JP6211175B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

この発明は、誘導加熱調理器に関するものである。

従来の誘導加熱調理器においては、被加熱物の温度を、インバータの入力電流や制御量により判定するものがある。
例えば、インバータの入力電流が一定となるようにインバータを制御する制御手段を有し、所定時間以内に所定以上の制御量の変化があった場合に被加熱物の温度変化が大と判断してインバータの出力を抑制する誘導加熱調理器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１８１８９２号公報（第３頁〜第５頁、図１）

特許文献１に記載の誘導加熱調理器では、入力電力が一定となるようにインバータの駆動周波数を制御し、この制御量変化（Δｆ）によって被加熱物の温度変化を判断している。しかしながら、被加熱物の材質によっては、駆動周波数の制御量変化（Δｆ）が微小となり、被加熱物の温度変化を検出できないという問題点があった。

一方、温度検知手段を用いて被加熱物の温度を検知する場合には、温度検知の精度が低くなる場合があるという問題点があった。例えば、赤外線センサなどの非接触式の温度検知手段では、被加熱物の温度が低い温度帯（例えば１００℃以下）の場合、温度検知の精度が低くなるという問題点があった。また、サーミスタ等の接触式の温度検知手段では、底に反りがある被加熱物（鍋）を加熱する場合など、被加熱物と天板との間に隙間が生じると、温度検知の精度が低くなるという問題点があった。

また、加熱途中での任意のタイミングにおいて、被加熱物の温度をほぼ一定にキープする定温制御を行う場合には、被加熱物の形状、材質、及び被加熱物の温度帯にかかわらず被加熱物の温度を精度良く一定にキープすることが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、被加熱物の材質によらず、安価な方式で被加熱物の温度変化を検出することができる誘導加熱調理器を得るものである。また、温度検出手段を用いることなく高精度な定温制御を実現できる誘導加熱調理器を得るものである。

この発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに接続され、共振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の駆動信号を制御することにより、前記加熱コイルに供給される高周波電力を制御する制御部と、予め定められた動作モードの選択操作を受け付ける操作部と、前記加熱コイルに流れるコイル電流を検出するコイル電流検出手段と、前記共振回路に印加される印加電圧を検出する電圧検出手段と、を備え、前記予め定められた動作モードは、前記被加熱物の温度を一定に保つ定温運転モードを含み、前記制御部は、前記予め定められた動作モードとして、前記定温運転モードが選択された場合、前記インバータ回路の駆動周波数を固定した状態で、前記コイル電流と前記印加電圧との比率が一定となるように、前記インバータ回路の前記駆動信号のデューティ比を可変して、前記共振回路のインピーダンスを一定にするものである。

この発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに接続され、共振回路を構成する共振コンデンサと、前記加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の駆動信号を制御することにより、前記加熱コイルに供給される高周波電力を制御する制御部と、前記加熱コイルに流れるコイル電流を検出するコイル電流検出手段と、前記インバータ回路への入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記インバータ回路に印加されている一次電圧を検出する一次電圧検出手段と、予め定められた動作モードの選択操作を受け付ける操作部と、を備え、前記予め定められた動作モードは、前記被加熱物の温度を一定に保つ定温運転モードを含み、前記制御部は、前記定温運転モードが選択された場合、前記インバータ回路の駆動周波数を固定した状態で、前記入力電流と前記一次電圧との積と、前記コイル電流を２乗した値との比率が一定となるように、前記インバータ回路の前記駆動信号のデューティ比を可変して、前記共振回路のインピーダンスを一定にするものである。

この発明は、被加熱物の材質によらず、安価な方式で被加熱物の温度変化を検出することができる。また、温度検出手段を用いることなく高精度な定温制御を実現できる。

実施の形態１に係る誘導加熱調理器を示す分解斜視図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の駆動回路を示す図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器におけるコイル電流と入力電流の関係に基づく被加熱物の負荷判別特性図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の被加熱物の温度変化時の加熱コイルの抵抗とインダクタンスの相関図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の駆動回路の一部を示す図である。 実施の形態１に係るハーフブリッジ回路の駆動信号の一例を示す図である。 実施の形態１に係るハーフブリッジ回路のデューティ比に対する入力電力特性を示す図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の駆動周波数、温度、デューティ比、入力電流と時間との関係を示す図である。 実施の形態１に係る誘導加熱調理器の別の駆動回路を示す図である。

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

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

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

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

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

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

図２は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器の駆動回路を示す図である。なお、駆動回路５０は加熱手段毎に設けられているが、その回路構成は同一であっても良いし、加熱手段毎に変更しても良い。図２では１つの駆動回路５０のみを図示する。図２に示すように、駆動回路５０は、直流電源回路２２と、インバータ回路２３と、共振回路３０とを備える。

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

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

インバータ回路２３は、スイッチング素子としてのＩＧＢＴ２３ａ、２３ｂが直流電源回路２２の出力に直列に接続された、いわゆるハーフブリッジ型のインバータであり、フライホイールダイオードとしてダイオード２３ｃ、２３ｄがそれぞれＩＧＢＴ２３ａ、２３ｂと並列に接続されている。インバータ回路２３は、直流電源回路２２から出力される直流電力を２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度の高周波の交流電力に変換して、加熱コイル１１ａと共振コンデンサ２４ａとからなる共振回路３０に供給する。

共振コンデンサ２４ａは、加熱コイル１１ａに直列接続されている。共振回路３０は、加熱コイル１１ａと共振コンデンサ２４ａとにより構成されている。この共振回路３０は、加熱コイル１１ａのインダクタンス、及び共振コンデンサ２４ａの容量等に応じた共振周波数を有する。なお、加熱コイル１１ａのインダクタンスは、被加熱物５（金属負荷）が磁気結合した際に金属負荷の特性に応じて変化する。このインダクタンスの変化に応じて共振回路３０の共振周波数が変化する。

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

スイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体を用いることで、スイッチング素子の通電損失を減らすことができ、またスイッチング周波数（駆動周波数）を高周波（高速）にしても駆動回路５０の放熱が良好であるため、駆動回路５０の放熱フィンを小型にすることができ、駆動回路５０の小型化および低コスト化を実現することができる。

コイル電流検出手段２５ｂは、加熱コイル１１ａと共振コンデンサ２４ａとからなる共振回路３０に接続されている。コイル電流検出手段２５ｂは、例えば、加熱コイル１１ａに流れる電流（コイル電流）を検出し、検出した電流値に相当する電圧信号を制御部４５に出力する。

電圧検出手段２６ａは、加熱コイル１１ａと共振コンデンサ２４ａからなる共振回路３０に印加される電圧（印加電圧）を検出し、検出した電圧値に相当する電圧信号を制御部４５へ出力する。

一次電圧検出手段２６ｂは、直流電源回路２２により生成された直流電圧（一次電圧）を検出するものであり、検出した電圧値に相当する電圧信号を制御部４５へ出力する。即ち、一次電圧検出手段２６ｂは、インバータ回路２３に印加されている一次電圧を検出する。なお、図２では、一次電圧検出手段２６ｂを平滑コンデンサ２２ｃの出力側両端に設けているが、ダイオードブリッジ２２ａの出力側（ダイオードブリッジ２２ａとリアクタ２２ｂの間）に設けても良い。

制御部４５は、マイコン又はＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等からなり、誘導加熱調理器１００の動作を制御するものである。

（動作）
次に実施の形態１に係る誘導加熱調理器１００の動作について説明する。
まず、天板４の加熱口に載置された被加熱物５を、操作部４０により設定された火力により誘導加熱する場合の動作について説明する。

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

図３は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器におけるコイル電流と入力電流の関係に基づく被加熱物の負荷判別特性図である。
ここで、負荷となる被加熱物５（鍋）の材質は、鉄やＳＵＳ４３０等の磁性材と、ＳＵＳ３０４等の高抵抗非磁性材と、アルミや銅等の低抵抗非磁性材と、に大別される。

図３に示すように、天板４に載置された鍋負荷の材質によってコイル電流と入力電流の関係が異なる。制御部４５は、図３に示すコイル電流と入力電流との関係をテーブル化した負荷判定テーブルを予め内部に記憶している。負荷判定テーブルを内部に記憶することで安価な構成で負荷判定手段を構成することができる。

負荷判定処理において、制御部４５は、負荷判定用の特定の駆動信号でインバータ回路２３を駆動し、入力電流検出手段２５ａの出力信号から入力電流を検出する。また同時に制御部４５は、コイル電流検出手段２５ｂの出力信号からコイル電流を検出する。制御部４５は検出したコイル電流および入力電流と、図３の関係を表した負荷判定テーブルから、載置された被加熱物（鍋）５の材質を判定する。このように、制御部４５（負荷判定手段）は、入力電流とコイル電流との相関に基づいて、加熱コイル１１ａの上方に載置された被加熱物５の材質を判定する。

以上の負荷判定処理を行った後、制御部４５は、負荷判定結果に基づいた制御動作を行う。
負荷判定結果が、無負荷であった場合、制御部４５は、加熱不可能であることを報知手段４２に放置させて、使用者に鍋の載置を促す。この際、駆動回路５０から加熱コイル１１ａには高周波電力を供給しない。

負荷判定結果が、磁性材、高抵抗非磁性材、または低抵抗非磁性材の何れかであった場合、これらの鍋は本実施の形態１の誘導加熱調理器１００で加熱可能な材質であるため、制御部４５は、判定した鍋材質に応じた駆動周波数を決定する。この駆動周波数は、入力電流が過大とならないよう共振周波数よりも高い周波数に設定される。この駆動周波数の決定は、例えば被加熱物５の材質と設定火力とに応じた周波数のテーブル等を参照することで決定することができる。
制御部４５は、決定した駆動周波数を固定した状態でインバータ回路２３を駆動し、誘導加熱動作を開始する。なお駆動周波数を固定した状態においては、インバータ回路２３のスイッチング素子のオンデューティ比（オンオフ比）も固定した状態とすることで、入力電力（インバータ回路２３の出力電力）が一定となる。

図４は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器の被加熱物の温度変化時の加熱コイルの抵抗とインダクタンスの相関図である。図４（ａ）は被加熱物の温度に対する加熱コイルの抵抗Ｒの特性図、図４（ｂ）は被加熱物５の温度に対する加熱コイル１１ａのインダクタンスＬの特性図であり、共に所定の周波数一定条件における特性である。

図４に示すように、被加熱物５の温度が高くなると、加熱コイル１１ａの抵抗ＲとインダクタンスＬは共に増加する特性を持ち、周波数一定条件であれば、被加熱物５の温度に対して抵抗ＲとインダクタンスＬは所定値となる。すなわち、周波数一定条件において、加熱コイル１１ａの抵抗ＲとインダクタンスＬの値が所定値一定にすることで被加熱物５の温度を一定に保つことができることを意味する。

図５は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器の駆動回路の一部を示す図である。なお図５においては図２に示す駆動回路５０の一部の構成のみを図示している。
図５に示すように、インバータ回路２３は、正負母線間に直列接続された２個のスイッチング素子（ＩＧＢＴ２３ａ、２３ｂ）と、そのスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード２３ｃ、２３ｄとによって構成されるアームを１組備えている。

ＩＧＢＴ２３ａとＩＧＢＴ２３ｂは、制御部４５から出力される駆動信号によりオンオフ駆動される。
制御部４５は、ＩＧＢＴ２３ａをオンさせている間はＩＧＢＴ２３ｂをオフ状態にし、ＩＧＢＴ２３ａをオフさせている間はＩＧＢＴ２３ｂをオン状態にし、交互にオンオフする駆動信号を出力する。
これにより、ＩＧＢＴ２３ａとＩＧＢＴ２３ｂとにより、加熱コイル１１ａを駆動するハーフブリッジインバータ回路を構成する。

次に、インバータ回路２３の駆動周波数とデューティ比とによる投入電力（火力）の制御動作について説明する。

図６は、実施の形態１に係るハーフブリッジ回路の駆動信号の一例を示す図である。図６（ａ）は高火力状態における各スイッチの駆動信号の例であり、図６（ｂ）は低火力状態における各スイッチの駆動信号の例である。
制御部４５は、インバータ回路２３のＩＧＢＴ２３ａおよびＩＧＢＴ２３ｂに、負荷回路の共振周波数よりも高い高周波の駆動信号を出力する。この駆動信号の周波数を固定した状態でデューティ比を可変することにより、インバータ回路２３の出力を増減させる。

図７は、実施の形態１に係るハーフブリッジ回路のデューティ比に対する入力電力特性を示す図である。図７においては、インバータ回路２３の駆動周波数を固定した状態で、駆動信号のデューティ比を変化させた場合の入力電力を示している。
図７に示すように、駆動周波数が固定（一定）の場合、デューティ比を変えることにより、入力電力（インバータ回路２３の出力電力）を増減させることができる。この場合、一般的にはデューティ比を０から０．５まで、あるいは０．５から１まで、のいずれかを利用して入力電力を制御している。デューティ比を０から０．５まで変化させる場合においては、デューティ比を高くすることで入力電力を高くすることが可能である。

図６に示す駆動信号において、図６（ａ）の例では、駆動信号の１周期におけるＩＧＢＴ２３ａのオン時間Ｔ１１ａ（ＩＧＢＴ２３ｂのオフ時間）とＩＧＢＴ２３ａのオフ時間Ｔ１１ｂ（ＩＧＢＴ２３ｂのオン時間）との比率が同じ場合、すなわちデューティ比が５０％の場合を図示している。
また図６（ｂ）の例では、駆動信号の１周期におけるＩＧＢＴ２３ａのオン時間Ｔ１１ｃ（ＩＧＢＴ２３ｂのオフ時間）に対して、ＩＧＢＴ２３ａのオフ時間Ｔ１１ｄ（ＩＧＢＴ２３ｂのオン時間）が長い場合（デューティ比が４０％の場合）を図示している。
ここで図６（ａ）、（ｂ）の駆動信号の１周期の時間Ｔ１１は同一、すなわち駆動信号の駆動周波数は同一であるため、図６（ｂ）に対して、図６（ａ）の方が、入力電力が高く、高火力状態であることが分かる。

（定温運転モード１）
次に、操作部４０により使用者から調理メニュー（動作モード）として、加熱途中での任意のタイミングにおいて、被加熱物５の現在の温度を一定にキープする定温運転モードが選択された場合の動作について説明する。

上述したように、操作部４０により使用者から加熱開始の操作が行われると、制御部４５は、負荷判定処理を行い、判定した鍋材質に応じた駆動周波数を決定し、その駆動周波数を固定した状態でインバータ回路２３を駆動して誘導加熱動作を実施する。
加熱動作状態において、使用者からの指示により定温運転モードが設定されると、制御部４５は、被加熱物５の現在の温度を一定にキープする定温制御を実施する。ここで、定温制御を行う際の経過時間と各特性の変化について図８により説明する。

図８は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器の駆動周波数、温度、デューティ比、入力電流と時間との関係を示す図である。図８においては、被加熱物５内に水が投入され、加熱途中に定温運転モードが設定された際の経過時間と各特性の変化を示しており、図８（ａ）は駆動周波数、図８（ｂ）は温度（水温）、図８（ｃ）はインバータ回路２３の駆動信号のデューティ比、図８（ｄ）はコイル電流を示す。
なお、図８（ｄ）に示すコイル電流は瞬時値ではなく、平均値又は実効値などの変化傾向を示しており、図８の時間軸は駆動信号の周期と比較して十分に長いものである。

図８（ａ）に示すように、加熱初期は駆動周波数をｆ１に固定した状態でインバータ回路２３の制御を行う。また図８（ｃ）に示すように駆動信号のデューティ比も固定した状態にする。図８（ｂ）に示すように、被加熱物５の温度（水温）は徐々に上昇する。図８（ｄ）に示すように、被加熱物５の温度の上昇に応じて、コイル電流は徐々に低下する。
使用者の操作により時間ｔ１（図８の破線で示すタイミング）で定温運転モードに設定される。

図８（ａ）に示すように、制御部４５は、定温運転モードに設定された時間ｔ１のタイミングで、インバータ回路２３の駆動周波数をｆ１からｆ２に増加させ、入力電力（火力）を低下させる。また、図８（ｃ）に示すように、制御部４５は、インバータ回路２３の駆動信号のデューティ比を低くして、入力電力（火力）を低下させる。

時間ｔ１以前の火力（入力電力）のまま誘導加熱動作を継続すると、被加熱物５の温度が上昇してしまうため、定温運転モードが設定されたタイミング（時間ｔ１）で火力（入力電力）を低下させる。
なお、ここでは図８（ａ）に示すように駆動周波数をｆ１からｆ２に増加させることで入力電力を低下させているが、本発明はこれに限定されない。インバータ回路２３の駆動周波数はｆ１一定のままで、図８（ｃ）に示すようにインバータ回路２３の駆動信号のデューティ比のみを大きく低下させることで入力電力を低下させてもよい。

定温運転モードが設定された時間ｔ１以降においては、制御部４５は、電圧検出手段２６ａが検出した印加電圧と、コイル電流検出手段２５ｂが検出したコイル電流とに基づいて、インバータ回路２３の駆動周波数を固定した状態で、駆動信号のデューティ比を変化させることで定温制御を行う。

ここで、加熱コイル１１ａと共振コンデンサ２４ａからなる共振回路３０のインピーダンスＺは、加熱コイル１１ａの抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、共振コンデンサ２４ａの容量をＣ、周波数をｆとすると、以下の式（１）で示すことができる。

図４に示すように、加熱コイル１１ａの抵抗ＲとインダクタンスＬは、被加熱物５の温度によって変化することがわかる。また、共振コンデンサ２４ａの容量Ｃは被加熱物５の温度によらず一定値である。このため、式（１）に示すように、周波数ｆ（ここではインバータ回路２３の駆動周波数）を固定した状態のまま、インピーダンスＺが一定になるように制御することで、被加熱物５の温度を一定にすることができる。

また共振回路３０のインピーダンスＺは、電圧検出手段２６ａが検出した印加電圧をＶ、コイル電流検出手段２５ｂが検出したコイル電流をＩｃとすると、以下の式（２）で示すことができる。即ち、インピーダンスＺは、コイル電流Ｉｃと印加電圧Ｖとの比率（Ｖ／Ｉｃ）によって求まる。

［数２］
Ｚ＝Ｖ／Ｉｃ …（２）

このため、制御部４５は、電圧検出手段２６ａが検出した印加電圧Ｖと、コイル電流検出手段２５ｂが検出したコイル電流Ｉｃとの比率が一定となるように、インバータ回路２３の駆動信号のデューティ比を制御することで、インピーダンスＺを一定にすることができ、被加熱物５の温度を一定にすることができる。
つまり、制御部４５は、電圧検出手段２６ａが検出した印加電圧Ｖと、コイル電流検出手段２５ｂが検出したコイル電流Ｉｃとに応じて駆動信号のデューティ比を制御することで、被加熱物５の温度、すなわち水温を一定に制御する定温運転モードを実現することができる。

図８（ｄ）に示すように、制御部４５は、時間ｔ１以降のコイル電流の検出結果に応じて、図８（ｃ）に示すようにデューティ比を制御する。つまり、コイル電流Ｉｃが上昇して、コイル電流Ｉｃと印加電圧Ｖとの比率（Ｖ／Ｉｃ）が低下した場合には、駆動信号のデューティ比を増加させる。また、コイル電流Ｉｃが低下して、コイル電流Ｉｃと印加電圧Ｖとの比率（Ｖ／Ｉｃ）が上昇した場合には、駆動信号のデューティ比を減少させる。
このような定温制御を行うことで、図８（ｂ）示すように温度（水温）を一定にキープすることができる。なお、図８（ｂ）の点線は、定温制御を行わない場合の温度上昇を示している。

以上のように本実施の形態においては、インバータ回路２３の駆動周波数を固定した状態で、コイル電流Ｉｃと印加電圧Ｖとの比率が一定となるように、インバータ回路２３の駆動信号のデューティ比を可変する。つまり、共振回路３０のインピーダンスＺが一定となるように、インバータ回路２３の駆動信号のデューティ比を可変する。
このため、サーミスタ又は赤外線センサなどの温度検知手段を用いずに定温制御を実現することができる。また、被加熱物５の形状、材質、及び被加熱物５の温度帯にかかわらず、被加熱物５の温度を精度良く一定に制御することができる。

また、電圧検出手段２６ａが検出した印加電圧Ｖと、コイル電流検出手段２５ｂが検出したコイル電流Ｉｃとに応じて駆動信号のデューティ比を制御するので、安価な構成で定温制御を実現することができる。

また、被加熱物５内の水温を、例えば沸騰温度（１００℃）以下の低い温度で一定にキープすることができるので、例えば湯せん調理など、被加熱物５の温度を低い温度帯で一定にキープする定温制御を実現することができ、使い勝手の良い誘導加熱調理器を得ることができる。

なお、上述した定温運転モードの説明では、加熱途中での任意のタイミングにおいて定温運転モードが選択された場合の動作を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、加熱開始時に、定温制御を行う所望の温度を使用者が設定して、定温運転モードを実行してもよい。例えば、制御部４５は、所定の火力で加熱を開始し、設定された温度に到達したときに、被加熱物５の温度が一定となるようにインバータ回路２３の駆動信号のデューティ比を可変する制御を開始するようにしても良い。

（定温運転モード２）
操作部４０により定温運転モードが選択された場合の別の制御動作について説明する。
定温運転モードが設定された時間ｔ１以降においては、制御部４５は、入力電流検出手段２５ａで検出した入力電流と、コイル電流検出手段２５ｂが検出したコイル電流と、一次電圧検出手段２６ｂが検出した一次電圧とに基づいて、インバータ回路２３の駆動周波数を固定した状態で、駆動信号のデューティ比を変化させることで定温制御を行う。

ここで、インバータ回路２３へ入力される入力電力Ｐｉｎは、一次電圧検出手段２６ｂが検出した一次電圧をＶ１、入力電流検出手段２５ａが検出した入力電流をＩｉｎとすると、以下の式（３）で示すことができる。

［数３］
Ｐｉｎ＝Ｖ１×Ｉｉｎ …（３）

入力電力Ｐｉｎは、インバータ回路２３によって高周波電力に変換される。インバータ回路２３による高周波電力への変換効率をηとすると、インバータ回路２３の出力電力Ｐｏｕｔは、以下の式（４）で示すことができる。

［数４］
Ｐｏｕｔ＝η×Ｐｉｎ …（４）

また、出力電力Ｐｏｕｔは、共振回路３０のインピーダンスＺとコイル電流Ｉｃとを用いて、以下の式（４）で示すことができる。

［数５］
Ｐｏｕｔ＝Ｚ×Ｉｃ^２ …（５）

式（３）〜（５）を用いて、共振回路３０のインピーダンスＺは、以下の式（６）で示すことができる。

［数６］
Ｚ＝η×Ｐｉｎ／Ｉｃ^２
＝η×（Ｖ１×Ｉｉｎ）／Ｉｃ^２ …（６）

インバータ回路２３の変換効率ηの変化は小さいため、共振回路３０のインピーダンスＺは、入力電流Ｉｉｎと、一次電圧Ｖ１と、コイル電流Ｉｃとにより求まる。

このため、制御部４５は、定温運転モードが設定された時間ｔ１以降においては、入力電流Ｉｉｎと、一次電圧Ｖ１と、コイル電流Ｉｃとに基づいて、インバータ回路２３の駆動周波数を固定した状態で、駆動信号のデューティ比を変化させることで定温制御を行う。

つまり、制御部４５は、入力電流Ｉｉｎと一次電圧Ｖ１との積と、コイル電流Ｉｃを２乗した値との比率が一定となるように、インバータ回路２３の駆動信号のデューティ比を制御することで、インピーダンスＺを一定にすることができ、被加熱物５の温度を一定にすることができる。

以上のような動作においても、温度検知手段を用いずに定温制御を実現することができる。また、被加熱物５の形状、材質、及び被加熱物５の温度帯にかかわらず、被加熱物５の温度を精度良く一定に制御することができる。

また、本動作では印加電圧を用いないので、電圧検出手段２６ａを省略することができる。電圧検出手段２６ａによって共振回路３０への印加電圧を検出する場合、印加電圧が高周波電圧になるなどの要因から検出回路が複雑になる場合がある。本動作では、電圧検出手段２６ａを省略することができるので、簡素な検出回路で定温制御を行うことができる。

なお、本動作では、変換効率ηの値変化により検出誤差が生じることになる。しかしながら、本実施の形態の定温運転モードにおいては、インバータ回路２３の駆動周波数をｆ２一定にした条件でデューティ比を制御しているため、インバータ回路２３での損失、すなわち変換効率ηの変化は小さく、本動作を用いても定温制御を実現することができる。

なお、上述した定温運転モード１及び２においては、被加熱物５（鍋）内の水を加熱する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、被加熱物５の内部に油が投入され、天ぷらなどの揚げ物調理においても、上述した定温運転モード１及び２を行うことで、油の温度を一定にキープする定温制御を行うことができる。

揚げ物調理の場合、一般的には水の場合と比較して油が高温であるため、揚げ物の食材を投入することにより油温が低下することがある。
本実施の形態では、上述した定温制御を行うことで、油へ食材を投入した時においても被加熱物５の温度を一定に制御することができる。よって、揚げ物調理の失敗のない使い勝手の良い誘導加熱調理器を得ることができる。

（別の駆動回路の構成例）
続いて別の駆動回路を使用した例について説明する。図９は、実施の形態１に係る誘導加熱調理器の別の駆動回路を示す図である。図９に示す駆動回路５０は、図２に示した構成に、共振コンデンサ２４ｂを付加したものである。なお、その他の構成は図２と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。

前述の通り、加熱コイル１１ａと共振コンデンサにより共振回路３０を構成しているため、誘導加熱調理器に必要とされる最大火力（最大入力電力）によって、共振コンデンサの容量は決定される。図９に示す駆動回路５０では、共振コンデンサ２４ａおよび２４ｂを並列接続することで、それぞれの容量を半分にすることができ、共振コンデンサを２個使用した場合でも安価な制御回路を得ることができる。

またコイル電流検出手段２５ｂを並列接続した共振コンデンサのうちの共振コンデンサ２４ａ側に配置することで、コイル電流検出手段２５ｂに流れる電流は、加熱コイル１１ａに流れる電流の半分になるため、小型、小容量のコイル電流検出手段２５ｂを用いることが可能となり、小型で安価な制御回路を得ることができ、安価な誘導加熱調理器を得ることができる。

なお、上記の発明では、加熱初期（図８のｔ１より以前）に駆動周波数をｆ１に固定して制御する方式について述べたが、加熱初期については、入力電力を一定に制御するなど、駆動周波数を変化する方式を用いても良い。

また、上記の発明では、電圧検出手段２６ａと一次電圧検出手段２６ｂの両方を設ける構成について説明したが、どちらか一方を設ける構成でも良い。

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

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

１ 第一の加熱口、２ 第二の加熱口、３ 第三の加熱口、４ 天板、５ 被加熱物、１１ 第一の加熱手段、１１ａ 加熱コイル、１２ 第二の加熱手段、１３ 第三の加熱手段、２１ 交流電源、２２ 直流電源回路、２２ａ ダイオードブリッジ、２２ｂ リアクタ、２２ｃ 平滑コンデンサ、２３ インバータ回路、２３ａ、２３ｂ ＩＧＢＴ、２３ｃ、２３ｄ ダイオード、２４ａ、２４ｂ 共振コンデンサ、２５ａ 入力電流検出手段、２５ｂ コイル電流検出手段、２６ａ 電圧検出手段、２６ｂ 一次電圧検出手段、３０ 共振回路、４０ａ〜４０ｃ 操作部、４１ａ〜４１ｃ 表示部、４２ 報知手段、４５ 制御部、５０ 駆動回路、１００ 誘導加熱調理器。

Claims (5)

1. 被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルに接続され、共振回路を構成する共振コンデンサと、
   前記加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路と、
   前記インバータ回路の駆動信号を制御することにより、前記加熱コイルに供給される高周波電力を制御する制御部と、
   予め定められた動作モードの選択操作を受け付ける操作部と、
   前記加熱コイルに流れるコイル電流を検出するコイル電流検出手段と、
   前記共振回路に印加される印加電圧を検出する電圧検出手段と、
   を備え、
   前記予め定められた動作モードは、前記被加熱物の温度を一定に保つ定温運転モードを含み、
   前記制御部は、
   前記定温運転モードが選択された場合、
   前記インバータ回路の駆動周波数を固定した状態で、前記コイル電流と前記印加電圧との比率が一定となるように、前記インバータ回路の前記駆動信号のデューティ比を可変して、前記共振回路のインピーダンスを一定にする
   誘導加熱調理器。
2. 被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルに接続され、共振回路を構成する共振コンデンサと、
   前記加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路と、
   前記インバータ回路の駆動信号を制御することにより、前記加熱コイルに供給される高周波電力を制御する制御部と、
   前記加熱コイルに流れるコイル電流を検出するコイル電流検出手段と、
   前記インバータ回路への入力電流を検出する入力電流検出手段と、
   前記インバータ回路に印加されている一次電圧を検出する一次電圧検出手段と、
   予め定められた動作モードの選択操作を受け付ける操作部と、
   を備え、
   前記予め定められた動作モードは、前記被加熱物の温度を一定に保つ定温運転モードを含み、
   前記制御部は、
   前記定温運転モードが選択された場合、
   前記インバータ回路の駆動周波数を固定した状態で、前記入力電流と前記一次電圧との積と、前記コイル電流を２乗した値との比率が一定となるように、前記インバータ回路の前記駆動信号のデューティ比を可変して、前記共振回路のインピーダンスを一定にする
   誘導加熱調理器。
3. 前記制御部は、
   前記定温運転モードが選択された場合、
   前記インバータ回路の駆動周波数を増加させたあと、前記インバータ回路の駆動周波数を固定する
   請求項１又は２に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記インバータ回路は、
   ２つのスイッチング素子を直接に接続したアームを有するハーフブリッジインバータ回路により構成され、
   前記制御部は、
   前記ハーフブリッジインバータ回路の、前記スイッチング素子の駆動周波数を固定した状態において、前記スイッチング素子のデューティ比を可変する
   請求項１〜３の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。
5. 前記インバータ回路への入力電流と、前記加熱コイルに流れるコイル電流との相関に基づいて、前記被加熱物の負荷判定処理を行う負荷判定手段を、更に備えた
   請求項１〜４の何れか一項に記載の誘導加熱調理器。

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