JP5332839B2 - 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。

従来の、この種の誘導加熱調理器は、三つの加熱コイルを備え、鍋は、一つの加熱コイルに対向するトッププレート上に載置され、一つの加熱コイルにより加熱する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１で記載された従来の誘導加熱調理器では、加熱に寄与する磁界は加熱コイル線上が著しく強いため、鍋の加熱分布は加熱コイル線と同形のドーナツ状となってしまう。そのため、加熱ムラが生じて調理性能がよいものではなかった。加熱ムラを低減するために、加熱コイルを形成するとき、加熱コイル線の内径と外径の間に隙間を設けて加熱コイル線の束を分割することにより、磁界の強い部分を加熱コイル内側と外側に分散させたものが多数開発されている。しかし、その手法では、加熱ムラは多少低減できるものの、加熱分布は依然としてドーナツ状となり、鍋を均一に加熱することはできない。

そこで、この種の他の誘導加熱調理器として、同一の円心を有する二つの加熱コイルで一つの鍋を加熱するものであって、内側の加熱コイル、外側の加熱コイル、または内側と外側の両方の加熱コイルと、電流を流す加熱コイルを切り替えて鍋を加熱する誘導加熱調理器が開発された（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、内側と外側の両方の加熱コイルに同時に導通した場合は、前記加熱コイル線の内径と外径の間に隙間を設けた加熱コイルと同じ状態であり、加熱分布は変わらないため、同じく鍋を均一に加熱することはできない。

そこで、この種の他の誘導加熱調理器として、異なる円心を有する複数の加熱コイルで一つの鍋を加熱するものが開発された（例えば、特許文献３参照）。

特許文献３に記載された従来の誘導加熱調理器によれば、互いに隣接する加熱コイルで発生する交番磁界の位相を半周期（＝π）ずらすことにより、隣接する加熱コイル間にも十分に磁束が供給され、鍋を均一に加熱することができる。

特開２００７−１０３１１０号公報 特開平８−７８１４８号公報 実表昭６０−８５０９６号公報

しかしながら、特許文献３に記載された従来の構成では、互いに隣接する加熱コイルで発生する交番磁界を二つの加熱コイル間で協調させているため、二つの加熱コイル間の距離が短いと磁界の協調効果が増大し、二つの加熱コイル間の磁界が加熱コイル上の磁界よりも大きくなり、均一に加熱することができなくなる。従って、磁界の協調効果を利用して鍋を均一に加熱するには、二つの加熱コイル間に一定の距離を有する必要があった。そのため、加熱可能な領域のサイズと加熱コイルの数を固定とした場合、隣接する加熱コイルを接触させたもの、またはそれに近いコイル間距離のものと比較すると、均一に加熱するためには二つの加熱コイル間の距離の確保が必要となるため、加熱コイルのサイズを小さくせざるを得ない。加熱コイルのサイズを小さくするためには、加熱コイルの巻き数を
減らすことや、線径または素線数を減らすことなどが考えられる。しかし、前者の手段では、加熱コイルから見た鍋の抵抗分が小さくなることにより、同じ電力を入れるには電流を多く必要として加熱効率が悪くなる。また、後者の手段では、加熱コイル自体の損失による加熱コイルからの発熱の問題により、加熱コイルに流すことができる電流が減るため、高い電力を出力することができないという課題を有していた。

また、加熱コイル間に一定の距離を有する必要がある上記発明では、四つの加熱コイルを四角形状に配置したとき、四つの加熱コイルを一塊として捉えたときの中心点では磁界が協調され難いため、また中心点と加熱コイルとの距離が遠くなるため、四つの加熱コイルを近接させたものと比較すると中心点の加熱がされ難く、均一に加熱するための加熱コイルの距離調整が非常に難しいという課題も有していた。

さらに、上記発明のように近接する部分で同じ向きに電流を流すようにタイミングを制御する協調動作のときは、加熱コイルを近づけて磁界を協調させればさせるほど、発生する磁界が増して加熱コイルと鍋の磁気結合が強くなり、加熱コイル側からみた鍋込みの抵抗成分が大きくなるため、同じ電力を出力するのに加熱コイルに流す電流が少なくなり、加熱コイルの導通損失などが減るために加熱効率が高くなるが、上記発明では均一加熱を実現するために一定の距離を有さなければならないため、分割した加熱コイルが持つ最大能力まで加熱効率を引き上げられていないという課題も有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、特許文献３に記載された従来の構成よりもデッドスペースを減らすことにより設置面を有効的に利用しながらも鍋を均一に加熱することができ、調理性能を向上させることができるとともに、特許文献３に記載された従来の構成よりも加熱効率を上昇させる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。

前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱調理器は、鍋を載置するためのトッププレートと、前記トッププレートの下方に略同一平面であって、１つのバーナ領域の中心から略同一距離に配置された、異なる円心を有する４つの加熱コイルと、前記トッププレートの下方に略同一平面であって、導電体の１つのループで前記４つの加熱コイルの周りを囲う防磁リングと、前記４つの加熱コイルに電力を供給するインバータと、前記インバータの出力を制御する制御部と、前記制御部に加熱の開始／停止や火力設定などを指示する操作部と、を有し、前記インバータから前記４つの加熱コイル全てに同時に電力を出力して鍋を加熱するとき、前記４つの加熱コイルに流れる電流の周波数は同一とし、且つ同期を取るとともに、近接する２つの加熱コイルに流れる電流の位相差がπ／２〜０の間であるモードと、電流の位相差がπ〜π／２の間であるモードとを有することを特徴とすることとしたものである。

これによって、近接する二つの加熱コイルに流れる電流は同一周波数とし、且つ同期を取るとともに、電流の位相差がπ／２〜０の間とすることにより、二つの加熱コイル間の磁界は打ち消し合い、二つの加熱コイル間で磁界を強く発生して加熱し過ぎることはなくなるため、二つの加熱コイル間距離を短くして設置面積を減らしながらも鍋を均一に加熱することができる。

本発明の誘導加熱調理器は、近接する二つの加熱コイルに流れる電流は同一周波数とし、且つ同期を取るとともに、電流の位相差がπ／２〜０の間とすることにより、二つの加熱コイル間の磁界は打ち消し合い、二つの加熱コイル間で磁界を強く発生して加熱し過ぎることはなくなるため、二つの加熱コイル間距離を短くして設置面積を減らしながらも鍋
を均一に加熱することができる。

本発明の実施の形態１の加熱コイルの位置関係を示す加熱コイル上面図 本発明の実施の形態１の誘導加熱調理器の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１の位相差θが０のときの電流波形を示す図 本発明の実施の形態１の位相差θがπのときの電流波形を示す図 本発明の実施の形態１の位相差θがπ／２のときの電流波形を示す図 本発明の実施の形態１の複数の加熱コイルと防磁リングの配置関係を示す図 本発明の実施の形態２の加熱コイル及びインバータの接続構成を示す図 本発明の実施の形態３のインバータの回路構成を示す図 本発明の実施の形態４のスイッチング素子のゲート信号と電流波形を示す図 本発明の実施の形態４の位相差を変化させたときのゲート信号の関係を示す図 本発明の実施の形態８の動作周波数と加熱電力の関係を示す図 本発明の実施の形態９の位相差θをπとし、且つＤｕｔｙを変化させたときの加熱コイルに流れる電流波形を示す図

第１の発明は、鍋を載置するためのトッププレートと、前記トッププレートの下方に略同一平面であって、１つのバーナ領域の中心から略同一距離に配置された、異なる円心を有する４つの加熱コイルと、前記トッププレートの下方に略同一平面であって、導電体の１つのループで前記４つの加熱コイルの周りを囲う防磁リングと、前記４つの加熱コイルに電力を供給するインバータと、前記インバータの出力を制御する制御部と、前記制御部に加熱の開始／停止や火力設定などを指示する操作部と、を有し、前記インバータから前記４つの加熱コイル全てに同時に電力を出力して鍋を加熱するとき、前記４つの加熱コイルに流れる電流の周波数は同一とし、且つ同期を取るとともに、近接する２つの加熱コイルに流れる電流の位相差がπ／２〜０の間であるモードと、電流の位相差がπ〜π／２の間であるモードとを有することを特徴とする。

電流の位相差がπ／２〜０の間であるモードを有することにより、二つの加熱コイル間の磁界は打ち消し合い、二つの加熱コイル間で磁界を強く発生して加熱し過ぎることはなくなるため、二つの加熱コイル間距離を短くして設置面積を減らしながらも鍋を均一に加熱することができる。磁界の干渉は、二つの加熱コイルの距離が近いほど、また加熱コイルと鍋の距離が遠いほど起こりやすいため、二つの加熱コイルの距離と、加熱コイルと鍋の距離の関係を明確にすることにより、より均一に鍋を加熱することができる。

また、鍋を均一に加熱することを必要とせず、高出力高加熱が要求される時は、電流の位相差がπ〜π／２の間であるモードを有することにより、発生する磁界が増して加熱コイルと鍋の磁気結合が強くなり、加熱コイル側からみた鍋込みの抵抗成分が大きくなるため、同じ電力を出力するのに加熱コイルに流す電流が少なくなり、加熱コイルの導通損失などが減るために加熱効率を高くすることができる。

さらに、電流の位相差をπ〜π／２の間で動作させる磁界の協調動作では、同時に動作している４つの加熱コイルの外側、特に二つの加熱コイルの中心を結ぶ線と加熱コイル外径との交わる点を接点とする加熱コイルの接線方向近傍では磁界が打ち消し合い、磁界が加熱コイルの遠方に漏洩し難くなるため、調理器利用者への輻射レベルを低減したり制御回路の誤動作を起こし難くしたりするなど、安全性の高い誘導加熱調理器を提供することができる。特に、同時に動作して一つの鍋を加熱する加熱コイルの総数のサイズより加熱する鍋のサイズの方が小さい場合はその効果が著しく表れるため、小鍋時の加熱を協調動
作により行うことは有効である。

また、磁界を協調させる動作をしたときの漏洩磁界は、互いの加熱コイルから発生する磁界がバーナより外では打ち消し合うため漏洩しにくい。しかし、磁界を打ち消し合う動作をしたときは、逆に漏洩しやすい。従って、磁界が加熱コイル外部へ漏洩するのを低減させるために防磁対策が必要となる。そこで、導電体の１つのループで４つの加熱コイルの周りを囲う防磁リングを有することにより、防磁リングに発生する起電力は４つの加熱コイルが合算されたものとなるが、電流の位相差がπ／２〜０の間である打ち消し動作のときは、防磁リングに発生する起電力の向きが４つの加熱コイルで同一であるため防磁リングに電流が流れ、逆に電流の位相差がπ〜π／２の間である協調動作のときは、防磁リングに発生する起電力の向きが対角の加熱コイルでは同一であるが隣り合う加熱コイルでは逆になるため、防磁リングに発生する起電力は打ち消され、防磁リングに電流が流れない。つまり、漏洩磁界が大きく防磁対策が必要となる打ち消し動作のときのみ防磁リングが効果を発揮して漏洩磁界を低減することができる。

さらに、協調動作では防磁リングに電流が流れないため、防磁リングでの導通損失がなくなり、加熱効率を上昇させることができる。

また、従来の誘導加熱調理器のように、加熱コイルと同じ円心を有するように、加熱コイルと同じ数の防磁リングを配置した場合、磁界の打ち消し合いや協調など、異なる加熱コイルが発生する磁界の干渉が起こらなくなって本発明は活用できないため、防磁リングを複数の加熱コイルの外周に一つ配置する構成の方が本発明においては有効である。

複数の異なる円心を有する加熱コイルを用いることにより本発明のような磁界の干渉による効果は得られるが、調理に使用する鍋の直径は通常１６ｃｍから大きくても３０ｃｍ程度であるので、加熱コイルの分割を６つ以上にすると加熱コイルの直径が小さくなり過ぎてしまい、加熱するために必要なインピーダンス（抵抗成分）を得られなくなる。また、加熱コイルが２つだと均一加熱（打ち消し動作）したときの熱の分散が十分でなく、従来の加熱コイルに比べると加熱ムラを少し低減できるものの、十分な効果は得られない。さらに、加熱コイルが奇数であると近接する全ての加熱コイル間で磁界の協調効果が得られない。従って、加熱コイルを４つにすることにより、加熱コイルの直径は８ｃｍ〜１０ｃｍ程度とインピーダンスを確保できるサイズでありながらも、加熱ムラを効果的に低減でき、本発明の効果を最大限に活かせる形とすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のインバータを、２つのインバータから成り立たせ、前記４つの加熱コイルのうち、対角に配置された２つの加熱コイルを電気的に直列に接続し、前記直列に接続された２つの加熱コイルを１つのインバータに接続する。

対角にある２つの加熱コイルに流す電流は、近接する２つの加熱コイルの電流の位相差がπ／２〜０の間である打ち消し動作、電流の位相差がπ〜π／２の間である協調動作のいずれであっても電流の位相差は同一となる。従って、位相差を発生させる必要のない２つの加熱コイルを直列に接続して１つのインバータで動作させることにより、インバータの数を減らした安価な構成で本発明を実現することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の誘導加熱調理器の位相差の変更を、前記２つのインバータ間において、前記インバータを構成するスイッチング素子が導通状態や非導通状態に遷移するタイミングをずらすことにより行う。

このことにより、スイッチング素子のオンやオフに遷移するタイミングを２つのインバータ間でずらして加熱コイルに流れる電流の位相差を制御することにより、加熱コイルに
流れる電流の位相差がπ〜０の任意の状態を容易に作り出すことができる。

また、上記制御方法であれば、一つのインバータを構成するスイッチング素子の数が最低数である一つであっても異なる二つのインバータ間で位相差を作り出すことができるため、安価なインバータ構成であっても均一に加熱することができる誘導加熱調理器を実現することが可能になる。

また、位相差の変更をπと０の２パターンのみとするのであれば、例えばリレーなどを用いて電気的接続を変化させて行うことも可能である。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の誘導加熱調理器の近接する二つの加熱コイルに流れる電流の位相差がπ／２〜０の間のときの加熱コイルに流れる電流の周波数は、電流の位相差がπ〜π／２の間のときの加熱コイルに流れる電流の周波数よりも高いことを特徴とする。

磁界が打ち消し合う動作と協調する動作ではインダクタンスが変化するため、共振コンデンサの容量が同一のときは共振周波数も変化する。磁界の打ち消し合いの動作の方が協調の動作よりもインダクタンスが小さくなるため、共振周波数は高くなる。また、打ち消し合いの動作のほうが抵抗分は小さくなる。よって、打ち消し合いの動作である電流の位相差がπ／２〜０の間のときの動作周波数と協調の動作である電流の位相差がπ〜π／２の間のときの動作周波数を同一とすると、同じ鍋を加熱する場合であっても、動作周波数の設定と鍋を含んだ加熱コイルのインピーダンスによっては、協調の動作時に定格の電力が出力できない、または、打ち消し合いの動作時に動作周波数のほうが共振周波数よりも小さくなって、ゼロ電圧スイッチングができなくなることでスイッチング素子の損失増大や破壊を招くことも考えられる。従って、スイッチング素子の動作周波数は、協調の動作よりも打ち消し合いの動作の方を高くすることが有効となる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の誘導加熱調理器の電力の調節は、前記インバータを構成するスイッチング素子の導通時間、Ｄｕｔｙ、または動作周波数の少なくとも一つを変化して行う。

第２の発明に限らず、複数のインバータを用いた構成であれば、電力の調節は、インバータ間で位相差を一定にしておけば、Ｄｕｔｙや動作周波数など、さまざまな電力制御手法を適用することができる。特に、周波数を変化させないＤｕｔｙ制御などの電力調整法は、二つのバーナを同時に動作させても動作周波数を一致させていればうなり干渉音が発生しないといったメリットがあるため、本発明では有効である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態の誘導加熱調理器の構成を示すブロック図である。トッププレート１１はガラスやセラミックなどの電気絶縁物からなる。トッププレート１１の下方には図１に示す第１の加熱コイル１２、第２の加熱コイル１３、第３の加熱コイル１４、第４の加熱コイル１５の４つの加熱コイルがバーナ領域１８の中心から略同一距離に配置される。加熱コイルの間隔は、近接する２つの加熱コイルが発生する磁界が干渉する距離である必要があり、大よそ２ｃｍ以内であることが望ましい。

第１の加熱コイル１２に流れる電流をＩａ、第２の加熱コイルに流れる電流をＩｂ、第３の加熱コイルに流れる電流をＩｃ、第４の加熱コイルに流れる電流をＩｄとし、４つの
加熱コイルに流れる電流は図１において左向きに流れる電流を正の値と定義する。

４つの加熱コイルに電力を供給するインバータ１９と、インバータ１９の出力を制御する制御部２０と、加熱の開始／停止や火力設定などを指示する操作部１７の接続関係は図２に示す通りである。操作部１７はトッププレート１１の上端に配置され、使用者に使いやすい形態となっている。

トッププレート１１の上面には鍋２１が載置されている。４つの加熱コイルからトッププレート１１を介した直上は少なくとも加熱可能領域１８となる。

図３は、電流Ｉａ、Ｉｄと電流Ｉｂ、Ｉｃの位相差θが０のときの電流波形を示す図である。位相差θが０の場合、４つの加熱コイルの近接部付近では、加熱コイルに流れる電流が常に反対方向となり、互いの加熱コイルが発生する磁界を打ち消し合う。すると、隣接する加熱コイル間での磁界は減少し、鍋は加熱されにくくなる。しかし、加熱コイル間距離は２ｃｍ程度と近いため、加熱コイル線上の磁界が強く発生して鍋が高温となる部分が近づくことによる保温性の向上や、加熱コイル間への伝熱量が増大することなどが寄与して、結果として鍋を均一に加熱することができる。また、磁界の強さは加熱コイルに流れる電流からの距離の二乗に反比例するため、２つの加熱コイルの二等分線上以外の点では、近い加熱コイルから発生する磁界が支配的になり、磁界が減衰しきってしまうことはなく、適度に加熱することにより加熱バランスをよくして鍋を均一に加熱することができる。
図４は位相差θがπのときの電流波形を示す図である。加熱コイルに流れる電流は図４に示す位相関係のとき、２つの加熱コイルから発生する磁界は最も強く協調する。磁界を協調させると、加熱コイル間の中心点上方の鍋の温度は上昇して温度分布は悪くなるが、磁界の打ち消し合いが少なくなるため、高効率で加熱することができる。

また、磁界を協調させることにより、加熱コイルと鍋との磁気結合が良くなるため、加熱コイルからみた鍋込みの抵抗分が増大し、同じ加熱電力で比較すると、打ち消し合いの動作の場合に比べて加熱コイルに流れる電流が少なくなるため、回路部品の負担が減り高出力をしやすい。

さらに、同じ加熱電力の場合は、高効率で加熱するほうが加熱コイルやインバータ１４の冷却が少なくて済むため、冷却ファンの回転数ダウンによる騒音の低下など、効率以外のメリットも出すことができる。

このような点から、位相差θをπ〜π／２とすることにより、鍋を均一に加熱することはできなくなるが、高出力化や高効率化には適しているため、調理メニューによって使い分けることが望ましい。例えば、玉子焼きやホットケーキなど、高出力があまり必要ではなく、均一に加熱するほうがメリットの高い調理物においては、位相差θをπ／２〜０の間として動作して均一に加熱させることを優先させる。また、湯沸しなど高出力や高効率が要求される場合には位相差θをπ〜π／２の間として動作することにより、調理性能のよい誘導加熱調理器を提供することができる。

図５は、電流Ｉａ、Ｉｄと電流Ｉｂ、Ｉｃの位相差θがπ／２のときの電流波形を示す図である。位相差θがπ／２の場合、４つの加熱コイルの近接部付近では、加熱コイルに流れる電流が反対方向と同一方向に半々ずつになり、互いの加熱コイルが発生する磁界の打ち消し合いと協調が半々ずつ起こる形となる。その状態では、隣接する加熱コイル間での磁界の干渉は発熱量的には無視でき、鍋の発熱量は各々単独の加熱コイルのみで動作した場合の足し合わせとなる。

図６は４つの加熱コイルで一つの鍋を加熱する誘導加熱調理器の加熱コイルと防磁リングの配置関係及び磁力線の関係を示す図である。

第４の加熱コイル１５に電流Ｉｄが矢印の方向に流れたとき、発生する磁力線２２は右ネジの法則により、破線で示すように、コイル内側→コイル上面→コイル外側→コイル下面→コイル内側の閉ループ状態になる。

従来のような、一つの加熱コイルで一つの鍋を加熱する場合、加熱に寄与されない外部への漏洩磁界を低減するための防磁リングは、加熱コイルと中心を略同一とし、且つ加熱コイルの外周をループさせるように配置される。すると、防磁リングの外部をループしようとする磁界の量に応じて防磁リングには逆起電力が発生し、磁界を打ち消す方向に電流が流れるため、漏洩磁界を低減できるというものである。しかし、本発明のように複数の加熱コイルで一つの鍋を加熱する場合、加熱コイル一つ一つの外周に防磁リングを配置すると、防磁リングの外方向には磁界が殆ど発生しなくなり、隣接する２つの加熱コイル間の磁界の干渉もなくなってしまい、本発明の効果が得られなくなる。

そこで、複数の加熱コイルで一つの鍋を加熱する場合、防磁リング１６は、同時に動作して一つの鍋を加熱する可能性がある全ての加熱コイルを囲うように配置する。図６に示す加熱コイル電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ及びＩｄが矢印の方向に流れている場合、近接する２つの加熱コイルに流れる電流の向きはどこも逆向きとなるため、均一に加熱している状態となる。このとき、４つの加熱コイルが発生している磁力線は破線で示す向きとなる。防磁リング１６に最も近い個々の加熱コイル部が発生する磁界が防磁リング１６の外側をループしようとする磁界の向きは、４つの加熱コイル全てが上方から下方の向きとなっているため、起電力の発生する向きが同一となり、４つの加熱コイルから外部に漏れようとする合成磁界を打ち消すような向きに電流Ｉｅが流れる。その結果、防磁リング１６の外周に漏洩する磁界を低減することができる。

さらに、本構成により、近接する２つの加熱コイルの干渉は防磁リング１６によって抑制されることがないため、打ち消し合いの動作による均一加熱や協調の動作による高効率高出力加熱の効果は維持することができる。

（実施の形態２）
インバータ１９は加熱コイルの数である４つではなく、２つのインバータ２３、インバータ２４で構成してもよい。図７は、本発明の実施の形態２のインバータと加熱コイルの接続方法の一例を示す図である。

４つの加熱コイルを対角に位置する２つの加熱コイル群に分け、同一群の加熱コイルを直列に接続したものである。

図７に示すように、加熱コイルを内側から外側に巻くとき、同一方向に巻いた（図７では左巻き）加熱コイル４つを配置した場合、同一群内の加熱コイル同士の結線は片方の加熱コイルを内側としたときは、もう一方の加熱コイルは外側とする。すると、図７中の第１のインバータ２３と第２のインバータ２４の位相差θが０の時は、第１のインバータ２３に接続している加熱コイルと、第２のインバータ２４に接続している加熱コイルから発生する磁界は近接するコイル間で常に打ち消し合う状態となる。逆に、第１のインバータ２３と第２のインバータ２４の位相差θがπの時は、第１のインバータ２３に接続している加熱コイルと、第２のインバータ２４に接続している加熱コイルから発生する磁界は近接するコイル間で常に協調する状態となる。つまり、加熱コイルとインバータが同一の数でなくとも打ち消し合いや協調の動作を全加熱コイルで実現することができるため、本発明を適用することにより、インバータの数を減らして安価に、均一に加熱することや高効
率で加熱をすることができる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の第３の実施の形態の近接する２系統の加熱コイル（図８では第２の加熱コイル１３と第４の加熱コイル１５のみ図示）に高周波電流を流すためのインバータ１９の回路図を示すものである。交流電源３２をダイオードブリッジ３１で全波整流した電源を、フィルタ回路３０を介して負荷回路２５に供給する。第１のインバータ２３及び第２のインバータ２４は、定周波数電力変換（ＶＰＣＦ）回路の典型的な回路であるＳＥＰＰ回路である。第１のスイッチング素子２６と第２のスイッチング素子２７のペア、及び第３のスイッチング素子２８と第４のスイッチング素子２９のペアが排他的にオンオフ動作をすることにより、第１〜第４の加熱コイル１２〜１５には高周波電流が流れる。図８における第１〜第４のスイッチング素子はＩＧＢＴにより構成されており、ゲート信号ｇ１〜ｇ４をＩＧＢＴのゲートに入力することによりオンオフ動作を行う。

図９は、スイッチング素子のゲート信号と電流波形を示す図である。図９に示すようなゲート信号ｇ１及びｇ２を第１のスイッチング素子２６と第２のスイッチング素子２７に入力することにより、図９の下方に示すような高周波電流が第１の加熱コイル１２及び第４の加熱コイル１５に流れ、この高周波電流により発生する高周波磁界を鍋２１に与えることによって鍋２１に渦電流を発生させ、その渦電流と鍋２１の持つ固有抵抗でもって鍋２１を加熱する。

図８では、加熱コイル群とインバータが１対１の関係で二つずつ存在する。第３のスイッチング素子２８及び第４のスイッチング素子２９、第２の加熱コイル１３及び第３の加熱コイル１４などから成る二つ目のインバータは、一つ目のインバータとダイオードブリッジ３１およびフィルタ部３０を共有し、一つ目のインバータと並列に接続されている。

２つのインバータは制御部２０からのゲート信号ｇ１〜ｇ４により第１〜第４のスイッチング素子を駆動する。その際、ゲート信号ｇ１のタイミングとゲート信号ｇ３のタイミングを同一のタイミング、つまり位相差θを０にすると、第１の加熱コイル１２及び第４の加熱コイル１５に流れる電流Ｉａ、Ｉｄが正の時に第２の加熱コイル１３及び第３の加熱コイル１４に流れる電流Ｉｂ、Ｉｃも正となり、電流Ｉａ、Ｉｄが負の時には電流Ｉｂ、Ｉｃも負となることから、４つの近接する加熱コイルの間での磁界は打ち消し合いの状態にすることができる。

逆に、図１０に位相差を変化させたときのゲート信号の関係を示す図を示す。図１０で示すように、ゲート信号ｇ１に対してゲート信号ｇ３のタイミングをπずらした位相差θ１で動作すると、第１の加熱コイル１２及び第４の加熱コイル１５に流れる電流Ｉａ、Ｉｄが正の時に第２の加熱コイル１３及び第３の加熱コイル１４に流れる電流Ｉｂ、Ｉｃは負となり、電流Ｉａ、Ｉｄが負の時には電流Ｉｂ、Ｉｃは正となることから、４つの近接する加熱コイルの間での磁界は協調の状態にすることができる。

更に、ゲート信号ｇ１とゲート信号ｇ３のタイミングをπ／２ずらした位相差θ２で動作すると、磁界の打ち消し合いの状態と協調の状態を半々ずつにすることになるため、４つの独立した加熱コイルが干渉なく動作しているのと同じ熱量を発生し、加熱分布は４つの加熱コイルが発生する熱量の和となるような状態にすることができる。

位相差の変更は、２つのインバータ間において、インバータを構成するスイッチング素子が導通状態や非導通状態に遷移するタイミングをずらすことで行うことにより、リレーなどメカ動作を有して壊れやすい部品を使用することなく位相差を変化させることができるため、製品の信頼性を向上させるとともに、使用部品点数の削減により安価な製品にす
ることができる。また、導通タイミングをずらすことによる位相差制御では、位相差をπ〜０の間で連続的に変化させることができるため、干渉の状態をきめ細かく制御することができるため、鍋の材質やサイズの変化に対応させることや温度センサを導入することにより、より均一に加熱することができる。

（実施の形態４）
図１１は、第４の実施の形態における同一鍋において、位相差θを０とπで動作させたときの動作周波数と加熱電力の関係を示す図である。ここで、図８のＳＥＰＰ回路において、第１のスイッチング素子２６と第２のスイッチング素子２７、第３のスイッチング素子２８と第４のスイッチング素子２９の導通比（Ｄｕｔｙ）は、それぞれ一定としている。このとき、共振周波数と動作周波数が一致したとき、電力が最も入る状態となる。

位相差θを０で動作させたものに比べ、位相差θをπで動作させると、磁界が協調するために鍋に与えられる磁束も増大し結合がよくなる。その結果、加熱コイルの端子から見た鍋込みの等価抵抗分が大きくなるとともに、インダクタンスも増大する。共振コンデンサが一定の場合、インダクタンスが大きくなると共振周波数は低くなるため、図１１に示すように、加熱電力のピーク点の動作周波数は低くなる。スイッチング損失の低減のため、ゼロ電圧ソフトスイッチング動作を行うために、共振周波数よりも動作周波数のほうを高くして動作させることが必須であるということを勘案すると、協調動作では打ち消し合いの動作よりもインバータの動作周波数を低くしなければ定格電力を出力できなくなる可能性が生じるため、磁界の協調の動作では打ち消し合いの動作よりも動作周波数を低くする。

逆に、インバータの動作周波数を協調で動作させて定格電力を出力できる周波数で一定にすると、打ち消し合いの動作のときは、共振周波数よりも動作周波数のほうが低くなる可能性があり、その場合はスイッチング損失が増大してしまうため、打ち消し合いの動作の時の動作周波数は協調の動作周波数よりも高くする必要がある。この条件を満たすにより、図８に示す電圧源供給型ＳＥＰＰインバータの特性上、電力制御を共振周波数以上の領域で行うことができスイッチング損失を低減することができるので、冷却構成の簡素化による安価な誘導加熱調理器や、加熱効率の良い誘導加熱調理器を提供することができる。

（実施の形態５）
図１２は、第５の実施の形態における第１のスイッチング素子２６と第２のスイッチング素子２７の導通状態と非導通状態の割合である時比率Ｄｕｔｙを０．５以外に変化させたときの、４つの加熱コイルに流れる電流波形を示す図である。ここで、第３のスイッチング素子２８と第４のスイッチング素子２９の時比率Ｄｕｔｙも０．５以外で上記第１のインバータ２３と同一比率に変化させている。

本実施の形態では、Ｄｕｔｙを変化させることにより電力調節を行っているが、無論、スイッチング素子の動作周波数を変化させても、図１１に示すように電力調節は可能である。

Ｄｕｔｙを変化させる電力調節手段は、加熱コイル電流の基本周波数は変化しないが、ｎ時の高調波成分が含まれて波形は正弦波に比べて歪むため、スイッチング素子の導通状態と非導通状態のタイミングを変化させて位相差の変化を行う場合、図８に示す接続では、協調動作させたときの瞬時毎の電流Ｉａ、Ｉｄと電流Ｉｂ、Ｉｃの値は異なる。しかし、電流の瞬時値は一致しないものの、電流の向きが正と負に切り替わるタイミングは殆ど変わらないため、本発明における磁界の協調の効果は十分に発揮される。加熱コイルの接続方法によっては、磁界の打ち消し合いの場合に電流の瞬時値が異なる場合も発生するが
、その場合でも同様に磁界の打ち消し合いの効果は十分に発揮される。

また、動作周波数を変化させない本実施の形態のような電力調節では、隣り合うバーナと動作周波数を同一とすることにより、うなり干渉音が発生せず、使用者にとって異音による不快感を与えることのない誘導加熱調理器を提供することができる。

上記全ての実施の形態は、近接した加熱コイルの関係を明らかにするため、加熱コイルを４つ用いて動作や原理を説明しているが、加熱コイルの数は４つ以外でも上記効果は実現できる発明であり、本発明は有用である。

上記全ての実施の形態は、４つの加熱コイルを２つのインバータで動作させたときの説明をしているが、４つの加熱コイルを４つのインバータで動作させるときは、対角にある加熱コイルの位相差が必ずしも一致しなくても、本発明は有効である。

本発明は、誘導加熱調理器において、被加熱物である鍋を均一に加熱することができるため、均一加熱を必要とする誘導加熱調理器に有用である。また、協調動作させることにより、高効率で加熱することもできるため、加熱用途に応じて動作を変化させる高機能の誘導加熱調理器に有用である。

更に、本発明における実施の形態では、誘導加熱調理器で技術説明を行ったが、誘導加熱装置において均一に加熱することが必要となる全ての装置において本技術は適用可能であるため、本発明は大いに有用である。

１１ トッププレート
１２ 第１の加熱コイル
１３ 第２の加熱コイル
１４ 第３の加熱コイル
１５ 第４の加熱コイル
１６ 防磁リング
１７ 操作部
１８ バーナ領域
１９ インバータ
２０ 制御部
２１ 鍋（被加熱物）
２２ 磁力線
２３ 第１のインバータ
２４ 第２のインバータ
２５ 負荷回路
２６ 第１のスイッチング素子
２７ 第２のスイッチング素子
２８ 第３のスイッチング素子
２９ 第４のスイッチング素子
３０ フィルタ回路
３１ 整流回路
３２ 交流電源

Claims (3)

1. 被加熱物を載置するためのトッププレートと、前記トッププレートの下方に略同一平面に、１つのバーナ領域の中心から略同一距離に近接して配置され、略同一の形状およびサイズを有する４つの加熱コイルと、前記トッププレートの下方に略同一平面に配置され、導電体の１つのループで前記４つの加熱コイルの周りを囲う防磁リングと、前記４つの加熱コイルに電力を供給する２つのインバータと、前記２つのインバータの出力を制御する制御部と、を有し、前記４つの加熱コイルは、対角に配置された２つの加熱コイルが電気的に直列接続されて構成された２つの加熱コイル群からなり、前記加熱コイル群は、一方の加熱コイルの内側端子と他方の加熱コイルの外側端子とが結線されて構成され、前記２つのインバータの各々は、前記２つの加熱コイル群の各々にそれぞれ電力を供給する誘導加熱調理器。
2. 前記制御部は、電流の位相差が０以上π／２以下である電力を前記２つの加熱コイル群の各々にそれぞれ供給するように前記２つのインバータを制御する請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記制御部は、電流の位相差がπ／２以上π以下である電力を前記２つの加熱コイル群の各々にそれぞれ供給するように前記２つのインバータを制御する請求項１に記載の誘導加熱調理器。