JPWO2018189940A1 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

誘導加熱装置（１００）は、第１のアーム回路（２１）と共通アーム回路（２４）とに接続された第１の加熱コイル（３１）と、第２のアーム回路（２７）と共通アーム回路（２４）とに接続された第２の加熱コイル（３２）と、を備え、第１の加熱コイル（３１）に第１の周波数の交流電流を供給する場合に、所定の周波数で共通アーム回路（２４）をスイッチングし、第２の加熱コイル（３２）に第１の周波数とは異なる第２の周波数の交流電流を供給する場合にも、第１の加熱コイル（３１）に第１の周波数の交流電流を供給する場合と同じ周波数で共通アーム回路（２４）をスイッチングする。第１の加熱コイル（３１）および第２の加熱コイル（３２）に異なる周波数の交流電流を供給できる。

Description

本発明は、誘導加熱装置に関する。

従来の誘導加熱装置では、１つの加熱口の内周側に設けられた第１の加熱コイルと、第１の加熱コイルよりも外周側に設けられた第２の加熱コイルとを備え、第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルに交流電流を供給するインバータ回路は、２つのスイッチング素子が直列接続されたアーム回路を３つ用いて構成されていた（例えば、特許文献１参照）。

３つのアーム回路は、第１のアーム回路、第２のアーム回路、および共通アーム回路であり、第１のアーム回路と共通アーム回路との間に第１の加熱コイルが接続され、第２のアーム回路と共通アーム回路との間に第２の加熱コイルが接続されていた。また、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルは、それぞれスイッチの開閉により静電容量を切替え可能な可変容量コンデンサに直列接続され、加熱口に載置される被加熱物が磁性金属か非磁性金属かによって、スイッチの開閉を切替えていた。そして、第１のアーム回路、第２のアーム回路、および共通アーム回路を同じ周波数でスイッチングし、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとに同じ周波数の交流電流を供給して被加熱物を誘導加熱していた。また、被加熱物が非磁性金属からなる場合には、被加熱物が磁性金属からなる場合よりも各アーム回路のスイッチング周波数を高くして第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとに供給する交流電流の周波数を高くしていた。被加熱物をより高周波の交番磁束によって誘導加熱すると、表皮効果によって被加熱物に渦電流が流れる表皮深さが浅くなるため、渦電流が流れる経路の電気抵抗が高くなる。この結果、被加熱物が非磁性金属からなる場合であっても効率良く誘導加熱をすることができていた。

特開２００９−１５８２２５号公報

しかしながら、特許文献１に記された従来の誘導加熱装置では、非磁性金属からなる被加熱物の底部の内周側に磁性金属を接合して形成した異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する場合には、第１の加熱コイル上に磁性金属が位置し、第２の加熱コイル上に非磁性金属が位置するので、被加熱物を効率良く誘導加熱することができなかった。すなわち、従来の誘導加熱装置は、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとに同じ周波数の交流電流を流すので、交流電流を磁性金属の誘導加熱に適した周波数とすると、外周側の非磁性金属の誘導加熱が不十分となり、交流電流を非磁性金属の誘導加熱に適した周波数とすると、内周側の磁性金属の誘導加熱にとっては不必要に高い周波数となるため磁性金属を誘導加熱する効率が低下するという問題点があった。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとが共通アーム回路を共用しても、第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルに異なる周波数の交流電流を供給できる誘導加熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る誘導加熱装置は、第１のスイッチング素子、第１のスイッチング素子に直列接続された第２のスイッチング素子、および第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間に設けられた出力端を有するアーム回路を複数有し、複数のアーム回路に第１のアーム回路、第２のアーム回路、および共通アーム回路を含むインバータ回路と、第１のアーム回路の出力端と共通アーム回路の出力端との間に電気的に接続された第１の加熱コイルと、第２のアーム回路の出力端と共通アーム回路の出力端との間に電気的に接続された第２の加熱コイルと、を備え、インバータ回路は、第１の加熱コイルに第１の周波数の交流電流を供給する場合に、所定の周波数で共通アーム回路の第１のスイッチング素子をスイッチングし、第２の加熱コイルに第１の周波数とは異なる第２の周波数の交流電流を供給する場合にも、第１の加熱コイルに第１の周波数の交流電流を供給する場合と同じ周波数で共通アーム回路の第１のスイッチング素子をスイッチングする。

本発明に係る誘導加熱装置によれば、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとが共通アーム回路を共用しても、第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルに異なる周波数の交流電流を供給できる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における加熱コイルを示す平面図である。 本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の電気回路の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態１における誘導加熱装置のトッププレート上に単一材質からなる被加熱物および異種材質からなる被加熱物が載置された場合の様子を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における誘導加熱装置による単一材質からなる被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における誘導加熱装置による異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１の誘導加熱装置における異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する場合の駆動条件の一例を示したものである。 本発明の実施の形態１における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態３における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態４における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態５における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態６における誘導加熱装置で被加熱物を誘導加熱する場合の加熱コイル上に載置された被加熱物の位置を示す平面図である。 本発明の実施の形態７における誘導加熱装置による２つの被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示す斜視図である。

図１において、誘導加熱装置１００は、筐体１と、筐体１の上部に設けられたトッププレート２とにより外郭が構成されている。トッププレート２は、ガラスやセラミックスあるいは樹脂などの絶縁物を有しており、誘導加熱装置１００により誘導加熱される鍋やフライパンなどの被加熱物がトッププレート２の絶縁物で構成された領域に載置される。トッププレート２には、被加熱物を載置する位置の目安を示す載置位置３ａ、３ｂ、３ｃが表示されている。載置位置３ａ、３ｂ、３ｃは、トッププレート２がガラスなどの透明な材質である場合、載置面であるトッププレート２の表面とは反対側の裏面に印刷などにより表示されていてよい。また、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃは、トッププレート２の裏面側に設けられた発光ダイオードなどの発光素子と導光部材などで構成され、被加熱物を載置する位置がトッププレート２の表面側から視認できるように構成されていてもよい。図１では、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃが被加熱物を載置する領域を示すように記しているが、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃは被加熱物を載置する位置の中心を示す点などで表示されていてもよい。誘導加熱装置１００は、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃに載置された被加熱物を誘導加熱するので、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃをそれぞれ加熱口と呼んでもよい。

誘導加熱装置１００は、筐体１の前面側に引き出し可能な開閉扉を有するグリル部４を有している。グリル部４は、直方体状の内部空間を有する加熱庫にヒータなどの加熱手段が設けられている。グリル部４は、例えば、焼き魚などのグリル調理などを行う場合に使用される。なお、グリル部４は必ずしも必要ではなく、誘導加熱装置１００は、グリル部４を有さない構成であってもよい。

誘導加熱装置１００は、トッププレート２の前方に操作部５ａ、筐体１の前面に操作部５ｂ、５ｃを有している。操作部５ａ、５ｂ、５ｃは、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃに載置された被加熱物を誘導加熱する際の加熱開始、加熱停止、あるいは加熱電力の調整や、グリル部４による加熱開始、加熱停止、あるいは加熱電力の調整などに用いられる。操作部５ａ、５ｂ、５ｃが設けられる位置は、図１に示す位置に限らず、誘導加熱装置１００を使用する使用者が、誘導加熱装置１００の操作を行い易い場所であればよい。

トッププレート２の前方には、誘導加熱装置１００の状態を表示する表示部６が設けられている。表示部６は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどのディスプレイ装置であってよい。表示部６を設ける位置は、誘導加熱装置１００の使用者が視認しやすい位置であればよく、トッププレート２の前方に限らず、例えば、筐体１の前面に表示部６を設けてもよい。表示部６には、誘導加熱装置１００の動作状況に応じて様々な情報が表示される。例えば、各加熱口に入力される電力や電力の相対的な大小が表示されてもよく、各加熱口に載置された被加熱物の底面の温度が表示されてもよい。また、表示部６をタッチパネル付のディスプレイ装置で構成し、表示部６と操作部とを一体的に形成してもよい。

トッププレート２の後方には排気口７ａ、７ｂ、７ｃが設けられている。排気口７ａ、７ｂ、７ｃは、誘導加熱装置１００内に設けられたグリル部４、電気回路（図示せず）、加熱コイル（図示せず）などで発生した熱や、グリル部４内での調理により発生した油煙などを誘導加熱装置１００の外部に排出するための排気口である。図１では、排気口７ａ、７ｂ、７ｃをトッププレート２に設けているが、排気口を筐体１に設けてもよい。また、排気口の数は３口に限るものではなく、１口以上であればよい。なお、誘導加熱装置１００がグリル部４を有さない場合には、排気口を設けずに、例えば、筐体１の表面から放熱する構成であってもよい。

誘導加熱装置１００の内部には、トッププレート２上に載置された鍋などの被加熱物を誘導加熱するための加熱コイルと、加熱コイルに高周波電流を供給するための電気回路とが設けられている。加熱コイルは、トッププレート２に表示された載置位置３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれに対向して、トッププレート２の裏面側に設けられている。加熱コイルは、例えば、被覆された導線を渦巻状に巻回して形成してよい。加熱コイルを形成する導線に、銅などの導電率が高い金属からなる細線を被覆した被服細線を複数本撚って形成したリッツ線を用いると、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚといった高周波における加熱コイルの電気抵抗の増大を抑制できるのでより好ましい。１つの加熱コイルは、電気回路に接続される端子を２つ有している。すなわち、１つの加熱コイルは両端を有する２端子回路部品である。また、加熱コイルは必要に応じて被加熱物に対向する面とは反対側の面に対向させてフェライトコアなどの磁性体を有していてもよい。

図２は、本発明の実施の形態１における加熱コイルを示す平面図である。図２（ａ）〜（ｄ）は誘導加熱装置１００内に設けられた加熱コイルの一例を示すものであって、本発明の誘導加熱装置１００は、図２（ａ）〜（ｄ）に示した形状以外の加熱コイルが設けられていてもよい。ここでは、図１に示した誘導加熱装置１００は、図２（ａ）〜（ｄ）に示された加熱コイルのいずれかが、トッププレート２の裏面側に載置領域３ａ、３ｂ、３ｃに対向して設けられているとして説明する。なお、載置領域３ａ、３ｂ、３ｃには、それぞれ形状が異なる加熱コイルが対向して設けられていてよく、例えば、載置領域３ａに対向して図２（ｃ）の加熱コイル３０ｃが設けられ、載置領域３ｂに対向して図２（ｂ）の加熱コイル３０ｂが設けられ、載置領域３ｃに対向して図２（ａ）の加熱コイル３０ａが設けられていてもよい。

図２（ａ）に示す加熱コイル３０ａは、導線を巻回してリング状に形成された加熱コイル３１と、導線を巻回してリング状に形成され、加熱コイル３１に隣接して配置された加熱コイル３２とで構成されている。加熱コイル３２は、加熱コイル３１の周囲に加熱コイル３１と離隔して配置されている。加熱コイル３１および加熱コイル３２はそれぞれ導線の両端に電気回路に接続される端子を有しており、それぞれが個別の加熱コイルとなっている。加熱コイル３２は、加熱コイル３１を取り囲んで設けられているので、加熱コイル３０上に被加熱物が載置されると、加熱コイル３１が被加熱物の内周側の領域を誘導加熱し、加熱コイル３２が被加熱物の外周側の領域を誘導加熱する。

図２（ａ）では、加熱コイル３１を第１の加熱コイル、加熱コイル３２を第２の加熱コイルとしてよい。また、第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルの呼称を入れ替えて、加熱コイル３２を第１の加熱コイル、加熱コイル３１を第１の加熱コイルとしてもよい。以下では言及を省略するが、本発明において、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとは、呼称を互いに入れ替えてよい。つまり、複数の加熱コイルのうちの１つが第１の加熱コイルであって、複数の加熱コイルのうち第１の加熱コイルを除く加熱コイルのうちの１つが第２の加熱コイルである。第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルは、トッププレート２の裏面側に、トッププレート２の裏面に対向して設けられている。

図２（ｂ）に示す加熱コイル３０ｂは、導線を巻回してそれぞれリング状に形成された加熱コイル３１ａ、加熱コイル３１ｂ、および加熱コイル３２で構成されている。加熱コイル３１ａと加熱コイル３１ｂとは隣接して配置され互いに離隔している。また、加熱コイル３１ｂと加熱コイル３２とは隣接して配置され互いに離隔している。加熱コイル３１ａ、加熱コイル３１ｂ、加熱コイル３２はそれぞれが導線の両端に端子を有する個別の加熱コイルであってもよいが、例えば、加熱コイル３１ａと加熱コイル３１ｂとが連続した導線により形成されて１つの加熱コイルとして機能するようにしてもよい。つまり、第１の加熱コイルを加熱コイル３１ａと加熱コイル３１ｂとで構成し、第２の加熱コイルを加熱コイル３２で構成してもよい。

図２（ｃ）に示す加熱コイル３０ｃは、導線を巻回してそれぞれリング状に形成された加熱コイル３１ａ、加熱コイル３１ｂ、加熱コイル３２ａ、加熱コイル３２ｂ、加熱コイル３２ｃ、および加熱コイル３２ｄで構成されている。図２（ｂ）の場合と同様に、加熱コイル３１ａおよび加熱コイル３１ｂは、それぞれ個別の加熱コイルであってもよく、加熱コイル３１ａと加熱コイル３１ｂとで１つの加熱コイルを構成してもよい。加熱コイル３２ａ、加熱コイル３２ｂ、加熱コイル３２ｃ、および加熱コイル３２ｄもそれぞれ個別の加熱コイルであってもよく、あるいは、例えば、加熱コイル３２ａと加熱コイル３２ｃとが接続されて１つの加熱コイルを構成し、加熱コイル３２ｂと加熱コイル３２ｄとが接続されてもう１つの加熱コイルを構成していてもよい。つまり、第１の加熱コイルを加熱コイル３１ａと加熱コイル３１ｂとで構成し、第２の加熱コイルを加熱コイル３２ａと加熱コイル３２ｃとで構成してもよい。

図２（ｄ）に示す加熱コイル３０ｄは、導線を巻回してそれぞれリング状に形成された加熱コイル３１ａ、加熱コイル３２ａ、加熱コイル３２ｂ、加熱コイル３２ｃ、加熱コイル３２ｄ、加熱コイル３２ｅ、加熱コイル３２ｆ、加熱コイル３２ｇ、および加熱コイル３２ｈで構成されている。図２（ｃ）の場合と同様に、加熱コイル３１ａ〜３１ｈは、それぞれ個別の加熱コイルであってもよく、加熱コイル３１ａ〜３１ｈのうちいくつかの加熱コイルが接続されて１つの加熱コイルを構成してもよい。例えば、第１の加熱コイルを加熱コイル３２が構成し、第２の加熱コイルを加熱コイル３２ａが構成してもよい。また、第１の加熱コイルを加熱コイル３１、加熱コイル３２ａ、加熱コイル３２ｂ、および加熱コイル３２ｈで構成し、第２の加熱コイルを加熱コイル３２ｃ、加熱コイル３２ｄ、加熱コイル３２ｅ、および加熱コイル３２ｇで構成してもよい。また、リレーや半導体スイッチング素子などの開閉器を用いて、調理目的に合わせて、複数の加熱コイルの接続を組み替えて、そのうちの一組を第１の加熱コイルとし、他の一組を第２の加熱コイルとしてもよい。

図３は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の電気回路の構成を示す回路図である。図３に示すように、誘導加熱装置１００の電気回路８は、インバータ回路８１、電源供給部８２、チョークコイル８３、直流部８４、制御回路８５を備えている。前述のように電気回路８は、筐体１およびトッププレート２で囲われた誘導加熱装置１００の内部に設けられている。

電源供給部８２は、電源ヒューズ１２、入力コンデンサ１３、ダイオードブリッジ１４を有している。入力コンデンサ１３は、ダイオードブリッジ１４の交流側端子に並列に接続されており、入力コンデンサ１３に並列に外部電源である交流電源９が接続される。入力コンデンサ１３はフィルタとして機能する。交流電源９はいわゆる商用電源である。交流電源９と入力コンデンサ１２との間には電源ヒューズ１２が設けられ、交流電源９から誘導加熱装置１００に過電流が流入するのを防止している。ダイオードブリッジ１４は、交流側端子に入力された交流電力を直流電力に整流してダイオードブリッジ１４の直流側端子から出力する。電源供給部８２は、交流電源９が接続される入出力端に入力電流の電流値を検出して被加熱物の材質を検出する負荷検知部１１を設けてもよい。負荷検知部１１についてのより詳しい説明は後述する。

図３に示すように、ダイオードブリッジ１４の直流側端子にはチョークコイル８３を介して直流部８４が並列に接続されている。直流部８４は、例えば、コンデンサであってよく、直流部８４がコンデンサである場合には、チョークコイル８３と直流部８４を構成するコンデンサとがフィルタを構成してよい。また、直流部８４は昇圧チョッパ、降圧チョッパ、あるいは昇降圧チョッパなどのＤＣ／ＤＣコンバータで構成してよく、インバータ回路８１に入力される直流電圧の電圧値を変化させる構成としてもよい。さらに、直流部８４は交流電源９から入力される交流電力の力率を改善する力率改善コンバータであってもよい。直流部８４がコンデンサである場合には、交流電圧を全波整流した周期的に電圧値が変動する脈流の直流電圧がインバータ回路８１に入力される。一方、直流部８４がＤＣ／ＤＣコンバータである場合には、インバータ回路８１には電圧値がほぼ一定の直流電圧が入力される。以下の説明では、インバータ回路８１には電圧値が一定の直流電圧が入力されるとして説明するが、インバータ回路８１に脈流の直流電圧が入力される場合であっても以下の説明は同様である。

図３に示すように、直流部８４にはインバータ回路８１が並列に接続されている。インバータ回路８１は、互いに並列に接続された第１のアーム回路２１、第２のアーム回路２７、および共通アーム回路２４を有している。各アーム回路は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ-Ｏｘｉｄｅ-Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ-Ｅｆｆｅｃｔ-Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子を２つ直列接続して構成されており、２つのスイッチング素子の間に出力端が設けられている。

第１のアーム回路２１は、直流部８４の高電圧側に電気的に接続された第１のスイッチング素子２１ａと、第１のスイッチング素子２１ａに直列接続されて直流部８４の低電圧側に接続された第２のスイッチング素子２１ｂと、第１のスイッチング素子２１ａと第２のスイッチング素子２１ｂとの間に設けられた出力端２３とを有している。また、第１のスイッチング素子２１ａと逆並列にダイオード２２ａが接続され、第２のスイッチング素子２１ｂと逆並列にダイオード２２ｂが接続されている。なお、第１のスイッチング素子２１ａおよび第２のスイッチング素子２１ｂがＭＯＳＦＥＴである場合には、ボディダイオードを有しているので、ダイオード２２ａおよびダイオード２２ｂは必ずしも必要ではない。第１のスイッチング素子２１ａのゲート端子には、ゲート信号Ｈ１が入力され、第１のスイッチング素子２１ａはゲート信号Ｈ１に基づいてオンとオフとが制御される。同様に、第２のスイッチング素子２１ｂのゲート端子には、ゲート信号Ｌ１が入力され、第２のスイッチング素子２１ｂはゲート信号Ｌ１に基づいてオンとオフとが制御される。

第２のアーム回路２７は、直流部８４の高電圧側に電気的に接続された第１のスイッチング素子２７ａと、第１のスイッチング素子２７ａに直列接続されて直流部８４の低電圧側に接続された第２のスイッチング素子２７ｂと、第１のスイッチング素子２７ａと第２のスイッチング素子２７ｂとの間に設けられた出力端２９とを有している。また、第１のスイッチング素子２７ａと逆並列にダイオード２８ａが接続され、第２のスイッチング素子２７ｂと逆並列にダイオード２８ｂが接続されている。第１のスイッチング素子２７ａのゲート端子には、ゲート信号Ｈ７が入力され、第１のスイッチング素子２７ａはゲート信号Ｈ７に基づいてオンとオフとが制御される。同様に、第２のスイッチング素子２７ｂのゲート端子には、ゲート信号Ｌ７が入力され、第２のスイッチング素子２７ｂはゲート信号Ｌ７に基づいてオンとオフとが制御される。

共通アーム回路２４は、直流部８４の高電圧側に電気的に接続された第１のスイッチング素子２４ａと、第１のスイッチング素子２４ａに直列接続されて直流部８４の低電圧側に接続された第２のスイッチング素子２４ｂと、第１のスイッチング素子２４ａと第２のスイッチング素子２４ｂとの間に設けられた出力端２６とを有している。また、第１のスイッチング素子２４ａと逆並列にダイオード２５ａが接続され、第２のスイッチング素子２４ｂと逆並列にダイオード２５ｂが接続されている。第１のスイッチング素子２４ａのゲート端子には、ゲート信号Ｈ４が入力され、第１のスイッチング素子２４ａはゲート信号Ｈ４に基づいてオンとオフとが制御される。同様に、第２のスイッチング素子２４ｂのゲート端子には、ゲート信号Ｌ４が入力され、第２のスイッチング素子２４ｂはゲート信号Ｌ４に基づいてオンとオフとが制御される。

なお、図３では、インバータ回路８１が３つのアーム回路を有する構成を示したが、インバータ回路は４つ以上のアーム回路を有し、１つまたは複数のアーム回路を共通アーム回路とする構成であってもよい。また、各アーム回路を構成する各スイッチング素子は、ディスクリートの半導体スイッチング素子で構成してよく、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）のように複数の半導体素子を１つのパッケージ内に内蔵した電力用半導体モジュールで構成してもよい。３つのアーム回路を内蔵した電力用半導体モジュールは、三相交流モータの駆動用インバータ装置に広く用いられているので、このような電力用半導体モジュールを用いることで、誘導加熱装置１００のインバータ回路８１を低コストで構成することができる。また、各アーム回路は、スイッチング素子にコンデンサと抵抗器とを含むスナバ回路を並列接続して、スイッチング素子に印加されるサージ電圧を抑制する構成としてもよい。

第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とが第１のフルブリッジ回路を構成し、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とが第２のフルブリッジ回路を構成している。第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に、第１の加熱コイル３１が電気的に接続されている。また、第２のアーム回路２７の出力端２９と共通アーム回路２４の出力端２６との間に、第２の加熱コイル３２が電気的に接続されている。第１の加熱コイル３１には第１の可変容量コンデンサ４１が直列接続されて、第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路が接続されている。また、第２の加熱コイル３２には第２の可変容量コンデンサ４５が直列接続されて、第２のアーム回路２７の出力端２９と共通アーム回路２４の出力端２６との間に、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路が接続されている。なお、本発明では、第１の加熱コイル３１、第２の加熱コイル３２、第１の可変容量コンデンサ４１、および第２の可変容量コンデンサ４５はインバータ回路８１を構成するものではないとして扱っている。

第１の可変容量コンデンサ４１は、静電容量を変更することができるコンデンサである。例えば、図３に示すように、第１の可変容量コンデンサ４１は、コンデンサ４４と開閉器４３とを直列接続したものをコンデンサ４２に並列接続することで構成することができる。あるいは、コンデンサに開閉器を並列接続したものを別のコンデンサに直列接続して構成してもよい。第１の可変容量コンデンサ４１に用いられるコンデンサおよび開閉器の数は任意に設定してよく、直列数や並列数も任意に設定してよい。開閉器は、例えば、リレーであってよく、半導体スイッチング素子であってもよい。第２の可変容量コンデンサ４５についても、第１の可変容量コンデンサ４１と同様である。第２の可変容量コンデンサ４５は、コンデンサ４７と開閉器４８とを直列接続したものをコンデンサ４６に並列接続して構成されている。第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４、および第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８は、制御回路８５からの制御信号により開閉が制御される。

制御回路８５は、インバータ回路８１の各アーム回路の第１のスイッチング素子２１ａ、２４ａ、２７ａおよび第２のスイッチング素子２１ｂ、２４ｂ、２７ｂのスイッチング制御、および、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４および第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８の開閉制御を行う制御信号を出力する。図３では、各スイッチング素子のゲート端子と制御回路８５とを結ぶ信号線、および、開閉器４４、４８と制御回路８５とを結ぶ信号線を省略して示している。

また、制御回路８５は、負荷検知部１１と信号線で接続され、負荷検知部１１からの信号を受信する。さらに、制御回路８５は、操作部５および表示部６に信号線で接続されており、操作部５および表示部６と制御回路８５との間で操作信号や表示信号などの信号の送受信を行う。操作部５は、図１で示した操作部５ａ、５ｂ、５ｃであって、表示部６は図１で示した表示部６である。また、直流部８４がＤＣ／ＤＣコンバータである場合には、制御回路８５は、ＤＣ／ＤＣコンバータに含まれるスイッチング素子のスイッチング制御を行ってもよい。制御回路８５は、アナログ回路やデジタル回路を有する集積回路を用いて構成してもよく、マイコンなどの演算処理装置を用いて構成しもよい。また、必要に応じて各スイッチング素子を駆動するためのゲート駆動回路や保護回路を備えていてもよい。

負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に載置された被加熱物の材質を判別する。被加熱物が鉄などの磁性金属である場合と、アルミや銅などの非磁性体である場合とでは、各加熱コイルの両端で測定したインピーダンスは異なるため、このインピーダンスの違いを利用して、第１の加熱コイル３１または第２の加熱コイル３２に載置された被加熱物の材質を判別する。インピーダンスとして、抵抗の変化を利用して被加熱物の材質を判別してもよく、インダクタンスの変化を利用して被加熱物の材質を判別してもよい。負荷検知部１１を設ける位置は、図３に示す位置に限らず、例えば、第１の加熱コイル３１に直列に第１の負荷検知部を設け、第２の加熱コイル３２に直列に第２の負荷検知部を設けた構成としてもよい。

図３に示すように、負荷検知部１１を誘導加熱装置１００の入力端に設けた場合、制御回路８５は、第１のアーム回路２１、共通アーム回路２４を制御し、第１の加熱コイル３１にパルス的な電流を供給する。その後、制御回路８５は、第２のアーム回路２７、共通アーム回路２４を制御し、第２の加熱コイル３２にパルス的な電流を供給する。そして、このときに負荷検知部１１が測定した入力電流の変化に基づいて、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のインピーダンスの変化を検出し、被加熱物の材質を判別する。図２（ａ）に示したように、第１の加熱コイル３１を取り囲んで第２の加熱コイル３２が配置されている場合には、第１の加熱コイル３１での判別結果により被加熱物の内周側の材質が判別され、第２の加熱コイル３２での判別結果により被加熱物の外周側の材質が判別される。

負荷検知部１１は、図３に示すように制御回路８５と別体として設けられていてもよいが、制御回路８５と一体的に設けられていてもよい。つまり、誘導加熱装置１００の入力端に電流検出器や電圧検出器のみが設けられており、検出した電流値や電圧値が制御回路８５に入力され、制御回路８５の内部で検出した電流値や電圧値を演算して被加熱物の材質を判別してもよい。すなわち、制御回路８５は負荷検知部の機能を備えていてもよく、この場合、制御回路８５が負荷検知部であるとしてよい。電流検出器や電圧検出器をアーム回路の出力端と加熱コイルとの間に設けて、加熱コイルの電流値や電圧値に基づいて制御回路８５が被加熱物の材質を判別する場合も同様に制御回路８５が負荷検知部であるとしてよい。

次に、本発明の誘導加熱装置１００の動作について説明する。

図４は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置のトッププレート上に単一材質からなる被加熱物および異種材質からなる被加熱物が載置された場合の様子を示す断面図である。図４（ａ）は、トッププレート２上に単一材質からなる被加熱物１１０ａが載置された場合の断面図であり、図４（ｂ）は、トッププレート２上に異種材質からなる被加熱物１１０ｂが載置された場合の断面図である。

本発明において、単一材質からなる被加熱物とは、図４（ａ）に示すように、被加熱物１１０ａの底部１１１が、単一材質の金属で構成された被加熱物である。単一材質の金属とは、鉄やフェライト系ステンレスなどの磁性金属や、アルミや銅やオーステナイト系ステンレスなどの非磁性金属のことを言い、単一元素からなる金属という意味ではない。従って、被加熱物１１０ａの底部がステンレスなど単一の合金で構成されている場合、単一材質からなる被加熱物である。

一方、異種材質からなる被加熱物とは、図４（ｂ）に示すように、被加熱物１１０ｂの底部１１１に、底部１１１とは材質の異なる金属からなる磁性金属部１１２を接合して構成した被加熱物である。異種材質からなる被加熱物１１０ｂは、例えば、アルミや銅などの電気抵抗が小さい非磁性金属で形成した鍋の底面に、誘導加熱され易い鉄やフェライト系ステンレスなどの磁性金属を貼り付けやコーティングなどにより接合して形成される。異種材質からなる被加熱物１１０ｂは、被加熱物１１０ｂの大部分をアルミで構成することができるため、被加熱物１１０ｂのコスト低減、被加熱物１１０ｂの重量の軽減、被加熱物１１０ｂの熱伝導の向上などの目的で広く用いられている。図４（ｂ）に示すように、異種材質からなる被加熱物１１０ｂは、通常、被加熱物１１０ｂの底面の内周側に磁性金属部１１２が設けられているので、加熱口の内周側に配置された第１の加熱コイル３１上に磁性金属部１１２が載置され、加熱口の外周側に配置された第２の加熱コイル３２上には非磁性金属からなる底部１１１が載置される。

図５は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置による単一材質からなる被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。なお、図５では、加熱コイル３０とトッププレート２の裏面との間の距離を大きくして示しているが、加熱コイル３０は、トッププレート２の裏面と１〜１０ｍｍ程度の間隔を隔てて、図５に示すよりもトッププレート２の裏面に近接し、載置位置３に対向して配置されている。

図５に示すように、誘導加熱装置１００によって誘導加熱される鍋やフライパンなどの被加熱物１１０ａは、トッププレート２に表示された載置位置３上に被加熱物１１０ａの底面が位置するように載置される。被加熱物１１０ａの底面は、全部が載置位置３上に配置されなくてもよいが、被加熱物１１０ａの底面が全く載置位置３上に配置されていない場合には、誘導加熱装置１００は、被加熱物が載置されていないと判断して、加熱コイル３０に交流電流を供給しない。

図５に示すように、トッププレート２の載置位置３に被加熱物１１０ａを載置し、誘導加熱装置１００の使用者が操作部５を操作して、被加熱物１１０ａを誘導加熱する操作を選択すると、制御回路８５が、加熱コイル３１および加熱コイル３２にパルス状の電流を供給するようにインバータ回路８１を制御する。

例えば、まず、制御回路８５から、インバータ回路８１の第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａをオンにするゲート信号Ｈ１と第２のスイッチング素子２１ｂをオフにするゲート信号Ｌ１と、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａをオフにするゲート信号Ｈ４と第２のスイッチング素子２４ｂをオンにするゲート信号Ｌ４とを出力する。これにより第１の加熱コイル３１に電流が流れる。そして、制御回路８５は、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａをオフにするゲート信号Ｈ１と第２のスイッチング素子２１ｂをオンにするゲート信号Ｌ１とを出力し、第１の加熱コイル３１に流れる電流が停止する。

次に、制御回路８５から、インバータ回路８１の第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａをオンにするゲート信号Ｈ７と第２のスイッチング素子２７ｂをオフにするゲート信号Ｌ７と、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａをオフにするゲート信号Ｈ４と第２のスイッチング素子２４ｂをオンにするゲート信号Ｌ４とを出力する。これにより第２の加熱コイル３２に電流が流れる。そして、制御回路８５は、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａをオフにするゲート信号Ｈ７と第２のスイッチング素子２７ｂをオンにするゲート信号Ｌ７とを出力し、第２の加熱コイル３２に流れる電流が停止する。

このとき、負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とに電流が流れたことによる誘導加熱装置１００への入力電流の増加を検出する。なお、負荷検知部が第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のそれぞれに直列接続されている場合には、負荷検知部は、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる電流を直接検出する。負荷検知部１１は検出した電流に基づいて、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物１１０ａの材質と、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物１１０ａの材質とを判別する。

負荷検知部１１が、第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０ａの材質は鉄などの磁性金属であると判断した場合、制御回路８５は、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４を閉じてコンデンサ４２とコンデンサ４３とを並列に接続する。この結果、第１の可変容量コンデンサ４１の静電容量が増加するので、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数が低くなる。一方、負荷検知部１１が、第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０の材質はアルミや銅などの非磁性金属であると判断した場合、制御回路８５は、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４を開いてコンデンサ４２からコンデンサ４３を切り離す。この結果、第１の可変容量コンデンサ４１の静電容量が減少するので、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数が高くなる。このように、第１の可変容量コンデンサ４１の静電容量は、負荷検知部１１が判別した第１の加熱コイル３１上の被加熱物の材質に応じて変更される。同様に、第２の可変容量コンデンサ４５の静電容量は、負荷検知部１１が判別した第２の加熱コイル３２上の被加熱物の材質に応じて変更される。

図５では、被加熱物１１０ａは単一材質からなる被加熱物であるので、負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０ａの材質と第２の加熱コイル３２上の被加熱物１１０ａの材質とは同じであると判断する。従って、インバータ回路８１から第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とには同じ周波数の交流電流が供給される。このためインバータ回路８１の第１アーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａ、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａ、および共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａは同じ周波数でスイッチングされる。各アーム回路の第２のスイッチング素子についても同じ周波数でスイッチングされる。

なお、被加熱物が単一材質からなる被加熱物である場合でも、後述する被加熱物が異種材質からなる被加熱物である場合の動作により、被加熱物が誘導加熱されることを妨げるものではない。つまり、第１の加熱コイル上の被加熱物の材質と第２の加熱コイル上の被加熱物の材質とが同じであっても、第１の加熱コイル３１に流れる電流の周波数と、第２の加熱コイル３２に流れる電流の周波数とを異なる周波数にしてもよい。また、インバータ回路が、第１の加熱コイルに供給する交流電流の周波数と、第２の加熱コイルに供給する交流電流の周波数とを異なる周波数にしてもよい。

次に、被加熱物が異種材質からなる被加熱物である場合の動作について説明する。

図６は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置による異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。図６は、被加熱物１１０ｂが異種材質からなる被加熱物である点を除いて図５と同一であるので、同一部分の説明は省略する。

異種材質からなる被加熱物１１０ｂは、アルミなどの非磁性金属からなる底部１１１の内周側に鉄などの磁性金属からなる磁性金属部１１２が接合されているとして説明するが、異種材質からなる被加熱物は、磁性金属からなる被加熱物の底部の内周側に非磁性金属部が接合されていてもよい。この場合には、内周側の非磁性金属部を誘導加熱する第１の加熱コイル３１に、外周側の磁性金属部を誘導加熱する第２の加熱コイル３２よりも周波数が高い交流電流を供給してよい。

被加熱物１１０ｂが、トッププレート２の載置位置３に載置され、負荷検知部１１が被加熱物１１０ｂの材質の判別を完了すると、制御回路８５により第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４および第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４５の開閉が制御される。負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０ｂの材質は磁性金属であると判別するので、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４は閉じられる。この結果、第１の可変容量コンデンサ４１では、コンデンサ４２とコンデンサ４３とが並列接続されるので静電容量は大きくなる。一方、負荷検知部１１は、第２の加熱コイル３２上の被加熱物１１０ｂの材質は非磁性金属であると判別するので、第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８は開かれる。この結果、第２の可変容量コンデンサ４５では、コンデンサ４７がコンデンサ４６から切り離されるので静電容量は小さくなる。

第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０ｂの材質が鉄などの磁性金属であり、第２の加熱コイル３２上の被加熱物１１０ｂの材質がアルミなどの非磁性金属である場合に、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路の共振周波数ｆ２は、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数ｆ１よりも高くなるように設定されている。このような設定は、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のインダクタンス、第１の可変容量コンデンサ４１に含まれるコンデンサ４２、４３の静電容量、および第２の可変容量コンデンサ４５に含まれるコンデンサ４６、４７の静電容量を適宜選択することにより設定することができる。

一例として、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のインダクタンスを同一にして、鉄などの磁性金属からなる被加熱物が載置された場合のインダクタンスを３００μＨ、アルミなどの被加熱物が載置された場合のインダクタンスを２００μＨとする。また、第１の可変容量コンデンサ４１のコンデンサ４２と第２の可変容量コンデンサ４５のコンデンサ４６の静電容量を０．０２４μＦとする。さらに、開閉器４４に直列接続されたコンデンサ４３と開閉器４８に直列接続されたコンデンサ４７の静電容量を０．１４μＦとする。以下の説明では、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のインダクタンスおよび各コンデンサ４２、４３、４６、４７の静電容量は、ここで示した値であるとして説明する。

図７は、本発明の実施の形態１の誘導加熱装置における異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する場合の駆動条件の一例を示したものである。図７において、誘導加熱される被加熱物は図６に示した被加熱物１１０ｂであって、アルミなどの非磁性体からなる被加熱物の底部１１１に鉄などの磁性体からなる磁性体部１１２を接合した被加熱物である。負荷検知部１１により、第１の加熱コイル３１上の被加熱物の材質は磁性体であり、第２の加熱コイル３２上の被加熱物の材質は非磁性体と判別されるので、第１の開閉器４４の状態は「閉」となり、第２の開閉器４８の状態は「開」となる。

この場合、図７に示すように、第１の可変容量コンデンサ４１の静電容量は、コンデンサ４２の静電容量とコンデンサ４３の静電容量との合計となるので０．１６４μＦとなる。従って、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数ｆ１は２２．７ｋＨｚとなる。また、第２の可変容量コンデンサ４５の静電容量は、コンデンサ４６の静電容量であるから０．０２４μＦとなる。従って、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路の共振周波数ｆ２は７２．６ｋＨｚとなる。なお、各直列共振回路の共振周波数ｆは、各加熱コイルのインダクタンスをＬ、各可変容量コンデンサの静電容量をＣとした場合に、次式で表される。

本発明の誘導加熱装置１００は、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４との間に第１の加熱コイル３１を電気的に接続し、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４との間に第２の加熱コイル３２を電気的に接続して構成されるが、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の周波数である第１の周波数と、第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の周波数である第２の周波数とを異なる周波数とすることができる。

図７に示すように、本発明の誘導加熱装置１００のインバータ回路８１は、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａおよび第２のスイッチング素子２１ｂをそれぞれ、例えば、２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａおよび第２のスイッチング素子２７ｂをそれぞれ、例えば、７５ｋＨｚでスイッチングする。そして、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａおよび第２のスイッチング素子２４ｂをそれぞれ、例えば、２５ｋＨｚでスイッチングする。

つまり、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数と共通アーム回路２４のスイッチング周波数とを同じ周波数とし、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４のスイッチング周波数とを異なる周波数として、第１の加熱コイル３１に第１の周波数で流れる交流電流と第２の加熱コイル３２に第２の周波数で流れる交流電流とを異なる周波数としている。第２の加熱コイル３２に第２の周波数の交流電流が流れる場合にも、インバータ回路８１は、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を流す場合と同じ周波数で共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａおよび第２のスイッチング素子２４ｂをスイッチングする。

第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の周波数である第１の周波数は、主として第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数ｆ１に依存し、第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の周波数である第２の周波数は、主として第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路の共振周波数ｆ２に依存する。従って、例えば、第１のアーム回路２１、第２のアーム回路２７、および共通アーム回路２４を全て２５ｋＨｚでスイッチングさせた場合であっても、図７に示すように、第１の共振回路の共振周波数ｆ１が２２．７ｋＨｚであって、第２の共振回路の共振周波数ｆ２が７２．６ｋＨｚである場合には、第１の加熱コイル３１には共振周波数２２．７ｋＨｚに近い２５ｋＨｚの交流電流が流れ、第２の加熱コイル３２には共振周波数７２．６ｋＨｚに近い周波数の交流電流が流れる。

このような加熱コイルとコンデンサとからなる共振回路の共振周波数をアーム回路のスイッチング周波数の３倍程度にして、スイッチング周波数の３倍程度の周波数の交流電流を加熱コイルに供給することができるのは、当業者にとってよく知られている３倍共振インバータと同様の原理によるものである。つまり、本発明の誘導加熱装置１００に３倍共振インバータを適用してもよい。

なお、図７では、第１の共振回路の共振周波数ｆ１が２２．７ｋＨｚであるが、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数を２５ｋＨｚとしており、第２の共振回路の共振周波数ｆ２が７２．６ｋＨｚであるが、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を７５ｋＨｚとしている。一般に、誘導加熱装置のインバータ回路では、アーム回路を共振回路の共振周波数より高い周波数でスイッチングして、加熱コイルに流れる交流電流の位相がアーム回路のスイッチングより遅れ位相となるようにして、スイッチング損失が増大するのを抑制している。この点は、本発明の誘導加熱装置１００であっても同様であり、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流が遅れ位相となるように各アーム回路のスイッチング周波数を選択するのが好ましい。

図８は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。図８のタイムチャートは、図７に示す条件とした場合のゲート信号および電圧波形、電流波形である。

図８（ａ）〜（ｇ）が各スイッチング素子のゲート信号であり、ゲート信号がＯＮとなっている場合にスイッチング素子はオンし、ゲート信号がＯＦＦとなっている場合にスイッチング素子はオフする。各アーム回路の高電圧側の第１のスイッチング素子と低電圧側の第２のスイッチング素子とは、交互にオンオフを繰り返してスイッチングされ、一方のスイッチング素子がオンの場合、他方のスイッチング素子はオフとなる。従って、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とは同じ周波数でスイッチングされる。なお、実際のゲート信号では、各アーム回路の第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とが同時にオンとならないように、第１のスイッチング素子のゲート信号と第２のスイッチング素子のゲート信号とが同時にオフとなるデッドタイムを要するが、図８では省略して示している。

図８（ａ）は第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１であり、図８（ｂ）は第１のアーム回路２１の第２のスイッチング素子２１ｂのゲート信号Ｌ１である。図８（ｃ）は共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのゲート信号Ｈ４であり、図８（ｄ）は共通アーム回路２４の第２のスイッチング素子２４ｂのゲート信号Ｌ４である。図８（ｅ）は第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７であり、図８（ｆ）は第２のアーム回路２７の第２のスイッチング素子２７ｂのゲート信号Ｌ７である。図８（ａ）〜（ｆ）に示した各ゲート信号は、スイッチング周期に対するオン時間のデューティ比が５０％となる場合のゲート信号である。

図８（ｇ）および図８（ｉ）は、共通アーム回路２４の出力端２６を基準電位とした場合の、第１のアーム回路２１の出力端２３および第２のアーム回路の出力端２９の電位である。直流部２２から出力され、各アーム回路に印加される電圧はＶｏであるとして示している。

図８（ｈ）は、第１のアーム回路２１の出力端２３から第１の加熱コイル３１に向かう向きを正として示した第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の波形である。図８（ｊ）は、第２のアーム回路２７の出力端２９から第２の加熱コイル３２に向かう向きを正として示した第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の波形である。図８（ｈ）および図８（ｊ）は、それぞれ電流の最大値を＋Ｉｏ、電流の最小値を−Ｉｏとして示した。なお、図８（ｈ）の第１の加熱コイル３１に流れる交流電流と図８（ｊ）の第２の加熱コイル３２に流れる交流電流とは、最大値＋Ｉｏと最小値−Ｉｏとが同じである必要は無く、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とで、電流の最大値および最小値はそれぞれ異なっていてもよい。

第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路には、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とからなる第１のフルブリッジ回路により電圧が印加される。図８（ａ）および図８（ｃ）に示すように、第１のフルブリッジ回路では、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１と共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのゲート信号Ｈ４とは周波数が同じ２５ｋＨｚであり、位相が１８０°ずれている。この結果、図８（ｇ）に示すように、第１の共振回路には、＋Ｖｏと−Ｖｏとに交互に変化する矩形波電圧が印加され、図８（ｈ）に示すように、第１の加熱コイル３１には２５ｋＨｚの正弦波状の交流電流が流れる。第１の加熱コイル３１には、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数である２５ｋＨｚを第１の周波数とする交流電流が流れる。

第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路には、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とからなる第２のフルブリッジ回路により電圧が印加される。図８（ｅ）と図８（ｃ）に示すように、第２のフルブリッジ回路では、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのゲート信号Ｈ４がＯＦＦの期間に第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７がＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮに変化し、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのゲート信号Ｈ４がＯＮの期間に第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７がＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦに変化する。

共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのスイッチング周波数が２５ｋＨｚであるのに対し、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのスイッチング周波数は７５ｋＨｚであり３倍となっている。この結果、図８（ｉ）に示すように、第２の共振回路には、半周期の間に、＋Ｖｏ、０、＋Ｖｏとなる電圧波形と、−Ｖｏ、０、−Ｖｏとなる電圧波形とが交互に印加される。共通アーム回路２４のスイッチング周期に対する＋Ｖｏの期間の割合、０の期間の割合、−Ｖｏの期間の割合はいずれも１／３ずつとなっている。そして、図８（ｊ）に示すように、第２の加熱コイル３２には７５ｋＨｚの正弦波状の交流電流が流れる。第２の加熱コイル３２には、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数である７５ｋＨｚを第２の周波数とする交流電流が流れる。

以上のように、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とからなる第２のフルブリッジ回路は、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とが異なる周波数でスイッチングされるが、第２の加熱コイル３２に共通アーム回路２４のスイッチング周波数とは異なる第２の周波数の交流電流を供給することができる。そして、第１のフルブリッジ回路で第１の加熱コイル３１に第１の周波数の２５ｋＨｚの交流電流を供給し、第２のフルブリッジ回路で第２の加熱コイル３２に第２の周波数の７５ｋＨｚの交流電流を供給することができる。

これにより、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物１１０ｂの磁性金属部１１２だけでなく、非磁性金属からなる被加熱物１１０ｂの外周側の底部１１１をも効率良く誘導加熱することができる。すなわち、第２の加熱コイル３２上に載置された非磁性金属からなる被加熱物１１０ｂの外周側に内周側よりも高い周波数の交番磁束を鎖交させることで、表皮効果により非磁性金属に渦電流が流れる経路の抵抗を増大させることができるので、非磁性金属からなる被加熱物１１０ｂの外周側の底部１１１を効率良く誘導加熱することができる。この結果、フライパンなどの被加熱物１１０ｂの底部の温度分布の均一性を改善することができる。

なお、図８では、インバータ回路８１が、第１の加熱コイル３１に供給する第１の周波数の交流電流と、第２の加熱コイル３２に供給する第２の周波数の交流電流とを同時に供給する場合について説明したが、第１の加熱コイル３１に供給する第１の周波数の交流電流と第２の加熱コイル３２に供給する第２の周波数の交流電流とは異なる時間に供給してもよい。すなわち、インバータ回路８１は、第１の加熱コイル３１に第１の周波数である２５ｋＨｚの交流電流を供給する場合には、第２の加熱コイル３２への交流電流の供給を停止し、第２の加熱コイル３２に第２の周波数である７５ｋＨｚの交流電流を供給する場合には、第１の加熱コイル３１への交流電流の供給を停止してもよい。そして、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給する動作と、第２の加熱コイル３２に第２の周波数の交流電流を供給する動作とを交互に繰り返してもよい。

この場合の動作は、例えば、共通アーム回路２４を２５ｋＨｚでスイッチングさせておき、第１の加熱コイル３１に２５ｋＨｚの交流電流を供給する際に、第１のアーム回路２１を２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７および第２のスイッチング素子２７ｂのゲート信号Ｌ７を両方ともＯＦＦとして第２の加熱コイル３２に交流電流が流れないようにしてよい。また、第２の加熱コイル３２に７５ｋＨｚの交流電流を供給する際にも、共通アーム回路２４のゲート信号を変更することなく２５ｋＨｚでスイッチングさせておき、第２のアーム回路２７を７５ｋＨｚでスイッチングし、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１および第２のスイッチング素子２１ｂのゲート信号Ｌ１を両方ともＯＦＦとして第１の加熱コイル３１に交流電流が流れないようにしてよい。

なお、図８では、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とを２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７を７５ｋＨｚでスイッチングする場合について説明したが、第１のアーム回路２１を２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とを７５ｋＨｚでスイッチングしてもよい。

第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とを２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７を７５ｋＨｚでスイッチングする場合には、図８（ｇ）に示すように、第１の共振回路に印加される電圧は、＋Ｖｏと−Ｖｏとを交互に繰り返す矩形波となるので、第１の共振回路に印加される電圧が０となる期間が無く、第１の加熱コイル３１への入力電力を最大にすることができる。一方、図８（ｉ）に示すように、第２の共振回路に印加される電圧は、＋Ｖｏ、−Ｖｏの期間に加え、電圧が０となる期間が生じるので、第２の加熱コイル３２への入力電力は、第２の共振回路に印加される電圧に０となる期間が無い場合に比べて小さくなる。

これに対し、第１のアーム回路２１を２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とを７５ｋＨｚでスイッチングする場合には、第２の共振回路に印加される電圧に０となる期間を無くすことができるので、第２の加熱コイル３２への入力電力を最大にすることができる。その一方で、第１の共振回路に印加される電圧に０となる期間が生じるので、第１の加熱コイル３１への入力電力は、第１の共振回路に印加される電圧に０となる期間が無い場合に比べて小さくなる。

つまり、図６に示したように、非磁性金属の底部１１１の内周側に磁性金属部１１２を接合して構成した被加熱物１１０ｂを誘導加熱する際に、内周側の磁性金属部１１２を優先的に誘導加熱したい場合には、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とを同じ周波数でスイッチングし、第２のアーム回路２７を共通アーム回路２４とは異なる周波数でスイッチングすればよい。一方、磁性金属部１１２よりも外周側の非磁性金属からなる底部１１１を優先的に誘導加熱したい場合には、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とを同じ周波数でスイッチングし、第１のアーム回路２１を共通アーム回路２４とは異なる周波数でスイッチングすればよい。このような、内周側の磁性金属部１１２を優先的に誘導加熱するか、外周側の非磁性金属からなる底部１１１を優先的に誘導加熱するかの切り替えは、例えば、使用者が操作部５を操作した際の操作部５からの信号に基づいて、制御回路８５が、各アーム回路のスイッチングを制御して切り替えてもよい。また、誘導加熱装置１００の制御回路８５が調理メニューに応じて自動的に切り替えてもよい。

以上のように、本発明の実施の形態１に係る誘導加熱装置１００では、第１のアーム回路２１、第２のアーム回路２７、共通アーム回路２４を有するインバータ回路８１が、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給する場合に、所定の周波数で共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａをスイッチングし、第２の加熱コイル３２に第１の周波数とは異なる第２の周波数の交流電流を供給する場合にも、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給する場合と同じ周波数で共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａをスイッチングする。このため、第１のアーム回路２１、第２のアーム回路２７、共通アーム回路２４の３つのアーム回路で、１つのアーム回路を共通にした第１のフルブリッジ回路と第２のフルブリッジ回路とを構成しても、第１のフルブリッジ回路に電気的に接続された第１の加熱コイル３１と第２のフルブリッジ回路に電気的に接続された第２の加熱コイル３２とに、互いに異なる周波数の交流電流を供給することができる。従って、アーム回路の数を増加させることなく異種材質からなる被加熱物の非磁性金属部に磁性金属部よりも高い周波数の交番磁束を鎖交させて誘導加熱することができる。

特許文献１に記された従来の誘導加熱装置では、非磁性金属で構成された被加熱物の底部の内周側に磁性金属部を接合して形成した異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する場合、第１のアーム回路、第２のアーム回路、および共通アーム回路は、同じ周波数でスイッチングされて、第１の加熱コイルに流れる交流電流の周波数と第２の加熱コイル流れる交流電流の周波数とは同じであった。

このため、各アーム回路のスイッチング周波数を磁性金属部の誘導加熱に適した周波数（例えば２５ｋＨｚ）とする場合、磁性金属部の外周側の非磁性金属部の表皮効果は小さくなるため、非磁性金属部の抵抗は磁性金属部の抵抗に比べてかなり小さいものとなっていた。そのため、非磁性金属が載置された第２の加熱コイルには過電流が流れやすく、スイッチング素子の定格電流による制限から、第２の加熱コイルに入力する電力を増大させることが困難であった。そのため、異種材質からなる被加熱物の底部の内周側は早く温度上昇するが、外周側は温度上昇が遅くなり、結果として被加熱物底部の温度の均一性が損なわれていた。

また、各アーム回路のスイッチング周波数を非磁性金属部の誘導加熱に適した周波数（例えば７５ｋＨｚ）とする場合、磁性金属部の誘導加熱には過剰なほどに高い周波数で第１のアーム回路と共通アーム回路とをスイッチングするので、スイッチング損失が増大して誘導加熱の効率が低下していた。また、加熱コイルに流れる電流の周波数が高くなるに従い、加熱コイルを構成する導線の抵抗も増大するので誘導加熱の効率が低下していた。

これに対し、本発明の誘導加熱装置１００は、被加熱物の内周側の磁性金属部を誘導加熱する第１の加熱コイル３１に磁性金属の誘導加熱に適した第１の周波数（例えば２５ｋＨｚ）の交流電流を流し、磁性金属部の外周側の非磁性金属部を誘導加熱する第２の加熱コイル３２に非磁性金属の誘導加熱に適した第２の周波数（例えば７５ｋＨｚ）の交流電流を供給する。このため、外周側の非磁性金属部の抵抗を表皮効果により増大させて、非磁性金属部に大きな電力を入力することができる。このため、異種材質からなる被加熱物底部の温度の均一性を改善することができるといった効果が得られる。

また、本発明の誘導加熱装置１００は、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数を第１の周波数とし、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を第２の周波数として、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給し、第２の加熱コイル３２に第２の周波数の交流電流を供給する。このため、インバータ回路８１のアーム回路数を増大することなく、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とに異なる周波数の交流電流を供給することができるので、インバータ回路８１の小型化やコスト低減を図れるといった効果が得られる。

なお、上述のように第２のアーム回路２７は、非磁性金属の誘導加熱に適した周波数でスイッチングされる必要があるので、磁性金属の誘導加熱に適した周波数でスイッチングすればよい第１のアーム回路２１よりも高い周波数でのスイッチングが要求される。そのため、第１のアーム回路２１を構成する第１のスイッチング素子２１ａと第２のスイッチング素子２１ｂとをシリコン半導体で構成し、第２のアーム回路２７を構成する第１のスイッチング素子２７ａと第２のスイッチング素子２７ｂとをシリコンよりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体で構成してよい。これにより、第１のアーム回路２１および第２のアーム回路２７の両方のスイッチング素子をワイドバンドギャップ半導体で構成するよりもインバータ回路８１の低コスト化を図ることができる。なお、ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、あるいはダイヤモンドであってよい。

また、共通アーム回路２４は、第１の加熱コイル３１に交流電流を供給する第１のフルブリッジ回路と第２の加熱コイル３２に交流電流を供給する第２のフルブリッジ回路とで共通になっているため、第１のアーム回路２１および第２のアーム回路２７よりも大きな電流が流れる。そのため、共通アーム回路２４を構成する第１のスイッチング素子２４ａおよび第２のスイッチング素子２４ｂには、第１のアーム回路２１および第２のアーム回路２７よりもオン抵抗が小さいスイッチング素子を用いるのが好ましい。従って、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａおよび第２のスイッチング素子２１ｂはシリコン半導体で構成し、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａおよび第２のスイッチング素子２４ｂはワイドバンドギャップ半導体で構成するのが好ましい。同様に、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａおよび第２のスイッチング素子２７ｂはシリコン半導体で構成し、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａおよび第２のスイッチング素子２４ｂはワイドバンドギャップ半導体で構成するのが好ましい。耐電圧を同じにする場合、ワイドバンドギャップ半導体で形成したスイッチング素子の方がシリコン半導体で形成したスイッチング素子よりもオン抵抗を小さくすることができるためである。これにより、全てのアーム回路のスイッチング素子をワイドバンドギャップ半導体で構成するよりもインバータ回路８１の低コスト化を図ることができる。

本実施の形態１では、例示として、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数が２５ｋＨｚであって、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数が７５ｋＨｚである場合について説明した。つまり、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数の３倍（整数倍）である例について説明したが、例えば、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数が５３ｋＨｚであって、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数が２５ｋＨｚであってもよい。すなわち、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数の整数倍でなくてもよい。また、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数と共通アーム回路２４のスイッチング周波数とが異なる周波数であってもよく、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数、および共通アーム回路２４のスイッチング周波数はそれぞれ異なっていてよい。また、それぞれの周波数は互いに可聴周波数以上の差があることが好ましい。ここで、可聴周波数とは、およそ２０ｋＨｚである。それぞれ異なるスイッチング周波数の差が可聴周波数未満の場合には、周波数の差分が干渉音（唸り）となって誘導加熱装置１００の使用者に聞こえるため、使用者が不快を感じるためである。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。図９のタイムチャートは、実施の形態１で説明した誘導加熱装置１００の状態を示すタイムチャートであり、図８に示したタイムチャートの状態から第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力を低減する場合の電力制御方法について示したものである。図９において、図８と同一の記載については同一の内容を意味しており、その説明を省略する。また、本実施の形態２において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。

図９は図８と同じく、図９（ａ）〜（ｆ）が各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号波形であり、図９（ｇ）〜（ｊ）がインバータ回路８１から出力される電圧波形および電流波形である。本実施の形態２では、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により制御する方法について説明する。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、誘導加熱装置１００の制御回路８５が、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのオン時間のデューティ比を２５％にする制御信号Ｈ１を出力し、第１のアーム回路２１の第２のスイッチング素子２１ｂのオン時間のデューティ比を７５％にする制御信号Ｌ１を出力する。また、図９（ｅ）および図９（ｆ）に示すように、誘導加熱装置１００の制御回路８５が、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比を２５％にする制御信号Ｈ７を出力し、第２のアーム回路２７の第２のスイッチング素子２７ｂのオン時間のデューティ比を７５％にする制御信号Ｌ７を出力する。

ここでは、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａおよび第２のアーム回路２７の第２のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比を両方とも２５％にする場合について示したが、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのオン時間のデューティ比と第２のアーム回路２７の第２のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比とはそれぞれ独立に制御可能であって、それぞれオン時間のデューティ比が異なっていてよい。第１のアーム回路２１および第２のアーム回路２７の第２のスイッチング素子２７ａ、２７ｂのゲート信号は、第１のスイッチング素子２１ａ、２７ａのゲート信号に対応して一義的に決まるので説明を省略する。

図９（ｃ）および図９（ｄ）に示すように、誘導加熱装置１００の制御回路８５が、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのオン時間のデューティ比を５０％にする制御信号Ｈ４を出力し、共通アーム回路２４の第２のスイッチング素子２４ｂのオン時間のデューティ比を５０％にする制御信号Ｌ４を出力する。

この結果、図９（ｇ）に示すように、第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に接続された第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路には、＋Ｖｏ、０、−Ｖｏ、＋Ｖｏと変化する矩形波電圧が印加される。この矩形波電圧の電圧が＋Ｖｏの期間は１周期の２５％であり、電圧が−Ｖｏの期間は１周期の５０％であり、電圧が０の期間は１周期の２５％である。図９（ｇ）と図８（ｇ）とを比較すると、第１の共振回路に印加される矩形波電圧において、＋Ｖｏのパルス幅が減少していることが分かる。そして、図９（ｈ）に示すように、第１の加熱コイル３１に流れる電流の最大値および最小値の絶対値は、Ｉｏよりも小さくなる。図９（ｈ）と図８（ｈ）とを比較すると、図９（ｈ）の方が第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさが小さくなっていることが分かる。また、第１の加熱コイル３１に流れる電流の周波数は２５ｋＨｚであり、図８（ｈ）の状態から変化していない。

第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物に入力されて被加熱物を誘導加熱する電力は、第１の加熱コイル３１に流れる電流の２乗に比例する。従って、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、第１のアーム回路３１の第１のスイッチング素子２１ａのオン時間のデューティ比を変化させることによって、第１の加熱コイル３１に供給される交流電流の電流値を変化させて、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物に入力される電力を制御することができる。

一方、図９（ｉ）に示すように、第２のアーム回路２７の出力端２９と共通アーム回路２４の出力端２６との間に接続された第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路には、＋Ｖｏ、０、＋Ｖｏ、０、−Ｖｏ、０、−Ｖｏ、＋Ｖｏと変化する矩形波電圧が印加される。この矩形波電圧の電圧が＋Ｖｏの期間は共通アーム回路２４のスイッチング周期の２／１２であり、電圧が−Ｖｏの期間は共通アーム回路２４のスイッチング周期の５／１２であり、電圧が０の期間は共通アーム回路２４のスイッチング周期の５／１２である。図９（ｉ）と図８（ｉ）とを比較すると、第２の共振回路に印加される矩形波電圧において、＋Ｖｏのパルス幅が半分に減少し、電圧が０の期間と−Ｖｏの期間がやや増加している。そして、図９（ｊ）に示すように、第２の加熱コイル３２に流れる電流の最大値および最小値の絶対値は、Ｉｏよりも小さくなる。図９（ｊ）と図８（ｊ）とを比較すると、図９（ｊ）の方が第２の加熱コイル３２に流れる電流の大きさが小さくなっている。また、第２の加熱コイル３２に流れる電流の周波数は７５ｋＨｚであり、図８（ｊ）の状態から変化していない。

以上のように、図９（ｅ）および図９（ｆ）に示すように、第２のアーム回路３２の第１のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比を変化させることによって、第２の加熱コイル３２に供給される交流電流の電流値を変化させて、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物に入力される電力を制御することができる。

そして、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのオン時間のデューティ比と第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比をそれぞれ独立に制御することで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とをそれぞれ独立に制御することができる。この結果、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物と第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物とをそれぞれ独立に制御可能な電力で誘導加熱することができるので、異種材質からなる被加熱物の内周側および外周側の加熱温度をそれぞれ独立して制御することができる。

なお、本実施の形態２では、第１のアーム回路２１および第２のアーム回路２７をＰＷＭにより制御して、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流をそれぞれ独立して制御する方法について説明したが、共通アーム回路２４をＰＷＭにより制御して、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流を一緒に制御することも可能である。第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流を一緒に制御することで、異種材質からなる被加熱物であるフライパンなどの入力電力を一体的に制御できるので、使用者の目的に応じて使い分けることで利便性を高めることができる。第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流を独立に制御するのか一緒に制御するのかといったことは、例えば、操作部５を使用者が操作した場合の操作信号に基づいて制御回路８５が決定してよい。

なお、本実施の形態２で説明したＰＷＭ制御による第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の制御は、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の周波数である第１の周波数と、第２のコイル３２に流れる交流電流の周波数である第２の周波数とがどのような関係であっても行うことができる。つまり、本実施の形態２では、第１の周波数が２５ｋＨｚであって、第２の周波数が７５ｋＨｚである場合について説明したが、例えば、第１の周波数が２５ｋＨｚであって、第２の周波数が５７ｋＨｚであるというような、第２の周波数が第１の周波数の整数倍でない場合であってもよい。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。図１０のタイムチャートは、実施の形態１で説明した誘導加熱装置１００の状態を示すタイムチャートであり、図８に示したタイムチャートの状態から第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力を低減する場合の電力制御方法について示したものである。図１０において、図８および図９と同一の記載については同一の内容を意味しており、その説明を省略する。また、本実施の形態３において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。

図１０は図８および図９と同じく、図１０（ａ）〜（ｆ）が各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号波形であり、図１０（ｇ）〜（ｊ）がインバータ回路８１から出力される電圧波形および電流波形である。本実施の形態３では、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１を位相差制御し、共通アーム回路２４と異なる周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７をＰＷＭ制御して、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力をそれぞれ独立に制御する方法について説明する。

図１０（ａ）に示すように、誘導加熱装置１００の制御回路８５が、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号がＯＦＦからＯＮに変化するタイミング、すなわち第１のスイッチング素子２１ａがターンオンするタイミングを９０°遅らせたゲート信号Ｈ１を出力する。第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１のオン時間のデューティ比は、図８の場合と同じく５０％である。第１のアーム回路２１の第２のスイッチング素子２１ｂのゲート信号Ｌ１は、第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１に基づいて一義的に決まるので、制御回路８５は、第２のスイッチング素子２１ｂのゲート信号Ｌ１はＯＦＦからＯＮに変化するタイミング、すなわちターンオフするタイミングを９０°らせたゲート信号Ｌ１を出力する。第２のスイッチング素子２１ｂのゲート信号Ｌ１のデューティ比も、図８の場合と同じく５０％である。

図１０（ｃ）に示すように、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのスイッチング周波数は、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１のスイッチング周波数と同じ２５ｋＨｚであって、オン時間のデューティ比は５０％である。従って、図１０（ａ）のように、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａがターンオンするタイミングを変化させることとは、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａがターンオンするタイミングと共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａがターンオンするタイミングとの間の時間を変化させることである。このような制御を位相差制御と呼ぶ。

図１０（ａ）に示すように、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａがターンオンするタイミングを９０°遅らせることで、図１０（ｇ）に示すように、第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に接続された第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路には、＋Ｖｏ、０、−Ｖｏ、０、＋Ｖｏと変化する矩形波電圧が印加される。この矩形波電圧の電圧が＋Ｖｏの期間は１周期の２５％であり、電圧が−Ｖｏの期間は１周期の２５％であり、電圧が０の期間は１周期の５０％である。図１０（ｇ）と図８（ｇ）とを比較すると、第１の共振回路に印加される矩形波電圧において、＋Ｖｏのパルス幅および−Ｖｏのパルス幅が減少していることが分かる。そして、図１０（ｈ）に示すように、第１の加熱コイル３１に流れる電流の最大値および最小値の絶対値は、Ｉｏよりも小さくなる。図１０（ｈ）と図８（ｈ）とを比較すると、図１０（ｈ）の方が第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさが小さくなっていることが分かる。また、第１の加熱コイル３１に流れる電流の周波数は２５ｋＨｚであり、図８（ｈ）の状態から変化していない。

従って、図８（ａ）、（ｃ）が示す状態から図１０（ａ）、（ｃ）が示す状態に制御する、すなわち第１のアーム回路３１の第１のスイッチング素子２１ａがターンオンするタイミングと共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａがターンオンするタイミングとの間の時間を変化させることによって、第１の加熱コイル３１に供給される交流電流の電流値を変化させて、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物に入力される電力を制御することができる。

一方、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とからなる第２のフルブリッジ回路の各スイッチング素子の制御については、実施の形態２と同一である。すなわち、共通アーム回路２４のスイッチング周波数と異なる周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７は、第１のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比を変化させて、第２の加熱コイル３２に供給する交流電流の電流値を制御している。

以上のように、本実施の形態３で説明したように、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数と同一であって、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数と異なる場合には、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１を位相差制御し、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７をＰＷＭ制御することで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とをそれぞれ独立に制御することができる。

同様に、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数とは異なり、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数と同一である場合には、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１をＰＷＭ制御し、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７を位相差制御することで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とをそれぞれ独立に制御することができる。

なお、本実施の形態３においても、ＰＷＭ制御を行う側のアーム回路のスイッチング周波数は、共通アーム回路２４のスイッチング周波数と無関係であってよく、スイッチング周波数を任意に選択することができる。

実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。図１１のタイムチャートは、実施の形態１で説明した誘導加熱装置１００の状態を示すタイムチャートであり、図８に示したタイムチャートの状態から第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力を低減する場合の電力制御方法について示したものである。図１１において、図８、図９、および図１０と同一の記載については同一の内容を意味しており、その説明を省略する。また、本実施の形態４において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。

図１１は図８、図９、および図１０と同じく、図１１（ａ）〜（ｆ）が各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号波形であり、図１１（ｇ）〜（ｊ）がインバータ回路８１から出力される電圧波形および電流波形である。本実施の形態４では、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１を位相差制御し、共通アーム回路２４と異なる周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７も位相差制御して、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力をそれぞれ独立に制御する方法について説明する。共通アーム回路２４と異なる周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数の２ｎ＋１倍（ｎは１以上の自然数）である。

図１１（ａ）〜（ｄ）および図１１（ｇ）、（ｈ）で示した第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とからなる第１のフルブリッジ回路から第１の加熱コイル３１に供給される交流電流は、実施の形態３で説明したように位相差制御によって電流値が制御される。実施の形態３と動作が同一であるので説明を省略する。

図１１（ｅ）に示すように、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７は、図８（ｅ）のゲート信号Ｈ７と比較して分かるように、図８（ｅ）の状態から位相が９０°遅れている。図１１（ｃ）と図８（ｃ）との比較から分かるように、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのゲート信号Ｈ４は、図１１（ｃ）と図８（ｃ）とで同じであるので、図１１（ｅ）は図８（ｅ）の状態から第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａがターンオンするタイミングと共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａがターンオンするタイミングとの間の時間が変化している。この結果、図１１（ｉ）と図８（ｉ）との比較から分かるように、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路に印加される電圧は、＋Ｖｏと−Ｖｏの期間が減少し、電圧が０の期間が増加する。このため、図１１（ｊ）に示すように第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値は、図８（ｊ）の状態から減少する。

実施の形態１の図８（ａ）で示したように、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７の位相差が０°の場合には、図８（ｉ）のように第２の共振回路に印加される電圧波形における電圧値の絶対値がＶｏの期間の割合が４／６である。一方、本実施の形態４のように、共通アーム回路２４とスイッチング周波数が異なる第２のアーム回路２７の位相差を制御して第２の加熱コイル３２に流れる交流電流を低減する場合には、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７の位相差が１８０°の場合に第２の加熱コイル３２に流れる交流電流が最小になる。この場合、第２の共振回路に印加される電圧波形における電圧値の絶対値がＶｏの期間の割合は、２／６になる。つまり、本実施の形態４で説明した位相差制御により、第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の大きさを半分まで減少させることができる。

共通アーム回路２４とはスイッチング周波数が異なる第２のアーム回路２７を位相差制御して、第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値を制御する場合、共通アーム回路２４のスイッチング周波数と第２のアーム回路２７のスイッチング周波数とが近い方が電流値の制御量を大きくすることができる。第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、共通アーム回路２４のスイッチング周波数の２ｎ＋１倍（ｎは１以上の自然数）である必要があるので、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、共通アーム回路２４のスイッチング周波数の３倍が最も好ましい。

以上のように、本実施の形態４に係る誘導加熱装置１００は、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａの位相差を制御することで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値を制御することができ、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａの位相差を制御することで、第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値を制御することができる。また、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａの位相差を制御する場合には、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とを同時に制御することができる。

実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。図１２のタイムチャートは、実施の形態１で説明した誘導加熱装置１００の状態を示すタイムチャートであり、図８に示したタイムチャートの状態から第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力を低減する場合の電力制御方法について示したものである。図１２において、図８、図９、図１０および図１１と同一の記載については同一の内容を意味しており、その説明を省略する。また、本実施の形態５において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。

図１２は、図８、図９、図１０および図１１と同じく、図１２（ａ）〜（ｆ）が各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号波形であり、図１２（ｇ）〜（ｊ）がインバータ回路８１から出力される電圧波形および電流波形である。本実施の形態５では、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１を周波数制御し、共通アーム回路２４と異なる周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７も周波数制御することで、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力をそれぞれ独立に制御する方法について説明する。

図１２（ａ）〜（ｆ）に示した各ゲート信号は、図８（ａ）〜（ｆ）に示した各ゲート信号と比べて、スイッチング周期に対するオン時間のデューティ比が５０％となる点は同じであるが、ゲート信号の周波数が高くなるようにゲート信号の周期を変更している。本実施の形態５では、図８（ａ）〜（ｆ）が周波数変更前の各スイッチング素子のゲート信号であり、図１２（ａ）〜（ｆ）が周波数変更後の各スイッチング素子のゲート信号である。

図８（ａ）〜（ｄ）に示した第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４の各スイッチング素子のゲート信号の周波数変更前の周波数は２５ｋＨｚであり、図８（ｅ）、（ｆ）に示した第２のアーム回路２７の各スイッチング素子のゲート信号の周波数変更前の周波数は７５ｋＨｚである。また、図１２（ａ）〜（ｄ）に示した第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４の各スイッチング素子のゲート信号の周波数変更後の周波数は２６ｋＨｚであり、図１２（ｅ）、（ｆ）に示した第２のアーム回路２７の各スイッチング素子のゲート信号の周波数変更後の周波数は７８ｋＨｚである。

図１２（ｇ）に示すように、第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に接続された第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路には、周波数が２６ｋＨｚで＋Ｖｏ、−Ｖｏと変化する短形波電圧が印加される。第１の共振回路に印加される電圧の周波数が２６ｋＨｚとなると、周波数が２５ｋＨｚであった場合と比べて、第１の共振回路に印加される電圧の周波数が第１の共振回路の共振周波数２２．７ｋＨｚから遠ざかることになる。この結果、図１２（ｈ）に示すように、第１の加熱コイル３１に流れる電流の最大値および最小値の絶対値は、Ｉｏよりも小さくなる。図１２（ｈ）と図８（ｈ）を比較すると、図１２（ｈ）の方が第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさが小さくなっていることが分かる。また、第１の加熱コイル３１に流れる電流の周波数は２６ｋＨｚであり、図８（ｈ）の周波数２５ｋＨｚから変化している。

第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物に入力されて被加熱物を誘導加熱する電力は、第１の加熱コイル３１に流れる電流の２乗に比例する。従って、図１２（ａ）〜（ｄ）に示すように、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１の周波数を変化させることによって、第１の加熱コイル３１に供給される交流電流の電流値を変化させて、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物に入力される電力を制御することができる。

同様に、図１２（ｉ）に示すように、第２のアーム回路２７の出力端２９と共通アーム回路２４の出力端２６との間に接続された第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路には、周波数が７８ｋＨｚと２６ｋＨｚに起因した＋Ｖｏ、０、＋Ｖｏ、−Ｖｏ、０、−Ｖｏと変化する矩形波電圧が印加される。第２の共振回路に印加される電圧の周波数が７８ｋＨｚとなると、周波数が７５ｋＨｚであった場合と比べて、第２の共振回路に印加される電圧の周波数が第２の共振回路の共振周波数７２．６ｋＨｚから遠ざかることになる。この結果、図１２（ｊ）に示すように、第２の加熱コイル３２に流れる電流の最大値および最小値の絶対値は、Ｉｏよりも小さくなる。図１２（ｊ）と図８（ｊ）とを比較すると、図１２（ｊ）の方が第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさが小さくなっていることが分かる。また、第１の加熱コイル３１に流れる電流の周波数は７８ｋＨｚであり、図８（ｊ）の周波数７５ｋＨｚから変化している。

第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物に入力されて被加熱物を誘導加熱する電力は、第２の加熱コイル３２に流れる電流の２乗に比例する。従って、図１２（ｅ）〜（ｆ）に示すように、第２のアーム回路２７の周波数を変化させることによって、第２の加熱コイル３２に供給される交流電流の電流値を変化させて、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物に入力される電力を制御することができる。

ただし、第１のアーム回路２１と同じスイッチング周波数でスイッチングされる共通アーム回路２４のスイッチング周波数を変化させると、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を変化させない場合であっても、変更された共通アーム回路２４のスイッチング周波数によっては、第２の加熱コイル３２の電流が変化する場合がある。例えば、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１のスイッチング周波数を２５ｋＨｚから２６ｋＨｚに変更し、第２のアーム回路２７の周波数を７５ｋＨｚに維持した場合では、第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさは小さくなり、第２の加熱コイル３２に流れる電流は小さくなる。一方、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１のスイッチング周波数を２５ｋＨｚから２４ｋＨｚに変更し、第２のアーム回路２７の周波数を７５ｋＨｚに維持した場合では、第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさは大きくなり、第２の加熱コイル３２に流れる電流は大きくなる。また、変更する周波数次第で、第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさは大きくなり、第２の加熱コイル３２に流れる電流は小さくなる場合や、第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさは大きくなり、第２の加熱コイル３２に流れる電流は小さくなる場合もある。

したがって、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２に流れる電流とを制御する場合には、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１の周波数を変化させた後に、第２のアーム回路２７の周波数を変化させて制御してもよい。

また、制御回路８５は、共通アーム回路２４の周波数を変化させた場合の第２の加熱コイル３２に流れる電流および電力の増減を予め把握しておき、ある程度の電力を段階的に切り替える場合では、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１の周波数を変化させつつ、第２のアーム回路２７の周波数を変化させることで、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２に流れる電流を同時に制御してもよい。

本実施の形態５では、共振周波数からゲート信号の周波数を遠ざけることで、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２に流れる電流を小さくなることを説明したが、共振周波数にゲート信号の周波数を近づけることで、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２に流れる電流を大きくしてもよい。

このように、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１のスイッチング周波数を変化させ、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を変化させることで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とをそれぞれ独立に制御することができる。この結果、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物と第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物とをそれぞれ独立に制御可能な電力で誘導加熱することができるので、異種材質からなる被加熱物の内周側および外周側の加熱温度をそれぞれ独立して制御することができる。

同様に、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数とは異なり、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数と同一である場合には、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数を変化させ、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を変化させることで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とをそれぞれ独立に制御することができる。

なお、本新実施の形態５においても、異なる周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１または第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、共通アーム回路２４のスイッチング周波数と無関係であってよく、スイッチング周波数を任意に選択することができる。

次に、各スイッチング素子のスイッチング周波数を共振周波数に近づける場合の周波数の制限について説明する。前述したように、一般に、誘導加熱装置のインバータ回路では、アーム回路を共振回路の共振周波数より高い周波数でスイッチングして、加熱コイルに流れる交流電流の位相がアーム回路のスイッチングより遅れ位相となるようにして、スイッチング損失が増大するのを抑制している。誘導加熱している際に、例えば、調理動作として鍋振りをすることで共振回路のインピーダンスが変化し、完全共振の状態や進み位相となる場合がある。この場合、スイッチング素子に流れる電流やサージ電圧が大きくなって各アーム回路のスイッチング素子などが破壊される恐れもある。したがって、ゲート信号の周波数を共振周波数に近づける場合であっても、必ず進み位相にならないように、スイッチング周波数を共振周波数より高い周波数で制御することが好ましい。

その方法として、例えば、制御回路８５に予め周波数の閾値と負荷の共振周波数の誤差とを設定しておき、共振周波数とスイッチング周波数との差が、周波数の閾値以上となるようにスイッチング周波数を制御してよい。また、制御回路８５は、負荷の共振周波数を常に検知し、共振周波数とスイッチング周波数との差をフィードバックすることでゲート信号の周波数を制御し、常に周波数の閾値以上となるようにスイッチング周波数を制御しても良い。さらに、制御回路８５は、インバータ回路８１の出力する電圧および電流を検出し、電圧と電流との位相差をフィードバックすることでスイッチング周波数を制御し、常に遅れ位相となるように制御してもよい。また、スイッチング周波数が共振周波数より低い周波数となり、進み位相となった場合には、制御回路８５は、保護動作として各スイッチング素子のスイッチングを停止させて、誘導加熱を停止してもよい。

なお、本新実施の形態５では、第１の加熱コイル３１の入力電力と第２の加熱コイル３２の入力電力との両方を周波数制御により制御する方法について説明したが、第１の加熱コイル３１または第２の加熱コイル３２の一方の入力電力を実施の形態２または３で示したＰＷＭ制御または位相制御により制御し、第１の加熱コイル３１または第２の加熱コイル３２のうち他方の入力電力を本実施の形態５の周波数制御により制御してもよい。また、ＰＷＭ制御と周波数制御とを組み合わせて、ＰＷＭ制御しながら周波数制御を行ってもよい。

実施の形態６．
図１３は、本発明の実施の形態６における誘導加熱装置で被加熱物を誘導加熱する場合の加熱コイル上に載置された被加熱物の位置を示す平面図である。図１３（ａ）は、異種材質からなる被加熱物１１０ｂの中心が加熱コイル３０の中心に一致する状態で被加熱物１１０ｂが載置された様子を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、異種材質からなる被加熱物１１０ｂの中心が加熱コイル３０の中心からずれた状態で被加熱物１１０ｂが載置された様子を示す平面図である。本実施の形態６において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。本実施の形態６では、実施の形態１の誘導加熱装置１００と相違する点について説明する。

本実施の形態６の誘導加熱装置１００は、トッププレート２上に載置された被加熱物の材質を判別する負荷検知を定期的に行う。誘導加熱装置１００の負荷検知部１１は、例えば、数秒に１回といった間隔で、第１の加熱コイル３１上および第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物の材質をそれぞれ判別し、判別結果を制御回路８５に送信する。制御回路８５は、負荷検知部１１から定期的に送信された判別結果に基づいて、インバータ回路８１の第１のアーム回路２１、共通アーム回路２４、および第２のアーム回路２７のスイッチングを制御し、インバータ回路８１は、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に交流電流を供給する。

負荷検知部１１は、図３に示したように誘導加熱装置１００に交流電源９が接続される電源供給部８２に設けてもよい。しかし、交流電源９から誘導加熱装置１００に入力される電流を検出して負荷検知を行う場合、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物の材質と第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物の材質とを同時に判別することができないので、負荷検知に多くの時間を要し、定期的に負荷検知を行う場合には好ましくない。負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１と直列接続された電流検出部と第２の加熱コイル３２に直列接続された電流検出部とにより、第１の加熱コイル３１上の被加熱物と第２の加熱コイル３２上の被加熱物とを同時に負荷検知できる構成が好ましい。第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のそれぞれに電流検出部が直列接続されている場合、負荷検知部１１は、被加熱物を誘導加熱している際に各加熱コイルに流れる電流から被加熱物の材質を判別して、判別結果を定期的に制御回路８５に送信すればよい。

以下では、負荷検知部１１が、第１の加熱コイル３１に直列接続された電流検出部と第２の加熱コイル３２に直列接続された電流検出部とで検出された各加熱コイルに流れる電流に基づいて被加熱物の材質を判別する場合について説明する。しかし、負荷検知部１１の構成はこれに限るものではなく、図３で示したように交流電源９から入力される電流に基づいて被加熱物の材質を判別する構成であってもよい。

図１３において、加熱コイル３０は、被加熱物１１０ｂの底部の内周側を誘導加熱する第１の加熱コイル３１と、被加熱物１１０ｂの底部の外周側を誘導加熱する第２の加熱コイル３２とで構成されている。被加熱物１１０ｂは、アルミなどの非磁性金属で形成されたフライパンなどの鍋の底部１１１に鉄などの磁性金属からなる磁性金属部１１２を接合して構成されている。

図１３（ａ）に示すように、使用者が、加熱コイル３０の中心と被加熱物１１０ｂの中心とが一致するように被加熱物１１０ｂを加熱コイル３０上に載置して、被加熱物の誘導加熱を開始するために誘導加熱装置１００の操作部５を操作すると、誘導加熱装置１００は、実施の形態１で説明したように第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２にパルス的な電流を流して、第１の加熱コイル３１上および第２の加熱コイル３２上の被加熱物の材質を判別する。そして、負荷検知部１１が判別した結果に基づいて、インバータ回路８５は、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とに同じまたは異なる周波数の交流電流を供給する。

図１３（ａ）の場合、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物１１０ｂの材質は磁性金属であって、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物１１０ｂの材質も磁性金属であるので、インバータ回路８１は、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とに同じ周波数の交流電流を供給する。この場合、図３に示す回路図において制御回路８５は、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４を閉じてコンデンサ４２とコンデンサ４３とを並列に接続し、第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８を閉じてコンデンサ４６とコンデンサ４７とを並列に接続する。

各加熱コイルのインダクタンスおよび各コンデンサの静電容量を実施の形態１で例示した値とした場合、図１３（ａ）の状態では、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数は２２．７ｋＨｚとなり、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４４とからなる第２の共振回路の共振周波数も２２．７ｋＨｚとなる。従って、インバータ回路８１は、第１のアーム回路２１、共通アーム回路２４、および第２のアーム回路２７を２５ｋＨｚでスイッチングして、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のそれぞれに２５ｋＨｚの交流電流を供給する。

そして、負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１に流れる２５ｋＨｚの交流電流と第２の加熱コイル３２に流れる２５ｋＨｚの交流電流とをそれぞれ電流検出部で検出して、第１の加熱コイル３１上および第２の加熱コイル３２上に載置されている被加熱物の材質はそれぞれ磁性金属であると判別する。この判別結果は、被加熱物の誘導加熱開始時に判別した結果なので、誘導加熱装置１００は、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のそれぞれに２５ｋＨｚの交流電流を供給し続ける。

ここで、図１３（ｂ）に示すように、使用者が鍋振りなどを行って、被加熱物１１０ｂの中心が加熱コイル３０の中心からずれた位置ずれが発生したとする。この場合、第１の加熱コイル３１上には被加熱物１１０ｂの磁性金属部１１２が載置されているので、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の大きさは変化しない。一方、第２の加熱コイル３２上には被加熱物１１０ｂの磁性金属部１１２と磁性金属部１１２の外周側に設けられた非磁性金属からなる底部１１１とが載置されるので、第２の加熱コイル３２のインダクタンスが減少し、第２の加熱コイル３２上の被加熱物の抵抗も減少する。この結果、第２の加熱コイル３２に流れる電流が変化するので、負荷検知部１１は、第２の加熱コイル３２上の負荷が変化したことを検知する。この際、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物のうち非磁性金属からなる部位の割合が所定量を超えると、負荷検知部１１は、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物の材質は非磁性金属であると判別する。

負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１上の被加熱物の材質および第２の加熱コイル３２上の被加熱物の材質を定期的に判別して制御回路８５に送信しているので、制御回路８５が第２の加熱コイル３２上の被加熱物の材質が磁性金属から非磁性金属に変化したことを認識すると、制御回路８５は第２の可変容量コンデンサ４５の静電容量を変更する。
すなわち、制御回路８５は、第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８を開いて、コンデンサ４６からコンデンサ４７を切り離すので、第２の可変容量コンデンサ４５の静電容量は０．０２４μＦとなる。図１３（ｂ）に示すように、第２の加熱コイル３２上の被加熱物が完全に非磁性金属になるわけではないので、第２の加熱コイル３２のインダクタンスは、２００μＨよりは大きいが３００μＨより小さくなる。この結果、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路の共振周波数が高くなる。

そして、制御回路８５は、インバータ回路８１が第２のアーム回路２７を第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数よりも高い周波数でスイッチングするように各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号を出力する。この場合の各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号は、上記実施の形態１〜４で説明した通りである。これにより、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給し、第２の加熱コイル３２に第１の周波数より周波数が高い第２の周波数の交流電流を供給して、被加熱物１１０ｂの磁性金属部１１２の外周側の非磁性金属からなる底部１１１を効率よく誘導加熱することができる。この結果、被加熱物の位置ずれが発生しても被加熱物の底部の温度均一性を改善することができる。

実施の形態７．
図１４は、本発明の実施の形態７における誘導加熱装置による２つの被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。図１４において、実施の形態１の図５と同じ符号を付けたものは同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。また、本実施の形態７において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。本実施の形態７は、実施の形態１とは、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２がそれぞれ異なる加熱口に設けられた構成が相違している。

図１３に示すように、誘導加熱装置１００はトッププレート２に表示された載置位置３ａに対向して第１の加熱コイル３１が設けられており、載置位置３ｃに対向して第２の加熱コイル３２が設けられている。第１の加熱コイル３１には第１の可変容量コンデンサ４１が直列接続されて、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とが第１の共振回路を構成している。第２の加熱コイル３２には第２の可変容量コンデンサ４５が直列接続されて、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とが第２の共振回路を構成している。

第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２は、実施の形態１の図３の回路図で示したインバータ回路８１により交流電流が供給される。すなわち、第１の加熱コイル３１は、第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に電気的に接続されており、第２の加熱コイル３２は、第２のアーム回路２７の出力端２９と共通アーム回路２４の出力端２６との間に電気的に接続されている。

図１４に示すように、第１の加熱コイル３１上に第１の加熱コイル３１に流れる交流電流により誘導加熱される第１の被加熱物１１０ａが載置され、第２の加熱コイル３２上に第２の加熱コイル３２に流れる交流電流により誘導加熱される第２の被加熱物１１０ｃが載置される。使用者が、誘導加熱装置１００の操作部５を操作して、第１の被加熱物１１０ａおよび第２の被加熱物１１０ｃを誘導加熱するための操作を行うと、負荷検知部１１が、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物１１０ａの材質および第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物１１０ｃの材質を判別する。

負荷検知部１１が、第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０ａの材質は鉄などの磁性金属であって、第２の加熱コイル３２上の被加熱物１１０ｃの材質はアルミなどの非磁性金属であると判別した場合、制御回路８５は、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４を閉じてコンデンサ４２とコンデンサ４３とを並列に接続し、第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８を開いてコンデンサ４６からコンデンサ４８を切り離す。そして、実施の形態１で説明したように、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とを第１の周波数でスイッチングさせ、第２のアーム回路２７を第２の周波数でスイッチングさせる。第１の周波数は、例えば２５ｋＨｚであってよく、第２の周波数は、例えば７５ｋＨｚであってよい。この結果、第１の加熱コイル３１には２５ｋＨｚの交流電流が流れ、磁性金属からなる第１の被加熱物１１０ａを２５ｋＨｚの交番磁束により誘導加熱する。また、第２の加熱コイル３２には７５ｋＨｚの交流電流が流れ、非磁性金属からなる第２の被加熱物１１０ｃを７５ｋＨｚの交番磁束で誘導加熱する。

なお、第１の被加熱物１１０ａと第２の被加熱物１１０ｃとが、共に磁性金属である場合や、共に非磁性金属である場合には、第１のアーム回路２１、共通アーム回路２４、および第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を同じにして、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流とを同じ周波数としてよい。

また、第１の可変容量コンデンサ４１および第２の可変容量コンデンサ４５は、必ずしも可変容量コンデンサでなくてもよく、静電容量が一定なコンデンサであってもよい。この場合、例えば、第１の加熱コイル３１が設けられた加熱口を磁性金属の被加熱物を誘導加熱する加熱口とし、第２の加熱コイル３２が設けられた加熱口を非磁性金属の被加熱物を誘導加熱する加熱口とする。そして、第１の加熱コイル３１に直列接続されるコンデンサを、第１の可変容量コンデンサ４１から開閉器４４を除去してコンデンサ４２とコンデンサ４３とを並列接続して構成し、第２の加熱コイル３２に直列接続されるコンデンサを、第２の可変容量コンデンサ４５から開閉器４８とコンデンサ４７とを除去してコンデンサ４６のみで構成する。そして、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とを第１の周波数でスイッチングさせ、第２のアーム回路２７を第２の周波数でスイッチングさせて、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給し、第２の加熱コイル３２に第２の周波数の交流電流を供給してもよい。

以上、本発明の実施の形態１〜７について説明した。これらの、本発明の実施の形態１〜７で説明した構成は互いに組合せることができる。

１１ 負荷検知部
２１ 第１のアーム回路、２１ａ 第１のスイッチング素子、２３ 出力端
２４ 共通アーム回路、２４ａ 第１のスイッチング素子、２６ 出力端
２７ 第２のアーム回路、２１ａ 第２のスイッチング素子、２９ 出力端
３１ 第１の加熱コイル、３２ 第２の加熱コイル
４１ 第１の可変容量コンデンサ、４５ 第２の可変容量コンデンサ
８１ インバータ回路
１００ 誘導加熱装置

本発明は、誘導加熱装置に関する。

従来の誘導加熱装置では、１つの加熱口の内周側に設けられた第１の加熱コイルと、第１の加熱コイルよりも外周側に設けられた第２の加熱コイルとを備え、第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルに交流電流を供給するインバータ回路は、２つのスイッチング素子が直列接続されたアーム回路を３つ用いて構成されていた（例えば、特許文献１参照）。

３つのアーム回路は、第１のアーム回路、第２のアーム回路、および共通アーム回路であり、第１のアーム回路と共通アーム回路との間に第１の加熱コイルが接続され、第２のアーム回路と共通アーム回路との間に第２の加熱コイルが接続されていた。また、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルは、それぞれスイッチの開閉により静電容量を切替え可能な可変容量コンデンサに直列接続され、加熱口に載置される被加熱物が磁性金属か非磁性金属かによって、スイッチの開閉を切替えていた。そして、第１のアーム回路、第２のアーム回路、および共通アーム回路を同じ周波数でスイッチングし、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとに同じ周波数の交流電流を供給して被加熱物を誘導加熱していた。また、被加熱物が非磁性金属からなる場合には、被加熱物が磁性金属からなる場合よりも各アーム回路のスイッチング周波数を高くして第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとに供給する交流電流の周波数を高くしていた。被加熱物をより高周波の交番磁束によって誘導加熱すると、表皮効果によって被加熱物に渦電流が流れる表皮深さが浅くなるため、渦電流が流れる経路の電気抵抗が高くなる。この結果、被加熱物が非磁性金属からなる場合であっても効率良く誘導加熱をすることができていた。

特開２００９−１５８２２５号公報

しかしながら、特許文献１に記された従来の誘導加熱装置では、非磁性金属からなる被加熱物の底部の内周側に磁性金属を接合して形成した異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する場合には、第１の加熱コイル上に磁性金属が位置し、第２の加熱コイル上に非磁性金属が位置するので、被加熱物を効率良く誘導加熱することができなかった。すなわち、従来の誘導加熱装置は、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとに同じ周波数の交流電流を流すので、交流電流を磁性金属の誘導加熱に適した周波数とすると、外周側の非磁性金属の誘導加熱が不十分となり、交流電流を非磁性金属の誘導加熱に適した周波数とすると、内周側の磁性金属の誘導加熱にとっては不必要に高い周波数となるため磁性金属を誘導加熱する効率が低下するという問題点があった。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとが共通アーム回路を共用しても、第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルに異なる周波数の交流電流を供給できる誘導加熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る誘導加熱装置は、第１のスイッチング素子、第１のスイッチング素子に直列接続された第２のスイッチング素子、および第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間に設けられた出力端を有するアーム回路を複数有し、複数のアーム回路に第１のアーム回路、第２のアーム回路、および共通アーム回路を含むインバータ回路と、第１のアーム回路の出力端と共通アーム回路の出力端との間に電気的に接続された第１の加熱コイルと、第２のアーム回路の出力端と共通アーム回路の出力端との間に電気的に接続された第２の加熱コイルと、を備え、インバータ回路は、第１の加熱コイルに第１の周波数の交流電流を供給する場合に、所定の周波数で共通アーム回路の第１のスイッチング素子をスイッチングし、第２の加熱コイルに第１の周波数とは異なる第２の周波数の交流電流を供給する場合にも、第１の加熱コイルに第１の周波数の交流電流を供給する場合と同じ周波数で共通アーム回路の第１のスイッチング素子をスイッチングする。

本発明に係る誘導加熱装置によれば、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとが共通アーム回路を共用しても、第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルに異なる周波数の交流電流を供給できる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における加熱コイルを示す平面図である。 本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の電気回路の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態１における誘導加熱装置のトッププレート上に単一材質からなる被加熱物および異種材質からなる被加熱物が載置された場合の様子を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における誘導加熱装置による単一材質からなる被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における誘導加熱装置による異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１の誘導加熱装置における異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する場合の駆動条件の一例を示したものである。 本発明の実施の形態１における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態３における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態４における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態５における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態６における誘導加熱装置で被加熱物を誘導加熱する場合の加熱コイル上に載置された被加熱物の位置を示す平面図である。 本発明の実施の形態７における誘導加熱装置による２つの被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置を示す斜視図である。

図１において、誘導加熱装置１００は、筐体１と、筐体１の上部に設けられたトッププレート２とにより外郭が構成されている。トッププレート２は、ガラスやセラミックスあるいは樹脂などの絶縁物を有しており、誘導加熱装置１００により誘導加熱される鍋やフライパンなどの被加熱物がトッププレート２の絶縁物で構成された領域に載置される。トッププレート２には、被加熱物を載置する位置の目安を示す載置位置３ａ、３ｂ、３ｃが表示されている。載置位置３ａ、３ｂ、３ｃは、トッププレート２がガラスなどの透明な材質である場合、載置面であるトッププレート２の表面とは反対側の裏面に印刷などにより表示されていてよい。また、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃは、トッププレート２の裏面側に設けられた発光ダイオードなどの発光素子と導光部材などで構成され、被加熱物を載置する位置がトッププレート２の表面側から視認できるように構成されていてもよい。図１では、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃが被加熱物を載置する領域を示すように記しているが、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃは被加熱物を載置する位置の中心を示す点などで表示されていてもよい。誘導加熱装置１００は、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃに載置された被加熱物を誘導加熱するので、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃをそれぞれ加熱口と呼んでもよい。

誘導加熱装置１００は、筐体１の前面側に引き出し可能な開閉扉を有するグリル部４を有している。グリル部４は、直方体状の内部空間を有する加熱庫にヒータなどの加熱手段が設けられている。グリル部４は、例えば、焼き魚などのグリル調理などを行う場合に使用される。なお、グリル部４は必ずしも必要ではなく、誘導加熱装置１００は、グリル部４を有さない構成であってもよい。

誘導加熱装置１００は、トッププレート２の前方に操作部５ａ、筐体１の前面に操作部５ｂ、５ｃを有している。操作部５ａ、５ｂ、５ｃは、載置位置３ａ、３ｂ、３ｃに載置された被加熱物を誘導加熱する際の加熱開始、加熱停止、あるいは加熱電力の調整や、グリル部４による加熱開始、加熱停止、あるいは加熱電力の調整などに用いられる。操作部５ａ、５ｂ、５ｃが設けられる位置は、図１に示す位置に限らず、誘導加熱装置１００を使用する使用者が、誘導加熱装置１００の操作を行い易い場所であればよい。

トッププレート２の前方には、誘導加熱装置１００の状態を表示する表示部６が設けられている。表示部６は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどのディスプレイ装置であってよい。表示部６を設ける位置は、誘導加熱装置１００の使用者が視認しやすい位置であればよく、トッププレート２の前方に限らず、例えば、筐体１の前面に表示部６を設けてもよい。表示部６には、誘導加熱装置１００の動作状況に応じて様々な情報が表示される。例えば、各加熱口に入力される電力や電力の相対的な大小が表示されてもよく、各加熱口に載置された被加熱物の底面の温度が表示されてもよい。また、表示部６をタッチパネル付のディスプレイ装置で構成し、表示部６と操作部とを一体的に形成してもよい。

トッププレート２の後方には排気口７ａ、７ｂ、７ｃが設けられている。排気口７ａ、７ｂ、７ｃは、誘導加熱装置１００内に設けられたグリル部４、電気回路（図示せず）、加熱コイル（図示せず）などで発生した熱や、グリル部４内での調理により発生した油煙などを誘導加熱装置１００の外部に排出するための排気口である。図１では、排気口７ａ、７ｂ、７ｃをトッププレート２に設けているが、排気口を筐体１に設けてもよい。また、排気口の数は３口に限るものではなく、１口以上であればよい。なお、誘導加熱装置１００がグリル部４を有さない場合には、排気口を設けずに、例えば、筐体１の表面から放熱する構成であってもよい。

誘導加熱装置１００の内部には、トッププレート２上に載置された鍋などの被加熱物を誘導加熱するための加熱コイルと、加熱コイルに高周波電流を供給するための電気回路とが設けられている。加熱コイルは、トッププレート２に表示された載置位置３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれに対向して、トッププレート２の裏面側に設けられている。加熱コイルは、例えば、被覆された導線を渦巻状に巻回して形成してよい。加熱コイルを形成する導線に、銅などの導電率が高い金属からなる細線を被覆した被服細線を複数本撚って形成したリッツ線を用いると、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚといった高周波における加熱コイルの電気抵抗の増大を抑制できるのでより好ましい。１つの加熱コイルは、電気回路に接続される端子を２つ有している。すなわち、１つの加熱コイルは両端を有する２端子回路部品である。また、加熱コイルは必要に応じて被加熱物に対向する面とは反対側の面に対向させてフェライトコアなどの磁性体を有していてもよい。

図２は、本発明の実施の形態１における加熱コイルを示す平面図である。図２（ａ）〜（ｄ）は誘導加熱装置１００内に設けられた加熱コイルの一例を示すものであって、本発明の誘導加熱装置１００は、図２（ａ）〜（ｄ）に示した形状以外の加熱コイルが設けられていてもよい。ここでは、図１に示した誘導加熱装置１００は、図２（ａ）〜（ｄ）に示された加熱コイルのいずれかが、トッププレート２の裏面側に載置領域３ａ、３ｂ、３ｃに対向して設けられているとして説明する。なお、載置領域３ａ、３ｂ、３ｃには、それぞれ形状が異なる加熱コイルが対向して設けられていてよく、例えば、載置領域３ａに対向して図２（ｃ）の加熱コイル３０ｃが設けられ、載置領域３ｂに対向して図２（ｂ）の加熱コイル３０ｂが設けられ、載置領域３ｃに対向して図２（ａ）の加熱コイル３０ａが設けられていてもよい。

図２（ａ）に示す加熱コイル３０ａは、導線を巻回してリング状に形成された加熱コイル３１と、導線を巻回してリング状に形成され、加熱コイル３１に隣接して配置された加熱コイル３２とで構成されている。加熱コイル３２は、加熱コイル３１の周囲に加熱コイル３１と離隔して配置されている。加熱コイル３１および加熱コイル３２はそれぞれ導線の両端に電気回路に接続される端子を有しており、それぞれが個別の加熱コイルとなっている。加熱コイル３２は、加熱コイル３１を取り囲んで設けられているので、加熱コイル３０上に被加熱物が載置されると、加熱コイル３１が被加熱物の内周側の領域を誘導加熱し、加熱コイル３２が被加熱物の外周側の領域を誘導加熱する。

図２（ａ）では、加熱コイル３１を第１の加熱コイル、加熱コイル３２を第２の加熱コイルとしてよい。また、第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルの呼称を入れ替えて、加熱コイル３２を第１の加熱コイル、加熱コイル３１を第２の加熱コイルとしてもよい。以下では言及を省略するが、本発明において、第１の加熱コイルと第２の加熱コイルとは、呼称を互いに入れ替えてよい。つまり、複数の加熱コイルのうちの１つが第１の加熱コイルであって、複数の加熱コイルのうち第１の加熱コイルを除く加熱コイルのうちの１つが第２の加熱コイルである。第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルは、トッププレート２の裏面側に、トッププレート２の裏面に対向して設けられている。

図２（ｂ）に示す加熱コイル３０ｂは、導線を巻回してそれぞれリング状に形成された加熱コイル３１ａ、加熱コイル３１ｂ、および加熱コイル３２で構成されている。加熱コイル３１ａと加熱コイル３１ｂとは隣接して配置され互いに離隔している。また、加熱コイル３１ｂと加熱コイル３２とは隣接して配置され互いに離隔している。加熱コイル３１ａ、加熱コイル３１ｂ、加熱コイル３２はそれぞれが導線の両端に端子を有する個別の加熱コイルであってもよいが、例えば、加熱コイル３１ａと加熱コイル３１ｂとが連続した導線により形成されて１つの加熱コイルとして機能するようにしてもよい。つまり、第１の加熱コイルを加熱コイル３１ａと加熱コイル３１ｂとで構成し、第２の加熱コイルを加熱コイル３２で構成してもよい。

図２（ｃ）に示す加熱コイル３０ｃは、導線を巻回してそれぞれリング状に形成された加熱コイル３１ａ、加熱コイル３１ｂ、加熱コイル３２ａ、加熱コイル３２ｂ、加熱コイル３２ｃ、および加熱コイル３２ｄで構成されている。図２（ｂ）の場合と同様に、加熱コイル３１ａおよび加熱コイル３１ｂは、それぞれ個別の加熱コイルであってもよく、加熱コイル３１ａと加熱コイル３１ｂとで１つの加熱コイルを構成してもよい。加熱コイル３２ａ、加熱コイル３２ｂ、加熱コイル３２ｃ、および加熱コイル３２ｄもそれぞれ個別の加熱コイルであってもよく、あるいは、例えば、加熱コイル３２ａと加熱コイル３２ｃとが接続されて１つの加熱コイルを構成し、加熱コイル３２ｂと加熱コイル３２ｄとが接続されてもう１つの加熱コイルを構成していてもよい。つまり、第１の加熱コイルを加熱コイル３１ａと加熱コイル３１ｂとで構成し、第２の加熱コイルを加熱コイル３２ａと加熱コイル３２ｃとで構成してもよい。

図２（ｄ）に示す加熱コイル３０ｄは、導線を巻回してそれぞれリング状に形成された加熱コイル３１ａ、加熱コイル３２ａ、加熱コイル３２ｂ、加熱コイル３２ｃ、加熱コイル３２ｄ、加熱コイル３２ｅ、加熱コイル３２ｆ、加熱コイル３２ｇ、および加熱コイル３２ｈで構成されている。図２（ｃ）の場合と同様に、加熱コイル３１ａ〜３１ｈは、それぞれ個別の加熱コイルであってもよく、加熱コイル３１ａ〜３１ｈのうちいくつかの加熱コイルが接続されて１つの加熱コイルを構成してもよい。例えば、第１の加熱コイルを加熱コイル３２が構成し、第２の加熱コイルを加熱コイル３２ａが構成してもよい。また、第１の加熱コイルを加熱コイル３１、加熱コイル３２ａ、加熱コイル３２ｂ、および加熱コイル３２ｈで構成し、第２の加熱コイルを加熱コイル３２ｃ、加熱コイル３２ｄ、加熱コイル３２ｅ、および加熱コイル３２ｇで構成してもよい。また、リレーや半導体スイッチング素子などの開閉器を用いて、調理目的に合わせて、複数の加熱コイルの接続を組み替えて、そのうちの一組を第１の加熱コイルとし、他の一組を第２の加熱コイルとしてもよい。

図３は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置の電気回路の構成を示す回路図である。図３に示すように、誘導加熱装置１００の電気回路８は、インバータ回路８１、電源供給部８２、チョークコイル８３、直流部８４、制御回路８５を備えている。前述のように電気回路８は、筐体１およびトッププレート２で囲われた誘導加熱装置１００の内部に設けられている。

電源供給部８２は、電源ヒューズ１２、入力コンデンサ１３、ダイオードブリッジ１４を有している。入力コンデンサ１３は、ダイオードブリッジ１４の交流側端子に並列に接続されており、入力コンデンサ１３に並列に外部電源である交流電源９が接続される。入力コンデンサ１３はフィルタとして機能する。交流電源９はいわゆる商用電源である。交流電源９と入力コンデンサ１３との間には電源ヒューズ１２が設けられ、交流電源９から誘導加熱装置１００に過電流が流入するのを防止している。ダイオードブリッジ１４は、交流側端子に入力された交流電力を直流電力に整流してダイオードブリッジ１４の直流側端子から出力する。電源供給部８２は、交流電源９が接続される入出力端に入力電流の電流値を検出して被加熱物の材質を検出する負荷検知部１１を設けてもよい。負荷検知部１１についてのより詳しい説明は後述する。

図３に示すように、ダイオードブリッジ１４の直流側端子にはチョークコイル８３を介して直流部８４が並列に接続されている。直流部８４は、例えば、コンデンサであってよく、直流部８４がコンデンサである場合には、チョークコイル８３と直流部８４を構成するコンデンサとがフィルタを構成してよい。また、直流部８４は昇圧チョッパ、降圧チョッパ、あるいは昇降圧チョッパなどのＤＣ／ＤＣコンバータで構成してよく、インバータ回路８１に入力される直流電圧の電圧値を変化させる構成としてもよい。さらに、直流部８４は交流電源９から入力される交流電力の力率を改善する力率改善コンバータであってもよい。直流部８４がコンデンサである場合には、交流電圧を全波整流した周期的に電圧値が変動する脈流の直流電圧がインバータ回路８１に入力される。一方、直流部８４がＤＣ／ＤＣコンバータである場合には、インバータ回路８１には電圧値がほぼ一定の直流電圧が入力される。以下の説明では、インバータ回路８１には電圧値が一定の直流電圧が入力されるとして説明するが、インバータ回路８１に脈流の直流電圧が入力される場合であっても以下の説明は同様である。

図３に示すように、直流部８４にはインバータ回路８１が並列に接続されている。インバータ回路８１は、互いに並列に接続された第１のアーム回路２１、第２のアーム回路２７、および共通アーム回路２４を有している。各アーム回路は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ-Ｏｘｉｄｅ-Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ-Ｅｆｆｅｃｔ-Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子を２つ直列接続して構成されており、２つのスイッチング素子の間に出力端が設けられている。

第１のアーム回路２１は、直流部８４の高電圧側に電気的に接続された第１のスイッチング素子２１ａと、第１のスイッチング素子２１ａに直列接続されて直流部８４の低電圧側に接続された第２のスイッチング素子２１ｂと、第１のスイッチング素子２１ａと第２のスイッチング素子２１ｂとの間に設けられた出力端２３とを有している。また、第１のスイッチング素子２１ａと逆並列にダイオード２２ａが接続され、第２のスイッチング素子２１ｂと逆並列にダイオード２２ｂが接続されている。なお、第１のスイッチング素子２１ａおよび第２のスイッチング素子２１ｂがＭＯＳＦＥＴである場合には、ボディダイオードを有しているので、ダイオード２２ａおよびダイオード２２ｂは必ずしも必要ではない。第１のスイッチング素子２１ａのゲート端子には、ゲート信号Ｈ１が入力され、第１のスイッチング素子２１ａはゲート信号Ｈ１に基づいてオンとオフとが制御される。同様に、第２のスイッチング素子２１ｂのゲート端子には、ゲート信号Ｌ１が入力され、第２のスイッチング素子２１ｂはゲート信号Ｌ１に基づいてオンとオフとが制御される。

第２のアーム回路２７は、直流部８４の高電圧側に電気的に接続された第１のスイッチング素子２７ａと、第１のスイッチング素子２７ａに直列接続されて直流部８４の低電圧側に接続された第２のスイッチング素子２７ｂと、第１のスイッチング素子２７ａと第２のスイッチング素子２７ｂとの間に設けられた出力端２９とを有している。また、第１のスイッチング素子２７ａと逆並列にダイオード２８ａが接続され、第２のスイッチング素子２７ｂと逆並列にダイオード２８ｂが接続されている。第１のスイッチング素子２７ａのゲート端子には、ゲート信号Ｈ７が入力され、第１のスイッチング素子２７ａはゲート信号Ｈ７に基づいてオンとオフとが制御される。同様に、第２のスイッチング素子２７ｂのゲート端子には、ゲート信号Ｌ７が入力され、第２のスイッチング素子２７ｂはゲート信号Ｌ７に基づいてオンとオフとが制御される。

共通アーム回路２４は、直流部８４の高電圧側に電気的に接続された第１のスイッチング素子２４ａと、第１のスイッチング素子２４ａに直列接続されて直流部８４の低電圧側に接続された第２のスイッチング素子２４ｂと、第１のスイッチング素子２４ａと第２のスイッチング素子２４ｂとの間に設けられた出力端２６とを有している。また、第１のスイッチング素子２４ａと逆並列にダイオード２５ａが接続され、第２のスイッチング素子２４ｂと逆並列にダイオード２５ｂが接続されている。第１のスイッチング素子２４ａのゲート端子には、ゲート信号Ｈ４が入力され、第１のスイッチング素子２４ａはゲート信号Ｈ４に基づいてオンとオフとが制御される。同様に、第２のスイッチング素子２４ｂのゲート端子には、ゲート信号Ｌ４が入力され、第２のスイッチング素子２４ｂはゲート信号Ｌ４に基づいてオンとオフとが制御される。

なお、図３では、インバータ回路８１が３つのアーム回路を有する構成を示したが、インバータ回路は４つ以上のアーム回路を有し、１つまたは複数のアーム回路を共通アーム回路とする構成であってもよい。また、各アーム回路を構成する各スイッチング素子は、ディスクリートの半導体スイッチング素子で構成してよく、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）のように複数の半導体素子を１つのパッケージ内に内蔵した電力用半導体モジュールで構成してもよい。３つのアーム回路を内蔵した電力用半導体モジュールは、三相交流モータの駆動用インバータ装置に広く用いられているので、このような電力用半導体モジュールを用いることで、誘導加熱装置１００のインバータ回路８１を低コストで構成することができる。また、各アーム回路は、スイッチング素子にコンデンサと抵抗器とを含むスナバ回路を並列接続して、スイッチング素子に印加されるサージ電圧を抑制する構成としてもよい。

第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とが第１のフルブリッジ回路を構成し、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とが第２のフルブリッジ回路を構成している。第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に、第１の加熱コイル３１が電気的に接続されている。また、第２のアーム回路２７の出力端２９と共通アーム回路２４の出力端２６との間に、第２の加熱コイル３２が電気的に接続されている。第１の加熱コイル３１には第１の可変容量コンデンサ４１が直列接続されて、第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路が接続されている。また、第２の加熱コイル３２には第２の可変容量コンデンサ４５が直列接続されて、第２のアーム回路２７の出力端２９と共通アーム回路２４の出力端２６との間に、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路が接続されている。なお、本発明では、第１の加熱コイル３１、第２の加熱コイル３２、第１の可変容量コンデンサ４１、および第２の可変容量コンデンサ４５はインバータ回路８１を構成するものではないとして扱っている。

第１の可変容量コンデンサ４１は、静電容量を変更することができるコンデンサである。例えば、図３に示すように、第１の可変容量コンデンサ４１は、コンデンサ４３と開閉器４４とを直列接続したものをコンデンサ４２に並列接続することで構成することができる。あるいは、コンデンサに開閉器を並列接続したものを別のコンデンサに直列接続して構成してもよい。第１の可変容量コンデンサ４１に用いられるコンデンサおよび開閉器の数は任意に設定してよく、直列数や並列数も任意に設定してよい。開閉器は、例えば、リレーであってよく、半導体スイッチング素子であってもよい。第２の可変容量コンデンサ４５についても、第１の可変容量コンデンサ４１と同様である。第２の可変容量コンデンサ４５は、コンデンサ４７と開閉器４８とを直列接続したものをコンデンサ４６に並列接続して構成されている。第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４、および第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８は、制御回路８５からの制御信号により開閉が制御される。

制御回路８５は、インバータ回路８１の各アーム回路の第１のスイッチング素子２１ａ、２４ａ、２７ａおよび第２のスイッチング素子２１ｂ、２４ｂ、２７ｂのスイッチング制御、および、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４および第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８の開閉制御を行う制御信号を出力する。図３では、各スイッチング素子のゲート端子と制御回路８５とを結ぶ信号線、および、開閉器４４、４８と制御回路８５とを結ぶ信号線を省略して示している。

また、制御回路８５は、負荷検知部１１と信号線で接続され、負荷検知部１１からの信号を受信する。さらに、制御回路８５は、操作部５および表示部６に信号線で接続されており、操作部５および表示部６と制御回路８５との間で操作信号や表示信号などの信号の送受信を行う。操作部５は、図１で示した操作部５ａ、５ｂ、５ｃであって、表示部６は図１で示した表示部６である。また、直流部８４がＤＣ／ＤＣコンバータである場合には、制御回路８５は、ＤＣ／ＤＣコンバータに含まれるスイッチング素子のスイッチング制御を行ってもよい。制御回路８５は、アナログ回路やデジタル回路を有する集積回路を用いて構成してもよく、マイコンなどの演算処理装置を用いて構成しもよい。また、必要に応じて各スイッチング素子を駆動するためのゲート駆動回路や保護回路を備えていてもよい。

負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に載置された被加熱物の材質を判別する。被加熱物が鉄などの磁性金属である場合と、アルミや銅などの非磁性体である場合とでは、各加熱コイルの両端で測定したインピーダンスは異なるため、このインピーダンスの違いを利用して、第１の加熱コイル３１または第２の加熱コイル３２に載置された被加熱物の材質を判別する。インピーダンスとして、抵抗の変化を利用して被加熱物の材質を判別してもよく、インダクタンスの変化を利用して被加熱物の材質を判別してもよい。負荷検知部１１を設ける位置は、図３に示す位置に限らず、例えば、第１の加熱コイル３１に直列に第１の負荷検知部を設け、第２の加熱コイル３２に直列に第２の負荷検知部を設けた構成としてもよい。

図３に示すように、負荷検知部１１を誘導加熱装置１００の入力端に設けた場合、制御回路８５は、第１のアーム回路２１、共通アーム回路２４を制御し、第１の加熱コイル３１にパルス的な電流を供給する。その後、制御回路８５は、第２のアーム回路２７、共通アーム回路２４を制御し、第２の加熱コイル３２にパルス的な電流を供給する。そして、このときに負荷検知部１１が測定した入力電流の変化に基づいて、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のインピーダンスの変化を検出し、被加熱物の材質を判別する。図２（ａ）に示したように、第１の加熱コイル３１を取り囲んで第２の加熱コイル３２が配置されている場合には、第１の加熱コイル３１での判別結果により被加熱物の内周側の材質が判別され、第２の加熱コイル３２での判別結果により被加熱物の外周側の材質が判別される。

負荷検知部１１は、図３に示すように制御回路８５と別体として設けられていてもよいが、制御回路８５と一体的に設けられていてもよい。つまり、誘導加熱装置１００の入力端に電流検出器や電圧検出器のみが設けられており、検出した電流値や電圧値が制御回路８５に入力され、制御回路８５の内部で検出した電流値や電圧値を演算して被加熱物の材質を判別してもよい。すなわち、制御回路８５は負荷検知部の機能を備えていてもよく、この場合、制御回路８５が負荷検知部であるとしてよい。電流検出器や電圧検出器をアーム回路の出力端と加熱コイルとの間に設けて、加熱コイルの電流値や電圧値に基づいて制御回路８５が被加熱物の材質を判別する場合も同様に制御回路８５が負荷検知部であるとしてよい。

次に、本発明の誘導加熱装置１００の動作について説明する。

図４は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置のトッププレート上に単一材質からなる被加熱物および異種材質からなる被加熱物が載置された場合の様子を示す断面図である。図４（ａ）は、トッププレート２上に単一材質からなる被加熱物１１０ａが載置された場合の断面図であり、図４（ｂ）は、トッププレート２上に異種材質からなる被加熱物１１０ｂが載置された場合の断面図である。

本発明において、単一材質からなる被加熱物とは、図４（ａ）に示すように、被加熱物１１０ａの底部１１１が、単一材質の金属で構成された被加熱物である。単一材質の金属とは、鉄やフェライト系ステンレスなどの磁性金属や、アルミや銅やオーステナイト系ステンレスなどの非磁性金属のことを言い、単一元素からなる金属という意味ではない。従って、被加熱物１１０ａの底部がステンレスなど単一の合金で構成されている場合、単一材質からなる被加熱物である。

一方、異種材質からなる被加熱物とは、図４（ｂ）に示すように、被加熱物１１０ｂの底部１１１に、底部１１１とは材質の異なる金属からなる磁性金属部１１２を接合して構成した被加熱物である。異種材質からなる被加熱物１１０ｂは、例えば、アルミや銅などの電気抵抗が小さい非磁性金属で形成した鍋の底面に、誘導加熱され易い鉄やフェライト系ステンレスなどの磁性金属を貼り付けやコーティングなどにより接合して形成される。異種材質からなる被加熱物１１０ｂは、被加熱物１１０ｂの大部分をアルミで構成することができるため、被加熱物１１０ｂのコスト低減、被加熱物１１０ｂの重量の軽減、被加熱物１１０ｂの熱伝導の向上などの目的で広く用いられている。図４（ｂ）に示すように、異種材質からなる被加熱物１１０ｂは、通常、被加熱物１１０ｂの底面の内周側に磁性金属部１１２が設けられているので、加熱口の内周側に配置された第１の加熱コイル３１上に磁性金属部１１２が載置され、加熱口の外周側に配置された第２の加熱コイル３２上には非磁性金属からなる底部１１１が載置される。

図５は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置による単一材質からなる被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。なお、図５では、加熱コイル３０とトッププレート２の裏面との間の距離を大きくして示しているが、加熱コイル３０は、トッププレート２の裏面と１〜１０ｍｍ程度の間隔を隔てて、図５に示すよりもトッププレート２の裏面に近接し、載置位置３に対向して配置されている。

図５に示すように、誘導加熱装置１００によって誘導加熱される鍋やフライパンなどの被加熱物１１０ａは、トッププレート２に表示された載置位置３上に被加熱物１１０ａの底面が位置するように載置される。被加熱物１１０ａの底面は、全部が載置位置３上に配置されなくてもよいが、被加熱物１１０ａの底面が全く載置位置３上に配置されていない場合には、誘導加熱装置１００は、被加熱物が載置されていないと判断して、加熱コイル３０に交流電流を供給しない。

図５に示すように、トッププレート２の載置位置３に被加熱物１１０ａを載置し、誘導加熱装置１００の使用者が操作部５を操作して、被加熱物１１０ａを誘導加熱する操作を選択すると、制御回路８５が、加熱コイル３１および加熱コイル３２にパルス状の電流を供給するようにインバータ回路８１を制御する。

例えば、まず、制御回路８５から、インバータ回路８１の第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａをオンにするゲート信号Ｈ１と第２のスイッチング素子２１ｂをオフにするゲート信号Ｌ１と、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａをオフにするゲート信号Ｈ４と第２のスイッチング素子２４ｂをオンにするゲート信号Ｌ４とを出力する。これにより第１の加熱コイル３１に電流が流れる。そして、制御回路８５は、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａをオフにするゲート信号Ｈ１と第２のスイッチング素子２１ｂをオンにするゲート信号Ｌ１とを出力し、第１の加熱コイル３１に流れる電流が停止する。

次に、制御回路８５から、インバータ回路８１の第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａをオンにするゲート信号Ｈ７と第２のスイッチング素子２７ｂをオフにするゲート信号Ｌ７と、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａをオフにするゲート信号Ｈ４と第２のスイッチング素子２４ｂをオンにするゲート信号Ｌ４とを出力する。これにより第２の加熱コイル３２に電流が流れる。そして、制御回路８５は、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａをオフにするゲート信号Ｈ７と第２のスイッチング素子２７ｂをオンにするゲート信号Ｌ７とを出力し、第２の加熱コイル３２に流れる電流が停止する。

このとき、負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とに電流が流れたことによる誘導加熱装置１００への入力電流の増加を検出する。なお、負荷検知部が第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のそれぞれに直列接続されている場合には、負荷検知部は、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる電流を直接検出する。負荷検知部１１は検出した電流に基づいて、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物１１０ａの材質と、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物１１０ａの材質とを判別する。

負荷検知部１１が、第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０ａの材質は鉄などの磁性金属であると判断した場合、制御回路８５は、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４を閉じてコンデンサ４２とコンデンサ４３とを並列に接続する。この結果、第１の可変容量コンデンサ４１の静電容量が増加するので、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数が低くなる。一方、負荷検知部１１が、第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０ａの材質はアルミや銅などの非磁性金属であると判断した場合、制御回路８５は、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４を開いてコンデンサ４２からコンデンサ４３を切り離す。この結果、第１の可変容量コンデンサ４１の静電容量が減少するので、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数が高くなる。このように、第１の可変容量コンデンサ４１の静電容量は、負荷検知部１１が判別した第１の加熱コイル３１上の被加熱物の材質に応じて変更される。同様に、第２の可変容量コンデンサ４５の静電容量は、負荷検知部１１が判別した第２の加熱コイル３２上の被加熱物の材質に応じて変更される。

図５では、被加熱物１１０ａは単一材質からなる被加熱物であるので、負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０ａの材質と第２の加熱コイル３２上の被加熱物１１０ａの材質とは同じであると判断する。従って、インバータ回路８１から第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とには同じ周波数の交流電流が供給される。このためインバータ回路８１の第１アーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａ、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａ、および共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａは同じ周波数でスイッチングされる。各アーム回路の第２のスイッチング素子についても同じ周波数でスイッチングされる。

なお、被加熱物が単一材質からなる被加熱物である場合でも、後述する被加熱物が異種材質からなる被加熱物である場合の動作により、被加熱物が誘導加熱されることを妨げるものではない。つまり、第１の加熱コイル上の被加熱物の材質と第２の加熱コイル上の被加熱物の材質とが同じであっても、第１の加熱コイル３１に流れる電流の周波数と、第２の加熱コイル３２に流れる電流の周波数とを異なる周波数にしてもよい。また、インバータ回路が、第１の加熱コイルに供給する交流電流の周波数と、第２の加熱コイルに供給する交流電流の周波数とを異なる周波数にしてもよい。

次に、被加熱物が異種材質からなる被加熱物である場合の動作について説明する。

図６は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置による異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。図６は、被加熱物１１０ｂが異種材質からなる被加熱物である点を除いて図５と同一であるので、同一部分の説明は省略する。

異種材質からなる被加熱物１１０ｂは、アルミなどの非磁性金属からなる底部１１１の内周側に鉄などの磁性金属からなる磁性金属部１１２が接合されているとして説明するが、異種材質からなる被加熱物は、磁性金属からなる被加熱物の底部の内周側に非磁性金属部が接合されていてもよい。この場合には、内周側の非磁性金属部を誘導加熱する第１の加熱コイル３１に、外周側の磁性金属部を誘導加熱する第２の加熱コイル３２よりも周波数が高い交流電流を供給してよい。

被加熱物１１０ｂが、トッププレート２の載置位置３に載置され、負荷検知部１１が被加熱物１１０ｂの材質の判別を完了すると、制御回路８５により第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４および第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８の開閉が制御される。負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０ｂの材質は磁性金属であると判別するので、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４は閉じられる。この結果、第１の可変容量コンデンサ４１では、コンデンサ４２とコンデンサ４３とが並列接続されるので静電容量は大きくなる。一方、負荷検知部１１は、第２の加熱コイル３２上の被加熱物１１０ｂの材質は非磁性金属であると判別するので、第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８は開かれる。この結果、第２の可変容量コンデンサ４５では、コンデンサ４７がコンデンサ４６から切り離されるので静電容量は小さくなる。

第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０ｂの材質が鉄などの磁性金属であり、第２の加熱コイル３２上の被加熱物１１０ｂの材質がアルミなどの非磁性金属である場合に、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路の共振周波数ｆ２は、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数ｆ１よりも高くなるように設定されている。このような設定は、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のインダクタンス、第１の可変容量コンデンサ４１に含まれるコンデンサ４２、４３の静電容量、および第２の可変容量コンデンサ４５に含まれるコンデンサ４６、４７の静電容量を適宜選択することにより設定することができる。

一例として、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のインダクタンスを同一にして、鉄などの磁性金属からなる被加熱物が載置された場合のインダクタンスを３００μＨ、アルミなどの被加熱物が載置された場合のインダクタンスを２００μＨとする。また、第１の可変容量コンデンサ４１のコンデンサ４２と第２の可変容量コンデンサ４５のコンデンサ４６の静電容量を０．０２４μＦとする。さらに、開閉器４４に直列接続されたコンデンサ４３と開閉器４８に直列接続されたコンデンサ４７の静電容量を０．１４μＦとする。以下の説明では、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のインダクタンスおよび各コンデンサ４２、４３、４６、４７の静電容量は、ここで示した値であるとして説明する。

図７は、本発明の実施の形態１の誘導加熱装置における異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する場合の駆動条件の一例を示したものである。図７において、誘導加熱される被加熱物は図６に示した被加熱物１１０ｂであって、アルミなどの非磁性体からなる被加熱物の底部１１１に鉄などの磁性体からなる磁性金属部１１２を接合した被加熱物である。負荷検知部１１により、第１の加熱コイル３１上の被加熱物の材質は磁性体であり、第２の加熱コイル３２上の被加熱物の材質は非磁性体と判別されるので、第１の開閉器４４の状態は「閉」となり、第２の開閉器４８の状態は「開」となる。

この場合、図７に示すように、第１の可変容量コンデンサ４１の静電容量は、コンデンサ４２の静電容量とコンデンサ４３の静電容量との合計となるので０．１６４μＦとなる。従って、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数ｆ１は２２．７ｋＨｚとなる。また、第２の可変容量コンデンサ４５の静電容量は、コンデンサ４６の静電容量であるから０．０２４μＦとなる。従って、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路の共振周波数ｆ２は７２．６ｋＨｚとなる。なお、各直列共振回路の共振周波数ｆは、各加熱コイルのインダクタンスをＬ、各可変容量コンデンサの静電容量をＣとした場合に、次式で表される。

本発明の誘導加熱装置１００は、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４との間に第１の加熱コイル３１を電気的に接続し、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４との間に第２の加熱コイル３２を電気的に接続して構成されるが、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の周波数である第１の周波数と、第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の周波数である第２の周波数とを異なる周波数とすることができる。

図７に示すように、本発明の誘導加熱装置１００のインバータ回路８１は、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａおよび第２のスイッチング素子２１ｂをそれぞれ、例えば、２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａおよび第２のスイッチング素子２７ｂをそれぞれ、例えば、７５ｋＨｚでスイッチングする。そして、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａおよび第２のスイッチング素子２４ｂをそれぞれ、例えば、２５ｋＨｚでスイッチングする。

つまり、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数と共通アーム回路２４のスイッチング周波数とを同じ周波数とし、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４のスイッチング周波数とを異なる周波数として、第１の加熱コイル３１に第１の周波数で流れる交流電流と第２の加熱コイル３２に第２の周波数で流れる交流電流とを異なる周波数としている。第２の加熱コイル３２に第２の周波数の交流電流が流れる場合にも、インバータ回路８１は、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を流す場合と同じ周波数で共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａおよび第２のスイッチング素子２４ｂをスイッチングする。

第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の周波数である第１の周波数は、主として第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数ｆ１に依存し、第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の周波数である第２の周波数は、主として第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路の共振周波数ｆ２に依存する。従って、例えば、第１のアーム回路２１、第２のアーム回路２７、および共通アーム回路２４を全て２５ｋＨｚでスイッチングさせた場合であっても、図７に示すように、第１の共振回路の共振周波数ｆ１が２２．７ｋＨｚであって、第２の共振回路の共振周波数ｆ２が７２．６ｋＨｚである場合には、第１の加熱コイル３１には共振周波数２２．７ｋＨｚに近い２５ｋＨｚの交流電流が流れ、第２の加熱コイル３２には共振周波数７２．６ｋＨｚに近い周波数の交流電流が流れる。

このような加熱コイルとコンデンサとからなる共振回路の共振周波数をアーム回路のスイッチング周波数の３倍程度にして、スイッチング周波数の３倍程度の周波数の交流電流を加熱コイルに供給することができるのは、当業者にとってよく知られている３倍共振インバータと同様の原理によるものである。つまり、本発明の誘導加熱装置１００に３倍共振インバータを適用してもよい。

なお、図７では、第１の共振回路の共振周波数ｆ１が２２．７ｋＨｚであるが、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数を２５ｋＨｚとしており、第２の共振回路の共振周波数ｆ２が７２．６ｋＨｚであるが、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を７５ｋＨｚとしている。一般に、誘導加熱装置のインバータ回路では、アーム回路を共振回路の共振周波数より高い周波数でスイッチングして、加熱コイルに流れる交流電流の位相がアーム回路のスイッチングより遅れ位相となるようにして、スイッチング損失が増大するのを抑制している。この点は、本発明の誘導加熱装置１００であっても同様であり、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流が遅れ位相となるように各アーム回路のスイッチング周波数を選択するのが好ましい。

図８は、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。図８のタイムチャートは、図７に示す条件とした場合のゲート信号および電圧波形、電流波形である。

図８（ａ）〜（ｇ）が各スイッチング素子のゲート信号であり、ゲート信号がＯＮとなっている場合にスイッチング素子はオンし、ゲート信号がＯＦＦとなっている場合にスイッチング素子はオフする。各アーム回路の高電圧側の第１のスイッチング素子と低電圧側の第２のスイッチング素子とは、交互にオンオフを繰り返してスイッチングされ、一方のスイッチング素子がオンの場合、他方のスイッチング素子はオフとなる。従って、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とは同じ周波数でスイッチングされる。なお、実際のゲート信号では、各アーム回路の第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とが同時にオンとならないように、第１のスイッチング素子のゲート信号と第２のスイッチング素子のゲート信号とが同時にオフとなるデッドタイムを要するが、図８では省略して示している。

図８（ａ）は第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１であり、図８（ｂ）は第１のアーム回路２１の第２のスイッチング素子２１ｂのゲート信号Ｌ１である。図８（ｃ）は共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのゲート信号Ｈ４であり、図８（ｄ）は共通アーム回路２４の第２のスイッチング素子２４ｂのゲート信号Ｌ４である。図８（ｅ）は第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７であり、図８（ｆ）は第２のアーム回路２７の第２のスイッチング素子２７ｂのゲート信号Ｌ７である。図８（ａ）〜（ｆ）に示した各ゲート信号は、スイッチング周期に対するオン時間のデューティ比が５０％となる場合のゲート信号である。

図８（ｇ）および図８（ｉ）は、共通アーム回路２４の出力端２６を基準電位とした場合の、第１のアーム回路２１の出力端２３および第２のアーム回路の出力端２９の電位である。直流部８４から出力され、各アーム回路に印加される電圧はＶｏであるとして示している。

図８（ｈ）は、第１のアーム回路２１の出力端２３から第１の加熱コイル３１に向かう向きを正として示した第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の波形である。図８（ｊ）は、第２のアーム回路２７の出力端２９から第２の加熱コイル３２に向かう向きを正として示した第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の波形である。図８（ｈ）および図８（ｊ）は、それぞれ電流の最大値を＋Ｉｏ、電流の最小値を−Ｉｏとして示した。なお、図８（ｈ）の第１の加熱コイル３１に流れる交流電流と図８（ｊ）の第２の加熱コイル３２に流れる交流電流とは、最大値＋Ｉｏと最小値−Ｉｏとが同じである必要は無く、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とで、電流の最大値および最小値はそれぞれ異なっていてもよい。

第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路には、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とからなる第１のフルブリッジ回路により電圧が印加される。図８（ａ）および図８（ｃ）に示すように、第１のフルブリッジ回路では、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１と共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのゲート信号Ｈ４とは周波数が同じ２５ｋＨｚであり、位相が１８０°ずれている。この結果、図８（ｇ）に示すように、第１の共振回路には、＋Ｖｏと−Ｖｏとに交互に変化する矩形波電圧が印加され、図８（ｈ）に示すように、第１の加熱コイル３１には２５ｋＨｚの正弦波状の交流電流が流れる。第１の加熱コイル３１には、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数である２５ｋＨｚを第１の周波数とする交流電流が流れる。

第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路には、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とからなる第２のフルブリッジ回路により電圧が印加される。図８（ｅ）と図８（ｃ）に示すように、第２のフルブリッジ回路では、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのゲート信号Ｈ４がＯＦＦの期間に第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７がＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮに変化し、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのゲート信号Ｈ４がＯＮの期間に第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７がＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦに変化する。

共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのスイッチング周波数が２５ｋＨｚであるのに対し、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのスイッチング周波数は７５ｋＨｚであり３倍となっている。この結果、図８（ｉ）に示すように、第２の共振回路には、半周期の間に、＋Ｖｏ、０、＋Ｖｏとなる電圧波形と、−Ｖｏ、０、−Ｖｏとなる電圧波形とが交互に印加される。共通アーム回路２４のスイッチング周期に対する＋Ｖｏの期間の割合、０の期間の割合、−Ｖｏの期間の割合はいずれも１／３ずつとなっている。そして、図８（ｊ）に示すように、第２の加熱コイル３２には７５ｋＨｚの正弦波状の交流電流が流れる。第２の加熱コイル３２には、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数である７５ｋＨｚを第２の周波数とする交流電流が流れる。

以上のように、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とからなる第２のフルブリッジ回路は、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とが異なる周波数でスイッチングされるが、第２の加熱コイル３２に共通アーム回路２４のスイッチング周波数とは異なる第２の周波数の交流電流を供給することができる。そして、第１のフルブリッジ回路で第１の加熱コイル３１に第１の周波数の２５ｋＨｚの交流電流を供給し、第２のフルブリッジ回路で第２の加熱コイル３２に第２の周波数の７５ｋＨｚの交流電流を供給することができる。

これにより、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物１１０ｂの磁性金属部１１２だけでなく、非磁性金属からなる被加熱物１１０ｂの外周側の底部１１１をも効率良く誘導加熱することができる。すなわち、第２の加熱コイル３２上に載置された非磁性金属からなる被加熱物１１０ｂの外周側に内周側よりも高い周波数の交番磁束を鎖交させることで、表皮効果により非磁性金属に渦電流が流れる経路の抵抗を増大させることができるので、非磁性金属からなる被加熱物１１０ｂの外周側の底部１１１を効率良く誘導加熱することができる。この結果、フライパンなどの被加熱物１１０ｂの底部の温度分布の均一性を改善することができる。

なお、図８では、インバータ回路８１が、第１の加熱コイル３１に供給する第１の周波数の交流電流と、第２の加熱コイル３２に供給する第２の周波数の交流電流とを同時に供給する場合について説明したが、第１の加熱コイル３１に供給する第１の周波数の交流電流と第２の加熱コイル３２に供給する第２の周波数の交流電流とは異なる時間に供給してもよい。すなわち、インバータ回路８１は、第１の加熱コイル３１に第１の周波数である２５ｋＨｚの交流電流を供給する場合には、第２の加熱コイル３２への交流電流の供給を停止し、第２の加熱コイル３２に第２の周波数である７５ｋＨｚの交流電流を供給する場合には、第１の加熱コイル３１への交流電流の供給を停止してもよい。そして、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給する動作と、第２の加熱コイル３２に第２の周波数の交流電流を供給する動作とを交互に繰り返してもよい。

この場合の動作は、例えば、共通アーム回路２４を２５ｋＨｚでスイッチングさせておき、第１の加熱コイル３１に２５ｋＨｚの交流電流を供給する際に、第１のアーム回路２１を２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７および第２のスイッチング素子２７ｂのゲート信号Ｌ７を両方ともＯＦＦとして第２の加熱コイル３２に交流電流が流れないようにしてよい。また、第２の加熱コイル３２に７５ｋＨｚの交流電流を供給する際にも、共通アーム回路２４のゲート信号を変更することなく２５ｋＨｚでスイッチングさせておき、第２のアーム回路２７を７５ｋＨｚでスイッチングし、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１および第２のスイッチング素子２１ｂのゲート信号Ｌ１を両方ともＯＦＦとして第１の加熱コイル３１に交流電流が流れないようにしてよい。

なお、図８では、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とを２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７を７５ｋＨｚでスイッチングする場合について説明したが、第１のアーム回路２１を２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とを７５ｋＨｚでスイッチングしてもよい。

第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とを２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７を７５ｋＨｚでスイッチングする場合には、図８（ｇ）に示すように、第１の共振回路に印加される電圧は、＋Ｖｏと−Ｖｏとを交互に繰り返す矩形波となるので、第１の共振回路に印加される電圧が０となる期間が無く、第１の加熱コイル３１への入力電力を最大にすることができる。一方、図８（ｉ）に示すように、第２の共振回路に印加される電圧は、＋Ｖｏ、−Ｖｏの期間に加え、電圧が０となる期間が生じるので、第２の加熱コイル３２への入力電力は、第２の共振回路に印加される電圧に０となる期間が無い場合に比べて小さくなる。

これに対し、第１のアーム回路２１を２５ｋＨｚでスイッチングし、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とを７５ｋＨｚでスイッチングする場合には、第２の共振回路に印加される電圧に０となる期間を無くすことができるので、第２の加熱コイル３２への入力電力を最大にすることができる。その一方で、第１の共振回路に印加される電圧に０となる期間が生じるので、第１の加熱コイル３１への入力電力は、第１の共振回路に印加される電圧に０となる期間が無い場合に比べて小さくなる。

つまり、図６に示したように、非磁性金属の底部１１１の内周側に磁性金属部１１２を接合して構成した被加熱物１１０ｂを誘導加熱する際に、内周側の磁性金属部１１２を優先的に誘導加熱したい場合には、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とを同じ周波数でスイッチングし、第２のアーム回路２７を共通アーム回路２４とは異なる周波数でスイッチングすればよい。一方、磁性金属部１１２よりも外周側の非磁性金属からなる底部１１１を優先的に誘導加熱したい場合には、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とを同じ周波数でスイッチングし、第１のアーム回路２１を共通アーム回路２４とは異なる周波数でスイッチングすればよい。このような、内周側の磁性金属部１１２を優先的に誘導加熱するか、外周側の非磁性金属からなる底部１１１を優先的に誘導加熱するかの切り替えは、例えば、使用者が操作部５を操作した際の操作部５からの信号に基づいて、制御回路８５が、各アーム回路のスイッチングを制御して切り替えてもよい。また、誘導加熱装置１００の制御回路８５が調理メニューに応じて自動的に切り替えてもよい。

以上のように、本発明の実施の形態１に係る誘導加熱装置１００では、第１のアーム回路２１、第２のアーム回路２７、共通アーム回路２４を有するインバータ回路８１が、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給する場合に、所定の周波数で共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａをスイッチングし、第２の加熱コイル３２に第１の周波数とは異なる第２の周波数の交流電流を供給する場合にも、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給する場合と同じ周波数で共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａをスイッチングする。このため、第１のアーム回路２１、第２のアーム回路２７、共通アーム回路２４の３つのアーム回路で、１つのアーム回路を共通にした第１のフルブリッジ回路と第２のフルブリッジ回路とを構成しても、第１のフルブリッジ回路に電気的に接続された第１の加熱コイル３１と第２のフルブリッジ回路に電気的に接続された第２の加熱コイル３２とに、互いに異なる周波数の交流電流を供給することができる。従って、アーム回路の数を増加させることなく異種材質からなる被加熱物の非磁性金属部に磁性金属部よりも高い周波数の交番磁束を鎖交させて誘導加熱することができる。

特許文献１に記された従来の誘導加熱装置では、非磁性金属で構成された被加熱物の底部の内周側に磁性金属部を接合して形成した異種材質からなる被加熱物を誘導加熱する場合、第１のアーム回路、第２のアーム回路、および共通アーム回路は、同じ周波数でスイッチングされて、第１の加熱コイルに流れる交流電流の周波数と第２の加熱コイル流れる交流電流の周波数とは同じであった。

このため、各アーム回路のスイッチング周波数を磁性金属部の誘導加熱に適した周波数（例えば２５ｋＨｚ）とする場合、磁性金属部の外周側の非磁性金属部の表皮効果は小さくなるため、非磁性金属部の抵抗は磁性金属部の抵抗に比べてかなり小さいものとなっていた。そのため、非磁性金属が載置された第２の加熱コイルには過電流が流れやすく、スイッチング素子の定格電流による制限から、第２の加熱コイルに入力する電力を増大させることが困難であった。そのため、異種材質からなる被加熱物の底部の内周側は早く温度上昇するが、外周側は温度上昇が遅くなり、結果として被加熱物底部の温度の均一性が損なわれていた。

また、各アーム回路のスイッチング周波数を非磁性金属部の誘導加熱に適した周波数（例えば７５ｋＨｚ）とする場合、磁性金属部の誘導加熱には過剰なほどに高い周波数で第１のアーム回路と共通アーム回路とをスイッチングするので、スイッチング損失が増大して誘導加熱の効率が低下していた。また、加熱コイルに流れる電流の周波数が高くなるに従い、加熱コイルを構成する導線の抵抗も増大するので誘導加熱の効率が低下していた。

これに対し、本発明の誘導加熱装置１００は、被加熱物の内周側の磁性金属部を誘導加熱する第１の加熱コイル３１に磁性金属の誘導加熱に適した第１の周波数（例えば２５ｋＨｚ）の交流電流を流し、磁性金属部の外周側の非磁性金属部を誘導加熱する第２の加熱コイル３２に非磁性金属の誘導加熱に適した第２の周波数（例えば７５ｋＨｚ）の交流電流を供給する。このため、外周側の非磁性金属部の抵抗を表皮効果により増大させて、非磁性金属部に大きな電力を入力することができる。このため、異種材質からなる被加熱物底部の温度の均一性を改善することができるといった効果が得られる。

また、本発明の誘導加熱装置１００は、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数を第１の周波数とし、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を第２の周波数として、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給し、第２の加熱コイル３２に第２の周波数の交流電流を供給する。このため、インバータ回路８１のアーム回路数を増大することなく、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とに異なる周波数の交流電流を供給することができるので、インバータ回路８１の小型化やコスト低減を図れるといった効果が得られる。

なお、上述のように第２のアーム回路２７は、非磁性金属の誘導加熱に適した周波数でスイッチングされる必要があるので、磁性金属の誘導加熱に適した周波数でスイッチングすればよい第１のアーム回路２１よりも高い周波数でのスイッチングが要求される。そのため、第１のアーム回路２１を構成する第１のスイッチング素子２１ａと第２のスイッチング素子２１ｂとをシリコン半導体で構成し、第２のアーム回路２７を構成する第１のスイッチング素子２７ａと第２のスイッチング素子２７ｂとをシリコンよりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体で構成してよい。これにより、第１のアーム回路２１および第２のアーム回路２７の両方のスイッチング素子をワイドバンドギャップ半導体で構成するよりもインバータ回路８１の低コスト化を図ることができる。なお、ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、あるいはダイヤモンドであってよい。

また、共通アーム回路２４は、第１の加熱コイル３１に交流電流を供給する第１のフルブリッジ回路と第２の加熱コイル３２に交流電流を供給する第２のフルブリッジ回路とで共通になっているため、第１のアーム回路２１および第２のアーム回路２７よりも大きな電流が流れる。そのため、共通アーム回路２４を構成する第１のスイッチング素子２４ａおよび第２のスイッチング素子２４ｂには、第１のアーム回路２１および第２のアーム回路２７よりもオン抵抗が小さいスイッチング素子を用いるのが好ましい。従って、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａおよび第２のスイッチング素子２１ｂはシリコン半導体で構成し、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａおよび第２のスイッチング素子２４ｂはワイドバンドギャップ半導体で構成するのが好ましい。同様に、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａおよび第２のスイッチング素子２７ｂはシリコン半導体で構成し、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａおよび第２のスイッチング素子２４ｂはワイドバンドギャップ半導体で構成するのが好ましい。耐電圧を同じにする場合、ワイドバンドギャップ半導体で形成したスイッチング素子の方がシリコン半導体で形成したスイッチング素子よりもオン抵抗を小さくすることができるためである。これにより、全てのアーム回路のスイッチング素子をワイドバンドギャップ半導体で構成するよりもインバータ回路８１の低コスト化を図ることができる。

本実施の形態１では、例示として、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数が２５ｋＨｚであって、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数が７５ｋＨｚである場合について説明した。つまり、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数の３倍（整数倍）である例について説明したが、例えば、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数が５３ｋＨｚであって、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数が２５ｋＨｚであってもよい。すなわち、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数の整数倍でなくてもよい。また、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数と共通アーム回路２４のスイッチング周波数とが異なる周波数であってもよく、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数、および共通アーム回路２４のスイッチング周波数はそれぞれ異なっていてよい。また、それぞれの周波数は互いに可聴周波数以上の差があることが好ましい。ここで、可聴周波数とは、およそ２０ｋＨｚである。それぞれ異なるスイッチング周波数の差が可聴周波数未満の場合には、周波数の差分が干渉音（唸り）となって誘導加熱装置１００の使用者に聞こえるため、使用者が不快を感じるためである。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。図９のタイムチャートは、実施の形態１で説明した誘導加熱装置１００の状態を示すタイムチャートであり、図８に示したタイムチャートの状態から第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力を低減する場合の電力制御方法について示したものである。図９において、図８と同一の記載については同一の内容を意味しており、その説明を省略する。また、本実施の形態２において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。

図９は図８と同じく、図９（ａ）〜（ｆ）が各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号波形であり、図９（ｇ）〜（ｊ）がインバータ回路８１から出力される電圧波形および電流波形である。本実施の形態２では、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により制御する方法について説明する。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、誘導加熱装置１００の制御回路８５が、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのオン時間のデューティ比を２５％にする制御信号Ｈ１を出力し、第１のアーム回路２１の第２のスイッチング素子２１ｂのオン時間のデューティ比を７５％にする制御信号Ｌ１を出力する。また、図９（ｅ）および図９（ｆ）に示すように、誘導加熱装置１００の制御回路８５が、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比を２５％にする制御信号Ｈ７を出力し、第２のアーム回路２７の第２のスイッチング素子２７ｂのオン時間のデューティ比を７５％にする制御信号Ｌ７を出力する。

ここでは、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａおよび第２のアーム回路２７の第２のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比を両方とも２５％にする場合について示したが、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのオン時間のデューティ比と第２のアーム回路２７の第２のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比とはそれぞれ独立に制御可能であって、それぞれオン時間のデューティ比が異なっていてよい。第１のアーム回路２１および第２のアーム回路２７の第２のスイッチング素子２７ａ、２７ｂのゲート信号は、第１のスイッチング素子２１ａ、２７ａのゲート信号に対応して一義的に決まるので説明を省略する。

図９（ｃ）および図９（ｄ）に示すように、誘導加熱装置１００の制御回路８５が、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのオン時間のデューティ比を５０％にする制御信号Ｈ４を出力し、共通アーム回路２４の第２のスイッチング素子２４ｂのオン時間のデューティ比を５０％にする制御信号Ｌ４を出力する。

この結果、図９（ｇ）に示すように、第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に接続された第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路には、＋Ｖｏ、０、−Ｖｏ、＋Ｖｏと変化する矩形波電圧が印加される。この矩形波電圧の電圧が＋Ｖｏの期間は１周期の２５％であり、電圧が−Ｖｏの期間は１周期の５０％であり、電圧が０の期間は１周期の２５％である。図９（ｇ）と図８（ｇ）とを比較すると、第１の共振回路に印加される矩形波電圧において、＋Ｖｏのパルス幅が減少していることが分かる。そして、図９（ｈ）に示すように、第１の加熱コイル３１に流れる電流の最大値および最小値の絶対値は、Ｉｏよりも小さくなる。図９（ｈ）と図８（ｈ）とを比較すると、図９（ｈ）の方が第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさが小さくなっていることが分かる。また、第１の加熱コイル３１に流れる電流の周波数は２５ｋＨｚであり、図８（ｈ）の状態から変化していない。

第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物に入力されて被加熱物を誘導加熱する電力は、第１の加熱コイル３１に流れる電流の２乗に比例する。従って、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのオン時間のデューティ比を変化させることによって、第１の加熱コイル３１に供給される交流電流の電流値を変化させて、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物に入力される電力を制御することができる。

一方、図９（ｉ）に示すように、第２のアーム回路２７の出力端２９と共通アーム回路２４の出力端２６との間に接続された第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路には、＋Ｖｏ、０、＋Ｖｏ、０、−Ｖｏ、０、−Ｖｏ、＋Ｖｏと変化する矩形波電圧が印加される。この矩形波電圧の電圧が＋Ｖｏの期間は共通アーム回路２４のスイッチング周期の２／１２であり、電圧が−Ｖｏの期間は共通アーム回路２４のスイッチング周期の５／１２であり、電圧が０の期間は共通アーム回路２４のスイッチング周期の５／１２である。図９（ｉ）と図８（ｉ）とを比較すると、第２の共振回路に印加される矩形波電圧において、＋Ｖｏのパルス幅が半分に減少し、電圧が０の期間と−Ｖｏの期間がやや増加している。そして、図９（ｊ）に示すように、第２の加熱コイル３２に流れる電流の最大値および最小値の絶対値は、Ｉｏよりも小さくなる。図９（ｊ）と図８（ｊ）とを比較すると、図９（ｊ）の方が第２の加熱コイル３２に流れる電流の大きさが小さくなっている。また、第２の加熱コイル３２に流れる電流の周波数は７５ｋＨｚであり、図８（ｊ）の状態から変化していない。

以上のように、図９（ｅ）および図９（ｆ）に示すように、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比を変化させることによって、第２の加熱コイル３２に供給される交流電流の電流値を変化させて、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物に入力される電力を制御することができる。

そして、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのオン時間のデューティ比と第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比をそれぞれ独立に制御することで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とをそれぞれ独立に制御することができる。この結果、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物と第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物とをそれぞれ独立に制御可能な電力で誘導加熱することができるので、異種材質からなる被加熱物の内周側および外周側の加熱温度をそれぞれ独立して制御することができる。

なお、本実施の形態２では、第１のアーム回路２１および第２のアーム回路２７をＰＷＭにより制御して、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流をそれぞれ独立して制御する方法について説明したが、共通アーム回路２４をＰＷＭにより制御して、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流を一緒に制御することも可能である。第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流を一緒に制御することで、異種材質からなる被加熱物であるフライパンなどの入力電力を一体的に制御できるので、使用者の目的に応じて使い分けることで利便性を高めることができる。第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流を独立に制御するのか一緒に制御するのかといったことは、例えば、操作部５を使用者が操作した場合の操作信号に基づいて制御回路８５が決定してよい。

なお、本実施の形態２で説明したＰＷＭ制御による第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の制御は、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の周波数である第１の周波数と、第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の周波数である第２の周波数とがどのような関係であっても行うことができる。つまり、本実施の形態２では、第１の周波数が２５ｋＨｚであって、第２の周波数が７５ｋＨｚである場合について説明したが、例えば、第１の周波数が２５ｋＨｚであって、第２の周波数が５７ｋＨｚであるというような、第２の周波数が第１の周波数の整数倍でない場合であってもよい。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。図１０のタイムチャートは、実施の形態１で説明した誘導加熱装置１００の状態を示すタイムチャートであり、図８に示したタイムチャートの状態から第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力を低減する場合の電力制御方法について示したものである。図１０において、図８および図９と同一の記載については同一の内容を意味しており、その説明を省略する。また、本実施の形態３において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。

図１０は図８および図９と同じく、図１０（ａ）〜（ｆ）が各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号波形であり、図１０（ｇ）〜（ｊ）がインバータ回路８１から出力される電圧波形および電流波形である。本実施の形態３では、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１を位相差制御し、共通アーム回路２４と異なる周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７をＰＷＭ制御して、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力をそれぞれ独立に制御する方法について説明する。

図１０（ａ）に示すように、誘導加熱装置１００の制御回路８５が、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号がＯＦＦからＯＮに変化するタイミング、すなわち第１のスイッチング素子２１ａがターンオンするタイミングを９０°遅らせたゲート信号Ｈ１を出力する。第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１のオン時間のデューティ比は、図８の場合と同じく５０％である。第１のアーム回路２１の第２のスイッチング素子２１ｂのゲート信号Ｌ１は、第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１に基づいて一義的に決まるので、制御回路８５は、第２のスイッチング素子２１ｂのゲート信号Ｌ１はＯＦＦからＯＮに変化するタイミング、すなわちターンオフするタイミングを９０°遅らせたゲート信号Ｌ１を出力する。第２のスイッチング素子２１ｂのゲート信号Ｌ１のデューティ比も、図８の場合と同じく５０％である。

図１０（ｃ）に示すように、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのスイッチング周波数は、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのスイッチング周波数と同じ２５ｋＨｚであって、オン時間のデューティ比は５０％である。従って、図１０（ａ）のように、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａがターンオンするタイミングを変化させることとは、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａがターンオンするタイミングと共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａがターンオンするタイミングとの間の時間を変化させることである。このような制御を位相差制御と呼ぶ。

図１０（ａ）に示すように、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａがターンオンするタイミングを９０°遅らせることで、図１０（ｇ）に示すように、第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に接続された第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路には、＋Ｖｏ、０、−Ｖｏ、０、＋Ｖｏと変化する矩形波電圧が印加される。この矩形波電圧の電圧が＋Ｖｏの期間は１周期の２５％であり、電圧が−Ｖｏの期間は１周期の２５％であり、電圧が０の期間は１周期の５０％である。図１０（ｇ）と図８（ｇ）とを比較すると、第１の共振回路に印加される矩形波電圧において、＋Ｖｏのパルス幅および−Ｖｏのパルス幅が減少していることが分かる。そして、図１０（ｈ）に示すように、第１の加熱コイル３１に流れる電流の最大値および最小値の絶対値は、Ｉｏよりも小さくなる。図１０（ｈ）と図８（ｈ）とを比較すると、図１０（ｈ）の方が第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさが小さくなっていることが分かる。また、第１の加熱コイル３１に流れる電流の周波数は２５ｋＨｚであり、図８（ｈ）の状態から変化していない。

従って、図８（ａ）、（ｃ）が示す状態から図１０（ａ）、（ｃ）が示す状態に制御する、すなわち第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａがターンオンするタイミングと共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａがターンオンするタイミングとの間の時間を変化させることによって、第１の加熱コイル３１に供給される交流電流の電流値を変化させて、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物に入力される電力を制御することができる。

一方、第２のアーム回路２７と共通アーム回路２４とからなる第２のフルブリッジ回路の各スイッチング素子の制御については、実施の形態２と同一である。すなわち、共通アーム回路２４のスイッチング周波数と異なる周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７は、第１のスイッチング素子２７ａのオン時間のデューティ比を変化させて、第２の加熱コイル３２に供給する交流電流の電流値を制御している。

以上のように、本実施の形態３で説明したように、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数と同一であって、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数と異なる場合には、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１を位相差制御し、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７をＰＷＭ制御することで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とをそれぞれ独立に制御することができる。

同様に、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数とは異なり、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数と同一である場合には、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａのゲート信号Ｈ１をＰＷＭ制御し、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７を位相差制御することで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とをそれぞれ独立に制御することができる。

なお、本実施の形態３においても、ＰＷＭ制御を行う側のアーム回路のスイッチング周波数は、共通アーム回路２４のスイッチング周波数と無関係であってよく、スイッチング周波数を任意に選択することができる。

実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。図１１のタイムチャートは、実施の形態１で説明した誘導加熱装置１００の状態を示すタイムチャートであり、図８に示したタイムチャートの状態から第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力を低減する場合の電力制御方法について示したものである。図１１において、図８、図９、および図１０と同一の記載については同一の内容を意味しており、その説明を省略する。また、本実施の形態４において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。

図１１は図８、図９、および図１０と同じく、図１１（ａ）〜（ｆ）が各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号波形であり、図１１（ｇ）〜（ｊ）がインバータ回路８１から出力される電圧波形および電流波形である。本実施の形態４では、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１を位相差制御し、共通アーム回路２４と異なる周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７も位相差制御して、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力をそれぞれ独立に制御する方法について説明する。共通アーム回路２４と異なる周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数の２ｎ＋１倍（ｎは１以上の自然数）である。

図１１（ａ）〜（ｄ）および図１１（ｇ）、（ｈ）で示した第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とからなる第１のフルブリッジ回路から第１の加熱コイル３１に供給される交流電流は、実施の形態３で説明したように位相差制御によって電流値が制御される。実施の形態３と動作が同一であるので説明を省略する。

図１１（ｅ）に示すように、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７は、図８（ｅ）のゲート信号Ｈ７と比較して分かるように、図８（ｅ）の状態から位相が９０°遅れている。図１１（ｃ）と図８（ｃ）との比較から分かるように、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａのゲート信号Ｈ４は、図１１（ｃ）と図８（ｃ）とで同じであるので、図１１（ｅ）は図８（ｅ）の状態から第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａがターンオンするタイミングと共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａがターンオンするタイミングとの間の時間が変化している。この結果、図１１（ｉ）と図８（ｉ）との比較から分かるように、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路に印加される電圧は、＋Ｖｏと−Ｖｏの期間が減少し、電圧が０の期間が増加する。このため、図１１（ｊ）に示すように第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値は、図８（ｊ）の状態から減少する。

実施の形態１の図８（ａ）で示したように、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７の位相差が０°の場合には、図８（ｉ）のように第２の共振回路に印加される電圧波形における電圧値の絶対値がＶｏの期間の割合が４／６である。一方、本実施の形態４のように、共通アーム回路２４とスイッチング周波数が異なる第２のアーム回路２７の位相差を制御して第２の加熱コイル３２に流れる交流電流を低減する場合には、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａのゲート信号Ｈ７の位相差が１８０°の場合に第２の加熱コイル３２に流れる交流電流が最小になる。この場合、第２の共振回路に印加される電圧波形における電圧値の絶対値がＶｏの期間の割合は、２／６になる。つまり、本実施の形態４で説明した位相差制御により、第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の大きさを半分まで減少させることができる。

共通アーム回路２４とはスイッチング周波数が異なる第２のアーム回路２７を位相差制御して、第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値を制御する場合、共通アーム回路２４のスイッチング周波数と第２のアーム回路２７のスイッチング周波数とが近い方が電流値の制御量を大きくすることができる。第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、共通アーム回路２４のスイッチング周波数の２ｎ＋１倍（ｎは１以上の自然数）である必要があるので、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、共通アーム回路２４のスイッチング周波数の３倍が最も好ましい。

以上のように、本実施の形態４に係る誘導加熱装置１００は、第１のアーム回路２１の第１のスイッチング素子２１ａの位相差を制御することで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値を制御することができ、第２のアーム回路２７の第１のスイッチング素子２７ａの位相差を制御することで、第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値を制御することができる。また、共通アーム回路２４の第１のスイッチング素子２４ａの位相差を制御する場合には、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とを同時に制御することができる。

実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５における誘導加熱装置のインバータ回路を構成する各スイッチング素子のゲート信号とインバータ回路から出力される電圧波形および電流波形を示すタイムチャートである。図１２のタイムチャートは、実施の形態１で説明した誘導加熱装置１００の状態を示すタイムチャートであり、図８に示したタイムチャートの状態から第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力を低減する場合の電力制御方法について示したものである。図１２において、図８、図９、図１０および図１１と同一の記載については同一の内容を意味しており、その説明を省略する。また、本実施の形態５において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。

図１２は、図８、図９、図１０および図１１と同じく、図１２（ａ）〜（ｆ）が各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号波形であり、図１２（ｇ）〜（ｊ）がインバータ回路８１から出力される電圧波形および電流波形である。本実施の形態５では、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１を周波数制御し、共通アーム回路２４と異なる周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７も周波数制御することで、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２の入力電力をそれぞれ独立に制御する方法について説明する。

図１２（ａ）〜（ｆ）に示した各ゲート信号は、図８（ａ）〜（ｆ）に示した各ゲート信号と比べて、スイッチング周期に対するオン時間のデューティ比が５０％となる点は同じであるが、ゲート信号の周波数が高くなるようにゲート信号の周期を変更している。本実施の形態５では、図８（ａ）〜（ｆ）が周波数変更前の各スイッチング素子のゲート信号であり、図１２（ａ）〜（ｆ）が周波数変更後の各スイッチング素子のゲート信号である。

図８（ａ）〜（ｄ）に示した第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４の各スイッチング素子のゲート信号の周波数変更前の周波数は２５ｋＨｚであり、図８（ｅ）、（ｆ）に示した第２のアーム回路２７の各スイッチング素子のゲート信号の周波数変更前の周波数は７５ｋＨｚである。また、図１２（ａ）〜（ｄ）に示した第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４の各スイッチング素子のゲート信号の周波数変更後の周波数は２６ｋＨｚであり、図１２（ｅ）、（ｆ）に示した第２のアーム回路２７の各スイッチング素子のゲート信号の周波数変更後の周波数は７８ｋＨｚである。

図１２（ｇ）に示すように、第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に接続された第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路には、周波数が２６ｋＨｚで＋Ｖｏ、−Ｖｏと変化する矩形波電圧が印加される。第１の共振回路に印加される電圧の周波数が２６ｋＨｚとなると、周波数が２５ｋＨｚであった場合と比べて、第１の共振回路に印加される電圧の周波数が第１の共振回路の共振周波数２２．７ｋＨｚから遠ざかることになる。この結果、図１２（ｈ）に示すように、第１の加熱コイル３１に流れる電流の最大値および最小値の絶対値は、Ｉｏよりも小さくなる。図１２（ｈ）と図８（ｈ）を比較すると、図１２（ｈ）の方が第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさが小さくなっていることが分かる。また、第１の加熱コイル３１に流れる電流の周波数は２６ｋＨｚであり、図８（ｈ）の周波数２５ｋＨｚから変化している。

第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物に入力されて被加熱物を誘導加熱する電力は、第１の加熱コイル３１に流れる電流の２乗に比例する。従って、図１２（ａ）〜（ｄ）に示すように、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１の周波数を変化させることによって、第１の加熱コイル３１に供給される交流電流の電流値を変化させて、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物に入力される電力を制御することができる。

同様に、図１２（ｉ）に示すように、第２のアーム回路２７の出力端２９と共通アーム回路２４の出力端２６との間に接続された第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路には、周波数が７８ｋＨｚと２６ｋＨｚに起因した＋Ｖｏ、０、＋Ｖｏ、−Ｖｏ、０、−Ｖｏと変化する矩形波電圧が印加される。第２の共振回路に印加される電圧の周波数が７８ｋＨｚとなると、周波数が７５ｋＨｚであった場合と比べて、第２の共振回路に印加される電圧の周波数が第２の共振回路の共振周波数７２．６ｋＨｚから遠ざかることになる。この結果、図１２（ｊ）に示すように、第２の加熱コイル３２に流れる電流の最大値および最小値の絶対値は、Ｉｏよりも小さくなる。図１２（ｊ）と図８（ｊ）とを比較すると、図１２（ｊ）の方が第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさが小さくなっていることが分かる。また、第１の加熱コイル３１に流れる電流の周波数は７８ｋＨｚであり、図８（ｊ）の周波数７５ｋＨｚから変化している。

第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物に入力されて被加熱物を誘導加熱する電力は、第２の加熱コイル３２に流れる電流の２乗に比例する。従って、図１２（ｅ）〜（ｆ）に示すように、第２のアーム回路２７の周波数を変化させることによって、第２の加熱コイル３２に供給される交流電流の電流値を変化させて、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物に入力される電力を制御することができる。

ただし、第１のアーム回路２１と同じスイッチング周波数でスイッチングされる共通アーム回路２４のスイッチング周波数を変化させると、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を変化させない場合であっても、変更された共通アーム回路２４のスイッチング周波数によっては、第２の加熱コイル３２の電流が変化する場合がある。例えば、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１のスイッチング周波数を２５ｋＨｚから２６ｋＨｚに変更し、第２のアーム回路２７の周波数を７５ｋＨｚに維持した場合では、第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさは小さくなり、第２の加熱コイル３２に流れる電流は小さくなる。一方、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１のスイッチング周波数を２５ｋＨｚから２４ｋＨｚに変更し、第２のアーム回路２７の周波数を７５ｋＨｚに維持した場合では、第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさは大きくなり、第２の加熱コイル３２に流れる電流は大きくなる。また、変更する周波数次第で、第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさは大きくなり、第２の加熱コイル３２に流れる電流は小さくなる場合や、第１の加熱コイル３１に流れる電流の大きさは小さくなり、第２の加熱コイル３２に流れる電流は大きくなる場合もある。

したがって、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２に流れる電流とを制御する場合には、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１の周波数を変化させた後に、第２のアーム回路２７の周波数を変化させて制御してもよい。

また、制御回路８５は、共通アーム回路２４の周波数を変化させた場合の第２の加熱コイル３２に流れる電流および電力の増減を予め把握しておき、ある程度の電力を段階的に切り替える場合では、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１の周波数を変化させつつ、第２のアーム回路２７の周波数を変化させることで、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２に流れる電流を同時に制御してもよい。

本実施の形態５では、共振周波数からゲート信号の周波数を遠ざけることで、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２に流れる電流を小さくなることを説明したが、共振周波数にゲート信号の周波数を近づけることで、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２に流れる電流を大きくしてもよい。

このように、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１のスイッチング周波数を変化させ、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を変化させることで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とをそれぞれ独立に制御することができる。この結果、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物と第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物とをそれぞれ独立に制御可能な電力で誘導加熱することができるので、異種材質からなる被加熱物の内周側および外周側の加熱温度をそれぞれ独立して制御することができる。

同様に、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数とは異なり、第２のアーム回路２７のスイッチング周波数が共通アーム回路２４のスイッチング周波数と同一である場合には、第１のアーム回路２１のスイッチング周波数を変化させ、共通アーム回路２４と同じ周波数でスイッチングされる第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を変化させることで、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の電流値と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流の電流値とをそれぞれ独立に制御することができる。

なお、本実施の形態５においても、異なる周波数でスイッチングされる第１のアーム回路２１または第２のアーム回路２７のスイッチング周波数は、共通アーム回路２４のスイッチング周波数と無関係であってよく、スイッチング周波数を任意に選択することができる。

次に、各スイッチング素子のスイッチング周波数を共振周波数に近づける場合の周波数の制御について説明する。前述したように、一般に、誘導加熱装置のインバータ回路では、アーム回路を共振回路の共振周波数より高い周波数でスイッチングして、加熱コイルに流れる交流電流の位相がアーム回路のスイッチングより遅れ位相となるようにして、スイッチング損失が増大するのを抑制している。誘導加熱している際に、例えば、調理動作として鍋振りをすることで共振回路のインピーダンスが変化し、完全共振の状態や進み位相となる場合がある。この場合、スイッチング素子に流れる電流やサージ電圧が大きくなって各アーム回路のスイッチング素子などが破壊される恐れもある。したがって、ゲート信号の周波数を共振周波数に近づける場合であっても、必ず進み位相にならないように、スイッチング周波数を共振周波数より高い周波数で制御することが好ましい。

その方法として、例えば、制御回路８５に予め周波数の閾値と負荷の共振周波数の誤差とを設定しておき、共振周波数とスイッチング周波数との差が、周波数の閾値以上となるようにスイッチング周波数を制御してよい。また、制御回路８５は、負荷の共振周波数を常に検知し、共振周波数とスイッチング周波数との差をフィードバックすることでゲート信号の周波数を制御し、常に周波数の閾値以上となるようにスイッチング周波数を制御しても良い。さらに、制御回路８５は、インバータ回路８１の出力する電圧および電流を検出し、電圧と電流との位相差をフィードバックすることでスイッチング周波数を制御し、常に遅れ位相となるように制御してもよい。また、スイッチング周波数が共振周波数より低い周波数となり、進み位相となった場合には、制御回路８５は、保護動作として各スイッチング素子のスイッチングを停止させて、誘導加熱を停止してもよい。

なお、本実施の形態５では、第１の加熱コイル３１の入力電力と第２の加熱コイル３２の入力電力との両方を周波数制御により制御する方法について説明したが、第１の加熱コイル３１または第２の加熱コイル３２の一方の入力電力を実施の形態２または３で示したＰＷＭ制御または位相差制御により制御し、第１の加熱コイル３１または第２の加熱コイル３２のうち他方の入力電力を本実施の形態５の周波数制御により制御してもよい。また、ＰＷＭ制御と周波数制御とを組み合わせて、ＰＷＭ制御しながら周波数制御を行ってもよい。

実施の形態６．
図１３は、本発明の実施の形態６における誘導加熱装置で被加熱物を誘導加熱する場合の加熱コイル上に載置された被加熱物の位置を示す平面図である。図１３（ａ）は、異種材質からなる被加熱物１１０ｂの中心が加熱コイル３０の中心に一致する状態で被加熱物１１０ｂが載置された様子を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、異種材質からなる被加熱物１１０ｂの中心が加熱コイル３０の中心からずれた状態で被加熱物１１０ｂが載置された様子を示す平面図である。本実施の形態６において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。本実施の形態６では、実施の形態１の誘導加熱装置１００と相違する点について説明する。

本実施の形態６の誘導加熱装置１００は、トッププレート２上に載置された被加熱物の材質を判別する負荷検知を定期的に行う。誘導加熱装置１００の負荷検知部１１は、例えば、数秒に１回といった間隔で、第１の加熱コイル３１上および第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物の材質をそれぞれ判別し、判別結果を制御回路８５に送信する。制御回路８５は、負荷検知部１１から定期的に送信された判別結果に基づいて、インバータ回路８１の第１のアーム回路２１、共通アーム回路２４、および第２のアーム回路２７のスイッチングを制御し、インバータ回路８１は、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２に交流電流を供給する。

負荷検知部１１は、図３に示したように誘導加熱装置１００に交流電源９が接続される電源供給部８２に設けてもよい。しかし、交流電源９から誘導加熱装置１００に入力される電流を検出して負荷検知を行う場合、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物の材質と第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物の材質とを同時に判別することができないので、負荷検知に多くの時間を要し、定期的に負荷検知を行う場合には好ましくない。負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１と直列接続された電流検出部と第２の加熱コイル３２に直列接続された電流検出部とにより、第１の加熱コイル３１上の被加熱物と第２の加熱コイル３２上の被加熱物とを同時に負荷検知できる構成が好ましい。第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のそれぞれに電流検出部が直列接続されている場合、負荷検知部１１は、被加熱物を誘導加熱している際に各加熱コイルに流れる電流から被加熱物の材質を判別して、判別結果を定期的に制御回路８５に送信すればよい。

以下では、負荷検知部１１が、第１の加熱コイル３１に直列接続された電流検出部と第２の加熱コイル３２に直列接続された電流検出部とで検出された各加熱コイルに流れる電流に基づいて被加熱物の材質を判別する場合について説明する。しかし、負荷検知部１１の構成はこれに限るものではなく、図３で示したように交流電源９から入力される電流に基づいて被加熱物の材質を判別する構成であってもよい。

図１３において、加熱コイル３０は、被加熱物１１０ｂの底部の内周側を誘導加熱する第１の加熱コイル３１と、被加熱物１１０ｂの底部の外周側を誘導加熱する第２の加熱コイル３２とで構成されている。被加熱物１１０ｂは、アルミなどの非磁性金属で形成されたフライパンなどの鍋の底部１１１に鉄などの磁性金属からなる磁性金属部１１２を接合して構成されている。

図１３（ａ）に示すように、使用者が、加熱コイル３０の中心と被加熱物１１０ｂの中心とが一致するように被加熱物１１０ｂを加熱コイル３０上に載置して、被加熱物の誘導加熱を開始するために誘導加熱装置１００の操作部５を操作すると、誘導加熱装置１００は、実施の形態１で説明したように第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２にパルス的な電流を流して、第１の加熱コイル３１上および第２の加熱コイル３２上の被加熱物の材質を判別する。そして、負荷検知部１１が判別した結果に基づいて、インバータ回路８１は、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とに同じまたは異なる周波数の交流電流を供給する。

図１３（ａ）の場合、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物１１０ｂの材質は磁性金属であって、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物１１０ｂの材質も磁性金属であるので、インバータ回路８１は、第１の加熱コイル３１と第２の加熱コイル３２とに同じ周波数の交流電流を供給する。この場合、図３に示す回路図において制御回路８５は、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４を閉じてコンデンサ４２とコンデンサ４３とを並列に接続し、第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８を閉じてコンデンサ４６とコンデンサ４７とを並列に接続する。

各加熱コイルのインダクタンスおよび各コンデンサの静電容量を実施の形態１で例示した値とした場合、図１３（ａ）の状態では、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とからなる第１の共振回路の共振周波数は２２．７ｋＨｚとなり、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路の共振周波数も２２．７ｋＨｚとなる。従って、インバータ回路８１は、第１のアーム回路２１、共通アーム回路２４、および第２のアーム回路２７を２５ｋＨｚでスイッチングして、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のそれぞれに２５ｋＨｚの交流電流を供給する。

そして、負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１に流れる２５ｋＨｚの交流電流と第２の加熱コイル３２に流れる２５ｋＨｚの交流電流とをそれぞれ電流検出部で検出して、第１の加熱コイル３１上および第２の加熱コイル３２上に載置されている被加熱物の材質はそれぞれ磁性金属であると判別する。この判別結果は、被加熱物の誘導加熱開始時に判別した結果なので、誘導加熱装置１００は、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２のそれぞれに２５ｋＨｚの交流電流を供給し続ける。

ここで、図１３（ｂ）に示すように、使用者が鍋振りなどを行って、被加熱物１１０ｂの中心が加熱コイル３０の中心からずれた位置ずれが発生したとする。この場合、第１の加熱コイル３１上には被加熱物１１０ｂの磁性金属部１１２が載置されているので、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流の大きさは変化しない。一方、第２の加熱コイル３２上には被加熱物１１０ｂの磁性金属部１１２と磁性金属部１１２の外周側に設けられた非磁性金属からなる底部１１１とが載置されるので、第２の加熱コイル３２のインダクタンスが減少し、第２の加熱コイル３２上の被加熱物の抵抗も減少する。この結果、第２の加熱コイル３２に流れる電流が変化するので、負荷検知部１１は、第２の加熱コイル３２上の負荷が変化したことを検知する。この際、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物のうち非磁性金属からなる部位の割合が所定量を超えると、負荷検知部１１は、第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物の材質は非磁性金属であると判別する。

負荷検知部１１は、第１の加熱コイル３１上の被加熱物の材質および第２の加熱コイル３２上の被加熱物の材質を定期的に判別して制御回路８５に送信しているので、制御回路８５が第２の加熱コイル３２上の被加熱物の材質が磁性金属から非磁性金属に変化したことを認識すると、制御回路８５は第２の可変容量コンデンサ４５の静電容量を変更する。
すなわち、制御回路８５は、第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８を開いて、コンデンサ４６からコンデンサ４７を切り離すので、第２の可変容量コンデンサ４５の静電容量は０．０２４μＦとなる。図１３（ｂ）に示すように、第２の加熱コイル３２上の被加熱物が完全に非磁性金属になるわけではないので、第２の加熱コイル３２のインダクタンスは、２００μＨよりは大きいが３００μＨより小さくなる。この結果、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とからなる第２の共振回路の共振周波数が高くなる。

そして、制御回路８５は、インバータ回路８１が第２のアーム回路２７を第１のアーム回路２１および共通アーム回路２４のスイッチング周波数よりも高い周波数でスイッチングするように各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号を出力する。この場合の各アーム回路のスイッチング素子のゲート信号は、上記実施の形態１〜４で説明した通りである。これにより、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給し、第２の加熱コイル３２に第１の周波数より周波数が高い第２の周波数の交流電流を供給して、被加熱物１１０ｂの磁性金属部１１２の外周側の非磁性金属からなる底部１１１を効率よく誘導加熱することができる。この結果、被加熱物の位置ずれが発生しても被加熱物の底部の温度均一性を改善することができる。

実施の形態７．
図１４は、本発明の実施の形態７における誘導加熱装置による２つの被加熱物を誘導加熱する様子を示す斜視図である。図１４において、実施の形態１の図５と同じ符号を付けたものは同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。また、本実施の形態７において、誘導加熱装置１００の構成などは実施の形態１と同一であり、誘導加熱装置１００の構成要素で同一の符号を付して説明したものは実施の形態１と同一である。本実施の形態７は、実施の形態１とは、第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２がそれぞれ異なる加熱口に設けられた構成が相違している。

図１３に示すように、誘導加熱装置１００はトッププレート２に表示された載置位置３ａに対向して第１の加熱コイル３１が設けられており、載置位置３ｃに対向して第２の加熱コイル３２が設けられている。第１の加熱コイル３１には第１の可変容量コンデンサ４１が直列接続されて、第１の加熱コイル３１と第１の可変容量コンデンサ４１とが第１の共振回路を構成している。第２の加熱コイル３２には第２の可変容量コンデンサ４５が直列接続されて、第２の加熱コイル３２と第２の可変容量コンデンサ４５とが第２の共振回路を構成している。

第１の加熱コイル３１および第２の加熱コイル３２は、実施の形態１の図３の回路図で示したインバータ回路８１により交流電流が供給される。すなわち、第１の加熱コイル３１は、第１のアーム回路２１の出力端２３と共通アーム回路２４の出力端２６との間に電気的に接続されており、第２の加熱コイル３２は、第２のアーム回路２７の出力端２９と共通アーム回路２４の出力端２６との間に電気的に接続されている。

図１４に示すように、第１の加熱コイル３１上に第１の加熱コイル３１に流れる交流電流により誘導加熱される第１の被加熱物１１０ａが載置され、第２の加熱コイル３２上に第２の加熱コイル３２に流れる交流電流により誘導加熱される第２の被加熱物１１０ｃが載置される。使用者が、誘導加熱装置１００の操作部５を操作して、第１の被加熱物１１０ａおよび第２の被加熱物１１０ｃを誘導加熱するための操作を行うと、負荷検知部１１が、第１の加熱コイル３１上に載置された被加熱物１１０ａの材質および第２の加熱コイル３２上に載置された被加熱物１１０ｃの材質を判別する。

負荷検知部１１が、第１の加熱コイル３１上の被加熱物１１０ａの材質は鉄などの磁性金属であって、第２の加熱コイル３２上の被加熱物１１０ｃの材質はアルミなどの非磁性金属であると判別した場合、制御回路８５は、第１の可変容量コンデンサ４１の開閉器４４を閉じてコンデンサ４２とコンデンサ４３とを並列に接続し、第２の可変容量コンデンサ４５の開閉器４８を開いてコンデンサ４６からコンデンサ４７を切り離す。そして、実施の形態１で説明したように、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とを第１の周波数でスイッチングさせ、第２のアーム回路２７を第２の周波数でスイッチングさせる。第１の周波数は、例えば２５ｋＨｚであってよく、第２の周波数は、例えば７５ｋＨｚであってよい。この結果、第１の加熱コイル３１には２５ｋＨｚの交流電流が流れ、磁性金属からなる第１の被加熱物１１０ａを２５ｋＨｚの交番磁束により誘導加熱する。また、第２の加熱コイル３２には７５ｋＨｚの交流電流が流れ、非磁性金属からなる第２の被加熱物１１０ｃを７５ｋＨｚの交番磁束で誘導加熱する。

なお、第１の被加熱物１１０ａと第２の被加熱物１１０ｃとが、共に磁性金属である場合や、共に非磁性金属である場合には、第１のアーム回路２１、共通アーム回路２４、および第２のアーム回路２７のスイッチング周波数を同じにして、第１の加熱コイル３１に流れる交流電流と第２の加熱コイル３２に流れる交流電流とを同じ周波数としてよい。

また、第１の可変容量コンデンサ４１および第２の可変容量コンデンサ４５は、必ずしも可変容量コンデンサでなくてもよく、静電容量が一定なコンデンサであってもよい。この場合、例えば、第１の加熱コイル３１が設けられた加熱口を磁性金属の被加熱物を誘導加熱する加熱口とし、第２の加熱コイル３２が設けられた加熱口を非磁性金属の被加熱物を誘導加熱する加熱口とする。そして、第１の加熱コイル３１に直列接続されるコンデンサを、第１の可変容量コンデンサ４１から開閉器４４を除去してコンデンサ４２とコンデンサ４３とを並列接続して構成し、第２の加熱コイル３２に直列接続されるコンデンサを、第２の可変容量コンデンサ４５から開閉器４８とコンデンサ４７とを除去してコンデンサ４６のみで構成する。そして、第１のアーム回路２１と共通アーム回路２４とを第１の周波数でスイッチングさせ、第２のアーム回路２７を第２の周波数でスイッチングさせて、第１の加熱コイル３１に第１の周波数の交流電流を供給し、第２の加熱コイル３２に第２の周波数の交流電流を供給してもよい。

以上、本発明の実施の形態１〜７について説明した。これらの、本発明の実施の形態１〜７で説明した構成は互いに組合せることができる。

１１ 負荷検知部
２１ 第１のアーム回路、２１ａ 第１のスイッチング素子、２３ 出力端
２４ 共通アーム回路、２４ａ 第１のスイッチング素子、２６ 出力端
２７ 第２のアーム回路、２１ａ 第２のスイッチング素子、２９ 出力端
３１ 第１の加熱コイル、３２ 第２の加熱コイル
４１ 第１の可変容量コンデンサ、４５ 第２の可変容量コンデンサ
８１ インバータ回路
１００ 誘導加熱装置

Claims (15)

1. 第１のスイッチング素子、前記第１のスイッチング素子に直列接続された第２のスイッチング素子、および前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間に設けられた出力端を有するアーム回路を複数有し、複数の前記アーム回路に第１のアーム回路、第２のアーム回路、および共通アーム回路を含むインバータ回路と、
   前記第１のアーム回路の前記出力端と前記共通アーム回路の前記出力端との間に電気的に接続された第１の加熱コイルと、
   前記第２のアーム回路の前記出力端と前記共通アーム回路の前記出力端との間に電気的に接続された第２の加熱コイルと、
   を備え、
   前記インバータ回路は、
   前記第１の加熱コイルに第１の周波数の交流電流を供給する場合に、所定の周波数で前記共通アーム回路の前記第１のスイッチング素子をスイッチングし、
   前記第２の加熱コイルに前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の交流電流を供給する場合にも、前記第１の加熱コイルに前記第１の周波数の交流電流を供給する場合と同じ周波数で前記共通アーム回路の前記第１のスイッチング素子をスイッチングする誘導加熱装置。
2. 前記インバータ回路は、前記第１の加熱コイルに前記第１の周波数の交流電流を供給すると同時に、前記第２の加熱コイルに前記第２の周波数の交流電流を供給する請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記インバータ回路は、
   前記第１のアーム回路の前記第１のスイッチング素子を前記共通アーム回路の前記第１のスイッチング素子と同じ周波数でスイッチングし、
   前記第２のアーム回路の前記第１のスイッチング素子を前記共通アーム回路の前記第１のスイッチング素子とは異なる周波数でスイッチングする請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
4. 前記インバータ回路は、
   前記第１のアーム回路の前記第１のスイッチング素子のオン時間のデューティ比を変化させて前記第１の加熱コイルに供給される前記第１の周波数の交流電流の電流値を変化させ、
   前記第２のアーム回路の前記第１のスイッチング素子のオン時間のデューティ比を変化させて前記第２の加熱コイルに供給される前記第２の周波数の交流電流の電流値を変化させる請求項１から３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
5. 前記インバータ回路は、
   前記第１のアーム回路の前記第１のスイッチング素子がターンオンするタイミングと前記共通アーム回路の前記第１のスイッチング素子がターンオンするタイミングとの間の時間を変化させて前記第１の加熱コイルに供給される前記第１の周波数の交流電流の電流値を変化させ、
   前記第２のアーム回路の前記第１のスイッチング素子のオン時間のデューティ比を変化させて前記第２の加熱コイルに供給される前記第２の周波数の交流電流の電流値を変化させる請求項３に記載の誘導加熱装置。
6. 前記インバータ回路は、前記第１のアーム回路の前記第１のスイッチング素子を前記第１の周波数でスイッチングし、前記第２のアーム回路の前記第１のスイッチング素子を前記第２の周波数でスイッチングする請求項１から５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
7. 前記第２の周波数は、前記第１の周波数の２ｎ＋１倍（ｎは１以上の自然数）であって、
   前記インバータ回路は、
   前記第１のアーム回路および前記共通アーム回路の前記第１のスイッチング素子を前記第１の周波数でスイッチングし、前記第２のアーム回路の前記第１のスイッチング素子を前記第２の周波数でスイッチングし、
   前記第１のアーム回路の前記第１のスイッチング素子がターンオンするタイミングと前記共通アーム回路の前記第１のスイッチング素子がターンオンするタイミングとの間の時間を変化させて前記第１の加熱コイルに供給される前記第１の周波数の交流電流の電流値を変化させ、
   前記第２のアーム回路の前記第１のスイッチング素子がターンオンするタイミングと前記共通アーム回路の前記第１のスイッチング素子がターンオンするタイミングとの間の時間を変化させて前記第２の加熱コイルに供給される前記第２の周波数の交流電流の電流値を変化させる請求項３に記載の誘導加熱装置。
8. 前記インバータ回路は、
   第１のアーム回路の前記第１のスイッチング素子のスイッチング周波数を変化させて、前記第１の加熱コイルに供給される交流電流の電流値を変化させ、
   前記第２のアーム回路の前記第２のスイッチング素子のスイッチング周波数を変化させて、前記第２の加熱コイルに供給される交流電流の電流値を変化させる請求項３に記載の誘導加熱装置。
9. 前記第１の加熱コイル上および前記第２の加熱コイル上に載置される被加熱物の材質を判別する負荷検知部をさらに備え、
   前記負荷検知部が、前記被加熱物の材質は前記第１の加熱コイル上と前記第２の加熱コイル上とでは異なる材質であると判別した場合に、
   前記インバータ回路は、前記第１の加熱コイルに前記第１の周波数の交流電流を供給し、前記第２の加熱コイルに前記第２の周波数の交流電流を供給する請求項１から８のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
10. 前記第１の加熱コイルに直列接続された第１の可変容量コンデンサと、前記第２の加熱コイルに直列接続された第２の可変容量コンデンサとをさらに備え、
    前記負荷検知部が、前記被加熱物の材質は前記第１の加熱コイル上と前記第２の加熱コイル上とでは異なる材質であると判別した場合に、前記第１の可変容量コンデンサの静電容量または前記第２の可変容量コンデンサの静電容量が変更される請求項９に記載の誘導加熱装置。
11. 前記負荷検知部は、前記被加熱物の前記第１の加熱コイル上の材質と前記第２の加熱コイル上の材質とを定期的に判別する請求項９または１０に記載の誘導加熱装置。
12. 前記第１の加熱コイルおよび前記第２の加熱コイルが、１つの被加熱物を誘導加熱する請求項１から１１のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
13. 前記第１の加熱コイルおよび前記第２の加熱コイルが、それぞれ別の被加熱物を誘導加熱する請求項１から１１のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
14. 前記第１のアーム回路の前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子はシリコン半導体で形成され、
    前記第２のアーム回路の前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子はシリコンよりバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体で形成された請求項１から１３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
15. 前記第１のアーム回路の前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子はシリコン半導体で形成され、
    前記第共通アーム回路の前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子はシリコンよりバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体で形成された請求項１から１３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。

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