JP4804450B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱調理器に関するものである。

従来、『複数の誘導加熱用コイルを有する誘導加熱装置において、従来より小形・低コストのインバータを用いて、効率的な加熱を実現すること。』を目的とした技術として、『直流電源１にその一端を接続されたコイル部（２、７、６の組み合わせ）と、前記直流電源１に対して前記コイル部と直列に接続される第一スイッチング素子４と、前記コイル部と共振回路を形成する第一コンデンサ３と、前記コイル部と直列または並列接続される第二スイッチング素子９と第二コンデンサ８の直列回路より構成されるインバータ回路と、前記第一スイッチング素子４と前記第二スイッチング素子９を交互に導通制御する駆動制御回路５とを備え、前記コイル部は、複数のコイル２、７の取捨選択の組合せを可能とする。』というものが提案されている（特許文献１）。

また、『複数のスイッチング素子から成るアーム、加熱コイル用電流検出器、共振コンデンサを複数のインバータ回路で共有させるようにして、回路のコスト低減化を図った電磁誘導加熱装置を得る。』ことを目的とした技術として、『第１のアーム１５および第２のアーム１６より平滑コンデンサ３からの直流電圧を高周波電圧へ変換する一方のフルブリッジ式インバータ回路が構成される。また、第２のアーム１６および第３のアーム１７より他方のフルブリッジ式インバータ回路が構成される。このように、第２のアーム１６は双方のインバータ回路で共有するように各ドライブ回路の駆動を制御する制御回路１４を設けた。』というものが提案されている（特許文献２）。

特開平１０−２７０１６１号公報（要約） 特開２０００−９１０６３号公報（要約）

上記特許文献１に記載の技術では、複数の加熱コイルを切り替える構成や、共振コンデンサの容量を切り替える構成が開示されているが、各加熱コイルに対応したアームを独立して制御するものではなく、また加熱コイル毎にコンデンサ容量が切り替え可能であるわけではない。
したがって、加熱コイルを切り替えるとともにコンデンサ容量を切り替えるか、もしくはコンデンサ容量のみを切り替えるか、のいずれか一方のみが可能であり、被加熱体の種類等に応じて加熱コイルや動作周波数をきめ細かく制御することができない。

上記特許文献２に記載の技術では、加熱コイルとコンデンサからなる共振回路の共振周波数を可変させることができないため、使用する加熱コイルと動作周波数の関係が固定的で、被加熱体の種類等に応じた最適な駆動周波数の制御を行うことができない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、被加熱体の種類等に応じた最適な加熱制御を行うことができる誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明に係る誘導加熱調理器は、１つの加熱口に配置された複数のコイルからなる加熱コイルと、前記加熱コイルに交流電流を供給する交流電流供給部と、各前記コイルそれぞれに直列接続された第１コンデンサと、前記第１コンデンサの少なくとも１つに並列接続された第２コンデンサと、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続を切り替えるスイッチと、前記加熱コイルの加熱負荷の温度を検知する温度検知部と、前記加熱負荷が目標温度となるように、前記交流電流供給部および前記スイッチの動作を制御する制御部と、前記加熱コイルの加熱負荷の材質および径を検知する加熱負荷検知部と、を備え、前記加熱コイルは、それぞれ径の異なる内コイルと外コイルとを有し、前記温度検知部は、前記内コイル近傍に設けられ、前記制御部は、前記加熱負荷検知部の検知結果に応じて前記スイッチの開閉を切り替え、前記加熱負荷検知部が非磁性材質かつ所定径超の加熱負荷を検知した場合には、前記温度検知部の検知結果を取得し、検知結果が、前記目標温度より低い閾値未満である場合は、前記内コイルと外コイルに交流電流を均等供給するよう前記交流電流供給部を制御し、前記検知結果が前記閾値以上である場合は、前記外コイルに優先的に交流電流を供給するよう前記交流電流供給部を制御するものである。

本発明に係る誘導加熱調理器によれば、第１コンデンサと第２コンデンサの接続を切り替えるスイッチを備えているので、少なくとも１つの加熱コイルについて共振コンデンサの容量を可変することが可能である。
これにより、加熱負荷検知部が検知した被加熱体の種類等に応じて共振周波数を可変することによって最適な動作周波数で加熱動作を行うことができ、被加熱体の種類等に応じた最適な加熱制御を行うことが可能となる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の回路図である。
図１の誘導加熱調理器は、電源供給部１０、チョークコイル２１、直流電源回路２２、制御回路８１、操作部８２、表示部８３、負荷鍋検知部８４、高周波電源モジュール１００を備える。

電源供給部１０は、交流電源１１、電源ヒューズ１２、平滑コンデンサ１３、ダイオードブリッジ１４を有する。
交流電源１１は、商用交流電源等の、誘導加熱調理器の外部から供給される電源である。ここでは記載の便宜上、図１の回路図内に併せて表示した。
電源ヒューズ１２は、過電流の遮断等を行うものである。
平滑コンデンサ１３は、交流電源１１に並列に接続され、交流電源１１より供給される電圧の平滑化を行うものである。
ダイオードブリッジ１４は、交流電源１１より供給される交流を直流に整流する。

チョークコイル２１は、ダイオードブリッジ１４の出力する直流電流を平滑化する。
直流電源回路２２は、高周波電源モジュール１００に印加される直流電圧を平滑して昇圧する。

高周波電源モジュール１００は、直列に接続された２つのスイッチング素子からなるアーム３０、４０、５０を有する。
アーム３０はスイッチング素子３１と３２、アーム４０はスイッチング素子４１と４２、アーム５０はスイッチング素子５１と５２をそれぞれ備える。
アーム３０とアーム４０、およびアーム４０とアーム５０は、それぞれがフルブリッジインバータ回路を構成する。アーム４０は、双方のフルブリッジ回路に共用される。
各フルブリッジ回路は、後に説明するように、各々独立して駆動制御される。

アーム３０と４０の間には、大径の外加熱コイル７１と共振コンデンサ６１ａが接続されている。また、共振コンデンサ６１ａに並列に、共振コンデンサ６１ｂが接続されている。
スイッチ６２は、例えばリレーで構成されており、共振コンデンサ６１ｂの接続を切り替える。スイッチ６２が閉状態になると、共振コンデンサ６１ａと６１ｂが並列に接続され、開状態になると共振コンデンサ６１ｂは回路から切断される。
外加熱コイル７１と、共振コンデンサ６１ａ〜６１ｂは、共振回路を構成する。

アーム４０と５０の間には、小径の内加熱コイル７２と共振コンデンサ６３ａが接続されている。また、共振コンデンサ６３ａに並列に、共振コンデンサ６３ｂが接続されている。
スイッチ６４は、例えばリレーで構成されており、共振コンデンサ６３ｂの接続を切り替える。スイッチ６４が閉状態になると、共振コンデンサ６３ａと６３ｂが並列に接続され、開状態になると共振コンデンサ６３ｂは回路から切断される。
内加熱コイル７２と、共振コンデンサ６３ａ〜６３ｂは、共振回路を構成する。

なお、スイッチ６２と６４は、リレー以外の部品を用いて構成してもよい。

制御回路８１は、スイッチング素子３１、３２、４１、４２、５１、５２の駆動制御、スイッチ６２と６４の動作制御、負荷鍋検知部８４の検知結果の受け取り、操作部８２や表示部８３との信号の送受信、を行う。
制御回路８１は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、ＣＰＵやマイコン等の演算装置とその動作を規定するソフトウェアで構成することもできる。また、スイッチング素子の駆動回路などを必要に応じて適宜備える。
なお、図１では、制御回路８１と各デバイスの接続は記載を省略した。

操作部８２は、ユーザの操作を制御回路８１に伝える操作パネル等からなる。
表示部８３は、制御回路８１の指示に基づき、誘導加熱調理器の稼動状態を表示する。
負荷鍋検知部８４は、公知の手法を用いて被加熱体の大きさや種類（磁性材質か、非磁性材質かなど）を検知し、その結果を制御回路８１に出力する。被加熱体の大きさ等の判定は、負荷鍋検知部８４自身が行ってもよいし、電流等の検知結果のみを制御回路８１に出力して、制御回路８１が判定するようにしてもよい。

本実施の形態１における「交流電流供給部」は、高周波電源モジュール１００がこれに相当する。
また、「第１コンデンサ」は、共振コンデンサ６１ａと６３ａがこれに相当する。
また、「第２コンデンサ」は、共振コンデンサ６１ｂと６３ｂがこれに相当する。
また、「加熱負荷検知部」は、負荷鍋検知部８４がこれに相当する。

図２は、外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の配置と接続のイメージを示すものである。
図１では、外加熱コイル７１と内加熱コイル７２は記載の便宜上並んで表示されているが、実際の誘導加熱調理器においては、図２に示すように同心円状かつ略同一平面上に配置され、両者の間に間隙が形成される。
外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の上方には、耐熱性のトッププレートを介して、鍋などの被加熱体が載置される。
制御回路８１は、アーム３０と４０（の各スイッチング素子）を駆動制御して外加熱コイル７１に交流電流を供給し、アーム４０と５０（の各スイッチング素子）を駆動制御して内加熱コイル７２に交流電流を供給する。
外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の電磁誘導作用により、被加熱体に電流が流れ、加熱動作が行われる。

次に、被加熱体の種類に応じたアームの駆動制御について説明する。
外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の上方に被加熱体が載置され、操作部８２の操作により加熱動作が開始されると、負荷鍋検知部８４は直ちに被加熱体の直径と材質の検知を行って制御回路８１に出力する。
制御回路８１は、検知結果に基づき各アーム（が備えるスイッチング素子）を個別に駆動制御することにより、各加熱コイルに個別に通電制御する。なお、各スイッチング素子は、全て同一周波数で駆動制御される。

次に、被加熱体の直径に係る駆動制御と、材質に係る駆動制御とに分け、それぞれ図３〜図４、図５〜図６で、制御動作の詳細を説明する。

図３は、外加熱コイル７１と同程度の直径を有する比較的大きな鍋３０１ａ（以下、大鍋３０１ａと呼ぶ）が、外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の上方に載置された状態を示すものである。
負荷鍋検知部８４は、大鍋３０１ａが載置されたことを検知すると、その検知結果を制御回路８１に出力する。
制御回路８１は、アーム３０、４０、５０を全て通電状態にするように各スイッチング素子を駆動制御し、外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の双方に高周波電流を流して、大鍋３０１ａを誘導加熱する。
２つの加熱コイルによる加熱動作で、大きな鍋であっても十分な加熱が行われる。

図４は、外加熱コイル７１と比較して小さな鍋３０１ｂ（以下、小鍋３０１ｂと呼ぶ）が、外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の上方に載置された状態を示すものである。
負荷鍋検知部８４は、小鍋３０１ｂが載置されたことを検知すると、その検知結果を制御回路８１に出力する。
制御回路８１は、アーム３０を非通電状態に、アーム４０と５０を通電状態にするように各スイッチング素子を駆動制御し、内加熱コイル７２のみに高周波電流を流して、小鍋３０１ｂを誘導加熱する。
内加熱コイル７２のみで加熱するので、余分なスイッチング動作等によるロスを低減して効率のよい加熱動作を行うことができる。

以上、図３〜図４にて、被加熱体の直径に応じた加熱制御について説明した。被加熱体の大きさにより通電させるアームを切り替えることで、被加熱体の大きさに応じた最適な加熱動作を行うことができる。

次に、鉄鍋等の磁性材質の被加熱体を誘導加熱する場合と、アルミニウムや銅等の比抵抗の小さい非磁性材質の被加熱体を誘導加熱する場合の回路動作について説明する。
被加熱体が低抵抗金属であるアルミニウムや銅などの場合は、インバータアーム（３０、４０、５０）の駆動周波数を高周波化し、表皮効果により抵抗を大きくすることで低抵抗金属を加熱することができる。
また、被加熱体が鉄のような高抵抗金属の場合は、低抵抗金属を加熱する駆動周波数よりも低い周波数でインバータアーム（３０、４０、５０）を駆動することで、ロスを小さくするといったことが可能となる。

上記いずれの場合においても、インバータアーム（３０、４０、５０）は、加熱コイルと共振コンデンサからなる共振回路の共振周波数近傍で動作させる必要がある。
したがって、負荷鍋検知部８４の検知結果により共振コンデンサの容量を切り替え、共振回路の共振周波数を、被加熱体の種類に応じた加熱動作に求められる動作周波数に近づけるように制御する。

図５は、本実施の形態１における共振回路の回路定数の一例を示すものである。以下、各定数に基づき共振周波数について説明する。
共振コンデンサ６１ａ、６３ａの静電容量は０．０２８μＦ、共振コンデンサ６１ｂ、６３ｂの静電容量は０．２２μＦに設定されているものとする。
外加熱コイル７１および内加熱コイル７２のインダクタンスは、載置される負荷鍋の材質により異なり、鉄等の磁性鍋載置時はおよそ３００μＨ程度、アルミ鍋等の非磁性鍋載置時はおよそ２００μＨ程度となるものとする。

図６は、アルミ鍋と鉄鍋載置時の共振回路定数と駆動周波数の関係を示すものである。
アルミ鍋加熱時は駆動周波数を上昇させる必要があるため、スイッチ６４を開制御して、加熱コイル７２と直列に接続される共振コンデンサの合成容量を鉄鍋と比較して小さく設定し、共振周波数を上昇させる。
なお、共振回路の共振周波数は、下記式（１）で表される。

アルミ鍋載置時の共振周波数ｆは６７ｋＨｚとなり、インバータアーム（３０、４０、５０）は７０ｋＨｚで駆動される。
一方、鉄鍋載置時は、インバータアーム（３０、４０、５０）の駆動周波数をアルミ鍋載置時と比較して低減させる必要があるため、スイッチ６４を閉状態に制御して、共振コンデンサの合成容量を増加させる。共振回路の共振周波数は１９ｋＨｚとなり、インバータアーム（３０、４０、５０）は２１ｋＨｚで駆動される。

以上、図５〜図６にて、被加熱体の種類に応じた加熱制御について説明した。被加熱体の種類により共振コンデンサ容量を切り替えることで共振周波数を可変し、被加熱体の種類に応じた最適な加熱動作を行うことができる。

図７は、被加熱体の大きさと種類に応じたアームとスイッチの制御を一覧表にまとめたものである。
（１）被加熱体の直径が大きい場合（図７の「アルミ大鍋」「鉄大鍋」）は、アーム３０、４０、５０を全て通電させて、外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の双方で加熱を行う。
（２）被加熱体の直径が小さい場合（図７の「アルミ小鍋」「鉄小鍋」）は、アーム３０を非通電とし、アーム４０〜５０を通電させて、内加熱コイル７２のみで加熱を行う。
（３）上記（１）（２）に加え、非加熱体がアルミ等の非磁性材質である場合は、スイッチ６２、６４を開状態（ＯＦＦ）とし、共振周波数を高くして、アームの駆動周波数を高くする。

以上のように、本実施の形態１によれば、外加熱コイル７１、内加熱コイル７２に対応して設けたアーム３０〜４０、４０〜５０により、外加熱コイル７１、内加熱コイル７２を同時あるいは選択的に、任意に駆動することが可能となり、種々の負荷を最適な電力で加熱することができる。

また、本実施の形態１によれば、制御回路８１は、アーム３０、４０、５０に対して独立した制御信号を用いて駆動制御するので、アーム３０、４０、５０の駆動を切り替える場合に、アーム切換え用の半導体スイッチやリレーなどの切換え手段が不要となり、回路の信頼性の向上を図ることができる。

また、本実施の形態１によれば、使用する加熱コイルを機械的に切り換える手段を用いることなく、任意の加熱コイルに任意の大きさの電流を通電することができ、被加熱体の大きさに応じて適切な加熱コイルを自在に用いることができる。
また、被加熱体の大きさに応じた加熱コイルを使用するように制御するので、加熱コイルと被加熱体の径が大きく異なることに起因する漏れ磁束を低減することができる。

また、本実施の形態１では、外加熱コイル７１と内加熱コイル７２それぞれに、アーム４０を共用してなるフルブリッジ回路が接続され、これらを同一周波数で駆動する。
そのため、複数のフルブリッジ回路を同時に駆動する際に、各回路の駆動周波数が僅かにずれることにより生じる干渉音が発生することがなく、ユーザに不快感を与えることなく加熱を行うことができる。

また、本実施の形態１によれば、アーム４０の回路共有化によって部品点数の削減ができ、従ってコスト削減ができる。また、故障対象部品点数が減ることによる信頼性の向上を図ることができる。

また、本実施の形態１によれば、共振コンデンサ６１ａ、６３ａと並列に共振コンデンサ６１ｂ、６３ｂを接続し、スイッチ６２、６４でこれらの接続を切り替えてコンデンサ容量を可変することができるので、鍋材質に応じたスイッチ６２、６４の開閉制御により共振周波数を調整し、磁性鍋、非磁性鍋ともに最適な誘導加熱を行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、被加熱体の大きさに応じてアーム３０〜５０の駆動を切り替え、内加熱コイル７２と外加熱コイル７１の双方を用いる場合と、内加熱コイル７２のみを用いる場合とに分けて、加熱制御を行うことを説明した。
また、被加熱体の材質に応じてスイッチ６２と６４を切り替え、スイッチング素子の駆動周波数を被加熱体に応じて可変することを説明した。
本発明の実施の形態２では、小サイズの被加熱体を加熱する際の漏洩磁束に着目し、この漏洩磁束を低減することのできる加熱制御について説明する。
なお、本実施の形態２に係る誘導加熱調理器の回路図は、実施の形態１の図１で説明したものと概ね同様であるため、差異点以外の説明を省略する。また、実施の形態１で説明した加熱制御動作と、本実施の形態２で説明する加熱制御動作は、異なるものであることを付言しておく。

図８は、本実施の形態２における各加熱コイル周辺の構成を示すものである。
本実施の形態２において、内加熱コイル７２の内側には、鍋を載置するトッププレート（図示せず）を介して、鍋底の温度を検知する温度検知部９１が配置されている。
温度検知部９１は、例えば温度により抵抗値が可変するサーミスタ等で構成することができる。温度検知部９１の検知結果は、電圧等の電気信号に変換され、制御回路８１へ出力される。

図９は、負荷鍋の直径及び材質と、漏洩磁束との関係について説明するものである。
一般に誘導加熱調理器では、加熱コイルから高周波磁界が発生し、加熱コイル上方に載置された負荷鍋を誘導加熱する。
図９に示すように、外加熱コイル７１の直径に対して十分小さい直径を有する小鍋３０１ｂを載置した場合、外加熱コイル７１から発生する磁束は、内加熱コイル７２と比較して小鍋３０１ｂの発熱に寄与する磁束の割合が小さい。
発熱に寄与しない磁束は、加熱コイルの外に漏洩し、誘導加熱調理器内の制御回路や調理器外の電化製品に影響を与える。

また、漏洩磁束は載置する負荷鍋の材質にも依存する傾向にある。負荷鍋の磁束、透磁率が小さいほど、磁束は加熱負荷に対して集中しにくいため、磁束、透磁率が小さい負荷鍋を用いる場合は、漏洩磁束が大きくなる傾向にある。
磁性材質と非磁性材質を比較した場合、非磁性材質の比透磁率は磁性材質の２００分の１程度の大きさであることから、非磁性材質の負荷鍋を使用する時は、漏洩磁束が特に大きくなる。

そこで、本実施の形態２に係る誘導加熱調理器は、漏洩磁束が大きくなる負荷鍋を加熱するときは、これを抑えるような加熱制御を行う。以下、漏洩磁束を抑える加熱制御の手法について説明する。

図１０は、本実施の形態２における制御回路８１の加熱制御動作フローである。以下、図１０の各ステップについて説明する。

（Ｓ１０００）
制御回路８１は、加熱動作開始後、所定時間間隔ｔ１毎に本制御フローを実行する。
（Ｓ１００１）
制御回路８１は、負荷鍋検知部８４の検知結果を取得し、被加熱体が非磁性材質の鍋であるか否かを判定する。非磁性材質である場合はステップＳ１００２へ進み、非磁性材質でない場合はステップＳ１００３へ進む。
（Ｓ１００２）
制御回路８１は、負荷鍋検知部８４の検知結果を取得し、被加熱体の直径が所定の閾値Ａ以下であるか否かを判定する。閾値Ａ以下である場合はステップＳ１００４へ進み、閾値Ａ超である場合はステップＳ１００３へ進む。

（Ｓ１００３）
制御回路８１は、以後各アーム３０〜５０を、後述の図１１で説明する通常調理モードで駆動制御する。
（Ｓ１００４）
制御回路８１は、以後各アーム３０〜５０を、後述の図１２で説明する漏洩磁束低減調理モードで駆動制御する。

本実施の形態２における「所定径」は、閾値Ａがこれに相当する。

図１１は、制御回路８１が通常調理モードを実行する時の各加熱コイルの電力を説明するものである。
制御回路８１は、通常調理モード実行時は、操作部８２で設定された火力に応じて、内加熱コイル７２と外加熱コイル７１の電力を、略同等の割合で増加させるように、各アーム３０〜５０を駆動制御する。
電力の増減は、一般的なＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御、もしくは位相制御で行うことができる。
内加熱コイル７２と外加熱コイル７１の電力が略同等になるよう制御されているため、鍋底が均一に加熱され、温度ムラのない加熱調理が可能となる。

図１２は、制御回路８１が漏洩磁束低減調理モードを実行する時の各加熱コイルの電力を説明するものである。
制御回路８１は、漏洩磁束低減調理モード実行時は、操作部８２で設定された火力レベルが増加するにつれ、内加熱コイル７２の電力を優先的に増加させる。
内加熱コイル７２の電力が、あらかじめ定められた上限値（図１２の例では１８００Ｗ）に達した後は、内加熱コイル７２の電力をその上限値に維持しつつ、外加熱コイル７１の電力を増加させる。

被加熱体の直径が閾値Ａ以下である場合、内加熱コイル７２のみを加熱することで、被加熱体の外部に磁束が漏れることを低減できる。したがって、漏洩磁束低減調理モードでは、内加熱コイル７２を優先して電力を増加させる。
内加熱コイル７２のみの加熱出力では設定レベルに満たない場合には、図１２の火力設定レベル７〜８のように、外加熱コイル７１を併用すればよい。

また、内加熱コイル７２の出力電力を優先して大きくする場合、各コイルの電力を均等に制御する通常調理モードの場合と比較して、高周波電源モジュール１００の全電力負荷量は半分程度で済むことから、内加熱コイル７２の出力電力上限値を大きく設定することができる。
図１１と図１２の例では、通常調理モードにおける各加熱コイルの出力電力上限値は１２００Ｗであるのに対し、漏洩磁束低減調理モードにおける内加熱コイル７２の出力電力上限値は１８００Ｗとなっていることが分かる。

図１２において、火力設定レベル７〜８では、外加熱コイル７１の電力を上昇させているが、漏洩磁束低減調理モードでは外加熱コイル７１には一切通電しないように制御してもよい。
この場合、合計加熱出力の上限は図１２の例よりも小さくなるが、漏洩磁束を確実に低減することができるので、誘導加熱調理器自体や周囲の電化製品に与える影響を抑えることができる。

なお、図１１〜図１２で説明した各調理モード実行時における各スイッチング素子の駆動周波数は、実施の形態１と同様に、負荷鍋の材質に応じてスイッチ６２、６４の開閉制御で切り替えられることを付言しておく。

以上のように、本実施の形態２によれば、通常調理モード実行時は、内加熱コイル７２と外加熱コイル７１の２種類の加熱コイルを用い、鍋の直径に応じて各加熱コイルの電力を均等に駆動制御するので、鍋底をムラなく均一に加熱することができる。

また、本実施の形態２によれば、漏洩磁束低減調理モード実行時は、内加熱コイル７２から優先的に電力を増加させるため、非磁性材質の小鍋３０１ｂを載置した時でも、漏洩磁束を確実に低減することができる。
また、内加熱コイル７２の電力を優先的に増加させるため、加熱コイル１つ当たりの出力電力上限値を、通常調理モード実行時よりも増加させることができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、実施の形態２の図１０で説明した加熱制御動作フローの変形例を説明する。その他の回路構成や制御回路８１の動作は実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。

図１３は、本実施の形態３における制御回路８１の加熱制御動作フローである。
実施の形態２の図１０で説明した加熱制御動作フローと異なり、ステップＳ１３０１において被加熱体が磁性材質であると判定した以後も、ステップＳ１３０２で被加熱体の直径に応じて調理モードを変更している。
このように、被加熱体が磁性材質である場合でも、被加熱体が小サイズである場合は内加熱コイル７２のみを用いることとし、漏洩磁束をさらに確実に低減することもできる。

図１３の動作フローに基づく加熱制御動作は、結果として実施の形態１（図７などを参照）と類似の動作となるが、各調理モード実行時における各加熱コイルの電力を、図１１〜図１２で説明したように可変制御する点で、実施の形態１の動作とは相違する。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、非磁性材質かつ大サイズの被加熱体を加熱する際の動作について、実施の形態２〜３で説明した動作に加えて、新たに高精度温度制御モードを導入する。
なお、本実施の形態４に係る誘導加熱調理器の回路構成は、実施の形態２〜３と同様であるため、説明を省略する。

以下の説明では、まず本実施の形態４の背景として、非磁性材質かつ大サイズの鍋を加熱する時の温度検知部９１の鍋底温度検知値について説明し、その後、加熱制御動作フローについて説明する。

本実施の形態４に係る誘導加熱調理器の加熱動作が開始されると、鍋底が誘導加熱されて鍋底の温度が上昇していく。
温度検知部９１が配置されている内加熱コイル７２近傍では高周波磁界が発生しているため、検知結果に影響が生じる。こうした高周波磁界の影響を低減するために、温度検知部９１をアルミ板等の磁界遮蔽板で囲う等の対処が取られ、磁界の影響を極力遮断するよう設計がなされる。

しかしながら、非磁性材質の負荷鍋を加熱する時は、実施の形態１の図６で説明したように、磁性材質の負荷鍋を加熱する時の３倍程度の周波数でスイッチング素子を駆動制御することから、高周波磁界の影響が磁性材質の鍋を加熱する時と比較して大きくなる。
そのうえ、非磁性材質の鍋を加熱する時は、上述のような磁界遮蔽板自体が誘導加熱されてしまうため、実際の鍋温度に対して温度検知部９１の検知値のノイズレベルが大きくなってしまう。

そこで、本実施の形態４では、上述のような高周波磁界の影響に対処するため、新たに高精度温度制御モードを導入し、非磁性材質かつ大サイズの鍋を加熱する時はこの高精度温度制御モードで加熱を行うものである。

図１４は、本実施の形態４における制御回路８１の加熱制御動作フローである。以下、図１４の各ステップについて説明する。

（Ｓ１４００）
制御回路８１は、加熱動作開始後、所定時間間隔ｔ１毎に本制御フローを実行する。
（Ｓ１４０１）
制御回路８１は、負荷鍋検知部８４の検知結果を取得し、被加熱体が非磁性材質の鍋であるか否かを判定する。非磁性材質である場合はステップＳ１４０２へ進み、非磁性材質でない場合はステップＳ１４０４へ進む。

（Ｓ１４０２）
制御回路８１は、負荷鍋検知部８４の検知結果を取得し、被加熱体の直径が所定の閾値Ａ以下であるか否かを判定する。閾値Ａ以下である場合はステップＳ１４０６へ進み、閾値Ａ超である場合はステップＳ１４０３へ進む。
（Ｓ１４０３）
制御回路８１は、温度検知部９１の検知結果を取得し、被加熱体の温度が所定の閾値Ｂ以上であるか否かを判定する。閾値Ｂ以上である場合はステップＳ１４０５へ進み、閾値Ｂ未満である場合はステップＳ１４０４へ進む。

（Ｓ１４０４）
制御回路８１は、以後各アーム３０〜５０を、実施の形態２の図１１で説明した通常調理モードで駆動制御する。
（Ｓ１４０５）
制御回路８１は、以後各アーム３０〜５０を、後述の図１５〜図１６で説明する高精度温度制御モードで駆動制御する。
（Ｓ１４０６）
制御回路８１は、以後各アーム３０〜５０を、実施の形態２の図１２で説明した漏洩磁束低減調理モードで駆動制御する。

本実施の形態４における「所定温度」は、閾値Ｂがこれに相当する。

図１５は、制御回路８１が高精度温度制御モードを実行する時の各加熱コイルの電力を説明するものである。
制御回路８１は、高精度温度制御モード実行時は、操作部８２で設定された火力レベルが増加するにつれ、外加熱コイル７１の電力を優先的に増加させる。
外加熱コイル７１の電力が、あらかじめ定められた上限値（図１５の例では１８００Ｗ）に達した後は、外加熱コイル７１の電力をその上限値に維持しつつ、内加熱コイル７２の電力を増加させる。

外加熱コイル７１の出力電力を優先して大きくする場合、各コイルの電力を均等に制御する通常調理モードの場合と比較して、高周波電源モジュール１００の全電力負荷量は半分程度で済むことから、外加熱コイル７１の出力電力上限値を大きく設定することができる。
そのため、外加熱コイル７１のみで加熱を行う場合でも、十分な加熱出力を得ることができる。

以上、本実施の形態４における制御回路８１の加熱制御動作フローと、高精度温度制御モードの内容について説明した。
次に、非磁性材質かつ大サイズの被加熱体を加熱する場合における図１４のステップＳ１４０３における閾値Ｂの具体例について説明する。

（１）湯沸し調理では、最終的な目標鍋温度は９０〜１００℃程度であるため、閾値Ｂは８０℃程度に設定される。調理開始時の鍋温度２０℃程度から閾値Ｂ（＝８０℃）に達するまでは、内外加熱コイルを均等に通電して、鍋底を均一に加熱する。
沸騰温度近傍の閾値Ｂ（＝８０℃）に達した後は、外加熱コイル７１を優先的に通電して、温度検知部９１近傍の高周波磁界を低減し、鍋底の温度検知精度を向上させる。

（２）天ぷら調理モードでは、最終的な目標鍋温度は１５０〜２００℃程度となるため、閾値Ｂは１４０℃程度に設定される。

上記例（１）（２）いずれの場合でも、正確な鍋温度検知が要求されるのは、目標鍋温度近傍の状態のみであるため、鍋温度が閾値Ｂに達するまでは通常調理モードで加熱を行い、鍋底を均一に加熱することが好ましい。
鍋温度が閾値Ｂに達した以降は、被加熱体の温度をできるだけ正確に目標温度に合わせるため、高精度温度制御モードに移行し、被加熱体の正確な温度制御を行う。

図１６は、非磁性材質かつ大サイズの被加熱体を加熱する際の、調理時間と温度検知部９１の検知結果との関係を示すものである。
図１６において、温度検知部９１の検知結果（図１６の縦軸）が閾値Ｂに達するまでの間は、内外加熱コイルが均等に通電されるため、高周波磁界の影響が大きく、温度検知部９１の検知結果にノイズが混入している。
検知結果が閾値Ｂに達した以降は、図１５で説明した高精度温度制御モードに移行し、より安定した検知結果を得ることで、被加熱体の温度を正確に目標値に合わせることができる。

なお、実施の形態３の図１３で説明したステップＳ１３０４と同様に、磁性材質かつ小サイズの被加熱体を加熱する際は、漏洩磁束低減調理モードを実行するように各アームを駆動制御してもよい。

また、図１１〜図１２、および図１５で説明したデータは、制御回路８１の動作として組み込んでおいてもよいし、別途設けたメモリ等の記憶装置に格納しておき、制御回路８１がこれを読み出して用いてもよい。

以上のように、本実施の形態４によれば、高精度温度制御モード実行時は、外加熱コイル７１から優先的に電力を増加させるため、非磁性材質かつ大サイズの被加熱体を載置した時でも、正確な温度制御を行うことができる。

また、高精度温度制御モードは、非磁性材質かつ大サイズの被加熱体を加熱するときのみ実行されるので、これ以外の被加熱体を加熱する際は、実施の形態１〜３で説明したような通常調理モードや漏洩磁束低減調理モードを実行することで、これらの実施の形態と同様の効果を発揮することができる。

実施の形態５．
実施の形態１〜４では、被加熱体の大きさや材質に応じた適切な加熱制御を行う構成と制御動作について説明した。本発明の実施の形態５では、煮込み調理を行う際に、調理効果を十分に発揮できる加熱制御について説明する。
なお、回路構成は実施の形態１〜４いずれかで説明したものと同様であるため、本実施の形態４では説明を省略する。

図１７は、煮込みモード実行時における外加熱コイル７１、内加熱コイル７２の通電状態に関する図である。
図１７において、ＯＮはコイルが通電状態、ＯＦＦは非通電状態であることを表す。
制御回路８１は、煮込みモード実行時において、図１７のような加熱制御を行う。以下、その詳細について説明する。

ユーザがトッププレート上に、外加熱コイル７１と内加熱コイル７２を双方覆う程度の直径を有する大鍋３０１ａを載置したものとする。
ユーザが操作部８２を操作して煮込みモードを開始すべき旨を操作入力すると、制御回路８１はその旨の指示信号を操作部８２より受け取り、内外のコイルすべてを用いて、煮込み調理モードに相当する加熱動作を行う。

図１７に示すように、煮込み調理モードが開始されると、５秒間隔で外加熱コイル７１、内加熱コイル７２の通電状態が変化する。煮込みモード開始時には外加熱コイル７１のみを通電制御し、５秒後には内加熱コイル７２のみを通電制御、１０秒後にはすべての外加熱コイル７１、内加熱コイル７２双方を通電状態に制御する。
煮込みモードの加熱動作実行中は、ユーザが停止操作を行うまで、以上の動作シーケンスを繰り返し行う。

なお、本実施の形態５で挙げた５秒は一例であり、これ以外の時間間隔で通電状態を切り替えるように制御してもよい。

以上のように、本実施の形態５によれば、制御回路８１は、煮込みモード実行時には、一定の間隔で加熱コイルの通電状態と非通電状態を繰り返す制御を行うとともに、外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の通電状態を入れ替える。
これにより、煮込み時の鍋底に一定の間隔で温度ムラが生じることとなり、内容物の対流によるかき混ぜ効果を得ることができる。

なお、実施の形態１などでは、内外加熱コイルを均等に通電して加熱ムラをなくすことを説明したが、加熱ムラをなくすのは、主に固形物を調理する際に奏効する機能である。
スープや鍋物のような流動物を調理する際は、本実施の形態５で説明したように、敢えて温度ムラを生じさせても、かき混ぜ効果で被調理物が対流することにより、自然に温度ムラが解消される。
被調理物の種類は、例えばユーザが操作部８２から指定入力してもよいし、その他公知の手法で制御回路８１が判定してもよい。

実施の形態６．
図１８は、本発明の実施の形態６に係る誘導加熱調理器の回路図である。
図１８において、実施の形態１の図１で説明した回路構成に加え、新たに高周波電源モジュール２００が追加されている。
高周波電源モジュール２００は、直列に接続されたスイッチング素子２つを有するアーム１３０、１４０、１５０を備えている。
また、高周波電源モジュール１００から、内加熱コイル７２、共振コンデンサ６３ａ〜６３ｂ、スイッチ６４が取り外され、高周波電源モジュール２００のアーム１３０〜１４０間に接続されている。
その他の構成は、実施の形態１の図１または実施の形態２の図８で説明した構成と同様であるため、説明を省略する。また、駆動制御方法は、実施の形態１〜５いずれかで説明したものを用いることができる。

アーム１３０はスイッチング素子１３１と１３２、アーム１４０はスイッチング素子１４１と１４２、アーム１５０はスイッチング素子１５１と１５２をそれぞれ備える。
アーム１３０とアーム１４０、およびアーム１４０とアーム１５０は、それぞれがフルブリッジインバータ回路を構成する。アーム１４０は、双方のフルブリッジ回路に共用される。

アーム１３０と１４０の間には、小径の内加熱コイル７２と共振コンデンサ６３ａが接続されている。また、共振コンデンサ６３ａに並列に、共振コンデンサ６３ｂが接続されている。
スイッチ６４は、例えばリレーで構成されており、共振コンデンサ６３ｂの接続を切り替える。スイッチ６４が閉状態になると、共振コンデンサ６３ａと６３ｂが並列に接続され、開状態になると共振コンデンサ６３ｂは回路から切断される。
内加熱コイル７２と、共振コンデンサ６３ａ〜６３ｂは、共振回路を構成する。

制御回路８１は、高周波電源モジュール１００の各アーム（の各スイッチング素子）に加え、アーム１３０と１４０（の各スイッチング素子）を駆動制御する。

実施の形態１〜５と異なり、高周波電源モジュールを２つにしたことにより、高周波電源モジュール１個あたりの電流及び発熱量を軽減することができるため、モジュールの故障率を低減することができ、信頼性が向上する。

なお、図１８において、アーム５０やアーム１５０はそのまま残しているが、本実施の形態６では加熱負荷が接続されないため、これらのアームは回路から取り外してもよい。

実施の形態１に係る誘導加熱調理器の回路図である。 外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の配置と接続のイメージを示すものである。 大鍋３０１ａが、外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の上方に載置された状態を示すものである。 小鍋３０１ｂが、外加熱コイル７１と内加熱コイル７２の上方に載置された状態を示すものである。 実施の形態１における共振回路の回路定数の一例を示すものである。 アルミ鍋と鉄鍋載置時の共振回路定数と駆動周波数の関係である。 被加熱体の大きさと種類に応じたアームとスイッチの制御を一覧表にまとめたものである。 実施の形態２における各加熱コイル周辺の構成を示すものである。 負荷鍋の直径及び材質と、漏洩磁束との関係について説明するものである。 実施の形態２における制御回路８１の加熱制御動作フローである。 制御回路８１が通常調理モードを実行する時の各加熱コイルの電力を説明するものである。 制御回路８１が漏洩磁束低減調理モードを実行する時の各加熱コイルの電力を説明するものである。 実施の形態３における制御回路８１の加熱制御動作フローである。 実施の形態４における制御回路８１の加熱制御動作フローである。 制御回路８１が高精度温度制御モードを実行する時の各加熱コイルの電力を説明するものである。 非磁性材質かつ大サイズの被加熱体を加熱する際の、調理時間と温度検知部９１の検知結果との関係を示すものである。 煮込みモード実行時における外加熱コイル７１、内加熱コイル７２の通電状態に関する図である。 実施の形態６に係る誘導加熱調理器の回路図である。

符号の説明

１０ 電源供給部、１１ 交流電源、１２ 電源ヒューズ、１３ 平滑コンデンサ、１４ ダイオードブリッジ、２１ チョークコイル、２２ 直流電源回路、３０ アーム、３１〜３２ スイッチング素子、４０ アーム、４１〜４２ スイッチング素子、５０ アーム、５１〜５２ スイッチング素子、６１ａ〜６１ｂ 共振コンデンサ、６２ スイッチ、６３ａ〜６３ｂ 共振コンデンサ、６４ スイッチ、７１ 外加熱コイル、７２ 内加熱コイル、８１ 制御回路、８２ 操作部、８３ 表示部、８４ 負荷鍋検知部、９１ 温度検知部、１００ 高周波電源モジュール、２００ 高周波電源モジュール、１３０ アーム、１３１〜１３２ スイッチング素子、１４０ アーム、１４１〜１４２ スイッチング素子、１５０ アーム、１５１〜１５２ スイッチング素子、３０１ａ 大鍋、３０１ｂ 小鍋。

Claims (9)

1. １つの加熱口に配置された複数のコイルからなる加熱コイルと、
   前記加熱コイルに交流電流を供給する交流電流供給部と、
   各前記コイルそれぞれに直列接続された第１コンデンサと、
   前記第１コンデンサの少なくとも１つに並列接続された第２コンデンサと、
   前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続を切り替えるスイッチと、
   前記加熱コイルの加熱負荷の温度を検知する温度検知部と、
   前記加熱負荷が目標温度となるように、前記交流電流供給部および前記スイッチの動作を制御する制御部と、
   前記加熱コイルの加熱負荷の材質および径を検知する加熱負荷検知部と、
   を備え、
   前記加熱コイルは、それぞれ径の異なる内コイルと外コイルとを有し、
   前記温度検知部は、前記内コイル近傍に設けられ、
   前記制御部は、
   前記加熱負荷検知部の検知結果に応じて前記スイッチの開閉を切り替え、
   前記加熱負荷検知部が非磁性材質かつ所定径超の加熱負荷を検知した場合には、
   前記温度検知部の検知結果を取得し、
   検知結果が、前記目標温度より低い閾値未満である場合は、
   前記内コイルと外コイルに交流電流を均等供給するよう前記交流電流供給部を制御し、
   前記検知結果が前記閾値以上である場合は、
   前記外コイルに優先的に交流電流を供給するよう前記交流電流供給部を制御する
   ことを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記制御部は、
   前記検知結果が前記閾値以上である場合は、
   前記外コイルに供給する交流電流が所定値に達するまでは、
   前記内コイルに交流電流を供給しないよう前記交流電流供給部を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記制御部は、
   前記加熱負荷検知部が磁性材質の加熱負荷を検知した場合は、
   前記第１コンデンサと前記第２コンデンサを接続するように前記スイッチを制御し、
   前記加熱負荷検知部が非磁性材質の加熱負荷を検知した場合は、
   前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続を切るように前記スイッチを制御する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記交流電流供給部は、
   少なくとも２個のスイッチング素子が直列に接続されたアームを複数備える
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
5. 前記制御部は、前記アームを全て同一周波数で駆動制御する
   ことを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱調理器。
6. 前記加熱コイルは、
   それぞれ径の異なる内コイルと外コイルを同心円状に配してなり、
   前記制御部は、
   前記加熱負荷検知部が磁性材質の加熱負荷を検知した場合には、
   前記内コイルと外コイルに交流電流を均等供給するよう前記交流電流供給部を制御する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の誘導加熱調理器。
7. 前記制御部は、
   前記加熱負荷検知部が非磁性材質かつ所定径以下の加熱負荷を検知した場合には、
   前記内コイルに優先的に交流電流を供給するよう前記交流電流供給部を制御する
   ことを特徴とする請求項６に記載の誘導加熱調理器。
8. 前記制御部は、
   前記加熱負荷検知部が非磁性材質かつ所定径以下の加熱負荷を検知した場合には、
   前記内コイルに供給する交流電流が所定値に達するまでは、
   前記外コイルに交流電流を供給しないよう前記交流電流供給部を制御する
   ことを特徴とする請求項７に記載の誘導加熱調理器。
9. 前記制御部は、
   煮込み調理動作を行うべき旨の指示信号を受け取り、
   前記複数のコイルに電流を供給するタイミングを任意の時間間隔でずらすように前記交流電流供給部を駆動制御する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の誘導加熱調理器。

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