JP2021144815A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱コイルに流れる電流を零にすることなく、１つのインバータに接続された複数の加熱コイルから被加熱物に投入される電力を段階的に制御することのできる誘導加熱調理器を得る。【解決手段】直列に接続された少なくとも２つの主スイッチング素子を有するインバータと、第１加熱コイル及び第１加熱コイルと直列に接続された第１共振コンデンサを有し、インバータの出力と電源ライン又はＧＮＤラインとの間に接続された第１共振回路と、第２加熱コイル及び第２加熱コイルと直列に接続された第２共振コンデンサを有し、インバータの出力とＧＮＤラインとの間に接続された第２共振回路と、副スイッチ及び副スイッチと直列に接続された副コンデンサを有し、第２共振回路の第２共振コンデンサと並列に接続された副回路とを備えた。【選択図】図２

Description

本開示は、１つのインバータから複数の加熱コイルに高周波電流を供給する誘導加熱調理器に関する。

複数の加熱コイルと、この複数の加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路とを備えた誘導加熱調理器がある。このような誘導加熱調理器として、加熱コイルに流れる電流が零の状態を一定期間有する不連続動作と、加熱コイルに流れる電流が零の状態を有さない連続動作とを用いて、被加熱物に投入する電力を制御する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許第６３４０５５０号公報（第１４頁）

煮物を作るときなど低出力で長時間加熱したい場合、あるいは被加熱物を保温したい場合には、被加熱物内の液体を沸騰させたり炒め物をしたりする場合と比べて、単位時間あたりに被加熱物に投入される電力を小さくすることが望まれる。特許文献１に記載の誘導加熱調理器では、加熱コイルに流れる電流が零の状態を一定期間有する不連続動作において、電流が零の期間を長くすることで、鍋などの被加熱物に対して単位時間あたりに投入される電力を小さくしている。しかし、電流が零の期間を有する不連続動作を、被加熱物を低出力で加熱したり保温したりするための電流制御に用いた場合、加熱コイルに流れる電流が零のときに被加熱物の温度が低下してしまい、使い勝手が低下するという課題があった。

また、単位時間あたりに被加熱物に投入される平均電力を、所望の電力にしようとした場合、加熱コイルに流れる電流が零の状態を有する不連続動作では、連続動作に比べて電流の最大値を大きくする必要がある。加熱コイルに流れる電流が大きくなると、加熱コイル及びインバータの発熱量も大きくなることから、これらを冷却する能力も大きくする必要がある。すなわち、単位時間あたりに被加熱物に投入される平均電力を不連続動作と連続動作とで同じ電力とした場合、不連続動作の方が連続動作よりも冷却負荷が大きくなってしまう。そうすると、インバータの冷却手段として放熱フィンを用いる場合、放熱フィンの大型化につながる。また、加熱コイル及びインバータの冷却手段として送風機を用いる場合には、送風機の大型化、騒音の増加、又は消費電力の増加を招いてしまう。

本開示は、上記のような課題と関連したものであり、加熱コイルに流れる電流を零にすることなく、１つのインバータに接続された複数の加熱コイルから被加熱物に投入される電力を段階的に制御することのできる誘導加熱調理器を得るものである。

本開示に係る誘導加熱調理器は、直列に接続された少なくとも２つの主スイッチング素子を有するインバータと、第１加熱コイル及び前記第１加熱コイルと直列に接続された第１共振コンデンサを有し、前記インバータの出力と電源ライン又はＧＮＤラインとの間に接続された第１共振回路と、第２加熱コイル及び前記第２加熱コイルと直列に接続された第２共振コンデンサを有し、前記インバータの出力と前記ＧＮＤラインとの間に接続された第２共振回路と、副スイッチ及び前記副スイッチと直列に接続された副コンデンサを有し、前記第２共振回路の前記第２共振コンデンサと並列に接続された副回路とを備えたものである。

本開示の技術によれば、副回路の副スイッチのオン状態とオフ状態とを切り換えることで、加熱コイルに流れる電流を零にすることなく、１つのインバータに接続された複数の加熱コイルから被加熱物に投入される電力を段階的に制御することができる。

実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００の分解斜視図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を示す図である。 実施の形態１に係る第１加熱コイル１１に流れる高周波電流を説明する図である。 実施の形態１に係る第２加熱コイル１３に流れる高周波電流を説明する図である。 実施の形態１に係る第１共振回路５１と第２共振回路５２の共振特性を示す図である。 実施の形態１に係る第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂへの投入電力の変化を説明する図である。 本実施の形態に係る第２加熱口３Ｂへの投入電力の時間変化を示す図である。 投入電力が零の期間を有する不連続動作を説明する図である。 実施の形態２に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を示す図である。 実施の形態２に係る第２加熱コイル１３と副コイル１５３の構成例を説明する図である。 実施の形態３に係る第１共振回路５１と第２共振回路５２の共振特性を示す図である。 実施の形態４に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を示す図である。 実施の形態４に係る第２操作部４Ｂにオン操作が加えられたときの制御を説明するフローチャートである。 実施の形態５に係る誘導加熱調理器１００の被加熱物の材料に応じた制御を説明するフローチャートである。 実施の形態６に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を説明する図である。 実施の形態７に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を説明する図である。 実施の形態８に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を説明する図である。

以下、本開示に係る誘導加熱調理器を、キッチン台に組み込まれ、あるいは据え置かれて使用される誘導加熱調理器に適用した場合の実施の形態を、図面を参照して説明する。本開示に記載の技術は、主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、以下では、各実施の形態に示す構成のうち、組合せ可能な構成のあらゆる組合せを開示する。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。なお、各図面では、各構成部材の相対的な寸法関係又は形状等が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００の分解斜視図である。図１では、誘導加熱調理器１００によって加熱される鍋などの被加熱物２００を併せて図示するとともに、説明のため筐体２の一部を切り欠いて示している。誘導加熱調理器１００は、被加熱物２００が載置される天板１と、天板１の下に設けられた概ね箱形の筐体２とを有する。誘導加熱調理器１００の上部には、操作入力を受け付ける操作部４と、情報を表示する表示部５が設けられている。天板１の下には、天板１の上に載置される被加熱物２００を誘導加熱する第１加熱コイル１１と、第２加熱コイル１３とが設けられている。筐体２内には、制御装置６とインバータ２０とが収容されている。

天板１は、耐熱性ガラス又はセラミック等の非金属材料で構成される。天板１には、被加熱物２００が載置される領域である第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂが設けられている。本実施の形態の天板１には、第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂの外縁が印刷によって示されている。図１では、円形の第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂが設けられた例を示しているが、第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂの形状及び数は、図示の例に限定されない。

第１加熱コイル１１は、第１加熱口３Ａの下に配置され、第２加熱コイル１３は、第２加熱口３Ｂの下に配置される。第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３は、たとえば銅線又はアルミ線などの導線を巻回して構成されたコイルであり、高周波電流が供給されることで高周波磁界を発生する。

制御装置６は、インバータ２０を制御することで、第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３の通電制御を行う。制御装置６は、操作部４を介して入力された情報に基づいて、第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂに載置される被加熱物に所望の電力が供給されるように、インバータ２０を制御する。なお、これ以降の説明において、第１加熱口３Ａに載置される被加熱物への投入電力を、第１加熱口３Ａへの投入電力、と称する場合がある。また、第２加熱口３Ｂに載置される被加熱物への投入電力を、第２加熱口３Ｂへの投入電力、と称する場合がある。制御装置６は、その機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア、又はマイコン等の演算装置及びその上で実行されるソフトウェアで構成される。

図２は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を示す図である。図２では、誘導加熱調理器１００に電源を供給する商用交流電源４０を併せて図示している。誘導加熱調理器１００は、直流化手段４１と、直流化手段４１の出力側に接続されたインバータ２０と、電源電位を供給する電源ライン４２と、基準電位を供給するＧＮＤライン４３とを有する。直流化手段４１は、ダイオードブリッジを備え、商用交流電源４０から供給される交流電力を直流電力に変換する。

インバータ２０は、直流化手段４１から出力される直流電力を高周波電力に変換して、この高周波電力を第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３に供給する。インバータ２０は、第１主スイッチング素子２１と、第２主スイッチング素子２２とを有するハーフブリッジ型インバータである。第１主スイッチング素子２１と第２主スイッチング素子２２は、電源ライン４２とＧＮＤライン４３との間に直列に接続されている。第１主スイッチング素子２１と第２主スイッチング素子２２との間に、インバータ２０の出力点がある。第１主スイッチング素子２１のゲート端子及び第２主スイッチング素子２２のゲート端子は、制御装置６に接続されている。

第１主スイッチング素子２１及び第２主スイッチング素子２２は、例えばワイドバンドギャップ半導体によって構成されている。ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンと比較して、バンドギャップが大きい半導体素子の総称である。ワイドバンドギャップ半導体には、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンド又はガリウムナイトライドがある。第１主スイッチング素子２１及び第２主スイッチング素子２２をワイドバンドギャップ半導体で構成することで、スイッチング素子の通電損失を減らすことができる。また、ワイドバンドギャップ半導体は放熱性が良好であるため、第１主スイッチング素子２１及び第２主スイッチング素子２２を駆動する際のスイッチング周波数を高周波とした場合でも、放熱フィンを小型にすることができる。したがって、インバータ２０の冷却構造の小型化及び低コスト化を実現することができる。また、ワイドバンドギャップ半導体は高温下でも性能が低下しにくいため、第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３等の排熱によって高温化しやすい筐体２内において、第１主スイッチング素子２１及び第２主スイッチング素子２２の信頼性を維持できる。

インバータ２０の出力点と、電源ライン４２との間には、第１加熱コイル１１と第１共振コンデンサ１２とが直列に接続されている。第１加熱コイル１１と第１共振コンデンサ１２とで第１共振回路５１を形成する。

インバータ２０の出力点と、ＧＮＤライン４３との間には、第２加熱コイル１３と第２共振コンデンサ１４とが直列に接続されている。第２加熱コイル１３と第２共振コンデンサ１４とで第２共振回路５２を形成する。

第２加熱コイル１３とＧＮＤライン４３との間には、第２共振コンデンサ１４と並列に、副回路１５が接続されている。副回路１５は、副スイッチ１５１と、副コンデンサ１５２とを有する。副スイッチ１５１と副コンデンサ１５２とは直列に接続されている。副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とは、制御装置６によって切り換えられる。副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とが切り換えられることにより、副コンデンサ１５２の第２共振回路５２への接続状態と未接続状態とが切り換えられる。図２に示す副スイッチ１５１は、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子で構成されており、副スイッチ１５１のゲート端子は、制御装置６に接続されている。半導体素子で構成された副スイッチ１５１には、ダイオード１５４が逆並列に接続されている。副スイッチ１５１がワイドバンドギャップ半導体で構成されていてもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、高温下でも性能が低下しにくいため、第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３等の排熱によって高温化しやすい筐体２内において、副スイッチ１５１の信頼性を維持できる。なお、副スイッチ１５１は、機械式リレーであってもよい。

図３は、実施の形態１に係る第１加熱コイル１１に流れる高周波電流を説明する図である。図３では、１つのインバータ２０に接続された第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３のうち、第１加熱コイル１１に供給される高周波電流を矢印で概念的に示している。また、図３では、図の煩雑化を避けるため、図２に示したダイオード１５４の図示を省略している。図３において、（ａ）は第１主スイッチング素子２１がオン、第２主スイッチング素子２２がオフの状態を示し、（ｂ）は第１主スイッチング素子２１がオフ、第２主スイッチング素子２２がオンの状態を示している。図３の（ａ）の状態と（ｂ）の状態とが、交互に切り換えられることにより、高周波電流が第１加熱コイル１１に供給される。図３（ａ）に示すように、第１主スイッチング素子２１がオンすると、第１加熱コイル１１を介して第１共振コンデンサ１２へと電流が流れる。次に、図３（ｂ）に示すように、第１主スイッチング素子２１がオフして第２主スイッチング素子２２がオンすると、第１加熱コイル１１を介して第１共振コンデンサ１２から放電する。図３の（ａ）の動作と（ｂ）の動作を繰り返すことにより、第１加熱コイル１１に高周波磁界が発生する。この高周波磁界が、鍋などの被加熱物と交差することにより、被加熱物に渦電流が発生して、被加熱物が発熱する。

図４は、実施の形態１に係る第２加熱コイル１３に流れる高周波電流を説明する図である。図４では、１つのインバータ２０に接続された第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３のうち、第２加熱コイル１３に供給される高周波電流を矢印で概念的に示している。また、図４では、図の煩雑化を避けるため、図２に示したダイオード１５４の図示を省略している。図４において、（ａ）は第１主スイッチング素子２１がオン、第２主スイッチング素子２２がオフの状態を示し、（ｂ）は第１主スイッチング素子２１がオフ、第２主スイッチング素子２２がオンの状態を示している。図４の（ａ）の状態と（ｂ）の状態とが、交互に切り換えられることにより、高周波電流が第２加熱コイル１３に供給される。図４（ａ）に示すように、第１主スイッチング素子２１がオンすると、第２加熱コイル１３を介して第２共振コンデンサ１４へと電流が流れる。次に、図４（ｂ）に示すように、第１主スイッチング素子２１がオフして第２主スイッチング素子２２がオンすると、第２加熱コイル１３を介して第２共振コンデンサ１４から放電する。図４の（ａ）の動作と（ｂ）の動作を繰り返すことにより、第２加熱コイル１３に高周波磁界が発生する。この高周波磁界が、鍋などの被加熱物と交差することにより、被加熱物に渦電流が発生して、被加熱物が発熱する。

図３では第１加熱コイル１１に着目して電流の流れを説明し、図４では第２加熱コイル１３に着目して電流の流れを説明したが、インバータ２０から出力される高周波電流は、第１加熱コイル１１と第２加熱コイル１３の両方に同時に流れる。すなわち、図３（ａ）と図４（ａ）に示す電流の流れが同時に発生し、図３（ｂ）と図４（ｂ）に示す電流の流れが同時に発生する。図３（ａ）と図４（ａ）において第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３に流れる電流の位相は、図３（ｂ）と図４（ｂ）において第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３に流れる電流の逆位相である。

さらに図４において、副スイッチ１５１がオン状態のときに副回路１５に流れる電流を破線矢印で概念的に示している。図４（ａ）に示すように、第１主スイッチング素子２１がオンすると、第２加熱コイル１３を介して、副コンデンサ１５２へと電流が流れる。副コンデンサ１５２と第２共振コンデンサ１４とが並列に接続されているため、副スイッチ１５１がオン状態のときには、第２加熱コイル１３と第２共振コンデンサ１４と副コンデンサ１５２とで共振回路が構成される。次に、図４（ｂ）に示すように、第１主スイッチング素子２１がオフして第２主スイッチング素子２２がオンすると、第２加熱コイル１３を介して副コンデンサ１５２から放電する。

第１主スイッチング素子２１と第２主スイッチング素子２２のオン状態とオフ状態とが切り換わる周波数、すなわちインバータ２０から出力される高周波電流の周波数を、駆動周波数と称する。図２に示した制御装置６は、駆動周波数を制御することで、第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３によって被加熱物に投入される電力を制御する。

図５は、実施の形態１に係る第１共振回路５１と第２共振回路５２の共振特性を示す図である。図５において、横軸はインバータ２０の駆動周波数を示し、縦軸はアドミタンス（１／Ω）を示している。図５では、図２に示した第１共振回路５１の共振特性を特性６１にて示し、図２に示した第２共振回路５２の共振特性を、特性６２、６２Ａにて示している。共振特性の頂点における周波数が、共振周波数を示す。図５において、特性６１の共振周波数をｆ０＿１、特性６２の共振周波数をｆ０＿２、特性６２Ａの共振周波数をｆ０＿２Ａで示す。ここで、共振回路の共振周波数ｆ０は、ｆ０＝１／２π√（Ｌ値×Ｃ値）で表される。Ｌ値は、共振回路のコイルの自己インダクタンス値であり、Ｃ値はコンデンサのキャパシタンス値である。

第１主スイッチング素子２１及び第２主スイッチング素子２２の駆動周波数は、電波法の規制によって２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲に定められている。図２に示すハーフブリッジ型のインバータ２０においては、被加熱物に投入する電力の制御をする際に、この範囲で駆動周波数を変化させる。具体的には、図５の特性６１に示すように、駆動周波数を第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に低下させると、駆動周波数は第１共振回路５１の共振周波数に近づく。そうすると、第１加熱コイル１１に載置される被加熱物に電力が投入されやすくなる。これは駆動周波数が共振周波数に近づくことにより、アドミタンスが大きくなる、すなわちインピーダンスが小さくなるためである。駆動周波数は、第１共振回路５１及び第２共振回路５２の共振周波数よりも高い周波数の領域で、制御される。図５の例では、第２共振回路５２の共振周波数ｆ０＿２よりも、第１共振回路５１の共振周波数ｆ０＿１の方が高いので、本実施の形態ではｆ０＿１よりも高い周波数領域で、駆動周波数が制御される。このように、インバータ２０の駆動周波数を変化させることで、被加熱物に投入する電力制御を実現する。

図５において、特性６２は副スイッチ１５１がオフの状態を示し、特性６２Ａは副スイッチ１５１がオンの状態を示している。副スイッチ１５１がオフの場合、第２共振回路５２の共振周波数ｆ０＿２＝１／２π√（Ｌ２×Ｃ２）である。ここで、Ｌ２は第２加熱コイル１３の自己インダクタンス値、Ｃ２は第２共振コンデンサ１４のキャパシタンス値である。副スイッチ１５１がオンのとき、第２共振コンデンサ１４と副コンデンサ１５２とが並列に接続されていることにより、合成キャパシタンス値は、Ｃ２＋Ｃ３となる。ここで、Ｃ３は副コンデンサ１５２のキャパシタンス値である。そうすると、副スイッチ１５１がオンの場合の共振周波数ｆ０＿２Ａは、ｆ０＿２Ａ＝１／２π√（Ｌ２×（Ｃ２＋Ｃ３））にて表される。すなわち、副スイッチ１５１がオフの場合の共振周波数ｆ０＿２に対して、副スイッチ１５１がオンの場合の共振周波数ｆ０＿２Ａの方が小さい。

したがって、副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とを切り換えることにより、第２共振回路５２は、特性６２と特性６２Ａという２種類の共振特性を得ることができる。

本実施の形態では、１つのインバータ２０に第１加熱コイル１１と第２加熱コイル１３という２つのコイルを接続している。ここで、第１加熱コイル１１に対応した第１加熱口３Ａへの投入電力と、第２加熱コイル１３に対応した第２加熱口３Ｂへの投入電力とを、個別に制御することを考える。上記のように、第１加熱口３Ａへの投入電力を上昇させるためにインバータ２０の駆動周波数をｆ１からｆ２に低下させると、特性６１の点Ａから点Ｃへとアドミタンスが上昇する。これに伴って、第２共振回路５２の特性６２のアドミタンスが、点Ｂから点Ｄへと上昇してしまう。つまり、第１加熱口３Ａへの投入電力を上昇させようとした場合に、同時に第２加熱口３Ｂへの投入電力も上昇してしまう。

そこで、駆動周波数を第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に低下させるときに、副回路１５の副スイッチ１５１をオン状態とする。そうすると、第２共振回路５２の共振特性は、特性６２Ａで示す状態となる。駆動周波数が第２周波数ｆ２のときの特性６２ＡにおけるアドミタンスＤ１は、駆動周波数が第１周波数ｆ１のときの特性６２におけるアドミタンスＢと同じである。したがって、駆動周波数が第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に低下しても、第２加熱口３Ｂに投入される電力は、変化しない。このように、１つのインバータ２０からの出力によって、第１加熱口３Ａへの投入電力と、第２加熱口３Ｂへの投入電力とを、個別に制御することができる。

図６は、実施の形態１に係る第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂへの投入電力の変化を説明する図である。図６（ａ）は、副スイッチ１５１がオフの状態で、駆動周波数を変化させたときの、第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂへの投入電力の変化を示している。図６（ａ）に示すように、インバータ２０の駆動周波数を第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に低下させると、第１加熱口３Ａへの投入電力が５００Ｗから２５００Ｗに上昇する。図６（ａ）の例では、駆動周波数を第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２へ掃引しているため、第１加熱口３Ａの投入電力も５００Ｗから２５００Ｗへ連続的に変化している。そして、図５でも説明したように、駆動周波数の低下に伴って、第２加熱口３Ｂの投入電力が２００Ｗから１０００Ｗへと上昇する。

図６（ｂ）は、駆動周波数の変更に伴って副回路１５の副スイッチ１５１を切り換えた場合の投入電力の変化を示している。図６（ｂ）に示すように、副スイッチ１５１がオフの状態において、第１加熱口３Ａに５００Ｗ、第２加熱口３Ｂに２００Ｗが投入されている。インバータ２０の駆動周波数を第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に低下させると、第１加熱口３Ａへの投入電力が５００Ｗから２５００Ｗに上昇するのは、図６（ａ）にて示した通りである。これに伴って第２加熱口３Ｂへの投入電力が２００Ｗから１０００Ｗに上昇するが、このときに副スイッチ１５１をオン状態に切り換える。そうすると、第２加熱口３Ｂへの投入電力は、再び２００Ｗとなる。このように、駆動周波数を低下させるとともに、副スイッチ１５１をオフからオンへ切り換えることにより、第１加熱口３Ａへの投入電力を上昇させつつ第２加熱口３Ｂへの投入電力を駆動周波数の変更前の状態に維持できる。すなわち、第１加熱口３Ａへの投入電力と第２加熱口３Ｂへの投入電力とを、個別に制御することができる。

なお、副スイッチ１５１としてＩＧＢＴを用いて副スイッチ１５１をオン状態にするときには、副スイッチ１５１に印加するゲート電圧を徐々に上昇させてもよい。このようにすると、第２加熱口３Ｂへの投入電力は、１０００Ｗから２００Ｗへと徐々に低下する。投入電力を徐々に低下させることで、電力が急峻変化した際に鍋などの被加熱物から発生する異音を抑制することができる。

図７は、本実施の形態に係る第２加熱口３Ｂへの投入電力の時間変化を示す図である。図７では、副回路１５の副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とを切り換えることによる、第２加熱口３Ｂへの投入電力の変化を示している。駆動周波数が一定であるとすると、副スイッチ１５１がオフのときとオンのときとで、第２加熱口３Ｂに投入される電力が異なる。これは、図５に示したように、駆動周波数が第２周波数ｆ２の場合を例にとると、副スイッチ１５１がオフ状態で特性６２の点Ｄで表されるアドミタンスと、副スイッチ１５１がオン状態で特性６２Ａの点Ｄ１で表されるアドミタンスとが異なることに起因している。したがって、副スイッチ１５１をオフ状態にすることで、図７に示す投入電力Ｐ１が得られ、副スイッチ１５１をオン状態にすることで、図７に示す投入電力Ｐ２が得られる。なお、投入電力Ｐ１は投入電力Ｐ２よりも大きい。

副スイッチ１５１がオンのときもオフのときも、第２加熱コイル１３には高周波電流が流れるので、第２加熱口３Ｂへの投入電力は零にはならない。すなわち、投入電力Ｐ１及びＰ２は、零よりも大きい値である。このように、副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とを切り換え、このオン状態とオフ状態の時間の比率を調整することで、第２加熱口３Ｂへの投入電力を零にすることなく、単位時間あたりの投入電力を所望の値に制御することができる。図７に示すような投入電力Ｐ１と投入電力Ｐ２とを交互に第２加熱口３Ｂに投入する制御は、第２加熱口３Ｂの被加熱物を保温する際又は煮物を作るときなど低出力で長時間加熱する際に適しており、誘導加熱調理器１００の使い勝手を向上させることができる。

図８は、投入電力が零の期間を有する不連続動作を説明する図である。図８において、投入電力Ｐ４は零である。図８に示すように、投入電力Ｐ３の状態と投入電力Ｐ４の状態を交互に繰り返した場合、単位時間あたりの投入電力を所望の値に制御することはできる。しかし、投入電力が零の状態があるため、この不連続動作で被加熱物を保温しようとすると、投入電力が零の期間に被加熱物の温度が低下してしまう。また、単位時間あたりの投入電力を、図７に示す本実施の形態と同じ値にしようとした場合、投入電力Ｐ３は、投入電力Ｐ１よりも大きな値とする必要がある。すなわち、図８のように投入電力が零の期間を設けると、投入電力の最大値を大きくしなければならない。投入電力が大きくなると、加熱コイル及びインバータの発熱量が大きくなり、これらの冷却能力も大きくする必要が生じる。

しかし、図７に示す本実施の形態によれば、図８の投入電力Ｐ３と比べて投入電力Ｐ１を小さくできるので、インバータ２０、第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３の冷却負荷を小さくすることができる。また、本実施の形態によれば、投入電力Ｐ１と投入電力Ｐ２との間の変動量が、投入電力Ｐ３と投入電力Ｐ４との間の変動量よりも小さいので、被加熱物の温度変化を生じさせにくい。したがって、本実施の形態によれば、被加熱物の保温に適した投入電力の制御を行うことができる。

以上のように、本実施の形態の誘導加熱調理器１００は、直列に接続された第１主スイッチング素子２１及び第２主スイッチング素子２２を有するインバータ２０を備えた。インバータ２０の出力と電源ライン４２との間には、第１共振回路５１が接続されている。第１共振回路５１は、第１加熱コイル１１及び第１加熱コイル１１と直列に接続された第１共振コンデンサ１２を有している。また、インバータ２０の出力とＧＮＤライン４３との間には、第２共振回路５２が接続されている。第２共振回路５２は、第２加熱コイル１３及び第２加熱コイル１３と直列に接続された第２共振コンデンサ１４を有している。また、第２共振回路５２の第２共振コンデンサ１４と並列に、副回路１５が接続されている。副回路１５は、副スイッチ１５１及び副スイッチ１５１と直列に接続された副コンデンサ１５２を有している。このため、副スイッチ１５１のオンとオフとを切り換えることで、第２加熱コイル１３に流れる電流を零にすることなく、１つのインバータ２０に接続された第１加熱コイル１１と第２加熱コイル１３それぞれから被加熱物に投入される電力を、段階的に制御できる。

実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１の副回路１５とは異なる構成の副回路１５Ａを備えている。本実施の形態では、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図９は、実施の形態２に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を示す図である。図９において、第１加熱コイル１１と第１共振コンデンサ１２の互いの位置が、図２で示したものと逆である。また、図９において、第２加熱コイル１３と第２共振コンデンサ１４の互いの位置が、図２で示したものと逆である。

本実施の形態の副回路１５Ａは、副スイッチ１５１と、副コイル１５３とを備えている。副スイッチ１５１と副コイル１５３とは直列に接続されている。副回路１５Ａは、第２共振コンデンサ１４とＧＮＤライン４３との間に、第２加熱コイル１３と並列に接続されている。副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とが切り換えられることにより、副コイル１５３の第２共振回路５２への接続状態と未接続状態とが切り換えられる。

図１０は、実施の形態２に係る第２加熱コイル１３と副コイル１５３の構成例を説明する図である。第２加熱コイル１３及び副コイル１５３は、図１に示した第２加熱口３Ｂと対向する位置に設けられ、第２加熱口３Ｂに載置される被加熱物の加熱源として機能する。図１０に示すように、第２加熱コイル１３と副コイル１５３をともに渦巻き状に形成し、これらを並列に配置してもよい。そのほか、環状の第２加熱コイル１３の内周側に、環状の副コイル１５３を配置してもよい。副コイル１５３は、副スイッチ１５１を介して第２加熱コイル１３に接続される。

副スイッチ１５１がオン状態のときには、第２加熱コイル１３及び副コイル１５３が第２加熱口３Ｂの加熱源として機能し、副スイッチ１５１がオフ状態のときには、第２加熱コイル１３のみが第２加熱口３Ｂの加熱源として機能する。

本実施の形態では、副回路１５Ａの副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とを切り換えることにより、実施の形態１と同様に、第２加熱口３Ｂへの投入電力を制御する。以下、具体的に説明する。

共振回路の共振周波数ｆ０は、共振周波数ｆ０＝１／２π√（Ｌ値×Ｃ値）で表されることを説明した。これを本実施の形態の第２共振回路５２の共振周波数ｆ０＿２に当てはめる。副スイッチ１５１がオフ状態のときには、共振周波数ｆ０＿２＝１／２π√（Ｌ２×Ｃ２）である。ここで、Ｌ２は第２加熱コイル１３の自己インダクタンス値、Ｃ２は第２共振コンデンサ１４のキャパシタンス値である。副スイッチ１５１がオン状態のときには、共振周波数ｆ０＿２＝１／２π√（Ｌ２／／Ｌ３×Ｃ２）である。Ｌ３は副コイル１５３のインダクタンス値であり、Ｌ２／／Ｌ３＝Ｌ２×Ｌ３／（Ｌ２＋Ｌ３）である。

本実施の形態では、副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とを切り換えることにより、第２共振回路５２のコイルの巻き数が切り換えられる。副スイッチ１５１をオフ状態にすると、副スイッチ１５１がオン状態の時と比べてＬ値が大きくなるため、共振周波数ｆ０＿２が小さくなる。すなわち、図５を参照すると、副スイッチ１５１がオフ状態のときに、特性６２Ａが得られ、副スイッチ１５１がオン状態のときに、特性６２が得られる。したがって、図５において駆動周波数を第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に低下させて第１加熱口３Ａへの投入電力を増加させ、第２加熱口３Ｂへの投入電力は増加させず維持したい場合に、副スイッチ１５１をオンからオフへ切り換える。このようにすることで、第１加熱口３Ａへの投入電力と第２加熱口３Ｂへの投入電力とを、それぞれ段階的に制御することができる。

以上のように、本実施の形態は、直列に接続された第１主スイッチング素子２１及び第２主スイッチング素子２２を有するインバータ２０を備えた。インバータ２０の出力と電源ライン４２との間には、第１共振回路５１が接続されている。第１共振回路５１は、第１加熱コイル１１及び第１加熱コイル１１と直列に接続された第１共振コンデンサ１２を有している。また、インバータ２０の出力とＧＮＤライン４３との間には、第２共振回路５２が接続されている。第２共振回路５２は、第２加熱コイル１３及び第２加熱コイル１３と直列に接続された第２共振コンデンサ１４を有している。また、第２共振回路５２の第２加熱コイル１３と並列に、副回路１５Ａが接続されている。副回路１５Ａは、副スイッチ１５１及び副スイッチ１５１と直列に接続された副コイル１５３を有している。このため、副スイッチ１５１のオンとオフとを切り換えることで、第２加熱コイル１３に流れる電流を零にすることなく、１つのインバータ２０に接続された第１加熱コイル１１と第２加熱コイル１３それぞれから被加熱物に投入される電力を、段階的に制御できる。

また、本実施の形態では、第２加熱コイル１３と副コイル１５３とを、１つの第２加熱口３Ｂの加熱源として配置した。実施の形態１では、第２共振回路５２の共振周波数に関する特性６２と特性６２Ａとを得るために、副コンデンサ１５２を設けていたが、本実施の形態では同様の２種類の共振周波数の特性を得るための副コイル１５３は、第２加熱口３Ｂの加熱源として設けられる。すなわち、本実施の形態では、共振特性を切り換えるための部品を回路基板に追加しなくてよい。したがって、回路基板の小型化を実現することができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、被加熱物への投入電力をより細かく制御する手段を説明する。本実施の形態は、実施の形態１の図２と同じ回路構成であるものとして説明する。なお、本実施の形態で説明する事項を、実施の形態２の回路構成と組み合わせることもできる。

図１１は、実施の形態３に係る第１共振回路５１と第２共振回路５２の共振特性を示す図である。図１１では、図５における特性６２Ａに代えて、特性６２Ｂを示している。特性６２Ｂは、副スイッチ１５１がオン状態のときの共振特性であるが、特性６２Ｂの共振周波数ｆ０＿２Ｂは、図５の特性６２Ａの共振周波数ｆ０＿２Ａよりも低い。図５では、第１周波数ｆ１のときの特性６２におけるアドミタンス（点Ｂ）と、第２周波数ｆ２のときの特性６２Ａにおけるアドミタンス（点Ｄ１）とが、同じ値であった。しかし図１１では、第２周波数ｆ２のときのアドミタンス（点Ｄ２）が、特性６２におけるアドミタンス（点Ｂ）及び特性６２Ａにおけるアドミタンス（点Ｄ１）よりも小さい値である。すなわち、図１１と図５とを比べると、第２周波数ｆ２のときに第２加熱口３Ｂに投入される電力が、特性６２Ｂの方が特性６２Ａよりも小さい。

図１１において、第２周波数ｆ２のときに、点Ｄにおいて第２加熱口３Ｂに投入される電力が１０００Ｗ、点Ｄ２において第２加熱口３Ｂに投入される電力が１００Ｗであるとする。副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とを切り換えることで、第２加熱口３Ｂに対する投入電力が、１０００Ｗと１００Ｗとの間で切り換えられる。第２加熱口３Ｂへの投入電力を、１０００Ｗと１００Ｗとの間の値にする場合には、副スイッチ１５１のオン時間とオフ時間との比率を変化させる。例えば、図１１の点Ｄ１における電力（＝２００Ｗ）を得たい場合には、１００％×２００Ｗ＝（１０００Ｗ×（１００−ｄ）％）＋（１００Ｗ×ｄ％）より、ｄ＝８８．９％を得る。そして、副スイッチ１５１のオン時間がｄ（＝８８．９％）となるように、副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とを切り換える。このように、副スイッチ１５１のオンとオフの時間比率を調整することで、単位時間あたりの投入電力の平均値として、所望の投入電力を得ることができる。

なお、図５に示した特性６２Ａを図１１に示す特性６２Ｂに変更するには、副コンデンサ１５２のキャパシタンス値を大きくすればよい。また、実施の形態２のように副コイル１５３を備えた副回路１５Ａであれば、図５に示した特性６２Ａを図１１に示す特性６２Ｂに変更するには、副コイル１５３のインダクタンス値を大きくすればよい。

以上のように本実施の形態では、副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とを切り換えたとき、第２共振回路５２において、特性６２と特性６２Ｂという２種類の共振特性が得られるようにした。そして、特性６２における第１周波数ｆ１のときの第２加熱口３Ｂへの投入電力よりも、特性６２Ｂにおける第２周波数ｆ２のときの第２加熱口３Ｂへの投入電力の方が小さくなるように、第２共振回路５２の共振特性を設定した。副スイッチ１５１のオンとオフの時間比率を制御することで、第２加熱口３Ｂへの投入電力を制御できるので、より細かな電力制御を行うことができる。したがって、誘導加熱調理器１００の使い勝手を向上させることができる。

ここで、共振回路における共振特性は、鍋等の被加熱物の材質及び位置によっても変化する。これは、被加熱物の材質及び位置によって、加熱コイルのインダクタンス値が変化するためである。しかし、本実施の形態によれば、副スイッチ１５１のオンとオフの時間比率を調整する幅があるので、被加熱物の材質及び位置の違いによる共振特性の差が吸収され、精度よく投入電力を制御することができる。

実施の形態４．
本実施の形態では、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂの一方のみを使用できるようにした態様を説明する。さらに本実施の形態では、実施の形態１、２で示した副スイッチ１５１に代えて、副スイッチ１５１Ｂを備えた例を示す。以下、実施の形態１〜３との相違点を中心に説明する。

図１２は、実施の形態４に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を示す図である。副回路１５Ｂは、直列に接続された副コンデンサ１５２と副スイッチ１５１Ｂとを有する。副スイッチ１５１Ｂは、いわゆる双方向型のＩＧＢＴである。詳しくは、副スイッチ１５１Ｂは、半導体素子で構成された半導体スイッチング素子１５５とこれに逆並列に接続されたダイオード１５４からなる回路の組を、２組有する。この半導体スイッチング素子１５５とダイオード１５４からなる２組の回路は、逆直列に接続されて、双方向導通回路を構成している。２つの半導体スイッチング素子１５５のゲート端子は、制御装置６に接続されている。半導体スイッチング素子１５５は、ワイドバンドギャップ半導体によって構成されていてもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、高温下でも性能が低下しにくいため、第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３等の排熱によって高温化しやすい筐体２内において、半導体スイッチング素子１５５の信頼性を維持できる。

副スイッチ１５１Ｂを、双方向型のＩＧＢＴとすることで、第１主スイッチング素子２１と第２主スイッチング素子２２のオン状態とオフ状態とを切り換えたときに、副スイッチ１５１Ｂにおける不要な通電を回避することができる。ここで、図２に示した半導体素子で構成された副スイッチ１５１とダイオード１５４とが逆並列接続された態様を、比較対象として参照する。図２では、副スイッチ１５１がオフ状態に制御されていたとしても、第１主スイッチング素子２１がオフで第２主スイッチング素子２２がオンのとき、副スイッチ１５１がオンのときと同じ状態になり得る。すなわち、第２主スイッチング素子２２がオンになると、副スイッチ１５１のエミッタからコレクタに向かう方向と同じ方向で、第２加熱コイル１３に電流が流れる（図２及び図４参照）。そうすると、副スイッチ１５１のダイオード１５４を介して電流が流れ、副スイッチ１５１が導通状態となってしまう。すなわち、副スイッチ１５１をオフ状態として、副コンデンサ１５２を第２共振回路５２に対して未接続の状態にしたい場合に、副コンデンサ１５２が第２共振回路５２に接続されてしまう。そうなると、加熱口への投入電力の制御の精度が低下してしまう。

本実施の形態では、双方向型のＩＧＢＴにて副スイッチ１５１Ｂを構成したので、第１主スイッチング素子２１及び第２主スイッチング素子２２のオン状態とオフ状態とによらず、副スイッチ１５１Ｂが意図せず導通状態となるのを回避することができる。したがって、加熱口への投入電力の制御の精度を、さらに向上させることができる。

また、誘導加熱調理器１００には、図１２に示すように、第１操作部４Ａと、第２操作部４Ｂとが設けられている。第１操作部４Ａ及び第２操作部４Ｂは、使用者の操作入力を受け付けるボタン又はスイッチ等の入力装置である。第１操作部４Ａ及び第２操作部４Ｂに対して操作が加えられると、操作に対応した信号が制御装置６に入力される。第１操作部４Ａは、第１加熱コイル１１に対応した第１加熱口３Ａを使用するか否かを切り換えるためのものである。第２操作部４Ｂは、第２加熱コイル１３に対応した第２加熱口３Ｂを使用するか否かを切り換えるためのものである。

電源ライン４２には、インバータ２０と第１共振回路５１との間に、第１スイッチ３１が設けられている。第１スイッチ３１がオフ状態になると、第１共振回路５１が電源ライン４２から切り離される。ＧＮＤライン４３には、インバータ２０と第２共振回路５２との間に、第２スイッチ３２が設けられている。第２スイッチ３２がオフ状態になると、第２共振回路５２がＧＮＤライン４３から切り離される。

制御装置６は、第１操作部４Ａ及び第２操作部４Ｂからの入力に基づいて、第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２のオン状態とオフ状態とを切り換える。

本実施の形態の誘導加熱調理器１００では、第１加熱口３Ａを使用するか否かと、第２加熱口３Ｂを使用するか否かを、個別に設定できるようになっている。ここで、第１スイッチ３１は、第１加熱口３Ａが使用されないときにはオフ状態であり、第２スイッチ３２は、第２加熱口３Ｂが使用されないときにはオフ状態である。

第１加熱口３Ａのみを使用したい場合、使用者は、第１操作部４Ａにオン操作を加える。そうすると、第１操作部４Ａにオン操作が加えられたことを示すオン信号が、制御装置６に入力される。制御装置６は、第１操作部４Ａからオン信号が入力されると、第１スイッチ３１をオフ状態からオン状態に切り換える。このようにすることで、第１共振回路５１がインバータ２０に電気的に接続され、第１加熱コイル１１に高周波電流を供給できる状態になる。また、第２加熱口３Ｂのみを使用したい場合、使用者は、第２操作部４Ｂにオン操作を加える。そうすると、第２操作部４Ｂにオン操作が加えられたことを示すオン信号が、制御装置６に入力される。制御装置６は、第２操作部４Ｂからオン信号が入力されると、第２スイッチ３２をオフ状態からオン状態に切り換える。このようにすることで、第２共振回路５２がインバータ２０に電気的に接続され、第２加熱コイル１３に高周波電流を供給できる状態になる。

第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂの一方のみが使用される場合には、使用される方に対応した第１加熱コイル１１又は第２加熱コイル１３にのみ、高周波電流が供給される。

また、第１加熱口３Ａのみを使用している状態で、第１加熱口３Ａの使用を停止したい場合、使用者は、第１操作部４Ａにオフ操作を加える。そうすると、第１操作部４Ａにオフ操作が加えられたことを示すオフ信号が、制御装置６に入力される。制御装置６は、第１操作部４Ａからオフ信号が入力されると、第１スイッチ３１をオン状態からオフ状態に切り換える。このようにすることで、第１共振回路５１がインバータ２０から電気的に切り離され、第１加熱コイル１１には高周波電流が供給されない状態になる。また、第２加熱口３Ｂのみを使用している状態で、第２加熱口３Ｂの使用を停止したい場合、使用者は、第２操作部４Ｂにオフ操作を加える。そうすると、第２操作部４Ｂにオフ操作が加えられたことを示すオフ信号が、制御装置６に入力される。制御装置６は、第２操作部４Ｂからオフ信号が入力されると、第２スイッチ３２をオン状態からオフ状態に切り換える。このようにすることで、第２共振回路５２がインバータ２０から電気的に切り離され、第２加熱コイル１３には高周波電流が供給されない状態になる。

次に、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂを両方同時に使用する場合について説明する。本実施の形態では、図１２に示したように、第１共振回路５１及び第２共振回路５２が電源ライン４２に対して接続される。第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２が同時にオン状態になったとき、第１共振コンデンサ１２及び第２共振コンデンサ１４には、電源電圧が印加されることになる。また、副回路１５Ｂの副コンデンサ１５２には、半導体素子で構成された副スイッチ１５１Ｂが直列に接続されている。半導体素子である副スイッチ１５１Ｂには、副スイッチ１５１Ｂがオフ状態であったとしても、μＡオーダーの遮断電流が流れる。このため、第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２が同時にオン状態になると、副コンデンサ１５２の両端に電圧が印加され、副コンデンサ１５２にも充電されることになる。副コンデンサ１５２に充電された状態で、副スイッチ１５１Ｂがオン状態になると、副コンデンサ１５２の充電電荷によって副スイッチ１５１Ｂに過電流が流れてしまうおそれがある。そうすると、副スイッチ１５１Ｂの定格電流を超える電流によって、副スイッチ１５１Ｂが破損されうる。そこで、本実施の形態の制御装置６は、副回路１５Ｂが接続された第２共振回路５２に対応した第２操作部４Ｂに、オン操作が加えられたとき、以下に示すような制御を行う。

図１３は、実施の形態４に係る第２操作部４Ｂにオン操作が加えられたときの制御を説明するフローチャートである。制御装置６は、第２操作部４Ｂにオン操作が加えられたか否か、すなわち第２操作部４Ｂからオン信号が入力されたか否かを監視する（Ｓ１）。第２操作部４Ｂにオン操作が加えられると（Ｓ１；ＹＥＳ）、第１スイッチ３１がオン状態か否かを確認する（Ｓ２）。

第１スイッチ３１がオン状態であるとき（Ｓ２；ＹＥＳ）、副スイッチ１５１Ｂがオン状態に変更され（Ｓ３）、その後、第２スイッチ３２がオン状態に変更される（Ｓ４）。このように、第２操作部４Ｂにオン操作が加えられたときに既に第１スイッチ３１がオン状態であれば、副スイッチ１５１Ｂをオン状態にした後に、第２スイッチ３２をオン状態にする。ステップＳ３にて副スイッチ１５１Ｂをオン状態にすることで、副コンデンサ１５２の充電電荷が放電される。副コンデンサ１５２の充電電荷が放電された後に第２スイッチ３２がオン状態になることで、副コンデンサ１５２の充電電荷によって副スイッチ１５１Ｂに過電流が流れる現象を回避することができる。

第１スイッチ３１がオン状態でないときには（Ｓ２；ＮＯ）、続けて、第２スイッチ３２がオン状態に変更される（Ｓ５）。第１スイッチ３１がオン状態でなければ、上記したような遮断電流及び過電流の問題は生じないので、副スイッチ１５１Ｂをオン状態にしてから第２スイッチ３２をオン状態にしなくてよい。

図１３で説明した制御は、実施の形態１及び実施の形態３において、副スイッチ１５１が半導体素子である場合に適用できる。なお、副スイッチ１５１が半導体素子ではなく機械式リレーである場合には、上記したような遮断電流及び過電流の問題は生じないので、図１３で説明した制御を行わなくてもよい。また、後述する実施の形態６のように、共振回路が電源ライン４２に接続されない構成であれば、上記した遮断電流による副コンデンサ１５２への充電が生じないので、図１３で説明した制御を行わなくてもよい。

実施の形態５．
鍋などの被加熱物の材料としては、鉄等の磁性材料及びアルミ等の非磁性材料がある。被加熱物の材料によって、共振回路の共振周波数が異なることが知られている。本実施の形態では、被加熱物の材料に応じた誘導加熱調理器１００の制御について説明する。以下、図１２に示した回路構成を採用した誘導加熱調理器１００を例に、本実施の形態の制御を説明する。

まず、図１２に示すように、誘導加熱調理器１００は、１つのインバータ２０から第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３に高周波電流を供給する。このため、第１加熱コイル１１に供給される高周波電流の駆動周波数と、第２加熱コイル１３に供給される高周波電流の駆動周波数とは、当然ながら同じである。第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂの両方に、磁性鍋又は非磁性鍋のいずれか同じ種類のものが載置される場合、第１加熱口３Ａにおける共振周波数と、第２加熱口３Ｂにおける共振周波数とが、概ね一致する。具体的には、図５を参照すると、特性６１の共振周波数ｆ０＿１と、特性６２の共振周波数ｆ０＿２とが、概ね一致した状態になる。このため、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂに同じ材料の被加熱物が載置されている場合、上記実施の形態で示したように、駆動周波数を切り換え、また通電比率を制御することで、第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂに所望の電力を投入することが可能となる。

ところが、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂとに、異なる材料の被加熱物が載置された場合には、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂとで共振周波数が異なる。非磁性鍋が載置された加熱口においては、加熱コイルのインダクタンス値が小さくなるために、磁性鍋が載置された場合と比べて共振周波数が高くなる。図５において、共振周波数よりも高い周波数の領域で駆動周波数が制御されることを説明したが、共振周波数が高くなると駆動周波数も高くする必要がある。例えば、磁性鍋の駆動周波数が２２ｋＨｚ程度、非磁性鍋の駆動周波数が３５ｋＨｚ程度である。２つの加熱口に同一の駆動周波数の高周波電流を供給する場合、非磁性鍋の駆動周波数に合わせてインバータ２０を制御すると、磁性鍋にとっては高すぎる駆動周波数となり、磁性鍋に所望の電力を投入できない。このような事項を背景として、以下では、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂで、異なる材料の被加熱物を同時に加熱する場合の制御を説明する。

図１４は、実施の形態５に係る誘導加熱調理器１００の被加熱物の材料に応じた制御を説明するフローチャートである。ここで、第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂには、磁性材料の被加熱物である磁性鍋又は非磁性材料の被加熱物である非磁性鍋が載置されているものとする。また、図１２に示した第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２はオン状態であるものとする。

第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂに対して加熱開始の操作が入力されると、第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂの被加熱物の材料が判定される（Ｓ１０）。具体的には、制御装置６は、インバータ２０を制御して、材料判定用の周波数の高周波電流を、第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３に供給する。材料判定用の周波数は、非磁性材料の共振周波数よりも高い周波数とすることができる。このようにすることで、材料判定を行っているときに被加熱物に投入される電力を、抑制することができる。材料判定用の周波数で第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３に高周波電流を供給している状態で、制御装置６は、第１加熱コイル１１に流れるコイル電流の値及び電圧の値、並びに第２加熱コイル１３に流れるコイル電流の値及び電圧の値を検出する。特定の入力電流を供給したときのコイル電流の値、電圧の値、及びコイル電流と電圧との位相差によって、被加熱物の材料を判定することができる。

ステップＳ１０での判定に基づき、第１加熱口３Ａに非磁性鍋が載置されている場合には（Ｓ１１；非磁性鍋）、副スイッチ１５１Ｂがオン状態に切り換えられる（Ｓ１２）。そして、第１加熱口３Ａに設定された電力が第１加熱口３Ａに優先的に投入されるように、駆動周波数が制御される（Ｓ１３）。

このように、第１加熱口３Ａに非磁性材料の被加熱物が載置されている場合には、副スイッチ１５１Ｂをオン状態にして、第２共振回路５２の共振コンデンサ容量を大きくする。この状態で、第１加熱口３Ａに設定された電力が得られるよう、駆動周波数が制御される。第１加熱口３Ａには非磁性材料の被加熱物が載置されているので、駆動周波数は、３５ｋＨｚ程度の高い値に制御される。第２共振回路５２のコンデンサ容量を大きくすると、第２共振回路５２の共振周波数が低下し、第２加熱口３Ｂに投入できる電力が小さくなる（図５の特性６２Ａ参照）。しかし、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂの投入電力の合計を一定とした場合、第２加熱口３Ｂの投入電力が小さくなることで、共振周波数の高い非磁性材料の被加熱物が載置された第１加熱口３Ａには、大きな電力を投入できるようになる。

なお、この場合、副スイッチ１５１Ｂをオン状態にして第２共振回路５２の共振周波数を低下させることで、第２加熱口３Ｂに投入できる電力が小さくなってしまうが、メリットもある。すなわち、副スイッチ１５１Ｂをオフ状態とした場合でも、第１加熱口３Ａの共振周波数が高くなることに伴ってインバータ２０の駆動周波数が大きくなるため、第２加熱口３Ｂに投入できる電力が小さくなる。また、非磁性鍋が載置された第１加熱コイル１１のインピーダンスが小さくなるため、第１共振回路５１には大きな出力電流が流れることになる。したがって、第１主スイッチング素子２１及び第２主スイッチング素子２２の損失が増え、損失が増えると第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂの双方に投入できる電力も低下する。したがって、本実施の形態のように、副スイッチ１５１Ｂをオン状態にして第２加熱口３Ｂに投入できる電力を抑制することで、第１加熱口３Ａにおける加熱を優先させる。このようにすることで、第２加熱口３Ｂでの加熱調理の優先度は下がるものの、第１加熱口３Ａにおいて非磁性鍋を使用したい使用者の使い勝手を向上させることができる。

ステップＳ１０での判定に基づき、第１加熱口３Ａに磁性鍋が載置されている場合であって（Ｓ１１；磁性鍋）、第２加熱口３Ｂに非磁性鍋が載置されている場合には（Ｓ１４；非磁性鍋）、第２加熱口３Ｂの使用が禁止される（Ｓ１５）。

第２加熱口３Ｂでは、非磁性鍋を使用不可とすることで、磁性鍋が載置された第１加熱口３Ａに所望の電力を投入できる。このため、第１加熱口３Ａで加熱調理を行いたい使用者の使い勝手を向上させることができる。なお、本実施の形態では、非磁性鍋を使用したい場合には、第１加熱口３Ａにて加熱することができるので（ステップＳ１２、Ｓ１３）、使用者の使い勝手を大きく損なうこともない。

ステップＳ１５において第２加熱口３Ｂの使用を禁止する場合には、表示部５にて、第２加熱口３Ｂにおいて非磁性鍋が使用できないことを表示するとよい。併せて、非磁性鍋を使用したい場合には第１加熱口３Ａを使うことを促す情報を表示してもよい。また、表示部５における表示に代えて、あるいはこれに加えて、音声にて同様の情報を出力してもよい。このようにすることで、第２加熱口３Ｂを使用できないことによる使用者の混乱を解消することができる。

ステップＳ１０での判定に基づき、第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂに磁性鍋が載置されている場合には（Ｓ１１；磁性鍋、Ｓ１４；磁性鍋）、設定された電力が第１加熱口３Ａ及び第２加熱口３Ｂに投入されるように、駆動周波数が制御される（Ｓ１６）。このステップＳ１６における駆動周波数の制御は、実施の形態１で述べた通りである。

以上のように本実施の形態によれば、第１加熱口３Ａにおいて非磁性材料で構成された被加熱物を使用することができる。このため、鍋等の被加熱物の選択の幅が広がり、使用者の使い勝手を向上させることができる。第１加熱口３Ａで非磁性材料の被加熱物を加熱しているときに、第２加熱口３Ｂにおいて投入電力は大きくないものの加熱を行うことができる。したがって、２つの第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂとを同時に使用したい使用者の使い勝手を大きく損ねることがない。

実施の形態６．
実施の形態１〜５では、第１共振回路５１が電源ライン４２に接続され、第２共振回路５２がＧＮＤライン４３に接続された回路構成例を説明した。本実施の形態では、第１共振回路５１及び第２共振回路５２が、ＧＮＤライン４３に接続される回路構成例を説明する。本実施の形態では、実施の形態１〜５との相違点を中心に説明する。

図１５は、実施の形態６に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を説明する図である。図１５に示すように、インバータ２０の出力とＧＮＤライン４３との間に、第１共振回路５１と第２共振回路５２とが並列に接続されている。また、第２共振回路５２の第２共振コンデンサ１４と並列に、副回路１５が接続されている。第１主スイッチング素子２１と第２主スイッチング素子２２とが、交互にオフ状態からオン状態に切り換えられることで、第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３に高周波電流が供給される。インバータ２０の駆動周波数、及び駆動周波数に応じた副回路１５の副スイッチ１５１の制御は、実施の形態１にて説明した通りである。

以上のように、本実施の形態の誘導加熱調理器１００は、直列に接続された第１主スイッチング素子２１及び第２主スイッチング素子２２を有するインバータ２０を備えた。インバータ２０の出力とＧＮＤライン４３との間には、第１共振回路５１が接続されている。第１共振回路５１は、第１加熱コイル１１及び第１加熱コイル１１と直列に接続された第１共振コンデンサ１２を有している。また、インバータ２０の出力とＧＮＤライン４３との間には、第２共振回路５２が接続されている。第２共振回路５２は、第２加熱コイル１３及び第２加熱コイル１３と直列に接続された第２共振コンデンサ１４を有している。また、第２共振回路５２の第２共振コンデンサ１４と並列に、副回路１５が接続されている。副回路１５は、副スイッチ１５１及び副スイッチ１５１と直列に接続された副コンデンサ１５２を有している。このため、副スイッチ１５１のオンとオフとを切り換えることで、第２加熱コイル１３に流れる電流を零にすることなく、１つのインバータ２０に接続された第１加熱コイル１１と第２加熱コイル１３それぞれから被加熱物に投入される電力を、段階的に制御できる。

実施の形態７．
本実施の形態は、実施の形態１に示した副回路１５を、２つ設けたものである。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図１６は、実施の形態７に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を説明する図である。図１６に示すように、第２共振回路５２に設けられた副回路１５に加え、第１共振回路５１にも副回路１５が設けられている。具体的には、第１共振コンデンサ１２と並列に、副回路１５が設けられている。副回路１５の副スイッチ１５１と副コンデンサ１５２とが直列に設けられている点は、実施の形態１と同じである。

第１主スイッチング素子２１と第２主スイッチング素子２２とが、交互にオフ状態からオン状態に切り換えられることで、第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３に高周波電流が供給される。インバータ２０の駆動周波数に応じて、２つの副回路１５それぞれの副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とが、切り換えられる。

ここで、図５では、第２共振回路５２に設けられた副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とを切り換えることで、特性６２と特性６２Ａという２種類の共振特性が得られることを説明した。本実施の形態では、第１共振回路５１にも副回路１５を設けているので、この副回路１５に設けられた副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とを切り換えることで、第１共振回路５１についても２種類の共振特性を得ることができる。すなわち、第１共振回路５１と第２共振回路５２の双方において、２種類の共振特性を得ることができる。したがって、２種類の共振特性を組み合わせることで、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂとに投入される電力をより精度よく段階的に制御することができる。

例えば、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂの両方に電力を投入している状態において、第１加熱口３Ａへの投入電力を上昇させ、第２加熱口３Ｂの投入電力を維持する場合には、インバータ２０の駆動周波数を低下させる。これにより、駆動周波数が第１加熱コイル１１の共振周波数に近づくことで、第１加熱口３Ａに投入される電力を上昇させることができる。併せて、第２共振回路５２に接続された副回路１５の副スイッチ１５１を、オフ状態からオン状態に変更する。このようにすることで、第２共振回路５２の共振周波数が小さくなるため、駆動周波数が低下しても第２加熱口３Ｂに投入される電力の上昇を回避できる。なお、上記実施の形態で述べたとおり、副スイッチ１５１のオン状態の時間とオフ状態の時間の比率を調整することで、第２加熱口３Ｂへの投入電力のさらに詳細な制御が行われる。また、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂの両方に電力を投入している状態において、第１加熱口３Ａへの投入電力を維持し、第２加熱口３Ｂへの投入電力を上昇させる場合には、インバータ２０の駆動周波数を低下させる。これにより、駆動周波数が第２加熱コイル１３の共振周波数に近づくことで、第２加熱口３Ｂに投入される電力を上昇させることができる。併せて、第１共振回路５１に接続された副回路１５の副スイッチ１５１を、オフ状態からオン状態に変更する。このようにすることで、第１共振回路５１の共振周波数が小さくなるため、駆動周波数が低下しても第１加熱口３Ａに投入される電力の上昇を回避できる。なお、上記実施の形態で述べたとおり、副スイッチ１５１のオン状態の時間とオフ状態の時間の比率を調整することで、第１加熱口３Ａへの投入電力のさらに詳細な制御が行われる。

実施の形態８．
本実施の形態は、実施の形態２に示した副回路１５Ａを、２つ設けたものである。以下、実施の形態２との相違点を中心に説明する。

図１７は、実施の形態８に係る誘導加熱調理器１００の回路構成を説明する図である。図１７に示すように、第２共振回路５２に設けられた副回路１５Ａに加え、第１共振回路５１にも副回路１５Ａが設けられている。具体的には、第１加熱コイル１１と並列に、副回路１５Ａが設けられている。副回路１５Ａの副スイッチ１５１と副コイル１５３とが直列に設けられている点は、実施の形態２と同じである。

第１主スイッチング素子２１と第２主スイッチング素子２２とが、交互にオフ状態からオン状態に切り換えられることで、第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３に高周波電流が供給される。インバータ２０の駆動周波数に応じて、２つの副回路１５Ａそれぞれの副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とが、切り換えられる。

本実施の形態では、第１共振回路５１と第２共振回路５２の双方に副回路１５Ａを設けている。このため、それぞれの副回路１５Ａに設けられた副スイッチ１５１のオン状態とオフ状態とを個別に切り換えることで、第１共振回路５１と第２共振回路５２の双方において、２種類の共振特性を得ることができる。したがって、２種類の共振特性を組み合わせることで、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂとに投入される電力をより精度よく段階的に制御することができる。

例えば、第１加熱口３Ａと第２加熱口３Ｂの両方に電力を投入している状態において、第１加熱口３Ａへの投入電力を上昇させ、第２加熱口３Ｂの投入電力を維持する場合には、インバータ２０の駆動周波数を低下させる。これにより、駆動周波数が第１加熱コイル１１の共振周波数に近づくことで、第１加熱口３Ａに投入される電力を上昇させることができる。併せて、第２共振回路５２に接続された副回路１５Ａの副スイッチ１５１を、オン状態からオフ状態に変更する。このようにすることで、第２共振回路５２の共振周波数が小さくなるため、駆動周波数が低下しても第２加熱口３Ｂに投入される電力の上昇を回避できる。なお、上記実施の形態で述べたとおり、副スイッチ１５１のオン状態の時間とオフ状態の時間の比率を調整することで、第２加熱口３Ｂへの投入電力のさらに詳細な制御が行われる。

なお、上記実施の形態で開示した技術は、炊飯器又は電気鍋に適用することもできる。この場合、第１加熱コイル１１及び第２加熱コイル１３により、炊飯器又は電気鍋の容器を誘導加熱することができる。被加熱物である炊飯器又は電気鍋の容器は、その炊飯器又は電気鍋に固有のものであるため、その材料は既知の状態である。したがって、実施の形態５で示した被加熱物の材料に応じた制御を行う必要はない。

１ 天板、２ 筐体、３Ａ 第１加熱口、３Ｂ 第２加熱口、４ 操作部、４Ａ 第１操作部、４Ｂ 第２操作部、５ 表示部、６ 制御装置、１１ 第１加熱コイル、１２ 第１共振コンデンサ、１３ 第２加熱コイル、１４ 第２共振コンデンサ、１５ 副回路、１５Ａ 副回路、１５Ｂ 副回路、２０ インバータ、２１ 第１主スイッチング素子、２２ 第２主スイッチング素子、３１ 第１スイッチ、３２ 第２スイッチ、４０ 商用交流電源、４１ 直流化手段、４２ 電源ライン、４３ ＧＮＤライン、５１ 第１共振回路、５２ 第２共振回路、６１ 特性、６２ 特性、６２Ａ 特性、６２Ｂ 特性、１００ 誘導加熱調理器、１５１ 副スイッチ、１５１Ｂ 副スイッチ、１５２ 副コンデンサ、１５３ 副コイル、１５４ ダイオード、１５５ 半導体スイッチング素子、２００ 被加熱物。

Claims (15)

1. 直列に接続された少なくとも２つの主スイッチング素子を有するインバータと、
   第１加熱コイル及び前記第１加熱コイルと直列に接続された第１共振コンデンサを有し、前記インバータの出力と電源ライン又はＧＮＤラインとの間に接続された第１共振回路と、
   第２加熱コイル及び前記第２加熱コイルと直列に接続された第２共振コンデンサを有し、前記インバータの出力と前記ＧＮＤラインとの間に接続された第２共振回路と、
   副スイッチ及び前記副スイッチと直列に接続された副コンデンサを有し、前記第２共振回路の前記第２共振コンデンサと並列に接続された副回路とを備えた
   誘導加熱調理器。
2. 前記インバータは、前記第１加熱コイル及び前記第２加熱コイルの共振周波数以上の周波数の高周波電流を出力し、
   前記インバータから出力される高周波電流の周波数が変化したときに、前記副スイッチのオン状態とオフ状態とが切り換えられる
   請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 前記インバータから出力される高周波電流の周波数が、第１周波数から、前記第１周波数よりも小さい第２周波数に変化したときに、前記副スイッチは、オフ状態からオン状態に切り換えられる
   請求項２記載の誘導加熱調理器。
4. 前記副回路が接続された前記第２共振回路に要求される電力に応じて、前記副スイッチの単位時間あたりのオン状態の時間とオフ状態の時間の比率が制御される
   請求項２又は請求項３記載の誘導加熱調理器。
5. 前記第１共振回路に直列に接続された第１スイッチと、
   前記第２共振回路に直列に接続された第２スイッチとを備え、
   前記副スイッチは、半導体スイッチング素子にダイオードが逆並列に接続された回路を２組有し、この２組の回路が逆直列に接続されて、双方向導通回路を構成している
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
6. 前記第１共振回路に直列に接続された第１スイッチと、
   前記第２共振回路に直列に接続された第２スイッチと、
   前記第１スイッチのオン状態とオフ状態を切り換えるための操作を受け付ける第１操作部と、
   前記第２スイッチのオン状態とオフ状態とを切り換えるための操作を受け付ける第２操作部とを有し、
   前記第１共振回路は、前記インバータの出力と前記電源ラインとの間に接続されており、
   前記副回路の前記副スイッチは、半導体スイッチング素子であり、
   前記第１スイッチがオン状態のときに、前記第２操作部に対して前記第２スイッチをオン状態とするための操作が加えられた場合には、前記副スイッチをオン状態とした後に、前記第２スイッチをオン状態にする
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
7. 前記第１加熱コイル及び前記第２加熱コイルの上に載置された被加熱物の材料を判別する制御装置を有し、
   前記第１加熱コイルの上に載置された被加熱物が非磁性材料であると判別された場合には、前記副スイッチのオン状態とオフ状態とを切り換えることにより、前記第２加熱コイルの共振周波数を低くし、
   前記第２加熱コイルの上に載置された被加熱物が非磁性材料であると判別された場合には、前記第２スイッチをオフ状態とする
   請求項５又は請求項６に記載の誘導加熱調理器。
8. 直列に接続された少なくとも２つの主スイッチング素子を有するインバータと、
   第１加熱コイル及び前記第１加熱コイルと直列に接続された第１共振コンデンサを有し、前記インバータの出力と電源ライン又はＧＮＤラインとの間に接続された第１共振回路と、
   第２加熱コイル及び前記第２加熱コイルと直列に接続された第２共振コンデンサを有し、前記インバータの出力と前記ＧＮＤラインとの間に接続された第２共振回路と、
   副スイッチ及び前記副スイッチと直列に接続された副コイルを有し、第２共振回路の前記第２加熱コイルと並列に接続された副回路とを備えた
   誘導加熱調理器。
9. 前記インバータは、前記第１加熱コイル及び前記第２加熱コイルの共振周波数以上の周波数の高周波電流を出力し、
   前記インバータから出力される高周波電流の周波数が、第１周波数から、前記第１周波数よりも小さい第２周波数に変化したときに、前記副スイッチは、オン状態からオフ状態に切り換えられる
   請求項８記載の誘導加熱調理器。
10. 直列に接続された少なくとも２つの主スイッチング素子を有するインバータと、
    第１加熱コイル及び前記第１加熱コイルと直列に接続された第１共振コンデンサを有し、前記インバータの出力と電源ライン又はＧＮＤラインとの間に接続された第１共振回路と、
    第２加熱コイル及び前記第２加熱コイルと直列に接続された第２共振コンデンサを有し、前記ＧＮＤラインと前記インバータの出力との間に接続された第２共振回路と、
    副スイッチ及び前記副スイッチと直列に接続された副コンデンサを有する副回路とを備え、
    ２つの前記副回路が設けられており、
    前記副回路の一方は、前記第１共振回路の前記第１共振コンデンサと並列に接続されており、
    前記副回路の他方は、前記第２共振回路の前記第２共振コンデンサと並列に接続されている
    誘導加熱調理器。
11. 前記インバータは、前記第１加熱コイル及び前記第２加熱コイルの共振周波数以上の周波数の高周波電流を出力し、
    前記第１加熱コイルと前記第２加熱コイルのうち、一方の上に載置された被加熱物への投入電力を上昇させ、他方の上に載置された被加熱物への投入電力を維持する場合に、
    前記インバータから出力される高周波電流の周波数が、第１周波数から、前記第１周波数よりも小さい第２周波数に変化し、
    前記第１加熱コイルと前記第２加熱コイルのうちの他方に接続された前記副回路の前記副スイッチが、オフ状態からオン状態に切り換えられる
    請求項１０記載の誘導加熱調理器。
12. 直列に接続された少なくとも２つの主スイッチング素子を有するインバータと、
    第１加熱コイル及び前記第１加熱コイルと直列に接続された第１共振コンデンサを有し、前記インバータの出力と電源ライン又はＧＮＤラインとの間に接続された第１共振回路と、
    第２加熱コイル及び前記第２加熱コイルと直列に接続された第２共振コンデンサを有し、前記ＧＮＤラインと前記インバータの出力との間に接続された第２共振回路と、
    副スイッチ及び前記副スイッチと直列に接続された副コイルを有する副回路とを備え、
    ２つの前記副回路が設けられており、
    前記副回路の一方は、前記第１共振回路の前記第１加熱コイルと並列に接続されており、
    前記副回路の他方は、前記第２共振回路の前記第２加熱コイルと並列に接続されている
    誘導加熱調理器。
13. 前記インバータは、前記第１加熱コイル及び前記第２加熱コイルの共振周波数以上の周波数の高周波電流を出力し、
    前記第１加熱コイルと前記第２加熱コイルのうち、一方の上に載置された被加熱物への投入電力を上昇させ、他方の上に載置された被加熱物への投入電力を維持する場合に、
    前記インバータから出力される高周波電流の周波数が、第１周波数から、前記第１周波数よりも小さい第２周波数に変化し、
    前記第１加熱コイルと前記第２加熱コイルのうちの他方に接続された前記副回路の前記副スイッチが、オン状態からオフ状態に切り換えられる
    請求項１２記載の誘導加熱調理器。
14. 前記主スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって構成されている
    請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
15. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンド又はガリウムナイトライドである
    請求項１４記載の誘導加熱調理器。

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