JPS63202884A - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は被加熱体の材質等を判別して誘導加熱コイルの
巻数及び共振コンデンサの容量を切換えるようにした誘
導加熱調理器に関する。

（従来の技術） 誘導加熱調理器は、周知の通り誘導加熱コイル及び共振
コンデンサからなる共振回路にインバータから高周波電
力を供給し、鉄やステンレス裂等の表皮抵抗の高い材質
の被加熱体例えば鍋に発生する渦電流損により加熱調理
を行なう構成である。

ところで、近年の誘導加熱調理器では、鉄やステンレス
のみならず、銅やアルミニウム等の表皮抵抗の低い材質
の鍋も加熱できるようにすることが試みられている。こ
のような低表皮抵抗材質の鍋を加熱するには、一般には
被加熱体たる鍋の材質を検出して誘導加熱コイルの巻数
を増大させるとともに、インバータの出力周波数を高め
ることが考えられる。

（発明が解決しようとする問題点） このように、鉄、ステンレス等の表皮抵抗の高い材質の
鍋及びアルミニウム、銅等の表皮抵抗の低い材質の鍋を
ともに加熱せんとした場合には、いずれの場合にも共振
回路を常時共振状態となるように制御する必要があるの
で、その周波数制御範囲はこれまでの鉄、ステンレス等
の表皮抵抗の高い材質の鍋を加熱するものに比し非常に
広くなるものである。ところが、誘導加熱コイル及び共
振コンデンサからなる共振回路は、第３図に示すように
、所定の基本周波数の入力電圧Ｖｔが加えられれば負荷
電流たる共振電流Ｌｃが流れるのは勿論であるが、第４
図に示すように、基本周波数の入力端子Ｖｔ、の１／３
．１１５等の奇数骨の−の周波数の入力電圧（第４図で
は１／３の周波数の入力電圧Ｖ（゛）が加えられても共
振状態となって共振電流Ｌｃが流れるようになる。従っ
て、前述したようにインバータの周波数制御範囲が非常
に広い場合には、一つの鍋に対して所定の基本共振周波
数以外でも共振状態になる事態が生ずることが考えられ
、このような基本共振周波数以外の共振状態は不安定で
共振が外れ易いものであり、共振が外れた時にインバー
タのトランジスタ等のスイッチング素子が破壊する虞れ
がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、共振回路における誘導加熱コイルの巻数及び共振コン
デンサの容量を切換えて表皮抵抗の高い材質、低い材質
のいずれの被加熱体をも加熱できるようにしたものであ
っても、一つの被加熱体に対して所定の基本共振周波数
以外の不安定な共振状態となることを確実に防止するこ
とができる誘導加熱調理器を提供するにある。

［発明の構成コ （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、巻数切換え可能な誘導加熱
コイル及び容量切換え可能な共振コンデンサからなる共
振回路に高周波電力を供給するインバータを備えたもの
であって、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を設け、前記共振回路
の共振周波数を検出する周波数検出手段を設け、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
状態を判別して前記誘導加熱コイルの巻数及び共振コン
デンサの容量を切換える負荷状態検出手段を設け、前記
インバータの周波数を制御するように設けられ周波数制
御範囲の最小値が前記共振回路の共振周波数の最大値の
１／３以上に設定された共振制御手段を設ける構成に特
徴を有する。

（作用） 本発明の誘導加熱調理器によれば、共振回路の誘導加熱
コイル及び共振コンデンサの巻数及び容量が切換えられ
てインバータの周波数制御範囲が広い場合であっても、
共振制御手段がその周波数制御範囲の最小値を共振回路
の共振周波数の最大値の１／３以上に制限することにな
るので、一つの被加熱体に対して所定の基本共振周波数
以外では共振状態になることはないのである。

（実施例） 以ド本発明の一実施例につき図面を参照して説明する。

先ず、第１図に従って全体の電気的構成について述べる
。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の両端子間の直流出力電圧は゛電圧制御
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
圧を充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個のスイッチング素子たるス
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されたインバータで、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を倫えた共振回路
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配置された被加熱体た
る鍋１４に高周波磁界を作用させ、これによる渦電流損
によってその鍋１４を加熱する。

１５は切換スイッチであり、これの切換え状態に応じて
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１２のみを有効
化してそれらの巻数及び容量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
製の鍋１４を加熱するのに適合しく以下、低表皮抵抗材
質加熱条件と称す）、後者の状態は鉄やステンレス製の
鍋１４を加熱するのに適合する（以下、高表皮抵抗材質
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Ｖ（と第２の共振コンデ
ンサ１２の電位Ｖｃとを比較し、両電位■、！、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・コンドロールド倚オシレー
ター１７（以下ＶＣＯ１７と称す）に出力する。ＶＣＯ
１７は周波数指令電圧信号Ｓｆ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ＶＬ、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の出力周波数を鍋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、又、位相比較
回路１６から出力される周波数指令電圧信号Ｓｆ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、予め設定され
た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Ｓｆとを比較し、周波数指令電圧信号Ｓｆ
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、２０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２
１を備え、その変流器２１の検出電流に基づいてインバ
ータ６の出力電流たる負荷電流が所定値を越えるときに
ハイレベル信号を出力するようになっている。

この場合、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２
１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、インピーダンス検出手段２０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の入力
インピーダンスが所定値以下にあることを意味する。２
２は負荷状態判別手段で、これは、後述の作用説明から
明らかにされるように、高表皮抵抗材質検出信号Ｓｈ、
低表皮抵抗材質検出信号ＳＬ　　（共にハイレベル）を
定数切換回路２３に出力するとともに、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回路
２４に出力する。ここで、定数切換回路２３は前記切換
スイッチ１５を切換え作動させるものであり、電源投入
時の初期状態及び低表皮抵抗材質検出信号Ｓ（を受けた
ときには切換スイッチ１５を第１図に示すように接点（
ａ−ｂ）間開酸とし、高表皮抵抗材質検出信号ｓｈを受
けたときには切換スイッチ１５を接点（ａ−ｃ）間開酸
状態に切換える。又、出力停止回路２４は負荷状態判別
手段２２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、２５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手段２２のクロック端子に読込
みパルスを与えてインピーダンス検出手段２０からの信
号を読取らせる。又、この読込みパルスは遅延回路２６
にも与えられ、その出力が所定時間経過時に負荷状態判
別手段２２に入力される。２７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６の負荷電流が所定
値を越えるようになると出力停止回路２４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ように
なっている。

ところで、本実施例においては、鍋１４の固有の表皮抵
抗に相違があっても誘導加熱コイルの巻数切換え及び共
振コンデンサの容量切換えによって誘導加熱コイルの入
力側からみた鍋１４の−次側への換算入力抵抗として相
違がないようにしようとするものである。この場合、鍋
１４は変圧器で謂う二次コイルに相当して巻数（ターン
数）は１とみなし得るのである。ここで、鍋１４が高表
皮抵抗材質の場合の換算入力抵抗をＲ３ｌ、低表皮抵抗
材質の場合のそれをＲ３２、誘導加熱コイルにおける高
表皮抵抗材質の場合の巻数（ターン数）をＮ１＋低表皮
抵抗材質の場合のそれをＮ２とすると、 （Ｒｓ　２　／Ｒｓ　ｌ　）　＝　（Ｎ２　／Ｎ、　）
　’×（ρＩ　　−ｆ　２　・Ｒ５２）會 ÷　　（ρ　１　　・　ｆ　１　　・　μ　ｓ　１　）
　會　　　　　　　　・　　（１）但し、Ｒ１：鍋１４
の固有抵抗 （高表皮抵抗材質） Ｒ２：　　　　　　　　ｔｔ （低表皮抵抗材質） ｆｌ　　：共振周波数 （高表皮抵抗材質） ｆ２　　：　　〃 （低表皮抵抗材質）　　　　μ μＳ１　　：鍋１４の比透磁率 （高表皮抵抗材質） μＳ　２　　　　：　　　　　　　〃 （低表皮抵抗材質） のように示される。そして、鍋１４が高表皮抵抗材質の
場合と低表皮抵抗材質の場合との発熱量を等しくさせる
目的であるから、Ｒ３ｔ−Ｒ５２でなければならない。

そこで、（１）式において（Ｒ３２／Ｒ３１＝１）とお
くと、 （Ｎ２／Ｎ１）−（Ｃ０１・ｔｔＳｘ）／ＣＤｚ・Ｒ５
２））’ Ｘ　（ｆ２　／ｆｌ　）−奢　　　　　・・・（２）ト
ナル。この（２）式は、誘導加熱コイルの切換え巻数比
率（Ｎ２／Ｎｔ）を周波数比率（ｆ２／ｆ１）の（−１
／４）乗に比例させれば誘導加熱コイルの入力量が鍋１
４が高表皮抵抗材質が低表皮抵抗材質かの差異によって
は変化しないことを示している。尚、（２）式では巻数
Ｎｌ、Ｎ２は誘導加熱コイルの有効巻数を示しており、
実際の巻数より小なる値となる。これは鍋１４と誘導加
熱コイルとの間の洩れ磁束に起因するもので、これらの
間に生ずるエアギャップにより左右される。

又、本実施例のように誘導加熱コイルとして第１の誘導
加熱コイル９のみを用いる場合と第１の誘導加熱コイル
９及び第２の誘導加熱コイル１０の双方を用いる場合と
でもその配置が異なるので洩れ磁束も巻数切換えによっ
て異なってしまう。更に、表皮抵抗は鍋１４の材質によ
ってはその肉厚により、又、加熱による温度変化により
左右される。これらの不確定な諸要素によって実際には
（２）式における巻数比率と周波数比率との間の比例定
数は一定にはならないので、本実施例では、（Ｎ２　／
Ｎｔ　）−Ｋ　（ｆ２／ｆｔ　）−”・・・（３） の式を用いている。この場合、実際の鍋１４は鉄琺瑯製
とアルミニウム製とがほとんどであるから、これを実測
して比例定数Ｋを求めたところ、４≦に≦６　　　　　
　　　　・・・・・・（４）の結果が得られた。

以」二の結果より、本実施例では、鍋１４がアルミニウ
ム、銅等の低表皮抵抗材質の場合の共振周波数を５０Ｋ
Ｈｚ程度とし、又、インバータ６の制御周波数範囲の最
小値を可聴周波数以上で且つ共振周波数の最大値（５０
ＫＨｚ程度）の１／３以上となるように２０ＫＨｚに設
定した。そして、このような周波数となるように、本実
施例では、誘導加熱コイル９の巻数を１５ターン、誘導
加熱コイル１０の巻数を５０ターン、共振コイル１１の
容量を０．０６５μＦ、共振コンデンサ１２の容はを１
．２μＦに設定した。又、インバータ６の制御周波数範
囲の最小値を２０ＫＨｚに設定するためには、ＶＣＯ１
７の構成要素のコンデンサの値を調整するか或いはＶＣ
Ｏ１７に対する入力電圧をクランプすることにより実施
した。

第２図は誘導加熱コイルの共振周波数ｆ。と負荷電流（
共振電流）Ｌｃとの関係を実測して示したもので、曲線
ｔａ及びｔｂは誘導加熱コイルの巻数Ｎが６５ターン（
誘導加熱コイル９．１０の双方）における鍋１４がアル
ミニウム製及び銅製の場合、曲線ｔｃ及びｔｄは誘導加
熱コイルの巻数Ｎが１５ターン（誘導加熱コイル９のみ
）における鍋１４が鉄製及びステンレス製の場合であり
、夫々無負荷の場合も合せて示している。そして、各曲
線（ａ乃至（ｄにおいて、各点の数字「Ｏ」。

ｒ５Ｊ　、ｒｌ　ＯＪ及び「２０」はトッププレートと
鍋１４との間のエアギャップｄがｄ−０，ｄ−５ｍｎ、
ｄ−１０ｍ＋＋＋及びｄ　−２０ｍｍの場合を示してい
る。この第２図から明らかなように、鍋１４がアルミニ
ウム或いは銅等の低表皮抵抗材質である場合（無負荷も
含む）と鉄或いはステンレス等の高表皮抵抗＋」質であ
る場合とは、インバータ６の負荷電流の大小により区別
される。又、無負荷と鍋１４が銅やアルミニウム等の低
表皮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６の負荷電流（換
言すれば誘導加熱コイル９，１０の入力インピーダンス
）と共振周波数とにより鍋１４の材質及び鍋１４の有無
が判別できることを意味する。

以下本実施例の作用につき鍋１４の各材質に分けて説明
する。

（Ｉ）鍋１４がアルミニウム或いは銅製等の表皮抵抗が
低い材質の場合 まず、切換スイッチ１５が接点（ａ−ｂ）間開酸状態に
ある低表皮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２
５によりこれが検出されてここから負荷状態判別手段２
２に読込みパルスが与えられ、これにて負荷状態判別手
段２２がインピーダンス検出手段２０からの信号を読込
む。この場合、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
くなって第２図からも明らかなように負荷電流は大きく
なる。又、アルミニウム等の加熱時には共振周波数は第
２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の出力信号はハイレベルとなり
、このため、負荷状態判別手段２２からハイレベルの低
表皮抵抗材質検出信号ＳＬが出力される。ところが、こ
の場合には、既に初期化によって切換スイッチ１５が接
点（ａ−ｂ）間開酸状態にあるから、同スイッチ１５は
切換えられることなく、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、この状態で鍋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２２は低
電圧時において読込みパルスを受けた時の状態を維持し
ているが、鍋１４の取去りによる誘導加熱コイル９，１
０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２図参照）、周波数検出手段１９からはローレベ
ル信号が出力され、これに応じて負荷状態判別手段２２
からハイレベルの動作停止信号Ｓｓが出力停止回路２４
に出力される。このようにして、負荷状態判別手段２２
から動作停止信号Ｓｓ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。

（ＩＩ）鍋１４が鉄或いはステンレス製等の表皮抵抗が
高い材質の場合 前述したと同様に、低表皮抵抗材質加熱条件で負荷状態
判別動作が行われると、鉄等は固有抵抗が大きいから、
誘導加熱コイル９．１０の入力インピーダンスが大きく
なり、負荷電流が小さくなる。このため、前述したアル
ミニウム等の加熱時とは逆に、インピーダンス検出手段
２０の出力信号はロウレベルとなる。これにより、負荷
状態判別手段２２はハイレベルの高表皮抵抗材質検出信
号ｓｈを出力することになる。

この結果、定数切換回路２３により切換スイッチ１５が
接点（ａ−ｃ）間開酸に切換えられ、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
みを有効化した高表皮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
められて鍋１４の加熱が行われる。又、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、鍋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、負荷電流が急増し、過７［ｒｔＥ検出
手段２７によりインバータ６が停止される。

（ＩＩＩ）無負荷の場合 前述したと同様に、低表皮抵抗材質加熱条件で負荷状態
判別動作が行われると、この場合には誘導加熱コイル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、負荷電流が大きくなる（第２図参照）。このた
め、インピーダンス検出手段２０の出力信号はローレベ
ルになる。一方、無負荷のときの共振周波数は第２図に
示すように、２５ＫＨｚと３０ＫＨｚとの間の低い周波
数になるから、周波数検出手段１９の出力信号はローレ
ベルとなる。このため、負６：１状態判別手段２２から
ハイレベルの動作停止信号Ｓｓが出力停止回路２４に出
力される。このようにして、負荷状態判別手段２２から
動作停止信号Ｓｓ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。

このような本実施例によれば、次のような効果を得るこ
とができる。即ち、誘導加熱コイル９゜１０の入力イン
ピーダンス（低電圧下における負荷電流）と共振周波数
との双方を判断要素としたので、鋼やアルミニウム等の
低表皮抵抗材質及び無負荷状態と、鉄やステンレス等の
高表皮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。又、銅やアルミニウム等の低表皮抵
抗材質の鍋１４では、加熱時と無負Ｒ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、両者の判別を共振周波数の相違を利用し
て確実に行なうことができる。

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。しかも、誘導加熱コイル９．１０及び共
振コンデンサ１１．１２を切換えて鍋１４を高表皮抵抗
材質から低表皮抵抗材質のものまで加熱し得るようにし
ても、鍋１４が低表皮抵抗材質の場合の共振周波数（最
大値）が５０ＫＨｚ程度になるように設定するとともに
、インバータ６の周波数制御範囲の最小値が共振周波数
の最大値（５０ＫＨｚ程度）の１／３以」二の２０ＫＨ
ｚとなるよう１こＶＣＯ１７Ｅより制限するようにした
ので、鍋１４が鉄、ステンレス等の高表皮抵抗材質の場
合は勿論のこと、アルミニウム、銅等の高表皮抵抗材質
の場合に所定の基本共振周波数（５０ＫＨｚ程度）以外
の即ちこれの１／３程度の周波数で共振状態になること
はなく、従って、インバータ６のスイッチングトランジ
スタ７が破壊されるようなことはない。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定される
ものではない。例えば、誘導加熱コイルの入力インピー
ダンスはインバータの負荷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よく、負荷電流及びインバー
タの出力電圧が変化する時には両者を測定して演算する
ことにより入力インピーダンスを検出するようにしても
よい。

又、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よい。更に、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
鍋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、鍋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］ 本発明の誘導加熱調理器は以上説明したように、誘導加
熱コイルの入力インピーダンス及び共振周波数を材質に
よる巻数及び容量切換えの判別要素としたので、各種の
被加熱体の適切な加熱が可能になり、この場合でも、イ
ンバータの周波数制御範囲の最小値を共振周波数の最大
値の１／３以上に設定するようにしたので、一つの被加
熱体に対して所定の基本共振周波数以外の不安定な共振
状態となることを防止し得て、インバータのスイッチン
グ素子の破壊を防止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】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は電気的構成の
ブロック図、第２図は鍋の材質と負荷電流及び共振周波
数との関係を示す特性図、第３及び第４図は解決せんと
する問題点を説明するための波形図である。 図面中、６はインバータ、７はスイッチングトランジス
タ（スイッチング素子）、９及び工０は誘導加熱コイル
、１１及び１２は共振コンデンサ、１３は共振回路、１
４ば鍋（肢加熱体）、１５は切換スイッチ、１８は共振
制御手段、１９は周波数検出手段、２０はインピーダン
ス検出手段、２１は変流器、２２は負荷状態判別手段、
２４は出力停止回路、２７は過電流検出手段を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被加熱体を加熱するための巻数切換え可能な誘導加
   熱コイルと容量切換え可能な共振コンデンサとからなる
   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して前記誘導加
   熱コイルの巻数及び共振コンデンサの容量を切換える負
   荷状態判別手段と、前記インバータの周波数を制御する
   ように設けられ周波数制御範囲の最小値が前記共振回路
   の共振周波数の最大値の１／３以上に設定された共振制
   御手段とを具備してなる誘導加熱調理器。