JP6130411B2 - 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。

従来の加熱調理器においては、被加熱物を加熱する加熱手段への投入パワー（投入電力）にゆらぎを付与するよう投入パワー幅と投入パワー変動パターンを決定して加熱制御を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２５１１９３号公報

鍋などの被加熱物を加熱する誘導加熱調理器において、被加熱物の内部の被調理物が例えば粘性の高い液体（味噌汁、カレーなど）の場合、被調理物に沈殿層が形成されることがある。被調理物に沈殿層が形成された状態で加熱調理が行われると、沈殿層の内部は熱的に閉じた系になり、沈殿層内部の温度が局部的に高温となることがある。この状態で加熱し続けると、沈殿層内部は温度上昇を続け、沈殿層を破って気泡が飛び出す、いわゆる突沸現象を発生することになる。

しかしながら、特許文献１に記載の加熱調理器では、投入パワーにゆらぎを付与しても、加熱手段から加熱される被加熱物の加熱部位が変化するわけではなく、沸騰により発生した気泡が抜けにくく、突沸現象の発生を十分に抑制できないという問題点があった。

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、突沸現象の発生を抑制することができる誘導加熱調理器を得るものである。

本発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電力又は直流電力を供給する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御部と、を備え、前記加熱コイルは、内コイルと、前記内コイルの外側に配置された外コイルとから構成され、前記制御部は、前記駆動回路から前記加熱コイルへ高周波電力を供給する誘導加熱動作と、前記駆動回路から前記加熱コイルへ直流電力を断続的に供給する直流断続供給動作と、を行い、前記直流断続供給動作において、前記内コイル及び前記外コイルの両方に前記直流電力を断続的に供給する突沸抑制動作と、前記内コイルのみに前記直流電力を断続的に供給する突沸抑制動作と、前記外コイルのみに前記直流電力を断続的に供給する突沸抑制動作とを切り換えることにより前記被加熱物の振動箇所を変化させるものである。
また、本発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電力又は直流電力を供給する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御部と、交流電圧を整流し、前記駆動回路へ入力する整流回路と、を備え、前記制御部は、前記駆動回路から前記加熱コイルへ高周波電力を供給する誘導加熱動作と、前記駆動回路から前記加熱コイルへ直流電力を断続的に供給する直流断続供給動作と、を行い、前記直流断続供給動作において、前記直流電力の供給の開始タイミング及び停止タイミングの両方、又は何れか一方を、前記交流電圧のピークタイミングに同期させるものである。

本発明は、駆動回路から加熱コイルへ直流電力を断続的に供給する直流断続供給動作を行う。このため、被加熱物に振動を与えることができ、沈殿層の形成を抑え、被加熱物の内容物の局部的な温度上昇を抑制することができる。よって、突沸現象の発生を抑制することができる。

実施の形態１に係る誘導加熱調理器を示す分解斜視図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の表示操作部の一部を拡大した図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の駆動回路を示す図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の概略断面図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の誘導加熱動作と突沸抑制動作のコイル電流を示す図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器におけるコイル電流と入力電流の関係に基づく被加熱物の負荷判別特性図である。 実施の形態３に係る誘導加熱調理器の突沸抑制動作における入力電圧とコイル電流との関係を模式的に示す図である。 実施の形態４に係る誘導加熱調理器の駆動回路の一部を示す図である。

実施の形態１．
（構成）
図１は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器を示す分解斜視図である。
図１に示すように、誘導加熱調理器１００の上部には、鍋などの被加熱物５が載置される天板４を有している。天板４には、被加熱物５を誘導加熱するための加熱口として、第一の加熱口１、第二の加熱口２、第三の加熱口３とを備え、各加熱口に対応して、第一の加熱手段１１、第二の加熱手段１２、第三の加熱手段１３を備えており、それぞれの加熱口に対して被加熱物５を載置して誘導加熱を行うことができるものである。
本実施の形態１では、本体の手前側に左右に並べて第一の加熱手段１１と第二の加熱手段１２が設けられ、本体の奥側ほぼ中央に第三の加熱手段１３が設けられている。
なお、各加熱口の配置はこれに限るものではない。例えば、３つの加熱口を略直線状に横に並べて配置しても良い。また、第一の加熱手段１１の中心と第二の加熱手段１２の中心との奥行き方向の位置が異なるように配置しても良い。

天板４は、全体が耐熱強化ガラスや結晶化ガラス等の赤外線を透過する材料で構成されており、誘導加熱調理器１００本体の上面開口外周との間にゴム製パッキンやシール材を介して水密状態に固定される。天板４には、第一の加熱手段１１、第二の加熱手段１２、及び第三の加熱手段１３の加熱範囲（加熱口）に対応して、鍋の大まかな載置位置を示す円形の鍋位置表示が、塗料の塗布や印刷等により形成されている。

天板４の手前側には、第一の加熱手段１１、第二の加熱手段１２、及び第三の加熱手段１３で被加熱物５を加熱する際の投入火力（投入電力）や調理メニュー（湯沸しモード、揚げ物モード等）を設定するための入力装置として、操作部４０ａ、操作部４０ｂ、及び操作部４０ｃ（以下、操作部４０と総称する場合がある）が設けられている。また、操作部４０の近傍には、報知手段４２として、誘導加熱調理器１００の動作状態や操作部４０からの入力・操作内容等を表示する表示部４１ａ、表示部４１ｂ、及び表示部４１ｃが設けられている。なお、操作部４０ａ〜４０ｃと表示部４１ａ〜４１ｃは加熱口毎に設けられている場合や、加熱口を一括して操作部４０と表示部４１を設ける場合や、操作部４０と表示部４１を兼ねた表示操作部４３を設ける場合など、特に限定するものではない。

天板４の下方であって本体の内部には、第一の加熱手段１１、第二の加熱手段１２、及び第三の加熱手段１３を備えており、各々の加熱手段は加熱コイル（図示せず）で構成されている。

誘導加熱調理器１００の本体の内部には、第一の加熱手段１１、第二の加熱手段１２、及び第三の加熱手段１３の加熱コイルに高周波電力を供給する駆動回路５０と、駆動回路５０を含め誘導加熱調理器全体の動作を制御するための制御部４５とが設けられている。

加熱コイルは、略円形の平面形状を有し、絶縁皮膜された任意の金属（例えば銅、アルミなど）からなる導電線が円周方向に巻き付けることにより構成され、駆動回路５０により高周波電力が各加熱コイルに供給されることで、誘導加熱動作が行われている。

図２は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器の表示操作部の一部を拡大した図である。
この図２は、図１における誘導加熱調理器１００の第一の加熱口１の第一の加熱手段１１の表示操作部４３に対応する部分の拡大図である。表示操作部４３は、操作部４０ａと表示部４１ａとを備えている。操作部４０ａは、入切スイッチ４０１ａ、火力スイッチ４０２ａ、３ｋＷキー４０３ａを備えている。

入切スイッチ４０１ａは、第一の加熱手段１１を加熱できる状態にするためのスイッチである。
火力スイッチ４０２ａは、火力レベルを入力するスイッチであり、左右キーにて「１」から「８」までの火力レベルを設定する。
３ｋＷキー４０３ａは、第一の加熱手段１１の火力を、ワンタッチで最大火力（ここでは３ｋＷ）に設定するスイッチである。

表示部４１ａは、第一の加熱手段１１の動作状態を表示する表示部分であり、第一の加熱手段１１へ入力されている電力（火力）のレベルを示す数字が「１」から「８」まで設けられ、さらに最大火力に対応する「３ｋＷ」の表示が設けられている。
表示部４１ａの表示部分の下部には、発光ダイオードが配置され、投入可能範囲および投入火力レベルを発光ダイオードの点灯によって行う構成となっている。発光ダイオードの点灯は、例えば、スタンバイ時に青色点灯し、火力投入時には火力投入レベルに応じて赤色点灯で表示する構成としている。

その他、揚げ物を行うためのメニューキー、およびタイマー用スイッチ等が配置されている。

基本的な操作の手順としては、入切スイッチ４０１ａを押して第一の加熱手段１１を加熱スタンバイ状態としたのち、火力スイッチ４０２ａによって所望の火力を設定し、もしくは３ｋＷキー４０３ａを押して加熱を開始する。加熱を止める場合には、入切スイッチ４０１ａを再度押して加熱を停止させる。

図３は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器の駆動回路を示す図である。
なお、駆動回路５０は加熱手段毎に設けられているが、その回路構成は同一であっても良いし、加熱手段毎に変更しても良い。図３では１つの駆動回路５０のみを図示する。図３に示すように、駆動回路５０は、直流電源回路２２と、インバータ回路２３と、共振コンデンサ２４ａと、直流電力供給部２６とを備える。

入力電流検出手段２５ａは、交流電源（商用電源）２１から直流電源回路２２へ入力される電流を検出し、入力電流値に相当する電圧信号を制御部４５へ出力する。

直流電源回路２２は、ダイオードブリッジ２２ａ、リアクタ２２ｂ、平滑コンデンサ２２ｃを備え、交流電源２１から入力される交流電圧を直流電圧に変換して、インバータ回路２３へ出力する。

インバータ回路２３は、スイッチング素子としてのＩＧＢＴ２３ａ、２３ｂが直流電源回路２２の出力（正負母線間）に直列に接続されたアームを有する、いわゆるハーフブリッジ型のインバータであり、フライホイールダイオードとしてダイオード２３ｃ、２３ｄがそれぞれＩＧＢＴ２３ａ、２３ｂと並列に接続されている。
ＩＧＢＴ２３ａとＩＧＢＴ２３ｂは、制御部４５から出力される駆動信号によりオンオフ駆動される。制御部４５は、ＩＧＢＴ２３ａをオンさせている間はＩＧＢＴ２３ｂをオフ状態にし、ＩＧＢＴ２３ａをオフさせている間はＩＧＢＴ２３ｂをオン状態にし、交互にオンオフする駆動信号を出力する。これにより、インバータ回路２３は、直流電源回路２２から出力される直流電力を２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚ程度の高周波の交流電力に変換して、加熱コイル１１ａと共振コンデンサ２４ａからなる共振回路に供給する。

共振コンデンサ２４ａは加熱コイル１１ａに直列接続されており、この共振回路は加熱コイル１１ａのインダクタンス及び共振コンデンサ２４ａの容量等に応じた共振周波数を有する。なお、加熱コイル１１ａのインダクタンスは被加熱物５（金属負荷）が磁気結合した際に金属負荷の特性に応じて変化し、このインダクタンスの変化に応じて共振回路の共振周波数が変化する。

このように構成することで、加熱コイル１１ａには数十Ａ程度の高周波電流が流れ、流れる高周波電流により発生する高周波磁束によって加熱コイル１１ａの直上の天板４上に載置された被加熱物５を誘導加熱する。スイッチング素子であるＩＧＢＴ２３ａ、２３ｂは、例えばシリコン系からなる半導体で構成されているが、炭化珪素、あるいは窒化ガリウム系材料などのワイドバンドギャップ半導体を用いた構成でも良い。

スイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体を用いることで、スイッチング素子の通電損失を減らすことができ、またスイッチング周波数（駆動周波数）を高周波（高速）にしても駆動回路の耐熱特性が良好であるため、駆動回路の放熱フィンを小型にすることができ、駆動回路の小型化および低コスト化を実現することができる。

コイル電流検出手段２５ｂは、加熱コイル１１ａと共振コンデンサ２４ａとからなる共振回路に接続されている。コイル電流検出手段２５ｂは、例えば、加熱コイル１１ａに流れる電流を検出し、加熱コイル電流値に相当する電圧信号を制御部４５に出力する。

直流電力供給部２６は、ＩＧＢＴ２６ａと、抵抗２６ｂと、ダイオード２６ｃとを備えている。
ＩＧＢＴ２６ａと抵抗２６ｂとは直列に接続され、共振コンデンサ２４ａと並列に接続されている。即ち、ＩＧＢＴ２６ａと抵抗２６ｂは、加熱コイル１１ａと共振コンデンサ２４ａとの接続点と、インバータ回路２３のアームの端部（図３の例では負母線側）との間に設けられている。
ＩＧＢＴ２６ａは、加熱コイル１１ａに直流電力を供給するスイッチング素子である。インバータ回路２３のＩＧＢＴ２３ａがオン、ＩＧＢＴ２３ｂがオフにした状態で、ＩＧＢＴ２６ａをオンさせると、加熱コイル１１ａには直流電源回路２２の直流出力が継続して印加され、加熱コイル１１ａには一方向のみに直流電流が流れる。

抵抗２６ｂは、加熱コイル１１ａに流れる直流電流の電流値を設定するために設けられた抵抗である。つまり、直流電源回路２２で生成された直流電圧と加熱コイル１１ａの内部抵抗値および抵抗２６ｂの抵抗値で直流電流が設定される。
ダイオード２６ｃは、フライホイールダイオードとして機能するものであり、ＩＧＢＴ２６ａをオフした瞬間に加熱コイル１１ａに流れる電流の経路を生成している。

なお、直流電源回路２２は、本発明における「整流回路」に相当する。
なお、ＩＧＢＴ２３ａ及びＩＧＢＴ２３ｂは、本発明における「第１スイッチング素子」に相当する。
なお、ＩＧＢＴ２６ａは、本発明における「第２スイッチング素子」に相当する。

（動作）
次に、本実施の形態１における誘導加熱調理器１００の誘導加熱動作と突沸抑制動作（直流断続供給動作）について説明する。

図４は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器の概略断面図である。
図５は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器の誘導加熱動作と突沸抑制動作のコイル電流を示す図である。
なお、図４においては、被調理物５ａを入れた鍋などの被加熱物５が、天板４の上に載置されている状態を示している。なお、図４の例では、加熱コイル１１ａが、二重のリング状に巻かれたコイルが直列接続された構成を例に説明する。また、加熱コイル１１ａの下部に、フェライト１１ｆを配置している。

天板４の下面に配置された加熱コイル１１ａに電流が流れると、加熱コイル１１ａに磁束が発生する。加熱コイル１１ａに発生した磁束の磁力線６０は、図４の破線で示すように、加熱コイル１１ａの周囲に形成され、加熱コイル１１ａの下部に配置されたフェライト１１ｆと磁性体である被加熱物５の通る経路となる。この磁力線６０の極性（向き）は、加熱コイル１１ａに流れる電流の向きによって反転する。

（誘導加熱動作）
誘導加熱動作において、制御部４５は、インバータ回路２３のＩＧＢＴ２３ａおよび２３ｂに、例えば２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚ程度の高周波の駆動信号を入力し、ＩＧＢＴ２３ａおよび２３ｂを交互にオンオフのスイッチングをさせることで加熱コイル１１ａと共振コンデンサ２４ａで構成される共振回路に高周波電流を供給する（図５（ａ））。なお、誘導加熱動作においては、直流電力供給部２６のＩＧＢＴ２６ａは、オフ状態である。

加熱コイル１１ａに流れる電流が高周波電流（交流電流）の場合、加熱コイル１１ａに流れる電流の向きが高周波で変化するため、図４に示す磁力線６０の矢印の向きも高周波で変化する。また、高周波で磁束が変化することで、被加熱物５の底には磁束変化を打ち消す方向に渦電流が流れ、その流れる渦電流の損失によって被加熱物５が加熱され、その結果、被調理物５ａが加熱されることになる。

（突沸抑制動作）
突沸抑制動作（直流断続供給動作）において、制御部４５は、インバータ回路２３のＩＧＢＴ２３ａをオン状態、ＩＧＢＴ２３ｂをオフ状態にする駆動信号を入力する。また、直流電力供給部２６のＩＧＢＴ２６ａをオン状態にする駆動信号を断続的に入力する。これにより、加熱コイル１１ａと抵抗２６ｂに直流電流を断続的に供給する。即ち、加熱コイル１１ａに流れる直流電流の供給と停止とが交互に繰り返される（図５（ｂ））。
ここで、図５（ｂ）に示すように、突沸抑制動作において加熱コイル１１ａへ流れる直流電流（コイル電流）の供給と停止の周期は、誘導加熱動作における高周波電流の周波数と比較して十分長いものである。例えば、数百ミリ秒から数十秒程度のオーダーである。また、直流電流の供給と停止の周期は一定でなくてもよい。また、設定火力や調理メニューなどに応じて、直流電流の供給と停止の周期を変更しても良い。

加熱コイル１１ａに流れる電流が直流電流の場合、加熱コイル１１ａに流れる電流の向きが変化しないため、図４に示す磁力線６０の向きも一方向のままで変化しない。つまり、磁力線６０の向きが変化しないため、直流電流が流れている時は、被加熱物５の底（鍋底）は、加熱コイル１１ａの方向、すなわち下側に吸引されるように吸引力（電磁力）が働く。

吸引力が働いた後に、ＩＧＢＴ２６ａをオフして加熱コイル１１ａに流れていた直流電流の供給を停止させると、被加熱物５に働く吸引力（電磁力）がなくなり、被加熱物５の底（鍋底）は元の形状に戻ろうとするため、結果として図４に示す上側に反発する方向に力が働く。即ち、加熱コイル１１ａに流す直流電流の供給と停止を切り換えることで、被加熱物５の底（鍋底）が上下方向に振動することになる。

（加熱調理の一連の動作）
次に、本実施の形態１における誘導加熱調理器１００の加熱調理の一連の動作を説明する。

使用者により加熱口に被加熱物５が載置され、加熱開始（火力投入）の指示が操作部４０に行われると、制御部４５（負荷判定手段）は負荷判定処理を行う。

図６は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器におけるコイル電流と入力電流の関係に基づく被加熱物の負荷判別特性図である。
ここで、負荷となる被加熱物５（鍋）の材質は、鉄やＳＵＳ４３０等の磁性材と、ＳＵＳ３０４等の高抵抗非磁性材と、アルミや銅等の低抵抗非磁性材と、に大別される。

図６に示すように、天板４に載置された鍋負荷の材質によってコイル電流と入力電流の関係が異なる。制御部４５は、図６に示すコイル電流と入力電流との関係をテーブル化した負荷判定テーブルを予め内部に記憶している。負荷判定テーブルを内部に記憶することで安価な構成で負荷判定手段を構成することができる。

負荷判定処理において、制御部４５は、負荷判定用の特定の駆動信号でインバータ回路２３を駆動し、入力電流検出手段２５ａの出力信号から入力電流を検出する。また同時に制御部４５は、コイル電流検出手段２５ｂの出力信号からコイル電流を検出する。制御部４５は検出したコイル電流および入力電流と、図６の関係を表した負荷判定テーブルから、載置された被加熱物（鍋）５の材質を判定する。このように、制御部４５（負荷判定手段）は、入力電流とコイル電流との相関に基づいて、加熱コイル１１ａの上方に載置された被加熱物５の材質を判定する。

負荷判定結果が、磁性体であった場合、本実施の形態１の誘導加熱調理器１００で制御可能な材質であるため、制御部４５は、判定した材質に応じた駆動周波数を決定する。この駆動周波数は、入力電流が過大とならないよう共振周波数よりも高い周波数に設定される。使用者が設定した火力と被加熱物５の材質に応じた周波数のテーブル等を参照することで駆動周波数を決定しても良い。

制御部４５は、誘導加熱動作を開始し、設定火力（投入電力）に応じて、ＩＧＢＴ２３ａおよびＩＧＢＴ２３ｂに高周波の駆動信号を入力し、加熱出力を調整する。これにより、被加熱物５は誘導加熱され、内部の被調理物５ａが加熱される。

ここで、被加熱物５の内部の被調理物５ａが、例えば味噌汁やカレーなどの粘性が高い液体の場合、被調理物５ａに沈殿層が形成されることがあり、形成された沈殿層の内部は熱的に閉じた系になり、沈殿層内部の温度が局部的に高温となることがある。この状態（静的な加熱状態）で加熱し続けると、沈殿層内部は温度上昇を続け、空焚きのような状態となり、この状態が続いたまま放置されると、沈殿層を破って気泡が飛び出す、いわゆる突沸現象を発生することになる。この突沸現象は、被調理物５ａの温度が上昇する加熱初期段階に発生し易い傾向がある。

そこで、制御部４５は、誘導加熱動作の開始から予め設定した時間を経過するまで、加熱コイル１１ａへ高周波電流を供給する誘導加熱動作と、加熱コイル１１ａへ直流電流を断続的に供給する突沸抑制動作とを交互に切り換える。

なお、予め設定した時間としては、例えば、被調理物５ａの温度上昇によって対流が生じる時間などを考慮して設定する。なお、設定火力や調理メニューなどによって、この時間を変更するようにしても良い。また、被加熱物５の温度を検知する温度センサ等を設け、所定の温度（例えば９０℃）に達した場合には、突沸抑制動作を停止させても良い。

これにより、誘導加熱動作によって被調理物５ａを加熱すると共に、その途中で、被加熱物５の底（鍋底）に振動を与えることができる。被加熱物５の底（鍋底）の振動により、被調理物５ａの静的な加熱状態を乱すことで、局部的な温度上昇（過熱）を抑えることができる。よって、突沸現象を抑制した、使用者にとって信頼性の高い誘導加熱調理器を得ることができる。

誘導加熱動作の開始から予め設定した時間を経過したあと、制御部４５は、誘導加熱動作を継続して行う。
これにより、被調理物５ａが対流を起こした後は、高周波電力のみを供給することで、使用者の使用感を損なうことなく、突沸現象を抑制することができる。

なお、本実施の形態１では、ハーフブリッジ型のインバータ回路２３について説明したが、フルブリッジ型や一石電圧共振型のインバータなどを用いた構成でも良い。

また、直流電源回路２２に昇圧回路を設けて、突沸抑制動作において、昇圧した直流電圧を加熱コイル１１ａに供給する構成としても良い。また、被加熱物５の材質、設定火力、調理メニューなどに応じて、加熱コイル１１ａに供給する直流電流値を変化させても良い。例えば、ＩＧＢＴ２６ａと抵抗２６ｂと抵抗値の異なる抵抗とＩＢＧＴを並列に接続し、通電するＩＧＢＴを制御することで直流電流値を変化させることができる。

更に負荷判定手段での負荷判定処理でコイル電流と一次電流の関係を用いる方式について説明したが、共振コンデンサの両端の共振電圧を検出することで負荷判定処理を行う方式を用いても良く、負荷判定の方式は特に問わない。

実施の形態２．
以下、本実施の形態２における誘導加熱調理器１００の動作を、上記実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、本実施の形態２における誘導加熱調理器１００の構成は上記実施の形態１と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。

（加熱調理の一連の動作）
使用者により加熱口に被加熱物５が載置され、加熱開始（火力投入）の指示が操作部４０に行われる。制御部４５は、上記実施の形態１と同様に、負荷判定処理を行う。そして、制御部４５は、誘導加熱動作を行う前に、突沸抑制動作を行い、突沸抑制動作の動作時間が予め設定された時間を経過した後に、誘導加熱動作を行う。
なお、突沸抑制動作および誘導加熱動作は上記実施の形態１と同様である。

これにより、誘導加熱動作によって被調理物５ａを加熱する前に、被加熱物５の底（鍋底）に振動を与えることができる。被加熱物５の底（鍋底）の振動により、被調理物５ａにおける沈殿層の形成が抑制される。その後、誘導加熱動作を行うことで、沈殿層における局部的な温度上昇（過熱）を抑えることができる。よって、突沸現象を抑制した、使用者にとって信頼性の高い誘導加熱調理器を得ることができる。

実施の形態３．
以下、本実施の形態３における誘導加熱調理器１００の動作を、上記実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、本実施の形態３における誘導加熱調理器１００の構成は上記実施の形態１と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。

図７は、実施の形態３に係る誘導加熱調理器の突沸抑制動作における入力電圧とコイル電流との関係を模式的に示す図である。
図７（ａ）は、直流電源回路２２からインバータ回路２３へ入力される直流電圧（入力電圧）を示し、図７（ｂ）は、加熱コイル１１ａに流れるコイル電流を示している。

直流電源回路２２は、交流電源２１から入力される交流電圧を直流電圧に変換して、インバータ回路２３へ出力する。図７（ａ）に示すように、直流電源回路２２からインバータ回路２３に入力される直流電圧（入力電圧）は、交流電圧の周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）に起因する脈動成分を含んでいる。
上述したように、突沸抑制動作においては、インバータ回路２３に入力された直流電圧（入力電圧）が加熱コイル１１ａに供給される。つまり、入力電圧の脈動に応じて加熱コイル１１ａの直流電流も脈動することとなる。ここで、加熱コイル１１ａに発生する磁束は、加熱コイル１１ａに流れる電流に比例するため、脈動成分のピークタイミングで吸引力（電磁力）が最大となる。また、吸引力（電磁力）が最大となるタイミングで、被加熱物５の吸引の開始と停止とを行うことで、被加熱物５の底の吸引とその反発による振動が大きくなる。

このようなことから、制御部４５は、突沸抑制動作において、加熱コイル１１ａへの直流電力の供給の開始タイミング及び停止タイミングを、交流電源２１の交流電圧のピークタイミングに同期させる。
例えば、交流電源２１の交流電圧を検出する電圧検出手段によって、電圧のピークを検出し、ＩＧＢＴ２６ａをオフにする駆動信号のタイミングを、ピークタイミング（図７（ａ）のａ点）に同期させる。また、ＩＧＢＴ２６ａをオンにする駆動信号のタイミングを、ピークタイミング（図７（ａ）のｂ点）に同期させる（図７（ｂ））。
なお、ピークタイミングへの同期方法はこれに限定されない。例えば入力電流検出手段２５ａやコイル電流検出手段２５ｂにより電流のピークを検出し、これに同期させても良い。また、交流電源２１の交流電圧のゼロクロス点を検出し、交流周期の４分の１の時間を加えたタイミングに同期させても良い。ピークタイミングに同期させるのは開始タイミング、停止タイミングの何れか一方でも良いが、停止タイミングはピークタイミングに同期させるのが望ましい。

これにより、吸引力（電磁力）が最大となるタイミングで、被加熱物５の吸引の開始と停止とを行うことができ、被加熱物５の底に生じさせる振動を大きくすることができる。よって、突沸現象を抑制した、使用者にとって信頼性の高い誘導加熱調理器を得ることができる。

実施の形態４．
本実施の形態４においては、フルブリッジ回路を用いたインバータ回路２３について説明を行う。
以下、本実施の形態４における誘導加熱調理器１００の構成及び動作を、上記実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同様の構成には、同一部分には同一の符号を付する。

図８は、実施の形態４に係る誘導加熱調理器の駆動回路の一部を示す図である。
なお、図８においては、上記実施の形態１の駆動回路５０との相違点のみを図示している。
本実施の形態４では、１つの加熱口に対して２つの加熱コイルが設けられている。２つの加熱コイルは、例えば、それぞれ直径が異なり、同心円状に配置されている。ここでは、直径の小さい加熱コイルを内コイル１１ｂと称し、直径の大きい加熱コイルを外コイル１１ｃと称する。
なお、加熱コイルの数及び配置は、これに限定されない。例えば、加熱口の中央に配置した加熱コイルの周囲に複数の加熱コイルを配置する構成でも良い。

インバータ回路２３は、正負母線間に直列に接続された２個のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）と、そのスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されたダイオードとによって構成されるアームを３組備えている。なお、これ以降、３組のアームのうち１組を共通アーム、他の２組を内コイル用アームおよび外コイル用アームと呼ぶ。

共通アームは、内コイル１１ｂおよび外コイル１１ｃに接続されたアームで、ＩＧＢＴ２３２ａ、ＩＧＢＴ２３２ｂ、ダイオード２３２ｃ、及びダイオード２３２ｄで構成されている。
内コイル用アームは、内コイル１１ｂが接続されたアームで、ＩＧＢＴ２３１ａ、ＩＧＢＴ２３１ｂ、ダイオード２３１ｃ、及びダイオード２３１ｄで構成されている。
外コイル用アームは、外コイル１１ｃが接続されたアームで、ＩＧＢＴ２３３ａ、ＩＧＢＴ２３３ｂ、ダイオード２３３ｃ、及びダイオード２３３ｄで構成されている。

共通アームのＩＧＢＴ２３２ａとＩＧＢＴ２３２ｂ、内コイル用アームのＩＧＢＴ２３１ａとＩＧＢＴ２３１ｂ、外コイル用アームのＩＧＢＴ２３３ａとＩＧＢＴ２３３ｂは制御部４５から出力される駆動信号によりオンオフ駆動される。

制御部４５は、共通アームのＩＧＢＴ２３２ａをオンさせている間はＩＧＢＴ２３２ｂをオフ状態にし、ＩＧＢＴ２３２ａをオフさせている間はＩＧＢＴ２３２ｂをオン状態にし、交互にオンオフする駆動信号を出力する。
同様に、制御部４５は、内コイル用アームのＩＧＢＴ２３１ａとＩＧＢＴ２３１ｂ、外コイル用アームのＩＧＢＴ２３３ａとＩＧＢＴ２３３ｂを交互にオンオフする駆動信号を出力する。
これにより、共通アームと内コイル用アームとにより、内コイル１１ｂを駆動するフルブリッジインバータを構成する。また、共通アームと外コイル用アームとにより、外コイル１１ｃを駆動するフルブリッジインバータを構成する。

内コイル１１ｂおよび共振コンデンサ２４ｃにより構成される負荷回路は、共通アームの出力点（ＩＧＢＴ２３２ａとＩＧＢＴ２３２ｂの接続点）と、内コイル用アームの出力点（ＩＧＢＴ２３１ａとＩＧＢＴ２３１ｂの接続点）との間に接続される。
外コイル１１ｃおよび共振コンデンサ２４ｄにより構成される負荷回路は、共通アームの出力点と、外コイル用アームの出力点（ＩＧＢＴ２３３ａとＩＧＢＴ２３３ｂの接続点）との間に接続されている。

内コイル１１ｂは、略円形に巻回された直径の小さい加熱コイルであり、その外周に外コイル１１ｃが配置されている。
内コイル１１ｂに流れるコイル電流は、コイル電流検出手段２５ｃにより検出する。コイル電流検出手段２５ｃは、例えば、内コイル１１ｂに流れる電流のピークを検出し、加熱コイル電流のピーク値に相当する電圧信号を制御部４５に出力する。
外コイル１１ｃに流れるコイル電流は、コイル電流検出手段２５ｄにより検出する。コイル電流検出手段２５ｄは、例えば、外コイル１１ｃに流れる電流のピークを検出し、加熱コイル電流のピーク値に相当する電圧信号を制御部４５に出力する。

内コイル１１ｂと共振コンデンサ２４ｃの接続点と、内コイル用アームの端部（図８の例では負母線側）との間には、ＩＧＢＴ２６１ａと抵抗２６１ｂとが直列に接続されている。
ＩＧＢＴ２６１ａは、内コイル１１ｂに直流電力を供給するスイッチング素子である。ＩＧＢＴ２３１ａがオン、ＩＧＢＴ２３１ｂをオフにした状態で、ＩＧＢＴ２６１ａをオンさせると、内コイル１１ｂには直流電源回路２２の直流出力が継続して印加され、内コイル１１ｂには一方向のみに直流電流が流れる。

抵抗２６１ｂは、内コイル１１ｂに流れる直流電流の電流値を設定するために設けられた抵抗である。つまり、直流電源回路２２で生成された直流電圧と内コイル１１ｂの内部抵抗値および抵抗２６１ｂの抵抗値で直流電流が設定される。
ダイオード２６１ｃは、フライホイールダイオードとして機能するものであり、ＩＧＢＴ２６１ａをオフした瞬間に内コイル１１ｂに流れる電流の経路を生成している。

外コイル１１ｃと共振コンデンサ２４ｄの接続点と、外コイル用アームの端部（図８の例では負母線側）との間には、ＩＧＢＴ２６２ａと抵抗２６２ｂとが直列に接続されている。
ＩＧＢＴ２６２ａは、外コイル１１ｃに直流電力を供給するスイッチング素子である。ＩＧＢＴ２３２ａがオン、ＩＧＢＴ２３２ｂがオフにした状態で、ＩＧＢＴ２６２ａをオンさせると、外コイル１１ｃには直流電源回路２２の直流出力が継続して印加され、外コイル１１ｃには一方向のみに直流電流が流れる。

抵抗２６２ｂは、外コイル１１ｃに流れる直流電流の電流値を設定するために設けられた抵抗である。つまり、直流電源回路２２で生成された直流電圧と外コイル１１ｃの内部抵抗値および抵抗２６２ｂの抵抗値で直流電流が設定される。
ダイオード２６２ｃは、フライホイールダイオードとして機能するものであり、ＩＧＢＴ２６２ａをオフした瞬間に外コイル１１ｃに流れる電流の経路を生成している。

なお、共通アームと内コイル用アームとにより本発明における「フルブリッジインバータ回路」を構成する。また、共通アームと外コイル用アームとにより本発明における「フルブリッジインバータ回路」を構成する。
また、ＩＧＢＴ２３１ａ、ＩＧＢＴ２３１ｂ、ＩＧＢＴ２３２ａ、ＩＧＢＴ２３２ｂは、本発明における「第１スイッチング素子」に相当する。
なお、ＩＧＢＴ２６１ａ、ＩＧＢＴ２６２ａは、本発明における「第２スイッチング素子」に相当する。

（誘導加熱動作）
制御部４５は、誘導加熱動作において、投入電力（火力）に応じて、各アームのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）に高周波の駆動信号を入力し、加熱出力を調整する。
共通アーム及び内コイル用アームのスイッチング素子に出力される駆動信号は、内コイル１１ｂおよび共振コンデンサ２４ｃにより構成される負荷回路の共振周波数よりも高い駆動周波数の範囲で可変して、負荷回路に流れる電流が負荷回路に印加される電圧と比較して遅れ位相で流れるように制御する。
また、共通アーム及び外コイル用アームのスイッチング素子に出力される駆動信号は、外コイル１１ｃおよび共振コンデンサ２４ｄにより構成される負荷回路の共振周波数よりも高い駆動周波数の範囲で可変して、負荷回路に流れる電流が負荷回路に印加される電圧と比較して遅れ位相で流れるように制御する。

（突沸抑制動作）
突沸抑制動作において、制御部４５は、内コイル１１ｂ及び外コイル１１ｃの両方、又は何れか一方へ直流電力を断続的に供給する。
内コイル１１ｂに直流電力を供給する場合、制御部４５は、ＩＧＢＴ２３２ａをオン状態、ＩＧＢＴ２３２ｂ、２３１ａ、２３１ｂをオフ状態にする駆動信号を入力する。また、ＩＧＢＴ２６１ａをオン状態にする駆動信号を断続的に入力する。これにより、内コイル１１ｂと抵抗２６１ｂとに直流電流を断続的に供給する。
外コイル１１ｃに直流電力を供給する場合、制御部４５は、ＩＧＢＴ２３２ａをオン状態、ＩＧＢＴ２３２ｂ、２３３ａ、２３３ｂをオフ状態にする駆動信号を入力する。また、ＩＧＢＴ２６２ａをオン状態にする駆動信号を断続的に入力する。これにより、外コイル１１ｃと抵抗２６２ｂに直流電流を断続的に供給する。即ち、外コイル１１ｃに流れる直流電流の供給と停止とが交互に繰り返される。

このように、内コイル１１ｂと外コイル１１ｃをそれぞれ独立して駆動することで、直流電力の供給による吸引力の発生箇所を変化させることが可能となり、より効果的な振動を与えることで、更に突沸現象を抑制することができる。

例えば、内コイル１１ｂ及び外コイル１１ｃの両方による突沸抑制動作と、内コイル１１ｂのみによる突沸抑制動作と、外コイル１１ｃのみによる突沸抑制動作とを切り換えることで、被加熱物５の底の振動箇所を変化させることができる。この振動箇所の切り換えは、例えば、設定火力、加熱調理の継続時間、調理メニューなどに応じて設定するようにしても良い。
また、例えば、被加熱物５の大きさ（鍋径）を判定して、その大きさが小さい場合には、内コイル１１ｂのみによる突沸抑制動作を行うようにしても良い。

なお、上記実施の形態１〜４においては、本発明の誘導加熱調理器の一例として、ＩＨクッキングヒーターを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、誘導加熱により加熱調理を行う炊飯器など、誘導加熱方式を採用する任意の誘導加熱調理器に適用することが可能である。

１ 第一の加熱口、２ 第二の加熱口、３ 第三の加熱口、４ 天板、５ 被加熱物、５ａ 被調理物、１１ 第一の加熱手段、１１ａ 加熱コイル、１１ｂ 内コイル、１１ｃ 外コイル、１１ｆ フェライト、１２ 第二の加熱手段、１３ 第三の加熱手段、２１ 交流電源、２２ 直流電源回路、２２ａ ダイオードブリッジ、２２ｂ リアクタ、２２ｃ 平滑コンデンサ、２３ インバータ回路、２３ａ ＩＧＢＴ、２３ｂ ＩＧＢＴ、２３ｃ ダイオード、２３ｄ ダイオード、２４ａ 共振コンデンサ、２４ｃ 共振コンデンサ、２４ｄ 共振コンデンサ、２５ａ 入力電流検出手段、２５ｂ コイル電流検出手段、２５ｃ コイル電流検出手段、２５ｄ コイル電流検出手段、２６ 直流電力供給部、２６ａ ＩＧＢＴ、２６ｂ 抵抗、２６ｃ ダイオード、４０ 操作部、４０ａ 操作部、４０ｂ 操作部、４０ｃ 操作部、４１ 表示部、４１ａ 表示部、４１ｂ 表示部、４１ｃ 表示部、４２ 報知手段、４３ 表示操作部、４５ 制御部、５０ 駆動回路、６０ 磁力線、１００ 誘導加熱調理器、２３１ａ ＩＧＢＴ、２３１ｂ ＩＧＢＴ、２３１ｃ ダイオード、２３１ｄ ダイオード、２３２ａ ＩＧＢＴ、２３２ｂ ＩＧＢＴ、２３２ｃ ダイオード、２３２ｄ ダイオード、２３３ａ ＩＧＢＴ、２３３ｂ ＩＧＢＴ、２３３ｃ ダイオード、２３３ｄ ダイオード、２６１ａ ＩＧＢＴ、２６１ｂ 抵抗、２６１ｃ ダイオード、２６２ａ ＩＧＢＴ、２６２ｂ 抵抗、２６２ｃ ダイオード、４０１ａ 入切スイッチ、４０２ａ 火力スイッチ、４０３ａ ３ｋＷキー。

Claims (7)

1. 被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルに高周波電力又は直流電力を供給する駆動回路と、
   前記駆動回路を制御する制御部と、
   を備え、
   前記加熱コイルは、
   内コイルと、前記内コイルの外側に配置された外コイルとから構成され、
   前記制御部は、
   前記駆動回路から前記加熱コイルへ高周波電力を供給する誘導加熱動作と、
   前記駆動回路から前記加熱コイルへ直流電力を断続的に供給する直流断続供給動作と、を行い、
   前記直流断続供給動作において、前記内コイル及び前記外コイルの両方に前記直流電力を断続的に供給する突沸抑制動作と、前記内コイルのみに前記直流電力を断続的に供給する突沸抑制動作と、前記外コイルのみに前記直流電力を断続的に供給する突沸抑制動作とを切り換えることにより前記被加熱物の振動箇所を変化させることを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルに高周波電力又は直流電力を供給する駆動回路と、
   前記駆動回路を制御する制御部と、
   交流電圧を整流し、前記駆動回路へ入力する整流回路と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記駆動回路から前記加熱コイルへ高周波電力を供給する誘導加熱動作と、
   前記駆動回路から前記加熱コイルへ直流電力を断続的に供給する直流断続供給動作と、を行い、
   前記直流断続供給動作において、前記直流電力の供給の開始タイミング及び停止タイミングの両方、又は何れか一方を、前記交流電圧のピークタイミングに同期させる
   ことを特徴とする誘導加熱調理器。
3. 前記制御部は、
   前記誘導加熱動作の開始から予め設定した時間を経過するまで、前記誘導加熱動作と前記直流断続供給動作とを交互に切り換える
   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. 誘導加熱動作の開始操作を行う操作部を備え、
   前記制御部は、
   前記操作部から誘導加熱動作の開始操作された場合、前記直流断続供給動作を行い、
   前記直流断続供給動作の動作時間が予め設定された時間を経過した後に、前記誘導加熱動作を行う
   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。
5. 前記加熱コイルと直列に接続された共振コンデンサを備え、
   前記駆動回路は、
   ２つの第１スイッチング素子を直列に接続したアームを有するハーフブリッジインバータ回路により構成され、
   前記加熱コイルと前記共振コンデンサとの接続点と、前記アームの端部との間に第２スイッチング素子を備えた
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
6. 前記加熱コイルと直列に接続された共振コンデンサを備え、
   前記駆動回路は、
   ２つの第１スイッチング素子を直列に接続したアームを複数有するフルブリッジインバータ回路により構成され、
   前記加熱コイルと前記共振コンデンサとの接続点と、前記アームの端部との間に第２スイッチング素子を備えた
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
7. 前記制御部は、
   前記誘導加熱動作において、前記第２スイッチング素子をオフにした状態で、２つの前記第１スイッチング素子を交互にオンオフさせ、
   前記直流断続供給動作において、２つの前記第１スイッチング素子の一方をオン、他方をオフにした状態で、前記第２スイッチング素子をオンにさせる
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の誘導加熱調理器。

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