JPH0432519B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超可聴周波数の交番磁界を発生させ
て、金属性鍋を誘導加熱する誘導加熱調理器に関
するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、かかる高周波動作式の誘導加熱調理器に
おいては大電力の周波数変換のために半導体スイ
ツチング素子を用い、そのオンオフ動作にて共振
回路を励振して誘導加熱を行つていた。しかし、
調理に必要な加熱電力を得るためには加熱コイル
の電流値も大きく、必然的にそれをスイツチング
する半導体にも大電流のスイツチング能力が要求
される。そのため、半導体の駆動回路には大きな
電源容量が必要とされ、大型電源トランスや大容
量平滑コンデンサが必要であるため製品の小型・
軽量化や低価格化の大きな阻害要因であつた。

発明の目的 本発明は上記の点に鑑みなされたもので、加熱
コイルに磁気結合した結合コイルの出力電圧を取
出し半導体スイツチング素子の駆動エネルギーと
して利用することにより、電源トランスや電源回
路の小型化を図り、小型・軽量・高効率そして低
価格の誘導加熱調理器を供給することを目的とし
ている。

発明の構成 本発明の誘導加熱調理器は、商用電源を整流す
る直流電源と、直流電源に接続された渦巻平板状
の加熱コイルと共振コンデンサからなる共振回路
を励振する半導体スイツチング素子と、加熱コイ
ルに磁気結合してその端子電圧に応じた二次電圧
を電力として取り出す結合コイルを有する高周波
電源と、上記商用電源又は直流電源からの低周波
電源と上記高周波電源のそれぞれの出力の高い方
の電力をスイツチング回路を介して上記半導体ス
イツチング素子の駆動電力として供給する駆動回
路とを備え、上記結合コイルはプリント配線基板
にエツチングされた渦巻平板状のプリントコイル
で構成され、且つ加熱コイルの下面に加熱コイル
と同心かつ平行な位置に固定された構成である。

実施例の説明 以下、本発明の実施例について説明する。第１
図は本発明の一実施例の回路構成を説明する電気
結線図であり、第２図は第１図の回路動作を説明
するための波形図である。

第１図において、商用電源１に電源スイツチ２
２を介して接続された全波整流器２の直流出力端
子にインバータ装置２４が接続されている。イン
バータ装置２４は２つのコンデンサ２５，３とチ
ヨークコイル２７のπ型フイルター回路が前記整
流器２の直流出力端子に接続され、出力側のコン
デンサ３の端子には、鍋８を加熱する加熱コイル
４と共振用コンデンサ５の並列共振回路と、トラ
ンジスタ６の直列回路が接続さていて、フライホ
イールダイオード７がトランジスタ６のコレクタ
ーエミツタ間に逆並列接続されている。ここで商
用電源の代わりに自動車のバツテリー等の直流電
源を用いれば、上記整流器なども不用となる。
又、インバータπ型フイルタも、電源への影響
上、問題なければ廃止することも可能である。次
にインバータ２４の駆動回路について説明する。
整流器２の交流入力端子間に接続された電源トラ
ンス１４の２次出力端子に電源回路１１１が接続
されている。第１図では、ダイオード１１２と平
滑コンデンサ１１３の半波整流回路と、抵抗１１
４とゼナダイオード１１５の定電圧回路を用いて
いるが全波整流方式を用いるか、あるいは電源ト
ランス１４を廃止して整流器２の直流出力端子か
ら分圧するか、用途に応じて適宜、選択すること
ができる。

電源回路１１１の出力端子１１６にはトリガ回
路１１７と、その出力で作動するタイマー回路１
１８と、起動回路１１９が接続されていて、起動
回路１１９は起動スイツチ１２０の信号と、保護
回路１２１の信号の両信号が共に加熱条件時に
“１”出力を発生するNORゲートで構成されてい
る。ここで保護回路１２１としては鍋や内部部品
の異常温度検出回路や、小物検知回路など機器の
保護及び使用者の保護を行なう全ての保護回路を
含み、いずれかの保護回路が１つでも異常を検出
すると出力が“１”に変化する様に構成されてい
れば良い。第２図ｇに出力波形を示す。トリガ回
路１１７は、トランジスタ６の端子電圧第２図ａ
実線と基準電圧第２図ａ破線を比較する電圧比較
器１２２と、その出力を微分するコンデンサ１２
３と、その充電電流で導通する出力トランジスタ
１２４で構成されていて、トランジスタ６の電圧
が基準電圧以下になつた時に出力トランジスタ１
２４は一時的に導通する（第２図ｃ）。一方、タ
イマー回路１１８はブログラマブルUJT（以下
PUTと略す）１２５を用いたタイマー回路で、
そのゲート電圧（第２図ｄの破線）は起動回路１
１９の出力電圧（第２図ｇ）を分圧して得られて
おり、タイマー回路１１８の出力トランジスタ１
２６は、そのゲート電圧が生じている時に導通す
るNPNトランジスタである。従つて、保護回路
１２１が異常を検知したり起動スイツチ１２０が
働らいていない時は起動回路１１９の出力は零で
あるので出力トランジスタ１２６は非導通であ
る。出力トランジスタ１２６の出力波形を第２図
ｅに示す。又、PUT１２５が一定時間後に点孤
した後も、そのゲート・カソード間がPUT１２
５により短絡されるので、ゲート電圧は実質的に
零となり、出力トランジスタ１２６は非導通とな
る。ここでPUT１２５のアノードには抵抗１２
７とタイマー用コンデンサ１２８が時定数回路と
して接続されており、抵抗１２７の抵抗値は、
PUT１２５が点孤した後、導通状態を保持し得
る十分なアノード電流をPUT１２５へ流す様、
選択されている必要がある。一方、このPUT１
２５のアノード端子にはトリガ回路１１７の出力
トランジスタ１２４のコレクタが接続されてい
て、トランジスタ６の端子電圧が基準電圧（第２
図ａの破線）以下に低下すると、一時的にトラン
ジスタ１２４が導通するため、PUT１２５のア
ノード電流はトランジスタ１２４へバイパスされ
て零となりPUT１２５は非導通状態となる（第
２図ｃにトランジスタ１２４のコレクタ電流を示
す）。そして、その非導通状態はコンデンサ１２
８が充電だれてゲート電圧（第２図ｄの破線）に
達するまで継続し、達した後はPUT１２５は再
び点孤し、トランジスタ１２４が再度、導通する
まで導通状態を保持する。

この様にして得られたタイマー回路１１８の出
力（トランジスタ１２６の出力（第２図ｅ））を
反転してトランジスタ６のベース電流として与え
れば、タイマー回路１１８で設定された時間のみ
トランジスタ６が導通し、加熱コイル両端には直
流電源の電圧が印加される。そしてその後はトラ
ンジスタ６が非導通となつて加熱コイル４と共振
コンデンサ５で自由振動電流が流れる。その時の
加熱コイルの端子電圧は第２図のｆで示した波形
となり、トランジスタ６とダイオード７に流れる
電流は第２図ｂとなる。しかし、インバータで大
出力を出すためにはトランジスタ６も大容量のも
のが必要であるため、ベース電流と云えども、タ
イマー回路の出力信号を増巾する必要があるが、
電源回路１１１から大電流をスイツチングするに
は、電源回路１１１の容量を増加させ、且つ大電
流定格のスイツチング素子を使用せざるを得な
い。特に電源容量に関すれば、近来、CMOSな
どのICの汎用化によつて論理回路が低消費電力
に移行しており、トランジスタ６の駆動のために
のみ、容量を大巾に増加させる必要があり、電源
トランスの大型化，電源部の発熱量，高価格化な
ど調理器にとつて大きな問題となる。

そこで、加熱コイル４の端子電圧が第２図ｆに
示す波形であることに着目し、加熱コイル４に電
磁結合した結合コイル９の端子から加熱コイル４
と相似波形を取出すと共に、それをトランジスタ
６のベース駆動電源とする事により、前述の問題
点を一挙に解決することが出来る。

即ち、高周波電源１５１を構成する結合コイル
９の出力と、トランジスタ１２６を反転したゲー
ト素子１３１の出力（第２図ｅ）をダイオード１
３２，１３３のオア回路の入力にそれぞれ接続
し、オア出力から抵抗１３４を介してトランジス
タ６のベース端子へ接続する。この様に構成され
た駆動回路１５０においてゲート素子１３１の出
力電圧は、通常、結合コイル９の出力電圧より小
さくなる様に選ばれ、起動時の第１サイクルと、
結合コイルの出力が極端に低下した時のみ（例え
ば商用電源の零点時など）ダイオード１３３，抵
抗１３４を介してトランジスタ６のベースへ供給
されるものである。

一方、トランジスタ１２６の出力は２段の反転
ゲート素子１３５，１３６で同相の出力のまま、
トランジスタ１３７へ印加され第２図ｈのように
オン−オフ出力を得る。トランジスタ１３７のコ
レクタはトランジスタ６のベース端子へ接続され
ており、タイマー回路１１８がタイマー動作を行
つている間以外はトランジスタ６のベース信号を
禁止している。すなわち、トランジスタ６のター
ンオフ時間を高速化するためにベースに蓄積され
た過剰キヤリアをトランジスタ１３７で放出させ
ると共に、結合コイル９の不要な信号（第２図ｂ
で斜線部以外の正信号）を禁止することで効率化
と安定化を図つている。トランジスタ６のベース
電流を第２図ｉに示す。又、トランジスタ１３７
のエミツタ端子を負極性電源へ接続し。その導通
時にトランジスタ６のベースへ逆バイアス電圧を
印加すれば、トランジスタ６の高速化をされに促
進することも可能である。負極性電源としては、
第３図の電源トランス１４に別の２次巻線を設け
れば簡単に得ることが可能であるが、結合コイル
９の出力電圧を整流しても得られる。

第３図は結合コイル９から負極性電源も得た第
２の実施例である。

結合コイル９はトランジスタ６を駆動する巻線
９ａと負極性電源用の巻線９ｂとで構成されてお
り、巻線９ａについては第１図の巻線と同一作用
である。巻線９ｂはトランジスタ６が導通した時
の出力電圧で平滑コンデンサ１４０を整流ダイオ
ード１４１で半波整流して充電し、コンデンサ１
４０の正極端子をトランジスタ６のエミツタに接
続する。こうして得られた負極性線１４２（コン
デンサ１４０の負極性端子）にトランジスタ１３
７はエミツタ接地され、トランジスタ６のベース
端子に負極性バイアスを印加してスイツチング速
度を短縮する。正極電源とトランジスタ１３７の
ベース間に挿入された抵抗１４３はトランジスタ
１３７のベース電流を流すが、トランジスタ１３
７のベースエミツタ間にコレクタ・エミツタを接
続したトランジスタ１４４のオン・オフによりバ
イパスされる。トランジスタ１４４のベースとゲ
ート素子１３１の出力端子間にはゼナダイオード
１４５と抵抗１４６の直列回路が接続されてい
る。ここで正極電源電圧V_A，負極電源電圧を−
V_B，ゼナダイオード１４５のゼナ電圧をV_Zとし
て表わすと、常に V_B＜V_Z＜V_A＋V_B となる様、選ばれているのでゲート素子１３１の
出力端子が“１”になつてトランジスタ６を駆動
する時には、トランジスタ１４４が導通し、トラ
ンジスタ１３７のベース電流をバイパスするので
トランジスタ１３７は非導通状態になりトランジ
スタ６は駆動される。そしてゲート素子１３１が
“０”になつてゲート素子からのトランジスタ６
への駆動信号の供給を停止するとトランジスタ１
４４は非導通状態となりトランジスタ１３７は導
通してトランジスタ６にベース逆バイアスを印加
する。

なお、トランジスタの他の、電界効果トランジ
スタ（FET）やゲートターンオフサイリスタ
（GTO）など制御信号により、その導通・非導通
が制御できる半導体スイツチング素子を使用する
ことも何ら不都合はない。

第４図は結合コイルの取付状態を示すものであ
り、第５図は結合コイルの斜視図である。

セラミツクのように磁性を有しない絶縁体から
なる鍋載置板２０１の下方には加熱される鍋８の
底面に対向して円板状の加熱コイル４が配置され
る。

結合コイル９は耐熱性絶縁板２０２の下面にエ
ツチングされた渦巻状のプリントコイルで構成さ
れている。加熱コイル４を支持する絶縁物の支持
板２０３は、加熱コイル４の下方に組込まれる他
の電気部品や金属シヤーシ（図示せず）への誘導
雑音や不要な加熱を防止するために棒状のフエラ
イトのような高透磁率で電気絶縁体のシールドコ
ア２０６を、その下面に接着又は固定具で固定し
ている。

又、支持板２０３の中心部には円筒状の突起２
０３ａを有し、この突起によりプリントコイル板
２０２と加熱コイル４を同心に位置決めする。同
心に位置決めされたプリントコイル板２０２と加
熱コイル４は固定部材２０４，ビス２０５により
支持板２０３上に保持固定されており、機械的な
振動・衝撃に対して耐える構造となる。

この構成においては、加熱コイル４と結合コイ
ル９の相対的な位置関係が固定され、２つの円板
状のコイルが絶縁板２０２を介して磁気結合して
いるので結合度が高い。特に絶縁板としてポリエ
ステルやポリイミドのような絶縁シートを用いれ
ば、結合度はさらに高くなる。又、加熱コイル４
の下方に配置される電気部品や配線への誘導雑音
及び金属シヤーシの不要加熱を防止するフエライ
トコア２０６が加熱コイル→鍋→フエライトコア
→加熱コイルという閉磁路を構成するので結合コ
イル９と加熱コイル４との結合を極めて高くする
ことが出来る上、下面への漏洩磁束を低減する。

又、第３図に図示された巻線９ａ，９ｂに関し
ては、第５図のコイル９の中間点からタツプを出
すことでも実施可能であるし、さらに第２のプリ
ントコイル（耐熱絶縁板，コイル）を重ねて互い
に接続することによつても容易に達成することが
出来る。

発明の効果 以上述べたように本発明では加熱コイルの電力
を半導体スイツチング素子の電力として取出して
利用しているので、小型，軽量，高効率，低コス
トの誘導加熱調理器が提供できる。また、渦巻平
板状の加熱コイルと同心かつ平行な位置に渦巻平
板状の結合コイルを配置するので、結合コイルの
鎖交磁束が多くなり、加熱コイルから電力をより
効率よく取出すことができる。さらに、結合コイ
ルをプリントコイルで構成することによつて、渦
巻平板状の構造を安価，容易に製造することがで
き、しかも加熱コイルと平行な位置関係に容易に
配置することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２
図は第１図の動作を説明する波形図、第３図は本
発明の他の実施例を示す回路図、第４図は結合コ
イルの構成の一実施例を示す断面図、第５図は結
合コイルの分解斜視図である。 ４……加熱コイル、６……半導体スイツチング
素子、９……結合コイル、１５０……駆動回路、
１５１……高周波電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 商用電源を整流する直流電源と、直流電源に
   接続された渦巻平板状の加熱コイルと共振コンデ
   ンサから成る共振回路を励振する半導体スイツチ
   ング素子と、加熱コイルに磁気結合してその端子
   電圧に応じた二次電圧を電力として取り出す結合
   コイルを有する高周波電源と、上記商用電源又は
   直流電源からの低周波電源と上記高周波電源のそ
   れぞれの出力の高い方の電力をスイツチング回路
   を介して上記半導体スイツチング素子の駆動電力
   として供給する駆動回路とを備え、上記結合コイ
   ルは、プリント配線基板にエツチングされた渦巻
   平板状のプリントコイルで構成され、且つ加熱コ
   イルの下面に加熱コイルと同心かつ平行な位置に
   固定された誘導加熱調理器。 ２ プリントコイルから成る結合コイルは、加熱
   コイルと加熱コイルの下方に配設された高透磁率
   を有した電気絶縁体の間に加熱コイルと同心かつ
   平行な位置に固定された特許請求の範囲第１項記
   載の誘導加熱調理器。