JP5478735B2 - 誘導加熱調理器およびその制御方法 - Google Patents

Description

本願発明は、互いに隣接し、協働して単一の被加熱体を誘導加熱する複数の加熱コイルを用いて加熱する誘導加熱調理器およびその制御方法に関し、とりわけ各加熱コイル上に載置された被加熱体の材質および載置状態を瞬時に検知して、最適な駆動周波数を有する高周波電流が供給される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。

これまでさまざまな誘導加熱調理器が提案されており、たとえば特許文献１に記載の誘導加熱調理器は、格子状に配置された複数の小型の加熱コイルと、各加熱コイルに対応する位置に配置され、鍋などの被加熱体の載置の有無を検出する複数のセンサとを有し、センサの出力に基づいて被加熱体の天板上の占有領域を特定し、特定された占有領域とその周辺の領域にある加熱コイルを選択的に駆動するものである。

また、たとえば特許文献２に記載の誘導加熱調理器は、同様に格子状に配置された複数の小型の加熱コイルと、各加熱コイルにそれぞれ独立して高周波電流を供給する複数のハーフブリッジ式駆動回路（一対のスイッチング素子）と、各駆動回路を制御する制御回路とを有する。特許文献２に係る制御回路は、各加熱コイルに流れる電流を検出し、所定の閾値と比較することにより、各加熱コイルの上方に鍋が載置されているか否かを判定し、鍋が載置されていると判定された加熱コイルのみに給電するように駆動回路を制御するものである。

特開２００９−２３８５７５号公報 特開２００８−２９３８７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の誘導加熱調理器によれば、鍋の載置の有無を検出する複数のセンサは、たとえば光学式センサであり、反射光を受光したときに鍋が載置されていると判断し、反射光を受光しなかったときに鍋が載置されていないと判断するものであって、光学式センサの上方に鍋が載置されているか否か（鍋の有無）を検知するものに過ぎない。

同様に、特許文献２には、鍋の載置の有無を検出するために各加熱コイルに流れる電流を検出して、電流検出値が所定の閾値より小さいときに鍋が載置されていると判断鍋が載置されていると判断し、電流検出値が所定の閾値より大きいときに鍋が載置されていないと判断するものであって、各加熱コイルの上方に鍋が載置されているか否か（鍋の有無）を検知することが記載されているに過ぎない。

すなわち、これらの従来技術に係る誘導加熱調理器によれば、たとえば光学式センサにより鍋が載置されているか否かを検知することはできたとしても、単に鍋の有無を検知するものであって、鍋が天板上においてどのように載置されているか（載置面積）については検知することができない。
また特許文献１および２に記載の誘導加熱調理器は、上方に鍋が載置されていると判断した加熱コイルに対して、所定の高周波電流を供給するので、鍋の載置状態によっては、鍋底の表面温度（各加熱コイルから供給される単位面積当たりの電力）にばらつきが生じ、鍋底を均一に加熱することができず、鍋に収容された食材の一部に焦げ付きや部分的な突沸が生じることがあった。

また鍋は、磁性または非磁性ステンレス（ＳＵＳ：Stainless Used Steel）、鉄、およびアルミニウム等のさまざまな材質を合成して構成され、鍋を構成する材質により最適な駆動条件（たとえば加熱コイルに供給される高周波電流の駆動周波数）が変化することが知られているところ、特許文献２に記載の誘導加熱調理器には、加熱コイルに流れる電流値を検知することについて記載されているものの、加熱コイルの上方に実際に載置された鍋の材質を検知することについては何ら示唆すらされていない。すなわち特許文献２に記載の誘導加熱調理器によれば、上方に鍋が載置されていると判断した加熱コイルに対して固定的な駆動周波数を有する高周波電流を供給するので、鍋を構成する材質によっては、高い加熱効率の実現が阻害されることがある。

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、互いに隣接し、協働して単一の被加熱体を誘導加熱する複数（ｉ個，ｉは２以上の自然数）の加熱コイルと、前記各加熱コイルに所定の周波数を有する高周波電流を個別に供給する複数の駆動回路と、前記各加熱コイルに流れる駆動電流および該各加熱コイルの両端に印加される駆動電圧から、前記所定の周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含むｎ次駆動電流およびｎ次駆動電圧を抽出する複数のｎ次成分抽出手段と、前記各ｎ次成分抽出手段で抽出されたｎ次駆動電流およびｎ次駆動電圧から前記各加熱コイルの負荷抵抗および共振周波数を算出する制御回路部とを備える。
そして本願発明に係る前記制御回路部は、
ａ）第１の検知周波数（Ｆｓ_１）を有する高周波電流を前記各加熱コイルに供給するように前記各駆動回路を制御した際に算出された前記各加熱コイルの負荷抵抗（Ｒ_ｉ）および共振周波数（Ｆｒ_ｉ）に基づいて、該各加熱コイルの上方に被加熱体が載置されているか否かを判定し、
ｂ）被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルについて算出された共振周波数（Ｆｒ_ｉ）のうちで最も高い共振周波数より加算周波数（ΔＦ）だけさらに高い駆動周波数（Ｆ_Ｄ）を決定し、
ｃ）被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルに駆動周波数（Ｆ_Ｄ）を有する高周波電流を供給するように前記各駆動回路を制御することを特徴とするものである。

本願発明の誘導加熱調理器によれば、共振周波数Ｆｒより加算周波数ΔＦだけ高い駆動周波数Ｆ_Ｄ、すなわち所望する加熱電力を得るために最適な駆動周波数Ｆ_Ｄを有する高周波電流を各加熱コイルに供給することができるので、加熱効率が極めて高く、しかも駆動回路のスイッチング素子に悪影響を与えることなく、安全にかつ高信頼性で駆動回路を制御することができる。

単一の加熱コイルを有する誘導加熱調理器の概略的な電気的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。 加熱コイル上の各種材質からなる円板の載置状態を示す平面図である。 各種材質からなる円板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マップである。 各種材質からなる円板をさまざまな位置に載置したときのインダクタンスと負荷抵抗の関係を示すマップである。 誘導加熱調理器の択一的な電気的構成を示す回路ブロック図である。 本願発明に係る実施の形態１に係る加熱コイルの平面図である。 本願発明に係る実施の形態１に係る、誘導加熱調理器の概略的な電気的構成を示す回路ブロック図である。 実施の形態１に係る制御方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る制御方法における負荷検知期間と駆動期間を模式的に示すタイミングチャートである。 実施の形態２に係る制御方法を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る制御方法を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る加熱コイルの平面図である。 実施の形態３の変形例に係る加熱コイルの平面図である。 実施の形態３に係る制御方法を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る制御方法における負荷検知期間と駆動期間を模式的に示すタイミングチャートである。

本願発明に係る誘導加熱調理器の実施の形態について説明する前に、本願発明に係る誘導加熱調理器において、誘導加熱コイル（以下、単に「加熱コイル」という。）の上方に載置された鍋等の被加熱体の有無のみならず、被加熱体の載置状態（載置面積）、被加熱体を構成する材質、および被加熱体を誘導加熱する際に供給される高周波電流の最適な駆動周波数等を瞬時に検知する方法（以下、単に「負荷検知」または「鍋検知」という。）の基本原理について詳細に説明する。

［負荷検知の基本原理］
図１〜図６を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱調理器に採用された負荷検知（鍋検知）について以下詳細に説明する
図１は、単一の加熱コイルを有する誘導加熱調理器１の概略的な電気的構成を示す回路ブロック図である。誘導加熱調理器１は、概略、単相または三相の商用電源１０からの交流電流を直流電流に整流する整流回路１２と、加熱コイル２２に所定の駆動周波数を有する高周波電流を供給する駆動回路１４と、加熱コイル２２およびこれに直列に接続された共振コンデンサ２４からなるＬＣＲ誘導加熱部２０と、ＬＣＲ誘導加熱部２０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３０と、ＬＣＲ誘導加熱部２０に流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段３２とを有する。

具体的には、整流回路１２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インダクタンスやコンデンサを含むフィルタ回路（ともに図示せず）を有するものであってもよい。また駆動回路１４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。

ＬＣＲ誘導加熱部２０は、上述のように、加熱コイル２２およびこれに直列に接続された共振コンデンサ２４からなり、加熱コイル２２は、図１において、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。図中、インダクタンスＬの上方に図示したものは、鍋などの被加熱体Ｐである。加熱コイル２２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自体を加熱する。

一般に、ＬＣＲ誘導加熱部２０の負荷抵抗Ｒは、鍋Ｐの有無または載置面積（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加熱コイル２２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３０は、ＬＣＲ誘導加熱部２０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当業者により容易に想到される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３２は、ＬＣＲ誘導加熱部２０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３０および駆動電流検出手段３２に電気的に接続された１次成分抽出手段４０を備える。
上述のように駆動回路１４は、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３０ｋＨｚ）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３０および駆動電流検出手段３２は、図２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、駆動周波数の自然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１次成分抽出手段４０は、駆動電圧検出手段３０および駆動電流検出手段３２で検出された図２に示す駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉを、駆動周波数の２倍以上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次成分だけを抽出するものである。より具体的には、１次成分抽出手段４０は、アナログ信号として検出された駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉを高いサンプリング周波数でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換を用いてサンプリングするＡ／Ｄ変換器（図示せず）を有し、ここでサンプリングされた複数の高次周波数成分を有する信号から１次成分のみの信号を抽出する。なお高次周波数成分を有する信号から１次成分のみの信号を抽出する手法およびアルゴリズムとしては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１次成分抽出手段４０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、ＬＣＲ誘導加熱部２０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、arctanの代わりにarcsinまたはarccosを用いて算出してもよい。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、図１に示すように、駆動回路１４および１次成分抽出手段４０に電気的に接続された制御回路５０を備える。本願発明に係る制御回路５０は、［数２］より１次成分抽出手段４０が抽出した複素表示の１次成分の駆動電圧Ｖ_１および駆動電流Ｉ_１から、ＬＣＲ誘導加熱部２０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１４に適当な駆動信号（ゲート信号）を供給するものである。

同様に、本願発明に係る制御回路５０は、次式で表されるＬＣＲ誘導加熱部２０の有効電力値Ｗ_Ｅおよび電流実効値Ｉ_Ｅ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。
以上のように、本願発明に係る制御回路５０は、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分から、ＬＣＲ誘導加熱部２０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_Ｅおよび電流実効値Ｉ_Ｅを算出することができる。

一方、ＬＣＲ誘導加熱部２０を含む一般のＬＣＲ回路において、負荷抵抗Ｒ、インピーダンスＺ、加熱コイル２２のインダクタンスＬ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２４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５０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。

同様に、共振周波数Ｆｒは以下のように求めることができる。上記［数２］および［数４］のように、負荷抵抗Ｒ、インピーダンスＺは次式で表わされる。

上記［数５］より、加熱コイル２２のインダクタンスＬは次式で表すことができる。

したがって、上記［数６］より得られたインダクタンスＬと共振コンデンサ２４の既知の静電容量Ｃより共振周波数Ｆｒを求めることができる。

本願発明に係る制御回路５０は、以下詳述するように、複数の加熱コイルのそれぞれに対して、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とを検出することにより、被加熱体Ｐの載置面積（鍋Ｐの有無を含む）および被加熱体Ｐの材質を検知して、複数の加熱コイルに対する鍋Ｐの負荷抵抗の比に応じて供給すべき電力量を制御することができる。なお本願発明に係る制御回路５０は、図２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３０ｋＨｚのとき、１周期は約３３マイクロ秒）において検知された信号から、複数の加熱コイルのそれぞれに対して、共振周波数Ｆｒ（または加熱コイル２２のインダクタンスＬ）と負荷抵抗Ｒを極めて短い時間で算出することができる。

ここで共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを算出して、どのように鍋Ｐの載置状態（載置面積）を決定するかについて、具体例を用いて以下説明する。
図３に示すように、平面上に捲回された加熱コイル２２と、複数の円板２６とを用意した。円板２６は、鉄、磁性ステンレス、非磁性ステンレス、およびアルミニウムの４種類の材質からなる。これらの円板２６は擬似的な鍋Ｐである。加熱コイル２２および各円板２６の直径を約１８０ｍｍおよび約２００ｍｍとし、各円板２６の厚みはすべて１．５ｍｍとした。円板２６は、図３（ａ）では加熱コイル２２上の中央（同心円Ｏ上）に載置されている（本願においては、この状態を「重畳率が１００％である」という。）。また円板２６は、図３（ｂ）および（ｃ）では、円板２６の外縁Ｅが加熱コイル２２の直径のそれぞれ７５％および５０％の位置に配置されている（重畳率がそれぞれ７５％および５０％である。）。すなわち重畳率が５０％であるとき、円板２６の外縁Ｅが加熱コイル２２の中心Ｏと重なり合っている。

鉄、磁性ステンレス、非磁性ステンレス、およびアルミニウムの材質からなる４種類の円板２６のそれぞれについて、重畳率が１００％、７５％および５０％となるように載置した後（図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に対応）、上記説明したように、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と負荷抵抗Ｒとを検出（算出）したところ、図４（ａ）のようなマップ（グラフ）を得た。なお、円板２６をまったく載置しない場合（無負荷の場合）には、二重丸で示す共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒを得た。

本願発明によれば、材質の異なる円板２６について、図４（ａ）の重畳率が１００％、７５％および５０％である点を連続的に結び、図４（ｂ）のハッチング領域で示すように、重畳率が５０％未満である領域を駆動禁止領域と設定してもよい。すなわち本願発明に係る制御回路５０は、検出された共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒが重畳率５０％未満の駆動禁止領域に含まれる場合に、鍋Ｐは加熱コイル２２の上方に十分に載置されていない、もしくは小物が載置されていると判断して、ＬＣＲ誘導加熱部２０に高周波電流が供給されないように駆動回路１４を制御することができる。ただし、ＬＣＲ誘導加熱部２０への給電の是非に対する閾値は、５０％の重畳率に限定されるものではなく、たとえば４０％以下または６０％以下の重畳率としてもよい。

このように本願発明に係る制御回路５０は、共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒをパラメータとする、ＬＣＲ誘導加熱部２０に高周波電流を供給することを禁止する駆動禁止領域を事前に設定し（記憶し）、これらの検出された値が駆動禁止領域に含まれないときにのみ、ＬＣＲ誘導加熱部２０に高周波電流が供給されるように駆動回路１４を制御するように構成される。また図４（ｂ）に示すように、アルミニウムからなる鍋Ｐを加熱しないように駆動禁止領域を設定してもよい。すなわち駆動禁止領域は製品仕様により自在に設定することができる。
択一的には、制御回路５０は、駆動禁止領域を共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒの関数で表し、その関数式を事前に記憶しておいてもよい。たとえば、磁性ステンレス等の各材質からなる４種類の円板２６を、所定の最低重畳率（たとえば５０％）を有するように載置したときに検出された共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒを示す点（Ｆｒ，Ｒ）を連続的に結び、これらの点を結ぶ直線または曲線を表す一次関数またはｎ次関数（ｎは２以上の自然数）を、駆動禁止領域を規定する駆動禁止関数（たとえばＲ≦ｐ_ｉ×Ｆｒ＋ｑ_ｉ ｐ_ｉ，ｑ_ｉは係数、ｉ＝１，２，３，・・・）として事前に算出して記憶しておいてもよい。このとき、算出された共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒが駆動禁止関数で規定される駆動禁止領域に含まれない場合にのみ、ＬＣＲ誘導加熱部２０に高周波電流が供給されるように駆動回路１４を制御してもよい。

そして図４（ｂ）に示すように、重畳率が１００％、７５％および５０％である点を連続的に破線で結ぶと、共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒから、任意の材質からなる円板２６の重畳率を推定することができる。本願発明に係る制御回路５０は、たとえば図４（ｂ）の星印でプロットされた点で示す共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを算出したとき、この点が７５％の重畳率を連続的に結ぶ破線上にあることから、鍋Ｐが７５％の重畳率で加熱コイル２２の上方に載置されていると推定することができる。

また上記のように、本願発明に係る制御回路５０は、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（たとえば約３３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。
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を検出することにより、鍋Ｐの材質および載置状態（鍋Ｐが加熱コイル２２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５０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、択一的には、加熱コイル２２のインダクタンスＬと負荷抵抗Ｒを検出して、同様に駆動回路１４を制御してもよい。図５（ａ）および図５（ｂ）は、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分から加熱コイル２２のインダクタンスＬと負荷抵抗Ｒとを検出したときに得られた図４（ａ）および図４（ｂ）と同様のグラフである。円板２６をまったく載置しない場合（すなわち無負荷の場合）には、二重丸で示すインダクタンスＬおよび負荷抵抗Ｒが得られた。このとき、検出されたインダクタンスＬと負荷抵抗Ｒが駆動禁止領域（図中のハッチング領域）に含まれないときにのみ、ＬＣＲ誘導加熱部２０に高周波電流が供給されるように駆動回路１４を制御し、その閾値として重畳率を４０％未満に設定してもよい。同様に、アルミニウムからなる鍋Ｐを加熱しないように駆動禁止領域を設定することもできる。
同様に、制御回路５０は、駆動禁止領域をインダクタンスＬおよび負荷抵抗Ｒの関数で表し、その関数式を事前に記憶しておいてもよい。すなわち、磁性ステンレス等の各材質からなる４種類の円板２６を、所定の最低重畳率（たとえば５０％）を有するように載置したときに検出されたインダクタンスＬおよび負荷抵抗Ｒを示す点（Ｌ，Ｒ）を連続的に結び、これらの点を結ぶ直線または曲線を表す一次関数またはｎ次関数（ｎは２以上の自然数）を、駆動禁止領域を規定する駆動禁止関数（たとえばＲ≦ｐ_ｉ×Ｌ＋ｑ_ｉ ｐ_ｉ，ｑ_ｉは係数、ｉ＝１，２，３，・・・）として事前に算出して記憶しておいてもよい。このとき、算出されたインダクタンスＬおよび負荷抵抗Ｒが駆動禁止関数で規定される駆動禁止領域に含まれない場合にのみ、ＬＣＲ誘導加熱部２０に高周波電流が供給されるように駆動回路１４を制御してもよい。

また図５（ｂ）に示すように、重畳率が１００％、７０％および４０％である点を連続的に破線で結ぶと、インダクタンスＬと負荷抵抗Ｒから、任意の材質からなる円板２６の重畳率を推定することができる。本願発明に係る制御回路５０は、たとえば図５（ｂ）の星印でプロットされた点で示すインダクタンスＬと負荷抵抗Ｒを算出したとき、この点が７０％の重畳率を連続的に結ぶ破線上にあることから、鍋Ｐが７０％の重畳率で加熱コイル２２の上方に載置されていると推定することができる。

なお、最も効率良く加熱できるのは共振周波数であることが知られているが、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を選択することができる。また通常、共振周波数Ｆｒよりも低い駆動周波数で駆動回路１４を制御するとＩＧＢＴ等の素子に悪影響があるため、共振周波数Ｆｒが分からない場合には駆動周波数を実際の共振周波数Ｆｒよりもかなり高めに設定する場合がある。たとえばアルミニウム製の鍋の共振周波数Ｆｒは磁性ステンレス製の鍋のものより実質的に高く、アルミニウム製鍋を加熱するために、最適な共振周波数Ｆｒで磁性ステンレス製鍋を加熱する場合、より大容量の電流を流して加熱できるにも拘わらず、供給電力量を抑制することになり、誘導加熱調理器１として本来具備する火力を十分に発揮することを阻害する場合がある。しかしながら、本願発明に係る負荷検知によれば、上述のように共振周波数Ｆｒを瞬時に検知することができるので、所望する加熱電力を得るために最適な駆動周波数を設定することができ、誘導加熱調理器１としての加熱能力を最大限に引き出すことができる。

なお上記説明においては、駆動電流検出手段３２としてカレントトランスを用いたが、択一的には、共振コンデンサ２４の両端の電圧を検出するコンデンサ電圧検出手段３４を用いてＬＣＲ誘導加熱部２０に流れる電流を検出してもよい。図６は、択一的な電気的構成を示す図１と同様の回路ブロック図である。

図６に示す誘導加熱調理器１は、共振コンデンサ２４の両端のコンデンサ電圧Ｖ_Ｃを検出するコンデンサ電圧検出手段３４を有し、コンデンサ電圧検出手段３４は１次成分抽出手段４０に電気的に接続されている。コンデンサ電圧Ｖ_Ｃは、駆動電圧Ｖと同様、駆動周波数の自然数倍の高次周波数成分を含み、１次成分抽出手段４０を用いて離散フーリエ変換することにより、コンデンサ電圧Ｖ_Ｃの１次成分Ｖ_Ｃ１（駆動周波数と同一の周波数を有する成分）だけを抽出し、複素表示することができる。なお、コンデンサ電圧Ｖ_Ｃの１次成分Ｖ_Ｃ１と駆動電流Ｉ_１は次の関係式を満たす。

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）であり、Ｃは共振コンデンサ２４の静電容量であって、ともに既知である。
上式より、駆動電流Ｉ_１はコンデンサ電圧Ｖ_Ｃ１に対して位相がπ／２（９０度）だけ進んでいることが明らかである。そして本願発明によれば、コンデンサ電圧Ｖ_Ｃ１を複素表示するので、次式より極めて簡便な計算により駆動電流Ｉ_１を求めることができる。

こうして求められた駆動電流Ｉ_１に基づいて、共振周波数Ｆｒ（または加熱コイル２２のインダクタンスＬ）と負荷抵抗Ｒを検出することにより、被加熱体Ｐの載置状態（鍋Ｐの有無を含む）および被加熱体Ｐの材質を瞬時に検知することができる。
また図６に示す誘導加熱調理器１によれば、比較的に高価なカレントトランスの代わりに、より安価な駆動電流検出手段を採用することにより、誘導加熱調理器１の製造コストを削減することができる。

また上記説明においては、１次成分抽出手段４０は、駆動電圧検出手段３０および駆動電流検出手段３２で検出された駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分（駆動周波数と同一の周波数を有する成分）を抽出するものであったが、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉのｎ次成分を抽出するものであってもよい。

一般に、アルミニウム製の鍋Ｐを効率的に誘導加熱するためには、鉄等からなる被加熱体Ｐを誘導加熱するときに用いられる高周波電流の駆動周波数より高い駆動周波数を有するものを用いる必要がある。そして、このように高導電率および低透磁率を有するアルミニウムを含む任意の金属材料からなる鍋Ｐを誘導加熱する、いわゆるオールメタル対応の誘導加熱調理器はすでに提案され（たとえば特許第３４６０９９７号）、市場において販売されており、本願発明は、係るオールメタル対応の誘導加熱調理器にも適応することができる。

通常、ｎ倍の駆動周波数を有する駆動電流Ｉでアルミニウム製の鍋Ｐを誘導加熱するとき、駆動電流の１次成分は小さい値となり、ｎ次成分が大きくなる。そしてｎ次成分抽出手段は、駆動電圧Ｖおよび駆動電流の１次成分よりｎ次成分（たとえば３次成分）が大きくなる場合には、１次成分ではなく、ｎ次成分を抽出して、上記と同様の演算を行うことにより、共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒを瞬時に算出することができる。このとき、ｎ次成分を用いて演算することにより、Ａ／Ｄ変換器の分解能を大きくする必要がなくなるので好ましい。

なお詳細図示しないが、ｎ次成分を用いて算出された共振周波数と負荷抵抗の関係を示すマップとして、図４（ａ）と同様のものが得られる（ただしアルミニウム円板の負荷抵抗は、共振周波数の増大に伴い、図４（ａ）のものより大きくなる。）。すなわち制御回路部５０は、ｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から、ＬＣＲ誘導加熱部２０のインダクタンスＬまたは共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒとを算出することができる。

またＬＣＲ誘導加熱部２０の両端に加わる電圧は、図２に示す駆動電圧および駆動電流に直接的に影響を与えるため、正確な負荷検知を実現するためには、完全にフラットな直流であることが好ましい。図１において、商用電源１０からの電圧は整流回路１２により整流されるが、脈動を完全に排除した直流に整流するためには、極めて大容量の平滑コンデンサを用いる必要があり、こうした大容量の平滑コンデンサを用いると電源効率が低下するため、実際には採用することはできない。むしろ加熱コイル２０に供給される電力が大きいとき、整流回路１２により整流された後であっても、ＬＣＲ誘導加熱部２０の両端に加わる電圧波形は半波に近い波形となる。そこで１次成分抽出手段４０（Ａ／Ｄ変換器）の検出電圧のダイナミックレンジを有効に活用するために、整流後の電圧波形の変動がピーク付近においては比較的に小さいので、制御回路５０は、負荷検知を電圧波形のピーク付近において実施するように制御することが好ましい。たとえば制御回路５０は、駆動周波数が２５ｋＨｚのとき（１周期が約４０μ秒）、整流後の半波に近い商用電源波形（１周期が約１６．６ｍ秒、６０Ｈｚのとき）のうちのピーク時における駆動周波数の１周期（４０μ秒）の間で負荷検知するように制御することが好ましい。

以上のように、本願発明に係る負荷検知手法を利用することにより、加熱コイル２０の上方に載置された被加熱体の有無、被加熱体の載置状態（載置面積）、被加熱体を構成する材質、および被加熱体を誘導加熱する際に供給される高周波電流の最適な駆動周波数等を瞬時に検知することができる。

実施の形態１．
ここで上記説明した負荷検知手法を踏まえつつ、図７〜図１０を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱調理器１の実施の形態１について以下詳細に説明する。
図７は、実施の形態１に係る加熱コイル２２の平面図である。実施の形態１に係る加熱コイル２２は、図示のように導線を平面上に捲回した中央コイル２２ａと、その周囲に同心円状に捲回した周辺コイル２２ｂとを有する。中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂは互いに隣接し、協働して単一の鍋Ｐを誘導加熱するものである。なお、本願発明に係る加熱コイル２２は、互いに隣接し、協働して単一の鍋Ｐを誘導加熱するものであれば、２つのサブコイル（中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂ）に限定されるものではなく、３つ以上サブコイルからなるものであってもよい。

図８は、単一の加熱コイルを有する誘導加熱調理器１の概略的な電気的構成を示す回路ブロック図である。図８に示す誘導加熱調理器１は、概略、二相または三相の商用電源１０からの交流電流を直流電流に整流する整流回路１２ａ，１２ｂと、中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂに所定の駆動周波数を有する高周波電流を供給する駆動回路１４ａ，１４ｂと、これらのコイル２２ａ，２２ｂに直列に接続された共振コンデンサ２４ａ，２４ｂからなるＬＣＲ誘導加熱部２０ａ，２０ｂとを有する。また誘導加熱調理器１は、各ＬＣＲ誘導加熱部２０ａ，２０ｂ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３０ａ，３０ｂと、各ＬＣＲ誘導加熱部２０ａ，２０ｂに流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段３２ａ，３２ｂと、各駆動電圧検出手段３０ａ，３０ｂおよび各駆動電流検出手段３２ａ，３２ｂに電気的に接続された１次成分抽出手段４０ａ，４０ｂと、各駆動回路１４ａ，１４ｂおよび各１次成分抽出手段４０ａ，４０ｂに電気的に接続された制御回路５０とを有する。図８に示す各構成部品は、図１を参照して上記説明したものと同様の構成および機能を有するので、重複する点については説明を省略する。

次に、図９を参照しながら、実施の形態１に係る制御回路５０の制御方法について詳細に説明する。図９は実施の形態１に係る制御方法を示すフローチャートである。
ユーザが調理開始スイッチ（図示せず）を作動させ、制御回路５０が中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂに所定の駆動周波数を有する高周波電流を供給するように駆動回路１４ａ，１４ｂを制御する場合について考える。

ステップＳＴ１１（負荷検知期間）において、制御回路５０は中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂについて負荷検知を行う。すなわち制御回路５０は、まず所定の検知周波数Ｆｓ_１を有する高周波電流が中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂに供給されるように各駆動回路１４ａ，１４ｂを制御する。さらに制御回路５０は、各駆動電圧検出手段３０ａ，３０ｂおよび各駆動電流検出手段３２ａ，３２ｂが駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉを検出し、各１次成分抽出手段４０ａ，４０ｂが１次成分の駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉを抽出するように制御して、中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂの負荷抵抗Ｒ_１，Ｒ_２と、共振周波数Ｆｒ_１，Ｆｒ_２を算出する。

このとき上述のように、鍋Ｐの共振周波数Ｆｒよりも低い周波数で駆動回路１４ａ，１４ｂを制御すると、これらの駆動回路のＩＧＢＴ等の素子に悪影響を与えるため、調理開始当初（負荷検知期間）における検知周波数Ｆｓ_１は、誘導加熱することが想定される鍋Ｐの材質の中でも最も高い共振周波数Ｆｒと同等またはそれ以上の周波数として選択することが好ましい。すなわち、調理に用いられる鍋Ｐのうちで最も高い共振周波数Ｆｒを有するものは、アルミニウム製の鍋Ｐであるので、図４（ａ）のマップにおいて、アルミニウム製鍋が加熱コイルの上方に完全に載置されている（重畳率が１００％である）場合の共振周波数が３０ｋＨｚである場合には、検知周波数Ｆｓ_１として、たとえば３５ｋＨｚを設定することが好ましい（Ｆｓ_１＝３５ｋＨｚ）。

なお、負荷検知期間における検知周波数Ｆｓ_１は、さらに高い共振周波数Ｆｒを有する材質を想定して、できるだけ高く設定することが好ましいが、共振周波数Ｆｒを高くするほど、１次成分抽出手段４０ａ，４０ｂに用いられるＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数を高くする必要がある。そしてサンプリング周波数の高い超高速型のＡ／Ｄ変換器は高価であるので、低コスト化を図る上では検知周波数Ｆｓ_１を極力小さく設定することが好ましい。

また共振周波数Ｆｒは、鍋Ｐの材質の他、中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂの寸法・形状・配置位置等を含む設計仕様、および共振コンデンサ２４の静電容量にも依存し、誘導加熱調理器ごとに設定することが好ましい。

ただし、特に中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂについて同時に負荷検知する場合は、これらに供給する高周波電流の周波数が異なると、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ので、負荷検知において中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂに供給する高周波電流の検知周波数Ｆｓ_１は同一のものとすることが好ましい。また同時に負荷検知しない場合には、これらに供給する高周波電流の周波数は異なっていてもよい。

ステップＳＴ１２において、制御回路５０は、中央コイル２２ａの算出された負荷抵抗Ｒ_１および共振周波数Ｆｒ_１と、図示しないメモリにあらかじめ記憶された図４（ｂ）に示すマップとを比較して、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方に載置されているか否か（駆動禁止領域に入るか否か）を判定する。
制御回路５０は、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方に載置されていると判定した場合には（Ｙｅｓの場合）、続けてステップＳＴ１３において、周辺コイル２２ｂの算出された負荷抵抗Ｒ_２および共振周波数Ｆｒ_２と、メモリに記憶された図４（ｂ）に示すマップとを比較して、同様に鍋Ｐが周辺コイル２２ｂの上方に載置されているか否かを判定する。

制御回路５０は、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方に載置されていないと判定した場合には（Ｎｏの場合）、たとえばスプーン等の鍋Ｐ以外のものが載置されているとして、中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂを含むすべての加熱コイル２２に対する高周波電流の供給を停止するように各駆動回路１４を制御してもよい。

鍋Ｐが中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂの上方に載置されていると判定した場合、ステップＳＴ１４において、制御回路５０は、中央コイル２２ａの共振周波数Ｆｒ_１および周辺コイル２２ｂの共振周波数Ｆｒ_２のうち高い方の共振周波数に所定の加算周波数ΔＦを加算した駆動周波数Ｆ_Ｄを決定する。

加算周波数ΔＦは、たとえば３ｋＨｚ等の事前に設定された固定値（一定の周波数）であってもよいが、負荷検知で検知された鍋Ｐの材質に応じて重み付けをしてもよい。たとえば負荷検知で算出された共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒが、磁性ステンレスからなる鍋Ｐの共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒに近い場合には、加算周波数ΔＦを２ｋＨｚとし、鉄に近い場合には加算周波数ΔＦを３ｋＨｚとし、非磁性ステンレスに近い場合には加算周波数ΔＦを２．５ｋＨｚとして駆動周波数Ｆ_Ｄを決定してもよい。すなわち加算周波数ΔＦは、鍋Ｐを構成する材質に応じて重み付けしてもよい。

また加算周波数ΔＦは、検知された共振周波数の高低に応じて重み付けをしてもよい。たとえば負荷検知で検知された共振周波数が２３ｋＨｚ以下であるときは、加算周波数ΔＦを２ｋＨｚとし、２３ｋＨｚ以上であるときは、加算周波数ΔＦを３ｋＨｚとしてもよい。このように加算周波数ΔＦは、負荷検知で検知された共振周波数に応じて重み付けしてもよい。

そしてステップＳＴ１５（駆動期間）において、制御回路５０は、決定された駆動周波数Ｆ_Ｄを有する高周波電流が中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂに供給されるように各駆動回路１４ａ，１４ｂを制御する。
このとき、各駆動回路１４ａ，１４ｂから供給される駆動周波数Ｆ_Ｄとして離散的な値しか選択できない場合（たとえば、インクリメントを１ｋＨｚとする２０〜３５ｋＨｚの間の離散的な値）、制御回路５０は、決定された駆動周波数Ｆ_Ｄより大きい最も近い値を駆動周波数Ｆ_Ｄとして選択してもよい。

図１０は、上記説明した制御方法における負荷検知期間と駆動期間を模式的に示すタイミングチャートである。図１０において、１つの正方形の横方向の長さ（τ）は、商用電源の半周期を示す。負荷検知期間において、検知周波数Ｆｓ_１を有する高周波電流が供給されている期間をクロスハッチングで示し、駆動周波数Ｆ_Ｄで実際に調理のために給電されている期間をシングルハッチングで示し、高周波電流が供給されていない期間を空白としている。

上述のように、商用電源１０からの電圧は、一般に整流した後でも完全にフラットにならず、半波波形に近いものであるから、電圧変動のより小さい整流後の電圧波形のピーク付近において負荷検知を行うことが好ましい。また負荷検知には、図２に示すように検知周波数Ｆｓ_１の単一の周期（Ｆｓ_１＝２５ｋＨｚのとき、１周期は約４０μ秒）におけるＬＣＲ誘導加熱部２０の駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの一次成分を抽出すれば足りるが、整流後の電圧波形が安定するまでに時間を要する場合には、図１０に示すように商用電源１０の半周期（約８．３ｍ秒、６０Ｈｚのとき）において負荷検知を行ってもよい。

図９のフローチャートおよび図１０（ａ）のタイミングチャートに示すように、中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂに対する負荷検知は、これらのコイルの相互誘導による影響を排除するため、順次行うことが好ましいが、相互誘導による影響が小さい場合等においては同時に行ってもよい。なお、複数のコイルについて同時に負荷検知を行う場合には、複数のＡ／Ｄ変換器を用いるか、あるいは単一のＡ／Ｄ変換器を高速切替してサンプルホールド回路を用いることにより実施することができるが、コスト高を招く。

なお負荷検知に際し、検知周波数Ｆｓ_１の少なくとも１周期分における駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの一次成分の波形データを必要とするが、検知周波数Ｆｓ_１は商用電源の周波数に比して実質的に高いので、駆動１周期分の波形データを取り込む毎に、複数のコイルについてマルチプレクサで切り替えて取り込むようにしてもよい。
また順次に負荷検知を行う場合、駆動電圧が安定する時間が短ければ、１回の整流後電圧のピーク付近で切り替えて取り込むようにしてもよい。ただし順次に負荷検知を行うとき、各コイルへの切替後の電圧波形が安定するまでに相当の時間を必要とする場合には、整流後電圧のピーク毎に駆動を切り替えて取り込むようにしてもよい。

一方、図９のフローチャートに戻って、ステップＳＴ１３において、鍋Ｐが周辺コイル２２ｂの上方に載置されていないと判定されたとき、制御回路５０は、ステップＳＴ１６において、上記と同様に、中央コイル２２ａの共振周波数Ｆｒ_１に所定の加算周波数ΔＦを加算した駆動周波数Ｆ_Ｄを決定し、駆動期間であるステップＳＴ１７（駆動期間）において、決定された駆動周波数Ｆ_Ｄを有する高周波電流が中央コイル２２ａのみに供給されるように駆動回路１４ａを制御する。
なお図１０（ｂ）は、鍋Ｐが周辺コイル２２ｂの上方に載置されておらず、中央コイル２２ａのみに給電する場合のタイミングチャートである。

上記説明したように、本願発明によれば、共振周波数Ｆｒより加算周波数ΔＦだけ高い駆動周波数Ｆ_Ｄ、すなわち所望する加熱電力を得るために最適な駆動周波数Ｆ_Ｄを有する高周波電流を各加熱コイル２２に供給することができるので、加熱効率が極めて高く、しかも駆動回路１４ａ，１４ｂのスイッチング素子に悪影響を与えることなく、安全にかつ高信頼性で駆動回路１４ａ，１４ｂを制御することができる。

実施の形態２．
次に、図１１〜図１２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２について以下詳細に説明する。実施の形態２に係る制御回路５０は、１回目の負荷検知において、検知周波数Ｆｓ_１を有する高周波電流を各加熱コイル２２に供給して算出された共振周波数Ｆｒのうちで最も高いものを第２の検知周波数Ｆｓ_２として決定し、第２の検知周波数Ｆｓ_２を有する高周波電流を各加熱コイル２２に供給して２回目の負荷検知を行い、より精度の高い共振周波数Ｆｒを得る点を除き、実施の形態１の誘導加熱調理器１と同様の構成を有するので、重複する点については説明を省略する。

実施の形態１によれば、負荷検知において各加熱コイル２２に供給される高周波電流の検知周波数Ｆｓ_１は、誘導加熱することが想定される鍋Ｐの材質の中でも最も高い共振周波数Ｆｒと同等またはそれ以上の周波数として選択され、たとえば３５ｋＨｚに設定されるものであった。しかしながら、負荷検知により算出される各加熱コイル２２の共振周波数Ｆｒが検知周波数Ｆｓ_１より実質的に低い場合、すなわち各加熱コイル２２に固有の実際の共振周波数が検知周波数Ｆｓ_１より実質的に低い場合、１次成分抽出手段４０で抽出される駆動電圧Ｖに対する駆動電流Ｉの位相がマイナス９０度付近となり、負荷検知により算出される共振周波数Ｆｒの演算誤差が大きくなり、負荷検知精度が低下する場合がある。
そこで実施の形態２に係る誘導加熱調理器１は、１回目の負荷検知において、検知周波数Ｆｓ_１を有する高周波電流を各加熱コイル２２に供給して算出された共振周波数Ｆｒのうちで最も高いものを、２回目の負荷検知における第２の検知周波数Ｆｓ_２として、あらためて第２の検知周波数Ｆｓ_２を有する高周波電流を各加熱コイル２２に供給して負荷検知を行うことにより、負荷検知精度を向上させようとするものである。

図１１および図１２は実施の形態２に係る制御方法を示すフローチャートである。
ユーザが調理を開始すると、１回目の負荷検知期間（ステップＳＴ２１）において、制御回路５０は、中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂについて検知周波数Ｆｓ_１で負荷検知を行う。すなわち制御回路５０は、あらかじめ設定された検知周波数Ｆｓ_１（たとえば３５ｋＨｚ）を有する高周波電流を中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂに供給し、中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂの負荷抵抗Ｒ_１，Ｒ_２と、共振周波数Ｆｒ_１，Ｆｒ_２とを算出する。

ステップＳＴ２２およびステップＳＴ２３において、制御回路５０は、算出された各加熱コイル２２の負荷抵抗Ｒ_１，Ｒ_２および共振周波数Ｆｒ_１，Ｆｒ_２に基づき、図４（ｂ）のマップを参照して、鍋Ｐが中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂの上方に載置されているか否かを判定する。

制御回路５０は、鍋Ｐが中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂの上方に載置されていると判定した場合には（ともにＹｅｓの場合）ステップＳＴ２４に進み、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方に載置されていないと判定した場合には（ステップＳＴ２２でＮｏの場合）、周辺コイル２２ｂを含むすべての加熱コイル２２に対する高周波電流の供給を停止し、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方にのみ載置されていると判定した場合には（ステップＳＴ２３でＮｏの場合）、図１２（ａ）の"Ａ"に進む。

上述のように、１回目の負荷検知における検知周波数Ｆｓ_１は、想定される鍋Ｐの材質の中でも最も高い共振周波数Ｆｒと同等またはそれ以上の周波数として選択されるので、実際の負荷検知により算出された共振周波数Ｆｒは、検知周波数Ｆｓ_１より小さい。
２回目の負荷検知期間（ステップＳＴ２４）において、制御回路５０は、中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂの共振周波数Ｆｒ_１，Ｆｒ_２のうち高い方の共振周波数に、所定の加算周波数ΔＦを加算した周波数を第２の検知周波数Ｆｓ_２と決定する。さらに制御回路５０は、ステップＳＴ２４において、中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂについて第２の検知周波数Ｆｓ_２で負荷検知を行い、中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂの負荷抵抗Ｒ_１’，Ｒ_２’と、共振周波数Ｆｒ_１’，Ｆｒ_２’とを算出する。

次に、ステップＳＴ２５およびステップＳＴ２６において、制御回路５０は、ステップＳＴ２４で新たに算出された各加熱コイル２２の負荷抵抗Ｒ_１’，Ｒ_２’および共振周波数Ｆｒ_１’，Ｆｒ_２’に基づき、図４（ｂ）のマップを参照して、鍋Ｐが中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂの上方に載置されているか否かを判定する。

制御回路５０は、鍋Ｐが中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂの上方に載置されていると判定した場合には（ともにＹｅｓの場合）ステップＳＴ２７に進み、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方に載置されていないと判定した場合には（ステップＳＴ２５でＮｏの場合）、同様に、周辺コイル２２ｂを含むすべての加熱コイル２２に対する給電を停止し、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方にのみ載置されていると判定した場合には（ステップＳＴ２６でＮｏの場合）、図１２（ｂ）の"Ｂ"に進む。

第２の検知周波数Ｆｓ_２は、当初設定された第１の検知周波数Ｆｓ_１より小さく、中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂの実際の共振周波数により近似するものであるから、２回目の負荷検知により算出される共振周波数Ｆｒ_１’，Ｆｒ_２’の演算誤差を低減することができ、負荷検知精度を改善することができる。

ステップＳＴ２７において、制御回路５０は、実施の形態１と同様、中央コイル２２ａの共振周波数Ｆｒ_１’および周辺コイル２２ｂの共振周波数Ｆｒ_２’のうち高い方の共振周波数に、所定の加算周波数ΔＦを加算した第２の駆動周波数Ｆ_Ｄ’を決定し、駆動期間（ステップＳＴ２８）において、第２の駆動周波数Ｆ_Ｄ’を有する高周波電流が中央コイル２２ａおよび周辺コイル２２ｂに供給されるように駆動回路１４ａ，１４ｂを制御する。

一方、制御回路５０は、ステップＳＴ２３において、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方には載置されているが、周辺コイル２２ｂの上方に載置されていないと判定したとき、図１２の"Ａ"に進む。
そして２回目の負荷検知期間（ステップＳＴ３１）において、制御回路５０は、中央コイル２２ａの共振周波数Ｆｒ_１に、所定の加算周波数ΔＦを加算した周波数を第２の検知周波数Ｆｓ_２と決定する。さらに制御回路５０は、ステップＳＴ３１において、中央コイル２２ａについて第２の検知周波数Ｆｓ_２で負荷検知を行い、再び中央コイル２２ａの負荷抵抗Ｒ_１’と、共振周波数Ｆｒ_１’とを算出する。

ステップＳＴ３２において、制御回路５０は、ステップＳＴ３１で新たに算出された中央コイル２２ａの負荷抵抗Ｒ_１’および共振周波数Ｆｒ_１’に基づき、図４（ｂ）のマップを参照して、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方に載置されているか否かを判定する。

制御回路５０は、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方に載置されていると判定した場合には（Ｙｅｓの場合）ステップＳＴ３３に進み、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方に載置されていないと判定した場合には（Ｎｏの場合）、中央コイル２２ａに対する給電を停止する。

ステップＳＴ３３において、制御回路５０は、同様に、中央コイル２２ａの共振周波数Ｆｒ_１ ’に、所定の加算周波数ΔＦを加算した第２の駆動周波数Ｆ_Ｄ’を決定し、駆動期間（ステップＳＴ３４）において、第２の駆動周波数Ｆ_Ｄ’を有する高周波電流が中央コイル２２ａにのみ供給されるように駆動回路１４ａを制御する。

また制御回路５０は、ステップＳＴ２５，ＳＴ２６において、鍋Ｐが中央コイル２２ａの上方には載置されているが、周辺コイル２２ｂの上方に載置されていないと判定したとき、図１２（ｂ）の２回目の負荷検知期間（ステップＳＴ３５）において、同様に、中央コイル２２ａの共振周波数Ｆｒ_１ ’に、所定の加算周波数ΔＦを加算した第２の駆動周波数Ｆ_Ｄ’を決定し、駆動期間（ステップＳＴ３６）において、第２の駆動周波数Ｆ_Ｄ’を有する高周波電流が中央コイル２２ａにのみ供給されるように駆動回路１４ａを制御する。

このように２回目の負荷検知で用いられた第２の検知周波数Ｆｓ_２は、第１の検知周波数Ｆｓ_１より小さく、各加熱コイル２２に固有の共振周波数により近いものであるから、２回目の負荷検知により算出される共振周波数Ｆｒ’の演算誤差を実質的に低減することができ、負荷検知精度を改善して、より最適な駆動周波数Ｆ_Ｄで鍋Ｐを加熱することができる。

実施の形態３．
次に、図１３〜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３について以下詳細に説明する。実施の形態３に係る誘導加熱調理器１は、加熱コイル２０が３つ以上の加熱サブコイルから構成されている点を除き、実施の形態１，２の誘導加熱調理器１と同様の構成を有するので、重複する点については説明を省略する。

実施の形態３に係る誘導加熱調理器１は、図１３に示すように、中央コイル２２ａと、その周辺に１／４円弧状（バナナ状または胡瓜状）に捲回された４つの周辺コイル２２ｂ〜２２ｅとを有する。また実施の形態３に係る誘導加熱調理器１は、詳細図示しないが、各加熱サブコイル２２（中央コイル２２ａと４つの周辺コイル２２ｂ〜２２ｅ）のそれぞれに対して、上記説明した駆動回路１４、駆動電圧検出手段３０、駆動電流検出手段３２、および１次成分抽出手段４０を有し、これらの構成回路を制御する単一の制御回路５０を有する。
なお択一的には、誘導加熱調理器１は、図１４に示すように格子状に配列された複数の円形状のサブコイル２２を有するものであってもよく、サブコイルの形状および配置位置は本願発明を限定するものではない。

図１５は実施の形態３に係る制御方法を示すフローチャートであり、図１６は負荷検知期間と駆動期間を模式的に示すタイミングチャートである。
ユーザが調理を開始すると、制御回路５０は、第１の負荷検知期間（ステップＳＴ４１）において、初期設定された（デフォルトの）第１の検知周波数Ｆｓ_１を有する高周波電流を各加熱サブコイル２２に供給して負荷検知を行い、各加熱サブコイル２２の負荷抵抗Ｒ_ｉおよび共振周波数Ｆｒ_ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）を算出する。

次にステップＳＴ４２において、制御回路５０は、各加熱サブコイル２２の負荷抵抗Ｒ_ｉおよび共振周波数Ｆｒ_ｉに基づいて、少なくとも１つの加熱サブコイル２２の上方に鍋Ｐが載置されているか否か判定し、いずれの加熱サブコイル２２の上方にも鍋Ｐが載置されていないと判定したとき（Ｎｏの場合）には給電を停止する。

制御回路５０は、少なくとも１つの加熱サブコイル２２の上方に鍋Ｐが載置されていると判定したとき（Ｙｅｓの場合）、第２の負荷検知期間（ステップＳＴ４３）において、１回目の負荷検知で算出された共振周波数Ｆｒ_ｉのうち最も高い共振周波数に、所定の加算周波数ΔＦを加算した周波数を第２の検知周波数Ｆｓ_２と決定するとともに、第２の検知周波数Ｆｓ_２を有する高周波電流を各加熱サブコイル２２に供給して負荷検知を行い、各加熱サブコイル２２の負荷抵抗Ｒ_ｉ’および共振周波数Ｆｒ_ｉ’（ｉ＝１，２，３，・・・）を算出する。

そしてステップＳＴ４５において、制御回路５０は、実施の形態１と同様、各加熱サブコイル２２の共振周波数Ｆｒ_ｉ’のうち高い方の共振周波数に、所定の加算周波数ΔＦを加算した第２の駆動周波数Ｆ_Ｄ’を決定し、駆動期間（ステップＳＴ４６）において、第２の駆動周波数Ｆ_Ｄ’を有する高周波電流が各加熱サブコイル２２に供給されるように駆動回路１４を制御する。こうして実施の形態３に係る誘導加熱調理器１は、実際の鍋Ｐの共振周波数に近い最適な駆動周波数Ｆ_Ｄ’を有する高周波電流を供給して鍋Ｐを効率よく加熱することができる。

たとえば鍋Ｐが図１３の破線に示すように中央から右側にずれた位置に載置されたとき、制御回路５０は、図１６のタイミングチャートで示すように、１回目の負荷検知（ステップＳＴ４１）において、鍋Ｐが中央サブコイル２２ａおよび周辺サブコイル２２ｂ，２２ｃの上に載置されたことを判定し、２回目の負荷検知を行い（ステップＳＴ４３）、最適な駆動周波数Ｆ_Ｄ’を決定して給電するように各駆動回路１４を制御する。こうして実施の形態３に係る誘導加熱調理器１は、瞬時に最適な駆動周波数Ｆ_Ｄ’を検知し、最適な駆動周波数Ｆ_Ｄ’で鍋Ｐを加熱することができる。

このように２回目の負荷検知で用いられた第２の検知周波数Ｆｓ_２は、第１の検知周波数Ｆｓ_１より小さく、各加熱コイル２２の実際の共振周波数Ｆｒにより近いものであるから、２回目の負荷検知により算出される共振周波数Ｆｒ’の演算誤差を実質的に低減することができ、負荷検知精度を改善して、より最適な駆動周波数Ｆ_Ｄ ’で鍋Ｐを加熱することができる。

なお必要ならば、３回目以上の負荷検知を重ねて行うことにより、実際の鍋Ｐの共振周波数により近い駆動周波数Ｆ_Ｄ’を有する高周波電流を供給して、鍋Ｐに対する加熱効率を最適化するようにしてもよい。またユーザが鍋振り等により、各加熱コイル２２の最適な駆動周波数Ｆ_Ｄが変化することを想定して、所定時間経過する毎に定期的に負荷検知を行うようにしてもよい。

１：誘導加熱調理器、１０：商用電源、１２：整流回路、１４：駆動回路、２０：ＬＣＲ誘導加熱部、２２：加熱コイル、２４：共振コンデンサ、３０：駆動電圧検出手段、３２：駆動電流検出手段、４０：１次成分抽出手段（ｎ次成分抽出手段）、５０：制御回路、鍋：Ｐ。

Claims (10)

1. 互いに隣接し、協働して単一の被加熱体を誘導加熱する複数（ｉ個，ｉは２以上の自然数）の加熱コイルと、
   前記各加熱コイルに所定の周波数を有する高周波電流を個別に供給する複数の駆動回路と、
   前記各加熱コイルに流れる駆動電流および該各加熱コイルの両端に印加される駆動電圧から、前記所定の周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含むｎ次駆動電流およびｎ次駆動電圧を抽出する複数のｎ次成分抽出手段と、
   前記各ｎ次成分抽出手段で抽出されたｎ次駆動電流およびｎ次駆動電圧から前記各加熱コイルの負荷抵抗および共振周波数を算出する制御回路部とを備え、
   前記制御回路部は、
   ａ）第１の検知周波数（Ｆｓ_１）を有する高周波電流を前記各加熱コイルに供給するように前記各駆動回路を制御した際に算出された前記各加熱コイルの負荷抵抗（Ｒ_ｉ）および共振周波数（Ｆｒ_ｉ）に基づいて、該各加熱コイルの上方に被加熱体が載置されているか否かを判定し、
   ｂ）被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルについて算出された共振周波数（Ｆｒ_ｉ）のうちで最も高い共振周波数より加算周波数（ΔＦ）だけさらに高い駆動周波数（Ｆ_Ｄ）を決定し、
   ｃ）被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルに駆動周波数（Ｆ_Ｄ）を有する高周波電流を供給するように前記各駆動回路を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 互いに隣接し、協働して単一の被加熱体を誘導加熱する複数（ｉ個，ｉは２以上の自然数）の加熱コイルと、
   前記各加熱コイルに所定の周波数を有する高周波電流を個別に供給する複数の駆動回路と、
   前記各加熱コイルに流れる駆動電流および該各加熱コイルの両端に印加される駆動電圧から、前記所定の周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含むｎ次駆動電流およびｎ次駆動電圧を抽出する複数のｎ次成分抽出手段と、
   前記各ｎ次成分抽出手段で抽出されたｎ次駆動電流およびｎ次駆動電圧から前記各加熱コイルの負荷抵抗および共振周波数を算出する制御回路部とを備え、
   前記制御回路部は、
   ｉ−ａ）第１の検知周波数（Ｆｓ_１）を有する高周波電流を前記各加熱コイルに供給するように前記各駆動回路を制御した際に算出された前記各加熱コイルの負荷抵抗（Ｒ_ｉ）および共振周波数（Ｆｒ_ｉ）に基づいて、該各加熱コイルの上方に被加熱体が載置されているか否かを判定し、
   ｉ−ｂ）前記ｉ−ａ）において被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルについて算出された共振周波数（Ｆｒ_ｉ）のうちで最も高い共振周波数より加算周波数（ΔＦ）だけさらに高い第２の検知周波数（Ｆｓ_２）を決定し、
   ii−ａ）前記ｉ−ｂ）において決定された第２の検知周波数（Ｆｓ_２）を有する高周波電流を前記各加熱コイルに供給するように前記各駆動回路を制御した際に算出された前記各加熱コイルの負荷抵抗（Ｒ_ｉ’）および共振周波数（Ｆｒ_ｉ’）に基づいて、該各加熱コイルの上方に被加熱体が載置されているか否かを判定し、
   ii−ｂ）前記ii−ａ）において被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルについて算出された共振周波数（Ｆｒ_ｉ’）のうちで最も高い共振周波数より加算周波数（ΔＦ）だけさらに高い駆動周波数（Ｆ_Ｄ’）を決定し、
   ｃ）前記ii−ａ）において被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルに駆動周波数（Ｆ_Ｄ’）を有する高周波電流を供給するように前記各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. 加算周波数（ΔＦ）は、一定の周波数であるか、あるいは算出された各加熱コイルの共振周波数（Ｆｒ_ｉ）または被加熱体を構成する材質に応じて重み付けされた周波数であ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. 制御回路部は、各加熱コイルの上方に被加熱体が載置されているか否か、同時にまたは順次に判定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. 加熱コイルは、平面状に捲回された中央コイルと、その周辺に配置された少なくとも１つの周辺コイルとを有し、
   制御回路部は、前記中央コイルの上方に被加熱体が載置されていないとき、すべての前記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前記各駆動回路を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の誘導加熱調理器。
6. 互いに隣接し、協働して単一の被加熱体を誘導加熱する複数（ｉ個，ｉは２以上の自然数）の加熱コイルと、前記各加熱コイルに所定の周波数を有する高周波電流を個別に供給する複数の駆動回路とを有する誘導加熱調理器の制御方法であって、
   前記各加熱コイルに流れる駆動電流および各加熱コイルの両端に印加される駆動電圧から、前記所定の周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含むｎ次駆動電流およびｎ次駆動電圧を抽出するステップと、
   前記各ｎ次成分抽出手段で抽出されたｎ次駆動電流およびｎ次駆動電圧から前記各加熱コイルの負荷抵抗および共振周波数を算出するステップと、
   ａ）第１の検知周波数（Ｆｓ_１）を有する高周波電流を前記各加熱コイルに供給するように前記各駆動回路を制御した際に算出された前記各加熱コイルの負荷抵抗（Ｒ_ｉ）および共振周波数（Ｆｒ_ｉ）に基づいて、前記各加熱コイルの上方に被加熱体が載置されているか否かを判定するステップと、
   ｂ）被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルについて算出された共振周波数（Ｆｒ_ｉ）のうちで最も高い共振周波数より加算周波数（ΔＦ）だけさらに高い第１の駆動周波数（Ｆ_Ｄ）を決定するステップと、
   ｃ）被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルに第１の駆動周波数（Ｆ_Ｄ）を有する高周波電流を供給するように前記各駆動回路を制御するするステップとを有することを特徴とする誘導加熱調理器の制御方法。
7. 互いに隣接し、協働して単一の被加熱体を誘導加熱する複数（ｉ個，ｉは２以上の自然数）の加熱コイルと、前記各加熱コイルに所定の周波数を有する高周波電流を個別に供給する複数の駆動回路とを有する誘導加熱調理器の制御方法であって、
   前記各加熱コイルに流れる駆動電流および該各加熱コイルの両端に印加される駆動電圧から、前記所定の周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含むｎ次駆動電流およびｎ次駆動電圧を抽出するステップと、
   前記各ｎ次成分抽出手段で抽出されたｎ次駆動電流およびｎ次駆動電圧から前記各加熱コイルの負荷抵抗および共振周波数を算出するステップと、
   ｉ−ａ）第１の検知周波数（Ｆｓ_１）を有する高周波電流を前記各加熱コイルに供給するように前記各駆動回路を制御した際に算出された前記各加熱コイルの負荷抵抗（Ｒ_ｉ）および共振周波数（Ｆｒ_ｉ）に基づいて、該各加熱コイルの上方に被加熱体が載置されているか否かを判定するステップと、
   ｉ−ｂ）前記ｉ−ａ）において被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルについて算出された共振周波数（Ｆｒ_ｉ）のうちで最も高い共振周波数より加算周波数（ΔＦ）だけさらに高い第２の検知周波数（Ｆｓ_２）を決定するステップと、
   ii−ａ）前記ｉ−ｂ）において決定された第２の検知周波数（Ｆｓ_２）を有する高周波電流を前記各加熱コイルに供給するように前記各駆動回路を制御した際に算出された前記各加熱コイルの負荷抵抗（Ｒ_ｉ’）および共振周波数（Ｆｒ_ｉ’）に基づいて、該各加熱コイルの上方に被加熱体が載置されているか否かを判定するステップと、
   ii−ｂ）前記ii−ａ）において被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルについて算出された共振周波数（Ｆｒ_ｉ’）のうちで最も高い共振周波数より加算周波数（ΔＦ）だけさらに高い駆動周波数（Ｆ_Ｄ’）を決定するステップと、
   ｃ）前記ii−ａ）において被加熱体が載置されていると判定された前記各加熱コイルに駆動周波数（Ｆ_Ｄ’）を有する高周波電流を供給するように前記各駆動回路を制御するステップとを有することを特徴とする誘導加熱調理器の制御方法。
8. 加算周波数（ΔＦ）は、一定の周波数であるか、あるいは算出された各加熱コイルの共振周波数（Ｆｒ_ｉ）または被加熱体を構成する材質に応じて重み付けされた周波数であることを特徴とする請求項６または７に記載の制御方法。
9. 前記制御回路部は、各加熱コイルの上方に被加熱体が載置されているか否か、同時にまたは順次に判定することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１に記載の制御方法。
10. 加熱コイルは、平面状に捲回された中央コイルと、その周辺に配置された少なくとも１つの周辺コイルとを有し、
    前記中央コイルの上方に被加熱体が載置されていないとき、すべての前記加熱コイルに対する高周波電流の供給を停止するステップを有することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１に記載の制御方法。

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