JP5832179B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱調理器に関し、特に、誘導加熱調理器の消費電力を低減させる制御に関するものである。

独立した小径加熱コイルと、この小径加熱コイルの外側に配置される大径加熱コイルとが同一平面に配置され、小径加熱コイル及び大径加熱コイルに入力する電流値、並びに小径加熱コイル及び大径加熱コイルより出力される電流値を検出し、該検出結果に基づいてトッププレート上の被加熱調理容器の有無を判別する誘導加熱調理器が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００８−２８２６０９号公報（たとえば、明細書の段落［００３２］参照）

特許文献１に記載の技術は、小径加熱コイル及び大径加熱コイルの双方におけるインピーダンスが同程度になるように形成し、双方のコイルに流れる電流値を同程度に調整している。しかしながら、誘導加熱調理を開始して双方のコイルに通電すると、小径加熱コイル及び大径加熱コイルのお互いが磁気干渉する。すなわち、小径加熱コイル及び大径加熱コイルの双方のインピーダンスは、相互インダクタンスの分だけ変化することになる。また、このコイル同士の干渉以外にも、駆動回路に電流を流すことによる発熱などにより、駆動回路の素子のインピーダンスが変化することになる。

ここで、インピーダンスが大きいコイルに電流を供給する方が、小さい電流量で所定の電力（火力）を得ることができる。すなわち、特許文献１に記載の技術は、駆動回路が、誘導加熱調理中（加熱調理開始時を含む）におけるインピーダンスの変化に応じた制御を実行しておらず、駆動回路の電力効率が低減してしまっていた。
また、特許文献１に記載の技術は、所定の電力（火力）を得るのに大きい電流が必要な分だけ、駆動回路に大きい電流が流れることになる。すなわち、大きい電流が駆動回路に流れる分だけ、各種素子やコイルの発熱損失が大きくなってしまい駆動回路の電力損失が大きくなってしまっていた。さらに、大きい電流が駆動回路に流れる分だけ、駆動回路が経年劣化してしまっていた。

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、加熱コイルを駆動する駆動回路の消費電力を低減する誘導加熱調理器を提供することを第１の目的としている。
また、加熱コイルを駆動する駆動回路の経年劣化を抑制する誘導加熱調理器を提供することを第２の目的としている。

本発明に係る誘導加熱調理器は、１つの加熱口に設けられ、誘導磁界を発生させて調理容器を加熱する第１コイル及び第２コイルと、第１コイルに接続される第１共振コンデンサ、及び、第２コイルに接続される第２共振コンデンサと、直流電力を交流電力に変換し、第１コイル、及び、第２コイルに交流電力を供給するインバータ回路と、第１コイルに供給される電圧を検出する第１電圧検出手段と、第２コイルに供給される電圧を検出する第２電圧検出手段と、第１コイルに流れる電流を検出する第１電流検出手段と、第２コイルに流れる電流を検出する第２電流検出手段と、第１電流検出手段、第２電流検出手段、第１電圧検出手段、及び、第２電圧検出手段の検出結果に基づいて、インバータ回路を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、第１電圧検出手段、及び、第１電流検出手段の検出結果に基づいて第１コイルの負荷抵抗値を演算し、第２電圧検出手段、及び、第２電流検出手段の検出結果に基づいて第２コイルの負荷抵抗値を演算し、第１コイル及び第２コイルの双方に交流電力を供給し、第１コイル、及び、第２コイルのうち、負荷抵抗値の大きい方に対応するコイルに供給される交流電力が、負荷抵抗値の小さい方に対応するコイルに供給される交流電力に対して相対的に大きくなるように、インバータ回路を制御するものである。

本発明に係る誘導加熱調理器は、第１コイル及び第２コイルのうち、抵抗値の大きい方のコイルに供給される交流電力を大きくする制御を実施するものである。これにより、加熱コイルを駆動する駆動回路の消費電力を低減することができる。

本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の概要構成の一例を説明する斜視図である。 誘導加熱のための加熱コイルの駆動回路について説明する図である。 加熱コイルの概要構成図である。 図１に示すインバータ回路のスイッチング素子を駆動する信号の一例を説明する図である。 図１に示す誘導加熱調理器の消費電力を抑制するための制御（加熱出力制御処理）の一例について説明するフローチャートである。 シリコン半導体デバイスと、シリコンカーバイド半導体デバイスの耐電圧とオン抵抗について説明する図である。 本発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器の概要構成の一例を説明する斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
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１００の概要構成の一例を説明する斜視図である。図１（ａ）はロースター１０２を閉じた状態の図であり、図１（ｂ）がロースター１０２を開いた状態の図である。図２は、誘導加熱のための加熱コイル８５の駆動回路について説明する図である。図３は、加熱コイル８５の概要構成図である。
本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００は、誘導加熱調理時における消費電力を抑制する制御方法（加熱出力制御処理）に改良が加えられたものである。

［誘導加熱調理器１００の構成］
図１〜図３に示すように、誘導加熱調理器１００は、上面以外の外郭を構成する筐体３、誘導加熱調理器１００の上面を構成し、鍋などの調理容器を載置するトッププレート１０１、トッププレート１０１上に載置される鍋（被調理容器）などを誘導加熱する加熱コイル８５、調理中に高温雰囲気となるロースター１０２、加熱コイル８５に電力を供給する駆動回路９０を有している。

筐体３は、誘導加熱調理器１００のうち、上面以外を構成する外郭である。筐体３内には、加熱コイル８５や駆動回路９０などの各種機器が搭載されている。図１では、筐体３が、上面が開放された略箱形状であるものが図示されているが、特に、それに限定されるものではない。
トッププレート１０１は、筐体３の上面に配置され、鍋などの被調理容器が載置可能である。このトッププレート１０１と筐体３とで形成される空間であって、トッププレート１０１の下方には、内コイル４０及び外コイル４４が載置される空間が形成されている。トッププレート１０１は、たとえば耐熱ガラスなどで構成するとよい。

加熱コイル８５は、トッププレート１０１上に載置される鍋などの被調理容器を加熱するものである。すなわち、加熱コイル８５は、駆動回路９０により制御されるもので、駆動回路９０から電流が供給されることで、トッププレート１０１上の被調理容器を誘導加熱可能となっている。
図３に図示されるように、本実施の形態１では、この加熱コイル８５が、１つの内コイル４０、及び、内コイル４０の外周に４つの外コイル４４が配置されて構成されたものとして説明する。なお、４つの外コイル４４は、図２に示すように直列に接続されて構成されている。また、内コイル４０、及び、外コイル４４の数は、それに限定されるものではない。
また、図１では、１つの加熱コイル８５が、誘導加熱調理器１００に搭載されたものが図示されているが、その数は特に限定されるものではない。

ロースター１０２は、調理中に高温雰囲気となり、直に食品を加熱して加熱調理をすることができるものである。このロースター１０２は、たとえばシーズヒーターなどの電気加熱体が設置され、その電気加熱体に電流が供給されることで高温雰囲気とすることができる。これにより、ロースター１０２内に載置された食品は、加熱調理される。また、ロースター１０２は、ロースター１０２の開閉により、筐体３に形成されるレール１０３上を摺動するトレーと、食品を載置する焼き網１０４を備えている。

［駆動回路９０の構成］
駆動回路９０は、加熱コイル８５に電力を供給するものである。以下の説明において、図２を参照しながら誘導加熱調理器１００の駆動回路９０について詳しく説明する。
この駆動回路９０は、直流電源１から供給される電流（電圧）を平滑するリアクトル２及び平滑コンデンサ１６、加熱コイル８５に高周波電力を供給するためのインバータ回路１４、電流を検出する３つの電流検出手段１１、４５、４６、電圧を検出する３つの電圧検出手段５０〜５２、上述の加熱コイル８５、該加熱コイル８５に接続される２つの共振コンデンサ４１、４３を有している。また、この駆動回路９０には、インバータ回路１４を制御する制御手段２６が接続されている。
なお、直流電源１は、商用交流電源から整流回路を通して供給される直流電流を出力するものである。

リアクトル２及び平滑コンデンサ１６は、直流電源１から供給される直流電流（直流電圧）を平滑するものである。リアクトル２は、インバータ回路１４の正母線に対して直列に接続されている。また、平滑コンデンサ１６は、一方がインバータ回路１４の正母線に接続され、他方がインバータ回路１４の負母線に接続されている。

インバータ回路１４は、リアクトル２及び平滑コンデンサ１６を介して直流電源１から供給される電力を高周波電力にするものである。このインバータ回路１４は、フルブリッジのインバータ回路であり、内コイル４０の一方及び外コイル４４の一方に接続される共通アーム６０、内コイル４０の他方に接続される内コイル駆動用アーム６１、及び、外コイル４４の他方に接続される外コイル駆動用アーム６２を有している。
共通アーム６０、内コイル駆動用アーム６１、及び、外コイル駆動用アーム６２は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子に、ダイオードを逆並列接続して構成したスイッチング素子３１〜３６が、直列に接続されて構成されている。ここで、スイッチング素子３１とスイッチング素子３２が直列に接続され、また、スイッチング素子３３とスイッチング素子３４が直列に接続され、さらに、スイッチング素子３５とスイッチング素子３６が直列に接続されている。６つのスイッチング素子３１〜３６は、制御手段２６に接続され、オンオフ制御される。なお、ＩＧＢＴとは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのことをさす。
そして、これらの共通アーム６０、内コイル駆動用アーム６１、及び、外コイル駆動用アーム６２は、一方がインバータ回路１４の正母線に接続され、他方がインバータ回路１４の負母線に接続されている。

３つの電流検出手段１１、４５、４６は、駆動回路９０の所定の配線を流れる電流を検出するものである。電流検出手段１１は負母線を流れる電流を検出するものである。すなわち、電流検出手段１１（入力電流検出手段）は、インバータ回路１４に入力する電流（以下、入力電流とも称する）を検出するものである。
また、電流検出手段４５（第１電流検出手段）は、一方がスイッチング素子３１のエミッタ側及びスイッチング素子３２のコレクタ側に接続され、他方が内コイル４０に接続される配線の電流を検出するものである。すなわち、電流検出手段４５は、内コイル４０に流れる電流（以下、内コイル４０の出力電流とも称する）を検出するものである。
さらに、電流検出手段４６（第２電流検出手段）は、一方がスイッチング素子３１のエミッタ側及びスイッチング素子３２のコレクタ側に接続され、他方が外コイル４４に接続される配線の電流を検出するものである。すなわち、電流検出手段４６は、外コイル４４に流れる電流（以下、外コイル４４の出力電流とも称する）を検出するものである。

３つの電圧検出手段５０〜５２は、駆動回路９０の所定の配線間の電位差（電圧）を検出するものである。電圧検出手段５０（入力電圧検出手段）は、正母線と負母線の電位差を検出するものである。すなわち、電圧検出手段５０は、インバータ回路１４に入力する電圧（以下、入力電圧とも称する）を検出するものである。
また、電圧検出手段５１（第１電圧検出手段）は、内コイル４０及び共振コンデンサ４３の電位差（以下、内コイル４０の出力電圧とも称する）を検出するものである。
さらに、電圧検出手段５２（第２電圧検出手段）は、外コイル４４及び共振コンデンサ４１の電位差（以下、外コイル４４の出力電圧とも称する）を検出するものである。
これらの３つの電流検出手段１１、４５、４６、及び、３つの電圧検出手段５０〜５２は、制御手段２６に接続されており、検出結果が制御手段２６に出力されるようになっている。
なお、直流電源１からインバータ回路１４に入力される直流電圧が一定である場合には、電圧検出手段５０が設けられていなくともよい。つまり、この場合には、電流検出手段１１（入力電力検出手段）の検出結果から入力電力を得ることができるということである。

加熱コイル８５は、上述のように内コイル４０（第１コイル）、及び、外コイル４４（第２コイル）を有し、トッププレート１０１上に載置される鍋などの被調理容器を加熱するものである。内コイル４０は、図３に示すように、略円形に巻回された加熱用のコイルである。そして、この内コイル４０は、図２に示すように、一方がスイッチング素子３１のエミッタ側及びスイッチング素子３２のコレクタ側に接続され、他方が共振コンデンサ４３に接続されている。また、外コイル４４は、図３に示すように、内コイル４０の外周に配置され、略小判形に巻回された加熱用のコイルである。そして、この外コイル４４は、図２に示すように、一方がスイッチング素子３１のエミッタ側及びスイッチング素子３２のコレクタ側に接続され、他方が共振コンデンサ４１に接続されている。
なお、大径鍋が載置された状態において、内コイル４０と該大径鍋とにより形成されるインピーダンス値と、外コイル４４と該大径鍋により形成されるインピーダンス値に差が生じるように、巻き数などが調整されている。なお、大径とは、内コイル４０だけでなく外コイル４４も調理時に用いられる程度の径である。
また、内コイル４０及び外コイル４４は、同一周回方向に巻回されているものとする。すなわち、図３に示す内コイル４０が時計回りに巻回されて構成されている場合には、外コイル４４の４つのコイル全てが、時計回りに巻回されて構成されているということである。これにより、内コイル４０及び外コイル４４から発生する磁束の向きが、同じ方向となるので、鍋全体を同一方向の磁束で効率よく、均一に加熱することができる。

２つの共振コンデンサ４１、４３は、加熱コイル８５に接続され、共振回路を構成するものである。共振コンデンサ４３（第１共振コンデンサ）は、一方が内コイル４０に接続され、他方がスイッチング素子３３のエミッタ側及びスイッチング素子３４のコレクタ側に接続されている。また、共振コンデンサ４１（第２共振コンデンサ）は、一方が外コイル４４に接続され、他方がスイッチング素子３５のエミッタ側及びスイッチング素子３６のコレクタ側に接続されている。

制御手段２６は、インバータ回路１４を制御するものである。すなわち、制御手段２６は、６つのスイッチング素子３１〜３６、３つの電流検出手段１１、４５、４６、及び、３つの電圧検出手段５０〜５２に接続されている。また、この制御手段２６は、後述の図５で説明する加熱出力制御処理における時間の計測を行うタイマカウンタ２６ａを有している。そして、制御手段２６は、３つの電流検出手段１１、４５、４６、及び、３つの電圧検出手段５０〜５２の検出結果と、タイマカウンタ２６ａの計測結果とに基づいて、スイッチング素子３１〜３６をオンオフ制御するものである。
なお、制御手段２６は、駆動回路９０に流れる電流が、駆動回路９０に流れる電圧に対して遅れ位相で流れるように制御するものとする。そこで、制御手段２６がスイッチング素子３１〜３６に出力する駆動信号の周波数は、鍋、内コイル４０、及び、共振コンデンサ４３により決定される共振周波数と、鍋、外コイル４４、及び、共振コンデンサ４１により決定される共振周波数の双方よりも高くする。

また、制御手段２６は、ユーザーの各種操作を受け付ける操作部２７、及び、該操作に対応する表示などをする表示部２８に接続されている。
操作部２７は、ユーザーからの指示（電源のＯＮ、ＯＦＦ、火力の設定など）を受けつけるものである。この操作部２７は制御手段２６に接続されており、ユーザーから受けつけた指示が制御手段２６に伝達される。
表示部２８は、ユーザーの操作に対応する表示などを表示するものである。表示部２８は制御手段２６に接続されており、設定された火力などの情報が出力されるようになっている。

［誘導加熱調理器１００の動作説明］
直流電源１から供給される直流電力は、リアクトル２及び平滑コンデンサ１６によって平滑される。ここで、制御手段２６は、６つのスイッチング素子３１〜３６を交互にオンオフ制御する（後述の［インバータ回路１４の動作説明］参照）。このように、制御手段２６が、スイッチング素子３１〜３６を、所定の周波数で交互にオンオフ制御することで、その所定の周波数に対応する高周波電流が加熱コイル８５に流れる。これにより、加熱コイル８５から高周波磁束が発生し、その磁束により調理容器である鍋に渦電流が発生して、鍋が加熱される。

［インバータ回路１４の動作説明］
図４は、図１に示すインバータ回路１４のスイッチング素子３１〜３６を制御する信号の一例を説明する図である。この信号は、内コイル４０、及び、外コイル４４の双方に高周波電力を出力するときの一例である。ここで、以下の説明において、スイッチング素子３１、３３、３５を上スイッチ３１、３３、３５、スイッチング素子３２、３４、３６を下スイッチ３２、３４、３６とも称するものとする。また、図２に図示される、スイッチング素子３１とスイッチング素子３２、スイッチング素子３３とスイッチング素子３４、及び、スイッチング素子３５とスイッチング素子３６との接続位置を、それぞれ出力点と称する。

制御手段２６は、共通アーム６０の上スイッチ３１をオンさせている間は共通アーム６０の下スイッチ３２をオフにする（たとえば、タイミングＴ１）。また、制御手段２６は、上スイッチ３１をオフさせている間は下スイッチ３２をオンにする（たとえば、タイミングＴ２）。内コイル駆動用アーム６１の上スイッチ３３、下スイッチ３４、及び、外コイル駆動用アーム６２の上スイッチ３５、下スイッチ３６においても、共通アーム６０の上スイッチ３１、下スイッチ３２と同様に、それぞれを交互にオンオフする。また、制御手段２６は、共通アーム６０の上スイッチ３１及び下スイッチ３２に高周波の駆動信号を出力するとともに、その駆動信号より位相がθ進んだ駆動信号を内コイル駆動用アーム６１の上スイッチ３３及び下スイッチ３４と、外コイル駆動用アーム６２の上スイッチ３５と下スイッチ３６に出力する。なお、各アーム６０〜６２の駆動信号の周波数は、同一である。

そして、上スイッチ３１、３３、３５と下スイッチ３２、３４、３６のオンオフ状態に応じて、各アーム６０〜６２の出力点には直流電源回路の出力である正母線電位、あるいは負母線電位が高周波で切り替わって出力される。すなわち、内コイル４０には共通アーム６０の出力点と内コイル駆動用アーム６１の出力点の電位差が印加され、外コイル４４には共通アーム６０の出力点と外コイル駆動用アーム６２の出力点の電位差が印加される。したがって、制御装置２６は、共通アーム６０への駆動信号と、内コイル駆動用アーム６１及び外コイル駆動用アーム６２への駆動信号との位相差を増減することにより、内コイル４０及び外コイル４４に印加する高周波電圧の印加時間を調整することができる。また、これによって制御装置２６は、内コイル４０及び外コイル４４に流れる電流を制御することができる。

これにより、内コイル４０及び外コイル４４に供給する電力（火力）は、上スイッチ３１、下スイッチ３２に出力する駆動信号と、上スイッチ３３、下スイッチ３４、及び、上スイッチ３５、下スイッチ３６に出力する駆動信号との位相差を増減することにより調整することができる。
つまり、図４に示すように、スイッチング素子３１、３２に出力する駆動信号と、スイッチング素子３３、３４に出力する駆動信号の位相θの差を大きくすると、内コイル４０に長時間電流が供給されるので、内コイル４０に供給される電力が大きくなる。
また、スイッチング素子３１、３２に出力する駆動信号と、スイッチング素子３５、３６に出力する駆動信号の位相θの差を大きくすると、外コイル４４に長時間電流が供給されるので、外コイル４４に供給される電力が大きくなる。

［負荷抵抗Ｒについて］
本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００の制御において用いる負荷抵抗Ｒの算出方法について説明する。
電流検出手段４５における出力電流の検出結果、及び、電圧検出手段５１における出力電圧の検出結果に基づいて、内コイル４０に対応する負荷抵抗Ｒを算出する。なお、内コイル４０に対応する負荷抵抗Ｒとは、載値される鍋と内コイル４０とで形成されるインダクタンスに対応する鍋負荷抵抗Ｒｌと、内コイル４０のコイル線抵抗Ｒｃとからなる。
そして、電流検出手段４５における出力電流の検出結果、及び、電圧検出手段５１における出力電圧の検出結果のそれぞれを、離散フーリエ変換により、１次成分のみ抜き出す。そして、抜き出された出力電流を、１次成分電流（１次成分複素数）ｉ１とし、抜き出された出力電圧を、１次成分電圧（１次成分複素数）ｖ１とすると、以下の式１〜式３にこれらを代入することで、内コイル４０に対応する負荷抵抗Ｒが得られる。

外コイル４４に対応する負荷抵抗Ｒの算出方法も同様である。すなわち、電流検出手段４６における出力電流の検出結果、及び、電圧検出手段５２における出力電圧の検出結果に基づいて、外コイル４４に対応する負荷抵抗Ｒを算出する。なお、外コイル４４に対応する負荷抵抗Ｒとは、載値される鍋と外コイル４４とで形成されるインダクタンスに対応する鍋負荷抵抗Ｒｌと、外コイル４４のコイル線抵抗とからなる。
そして、電流検出手段４６における出力電流の検出結果、及び、電圧検出手段５２における出力電圧の検出結果のそれぞれを、離散フーリエ変換により、１次成分のみ抜き出す。そして、抜き出された出力電流を、１次成分電流（１次成分複素数）ｉ１とし、抜き出された出力電圧を、１次成分電圧（１次成分複素数）ｖ１とすると、以下の式１〜式３にこれらを代入することで、外コイル４４に対応する負荷抵抗Ｒが得られる。

求められた１次成分電流ｉ１、及び、１次成分電圧ｖ１から有効電力ｗ１を求める式１を以下に示す。

ここで、ｒｅａｌ（）は（）内の実部をとることを示し、ｃｏｎｊ（）が（）内の複素共役をとることを示す。

求められた１次成分電流ｉ１から電流実効値Ｉ１を求める式２を以下に示す。

ここで、ｉｌ^* は、ｉｌの共役複素数である。

求められた有効電力ｗ１と電流実効値Ｉ１から負荷抵抗Ｒを求める式３を以下に示す。

ここで、Ｒｌは鍋負荷抵抗であり、Ｒｃがコイル線抵抗である。

次に、上述のように算出して得られる負荷抵抗Ｒを用いる本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００の制御について説明する。
鍋の載置状況や加熱中の温度変化などにより内コイル４０に対応する負荷抵抗Ｒと、外コイル４４に対応する負荷抵抗Ｒには差が生じる。そこで、これらの負荷抵抗値の大小を比較し、負荷抵抗値の大きい方のコイルに負荷分担を多く割り振る。なお、コイル線抵抗Ｒｃが非常に小さいので、本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００においては、負荷抵抗Ｒ＝Ｒｌと近似するものとする。

図５は、図１に示す誘導加熱調理器１００の消費電力を抑制するための制御（加熱出力制御処理）の一例について説明するフローチャートである。以下に、フローチャートの各ステップについて説明する。
（ステップ１）
制御手段２６は、操作部２７から加熱開始指示の入力が行われたか否か判断する。
加熱開始指示入力があった場合には、制御手段２６はステップ２の制御に移行する。
加熱開始指示入力がなかった場合には、ステップ１の判断を繰り返す。
（ステップ２）
制御手段２６はタイマカウンタ２６ａをクリア（初期化）し、タイマカウンタ２６ａに時間の計測を開始させる。
（ステップ３）
制御手段２６は、共通アーム６０のスイッチング素子３１、３２、及び、内コイル駆動用アーム６１のスイッチング素子３３、３４に駆動信号を出力して、内コイル４０を制御する。
（ステップ４）
制御手段２６は、外コイル駆動用アーム６２のスイッチング素子３５、３６に駆動信号を出力して、外コイル４４を制御する。その後、ステップ５の制御に移行する。
（ステップ５）
制御手段２６は、電流検出手段１１、４５、４６、及び、電圧検出手段５０〜５２の出力を検出する。

（ステップ６）
制御手段２６は、電流検出手段４５の検出結果（出力電流）、及び、電圧検出手段５１の検出結果（出力電圧）より、上述の式１〜式３に基づいて内コイル４０に対応する負荷抵抗Ｒを演算する。
また、制御手段２６は、電流検出手段４６の検出結果（出力電流）、及び、電圧検出手段５２の検出結果（出力電圧）より、上述の式１〜式３に基づいて外コイル４４に対応する負荷抵抗Ｒを演算する。
そして、内コイル４０に対応する負荷抵抗Ｒと外コイル４４に対応する負荷抵抗Ｒの大小を比較する。
内コイル４０に対応する負荷抵抗Ｒが、外コイル４４に対応する負荷抵抗Ｒより大きい場合には、ステップ１１の制御に移行する。
内コイル４０に対応する負荷抵抗Ｒが、外コイル４４に対応する負荷抵抗Ｒと同じである場合には、ステップ９の制御に移行する。
内コイル４０に対応する負荷抵抗Ｒが、外コイル４４に対応する負荷抵抗Ｒより小さい場合には、ステップ７の制御に移行する。

（ステップ７）
制御手段２６は、共通アーム６０の駆動信号と、内コイル駆動用アーム６１の駆動信号の位相差を小さくする。これにより、内コイル４０の出力（火力）を下げる。その後、ステップ８の制御に移行する。
（ステップ８）
制御手段２６は、共通アーム６０の駆動信号と、外コイル駆動用アーム６２の駆動信号の位相差を大きくする。これにより、外コイル４４の出力（火力）を上げる。その後、ステップ１３の制御に移行する。

（ステップ９）
制御手段２６は、共通アーム６０の駆動信号と、内コイル駆動用アーム６１の駆動信号の位相差を大きくする。これにより、内コイル４０の出力（火力）を上げる。その後、ステップ１０の制御に移行する。
（ステップ１０）
制御手段２６は、共通アーム６０の駆動信号と、外コイル駆動用アーム６２の駆動信号の位相差を大きくする。これにより、外コイル４４の出力（火力）を上げる。その後、ステップ１３の制御に移行する。

（ステップ１１）
制御手段２６は、共通アーム６０の駆動信号と、内コイル駆動用アーム６１の駆動信号の位相差を大きくする。これにより、内コイル４０の出力（火力）を上げる。その後、ステップ１２の制御に移行する。
（ステップ１２）
制御手段２６は、共通アーム６０の駆動信号と、外コイル駆動用アーム６２の駆動信号の位相差を小さくする。これにより、外コイル４４の出力（火力）を下げる。その後、ステップ１３の制御に移行する。

（ステップ１３）
制御手段２６は、ステップ２から実行しているタイマカウンタ２６ａの計測時間を検出する。そして、制御手段２６は、その計測結果と、制御手段２６に予め設定されている所定時間ｔ１との大小を比較する。
タイマカウンタ２６ａの計測結果が所定時間ｔ１以上である場合には、ステップ１４の制御に移行する。
タイマカウンタ２６ａの計測結果が所定時間ｔ１より小さい場合には、ステップ１８の制御に移行する。
なお、所定時間ｔ１は、たとえばステップ７〜１２において、内コイル４０及び外コイル４４の出力を調整する際に、制御信号を変化させてから実際にコイルの出力が変化し、電流検出手段４５、４６、及び電圧検出手段５０〜５２の検出結果が安定するまでの時間を設定する。

（ステップ１４）
制御手段２６は、タイマカウンタ２６ａの計測結果をクリアする。その後、ステップ１５に移行する。

（ステップ１５）
制御手段２６は、電流検出手段１１、４５、４６、及び、電圧検出手段５０〜５２の出力を検出する。これにより、ステップ７及びステップ８、ステップ９及びステップ１０、又はステップ１１及びステップ１２による内コイル４０及び外コイル４４の出力変化を検出する。
さらに、制御手段２６は、電流検出手段４５の検出結果（出力電流）、及び、電圧検出手段５１の検出結果（出力電圧）より、上述の式１〜式３に基づいて内コイル４０に対応する負荷抵抗Ｒを演算する。
また、制御手段２６は、電流検出手段４６の検出結果（出力電流）、及び、電圧検出手段５２の検出結果（出力電圧）より、上述の式１〜式３に基づいて外コイル４４に対応する負荷抵抗Ｒを演算する。

（ステップ１６）
制御手段２６は、ステップ１５における、電流検出手段１１の検出結果（入力電流）、及び、電圧検出手段５０の検出結果（入力電圧）より、入力電力を演算する。
さらに、この入力電力と、ステップ１の加熱開始指示によって設定された火力（設定電力）とを比較する。
設定電力が、入力電力以下である場合には、ステップ１８の制御に移行する。
設定電力が、入力電力より大きい場合には、ステップ１７の制御に移行する。

（ステップ１７）
制御手段２６は、ステップ１５の内コイル４０および外コイル４４のそれぞれに対応する負荷抵抗Ｒの演算の過程で算出された内コイル４０および外コイル４４のそれぞれの出力電力（有効電力ｗ１）と、制御手段２６に予め設定されている内コイル４０および外コイル４４のそれぞれの設定電力の上限値と、の大小を比較する。なお、出力電力（有効電力ｗ１）とは、内コイル４０および外コイル４４のそれぞれの火力に対応するものである。
内コイル４０および外コイル４４のそれぞれに対応する設定電力の上限値が、内コイル４０および外コイル４４のそれぞれの出力電力以下である場合には、対応するコイルのオーバーフラグを立ててステップ１５の制御に移行する。すなわち、この場合には上限値を優先し、オーバーフラグが立っているコイルの火力をそれ以上上げないようにするということである。
内コイル４０および外コイル４４のそれぞれに対応する設定電力の上限値が、内コイル４０および外コイル４４のそれぞれの出力電力より大きい場合には、オーバーフラグを立てずにステップ５の制御に移行する。

（ステップ１８）
制御手段２６は、操作部２７から加熱停止指示の入力が行われたか否か判断する。
加熱停止指示入力があった場合には、制御手段２６はステップ１９の制御に移行する。
加熱停止指示入力がなかった場合には、ステップ１３の制御に移行する。

（ステップ１９）
制御手段２６は、タイマカウンタ２６ａの計測結果をクリアする。その後、ステップ２０に移行する。

（ステップ２０）
制御手段２６は、スイッチング素子３１〜３６に停止信号を出力して、内コイル４０、及び、外コイル４４への通電を停止する。その後、ステップ２１に移行する。

（ステップ２１）
制御手段２６は、タイマカウンタ２６ａに時間の計測を停止させる。その後、ステップ１に移行する。

このように、誘導加熱調理器１００の消費電力を抑制するための制御の一例について説明したが、以下に述べる機能を有しているとよい。
ここで、図５のステップ５〜１３のループにおいて、内コイル４０及び／又は外コイル４４の出力を上げる制御となっているが、ステップ７〜１２の制御によって、内コイル４０及び外コイル４４の出力が予め設定された電力を超える可能性がある。そこで、制御手段２６は、内コイル４０及び外コイル４４のうち、出力が予め設定された電力を超えてしまったコイルの出力をこれ以上上げないため、それぞれにオーバーフラグを立てることができるものとする。このとき、入力電力が設定電力に満たない場合は、オーバーフラグを確認し、それ以上抵抗値の大きい方（オーバーフラグが立っている方）の出力を上げる事はせずに、抵抗値の小さい他のコイル（オーバーフラグが立っていない方）の出力を上げるようにする。
たとえば、ステップ１５からステップ５に戻り、ステップ６に移行した場合には、ステップ６における負荷抵抗の大小よりも、そのオーバーフラグを優先するものとする。そして、内コイル４０のオーバーフラグが立っている場合には、ステップ６からステップ７、８に移行し、外コイル４４のオーバーフラグが立っている場合には、ステップ６からステップ１１、１２に移行する。

また、誘導加熱調理器１００は、内コイル４０の出力と外コイル４４の出力との差を、所定の値以内に保つように制御することができるものとするとよい。すなわち、抵抗値の大きい方のコイルの出力を上げたことにより、出力差が所定の値を超えた場合には、抵抗値の小さい方のコイルの出力を上げて、出力差が所定の値以内に収まるように調整する。これにより、加熱むらが大きくなることを抑制することができる。

さらに、図５では抵抗値の大きい方のコイルの出力を上げ、小さい方のコイルの出力を下げているが、小さい方のコイルの出力はそのままにして、大きい方のコイルの出力だけ上げるようにしてもよい。たとえば、図５に図示されるステップ７、ステップ１２は、内コイル４０、外コイル４４の出力を下げる制御となっているが、出力を下げないでそのままの出力を保つ制御とするとよい。

［誘導加熱調理器１００の有する効果］
本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００は、図５のステップ７、８、１１、１２に示すように、内コイル４０及び外コイル４４のそれぞれに対応する負荷抵抗Ｒ値に基づいて、内コイル４０及び外コイル４４の出力電力（火力）を設定するものである。すなわち、内コイル４０及び外コイル４４のうち、負荷抵抗Ｒ値の大きい方のコイルの火力を上げるように制御する。これにより、本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００は、所定の火力を得るのに要する電流量を低減することができるので、駆動回路９０の消費電力を低減することができる。

また、本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００は、所定の火力を得るのに要する電流量を低減できるので、リアクトル２、平滑コンデンサ１６、スイッチング素子３１〜３６、共振コンデンサ４１、４３、及び、加熱コイル８５などの発熱損失を低減することができる。すなわち、駆動回路９０の消費電力を低減することができる。

また、本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００は、所定の火力を得るのに要する電流量を低減できるので、駆動回路９０の発熱量を低減することができる。すなわち、駆動回路９０の経年劣化を抑制することができる。

さらに、本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００は、大径鍋が載置された状態において、内コイル４０と該大径鍋とにより形成されるインピーダンス値と、外コイル４４と該大径鍋により形成されるインピーダンス値にある程度の差が生じるように、巻き数などが調整されている。
この理由は次の通りである。つまり、ステップ１で設定される火力が小さい際には、内コイル４０及び外コイル４４の双方にそれほど電流が流れないので、内コイル４０、及び、外コイル４４の磁気干渉が弱まる。これにより、仮に、上記のインピーダンス値にある程度の差がないと、ステップ６からステップ９、１０に移行する頻度が高くなり、駆動回路９０の消費電力が低減されにくくなる。したがって、インピーダンス値にある程度の差が生じるようにして、図５のステップ６からステップ７、８に移行し、或いは、ステップ６からステップ１１、１２に移行するようにしている。

実施の形態２．
本実施の形態２に係る誘導加熱調理器１００は、スイッチング素子３１〜３６の耐電圧、及び、オン抵抗についても考慮したものである。図６は、シリコン半導体デバイスと、シリコンカーバイド半導体デバイスの耐電圧とオン抵抗について説明する図である。図６の横軸は耐電圧を表し、縦軸がオン抵抗を表している。なお、以下の説明において、シリコン半導体デバイスはＳｉデバイスとも称し、シリコンカーバイド半導体デバイスはＳｉＣデバイスとも称するものとする。また、本実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号とし、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。

図６に示すように、Ｓｉデバイスは耐電圧を大きくすると、オン抵抗が大きくなってしまうので、その分電力効率が低減してしまう。また、Ｓｉデバイスはオン抵抗を小さくすると、その分耐電圧性が低減してしまう。一方、ワイドギャップ半導体で構成されるＳｉＣデバイスは、Ｓｉデバイスと比較すると、大幅に耐電圧とオン抵抗のトレードオフを改善できることがわかる。
そこで、スイッチング素子３１〜３６を、ＳｉＣデバイスで構成するとよい。これにより、実施の形態２に係る誘導加熱調理器１００は、スイッチング素子３１〜３６の耐電圧性能とオン抵抗性能を両立することができる。

図７は、本発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器１００の概要構成の一例を説明する斜視図である。
ＳｉデバイスはＳｉＣデバイスと比較すると耐熱性が劣る。すなわち、Ｓｉデバイスを各種素子に採用した誘導加熱調理器では、Ｓｉデバイスを冷却するための冷却装置や放熱ファンが必須である。しかし、本実施の形態２に係る誘導加熱調理器１００は、スイッチング素子３１〜３６をＳｉＣデバイスで構成するので、冷却装置や放熱フィンの小型化、或いはそれらを搭載しなくとも、動作信頼性が低減してしまうことが抑制される。また、冷却装置や放熱フィンの小型化、或いはそれらを搭載しなくともよいので、その分コストアップを抑制することができる。
なお、スイッチング素子３１、３２は、スイッチング素子３３〜３６と比較すると流れる電流量が大きい分、発熱量が大きい。そこで、スイッチング素子３１、３２のみを、Ｓｉと比較すると高価であるＳｉＣデバイスで構成してもよい。これにより、コストアップを抑制しながら、耐電圧性能とオン抵抗性能を両立することができる。

また、加熱コイル８５のように、内コイル４０、及び、外コイル４４からなる変形コイルが設けられているので、筐体３の空間内を占める容積が大きくなってしまう。しかし、本実施の形態２に係る誘導加熱調理器１００は、スイッチング素子３１〜３６を、ＳｉＣデバイスで構成するので、冷却装置や放熱フィンの小型化、或いは搭載しなくともよい。これにより、筐体３の空間内が広くなるので、図７（ａ）に示すように加熱コイル８５の下方に対応する位置に、ロースター１０２を配置することができる。

さらに、図７（ｂ）に示すように、制御手段２６などが設けられる基板１０５を、縦に並列配置した場合には、スイッチング素子３１〜３６の放熱がされにくかったり、冷却装置や放熱フィンが大きく筐体３内に収納できなくなってしまう可能性があった。しかし、ＳｉＣデバイスであるスイッチング素子３１〜３６は耐熱性が高く、放熱されにくかったり、冷却装置や放熱フィンが設けたりすることができなくとも、動作信頼性が低減してしまうことが抑制される。すなわち、本実施の形態２に係る誘導加熱調理器１００は、図７に示すように、基板１０５を縦に並列配置することができるので、筐体３内の空間を有効に利用することができる。

なお、スイッチング素子３１〜３６は、耐熱性、及び耐電圧性が高いので、内コイル４０及び外コイル４４を同時に使用した場合のそれぞれの火力（出力電力）を大きく設定してもよい。具体的には、スイッチング素子３１〜３６がＳｉデバイスである場合における最大火力の倍の火力であっても、本実施の形態２に係る誘導加熱調理器１００のスイッチング素子３１〜３６は、機能が低減したり、壊れてしまったりすることが抑制される。なお、スイッチング素子３３〜３６と比較すると発熱量が大きいスイッチング素子３１、３２のみを、ＳｉＣデバイスで構成した場合でも同様の効果を得ることができる。

実施の形態１、２に係る外コイル４４は、コイルが４つ直列に接続されて構成されており、１個の外コイル駆動用アーム６２によって制御していた。ここで、この外コイル４４は、２つ直列に接続されたコイルを２組備えた構成としてもよい。この構成では、外コイル駆動用アーム６２がそれぞれのコイルの組に１つずつ、計２つ設けられる。これにより、内コイル４０、２組の外コイル４４の計３組のコイルが備えられているので、任意の箇所を最適に加熱することができる。
また、この構成では、外コイル駆動用アーム６２が２つに増えたことにより、共通アーム６０のスイッチング素子３１、３２を流れる電流の変化が大きくなる。スイッチング素子３１、３２に流れる電流の変化が大きいとその分経年劣化しやすくなるが、スイッチング素子３１、３２をＳｉＣデバイスで構成することで、スイッチング素子３１、３２は、機能が低減したり、壊れてしまったりすることが抑制される。

本実施の形態２では、スイッチング素子３１〜３６をＳｉＣデバイスで構成する場合を例に説明してきたが、ダイヤモンドやガリウムナイトライド（ＧａＮ）などのワイドギャップ半導体デバイスを用いてもよい。

また、実施の形態１、２では、スイッチング素子３１〜３６にＩＧＢＴを採用した場合を例に説明しているが、それに限定されるものではない。つまり、スイッチング素子３１〜３６は、パワーＭＯＳＦＥＴ、その他の絶縁ゲート半導体装置、バイポーラトランジスタなどを採用してもよい。

なお、本実施の形態１では、図５のステップ７、８、ステップ９、１０、及び、ステップ１１、１２に記載の制御のように、内コイル４０、及び、外コイル４４のうち、抵抗値の高い方に対応するコイルに供給される出力の大きさを増加させて、加熱コイル８５の出力を増加させる制御を説明したが、それに限られるものではない。
たとえば、ユーザーに設定された出力まで加熱コイル８５の出力（火力）が上昇すると、その後、調理容器の温度を定常的に保つ制御に移行することがある。このような制御に移行して、加熱コイル８５に供給する出力を落とす場合には、抵抗値の高い方に対応するコイルではなく、抵抗値の低い方に対応するコイルの出力を落とすことで、駆動回路９０の消費電力を低減することができる。
換言すれば、制御手段２６は、内コイル４０、及び、外コイル４４のうち、負荷抵抗値の大きい方に対応するコイルに供給される交流電力（出力）が、負荷抵抗値の小さい方に対応するコイルに供給される交流電力（出力）に対して相対的に大きくなるように、インバータ回路を制御するということである。すなわち、制御装置２６は、たとえば抵抗が大きい方のコイルに供給する交流電力を変化させずに、抵抗が小さい方のコイルに供給する交流電力を小さくしてもよいということである。

実施の形態１、２に記載の内容は、適宜組み合わせてよいことは言うまでもない。

１ 直流電源、２ リアクトル、３ 筐体、１１ 電流検出手段、１４ インバータ回路、１６ 平滑コンデンサ、２６ 制御手段、２６ａ タイマカウンタ、２７ 操作部、２８ 表示部、３１〜３６ スイッチング素子、４０ 内コイル、４１、４３ 共振コンデンサ、４４ 外コイル、４５、４６ 電流検出手段、５０〜５２ 電圧検出手段、６０ 共通アーム、６１ 内コイル駆動用アーム、６２ 外コイル駆動用アーム、８５ 加熱コイル、９０ 駆動回路、１００ 誘導加熱調理器、１０１ トッププレート、１０２ ロースター、１０３ レール、１０４ 焼き網、１０５ 基板。

Claims (9)

1. １つの加熱口に設けられ、誘導磁界を発生させて調理容器を加熱する第１コイル及び第２コイルと、
   前記第１コイルに接続される第１共振コンデンサ、及び、前記第２コイルに接続される第２共振コンデンサと、
   直流電力を交流電力に変換し、前記第１コイル、及び、前記第２コイルに前記交流電力を供給するインバータ回路と、
   前記第１コイルに供給される電圧を検出する第１電圧検出手段と、
   前記第２コイルに供給される電圧を検出する第２電圧検出手段と、
   前記第１コイルに流れる電流を検出する第１電流検出手段と、
   前記第２コイルに流れる電流を検出する第２電流検出手段と、
   第１電流検出手段、第２電流検出手段、第１電圧検出手段、及び、第２電圧検出手段の検出結果に基づいて、前記インバータ回路を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記第１電圧検出手段、及び、前記第１電流検出手段の検出結果に基づいて前記第１コイルの負荷抵抗値を演算し、
   前記第２電圧検出手段、及び、前記第２電流検出手段の検出結果に基づいて前記第２コイルの負荷抵抗値を演算し、
   前記第１コイル及び前記第２コイルの双方に前記交流電力を供給し、
   前記第１コイル、及び、前記第２コイルのうち、前記負荷抵抗値の大きい方に対応するコイルに供給される前記交流電力が、前記負荷抵抗値の小さい方に対応するコイルに供給される前記交流電力に対して相対的に大きくなるように、前記インバータ回路を制御する
   ことを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記インバータ回路に入力される入力電力を検出する入力電力検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記入力電力を前記制御手段に設定された設定電力とし、
   且つ、
   前記第１コイル、及び、前記第２コイルのうち、前記負荷抵抗値の大きい方に対応するコイルに供給される前記交流電力が、前記負荷抵抗値の小さい方に対応するコイルに供給される前記交流電力に対して相対的に大きくするように、前記インバータ回路を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記制御手段は、
   前記第１電圧検出手段、及び、前記第１電流検出手段の検出結果に基づいて、前記第１コイルの前記加熱のための出力電力を演算し、
   前記演算された前記第１コイルの前記出力電力を、前記制御手段に予め設定された前記第１コイルの設定電力より小さくし、
   且つ、
   前記第１コイル、及び、前記第２コイルのうち、前記負荷抵抗値の大きい方に対応するコイルに供給される前記交流電力が、前記負荷抵抗値の小さい方に対応するコイルに供給される前記交流電力に対して相対的に大きくなるように、前記インバータ回路を制御する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記制御手段は、
   前記第２電圧検出手段、及び、前記第２電流検出手段の検出結果に基づいて、前記第２コイルの前記加熱のための出力電力を演算し、
   前記演算された前記第２コイルの前記出力電力を、前記制御手段に予め設定された前記第２コイルの設定電力より小さくし、
   且つ、
   前記第１コイル、及び、前記第２コイルのうち、前記負荷抵抗値の大きい方に対応するコイルに供給される前記交流電力が、前記負荷抵抗値の小さい方に対応するコイルに供給される前記交流電力に対して相対的に大きくなるように、前記インバータ回路を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
5. 前記インバータ回路は、
   ２つのスイッチング素子がそれぞれ直列接続された共通アーム、第１コイル駆動用アーム、及び、第２コイル駆動用アームを有し、
   前記第１コイルは、
   一方が前記共通アームの前記２つのスイッチング素子の間に接続され、他方が前記第１共振コンデンサを介して前記第１コイル駆動用アームの前記２つのスイッチング素子の間に接続され、
   前記第２コイルは、
   一方が前記共通アームの前記２つのスイッチング素子の間に接続され、他方が前記第２共振コンデンサを介して前記第２コイル駆動用アームの前記２つのスイッチング素子の間に接続された
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
6. 前記制御手段は、
   前記共通アームに出力する駆動信号と前記第１コイル駆動用アームに出力する駆動信号の位相差を制御して、前記第１コイルに供給する前記交流電力を調整し、
   前記共通アームに出力する前記駆動信号と前記第２コイル駆動用アームに出力する駆動信号の位相差を制御して、前記第２コイルに供給する前記交流電力を調整する
   ことを特徴とする請求項５に記載の誘導加熱調理器。
7. 前記制御手段は、
   前記第１コイルに供給する前記交流電力を上げる際、前記共通アームに出力する駆動信号と、前記第１コイル駆動用アームに出力する駆動信号の位相差を大きくし、
   前記第１コイルに供給する前記交流電力を下げる際、前記共通アームに出力する駆動信号と、前記第１コイル駆動用アームに出力する駆動信号の位相差を小さくし、
   前記第２コイルに供給する前記交流電力を上げる際、前記共通アームに出力する駆動信号と、前記第２コイル駆動用アームに出力する駆動信号の位相差を大きくし、
   前記第２コイルに供給する前記交流電力を下げる際、前記共通アームに出力する駆動信号と、前記第２コイル駆動用アームに出力する駆動信号の位相差を小さくする
   ことを特徴とする請求項６に記載の誘導加熱調理器。
8. 前記スイッチング素子のうち、少なくとも前記共通アームの前記スイッチング素子が、ワイドギャップ半導体で構成された
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
9. 前記第１コイルの前記負荷抵抗は、
   前記調理容器と前記第１コイルとで形成されるインダクタンスに対応する負荷抵抗と、第１コイルのコイル線抵抗とからなり、
   前記第２コイルの前記負荷抵抗は、
   前記調理容器と前記第２コイルとで形成されるインダクタンスに対応する負荷抵抗と、第２コイルのコイル線抵抗とからなる
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。

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