JPWO2014167814A1

JPWO2014167814A1 - 誘導加熱装置

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Publication number: JPWO2014167814A1
Application number: JP2015511099A
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Inventors: 洋一黒瀬; 北泉　武; 武北泉
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Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2014-04-04
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Abstract

本発明の誘導加熱装置は、複数の加熱コイル（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）と複数のインバータ（４６、５６）と複数の切替回路（８１ａ、８１ｂ、８１ｃ）と指令手段（２３）とセンサ群（２１）と鍋検知手段（２２）とを備える。加熱コイルに高周波電流を供給するインバータの数は加熱コイルの数より少ない。各切替回路は、各加熱コイルをいずれかのインバータに接続する又はどのインバータにも接続しないように、各加熱コイルの電路を切り替える。指令手段は、インバータの駆動および切替回路の切り替えを制御する。センサ群に含まれる各センサは、インバータによる電力供給に対する、加熱コイルを含む共振回路の反応を検知する。鍋検知手段は、センサの出力に応じて加熱コイルに被加熱物（９１）が載置されるか否かを検知する。本発明によれば、複数の加熱コイルを有する誘導加熱装置において、安全性の維持およびコストの低減が図れる。

Description

本発明は、誘導加熱装置に関し、特に、天板上に載置された調理用鍋などの被加熱物を誘導加熱する誘導加熱調理器に関する。

このような誘導加熱調理器において、単一のインバータに接続された共振周波数の異なる二つの加熱コイルを、インバータから供給される高周波電流の周波数を調整することで制御する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この方法によれば、加熱コイルの数と同数のインバータを備える必要がないため、装置のコストを低減することができる。

しかしながら、複数の加熱コイルが単一のインバータに接続されているため、誘導加熱時には被加熱物が載置されない加熱コイルにも、常に誘導加熱のための高周波電流が供給される。

このため、被加熱物が載置されない加熱コイルに導通損失が発生し、加熱効率が低下する可能性がある。漏洩磁界による、周辺機器におけるノイズ障害を発生させるおそれもある。

上記課題を解決するためには、例えば、リレーを用いて電路の接続および切断を行い、不要な加熱コイルに対しては、インバータから供給される高周波電流を遮断する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

この方法によれば、必要な加熱コイルにのみ高周波電流が供給されるため、不要な通電による導通損失の発生を防止し、ノイズ障害の発生を低減することができる。

近年、天板上の任意の場所に載置された複数の被加熱物を同時に誘導加熱することができる誘導加熱調理器が注目されている（例えば、特許文献３参照）。

このような誘導加熱調理器においては、マトリクス状に配置された多数の加熱コイルと、各加熱コイルに対する専用のインバータとが設けられ、被加熱物が載置されているか否かを検知するための高周波電流を、各インバータから対応の加熱コイルに供給することで把握される天板上における一つ以上の被加熱物の載置状況に応じて、適切な加熱コイルのみに誘導加熱用の高周波電流が供給される。

当然のことながら、特許文献３に記載された誘導加熱構成においては、加熱コイルの数と同数のインバータが必要となるため、装置のコストは増大する。

そこで、特許文献２に記載された方法を用いて、複数の加熱コイルに対して、一つのインバータを割り当て、切替回路を用いて通電する加熱コイルを切り替える方法が考えられている（例えば、特許文献４参照）。

しかしながら、特許文献４に記載された方法は、インバータとの間の電路が切断された加熱コイルに対しては、被加熱物が載置されているか否かを検知できず、天板上の被加熱物の載置状況を認識することができないという課題を有している。

なお、本明細書においては、簡単のため、誘導加熱のための高周波電流を誘導加熱電流と、加熱コイルの上方に被加熱物が載置されたか否かを判断することを鍋検知と、そのために加熱コイルに供給される、誘導加熱電流に比べて非常に小さな高周波電流を鍋検知電流と呼ぶ。

また、正確には「被加熱物が加熱コイルの上方の天板に載置される」または「被加熱物が加熱コイルの上方に載置される」と記載するべきところを、単に「被加熱物が加熱コイルに載置される」と表現する。

特開２０１２−１２４０８１号公報特開平９−１４０５６１号公報米国特許第７７５９６１６号明細書欧州特許出願公開第２３８０３９９号明細書

本発明は、従来の課題を解決するもので、複数の加熱コイルと、加熱コイルの数より少ない数のインバータとを備え、任意の場所に載置された一つ以上の被加熱物を適切に誘導加熱することができる誘導加熱装置を提供することを目的とする。

従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、被加熱物を載置するための天板と、複数の加熱コイルと、複数のインバータと、複数の切替回路と、指令手段と、センサと、鍋検知手段とを備える。

複数の加熱コイルは、天板の下方に配置され、第１および第２の加熱コイルを含む。複数のインバータは、第１および第２のインバータを含み、加熱コイルに電力を供給する。なお、インバータの数は、加熱コイルの数より少ない。

複数の切替回路は、加熱コイルをいずれかのインバータに接続するように、又は、いずれのインバータにも接続しないように、各加熱コイルの電路を切り替える。

指令手段は、インバータによる電力供給、および、切替回路の切り替えを制御する。

センサは、インバータによる電力供給に対する、加熱コイルを含む共振回路の反応を検知する。鍋検知手段は、センサの出力に応じて加熱コイルに被加熱物が載置されるか否かを検知する。

本発明の誘導加熱装置は、特に、少なくとも第１および第２の加熱コイルが、第１のインバータと電路を構成する場合において、鍋検知手段が、第１の加熱コイルには被加熱物が載置され、第２の加熱コイルには被加熱物が載置されていないことを検知したとき、指令手段は、第１の加熱コイルまたは第２の加熱コイルが第１のインバータに接続されないように、切替回路を切り替えることを特徴とするものである。

本発明によれば、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱装置において、加熱コイルの数と同じ数のインバータを設けることなく、被加熱物が載置された加熱コイルだけに誘導加熱電流を供給し、被加熱物が載置されない加熱コイルには鍋検知電流を供給することができる。

被加熱物が載置されない加熱コイルに、別の被加熱物がさらに載置された場合、切替回路により他のインバータとの電路を新たに構成して、別途誘導加熱を行うことができる。

このようにして、複数の加熱コイルと、加熱コイルの数より少ない数のインバータとを備えた誘導加熱装置において、不要な通電による導通損失を防止し、漏洩磁界を抑制しつつ、任意の場所に載置された一つ以上の被加熱物を適切に誘導加熱することができる。

図１は、実施の形態１にかかる誘導加熱装置の概略上面図である。図２は、実施の形態１にかかる誘導加熱装置の回路ブロック図である。図３は、実施の形態１における誘導加熱装置上の被加熱物の載置位置を示す図である。図４は、実施の形態１における切替回路の一状態を示す図である。図５は、実施の形態２における誘導加熱装置上の被加熱物の載置位置を示す図である。図６は、実施の形態２における切替回路の一状態を示す図である。図７は、実施の形態３における誘導加熱装置上の被加熱物の載置位置を示す図である。図８は、実施の形態３にかかる切替回路の一状態を示す図である。図９は、実施の形態４にかかる誘導加熱装置における加熱コイルの配置、および、加熱コイルのグループ分けを示す図である。図１０は、実施の形態４にかかる誘導加熱装置の回路ブロック図である。図１１は、実施の形態４にかかる誘導加熱装置における被加熱物の載置位置、および、加熱コイルのグループ分けを示す拡大図である。図１２は、実施の形態４にかかる誘導加熱装置における被加熱物の載置位置、および、加熱コイルのグループ分けを示す拡大図である。図１３は、実施の形態５にかかる誘導加熱装置の回路ブロック図である。

第１の発明にかかる誘導加熱装置は、被加熱物を載置するための天板と、複数の加熱コイルと、複数のインバータと、複数の切替回路と、指令手段と、センサと、鍋検知手段とを備える。

複数の加熱コイルは、天板の下方に配置され、第１および第２の加熱コイルを含む。複数のインバータは、少なくとも第１および第２のインバータを含み、加熱コイルに電力を供給する。なお、インバータの数は、加熱コイルの数より少ない。

また、コストおよび部品配置の観点から、本発明は、特に、多数の加熱コイルをマトリクス状に備えた誘導加熱装置に有効である。

第２の発明は、第１の発明において、指令手段が、第１の加熱コイルが第１のインバータと電路を構成し、第２の加熱コイルが第２のインバータと電路を構成するように、切替回路を切り替えるものである。

本発明によれば、被加熱物が載置されない加熱コイルは、被加熱物が載置され誘導加熱電流が供給される加熱コイルと別々の電路を構成することができ、別のインバータから鍋検知電流が供給可能となる。

第３の発明は、第１の発明において、鍋検知手段が、隣り合う二つ以上の加熱コイルに単一の被加熱物が載置されたと判断した場合、指令手段が、隣り合う二つ以上の加熱コイルが第１のインバータと電路を構成するように切替回路を切り替えるものである。

本発明によれば、単一の被加熱物を加熱する複数の加熱コイルに対して、一つのインバータを割り当て、当該インバータから誘導加熱電流を供給することができる。

第４の発明は、第３の発明において、指令手段が、隣り合う二つ以上の加熱コイルに第１のインバータから供給される電力が所定値を超えると、二つ以上の加熱コイルのうちの少なくとも一つの加熱コイルが第２のインバータと電路を構成するように切替回路を切り替える。

本発明によれば、多数の加熱コイルにまたがる大きな鍋を誘導加熱する場合に、それらの加熱コイルに対して複数のインバータから誘導加熱電流を供給することができる。

このため、比較的小さな出力を有するインバータを多数用いることが可能となり、設計の自由度が向上する。

比較的小さな出力を有するインバータが用いられる場合、スイッチング素子のための冷却機能が省略できる可能性があるので、コストおよび設計自由度の観点から、本発明は、特に、多数の加熱コイルをマトリクス状に備えた誘導加熱装置に有効である。

第５の発明は、第１の発明において、指令手段が、すべてのインバータを動作させる場合、被加熱物が載置されない加熱コイルがいずれのインバータとも電路を構成しないように、切替回路を切り替えるものである。

本発明によれば、加熱コイルの数より少ない数のインバータを最大限有効に使用することができる。例えば、一つの加熱コイルに一つの被加熱物が載置された場合を想定すると、最大で、インバータの数と同数の被加熱物を同時に別々に誘導加熱することができる。

第６の発明は、第５の発明において、誘導加熱電流は供給できないが、鍋検知電流は供給できる補助回路をさらに備え、指令手段は、被加熱物の載置が検知されない加熱コイルが補助回路と電路を構成するように切替回路を切り替えるものである。

本発明によれば、鍋検知のために必ずしもインバータを用いる必要がなくなり、すべてのインバータが誘導加熱電流を供給中であっても鍋検知を行うことができる。このため、いかなるインバータの稼働状況においても、すべての被加熱物の載置状況を把握することが可能となる。

第７の発明は、第１の発明において、指令手段に加熱開始および加熱停止を指示するための操作部をさらに備え、指令手段は、操作部からの加熱開始の指示に応答して、切替回路の切り替えを行うものである。

本発明は、特に、多数の加熱コイルをマトリクス状に備えた誘導加熱装置において有効である。このような誘導加熱装置は、天板上の任意の場所に被加熱物を載置可能なため、例えば、一旦載置された被加熱物が直後に別の場所に移動させられる可能性があり、被加熱物が載置されても、必ずしもその位置で加熱が開始されるとはかぎらないからである。

本発明によれば、切替回路の不要な切り替え動作をなくすことができる。その結果、切り替え時の雑音が防止でき、故障の可能性が低減される。

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。以下の全ての図において、同一又は対応の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる誘導加熱装置の概略上面図であり、図２は、本実施の形態にかかる誘導加熱装置の回路ブロック図である。

図１および図２を参照しながら、本実施の形態にかかる誘導加熱装置１０を構成する各要素および回路構成について詳述する。

実施の形態１にかかる誘導加熱装置１０は、その上面に、鍋等の被加熱物を載置するための、ガラス、セラミック等の電気絶縁物で構成された平坦な天板１３を備える。

誘導加熱装置１０は、商用の交流電源４０からの電力を整流し平滑するために、ダイオードブリッジ４１、チョークコイル４２及び平滑コンデンサ４３を含む直流電源４９と、ダイオードブリッジ５１、チョークコイル５２及び平滑コンデンサ５３を含む直流電源５９とを有する。

直流電源５９の負極母線は、直流電源４９の負極母線と接続され、直流電源４９の負極母線と同電位を有する。

誘導加熱装置１０は、天板１３の下方に横一列に設けられ、実質的に同一形状、同一構成を有する三つの加熱コイル（加熱コイル１１ａ、加熱コイル１１ｂ、加熱コイル１１ｃ）を備える。加熱コイル１１ａは第１の加熱コイルに相当し、加熱コイル１１ｂは第２の加熱コイルに相当する。

加熱コイルに高周波電流が流れることにより発生する高周波磁界が、被加熱物である金属製の鍋などに伝わって被加熱物に渦電流が発生する。その渦電流の大きさと被加熱物の固有抵抗とに応じた発熱が生じることで誘導加熱が行われる。

誘導加熱装置１０は、三つの共振回路（共振回路７２ａ、共振回路７２ｂ、共振回路７２ｃ）を有する。共振回路７２ａは、加熱コイル１１ａと共振コンデンサ７１ａとが直列接続されて構成される。共振回路７２ａの一端は、直流電源の負極母線と接続される。

同様に、共振回路７２ｂは、加熱コイル１１ｂと共振コンデンサ７１ｂとが直列接続されて構成される。共振回路７２ｂの一端は、直流電源の負極母線と接続される。共振回路７２ｃは、加熱コイル１１ｃと共振コンデンサ７１ｃとが直列接続されて構成される。共振回路７２ｃの一端は、直流電源の負極母線と接続される。

誘導加熱装置１０は、第１のインバータであるインバータ４６と、第２のインバータであるインバータ５６とを有する。

インバータ４６は、逆導通ダイオードが並列接続されたスイッチング素子４４と、逆導通ダイオードが並列接続されたスイッチング素子４５とが直列接続されて構成される。

同様に、インバータ５６は、逆導通ダイオードが並列接続されたスイッチング素子５４と、逆導通ダイオードが並列接続されたスイッチング素子５５とが直列接続されて構成される。

ドライブ回路４８は、スイッチング素子４４、４５の通電制御を行うことにより、インバータ４６を駆動する。ドライブ回路５８は、スイッチング素子５４、５５の通電制御を行うことにより、インバータ５６を駆動する。

誘導加熱装置１０は、三つの切替回路（切替回路８１ａ、切替回路８１ｂ、切替回路８１ｃ）を有する。

切替回路８１ａは、共振回路７２ａの他端を、スイッチング素子４４とスイッチング素子４５との接続点と、スイッチング素子５４とスイッチング素子５５との接続点とのいずれに接続するか、またはいずれにも接続しないかを、指令手段２３からの指令に応じて選択し、加熱コイル１１ａの電路を決定する。

切替回路８１ｂは、共振回路７２ｂの他端を、スイッチング素子４４とスイッチング素子４５との接続点と、スイッチング素子５４とスイッチング素子５５との接続点とのいずれに接続するか、またはいずれにも接続しないかを、指令手段２３からの指令に応じて選択し、加熱コイル１１ｂの電路を決定する。

切替回路８１ｃは、共振回路７２ｃの他端を、スイッチング素子４４とスイッチング素子４５との接続点と、スイッチング素子５４とスイッチング素子５５との接続点とのいずれに接続するか、またはいずれにも接続しないかを、指令手段２３からの指令に応じて選択し、加熱コイル１１ｃの電路を決定する。

すなわち、加熱コイル１１ａ〜１１ｃはそれぞれ、切替回路８１ａ〜８１ｃによって、その一端が、スイッチング素子４４とスイッチング素子４５との接続点と接続された場合、インバータ４６と並列接続され、スイッチング素子５４とスイッチング素子５５との接続点と接続された場合、インバータ５６と並列接続される。

図２において、共振回路７２ａは、切替回路８１ａによってインバータ４６と電路を構成する。共振回路７２ｂは、切替回路８１ｂによってインバータ４６と電路を構成する。共振回路７２ｃは、切替回路８１ｃによってインバータ５６と電路を構成する。

誘導加熱装置１０は、共振回路７２ａのためのセンサ２１ａ、共振回路７２ｂのためのセンサ２１ｂ、共振回路７２ｃのためのセンサ２１ｃを含むセンサ群２１を備える。

センサ２１ａは、共振コンデンサ７１ａに発生する電圧と、共振回路７２ａに流れる電流とを検知する。

同様に、センサ２１ｂは、共振コンデンサ７１ｂに発生する電圧、共振回路７２ｂに流れる電流を検知する。センサ２１ｃは、共振コンデンサ７１ｃに発生する電圧、共振回路７２ｃに流れる電流を検知する。

本実施の形態においては、加熱コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃへの通電に応じて、共振コンデンサに発生する電圧と共振回路に流れる電流とを検知する。しかしながら、被加熱物が載置されたか否かが検知できれば、検知する物理量の種類や検知場所は本実施の形態に限定されるものではない。

共振回路に流れる電流を検知する場合、センサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、例えばカレントトランスを用いて、コンパレータ又はマイクロコンピュータでの処理が可能な電圧に変換する。高い電圧を検知する場合には、分圧抵抗を用いて実際の電圧に比例した低い電圧を検知すれば、コンパレータ又はマイクロコンピュータでの処理が可能な電圧に降圧することができる。

鍋検知手段２２は、センサ２１ａ〜２１ｃの検知結果に応じて、加熱コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃのそれぞれに、鍋等の被加熱物が載置されているか否かを判断する。

被加熱物が載置され、まだ誘導加熱を開始していない加熱コイルについて、鍋検知手段２２は、被加熱物が載置されない加熱コイルと同様に扱い、鍋検知電流を供給する。これにより、誘導加熱前に被加熱物を移動させると、鍋検知手段２２はその変化を認識することができる。

すなわち、鍋検知手段２２は、被加熱物が載置されない加熱コイル、および、被加熱物が載置され加熱開始していない加熱コイルに対して、順番に繰り返し鍋検知電流を供給し鍋検知を行う。

載置された被加熱物を誘導加熱中の加熱コイルについては、被加熱物を移動させると、供給中の誘導加熱電流に対する共振回路からの応答に変化が生じる。鍋検知手段２２は、その変化をセンサの出力から読み取ることで、被加熱物の移動を認識することができる。

この場合、鍋検知手段２２の鍋検知結果に応じて、後述する指令手段２３が、加熱停止の指示信号を出力する。

操作部１２は、天板１３上の使用者側（図１における下側）の中央付近に設けられ、使用者の操作内容に応じて、加熱の開始又は停止、火力調整等の指令信号を出力する。

指令手段２３は、操作部１２からの指令信号を受けて、インバータ４６を駆動するドライブ回路４８と、インバータ５６を駆動するためのドライブ回路５８とに、操作部１２からの指令信号に応じた駆動信号を出力する。

指令手段２３は、鍋検知手段２２の検知結果に基づいて、切替回路８１ａ〜８１ｃの接続を切り替えるための信号を出力する。なお、鍋検知手段２２と指令手段２３とは、ソフトウェアで構成され、マイクロコンピュータで構成される制御手段２４に含まれる。

スナバコンデンサ４７は、スイッチング素子４４及びスイッチング素子４５がオフされるときに発生するスイッチング損失を低減するために、スイッチング素子４５と並列接続される。

同様に、スナバコンデンサ５７は、スイッチング素子５４及びスイッチング素子５５がオフされるときに発生するスイッチング損失を低減するために、スイッチング素子５５と並列接続される。

以下、本実施の形態における誘導加熱装置１０の動作について説明する。

ここで、図２に示された切替回路８１ａ〜８１ｃの接続状態は、切替回路８１ａ〜８１ｃの初期状態、すなわち、主電源（不図示）がオンされた時の接続状態を示すものとし、図１に示されるように、主電源オン時に、天板１３上に被加熱物は載置されていないものとする。

主電源がオンされると、切替回路８１ａ〜８１ｃの初期状態に応じて、インバータ４６は共振回路７２ａ、７２ｂに、インバータ５６は共振回路７２ｃに、それぞれ鍋検知電流を供給し始める。

図３は、図１に示された誘導加熱装置１０の加熱コイル１１ａに、被加熱物９１が載置された様子を示している。

図２に示された切替回路８１ａ〜８１ｃの初期状態において、加熱コイル１１ａに被加熱物９１が載置されると、センサ２１ａは、インバータ４６から供給された鍋検知電流に応じた共振回路７２ａの電流、および、共振コンデンサ７１ａの電圧を検知する。鍋検知手段２２は、センサ２１ａの出力に応じて、加熱コイル１１ａに被加熱物９１が載置されたと判断する。

共振回路７２ａと同様に、共振回路７２ｂにもインバータ４６から鍋検知電流が供給され、鍋検知手段２２は、センサ２１ｂの出力に応じて、加熱コイル１１ｂには被加熱物が載置されていないと判断する。

共振回路７２ｃにはインバータ５６が鍋検知電流を供給し、鍋検知手段２２は、センサ２１ｃの出力に応じて、加熱コイル１１ｃに被加熱物が載置されていないと判断する。

鍋検知手段２２の検知結果に応じて、指令手段２３は、被加熱物９１が載置された加熱コイル１１ａと被加熱物９１が載置されていない加熱コイル１１ｂとが、同一のインバータと電路を構成しないように、切替回路８１ｂを切り替える。

図４は、図２に示された誘導加熱装置１０の回路構成において、上記の通り、切替回路８１ａ〜８１ｃにより電路が決定された状態を示す図である。

図４に示されるように、加熱コイル１１ａには被加熱物９１が載置され、切替回路８１ａ〜８１ｃにより、インバータ４６は、共振回路７２ａとだけ電路を構成し、インバータ５６は、共振回路７２ｂ、７２ｃと電路を構成している。

この状態で、操作部１２を介して加熱開始が指示されると、指令手段２３は、インバータ４６に、加熱コイル１１ａへの誘導加熱電流の供給を開始させる。このようにして、誘導加熱装置１０は、インバータ４６を用いて加熱コイル１１ａを駆動し、被加熱物９１を誘導加熱する。

誘導加熱中、加熱コイル１１ｂ、１１ｃに別の被加熱物が載置されたか否かを監視するため、指令手段２３は、インバータ５６に、加熱コイル１１ｂ、１１ｃへの鍋検知電流の供給を繰り返し行わせる。

本実施の形態によれば、加熱コイルの数より少ない数のインバータを備えた誘導加熱装置１０において、被加熱物９１が載置された加熱コイル１１ａだけに、インバータ４６から誘導加熱電流が供給され、加熱コイル１１ｂ、１１ｃにはインバータ５６から鍋検知電流が供給される。

このようにして、被加熱物が載置されない加熱コイルに対する不要な誘導加熱電流の供給による導通損失を防止し、漏洩磁界を抑制することができる。

被加熱物が載置されない加熱コイルには鍋検知電流が供給されるので、こられの加熱コイルを、別の被加熱物が載置されたことが検知可能な状態とすることができる。

切替回路８１ｂの切り替え動作は、鍋検知手段２２による鍋検知に応答して行う場合、指令手段２３からの加熱開始の指令信号に応答して行う場合が考えられる。

前者の場合、被加熱物を移動させる度に、切り替え動作が行われるため、場合によっては、その動作が無駄になる可能性がある。例えば、切替回路がリレー回路である場合、不要な切り替え動作は、その都度カチッという雑音を発生させるだけでなく、故障の可能性を増加させる。従って、指令手段２３は、操作部１２からの加熱開始の指示に応答して、加熱開始の直前に切替回路を切り替えるのが望ましい。

なお、本実施の形態では、被加熱物９１が載置された加熱コイル１１ａとインバータ４６との電路が保持され、被加熱物９１が載置されない加熱コイル１１ｂがインバータ５６と電路を構成するように切替回路８１ｂが切り替えられる。しかし、本実施の形態に限定されるものではない。

例えば、被加熱物９１が載置されない加熱コイル１１ｂとインバータ４６との電路が保持され、被加熱物９１が載置された加熱コイル１１ａがインバータ５６と電路を構成するように切替回路８１ａが切り替えられても、本実施の形態と同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２にかかる誘導加熱装置について説明する。

図５は、図１に示された誘導加熱装置１０の加熱コイル１１ａ、１１ｂに、被加熱物９１より幅の広い被加熱物９２が載置された状態を示している。

ここでも、実施の形態１の場合と同様、主電源がオンされると、図２に示された切替回路８１ａ〜８１ｃの初期状態に応じて、インバータ４６は共振回路７２ａ、７２ｂに、インバータ５６は共振回路７２ｃに、それぞれ鍋検知電流を供給し始める。

図２に示された切替回路８１ａ〜８１ｃの初期状態において、加熱コイル１１ａ、１１ｂに単一の被加熱物９２が載置されると、センサ２１ａは、インバータ４６から供給された鍋検知電流に応じた共振回路７２ａの電流、および、共振コンデンサ７１ａの電圧を検知する。鍋検知手段２２は、センサ２１ａの出力に応じて、加熱コイル１１ａに被加熱物９１が載置されたと判断する。

同様に、共振回路７２ｂにもインバータ４６から鍋検知電流が供給され、センサ２１ｂの出力に応じて、鍋検知手段２２は、加熱コイル１１ｂにも被加熱物が載置されたと判断する。

さらに、加熱コイル１１ｂにおける鍋検知と、加熱コイル１１ａにおける鍋検知とがほぼ同時であるため、鍋検知手段２２は、加熱コイル１１ａ、１１ｂに単一の被加熱物９２が載置されたと認識する。

共振回路７２ｃにはインバータ５６が鍋検知電流を供給するが、鍋検知手段２２は、センサ２１ｃの出力に応じて、加熱コイル１１ｃに被加熱物が載置されていないと判断する。

鍋検知手段２２の検知結果に応じて、指令手段２３は、単一の被加熱物９２が載置された加熱コイル１１ａ、１１ｂが、引き続きインバータ４６と電路を構成し、加熱コイル１１ｃが引き続きインバータ５６と電路を構成するように、切替回路８１ａ〜８１ｃの状態を保持する。

図６は、図２に示された誘導加熱装置１０の回路構成において、上記の通り、切替回路８１ａ〜８１ｃにより電路が決定された状態を示す図である。

図６に示されるように、加熱コイル１１ａ、１１ｂには、単一の被加熱物９２が載置され、切替回路８１ａ〜８１ｃにより、インバータ４６は、共振回路７２ａ、７２ｂと電路を構成し、インバータ５６は、共振回路７２ｃと電路を構成している。

この状態で、操作部１２を介して加熱開始が指示されると、指令手段２３は、インバータ４６に、加熱コイル１１ａ、１１ｂへの誘導加熱電流の供給を開始させる。このようにして、誘導加熱装置１０は、インバータ４６を用いて加熱コイル１１ａ、１１ｂを駆動し、被加熱物９２を誘導加熱する。

誘導加熱中、加熱コイル１１ｃに別の被加熱物が載置されたか否かを監視するため、指令手段２３は、インバータ５６に、加熱コイル１１ｃへの鍋検知電流の供給を繰り返し行わせる。

本実施の形態によれば、加熱コイルの数より少ない数のインバータを備えた誘導加熱装置１０において、幅の広い被加熱物９２が載置された加熱コイル１１ａ、１１ｂに、インバータ４６から誘導加熱電流が供給され、加熱コイル１１ｃにはインバータ５６から鍋検知電流が供給される。

被加熱物が載置されない加熱コイルには鍋検知電流が供給されるので、こられの加熱コイルを、別の被加熱物の載置が検知可能な状態とすることができる。

従って、加熱コイル１１ｃに別の被加熱物が載置されると、インバータ５６により、新たな誘導加熱を行うことができる。

加熱コイル１１ａに載置された被加熱物と加熱コイル１１ｂに載置された被加熱物とが単一の被加熱物であるか、別々の被加熱物であるかは、上述の通り、加熱コイル１１ａにおける鍋検知と加熱コイル１１ｂにおける鍋検知の間の時間的間隔に応じて判定することができる。

単一の被加熱物の場合、加熱コイル１１ａ、１１ｂにほぼ同時に被加熱物が載置されるため、二つの鍋検知はほぼ同時に行われ、そうでない場合は、通常であれば、二つの鍋検知の間にある程度の時間的間隔が存在するからである。

この判定方法では、故意または偶然に二つの被加熱物が同時に載置されると、鍋検知手段２２は、誤った判定を行ってしまう。

しかし、本実施の形態によれば、鍋検知手段２２は、共振回路から得られる電流値、電圧値に基づいて判定するため、被加熱物の材質の相違も検知可能であり、二つの被加熱物が異なる金属で構成されていれば、正常に鍋検知を行うことができる。

本実施の形態によれば、三つの加熱コイルのすべてに跨る大きさを有する単一の被加熱物に対しても、一つのインバータのみによりすべての加熱コイルを駆動して誘導加熱することが可能である。

ただし、一つのインバータで多くの加熱コイルを駆動するために、加熱コイルの数が増えるほど、より大きな出力を有するインバータが必要となる。

例えば、それぞれ１ｋＷの定格電力を有する四つの加熱コイルと二つのインバータとを備えた誘導加熱装置の場合、すべての加熱コイルを一つのインバータで駆動するには、４ｋＷの出力を有するインバータが必要となり、部品コストの上昇を招く。

この問題を解決するため、例えば、四つの加熱コイルをうちの二つを一方のインバータが駆動し、残りの二つをもう一方のインバータが駆動するように、切替回路が電路を構成すれば、各インバータのために２ｋＷの電力を供給可能な部品が使用でき、コストを抑制することができる。

このように、複数の加熱コイルに跨って載置された単一の被加熱物を誘導加熱するために、一つのインバータを用いるか、複数のインバータを用いるかは、用いられる加熱コイル、インバータの仕様に応じて、指令手段内のプログラミングにより臨機応変に対応することが可能である。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３にかかる誘導加熱装置について説明する。

ここでは、図３、図４に示された状態において、加熱コイル１１ｂに被加熱物９３が新たに載置された場合の誘導加熱装置１０の動作を説明する。

図７は、図３に示された誘導加熱装置１０の加熱コイル１１ｂに、被加熱物９１が新たに載置された状態を示している。

図４に示された切替回路８１ａ〜８１ｃの状態において、加熱コイル１１ｂに被加熱物９３が新たに載置されると、センサ２１ｂは、インバータ５６から供給された鍋検知電流に応じた共振回路７２ｂの電流、および、共振コンデンサ７１ｂの電圧を検知する。鍋検知手段２２は、センサ２１ｂの出力に応じて、加熱コイル１１ｂにも被加熱物が載置されたと判断する。

それと同時に、加熱コイル１１ａには既に被加熱物９１が載置されているため、鍋検知手段２２は、加熱コイル１１ｂに載置された被加熱物は、被加熱物９１とは別の被加熱物９３であることを認識する。

同様に、共振回路７２ｃにもインバータ５６から鍋検知電流が供給されるが、鍋検知手段２２は、センサ２１ｃの出力に応じて、加熱コイル１１ｃには被加熱物が載置されていないと判断する。

鍋検知手段２２の検知結果に応じて、指令手段２３は、被加熱物９１、９３がそれぞれ載置された加熱コイル１１ａ、１１ｂが、引き続きインバータ４６、５６とそれぞれ電路を構成し、加熱コイル１１ｃはいずれのインバータとも電路を構成しないように、切替回路８１ａ、８１ｂの状態は保持し、切替回路８１ｃだけを切り替える。

図８は、図２に示された誘導加熱装置１０の回路構成において、上記の通り、切替回路８１ａ〜８１ｃにより電路が決定された状態を示す図である。

図８に示されるように、加熱コイル１１ａ、１１ｂには、それぞれ被加熱物９１、９３が載置され、切替回路８１ａ〜８１ｃにより、インバータ４６、５６は、共振回路７２ａ、７２ｂとそれぞれ電路を構成し、加熱コイル１１ｃは、いずれのインバータとも電路を構成しない。

この状態で、操作部１２を介して加熱開始が指示されると、指令手段２３は、インバータ５６を駆動するドライブ回路５８に、加熱コイル１１ｂへの誘導加熱電流の供給を開始させる。このようにして、誘導加熱装置１０は、インバータ４６、５６を用いて加熱コイル１１ａ、１１ｂをそれぞれ駆動し、被加熱物９１、９３を別々に誘導加熱する。

誘導加熱中、加熱コイル１１ｃには、いずれのインバータとも電路が構成されないため、加熱コイル１１ｃには誘導加熱電流が供給されない。

本実施の形態によれば、加熱コイルの数より少ない数のインバータを備えた誘導加熱装置１０において、インバータの数と同じ数の被加熱物を、それぞれ誘導加熱することができる。

また、被加熱物が載置されない加熱コイルには、誘導加熱電流が供給されないので、不要な誘導加熱電流の通電による導通損失を防止し、漏洩磁界を抑制することができる。

実施の形態１の場合と同様に、切替回路８１ｃの切り替え動作は、鍋検知手段２２による鍋検知に応答して行う場合や、指令手段２３による加熱開始の指令信号に応答して行う場合などが考えられる。

（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４にかかる誘導加熱装置について説明する。

図９は、本実施の形態にかかる誘導加熱装置における加熱コイルの配置、および、主電源オン時における同一のインバータと電路を構成する加熱コイルのグループ分けを示す図である。図１０は、本実施の形態にかかる誘導加熱装置の回路ブロック図である。

図９に示されるように、本実施の形態にかかる誘導加熱装置２０は、天板１３の下方に５行９列のマトリクス状に配置された４５個の加熱コイルと、天板１３上に設けられた操作部１２とを有する。図９には、４５個の加熱コイルの内の三つにのみ符号（１１ａａ、１１ａｂ、１１ｅｉ）が付されている。

加熱コイル１１ａａ、加熱コイル１１ａｂを含む１０個の加熱コイルにより、加熱コイルのグループ１０１が構成される。加熱コイル１１ｅｉを含む１０個の加熱コイルにより、加熱コイルのグループ１０５が構成される。

同様に、１０個の加熱コイル、５個の加熱コイル、１０個の加熱コイルにより、加熱コイルのグループ１０２、グループ１０３、グループ１０４がそれぞれ構成される。

主電源オン時の初期状態において、インバータ４６は、グループ１０１に含まれる１０個の加熱コイルと電路を構成し、インバータ５６、インバータ８６は、グループ１０２、グループ１０５に含まれる加熱コイルとそれぞれ電路を構成するものとする。

また、図１０には示されていないが、インバータ６６、インバータ７６が、グループ１０３に含まれる５個の加熱コイル、グループ１０４に含まれる１０個の加熱コイルとそれぞれ電路を構成するものとする。

実施形態１〜３における誘導加熱装置１０と同様、各インバータは、逆導通ダイオードが並列接続された二つのスイッチング素子（不図示）が直列接続されて構成される。

直流電源４９、直流電源５９、直流電源８９を含む五つの直流電源は、商用の交流電源（不図示）からの電力を整流し平滑して、対応のインバータにそれぞれ電力を供給する。

ドライブ回路４８、ドライブ回路５８、ドライブ回路８８を含む五つのドライブ回路は、指令手段３３からの指令信号に応じて、対応のインバータをそれぞれ駆動する。

各インバータの出力端子にはそれぞれスナバコンデンサが設けられる。図１０には、スナバコンデンサ４７、スナバコンデンサ５７、スナバコンデンサ８７が図示される。

各加熱コイルの一端には、共振コンデンサがそれぞれ接続され、４５個の共振回路が構成される。図１０には、共振コンデンサ７１ａａ、共振コンデンサ７１ａｂ、共振コンデンサ７１ｅｉ、共振回路７２ａａ、共振回路７２ａｂ、共振回路７２ｅｉが図示される。

各加熱コイルの他端には、切替回路がそれぞれ接続される。図１０には、切替回路８１ａａ、切替回路８１ａｂ、切替回路８１ｅｉが図示される。

各切替回路は、各加熱コイルがいずれかのインバータと電路を構成する、又は、各加熱コイルがいずれのインバータとも電路を構成しないように、各加熱コイルと各インバータとの間の電路を決定する。

センサ群３１は、４５個のセンサから構成され、各センサは、各共振コンデンサに発生する電圧と、各共振回路に流れる電流とをそれぞれ検知する。

鍋検知手段３２は、センサ群３１の各センサの検知結果に応じて、各加熱コイルに被加熱物が載置されているか否かを判断する。

指令手段３３は、操作部１２からの指令信号を受けて、五つのドライブ回路にスイッチング素子の通電制御を行うための信号を出力し、五つのインバータを制御する。指令手段３３は、鍋検知手段３２の検知結果に応じて、各切替回路の接続を切り替えるための信号を出力する。なお、鍋検知手段３２と指令手段３３とは、マイクロコンピュータで構成される制御手段３４に含まれる。

被加熱物が載置され、まだ誘導加熱を開始していない加熱コイルについて、鍋検知手段３２は、被加熱物が載置されない加熱コイルと同様に扱い、鍋検知電流を供給する。これにより、誘導加熱前に被加熱物を移動させると、鍋検知手段３２はその変化を認識することができる。

すなわち、鍋検知手段３２は、被加熱物が載置されない加熱コイル、および、被加熱物が載置され加熱開始していない加熱コイルに対して、順番に繰り返し鍋検知電流を供給し鍋検知を行う。

載置された被加熱物を誘導加熱中の加熱コイルについては、被加熱物を移動させると、供給中の誘導加熱電流に対する共振回路からの応答に変化が生じる。鍋検知手段３２は、その変化をセンサの出力から読み取ることで、被加熱物の移動を認識することができる。

この場合、鍋検知手段３２の鍋検知結果に応じて、指令手段３３が、加熱停止の指示信号を出力する。

上記の通り構成された本実施の形態の誘導加熱装置の動作を以下に説明する。

主電源がオンされると、各インバータは、対応のグループに含まれる加熱コイルに対して、鍋検知電流を順番に繰り返し供給する。

図１１、図１２は、誘導加熱装置２０の天板１３上に被加熱物９４が載置された様子を示すために、図９の一部が拡大された図である。

図１１に示されるように、被加熱物９４が四つの加熱コイルに跨るように載置されると、鍋検知手段３２は、鍋検知電流に対する各センサの出力に応じて、グループ１０２に含まれる加熱コイル１１ｄｄ、加熱コイル１１ｅｄ、および、グループ１０３に含まれる加熱コイル１１ｄｅ、加熱コイル１１ｅｅに被加熱物９４が載置されたと判断する。

この鍋検知手段３２の検知結果に応答して、指令手段３３は、図１２に示されるように、加熱コイル１１ｄｄ、１１ｅｄをグループ１０３に編入させ、グループ１０３に含まれ、被加熱物９４が載置されない加熱コイル１１ａｅ、加熱コイル１１ｂｅ、加熱コイル１１ｃｅをグループ１０２に編入させるよう、対応する切替回路の切り替えを行う。

この状態で、操作部１２を介して加熱開始が指示されると、指令手段３３は、グループ１０３を担当するインバータ６６に、グループ１０３に含まれる加熱コイル１１ｄｄ、１１ｄｅ、１１ｅｄ、１１ｅｅへの誘導加熱電流の供給を開始させる。このようにして、誘導加熱装置２０は、インバータ６６を用いて四つの加熱コイルを駆動し、被加熱物９４を誘導加熱する。

誘導加熱中、グループ１０１、１０２、１０４、１０５に含まれる４１個の加熱コイルに別の被加熱物が載置されたか否かを監視するため、指令手段３３は、インバータ４６、５６、７６、８６に、対応するグループに含まれる各加熱コイルへの鍋検知電流の供給を繰り返し行わせる。

本実施の形態によれば、加熱コイルの数より少ない数のインバータを備えた誘導加熱装置２０において、被加熱物９４が載置された四つの加熱コイルだけに、インバータ６６から誘導加熱電流が供給され、その他の加熱コイルには鍋検知電流が供給される。

切替回路の切り替え動作は、鍋検知手段３２による鍋検知に応答して行う場合や、指令手段３３からの加熱開始の指令信号に応答して行う場合などが考えられる。

前者の場合、被加熱物を移動させる度に、切り替え動作が行われるため、場合によっては、その動作が無駄になる可能性がある。例えば、切替回路がリレー回路である場合、不要な切り替え動作は、その都度カチッという雑音を発生させるだけでなく、故障の可能性を増加させる。従って、指令手段３３は、操作部１２からの加熱開始の指示に応答して、加熱開始の直前に切替回路を切り替えるのが望ましい。

本実施の形態では、最大で五つの被加熱物を別々に誘導加熱することが可能である。この場合、被加熱物が載置されない加熱コイルに不要な誘導加熱電流が供給されないよう、対応する切替回路を切り替えることにより、被加熱物が載置されない加熱コイルが、いずれのインバータとも電路を構成しないようにすることができる。

なお、本実施の形態において、誘導加熱装置２０は五つのインバータを有するが、最大で加熱コイルの数より一つ少ないインバータを有する誘導加熱装置であれば、上記実施の形態と同様の動作を行うことができ、同様の効果を得ることができる。

本実施の形態においては、電源オン時の初期状態として、４５個の加熱コイルは、図９に示されたようにグループ分けされる。このグループ分けは、インバータの数や、加熱コイルの数、位置、使用頻度などに応じて適宜決めることができ、本実施の形態に限定されるものではない。

直流電源、インバータなどは、同様の機能を果たすものであれば、いかなる構成であってもよい。例えば、一系統の直流電源を備え、すべてのインバータに、その直流電源から電力が供給される構成でも可である。

本実施の形態においては、４５個の加熱コイルを５行９列に整列させたマトリクス状に配置されるが、この構成に限定されるものではない。例えば、加熱コイルの行を一行置きに左右のいずれかにシフトさせた構成でも、本実施の形態と同様の効果が得られる。

（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５にかかる誘導加熱装置について説明する。

図１３は、本実施の形態にかかる誘導加熱装置の回路ブロック図である。図１３において、図１０と異なるのは、４５個の補助回路が設けられたことである。ただし、その内の補助回路７３ａａ、補助回路７３ａｂ、補助回路７３ｅｉのみが図示されている。

４５個の補助回路は、４５個の切替回路にそれぞれ接続され、切替回路を介して対応する加熱コイルにそれぞれ鍋検知電流を供給する。ただし、補助回路に対しては、誘導加熱電流が供給できるほどの仕様は要求されない。

本実施の形態では、最大で五つの被加熱物を別々に誘導加熱することが可能である。この場合、被加熱物が載置されない加熱コイルには、対応する補助回路から鍋検知電流を供給することができる。

これにより、さらなる被加熱物の載置が検知可能となり、必要に応じて電路の再構成を行い、再構成されたグループ毎に別々の誘導加熱を行うことができる。

本発明によれば、複数の加熱コイルを備えた誘導加熱装置において、加熱コイルの数よりも少ない数のインバータを用い、加熱コイルとインバータとの接続を切り替えることにより、被加熱物の載置状況に応じて必要な加熱コイルだけを動作させることができる。このようにして、被加熱物が載置されない加熱コイルに不要な誘導加熱電流を供給することを防止できる。

このため、各加熱コイルに専用のインバータを設ける場合に比べて、装置の安全性を維持しながら、コストを低減させることができるため、特に家庭用および業務用の誘導加熱調理器の用途に有効である。

１０，２０誘導加熱装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ａａ，１１ａｂ，１１ａｅ，１１ｂｅ，１１ｃｅ，１１ｄｄ，１１ｄｅ，１１ｅｄ，１１ｅｅ，１１ｅｉ加熱コイル
１２操作部
１３天板
２１，３１センサ群
２１ａ，２１ｂ，２１ｃセンサ
２２，３２鍋検知手段
２３，３３指令手段
２４，３４制御手段
４０交流電源
４１，５１ダイオードブリッジ
４２，５２チョークコイル
４３，５３平滑コンデンサ
４４，４５，５４，５５スイッチング素子
４６，５６，６６，７６，８６インバータ
４７，５７，８７スナバコンデンサ
４８，５８，８８ドライブ回路
４９，５９，８９直流電源
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ａａ，７１ａｂ，７１ｅｉ共振コンデンサ
７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ａａ，７２ａｂ，７２ｅｉ共振回路
７３ａａ，７３ａｂ，７３ｅｉ補助回路
８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ａａ，８１ａｂ，８１ｅｉ切替回路
９１，９２，９３，９４被加熱物
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５グループ

Claims

被加熱物を載置するための天板と、
前記天板の下方に配置され、第１および第２の加熱コイルを含む複数の加熱コイルと、
第１および第２のインバータを含み、前記加熱コイルに電力を供給する複数のインバータと、
前記加熱コイルをいずれかのインバータに接続するように、又は、いずれのインバータにも接続しないように、前記加熱コイルの電路を切り替える複数の切替回路と、
前記インバータによる電力供給、および、前記切替回路の切り替えを制御する指令手段と、
前記インバータによる電力供給に対する、前記加熱コイルを含む共振回路の反応を検知するセンサと、
前記センサの出力に応じて前記加熱コイルに前記被加熱物が載置されるか否かを検知する鍋検知手段と、
を備え、
前記インバータの数は、前記加熱コイルの数より少なく、
少なくとも前記第１および第２の加熱コイルが、前記第１のインバータと電路を構成する場合において、前記鍋検知手段が、前記第１の加熱コイルには前記被加熱物が載置され、前記第２の加熱コイルには前記被加熱物が載置されていないことを検知したとき、前記指令手段は、前記第１の加熱コイルまたは前記第２の加熱コイルが前記第１のインバータに接続されないように、前記切替回路を切り替える誘導加熱装置。
前記指令手段は、前記第１の加熱コイルが前記第１のインバータと電路を構成し、前記第２の加熱コイルが前記第２のインバータと電路を構成するように、前記切替回路を切り替える請求項１に記載の誘導加熱装置。
前記鍋検知手段が、隣り合う二つ以上の加熱コイルに単一の被加熱物が載置されたと判断した場合、前記指令手段は、前記隣り合う二つ以上の加熱コイルが前記第１のインバータと電路を構成するように前記切替回路を切り替える請求項１に記載の誘導加熱装置。
前記指令手段は、隣り合う二つ以上の加熱コイルに前記第１のインバータから供給される電力が所定値を超える場合、前記隣り合う二つ以上の加熱コイルのうちの少なくとも一つの加熱コイルが前記第２のインバータと電路を構成するように前記切替回路を切り替える請求項３に記載の誘導加熱装置。
前記指令手段は、すべてのインバータを動作させる場合、前記被加熱物が載置されない加熱コイルがいずれのインバータとも電路を構成しないように、前記切替回路を切り替える請求項１に記載の誘導加熱装置。
誘導加熱電流は供給できないが、鍋検知電流は供給できる補助回路をさらに備え、前記指令手段は、前記被加熱物が載置されない加熱コイルが前記補助回路と電路を構成するように前記切替回路を切り替える請求項５に記載の誘導加熱装置。
前記指令手段に加熱開始および加熱停止を指示するための操作部をさらに備え、前記指令手段は、前記操作部からの加熱開始の指示に応答して、前記切替回路の切り替えを行う請求項１に記載の誘導加熱装置。