JP2011198621A - 電磁調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明は、簡便な構成を有する一対の放熱体を用いて、冷却ファンからの冷却風が漏れにくい風路を形成することにより、放熱体に取り付けられた半導体スイッチング素子を効率的に冷却できる電磁調理器を実現することを目的とする。
【解決手段】本願発明に係る電磁調理器は、加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する複数のスイッチング素子を含むインバータ回路と、前記各スイッチング素子に取り付けられた、複数の放熱フィンを含む少なくとも一対の放熱体と、一方の前記放熱体の少なくとも１つの放熱フィンを他方の前記放熱体の放熱フィンの間に配置することにより一対の前記放熱体の間に形成された風路に送風する冷却ファンとを備えたことを特徴とするものである。
【選択図】図２

Description

本願発明は、電磁調理器に関し、とりわけ加熱コイルに給電するインバータ回路を効果的に冷却することができる電磁調理器に関するものである。

いわゆるＩＨクッキングヒータなどの電磁調理器は、鍋などの被加熱体の下方に設けられた誘導加熱コイルに高周波電流を供給したときに生じる交流磁場により、鍋の表面近傍に渦電流を形成して、そのジュール熱により鍋を加熱するものである。

電磁調理器において、鍋を安定して加熱し、加熱コイルに給電するインバータ回路の長期的な信頼性を担保するためには、駆動時に特に高温となる半導体スイッチング素子を効率的に冷却して、許容温度範囲内に安定的に維持しておく必要がある。このとき電磁調理器の筐体の限られた内部空間内には数多くの構成部品が配設されているので、半導体スイッチング素子を効率的に冷却する装置もまた小型であることが好ましい。

たとえば特許文献１に記載されている従来式の誘導加熱調理器は、複数の放熱フィンを有する一対の放熱板のそれぞれに半導体スイッチング素子を取り付け、個別の放熱板の放熱フィンの先端部を互いに向き合わせて配置することにより個々の放熱板の間に風路を形成し、冷却ファンにより風路内に冷却風を流すことにより半導体スイッチング素子を効率的に冷却しようとするものである。

特開２００５−７１６９５号公報（図３）

一般に、放熱板を安価に大量生産するためには、放熱板（放熱フィンを含む）が同一の形状および寸法を有することが好ましく、かつ、半導体スイッチング素子のそれぞれの電位が異なるので、高熱伝導性金属などの導電性材料からなる放熱板は互いに絶縁する必要がある。そして上述のように、放熱板の放熱フィンの先端部を互いに向き合わせて配置して形成された風路は、一対の放熱板が同一形態を有し、互いに絶縁するように配置されるため、これらの間に垂直方向に延びる開口部（空隙）が形成される。このとき、放熱フィンの間に流れる冷却風の一部が、半導体スイッチング素子を冷却することなく、開口部を介して放熱フィンの上方に漏れやすいので、半導体スイッチング素子に対する冷却効率が損なわれることがある。

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、加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給する複数のスイッチング素子を含むインバータ回路と、前記各スイッチング素子に取り付けられた、複数の放熱フィンを含む少なくとも一対の放熱体と、一方の前記放熱体の少なくとも１つの放熱フィンを他方の前記放熱体の放熱フィンの間に配置することにより一対の前記放熱体の間に形成された風路に送風する冷却ファンとを備えたことを特徴とする電磁調理器を提供しようとするものである。

本願発明の電磁調理器によれば、簡便な構成を有する一対の放熱体を用いて、冷却ファンからの冷却風が漏れにくい風路を形成することにより、放熱体に取り付けられた半導体スイッチング素子を効率的に冷却することができる。

本願発明の実施の形態１に係る電磁調理器を概略的に示す斜視図である。 トッププレートおよび筐体の一部を省略した一部破断斜視図である。 加熱コイルに高周波電流を供給する電源装置の回路ブロック図である。 図２に示す放熱体の拡大斜視図である。 図４のＶ−Ｖ線から見た断面図である。 実施の形態２の放熱体を示す図５と同様の断面図である。 実施の形態３の放熱体を示す図５と同様の断面図である。 実施の形態４の放熱体を示す図５と同様の断面図である。 実施の形態４の放熱体を上から見た平面図である。

以下、添付図面を参照して本願発明に係る電磁調理器の実施の形態を説明する。各実施の形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（たとえば、「上方」、「下方」、「右側」、および「左側」など）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本願発明を限定するものでない。また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。

実施の形態１．
図１〜図５を参照しながら、本願発明に係る電磁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、本願発明に係る電磁調理器１の全体を概略的に図示する斜視図である。図１に示す電磁調理器１は、概略、筐体２、その上側表面のほぼ全体を覆う耐熱性ガラスなどで形成されたトッププレート３、左右対称的に配置された誘導加熱式の一対のＩＨ加熱部２０，４０、輻射加熱式のラジエント加熱部４、および魚などの調理に適したグリル部５を有する。

なお、以下の実施形態において、グリル部５が筐体２の左側に偏って配置された、いわゆるサイドグリル構造を有する電磁調理器１について例示的に説明するが、本願発明は、これに限定されず、グリル部５が筐体２のほぼ中央に配置されたセンタグリル構造を有する電磁調理器、またはグリル部５を具備しない電磁調理器にも同等に適用することができる。

また電磁調理器１は、ユーザがＩＨ加熱部２０，４０、ラジエント加熱部４、およびグリル部５を操作するために用いられる操作パネル６および出力調整ダイヤル７ａ，７ｂ，７ｃ、ならびにこれらの制御状態を表示するための液晶表示部８を備える。
さらに電磁調理器１は、筐体２の後壁に隣接してトッププレート３上に設けられた通気孔９および吸気孔１０と、筐体２の前壁に設けられた排気孔１１とを有する。

図２は、トッププレート３の一部および筐体２の右側側壁を省略した図１と同様の一部破断斜視図である。ＩＨ加熱部２０，４０は、詳細図示しないが、トッププレート３の下方において、絶縁被膜付き導線を平面状に捲回してなる加熱コイル２２，４２を有し、図２に示すように、電磁調理器１には加熱コイル２２，４２に高周波電流を供給する電源装置１００が内蔵されている。

図３は、加熱コイル２２，４２に高周波電流を供給する電源装置１００の回路ブロック図である。電源装置１００は、概略、商用電源１０２からの交流電流を直流電流に変換するコンバータ（たとえばダイオードブリッジ）１０４と、コンバータ１０４の出力端に接続された平滑用コンデンサ１０６と、これに並列に接続された、加熱コイル２２，４２に高周波電流を供給するインバータ回路３０，５０と、加熱コイル２２，４２に所望の高周波電流が流れるようにインバータ回路３０，５０のスイッチング動作を制御する制御回路１０８とを有する。ここで加熱コイル２２，４２は、共振用コンデンサ２４，４４に直列接続されたインダクタンスＬと抵抗Ｒの等価回路（破線２２，４２で囲む）として図示されている。
加熱コイル２２，４２に高周波電流を供給するインバータ回路３０，５０はそれぞれ、高電位側および低電位側の一対の半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂ，５２ａ，５２ｂ（たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタなど）を含むハーフブリッジ回路として構成され、その出力端に加熱コイル２２，４２が接続されている。

制御回路１０８は、図示しないが、操作パネル６および出力調整ダイヤル７ａ，７ｂ，７ｃに接続され、これらにより設定された所定の「火力」に基づいて、各インバータ回路３０，５０を制御するものであり、加えて、トッププレート３上に載置された鍋の構成材料および載置位置、鍋に収容された食材の重量等を検出する検出手段に接続され、検出結果に応じて各インバータ回路３０，５０を制御するものであってもよい。

本願発明の電源装置１００は、詳細後述するが、半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂ，５２ａ，５２ｂが取り付けられた放熱体６０ａ，６０ｂ，８０ａ，８０ｂの温度を検出する温度センサ３４ａ，３４ｂ（図４）、５４ａ，５４ｂを有し、これらの温度センサは制御回路１０８に接続されている。そして制御回路１０８は、温度センサ３４ａ，３４ｂ，５４ａ，５４ｂが所定値以上の温度を検出したとき、半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂ，５２ａ，５２ｂが過熱状態にあると判断して、加熱コイル２２，４２に供給される高周波電流を制限するようにインバータ回路３０，５０を制御する。

再び図２を参照すると、配線基板１１０上に実装された電源装置１００が図示され、とりわけ冷却ファン９０と、対をなす２組の放熱体６０ａ，８０ａおよび放熱体６０ｂ，８０ｂとが図示されている。
また図２は、右側の加熱コイル２０に給電するインバータ回路３０を構成する高圧側および低圧側の半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂが、放熱体６０ａ，６０ｂに取り付けられた状態を示している。左側の加熱コイル４０に給電するインバータ回路５０を構成する高圧側および低圧側の半導体スイッチング素子５２ａ，５２ｂは、同様に放熱体８０ａ，８０ｂに取り付けられているが、図２には現されていない。
なお、放熱体６０ａ，６０ｂ，８０ａ，８０ｂは、主に銅または鉄など熱伝導性の高い金属を用いて形成されることが好ましい。

いずれか一方のインバータ回路３０，５０が駆動されて、対応する加熱コイル２２，４２に高周波電流が供給されるとき、電源装置１００は冷却ファン９０を回転させ、吸気孔１０を介して筐体２の外部の冷気を取り込み、一対の放熱体６０，８０の間に形成される風路に空気を流し、放熱体６０，８０（およびこれらに取り付けられた半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂ，５２ａ，５２ｂ）を効率的に冷却することができる。そして放熱体６０，８０を冷却した空気は排気孔１１を介して外部に排気されるようにしてもよい。

図４は図２の放熱体６０ａ，６０ｂ，８０ａ，８０ｂの拡大斜視図であり、図５は図４のＶ−Ｖ線から見た断面図である。上述のように、放熱体６０ａ，８０ａおよび放熱体６０ｂ，８０ｂが対をなし、各放熱体は水平方向に延びる複数の放熱フィン９２を有する。そして、一方の放熱体６０の少なくとも１つの放熱フィン９２が他方の放熱体８０の放熱フィン９２の間に配置されるように（各放熱フィン９２が重畳し、その水平面が互いに対して対向するように）構成され、対をなす放熱体６０ａ，８０ａおよび放熱体６０ｂ，８０ｂの放熱フィン９２の間に上流側および下流側の（第１および第２の）風路が形成される。
したがって本願発明に係る放熱体６０，８０によれば、前掲特許文献１に記載のように、放熱体６０，８０の間に垂直方向に延びる開口部（空隙）が形成されないので、冷気が開口部を介して放熱フィン９２の上方に漏れにくく、高い冷却効率を実現することができる。

一方の加熱コイル、たとえば右側の加熱コイル２２のみを使用する場合、インバータ回路３０を構成する高電位側および低電位側の半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂが、別々の放熱体６０ａ，６０ｂに取り付けられているので、互いの放熱フィン９２を介して、対をなす他方の放熱体８０ａ，８０ｂに伝熱することにより、より高い放熱効果が得られる。この場合、半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂが対をなす放熱体６０ａ，８０ａに取り付けられた場合と比較して格段に効率よく半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂを冷却することができる。

なお、一方のインバータ回路３０を構成する高電位側および低電位側の半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂが取り付けられた放熱体６０ａ，６０ｂは、十分な電気的絶縁が確保されるように互いに離間して配置される。同様に、対をなす放熱体６０ａ，８０ａは、放熱フィン９２を互いにかみ合わせるように構成されるが、接触することなく、電気的絶縁が担保されるように互いに離間して実装する必要がある。
また本願発明に係る各放熱体６０，８０は、部品点数を削減して製造コストを低減するために、同一の形状および寸法を有することが好ましい。

さらに本願発明に係る電源装置１００は、上述のように、各放熱体６０ａ，６０ｂ，８０ａ，８０ｂに固定された温度センサ３４ａ，３４ｂ，５４ａ，５４ｂを有し（図４では３４ａ，３４ｂのみ図示）、各放熱体を介して間接的に半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂ，５２ａ，５２ｂの温度を検出することができる。こうして構成された電源装置１００において、半導体スイッチング素子の温度が所定のしきい値以上となったことを温度センサ３４，５４が検出したとき、制御回路１０８は、その半導体スイッチング素子が過熱状態にあると判断して、これに流れる高周波電流を制限するようにインバータ回路３０，５０を制御することができる。換言すると、本願発明に係る電源装置１００は、半導体スイッチング素子の許容動作温度範囲内において高出力の高周波電流を加熱コイル２２，４２に供給することができる。

なお、上記温度センサは、各放熱体６０ａ，６０ｂ，８０ａ，８０ｂに取り付けられているが、対をなす一方の放熱体６０ａ，８０ａの２箇所にのみ取り付けてもよく、あるいはより高温となりやすい下流側の放熱体６０ｂの１箇所にのみ取り付けてもよい。
また上記温度センサは、半導体スイッチング素子の温度を検出できるものであれば任意の温度検出手段を採用することができ、たとえば熱電対、サーミスタ、バイメタル温度センサ、非接触式の赤外線温度センサなどを用いることができる。

実施の形態２．
図６を参照しながら、本願発明に係る電磁調理器の実施の形態２について以下詳細に説明する。実施の形態２の電磁調理器１は、複数の放熱フィン９２のうち半導体スイッチング素子に隣接する一部の放熱フィン９４が他より短く構成される点を除き、実施の形態１の電磁調理器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。

図６は、実施の形態２の放熱体６０，８０を示す図５と同様の断面図である。図示のように、半導体スイッチング素子３２，５２は、放熱体６０，８０の垂直方向の中央位置より多少低いところに固定され、これに隣接する放熱フィン９４が、他の放熱フィン９２より短くなるように構成されている。放熱フィン９４は、半導体スイッチング素子３２，５２により近接しているので、より高温となりやすく、より多量の冷却風で冷却する必要がある。そこで、冷却風が流れる方向における風路の断面積を大きくして、十分な風量を確保し、半導体スイッチング素子３２，５２に隣接する放熱フィン９４を重点的に冷却することにより、半導体スイッチング素子３２，５２の温度上昇を抑制することができる。

実施の形態３．
図７を参照しながら、本願発明に係る電磁調理器の実施の形態３について以下詳細に説明する。実施の形態３の電磁調理器１は、複数の放熱フィン９２のうち最も上方に配置された放熱体６０，８０のそれぞれの放熱フィン９２の間に熱伝導性が良好な弾性体（ゴム）９６を配置する点を除き、実施の形態１の電磁調理器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。

図７は、実施の形態３の放熱体６０，８０を示す図５と同様の断面図である。図示のように、放熱体６０，８０の最も上方に配置された放熱フィン９２の間に熱伝導性が良好な絶縁性弾性体（ゴム）９６を配置することにより、各放熱体６０，８０（およびその放熱フィン９２）を互いに対して確実に固定するとともに、離間した放熱フィン９２の間にある僅かな隙間９７を塞いで、冷却風の漏れをさらに抑制することができる。こうして、各放熱体６０，８０を互いに離間させるように組み立てやすくするとともに、冷却風を漏れなく有効に利用して、冷却効率を改善することができる。

実施の形態４．
図８および図９を参照しながら、本願発明に係る電磁調理器の実施の形態４について以下詳細に説明する。実施の形態４の電磁調理器１は、複数の放熱フィン９２のうち垂直方向の中央位置付近に配置された放熱体６０，８０の放熱フィン９８が互いに重畳することなく、その先端部９９が対向する点を除き、実施の形態１の電磁調理器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。

図８は、実施の形態４の放熱体６０，８０を示す図５と同様の断面図である。図示のように、各放熱体６０，８０の最も上方および下方に配置された放熱フィン（端部放熱フィン）９２は、互いに重畳し、その水平面が互いに対して対向するように構成されているが、端部放熱フィン９２の間に配置され、これらに平行に延びる放熱フィン（中央放熱フィン）９８は、上述のように、互いに重畳することなく、その先端部９９が互いに対向するように構成されている。

このように構成することより、実施の形態１と同様、放熱体６０，８０の間に垂直方向に延びる開口部（空隙）が形成されないので、冷気が開口部を介して放熱フィン９２の上方に漏れにくくするとともに、垂直方向の中央位置に配置された放熱フィン９２の数を増やすことができるので、高い冷却効率を実現することができる。

図９は、実施の形態４の放熱体６０ａ，６０ｂおよび放熱体８０ａ，８０ｂを上から見た平面図である。放熱体６０ａ，８０ａが上流側の風路を形成し、放熱体６０ｂ，８０ｂが下流側の風路を形成する。実施の形態１〜３によれば、右側の加熱コイル２２に給電するインバータ回路３０を構成する高圧側および低圧側の半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂは、図９（ａ）のハッチングで示すように、ともに右側に配置された放熱体６０ａ，６０ｂに配置されている。
一方、実施の形態４によれば、右側の加熱コイル２２のための高圧側および低圧側の半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂは、図９（ｂ）のハッチングで示すように、右側に配置された放熱体６０ａ、およびその対角位置にある放熱体８０ｂに取り付けられている。

実施の形態４においては、垂直方向の中央位置にある中央放熱フィン９８（図９（ｂ）の破線で示す）は、端部放熱フィン９２より短くなるように構成されているので、たとえば右側の加熱コイル２２のみを使用した場合、図９（ｂ）の上流側の右側に配置された放熱体６０ａ、および下流側の左側に配置された放熱体８０ｂのみが高温となる。このとき、冷却ファン９０から送り出される左側の空気（図９（ｂ）の矢印Ａ）は、上流側の放熱体６０ａの中央放熱フィン９８により加熱されにくいので、下流側の左側に配置された放熱体８０ｂを効率よく冷却することができる。したがって、右側の加熱コイル２２のための高圧側および低圧側の半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂをともに効率よく冷却することができる。

なお、図９（ｂ）に示すように高圧側および低圧側の半導体スイッチング素子３２ａ，３２ｂを対角位置にある放熱体６０ａ，８０ｂに配置することは、実施の形態１〜３に係る電磁調理器１においても同様に適用することができ、一方の加熱コイルのみが使用されたときには、下流側の放熱体６０ｂ，８０ｂをより低温の空気（風）で効率的に冷却することができる。

また上記実施の形態においては、２つのＩＨ加熱部２０，４０を有する電磁調理器について説明したが、これに限定されるものではなく、３以上または単一のＩＨ加熱部を有する電磁調理器に対しても本願発明に係る良好な冷却効果を実現することができる。

１：電磁調理器、２：筐体、３：トッププレート、４：ラジエント加熱部、５：グリル部、６：操作パネル、７：出力調整ダイヤル、８：液晶表示部、９：通気孔、１０：吸気孔、１１：排気孔、２０，４０：ＩＨ加熱部、２２，４２：加熱コイル、２４，４４：共振用コンデンサ、３０，５０：インバータ回路、３２，５２：半導体スイッチング素子、３４，５４：温度センサ、６０，８０：放熱体、９０：冷却ファン、９２，９４，９８：放熱フィン、９６：弾性体、１００：電源装置、１０２：商用電源、１０４：コンバータ、１０６：平滑用コンデンサ、１０８：制御回路、１１０：配線基板。

Claims (7)

1. 加熱コイルと、
   前記加熱コイルに高周波電流を供給する複数のスイッチング素子を含むインバータ回路と、
   前記各スイッチング素子に取り付けられた、複数の放熱フィンを含む少なくとも一対の放熱体と、
   一方の前記放熱体の少なくとも１つの放熱フィンを他方の前記放熱体の放熱フィンの間に配置することにより一対の前記放熱体の間に形成された風路に送風する冷却ファンとを備えたことを特徴とする電磁調理器。
2. インバータ回路を制御する制御回路と、
   放熱体の温度を検出する少なくとも１つの温度センサを有し、
   前記制御回路は、放熱体の温度が所定値より大きいことを前記温度センサにより検出したとき、前記インバータ回路から加熱コイルに供給する高周波電流を低減するように前記インバータ回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の電磁調理器。
3. 各放熱体に取り付けられたスイッチング素子に隣接する少なくとも１つの放熱フィンが他の前記放熱フィンより短いことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁調理器。
4. 一対の放熱体が絶縁性部材を介して互いに係合することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の電磁調理器。
5. 各放熱体は、互いに平行に延びる一対の端部放熱フィンと、該端部放熱フィンの間に配置され、これらに平行に延びる中央放熱フィンとを有し、
   一方の前記放熱体の前記中央放熱フィンの先端部が他方の前記放熱体の該中央放熱フィンの先端部に対向することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の電磁調理器。
6. 第１および第２の加熱コイルと、
   前記第１の加熱コイルに高周波電流を供給する第１の高圧側および低圧側スイッチング素子を含む第１のインバータ回路と、
   前記第２の加熱コイルに高周波電流を供給する第２の高圧側および低圧側スイッチング素子を含む第２のインバータ回路と、
   前記第１の高圧側および低圧側スイッチング素子および前記第２の高圧側および低圧側スイッチング素子がそれぞれ取り付けられた、複数の放熱フィンを含む第１ないし第４の放熱体と、
   前記第１の放熱体の前記放熱フィンを前記第３の放熱体の前記放熱フィンの間に配置することにより前記第１および第３の放熱体の間に形成された第１の風路、および前記第２の放熱体の前記放熱フィンを前記第４の放熱体の前記放熱フィンの間に配置することにより前記第２および第４の放熱体の間に形成された第２の風路に連続的に送風する冷却ファンとを備えたことを特徴とする電磁調理器。
7. 第１の放熱体が第４の放熱体の上流側に配置され、第３の放熱体が第２の放熱体の上流側に配置されたことを特徴とする請求項６に記載電磁調理器。

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