(57)【要約】  本願発明に係る誘導加熱調理器は、第１の加熱コイルと、前記第１の加熱コイルに隣接して配置され、これと協働して単一の被加熱体を誘導加熱する少なくとも１つの第２の加熱コイルと、前記第１および第２の加熱コイルに同一の駆動周波数を有する高周波電流をそれぞれ供給する第１および第２の駆動回路と、前記第１の加熱コイルに流れる第１の駆動電流および前記第１の加熱コイルの両端に印加される第１の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第１のｎ次成分抽出手段と、前記第２の加熱コイルに流れる第２の駆動電流および前記第２の加熱コイルの両端に印加される第２の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第２のｎ次成分抽出手段と、前記第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第１の加熱コイルの負荷抵抗を算出し、前記第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第２の加熱コイルの負荷抵抗を算出する制御回路部とを備え、制御回路部は、算出された前記第１および第２の加熱コイルの負荷抵抗に依存する電力量配分比に基づいて、前記第１および第２の駆動回路から前記第１および第２の加熱コイルにそれぞれ供給される電力量を制御することを特徴とするものである。
2012066623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の加熱コイルと、
前記第１の加熱コイルに隣接して配置され、これと協働して単一の被加熱体を誘導加熱する少なくとも１つの第２の加熱コイルと、
前記第１および第２の加熱コイルに同一の駆動周波数を有する高周波電流をそれぞれ供給する第１および第２の駆動回路と、
前記第１の加熱コイルに流れる第１の駆動電流および前記第１の加熱コイルの両端に印加される第１の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第１のｎ次成分抽出手段と、
前記第２の加熱コイルに流れる第２の駆動電流および前記第２の加熱コイルの両端に印加される第２の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第２のｎ次成分抽出手段と、
前記第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第１の加熱コイルの負荷抵抗を算出し、前記第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第２の加熱コイルの負荷抵抗を算出する制御回路部とを備え、
制御回路部は、算出された前記第１および第２の加熱コイルの負荷抵抗に依存する電力量配分比に基づいて、前記第１および第２の駆動回路から前記第１および第２の加熱コイルにそれぞれ供給される電力量を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。
【請求項２】
制御回路部は、
ａ）第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第１の加熱コイルの共振周波数またはインダクタンスを算出するとともに、第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第２の加熱コイルの共振周波数またはインダクタンスを算出し、
ｂ）前記第１および第２の加熱コイルの共振周波数および負荷抵抗の関係を示すマップ、あるいは前記第１および第２の加熱コイルのインダクタンスおよび負荷抵抗の関係を示すマップを用いて、前記第１および第２の加熱コイルの上方に載置された被加熱体の第１および第２の載置面積を算出し、
ｃ）算出された第１および第２の載置面積に依存する電力量配分比に基づいて、前記第１および第２の加熱コイルに供給する電力量を制御することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
【請求項３】
複数の第２の加熱コイルが、第１の加熱コイルと同心円状に捲回されるか、または前記第１の加熱コイルの周囲に円弧状あるいは円形状に捲回されることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。
【請求項４】
第１の加熱コイルと、前記第１の加熱コイルに隣接して配置され、これと協働して単一の被加熱体を誘導加熱する少なくとも１つの第２の加熱コイルとを有する誘導加熱調理器の制御方法であって、
前記第１および第２の加熱コイルに同一の駆動周波数を有する高周波電流をそれぞれ供給するステップと、
前記第１の加熱コイルに流れる第１の駆動電流および前記第１の加熱コイルの両端に印加される第１の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第１のｎ次成分抽出ステップと、
前記第２の加熱コイルに流れる第２の駆動電流および前記第２の加熱コイルの両端に印加される第２の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第２のｎ次成分抽出ステップと、
前記第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から、前記第１の加熱コイルの負荷抵抗を算出し、前記第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から、前記第２の加熱コイルの負荷抵抗を算出するステップと、
算出された前記第１および第２の加熱コイルの負荷抵抗に依存する電力量配分比に基づいて、前記第１および第２の駆動回路から前記第１および第２の加熱コイルに供給される電力量を制御するステップとを有することを特徴とする誘導加熱調理器の制御方法。
【請求項５】
制御するステップは、
ａ）第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第１の加熱コイルの共振周波数またはインダクタンスを算出するとともに、第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第２の加熱コイルの共振周波数またはインダクタンスを算出するサブステップと、
ｂ）前記第１および第２の加熱コイルの共振周波数および負荷抵抗の関係を示すマップ、あるいは前記第１および第２の加熱コイルの共振周波数およびインダクタンスの関係を示すマップを用いて、前記第１および第２の加熱コイルの上方に載置された被加熱体の第１および第２の載置面積を算出するサブステップと、
ｃ）算出された第１および第２の載置面積に依存する電力量配分比に基づいて、前記第１および第２の加熱コイルに供給する電力量を制御することを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、単一の被加熱体を複数の加熱コイルを用いて加熱する誘導加熱調理器およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでさまざまな誘導加熱調理器が提案されており、たとえば特許文献１および２に記載の誘導加熱調理器は、格子状に配置された複数の小型の加熱コイルと、各加熱コイルに対応する位置に配置され、鍋などの被加熱体の載置の有無を検出する複数のセンサとを有し、センサの出力に基づいて被加熱体の天板上の占有領域を特定し、特定された占有領域とその周辺の領域にある加熱コイルを選択的に駆動するものである。
【特許文献１】特開２００９−２３８５７５号公報
【特許文献２】特開２００９−２３８６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら特許文献１および２に記載の誘導加熱調理器によれば、鍋の載置の有無を検出する複数のセンサは、たとえば光学式センサであり、その上方に鍋があるか否か（鍋の有無）を検知するものに過ぎず、特定される占有領域は極めて概略的なものでしかない。また、これらの従来技術に係る誘導加熱調理器によれば、占有領域付近にある加熱コイルのみが選択的に駆動されるが、鍋が天板上においてどのように載置されているか（載置面積）については検知することができない。したがって、センサは鍋が天板上に載置されていることを検知するが、加熱コイルの上方にはまったく載置されていないか、あるいは極めて限定的な面積でしか載置されていない場合もある。このような場合、特許文献１および２に係る誘導加熱調理器は、すべての加熱コイルを同一の駆動条件で駆動するので、鍋の載置状態に依存して、鍋底の表面温度（各加熱コイルから供給される単位面積当たりの電力）にばらつきが生じ、鍋底を均一に加熱することができず、鍋に収容された食材の一部に焦げ付きや部分的な突沸が生じることがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで本願発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、誘導加熱調理器に関し、第１の加熱コイルと、前記第１の加熱コイルに隣接して配置され、これと協働して単一の被加熱体を誘導加熱する少なくとも１つの第２の加熱コイルと、前記第１および第２の加熱コイルに同一の駆動周波数を有する高周波電流をそれぞれ供給する第１および第２の駆動回路と、前記第１の加熱コイルに流れる第１の駆動電流および前記第１の加熱コイルの両端に印加される第１の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第１のｎ次成分抽出手段と、前記第２の加熱コイルに流れる第２の駆動電流および前記第２の加熱コイルの両端に印加される第２の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第２のｎ次成分抽出手段と、前記第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第１の加熱コイルの負荷抵抗を算出し、前記第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第２の加熱コイルの負荷抵抗を算出する制御回路部とを備え、制御回路部は、算出された前記第１および第２の加熱コイルの負荷抵抗に依存する電力量配分比に基づいて、前記第１および第２の駆動回路から前記第１および第２の加熱コイルにそれぞれ供給される電力量を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本願発明の誘導加熱調理器によれば、複数の加熱コイルの負荷抵抗を瞬時に算出し、算出された前記第１および第２の加熱コイルの負荷抵抗に依存する電力量配分比に基づいて、第１および第２の加熱コイルにそれぞれ供給される電力量を制御することにより、鍋底を均一に加熱して、食材の焦げ付き等を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本願発明に係る実施の形態１による加熱コイルの平面図である。
【図２】本願発明に係る誘導加熱調理器の基本的な電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図３】駆動電圧検出手段および駆動電流検出手段により検出された駆動電圧および駆動電流の波形図である。
【図４】加熱コイル上の各種材質からなる円板の載置状態を示す平面図である。
【図５】各種材質からなる円板をさまざまな位置に載置したときの共振周波数と負荷抵抗の関係を示すマップである。
【図６】各種材質からなる円板をさまざまな位置に載置したときのインダクタンスと負荷抵抗の関係を示すマップである。
【図７】実施の形態１の択一的な電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図８】本願発明に係る実施の形態１による誘導加熱調理器の電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図９】変形例による加熱コイルの平面図である。
【図１０】さらに別の変形例による加熱コイルの平面図である。
【符号の説明】
【０００７】
１：誘導加熱調理器、２：加熱コイル、１０：商用電源、１２：整流回路、１４：駆動回路、２０：ＬＣＲ誘導加熱部、２４：共振コンデンサ、３０：駆動電圧検出手段、３２：駆動電流検出手段、４０：１次成分抽出手段（ｎ次成分抽出手段）、５０：制御回路、鍋：Ｐ。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して本願発明に係る誘導加熱調理器の実施の形態を説明する。各実施の形態の説明および以下の添付図面において、同様の構成部品については同様の符号を用いて参照する。【０００９】
実施の形態１．
図１〜図１０を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱調理器の実施の形態１について以下詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係る加熱コイル２の平面図である。実施の形態１に係る加熱コイル２は、図示のように導線を平面上に捲回した内側加熱コイル（第１の加熱コイル）２ａと、その周囲に同心円状に捲回した外側加熱コイル（第２の加熱コイル）２ｂとを有する。【００１０】
また実施の形態１に係る誘導加熱調理器は、図８を参照して詳細後述するように、概略、これらの加熱コイル２ａ，２ｂを駆動するための駆動回路（第１および第２の駆動回路）１４ａ，１４ｂと、駆動回路１４ａ，１４ｂの駆動電圧および駆動電流の１次成分を検出する１次成分抽出手段（第１および第２の１次成分抽出手段）３０ａ，３０ｂと、駆動回路１４ａ，１４ｂを制御する制御回路５０とを有する。【００１１】
ここで実施の形態１に係る誘導加熱調理器の電気的構成および動作について説明する前に、まず本願発明に係る誘導加熱調理器、とりわけ１次成分抽出手段の基本的な電気的構成について以下詳細に説明する。【００１２】
図２は、単一の加熱コイル２を有する誘導加熱調理器１の概略的な電気的構成を示す回路ブロック図であり、これを参照しながら、本願発明に係る誘導加熱調理器の基本原理について説明する。
誘導加熱調理器１は、概略、二相または三相の商用電源１０からの交流電流を直流電流に整流する整流回路１２と、加熱コイル２に所定の駆動周波数を有する高周波電流を供給する駆動回路１４と、加熱コイル２およびこれに直列に接続された共振コンデンサ２４からなるＬＣＲ誘導加熱部２０と、ＬＣＲ誘導加熱部２０の両端に印加される駆動電圧を検出する駆動電圧検出手段３０と、ＬＣＲ誘導加熱部２０に流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段３２とを有する。【００１３】
具体的には、整流回路１２は、全波整流または半波整流するものであってもよく、直流成分を得るためのインダクタンスやコンデンサを含むフィルタ回路（ともに図示せず）を有するものであってもよい。また駆動回路１４は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子（図示せず）を含むインバータ回路であり、インバータ駆動する回路であれば任意のものを用いることができ、たとえばハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路で構成することができる。【００１４】
ＬＣＲ誘導加熱部２０は、上述のように、加熱コイル２およびこれに直列に接続された共振コンデンサ２４からなり、加熱コイル２は、図２において、インダクタンスＬと負荷抵抗Ｒの等価回路として図示されている。図中、インダクタンスＬの上方に図示したものは、鍋などの被加熱体Ｐである。加熱コイル２に高周波電流が供給されると、その周囲に交流磁場を形成し（交流磁場が導電体からなる被加熱体Ｐに鎖交し）、被加熱体Ｐに渦電流を形成して、被加熱体Ｐ自体を加熱する。【００１５】
一般に、ＬＣＲ誘導加熱部２０の負荷抵抗Ｒは、被加熱体Ｐの有無または載置面積（被加熱体Ｐに鎖交する交流磁場）に依存して変動する。すなわち負荷抵抗Ｒは、鍋Ｐが載置されていないときの加熱コイル２自体の線抵抗ＲＣに、鍋Ｐを載置したことによる鍋Ｐの見かけ上の負荷抵抗ＲＬを加えたものに相当する（Ｒ＝ＲＣ＋ＲＬ）。【００１６】
なお駆動電圧検出手段３０は、ＬＣＲ誘導加熱部２０の両端に印加される駆動電圧（出力電圧）Ｖを検出するものであれば当業者により容易に想到される任意の回路構成を有するものであってもよい。同様に、駆動電流検出手段３２は、ＬＣＲ誘導加熱部２０に流れる駆動電流（出力電流）Ｉを測定するものであれば任意の回路構成を有するものであってもよく、たとえばカレントトランスであってもよい。【００１７】
さらに本願発明に係る誘導加熱調理器１は、駆動電圧検出手段３０および駆動電流検出手段３２に電気的に接続された１次成分抽出手段４０を備える。
上述のように駆動回路１４は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのスイッチング素子を含むインバータ回路であり、ＩＧＢＴを所定の駆動周波数（たとえば３０ｋＨｚ）を有する制御信号（ゲート信号）で駆動するとき、駆動電圧検出手段３０および駆動電流検出手段３２は、図３に示すような高周波変調された駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉを検出する。【００１８】
高周波変調された駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉは、一般に、駆動周波数の自然数倍の高次周波数成分を含む合成波形として表される。そして本願発明に係る１次成分抽出手段４０は、駆動電圧検出手段３０および駆動電流検出手段３２で検出された図３に示す駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉを、たとえば駆動周波数のｋ倍（ｋは２以上の自然数）のサンプリング周波数を用いて離散フーリエ変換することにより、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分だけを抽出するものである。なお１次成分抽出手段４０において、複数の高次周波数成分を有する信号から１次成分のみを抽出する手法およびアルゴリズムとしては任意のものを利用することができ、一般に市販されたソフトウェアを用いて駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分だけを抽出することができる。【００１９】
このとき、本願発明に係る１次成分抽出手段４０は、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分として次式のように複素表示することができる。
【数１】
2012066623.tif 000003
ここでＶ１，Ｉ１は駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分を示し、Ｖ１Re，Ｉ１ReはＶ１，Ｉ１の実部、Ｖ１Im，Ｉ１ImはＶ１，Ｉ１の虚部、そしてｊは虚数単位を示す。【００２０】
また、ＬＣＲ誘導加熱部２０のインピーダンスＺ、および駆動電圧Ｖ１および駆動電流Ｉ１の位相（駆動電流Ｉ１に対する駆動電圧Ｖ１の位相またはインピーダンスＺの位相）θは次式で表される。
【数２】
2012066623.tif 000004
ここでＩｍ（Ｚ）およびＲｅ（Ｚ）はそれぞれインピーダンスＺの虚部および実部を意味する。なお、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの位相は、arctanの代わりにarcsinまたはarccosを用いて算出してもよい。位相θが９０度付近ではarctanは発散し、誤差を多く含み得るので、arcsinまたはarccosを用いて位相θを算出することが好ましい場合がある。【００２１】
さらに本願発明に係る誘導加熱調理器１は、図２に示すように、駆動回路１４および１次成分抽出手段４０に電気的に接続された制御回路５０を備える。本願発明に係る制御回路５０は、［数２］より１次成分抽出手段４０が抽出した複素表示の１次成分の駆動電圧Ｖ１および駆動電流Ｉ１から、ＬＣＲ誘導加熱部２０のインピーダンスＺおよび駆動電圧Ｖ１および駆動電流Ｉ１の位相（偏角）θを算出し、これに基づいて駆動回路１４に適当な駆動信号（ゲート信号）を供給するものである。【００２２】
同様に、本願発明に係る制御回路５０は、次式で表されるＬＣＲ誘導加熱部２０の有効電力値ＷＥおよび電流実効値ＩＥを算出することができる。
【数３】
2012066623.tif 000005
ここでＩ１＊はＩ１の複素共役を示す。
以上のように、本願発明に係る制御回路５０は、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分から、ＬＣＲ誘導加熱部２０のインピーダンスＺ、駆動電圧Ｖ１および駆動電流Ｉ１の位相（駆動電流Ｉ１に対する駆動電圧Ｖ１の位相またはインピーダンスＺの位相）θ、有効電力値ＷＥおよび電流実効値ＩＥを算出することができる。【００２３】
一方、ＬＣＲ誘導加熱部２０を含む一般のＬＣＲ回路において、負荷抵抗Ｒ、インピーダンスＺ、加熱コイル２のインダクタンスＬおよび共振周波数Ｆｒは次式で表される。
【数４】
2012066623.tif 000006
ここでωは１次成分の周波数ｆ（定義より駆動周波数と同一、ω＝２πｆで表される）であり、Ｃは共振コンデンサ２４の静電容量であって、ともに既知である。したがって本願発明に係る制御回路５０は、［数２］で算出したθを用いて、［数４］から共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒ（＝ＲＣ＋ＲＬ）を求めることができる。【００２４】
同様に、共振周波数Ｆｒは以下のように求めることができる。上記［数２］および［数４］のように、負荷抵抗Ｒ、インピーダンスＺは次式で表わされる。
【数５】
2012066623.tif 000007
上記［数５］より、加熱コイル２のインダクタンスＬは次式で表すことができる。
【数６】
2012066623.tif 000008
したがって、上記［数６］より得られたインダクタンスＬと共振コンデンサ２４の既知の静電容量Ｃより共振周波数Ｆｒを求めることができる。
【数７】
2012066623.tif 000009
【００２５】
本願発明に係る制御回路５０は、以下詳述するように、複数の加熱コイルのそれぞれに対して、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分から共振周波数Ｆｒ（または加熱コイル２のインダクタンスＬ）と負荷抵抗Ｒを検出することにより、被加熱体Ｐの載置面積（鍋Ｐの有無を含む）および被加熱体Ｐの材質を検知して、複数の加熱コイルに対する鍋Ｐの負荷抵抗の比に応じて供給すべき電力量（すなわち対応する加熱コイルの上方に載置された鍋Ｐの一部分で生じる熱量）を制御することができる。なお本願発明に係る制御回路５０は、図３の高周波変調された駆動電圧および駆動電流の単一の周期（すなわち、駆動周波数が３０ｋＨｚのとき、１周期は約３３マイクロ秒）において検知された位相から、複数の加熱コイルのそれぞれに対して、共振周波数Ｆｒ（または加熱コイル２のインダクタンスＬ）と負荷抵抗Ｒを極めて短い時間で算出することができる。【００２６】
ここで共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを算出して、どのように鍋Ｐの載置状態（載置面積）を決定するかについて、具体例を用いて以下説明する。
図４に示すように、平面上に捲回された加熱コイル２と、複数の円板２６とを用意した。円板２６は、鉄、磁性ステンレス、非磁性ステンレス、およびアルミニウムの４種類の材質からなる。これらの円板２６は擬似的な鍋Ｐである。加熱コイル２および各円板２６の直径を約１８０ｍｍおよび約２００ｍｍとし、各円板２６の厚みはすべて１．５ｍｍとした。円板２６は、図４（ａ）では加熱コイル２上の中央（同心円Ｏ上）に載置されている（本願においては、この状態を「重畳率が１００％である」という。）。また円板２６は、図４（ｂ）および（ｃ）では、円板２６の外縁Ｅが加熱コイル２の直径のそれぞれ７５％および５０％の位置に配置されている（重畳率がそれぞれ７５％および５０％である。）。すなわち重畳率が５０％であるとき、円板２６の外縁Ｅが加熱コイル２の中心Ｏと重なり合っている。【００２７】
鉄、磁性ステンレス、非磁性ステンレス、およびアルミニウムの材質からなる４種類の円板２６のそれぞれについて、重畳率が１００％、７５％および５０％となるように載置した後（図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に対応）、上記説明したように、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分から共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒとを検出（算出）したところ、図５（ａ）のようなマップ（グラフ）を得た。なお、円板２６をまったく載置しない場合（無負荷の場合）には、二重丸で示す共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒを得た。【００２８】
本願発明によれば、材質の異なる円板２６について、図５（ａ）の重畳率が１００％、７５％および５０％である点を連続的に結び、図５（ｂ）のハッチング領域で示すように、重畳率が５０％未満である領域を駆動禁止領域と設定してもよい。すなわち本願発明に係る制御回路５０は、検出された共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒが重畳率５０％未満の駆動禁止領域に含まれる場合に、鍋Ｐは加熱コイル２の上方に十分に載置されていない、もしくは小物が載置されていると判断して、ＬＣＲ誘導加熱部２０に高周波電流が供給されないように駆動回路１４を制御することができる。ただし、ＬＣＲ誘導加熱部２０への給電の是非に対する閾値は、５０％の重畳率に限定されるものではなく、たとえば４０％以下または６０％以下の重畳率としてもよい。【００２９】
このように本願発明に係る制御回路５０は、共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒをパラメータとする、ＬＣＲ誘導加熱部２０に高周波電流を供給することを禁止する駆動禁止領域を事前に設定し（記憶し）、これらの検出された値が駆動禁止領域に含まれないときにのみ、ＬＣＲ誘導加熱部２０に高周波電流が供給されるように駆動回路１４を制御するように構成される。また図５（ｂ）に示すように、アルミニウムからなる鍋Ｐを加熱しないように駆動禁止領域を設定してもよい。すなわち駆動禁止領域は製品仕様により自在に設定することができる。【００３０】
そして図５（ｂ）に示すように、重畳率が１００％、７５％および５０％である点を連続的に破線で結ぶと、共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒから、任意の材質からなる円板２６の重畳率を推定することができる。本願発明に係る制御回路５０は、たとえば図５（ｂ）の星印でプロットされた点で示す共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを算出したとき、この点が７５％の重畳率を連続的に結ぶ破線上にあることから、鍋Ｐが７５％の重畳率で加熱コイル２の上方に載置されていると推定することができる。【００３１】
また上記のように、本願発明に係る制御回路５０は、高周波変調された駆動電圧および駆動電流の単一の周期（たとえば約３３マイクロ秒）において検知された位相から、共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを瞬時に算出することができるので、加熱すべきではない小物の加熱を防止できるので極めて安全であり、無負荷のときに無駄な電力消費を回避できるので省エネルギに寄与することができる。
換言すると、本願発明によれば、共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを検出することにより、鍋Ｐの材質および載置状態（鍋Ｐが加熱コイル２の上方にどの程度載置されているか）を瞬時に検出し、鍋Ｐの材質および載置状態に応じた最適な駆動条件で鍋Ｐを誘導加熱することができる。【００３２】
なお上記具体例では、制御回路５０は、共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒを検出するものであったが、択一的には、加熱コイル２のインダクタンスＬと負荷抵抗Ｒを検出して、同様に駆動回路１４を制御してもよい。図６（ａ）および図６（ｂ）は、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分から加熱コイル２のインダクタンスＬと負荷抵抗Ｒとを検出したときに得られた図５（ａ）および図５（ｂ）と同様のグラフである。円板２６をまったく載置しない場合（すなわち無負荷の場合）には、二重丸で示すインダクタンスＬおよび負荷抵抗Ｒが得られた。このとき、検出されたインダクタンスＬと負荷抵抗Ｒが駆動禁止領域（図中のハッチング領域）に含まれないときにのみ、ＬＣＲ誘導加熱部２０に高周波電流が供給されるように駆動回路１４を制御し、その閾値として重畳率を４０％未満に設定してもよい。同様に、アルミニウムからなる鍋Ｐを加熱しないように駆動禁止領域を設定することもできる。【００３３】
同様に図６（ｂ）に示すように、重畳率が１００％、７０％および４０％である点を連続的に破線で結ぶと、インダクタンスＬと負荷抵抗Ｒから、任意の材質からなる円板２６の重畳率を推定することができる。本願発明に係る制御回路５０は、たとえば図６（ｂ）の星印でプロットされた点で示すインダクタンスＬと負荷抵抗Ｒを算出したとき、この点が７０％の重畳率を連続的に結ぶ破線上にあることから、鍋Ｐが７０％の重畳率で加熱コイル２の上方に載置されていると推定することができる。【００３４】
なお、最も効率良く加熱できるのは共振周波数であることが知られているが、本願発明によれば鍋Ｐの共振周波数Ｆｒを得ることができるため、駆動周波数として共振周波数Ｆｒを選択することができる。また通常、共振周波数Ｆｒよりも低い周波数とするとＩＧＢＴ等の素子に悪影響があるため、共振周波数Ｆｒが分からない場合には駆動周波数を実際の共振周波数Ｆｒよりもかなり高めに設定する場合がある。その場合、実際にはもっと電流を流して加熱できるものを制限していることになり、機器として加熱制限を使用者にしていることになる。本願発明の結果から共振周波数Ｆｒが分かるので、所望する加熱電力を得るための駆動周波数がどこまで設定可能であるかを知り、加熱調整することが可能となる。【００３５】
なお上記説明においては、駆動電流検出手段３２としてカレントトランスを用いたが、択一的には、共振コンデンサ２４の両端の電圧を検出するコンデンサ電圧検出手段３４を用いてＬＣＲ誘導加熱部２０に流れる電流を検出してもよい。図７は、択一的な電気的構成を示す図２と同様の回路ブロック図である。【００３６】
図７に示す誘導加熱調理器１は、共振コンデンサ２４の両端のコンデンサ電圧ＶＣを検出するコンデンサ電圧検出手段３４を有し、コンデンサ電圧検出手段３４は１次成分抽出手段４０に電気的に接続されている。コンデンサ電圧ＶＣは、駆動電圧Ｖと同様、駆動周波数の自然数倍の高次周波数成分を含み、１次成分抽出手段４０を用いて離散フーリエ変換することにより、コンデンサ電圧ＶＣの１次成分ＶＣ１（駆動周波数と同一の周波数を有する成分）だけを抽出し、複素表示することができる。なお、コンデンサ電圧ＶＣの１次成分ＶＣ１と駆動電流Ｉ１は次の関係式を満たす。
【数８】
2012066623.tif 000010
ここでωは１次成分の周波数ｆ（定義より駆動周波数と同一、ω＝２πｆ）であり、Ｃは共振コンデンサ２４の静電容量であって、ともに既知である。
上式より、駆動電流Ｉ１はコンデンサ電圧ＶＣ１に対して位相がπ／４（９０度）だけ進んでいることが明らかである。そして本願発明によれば、コンデンサ電圧ＶＣ１を複素表示するので、次式より極めて簡便な計算により駆動電流Ｉ１を求めることができる。
【数９】
2012066623.tif 000011
【００３７】
こうして求められた駆動電流Ｉ１に基づいて、実施の形態１で説明したように、共振周波数Ｆｒ（または加熱コイル２のインダクタンスＬ）と負荷抵抗Ｒを検出することにより、被加熱体Ｐの載置状態（鍋Ｐの有無を含む）および被加熱体Ｐの材質を瞬時に検知することができる。
また図７に示す誘導加熱調理器１によれば、実施の形態１で用いられていた比較的に高価なカレントトランスの代わりに、より安価な駆動電流検出手段を採用することにより、誘導加熱装置１の製造コストを削減することができる。【００３８】
また上記説明においては、１次成分抽出手段４０は、駆動電圧検出手段３０および駆動電流検出手段３２で検出された駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分（駆動周波数と同一の周波数を有する成分）を抽出するものであったが、駆動周波数のｎ倍（ｎは２以上の自然数）のサンプリング周波数を用いて離散フーリエ変換することにより、駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉのｎ次成分を抽出するものであってもよい。【００３９】
一般に、アルミニウム製の被加熱体Ｐを効率的に誘導加熱するためには、鉄等からなる被加熱体Ｐを誘導加熱するときに用いられる高周波電流の駆動周波数より高い駆動周波数を有するものを用いる必要がある。そして、このように高導電率および低透磁率を有するアルミニウムを含む任意の金属材料からなる鍋Ｐを誘導加熱する、いわゆるオールメタル対応の誘導加熱調理器はすでに提案され（たとえば特許第３４６０９９７号）、市場において販売されており、本願発明は、係るオールメタル対応の誘導加熱調理器にも適応することができる。【００４０】
通常、ｎ倍の駆動周波数を有する駆動電流Ｉでアルミニウム製の被加熱体Ｐを誘導加熱するとき、駆動周波数の１次成分は小さい値となり、ｎ次成分が大きくなる。そしてｎ次成分抽出手段は、駆動電圧Ｖおよび駆動電流の１次成分よりｎ次成分（たとえば３次成分）が大きくなる場合には、１次成分ではなく、ｎ次成分を抽出して、上記と同様の演算を行うことにより、共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒを瞬時に算出することができる。このとき、ｎ次成分を用いて演算することにより、Ａ／Ｄ変換器の分解能を大きくする必要がなくなるので好ましい。【００４１】
なお詳細図示しないが、ｎ次成分を用いて算出された共振周波数と負荷抵抗の関係を示すマップとして、図５（ａ）と同様のものが得られる（ただしアルミニウム円板の負荷抵抗は、共振周波数の増大に伴い、図５（ａ）のものより大きくなる。）。すなわち制御回路部５０は、ｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から、ＬＣＲ誘導加熱部２０のインダクタンスＬまたは共振周波数Ｆｒと負荷抵抗Ｒとを算出することができる。【００４２】
ここで図８を参照しながら、実施の形態１に係る誘導加熱調理器１について詳細に説明する。図８に示す誘導加熱調理器１は、商用電源１０からの交流電流を直流電流に整流する整流回路１２ａ，１２ｂと、単一の鍋を協働して誘導加熱する内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂに所定の駆動周波数を有する高周波電流を供給する駆動回路１４ａ，１４ｂと、加熱コイル２ａ，２ｂおよびこれに直列に接続された共振コンデンサ２４ａ，２４ｂからなるＬＣＲ誘導加熱部２０ａ，２０ｂと、ＬＣＲ誘導加熱部２０ａ，２０ｂの両端に印加される駆動電圧を検出する駆動電圧検出手段３０ａ，３０ｂと、ＬＣＲ誘導加熱部２０ａ，２０ｂに流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段３２ａ，３２ｂとを有する。さらに、この誘導加熱調理器１は、駆動電圧検出手段３０ａ，３０ｂおよび駆動電流検出手段３２ａ，３２ｂに電気的に接続された１次成分抽出手段４０ａ，４０ｂ、および駆動回路１４ａ，１４ｂおよび１次成分抽出手段４０ａ，４０ｂに電気的に接続された制御回路５０を有する。
なお、図８に示す整流回路１２ａ，１２ｂはそれぞれ、駆動回路１４ａ，１４ｂに直流電源を供給するために個々に設けられているが、単一の整流回路１２を共用して駆動回路１４ａ，１４ｂに直流電源を供給してもよい。【００４３】
図８に示す整流回路１２ａ，１２ｂ、駆動回路（第１および第２の駆動回路）１４ａ，１４ｂ、内側および外側の加熱コイル（第１および第２の加熱コイル）２ａ，２ｂを含むＬＣＲ誘導加熱部２０ａ，２０ｂ、駆動電圧検出手段３０ａ，３０ｂ、駆動電流検出手段３２ａ，３２ｂ、１次成分抽出手段（第１および第２の１次成分抽出手段）４０ａ，４０ｂ、ならびに制御回路５０は、図２または図７を参照して説明したものと同様の構成を有するので、さらなる説明を省略する。
なお、内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂは、協働して（同時に）単一の鍋Ｐを誘導加熱するものであるから、物理的に近接して配置される。このとき駆動回路１４ａ，１４ｂから内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂに供給される駆動周波数が異なると、その差分周波数に相当するビート音が発生し、特にこれらの差分周波数が可聴域にあるとき、ユーザに著しい不快感を与える場合がある。したがってビート音の発生を防止するためには、制御回路５０は、内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂに供給される高周波電流の駆動周波数が同一となるように第１および第２の駆動回路１４ａ，１４ｂを制御する必要がある。【００４４】
以上説明したように、図８に示す本願発明に係る制御回路５０は、高周波変調された駆動電圧および駆動電流の単一の周期（たとえば約３３マイクロ秒）において検知された位相から、内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂの負荷抵抗Ｒをそれぞれ瞬時に算出することができる。
なお、内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂの負荷抵抗Ｒの算出に際し、１次成分抽出手段４０ａ，４０ｂによる駆動電圧Ｖおよび駆動電流Ｉの１次成分の抽出は、内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂについて同時に行ってもよいが、加熱コイル２ａ，２ｂ間の結合等の相互作用を極力排除するために、順次行うことが好ましい。【００４５】
実施の形態１に係る誘導加熱調理器１によれば、加熱コイルの負荷抵抗Ｒはその上方に載置された部分的な鍋Ｐの熱容量に相当するもの（単位温度上げるために必要な熱量）を示す指標と考えられることから、より大きい負荷抵抗Ｒを有する内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂには、より大きい電力量を供給することにより、鍋Ｐ全体を均一に加熱しようとするものである。【００４６】
具体的には、実施の形態１に係る制御回路５０は、内側加熱コイル２ａの負荷抵抗Ｒ１および外側加熱コイル２ｂの負荷抵抗Ｒ２で表される次式の電力量配分比ｒ１，ｒ２を算出する。
【数１０】
2012066623.tif 000012
そして制御回路５０は、鍋Ｐに対してユーザ設定された「火力」、すなわち内側加熱コイル２ａおよび外側加熱コイル２ｂの全体に供給することが予定されていた電力量（Ｑ０）を、上記電力量配分比により配分し、内側加熱コイル２ａおよび外側加熱コイル２ｂに対して次式の電力量Ｑ１，Ｑ２が供給されるように第１および第２の駆動回路１４ａ，１４ｂを制御する。
【数１１】
2012066623.tif 000013
【００４７】
なお、電力量Ｑは電力Ｗの所定期間における積分値として表されるところ、制御回路５０は、上式で表される電力量Ｑ１，Ｑ２を得るために、さまざまな手法により駆動回路１４ａ，１４ｂを制御することができる。たとえば駆動回路１４ａ，１４ｂから内側加熱コイル２ａおよび外側加熱コイル２ｂに供給される電力Ｗ１，Ｗ２が所定の電力で定常的に供給される場合（定電力駆動）、両方の加熱コイル２ａ，２ｂの全体に対して供給すべき電力Ｗ０（＝ｄＱ０／ｄｔ）を定義して、制御回路５０は、次式で表される電力Ｗ１，Ｗ２が内側加熱コイル２ａおよび外側加熱コイル２ｂに供給されるように第１および第２の駆動回路１４ａ，１４ｂを制御する。
【数１２】
2012066623.tif 000014
択一的には、駆動回路１４ａ，１４ｂから内側加熱コイル２ａおよび外側加熱コイル２ｂに供給される電力Ｗ０の大きさが同一で、かつ断続的に、すなわちそれぞれ互いに異なるタイミング（期間ｔ１，ｔ２）で供給される場合（デューティ駆動）、制御回路５０は、次のように表される時間ｔ１，ｔ２で一定の電力が内側加熱コイル２ａおよび外側加熱コイル２ｂに供給されるように第１および第２の駆動回路１４ａ，１４ｂを制御する。
定義より、Ｑ１＝Ｗ０×ｔ１，Ｑ２＝Ｗ０×ｔ２であり、Ｑ０＝Ｗ０×（ｔ１＋ｔ２）を［数１１］に代入すると、
【数１３】
2012066623.tif 000015
このように制御回路５０は、上式で表される電力量Ｑ１，Ｑ２を得るために、定電力駆動において、各加熱コイル２ａ，２ｂに供給される電力Ｗ１，Ｗ２を［数１２］を用いて制御してもよいし、デューティ駆動において、［数１３］に示すように、各加熱コイル２ａ，２ｂに電力供給される時間ｔ１，ｔ２の比（ｔ１／ｔ２）が負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２の比（Ｒ１／Ｒ２）と等しくなるように制御してもよい。また制御回路５０は、定電力駆動およびデューティ駆動を組み合わせた手法により駆動回路１４ａ，１４ｂを制御して、［数１１］で求めた電力量Ｑ１，Ｑ２を得ることにより、鍋Ｐ全体を均一に加熱することができる。【００４８】
こうして、実施の形態１に係る制御回路５０は、内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂの負荷抵抗Ｒおよび電力量配分比ｒ１，ｒ２を算出することにより、内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂに供給される電力量を適正に配分して、鍋Ｐ全体を均一に加熱することができる。【００４９】
なお、上式の電力量Ｑ１，Ｑ２は、電力量配分比ｒ１，ｒ２に線形比例するものとして算出されたが、これに限定されるものではなく、電力量配分比ｒ１，ｒ２に非線形に依存するものであってもよいし、これを用いて重み付けして算出されるものであってもよい。重み付けは、たとえば製品開発時の計測等で得られた情報等を元に、負荷抵抗値と適切な加熱との関係から求めることができる。【００５０】
変形例１．
上記実施の形態１に係る誘導加熱調理器１は、図１に示すように内側加熱コイル２ａと、その周囲に同心円状に捲回した外側加熱コイル２ｂとを有するものであったが、図９に示すように単一の中央加熱コイル２ａと、その周辺に１／４円弧状（バナナ状または胡瓜状）に捲回された４つの周辺加熱コイル２ｂ〜２ｅとを有するものであってもよい。択一的には、誘導加熱調理器１は、図１０に示すように格子状に配列された複数の円形状の小型加熱コイル２を有するものであってもよい。
この場合も実施の形態１と同様、各加熱コイル２に対応する複数の駆動回路１４および一次成分抽出手段（またはｎ次成分抽出手段）４０を設けて、各加熱コイル２の負荷抵抗Ｒを算出し、それぞれの電力量配分比に応じた電力量を供給することにより、鍋Ｐ全体を均一に加熱することができる。【００５１】
なお、本願発明に係る制御回路５０は、上述のように数多くの加熱コイル２に対する負荷抵抗Ｒを、誘導加熱調理器１の使用中、反復的に算出して常に更新することにより、ユーザが鍋Ｐを移動させた場合でも（いわゆる「鍋ふり」をしたような場合でも）、各加熱コイル２に対して常に適正な電力量を供給して、鍋Ｐ全体の均一な加熱を実現することができる。【００５２】
また、各加熱コイル２は、一般に、単位時間当たりに供給可能な最大の高周波電力量（すなわち最大定格電力ＷＭＡＸ）が規定されているところ、各加熱コイル２の駆動条件（高周波電流のデューティ比、あるいは高周波電流が流れる時間ｔ）が同じである場合には、電源供給される複数の加熱コイル２のうちの１つの負荷抵抗Ｒが他のものより大きく、上記説明したように電力量配分比ｒ１，ｒ２に基づいて電力量（Ｑ＝Ｗ×ｔ）を供給すると、たとえば中央加熱コイル２ａに供給される電力が最大定格電力ＷＭＡＸを越える場合がある。
すなわち上述のように、電力量Ｑは電力Ｗの所定期間における積分値として表されるが、たとえば各加熱コイル２が給電されている時間の長さが同じであるとき、上述の電力量配分比ｒ１，ｒ２で各加熱コイル２に電力量を割り当てると、特定の加熱コイル２に供給される電力が最大定格電力ＷＭＡＸを越えてしまい、信頼性を損なう場合が想定される。
そこで、この変形例１によれば、鍋Ｐ全体の均一な加熱の実現しつつ、十分な「火力」の実現より高い信頼性の実現を優先するため、［数１１］で求めた電力量Ｑ１，Ｑ２を得るために供給された電力Ｗが各加熱コイル２の最大定格電力ＷＭＡＸを越えないように加熱コイル２の全体の電力量Ｑ０’を抑制する。こうして各加熱コイル２に供給される電力Ｗは最大定格電力ＷＭＡＸを越えることなく、高い信頼性を維持しつつ、鍋Ｐ全体を均一に加熱することができる。【００５３】
さらに上記説明においては、鍋Ｐ全体の均一な加熱を実現するために、各加熱コイル２の負荷抵抗Ｒおよび電力量配分比ｒを算出し、各加熱コイル２に供給される電力量を制御するものであったが、これに限定されるものではない。すなわち制御回路５０は、たとえば鍋Ｐの外側を内側より強い「火力」で不均一に加熱したい場合、同様に各加熱コイル２の負荷抵抗Ｒを算出して、係る不均一加熱を実現するように重み付けした電力量Ｑ１’，Ｑ２’を各加熱コイル２に供給するように駆動回路１４ａ，１４ｂを制御してもよい。【００５４】
実施の形態２
次に、本願発明に係る誘導加熱装置の実施の形態２について以下詳細に説明する。実施の形態１に係る制御回路５０は、各加熱コイル２の負荷抵抗に基づいて電力量配分比ｒを算出したが、実施の形態２に係る制御回路５０は、各加熱コイル２の上方に載置された鍋Ｐの載置面積（重畳率）に基づいて電力量配分比ｒを算出することにより、複数の加熱コイル２のそれぞれに電力量を適正に配分するものである。そして実施の形態２の誘導加熱調理器１は、その他の点において、実施の形態１の誘導加熱調理器１と同様の構成を有するので、重複する点については説明を省略する。【００５５】
図８を参照して上記説明したように、本願発明に係る制御回路５０は、高周波変調された駆動電圧および駆動電流の単一の周期において検知された位相から、内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂの共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒ、あるいはインダクタンスＬおよび負荷抵抗Ｒをそれぞれ瞬時に算出することができる。また本願発明に係る制御回路５０は、あらかじめ検知されたメモリ（図示せず）に格納された図６または図７のマップにおいて、算出された各加熱コイル２ａ，２ｂの共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒ（図６（ｂ））、あるいはインダクタンスＬおよび負荷抵抗Ｒ（図７（ｂ））のプロット位置（たとえば星印）を参照して、各加熱コイル２ａ，２ｂの上方に載置された鍋Ｐの重畳率を容易に検知することができる。【００５６】
各加熱コイル２ａ，２ｂの上方において、鍋Ｐが有効に加熱される領域（有効加熱領域）は、各加熱コイル２ａ，２ｂの大きさおよび形状に依存して一定であるから、載置された鍋Ｐの重畳率が特定されると、各加熱コイル２ａ，２ｂの上方に載置された鍋Ｐの載置面積Ｓ１，Ｓ２を算出することできる。【００５７】
実施の形態２に係る誘導加熱調理器１は、鍋Ｐの載置面積Ｓは鍋Ｐの部分的な熱容量を示す指標と考えられることから、より大きい載置面積Ｓを有する内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂには、より大きい電力量を供給することにより、鍋Ｐ全体を均一に加熱しようとするものである。【００５８】
具体的には、実施の形態１に係る制御回路５０は、内側加熱コイル２ａの上方に載置された鍋Ｐの載置面積Ｓ１および外側加熱コイル２ｂの上方に載置された鍋Ｐの載置面積Ｓ２で表される次式の電力量配分比ｒ１，ｒ２を算出する。
【数１４】
2012066623.tif 000016
そして制御回路５０は、鍋Ｐに対するユーザ設定された「火力」、すなわち内側加熱コイル２ａおよび外側加熱コイル２ｂの全体に供給することが予定されていた電力量（Ｑ０）を、上記電力量配分比により配分し、内側加熱コイル２ａおよび外側加熱コイル２ｂに対して次式の電力量Ｑ１，Ｑ２が供給されるように第１および第２の駆動回路１４ａ，１４ｂを制御する。
【数１５】
2012066623.tif 000017
【００５９】
なお、上述の鍋Ｐの載置面積Ｓ１，Ｓ２は、図５および図６に示すマップを参照して検知されるものであるが、各加熱コイル２ａ，２ｂの負荷抵抗Ｒのみならず、共振周波数Ｆｒまたはインダクタンスといった実質的に変動するファクタの影響を考慮して検知されるものであるから、とりわけ鍋Ｐの構成材料が変動する場合であっても、実施の形態１より適正な電力量を各加熱コイル２ａ，２ｂに配分することができ、鍋Ｐ全体をより均一に加熱することができる。【００６０】
また実施の形態１と同様、制御回路５０は、上式で表される電力量Ｑ１，Ｑ２を得るために、定電力駆動において、各加熱コイル２ａ，２ｂに供給される電力Ｗ１，Ｗ２を制御してもよいし、デューティ駆動において、各加熱コイル２ａ，２ｂに電力供給される時間ｔ１，ｔ２を制御してもよい。さらに、上式の電力量Ｑ１，Ｑ２は、電力量配分比ｒ１，ｒ２に線形比例するものの他、これを用いて重み付けして算出されるものであってもよい。同様に、重み付けは、たとえば製品開発時の計測等で得られた情報等を元に、負荷抵抗値と適切な加熱との関係から求めることができる。
【図１】
2012066623.tif 000018
【図２】
2012066623.tif 000019
【図３】
2012066623.tif 000020
【図４】
2012066623.tif 000021
【図５】
2012066623.tif 000022
【図６】
2012066623.tif 000023
【図７】
2012066623.tif 000024
【図８】
2012066623.tif 000025
【図９】
2012066623.tif 000026
【図１０】
2012066623.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月20日(2013.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の加熱コイルと、
前記第１の加熱コイルに隣接して配置され、これと協働して単一の被加熱体を誘導加熱する少なくとも１つの第２の加熱コイルと、
前記第１および第２の加熱コイルに同一の駆動周波数を有する高周波電流をそれぞれ供給する第１および第２の駆動回路と、
前記第１の加熱コイルに流れる第１の駆動電流および前記第１の加熱コイルの両端に印加される第１の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第１のｎ次成分抽出手段と、
前記第２の加熱コイルに流れる第２の駆動電流および前記第２の加熱コイルの両端に印加される第２の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第２のｎ次成分抽出手段と、
前記第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第１の加熱コイルの負荷抵抗を算出し、前記第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第２の加熱コイルの負荷抵抗を算出する制御回路部とを備え、
制御回路部は、算出された前記第１および第２の加熱コイルの負荷抵抗比に依存する電力量配分比に基づいて、前記第１および第２の加熱コイルにそれぞれ供給される電力量を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。
【請求項２】
第１の加熱コイルと、
前記第１の加熱コイルに隣接して配置され、これと協働して単一の被加熱体を誘導加熱する少なくとも１つの第２の加熱コイルと、
前記第１および第２の加熱コイルに同一の駆動周波数を有する高周波電流をそれぞれ供給する第１および第２の駆動回路と、
前記第１の加熱コイルに流れる第１の駆動電流および前記第１の加熱コイルの両端に印加される第１の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第１のｎ次成分抽出手段と、
前記第２の加熱コイルに流れる第２の駆動電流および前記第２の加熱コイルの両端に印加される第２の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第２のｎ次成分抽出手段と、
前記第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第１の加熱コイルの負荷抵抗を算出し、前記第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第２の加熱コイルの負荷抵抗を算出し、
第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第１の加熱コイルの共振周波数またはインダクタンスを算出するとともに、第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第２の加熱コイルの共振周波数またはインダクタンスを算出し、
前記第１および第２の加熱コイルの共振周波数および負荷抵抗の関係を示すマップ、あるいは前記第１および第２の加熱コイルのインダクタンスおよび負荷抵抗の関係を示すマップを用いて、前記第１および第２の加熱コイルの上方に載置された被加熱体の第１および第２の載置面積を算出する制御回路部とを備え、
前記制御回路部は、算出された第１および第２の載置面積比に依存する電力量配分比に基づいて、前記第１および第２の加熱コイルに供給する電力量を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。
【請求項３】
複数の第２の加熱コイルが、第１の加熱コイルと同心円状に捲回されるか、または前記第１の加熱コイルの周囲に円弧状あるいは円形状に捲回されることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。
【請求項４】
第１の加熱コイルと、前記第１の加熱コイルに隣接して配置され、これと協働して単一の被加熱体を誘導加熱する少なくとも１つの第２の加熱コイルとを有する誘導加熱調理器の制御方法であって、
前記第１および第２の加熱コイルに同一の駆動周波数を有する高周波電流をそれぞれ供給するステップと、
前記第１の加熱コイルに流れる第１の駆動電流および前記第１の加熱コイルの両端に印加される第１の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第１のｎ次成分抽出ステップと、
前記第２の加熱コイルに流れる第２の駆動電流および前記第２の加熱コイルの両端に印加される第２の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第２のｎ次成分抽出ステップと、
前記第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から、前記第１の加熱コイルの負荷抵抗を算出し、前記第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から、前記第２の加熱コイルの負荷抵抗を算出するステップと、
算出された前記第１および第２の加熱コイルの負荷抵抗比に依存する電力量配分比に基づいて、前記第１および第２の加熱コイルに供給される電力量を制御するステップとを有することを特徴とする誘導加熱調理器の制御方法。
【請求項５】
第１の加熱コイルと、前記第１の加熱コイルに隣接して配置され、これと協働して単一の被加熱体を誘導加熱する少なくとも１つの第２の加熱コイルとを有する誘導加熱調理器の制御方法であって、
前記第１および第２の加熱コイルに同一の駆動周波数を有する高周波電流をそれぞれ供給するステップと、
前記第１の加熱コイルに流れる第１の駆動電流および前記第１の加熱コイルの両端に印加される第１の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第１のｎ次成分抽出ステップと、
前記第２の加熱コイルに流れる第２の駆動電流および前記第２の加熱コイルの両端に印加される第２の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第２のｎ次成分抽出ステップと、
前記第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第１の加熱コイルの負荷抵抗を算出するとともに、前記第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第２の加熱コイルの負荷抵抗を算出するステップと、
第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第１の加熱コイルの共振周波数またはインダクタンスを算出するとともに、第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第２の加熱コイルの共振周波数またはインダクタンスを算出するステップと、
前記第１および第２の加熱コイルの共振周波数および負荷抵抗の関係を示すマップ、あるいは前記第１および第２の加熱コイルのインダクタンスおよび負荷抵抗の関係を示すマップを用いて、前記第１および第２の加熱コイルの上方に載置された被加熱体の第１および第２の載置面積を算出するステップと、
算出された第１および第２の載置面積比に依存する電力量配分比に基づいて、前記第１および第２の加熱コイルに供給する電力量を制御するステップとを有することを特徴とする誘導加熱調理器の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
そこで本願発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、誘導加熱調理器に関し、第１の加熱コイルと、前記第１の加熱コイルに隣接して配置され、これと協働して単一の被加熱体を誘導加熱する少なくとも１つの第２の加熱コイルと、前記第１および第２の加熱コイルに同一の駆動周波数を有する高周波電流をそれぞれ供給する第１および第２の駆動回路と、前記第１の加熱コイルに流れる第１の駆動電流および前記第１の加熱コイルの両端に印加される第１の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第１のｎ次成分抽出手段と、前記第２の加熱コイルに流れる第２の駆動電流および前記第２の加熱コイルの両端に印加される第２の駆動電圧から、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を有するｎ次成分を含む第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流を抽出する第２のｎ次成分抽出手段と、前記第１のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第１の加熱コイルの負荷抵抗を算出し、前記第２のｎ次駆動電圧およびｎ次駆動電流から前記第２の加熱コイルの負荷抵抗を算出する制御回路部とを備え、
制御回路部は、算出された前記第１および第２の加熱コイルの負荷抵抗比に依存する電力量配分比に基づいて、前記第１および第２の加熱コイルにそれぞれ供給される電力量を制御することを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本願発明の誘導加熱調理器によれば、複数の加熱コイルの負荷抵抗を瞬時に算出し、算出された前記第１および第２の加熱コイルの負荷抵抗比に依存する電力配分比に基づいて、第１および第２の加熱コイルにそれぞれ供給される電力を制御することにより、鍋底を均一に加熱して、食材の焦げ付き等を回避することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図２は、単一の加熱コイル２を有する誘導加熱調理器１の概略的な電気的構成を示す回路ブロック図であり、これを参照しながら、本願発明に係る誘導加熱調理器の基本原理について説明する。
誘導加熱調理器１は、概略、単相または三相の商用電源１０からの交流電流を直流電流に整流する整流回路１２と、加熱コイル２に所定の駆動周波数を有する高周波電流を供給する駆動回路１４と、加熱コイル２およびこれに直列に接続された共振コンデンサ２４からなるＬＣＲ誘導加熱部２０と、ＬＣＲ誘導加熱部２０の両端に印加される駆動電圧を検出する駆動電圧検出手段３０と、ＬＣＲ誘導加熱部２０に流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段３２とを有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図７に示す誘導加熱調理器１は、共振コンデンサ２４の両端のコンデンサ電圧ＶＣを検出するコンデンサ電圧検出手段３４を有し、コンデンサ電圧検出手段３４は１次成分抽出手段４０に電気的に接続されている。コンデンサ電圧ＶＣは、駆動電圧Ｖと同様、駆動周波数の自然数倍の高次周波数成分を含み、１次成分抽出手段４０を用いて離散フーリエ変換することにより、コンデンサ電圧ＶＣの１次成分ＶＣ１（駆動周波数と同一の周波数を有する成分）だけを抽出し、複素表示することができる。なお、コンデンサ電圧ＶＣの１次成分ＶＣ１と駆動電流Ｉ１は次の関係式を満たす。
【数８】
2012066623.tif 000028
ここでωは１次成分の周波数ｆ（定義より駆動周波数と同一、ω＝２πｆ）であり、Ｃは共振コンデンサ２４の静電容量であって、ともに既知である。
上式より、駆動電流Ｉ１はコンデンサ電圧ＶＣ１に対して位相がπ／２（９０度）だけ進んでいることが明らかである。そして本願発明によれば、コンデンサ電圧ＶＣ１を複素表示するので、次式より極めて簡便な計算により駆動電流Ｉ１を求めることができる。
【数９】
2012066623.tif 000029
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
また、各加熱コイル２は、一般に、単位時間当たりに供給可能な最大の高周波電力量（すなわち最大定格電力ＷＭＡＸ）が規定されているところ、各加熱コイル２の駆動条件（高周波電流のデューティ比、あるいは高周波電流が流れる時間ｔ）が同じである場合には、電源供給される複数の加熱コイル２のうちの１つの負荷抵抗Ｒが他のものより大きく、上記説明したように電力量配分比ｒ１，ｒ２に基づいて電力量（Ｑ＝Ｗ×ｔ）を供給すると、たとえば中央加熱コイル２ａに供給される電力が最大定格電力ＷＭＡＸを越える場合がある。
すなわち上述のように、電力量Ｑは電力Ｗの所定期間における積分値として表されるが、たとえば各加熱コイル２が給電されている時間の長さが同じであるとき、上述の電力量配分比ｒ１，ｒ２で各加熱コイル２に電力量を割り当てると、特定の加熱コイル２に供給される電力が最大定格電力ＷＭＡＸを越えてしまい、信頼性を損なう場合が想定される。
そこで、この変形例１によれば、鍋Ｐ全体の均一な加熱を実現しつつ、十分な「火力」の実現より高い信頼性の実現を優先するため、［数１１］で求めた電力量Ｑ１，Ｑ２を得るために供給された電力Ｗが各加熱コイル２の最大定格電力ＷＭＡＸを越えないように加熱コイル２の全体の電力量Ｑ０’を抑制する。こうして各加熱コイル２に供給される電力Ｗは最大定格電力ＷＭＡＸを越えることなく、高い信頼性を維持しつつ、鍋Ｐ全体を均一に加熱することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
図８を参照して上記説明したように、本願発明に係る制御回路５０は、高周波変調された駆動電圧および駆動電流の単一の周期において検知された位相から、内側および外側の加熱コイル２ａ，２ｂの共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒ、あるいはインダクタンスＬおよび負荷抵抗Ｒをそれぞれ瞬時に算出することができる。また本願発明に係る制御回路５０は、あらかじめ検知されたメモリ（図示せず）に格納された図５または図６のマップにおいて、算出された各加熱コイル２ａ，２ｂの共振周波数Ｆｒおよび負荷抵抗Ｒ（図５（ｂ））、あるいはインダクタンスＬおよび負荷抵抗Ｒ（図６（ｂ））のプロット位置（たとえば星印）を参照して、各加熱コイル２ａ，２ｂの上方に載置された鍋Ｐの重畳率を容易に検知することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2012066623.tif 000030
【国際調査報告】
2012066623.tif 000031
2012066623.tif 000032