JP5473837B2 - 誘導加熱調理器およびその制御方法 - Google Patents

Description

本願発明は、誘導加熱調理器およびその制御方法に関するものである。

いわゆるＩＨクッキングヒータなどの誘導加熱調理器は、平面状に捲回された加熱コイルに数十ｋＨｚの交流電流を通電したときに生じる交流磁場により、導電体からなる鍋などの調理器具に渦電流を形成して、調理器具自体を加熱するものである。
これまで複数の加熱コイルを用いて１つの鍋を加熱する誘導加熱調理器において、各加熱コイルに供給される電力量を任意に制御するものが提案されている。たとえば特許文献１に記載の誘導加熱調理器は、中央に配置された加熱コイルと、その周囲近傍に配置された小型の加熱コイル群とを有し、中央の加熱コイルおよび小型の加熱コイル群を個別に電力供給することにより、中央の加熱コイルの外径サイズよりも大きな底面サイズを有する大型の鍋を均一に、かつ調理性能を損なうことなく加熱するものである。

特開２０１０−７３３８４号公報

しかしながら特許文献１の誘導加熱調理器によれば、トッププレートの下方において各加熱コイルに隣接して配置された光検出器が外乱光を検出しないとき、鍋が対応する加熱コイルの上方に載置されていると判断するものであるが、鍋の形状や大きさ、材質によっては、光検出器が外乱光を検出しないときでも、鍋が対応する加熱コイルの上方に十分に載置されていない場合には、加熱コイルの漏れ磁束が増大し、不要な電力を消費することがある。逆に、鍋が対応する加熱コイルの上方に載置されているにも拘わらず、外乱光（直射日光）の強度が強い場合には、鍋が載置されていないと判断され、鍋が加熱されない場合が生じ得る。したがって、特許文献１の誘導加熱調理器によれば、各加熱コイルに供給される電力量を任意に制御するように構成されていても、鍋の形状や大きさ、材質、外乱光の強度等により、各加熱コイルに供給される電力量を必ずしも適正に制御することはできない。

そこで本願発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、中央に配置された中央加熱コイルと、前記中央加熱コイルの周りに配置された少なくとも１つ以上の周辺加熱コイルと、前記中央加熱コイルに高周波電流を供給する中央加熱コイル駆動回路（以下、「中央駆動回路」という。）と、前記周辺加熱コイルに高周波電流を供給する少なくとも１つ以上の周辺加熱コイル駆動回路（以下、「周辺駆動回路」という。）と、前記中央加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷特性を検知する中央加熱コイル負荷検知部（以下、「中央負荷検知部」という。）と、前記周辺加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷特性を検知する周辺加熱コイル負荷検知部（以下、「周辺負荷検知部」という。）と、前記中央負荷検知部および前記周辺負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性に基づいて、前記中央駆動回路および前記周辺駆動回路を独立して制御する制御回路とを備え、前記中央加熱コイル駆動回路および前記周辺加熱コイル駆動回路はそれぞれ、前記各加熱コイルの両端に印加される駆動電圧を検出する駆動電圧検出手段と、前記各加熱コイルに流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、検出された駆動電圧および駆動電流から、駆動周波数と同一の周波数を有する１次成分を含む１次駆動電圧および１次駆動電流を抽出する１次成分抽出手段とを有し、前記制御回路は、前記１次駆動電圧および前記１次駆動電流から、対応する前記各加熱コイルの上方に載置された被加熱体の共振周波数、インダクタンス、または負荷抵抗を含む負荷特性を算出するとともに、算出された負荷特性に基づいて、前記各加熱コイルに電源供給すべきか否かを判断する誘導加熱調理器を提供するものである。

本願発明の誘導加熱調理器によれば、複数の加熱コイルのそれぞれに設けた負荷検知部を用いて、各加熱コイルの上方に載置された鍋の加熱コイルに対する負荷特性（負荷抵抗、共振周波数、またはインダクタンス等）および材質を検出するとともに、鍋の有無（載置状態）を判断して、鍋の負荷特性に基づいて各駆動回路を制御して、適正な駆動条件で各加熱コイルへ供給される高周波電流を制御することにより、鍋を効率よく加熱し、ユーザにとって利便性の高い誘導加熱調理器を実現することができる。

本願発明に係る誘導加熱調理器の全体を概略的に示す斜視図である。 図１の誘導加熱調理器の平面図である。 本願発明に係るＩＨ加熱部を上から見た平面図である。 図２および図３のIV−IV線から見たＩＨ加熱部の垂直断面図である。 別の実施の形態によるＩＨ加熱部の図３と同様の平面図である。 さらに別の実施の形態によるＩＨ加熱部の図３と同様の平面図である。 本願発明に係る各駆動回路、負荷検知回路、および制御回路の詳細な回路構成を示す回路ブロック図である。 駆動電圧検出手段および駆動電流検出手段により検出された駆動電圧および駆動電流の波形図である。 各種材質からなる擬似鍋をさまざまな位置に載置したときの共振周波数と負荷抵抗の関係を示すグラフ（検知マップ）である。 本願発明に係る誘導加熱調理器の制御方法を示すフローチャートである。 ＩＨ加熱部上に中型の鍋をほぼ中央に載置したときの平面図である。 ＩＨ加熱部上に小型の鍋をずれた位置に載置したときの平面図である 隣接するＩＨ加熱部の間に大型の鍋を載置したときの平面図である。 ＩＨ加熱部上に中型の鍋と矩形形状のフライパンを同時に載置したときの平面図である。 対向する周辺加熱コイルを直列に接続したときの回路ブロック図である。 対向する周辺加熱コイルを並列に接続したときの回路ブロック図である。

以下、添付図面を参照して本願発明に係る誘導加熱調理器の実施の形態を説明する。以下の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（たとえば「上方」、「下方」、「右」および「左」など）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本願発明を限定するものでない。

図１〜図１６を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱調理器の実施の形態について以下詳細に説明する。図１および図２は、本願発明に係る誘導加熱調理器１の全体を概略的に図示する斜視図および平面図である。図１および図２において、誘導加熱調理器１は、概略、筐体２、その上側表面のほぼ全体を覆うガラスなどで形成されたトッププレート３、左右および中央に配置されたＩＨ加熱部１０，１１，１２、および調理用グリル４を有する。

なお以下の説明において、主に図１および図２において図中左側に示すＩＨ加熱部１０を詳細に説明するが、右側および中央に配置されたＩＨ加熱部１１，１２も同様に本願発明を採用するものであってもよいし、またＩＨ方式ではなくラジエント方式の加熱部であってもよい。
また、調理用グリル４が筐体２のほぼ中央に配置された、いわゆるセンタグリル構造を有する誘導加熱調理器１について例示的に説明するが、本願発明は、これに限定されるものではなく、調理用グリル４がいずれか一方の側面に偏ったもの（サイドグリル構造）、または調理用グリル４を具備しない誘導加熱調理器にも同様に適用することができる。

誘導加熱調理器１は、ユーザがＩＨ加熱部１０，１１，１２や調理用グリル４を操作するために用いられる操作パネル５および火力調整ダイヤル６ａ，６ｂ、ならびにこれらの制御状態を表示するための液晶表示部７を備える。択一的には、誘導加熱調理器１は、ユーザがＩＨ加熱部１０等を操作し、これらの制御状態を表示するためのタッチパネル（図示せず）のような入力デバイスを有するものであってもよい。
また誘導加熱調理器１は、トッププレート３上の後面側に設けられた排気窓８および一対の吸気窓９ａ，９ｂを有する。

図３は、トッププレート３の一部を省略してＩＨ加熱部１０を上から見た平面図であり、図４は、図２および図３のIV−IV線から見たＩＨ加熱部１０の垂直断面図である。本願発明に係るＩＨ加熱部１０は、中央に配置された少なくとも１つの加熱コイル（以下、単に「中央加熱コイル」という。）２０と、中央加熱コイル２０の周囲に配置された複数（好適には４つ以上）の加熱コイル（以下、単に「周辺加熱コイル」という。）３０ａ〜３０ｄとを有する。すなわちＩＨ加熱部１０は、少なくとも１つの中央加熱コイル２０と複数の周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄが協働して（一組として）単一の鍋Ｐを加熱するものである。
なお、図３に示す中央加熱コイル２０は、半径方向に分割された２つの誘導加熱コイル（「内側中央加熱コイルおよび外側中央加熱コイル」という。）２０ａ，２０ｂからなるものとしたが、内側中央加熱コイル２０ａおよび外側中央加熱コイル２０ｂは、直列に接続されるものであってもよいし、一連の単一の加熱コイルであってもよい（図示せず）。

内側中央加熱コイル２０ａおよび外側中央加熱コイル２０ｂは、円形の平面形状を有し、絶縁被膜された任意の金属からなる導電線が円周方向に捲回されることにより構成されている。一方、各周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄは、１／４円弧状（バナナ状または胡瓜状）の平面形状を有し、同様の導電線を各周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄの１／４円弧状の形状に沿って捲回することにより形成されている。すなわち、各周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄは、外側中央加熱コイル２０ｂに隣接する１／４円弧状領域において外側中央加熱コイル２０ｂの円形の平面形状に実質的に沿って延びるように構成されている。

なお、本願発明の複数の周辺加熱コイルは４つに限定されるものではなく、図５に示すように６つであってもよく、このとき各周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｆは、１／６円弧状（長楕円状）の平面形状を有し、外側中央加熱コイル２０ｂに隣接する領域においてその円形平面形状に実質的に沿って延びるように構成されている。また、図６に示すように８つの周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｈを外側中央加熱コイル２０ｂの周囲に配置してもよく、このとき各周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｈは円形の平面形状を有するように構成してもよい。さらに択一的には、詳細図示しないが、単一の周辺加熱コイル３０を、内側中央加熱コイル２０ａおよび外側中央加熱コイル２０ｂと同心円状に最も外側に配置してもよい（トリプルコイル構造）。

再び図４を参照すると、本願発明に係る誘導加熱調理器１は、概略、中央加熱コイル２０および４つの周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄ（３０ａ，３０ｃのみ図示）のそれぞれに独立して高周波電流を供給する中央駆動回路４０および周辺駆動回路５０ａ〜５０ｄと（５０ａ，５０ｃのみ図示）、これらの駆動回路４０，５０ａ〜５０ｄにそれぞれ接続された中央負荷検知回路６０および周辺負荷検知回路７０ａ〜７０ｄと（７０ａ，７０ｃのみ図示）、駆動回路４０，５０ａ〜５０ｄおよび負荷検知回路６０，７０ａ〜７０ｄに接続された共通の制御回路８０とを有する。

図７は、本願発明に係る各駆動回路４０，５０ａ〜５０ｄ、各負荷検知回路６０，７０ａ〜７０ｄ、および制御回路８０の詳細な回路構成を示す回路ブロック図である。駆動回路４０，５０ａ〜５０ｄおよび負荷検知回路６０，７０ａ〜７０ｄのそれぞれにおいて、基本的な回路構成は同一であるので、中央加熱コイル２０（内側中央加熱コイル２０ａおよび外側中央加熱コイル２０ｂを直列に接続したもの）に高周波電流を供給する中央駆動回路４０および中央負荷検知回路６０について以下説明する。

誘導加熱調理器１は、概略、二相または三相の商用電源ＡＣからの交流電流を直流電流に整流する整流回路９２と、中央加熱コイル２０に所定の駆動周波数を有する高周波電流を供給する中央駆動回路４０と、中央加熱コイル２０およびこれに直列に接続された共振コンデンサ４２からなる誘導加熱部４４と、誘導加熱部４４の両端に印加される駆動電圧を検出する駆動電圧検出手段４６と、誘導加熱部４４に流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段４８とを有する。

より具体的には、整流回路９２は、全波整流または半波整流するものであってもよく、直流成分を得るための平滑コンデンサ９４を有するものであってもよい。また駆動回路４０は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子（図示せず）を含むインバータ回路であり、インバータ駆動する回路であれば任意のものを用いることができ、たとえばハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路で構成することができる。また、フルブリッジインバータ回路を採用する場合、一方のアームを複数の加熱コイルに対するインバータ回路で共用する共用アームとして構成してもよい。

誘導加熱部４４は、上述のように、中央加熱コイル２０およびこれに直列に接続された共振コンデンサ４２からなり、中央加熱コイル２０は、図７ではインダクタンスＬと負荷抵抗Ｒの等価回路として図示されている。中央加熱コイル２０に高周波電流が供給されると、その周囲に交流磁場を形成し（交流磁場が導電体からなる鍋Ｐに鎖交し）、鍋Ｐに渦電流を形成して、鍋Ｐを加熱する。

一般に、誘導加熱部４４の負荷抵抗Ｒは、鍋Ｐの有無または載置状態（鍋Ｐに鎖交する交流磁場）に依存して変動する。すなわち負荷抵抗Ｒは、鍋Ｐが載置されていないときの中央加熱コイル２０自体の線抵抗Ｒ_Ｃに、鍋Ｐを載置したことによる鍋Ｐの見かけ上の負荷抵抗Ｒ_Ｌを加えたものに相当する（Ｒ＝Ｒ_Ｃ＋Ｒ_Ｌ）。

なお駆動電圧検出手段４６は、誘導加熱部４４の両端に印加される駆動電圧（出力電圧）Ｖを検出するものであれば任意の回路構成を有するものであってもよい。同様に、駆動電流検出手段４８は、誘導加熱部４４に流れる駆動電流（出力電流）Ｉを測定するものであれば任意の回路構成を有するものであってもよく、たとえばカレントトランスであってもよい。

さらに本願発明に係る誘導加熱調理器１は、駆動電圧検出手段４６および駆動電流検出手段４８に電気的に接続された負荷検知回路６０を備える。負荷検知回路６０は、以下詳述するように、たとえば鍋Ｐのインピーダンス等の負荷特性を検知するものである。換言すると、負荷検知回路６０は、鍋Ｐのインピーダンス等の負荷特性を検知するものであれば、任意の構成を有するものであってもよい。

駆動回路４０は、上述のように、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのスイッチング素子を含むインバータ回路であり、ＩＧＢＴを所定の駆動周波数（たとえば２５ｋＨｚ）を有する制御信号（ゲート信号）で駆動するとき、駆動電圧検出手段４６および駆動電流検出手段４８は、図８に示すような高周波変調された駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉを検出する。

高周波変調された駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉは、一般に、駆動周波数の整数倍の高次周波数成分を含む合成波形として表される。そして本願発明に係る負荷検知回路６０は、駆動電圧検出手段４６および駆動電流検出手段４８で検出された図８に示す駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉを、たとえば駆動周波数の整数倍のサンプリング周波数を用いて離散フーリエ変換することにより、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分（すなわち駆動周波数と同一の周波数を有する成分）だけを抽出するものである。駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分を抽出するという文脈において、負荷検知回路６０は「１次成分抽出手段」ともいう。
なお負荷検知回路６０において、複数の高次周波数成分を有する信号から１次成分のみを抽出する手法およびアルゴリズムとしては、独自に構成する以外にも、任意のものを利用することができ、一般に市販されたソフトウェアを用いて駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分だけを抽出することができる。

このとき、本願発明に係る負荷検知回路６０は、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分として次式のように複素表示することができる。

ここでＶ_１，Ｉ_１は駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分を示し、Ｖ_１Re，Ｉ_１ReはＶ_１，Ｉ_１の実部、Ｖ_１Im，Ｉ_１ImはＶ_１，Ｉ_１の虚部、そしてｊは虚数単位を示す。

また、誘導加熱部４４のインピーダンスＺ、および駆動電圧Ｖ_１および駆動電流Ｉ_１の位相（駆動電流Ｉ_１に対する駆動電圧Ｖ_１の位相またはインピーダンスＺの位相）θは次式で表される。

ここでＩｍ（Ｚ）およびＲｅ（Ｚ）はそれぞれインピーダンスＺの虚部および実部を意味する。なお、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの位相は、位相θが９０度付近ではarctanは発散し、誤差を多く含み得るので、arcsinまたはarccosを用いて位相θを算出することが好ましい場合がある。

さらに本願発明に係る誘導加熱調理器１は、駆動回路４０および負荷検知回路６０に電気的に接続された制御回路８０を備える。制御回路８０は、［数２］より負荷検知回路６０により抽出された複素表示の１次成分の駆動電圧Ｖ_１および駆動電流Ｉ_１から、誘導加熱部４４のインピーダンスＺおよび駆動電圧Ｖ_１および駆動電流Ｉ_１の位相（偏角）θを算出し、これに基づいて駆動回路４０に適当な駆動信号（ゲート信号）を供給するものである。

また制御回路８０は、次式で表される誘導加熱部４４の有効電力値Ｗ_１および電流実効値Ｉ_１を算出することができる。

ここでＩ_１ ^＊はＩ_１の複素共役を示す。
このように制御回路８０は、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分から、誘導加熱部４４のインピーダンスＺ、駆動電圧Ｖ_１および駆動電流Ｉ_１の位相（駆動電流Ｉ_１に対する駆動電圧Ｖ_１の位相またはインピーダンスＺの位相）θ、有効電力値Ｗ_１および電流実効値Ｉ_１を算出することができる。

一方、誘導加熱部４４を含む一般の共振回路において、負荷抵抗Ｒ、インピーダンスＺ、加熱コイル２０と鍋Ｐとの合成により得られるインダクタンスＬ（以下、単に「インダクタンスＬ」という。）および共振周波数Ｆｒは次式で表される。

ここでωは１次成分の周波数ｆ（定義より駆動周波数と同一、ω＝２πｆで表される）であり、Ｃは共振コンデンサ４２の静電容量であって、ともに既知である。したがって本願発明に係る制御回路８０は、［数２］で算出したθを用いて、［数４］から共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒ（＝Ｒ_Ｃ＋Ｒ_Ｌ）を求めることができる。

このように制御回路８０は、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分から共振周波数Ｆｒ（またはインダクタンスＬ）と負荷抵抗Ｒを検出することにより、後述のように、被加熱体Ｐの載置状態（鍋Ｐの有無を含む）および鍋Ｐの材質を検知して、誘導加熱部４４に電源供給すべきか否か等を判断することができる。
さらに、この制御回路８０は、図８の高周波変調された駆動電圧および駆動電流の単一の周期（すなわち、駆動周波数が２５ｋＨｚのとき、１周期は約４０マイクロ秒）において検知された位相から、共振周波数Ｆｒ（またはインダクタンスＬ）と負荷抵抗Ｒを算出して電源供給の可否を瞬時に判断することができる。

ここで共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを算出した後において、どのように鍋Ｐの載置状態（鍋Ｐの有無を含む）および鍋Ｐの材質を検知するかについて、具体例を用いて以下説明する。
まず図３に示す加熱コイル（たとえば中央加熱コイル２０）の上方におけるトッププレート上に有効加熱領域を画定し、磁性ステンレス（磁性ＳＵＳ）、鉄、非磁性ステンレス（非磁性ＳＵＳ）、およびアルミニウムの４種類の材質からなる円板（擬似鍋）を載置する。このとき、中央加熱コイル２０の有効加熱領域の面積Ｓ_０に対する、その上方に載置されて重畳する円板の面積Ｓ_１の比（以下、これを「重畳率（Ｓ_１／Ｓ_０）」という。）を１０％，２０％，．．．１００％と変えたときに、制御回路８０が求めた共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒをプロットし、これを連続的な曲線で結ぶと、図９に示すグラフが得られる。このグラフから分かるように、重畳率が大きくなるほど（鍋Ｐが加熱コイルの有効加熱領域に対して、より適正な中央位置に配置されるほど）、特に磁性ステンレス（磁性ＳＵＳ）または鉄で形成された鍋Ｐの負荷抵抗Ｒの増大は著しく、また非磁性ステンレス（非磁性ＳＵＳ）およびアルミニウムで形成された鍋Ｐの共振周波数Ｆｒは顕著に増大する。換言すると、制御回路８０は、図９に示すグラフ（検知マップ）をあらかじめ記憶しておき、鍋Ｐの共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを算出することにより、鍋Ｐの載置状態（重畳率）および材質を容易に検知することができる。

このとき図９に示す検知マップにおいて、破線で示すように、鍋Ｐの共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒに係る所定の負荷有無判定閾値（領域）をあらかじめ設定しておき、この判定閾値（領域）より下方の領域に属する共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒが得られた場合には、本願発明に係る制御回路８０は、十分な負荷が存在しない（十分な面積の鍋Ｐが加熱コイル２０の上方に載置されていない、もしくはスプーンやお玉などの小物が載置されている）と判断して、その加熱コイル２０に高周波電力を供給することを停止するように駆動回路４０を制御する。

このように本願発明に係る制御回路８０は、共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒをパラメータとして、誘導加熱部４４に高周波電流を供給することを禁止する負荷有無判定閾値（領域）を事前に記憶し、これらの検知された値が負荷有無判定閾値より大きい場合にのみ、誘導加熱部４４に高周波電流が供給されるように駆動回路４０を制御するように構成される。なお負荷有無判定閾値は任意に定義することができ、図９の検知マップに示すように設定して、アルミニウム製の鍋Ｐを加熱しないように制御することができる。

上記のように、本願発明に係る制御回路８０は、高周波変調された駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの単一の周期（たとえば約４０マイクロ秒）において検知された位相から、共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを瞬時に算出することができるので、加熱すべきではない小物の加熱を防止できるので極めて安全であり、無負荷のときに無駄な電力消費を回避できるので省エネルギに寄与することができる。
さらに換言すると、本願発明によれば、共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを検知することにより、鍋Ｐの材質および載置状態（鍋Ｐが加熱コイル２０の上方にどの程度載置されているか）を瞬時に検出し、鍋Ｐの材質および載置状態に応じた最適な駆動条件で鍋Ｐを誘導加熱することができる。

なお上記具体例では、制御回路８０は、共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを検出するものであったが、上記［数４］を用いて、インダクタンスＬと負荷抵抗Ｒを算出して、同様に駆動回路４０を制御してもよい。

また鍋Ｐを電磁誘導加熱する際、共振周波数Ｆｒを有する高周波電流を鍋Ｐに供給すると、最も効率良く鍋Ｐを加熱できることが知られている。そして本願発明によれば鍋Ｐの共振周波数Ｆｒを得ることができるため、駆動周波数として共振周波数Ｆｒを選択することにより、極めて効率よく鍋Ｐを加熱することができる。

繰り返しになるが、本願発明に係る各駆動回路４０，５０ａ〜５０ｄおよび各負荷検知回路６０，７０ａ〜７０ｄの基本的な回路構成は同一であるので、各負荷検知回路（１次成分抽出手段）７０ａ〜７０ｄは、各加熱コイル３０ａ〜３０ｄの上方に配置された鍋Ｐの共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを算出することができる。そして制御回路８０は、これらの鍋Ｐの負荷特性に基づいて、各加熱コイル３０ａ〜３０ｄを適正に制御することにより、鍋Ｐの材質および載置状態に応じた最適な駆動条件で鍋Ｐを誘導加熱することができる。

次に、図１０に示す本願発明に係る誘導加熱調理器の制御方法を示すフローチャートを参照しながら、図３に示すＩＨ加熱部１０の中央加熱コイル２０および４つの周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄに高周波電流を供給する中央駆動回路４０および周辺駆動回路５０ａ〜５０ｄの制御方法について説明する。
図１１は、図３に示すＩＨ加熱部１０の上方に、中央加熱コイル２０より大きく、ＩＨ加熱部１０の全体より小さい中型の鍋（以下、「中鍋Ｐ_Ｍ」という。）を載置したときの平面図である。図１１に示す中鍋Ｐ_Ｍは、中央加熱コイル２０および周辺加熱コイル３０ａの全体、および周辺加熱コイル３０ｂ，３０ｄの一部の上方に載置されているが、周辺加熱コイル３０ｃの上方には載置されていない。
このとき中央負荷検知回路６０は、中央加熱コイル２０に対する負荷の負荷特性（鍋Ｐの共振周波数、インダクタンス、および負荷抵抗）を検知して、制御回路８０は、中央加熱コイル２０の上方に十分な負荷が存在する（十分な面積の鍋Ｐが加熱コイル２０の上方に載置されている）か否か判断する（ＳＴ０１）。中鍋Ｐ_Ｍは中央加熱コイル２０上に載置されているので、制御回路８０は、負荷が存在する（鍋がある）と判断して、ユーザが火力調整ダイヤル６で設定した火力に応じた高周波電力を適正な駆動周波数で中央加熱コイル２０に供給するように制御する（ＳＴ０２）。

同様に、周辺負荷検知回路７０ａが周辺加熱コイル３０ａに対する鍋Ｐの負荷特性（共振周波数、インダクタンス、および負荷抵抗）を検知して、制御回路８０は、周辺加熱コイル３０ａの上方には十分な負荷が存在するか否か判断する（ＳＴ０３）。中鍋Ｐ_Ｍは周辺加熱コイル３０ａ上に載置されているので、制御回路８０は、「鍋あり」と判断して、設定された火力に応じた高周波電力を適正な駆動周波数で周辺加熱コイル３０ａに供給するように制御する（ＳＴ０４）。

さらに周辺負荷検知回路７０ｂ〜７０ｄも周辺加熱コイル３０ｂ〜３０ｄに対する鍋Ｐの負荷特性を検知して、制御回路８０は、周辺加熱コイル３０ｂ〜３０ｄの上方には十分な負荷が存在するか否か判断する（ＳＴ０７，ＳＴ１０，ＳＴ１３）。このとき上述のように、周辺加熱コイル３０ｂ〜３０ｄの上方における中鍋Ｐ_Ｍの載置面積は十分でないため、制御回路８０は、「鍋なし」と判断して、周辺加熱コイル３０ｂ〜３０ｄに対する給電を停止するように制御する（ＳＴ０９，ＳＴ１２，ＳＴ１５）。

なお、上述の判断の結果、充分な付加が存在すると判断した加熱コイルにのみ高周波電流が供給されるが、このときの駆動周波数は同一周波数であり、その値は、負荷検知回路６０および７０で検出された各々の共振周波数Ｆｒのいずれか最も高い周波数より大きい値である。

図１２は、ＩＨ加熱部１０の上方に、中央加熱コイル２０と同程度の直径を有する小型の鍋（以下、「小鍋Ｐ_Ｓ」という。）を、中央加熱コイル２０から逸脱した（ずれた）位置に載置したときの平面図である。図１２に示す小鍋Ｐ_Ｓは、周辺加熱コイル３０ｃの大部分の上方に載置されているものの、中央加熱コイル２０および周辺加熱コイル３０ａ，３０ｂ，３０ｄの上方には載置されていない。
このとき、中央負荷検知回路６０が中央加熱コイル２０に対する鍋Ｐの負荷特性を検知して、制御回路８０は、中央加熱コイル２０の上方に十分な負荷が存在するか否か判断する（ＳＴ０１）。しかし図１１の中鍋Ｐ_Ｍとは異なり、小鍋Ｐ_Ｓは中央加熱コイル２０の上方に十分に載置されていないので、制御回路８０は、「鍋なし」と判断し、中央加熱コイル２０およびすべての周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄに対する給電を停止するように制御する（ＳＴ０３）。

図１３は、ＩＨ加熱部１０と同程度の直径を有する大型の鍋（以下、「大鍋Ｐ_Ｌ」を、筐体２の中央に配置されたＩＨ加熱部１２およびＩＨ加熱部１０の周辺加熱コイル３０ａ，３０ｄの一部の上方に載置したときの平面図である。すなわち図１３に示す大鍋Ｐ_Ｌは、中央加熱コイル２０の上方には載置されていない。
同様に、制御回路８０は、中央加熱コイル２０の上方に十分な負荷が存在しないと判断し（ＳＴ０１）、制御回路８０は、「鍋なし」と判断し、中央加熱コイル２０およびすべての周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄに対する給電を停止するように制御する（ＳＴ０３）。

以上のように、たとえば鍋Ｐ内の食材（水等）が吹きこぼれて、ユーザが咄嗟に鍋Ｐの加熱を中断するために鍋Ｐの位置をずらした場合や、調理過程においてユーザが鍋Ｐの加熱を一時停止するために鍋Ｐを移動させた場合、制御回路８０は「鍋なし」と判断し、中央加熱コイル２０およびすべての周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄに対する給電を停止するように制御する。こうして、ユーザによる火力調整ダイヤル６等の操作を待つまでもなく、直ちに、しかもユーザの直感による行動に即して各加熱コイル２０，３０ａ〜３０ｄへの給電を停止できるので、ユーザにとって利便性が高く、漏れ磁束の発生を最小限に抑え、不要な電力消費を低減できる誘導加熱調理器を実現することができる。

なお、上記具体例では、制御回路８０は、鍋Ｐの載置状態に関し、まず中央加熱コイル２０について判断した後、各周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄについて順次判断するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、各周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄについて先に判断してもよいし、鍋Ｐの載置状態について順次判断するのではなく、同時に（並行して）判断してもよい。

図１４は、中鍋Ｐ_Ｍ（または小鍋Ｐ_Ｓ）と、矩形形状を有する（卵焼き用）フライパンＰ_ＦとをＩＨ加熱部１０の上方に同時に載置したときの平面図である。これは、複数の鍋Ｐを同時に単一のＩＨ加熱部１０の上に載置することにより、ユーザが短い時間で複数の調理を行うことができる点においてユーザにとって利便性が高い。図１４において、中央加熱コイル２０の上方には中鍋Ｐ_ＭおよびフライパンＰ_Ｆの両方が載置され、周辺加熱コイル３０ａの上方にはフライパンＰ_Ｆがあり、周辺加熱コイル３０ｃの上方には中鍋Ｐ_Ｍがある。

上述のように、中央負荷検知回路６０および周辺負荷検知回路７０ａ〜７０ｄは、鍋Ｐの重畳率が異なることに起因して、互いに異なる負荷特性を検知するところ、図１４のように載置された中鍋Ｐ_ＭおよびフライパンＰ_Ｆが異なる材質で構成される場合、鍋Ｐの重畳率のみならず、これらを構成する材質にも起因した負荷特性（鍋Ｐの共振周波数、インダクタンス、および負荷抵抗）を検知する。
より具体的には、中央負荷検知回路６０は、中鍋Ｐ_ＭおよびフライパンＰ_Ｆの形状（載置面積）を合成し、これらの材質を融合した「単一の鍋」としての負荷特性を検知する。したがって中央負荷検知回路６０、周辺負荷検知回路７０ａ，７０ｃが検知する負荷特性は、「鍋」の見かけ上の材質が異なることにより、互いに対して大きく異なる場合がある。たとえば中鍋Ｐ_Ｍが磁性ステンレス製で、フライパンＰ_Ｆが非磁性ステンレス製である場合、周辺負荷検知回路７０ａが検知する中鍋Ｐ_Ｍの共振周波数Ｆｒ、および周辺負荷検知回路７０ｃが検知するフライパンＰ_Ｆの共振周波数Ｆｒは、図９に示すように大きく互いに異なる。

そして本願発明に係る制御回路８０によれば、中央負荷検知回路６０が検知した「鍋」の見かけ上の共振周波数Ｆｒと、周辺負荷検知回路７０ａまたは７０ｃが検知した中鍋Ｐ_ＭまたはフライパンＰ_Ｆの共振周波数Ｆｒとの差異が所定の閾値より大きく異なる場合、中央加熱コイル２０およびすべての周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄに対する給電を停止するように制御する。

一方、中央負荷検知回路６０により検知された共振周波数Ｆｒと、周辺負荷検知回路７０ａおよび７０ｃにより検知された共振周波数Ｆｒとの差異が所定の閾値以下であるとき、中央加熱コイル２０および周辺加熱コイル３０ａ，３０ｃを用いて中鍋Ｐ_ＭおよびフライパンＰ_Ｆを加熱する（周辺加熱コイル３０ｂ，３０ｄは、これらの上方には鍋Ｐが十分に載置されていないので、駆動しない。）。

上述のように、最も効率良く鍋Ｐを加熱するためには、共振周波数Ｆｒを有する高周波電流を鍋Ｐに供給することが好ましい。しかしながら、中央加熱コイル２０と周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄは、互いに隣接して配置されているため、それぞれ異なる駆動周波数を有する高周波電流を出力するように制御すると、その差分周波数に相当するビート音が発生し、特にこれらの差分周波数が可聴域にあるとき、ユーザに著しい不快感を与える場合がある。
そこで本願発明に係る制御回路８０は、中央加熱コイル２０および周辺加熱コイル３０ａ，３０ｃが同一の駆動周波数であって、中央負荷検知回路６０および周辺負荷検知回路７０ａ，７０ｃにより検知された共振周波数Ｆｒのうちの最も大きい共振周波数より大きな周波数を有する高周波電流を供給するように制御する。

なお、上記説明においては、中央負荷検知回路６０により検知された共振周波数Ｆｒと、周辺負荷検知回路７０ａ〜７０ｄにより検知された共振周波数Ｆｒとの差異が所定の閾値以上である場合に、中央加熱コイル２０および各周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄに対する高周波電流の供給を停止するように中央駆動回路４０および周辺駆動回路５０ａ〜５０ｄを制御するものであったが、共振周波数Ｆｒに限定されるものではなく、その他の負荷特性の差異が所定の閾値以上である場合に、同様にすべての加熱コイル２０，３０ａ〜３０ｄへの給電を停止するように制御してもよい。

なお、図３を参照して上記説明した周辺加熱コイル３０ａ〜３０ｄはそれぞれ、周辺負荷検知回路７０ａ〜７０ｄに接続された周辺駆動回路５０ａ〜５０ｄにより独立して駆動されるものであったが、これに限定されるものではなく、互いに対向する周辺加熱コイル３０ａ，３０ｃおよび３０ｂ，３０ｄを図１５に示すように直列に接続し、周辺負荷検知回路７０ａ，７０ｂに接続された周辺駆動回路５０ａ，５０ｂにより駆動されるように構成してもよい。このように周辺駆動回路５０および周辺負荷検知回路７０を対向する周辺加熱コイル３０ａ，３０ｃおよび３０ｂ，３０ｄで共有することにより、部品点数を削減し、製造コストを低減することができる。
同様に、図示しないが、互いに隣接する周辺加熱コイル３０ａ，３０ｂおよび３０ｃ，３０ｄを直列に接続して、周辺駆動回路５０および周辺負荷検知回路７０を共有するように設計することができる。

さらに、互いに対向する周辺加熱コイル３０ａ，３０ｃおよび３０ｂ，３０ｄを図１６に示すように並列に接続してもよい。択一的には、互いに隣接する周辺加熱コイル３０ａ，３０ｂおよび３０ｃ，３０ｄを並列に接続することにより（図示せず）、周辺駆動回路５０および周辺負荷検知回路７０を共有化して、部品点数を削減し、製造コストを低減することができる。

１：誘導加熱調理器、２：筐体、３：トッププレート、４：調理用グリル、５：操作パネル、６：火力調整ダイヤル、７：液晶表示部、８：排気窓、９：吸気窓、１０，１１，１２：ＩＨ加熱部、２０：中央加熱コイル、３０：周辺加熱コイル、４０：中央加熱コイル駆動回路、４２，５２：共振コンデンサ、４４，５４：誘導加熱部、４６，５６：駆動電圧検出手段、４８，５８：駆動電流検出手段、５０：周辺加熱コイル駆動回路、６０：中央加熱コイル負荷検知回路、７０：周辺加熱コイル負荷検知回路、８０：制御回路、９２：整流回路、９４：平滑コンデンサ、ＡＣ：商用電源、Ｐ：鍋（被加熱体）。

Claims (9)

1. 中央に配置された中央加熱コイルと、
   前記中央加熱コイルの周りに配置された少なくとも１つの周辺加熱コイルと、
   前記中央加熱コイルに高周波電流を供給する中央加熱コイル駆動回路と、
   前記周辺加熱コイルに高周波電流を供給する少なくとも１つの周辺加熱コイル駆動回路と、
   前記中央加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷特性を検知する中央加熱コイル負荷検知部と、
   前記周辺加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷特性を検知する周辺加熱コイル負荷検知部と、
   前記中央加熱コイル負荷検知部および前記周辺加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性に基づいて、前記中央加熱コイル駆動回路および前記周辺加熱コイル駆動回路を独立して制御する制御回路とを備え、
   前記中央加熱コイル駆動回路および前記周辺加熱コイル駆動回路はそれぞれ、
   前記各加熱コイルの両端に印加される駆動電圧を検出する駆動電圧検出手段と、
   前記各加熱コイルに流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
   検出された駆動電圧および駆動電流から、駆動周波数と同一の周波数を有する１次成分を含む１次駆動電圧および１次駆動電流を抽出する１次成分抽出手段とを有し、
   前記制御回路は、前記１次駆動電圧および前記１次駆動電流から、対応する前記各加熱コイルの上方に載置された被加熱体の共振周波数、インダクタンス、または負荷抵抗を含む負荷特性を算出するとともに、算出された負荷特性に基づいて、前記各加熱コイルに電源供給すべきか否かを判断することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 中央に配置された中央加熱コイルと、
   前記中央加熱コイルの周りに配置された少なくとも１つの周辺加熱コイルと、
   前記中央加熱コイルに高周波電流を供給する中央加熱コイル駆動回路と、
   前記周辺加熱コイルに高周波電流を供給する少なくとも１つの周辺加熱コイル駆動回路と、
   前記中央加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷特性を検知する中央加熱コイル負荷検知部と、
   前記周辺加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷特性を検知する周辺加熱コイル負荷検知部と、
   前記中央加熱コイル負荷検知部および前記周辺加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性に基づいて、前記中央加熱コイル駆動回路および前記周辺加熱コイル駆動回路を独立して制御する制御回路とを備え、
   制御回路は、中央加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の共振周波数と、周辺加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の共振周波数との差が所定の閾値より小さいとき、前記中央加熱コイル負荷検知部および前記周辺加熱コイル負荷検知部により検知された共振周波数のうちの最も大きい共振周波数より大きな周波数を有する高周波電流を供給するように中央加熱コイル駆動回路および周辺加熱コイル駆動回路を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。
3. 制御回路は、中央加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性に基づいて、中央加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するように中央加熱コイル駆動回路を制御するとき、周辺加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するように周辺加熱コイル駆動回路を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。
4. 制御回路は、中央加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性と、周辺加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性との差異が所定の閾値以上であるとき、中央加熱コイルおよび周辺加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するように中央加熱コイル駆動回路および周辺加熱コイル駆動回路を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の誘導加熱調理器。
5. 制御回路は、中央加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の共振周波数と、周辺加熱コイルに対応する負荷検知部により検知された被加熱体の共振周波数との差異が所定の閾値より大きいとき、中央加熱コイル駆動回路および周辺加熱コイル駆動回路が中央加熱コイルおよび周辺加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の誘導加熱調理器。
6. 制御回路は、中央加熱コイル負荷検知部により検知された被加熱体の中央加熱コイルに対する載置面積が所定の閾値より小さいとき、中央加熱コイルおよび周辺加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するように中央加熱コイル駆動回路および周辺加熱コイル駆動回路を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の誘導加熱調理器。
7. 中央加熱コイル負荷検知部および周辺加熱コイル負荷検知部により検知される被加熱体の負荷特性は、中央加熱コイルおよび周辺加熱コイルの上方に載置された被加熱体の共振周波数、インダクタンス、または負荷抵抗であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の誘導加熱調理器。
8. 中央に配置された中央加熱コイル、およびその周りに配置された少なくとも１つの周辺加熱コイルからなる誘導加熱調理器の制御方法であって、
   前記各加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷特性を検知するステップと、
   検知された被加熱体の負荷特性に基づいて、前記各加熱コイルに供給する高周波電流を独立して制御するステップと、
   前記各加熱コイルのそれぞれに独立して高周波電流を供給するステップとを有し、
   負荷特性を検知するステップは、
   各加熱コイルの両端に印加される駆動電圧を検出するステップと、
   前記各加熱コイルに流れる駆動電流を検出するステップと、
   検出された駆動電圧および駆動電流から、駆動周波数と同一の周波数を有する１次成分を含む１次駆動電圧および１次駆動電流を抽出するステップと、
   前記１次駆動電圧および前記１次駆動電流から、前記各加熱コイルの上方に載置された被加熱体の負荷抵抗、共振周波数、またはインダクタンスを算出するステップと、
   算出された被加熱体の負荷抵抗、共振周波数、またはインダクタンスに基づいて、前記各加熱コイルに電源供給すべきか否かを判断するステップとを有することを特徴とする制御方法。
9. 制御するステップは、中央加熱コイルに対応する負荷検知部により検知された被加熱体の負荷特性に基づいて、前記中央加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するとき、各周辺加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止することを特徴とする請求項８に記載の制御方法。

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