JP2013080577A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】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、鍋底径に応じた適切な火力制御が可能な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、商用交流電源を整流、平滑する直流電源部ＤＢと、直流電源部を電源とし高周波電流を生成するインバータ回路部５と、高周波電流が供給されて加熱対象の調理器７内の被加熱物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Ｃｒと、加熱コイルに流れる電流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、共振回路部の入力インピ−ダンスを検出し加熱対象の調理器の材質及び径を算定し、径に応じてインバータ回路部の電力を制御するものである。
【選択図】 図１４

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、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、鍋底径に応じた適切な火力制御が可能な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を電源とし高周波電流を生成するインバータ回路部と、前記高周波電流が供給されて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、前記加熱コイルに流れる電流を検知し前記インバータ回路部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、前記共振回路部の入力インピ−ダンスを検出し加熱対象の調理器の材質及び径を算定し、前記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鍋底径−入力電流／加熱コイル電流特性グラフ。 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鍋底径−加熱コイル入力抵抗特性グラフ。 図８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−共振回路入力インピーダンス特性グラフ。 図９は、第２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−加熱コイル電流特性グラフ。 図１０は、第５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−有効電流×表皮電流特性グラフ。 図１１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による鍋底径検出値に基づく加熱電力設定のグラフ。 図１２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１３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１４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。

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_１は、次式となる。

ＩＨ加熱部における誘導加熱回路の等価回路を図４Ａに示し、この誘導加熱回路の等価回路における加熱コイル部分の等価回路を図４Ｂに示す。図４Ａ、図４Ｂにおいて、商用電源Ｖａｃ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ス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１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が大きな値となり、非磁性ＳＵＳの場合には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は１で変化しないため、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、透磁率はアルミと磁性ＳＵＳの中間の値で磁性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、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。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、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。インバータ回路部５の高周波電流の周波数ｆが、共振回路部８の共振周波数より高い場合は、Ｘｒ≫Ｒｃとなるので、加熱コイル３のインピーダンスＺｒは、次式のようになる。

ここで、周波数ｆが一定であれば、ω及びＸｃ（＝１／（ωＣｒ）は一定であるので、（１１）式のインピーダンスＺｒはｋとコイルインダクタンスＬｏの関数となる。

ｋは鍋底径Ｄｐの関数となるが、Ｄｐ≦Φｉ（加熱コイル内径）ではｋ＝０、Ｄｐ≧Φｏではｋは１より小さい所定の値となる。加熱コイル３と鍋７の鍋底との間隔（ギャップ）は７ｍｍ程度と大きいので、Ｄｐ＝Φｏでもｋは０．５程度であり、Ｄｐ≦Φｏではｋ≦０．５となる。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ので、鍋材質の比透磁率μ_ｓやｋが大きくなると、Ｌｏは大きくなる。ところが、（１−ｋ^２）の変化が１〜０．７５程度と変化が少ないことと、鍋底径Ｄｐが大きくなるとＬｏも大きくなって相殺されることとで、鍋材質の比透磁率μ_ｓが一定であれば、Ｄｐが変化してもＬｏが大きく変化することはない。一方、鉄や磁性ＳＵＳではμ_ｓ＝１００程度と大きく、非磁性ＳＵＳ等の非磁性体ではμｓ＝１と小さく、鍋の比透磁率μ_ｓはその材質により大きく変化するので、鍋材質によるＬｏの変化は大きい。以上のように、インバータ回路部５の高周波電流Ｉｃの周波数ｆを、最大定格出力時の周波数ｆｍより高い周波数とし、共振回路部８又は加熱コイル３の入力インダクタンスＺｒ、Ｚｃ、あるいは入力リアクタンスＸｒ又は漏れリアクタンスＸ_ｌを検出することによって、鍋の比透磁率μ_ｓ、すなわち鍋材質を検出することができる。

尚、これらの検出は、加熱コイル３の電流Ｉｃを検出することにより次式により求めることができる。

加熱コイル３の入力インダクタンスＺｃは、次式により求める。

図８に、図１の構成で、ｆ＝６０ｋＨｚで鍋の材質毎に鍋底径Ｄｐに対するＺｒ／Ｚｒｓの変化を測定した結果を示す。縦軸は、鍋底径１００ｍｍの鉄鍋のＺｒｓと各種鍋のＺｒの比Ｚｒ／Ｚｒｓである。図８において、鍋底径φ９０以上鉄鍋は、鍋底径の大きなアルミ＋磁性ＳＵＳ鍋及び非磁性ＳＵＳ鍋の比Ｚｒ／Ｚｒｓより大きくなる。また、鍋底径φ８０以上のアルミ＋磁性ＳＵＳ鍋の比Ｚｒ／Ｚｒｓは、非磁性ＳＵＳ鍋の比Ｚｒ／Ｚｒｓより大きくなる。したがって、鍋底径９０φ以上であれば、鍋底径によらず鍋材質を検出することができる。

鍋底径Ｄｐの検出は、以下のように結合係数ｋにより検出する。一方、誤差要因となる鍋材質による比透磁率μ_ｓの影響を少なくする必要がある。具体的には、共振回路部８又は加熱コイル３の入力抵抗Ｒｉと入力インピーダンスＺｒ、Ｚｃ又は入力インダクタンスＸｒ、Ｘ_ｌの比、例えば、次の（１５）式のＲｃ／Ｚｒから求める。

この（１５）式の分子の（ｋＮ_１）^２はｋの２乗に比例し変化するので、このｋの２乗の変化により鍋底径Ｄｐを検出する。しかし、鍋材質により変化する分子の√μ_ｓが誤差要因となるので、これを同じく鍋材質により変化する分母のＬｏにより相殺する。

このＲｃ／Ｚｒは、次の（１６）式に示すように、Ｉｉ／Ｉｃから求めることができる。

ここで、Ｉｉ／Ｉｃは従来の材質検知と同じで、鍋底径Ｄｐに対する変化特性は、図６のグラフに示す通りである。図６のグラフにおいて、鍋径検出値（Ｉｉ／Ｉｃ）／（Ｉｉｓ／Ｉｃｓ）は鍋材質により変化するので、前述の図８に示す鍋底径検出値Ｚｒ／Ｚｒｓにより鍋材質を検出し、それぞれの材質に応じて鍋底径の検出を行う。例えば、図８から鍋材質がアルミ＋磁性ＳＵＳであった場合、鍋径検出値（Ｉｉ／Ｉｃ）／（Ｉｉｓ／Ｉｃｓ）＝０．７であれば、図６のグラフを参照して鍋底径Ｄｐ＝φ１２５と判定する。

尚、前述のように、加熱コイル３と鍋７の鍋底の間隔（エアーギャップ）が大きいと、μ_ｓの変化に対するＬｏの変化は小さくなるので、この間隔（エアーギャップ）に応じてＲｃ／Ｚｒの分子をＺｒの累乗、すなわち、Ｒｃ／Ｚｒ^ｎとするとＬｏによる相殺の割合を大きくできる。

以上の鍋底径の検出結果に基づく、入力電力Ｐｉの設定例を図１１に示す。またこの入力電力設定に基づく入力電力Ｐａや表皮電力Ｐｅの制御に関する例を図１２、図１３に示す。図１１、図１２、図１３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１１に示すように、入力電力Ｐａは次のように設定する。

・鍋底径Ｄｐ≧１１０φの場合Ｐａ／Ｐａｓ＝１００％。

・９０φ≦Ｄｐ＜１１０φの場合Ｐａ／Ｐａｓ＝４０％。

・Ｄｐ＜９０φの場合Ｐａ／Ｐａｓ＝０％。

これらの設定に基づき、
・鍋底径Ｄｐ≧１１０φの場合、図１２のグラフに基づき制御する。

・９０φ≦Ｄｐ＜１１０φの場合、図１３のグラフに基づき制御する。

図１２、図１３において、表皮電力設定値Ｐｅｓｍを、入力電力Ｐａが小さくなるにしたがって小さな値としている理由は、Ｐｅ（＝ａ・Ｖａｃ・Ｉｃ）が大きい場合、Ｉｃも大きくなり、周波数ｆも高くなるため、ＩＧＢＴスイッチング素子のスイッチング損失増加に起因するＩＧＢＴの温度過昇を防止するためである。

以上の加熱制御を図１４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。

ステップＳ１１３では、鍋径判定値（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ）及び鍋材質判定値Ｉｃ／Ｉｃｓを算出する。

続くステップＳ１１５では、例えば、アルミ＋磁性ＳＵＳ製の直径９０ｍｍの鍋をセットし検出値Ｉｃ／Ｉｃｓ＝１．０７であったとすると、各材質の鍋径を次のように検出（認識）する。

（ｉ）Ｍｐ＝Ｓ（非磁性ＳＵＳ）の場合、図９の（Ｉｃ／Ｉｃｓ）ｓを用いＤｐ＝Ｄｐｓ＝５２ｍｍ。

（ii）Ｍｐ＝Ａｌ・Ｓ（アルミ＋磁性ＳＵＳ）の場合、図９の（Ｉｃ／Ｉｃｓ）ａを用いＤｐ＝Ｄｐａ＝９０ｍｍ。

（iii） Ｍｐ＝Ｆｅ（鉄）の場合、図９の（Ｉｃ／Ｉｃｓ）ｆを用いＤｐ＝Ｄｐｆ＝１５０ｍｍ。

ステップＳ１１７では、ステップＳ１１５での鍋底径Ｄｐ検出結果を用いて、図６により（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ）を検出（算出）する。

（iv）図９のＭｐ＝Ｓの場合のＤｐ＝Ｄｐｓ＝５２ｍｍを用いると、図６により、Ｍｐ＝Ｓの場合は（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ｓ＝０．２３となる。

（ｖ）図９のＭｐ＝Ａｌ・Ｓの場合のＤｐ＝Ｄｐａ＝９０ｍｍを用いると、図６により、Ｍｐ＝Ａｌ・Ｓの場合は（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ａ＝０．４２となる。

（vi）図９のＭｐ＝Ｆｅの場合のＤｐ＝Ｄｐｆ＝１５０ｍｍを用いると、図６により、Ｍｐ＝Ｆｅの場合は（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ｆ＝１．５５となる。

続くステップＳ１１９〜Ｓ１２９では次の判定を実行する。ここで、｜Δ（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ｓ｜、｜Δ（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ａ｜、｜Δ（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ｆ｜が、それぞれステップＳ１１３で検出した鍋径判定値（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ）とステップＳ１１７で検出した（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ｓ、（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ａ、（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ｆとの差の絶対値を示す。

例えば、アルミ＋磁性ＳＵＳ製の直径９０ｍｍの鍋をセットした場合、図６により（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ）の検出結果は、（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ）＝０．４２であるから、
（ａ）｜Δ（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ｓ｜＝｜０．２３−０．４２｜＝０．１９。

（ｂ）｜Δ（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ａ｜＝｜０．４２−０．４２｜＝０。

（ｃ）｜Δ（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ｆ｜＝｜１．５５−０．４２｜＝１．１３。

したがって、ステップＳ１１９では「ＮＯ」、ステップＳ１２１では「ＹＥＳ」となり、鍋底径Ｄｐは、（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ａにより算出され、鍋底径Ｄｐ＝９０を検出する（ステップＳ１２５）。そして、鍋底径Ｄｐが９０ｍｍであれば、最大火力の４０％に設定して加熱制御する（ステップＳ１３１）。

同様にして、鍋底径Ｄｐが（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ｆにより算出される場合（ステップＳ１２７）、（（Ｉｉ／Ｉｉｓ）／（Ｉｃ／Ｉｃｓ））ｓにより算出される場合（ステップＳ１２９）がある。そして、これらのいずれにより算出された鍋底径Ｄｐであっても、そのＤｐの値が上のように、Ｄｐ≧１１０φの場合はＰａ／Ｐａｓ＝１００％、９０φ≦Ｄｐ＜１１０φの場合はＰａ／Ｐａｓ＝４０％、Ｄｐ＜９０φの場合Ｐａ／Ｐａｓ＝０％に設定して加熱制御する（ステップＳ１３１）。

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］
第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対して、インバータ制御部６が、誘導加熱回路部１０の表皮電流Ｉｃから検出した加熱コイル３のインピーダンスＺｒ、Ｚｃ又はインダクタンスＸｒ、Ｘｌにより鍋材質を検出することを特徴とする。

（３）式、（８）式からインピーダンスＺｒは次のようになる。

これからわかるように、Ｉｃ／Ｖａｃ＝ａ／Ｚｒの鍋材質変化は、Ｚｒと同様である。したがって、図９に示す各種材質の鍋底径Ｄｐに対するＩｃ／Ｉｃｓ（＝（１／Ｚｒ）／（１／Ｚｒｓ））の変化特性を用いて、図８に示すＺｒ／Ｚｒｓの変化特性と同様に鍋底径の影響が少ない鍋材質検出が可能である。

本実施の形態によれば、回路部品を追加することなく、従来と同じ回路構成で、鍋の形状に影響されることが少ない鍋材質検出が可能となる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、第１の実施の形態に対して、インバータ制御部６が、誘導加熱回路部１０の有効電流Ｉｉと表皮電流Ｉｃから検出した加熱コイル３の入力抵抗Ｒｃにより鍋材質を検出することを特徴とする。

加熱コイル３の入力抵抗Ｒｃは、次の（１７）式で示すことができる。

この入力抵抗Ｒｃは、鍋材質により変わる√μ_ｓに比例して変化するので、Ｒｃを検出することにより鍋材質を検出できる。一方、Ｒｃは、鍋底径により変化するｋ^２に比例して変化するので、鍋材質検出の誤差要因になるが、√μ_ｓの変化はｋ^２の変化より大きいので、Ｒｃにより鍋材質を検出できる。

加熱コイル３の入力抵抗Ｒｃの検出は、次の（１８）式により、商用電源電圧Ｖａｃ、入力電流Ｉｉ、表皮電流Ｉｃを検出することにより求めることができる。

Ｒｃの検出結果を図７に示すが、鍋底径がφ９０以上であれば、鍋底径によらず鍋材質を検出できることがわかる。つまり、比値でＲｃ＞０．９であれば鉄製、０．９≧Ｒｃ＞０．４であればアルミ＋磁性ＳＵＳ製、０．４≧Ｒｃ＞０．２８であれば非磁性ＳＵＳ製と判定する。

本実施の形態でも、回路部品を追加することなく、従来と同じ回路構成で、鍋の形状に影響されることが少ない鍋材質検出が可能となる。

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、第１の実施の形態に対して、インバータ制御部６が、誘導加熱回路部１０の入力電流Ｉｉから検出した入力インピーダンスＶａｃ／Ｉｉにより鍋材質を検出することを特徴とする。

従来の鍋材質検出の説明で示した（１０）式から、Ｉｃｄ／Ｖａｃが次の（１９）式のように導出できる。

従来では、表皮電流ＩｃとＩｃｄを比較していたが、本実施の形態では、Ｉｃ／ＶａｃとＩｃｄ／Ｖａｃを比較する。√（ρωμ_ｓ）で材質を検出し、ｄ、ｅで鍋径を補正する。

これにより、従来の鍋材質検知と同じく、入力電流Ｉｉを用いて材質検知することになるが、入力インピーダンスにより検知しているので商用電源電圧Ｖａｃの変動による検知誤差がない利点がある。

［第５の実施の形態］
第５の実施の形態は、第１〜第３の実施の形態に対して、インバータ制御部６が、誘導加熱回路部１０の有効電流Ｉｉと、表皮電流Ｉｃから検出した加熱コイル３の入力抵抗Ｒｃと、入力インピーダンスＺｒ、Ｚｃ又は入力インダクタンスＸｒ、Ｘｌを検出し、加熱コイル３の入力抵抗Ｒｃと入力インピーダンスＺｒ、Ｚｃ又は入力インダクタンスＸｒ、Ｘｌの累乗の比から鍋底径Ｄｐを検出することを特徴とする
加熱コイル３と鍋７の鍋底の間隔（エアーギャップ）が大きいと、比透磁率μ_ｓの変化に対する加熱コイルインダクタンスＬｏの変化の割合は小さくなるので、この間隔（エアーギャップ）に応じてＲｃ／Ｚｒの分子をＺｒの累乗、すなわち、Ｒｃ／Ｚｒ^ｎとすると、Ｌｏによって相殺される割合が大きくなり、比透磁率μ_ｓの影響度合いを少なくすることができる。ここで、ｎは整数である必要はなく少数点以下を含む数字でもよい。

例えば、ｎ＝３、すなわち、Ｒｃ／Ｚｒ^３の場合を、次の（２０）式に示す。

ここで、Ｒｃ／Ｚｒ^３は、鍋底径に応じて変化するｋ^２に比例して変化するので、Ｒｃ／Ｚｒ^３を検出することにより鍋底径を検出できる。一方、Ｒｃ／Ｚｒ^３は、鍋材質により変化する√μ_ｓによってもそれに比例して変化するので、鍋底径検出の誤差要因になるが、分母を３乗としたので、コイルインダクタンスＬｏの変化による分母の変化は大きくなる。したがって、√μ_ｓの変化に対するインダクタンスＬｏによる相殺割合が大きくなり、鍋材質による検出誤差を少なくできる。

Ｒｃ／Ｚｒ^３の検出は、次の（２１）式から、商用電源電圧Ｖａｃ、入力電流Ｉｉ、表皮電流Ｉｃを検出することにより求めることができる。

前述の（２１）式によるＲｃ／Ｚｒ^３の検出結果を図１０に示している。鉄、非磁性ＳＵＳ、アルミ＋磁性ＳＵＳの各種材質の鍋において、誤差要因である鍋材質の影響の少ない鍋径検知ができることがわかる。また、第１〜３の実施の形態による鍋材質検知結果により鍋底径検出結果を補正すれば、さらに精度の良い鍋底検知が可能となる。

［第６の実施の形態］
第６の実施の形態は、第１〜第３の実施の形態に対して、インバータ制御部６が誘導加熱回路部１０の入力電流Ｉｉ（有効電流）により検出した入力インピーダンスＶａｃ／Ｉｉにより鍋底径Ｄｐを検出することを特徴とする。

第５の実施の形態における累乗項ｎ＝２、すなわち、Ｒｃ／Ｚｒ^２により鍋底径検知を行う実施の形態を以下に説明する。

ここで、Ｒｃ／Ｚｒ^２は、鍋底径に応じて変化するｋ^２に比例して変化するので、Ｒｃ／Ｚｒ^２を検出することにより鍋底径を検出できる。一方、Ｒｃ／Ｚｒ^２は、鍋材質により変化する√μ_ｓによってもそれに比例して変化するので、鍋底径検出の誤差要因になるが、分母をｎ＝２乗としたので、加熱コイルインダクタンスＬｏの変化による分母の変化は第１の実施の形態における分母を１乗としたものよりも大きくなる。したがって、√μ_ｓの変化に対するインダクタンスＬｏによる相殺割合が大きくなり、鍋材質による検出誤差を少なくできる。

Ｒｃ／Ｚｒ^２の検出は、次の（２３）式から、商用電源電圧Ｖａｃ、入力電流Ｉｉを検出することにより求めることができる。

本実施の形態によっても、鉄、非磁性ＳＵＳ、アルミ＋磁性ＳＵＳの各種材質の鍋において、誤差要因である鍋材質の影響は、第１の実施の形態よりも少なくなる。

［他の実施の形態］
次のような実施の形態も可能である。

（１）鍋材質及び鍋底径検知は、入力有効電流Ｉｉ、表皮電流Ｉｃにより行ったが、特許文献２の特開２００９−１６２１０号公報に記載のように、加熱コイル３や、共振回路部８の入力インダクタンスは、インバータ回路部５の有効電流、無効電流、回生電流などによっても検出できる。入力電流Ｉｉ、共振回路電流Ｉｃも、加熱コイル３や共振回路部８の全電流、無効電流、回生電流などを用いても検出できる。

（２）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。

（３）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実施の形態で説明したが、２種類以上の固定周波数ｆで複数回検知してもよい。

（４）インピーダンスＺ、インダクタンスＸ_ｌ、抵抗Ｒ等は、これらの逆数のアドミタンスＹ＝１／Ｚ、Ｙ_ｌ＝１／Ｘ_ｌ、Ｙｇ＝１／Ｒを用いてもよい。また、インピーダンスＺ＝Ｖ／Ｉは、ＶやＩと比較する基準値ＶｓやＩｓを設定し、その比率で検出するなど、実質的にインピーダンスと同等の検出ができるようにしてもよい。

１ 誘導加熱回路部
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

Claims (8)

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出力を電源とし高周波電流を生成するインバータ回路部と、
   前記高周波電流が供給され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、
   前記加熱コイルに流れる電流を検知し前記インバータ回路部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、前記共振回路部の入力インピ−ダンスを検出し前記加熱対象の調理器の材質及び径を算定し、前記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、前記加熱コイルに流れる表皮電流を検出し、前記表皮電流を用いて前記加熱コイルのインピーダンス又はインダクタンスを算出し、前記インピーダンス又はインダクタンスに基づいて前記加熱対象の調理器の材質を判定す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、前記直流電源部に供給される入力電流の有効電流と前記加熱コイルに流れる表皮電流とを検出し、前記有効電流及び表皮電流を用いて前記加熱コイルの入力抵抗を算出し、前記加熱コイルの入力抵抗に基づいて前記加熱対象の調理器の材質を判定することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記インバータ制御部は、前記直流電源部の入力電流と入力電圧を検出し、前記入力電流と入力電圧とから入力インピーダンスを算出し、前記入力インピーダンスに基づいて前記加熱対象の調理器の材質を判定することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
5. 前記インバータ制御部は、前記直流電源部に供給される入力電流の有効電流と前記加熱コイルに流れる表皮電流を検出し、前記有効電流及び表皮電流を用いて前記加熱コイルの入力抵抗と入力インピーダンス又は入力インダクタンスとを算出し、前記加熱コイルの入力抵抗と入力インピーダンス又は入力インダクタンスの累乗との比から前記加熱対象の調理器の径を検出することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
6. 前記インバータ制御部は、前記直流電源部の入力電流及び入力電圧を検出し、前記入力電流と入力電圧とから入力インピーダンスを算出し、前記入力インピーダンスに基づいて前記加熱対象の調理器の径を検出することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
7. 前記インバータ制御部は、前記加熱コイルに流れる表皮電流を検出し、前記入力電流と表皮電流との比から加熱対象の調理器の径を検出することを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱調理器。
8. 前記インバータ制御部は、前記加熱コイルに流れる表皮電流を検出し、前記入力電流と表皮電流との積に基づいて加熱対象の調理器の径を検出することを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱調理器。

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