材質の被加
熱体を加熱する場合に比べて大きくなる。また、同じく
高抵抗材質であっても、非磁性ステンレスは磁性を有す
る鉄や磁性ステンレスとは共振周波数が異なり、周波数
検出手段により検出した共振周波数により両グループを
区別することができる。また、同じく抵抗率が小さく、
非磁性のアルミニウムや銅等の加熱時と無負荷時とでは
、やはり共振周波数が異なるから、共振周波数に基づき
無負荷状態であることを確実に検出することができる。

（実施例） 以下本発明の第１実施例につき第１図ないし第３図を参
照して説明する。

１は商用電源、２はサイリスタ３を備えたブリッジ整流
回路、４は平滑コンデンサ、５は電圧制御回路で、平滑
コンデンサ４の両端子間のＩＩＩ流出力出力電圧圧制御
回路５によってサイリスタ３の導通角を制御することに
より調節することができる。ここで、電圧制御回路５は
、後述する負荷状態判別動作を行うときには直流出力電
圧を十分に低い一定値に保ち、その後、電圧を高くし加
熱動作に移行する。６は２個のスイッチングトランジス
タ７をインバータ駆動回路８によりスイッチングするよ
うに構成したインバータで、これは第１及び第２の誘導
加熱コイル９．１０並びに第１及び第２の共振コンデン
サ１１．１２を備えた共振回路１３に高周波電力を供給
するものである。各誘導加熱コイル９．１０は図示しな
いトッププレートの下方に配置されていて、トッププレ
ート上に載置された鍋等の被加熱体１４に高周波磁界を
作用させ、これによる渦電流損によってその被加熱体１
４を加熱する。１５は切換スイッチであり、これの切換
状態に応じて共振回路１３の誘導加熱コイル９．１０及
び共振コンデンサ１１．１２の全てを有効化した状態と
、第１の誘導加熱コイル９及び第２の共振コンデンサ１
２のみを有効化してそれらの巻数及び８瓜を異ならせた
状態とに切換えることができる。尚、前者の状態はアル
ミニウムや銅製の被加熱体１４を加熱するのに適合しく
以下、低抵抗材質加熱条件と称す）、後者の状態は鉄や
ステンレス製の被加熱体１４を加熱するのに適合する（
以下、高抵抗材質加熱条件と称す）。１６は位相比較回
路であり、これは第１の誘導加熱コイル９の電位Ｖｌと
第２の共振コンデンサ１２の電位ＶＣとを比較し、両電
位Ｖ、（、Ｖｃの位相差が略９０°の状態にするような
電圧の周波数指令電圧信号Ｓｆをボルテージ・コンドロ
ールド・オシレーター１７（以下ＶＣＯ１７と称す）に
出力する。ＶＣＯ１７は周波数指令電圧信号Ｓ「に応じ
た周波数で発振してインバータ駆動回路８を制御し、こ
れによりインバータ６は両電位Ｖ（、Ｖｃが常に略９０
”の位相差の状態（共振状態）となるような周波数（共
振周波数）で動作するように制御される。即ち、上記位
相比較回路１５、ＶＣＯ１７及びインバータ駆動回路８
はインバータ６の出力周波数を被加熱体１４の加熱時に
おいて共振状態となるようにフィードバック制御する共
振制御手段１８を構成するもので、また位相比較回路１
６から出力される周波数指令電圧信号Ｓｒはその共振周
波数に比例した値となる。

次に、１９は周波数検出手段で、これは第２図に示すよ
うに、コンパレータ２０及び抵抗２１゜２２を備え、抵
抗２１．２２により定まる基準電圧と、上述のように共
振周波数に比例した周波数指令電圧信号Ｓｒとを比較し
、周波数指令電圧信号Ｓｒ即ち共振周波数が所定値を越
えたところでハイレベル信号を出力する。一方、２３は
インピーダンス検出手段で、これはインバータ６の出力
電流を検出する変流器２４を備え、第２図に示すように
検出電流−を抵抗２５により電圧変換してダイオード２
６によって整流し、これをコンパレータ２７の非反転入
力端子（＋）に与える。そして、このコンパレータ２７
の反転入力端子（−）には抵抗２８．２９により分圧さ
れた基準電圧が与えられており、インバータ６の出力電
流が所定値を越えるときにコンパレータ２７からハイレ
ベル信号が出力されるようになっている。負荷状態判別
動作時におけるインバータ６の出力電圧は低い一定値に
定められているから、変流器２４により検出された電流
と共振回路１３の誘導加熱コイル９゜１０の入力インピ
ーダンスとは反比例関係にあり、従って、コンパレータ
２７からハイレベル信号が出力されることは誘導加熱コ
イル９，１０の人力インピーダンスが所定値以下にある
ことを意味する。２８は負荷状態判別手段で、これはＤ
タイプフリップフロップ２９、インバータゲート３０．
２個のアンドゲート３１，３２及び２個のＲＳフリップ
フロップ３３．３４を第２図に示すように接続してｆｌ
Ｘｆｆ成されており、後述の作用説明から明らかにされ
るように、Ｄタイプフリップフロップ２９の反転出力端
子０及びＲＳフリップフロップ３３の出力端子Ｑから各
々高抵抗材質検出信号Ｓｈ又は低抵抗材質検出信号ＳＬ
　　（共にハイレベル）を定数切換回路３５に出力する
と共に、ＲＳフリップフロップ３４の出力端子Ｑからハ
イレベルの動作停止信号Ｓｓを動作停止手段に相当する
出力停止１〕回路３６に出力する。ここで、定数切換回
路３５は前記切換スイッチ１５を切換作動させるもので
あり、電源投入時の初期状態及び低抵抗材質検出信号Ｓ
（を受けたときには切換スイッチ１５を一節１図に示す
ように接点（ａ−ｂ）間開成とし、高抵抗材質検出信号
ｓｈを受けたときには切換スイッチ１５を接点（ａ　−
ｃ）間開成状態に切換える。また、出力停止回路３６は
負荷状態判別手段２８から動作停止信号Ｓｓを受けたと
きにはインバータ駆動回路８によりインバータ６の動作
を停止させる。尚、３７はインバータ６の出力電圧を検
出する電圧検出回路で、これはインバータ６の出力電圧
が所定値になったときに負荷状態判別回路２８のＤタイ
プフリップフロップ２９のクロック端子ＣＫに読込みパ
ルスを与えてインピーダンス検出手段２３からの信号を
読み取らせる。また、この読込みパルスは遅延回路３８
にも与えられ、その出力から所定時間経過時にインバー
タゲート３９を介して負荷状態判別回路２８のＲＳフリ
ップフロップ３３．３４に人力される。即ち、各フリッ
プフロップ３３．３４のリセット端子Ｒは当初ハイレベ
ルにあって出力端子Ｑはローレベルにリセットされてお
り、Ｄタイプフリップ７０ツブ２９の出力が確定した頃
に遅延回路３８の出力によりリセット端子Ｒがローレベ
ルになるから、その後、各ＲＳフリップフロップ３３．
３４のセット端子Ｓにハイレベルパルスが入力されると
きに出力端子Ｑがハイレベルになるようにされている。

６０は過電流検出手段で、これは無負荷状態になってイ
ンバータ電流が所定値を越えるようになると出力停止回
路３６に停止信号を出力してインバータ６の動作を直ち
に停止させる。

次に、本実施例の作用につき説明する。

まず、負荷状態とインバータ６の出力電流及び共振周波
数との関係について述べる。第３図は被加熱体の材質が
鉄、磁性ステンレス、非磁性ステンレス、銅及びアルミ
ニウムであるとき並びに無負荷状態のときにおけるイン
バータ電流と共振周波数とを実測した結果を示すもので
、切換スイッチ１５が接点（ａ−ｂ）開閉成状態にあっ
て低抵抗材質加熱用の条件にある場合である。同図から
明らかなように、被加熱体がアルミニウム或は銅等の低
抵抗材質である場合（無負荷も含む）と、それが鉄或は
ステンレスのような高抵抗材質である場合とはインバー
タ電流の大小により区別される。また、無負荷と、被加
熱体が銅やアルミニウム等の低抵抗材質である場合とは
、共振周波数の高低により区別される。このことは、イ
ンバータ電流（換言すれば誘導加熱コイル９．１０の人
力インピーダンス）と共振周波数とにより被加熱体の材
質及び被加熱体の有無が判別できることを意味する。本
発明は斯かる点に着目しており、次に本実施例の動作を
上記各材質の被加熱体１４を加熱する場合に分けて説明
する。

（１）鉄、磁性ステンレス或は非磁性ステンレス製の被
加熱体１４を加熱する場合 、まず、切換スイッチ１５が接点（ａ−ｂ）開閉成状態
にある低抵抗材質加熱条件で、電圧制御回路５によりイ
ンバータ６への出力電圧が低い一定値において負荷状態
判別動作が開始される。その出力電圧が所定値にまで達
すると、電圧検出回路３７によりこれが検出されてここ
から負荷状態判別回路２８に読込みパルスが与えられ、
これにてインピーダンス検出手段２３からの信号がＤタ
イプフリップフロップ２９に読込まれる。この場合、鉄
等は固を抵抗が大きいから、誘導加熱コイル９゜１０の
入力インピーダンスが大きくなって第３図からも明らか
なようにインバータ電流は小さくなる。従って、インピ
ーダンス検出手段２３のコンパレータ２７の出力端子は
ローレベルにあり、Ｄタイプフリップフロップ２９の出
力端子Ｑはローレベルとなり、反転出力端子０からハイ
レベルの高抵抗材質検出信号ｓｈが出力されることにな
る。

尚、このときフリップフロップ２９の出力端子Ｑがロー
レベルにあって各アンドゲート３１，３２の出力がロー
レベルに維持されていることから、低抵抗材質検出信号
Ｓ（及び動作停止信号Ｓｓは出力されない。

この結果、定数切換回路３５により切換スイッチ１５が
接点（ａ−ｃ）開閉成に切換えられ、共振回路１３は第
１の誘導加熱コイル９及び第２の共振コンデンサ１２の
みを有効化した高抵抗材質加熱条件になり、その条件で
電圧制御回路５によりインバータ６の出力電圧が高めら
れて被加熱体１４の加熱が行われる。また、インバータ
６は共振制御手段１８により常に共振状態になるように
制御されるから、インバータ６の出力周波数は比較的低
い約２５ＫＨｚ程度となる。

次いで、この状態から、被加熱体１４をトッププレート
上から取去ると、誘導加熱コイル９の入力インピーダン
スが急減することから、インバータ電流が急増し、過電
流検出手段６０によりインバータ６が停止される。

（２）アルミニウム或は銅製の被加熱体１４を加熱する
場合 前述したと同様に、低抵抗材質加熱条件で負荷状態判別
動作が行われると、アルミニウム等は固有抵抗が小さい
から、誘導加熱コイル９，１０の入力インピーダンスが
小さくなり、インバータ電流が大きくなる（第３図参照
）。このため、前述した鉄等の加熱時とは逆に、インピ
ーダンス検出手段２３のコンパレータ２７の出力端子は
ハイレベルとなり、Ｄタイプフリップフロップ２９の出
力端子Ｑはハイレベルに、反転出力端子Ｑはローレベル
になる。また、アルミニウム等の加熱時には共振周波数
は第３図に示すように５０ＫＨｚ程度の高い周波数にな
るから、周波数検出手段１９のコンパレータ２０の出力
端子はハイレベルとなる。このため、アンドゲート３１
の出力がハイレベルとなって、ＲＳフリップフロップ３
３の出力端子Ｑから低抵抗材質検出信号Ｓｅが出力され
る。

ところが、この場合には、既に切換スイッチ１５が接点
（ａ−ｂ）開閉成状態にあるから、同スイッチ１５は切
換られることなく、電圧制御回路５によりインバータ６
の出力電圧が高められて通常の加熱が行われる。

さて、この状態で被加熱体１４がトッププレート上から
取去られたとする。この場合には、負荷状態判別手段２
８のＤタイプフリップフロップ２９の出力端子Ｑは低電
圧時において読込みパルスを受けたときのハイレベル状
態を維持している。

そして、このときには誘導加熱コイル９．１０のインダ
クタンス変化により共振周波数が低くなるから（第３図
参照）、周波数検出手段１９のコンパレータ２０からは
ローレベル信号が出力され、これがインバータゲート３
０により反転されてＲＳフリップフロップ３４に与えら
れ、同フリップフロップ３４の出力端子Ｑからハイレベ
ルの動作停止信号Ｓｓが出力停止回路３６に出力される
。

斯くして負荷状態判別手段２８から動作停止信号Ｓｓが
出力されることにより、やはりインバータ６が直ちに停
止する。

（３）無負荷の場合 前述したと同様に、低抵抗材質加熱条件で負荷状態判別
動作が行われると、この場合には誘導前゛　熱コイル９
，１０の抵抗のみが寄与して入力インピーダンスが小さ
いから、インバータ電流が大きくなる（第３図参照）。

このため、インピーダンス検出手段２３のコンパレータ
２７の出力端子はハイレベルとなり、Ｄタイプフリップ
フロップ２９の出力端子Ｑはハイレベルに、反転出力端
子０はローレベルになる。一方、無負荷のときの共振周
波数は第３図に示すように、２０ＫＨｚ程度の低い周波
数になるから、周波数検出手段１９のコンパレータ２０
の出力端子はローレベルとなる。

このため、アンドゲート３２の出力がハイレベルとなっ
て、ＲＳフリップフロップ３４の出力端子Ｑからハイレ
ベルの動作停止信号Ｓｓが出力停止回路３６に出力され
る。斯くして負荷状態判別手段２８から動作停止信号Ｓ
ｓが出力されることにより、インバータ６が直ちに停止
する。

以−１こ述べたように、本実施例では、誘導加熱コイル
９．１０の入力インピーダンス（定電圧下におけるイン
バータ電流）と、共振周波数との双方を判断要素とした
から、次の効果を得ることができる。鋼やアルミニウム
の低抵抗材質及び無負荷状態と、鉄、磁性ステンレス或
は非磁性ステンレス等の高抵抗材質とを入力インピーダ
ンスにて確実に区別することができる。また、銅やアル
ミニウム等の低抵抗材質製の被加熱体１４では、加熱時
と無負荷時とでは誘導加熱コイルの入力インピーダンス
に大きな差がないという事情のもとでも、従来困−難で
あった両者の判別を共振周波数の相違を利用して確実に
行うことができる。これにて多種の材質を正確に判断し
てその材質に応じた加熱条件に自動的に切換えることが
可能になり、誘導加熱調理器としての適用範囲を大幅に
広げることができるものである。

第４図は本発明の第２実施例を示すもので、前記第１実
施例との相違はインバータ形式及び周波数検出手段の具
体的構成にあり、その他の点は第１実施例と同様である
ので、同一部分には同一符号を付して異なるところにつ
いてのみ説明する。

共振回路４０は、誘導加熱コイル４１．４２とコンデン
サ４３．４４とが並列となるように構成され、ダイオー
ドブリッジ４５からの直流電圧が平滑コンデンサ４６に
て平滑化されてスイッチングトランジスタ４７と共振回
路４０との直列回路に印加される。スイッチングトラン
ジスタ４７は駆動回路４８により制御されてインバータ
４９を構成しており、このインバータ４９はパルス幅変
調（Ｐ　Ｗ　Ｍ　）用発振回路５０により出力が制御さ
れるようになっている。尚、５１はスイッチングトラン
ジスタ４７のエミッタ・コレクタ間に接続したダンパー
ダイオードである。ここで、周波数検出手段５２は第５
図に示すように構成されている。

即ち、誘導加熱コイル４１．４２に流れる電流は変流器
５３により検出され、抵抗５４により電圧変換されてオ
ペアンプ５５により矩形波に波形整形される。オペアン
プ５５からの周波数信号は共振回路４０の共振周波数に
同期しており、これをＦ−Ｖコンバーター５６により電
圧に変換してコンパレータ５７により抵抗５８．５９に
より定まるＪＪ、準電圧と比較する。従って、コンパレ
ータ５７の出力端子からは、共振周波数が所定値を越え
たときにハイレベル信号が出力されることになり、第２
図に示した第１実施例の周波数検出手段１９と同様に機
能する。斯かる構成としても、前記第１実施例と同様な
効果を奏することは勿論である。

その他、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定さ
れるものではなく、例えば誘導加熱コイルの人力インピ
ーダンスはインバータ電流を一定にして電圧を測定する
ことにより検出しても良く、インバータ電流及びインバ
ータ電圧が変化するときには両者をＩＩＩＩＩ定して演
算することにより人力インピーダンスを検出するように
してもよい。また、負荷状態判別手段等をマイクロコン
ピュータ−やゲートアレイにより構成しても良い。また
、本発明では、誘導加熱コイルの入力インピーダンスと
共振周波数とから被加熱体の材質を判別してその固有抵
抗や共振周波数に応じた加熱条件にて加熱できるから、
前述した各種の材質に限らず広範な材質の被加熱体に対
応できることは勿論である。

［発明の効果］ 本発明は以、Ｆ述べたように、誘導加熱コイルの人力イ
ンピーダンス及び共振周波数を判別要素としているから
、各種の被加熱体を正確に判別できて適切な加熱が可能
にできると共に、被加熱体の材質のいかんにかかわらず
その有無を正確に検出することができるという優れた効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は全体のブロック図、第２図は要部の回路図、第３図
は被加熱体の材質とインバータ電流及びＪ（振周波数と
の関係を示す特性図、第４図は本発明の第２実施例を示
す第１図相当図、第５図は同実施例における周波数検出
手段を示す回路図である。 図面中、６．４９はインバータ、９．１０は誘導加熱コ
イル、１１．１２は共振コンデンサ、１３．４０は共振
回路、１４は被加熱体、１５は切換スイッチ、１８は共
振制御手段、１９．５２は周波数検出手段、２３はイン
ピーダンス検出手段、２４．５３は変流器、２８は負荷
状態判別手段、３６は出力停止回路（動作停止手段）で
ある。　　　′出願人　　株式会社　　東　　芝 第３図 と 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加熱体を加熱するための誘導加熱コイルと共振コ
   ンデンサとの共振回路に高周波電力を供給するインバー
   タと、前記誘導加熱コイルの入力インピーダンスを検出
   するインピーダンス検出手段と、前記共振回路の共振周
   波数を検出する周波数検出手段と、前記インピーダンス
   検出手段及び周波数検出手段により夫々検出した入力イ
   ンピーダンス及び共振周波数に基づき負荷状態を判別す
   る負荷状態判別手段とを設けたことを特徴とする誘導加
   熱調理器。 ２、誘導加熱コイルの巻数及び共振コンデンサの容量は
   切換可能であって、負荷状態判別手段による判別結果に
   基づきそれらが切換えられるようになっていることを特
   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、負荷状態判別手段の出力に応じてインバータの動作
   を停止させる動作停止手段が設けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の誘導加
   熱調理器。