JP2008300320A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源回路を使用し、且つ制御用電源のグランドを筐体に接続する必要がある場合に、商用電源側に対するノイズの回り込みを簡単に防止できる誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】誘導加熱調理器に、制御用電源を生成するスイッチング電源回路６２を備え、制御用電源のグランドを調理器本体３に接続すると共に、スイッチング電源回路６２の出力側となる電源線６１ａ，６１ｂにコモンモードコイル６０を挿入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導加熱手段と、制御用電源を生成するスイッチング電源回路とを備えてなる誘導加熱調理器に関する。

誘導加熱調理器においては、例えば特許文献１に開示されているように、トッププレート上にタッチスイッチ式の操作部を配置して、ユーザが指を操作部に接触させたことを静電容量の変化によって検知し、操作信号を出力するように構成されているものがある。
特開２００４−３４９０９９号公報

上記の構成では、誘導加熱調理器の構造上、ユーザが指を接触させた場合の静電容量の変化は大地間容量に対して数％程度にしかならないため、ノイズマージンが極めて小さい状況となる。また、誘導加熱調理器では、インバータを介して加熱コイルに高周波電流を供給するので、インバータが発生するスイッチングノイズの影響も受け易い。このような事情から、従来は制御用電源を生成する回路にスイッチング電源回路を使用することは困難であり、商用交流電源を直接トランスの一次側に供給するドロッパ方式の電源回路を用いることが多かった。

しかし、ドロッパ方式の電源回路は、トランスのサイズが大きくなるため重量も重くなり、加えて変換効率が悪いという問題がある。そこで、スイッチング電源回路を使用できれば望ましいが、その場合、当該電源回路が発生するノイズの影響が加わることになる。そして、上記の条件下でタッチスイッチ式による操作信号の検出を確実に行うには、制御用電源のグランドを、誘導加熱調理器の筐体（フレームグランド）に接続してグランド電位を安定させれば可能となることが判った。

ところで、一般にスイッチング電源回路を使用する場合には、雑音端子電圧といった測定規格で示されるように、商用電源側にノイズの影響を与えることを回避するため、入力側にコイルのようなノイズ対策部品を配置することが行われる。しかしながら、上記のように、スイッチング電源回路を使用した上で、制御用電源のグランドをフレームグランドに接続すると、電源回路からのノイズがフレームグランドを介して商用電源側に回り込む現象が発生し、そのノイズ対策を行うために、多数の対策部品を使用せざるを得ないという問題が発生した。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング電源回路を使用し、且つ制御用電源のグランドを筐体に接続する必要があるものにおいて、商用電源側に対するノイズの回り込みを簡単に防止できる誘導加熱調理器を提供することにある。

本発明の誘導加熱調理器は、誘導加熱手段と、制御用電源を生成するスイッチング電源回路とを備え、前記制御用電源のグランドを筐体に接続するように構成され、前記スイッチング電源回路の出力側電源線にコイルを挿入したことを特徴とする。
斯様に構成すれば、スイッチング電源回路の出力側より伝搬しようとするノイズは、コイルによって阻止されるので、筐体を介して商用電源側にノイズが回り込むことは防止される。

本発明の誘導加熱調理器によれば、制御用電源のグランドを筐体に接続する構成を採用する場合でも、極めて簡単なノイズ対策を施すだけでスイッチング電源回路を使用できるので、製品全体のサイズを小形化し、且つ製品の重量を軽量化することが可能となる。

（第１実施例）
以下、本発明をシステムキッチンに組み込まれる誘導加熱調理器に適用した第１実施例について図１ないし図８を参照して説明する。図６には、キッチンキャビネット１に、誘導加熱調理器２が組み込まれた状態の外観斜視図が示されている。また、図７は、トッププレートを外した状態で示す調理器本体３の平面図である。加熱調理器２の調理器本体（筐体）３は、キャビネット１に設けられた開口４に落とし込み状態に組み込まれている。この調理器本体３の下部には、ロースタ部５が設けられている。

前記調理器本体３は、図７に示すように、上面が開口しており、内部の手前側に加熱手段としての二つの誘導加熱コイル（誘導加熱手段）８、９が設けられ、また中央奥部に別の加熱手段として例えばラジエントヒータからなるヒータ１０が設けられている。また、調理器本体３内には主回路基板１１が配設されており、この主回路基板１１には、図４にも示すように、多数の加熱強度表示用の発光ダイオード１２が実装されていると共に、例えば蛍光表示管からなる表示器１３が実装され、さらに板ばねからなる接続導体１４が立設状態に実装されている。

図４及び図７に示すように、前記調理器本体３の開口３ａの周縁部にはフランジ部１５が設けられており、このフランジ部１５が前記キャビネット１の開口４の縁部に配置されている。さらに、図６及び図８に示すように、前記調理器本体３の上面には、開口３ａ，すなわち、前記誘導加熱コイル８、９及びヒータ１０を上方から覆うように、耐熱ガラス製のトッププレート１６が設けられ、その周縁部１６ａは前記フランジ部１５により支えられている。
このトッププレート１６において、左右の誘導加熱コイル８、９及びヒータ１０の上方に対応する部位はそれぞれ円形の加熱部１７、１８、１９となっており、表示部１７ａ、１８ａ、１９ａの内部領域が加熱部１７、１８、１９に相当する。そして、加熱部１７、１８の前側には、前記発光ダイオード１２に対応して加熱強度表示部２０が形成されている。

トッププレート１６の前縁部部分には、図８に示すように、前記加熱部１７の前方に位置して入力部２１ないし２６が設けられている。入力部２１は誘導加熱コイル８に対する電源オフ用、入力部２２は同電源オン用、入力部２３は加熱強度ダウン設定用、入力部２４は加熱強度アップ設定用、入力部２５は調理時間設定用、入力部２６は設定取消し用である。なお、前記加熱部１８の前方に位置して、誘導加熱コイル９側を制御するための入力部も同様に設けられている。

各入力部２１ないし２６の構成は同じであるので、例えば、入力部２４について説明する。図４及び図８に示すように、入力部２４は上面側電極２７と下面側電極２８とから構成されている。上面側電極２７は、前記トッププレート１６の上面に例えば金属蒸着あるいは誘電ペースト焼付けなどによって薄膜状に形成され、下面側電極２８はトッププレート１６の下面側に配設された基板２９に形成されている。

上面側電極２７は、対向電極部２７ａと、手指により接触される操作電極部２７ｂと、これらの電極部２７ａ、２７ｂを接続する接続部２７ｃとを有して構成されている。そして、操作電極部２７ｂは、対向電極部２７ａよりも加熱部１７に対して離れる形態に形成されている。また、操作電極部２７ｂの電極面積を、対向電極部２７ａの電極面積よりも小さくしている。

下面側電極２８は、トッププレート１６下面の基板２９上面に、対向電極部２７ａとほぼ同形状で且つ対向する配置で形成され、対向電極部２７ａと対向することで、トッププレート１６のガラスを誘電体とするコンデンサ部３０を構成している。この場合、コンデンサ部３０の全体が、平面的に見て該調理器本体３の開口３ａ内に位置する構成である。
図５に示すように、下面側電極２８は、表面電極２８ａが基板２９に形成されるスルーホール２８ｂを介して基板２９下面の接続導体部２８ｃと導通しており、この接続導体部２８ｃは、接続導体１４に接触して導通している。

また、フランジ部１５において操作電極部２７ｂと対応する部分には該操作電極部２７ｂより若干大きめの孔部１５ａが形成されている。
なお、トッププレート１６においては各上面側電極２７を隠すように塗膜３１（図４参照）が形成されている。さらに、各入力部２１ないし２６の操作電極部２７ｂの上面側には、入力表示部２１ａないし２６ａが形成されている。これらの入力表示部２１ａないし２６ａに相当する上面側電極２７の操作電極部２７ｂは、塗膜３１で被覆されておらず、上面側電極２７のその他の部分は、塗膜３１で被覆されている。

次に電気的構成について図２を参照して説明する。この図２では誘導加熱コイル８に関する概略的な電気的構成を示している。制御手段である制御回路３２はマイクロコンピュータを含んで構成されている。この制御回路３２には、インバータ制御回路３３及び検知手段たるタッチ検知回路３４が接続されている。インバータ制御回路３３は、誘導加熱コイル８に高周波電流を供給するインバータ（誘導加熱手段）３５を制御するもので、ＰＷＭ信号を生成して出力する。インバータ３５は、例えばハーフブリッジ型で構成されている。

タッチ検知回路３４は、並列接続された６個の回路部３６から構成されている。６個の回路部３６はそれぞれ６個の入力部２１ないし２６に対応しており、所定周波数の発振信号を出力する発振回路３７の出力端子に直列接続されたコンデンサ３８、ダイオード３９、アナログスイッチ４０から構成されている。コンデンサ３８とダイオード３９の間には下面側電極２８が接続導体１４を介して接続されており、ダイオード３９とアナログスイッチ４０の間は抵抗４１及びチャージコンデンサ４２を介してアースされている。アナログスイッチ４０の出力端子は制御回路３２のＡ／Ｄ入力ポートに接続されている。アナログスイッチ４０の制御端子は、制御回路３２の出力ポートのデジット出力により制御されるようになっている。

発振回路３７の出力電流は、コンデンサ３８、ダイオード３９を介してチャージコンデンサ４２を充電する。チャージコンデンサ４２の電圧は、アナログスイッチ４０の制御端子に印加されている制御信号が「ＨＩ」のとき、制御回路３２のＡ／Ｄ入力ポートに印加されるようになっている。
尚、図２に示す回路３６ａは、ダイオード３９、アナログスイッチ４０、抵抗４１、チャージコンデンサ４２からなる回路を示している。また、前記制御回路３２には、前記発光ダイオード１２群や表示器１３が接続されている。

上記構成において、ユーザが、例えば、加熱強度を上げるべく入力部２４の入力表示部２４ａをタッチした場合の作用について述べる。ユーザがトッププレート１６の上面の操作電極部２７ｂに触れると、対向電極部２７ａと下面側電極２８との間で等価的にコンデンサ部３０が形成されているから、タッチ検知回路３４において発振回路３７の出力が人体を介して大地に流れるため、チャージコンデンサ４２の電圧が低下する。これにより入力部２４のコンデンサ部３０の静電容量変化が検知される。

このチャージコンデンサ４２の電圧の低下が検知信号として出力されることになり、制御回路３２は入力部２４が入力操作されたことを判断する。これにより、制御回路３２はその入力に応じて誘導加熱コイル８の加熱出力を上げるように制御する。なお、他の入力部２１ないし２３、２５、２６が操作された場合でも、各入力部に対応するタッチ検知回路３４が同様に作用し、制御回路３２は各入力部の入力に応じて誘導加熱コイル８を制御する。

図１は、図２の回路の各部に電源を供給する電源周りの構成を示すものである。単相３線式の商用交流電源５０の端子Ｌ１，Ｌ２は、コモンモードコイル５１を介して、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路５２の交流入力端子にそれぞれ接続されている。上記交流入力端子間には、２つのコンデンサ５３ａ，５３ｂの直列回路が接続されており、両者の共通接続点は金属製の調理器本体３に接続されている。尚、調理器本体３は、商用交流電源５０のグランド端子Ｎに接続されることでアースされ、フレームグランド（ＦＧ）となっている。すなわち、コイル５１及び２つのコンデンサ５３によってフィルタ回路５４が構成されている。

全波整流回路５２の直流出力端子間には、高周波トランス５５の一次巻線５５ａと、ＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）５６との直列回路が接続されており、ＦＥＴ５６は、電源制御回路５７によりゲート信号が与えられ、スイッチング動作を行う。トランス５５の二次巻線５５ｂには、ダイオード５８及びコンデンサ５９の直列回路が接続されており、コンデンサ５９の両端子は、コモンモードコイル６０が挿入された電源線６１ａ,６１ｂを介して制御回路３２，３３に接続されている。電源線６１ａは、電源制御回路５７のフィードバック電圧入力端子に接続されている。尚、コモンモードコイル６０のコア６０Ｃは、フェライト系の材料で構成されている。

以上の構成において、トランス５５ａ，ＦＥＴ５６，電源制御回路５７，ダイオード５８及びコンデンサ５９がスイッチング電源回路６２を構成している。電源制御回路５７は、フィードバック入力される電圧に基づいて、１２Ｖの制御用電源を生成するようにＦＥＴ５６をスイッチング動作させる。また、電源線６１ａ,６１ｂ間には３端子レギュレータ６３が接続されており、３端子レギュレータ６３は、５Ｖの制御用電源を生成する。そして、図２に示すように、制御回路３２には５Ｖの制御用電源が、ＬＥＤ１２，表示器１３及びインバータ制御回路３３には１２Ｖの制御用電源が供給されており、これらの回路グランドは、調理器本体３に接続されてフレームグランドとなっている。

また、図１には図示しないが、トランス５５の二次側では、インバータ３５を構成するスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴなど）のゲート駆動用電源（１５Ｖ）が生成され、そのゲート駆動用電源は、インバータ３５に供給されている。インバータ３５自体の駆動用電源は２８０Ｖであり、回路グランド（ＧＮＤ）は、調理器本体３には接続されていない。

次に、本実施例の作用について図３も参照して説明する。上記構成の誘導加熱調理器２は、スイッチング電源回路６２を採用していると共に、入力部２１〜２６は、静電容量式のタッチスイッチとして構成されている。その結果、ユーザの指が入力部２１〜２６に接触したことを静電容量の僅かな変化によって検出するため、５Ｖ，１２Ｖの制御用電源が供給される回路のグランドを調理器本体３（ＦＧ）に接続して、グランド電位を安定させている。

また、スイッチング電源回路６２が動作すると、ＦＥＴ５６のスイッチング動作に伴いノイズが発生するが、電源線６１ａ,６１ｂ側に伝搬しようとするノイズは、コモンモードコイル６０によって阻止されるので、上記のノイズが、制御用電源のグランドから調理器本体３を介して商用交流電源５０側に伝搬することは回避される。

ここで、図３は、誘導加熱調理器の電源につき、各状態に応じて雑音端子電圧を測定した場合のデータを示すものである。図３（ａ）は、商用交流電源に対応したトランスを用いるドロッパ方式の場合であり、雑音端子電圧は周波数の全域に亘って規制値を下回っている。
図３（ｂ）は、本願発明と同様にスイッチング電源回路を使用すると共に、制御用電源のグランドをフレームグランドに接続した場合であり、且つ、ノイズ対策を一切に行わない場合の測定データである。このケースでは、図３（ａ）に比較して全体にノイズレベルが高く、一部の周波数では規制値を僅かに超えているところがある。
そして、図３（ｃ）は本願発明と全く同様の構成に対応するもので、図３（ｂ）の構成に加えてコモンモードコイル６０を配置した場合である。図３（ｂ）に比較して、ノイズレベルが全体的に低下しており、規制値を十分にクリアしていることが分かる。

以上のように本実施例によれば、誘導加熱調理器２に、制御用電源を生成するスイッチング電源回路６２を備え、制御用電源のグランドを調理器本体３に接続すると共に、スイッチング電源回路６２の出力側となる電源線６１ａ，６１ｂにコモンモードコイル６０を挿入した。
したがって、スイッチング電源回路６２の出力側より伝搬しようとするノイズをコイル６０によって阻止し、調理器本体３を介して商用電源５０側にノイズが回り込むことは防止される。よって、タッチ式のスイッチを採用した場合でも、極めて簡単なノイズ対策を施すだけでスイッチング電源回路６２を使用できるので、製品全体のサイズを小形化し、且つ製品の重量を軽量化することが可能となる。

そして、フェライト系のコア６０Ｃを備えたコモンモードコイル６０を用いることで、高周波領域に対応したノイズレベルの抑制を効果的に行うことができ、コイル６０のサイズを比較的小さくすることができる。
また、電源制御回路５７がスイッチング電源回路６２についてフィードバック制御を行うための電源電圧入力を、コイル６０の出力端に接続した。すなわち、コイル６０を挿入することで、負荷変動が生じるとコイル６０の直流抵抗分に応じて出力電圧も変動するので、コイル６０の出力端より電圧をフィードバックすることで電源電圧制御をより安定的に行うことができる。さらに、スイッチング電源回路６２が制御用電源以外の電源も生成する場合に、コイル６０を、制御用電源を出力する電源線６１ａ，６１ｂだけに挿入するので、ノイズ対策部品を最小限に使用して部品数の増加が抑制される。

（第２実施例）
図９は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施例では、コモンモードコイル６０に換えて、電源線６１ａ，６１ｂにノーマルモードコイル６４ａ，６４ｂを挿入した構成である。斯様に構成した場合も、第１実施例と同様の効果が得られる。

（第３実施例）
図１０は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分のみ説明する。第３実施例は、スイッチング電源回路７１の構成（主として、二次側における制御用電源の生成方式）が第１実施例とは若干相違している。トランス５５の二次巻線５５ｂと調理器本体３（ＦＧ）との間には、ノーマルモードコイル７２を介してダイオード５８，コンデンサ５９の直列回路が接続されており、コンデンサ５９の両端より１２Ｖの制御用電源が供給される。

また、二次巻線５５ｂの中点タップと二次巻線５５ｂの他端との間には、ダイオード７３，コンデンサ７４の直列回路が接続されており、コンデンサ７４の両端に、コモンモードコイル７５が接続されている。そして、コモンモードコイル７５を介して、５Ｖの制御用電源が供給されており、電源制御回路５７の電圧フィードバック入力は、上記電源に接続されている。

加えて、図９では、図１では示していなかったインバータ３５のゲート駆動用電源（１５Ｖ）の生成部分も示している。すなわち、トランス５５の二次側に、二次巻線５５ｂとは別の二次巻線５５ｃ，５５ｄが配置されており、それらの両端に、それぞれダイオード７６（ａ，ｂ）及びコンデンサ７７（ａ，ｂ）の直列回路が接続されている。そして、コンデンサ７７ａ，７７ｂの両端より、１５Ｖの電源が供給される。
以上のように構成された第３実施例による場合も、ノーマルモードコイル７２とコモンモードコイル７５とを組合せることで第１実施例と同様の効果が得られる。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
タッチスイッチ式の操作部を備えるものに限らず、制御用電源のグランドを筐体に接続する必要があるものであれば適用が可能である。
スイッチング素子は、パワーＭＯＳＦＥＴに限ることなくＩＧＢＴやパワートランジスタなどでも良い。

本発明の第１実施例であり、スイッチング電源回路周辺の構成を示す図 電気的構成を示す機能ブロック図 雑音端子電圧の測定データであり、（ａ）は従来のドロッパ方式、（ｂ）はスイッチング電源回路を使用してノイズ対策を行わない場合、（ｃ）は本実施例の場合を示す図 誘導加熱調理器の入力部部分の縦断側面図 図４の一部拡大図 キッチンキャビネットに誘導加熱調理器が組み込まれた状態の外観斜視図 トッププレートを外した状態で示す調理器本体の平面図 入力部部分の平面図 本発明の第２実施例を示す図１相当図 本発明の第３実施例を示す図１の一部相当図

符号の説明

図面中、２は誘導加熱調理器、３は調理器本体（筐体）、８，９は誘導加熱コイル（誘導加熱手段）、３５はインバータ（誘導加熱手段）、５０は商用交流電源、６０はコモンモードコイル、６０Ｃはコア、６２はスイッチング電源回路、６４ａ，６４ｂはノーマルモードコイル、７１はスイッチング電源回路、７２はノーマルモードコイル、７５はコモンモードコイルを示す。

Claims (7)

1. 誘導加熱手段と、
   制御用電源を生成するスイッチング電源回路とを備え、
   前記制御用電源のグランドを筐体に接続するように構成され、
   前記スイッチング電源回路の出力側電源線にコイルを挿入したことを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記コイルは、コモンモードコイルであることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 前記コモンモードコイルのコアは、フェライト系の材料で構成されていることを特徴とする請求項２記載の誘導加熱調理器。
4. 前記コイルは、ノーマルモードコイルであることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
5. 前記ノーマルモードコイルを、一対をなす前記出力側電源線の双方に挿入することを特徴とする請求項４記載の誘導加熱調理器。
6. 前記スイッチング電源回路がフィードバック制御を行うための電源電圧入力を、前記コイルの出力端に接続することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の誘導加熱調理器。
7. 前記スイッチング電源回路が前記制御用電源以外の電源も生成するように構成されている場合、前記コイルを、前記制御用電源を出力する電源線にのみに挿入することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の誘導加熱調理器。

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