JPS63200488A - 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） 本発明は加熱用の誘導コイルに高周波電流を流すインバ
ータを備え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、誘導コイルにインバータ
から高周波電流を流し、被加熱体たる鉄鍋等に発生する
渦電流損に基づく発熱により加熱調理を行う構成である
。従って、等価的には、インバータに変圧器を接続し、
この変圧器の二次側に被加熱体の材質に応じた負荷イン
ピーダンスを接続した形態となり、結局、インバータ側
から見た誘導コイルの入力インピーダンスは二次負荷す
なわち被加熱体の材質により相違する。

ところで、近年は、誘導加熱調理器においても鉄鍋のみ
ならずアルミニウム鍋等も加熱できるものが要望されて
いる。しかし、アルミニウムは非磁性であって且つ固有
抵抗が相当に低いので、鉄鍋とは同一の条件で加熱する
ことは不可能で、これを加熱するには誘導コイルのター
ン数を切換えると共にインバータの発振周波数を相当に
高くしなくてはならない。

そこで、従来は、被加熱体の材質を検知して誘導コイル
のターン数の切換え等を行うため、上述した誘導コイル
における入力インピーダンスの負荷依存性を利用してい
た。具体的には、加熱調理の開始時にまずインバータを
低出力で発振させ、その際のインバータ電流を測定する
のである。この測定結果を第８図に示しており、ここで
の加熱条件は誘導コイルのターン数が８０Ｔ（アルミニ
ウム鍋加熱用のターン数）、インバータ出力は定格の約
１／４である。同図から明らかなように、鉄鍋とアルミ
ニウム鍋とではインバータ電流が大きく相違する。この
ことは、誘導コイルの人力インピーダンスが相違するこ
とを意味するから、これに基づき負荷材質を判別できる
ことになる。そこで、この低出力加熱時におけるインバ
ータ電流が所定のしきい値（例えば同図一点破線で示す
値）以」二の時にはアルミニウム鍋であるとみなしてそ
の加熱条件のままインバータ出力を定格まで上昇させ、
逆に、そのしきい値以下であるときには誘導コイルのタ
ーン数を切換える等して加熱条件を変えた上でやはりイ
ンバータの出力を定格まで上昇させるのである。これに
より、負荷材質を自動的に検出してそれに応じた加熱条
件で適切な加熱が可能になる筈である。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記構成では、負荷を鉄等の高抵抗グループ
とアルミニウム等の低抵抗グループとに大きく２種に大
別するに過ぎないので、次のように材質・サイズ等が様
々に異なる広範な種類の負荷に対応できないという問題
が残されている。

例えば、第８図から明らかなように、銅鍋は低抵抗グル
ープとして判別されるが、負荷判別後にインバータ出力
を定格まで上昇させると、実際にはインバータ電流は第
９図に示すようにアルミニウム鍋の加熱時よりも大きく
なってしまう。このため、過電流に対する安全遮断回路
が動作して加熱不能状態に陥ったり、甚だしくはインバ
ータのスイッチングトランジスタを破壊に至らしめたり
することがある。また、非磁性ステンレスや磁性ステン
レス製の鍋は鉄鍋と同様に高抵抗グループとして判別さ
れるが、鉄鍋の加熱条件でインバータの出力を定格まで
上昇させると、第１０図に示すようにやはりインバータ
のスイッチングトランジスタに過大な電流が流れて安全
遮断回路の動作により加熱不能状態に陥ったりする。更
には、鉄鍋やアルミニウム鍋であっても、小形の鍋では
、誘導コイルとの磁気的結合度が小さくなるため、第８
図から明らかなように誘導コイルの人力インピーダンス
が小になり、やはり過大な電流が流れて安全遮断回路の
動作やトランジスタの破損により加熱不能状態に陥るこ
とがある。

斯かる現象に対処して広範な種類の負荷に対応できるよ
うにするには、負荷の材質やサイズに応じて誘導コイル
のターン数や発振周波数をきめ細かく切換えることが望
ましいが、これでは構造が相当に次雑化するため実際上
困難である。

そこで、本発明の目的は、複雑な切換えを行うことなく
、広範な種類の被加熱体を加熱することができる誘導加
熱調理器を提供するにある。

７１″ ［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、加熱調理の開始時に直流電
源回路の出力電圧を低電圧から上昇させると共に、電流
検出部により検出したインバータ電流が定格値に達した
ときの直流電源回路の出カフｕ圧を定常出力電圧とする
最大電圧抑制回路を設けたところに特徴を有するもので
ある。

（作用） 上記手段によれば、直流電源回路の定常的な出力電圧は
、被加熱体の種類に関わらず、最大電圧抑制回路により
インバータ電流が定格値となるような電圧に抑えられる
から、誘導コイルの人力インピーダンスが小さくなるよ
うな場合でもインバータ電流は過大にならずに加熱が行
われる。

（実施例） 以下本発明の第１実施例につき第１図ないし第５図を参
照して説明する。

１は２個のサイリスタ２を備えて構成したブリッジ整流
回路、３は平滑用のりアクドル、４は平滑用のコンデン
サであり、これらにより商用電源５を整流する直流電源
回路６を構成している。７は２個のスイッチングトラン
ジスタ８．９をインバータ駆動回路１０により駆動する
ようにしたインバータで、スイッチングトランジスタ８
のコレクタ及びスイッチングトランジスタ９のエミッタ
が夫々直流電源回路６の正負の出力ラインに接続される
と共に、スイッチングトランジスタ９のコレクタ・エミ
ッタ間に加熱用の誘導コイル１１及び共振用コンデンサ
１２の直列共振回路が形成されている。この誘導コイル
１１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Ｉ―に載置された鍋等の被加熱体１
３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１３を加熱する。１４は位相比較回路、
１５はこの位相比較回路１４から出力される制御電圧Ｖ
ｒに応じた周波数で発振してインバータ７の出力周波数
を決定するＶＣＯ（ボルテージ・コンドロールド・オシ
レーター）である。位相比較回路１４はインバータ７の
スイッチングトランジスタ９のコレクタ電圧と、共振用
コンデンサ１２の電圧とを比較し、その位相差が略９０
°　（上記直列共振回路における共振条件）となるよう
な制御電圧ｖｒをＶＣＯ１５に与える。これにより、イ
ンバータ７の出力周波数は誘導コイル１１を含む前記直
列共振回路が常に共振状態になるようにフィードバック
制御される。

さて、１６は直流電圧制御回路であり、これは第２図に
示すように、入力端子ＩＮに与えられる電圧値Ｖｌｎに
応じて前記サイリスタ２の導通率を異ならせるトリガー
回路１７を備え、この場合、電圧値Ｖｉｎが高い程サイ
リスタ２の導通率を高めて直流電源回路６の出力電圧Ｖ
ｄｅを高めるようになっている。このトリガー回路１７
への入力電圧値Ｖｉｎは可変抵抗器１８にて変化させる
ことができ、これにて使用者は加熱調理に際しての発熱
量を所望の値に設定することができる。

１９は直流電圧上昇回路であり、これの出力信号ＶＶは
最大電圧抑制回路２０を介して直流電圧制御回路１６の
入力端子ＩＮに与えられるようになっており、これにて
加熱調理の開始時に直流電源回路６の出力電圧Ｖｄｃを
低電圧から徐々に上昇させることができる。具体的には
、第２図に示すように、図示しない電源スィッチの投入
を検出して動作するタイマー回路２１と、タイマー回路
２１からトリガー信号を受けて発振する発振回路２２と
、この発振回路２２からのパルスをアンドゲート２３を
介して受ける４ビツトのバイナリ−カウンター２４と、
このバイナリ−カウンター２４の出力側に接続したＤ／
Ａ変換回路２５とを備えており、発振回路２２が発振を
開始するとバイナリ−カウンター２４の出力端子Ｑ１〜
Ｑ４に出力される２進出力に応じてＤ／Ａ変換回路２５
の出力ラインＬａには低電圧から階段状に上昇する電圧
が出力される。尚、２６はバイナリ−カウンター２４の
全ての出力端子Ｑ１〜Ｑ４が全てハイレベルになったと
きに出力ラインＬａの電圧を最高レベルに維持しておく
ためのものである。尚、上記Ｄ／Ａ変換回路２５は２種
の抵抗値Ｒ１，Ｒ２の抵抗を図に示すように梯子形に組
合わせたもので、両抵抗値はＲ１−２Ｒ２の関係にある
。

２７は電流検出回路で、これは誘導コイル１１と共振用
コンデンサ１２との前記直列共振回路に設けた変流器２
８を備え、その変流器２８の二次出力が抵抗２９にて電
圧変換され、ダイオード３０にて整流されてコンパレー
タ３１の反転入力端子（−）に入力されるようになって
いる。また、そのコンパレータ３１の非反転入力端子（
＋）には抵抗３２．３３による分圧回路から基準電圧Ｖ
ｒが入力され、インバータ電流が定格値Ｉｎ　　（例え
ば３６Ａ）を越えるときに反転入力端子（−）の電圧が
基準電圧Ｖｒを上回ってコンパレータ３１の出力端子か
らローレベルの定格電流検出信号Ｓ１が出力されるよう
にされている。

さて、前記最大電圧抑制回路２０は、第２図に示す通り
、ボルテージホロアー形に構成したオペアンプ３４を備
え、そのオペアンプ３４の入力端子に直流電圧上昇回路
１９の出力ラインＬａからの電圧が抵抗３５．３６によ
り分圧して与えられる。また、オペアンプ３４の出力端
子は抵抗３７及び図示極性のダイオード３８を順に介し
て前記直流電圧制御回路１６におけるトリガー回路１７
の入力端子ＩＮに接続され、そのダイオード３８にはア
ナログスイッチ３９が並列接続されている。

一方、４０はＲＳフリップフロップで、これは前記電流
検出回路２７からの定格電流検出信号Ｓｔをインバータ
ゲート４１を介してリセット端子Ｒに受けるようになっ
ており、その出力端子Ｑは直流電圧上昇回路１９のアン
ドゲート２３の入力端子及び前記アナログスイッチ３９
のゲートに接続されている。また、同フリップフロップ
４０のセット端子Ｓには直流電圧上昇回路１９のタイマ
ー回路２１の出力端子が接続されていて、電源スィッチ
の投入時にＲＳフリップフロップ４０がセットされるよ
うになっている。

次に本実施例の作用につき説明する。トッププレート上
に被加熱体１３を載置して電源スィッチを投入すると、
直流電圧制御回路１６のタイマー回路２１が動作して発
振回路２２が発振を開始する。この時、バイナリ−カウ
ンター２４はタイマー回路２１からの信号によりリセッ
トされ、且つ最大電圧抑制回路２０のＲＳフリップフロ
ップ４０はタイマー回路２１からの信号によりセットさ
れて出力端子Ｑをハイレベルとしているから、発振回路
２２からのクロックパルスはバイナリ−カウンター２４
に与えられて「０」からカウントが行われ、この結果、
直流電圧制御回路１６の出力ラインＬａの電圧は低電圧
から時間の経過と共に段階的に上昇する。このため、最
大電圧抑制回路２０の出力、ひいては直流電圧制御回路
１６の入力端子Ｖｉｎはやはり時間の経過と共に段階的
に上昇し、これに併せて直流電源回路６のサイリスタ２
の導通率も−Ｌ昇するため、直流電源回路６の出力電圧
Ｖｄｃも段階的に上昇する。尚、この場合、使用者によ
る発熱量の設定が低く、最大電圧抑制回路２０のオペア
ンプ３４の出力電圧が可変抵抗器１８の電圧を早期に越
えても、ＲＳフリップフロップ４０がセットされている
ことからアナログスイッチ３９が導通状態にあってダイ
オード３８が無効化されているため、トリガー回路１７
への入力電圧Ｖｌｎは使用者による加熱量の設定のいか
んに関わらずオペアンプ３４の出力電圧に追従して上昇
する。

さて、ここで被加熱体１３が十分に大きな鉄鍋であると
きには、誘導コイル１１の入力インピーダンスが比較的
大きくなるため、直流電源回路６の出力電圧Ｖｄｃが最
大電圧Ｖ　ｌ１ｌａＸに達する直前にてインバータ電流
が定格値Ｉｎに達する。すると、電流検出回路２７から
定格′電流検出信号Ｓｔが出力されることにより最大電
圧抑制回路２０のＲＳフリップフロップ４０がリセット
されてその出力端子Ｑがローレベルに転するため、直流
電圧上昇回路１９のアンドゲート２３がクロックパルス
の通過を阻止してカウンター２４の２進出力がその時点
の値に維持される。この結果、直流電圧制御回路１６へ
の入力端子Ｖｌｎも、やはりその時点の電圧に維持され
、直流電源回路６のサイリスタ２の導通率ひいては直流
電源回路６の出力電圧Ｖｄｃが一定になる。このため、
これ以後の直流電源回路６の定常的な出力電圧（定常出
力電圧）は、インバータ電流が定格値Ｉｎに達した時の
電圧となり（第３図（Ａ）参照）、従ってインバータ電
流も定格値Ｉｎを維持して加熱が行われる（第３図（Ｂ
）参照）。尚、この状態では、既にＲＳフリップフロッ
プ４０の出力端子Ｑがローレベルにあってアナログスイ
ッチ３９がオフ状態にあるから、ダイオード３８が有効
化され、トリガー回路１７への入力端子Ｖｉｎは最大電
圧抑制回路２０のオペアンプ３４の出力電圧と略等しい
値にクランプされる。従って、使用者が発熱量を高めよ
うとして可変抵抗器１８を操作しても、直流電源回路６
の出力電圧Ｖｄｃは上昇せず、従ってインバータ電流が
定格値Ｉｎ以上に増大することはない。

また、被加熱体１３が非磁性ステンレス（例えば１８−
８ステンレス）製の鍋である場合には、誘導コイル１１
の入力インピーダンスは鉄鍋の場合よりも小さくなる。

このため、直流電源回路６の出力電圧Ｖｄｃが低くとも
インバータ電流が大きくなるから、出力電圧Ｖｄｃが低
電圧から段階的に上昇する際に、インバータ電流は第４
図（Ｂ）に示すように早期に定格電流Ｉｎに達する。す
ると、この場合にも前述したと同様に、電流検出回路２
７から定格電流検出信号Ｓｔが出力されてパイナリーカ
ウンター２４のカウント値の上昇が停止すると共にダイ
オード３８が有効化されるから、それ以後の直流電源回
路６の定常出力電圧はやはりインバータ電流が定格値Ｉ
ｎに達したときの出力電圧に維持され、インバータ電流
が定格値Ｉｎ以上に増大することなく加熱が行われる。

このように本実施例によれば、上に例示したように、誘
導コイル１１の人力インピーダンスが小さくなってしま
う場合でも、最大電圧抑制回路２０により直流電源回路
６の出力電圧Ｖｄｃが抑えられてインバータ電流が定格
値Ｉｎに制限されるから、広範な種類の被加熱体に対処
できるものである。ここで参考のために、各種の被加熱
体について本実施例における直流電源回路６の出力電圧
Ｖｄｃとインバータ電流との関係を第５図に示しておく
。尚、同図中、ＩＨ用土鍋とは土鍋の外底部にアルミニ
ウム被膜を蒸着により形成して誘導加熱に適するように
したものである。

第６図及び第７図は本発明の第２実施例を示すものであ
る。直流電圧上昇回路１９の構成が前記第１実施例と相
違し、その他の点は同一であるので、同一部分には同一
符号を付して詳細な説明は省略し、異なるところのみ説
明する。即ち、コンデンサ４２はトランジスタ４３によ
り制御される定電流回路により充電され、充電されると
第７図に示すように端子電圧を直線的に上昇させる。コ
ンデンサ４２には抵抗４４及びトランジスタ４５の直列
回路が並列接続され、そのトランジスタ４５のベースは
タイマー回路２１の出力端子に接続されている。一方、
前記トランジスタ４３のエミッタとＶｃｃラインとの間
にはトランジスタ４６が設けられ、そのベースがインバ
ータゲート４７を介して最大電圧抑制回路２０のＲＳフ
リップフロップ４０の出力端子Ｑに接続されている。

上記構成において、電源スィッチの投入が検出されると
、タイマー回路２１からリセットパルスが出力されてコ
ンデンサ４２が放電されると共に、ＲＳフリップフロッ
プ４０がセットされることによりトランジスタ４６がオ
ンする。これにより、コンデンサ４２が定電流充電され
て端子電圧を直線的に上昇させ、これに併せて直流電源
回路６の出力電圧Ｖｄｃも直線的に上昇する。そして、
出力電圧Ｖｄｃの上昇に伴いインバータ電流が増大し、
それが定格値Ｉｎに達すると電流検出回路２７からの定
格電流検出信号ＳｉによりＲＳフリップフロップ４０が
リセットされるから、トランジスタ４６がオフしてコン
デンサ４２の端子電圧がその時点の電圧に維持される。

この結果、前記第１実施例と同様に、直流電源回路６の
定常出力電圧はインバータ電流が定格値Ｉｎに達したと
きの出力電圧Ｖｄｃに等しくなる。従って、本実施例に
おいても、前記第１実施例と同様に誘導コイル１１の入
力インピーダンスが小さくなるような負荷に対しても、
過電流による遮断状態になることが防止され、もって広
範な種類の被加熱体に対処することができるようになる
。

尚、上記各実施例では、鉄やステンレス等の表皮抵抗が
大きな材料にて形成された被加熱体１３を加熱する構成
について例示したが、本発明はこれに限られず、アルミ
ニウムや銅等の低表皮抵抗材料製の被加熱体１３をも加
熱できるように、誘導コイル１１のターン数を切換可能
になし、直流電源回路６の低電圧出力時における誘導コ
イル１１の入力インピーダンスに基き被加熱体の材質を
検知して誘導コイルのターン数置を切換えるようにして
もよい。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、例えばインバータ形式を例
示したハーフブリッジ形式に限らずシングルエンド形式
にしたり、マイクロコンピュータにより同等な制御を行
ったりする等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して
実施することができるものである。

［発明の効果］ 以」二述べたように本発明は、加熱調理開始時に直流電
源回路の出力電圧を低電圧から上昇させ、インバータ電
流、が定格値になる電圧を直流電源回路の定常出力電圧
となるようにしたから、被加熱体の材質・種類等の相違
があってもインバータ電流は定格値を越えることがなく
なり、もって痕雑な切換え等を行うことなく広範な種類
の彼加熱体を加熱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５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図は要部のブロック図、第
３図は鉄鍋を加熱する場合における直流電源回路の出力
電圧とインバータ電流とを示す波形図、第４図は非磁性
ステンレス鍋を加熱する場合における第３図相当図、第
５図は直流電源回路の出力電圧とインバータ電流との関
係を示す特性図、第６図及び第７図は本発明の第２実施
例を示し、第６図は直流電圧上昇回路及び最大電圧抑制
回路の回路図、第７図は直流電圧上昇回路の出力電圧波
形図、第８図は各種材質の被加熱体に対するインバータ
電流の特性図、第９図は銅鍋とアルミニウム鍋とを加熱
する場合におけるインバータ電流を示す特性図、第１０
図は鉄鍋とステンレス鍋とを加熱する場合におけるイン
バータ電流を示す特性図である。 図面中、５は商用電源、６は直流電源回路、７はインバ
ータ、１１は誘導コイル、１６は直流電圧制御回路、１
９は直流電圧上昇回路、２０は最大電圧抑制回路、２７
は電流検出回路である。 出願人　　株式会社　　東　　芝 第　３　図 第　４　図 第５図 第６図 時間 共根周波数区Ｈｚ）→ 第８図 共振周波数〔ＫＨｚ）− 第９図 共振周波数（ＫＨｚ）− 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、商用電源を整流する直流電源回路と、この直流電源
   回路から電力の供給を受けて加熱用の誘導コイルに高周
   波電流を流すインバータと、前記直流電源回路の出力電
   圧を制御する直流電圧制御回路と、前記インバータに流
   れる電流を検出する電流検出回路とを備え、加熱調理の
   開始時には前記直流電圧制御回路により前記直流電源回
   路の出力電圧を低電圧から上昇させると共に、前記電流
   検出回路により検出したインバータ電流が定格値に達し
   たときの直流電源回路の出力電圧を定常出力電圧とする
   最大電圧抑制回路を設けたことを特徴とする誘導加熱調
   理器。