JP4909817B2

JP4909817B2 - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP4909817B2
Application number: JP2007160843A
Authority: JP
Inventors: 雅之磯貝
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2027-06-19
Also published as: JP2009004099A

Description

本発明は、誘導加熱調理器に関するものである。

本体中央奥に設けられたコンロも誘導加熱方式とし、三ヶ所のコンロ全てを誘導加熱方式とする加熱調理器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

誘導加熱調理器自体は、加熱コイルから発生した高周波の磁力線が負荷である金属の鍋底に作用して発生する渦電流によって鍋底自体が発熱するものであり、同時に電磁気的相互作用によって加熱コイルと金属鍋間に力が働くために、高周波の振動が発生している。この高周波振動は、加熱コイルに流れる電流の周波数と等しいために、可聴周波数域外の音波になる可能性が高く、使用者には認識できない。しかしながら、誘導加熱方式のコンロを複数同時に使用する場合は、それぞれの電流の周波数差によって干渉音（うなり音）が発生する。この成分が可聴周波数域に存在すると、使用者が認識できる音となり、耳障りに感じるという問題がある。このような状態を回避するためには、複数の加熱コイルに流れる電流の周波数を同一の周波数にするものが提案されている。具体的には、インバータの駆動周波数を固定し、スイッチング素子の導通比を可変して電力を制御する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

また、複数の加熱コイルに流れる電流の周波数差を可聴周波数域外の高周波にするものが提案されている。具体的には、たとえば２つの加熱コイルに供給する電流の周波数に２０ｋＨｚの差を設けて流す、といった方法がある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００４−３１９３５０号公報特開２００３−２６４０５６号公報特開２００５−１４９７３７号公報

しかしながら、上記従来技術において、特許文献２のものは、複数の加熱コイルに流れる電流の周波数を同一の周波数にする場合、ハーフブリッジ型やＳＥＰＰ型のインバータ構成においては、固定周波数で電力制御をする場合、上下アームのスイッチング素子オン時間を合計で一定にする必要がある。つまり１周期あたりのオンオフデューティー比制御をすることになるが、スイッチング素子の通電比率が偏るために、それぞれの素子に発生する損失がアンバランスになり、ヒートシンクの形状に基づく容積の差や、冷却効率の差が生じることになる。

さらに、負荷材質や負荷の位置などによる共振状態の変動が発生するために、余裕を持った冷却設計を行わなければならない。つまり、スイッチング素子自体の大型化，ヒートシンクの容積増大，冷却ファンの大型化などが必要となり、小型化が困難であるという問題点がある。

また、金属負荷の発熱に寄与する抵抗成分は加熱コイルに流れる電流の周波数が高くなるほど大きくなるので、一般的には加熱効率は上昇するものであるが、この場合、駆動周波数は最大電力を投入できる最も低い周波数に設定する必要があるので、低い電力を投入する場合の効率は低下するという問題点がある。

また、特許文献３のものは、複数の加熱コイルに流れる電流の周波数差を可聴領域外に設定する場合においては、加熱コイルが２個の場合は成立するが、３個の場合にはそれぞれ２個の組み合わせ、および、３個の組み合わせでインバータ駆動周波数差が可聴領域外になるように設定しなければならない。

例えば
インバータ１：２０ｋＨｚ
インバータ２：４０ｋＨｚ
インバータ３：６０ｋＨｚ
の各駆動周波数で動作している場合は、それぞれのインバータの駆動周波数差が２０ｋＨｚとなるので、この周波数の干渉音成分が発生しても可聴周波数域外になり使用者には音として認識されない。

しかし、このような動作状態から、火力レベルの変更，負荷の材質の変化、などでインバータの駆動周波数が変更になると、上記のような条件が成立しなくなる。

例えば、各インバータの火力レベルの変更や、負荷の材質の変化などでインバータの駆動周波数が変更される範囲として２０ｋＨｚを有している場合は、それぞれの駆動周波数差を２０ｋＨｚ確保するようにすると、
例えば
インバータ１：２０〜４０ｋＨｚ
インバータ２：６０〜８０ｋＨｚ
インバータ３：１００〜１２０ｋＨｚ
という駆動周波数範囲となる。しかし、インバータの駆動周波数範囲は誘導加熱調理器で許可されている範囲（２０〜１００ｋＨｚ）を超えているために実現できないという問題点がある。

また、どのような材質，形状の負荷でも加熱できるようにするためには、それぞれの駆動周波数で対応しなければならないため、共振定数の広範囲な切り替えが必須となり、加熱コイルの巻き数切り替えや、複数の共振コンデンサの実装、その切り替え回路が必要となるために非常に回路が複雑となり現実的ではない。

本発明の目的は上記課題を解決し、干渉音（うなり音）の発生を低減させる誘導加熱調理器を提供することにある。

上記目的は、本体の前面寄りに配置された２つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイル間の奥寄りに配置された１つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイルの上面を覆い調理用鍋を載せるプレートと、これら誘導加熱コイルに電力を供給するインバータとを備えた誘導加熱調理器において、前記本体の前面寄りに配置された２つの誘導加熱コイルのインバータは、通電する電流の周波数を可変とすることで誘導加熱コイルの出力制御を行い、前記本体の奥寄りに配置された１つの誘導加熱コイルのインバータは、通電する電流のオンオフデューティー比を可変することで誘導加熱コイルの出力制御を行い、前記奥寄りに配置された加熱コイルに用いる周波数は、前記前面寄りに配置された加熱コイルに用いる周波数帯の最高周波数よりも高く設定した誘導加熱調理器により達成される。

さらに、本体の前面寄りに配置された２つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイル間の奥寄りに配置された１つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイルの上面を覆い調理用鍋を載せるプレートと、これら誘導加熱コイルに電力を供給するインバータとを備えた誘導加熱調理器において、前記本体の前面寄りに配置された２つの誘導加熱コイルのインバータは、駆動周波数を可変とすることで誘導加熱コイルの出力制御を行い、前記本体の奥寄りに配置された１つの誘導加熱コイルのインバータは、駆動周波数を固定しオンオフデューティー比を可変することで誘導加熱コイルの出力制御を行い、前記奥寄りに配置された加熱コイルに用いる周波数は、前記前面寄りに配置された加熱コイルに用いる周波数帯の最高周波数よりも高く設定した誘導加熱調理器により達成される。

さらに、本体の前面寄りに配置された２つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイル間の奥寄りに配置された１つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイルの上面を覆い調理用鍋を載せるプレートと、前記本体の前面寄りに配置された誘導加熱コイルが設けられた共振回路に流れる電流の周波数を変えて供給する電力を変える周波数可変インバータと、前記奥寄りに配置された誘導加熱コイルが設けられた共振回路に流れる電流のオンオフデューティー比を変えて供給する電力を変えるデューティー比可変インバータと、を有し、前記奥寄りに配置された加熱コイルに供給される電流の周波数は、前記前面寄りに配置された加熱コイルに供給される電流の周波数帯の最高周波数よりも高く設定した誘導加熱調理器により達成される。

本発明の誘導加熱調理器は、それぞれの加熱コイルに流れる高周波電流の周波数差によって発生する干渉音（うなり音）の発生を低減させることができる。

以下、本発明の一実施例を、図１〜図１０を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の外観斜視図である。図１に示されている誘導加熱調理器は、プレート３上に三ヶ所の鍋載置部６ａ，６ｂ，６ｃを設けたビルトイン型の誘導加熱調理器である。尚、本実施例は、システムキッチンに嵌め込むビルトイン型でなく、キッチンに載置する据置型の誘導加熱調理器であっても差し支えない。

誘導加熱調理器の本体２は、システムキッチン１の上面から落とし込んで設置することで組み込まれる。設置後は本体２の後述するロースター（グリル）４と操作パネル５がシステムキッチン１の前面部から操作できるようになっている。

操作パネル５は、本体２の前面に位置し、カンガルー式開閉機構となっている。図１は操作パネル５を閉じた状態を示し、図２は操作パネル５を開いた状態の上面を示す。

本体２前面部の左側にはロースター４が配置されている。ロースター４の前面開口部を塞ぐロースタードア３２には、その表側にハンドル１１が取り付けられている。ロースター４は魚やピザ等を焼くためのもので、魚焼き専用ではないので、このロースター４をグリル若しくはオーブンと呼ぶこともある。なお、操作パネル５と入れ替えて、ロースター４を本体２前面部の右側に配置してもかまわない。

調理を行う際の調理用の鍋（図示せず）は、本体２の上面に配置された耐熱ガラス等からなるプレート３上に載置される。図示しない調理用鍋は、プレート３に描かれた鍋載置部６ａ，６ｂ，６ｃに載置されることで調理可能となる。鍋載置部６ａ，６ｂ，６ｃはプレート３の上面の本体２前面寄り左側に鍋載置部６ａが、前面寄り右側に鍋載置部６ｂが、これら鍋載置部６ａ，６ｂ間の奥寄りに鍋載置部６ｃが配置されている。そして、プレート３を挟んで各鍋載置部６ａ，６ｂ，６ｃの下方に鍋を加熱するための加熱コイル（誘導加熱コイル）１０１，２０１，３０１がそれぞれ設置されている。加熱コイルの周辺電気回路の詳細は図３を用いて後述する。

鍋載置部６ｃは本体２の奥側に位置する。このため、前寄りの鍋載置部６ａ，６ｂに鍋が置かれた状態で、奥寄りの鍋載置部６ｃに手を伸ばすと、前寄りの鍋載置部６ａ，６ｂに置かれた鍋から調理中に発生する蒸気により、奥寄りの鍋載置部６ｃで手を動かす調理は行いにくい。したがって、奥寄りの鍋載置部６ｃで行う調理の種類は調理者があまり手を動かさなくても良い料理、主に煮込みや保温などの調理に適している。

また、煮込みや保温は火力も弱くて済み、誘導加熱調理器の最大消費電力も限りがあることから、奥寄りの鍋載置部６ｃに設置する加熱コイル３０１の火力（最大出力）を、前寄りの鍋載置部６ａ及び鍋載置部６ｂに対応して設置されている加熱コイル１０１，２０１の火力（最大出力）より弱くし、消費電力が小さくなるよう設定されている。

なお、本実施例におけるトッププレート３の下に設けられる誘導加熱調理器本体２の大きさは、本体２を組み込むシステムキッチン１のカウンタートップに設けられた取付け穴の開口寸法に合わせてある。この開口寸法はＪＩＳに定められた幅５６０mm，奥行き４６０mmであり、本体２のロースター４や操作パネル５が設けられた前部を除いた寸法はこの開口寸法に合わせた寸法にしている。

したがって、プレート３の大きさは、取付け穴の開口寸法に応じた幅６００mm，奥行き４００mm程度の大きさとなり、この範囲内に加熱コイル１０１，２０１を本体２前面寄りの左右に配置し、本体２中央奥寄りに加熱コイル３０１を配置している。

図２において、表示９７は三ヶ所全ての鍋載置部６ａ，６ｂ，６ｃの加熱方式が誘導加熱方式によることを示しており、プレート３のほぼ中央や、鍋載置部６ａと鍋載置部６ｂの中心を結ぶ直線近傍に表示９７を設けることで、鍋載置部６ａ，６ｂ，６ｃに調理用鍋などを載せたとしても表示が隠れることが無く、またプレート３のほぼ中央部に配された表示９７を見て三ヶ所の加熱方式が誘導加熱方式であることを容易に視認することができる。

図１及び図２において、プレート３の周囲端面を保護するためにフレーム１４が設けられている。プレート３の手前の上端縁に取り付けられるフレーム前１４ａと、プレート３の後方上端縁に取り付けられるフレーム後１４ｂと、右側上端縁に取り付けられる１４ｃと、左側上端縁に取り付けられるフレーム左１４ｄから構成されている。

本実施例は４ピースにフレーム１４を分割しているが一体型でも２ピースでも何ピースでも可能であり、また、プレート３の４辺に取り付ける必要も無く、プレート３の手前だけ、後方だけ、前後の２辺だけ、もしくは左右の２辺だけでも良い。

本体２内部には、発熱部材である加熱コイル１０１，２０１，３０１や電子部品が設けられており、これらを冷却するために本体２の外部から空気を吸込むための吸気口７が設けられている。この吸気口７は、本体２上面のフレーム後１４ｂ上の後述する排気口８の向かって右側に位置する。吸気口７で吸入した空気は、本体２内部で発熱する加熱コイル１０１，２０１，３０１や電子部品を冷却した後に、本体２上面のフレーム後１４ｂ上であって、ロースター４が設けられている側に設けられた排気口８から本対外に排出される。また、この排気口８からは、ロースター４の廃熱で温められた本体２内の空気も同時に排出される。

加熱コイル１０１，２０１，３０１の操作について説明すると、加熱コイル１０１，２０１，３０１の通電や通電電力の設定等の操作は、プレート３よりも手前のフレーム前１４ａに設けられた上面操作部９のキー操作によって行われる。

次に前述の上面操作部９によって行われた操作の結果を反映する表示について説明する。上面操作部９のキー操作に対応した内容は、本体２の上面に置かれたプレート３の手前側で、かつプレート３の裏側に配置されている上面表示部１０にて表示される。表示する内容は、上面操作部９で設定した火力表示，タイマー調理用の時間表示，揚げもの用の設定油温の表示等々である。

図３は、誘導加熱調理器の要部ブロック図である。図３において、交流電源１１７は、第１のインバータ１００，第２のインバータ２００，第３のインバータ３００と、各インバータ１００，２００，３００に接続されている加熱コイル１０１，加熱コイル２０１，加熱コイル３０１に電力を供給している。そして、これらの加熱コイル１０１，２０１，３０１の上部近傍に負荷である鍋を配置し、各加熱コイル１０１，２０１，３０１に高周波電流を流すことにより負荷に渦電流を生じさせ鍋を自己発熱させる。

なお、第１のインバータ１００と第２のインバータ２００は、加熱コイル１０１，２０１の出力制御として、出力する電力の周波数を可変とする周波数可変型制御方式を採用している。このため、本実施例では第１または第２のインバータを周波数可変型インバータとも呼ぶ。また、第３のインバータ３００は、加熱コイル３０１の出力制御として、通電する電流の周波数を固定しオンオフデューティー比を可変して行う周波数固定型制御方式を採用している。このため、本実施例では第３のインバータを周波数固定型インバータ或いはオンオフデューティー比可変型インバータとも呼ぶ。ここで、周波数を固定するとは周波数が所定の周波数となるように制御することを意味し、周波数に多少のゆらぎがあっても良いことはいうまでも無い。

各インバータ１００，２００，３００はメイン制御部１１８からの指示によって負荷に供給する電力を決定する。また、インバータ１００，２００，３００からは制御状態をメイン制御部１１８にその状態をフィードバックする。

メイン制御部１１８は、上面操作部９と接続している。上面操作部９を使用者が操作することにより、メイン制御部１１８は、加熱コイル１０１，２０１，３０１の通電や、加熱コイル１０１，２０１，３０１に供給する電力等の設定の要求が上面操作部９から入力されると、その情報に基づいて各インバータ１００，２００，３００に指示したり、上面表示部１０に入力情報の表示させたりする。また、メイン制御部１１８は、加熱コイル１０１，２０１，３０１以外の通電例えばロースター４等の通電制御（図示せず）も行う。

図４は、周波数可変型制御方式のインバータ１００のブロック図である。なお、インバータ２００も同様の構成であるので説明は省略する。図４において、交流電源１１７から供給された交流を整流手段１０２で直流に変換する。整流手段１０２はスイッチング素子１０３，１０５の直列体で構成するスイッチング部に接続する。スイッチング素子１０３，１０５は、それぞれ逆並列にダイオード１０４，１０６と接続する。スイッチング素子１０３，１０５の接続点と、整流手段１０２で変換した直流電圧の基準電位間に、加熱コイル１０１と共振コンデンサ１０７で構成する共振回路部が接続される。また、スイッチング素子１０３，１０５には、それぞれスナバコンデンサ１０８，１０９が接続される。

スイッチング素子１０３，１０５は、それぞれ排他的に高周波でオンオフされることによって、加熱コイル１０１と共振コンデンサ１０７で構成する共振回路部に高周波共振電流が供給され、加熱コイル１０１近傍に配置した負荷が加熱される。

入力電流変換手段１１２は、交流電源１１７から入力する交流電流を検出する検出手段１１１の出力信号を適切なレベルに変換して制御部１１０に出力する。入力電圧検出手段１１３は、交流電源１１７の交流電圧を検出し適切なレベルに変換して制御手段１１０に出力するインバータ電流検出手段１１５は、共振回路部に流れる電流を検出する検出手段１１４の出力信号を適切なレベルに変換して制御部１１０に出力する。

制御部１１０は、メイン制御部１１８から負荷に印加する目標となる電力レベル指示を入力すると、インバータ１００の出力電力が目標値になるようにスイッチング素子１０３，１０５の駆動周波数を設定し、インバータ１００を制御する。

制御部１１０は、入力電流変換手段１１２からの入力と、入力電圧検出手段１１３からの入力から、負荷に投入されるインバータ電力を計算し、メイン制御部１１８から入力した負荷に印加する目標となる電力レベルが投入されるように、スイッチング素子１０３，１０５を排他的にオンオフ制御する信号をレベル変換部１１６に与える。レベル変換部１１６は、適切な駆動レベルに変換してスイッチング素子１０３，１０５にオンオフ信号を出力する。また制御部１１０はレベル変換部１１６を介してスイッチング素子１０３，１０５のオンオフ周波数を変えることにより、負荷に投入される電力を制御する。制御部１１０は、これらの制御状態をメイン制御部１１８に出力する。

図５は、周波数可変型制御方式のインバータ１００の駆動周波数と、負荷に投入されるインバータ電力の関係を示す模式図である。なお、インバータ２００においても同様であるので説明は省略する。

インバータ１００の負荷は、加熱コイル１０１と鍋等の負荷で構成される等価インダクタンスおよび等価抵抗と、共振コンデンサ１０７の組み合わせからなる。共振周波数ｆ₀で電流が流れるときに最大電力Ｗ_peakを与えることができる。この周波数よりも高い周波数でスイッチング素子１０３，１０５を駆動すると、図５で示すように負荷に与えるインバータ電力が低下していく。

実際には、等価インダクタンスと等価抵抗は負荷（鍋）の材質によって変化するため、共振周波数ｆ₀よりも高い周波数ｆ₁を可変周波数の最低周波数として設定し、この最低周波数ｆ₁で負荷に定格電力Ｗ_maxを与えられるようにする。また、駆動周波数を更に高くしていくとインバータ電力は低下していくが、スイッチング素子１０３，１０５の遮断電流が低下していくためにスイッチング素子１０３，１０５の損失が増加していき、スイッチング素子１０３，１０５やスナバコンデンサ１０８，１０９の発熱が大きくなってしまう。このため、それらの損失を考慮して、高い周波数側には可変周波数の最高周波数ｆ₂を設定し、この最高周波数ｆ₂で負荷に最小電力Ｗ_minを与えられるようにする。以上で説明したとおり、インバータ１００の駆動周波数の関係は
ｆ₀＜ｆ₁＜ｆ₂
となる（例えば、ｆ₀＝１８ｋＨｚ，ｆ₁＝２０ｋＨｚ，ｆ₂＝４０ｋＨｚ）。

なお、ｆ₂におけるインバータ電力が、インバータ１００が電力を連続制御できる最小電力となるが、これよりも低い電力を負荷に投入する場合にはインバータ１００の通電のオンオフデューティー制御を併用した方法を採るようにしてもよい。

このように、インバータ１００は駆動周波数範囲ｆ₁〜ｆ₂（２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの範囲）で加熱コイル１０１に供給する電力を制御している。

図６は、周波数固定型制御方式を採用するインバータ３００のブロック図である。図６において、交流電源１１７が供給した交流を整流手段３０２は直流電圧に変換する。スイッチング素子３０３，３０５の直列体で構成するスイッチング部は整流手段３０２と接続する。

スイッチング素子３０３，３０５は、それぞれ逆並列にダイオード３０４，３０６と接続される。スイッチング素子３０３，３０５の接続点と整流手段３０２で変換した直流電圧の基準電位間に加熱コイル３０１と共振コンデンサ３０７で構成する共振回路部が接続される。また、スイッチング素子３０３，３０５にはそれぞれスナバコンデンサ３０８，３０９が接続される。共振コンデンサ３０７は、直流電圧の基準電位にアノード、加熱コイル３０１との接続点にカソードとなるように環流ダイオード３１７が接続する。

スイッチング素子３０３，３０５は、それぞれ排他的に高周波でオンオフされることによって、加熱コイル３０１と共振コンデンサ３０７で構成する共振回路部に高周波共振電流を供給して、加熱コイル３０１近傍に配置した負荷が加熱される。

入力電流変換手段３１２は、交流電源１１７から供給された交流電流を検出する検出手段３１１と接続される。入力電流変換手段３１２は、検出手段３１１の出力信号を制御部３１０の入力に合わせた適切なレベルに変換して制御部３１０に出力する。入力電圧検出手段３１３は、交流電源１１７から供給された交流電圧を検出し、制御手段３１０の入力に合わせた適切なレベルに変換して制御手段３１０に出力する。インバータ電流検出手段３１５は、共振回路部に流れる電流を検出する検出手段３１４からの出力信号を制御部３１０の入力に適切なレベルに変換して制御部３１０に出力する。

制御部３１０は、メイン制御部１１８から負荷に印加する目標となる電力レベル指示を受けると、インバータ３００の出力電力が目標値になるようにスイッチング素子３０３とスイッチング素子３０５のオン時間を合計した時間を一定とし周波数固定するとともに、スイッチング素子３０３のオン時間と周期の比率（オンオフデューティー比）を可変とすることによって加熱コイル３０１に供給する電力を制御する。

制御部３１０は、入力電流変換手段３１２からの出力と、入力電圧検出手段３１３からの出力とから、負荷に投入されるインバータ電力を計算し、メイン制御部１１８から入力した負荷に印加する目標となる電力レベルが投入されるように、スイッチング素子３０３，３０５を排他的にオンオフ制御する信号を、レベル変換部３１６を介して適切な駆動レベルに変換してスイッチング素子３０３，３０５に出力する。スイッチング素子３０３，３０５のオンオフ時間を可変とすることで、スイッチング素子３０３のオン時間と周期の比率（オンオフデューティー比）を所望の比率にして、加熱コイル３０１に供給する電力を制御する。制御部３１０はこれらの状態をメイン制御部１１８に出力する。

次に、インバータ３００の詳細な動作を説明する。スイッチング素子３０３がオフした後、スイッチング素子３０５がオンすると共振電流が直流電圧の基準電位側から加熱コイル３０１を経由してスイッチング素子３０５に流れる。そして、共振コンデンサ３０７に発生している電圧が直流電圧の基準電位より下がると、共振コンデンサ３０７と並列に接続している還流ダイオード３１７を経由し、加熱コイル３０１を経由してスイッチング素子３０５に電流が流れ、スイッチング素子３０５がオフするまで電流が流れ続ける。所定の時間経過後にスイッチング素子３０５をオフし再びスイッチング素子３０３をオンさせることで、一定周期で加熱コイル３０１に電流を流すことができる。

インバータ３００は周波数固定型制御方式であるから、負荷に最大電力を投入できる周波数で駆動する必要がある。図５の周波数可変型制御方式では負荷に低電力を投入する際は高い周波数で駆動することができるが、周波数固定型制御方式では最大電力を投入する周波数と低電力を投入する周波数は同じ周波数であり、周波数可変型制御方式に比べ負荷の等価抵抗Ｒ（Ｒ∝√ｆ、ｆ：駆動周波数）が小さく、負荷に低電力を投入する際の負荷の加熱効率が落ちる。また、還流ダイオード３１７に流れる電流による還流ダイオード３１７自体の損失が発生するためインバータ３００の回路損失はインバータ１００，２００に比べ損失が大きい。すなわち、インバータ３００が負荷に与えることができる最大電力をインバータ１００，２００が負荷に与える最大電力よりも小さくするのが望ましい。したがって、周波数固定型制御方式のインバータ３００は、周波数可変型制御方式のインバータ１００，２００の設定最大電力よりも最大電力を小さくした奥寄りに配置するのが望ましい。

図７は、周波数固定型制御方式のインバータ３００のオンオフデューティー比とインバータ電力の関係を示す模式図である。インバータ３００の負荷は、加熱コイル３０１と鍋で構成される等価インダクタンスおよび等価抵抗と、共振コンデンサ３０７の組み合わせとなり、インバータ３００の駆動周波数が共振周波数でかつスイッチング素子３０３，３０５のオンオフデューティー比が５０％のときに最大電力Ｗ_peakを投入できる。実際には、共振周波数よりも若干高い周波数で駆動し、そのときのスイッチング素子３０３のオンオフデューティー比が５０％弱で定格電力Ｗ_maxが投入できるように設定している。そして、共振周波数をｆ₃、駆動周波数をｆ₄とすると、周波数の関係は
ｆ₃＜ｆ₄
となる（例えば、ｆ₃＝５５ｋＨｚ，ｆ₄＝６０ｋＨｚ）。

図８は、インバータ１００，２００，３００の駆動周波数とインバータ電力の関係を示した図である。加熱コイル１０１のインバータ電力をＷ_L、加熱コイル２０１のインバータ電力をＷ_R、加熱コイル３０１のインバータ電力をＷ_Cで示している。また、各加熱コイル１０１，２０１，３０１の共振周波数をｆ_L0，ｆ_R0，ｆ_C0、各加熱コイル１０１，２０１，３０１に最大設定電力Ｗ_max（定格電力）を供給するときのインバータ１００，２００，３００の駆動周波数をｆ_L1，ｆ_R1，ｆ_C1で示し、各加熱コイル１０１，２０１，３０１に最小設定電力Ｗ_minを供給するときの駆動周波数をｆ_L2，ｆ_R2，ｆ_C2で示している。

インバータ３００は、周波数固定型制御方式であり、ｆ_C0＜ｆ_C1となり、ｆ_C1＝ｆ_C2となる。

本体２前面寄りの加熱コイル１０１，２０１のインバータ１００，２００は、基本的に同一部品構成とし、同一の負荷（鍋）であれば同じ駆動周波数−インバータ電力の変化を示す。したがって、共振周波数ｆ_R0，ｆ_L0、最小設定電力Ｗ_minとなる最高周波数ｆ_R2，ｆ_L2はそれぞれ同じ周波数となるが、実際は負荷が異なる場合には共振周波数が異なってくる。

したがって、図８においては、前面寄り左側加熱コイル１０１の負荷の等価インダクタンスが若干大きい場合の状態例であり、等価インダクタンスが大きいため共振周波数ｆ_L0はｆ_R0よりも低くなっている。いずれの場合においても、共振周波数ｆ_L0，ｆ_R0よりも高い周波数ｆ_L1，ｆ_R1で最大設定電力Ｗ_max（定格電力）が投入できるようにしている。

また、異なる材質や形状の負荷や、加熱コイル１０１，２０１に対する負荷の位置によっては定格電力が投入できる駆動周波数は変動するが、どのような場合でも共振周波数よりも若干高い周波数を駆動周波数の最低周波数とする。

このようにインバータ１００，２００の駆動周波数は例えばｆ_L1〜ｆ_R2の周波数帯で駆動するものであり、加熱コイル１０１，２０１のインバータ１００，２００の駆動周波数の範囲は互いに重なる範囲を有する。

また、手前側の左右の加熱コイル１０１，２０１は、全く同一の材質形状の負荷を加熱している場合であっても、設定する電力が異なるとそのときのインバータ１００，２００の駆動周波数は異なる。この場合、右側の加熱コイル２０１の駆動周波数をｆ_R、左側の加熱コイル１０１の駆動周波数をｆ_Lとおくと
｜ｆ_R−ｆ_L｜
となる干渉音（うなり音）成分が発生する（加熱コイル１０１，２０１や負荷の振動成分が音となるため）。これが可聴領域内（おおよそ２０Ｈｚ〜１５ｋＨｚ）にあると、音として認識される可能性があり、ここで干渉音成分の振幅が大きいと、つまり投入しているインバータ電力が大きいと実際に調理者が認識できる音となる。

ただし、前面寄りの左右の加熱コイル１０１，２０１の中心間の距離を約３０〜４０cmとしたので、互いに干渉を及ぼす距離としては離れている。この中心間距離に基づく干渉音は、実際に調理者が認識できる音としては音圧が低いため、調理中の音（お湯の沸く音，炒め物の音，内部冷却用ファンの音等）に埋もれてしまい気にならないことが多い。

ところが、前面寄り左右の加熱コイル１０１，２０１と奥寄りの加熱コイル３０１間の距離は前面寄りの左右の加熱コイル１０１，２０１間の距離よりも近い（約２０〜３０cm）ために、影響が出やすい。

したがって、図８に示すように、奥寄り加熱コイル３０１のインバータ駆動周波数を高い側にシフトし、その周波数ｆ_C1を前面寄り加熱コイル１０１，２０１のインバータ駆動周波数の最高周波数ｆ_R2ないしｆ_L2よりも高く設定するようにし、それに伴い共振周波数ｆ_C0も高くなるように奥寄りの加熱コイル３０１の巻き数などを調整する。

このとき、前面寄り加熱コイル１０１，２０１が最高周波数ｆ_L2，ｆ_R2で駆動されていた場合、奥寄りの加熱コイル３０１の駆動周波数をｆ_Cとすると、
｜ｆ₂−ｆ_C｜
となる干渉音成分が発生する。

この干渉音成分は、奥寄り加熱コイル３０１の駆動周波数が固定であるため、前面寄りの加熱コイル１０１，２０１の駆動周波数が最も高い組み合わせの場合に周波数差の周波数成分は低い周波数となり、耳障りになりやすい。このときの周波数差Δｆは
Δｆ＝ｆ_C1−ｆ₂ （ｆ₂：ｆ_R2またはｆ_L2）
である。この組み合わせにおいて、前面寄り加熱コイル１０１，２０１と奥寄り加熱コイル３０１のインバータ電力の差ΔＷは
ΔＷ＝Ｗ_cmax−Ｗ_min
である。

ここで、それらの周波数の異なる駆動周波数によって発生する干渉音成分の振幅は、夫々の高周波振動の振幅が小さ場合、即ちインバータ電力が小さい場合や、インバータ電力の差ΔＷがある程度大きいと干渉音成分の振幅は小さいものとなり、その結果、使用者には音として認識されにくくなる。

たとえば、Ｗ_min＝０.３ｋＷで、ΔＷ＞５００（Ｗ）であればほとんど気にならない。このときの音として認識されにくい電力差ΔＷは、前面寄り加熱コイル１０１，２０１と奥寄り加熱コイル３０１の距離によって変動するため、それぞれの加熱コイル１０１，２０１，３０１の配置によってこの電力差ΔＷを設定すれば干渉音が問題にならないようにすることができる。

このように、前面寄りに配置された２つの加熱コイルのインバータによる加熱コイルの出力制御は、通電する電流の周波数を可変とすることで行い、奥寄りに配置された１つの加熱コイルのインバータによる加熱コイルの出力制御は、通電する電流の周波数を固定しオンオフデューティー比を可変して行い、さらに、前面寄りに配置された加熱コイルに用いる周波数帯の最高周波数よりも、奥寄りに配置された加熱コイルに用いる周波数を高く設定することにより、発生する干渉音が問題にならないようにすることができる。

また、前面寄り加熱コイル１０１，２０１の駆動周波数範囲の最高周波数における最小インバータ電力Ｗ_minと奥寄り加熱コイル３０１の周波数ｆ_C1における最大インバータ電力Ｗ_cmaxにおけるインバータ電力の差ΔＷを所定の電力差以上になるように設定したことにより、発生する干渉音がより一層問題にならないようにすることができる。

また、上記のような設定において、負荷同士が近接しており、互いの駆動周波数差が可聴周波数領域に入っている場合は音圧が高くなることもあり、耳障りとなることがあるので、上記Δｆ自体が可聴領域外になるように１５ｋＨｚ以上高く設定すればより一層干渉音が問題にならないようにすることができる。例えば、
ｆ₂＝４０（ｋＨｚ）
であるとき、
ｆ_C1＝６０（ｋＨｚ）
に設定しておくことで、最も低い干渉成分は
Δｆ＝｜６０−４０｜＝２０（ｋＨｚ）
となるので、どのような負荷の組み合わせ，電力の組み合わせにおいてもΔｆは可聴周波数領域外になり基本的には調理者に認識できない。

既に述べたように、前面寄り加熱コイル１０１，２０１のインバータ駆動周波数帯域と奥寄り加熱コイル３０１のインバータ駆動周波数は重なる領域がないように設定すると、負荷（鍋）は同じものを使用するものであるため、加熱コイル，負荷，共振コンデンサで構成される共振回路の共振周波数は大きく異なるものとなる。

ここで、負荷はいずれの場合も同一のものが使用され、共振回路のインダクタンス成分としては、加熱コイルのインダクタンスと負荷との結合インダクタンスを考慮した等価インダクタンスが用いられ、この等価インダクタンスＬと共振コンデンサ容量Ｃで共振周波数ｆが決定される。共振周波数ｆの定義式は
ｆ＝１／（２π√（Ｌ・Ｃ））
で表されるので、異なる共振周波数ｆを得るためには、共振コンデンサ容量Ｃのみを変更すれば良いのであるが、実際には加熱コイル１０１，２０１，３０１と負荷の結合により実際の電力損失（発熱）となる等価抵抗がインバータ駆動周波数によって変化し、高周波数域では等価抵抗の値が大きくなるために電流が流れにくくなり、等価抵抗の増大とともに等価インダクタンスＬが大きい状態では負荷に電力を投入できない状態となる。

したがって、奥寄り加熱コイル３０１に対するインバータ３００の駆動周波数を高く設定するのと同時に前面寄りに配置された加熱コイル１０１，２０１に比べ奥寄り加熱コイル３０１の巻き数を減らし、加熱コイル３０１のインダクタンスＬも低く設定するようにすればよい。

本実施例では加熱コイル１０１，２０１の等価インダクタンスＬの値を４３μＨ（２０ｋＨｚ）、等価抵抗の値を１.２Ω（２０ｋＨｚ）とし、加熱コイル３０１の等価インダクタンスＬの値を２１.２μＨ（６０ｋＨｚ）、等価抵抗の値を１.２Ω（６０ｋＨｚ）とした。

これにより、奥寄り加熱コイル３０１に対するインバータ３００の駆動周波数を高く設定（６０ｋＨｚ）しても十分な電流が流れることになり、負荷に対して十分な電力を供給することが出来る。

このように、前面寄りに配置された加熱コイル１０１，２０１に用いる周波数帯の最高周波数ｆ₂よりも奥寄りに配置された加熱コイル３０１に用いる周波数を高く設定し、前面寄り加熱コイル１０１，２０１に比べて、奥寄り加熱コイル３０１のインダクタンスの値を減らすことにより、負荷に対して十分な電力を供給できるとともに干渉音を減らすことができる。

次に、加熱コイル１０１，２０１，３０１への適切な定格電力配分について説明する。実際の調理において、最もよく使う加熱コイルは使用者にとって前面寄りにある２つの加熱コイル１０１，２０１のいずれかである。これは調理動作（鍋の予熱・調理物投入・攪拌など）を最もしやすいからである。そして、これらの加熱コイル１０１，２０１は加熱電力が大きいことや、頻繁な加熱電力の変更ができることが必要となる。

これに対して、奥寄りにある加熱コイル３０１は、前面寄り加熱コイル１０１，２０１の上方に載せられた負荷の陰になることや、調理動作がしにくいこともあり、頻繁に手を加える必要のない調理に適している。つまり、煮込み調理などの長時間比較的低電力で加熱し続ける調理方法である。

したがって、奥寄りに配置されている加熱コイル３０１は前面寄りの加熱コイル１０１，２０１よりも低い定格電力であっても十分であり、そのように設定することで、巻き数を減らした加熱コイル３０１の単位長あたりの損失も下げることが出来る（巻き数を減らした加熱コイル３０１で前面寄り加熱コイル１０１，２０１と同じ電力を供給しようとすると、より大きな電流を流す必要があり、加熱コイル３０１自身の損失は増加することになる）。

このように、前面寄り加熱コイル１０１，２０１のインバータ１００，２００の最大電力は、奥寄り加熱コイル３０１のインバータ３００の最大電力よりも大きく設定する。つまり、奥寄り加熱コイル３０１のインバータ３００の最大電力を、前面寄り加熱コイル１０１，２０１のインバータ１００，２００の最大電力より低く設定することにより、奥寄り加熱コイル３０１の低損失化を図ることができるため、スイッチング素子自体の大型化や、ヒートシンクの容積増大，冷却ファンの大型化などが必要なくなり、小型化が可能となる。

次に、それぞれの加熱コイル１０１，２０１，３０１の位置関係について説明する。図９は、本実施例における加熱コイル１０１，２０１，３０１の設置面形状の概略図である。システムキッチン１に落とし込むタイプのビルトイン型、および、据え置き型の、複数の加熱コイルを有する誘導加熱調理器においては、一般的には使用者が面する横方向の長さＷに対して奥行き方向の長さＤは短く設定されている（例えば、Ｗ＝６０cm，Ｄ＝４０cm）。

３つの加熱コイル１０１，２０１，３０１を配置する場合には、図９に示すように前面寄りの左右と奥寄りの中央に配置するのが一般的である。

ただし、加熱コイル１０１，２０１，３０１同士の位置関係は、前面寄り左右間は広くとり、前面寄り右と奥寄り中央および前面寄り左と奥寄り中央の間隔は狭くとる。これは最もプレート３上の調理スペースを効率よく得るためである。

加熱コイル１０１，２０１，３０１のそれぞれの中心間隔を、加熱コイル１０１と加熱コイル２０１間をＤ_LR、加熱コイル１０１と加熱コイル３０１間をＤ_LC、加熱コイル２０１と加熱コイル３０１間をＤ_RCとすると
Ｄ_LR＞Ｄ_LC
Ｄ_LR＞Ｄ_RC
となるように配置する。なお、Ｄ_LRは短くすると干渉音の発生が抑制しづらくなるため、極力離した方が良い。

既に述べたように、このように配置することで、前面寄り左右の加熱コイル１０１，２０１間距離が大きいため、同一周波数範囲を使用するインバータ１００，２００同士であっても、干渉音を低く抑えることが可能である。

同時に、前面寄り右側加熱コイル２０１と奥寄り中央加熱コイル３０１、および、前面寄り左側加熱コイル１０１と奥寄り中央加熱コイル３０１の距離は、例え加熱コイル１０１と加熱コイル２０１との中心間距離より近くても、本実施例において干渉音を抑制または認識できなくなるような構成を取り入れたために、問題が生じない。

したがって、加熱コイル１０１，２０１，３０１の配置としては、加熱コイル１０１，２０１，３０１のそれぞれの中心が作る三角形において、前面寄り左側加熱コイル１０１と前面寄り右側加熱コイル２０１の中心間の距離が、前面寄り左側加熱コイル１０１と奥寄り中央の加熱コイル３０１、前面寄り右側加熱コイル２０１と奥寄り中央の加熱コイル３０１それぞれの加熱コイル１０１，２０１，３０１の中心距離よりも長く設定するものである。

このような構成にすることで、各加熱コイル１０１，２０１，３０１間に発生する干渉音の成分を抑制しつつ、誘導加熱調理器としての使い勝手の良い加熱部の組み合わせにすることができる。

したがって、本実施例における各インバータ１００，２００，３００の各設定定数及び加熱コイル１０１，２０１，３０１同士の位置関係を、例えば図１０に纏めて示すような値とすることにより、それぞれの加熱コイル１０１，２０１，３０１に流れる高周波電流の周波数差によって発生する干渉音の発生を低減させることができた。

各インバータ１００，２００，３００の各設定定数、及び加熱コイル１０１，２０１，３０１同士の位置関係を、図９，図１０に示すような値とすることにより、それぞれの加熱コイル１０１，２０１，３０１に流れる高周波電流の周波数差によって発生する干渉音の発生を低減させることができる。

このように、周波数の範囲は互いに重なる範囲を有する可変周波数出力制御方式のインバータ１００，２００は周波数を制御することで負荷に投入する電力を可変することができ、回路構成が比較的簡単であり、低コストで負荷インピーダンスに適した動作を行うことができるものである。

このような制御方式のインバータ１００，２００を備えた誘導加熱調理器を、３口の加熱部（コンロ）を有する誘導加熱調理器に適用し、そこに本実施例で説明した構成を用いることで、それぞれの加熱コイル１０１，２０１，３０１に流れる高周波電流の周波数差によって発生する干渉音の発生を低減させることができた。

また、奥寄りの加熱コイル３０１には周波数固定型制御方式のインバータ３００を用い、可変周波数出力制御方式と比べて若干損失が増加するものの、使用者の調理パターンに対応して定格電力を下げるとともに、最適な加熱コイルのインダクタンスを設定することで、スイッチング素子の発熱のアンバランスや、効率低下による損失増大を抑え、加熱効率の低下を抑えることができ、したがって小型化，冷却構造の簡略化が可能である。

また、インバータ１００，２００の回路構成を比較的簡単な構成にして干渉音の発生を低減させることができるので、低コストな誘導加熱調理器を提供できる。

本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器の外観斜視図である。誘導加熱調理器の上面を示す説明図である。誘導加熱調理器の要部ブロック図である。図３の周波数可変型制御方式のインバータの内部ブロック図である。周波数可変型制御方式のインバータの駆動周波数と負荷に投入されるインバータ電力の関係を示す模式図である。図３の周波数固定型制御方式のインバータの内部ブロック図である。周波数固定型制御方式のインバータのオンオフデューティー比とインバータ電力の関係を示す模式図である。インバータの駆動周波数とインバータ電力の関係を示した図である。加熱コイルの設置面形状の概略図である。本発明のインバータ及び加熱コイルの設定定数例を説明する図である。

符号の説明

２本体
３プレート
１００，２００，３００インバータ
１０１，２０１，３０１加熱コイル

Claims

本体の前面寄りに配置された２つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイル間の奥寄りに配置された１つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイルの上面を覆い調理用鍋を載せるプレートと、これら誘導加熱コイルに電力を供給するインバータとを備えた誘導加熱調理器において、
前記本体の前面寄りに配置された２つの誘導加熱コイルのインバータは、通電する電流の周波数を可変とすることで誘導加熱コイルの出力制御を行い、
前記本体の奥寄りに配置された１つの誘導加熱コイルのインバータは、通電する電流のオンオフデューティー比を可変することで誘導加熱コイルの出力制御を行い、
前記奥寄りに配置された加熱コイルに用いる周波数は、前記前面寄りに配置された加熱コイルに用いる周波数帯の最高周波数よりも高く設定した誘導加熱調理器。
本体の前面寄りに配置された２つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイル間の奥寄りに配置された１つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイルの上面を覆い調理用鍋を載せるプレートと、これら誘導加熱コイルに電力を供給するインバータとを備えた誘導加熱調理器において、
前記本体の前面寄りに配置された２つの誘導加熱コイルのインバータは、駆動周波数を可変とすることで誘導加熱コイルの出力制御を行い、
前記本体の奥寄りに配置された１つの誘導加熱コイルのインバータは、駆動周波数を固定しオンオフデューティー比を可変することで誘導加熱コイルの出力制御を行い、
前記奥寄りに配置された加熱コイルに用いる周波数は、前記前面寄りに配置された加熱コイルに用いる周波数帯の最高周波数よりも高く設定した誘導加熱調理器。
前記前面寄りに配置された誘導加熱コイルに用いる周波数帯の最高周波数における電力と、前記奥寄りに配置された誘導加熱コイルの最大電力との差が所定値以上となるように設定した請求項１又は２記載の誘導加熱調理器。
前記前面寄りに配置された誘導加熱コイルに用いる周波数の範囲は互いに重なる範囲を有するように設定した請求項１乃至３の何れかに記載の誘導加熱調理器。
前記前面寄りに配置された誘導加熱コイルに用いる周波数帯の最高周波数よりも、前記奥寄りに配置された誘導加熱コイルに用いる周波数を１５ｋＨｚ以上高く設定した請求項１乃至４の何れかに記載の誘導加熱調理器。
前記奥寄りに配置された誘導加熱コイルのインダクタンスの値は、前記前面寄りに配置された誘導加熱コイルのインダクタンスの値より低く設定した請求項１乃至５の何れかに記載の誘導加熱調理器。
前記前面寄りに配置された誘導加熱コイルのインバータの最大電力は、前記奥寄りに配置された誘導加熱コイルのインバータの最大電力よりも大きく設定した請求項１乃至６の何れかに記載の誘導加熱調理器。
前記前面寄りに配置された誘導加熱コイルと、前記奥寄りに配置された誘導加熱コイルのそれぞれの中心に対し、前記前面寄りに配置された誘導加熱コイルの中心間の距離は、前記前面寄りに配置された誘導加熱コイルと前記奥寄りに配置された誘導加熱コイルの中心間の距離よりも長く設定した請求項１乃至７の何れかに記載の誘導加熱調理器。
本体の前面寄りに配置された２つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイル間の奥寄りに配置された１つの誘導加熱コイルと、これら誘導加熱コイルの上面を覆い調理用鍋を載せるプレートと、前記本体の前面寄りに配置された誘導加熱コイルが設けられた共振回路に流れる電流の周波数を変えて供給する電力を変える周波数可変インバータと、前記奥寄りに配置された誘導加熱コイルが設けられた共振回路に流れる電流のオンオフデューティー比を変えて供給する電力を変えるデューティー比可変インバータと、を有し、前記奥寄りに配置された加熱コイルに供給される電流の周波数は、前記前面寄りに配置された加熱コイルに供給される電流の周波数帯の最高周波数よりも高く設定した誘導加熱調理器。