JP2010153136A - 電磁誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁誘導加熱装置の基板を小型化する。
【解決手段】電磁誘導加熱装置１０は、直流電源回路部２０と誘導加熱コイル３４を除く高周波給電回路部３０の大部分とを第１基板Ｓ１上に配置し、制御回路部４０を直流電源回路部２０と高周波給電回路部３０と対向するように第２基板Ｓ２上に配置し、第１基板Ｓ１と第２基板Ｓ２との間には高周波給電回路部３０から発生する電磁波を遮断するシールド板Ｓ３を設け、直流電源回路部２０を構成する回路素子と制御回路部４０を構成する回路素子とのうち第１及び第２基板Ｓ１，Ｓ２からシールド板Ｓ３との間の距離より長い所定の高さ以上の回路素子を第１及び第２基板Ｓ１，Ｓ２上の互いに対向しない位置に配置し、シールド板Ｓ３には所定の高さ以上の回路素子の先端部を通過させる貫通孔Ｓ３ａを形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁誘導加熱装置に関する。

特許文献１には、交流電源を直流電源に変換する直流電源回路部と、共振コンデンサと誘導加熱コイルとからなる直列共振回路を含みスイッチング素子のスイッチング作用により誘導加熱コイルに対して直流電源回路部から高周波電流を供給する高周波給電回路部と、直流電源回路部と高周波給電回路部との動作を制御する制御回路部とを備えた電磁誘導加熱装置が開示されている。この電磁誘導加熱装置は、制御回路部により直流電源回路部と高周波給電回路部との動作を制御することで、直流電源回路に入力された交流電流は直流電流となって高周波給電回路部に出力され、高周波給電回路部ではスイッチング素子のスイッチング作用により共振コンデンサとともに直列共振をする誘導加熱コイルに対して高周波電流が供給されるようになっている。
特開２００４−２５３２９７号公報

特許文献１の電磁誘導加熱装置においては、制御回路部は高周波給電回路部から発生する高周波の電磁波がノイズとなって誤動作しないような位置で基板上に配置しなければならなく、一枚の基板上に上記の直流電源回路部、高周波給電回路部及び制御回路部を配置するときには、制御回路部を高周波制御回路部から離して配置する必要があって、基板が大型化するために電磁誘導加熱装置も大型化していた。

そこで、直流電源回路部と高周波給電回路部とを一つの基板上に配置するとともに、制御回路部を高周波給電回路部により発生するノイズの影響を受けないように直流電源回路部と高周波給電回路部が配置された基板と異なるもう一つの基板上に配置して、各基板を各々別の金属製の筐体内に収容してシールドし、これらの筐体を２段に重ねて配置すれば基板の幅を小さくすることができる。しかし、各基板上に立設する回路素子により所定の高さとなる各筐体を２段に重ねて配置すると、これら基板を収容する筐体の高さが高くなって同様に電磁誘導加熱装置を小型化するには至らなかった。本発明はこのような問題を解決することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、交流電源を直流電源に変換する直流電源回路部と、共振コンデンサと誘導加熱コイルとからなる直列共振回路を含みスイッチング素子のスイッチング作用により誘導加熱コイルに対して直流電源回路部から高周波電流を供給する高周波給電回路部と、直流電源回路部と高周波給電回路部との作動を制御する制御回路部とを備えた電磁誘導加熱装置であって、直流電源回路部と誘導加熱コイルを除く高周波給電回路部の大部分とを第１基板上に配置し、制御回路部を直流電源回路部と高周波給電回路部と対向するように第２基板上に配置し、第１基板と第２基板との間には高周波給電回路部から発生するノイズを遮断するシールド板を設け、直流電源回路部を構成する回路素子と制御回路部を構成する回路素子とのうち第１及び第２基板からシールド板との間の距離より長い所定の高さ以上の回路素子を第１及び第２基板上の互いに対向しない位置に配置し、シールド板には所定の高さ以上の回路素子の先端部を通過させる貫通孔を形成したことを特徴とする電磁誘導加熱装置を提供するものである。

このような電磁誘導加熱装置においては、直流電源回路部と誘導加熱コイルを除く高周波給電回路部の大部分とを第１基板上に配置し、制御回路部を直流電源回路部と高周波給電回路部と対向するように第２基板上に配置したので、各回路部を配置した基板を小さくすることができるとともに、直流電源回路部を構成する回路素子と制御回路部を構成する回路素子とのうち第１及び第２基板からシールド板との間の距離より長い所定の高さ以上の回路素子を第１及び第２基板上の互いに対向しない位置に配置し、シールド板には所定の高さ以上の回路素子の先端部を通過させる貫通孔を形成したので、第１及び第２基板上にシールド板との距離より高い回路素子があっても、この回路素子をシールド板に形成された貫通孔を通過させることで第１基板と第２基板との距離を最小限にして第１基板と第２基板との高さを低くすることができる。また、誘導加熱コイルを除く高周波給電回路部の大部分と制御回路部とを各々第１及び第２基板上に配置し、第１基板と第２基板との間には高周波給電回路部から発生する電磁波を遮断するシールド板を設けたので、制御回路部が高周波給電回路部から発生する電磁波の影響を受けて誤動作することはない。

以下、本発明の電磁誘導加熱装置の一実施形態を図面を用いて説明する。この電磁誘導加熱装置１０は、交流電源を直流電源に変換する直流電源回路部２０と、共振コンデンサ３２、３３と誘導加熱コイル３４とからなる直列共振回路３１を含みＩＧＢＴ（スイッチング素子）３６，３７のスイッチング作用により誘導加熱コイル３４に対して直流電源回路部２０から高周波電流を供給する高周波給電回路部３０と、直流電源回路部２０と高周波給電回路部３０との動作を制御する制御回路部４０とを備えている。この電磁誘導加熱装置１０においては、直流電源回路部２０と誘導加熱コイル３４を除く高周波給電回路部３０の大部分とを電源基板（第１基板）Ｓ１上に配置し、制御回路部４０を直流電源回路部２０と高周波給電回路部３０と対向するように制御基板（第２基板）Ｓ２上に配置し、電源基板Ｓ１と制御基板Ｓ２との間には高周波給電回路部３０から発生する電磁波を遮断するシールド板Ｓ３を設け、直流電源回路部２０を構成する回路素子と制御回路部４０を構成する回路素子とのうち電源基板Ｓ１及び制御基板Ｓ２からシールド板Ｓ３との間の距離より長い所定の高さ以上の回路素子を電源基板Ｓ１及び制御基板Ｓ２上の互いに対向しない位置に配置し、シールド板Ｓ３には所定の高さ以上の回路素子の先端部を通過させる貫通孔Ｓ３ａを形成している。以下に、この電磁誘導加熱装置１０について詳述する。

図１は本実施形態の電磁誘導加熱装置１０の回路のブロック図である。図１において、直流電源回路部２０は、ノイズフィルタ２１と、整流平滑回路２２と、カレントトランス２３と、電圧トランス２４とを備えている。ノイズフィルタ２１は、３相２００Ｖの交流電流のノイズを除去するものである、整流平滑回路２２は、平滑コンデンサ２２ａを備えて、ノイズフィルタ２１から出力された交流電流を直流電流に変換して出力するものである。カレントトランス２３は、直流電源回路部２０の交流電流を計測して出力するものである。電圧トランス２４は、直流電源回路部２０の交流電圧を計測して出力するものである。

高周波給電回路部３０は、直列共振回路３１とインバータ回路３５とカレントトランス３８とを備えている。直列共振回路３１は、共振コンデンサ３２、３３と誘導加熱コイル３４とからなる。インバータ回路３５は、２つのＩＧＢＴ３６，３７を備えてこれらＩＧＢＴ３６，３７を交互にオンさせることで誘導加熱コイル３４に高周波電流を供給するものである。カレントトランス３８は、誘導加熱コイル３４に流れる電流を計測して出力するものである。

制御回路部４０は、直流電源回路部２０と高周波給電回路部３０との動作を制御するものである。制御回路部４０は、制御回路４１と、駆動回路４２と、整流回路４３〜４５と、スイッチング電源回路４６とを備えている。制御回路４１は、主として駆動回路４２にインバータ回路３５を交互にオンさせる信号を出力する。駆動回路４２は、制御回路４１からの信号の入力により各ＩＧＢＴ３６，３７を交互にオンさせる駆動信号を出力する。各整流回路４３は、カレントトランス２３、電圧トランス２４及びカレントトランス３８から入力される電流を整流して制御回路４１に入力するものである。スイッチング電源回路４６は、ノイズフィルタ２１から出力される交流電流の出力を一定にするものである。

図２に示すように、直流電源回路部２０と誘導加熱コイル３４を除く高周波給電回路部３０の大部分は電源基板Ｓ１上に配置されており、制御回路部４０は、直流電源回路部２０と誘導加熱コイル３４を除く高周波給電回路部３０の大部分と対向するようにして電源基板制御基板Ｓ２上に配置されている。電源基板Ｓ１と制御基板Ｓ２との間には、高周波給電回路部３０から発生する電磁波を制御回路部２０に対して遮断するシールド板Ｓ３が設けられている。また、電源基板Ｓ１の下方には、直流電源回路部２０と高周波給電回路部３０とから発生する熱を放熱する放熱器Ｒが設けられており、この放熱器Ｒは電源基板Ｓ１と平行に設けられ、電源基板Ｓ１の一方側の側縁より長く延びている。高周波給電回路部３０のインバータ回路３５は、電源基板Ｓ１の側方でこの放熱器Ｒ上に配置されており、インバータ回路３５の各ＩＧＢＴ３６，３７が作動するときに多く発熱するのをこの放熱器Ｒにより放熱されている。

電源基板Ｓ１とシールド板Ｓ３との間は４０ｍｍとなっており、制御基板Ｓ２とシールド板Ｓ３との間は１０ｍｍとなっている。直流電源回路部２０を構成する回路素子のうち電源基板Ｓ１とシールド板Ｓ３との間の距離４０ｍｍより高い回路素子（例えば平滑コンデンサ２２ａ）と、制御回路部４０を構成する回路素子のうち制御基板Ｓ２とシールド板Ｓ３との間の距離１０ｍｍより高い回路素子（例えばコンデンサ、電源トランス、レギュレータ等）とは各基板Ｓ１，Ｓ２上の互いに対向しない位置に配置されている。シールド板Ｓ３には、電源基板Ｓ１上で４０ｍｍより高い回路素子と、制御基板Ｓ２上で１０ｍｍより高い回路素子の各先端部を通過させる貫通孔Ｓ３ａが形成されている。直流電源回路部２０を構成する回路素子のうち電源基板Ｓ１とシールド板Ｓ３との間の距離４０ｍｍより高い回路素子の先端部は、シールド板Ｓ３に形成された貫通孔Ｓ３ａを通過して制御基板Ｓ２側に突出しており、制御回路部４０を構成する回路素子のうち制御基板Ｓ２とシールド板Ｓ３との間の距離１０ｍｍより高い回路素子の先端部は、シールド板Ｓ３に形成された貫通孔Ｓ３ａを通過して電源基板Ｓ１側に突出している。このとき、制御基板Ｓ１からシールド板Ｓ３を貫通して電源基板Ｓ１側に突出する回路素子は、そのほとんどがコンデンサ、電源トランス及びレギュレータ等であり、これらは高周波電源回路部２０で発生する電磁波がノイズとして影響を受けにくいものである。

このような電磁誘導加熱装置１０においては、直流電源回路部２０と誘導加熱コイル３４を除く高周波給電回路部３０の大部分とを電源基板Ｓ１上に配置し、制御回路部４０を直流電源回路部２０と高周波給電回路部３０と対向するように制御基板Ｓ２上に配置したので、各回路部２０，３０，４０を配置した基板を小さくすることができるとともに、直流電源回路部２０を構成する回路素子と制御回路部３０を構成する回路素子とのうち電源基板Ｓ１及び制御基板Ｓ２からシールド板Ｓ３との間の距離より長い回路素子を電源基板Ｓ１及び制御基板Ｓ２上の互いに対向しない位置に配置し、シールド板Ｓ３には所定の高さ以上の回路素子の先端部を通過させる貫通孔Ｓ３ａを形成したので、電源基板Ｓ１及び制御基板Ｓ２上にシールド板Ｓ３との距離より高くなる回路素子があっても、この回路素子をシールド板Ｓ３に形成された貫通孔Ｓ３ａを通過させることで電源基板Ｓ１と制御基板Ｓ２との距離を最小限にして電源基板Ｓ１と制御基板Ｓ２とからなる基板の高さを低くすることができる。

また、電磁誘導加熱装置１０を作動させると、直流電源回路２０に入力された交流電流は直流電流となって高周波給電回路部３０に出力され、高周波給電回路部３０においては、インバータ回路３５の各ＩＧＢＴ３６，３７が交互にオンされることで誘導加熱コイル３４に高周波電流が供給される。このとき、高周波給電回路部３０から、高周波域の電磁波が発生するが、誘導加熱コイル３４を除く高周波給電回路部３０の大部分を電源基板Ｓ１上に配置するとともに制御回路部４０を制御基板Ｓ２上に配置し、電源基板Ｓ１と制御基板Ｓ２との間には高周波給電回路部３０から発生する高周波域の電磁波を遮断するシールド板Ｓ３を設けたので、制御回路部４０が高周波給電回路部２０から発生する高周波域の電磁波がノイズとして作用して誤作動することはない。

本発明の電磁誘導加熱装置の回路構成図である。 各基板を側方から見た図である。

符号の説明

１０…電磁誘導加熱装置、２０…直流電源回路部、３０…高周波給電回路部、３４…誘導加熱コイル、３６，３７…スイッチング素子（ＩＧＢＴ）、４０…制御回路部、Ｓ１…第１基板（電源基板）、Ｓ２…第２基板（制御基板）、Ｓ３…シールド板、Ｓ３ａ…貫通孔。

Claims (1)

1. 交流電源を直流電源に変換する直流電源回路部と、
   共振コンデンサと誘導加熱コイルとからなる直列共振回路を含みスイッチング素子のスイッチング作用により前記誘導加熱コイルに対して直流電源回路部から高周波電流を供給する高周波給電回路部と、
   前記直流電源回路部と前記高周波給電回路部との動作を制御する制御回路部とを備えた電磁誘導加熱装置であって、
   前記直流電源回路部と前記誘導加熱コイルを除く前記高周波給電回路部の大部分とを第１基板上に配置し、
   前記制御回路部を前記直流電源回路部と前記高周波給電回路部と対向するように第２基板上に配置し、
   第１基板と第２基板との間には前記高周波給電回路部から発生する電磁波を遮断するシールド板を設け、
   前記直流電源回路部を構成する回路素子と前記制御回路部を構成する回路素子とのうち前記第１及び第２基板から前記シールド板との間の距離より長い所定の高さ以上の回路素子を前記第１及び第２基板上の互いに対向しない位置に配置し、
   前記シールド板には前記所定の高さ以上の回路素子の先端部を通過させる貫通孔を形成したことを特徴とする電磁誘導加熱装置。

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