JP2013080576A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】鍋材質、鍋底径を正確に検出することにより、鍋材質、鍋底径に応じて適切な誘導加熱ができる誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】実施の形態の誘導加熱調理器は、誘導加熱調理器本体１と、商用交流電源を整流、平滑する直流電源部９と、直流電源部の直流から高周波電流を生成するインバータ回路部５と、インバータ回路部からの高周波電流を受けて被加熱物７を誘導加熱する加熱コイル３と、加熱コイルと共に共振回路部８を構成する共振コンデンサーとから成る誘導加熱回路１と、誘導加熱回路の電流と電圧を検知しインバータ回路部を制御するインバータ制御部６とを有し、インバータ制御部は、共振回路部の表皮電流と有効電流と入力電圧を検出すると共に、表皮電流と入力電圧との比及び有効電流と入力電圧との比により、鍋底径を検出し、検出した鍋底径に応じて電力制御することを特徴とする。
【選択図】 図１２

Description

実施の形態は、誘導加熱調理器に関する。

従来の誘導加熱調理器は、鍋材質、鍋底径を有効電力を利用して判断しているが、精度良く検出できないので、鍋材質、鍋底径に応じた適切な火力制御ができない問題点があった。

特開２００４−１９２９４３号公報 特開２００９−１６２１０号公報

本発明は、従来技術の課題に鑑みてなされたもので、加熱コイルに供給する有効電力と共に表皮電力も監視し、これらを利用して鍋材質、鍋底径を正確に検出することにより、鍋材質、鍋底径に応じて適切な誘導加熱ができる誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

実施の形態の誘導加熱調理器は、商用交流電源を整流、平滑する直流電源部と、前記直流電源部の直流から高周波電流を生成するインバータ回路部と、前記インバータ回路部からの高周波電流を受けて加熱対象の調理器内の被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルと共に共振回路部を構成する共振コンデンサーと、前記インバータ回路部の出力電力を制御するインバータ制御部とを有し、前記インバータ制御部は、前記直流電流検出部の入力有効電流と入力電圧、前記共振回路部の表皮電流を検出し、前記表皮電流と入力電圧との比及び前記入力有効電流と入力電圧との比に基づいて前記加熱対象の調理器の径を検出し、前記加熱対象の調理器の径に応じて前記インバータ回路部の出力電力を制御することを特徴とするものである。

図１は、第１の実施の形態の誘導加熱調理器の誘導加熱回路部の断面図。 図２は、第１の実施の形態の誘導加熱調理器の誘導加熱回路部の回路図。 図３Ａは、第１の実施の形態の誘導加熱調理器の誘導加熱回路部における加熱コイル等価回路図（１）。 図３Ｂは、上記誘導加熱回路部における加熱コイル等価回路図（２）。 図４Ａは、第１の実施の形態の誘導加熱調理器の誘導加熱回路部の等価回路図。 図４Ｂは、上記誘導加熱回路部における加熱コイル等価回路図。 図５は、第１の実施の形態の誘導加熱調理器の誘導加熱回路部が参照する鍋底径−入力電流特性グラフ。 図６は、第１の実施の形態の誘導加熱調理器の誘導加熱回路部が参照する各種材質の鍋底径検知のための有効電流−表皮電流特性グラフ（１）。 図７は、第３の実施の形態の誘導加熱調理器の誘導加熱回路部が参照する各種材質の鍋底径検知のための有効電流−表皮電流特性グラフ（２）。 図８は、第４の実施の形態の誘導加熱調理器の誘導加熱回路部が参照する各種材質の鍋底径検知のための有効電流−表皮電流特性グラフ（３）。 図９は、第１の実施の形態の誘導加熱調理器のインバータ制御部が参照する鍋底径検出値に基づく加熱電力設定のグラフ。 図１０は、第３の実施の形態の誘導加熱調理器のインバータ制御部が参照する鍋底径検出値が大きい場合の加熱電力制御のグラフ。 図１１は、第４の実施の形態の誘導加熱調理器のインバータ制御部が参照する鍋底径検出値が小さい場合の加熱電力制御のグラフ。 図１２は、第１の実施の形態の誘導加熱調理器のインバータ制御部のインバータ制御のフローチャート。 図１３は、第２の実施の形態の誘導加熱調理器のインバータ制御部が参照する商用電源周波数の違いによる入力電圧Ｖａｃの補正値を示すグラフ。

以下、実施の形態を図に基づいて詳説する。

［第１の実施の形態］
図２は、第１の実施の形態の誘導加熱調理器１の誘導加熱回路部１０を示している。図２に示す誘導加熱回路部１０は加熱コイル３、この加熱コイル３に高周波電流を供給するためのインバータ回路部５を備えている。さらに、誘導加熱回路部１０は、商用電源１１を直流電源に変換してインバータ回路部５に供給する直流電源部９と、入力電流検出部ＣＤｉと、高周波電流検出部ＣＤｏと、入力電圧検出部ＶＤと、マイコン（ＭＣ）で構成されるインバータ制御部６と、共振回路部８を備えている。

直流電源部９は、ダイオードブリッジＤＢ、平滑用コイルＬｉ及び平滑用コンデンサーＣｉから構成され、商用電源１１からの交流出力Ｖａｃを直流化してインバータ回路部５に供給する。

インバータ回路部５は、インバータ駆動回路ＤＲ、ＩＧＢＴのスイッチング素子Ｑｈ、ＱｌとフライホイールダイオードＤｈ、Ｄｌで構成されている。共振回路部８は、加熱コイル３と、これと共にＬＣ共振回路を構成する共振コンデンサーＣｒｈ、Ｃｒｌから構成され、加熱コイル３に高周波電流を供給することで加熱対象調理器である鍋７を誘導加熱する。

入力電流検出部ＣＤｉは、カレントトランスＣＴｉの電圧から入力電流（有効電流）Ｉｉを検出し、インバータ制御部６に出力する。高周波電流検出部ＣＤｏは、カレントトランスＣＴｏの電圧から加熱コイル３に流れる高周波電流（表皮電流）Ｉｃを検出し、インバータ制御部６に出力する。入力電圧検出部ＶＤは、トランスＴＲの二次電圧に基づき、直流電源部９に入力される交流電圧Ｖａｃを検出し、インバータ制御部６に出力する。

インバータ制御部６は、入力電流検出部ＣＤｉにより検出される直流電源部９の入力電流Ｉｉ、高周波電流検出部ＣＤｏにより検出される加熱コイル３に流れる高周波電流Ｉｃと、入力電圧検出部ＶＤにより検出される直流電源部９への入力電圧Ｖａｃとに基づいて、調理器１への入力電力及び鍋７の材質検知を行い、その結果に基づいてインバータ回路部５を制御する。

インバータ駆動回路ＤＲには、インバータ制御部６からフォトカプラＰＨを介して制御信号が与えられ、この制御信号に基づいてスイッチング素子Ｑｈ、Ｑｌをオン／オフ駆動する。インバータ主回路は、例えばＩＧＢＴのスイッチング素子Ｑｈ、Ｑｌ及びフライホイールダイオードＤｈ、Ｄｌを備えた周知のハーフブリッジ形の構成である。

スイッチング素子Ｑｈのコレクタは電源線Ｐに接続され、スイッチング素子Ｑｌのエミッタは電源線Ｎに接続されている。スイッチング素子Ｑｈ、Ｑｌの各ゲートには、インバータ駆動回路ＤＲから駆動信号が与えられる。スイッチング素子ＱｈとＱｌの共通接続点は加熱コイル３の一端に接続されている。加熱コイル３の他端は、共振コンデンサーＣｒｈを介して電源線Ｐに接続されるとともに、共振コンデンサーＣｒｌを介して電源線Ｎに接続されている。このような構成により、インバータ回路部５は、インバータ駆動回路ＤＲから与えられる駆動信号に応じて加熱コイル３に高周波電流を供給し、鍋７を誘導加熱する。

インバータ制御部６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたマイコン（ＭＣ）を主体として構成されている。このインバータ制御部６及び電流検出回路ＣＤｉ、ＣＤｏ、電圧検出回路ＶＤそれぞれには、電源Ｖ_Ｄが供給されるようになっている。また、インバータ駆動回路ＤＲには、電源Ｖｃが供給されるようになっている。Ｖｓ、Ｖｅは基準電位を示している。

図１は、本実施の形態の誘導加熱調理器１におけるトッププレート２に鍋７をセットした状態の誘導加熱回路部（ＩＨ加熱回路部）１０の構造を示している。このＩＨ加熱回路部１０における加熱コイル３の等価回路を、図３Ａ、図３Ｂに示す。ここで、Ｎ_１は、トランスの１次巻き線に相当する加熱コイル３の巻き数、Ｎ_２はトランスの２次巻き線に相当する鍋７の巻き数で１ターンに相当する。Ｒ_１は加熱コイル３の抵抗、Ｌ_ｌは漏れインダクタンス、Ｒ_２は鍋７の等価抵抗である。ｋは加熱コイル３と鍋７の結合係数である。加熱コイル３側（１次側）からみたＲ_２の等価抵抗Ｒ_２−１は、次式となる。

また、鍋７に電流が流れない場合の加熱コイル３のインダクタンスをＬｏとすると、漏れインダクタンスＬ_ｌは、次式となる。

ＩＨ加熱回路部１０の等価回路を図４Ａに示し、このＩＨ加熱回路部の等価回路における加熱コイル等価回路を図４Ｂに示す。図４Ａにおいて、商用電源１１の電力が、ダイオードブリッジＤＢ、平滑コンデンサーＣｉにより構成される直流電源部９により全波整流、平滑され、ＩＧＢＴスイッチング素子Ｑｈ、Ｑｌを含むハーフブリッジインバータ回路部５により高周波電圧Ｖｃが生成され、共振コンデンサーＣｒと加熱コイル３より成る共振回路部８に供給される。高周波電圧Ｖｃは、次式となる。

ここで、ａは約０．５程度の定数である。

加熱コイル３の入力抵抗Ｒｃを

とする。

また、鍋７の抵抗Ｒ_２は、鍋７の固有抵抗をρ、鍋の比透磁率μ_ｓ、高周波電圧Ｖｃの周波数をｆ、ω＝２πｆとすると、比例定数ｂを用いて次式となる。

Ｘ_ｌ＝ω・Ｌ_ｌ、Ｘｃ＝１／（ωＣｒ）とすると、共振回路部８の入力インダクタンスＸｒは、

となり、共振回路部８の入力インピーダンＺｒ、加熱コイル３の入力インピーダンスＺｃは、

となる。

上記（１）式〜（７）式から、加熱コイル３の電流Ｉｃは次の（８）式となる。ここで、鍋径や鍋材質を検出する場合は、インバータ回路部５の出力電流Ｉｃの周波数ｆは共振回路部８の共振周波数より高いので、Ｘｒ≫Ｒｃとしている。また、Ｒ_２−１≫Ｒ_１であるからＲｃ≒Ｒ_２−１としている。

また、直流電源部９への入力電流Ｉｉは、次式のようになる。

ここで、Ｐａは有効電力、ｃは定数である。尚、平滑コンデンサーＣｉの容量が小さい場合は、入力電流Ｉｉの力率が略１となるので、この定数ｃは略１になる。

従来は、２５ｋＨｚで定格電力３ｋＷとなるよう加熱コイル３の巻き数及び共振コンデンサーＣｒの容量を決めている。具体的には、図１の加熱コイル３は、内径Φｉ＝５０ｍｍ、外形Φｏ＝１９０ｍｍ、巻き数２０Ｔ、共振コンデンサー容量Ｃｒは、図２において、Ｃｒ＝Ｃｒｈ＋Ｃｒｌ＝１．６μＦである。

このような構成にて、加熱を開始する場合、インバータ周波数ｆ＝６０ｋＨｚで前記入力電流Ｉｉの値により鍋径を検出する。その後、インバータ周波数ｆ＝５０ｋＨｚで、加熱コイル電流Ｉｃと次の（１０）式で示す入力電流Ｉｉの関数Ｉｃｄと比較し、材質を判定している。

ここで、ｄ、ｅ材質毎に決める定数である。

従来は、（９）式に示す入力電流Ｉｉにて鍋径を判定している。（９）式において、鍋径が小さく（大きく）なると、結合係数ｋが小さく（大きく）なり、分子（ｋＮ_１）^２が小さく（大きく）なる。したがって、入力電流Ｉｉにより、鍋径を検出することができる。しかし、この方法は、次のように、鍋の材質によって変化するという問題がある。すなわち、入力電流Ｉｉは、分子の√（ρωμ_ｓ）の比透磁率μ_ｓに大きく影響される。鉄や磁性ＳＵＳ鍋は、比透磁率μ_ｓ＝１００程度と大きく、非磁性ＳＵＳはμ_ｓ＝１と小さいので、鍋底径Ｄｐが同じでも、鉄や磁性ＳＵＳの場合はこのＩｉは大きな値となり、非磁性ＳＵＳの場合はＩｉが小さくなる。尚、（１０）式の分母の

における加熱コイルインダクタンスＬｏは比透磁率μ_ｓが大きくなると大きくなるので、入力電流Ｉｉの比透磁率μ_ｓによる影響は緩和される。しかし、この比透磁率μ_ｓの変化による加熱コイルインダクタンスＬｏと√（ρωμ_ｓ）の変化（影響度合い）を比較すると、Ｌｏの変化の方が小さい。これは、インダクタンスＬｏは加熱コイル３の磁束の磁気抵抗に反比例するが、加熱コイル３と鍋７の間が離れていて大きなエアーギャップがあるため、鍋７のμ_ｓが変化しても、エアーギャップのμ_ｓが１のまま変化しないため、磁気抵抗の変化が小さくなるからである。一方、√（ρωμ_ｓ）は、√μ_ｓに比例して変化するので、鍋底の透磁率μ_ｓが大きくなると入力電流Ｉｉは大きくなる。

図５に、図１の構成で、ｆ＝６０ｋＨｚで鍋の材質毎に鍋底径Ｄｐに対する入力電流Ｉｉの変化を測定した結果を示す。縦軸は、鍋底径１００ｍｍφの鉄鍋の入力電流Ｉｉｓと各種材質の鍋の入力電流Ｉｉとの比Ｉｉ／Ｉｉｓである。また、鍋材質の「アルミ＋磁性ＳＵＳ」は、アルミ製の鍋本体の底に３φ程度の多数の開口のある磁性ＳＵＳ板を張り合わせた構造の鍋で、この多数の開口や、磁性ＳＵＳ板の周囲の鍋底表面はアルミ製になっているので、透磁率はアルミと非磁性ＳＵＳの中間の値で非磁性ＳＵＳより小さい。

例えば、加熱制御仕様を次の仕様とする。

・鍋底径９０φ未満は、マグカップ等小物として検知し加熱停止する。

・鍋底径９０φ〜１１０φは、火力を最大火力の４０％の低い火力に設定する。

・鍋底径１１０φを越える場合は、最大火力１００％の火力に設定する。

この場合、図５において、鉄の鍋底径９０φ及び１１０φそれぞれは、アルミ＋磁性ＳＵＳ鍋の底径１１５φ及び１４５φに相当し、非磁性ＳＵＳ鍋の鍋底径１３０φ及び１７０φに相当するので、従来の鍋底径検出値は、鍋の材料に大きく影響されることがわかる。また、（９）式に示すように、Ｉｉは商用電源電圧Ｖａｃに比例する。したがって、商用電源電圧Ｖａｃの変動分が検出誤差になる。

次に（１０）式による従来の鍋材質判定について検証する。（１０）式において、ＩｃｄはＩｉの関数であり、（９）式で説明したように鍋の材質によって比透磁率μ_ｓが変化するので分子の√（ρωμ_ｓ）も変化する。そこで、従来はこれにより材質を検知している。また、（１０）式の分母の

におけるＬｏは、比透磁率μ_ｓが大きくなると大きくなるので、比透磁率μ_ｓによる変化は相殺される。一方、

の変化は√（ρωμ_ｓ）より小さいので、鍋の材質の検出が可能となる。入力電流Ｉｉは、（９）式で鍋底径Ｄｐの検出値として用いられていることからも明らかであるが、鍋底径Ｄｐにより変動するので、鍋材質検知の誤差要因となる。そこで、（１０）式の定数ｄ、ｅにてこれを補正している。また、材質判定は、コイル電流Ｉｃを検出してＩｃｄと比較するが、コイル電流Ｉｃは、（８）式に示すようにＶａｃに比例するので、鍋底径判定の場合と同様、Ｖａｃの変動が誤差要因となる。

このため、このような鍋底径判定方法では、次の点を改善する必要がある。

（ｉ）鍋材質が誤差要因となり、鍋底径を精度良く検出できないので、鍋底径に応じた適切な火力制御（制限）ができない。誘導加熱調理器の最大火力は一般に３ｋＷであり、１００φ程度の鍋径の小さい鍋に高火力を入れると、沸騰水が飛び散ったり、吹き出たりして危険である。

（ii）インバータ回路部５の入力電流Ｉｉにより鍋底径Ｄｐを判定しているので、商用電源電圧Ｖａｃの変動により誤差を生ずる。

（iii） 商用電源の周波数の違いにより、そのＶａｃが同じでも、インバータ回路部５の入力電圧Ｖｉが変化する。そのため、商用電源周波数の違いにより鍋底径Ｄｐの検出結果に誤差が出る。

（iv）加熱初期に周波数を変化させて複数回、鍋検知を行い、鍋底径や鍋材質を行うので、加熱開始時の火力立ち上げ時間が長くなる。

そこで、第１の実施の形態では、次のようにして鍋材質、鍋底径を判定する。図６〜図８の横軸、縦軸となるＩｉ／Ｖａｃ、Ｉｃ／Ｖａｃは、（８）式、（９）式を用いて換算すると、次の（１１）式、（１２）式となる。

これにより、次の点がわかる。

（ａ）横軸Ｉｉ／Ｖａｃは、（１１）式により、鍋底径Ｄｐにより決まる結合係数ｋ^２と、鍋材質により決まる比透磁率√μ_ｓに比例し、分母の

に反比例する。Ｌｏは比透磁率μ_ｓが大きくなると大きくなるので、鍋材質により決まる分子の√（ρωμ_ｓ）と分母の

がキャンセルされる。そのため、鍋底径Ｄｐを一定とすると、鍋材質によるＩｉ／Ｖａｃの変化は比較的小さい。但し、アルミは、分子の比抵抗ρが他の材料に比べ極端に小さいので、Ｉｉ／Ｖａｃは非常に小さくなる。

（ｂ）縦軸Ｉｃ／Ｖａｃは、（１２）式に示すようにｋとＬｏの関数となる。ｋ及びＬｏは、ｋによる影響は小さく、鍋材質μ_ｓにより決まるＬｏの影響が大きいので、このＩｃ／Ｖａｃは鍋材質によって大きく変化する。

以上により、各種鍋材質毎のＩｉ／Ｖａｃ、Ｉｃ／Ｖａｃの特性は、図６に示すようになる。図６について、Ｉｉｄ１、Ｉｉｄ２は、鍋底径９０φ及び１１０φの鍋底径判定値である。インバータ制御部（マイコン）６は、図９に示す火力Ｐａ／Ｐａｓを次のように制御する。

・鍋底径Ｄｐ＜９０φで、検出値Ｉｉ／Ｖａｃ＜Ｉｉｄ１の場合は、Ｐａ／Ｐａｓ＝０％（加熱停止）。

・９０φ≦Ｄｐ＜１１０φで、Ｉｉｄ１≦Ｉｉ／Ｖａｃ＜Ｉｉｄ２の場合は、Ｐａ／Ｐａｓ＝４０％の出力。

・鍋底径Ｄｐ≧１１０φで、Ｉｉ／Ｖａｃ≧Ｉｉｄ２の場合は、Ｐａ／Ｐａｓ＝１００％の最大出力。

以上の加熱制御を図１２のフローチャートを用いて説明する。

加熱開始時には、インバータ制御周波数ｆ＝６０ｋＨｚに設定してインバータ動作を開始する（ステップＳ１０１）。

加熱中、入力電圧Ｖａｃｘを検出し、入力電流Ｉｉｘを検出し、さらに加熱コイル電流Ｉｃｘを検出する（ステップＳ１０３〜Ｓ１０７）。

続くステップＳ１０９，Ｓ１１１では、定数のＩｉｓ、Ｉｃｓは、入力電圧Ｖａｃｘ＝Ｖａｃｓ＝２００Ｖにおける基準値であるため、電流検出値Ｉｉｘ、Ｉｃｘを電圧補正し、Ｉｉ、Ｉｃとする。つまり、入力電流検出値Ｉｉｘの入力電圧補正値Ｉｉ＝Ｉｉｘ・（Ｖａｃｓ／Ｖａｃｘ）、及び、（マイコン）定数の入力電流基準値ＩｉｓをもとにＩｉ／Ｉｉｓを算出し、また、加熱コイル電流Ｉｃｘの入力電圧補正値Ｉｃ＝Ｉｃｘ・（Ｖａｃｓ／Ｖａｃｘ）、及び、（マイコン）定数の加熱コイル電流基準値ＩｃｓをもとにＩｃ／Ｉｃｓを算出する。

続くステップＳ１１３，Ｓ１１５では、Ｉｉ／ＩｉｓをＩｉｄ１、Ｉｉｄ２と比較し、ステップＳ１１７〜Ｓ１２１ではこれらの比較結果に基づき鍋底径を判定する。ここで、図６に示すように、Ｉｉｄ１、Ｉｉｄ２はＩｃ／Ｉｃｓを関数とするマイコンに記憶されている定数である。例えば、アルミ＋磁性ＳＵＳ製の１００φの鍋をセットすると、制御部（マイコン）は、Ｉｃ／Ｉｃｓ＝１．１、Ｉｉ／Ｉｉｓ＝０．６１を検出するので、Ｉｃ／Ｉｃｓ＝１．１おいて、Ｉｉ／ＩｉｓをＩｉｄ１、Ｉｉｄ２と比較すると、Ｉｉｄ１（＝０．４８）≦Ｉｉ／Ｉｉｓ（＝０．６１）＜Ｉｉｄ２（＝０．８４）となる。これにより、鍋底径Ｄｐを９０φ≦鍋底径Ｄｐ＜１１０φと判定し、最大火力Ｐａ／Ｐａｓを４０％に設定する（ステップＳ１２１、Ｓ１２３）。

また、非磁性ＳＵＳ製の８０φの鍋をセットすると、制御部（マイコン）は、Ｉｃ／Ｉｃｓ＝１．１６、Ｉｉ／Ｉｉｓ＝０．３７を検出するので、Ｉｃ／Ｉｃｓ＝１．１６において、Ｉｉ／ＩｉｓをＩｉｄ１と比較すると、Ｉｉｄ１（＝０．４７）＞Ｉｉ／Ｉｉｓ（＝０．３７）となる。これにより、鍋底径を９０φ＞鍋底径Ｄｐと判定し、加熱停止とする（ステップＳ１１７、Ｓ１２３）。

さらに、アルミ＋磁性ＳＵＳ製の１４０φの鍋をセットすると、制御部（マイコン）は、Ｉｃ／Ｉｃｓ＝１．３３、Ｉｉ／Ｉｉｓ＝１．１を検出するので、Ｉｃ／Ｉｃｓ＝１．３３において、Ｉｉ／ＩｉｓをＩｉｄ１、Ｉｉｄ２と比較すると、Ｉｉ／Ｉｉｓ（＝１．１）＞Ｉｉｄ２（＝０．６６）となる。これにより、鍋底径を鍋底径Ｄｐ≧１１０φと判定し、最大火力１００％に設定する（ステップＳ１１９、Ｓ１２３）。

これにより、本実施の形態によれば、鍋材料の変化による影響の少ない精度の良い鍋底径検出ができるので鍋底径に応じた火力制御が可能となる、電源電圧Ｖａｃの変動による影響がないのでさらに精度の良い鍋底径検出が可能となる、瞬時（短い時間）に鍋底径を検出できるので素早く火力を立ち上げることができる効果を奏する。

また、インバータ制御部６が加熱禁止鍋底径Ｄｐ検出基準値を含む複数の鍋底径Ｄｐ検出基準値を有するものとしたことにより、小物検知と火力制限鍋底径検知を同時にでき、素早く火力を立ち上げることができる利点がある。

さらに、表皮電流Ｉｃと入力電圧Ｖａｃとの比Ｉｃ／Ｖａｃ及び有効電流Ｉｉと入力電圧Ｖａｃとの比Ｉｉ／Ｖａｃによって鍋材質を検出し、鍋底径Ｄｐに応じて電力制御するので、非磁性体鍋などではＩＧＢＴスイッチング素子のスイッチング損失が多くなるが、このような鍋の場合、ＩＧＢＴに流れる電流を制限することによってＩＧＢＴの温度過昇防止が可能であり、誘導加熱回路の信頼性向上を図ることができる利点もある。

［第２の実施の形態］
図２の直流電源部９の出力電圧Ｖｉは、平滑コンデンサーＣｉの容量が小さいため定格最大出力では殆ど平滑されず、最大値は√Ｖａｃ、最小値は略０の正弦波半波整流波形となる。ところが、インバータ周波数ｆが高い場合は、電流Ｉｃの有効電流分Ｉｐが小さいため、正弦波半波整流波形の略０のゼロクロス部分の電圧Ｖｚが高くなる。図１３に示すように、この電圧Ｖｚは、５０Ｈｚの周期が６０Ｈｚの周期より長いため、５０Ｈｚに比べ６０Ｈｚの方が高くなり、ＩｃやＩｉも６０Ｈｚの方が大きくなる。そこで、６０Ｈｚの検出基準値を大きくするか、検出値を小さくするなど商用周波数の検出結果に基づき補正する制御を採用することができる。

本実施の形態によれば、電源電圧Ｖａｃの商用周波数の違いによる鍋底径検出値の変動を防止できるので、さらに精度の良い鍋底径検出が可能となる。

［第３、第４の実施の形態］
図６の特性グラフ（１）に対して、図７、図８の特性グラフ（２）、（３）を採用することもできる。図７の特性グラフ（２）について、Ｉｉｄ３、Ｉｉｄ４に基づき、上記図６の特性グラフ（１）と同様に制御するが、鍋が非磁性ＳＵＳでは、前述のように同一の消費電力におけるＩＧＢＴスイッチング素子の電流が大きくなると共にＩＧＢＴのスイッチング損失が多くなり、この傾向が鍋径が小さくなると顕著になる。そこで、鍋底径Ｄｐ判定基準値を大きな値としている。尚、非磁性ＳＵＳ等透磁率μ_ｓの小さな小径鍋は誘導加熱に適さないことが知られているので、非磁性ＳＵＳ製の鍋等の小径マグカップや小径鍋は、一般には市販されていない。

この場合の出力制御は、図１０のようになる。図１０のＰａｓ、Ｐｅｓは、それぞれＰａ、Ｐｅの最大設定値である。また、Ｐａｓｍ、ＰｅｓｍはＰａｓ、Ｐｅｓより小さくした設定値を示す。

図７の特性グラフ（３）について、Ｉｉｄ３、Ｉｉｄ５に基づき、上記図６の特性グラフ（１）と同様に制御するが、同時にＩｃ／Ｖａｃを鍋材質判定基準値Ｉｃｄ１、Ｉｉｄ２と比較して鍋材質判定を行い、鍋材質に応じて最大入力を制限する。この実施の形態は、鉄や磁性ＳＵＳは、１１０φ未満にて最大入力制限を行い、非磁性ＳＵＳ、アルミ＋磁性ＳＵＳ鍋は、材質判定により最大入力制限を行う。この場合の出力制御は、図１１のようになる。図１１においても、Ｐａｓ、Ｐｅｓは、それぞれＰａ、Ｐｅの最大設定値である。また、Ｐａｓｍ、ＰｅｓｍはＰａｓ、Ｐｅｓより小さくした設定値を示す。

本実施の形態によれば、鍋底径や鍋材質に応じて火力制御をするので、吹きこぼれや飛び散りのない安全な誘導加熱制御が可能となる。また、非磁性体鍋などではＩＧＢＴスイッチング素子のスイッチング損失が多くなるが、このような鍋の場合、ＩＧＢＴに流れる電流を制限するので、ＩＧＢＴの温度過昇防止が可能となり、誘導加熱回路の信頼性向上を図ることができる。

［他の実施の形態］
上記の各実施の形態では、入力電流Ｉｉ、コイル電流Ｉｃにより出力制御するようにしたが、インバータ回路部５の有効電流、無効電流、回生電流などを用いて同様に鍋底径検出こともできる。

また、上記実施の形態では、鍋材質は３種類に分類したが、さらに多くの種類に分類してもよい。また、離散的ではなく、比透磁率μ_ｓを連続的に検出し、鍋底径を連続的に補正してもよい。

また、インバータ周波数ｆを固定し、１回で鍋材質及び鍋底径検知を行う説明をしたが、２種類以上の固定周波数ｆで複数回検知してもよい。

さらに、電圧としては商用電源電圧Ｖａｃを用いたが、直流入力電圧Ｖｉ、加熱コイル電圧Ｖｃを検出してＩｉ／Ｖｉ、Ｉｉ／Ｖｃ等で鍋底径や鍋材質を検出してもよい。

１ 誘導加熱調理器
２ トッププレート
３ 加熱コイル
５ インバータ回路部
６ インバータ制御部（マイコン）
７ 鍋
８ 共振回路部
９ 直流電源部
１０ 誘導加熱回路部

Claims (5)

1. 商用交流電源を整流、平滑する直流電源部と、
   前記直流電源部の直流から高周波電流を生成するインバータ回路部と、
   前記インバータ回路部からの高周波電流を受けて加熱対象の調理器内の被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルと共に共振回路部を構成する共振コンデンサーと、
   前記インバータ回路部の出力電力を制御するインバータ制御部とを有し、
   前記インバータ制御部は、前記直流電流検出部の入力有効電流と入力電圧、前記共振回路部の表皮電流を検出し、前記表皮電流と入力電圧との比及び前記入力有効電流と入力電圧との比に基づいて前記加熱対象の調理器の径を検出し、前記加熱対象の調理器の径に応じて前記インバータ回路部の出力電力を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記インバータ制御部は、加熱禁止の調理器径検出基準値を含む複数の調理器径検出基準値を記憶していることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記インバータ制御部は、前記表皮電流と入力電圧との比及び前記入力有効電流と入力電圧との比によって調理器材質を検出し、調理器径に応じて電力制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記インバータ制御部は、商用電源の周波数を検知し、周波数に応じて前記調理器径及び調理器材質検出基準値又は前記入力有効電流及び表皮電流を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
5. 前記インバータ制御部は、前記入力電力の減少に伴い、前記表皮電力の制限値を減少させるように表皮電力制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。

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